CN101379564B - 用于从封闭体中除去污染物的缩短的纤维盘板/护罩过滤器结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于过滤污染物的设备，该设备通过提供改进的缩短纤维的过滤器，滤除来自封闭环境如易受污染影响的电子器件或光学器件(比如计算机磁盘驱动器)的诸如颗粒污染物和气相污染物的污染物。

Description

用于从封闭体中除去污染物的缩短的纤维盘板/护罩过滤器结构
技术领域
本发明涉及用于过滤污染物的设备，该设备用于从诸如易受污染影响的电子器件或光学器件(比如计算机磁盘驱动器)的封闭的环境滤除诸如颗粒污染物和气相污染物。
背景技术
许多包含敏感的设备的封闭体必须保持非常洁净的环境以便设备能适当地运行。实例包括具有敏感的光学表面或电子结点的封闭体，这些封闭体对能干扰机械操作、光学操作或电气操作的颗粒污染物和气态污染物敏感。其它的实例包括诸如计算机硬盘驱动器的数据记录设备，它们对颗粒、有机蒸气和腐蚀性的蒸气敏感。另外还包括用于处理、运输或储存薄膜和半导体晶片的封闭体。也包括电子控制盒，如用于汽车和工业应用中的、对颗粒、湿汽积累和腐蚀、以及来自流体和蒸气的污染敏感的电子控制盒。这些封闭体中的污染来自封闭体的内部和外部。比如，在计算机硬盘驱动器中，损害可能来自外部污染物以及由内部源产生的颗粒和排放的气体。为了方便，本文中将使用术语“硬盘”或“硬盘驱动器”或“磁盘驱动器”或“驱动器”，应理解，这些术语包括上述的任何封闭体。
计算机硬盘驱动器中一个与污染相关的严重的失效机理是静摩擦或“静态阻力”。静态阻力来自当磁盘静止时驱动器磁头与磁盘增加的粘着性以及与磁头-磁盘界面平行的增加的粘性阻力。磁盘上的污染物改变了表面能以及磁头和磁盘之间的粘附力，这也产生静态阻力。在磁头和磁盘之间的间隙中冷凝的蒸气能造成静态阻力。高密度磁盘对污染造成的静态阻力更加敏感，因为这些磁盘更光滑，而且只有薄层的润滑剂存在。用于更小的磁盘驱动器(用于手提电脑和消费应用)的更新型的更低能量、更低转矩的电动机使这些效果进一步加重。
计算机磁盘驱动器中另一个与污染相关的严重的失效机理是磁头碰撞。当颗粒进入磁头磁盘界面时可能发生磁头碰撞。高密度驱动器在运行过程中的浮飞高度或磁头和磁盘之间的间隙可小于30纳米，通常磁盘以大于或等于7200转/分钟旋转。即使亚微米尺寸的颗粒也能成为问题，它们会导致磁头与颗粒碰撞或磁盘浮飞在颗粒上面后使磁头与磁盘碰撞，使驱动器进入突然故障的模式。颗粒还对数据完整性和驱动器的机械可靠性(有时称为热粗糙(thermalasperity))产生不利影响。
内颗粒过滤器或循环过滤器是众所周知的。这些过滤器通常是过滤介质片，诸如叠加到诸如聚酯的非织造织物之类的背衬材料上的膨胀PTFE膜，或含有驻极体(比如静电的)过滤介质的“枕形”过滤器。可以通过施压将它们安装在狭缝或“C形”槽中并放置在活性空气流中，如在计算机硬盘驱动器中旋转磁盘的附近或电子控制机壳中风扇的前方等。或者，可以将循环的过滤介质制成在塑料框架中。在非常小的驱动器中，这些小的立式的循环过滤器是如此之小，由该非常小的驱动器产生的空气循环是如此之慢以致这些过滤器的过滤效果充其量是微弱的。
内吸附剂过滤器也是众所周知的。吸附剂过滤器可以由粉末化的、粒状的或珠状的吸着剂或吸着剂混合物构成，这些吸附剂或吸附剂混合物包封在外部的膨胀的PTFE管中。这种过滤器由美国马里兰州艾尔克顿市的W.L.戈尔联合有限公司(W.L.Gore&Associates，Inc.，Elkton，Maryland)生产，可以按商标GORE-SORBER
Figure S2007800021114D00021
模块购得。第二种众所周知的内吸附剂组合件包括吸附剂层，如活性炭/PTFE复合材料，该吸附剂层位于包封过滤器的层和压敏胶粘剂层之间，所述压敏胶粘剂层帮助包封吸附剂以及为吸附剂组合件安装在封闭体内壁上提供手段。
第三种内吸附剂组合件包括位于两层过滤介质之间的吸附剂层，如活性炭/PTFE复合材料，或者内部吸附剂组合件交替包封在过滤介质层中，可以很大程度上按照安装循环过滤器的方法将该内部吸附剂组合件安装在狭缝或“C”形槽之间。这些过滤器中通过的空气流是最微小的。
所有这些内部吸附剂过滤器能很好地吸附气相污染物，但是不能很好地过滤颗粒。它们通过使部分颗粒压实在过滤器上(即，当带有颗粒的空气在过滤器周围快速运动时使较大的颗粒与吸附剂过滤器撞击或碰撞)或者通过使颗粒扩散到过滤器上来收集颗粒。然而，它们几乎无法象标准的循环过滤器那样良好运行，标准的循环过滤器的工作原理是以下作用的组合：筛选(机械地捕获太大而不能通过过滤器的孔结构的颗粒)、碰撞(捕获太大而不能跟随在过滤器或过滤器纤维周围转弯的空气流的颗粒)、阻截(捕获易于跟随空气流但是足够大而仍然滞留在过滤器纤维上的颗粒，或者换句话说，直径等于或小于过滤器和气流线路之间的距离的那些颗粒)和扩散(捕获由空气分子引起无规则颤动并与过滤器纤维接触而被收集的颗粒)。
提供通气的过滤器(breather filter)和具有任选吸附剂的循环过滤器的多功能过滤器可以解决许多与现有过滤器有关的问题。在Dauber的美国专利第6395073号中描述了一种多功能的过滤器。当存在放置这种组合过滤器的空间时，这是一种合适的解决方案。
