DE69512547T2

DE69512547T2 - Plattenantrieb mit stossunempfindlichem Drehbetätiger

Info

Publication number: DE69512547T2
Application number: DE69512547T
Authority: DE
Inventors: Albrecht R. Thomas
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: IBM United Kingdom Ltd; HGST Netherlands BV
Priority date: 1994-03-14
Filing date: 1995-02-24
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2015-02-25
Also published as: JPH07262716A; CN1381844A; CN100361219C; US5543986A; EP0673020A1; KR0148465B1; DE69512547D1; JP2708385B2; KR950027754A; CN1082218C; US5448436A; EP0673020B1; CN1146045A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Plattenantriebe zur Datenaufzeichnung und insbesondere auf starre, zur Magnetaufzeichnung von Daten bestimmte Plattenantriebe mit Drehbetätigern, die mit Mitteln ausgerüstet sind, um die Drehbetätiger zu verriegeln, wenn die Antriebe nicht in Betrieb sind.
Plattenantriebe, auch Plattendateien genannt, sind Informationsspeichergeräte mit einer drehbaren Platte mit konzentrischen Datenspuren, auf denen die Informationen enthalten sind, einem Kopf oder Wandler, um Daten aus den verschiedenen Spuren auszulesen und auf diese zu schreiben, und einem Betätiger, der mit einem Träger für den Kopf verbunden ist, um den Kopf zur gewünschten Spur zu bewegen und diesen während den Lese- oder Schreiboperationen über der Spurmittellinie zu halten. Es gibt normalerweise eine Vielzahl von Platten, die durch Abstandsringe voneinander getrennt und auf einer Nabe gestapelt sind, wobei die Nabe von einem Plattenantriebsmotor angetrieben wird. Ein Gehäuse stützt den Antriebsmotor und den Kopfbetätiger und umgibt Kopf und Platte, um für eine im wesentlichen gekapselte Umgebung für die Schnittstelle Kopf-Platte zu sorgen.
In konventionellen Plattenantrieben zur Magnetaufzeichnung ist der Kopfträger ein Arm, der auf einem Luftpolster über der Plattenoberfläche schwebt, wenn sich die Platte mit ihrer Betriebsgeschwindigkeit dreht. Der Arm wird in der Nähe der Plattenoberfläche durch eine relativ empfindliche Aufhängung gehalten, die den Arm mit einem Drehbetätiger verbindet. Der Arm wird entweder in Richtung der Plattenoberfläche durch eine kleine Federkraft von der Aufhängung vorgespannt oder ist mit tels einer Fläche mit Luftpolster mit "negativem" Druck "selbst-ladend" zur Plattenoberfläche hin.
Um den Verschleißwiderstand der Platte zu verbessern und um die magnetischen Eigenschaften zu erhalten, ist es wünschenswert, daß die Plattenoberfläche so glatt wie möglich ist. Eine sehr glatte Plattenoberfläche bringt jedoch ein Problem mit sich, das als "Haftreibung" bekannt ist. Das heißt, daß, nachdem der Arm für eine bestimmte Zeit mit der Platte in stationärem Kontakt war, der Arm dazu neigt, der Translationsbewegung zu widerstehen oder auf der Plattenoberfläche zu "haften". Die Haftreibung wird durch eine Vielzahl von Faktoren verursacht, einschließlich statischer Reibungs- und Adhäsionskräfte zwischen Platte und Arm, die durch das Schmiermittel auf der Platte entstehen. Haftreibung in einem Plattenantrieb kann zu einer Beschädigung des Kopfs, der Platte oder der Aufhängung führen, wenn sich der Arm plötzlich von der Plattenoberfläche losreißt, wenn sich die Platte zu drehen beginnt. In einigen Plattenantrieben, beispielsweise Kleinleistungs-Plattenantriebe, die in Laptops und Notebooks verwendet werden, kann der Antriebsmotor einfach nicht in der Lage sein, wegen der Adhäsionskräften, die das Haften der Arme oder übermäßigen Zug verursachen, die Drehung auszuführen oder die Betriebsgeschwindigkeit zu erreichen.
