专利名称：用于盘驱动器的致动器组件的导热聚合物过模制件的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及盘驱动器数据储存设备，具体来说，涉及一种新颖的用来支承致动器线圈的过模制件，所述致动器用来靠近对应的多个盘记录表面移动一组读取/写入磁头。
背景技术：
称之为“温切斯特(Winchester)”型的盘驱动器的数据储存设备在工业界内是众所周知的。这些盘驱动器在一个或多个硬性盘的表面上的圆形同心数据磁道上磁性地记录数字数据。诸盘通常安装在心轴电机的毂上以使其能转动。在当代的盘驱动器中，盘以高达每分钟10,000转的速度旋转。
数据通过一组垂直对齐的读取/写入磁头组件，或由致动器组件控制定位的多磁头，记录在磁盘内和从磁盘内读取。各磁头通常包括电磁式传感器读和写元件，它们承载在空气支承的滑动件上。滑动件以与由盘旋转拖曳的一薄层空气保持流体动力学的合作的关系进行工作，以使各磁头以与盘表面紧密靠近而隔开的关系飞翔起来。为了在磁头和盘之间保持合适的飞翔关系，磁头附连在和支承在磁头悬架上或弹性件上。
在历史沿袭上，用于定位磁头的致动器组件呈现许多种形式。当代大部分盘驱动器包含一称之为旋转音圈致动器类型的致动器。通常的旋转音圈致动器包括一在邻近盘的外边缘的位置处固定在盘驱动器外壳底座板上的枢转轴。枢转轴的安装使其中心轴线垂直于盘的转动平面。一致动器轴衬壳通过一精密结构的球轴衬组件安装在枢转轴上。致动器轴衬壳支承一插入在永久磁体的磁场内的线圈。永久磁体安装在盘驱动器外壳基座板上。
致动器组件还包括一位于中心的E形块。在与线圈相对的致动器轴承壳的一侧上，有多个垂直对齐、径向延伸的致动器臂。致动器臂和线圈连接到E形块上。弹性件安装在致动器臂上。当电流施加在线圈上时，线圈产生一与永久磁体的磁场互相作用的磁场，从而绕枢转轴枢转致动器轴承壳，由此，横贯盘表面移动磁头。
授予Duffy等人并于1993年11月16颁布的美国专利No.5,262,907，其转让于本发明的受让人，该专利公开的一闭环的伺服系统通常用来相对于数据磁道保持磁头的位置。这样的一伺服系统从在盘驱动器制造过程中写入磁道内的伺服数据域中获得磁头定位信息，以便在跟从磁道的操作模式过程中，将选择的磁头保持在相关的磁道上方。
一寻找操作模式包括磁头离开初始磁道的初始加速，以及其后朝向一目标磁道的磁头的减速，这样的寻找操作模式也由伺服系统控制。该寻找操作通常是以速度来控制，其中，反复地测量磁头的速度并与速度分布图进行比较，当磁头朝向目标磁道移动时，施加于线圈上的电流通常正比于实际速度和分布速度之间的差值。
业界内有一逐渐增长的趋势，即，提供具有日益增长的储存和传送能力的盘驱动器。这种趋势已导致努力地将执行寻找操作所需的时间降到最小。通常的寻找操作包括一初始的开销时间，在此时间中盘驱动器执行其内部的操作，一寻找时间，在此寻找时间中磁头移动并落定在目标磁道上，以及一等待时间，在此时间中驱动器等待，直到目标磁道的一特定的扇形区段随盘相对于磁头的转动而到达磁头。
在寻找操作的加速和减速阶段的过程中，通过对线圈施加大的电流量，已将寻找时间减到最小。然后，当电流增加时，由线圈耗散为热能的电能也增加，以使线圈的温度上升。当线圈的温度上升时，线圈的电阻增加，于是，控制电流的量值受到限制，其又不利地影响寻找时间。此外，提高的线圈温度可导致音圈电机(VCM)构造中采用的粘结剂和绝缘材料的退化。
致动器的过模制件(overmold)已用于现有技术的盘驱动器，以支承线圈和减缓振动。一致动器过模制件通常由形成在致动器组件部分上的液晶聚合物(LCP)、热塑性塑料，或热固性塑料树脂组成。致动器本体、线圈和其它部件通常组装、放置在一具有模制腔的模具内，然后热塑性塑料注入到模具腔内。
在某些模型的寻找操作过程中，出现一问题，因为由线圈产生的热量致使线圈变热和热膨胀。由线圈产生的热量加热过模制件，使其也热膨胀，但其热膨胀率不同于线圈的热膨胀率。寻找操作之后，线圈和过模制件收缩，也以不同的收缩率进行收缩。由于不同的热胀冷缩率，在线圈和过模制件之间形成应力。这些应力“嘭声”突然释放，致使在致动器内部产生一突发的力。该力可致使磁头“偏离磁道”移动，由此，导致数据读出和写入误差。