圆板过滤器(disk filter)或护罩式过滤器(shroud filter)也是众所周知的。这些过滤器位于磁盘下方或紧靠其周边。因为通常毯式过滤器和护罩式过滤器使用纤维状的介质。很难将这种纤维状的介质放置在十分靠近计算机磁盘的位置，因为纤维可能从过滤器中伸出与计算机磁盘接触。这可能产生更多的颗粒并沉积在硬盘上，如此会导致硬盘驱动器的灾害性故障。
然而，更小的驱动器中的有限空间经常使这些过滤器必须直接放置在磁盘的上方或下方。而且，特别是在磁盘十分靠近上盖和底盘的更小的驱动器中，与通常在更大的驱动器中使用的标准立式位置相比，这些过滤器在这些位置能更好地运行。安装在小型驱动器或任何驱动器(其过滤器与驱动器组件之间的间隙狭小)中的多功能过滤器中，从过滤器中伸出的纤维会产生一些问题。硬盘和过滤器之间的间隙可能小于0.5mm，过滤器必须与该厚度匹配，并且为磁盘留下自转的间隙，而不会产生与过滤器接触的可能性。
需要一种循环过滤材料，其具有低的纤维高度，以允许该材料用作毯式或护罩式过滤器。
因此，本发明提供一种能过滤空气中的颗粒的短纤维的毯式/护罩式过滤材料，以防止纤维接触或干扰封闭体中的任何运动部分。本发明还提供了纤维高度减小的毯式或护罩式过滤器。
本发明可以任选地包括吸附剂以过滤来自封闭体的气态污染物。
发明概述
一方面，本发明是用于安装在磁盘驱动器中的不渗透性表面上的层压循环过滤器，该层压循环过滤器包含胶粘剂层；具有与所述胶粘剂层相邻的第一表面和与该第一表面相对的第二表面的过滤器层，过滤器层包含许多纤维；具有叠加在过滤器层的第二表面上的第一表面和与该第一表面相对的第二表面的膜层，其中纤维从膜层的第二表面突出的垂直距离小于0.005英寸。
另一方面，本发明是用于安装在磁盘驱动器中的不渗透性表面上的层压循环过滤器，该层压循环过滤器包含胶粘剂层；具有与所述胶粘剂层相邻的第一表面和与该第一表面相对的第二表面的过滤器层，过滤器层包含许多纤维；具有叠加在过滤器层的第二表面上的第一表面和与该第一表面相对的第二表面的膜层，其中从膜层的第二表面突出，且突出的垂直距离大于0.010英寸的纤维量少于2根纤维/毫米2。
又一方面，本发明提供一种用于安装在磁盘驱动器中的不渗透性表面上的驻极体循环过滤器，该驻极体循环过滤器包含胶粘剂层；具有与所述胶粘剂层相邻的第一表面和与该第一表面相对的第二表面的驻极体过滤器层，该驻极体过滤器层包含许多纤维；其中所述纤维从所述驻极体层的第二表面突出的垂直距离小于0.010英寸。
另一方面，本发明提供一种用于安装在磁盘驱动器中的不渗透性表面上的驻极体循环过滤器，该驻极体循环过滤器包含胶粘剂层；具有与所述胶粘剂层相邻的第一表面和与该第一表面相对的第二表面的驻极体过滤器层，该驻极体过滤器层包含许多纤维并且该层厚度小于0.005英寸；其中从所述驻极体层的第二表面突出，且突出的垂直距离小于0.005英寸的纤维量少于2根纤维/毫米2。
又一方面，本发明包含用于安装在磁盘驱动器中的不渗透性表面上的层压循环过滤器，该层压循环过滤器包含胶粘剂层；具有与所述胶粘剂层相邻的第一表面和与该第一表面相对的第二表面的聚酯非织造织物的过滤器层，该聚酯非织造织物过滤器层包含许多纤维并且该层厚度小于约0.005英寸；包含ePTFE膜的膜层，该膜层具有叠加在聚酯非织造织物过滤器层的第二表面上的第一表面和与该第一表面相对的第二表面，该膜层的厚度小于约0.001英寸，其中所述纤维从膜层的第二表面伸出的垂直距离小于0.010英寸。
还有一方面，本发明提供用于安装在磁盘驱动器中的不渗透性表面上的层压循环过滤器，该层压循环过滤器包含胶粘剂层；具有与所述胶粘剂层相邻的第一表面和与该第一表面相对的第二表面的聚酯非织造织物的过滤器层，该聚酯非织造织物过滤器层包含许多纤维并且其厚度小于约0.005英寸；包含ePTFE膜的膜层，所述膜层具有叠加在非织造织物过滤器层的第二表面上的第一表面和与该第一表面相对的第二表面，该膜层的厚度小于约0.001英寸，其中从膜层的第二表面突出，并突出的垂直距离大于0.005英寸的纤维量少于2根纤维/毫米2。
附图简要说明
由结合以下附图进行的描述，应清楚了解本发明的操作，附图中：
图1A和1B分别是本发明具有缩短的纤维过滤材料和胶粘剂的过滤器单元的一个实施方式的俯视图和侧视图，该过滤器单元用于安装在封闭体内；
图2是本发明具有层压的短纤维过滤器的过滤器单元的另一个实施方式的侧视图，所述层压的短纤维过滤器包含膜层、过滤器层和胶粘剂层，该过滤器单元用于安装在封闭体内；
图3是本发明应用于封闭体表面(诸如计算机硬盘驱动器盖的下表面)上的过滤器单元的一个实施方式的俯视图；
图4是本发明安装在计算机硬盘驱动器的顶盖中的过滤器单元的一种实施方式的侧视图；
图5是本发明的过滤器单元的另一个实施方式的侧视图，该过滤器单元具有在胶粘剂层和过滤器层之间的吸附剂层；
图6是本发明的过滤器单元的另一个实施方式的侧视图，该过滤器单元具有吸附剂层和其中具有开孔的附加层；
图7是本发明的过滤器单元的作为护罩式过滤器应用于硬盘驱动器侧壁上时的另一个实施方式的俯视图；