Um das Problem der Haftreibung zu verhindern, die auftritt, wenn der Arm auf der Plattenoberfläche ruht, parken konventionelle Plattenantriebe den Betätiger gegen einen von zwei "Crash-Stopps", so daß der Arm von dem Datenbereich der Platte entfernt gehalten wird, wenn der Antrieb nicht in Betrieb ist. Contact Start/Stop (CSS) Plattenantriebe, bei denen der Arm während der Start- und Stoppoperationen mit der Plattenoberfläche in Kontakt ist, benutzen eine bestimmte Parkzone, wo der Arm geparkt wird, wenn der Antrieb nicht in Betrieb ist. Norma lerweise ist die Parkzone ein speziell texturierter Nichtdatenbereich in der Nähe des Innendurchmessers (ID) der Platte. Im Gegensatz zu CSS Plattenantrieben lösen "load/unload" Plattenantriebe das Problem der Haftreibung, indem sie den Arm mechanisch von der der Platte entladen, wenn die Versorgung abgeschaltet wird, und dann den Arm wieder auf die Platte laden, wenn die Platte eine Geschwindigkeit erreicht hat, die ausreichend ist, um das Luftpolster zu erzeugen. Das Laden und Entladen erfolgt normalerweise über eine Rampe, die die Aufhängung berührt, wenn der Betätiger vom Datenbereich der Platte entfernt wird. Der Arm wird dadurch entfernt von der Plattenoberfläche geparkt, wobei die Aufhängung in einer Vertiefung der Rampe gestützt wird.
Eine andere Ursache beim Parken des Betätigers ist, wenn der Plattenantrieb nicht in Betrieb ist, daß der Kopf, die Platte oder die Aufhängung durch eine plötzliche externe Kraft beschädigt werden können, die den Arm auf der Platte antreibt. Dies ist besonders bei Laptop-Computern wahrscheinlich.
Im Gegensatz zu konventionellen Plattenantrieben mit Luftpolster wurden Contact- oder Near-Contact-Plattenantriebe vorgeschlagen, die den Kopfträger während der Lese- und Schreiboperationen in konstanten oder gelegentlichen Kontakt mit der Platte oder einer flüssigen, sehr dünnen Schicht auf der Platte bringen. Beispiele für diese Arten von Plattenantrieben sind in der US Patentschrift 5,202,803 von IBM beschrieben und in der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung EP367510; in der US Patentschrift 5,097,368, die auf Conner Peripherals übertragen wurde und in der US Patentschrift 5,041,932, die auf Censtor Corporation übertragen wurde. Diese Arten von Plattenantrieben können auch so ausgeführt sein, daß der Betätiger mit dem Kopfträger von dem Datenbereich der Platte entfernt geparkt wird, wenn der Antrieb nicht in Betrieb ist.
Durch die nachteiligen Folgen, wenn der Kopfträger den Datenbereich der Platte berührt oder auf diesem auftrifft, haben Plattenantriebe, die den Betätiger normalerweise parken, eine Art der Betätiger-Verriegelung, die den Betätiger daran hindert, den Träger bei einem Schlag von außen in Richtung des Datenbereichs der Platte zu bewegen. Passive magnetische Verriegelungen oder Federverriegelungen legen Einspannkräfte an, die überwunden werden, wenn der Antrieb eingeschaltet wird, und der Betätiger aktiviert wird. Magnetverriegelungen halten den Betätiger, wenn das Gerät abgeschaltet wird, und geben ihn frei, wenn ein Stromimpuls angelegt wird. Eine inerte Drehverrieglung, die in der US Patentschrift 5,189,576 beschrieben und auf Ingetral Peripherals übertragen wurde, verriegelt den Drehbetätiger bei einer externen Kraft, die den geparkten Betätiger veranlaßt, sich von seinem Crash-Stopp in Richtung des Datenbereichs der Platte zu bewegen. Die passiven Verriegelungen sind im Fall einer plötzlichen externen Kraft besonders anfällig für Ausfälle, die Magnetverriegelungen sind unzuverlässig, und es zeigt sich, daß die inerte Drehverriegelung bei Auftreten einer externen Kraft, die den geparkten Betätiger veranlaßt, sich in seinen Crash-Stopp zu bewegen, nicht funktioniert.
Es wird ein Plattenantrieb mit einer zuverlässigen Verriegelung für den geparkten Betätiger, der ungeachtet der Richtung der externen Kraft arbeitet.