由于处于非晶体状态的玻璃/矿物填充的聚合物树脂，当其温度到达玻璃的转变温度时，其热膨胀系数显现突然的增加，因此，由不同膨胀率引起的应力加剧。玻璃转变温度标志着聚合物链之间相对运动的发端，如果聚合物以某种方式约束，相对运动致使聚合物链储存内势能。热膨胀系数的这种变化是可逆的，除非全部聚合物变为晶体。一旦过模制件材料冷却，当温度变为低于玻璃转变温度时，储存的能量变得可用，因此，导致突爆。
因此，需要有一种改进的致动器设计，其克服现有技术的上述的和其它的限制。
发明内容
根据优选的实施例，通过一导热和电气绝缘的过模制件，来密封和支承一盘驱动器的致动器组件的致动器线圈。过模制件由一混合陶瓷填料化合物的基础树脂制成，化合物包括氮化硼、氧化铝、氮化铝、氧化锰、氧化锌、碳化硅、氧化铍、氧化鉻，或上述的某些组合。在某些优选的实施例中，基础树脂是热塑性塑料，例如，液晶聚合物、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚酰胺、聚肽酰胺、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚醚乙烯酮和聚苯撑氧。在某些实施例中，过模制件材料包括一偶联剂和/或玻璃纤维。
过模制件材料较佳地选择电气绝缘但导热，并具有基本上与致动器线圈的热膨胀率匹配的热膨胀率的材料，以减小由于突爆(由致动器线圈的热胀冷缩引起的突加的力)引起的磁头定位误差。
通过阅读下面详细的描述和审视附图，表征本发明的上述的和其它各种的特征以及优点将会变得更加明白。
附图的简要说明
图1是根据本发明的优选实施例构造的盘驱动器的平面图。
图2是根据本发明的优选实施例的致动器组件的立体图。
图3是评价具有单一盘的盘驱动器中的过模制件的热耗散特性的试验值的时间对温度的曲线图。
图4是评价具有两个盘的盘驱动器中的过模制件的热耗散特性的试验值的时间对温度的曲线图。
具体实施例方式
图1提供根据本发明的优选实施例构造的一盘驱动器100的俯视平面图。一底座板102和一顶盖104(局部剖切显示)互相合作而形成一盘驱动器100的密封的外壳。一心轴电机106以恒定高速转动多个磁性记录盘108。
一致动器的E形块110包括多个刚性致动器臂112，它们邻近盘表面延伸。弹性的悬架组件114从臂112延伸以支承一组读/写头116。通过对音圈电机(VCM)119的致动器线圈118施加电流，致动器110可枢转地移动。借助于过模制件结构(过模制件)120，线圈118密封和连接在致动器上。
图2较详细地示出致动器过模制件120的立体图。过模制件120包括一设置在线圈118内的内线轴部分122，以及一围绕线圈118的外部的外面部分124。内部和外部部分122、124可以是如图所示的分离部件，或者，可以一体地形成，这样，过模制件120的一部分横贯线圈118延伸，以连接两个部分122、124。外部部分124包括限制表面126、128，以便在致动器行程的径向范围内接触限制阻挡件130、132(示于图1中)。
外部部分124还包括一与磁性闩136(图1中示出)接合的闩定臂134，以便闩定致动器110。应该理解的是，过模制件120的特殊的结构根据给定的应用可以变化，所以，图1和2所示实施例仅是为了说明的目的而无限制的含义。
过模制件120由过模制件材料制成，其包括混合有一陶瓷填料化合物的基础树脂。基础树脂较佳地是聚苯硫醚(PPS)，液晶聚合物(LCP)化合物，或选自下列化合物组群的热塑性聚合物化合物，包括聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯。可用作基础树脂的其它的聚合物包括聚酰胺、聚肽酰胺、聚碳酸酯、聚醚乙烯酮和聚苯撑氧。
在一优选的实施例中，陶瓷填料化合物是氮化硼。在另一优选的实施例中，陶瓷填料化合物是矾土(或氧化铝)。其它的陶瓷填料化合物可包括氮化铝、氧化锰、氧化锌、碳化硅、氧化铍和氧化鉻。陶瓷填料化合物还可由上面所列陶瓷填料化合物中选择若干种组成的混合物制成。较佳地，陶瓷填料化合物构成过模制件材料质量的25％至90％。基础树脂通常构成过模制件材料质量的10％至75％。
