DE19781906C2

DE19781906C2 - Nabe aus reinem Kohlenstoffstahl für eine Datenspeichervorrichtung

Info

Publication number: DE19781906C2
Application number: DE19781906A
Authority: DE
Inventors: John W Swanson; Richard E Domonkos; Ronald L Hilton; Gregory A Laska
Original assignee: Imation Corp
Current assignee: GlassBridge Enterprises Inc
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2017-06-11
Also published as: WO1998006096A1; JP3360832B2; US5896241A; US6292996B1; KR20000029861A; DE19781906T1; JP2000515660A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich Datenspeichervorrichtungen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Naben aus reinem Kohlenstoffstahl zum Drehen herausnehmbarer Datenspeichervorrichtun gen.

Bei typischen herausnehmbaren Datenspeichervorrichtungen beruht das Aufzeichnen und Lesen von Daten auf der Drehung der Datenspeicherme dien um eine Nabe. Beispiele derartiger herausnehmbarer Vorrichtungen umfassen magnetische Datenspeicherdisketten, magnetische Datenspei cherbandkassetten und magnetooptische Disketten, wie sie beispielsweise aus der EP-A2 592 872, EP-A2-233 644 und EP-A2-314 010 bereits bekannt sind. Die US-A-5,289,456 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer solchen herausnehmbaren Datenspeicherbandvorrichtung.

Herausnehmbare magnetische Datenspeicherdisketten weisen typischer weise ein Polyesterharz oder ähnliches mit einer Magnetlage an jeder Seite auf, auf der Informationen mit Hilfe eines Magnetkopfes aufgezeichnet werden. Flexible magnetische Speicherdisketten mit einem Durchmesser von 90 mm oder weniger sind als Mikrodisketten bekannt und werden hier als solche bezeichnet. Im allgemeinen ist die Mikrodiskette in einem starren Gehäuse aufgenommen, um eine Kassette zu bilden.

Die flexible magnetische Datenspeicherdiskette weist ein dünnes, rundes Magnetaufzeichnungsmedium mit einer Nabe in der Mitte auf. Die Nabe dient als Einrichtung zum Drehen der Speichermedien, um diese über Aufzeichnungsköpfe zu bewegen. Typische Naben bestehen aufgrund ihrer Lebensdauer, ihrer Korrosionsbeständigkeit und ihrer Neigung zu magneti scher Anziehung aus rostfreiem Stahl AI-SI/SAE 430/431. Einige Naben weisen unbeschichteten rostfreien Stahl auf, während andere zum Verbes sern ihres Aussehens oder ihrer Verschleißeigenschaften mit Chrom oder Epoxid beschichtet sind. Ein Beispiel für die Herstellung einer derartigen Diskettennabe ist in der JP-A-H6-108381 offenbart.

Die Disketten-Nabe spielt beim ordnungsgemäßen Betrieb der Diskette eine wichtige Rolle. Fig. 1 zeigt eine Explosionsansicht einer typischen Mikro disketten-Antriebsspindel 10 und -nabe 20 mit einem an der Nabe 20 befestigten kreisförmigen Ring eines magnetischen Mediums. Die Antriebsspindel 10 weist einen Mittelstift 12 und einen Ausrichtungsstift 14 auf, der in Richtung weg von dem Mittelstift 12 vorgespannt ist. Der Mittel stift 12 ist in der Mittelstiftöffnung 22 der Nabe 20 aufgenommen, während der Ausrichtungsstift in dem Ausrichtungsfenster 24 aufgenommen ist.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht der ordnungsgemäß an einer Antriebsspindel 10 angebrachten Nabe 20, wobei der Mittelstift 12 des Antriebs 10 in der Mittelstiftöffnung 22 aufgenommen ist und der Ausrichtungsstift 14 korrekt in dem Ausrichtungsfenster 24 angeordnet ist. Wie es dargestellt ist, wird der Ausrichtungsstift 14 während des Drehens der Nabe 20 (und des daran angebrachten Aufzeichnungsmediums - nicht dargestellt) mit Hilfe des Fensters 24 in Richtung des Mittelstiftes 12 gezwungen. Die Antriebsspindel 10 ist normalerweise magnetisiert, um die Nabe 20 während des Ladens und der Verwendung der Diskette zu dem Antrieb 10 zu ziehen. Obwohl eine ordnungsgemäße Anordnung und Ausrichtung der Nabe auf dem Antrieb normalerweise fehlerfrei erfolgt, gibt es eine Reihe von Fehlern, die auftre ten können und Fehler beim Lesen von Daten von dem oder Schreiben von Daten auf das Medium erzeugen.

Fig. 3 zeigt einen Fehler, der beim Anbringen der Nabe 20 an der Antriebs spindel 10 auftreten kann. Bei diesem Fehler ordnet sich der Ausrichtungsstift 14 nicht ordnungsgemäß in dem Ausrichtungsfenster 24 in der Nabe 20 an. Wie es gezeigt ist, hat sich der Ausrichtungsstift 14 nur teilweise in Richtung seiner korrekten Position in der Ecke des Fensters 24 bewegt. Durch diesen Fehler wird die richtige Positionierung des Aufzeichnungsmedi ums relativ zu den Lese-Schreibköpfen in dem Diskettenlaufwerk verhindert. Fehler dieser Art werden normalerweise durch einen Test detektiert, der gewöhnlich als "Daten vorschalten" bezeichnet wird.

Die Fig. 4 und 5 zeigen einen weiteren Fehler beim Anordnen der Nabe 20 an der Antriebsspindel 10. Dieser als "Fehleinrasten" bezeichnete Fehler führt zu einem Abheben der Nabe 20 von der Antriebsspindel 10 in dem Bereich des Ausrichtungsstiftes 14. Folglich verkantet sich die Nabe 20 an der Antriebsspindel 10, so dass eine richtige Ausrichtung des Mediums rela tiv zu den Lese-Schreibköpfen in dem Disklaufwerk nicht aufrechterhalten werden kann. Diese falsche Ausrichtung führt normalerweise zu Modula tionsfehlern, wenn Daten von der Diskette gelesen und auf diese geschrie ben werden.