Die vorliegende Erfindung wie in Anspruch 1 angemeldet, liefert einen Plattenantrieb, der eine bidirektionale inerte Drehverriegelung benutzt, um den Betätiger in geparkter Position zuverlässig zu verriegeln. Der Riegel greift in den Betätiger so gar bei einer vorhandenen Rotationsbeschleunigung ein, die versucht, den Betätiger in den Crash-Stopp zu treiben. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält die inerte Drehverriegelung einen flexiblen Verriegelungsarm, der bei Vorhandensein der gleichen Beschleunigung ebenfalls in einen Anschlag getrieben wird, aber von seinem Crash-Stopp zurückprallt.
Zu einem besseren Verständnis der Art und der Vorteile der vorliegenden Erfindung sollte die folgende Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnung gelesen werden.
Fig. 1 zeigt einen Plattenantrieb mit einer inerten Drehverriegelung aus dem Stand der Technik in geöffneter Position.
Fig. 2 zeigt einen Plattenantrieb mit einer inerten Drehverriegelung aus dem Stand der Technik in verriegelter Position.
Fig. 3 zeigt einen Plattenantrieb mit einer inerten Drehverriegelung aus dem Stand der Technik, der die Unfähigkeit der Verriegelung zeigt, den Betätiger zu verriegeln, wenn der Betätiger von seinem Crash-Stopp zurückprallt.
Fig. 4 zeigt einen Plattenantrieb mit einer inerten Drehverriegelung nach der vorliegenden Erfindung, die den Rückprall zeigt (gestrichelte Linien), um den Betätiger nach seinem Rückprall (gestrichelte Linien) zu verriegeln.
Fig. 5 zeigt einen Plattenantrieb mit einem alternativen Ausführungsbeispiel der inerten Drehverriegelung nach der vorliegenden Erfindung in geöffneter Position.
Fig. 6 zeigt einen Plattenantrieb mit einem alternativen Ausführungsbeispiel der inerten Drehverriegelung nach der vorliegenden Erfindung in verriegelter Position.
Es wird nun zuerst Bezug auf Fig. 1 genommen, die eine Draufsicht auf das Innere des Plattenantriebs aus dem Stand der Technik zeigt, bei dem die Gehäuseabdeckung entfernt wurde. Zur vereinfachten Darstellung und Erklärung wird der in Fig. 1 dargestellte Plattenantrieb mit einem einzelnen Aufzeichnungskopf und zugehöriger Plattenoberfläche abgebildet, obwohl die konventionellen Plattenantriebe normalerweise viele Köpfe und Platten haben. Der Plattenantrieb enthält ein Gehäuseunterteil 10, auf dem ein Plattenantriebs- oder Spindelmotor mit montierter Platte 12, ein Drehbetätiger 14, eine Lade-/Entladerampe 30 und eine inerte Drehverriegelung 50 befestigt sind. Das Unterteil 10 und eine Abdeckung (ohne Abbildung) sorgen für ein im wesentlichen gekapseltes Gehäuse für den Plattenantrieb.
Die Platte 12 hat einen Datenbereich 13 und enthält einen dünne Schicht eines konventionellen Perfluoro-Polyether (PFPE) Schmiermittel auf seiner Oberfläche.
Der Drehbetätiger 14 dreht sich auf einem Zapfen 15, der auf dem Unterteil montiert ist. Der Betätiger 14 ist normalerweise ein ausgewuchteter Betätiger mit Linearmotor (VCM), der eine Spule 17 hat, die sich durch das feste magnetische Feld der auf dem Unterteil 10 montierten Magneteinheit (ohne Abbildung) bewegt. Ein Crash-Stopp 40 im Außendurchmesser (OD) und ein Crash-Stopp 42 im Innendurchmesser (ID) sind auf dem Unterteil 10 montiert, um den Verfahrweg des Drehbetätigers 14 zu begrenzen. Die Crash-Stopps können starre Stützen mit Elastomer-O- Ringen sein, zum Beispiel die O-Ringe 41, 43 auf den Crash- Stopps 40 bzw. 42. Alternativ dazu können die Crash-Stopps Gummidämpfer oder federnde Ausleger sein. Der Betätiger 14 hat an dem der Spule 17 gegenüberliegeden Ende einen starren Arm 24. Eine Aufhängung 26 ist mit dem Ende des Betätigerarms 24 verbunden. Die Aufhängung 26 kann eine konventionelle Aufhängung sein, zum Beispiel die bekannte Watrous-Aufhängung, die in der US Patentschrift 4,167,765 beschrieben wurde und die IBM übertragen wurde. Die Aufhängung 26 stützt den Kopfträger oder Arm mit Luftpolster 22 und enthält einen Streifen 28, der über den Arm 22 hinausragt. Ein Schreib-/Lesekopf oder Wandler befindet sich am hinteren Ende des Arms 22. Der Wandler 20 kann ein induktiver Lese- und Schreibwandler mit einem magnetwiderstandsbeständigen (MR) Lesewandler sein, der durch Dünnschicht-Auftragstechniken gebildet wird, die im Stand der Technik bekannt sind.