图8是本发明的过滤器单元的过滤器介质的另一个实施方式的俯视图，其中在各点(经常称为粘合点)上将过滤器介质粘合以控制纤维的突出；
图9A和9B分别是纤维状过滤器介质在砑光前和砑光后的示例性侧视图，图中显示砑光后缩短了从过滤材料中突出的纤维；
图10A和10B分别是纤维状过滤器介质在磨光(burnishing)前和磨光后的示例性侧视图，图中显示通过熔化使突出纤维回到基层(base)过滤器介质，而减小纤维的长度；
图11示出驻极体介质表面的显微照片。标记为0.013英寸，显示纤维一般延伸超过过滤材料表面大于或等于0.05英寸；
图12示出本发明的短纤维过滤器介质表面的显微照片；
图13示出本发明的短纤维过滤器层叠物表面的显微照片。
发明详述
本发明提供一种用于磁盘驱动器的改进的过滤器介质和包含该本发明介质的改进的过滤器。该过滤器可以用作护罩式或毯式颗粒过滤器和任选的颗粒和蒸气过滤器，以过滤计算机硬盘驱动器中的内部颗粒和蒸气。本发明减小了纤维高度以防止纤维接触运动的表面，如计算机硬盘或磁头，并防止这种纤维干扰安装了这种纤维的设备的运行。
在后一个方面，所述过滤器包括纤维状的过滤材料，但是该过滤器的结构能使极少的纤维从过滤器的表面突出。这样就允许过滤器具有足够薄的轮廓，使其能安装在磁盘驱动器的狭小空间内，诸如位于磁盘下方的毯式过滤器，或位于紧邻磁盘周边的护罩上的护罩式过滤器。可以通过多种方法来得到这种薄的纤维轮廓：通过用热和压力对过滤器介质进行砑光，将纤维固定在过滤器内并防止纤维从过滤器表面伸出。或者，通过用火焰或热处理对过滤器介质进行磨光或处理，使任何伸出的纤维熔化。在另一种技术中，过滤材料用胶粘剂或粘合材料处理，然后挤压该过滤材料，将纤维粘合在过滤器主体内。比如，可以先施涂液体胶粘剂，然后将纤维压入过滤器主体来完成这个过程。
缩短的纤维过滤器介质可以包含砑光处理的静电摩擦驻极体材料。有用的静电摩擦驻极体材料可以根据商标名为GORE-TRET
Figure S2007800021114D00061
的循环过滤器从W.L.戈尔联合有限公司购得。这种介质非常有效(比如，超过90％@0.3微米)，渗透性也非常好(比如，以10.5英尺/分钟或3.2米/分钟达到小于1毫米H2O)。当用去离子水洗涤时，虽然这种介质失去其静电荷，但是一旦使其干燥，由于异种纤维混合物的摩擦带电效应，它立即重新变得有效。
尽管这种介质具有许多纤维状突出，发明人已经发现，通过砑光处理可以将该驻极体(该纤维)压缩和束缚在过滤器介质内。令人惊奇的是，对驻极体介质进行砑光不会造成过滤器性能的重大损失。人们并未预期到经砑光的驻极体的性能与未经砑光的材料的过滤器一样好，因为预计对材料的砑光有可能增加通过该介质时的压降，造成更多的空气从过滤器旁路而未进行过滤，从而降低过滤性能。而且，因为静电介质是通过介质内的电场或基本上通过使颗粒的迹线折弯至带相反电荷的纤维上而发生作用的，所以通过使介质显著变薄，会减少在该介质内的预期的停留时间(dwell time)，推测起来这会降低材料的收集效率。
通过改变砑光过程的温度、压力和处理时间，可以对驻极体进行砑光达到需要的厚度和纤维高度。砑光是一种过程，该过程中在纤维状材料上施加热和压力以进行压缩，以及对该材料进行热定形以降低厚度，或使低熔点纤维组分软化或熔化，该组分一旦冷却就硬化或固化而使整个纤维状介质保持减小的厚度。太高的热量和压力会使材料失去介质的纤维状性质，或使介质完全熔化回到塑态。在一些情况下，过度砑光处理会使纤维固化而形成塑性片。施加足够的热和压力以达到具有所需厚度和纤维含量的稳态的材料。太少的热量会使纤维相互粘合的效力不足而不能降低纤维突出的高度。在应用中，可以使过滤器接触更高的温度。这可能使砑光的材料回到其砑光前的尺寸。所需的热、压力和处理时间将取决于材料和结构，但是对于任何给定的纤维过滤材料，能方便地确定这些条件。
尽管优选摩擦驻极体材料，但是其它的经砑光的过滤材料也可以用于改进缩短的纤维过滤层。这些材料可以包括另一类驻极体或摩擦驻极体材料，它们效率高，对气流的阻力低。这些材料也可以是其它非织造材料或非纺粘材料、滤纸、过滤介质、过滤膜，诸如聚丙烯膜或流延聚合物膜，或过滤材料的一些组合。
也可以采用其它方法来降低纤维高度。比如，可以将驻极体的非织造介质进行磨光或用火焰或其它热源对其进行处理，所述火焰或其它热源使突出的纤维熔化，而使纤维回到主要的纤维网状物上。这些方法在突出的纤维上施加足够的热以使它们熔化返回主网状物，而不会施加过多的热而使整个纤维状材料或网状物熔化。再一次，温度和处理时间或施加热量的时间量将取决于要熔化的纤维的材料组成，但是突出的纤维必须达到构成该纤维的聚合物的熔化温度。在降低纤维高度的另一种技术中，将诸如胶粘剂之类的添加剂加入过滤材料中，并使材料从辊通过以挤压该材料，并使添加剂固化，以将纤维保持在主要网状物上。可以使用的胶粘剂包括熔化温度低于过滤器介质的纤维的熔化温度的热固材料或热塑材料，然后对胶粘剂进行热处理以固定厚度和保持纤维。可以在挤压之前或进行挤压时在过滤材料中加入诸如液体胶粘剂或多组分(multipart)胶粘剂的其他添加剂，并且用空气固化、紫外线固化或其它方法使胶粘剂固化。