Ähnliche Probleme können Hersteller und Benutzer anderer drehbarer her ausnehmbarer Datenspeichervorrichtungen mit einer Nabe, die zum Drehen des Datenspeichermediums mit einer Spindel zusammenarbeitet, beschäfti gen, unabhängig davon, ob dieses Medium Daten magnetisch oder optisch speichert. Beispiele derartiger Vorrichtungen sind neben Mikrodisketten her ausnehmbare, magnetische Datenspeicherdisketten, herausnehmbare mag netische Datenspeicherbandkassetten und magneto-optische Datenspei cherdisketten.

Obwohl die oben beschriebenen Fehler selten auftreten und Hersteller von herausnehmbaren Datenspeichervorrichtungen hoher Qualität Tests in Bezug auf diese Fehler durchführen, können Verbesserungen, die das Auf treten derartiger Fehler weiter reduzieren, zur Verbesserung der Herstellungsergebnisse sehr lohnend sein. Des weiteren wird die der Zuverlässig keit der von Käufern verwendeten Vorrichtungen erhöht.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine herausnehmbare Datenspeichervorrichtung zu schaffen, welche die zuvor beschriebenen Probleme löst bzw. das Auftreten besagter Fehler reduziert.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Nabe für eine drehbare herausnehmbare Datenspeichervorrichtung nach Anspruch 1 und ein Ver fahren zum Herstellen einer derartigen Nabe nach Anspruch 7 der beige fügten Ansprüche gelöst. Die beigefügten Nebenansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Nabe und des Verfahrens zur Herstel lung einer solchen der Hauptansprüche 1 und 7.

Die vorliegende Erfindung schafft eine drehbare Datenspeichervorrichtung mit einer Nabe aus beschichtetem, reinen Kohlenstoffstahl. Durch die Ver wendung von reinem Kohlenstoffstahl für die Nabe weist die vorliegende Erfindung eine Reihe von Vorteilen auf. Die zwischen der Antriebsspindel und der Nabe erzeugte Magnetkraft wird normalerweise verstärkt, was zu verringertem Fehleinrasten führt. Außerdem werden die Kosten der Nabe reduziert, indem der normalerweise verwendete rostfreie Stahl durch reinen Kohlenstoffstahl ersetzt wird. Eine Beschichtung auf dem reinen Kohlen stoffstahl erhöht die Korrosionsbeständigkeit der Nabe aus einfachem Koh lenstoffstahl und kann auch dazu beitragen, ein falsches Anordnen der Nabe an der Antriebsspindel zu verhindern. Weitere Schichten zum Unterdrücken einer Dampfkorrosion können darüber hinaus die Korrosionsbeständigkeit der Naben aus beschichtetem, reinen Kohlenstoffstahl verbessern.

Als ein Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Nabe zum Drehen einer herausnehmbaren Datenspeichervorrichtung mit einem Kern aus reinem Kohlenstoffstahl und einer Beschichtung auf wenigstens einem Teil des Kerns. Der reine Kohlenstoffstahl weist etwa 0,2% oder weniger an Kohlenstoff auf. Einige bevorzugte Beschichtungen können aus der Gruppe gewählt sein, die Zinn, Nickel, Zink, Chrom, Farben, Epoxide, Epoxidurethane, Phenolharze und Kombinationen daraus aufweist.

Eine Nabe gemäß der vorliegenden Erfindung ist in einer magnetischen Datenspeicher-Mikrodiskette vorgesehen.

Als ein weiterer Aspekt weist die vorliegende Erfindung eine magnetische Datenspeicher-Mikrodiskette mit einer Nabe mit einem Kern aus reinem Kohlenstoffstahl und einer Beschichtung an wenigstens einem Teil der Nabe auf. Der reine Kohlenstoffstahl weist etwa 0,2% oder weniger an Kohlenstoff auf. Einige bevorzugte Beschichtungen können aus der Gruppe gewählt sein, die Zinn, Nickel, Zink, Chrom, Farben, Epoxide, Epoxidurethane, Phenolharze und Kombinationen daraus aufweist.

Als ein weiterer Aspekt weist die vorliegende Erfindung eine Nabe für eine drehbare, herausnehmbare Datenspeichervorrichtung mit einem Kern mit reinem Kohlenstoffstahl; eine Primärbeschichtung auf wenigstens einem Teil des Kerns; und eine Dampfkorrosionsinhibitorlage auf der Primärbeschich tung auf. Die Dampfkorrosionsinhibitorlage kann ein Amin sein.

Als ein weiterer Aspekt weist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Nabe für eine drehbare, herausnehmbare Datenspeicher vorrichtung mit folgenden Schritten auf: Bilden eines Kerns aus reinem Kohlenstoffstahl; Vorsehen einer Primärbeschichtung auf dem Kern; und Vorsehen einer Dampfkorrosionsinhibitorlage auf der Primärbeschichtung. Bei dem Schritt, bei dem die Dampfkorrosionsinhibitorlage vorgesehen wird, kann die Lage mittels einer wässrigen Lösung, als Dampfphasenablagerung oder als eine Kombination einer wässrigen Lösung und einer Dampfphasen ablagerung aufgebracht werden.

Diese und andere Merkmale und Vorteile werden im folgenden unter Bezug nahme auf die beiliegende Zeichnung genauer beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Explosionsansicht der Verbindung zwischen einer Mikro disketten-Nabe und einer Antriebsspindel.

Fig. 2 eine Draufsicht einer ordnungsgemäß auf einer Antriebsspindel aufgesetzten Mikrodisketten-Nabe.

Fig. 3 eine Draufsicht einer nicht ordnungsgemäß auf einer Antriebsspin del aufgesetzten Mikrodisketten-Nabe, was normalerweise zu einem Daten-Vorschalt-Fehler führt.

Fig. 4 eine Draufsicht einer aufgrund eines Fehleinrastens nicht ord nungsgemäß auf einer Antriebsspindel aufgesetzten Mikrodisket ten-Nabe, was normalerweise zu einem Modulationsfehler führt.

Fig. 5 eine Seitenansicht der Mikrodisketten-Nabe und der Antriebsspin del aus Fig. 4.