Eine Lade-/Entladerampe 30 mit einem Rampenteil 32 und einer Vertiefung 34 ist auf dem Unterteil 10 montiert. Die Rampe 30 stützt den Aufhängungsstreifen 28 in seiner Vertiefung 34 und dient somit als Parkstelle für den Betätiger 14, wenn der Plattenantrieb nicht in Betrieb ist. Fig. 1 zeigt den geparkten Betätiger 14, d. h. der Aufhängungsstreifen 28 bleibt in der Rampenvertiefung 34 und der Betätiger 14 wird gegen den O-Ring 41 des Crash-Stopps 40 im OD gezwungen. Wenn der Plattenantrieb ein CSS Plattenantrieb war, dann würde der Betätiger 14 gegen den O-Ring 43 des Crash-Stopps 42 ID geparkt werden, und der Arm 22 würde auf einem texturierten Nichtdaten-Landebereich im ID-Bereich der Platte 12 ruhen.
Eine inerte Drehverriegelung 50 ist auch auf dem Unterteil 10 geparkt und enthält einen Arm 51 mit einer Spitze 52, einem Verriegelungsanschlag 53, einem Gegengewicht 54 und einer Torsionsfeder 55. Die inerte Verriegelung 50 besteht aus einem starren Aufbau, der drehend ausgewuchtet ist, der sich auf einem auf dem Unterteil 10 montierten Zapfen 56 dreht. Der Zapfen 56 liegt parallel zu dem Zapfen 15 des Betätigers 14. Die Torsionsfeder 55 (oder andere Mittel) zwingen den Arm 51 gegen den Verriegelungsanschlag 53, um die Verriegelung in geöffneter Position zu halten, die die freie Drehung durch den Betätiger 14 erlaubt, wie dies in Fig. 1 abgebildet ist.
Wenn die Drehverriegelung verriegelt ist (siehe Fig. 2), dann liegt die Spitze 52 mit einer Paßfläche 57 am Betätiger 14 und hindert den Betätiger 14 daran, den Aufhängungsstreifen 28 aus der Rampenvertiefung 34 herauszudrehen. Fig. 2 zeigt die Verriegelungsspitze 52 und die Paßfläche 57 des Betätigers in einem imaginären Eingriffspunkt 59, der der Schnittpunkt der Kreisbögen ist, die von der Spitze 52 und der Paßfläche 57 gebildet werden. Wenn der Plattenantrieb ein CSS Plattenantrieb war, wird sich die Drehverriegelung 50 vorzugsweise in der Richtung drehen, die entgegengesetzt zu der verläuft, die in Fig. 1 abgebildet 1 ist und sich auf der anderen Seite des Betätigers 14 nahe dem Crash-Stopp 42 befindet.
Während der Lese-/Schreiboperationen des Plattenantriebs dreht der Antriebsmotor die Platte 12 mit einer konstanten Geschwindigkeit, und der Betätiger 14 dreht sich um den Zapfen 15, um den Arm 22 im allgemeinen radial über die Fläche der Platte 12 zu verfahren, damit der Schreib-/Lesewandler 20 auf die verschiedenen Datenspuren im Datenbereich 13 zugreifen kann. Der Arm 51 der Drehverriegelung 50 wird durch die Feder 55 gegen den Verriegelungsanschlag 53 vorgespannt, so daß sich der Betätiger 14 frei um den Zapfen 15 drehen kann. Die Aufhängung 26 stellt auf dem Arm 22 eine Landekraft bereit, um diesen gegen die Oberfläche der Platte zu zwingen. Die Daten, die der Wandler 20 von der Platte 12 liest, werden in einem Daten-Readbacksignal durch die Signalverstärkung und den Verarbeitungskreis (ohne Abbildung) verarbeitet. Wenn der Plattenantrieb heruntergefahren wird, wird der Betätiger 14 gegen die Rampe 30 fahren, während sich die Platte 12 noch dreht. Der Aufhängungsstreifen 28 berührt den Rampenteil 32, fährt den Rampenteil 32 hoch und von der Platte 12 ab und legt sich in der Rampenvertiefung 34 ab. Zu diesem Zeitpunkt ist der Betätiger 14 geparkt und wird gegen den O-Ring 41 des Crash-Stopps 40 im OD gedrückt.