现在转向附图，图1A和1B分别显示本发明的短纤维过滤器10的第一实施方式的俯视图和侧视图。图1B显示在胶粘剂层12上的缩短的纤维过滤器介质11，用于容易地安装到封闭体表面上。较优地，过滤器介质11是砑光的驻极体介质。
图2示出本发明的层压短纤维过滤器的另一个实施方式的侧视图。图2显示膜60叠加在驻极体过滤器层61上，驻极体过滤器层61则设置在胶粘剂层12上。
图3示出本发明的改进的短纤维过滤器10的一个实施方式应用于封闭体的表面13时的俯视图。比如，图中示出作为圆板过滤器10安装在计算机硬盘驱动器的盖子13的下侧。
图4示出本发明的短纤维过滤器10的一个实施方式的侧视图，图中示出为圆板过滤器安装在具有自旋的记录介质15的计算机硬盘驱动器14的顶盖19上。
图5显示本发明的改进的短纤维过滤器的另一个实施方式的侧视图。在这方面，短纤维过滤器层11位于吸附剂层20上，这两者与胶粘剂层12一起都保持在位。
图6是本发明的短纤维过滤器10的另一个实施方式的侧视图，该过滤器包含吸附剂层21、过滤器层11和其中具有开孔的附加层12a，附加层12a可以是胶粘剂，附加层12a和胶粘剂层12将过滤器保持在一起并定位，图6呈现为平坦的上表面，它对于减少过滤器位于磁盘驱动器中时可能造成的潜在的扰动是很重要的。
图7显示本发明的改进的短纤维过滤器10应用于方便体表面18的实施方式的俯视图。图中显示，该过滤器作为护罩式过滤器10安装在计算机硬盘驱动器14的侧壁18上，该计算机硬盘驱动器14具有自旋的记录介质15、记录头16和电枢(armature)17。在一个优选的实施方式中，护罩式过滤器10包括用于方便安装的压敏胶粘剂。
图8示出降低了纤维高度的过滤器介质的另一个实施方式。在该实施方式中，由点结合的图案来降低纤维高度。该图为一俯视图，显示粘合位点的图案(50)，该图案可应用于驻极体或其它纤维状过滤材料以束缚纤维并试图限制伸出的纤维。粘合点的间距取决于许多因素，诸如纤维直径、纤维长度、纤维材料和需要的纤维束缚或纤维缩短或所需的突出纤维。纤维间距也会影响过滤器的厚度。
图9A和9B说明在对过滤材料进行砑光前和砑光后的驻极体。在图9A中，进行砑光前，有一些纤维的端部54伸出过滤器52的表面，而纤维53的两个端点都附着于表面上，但是中间升高或形成弓形而离开过滤器的表面。砑光后，如图9B中所示，纤维被压缩和结合或被进一步机械缠绕，使得纤维不再从过滤器的表面突出。
类似地，图11示出标准驻极体过滤材料的显微照片。该显微照片包括基准标记(marker)，其为0.013英寸。可以看到，许多纤维从过滤器表面伸出0.05英寸或更长。相反，图12显示对该驻极体进行砑光后(如本发明的实施例3)的显微照片，可以清楚地看到，在3.5毫米的视野内从过滤器的表面伸出接近0.005英寸的纤维不超过两根。
还可以采用磨光来制造缩短纤维的过滤材料。图10A和10B分别示出进行磨光之前和之后的过滤器。在图10A中，在进行磨光之前，纤维56和57从过滤器表面伸长，远离该表面。进行磨光后，纤维56熔化返回过滤器表面被包含在该表面。有一些端纤维57的端部仍突出，但是这些纤维通常可以在制造管过滤器以及对完成的过滤器进行模切时切除。
图13示出另一种实施方式的表面的显微照片，该图显示没有可测得的纤维从膜中伸出或穿过膜。在该实施方式中，加入了另一层(CONWED聚丙烯塑料纤维织品层)作为膜与驻极体过滤器层叠的辅助物。在此，跟随用于构建过滤器样品的CONWED塑料的形式可以看到所述膜，但是看不到纤维。
过滤材料可以是单层过滤器或层状的或层叠在一起的多层过滤器。多层过滤器层可以含有膜层，因为膜层对于包容纤维和厚度控制是优选的，同时增加过滤效益。单独过滤器层通过砑光或其它方法可改进纤维包容状况，减少纤维突出。
本发明的过滤器可以包括支承层。优选的支承层或层叠过滤器层是理美(Reemay)2014聚酯非织造织物，1.0oz/yd2，可从美国田纳西州旧黑克瑞市理美有限公司(Reemay，Inc.，Old Hickory，Tennessee)购得。如果需要减小厚度，可以使用更轻的重量型式，或者可以在任何层叠步骤之前或任一层叠步骤之中对材料进行砑光。另一种优选的支承层是静电摩擦驻极体材料层，它以成品过滤器形式，从W.L.戈尔联合有限公司，以商标GORE-TRET
Figure S2007800021114D00101
的循环过滤器获得。其它过滤材料也可以用作支承层。它们可以是能产生高效率和对气流阻力低的另一种驻极体或其它摩擦驻极体材料。它们也可以是其它滤纸或这些过滤材料的组合。
可以在上述任何一种实施方式中加入一层或多层吸附剂层以形成既能有效过滤颗粒又能有效过滤蒸气的组合过滤器。可以对吸附剂进行处理以用于吸附诸如酸性气体之类的特定的气态物质。
吸附剂可以包含一层或多层100％的吸附剂材料，如粒状的活性炭，或者吸附剂可以是填充的产品基质，如与填充部分空隙空间的吸附剂混合的多孔聚合物材料骨架(scaffold)。其它可能的材料包括浸渍吸附剂的非织造织物或稀松布上的珠粒，其中该非织造织物或稀松布可以是纤维素或聚合物的，并包含乳胶或其它粘合剂。除此之外其它可能的材料包括多孔的吸附剂浇铸品或吸附剂片以及为聚合物或陶瓷的填料。吸附剂也可以是不同类型吸附剂的混合物。