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Mikrodisketten-Nabe gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 7 eine vergrößerte Teilschnittansicht der Nabe aus Fig. 6.

Fig. 8 eine Grafik der Magnetisierungsintensität als Funktion einer Mag netfeldstärke für Kaltwalzstahl AISI/SAE 1008 und rostfreien Stahl 430.

Fig. 9 eine vergrößerte Schnittansicht eines Bereichs einer gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Nabe.

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht der Nabe aus Fig. 9.

Fig. 11 eine vergrößerte Schnittansicht eines Bereiches der Nabe aus Fig. 9 einschließlich einer Dampfkorrosionsinhibitorlage.

Fig. 12 eine Grafik der Ergebnisse der Korrosionstests von Materialien, die gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung der Naben ver wendet werden.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Nabe zum Drehen herausnehmbarer Datenspeichervorrichtungen, die durch Verwenden einer Nabe aus be schichtetem, reinen Kohlenstoffstahl Fehler beim Positionieren der Nabe an einer Antriebsspindel verringern können, wobei dieser Kohlenstoffstahl ver besserte magnetische Eigenschaften aufweist, korrosionsbeständig ist und Herstellungskosten der Nabe senkt. Obwohl sich die folgende Beschreibung sich im wesentlichen auf Naben für magnetische Speicher-Mikrodisketten richtet, wird darauf hingewiesen, dass die Naben gemäß der vorliegenden Erfindung für jede drehbare herausnehmbare Datenspeichervorrichtung mit einer Nabe verwendet werden können, unabhängig davon, ob diese Daten nun magnetisch, optisch oder in irgendeiner anderen Weise gespeichert werden. Beispiele derartiger Vorrichtungen umfassen jede Art herausnehm barer, magnetischer Datenspeicherdisketten, herausnehmbarer, magneti scher Datenspeicherbandkassetten, herausnehmbarer, magneto-optischer Datenspeicherdisketten und digitaler Videodisketten, die eine metallische Nabe aufweisen können, wobei die Erfindung sich jedoch nicht hierauf be schränkt.

Die oben beschriebenen Fig. 1-5 stellen die Verbindung zwischen einer Nabe 20, einer Mikrodiskette und einer Antriebsspindel 10 dar. Der Aufbau der Mikrodiskette unterliegt dem Standard x3.171-1989 des American National Standards Institute (ANSI) und entsprechenden Äquivalenzen, auf die durch diese Bezugnahme hingewiesen ist (Äquivalenzen umfassen ISO/IEC 9529-1: 1989 und ECMA/TC19/87/21 der European Computer Manufacturers Association), um die austauschbare Verwendung von Disketten in verschiedenen Diskettenlaufwerken zu ermöglichen, wobei sowohl die Disketten als auch die Diskettenlaufwerke von verschiedenen Firmen hergestellt sein können. Folglich unterscheiden sich die Abmessun gen der Naben derartiger Disketten normalerweise unterschiedlicher Her steller nicht wesentlich. Wie es zuvor oben beschrieben ist, werden die her kömmlichen Naben 20 aus Gründen seiner Lebensdauer und seiner Korrosi onsfestigkeit aus rostfreiem Stahl hergestellt. Die Naben aus rostfreiem Stahl werden normalerweise aus Blechmaterial in die gewünschte Form gestanzt.

Die Antriebsspindeln 10 weisen normalerweise einen Restmagnetismus auf oder umfassen in ihrem Aufbau Magneten, die eine magnetische Anziehung zwischen der Spindel und der Nabe erzeugen, welche die Nabe tendenziell in Richtung der Spindel zieht. Die in der Nähe der magnetischen Pole gemes senen Magnetfelder bei im Handel erhältlichen Antriebsspindeln liegen im Bereich von etwa 23,084 bis etwa 43,780 A/mm (290 bis etwa 550 Oe), mit einem Durchschnittswert von etwa 31,840 A/mm (400 Oe). Diese Messungen wurden unter Verwendung eines im Handel erhältlichen, in der Nähe der Magnetpole in den Antriebsspindeln angeordneten Gaußmeters vorgenommen.

Fig. 6 zeigt eine Mikrodisketten-Nabe 120 mit einer Mittelstiftöffnung 122 und einem Ausrichtungsfenster 124. Die Nabe kann durch jedes geeignete Verfahren hergestellt werden, obwohl die Nabe 120, wie bekannte Mikro disketten-Naben aus rostfreiem Stahl, normalerweise durch Stanzverfahren hergestellt wird. Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, weist die Nabe 120 einen Kern 126 aus reinem Kohlenstoffstahl und eine Beschichtung 128 auf dem Kern 126 auf.

Der Kern weist vorzugsweise einen reinen Kohlenstoffstahl auf. Der Begriff "reiner Kohlenstoffstahl" umfasst in der hierin verwendeten Form keine Stahlarten mit wesentlichen Legierungsbestandteilen (wie etwa rostfreie Stahlarten). Die reinen Kohlenstoffstahlarten gemäß der vorliegenden Erfindung weisen einen Kohlenstoffanteil von etwa 0,2% oder weniger auf (obwohl darauf hingewiesen wird, dass die reinen Kohlenstoffstahlarten wenigstens etwas Kohlenstoff aufweisen müssen). Beispiele geeigneter Stahlarten umfassen die Stahlarten AISI/SAE 1008, 1010, 1018 und 1020, sie sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Es wird auch vorgezogen, dass die Naben aufgrund seiner Festigkeit und Härte aus kaltgewalztem reinen Kohlenstoffstahl ausgebildet sind.

Der reine Kohlenstoffstahl weist im Vergleich zu rostfreiem Stahl verbes serte magnetische Eigenschaften auf. Obwohl beide Materialien magnetisch weich sind (mit Zusätzen von etwa 0,955 A/mm (12 Oe) bei dem rostfreien Stahl AISI/SAE 430 und etwa 0,636 A/mm (8 Oe) bei dem Kaltwalzstahl AISI/SAE 1008), zeigt der reine Kohlenstoffstahl im Vergleich zu dem rost freien Stahl AISI/SAE 430 eine größere Magnetisierungsintensität. Diese Eigenschaften können unter Verwendung eines Vibrationsabtastmagneto meters gemessen werden. Zwei typische Magnetisierungsintensitätskurven für Kaltwalzstahl AISI/SAE 1008 und rostfreien Stahl 430 sind in Fig. 8 dar gestellt.