Fig. 2 zeigt, wie die konventionelle inerte Drehverriegelung 50 arbeitet, um den Betätiger in dieser geparkten Stellung zu halten, wenn der Antrieb nicht in Betrieb ist. Wenn der Antrieb einer Drehbeschleunigung im Uhrzeigersinn ausgesetzt wird (wenn beispielsweise der Antrieb zufälligerweise abfällt oder einem plötzlichen Stoß ausgesetzt wird), erfahren alle Aufbauten innerhalb des Antriebs ein Drehmoment in der durch den Pfeil 60 angegebenen Richtung, d. h. entgegen dem Uhrzeigersinn in bezug auf den Antrieb. Wenn keine Verriegelung vorliegt, kann sich der Drehbetätiger 14 von dem Crash-Stopp 40 im OD wegdrehen, um den Aufhängungsstreifen aus der Rampe 30 herauszufahren und es dem Arm ermöglichen, in den Datenbereich 13 der Platte einzufahren. Wie oben beschrieben, könnte dies den Kopf, die Platte oder Aufhängung beschädigen, oder der Arm könnte sich auf der Platte ablegen, wodurch es zum Problem der Haftreibung kommt. Die inerte Drehverriegelung 50 erfährt auch das gleiche Drehmoment wie der Betätiger 14 und kann sich in der gleichen Richtung auch frei drehen. Durch die entsprechende Konzeption der Verriegelung 50 dreht sich der Arm 51 dann um den Zapfen 56, weg von dem Verriegelungsanschlag 53 (in der durch den Pfeil 61 angegebenen Richtung) und erreicht den Eingriffspunkt 59 vor der Paßfläche 57. Der Drehbetätiger 14 wird somit gehindert, sich von seiner geparkten Stelle zu entfernen, weil kurz nachdem er sich zu drehen beginnt, die Paßfläche 57 die Verriegelungsspitze 52 in der Nähe des Eingriffspunkts 59 abfangen wird.
Die Drehverriegelung 50 aus dem Stand der Technik funktioniert, wenn das externe Drehmoment in der Richtung ist, die versucht, den Betätiger 14 von dem Crash-Stopp 40 im OD zu entfernen. Wenn jedoch der Antrieb einem externen Drehmoment unterliegt, das versucht, den Betätiger 14 in den Crash-Stopp 40 zu zwingen (beispielsweise der Betätiger 14, der durch die gepunkteten Linien in Fig. 3 dargestellt ist, dreht sich im Uhrzeigersinn, wie dies durch den Pfeil 62 angegeben ist), der Verriegelungsarm 51 wird in den Verriegelungsanschlag 53 getrieben (in der durch den Pfeil 64 angegebenen Richtung). Der Crash-Stopp 50 hat den elastischen O-Ring 41, der ausgelegt ist, um Stöße zu dämpfen, wenn der Betätiger 14 das Ende seines zulässigen Verfahrwegs in der OD-Richtung erreicht. Der Betätiger 14 wird von dem Crash-Stopp 40 zurückprallen und in die Richtung der Platte zurückkehren, wie das durch den Pfeil 65 angezeigt ist. Die inerte Drehverriegelung 50, die ein im wesentlichen unelastisches System ist, wird jedoch nicht funktionieren, um den Betätiger 14 zum Eingreifen zu bringen. Somit kann der Betätiger auf die Platte 12 prallen, ohne daß die Verriegelung 50 reagiert. Die Beschleunigung, die von dem externen Drehmoment verursacht wird, dient nur dazu, den Verriegelungsarm 51 offen zu halten, während der Betätiger 14 von seinem Crash-Stopp 40 auf der Platte 12 abprallt.