可以包含在吸附剂层中的吸附剂材料的例子包括：物理吸附剂(如，硅胶、活性炭、活性氧化铝、分子筛、吸附剂聚合物等)；化学吸附剂(如，高锰酸钾、碳酸钾、碘化钾、碳酸钙、硫酸钙、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钙、粉末化的金属或其它清除气相污染物的试剂)；以及这些物质的混合物。对于一些应用，可能需要使用多层吸附剂材料，每一层含有不同的吸附剂以便在污染物通过过滤器时选择性地除去不同的污染物。
吸附剂层的一个优选的实施方式利用填充吸附剂的PTFE片，其中吸附剂颗粒被截留在网状PTFE结构中，如Mortimer，Jr的美国专利第4985296号所揭示的。理想地，颗粒以多模(如双模或三模)的方式填充，不同粒径的颗粒相互散布以填充尽可能多的颗粒间的空隙空间，以使芯体中包含的活性物质量最大。这种技术也能够将许多吸着剂填充在单层中。然后使芯体膨胀，使一些气流进入或用针刺芯体以使更多的气流进入。膨胀该芯体可减小装填密度，但是提供更加均一的吸着剂阻挡层。可能需要其它处理，诸如针刺或类似方法，以获得所需的吸附剂和气流性能。而且，可以在吸附剂层中压出或形成脊或任何有助气流的图案，以帮助调节或减少硬盘驱动器中的气流扰动。
可以容易地制作厚度为小于0.001英寸至0.400英寸的PTFE/吸附剂复合材料，并允许完成的过滤器在厚度和吸附剂装填量方面具有更大的灵活性。而且，使用多模填充和物理压缩使吸附剂密度大约为全密度(full density)的80-95％成为可能，以便每单位体积可以装填的吸附剂材料达到最大。使用PTFE作为结合组分也不会阻塞吸附剂孔，而诸如丙烯酸酯类、熔化的塑料树脂等之类的粘合剂则不能做到这一点。
为了尺寸稳定性或添加的纤维的包容，可以加入附加层。附加层可以是类似于上述理美2104的非织造织物，或可以是任何其它方便的材料。
为了方便构建过滤器，可以使用胶粘剂层。胶粘剂必须具有足够的剥离强度以承受应用使用，并且满足任何可能存在的使用规定，诸如高温、耐溶剂性、监管部门批准、可重新定位或低放气的规定。一般的低放气规定是要通过ASTM-595-84规定，该规定中总物质量损失小于1％，收集的挥发性可凝缩物质小于0.1％。
优选的胶粘剂是双面胶，它含有施涂到聚合膜载体层的两面的厚0.001英寸(0.0025厘米)的渗透性丙烯酸压敏胶粘剂。也可以使用较厚的胶粘剂，优选剂厚的胶粘剂将过滤器粘附于难以附着的材料上，诸如坚硬的封闭体表面。
聚合物膜可以是，例如，聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚酯膜、聚碳酸酯膜、聚氨酯膜或聚氯乙烯膜。较优地，该膜包含0.0005英寸厚至0.005优选厚的聚酯膜，但是如果需要，可以使用更厚的膜。一种优选的膜是由E.I.杜邦公司(E.I.Dupont Co.)生产的MYLAR
Figure S2007800021114D00121
膜。
可以通过比如涂布法、涂漆法、喷雾法、浸渍法、层压法或其它将胶粘剂施涂于层上的方法将胶粘剂设置在聚合物膜上。在一些实施方式中，可以将胶粘剂预施涂在可商业购买的膜上。在一些情况下，胶粘剂位于剥离层上。在组合或安装过滤器之前除去剥离层，而未支承的胶粘剂保留，待用于构建过滤器。在要求过滤器非常薄时特别有用，诸如在新型的1.0英寸和0.85英寸的驱动器中，这些驱动器中包括外壳、记录头和硬盘在内的厚度至多只有3毫米。可商业购买的转移胶粘剂来自3M公司9457部门，可商业购买的双面胶是3M 415，这两者都采用A-40型丙烯酸酯胶粘剂，所有这些产品都可从美国明尼苏达州明尼阿波利斯市的3M有限公司(Minnesota Mining Manufacturing，Inc.，Minnesota)购买。
在本发明的层叠结构上使用的优选膜是发泡PTFE膜的膜层，该发泡PTFE膜是按照Bacino等人的美国专利第4902423号中描述的方法制备的。该膜对气流的阻力最小，而且当叠加在过滤器或支承层上时含有纤维。可以以成品的形式从美国马里兰州艾尔克顿市的W.L.戈尔联合有限公司购买这些膜。
测量从过滤器表面伸出的纤维长度
用光学显微镜，诸如尼康(Nikon)SMZ-2T立体照相显微镜，可以看到从过滤器表面突出的纤维。通过将突出的纤维与位于同一视野内的标尺比较，可以测量其长度。可以将显微照相和测量系统，如来自尼康公司的FX显微照相系统和视频图像标记测量系统加入显微镜中，以便在显微照相中包括长度比较物或标记，用于测量长度和进行比较。
将设备组装在改造的驱动器中
使用可从日立公司(Hitachi Corporation)购买的1.0英寸形状因子的4GB磁盘驱动器对本发明实施例的颗粒过滤性能进行测试。改造内容包括在驱动器盖上钻两个孔。一个孔用于允许污染物引入，另一个孔用于在性能测试过程中获取驱动器内部气氛的样品。在盖子的每一个孔的上方安装不锈钢配件，使配件处于每个孔的中心上方，将配件固定并用二组分的环氧树脂进行密封。使用配管连接颗粒供应源与驱动器进口配件，以及连接颗粒计数器和出口配件。使用异丙醇和干净的加压空气对驱动器盖子进行清洁，以除去在改造过程中产生的所有油状物和颗粒。驱动器改造完成后，将过滤器安装在驱动器盖子上，直接处于硬盘驱动器的上方，与磁盘上磁头读取和记录数据的一侧相对。将本发明的过滤器与购买的驱动器中提供和安装的现有的立式循环过滤器进行比较。