Aufgrund der angestiegenen Magnetisierungsintensität zeigt eine aus reinem Kohlenstoffstahl hergestellte Nabe eine größere magnetische Anziehung als eine aus rostfreiem Stahl hergestellte vergleichbare Nabe. Typische Mikro disketten-Naben aus rostfreiem Stahl AISI/SAE 430 mit einer Dicke von 0,305 mm weisen eine magnetische Anziehungskraft von etwa 8,730 N (890 Pond) zu einer Antriebsspindel mit einem Magnetfeld von etwa 90,744 A/mm (1140 Oe) auf, wie im folgenden Beispiel 1 dargelegt ist. Im Gegensatz dazu weisen Naben 120, die unter Verwendung reiner Kohlenstoffstahlarten mit derselben Dicke hergestellt sind, normalerweise eine magnetische Anziehungskraft zu derselben Antriebsspindel von etwa 981 N (1000 Pond) oder mehr auf (d. h., einen Anstieg von etwa 12% oder mehr). Diese zusätzliche magnetische Anziehungskraft trägt zu dem verbesserten Aufsitzen der Naben auf den Antriebsspindeln bei, wobei die Herstellungsergebnisse bei Formatiertests und der zuverlässigen Verwendung durch die Verbraucher verbessert werden.

Die vergrößerte magnetische Haltekraft des reinen Kohlenstoffstahls (im Vergleich zu rostfreiem Stahl) ermöglicht die Verwendung dünnerer Naben, ohne die magnetische Haltekraft in bedeutendem Umfang zu verschlechtern, die zu einem ordnungsgemäßen Positionieren der Nabe auf einer Antriebs spindel erforderlich ist. Naben mit einer Dicke von etwa 0,241 mm oder we niger weisen zum Beispiel normalerweise eine magnetische Haltekraft auf, die annähernd der einer dickeren Nabe aus rostfreiem Stahl entspricht, wie sie unten in Beispiel 2 beschrieben ist. Dies liegt daran, dass die größere Magnetisierungsintensität des reinen Kohlenstoffstahls im Vergleich zu rost freiem Stahl (siehe Fig. 8) eine größere magnetische Anziehungskraft für dieselbe Materialmenge vorsieht. Die dünneren Naben weisen aufgrund der verringerten Materialkosten weitere Kostenvorteile für Disketten mit Naben aus reinem Kohlenstoffstahl auf.

Die Korrosion der reinen Kohlenstoffstahlarten stellt ein größeres Problem als bei herkömmlichen Naben aus rostfreiem Stahl dar, und die Beschich tung 128 auf dem Kern 126 erhöht die Korrosionsbeständigkeit. Geeignete Beschichtungen zeigen die gewünschte Verschleißfestigkeit und die gewünschte Dauerfestigkeit, die für Mikrodisketten erforderlich sind, die während ihrer Lebensdauer sehr häufig in Disklaufwerte eingeführt und aus diesen entfernt werden. Die Beschichtung 128 kann über die gesamte Nabe 120 oder über Teile von dieser vorgesehen sein. Es kann zum Beispiel erfor derlich sein, die Beschichtung nur an denjenigen Teilen der Nabe 120 vorzu sehen, die mit der Antriebsspindel in Kontakt stehen.

Beispiele geeigneter Beschichtungen 128 umfassen Metalle und Farben. Einige wünschenswerte metallische Beschichtungen umfassen Zinn, Nickel, Zink und Chrom. Typischerweise sind die metallischen Beschichtungen 128 auf dem reinen Kohlenstoffkern 126 elektroplattiert, entweder vor Bildung der Naben 120 oder, als Alternative, nachdem die Nabe 120 gebildet wurde. Die metallischen Beschichtungen können entweder glänzende oder matte Oberflächen aufweisen.

Eine bevorzugte Nabe 120 weist eine Zinnbeschichtung 128 (7C-Brite-Ober fläche) mit einer Dicke von etwa 0,38 µm auf einem Kern 126 aus kaltge walztem reinem Kohlenstoffstahl AISI/SAE 1008 auf. Die Dicke der Nabe 120 einschließlich der Plattierung beträgt etwa 0,305 mm. Ein geeignetes Material mit diesen Eigenschaften ist von der U.S. Can Metal Services Company (Chicago, Illinois) erhältlich. Der gewünschte beschichtete kaltge walzte Stahl weist eine 7C-Brite-Oberfläche auf.

Einige Beispiele für die Beschichtung 128 geeigneter Farben umfassen orga nische Farben, Emaillen, Lacke, Kunststofftauchbeschichtungen, Epoxide, Epoxidurethane, Phenolharze usw. Diese Materialien können durch Sprühbe schichtung, Walzenbeschichtung, Tauchbeschichtung oder ein anderes geeignetes Verfahren aufgebracht werden.