In der vorliegenden Erfindung bringt eine bidirektionale, inerte Drehverriegelung den Betätiger ungeachtet der Richtung der externen Kraft in Eingriff. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Verriegelung 70 ist in Fig. 4 abgebildet. Der Verrie gelungsarm 71 ist flexibel, und/oder der Verriegelungsanschlag 73 besteht aus elastischem Material. Durch entsprechende Konzeption und Auswahl der Materialien für den Verriegelungsarm 71, den Verriegelungsanschlag 73 und den Crash-Stopp 80 mit O- Ring 81, können Dämpfung und Elastizität des Verriegelungsarm- /Verriegelungsanschlagsystems und das Crash-Stoppsystem so ausgelegt werden, daß die Verriegelungsspitze 72 die Paßfläche 57 des Betätigers 14 sowohl direkt als auch beim Rückprall vom Crash-Stopp 80 abfängt.
Im Ausführungsbeispiel von Fig. 4 besteht der Arm 71 aus elastischem Polyimid-Material von einer bestimmten Dicke, so daß es im wesentlichen eine Auslegerfeder bildet. Außerdem oder alternativ kann der Verriegelungsanschlag 73 auch elastisch gemacht werden, indem ein O-Ring 77 auf ähnliche Art und Weise wie beim Crash-Stopp des Betätigers benutzt wird. Wenn der Antrieb eine Beschleunigung entgegen dem Uhrzeigersinn erfährt, so daß der Betätiger 14 in Richtung des Pfeils 66 in seinen Crash-Stopp 80 getrieben wird (wie dies durch die gestrichelte Linie des Betätigers 14 dargestellt ist) prallen sowohl der Betätiger 14 und der Verriegelungsarm 71 von ihren jeweiligen Anschlägen 80, 73 zurück. Der Verriegelungsarm 71 wird in Richtung des Pfeils 67 in seinen elastischen Crash-Stopp 73 getrieben (was durch die gestrichelte Linie der inerten Verriegelung 70 dargestellt ist) und prallt in der durch den Pfeil 68 angegebenen Richtung am Eingriffspunkt 59 vor der Paßfläche des Betätigers 14 ab. Das Ergebnis ist, daß, obwohl das externe Drehmoment in einer Richtung, d. h. in einer Richtung, die den Betätiger 14 in den Crash-Stopp 80 treibt, im allgemeinen nicht als Problem betrachtet wird, der unerwartete Rückprall des Betätigers 14 in der Richtung, die durch den Pfeil 69 angegeben ist, nicht im Kontakt oder dem Auftreffen des Arms 22 im Datenbereich 13 der Platte 12 resultiert. Die Verriegelung 70 funktioniert noch auf normale Art und Weise bei einem externen Drehmoment, das versucht, den Betätiger 14 zu veranlassen, sich direkt von dem Crash-Stopp 80 zu entfernen.
Damit der Verriegelungsarm 71 den Betätiger erfolgreich abfängt, muß sich der Arm 71 weit genug drehen, um den Betätiger zum Eingriff zu bringen, bevor sich dieser entfernt, d. h. die Paßfläche 57 auf dem Betätiger 14 darf sich nicht entgegen dem Uhrzeigersinn über den Eingriffspunkt 59 hinaus entfernen, bevor die Verriegelungsspitze 72 den Punkt 59 erreicht. Die dynamischen Reaktionen des Betätigers und der Drehverriegelung 70 bei einer Drehbeschleunigung des Plattenantriebs im Uhrzeigersinn (jemand, der versucht den Betätiger 14 und den Verriegelungsarm 71 in Richtung der Pfeile 66 bzw. 67 zu drehen) werden von bestimmten Eigenschaften der Betätiger- und Verriegelungssysteme gesteuert. In dieser Erklärung sind IA und IL die Rotationsträgheiten des Betätigers 14 bzw. der Verriegelung 70; KA und KL stehen für die Torsionssteifheit des Betätigers/Crash- Stopps bzw. der Verriegelungsarm-/Verriegelungsanschlagsysteme; und QA und QL sind die Winkel, durch die der Betätiger 14 und der Verriegelungsarm 71 aus ihren Ruhepositionen wandern müssen, um den Eingriffspunkt 59 zu erreichen. Im Fall einer Drehbeschleunigung entgegen dem Uhrzeigersinn des Plattenantriebs, der ein Kurzzeitimpuls ist, werden sowohl der Verriegelungsarm 71 als auch der Betätiger 14 plötzlich beginnen, sich in bezug auf den Antrieb im