磁盘驱动器循环过滤器的测试
该测试设计为测量颗粒过滤器从已经装填了颗粒的初始状态的磁盘驱动器内降低颗粒浓度的效率。本测试可用于标准立式循环过滤器以及本发明中描述的护罩式和圆板式循环过滤器。根据清除时间(cleanup time)对循环过滤器的性能进行定量，清除时间定义为将驱动器内颗粒量减少至颗粒量初始值的固定百分数所需要的时间。一般的度量是清除驱动器内90％的颗粒所花费的时间，被称为t90值。较低的t90值表示清除较快，过滤器性能更高。
为了测量循环过滤器的效率，在改进的磁盘驱动器中测量过滤器样品。使驱动器中现有的通气孔保持无盖以便为从驱动器排空任何过压提供途径，以及在对驱动器环境取样的过程中允许空气进入驱动器而不必有意将空气引入驱动器中。将盖子安全地固定在基板上。将提供0.1微米颗粒的气溶胶的管子与驱动器盖子上的进口相连，根据磁盘旋转的方向，该进口处于过滤器的上游。所述颗粒是0.1微米的聚苯乙烯乳胶小球，由杜克科技公司(Duke ScientificCorporation)提供，将它们稀释在去离子水中并用雾化器进行雾化，雾化器由美国明尼苏达州的TSI公司(TSI Corporation，Minnesota USA)提供。第二根管子用于获取驱动器的内部气氛样品，该管将激光颗粒计数器(LPC)和驱动器盖子上的出口相连，该出口位于过滤器的下游。使用来自美国科罗拉多州的颗粒测量系统公司(Particle Measuring Systems Inc.，Colorado USA)的HS-LAS型激光气溶胶分光光度计对颗粒计数。通过精细物质流量控制器使离开驱动器和从计数器通过的样品的流速保持在0.10立方厘米/秒，并使通过LPC的鞘型流(sheathflow)保持在15立方厘米/秒。使用LPC每秒种获取一次0.1微米颗粒的数量，将结果储存在计算机磁盘驱动器上以用于稍后分析。用位于层流通风橱中的驱动器进行该测试，该层流通风橱的进气口中安装了HEPA过滤器，目的是为了保持一个环境颗粒浓度极低的受控的测试环境。使用标准尺寸和结构的循环过滤器从购买的驱动器获取样品。还运行一个不含循环过滤器的对照例。
循环过滤器的测试包括以下顺序步骤：关闭驱动器，使带有颗粒的空气通过驱动器，监测0.1微米颗粒的计数直到达到稳态颗粒计数，通常是约2000计数/秒。这时，开启驱动器，同时继续获取驱动器内部的样品。再次监测0.1微米颗粒的浓度直到达到稳态条件。浓度下降是由于空气循环通过驱动器和过滤器，颗粒撞击在驱动器表面和其它颗粒收集装置。不同的过滤器结构和位置将对驱动器开启时记录的稳态产生不同的影响，可以对这些不同之处进行分析以确定最优的过滤器结构和位置。
当驱动器关闭时获得的数据是每秒钟的计数，标记为Ca，当驱动器开启时，每秒钟的计数标记为Css。将有无过滤器Css和对各测试过滤器的Css。根据以下公式计算t90∶t90＝2.3V/Q(1/R1-1)，其中t90是去除90％的颗粒计算的以秒计的时间，V是敞开的驱动器体积或驱动器的空气体积，Q是进入驱动器的颗粒流速(在这种情况下，也等于颗粒计数器的采样速度，因为采样气流用于将带有颗粒的空气从驱动器吸引至LPC，从颗粒负载源吸引至驱动器)，1/R1＝Ca/Css。
进行三个独立试验，以检测可重现性以及消除来自背景计数中的噪音的误差。对三个试验所得结果取平均值，以获得对0.1微米颗粒的平均清除时间。进一步分析可以计算RCUR时间，即将运行过滤器的t90时间除以不运行过滤器的t90时间，得到的数值称为RCUR数或相对清除率。RCUR数是比较不同驱动器和不同试验装置的更好的比较数值，因为它注明了在被测试的特定的驱动器中相对无过滤器时的过滤器性能。
如上所述对1.0英寸的硬盘驱动器进行改造，以用于测试改造的驱动器中的颗粒清除作用，其中，在该硬盘驱动器的盖子上安装进口和出口。根据前述的程序测试样品。在不同的1.0英寸的驱动器中测试各样品，这些驱动器都来自日本的日立公司。这些测试中各驱动器的绝对时间可以变化。这种变数可能部分来自驱动器的泄漏，因为这些驱动器的密封性经常不是很好，并且在打开和关闭驱动器以插入过滤器和在驱动器盖子上安置进出口后，驱动器的密封性会变差。但是相对清除率将对特定驱动器和测试装置测试的各过滤器与无过滤器时的试验进行比较，如此消除了驱动器之间的许多变数。
以下的实施例无意限制本发明的范围，它们说明如何进行本发明和使用本发明。
实施例1
制备样品并评价改进的缩短纤维的循环过滤器的循环过滤效率。样品过滤器包括福瑞泽数(Frazier number)约为200F的PTFE膜(由W.L.戈尔联合公司生产)，将该PTFE膜层压在经砑光的2.0oz/yd2的理美非织造的聚酯上以包含纤维，该非织造聚酯可从美国田纳西州旧黑克瑞市的BBA纤维网有限公司(BBAFiberweb Inc.，Old Hickory Tennessee)购得。该层压物的总厚度为约0.015英寸。