Obwohl normalerweise lediglich eine Beschichtung 128 auf dem Kern 126 aufgebracht ist, wird darauf hingewiesen, dass zwei oder mehr Beschichtun gen aufgebracht sein können. Diese Beschichtungen können über anderen Beschichtungen, z. B. über eine mehrlagige Beschichtung, oder an verschie denen Teilen der Nabe 120 angeordnet sein. Es kann zum Beispiel wünschenswert sein, eine weniger teure Beschichtung an der Seite 121 (vgl. Fig. 6) der Nabe 120 aufzubringen, die bei einer normalen Mikrodiskette nicht sichtbar ist. Der Primärzweck für die Beschichtung 128 an dieser Seite der Nabe 120 besteht darin, eine Korrosionsfestigkeit des reinen Kohlen stoffstahlkerns 126 zu erzeugen. Die Seite 123 der bei einer Handhabung und Verwendung freiliegenden Nabe 120 kann mit einer anderen Beschich tung beschichtet sein, die das Aussehen, die Verschleißfestigkeit, die Korro sionsfestigkeit und eine Reihe anderer Eigenschaften verbessert. Eine be sonders nützliche Kombination von Beschichtungen kann eine Nickelbe schichtung an der Seite 123 und eine weniger teure Beschichtung, wie etwa Zinn, Zink, Farbe usw. auf der Seite 121 der Mikrodisketten-Nabe 120 auf weisen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 9 ist eine vergrößerte Querschnittansicht einer Nabe 220 gezeigt, die, wie es zuvor beschrieben ist, einen Kern 226 aus reinem Kohlenstoffstahl aufweist. Der Kern 226 ist zur Verbesserung der Korrosionsfestigkeit, des Verschleißes oder irgendwelcher anderer Eigen schaften mit einer Primärbeschichtung 228 beschichtet. Normalerweise ist die Nabe 220 jedoch mit einer metallischen Primärbeschichtung oder einer Farbe beschichtet, wie es zuvor beschrieben ist. Ein mögliches Problem bei derartigen Primärbeschichtungen besteht jedoch in ihrer Anfälligkeit für Brü che, Haarrisse und andere in Fig. 9 dargestellte Oberflächendefekte 230. Die Defekte 230 können den reinen Kohlenstoffkern 226 der Feuchtigkeit der Umgebung aussetzen, und diese freiliegenden Bereiche 232 des Kerns kön nen korrodieren, wobei das Aussehen verschlechtert und die Leistung der Nabe 220 potentiell beeinträchtigt wird. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass die Größe der Defekte 230 relativ gering sein und normalerweise nicht von einem Benutzer bemerkt werden kann. Die Korrosion, die in den Defekten 230 ihren Ursprung haben kann, kann die Defekte 230 jedoch ver größern und/oder eine teilweise Delaminierung der Primärbeschichtung 228 von dem Kern 226 bewirken, wobei der Defekt 230 mit der Zeit sichtbarer wird.

Der im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendete Begriff "Korrosion" bezieht sich entweder lediglich auf die Oxidation oder, we nigstens primär, auf die Oxidation des Kerns aus reinem Kohlenstoffstahl. Die Oxidationsrate der freiliegenden Teile des eisenhaltigen, reinen Kohlen stoffstahlkerns wird durch die Umgebungsfeuchtigkeit erhöht. Die Dampfkorrosionsinhibitorlage der vorliegenden Erfindung reduziert die Oxi dationsrate und kann in einigen Fällen die Korrosion effektiv verhindern, wenn diese unter Berücksichtigung der Lebensdauer der drehbaren, heraus nehmbaren Datenspeichervorrichtungen betrachtet wird, die diese Naben aufweisen.

Die Defekte 230 in der Primärbeschichtung 228 können zahlreiche Gründe haben, aber ein typischer Grund bei metallisch plattierten Naben, wie etwa der Nabe 220, ist das Stanzen der Naben 220 aus einem größeren Blech plattierten Kohlenstoffstahls. Das Stanzen der Naben aus vorplattierten Blechen reinen Kohlenstoffstahls ist ein wirtschaftliches Verfahren zum Herstellen der Naben. Ein potentieller Nachteil ist jedoch die Erzeugung von Oberflächendefekten 230 bei den Naben 220 während des Stanzens, insbe sondere in den verformten Bereichen, wie etwa um die Mittelstiftöffnung 222 (vgl. Fig. 10). Andere Bereiche, die für Oberflächendefekte beim Stan zen anfällig sind, umfassen die Schulter 234 und den um den Rand der Nabe 220 ausgebildeten Flansch 236. Es sind ähnliche Probleme zu erwarten, wenn die Primärbeschichtung 228 eine Farbe, ein Epoxid oder eine andere nichtmetallische Beschichtung ist, die vor dem Stanzen der Naben 220 auf die Bahnen aus reinem Kohlenstoffstahl aufgetragen wird.

Jedoch können die Oberflächendefekte 230 neben dem Stanzen auch als Ergebnis eines schlechten Plattierungs- oder Beschichtungsvorgangs auftreten, was zu Blasen und Poren in der Primärbeschichtung führt. Diese Defekte können auch auftreten, wenn die Naben 220 nach dem Stanzen beschichtet wurden.

Die Korrosion an Oberflächendefekten in Naben gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch reduziert werden, wenn eine Dampfkorrosionsinhibi torlage 238 über der Primärbeschichtung 228 auf die Naben 220 aufgetra gen wird. Der Dampfkorrosionsinhibitor kann verhindern, dass Umgebungs feuchtigkeitsdampf mit den freiliegenden Bereichen des Kerns 226 in den Bereichen der Oberflächendefekte 230 in Kontakt kommt, indem, wie in Fig. 11 gezeigt ist, eine im wesentlichen konforme Lage 238 eines Dampfkorro sionsinhibitormaterials ausgebildet wird, das sowohl in den Oberflächende fekten 230 zum Schützen des Kerns 226 als auch auf der Primärbeschich tung 228 aufgetragen werden kann.

Die für die Dampfkorrosionsinhibitorlage 238 verwendeten Materialien können vorzugsweise sowohl einen anodischen als auch einen kathodischen Angriff auf die für den Kern 226 der Naben 220 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten reinen Kohlenstoffstahlarten unterdrücken. Es wird vorgezogen, dass die Dampfkorrosionsinhibitorlage 238 zusätzlich zu anderen Komponenten, wie etwa Filmbildnern, grenzflächenaktiven Stoffen, Wachsen usw., einen oder mehrere Amine aufweist. Repräsentative Beispiele solcher Beschichtungen und Verfahren zu ihrem Vorsehen sind zum Beispiel in der US-A-4,051,066; US-A-4,275,835; US-A-5,139,700; US-A-5,209,869; US-A-5,320,778; US-A-5,344,589; US-A-5,332,525; US-A-5,393,457; und US-A-5,422,187 beschrieben.

Die Dicke der Dampfkorrosionsinhibitorlage 238 kann variieren, obwohl die Nenndicke der Lage 238 vorzugsweise etwa 3 bis etwa 4 mm (gemessen durch Ionenstreuungsspektroskopie (ISS) oder sekundäre Ionenmas senspektroskopie (SIMS)) beträgt. Es wird vorgezogen, dass die Dampfkorrosionsinhibitorlage 238 dünn genug ist, so dass sie ein normaler Benutzer nicht erkennen kann, d. h., die Lage sollte mit bloßem Auge nicht sichtbar sein und sollte bei der herkömmlichen Verwendung auch beim Handhaben der Naben 220 nicht besonders auffällig sein. Mit anderen Worten, die Lage 238 sollte nicht bewirken, dass die Naben 220 bei normaler Verwendung ölig oder fettig erscheinen oder sich so anfühlen.