线圈118在操作过程中，经过由不同的电流消耗造成的几个加热和冷却的循环。线圈材料、致动器材料和过模制件材料具有不同的成分。其结果，这些不同的部件具有不同的热膨胀系数，它们致使部件以不同变化率进行热胀和冷缩。这导致过模制件120具有显著的应变能量。该应变能在突爆时释放。为了有效地防止突爆，过模制件材料较佳地具有至少为0.40W/m-°K的导热率，以有效地耗散由施加到线圈118上的电流产生的热量，并由此防止突爆。
在某些优选的实施例中，玻璃纤维与基础树脂和陶瓷填料化合物混合。在其它的优选的实施例中，过模制件材料包括一偶联剂和/或分散剂(这里称之为偶联剂)。偶联剂还帮助减小过模制件材料的熔化粘度，并改进基础树脂和陶瓷填料化合物之间的粘合。偶联剂在现有技术中是众所周知的，其包括一新烷氧基钛酸盐的偶联剂和一单烷氧基钛酸盐的偶联剂。偶联剂通常构成过模制件材料质量的约0.1％至5％。
除了提供结构支承和减缓致动器振动之外，过模制件从线圈118中传导走热量。通过在盘驱动器外壳内循环的空气流的对流传输该热量。这防止和减缓由线圈和过模制件的不同的热膨胀率造成的应力、突爆的发生，以及由因突爆引起的磁头偏离磁道移动造成的读和写误差。
试验结果进行若干个试验以确定不同类型过模制件材料的盘驱动器的热耗散。线圈温度测量为时间的函数，测量持续90秒。图3示出对于特定的单一盘的盘驱动器的试验结果，其绘成x轴140为经过的时间，y轴142为温度(摄氏度)。对于由温度曲线144表示的试验值，聚苯硫醚(PPS)的基础树脂填充以20％的玻璃(以质量计)。这是现有技术中熟知一种类型的过模制件材料，且该过模制件材料具有0.3W/m-°K的导热率。
曲线148表示使用具有PPS基础树脂(45％按质量计)和氮化硼的陶瓷化合物填料(40％按质量计)，并混有玻璃纤维(15％按质量计)的过模制件材料(成分“C”)的一试验。曲线146表示使用具有PPS基础树脂(45％按质量计)和氮化硼的陶瓷化合物填料(35％按质量计)，并混有玻璃纤维(20％按质量计)的过模制件材料(成分“G”)的一试验。
从图3可见，在试验的成分中，成分C和G比现有技术的成分提供显著较佳的结果。
图4示出使用上述成分的过模制件的2盘的盘驱动器的试验结果。曲线154示出现有技术成分的结果，曲线158示出成分C的结果，以及曲线156示出成分G的结果。如前面所述，发现成分C提供试验中的最好结果。成分C和G呈现比现有技术显著较佳的结果。其它的试验指出成分C和G的使用显著地减小因突爆引起的偏离磁道的误差。
因此，一导热和电气绝缘的过模制件(诸如120)提供给盘驱动器(诸如100)。过模制件由基础树脂混合一陶瓷填料化合物制成。在某些优选的实施例中，陶瓷填料化合物选自下面的化合物组群氮化硼、氧化铝、氮化铝、氧化锰、氧化锌、碳化硅、氧化铍、氧化鉻，或上述的某些组合。在某些优选的实施例中，基础树脂是选自下列组群的化合物，包括聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚酰胺、聚肽酰胺、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚醚乙烯酮和聚苯撑氧。在某些实施例中，过模制件材料包括一偶联剂。在过模制件中的导热材料的帮助消除突爆，因为与没有导热材料的过模制件相比，过模制件以较高的传热速率从线圈中传导走热量。
对于附后权利要求书，术语“过模制件”的理解将与上述讨论相一致，用来描述一种封闭和支承一致动器线圈(诸如118)的结构(诸如120)。过模制件具有一在线圈内的内线轴部分(诸如122)，以及一延伸线圈外部的外部部分(诸如124)。术语“封闭”将理解为接触地包围致动器线圈的至少两个相对侧，且不需要在致动器线圈的所有侧上的接触。
对于附后权利要求书，由“第一装置”执行的所列举功能将理解为由上述的过模制件120来执行，其根据上述的基础树脂和陶瓷填料化合物成分的各种实施例来形成。如参照图3和4所讨论的，诸如现有技术成分的聚苯硫醚和玻璃纤维的现有技术成分，不执行所列举的功能，且明确地排除在权利要求书的范围之外，也明确地排除在等价物定义之外。