然后从该材料切出半圆形的样品过滤器，安装在磁盘下面，但是在任何发动机机座干扰物(motor mount interference)周围。将0.006英寸的双面胶(由美国宾夕法尼亚州格林洛克市(Glenn Rock)的胶粘剂研究所提供)置于非织造的聚酯层下面，以完成过滤器的组装。进行无过滤器的试验作为对照。使用上述的磁盘驱动器循环过滤器试验对过滤器进行测试。结果记录在表1中。
表1
  绝对清除时间T90[秒]   相对清除率RCUR
  无过滤器条件   11.7
  实施例1   5.8   0.49
实施例2
制备样品以测试另一种改进的缩短纤维的循环过滤器的循环过滤效率。示例的本发明过滤器包括实施例1中使用的福瑞泽数约为200F的ePTFE膜，该膜叠加在70mg/m2的驻极体过滤材料(由W.L.戈尔联合公司提供)上。该驻极体和膜的初始厚度为约0.052英寸±0.010英寸。用美国马塞诸塞州布洛克顿市乔可耐公司(Geo Knight，Brockton MA)生产的T-恤压机将这些层层压在一起。用于本样品的条件是：将上压板加热至340°F(171℃)，对该压板使用90PSI气压，保持该设定条件30秒。然后将样品反转，用相同的温度和压力对样品再加热7秒钟，以进一步挤压该层压物。最终层压物的厚度为0.017英寸。然后再次从该层压物切出过滤器，并使用厚0.006英寸的双面丙烯酸类压敏胶粘剂(来自胶粘剂研究所)将该过滤器固定在磁盘驱动器上。还进行无过滤器的试验作为对照，以及测试提供在该驱动器中的标准立式过滤器。结果记录在表2中。进一步检验样品的表面，结果显示在图13中，该结果可与图11的标准驻极体过滤器相媲美。
表2
  绝对清除时间T90[秒]   相对清除率RCUR
  无过滤器条件   25.4
  标准循环过滤器   24.8   0.98
  实施例2   4.0   0.16
实施例3
制备缩短纤维的循环过滤器的另一个实施方式，并将该实施方式与标准过滤器比较，所述标准过滤器是用于供给和购得的驱动器的标准立式过滤器。示例的本发明的过滤器样品包括一层30mg/cm2的驻极体层(购自马塞诸塞州东沃尔普的贺林斯渥与佛斯公司(Hollingsworth and Vose Company，EastWalpole))。该驻极体的初始厚度为0.032英寸±0.010英寸。使用与实施例2中所用相同的T-恤压机对该材料进行砑光，但是本实施例中没有膜。将驻极体放置在两层高温非粘性的薄片之间。对材料进行砑光时使用的条件是：上压板为300°F(149℃)，向机器提供60PSI的气压，保持20秒。最终的厚度为0.0115英寸。从该材料中切出过滤器，再次使用厚度为0.004英寸的双面丙烯酸类压敏胶粘剂(来自胶粘剂研究所)。进行无过滤器的试验作为对照。还对提供在该驱动器中的标准立式过滤器进行测试。结果记录在表3中。进一步检验过滤器表面，结果显示在图12中，该结果可与图11中的标准驻极体过滤器相媲美。
表3
  绝对清除时间T90[秒]   相对清除率RCUR
  无过滤器条件   42.9
  标准循环过滤器   38.0   0.89
  实施例3   12.8   0.30
虽然本文说明和描述了本发明的特定的实施方式，但是本发明不应限于这些说明和描述。应理解，作为本发明的一部分的变化和修改可以加入并包括在以下权利要求的范围内。

Claims (35)

1.一种安装在磁盘驱动器内的不渗透性表面上的层压循环过滤器，该层压循环过滤器包含：
a)胶粘剂层；
b)过滤器层，该层具有与所述胶粘剂层相邻的第一表面和与该第一表面相对的第二表面，所述过滤器层包含许多纤维；和
c)用于限制过滤器层纤维的膜层，该膜层具有层压在所述过滤器层的第二表面上的第一表面和与该第一表面相对的第二表面，其中穿透所述膜的纤维从所述膜层的第二表面突出，突出的垂直距离小于0.005英寸。
2.如权利要求1所述的层压循环过滤器，其特征在于，所述膜层是膨胀的聚四氟乙烯。
3.如权利要求1所述的层压循环过滤器，其特征在于，所述过滤器层是驻极体过滤器层。
4.如权利要求3所述的层压循环过滤器，其特征在于，所述驻极体过滤器层的厚度小于0.005英寸。
5.如权利要求1所述的层压循环过滤器，其特征在于，所述过滤器层包含非织造的过滤器层。
6.如权利要求5所述的层压循环过滤器，其特征在于，所述非织造的过滤器层的厚度小于0.005英寸。
7.一种安装在磁盘驱动器内的不渗透性表面上的层压循环过滤器，该层压循环过滤器包含：
a)胶粘剂层；
b)过滤器层，该层具有与所述胶粘剂层相邻的第一表面和与该第一表面相对的第二表面，所述过滤器层包含许多纤维；
c)用于限制过滤层纤维的膜层，该膜层具有层压在所述过滤器层的第二表面上的第一表面和与该第一表面相对的第二表面，其中穿透所述膜层且从所述膜层的第二表面突出，突出的垂直距离大于0.005英寸的纤维量少于2根纤维/毫米2。
8.如权利要求7所述的层压循环过滤器，其特征在于，所述膜层是膨胀的聚四氟乙烯。
9.如权利要求7所述的层压循环过滤器，其特征在于，所述过滤器层是驻极体过滤器层。