Die Dampfkorrosionsinhibitorlage 238 mit Hilfe zahlreicher Verfahren aufge bracht sein, einschließlich Eintauchen in eine Flüssigkeit/Besprühen mit einer Flüssigkeit, Dampfphaseaufbringen oder einer Kombination aus sowohl einem Eintauchen in eine Flüssigkeit/Besprühen mit einer Flüssigkeit als auch einem Dampfphaseaufbringen.

Bei einem bevorzugten Dampfphaseaufbringungsverfahren werden die für die Lage 238 verwendeten Aminkorrosionsinhibitoren vorzugsweise in einem passiven Dampfablagerungsvorgang aufgetragen, bei dem die Naben 220 in Gehäusen angeordnet werden, in denen der Korrosionsinhibitor in einem Trockenmittel, einem weiteren Trägermaterial oder in den Verpackungsma terialien selbst, wie sie in einer Anzahl der oben aufgelisteten Patente an geführt werden, angeordnet ist. Da die Korrosionsinhibitoren unter her kömmlichen atmosphärischen Bedingungen verdampfen, lagern sie sich in der Zeit, in der die Naben in dem Gehäuse angeordnet sind, in der Dampf phase an der Oberfläche der Naben 220 ab. Es wird vorgezogen, dass der Dampfphasenablagerungsvorgang wenigstens 24 Stunden lang durchgeführt wird, um eine geeignete Dampfphasenablagerung sicherzustellen.

Bei einem bevorzugten Flüssigkeitsablagerungsvorgang können die Naben in eine Lösung mit den Dampfkorrosionsinhibitormaterialien (vorzugsweise einem oder mehreren Aminen) eingetaucht werden, woraufhin sie getrock net werden. Die Lösung kann auch andere Bestandteile wie etwa grenzflä chenaktive Mittel, Filmbildner, Wachse usw. aufweisen, um die Bildung der Dampfkorrosionsinhibitorlage 238 zu unterstützen.

Wenn die Naben mit einer Dampfkorrosionsinhibitorlage bei magnetischen Datenspeichervorrichtungen wie etwa Mikrodisketten verwendet werden sollen, wird es vorgezogen, dass die magnetischen Medien an der Nabe angebracht werden, nachdem die Dampfkorrosionsinhibitorlage zum Verhin dern des Freilegens und/oder des Beschichtens des Mediums mit der Dampfkorrosionsinhibitorlage angeordnet wurde.

Tests, die an einigen für Naben gemäß der vorliegenden Erfindung ver wendbaren, repräsentativen Stahlarten durchgeführt wurden, zeigen deutli che Verbesserungen der Korrosionsfestigkeit. Einige Testergebnisse sind graphisch in Fig. 12 dargestellt, und die zum Erreichen dieser Ergebnisse verwendeten Testverfahren sind im folgenden Beispiel 4 beschrieben. Kurz gesagt zeigen die Naben 220 mit einer Dampfkorrosionsinhibitorlage 238 eine deutliche Verbesserung der Korrosionsfestigkeit.

Merkmale und Vorteile der beschichteten reinen Kohlenstoffstahl-Mikro disketten-Naben gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den folgenden Beispielen näher dargestellt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass, während die Beispiele diesen Zweck erfüllen, die speziellen, verwendeten reinen Kohlenstoffstahlarten und Beschichtungen sowie andere Bedingungen und Details nicht in einer Weise zu interpretieren sind, die den Schutzum fang der vorliegenden Erfindung in unangebrachter Weise einschränken würde.

Untersuchen der magnetischen Haltekraft

Mit den in ANSI x3.171:1989 dargelegten Abmessungen hergestellte Mikro disketten wurden an einem optischen Nuten-Abstoßungstester (Modell NTS4700A, Kato Spring Works Co. Ltd., Japan (Seriennr. 910613-2) ange bracht. Die in dieser Maschine vorgesehene Antriebsspindel wies in der Nähe seiner magnetischen Pole ein magnetisches Feld von etwa 90,744 A/mm (1140 Oe) auf, was mit einem in der Hand gehaltenen Gaussmeter gemessen wurde, das in der Nähe der Pole der Magneten in der Spindel positioniert war.

Zur Bestimmung der magnetischen Haltekraft wurden die Naben an der (der magnetischen Anziehungskraft ausgesetzten) Testspindel angeordnet, und die Spindel wurde automatisch mit einer konstanten Rate abgesenkt. Wäh rend der Bewegung der Spindel wird die Bewegung der Nabe durch einen Rückhaltering derart eingeschränkt, dass die Spindel sich von der Nabe wegbewegt (da sie durch den Rückhaltering zurückgehalten wird). Wenn die Spindel sich von der Nabe wegbewegt, wird die maximale magnetische Hal tekraft durch einen an der Spindel angeordneten Kraftsensor aufgezeichnet, wobei die maximale magnetische Haltekraft erzeugt wird, wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Beispiel 1

Mikrodiskettennaben wurden durch Ausstanzen aus Bahnmaterial mit einer Nenndicke von etwa 0,305 mm gemäß den in ANSI x3.171:1989 dargeleg ten Abmessungen hergestellt. Tabelle 1 listet die für den Kern und die Be schichtung (falls vorhanden) verwendeten verschiedenen Materialien zu sammen mit den magnetischen Haltekräften auf, die gemäß des oben be schriebenen Tests gemessen wurden (unter Verwendung einer Spindel mit einem in der Nähe ihrer magnetischen Pole gemessenen Magnetfeld von etwa 90,744 A/mm (1140 Oe), wie es mit einem in der Nähe der Magnetpole der Spindel angeordneten, in der Hand gehaltenen Gaußmeter gemessen wurden).