应该理解的是，即使在上述的描述中已经阐述了本发明的各种实施例的许多特征和优点，并连同本发明的各种实施例的结构和功能的细节，但该详细的描述只是为了说明而已，在由附后权利要求书所表达的诸权项的广泛而一般的含义所指出的全部的范围上，在本发明的原理范围内，在细节上可以作出诸种变化，尤其是有关部件的结构和布置。例如，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，根据过模制件的具体的应用，可变化特定的元件。
此外，尽管本文所述的实施例是针对用于盘驱动器的致动器组件的过模制件，但本技术领域内的技术人员将会认识到，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，过模制件也可用于其它的设备中。
权利要求
1.一盘驱动器，包括一可转动的盘；以及一可转动的致动器组件，其包括一支承在相邻盘上的读/写磁头，一致动器线圈，对其施加电流以转动致动器组件，以及一过模制件，其封闭和支承致动器线圈，过模制件由一基础树脂混合一陶瓷填料化合物组成，其构造成的热膨胀率在因电流施加到致动器线圈而加热致动器线圈的过程中，最大程度地减小过模制件的突爆。
2.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，陶瓷填料化合物从下面的陶瓷填料化合物组群中选择氮化硼、氧化铝、氮化铝、氧化锰、氧化锌、碳化硅、氧化铍和氧化鉻。
3.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，陶瓷填料化合物存在于过模制件的质量浓度为25％至90％。
4.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，还包括混合在树脂和陶瓷填料化合物中的玻璃。
5.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，基础树脂是一液晶聚合物。
6.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，基础树脂是选自下面的基础树脂组群，其包括聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚酰胺、聚肽酰胺、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚醚乙烯酮和聚苯撑氧。
7.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，基础树脂存在于过模制件材料中的质量浓度为10％至75％。
8.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，过模制件材料还包括一偶联剂。
9.如权利要求8所述的盘驱动器，其特征在于，偶联剂选自下面的偶联剂组群，其包括新烷氧基钛酸盐或单烷氧基钛酸盐。
10.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于， 过模制件材料的热导率至少为0.40W/m°-K。
全文摘要
一导热和电气绝缘的过模制件(120)密封和支承一盘驱动器的致动器组件(110)的致动器线圈(118)。过模制件由一混合陶瓷填料化合物的基础树脂制成，化合物包括氮化硼、氧化铝、氮化铝、氧化锰、氧化锌、碳化硅、氧化铍、氧化鉻，或上述的某些组合。基础树脂较佳地是聚苯硫醚。最好也添加玻璃填料和/或一偶联剂。过模制件减小由致动器组件支承的读/写磁头(116)偏离磁道定位的误差，其通过减小在操作过程中由致动器线圈的突然的热胀和冷缩所造成的突爆力来减小这种误差。
文档编号G11B33/14GK1516866SQ01823239
公开日2004年7月28日 申请日期2001年10月24日 优先权日2001年5月10日
发明者A·S·麦克弗森, R·康德, G·F·凯尔希克, A S 麦克弗森, 凯尔希克 申请人:西加特技术有限责任公司