10.如权利要求9所述的层压循环过滤器，其特征在于，所述驻极体过滤器层的厚度小于0.005英寸。
11.如权利要求7所述的层压循环过滤器，其特征在于，所述过滤器层包含非织造的过滤器层。
12.如权利要求11所述的层压循环过滤器，其特征在于，所述非织造的过滤器层的厚度小于0.005英寸。
13.一种安装在磁盘驱动器内的不渗透性表面上的驻极体循环过滤器，该驻极体循环过滤器包含：
a)胶粘剂层；
b)驻极体过滤器层，该层具有与所述胶粘剂层相邻的第一表面和与该第一表面相对的第二表面，所述驻极体过滤器层包含许多纤维；其中至少一些纤维粘合在一起，使得所述纤维从所述驻极体过滤器层的第二表面突出，突出的垂直距离小于0.005英寸。
14.如权利要求13所述的驻极体循环过滤器，其特征在于，所述驻极体过滤器层的厚度小于0.005英寸。
15.如权利要求13所述的驻极体循环过滤器，其特征在于，所述驻极体循环过滤器中的驻极体进行了砑光处理使得至少一些纤维粘合在一起。
16.如权利要求13所述的驻极体循环过滤器，其特征在于，所述驻极体循环过滤器中的驻极体的一些纤维在所述过滤器层的离散点处与其它纤维点粘合。
17.如权利要求13所述的驻极体循环过滤器，其特征在于，所述驻极体循环过滤器中的驻极体进行磨光处理使得一些纤维粘合在一起。
18.一种安装在磁盘驱动器内的不渗透性表面上的驻极体循环过滤器，该驻极体循环过滤器包含：
a)胶粘剂层；
b)驻极体过滤器层，该层具有与所述胶粘剂层相邻的第一表面和与该第一表面相对的第二表面，所述驻极体过滤器层包含许多纤维；其中所述纤维粘合在一起，使得从所述驻极体过滤器层的第二表面突出，突出的垂直距离大于0.005英寸的纤维量少于2根纤维/毫米2。
19.如权利要求18所述的驻极体循环过滤器，其特征在于，所述驻极体过滤器层的厚度小于0.005英寸。
20.如权利要求18所述的驻极体循环过滤器，其特征在于，所述驻极体循环过滤器中的驻极体进行了砑光处理，使得至少一些纤维粘合在一起。
21.如权利要求18所述的驻极体循环过滤器，其特征在于，所述驻极体循环过滤器中的驻极体的一些纤维在所述过滤器层的离散点处进行了粘合或点粘合。
22.如权利要求18所述的驻极体循环过滤器，其特征在于，所述驻极体循环过滤器中的驻极体进行了磨光处理。
23.一种安装在磁盘驱动器内的不渗透性表面上的层压循环过滤器，该层压循环过滤器包含：
a)胶粘剂层；
b)聚酯非织造织物的过滤器层，该层具有与所述胶粘剂层相邻的第一表面和与该第一表面相对的第二表面，所述聚酯非织造织物的过滤器层包含许多纤维，且该层厚度小于0.005英寸；
c)含有膨胀的聚四氟乙烯膜的膜层，所述膜层具有层压在所述非织造织物的过滤器层的第二表面上的第一表面和与该第一表面相对的第二表面，该膜层的厚度小于0.001英寸，其中穿透所述膜且从所述膜层的第二表面上突出，突出的垂直距离大于0.005英寸的纤维量少于2根纤维/毫米2。
24.一种安装在磁盘驱动器内的不渗透性表面上的循环过滤器，该循环过滤器包含：
a)胶粘剂层；
b)过滤器层，该层具有与所述胶粘剂层相邻的第一表面和与该第一表面相对的第二表面，所述过滤器层包含许多纤维；其中至少一些纤维粘合在一起，使得所述纤维从所述过滤器层的第二表面突出，突出的垂直距离小于0.005英寸。
25.如权利要求24所述的循环过滤器，所述循环过滤器还包含在胶粘剂层和过滤器层之间的吸附剂层。
26.如权利要求25所述的循环过滤器，其特征在于，所述吸附剂是由选自下组的材料制成的物理吸附剂：硅胶、活性炭、活性氧化铝、分子筛、粘土和超吸附性纤维。
27.如权利要求25所述的循环过滤器，其特征在于，所述吸附剂层是由选自下组的材料制成的化学吸附剂：碳酸钙、硫酸钙、高锰酸钾、碳酸钠、碳酸钾、磷酸钠和活性金属。
28.如权利要求25所述的循环过滤器，其特征在于，吸附剂层是用吸附剂浸渍的聚合物骨架。
29.如权利要求28所述的循环过滤器，其特征在于，所述骨架是膨胀的聚四氟乙烯。
30.一种安装在磁盘驱动器内的不渗透性表面上的循环过滤器，该循环过滤器包含：
a)胶粘剂层；
b)过滤器层，该层具有与所述胶粘剂层相邻的第一表面和与该第一表面相对的第二表面，所述过滤器层包含许多纤维；其中从所述过滤器层的第二表面上突出，突出的垂直距离小于0.005英寸的纤维量少于2根/毫米2。
31.如权利要求30所述的循环过滤器，所述循环过滤器还包含在胶粘剂层和过滤器层之间的吸附剂层。
32.如权利要求31所述的循环过滤器，其特征在于，所述吸附剂是由选自下组的材料制成的物理吸附剂：硅胶、活性炭、活性氧化铝、分子筛、粘土和超吸附性纤维。
33.如权利要求31所述的循环过滤器，其特征在于，所述吸附剂层是由选自下组的材料制成的化学吸附剂：碳酸钙、硫酸钙、高锰酸钾、碳酸钠、碳酸钾、磷酸钠和活性金属。
34.如权利要求31所述的循环过滤器，其特征在于，吸附剂层是用吸附剂浸渍的聚合物骨架。
35.如权利要求34所述的循环过滤器，其特征在于，所述骨架是膨胀的聚四氟乙烯。
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