Der für die getesteten Naben verwendete rostfreie Stahl AISI/SAE 430 wurde von Allegheny Ludlum Steel, Wallingford, Connecticut, bezogen. Bei dem zum Beschichten einiger der Naben aus rostfreiem Stahl 430 verwen deten Epoxid handelte es sich um ein Epoxidurethan.

Das Material für die aus dem Stahl AISI/SAE 1008 hergestellten Naben wurde von U.S. Can Metal Services (Chicago, Illinois) als Kaltwalzstahl 1008, 49 kg (107 Pound)/Basiseinheit ±5% oder 300 ± 3 µm, T5 Temper (30T-Skala) bezogen. Bei der vorplattierten (d. h., vor dem Stanzen der Naben plattierte) Zinnbeschichtung handelte es sich um eine glänzende 7C- Zinnplattierung mit 0,114 kg (0,25 Pound)/Basiseinheit (mindestens 0,050 kg (0,11 Pound)/Basiseinheit pro Seite). Bei der matten Zinnbeschichtung handelte es sich um eine matte Zinnoberfläche Nr. S. und der Nickel wurde unter Verwendung von Watts-Brite-Nickel nichtelektrisch nachplattiert (d. h., nach dem Stanzen plattiert).

Tabelle 1

Beispiel 2

Mikrodiskettennaben wurden durch Stanzen aus Blechmaterial gemäß den in ANSI x3.171:1989 dargelegten Abmessungen hergestellt, mit der Aus nahme, dass das Blechmaterial eine Nenndicke von etwa 0,241 mm aufwies. Tabelle 2 listet die verschiedenen, für den Kern und die Beschichtung (falls vorhanden) verwendeten Materialien zusammen mit der gemäß dem oben beschriebenen Test gemessenen magnetischen Haltekraft auf.

Tabelle 2

Beispiel 3

Mikrodiskettennaben wurden durch Stanzen aus Blechmaterial gemäß den in ANSI x3.171:1989 dargelegten Abmessungen hergestellt, mit der Aus nahme, dass das Blechmaterial eine Nenndicke von etwa 0,203 mm aufwies. Tabelle 3 listet die verschiedenen, für den Kern und die Beschichtung (falls vorhanden) verwendeten Materialien zusammen mit der gemäß dem oben beschriebenen Test gemessenen magnetischen Haltekraft auf.

Tabelle 3

Beispiel 4

Mikrodiskettennaben wurden durch Stanzen aus Blechmaterial mit einer Nenndicke von etwa 0,305 gemäß den in ANSI x3.171:1989 dargelegten Abmessungen hergestellt. Bei dem Blechmaterial handelte es sich um von U.S. Can Metal Services Company (Chicago, Illinois) als Kaltwalzstahl 1008, 49 kg (107 Pound)/Basiseinheit ±5% oder 300 ± 3 µm, T5 Temper (30T- Skala) bezogenen Stahl AISI/SAE 1008. Das Bahnmaterial war mit einer Zinnbeschichtung vorplattiert (d. h., vor dem Stanzen der Naben plattiert), die als glänzende 7C-Zinnplattierung mit 0,25 Pound/Basiseinheit (mindestens 0,050 kg (0,11 Pound)/Basiseinheit pro Seite) spezifiziert war.

Einige der Naben blieben zu Kontrollzwecken unbehandelt (d. h., sie wurden nicht mit einem Dampfkorrosionsinhibitor behandelt), während andere gemäß den folgenden Verfahren mit einem Korrosionsinhibitor behandelt wurden.

Gruppe 1

Eine erste Gruppe Naben (als Gruppe 1 bezeichnet) wurde durch Eintauchen in eine Flüssigkeit und, wie im folgenden beschrieben, durch Dampfphasen ablagerung einer Dampfkorrosionsinhibitorlage vorbereitet.

Es wurden wässrige Lösungen eines Dampfkorrosionsinhibitormaterials (VCI) in Konzentrationen im Bereich von 0,5% bis 2% (vom Gewicht her) bereitgestellt. Der Dampfkorrosionsinhibitor war ein von der Cortec Corpo ration, White Bear Lake, Minnesota, bezogener VCI-379. Zusätzlich zu dem Amin-Dampfkorrosionsinhibitor weist der VCI-379 auch geeignete Filmbild ner, grenzflächenaktive Mittel, Wachse und andere Komponenten auf, die zum Unterstützen beim Aufbringen einer Dampfkorrosionsinhibitorlage mit einem Amin erforderlich sind.

Neu gestanzte Naben, wie sie oben beschrieben sind, wurden durch wässri ges Auswaschen gereinigt, wobei die Naben in eine wässrige Reinigungslö sung mit einem hohen pH-Wert (etwa 8,5 bis 10) eingetaucht wurden, die auf 60 ± 3°C erwärmt war. Die Naben wurden 2-4 Minuten lang in der wässrigen Lösung bewegt, wonach die Naben in einen Tank mit erwärmten Abspülwasser mit 60 ± 3°C eingetaucht und 2-4 Minuten bewegt wurden. Als Alternative konnten die Naben in einer erwärmten Trichlorethylen- Lösung gereinigt werden.

Die gereinigten Naben wurden dann eingetaucht und 1-3 Minuten lang in der wässrigen Lösung mit dem Dampfkorrosionsinhibitormaterial bewegt. Nach der Entfernung aus der Dampfkorrosionsinhibitorlösung wurden die Naben 15-20 Minuten lang in einem Ofen bei 99 ± 5°C luftgetrocknet, wonach sie auf Zimmertemperatur abkühlen konnten.

Anschließend wurden die Naben getestet. Die Ergebnisse der Tests an dieser Nabengruppe sind in der nachfolgenden Tabelle 4 als Gruppe 1 dargestellt, und zwar zusammen mit denjenigen Variablen, die zum Entwickeln des Eyring-Beschleunigungsmodells verwendet wurden, das zum Erzielen der erwarteten Lebensdauer eingesetzt wurde.

Gruppe 2

Eine zweite Gruppe Naben (als Gruppe 2 bezeichnet) wurde, wie unten beschrieben, lediglich einer Dampfphasenablagerung des Dampfkorro sionsinhibitors unterzogen.

Neu gestanzte Naben, wie sie oben beschrieben sind, wurden durch ein wässriges Auswaschen gereinigt, wie es zuvor für Gruppe 1 beschrieben ist. Die gereinigten Naben wurden dann getrocknet und in Plastiktüten angeord net, die in dem Verpackungsmaterial mit einem Dampfkorrosionsinhibitor ausgebildet waren. Bei dem für die Tüten verwendeten Material handelte es sich um das von der Cortec Corporation erhältliche VCI-126. In jede Tüte war auch ein Dampfphasenemitter eingeführt, der ein aktives Amin enthielt, das bei herkömmlichen atmosphärischen Bedingungen verdampft. Bei dem verwendeten Dampfphasenemitterbeutel handelte es sich um Beutel mit der Bezeichnung 1-MUL, die auch von der Cortec Corporation erhältlich sind.

Die Naben verblieben wenigstens 24 Stunden lang in den Tüten, wonach sie zur Durchführung von Umgebungstests entfernt wurden. Die Ergebnisse der Tests an dieser Nabengruppe sind in der nachfolgenden Tabelle 4 als Gruppe 2 dargestellt, und zwar zusammen mit den Variablen, die zum Entwickeln des Eyring-Beschleunigungsmodells verwendet wurden, das zum Erzielen der erwarteten Lebensdauer eingesetzt wurde.

Gruppe 3

Eine dritte Gruppe Naben (als Gruppe 3 bezeichnet) blieb als Kontrollgruppe unverändert. Die Naben in der Kontrollgruppe wurden durch wässriges Aus waschen gereinigt, wie es oben für Gruppe 1 beschrieben wird. Die Naben wurden dann Umgebungstests unterzogen. Die Ergebnisse der Tests an die ser Gruppe sind in der nachfolgenden Tabelle 4 als Gruppe 3 dargestellt, und zwar zusammen mit den Variablen, die zum Entwickeln des Eyring- Beschleunigungsmodells verwendet wurden, das zum Erzielen der erwarte ten Lebensdauer eingesetzt wurde.

Korrosionstests der Gruppen 1-3

Die wie oben beschrieben vorbereiteten verschiedenen Nabengruppen wur den dann in Umgebungstestkammern angeordnet und zum Sammeln der Daten, die zum Entwickeln eines Eying-Beschleunigungsmodells für jede Gruppe erforderlich waren, geregelten Bedingungen ausgesetzt.

Die Tests wurden durchgeführt, indem die Naben in einer Umgebungstest kammer angeordnet wurden, in der sowohl die Temperatur als auch die Feuchtigkeit kontrolliert werden konnten. Die gesammelten Daten wurden zum Entwickeln eines Eyring-Beschleunigungsmodells der erwarteten Lebensdauer repräsentativer reiner Kohlenstoffstahlnaben mit einer Primär beschichtung und einer Dampfkorrosionsinhibitorlage sowie Kontrollgruppen von Naben ohne zusätzliche Dampfkorrosionsinhibitorlage verwendet. Zu Testzwecken wurden 1,24 mm in jeder Richtung an der Oberfläche des Materials als Maximalgröße für einen Defekt mit Korrosion festgelegt, wobei festgelegt wurde, dass das Teil in einem solchen Zustand einen Fehlerzu stand erreicht hatte.

Die Ergebnisse der Korrosionstests bei einer Temperatur von 25°C und 50% relativer Feuchtigkeit sind in Tabelle 4 und in Fig. 12 dargestellt. Sie zeigen die Verbesserungen der zu erwartenden Lebensdauer der herge stellten Naben mit einem Dampfkorrosionsinhibitor gemäß der vorliegenden Erfindung. Die in der Jahresspalte der Tabelle 4 dargestellten Ergebnisse stellen den Punkt dar, an dem erwartet werden kann, dass 5% der Naben Defekte mit der Größe von 1,24 mm entwickelt haben. Dies ist auch der Punkt, an dem erwartet werden kann, dass 95% der Naben überlebt haben, d. h., dass die überlebenden Naben keine Defekte mit einer Größe von 1,24 mm entwickelt haben. Fig. 12 zeigt eine graphische Darstellung der Ergeb nisse des Eyring-Beschleunigungsmodells einschließlich einer Kurve 240 für Gruppe 1, einer Kurve 242 für Gruppe 2 und einer Kurve 244 für Gruppe 3.

Claims

1. Nabe (220) für eine drehbare herausnehmbare Datenspeichervorrich tung mit

a) einem Kern (226) aus reinem Kohlenstoffstahl mit etwa 0,2% oder weniger an Kohlenstoff, wobei der Kern eine Dicke von bis zu etwa 0,24 mm aufweist, und
b) einer Beschichtung (228) an wenigstens einem Teil des Kerns.

2. Nabe nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung aus der Gruppe ausge wählt ist, die Zinn, Nickel, Zink, Chrom, Farben, Epoxide, Epoxidu rethane, Phenolharze und Kombinationen hieraus aufweist.

3. Nabe nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einer Dampfkorrosionsinhibi torlage (238) auf der Beschichtung.

4. Nabe nach Anspruch 1, wobei der Kohlenstoffstahl AISI/SAE 1018 oder 1020 Stahl ist.

5. Nabe nach Anspruch 3, wobei die Dampfkorrosionsinhibitorlage ein Amin aufweist.

6. Magnetische Datenspeicher-Mikrodiskette mit einem kreisförmigen Ring eines magnetischen Aufzeichnungsmediums (21) und einer Nabe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Nabe in einer Mittelöffnung in dem Aufzeichnungsmedium (21) angeordnet und daran befestigt ist.

7. Verfahren zum Herstellen einer Nabe (220) für eine drehbare heraus nehmbare Datenspeichervorrichtung mit den folgenden Schritten:

a) Bilden einer Nabe aus einem Blechstück aus einem Kohlenstoffstahl mit etwa 0,2% oder weniger an Kohlenstoff, wobei die Nabe eine Dicke von bis zu etwa 0,24 mm aufweist, und
b) Aufbringung einer Primärbeschichtung (228) an wenigstens einem Teil des Kerns.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Dampfkorrosionsinhibitorlage (238) auf der Primärbeschichtung aufgebracht wird.