Uhrzeigersinn zu drehen, indem jeder von ihnen gegen seinen entsprechenden Anschlag gedrückt wird und jeder veranlaßt wird, später von seinen Anschlägen abzuprallen. Während der Zeit, während der jeder an seinem Anschlag anliegt, kann jedes System als Torsions-Oberwellenoszillator beschrieben werden, und der Rückprall kann als ein einzelner halber Zyklus des Oszillators beschrieben werden. Betätiger/Crash-Stopp und Verriegelungsarm- /Verriegelungsanschlagsysteme haben charakte ristische Frequenzen WA bzw. WL, die durch folgende Gleichungen gegeben werden:
Die Zeitdauer eines halben Zyklus (Rückprallzeit gesamt) für jedes System wird durch π/WA und π/WL gegeben. Die zusätzliche Zeit, die notwendig ist, um den Eingriffspunkt 59 nach dem Rückprall vom Anschlag zu erreichen, wird durch QA/αT und QL/αT Sekunden gegeben, wobei α die Größe der Drehbeschleunigung ist und T die Dauer der Beschleunigung ist. Nach Beendigung von jedem Rückprall (d. h. der Moment, in dem sich Betätiger 14 und Verriegelungsarm 71 von ihren jeweiligen Anschlägen lösen) verhält sich somit die Zeit, die Betätiger 14 und Verriegelungsarm 71 brauchen, um zum Eingriffspunkt 59 zu gelangen, proportional umgekehrt zum Winkel, den sie durchlaufen müssen, um den Punkt 59 aus der Ruheposition zu erreichen. Für Kurzzeit-Beschleunigungsimpulse (d. h. ein kleiner Bruchteil des halben Zyklus oder der gesamten Rückprallzeit von der schnellsten Reaktion von Betätiger- und Verriegelungssystemen) erfordert die erfolgreiche Verriegelung die Einhaltung des folgenden Verhältnisses:
π/WA + QA/αT > π/WL + QL/αT (3)
Die oben genannte Analyse vernachlässigt die Auswirkungen der Dämpfung in jedem System. Das Verhalten von diesen elastischen Systemen bei vorhandener Dämpfung ist bekannt. Zusammenfassend ist jedoch zu sagen, daß die Wirkung der Dämpfung in jedem System darin besteht, es zu drosseln; die charakteristische Frequenz eines gedämpften Systems fällt mit steigender Dämpfung, und die Auslaufgeschwindigkeit nach dem Rückprall nimmt ebenfalls mit steigender Dämpfung ab. Beide Auswirkungen der Dämpfung erhöhen die Zeit, die notwendig ist, um den Eingriffspunkt 59 zu erreichen. Wenn die Dämpfung von jedem System 5 die bekannten Kriterien der "kritischen Dämpfung" erreicht oder überschreitet, gibt es überhaupt keinen Rückprall von den Anschlägen. Betätiger/Crash-Stoppsysteme sind normalerweise unterdämpft, d. h. können abprallen. Bei solchen Systemen muß die Verriegelung auch in der Lage sein, zurückzuprallen, um den Betätiger abzufangen.
Bei Beschleunigungen, die länger als die oben beschriebenen Kurzzeitimpulse sind, ist die dynamische Analyse komplizierter. In solchen Fällen ändert sich die Auslaufgeschwindigkeit nach Beendigung des Rückpralls in Abhängigkeit von der Dauer und der Größe der Beschleunigung. Unter bestimmten Umständen kann die Auslaufgeschwindigkeit in dem einen oder anderen System sehr niedrig oder null sein. Wenn die Winkelgeschwindigkeit des Verriegelungsarms im Vergleich zur Winkelgeschwindigkeit des Betätigers zu langsam ist, kann ein Verriegelungsfehler die Folge sein. Wenn die charakteristischen Frequenzen WA und WL von Betätiger und Verriegelung miteinander übereinstimmen, dann bleiben die Auslaufgeschwindigkeiten für jedes System jedoch gleich (sogar, obwohl beide variieren, was von der Art der Beschleunigung abhängt), und die Rückprallzeiten für beide Systeme sind identisch. Dann reduziert sich die Bedingung für die erfolgreiche Verriegelung auf QA > QL.
Die erfolgreiche Rückprallverriegelung für die Drehverriegelung - wie beschrieben und wie in Fig. 4 abgebildet - wurde in einem Plattenantrieb mit den folgenden Parametern gezeigt:
IA = 7 gm-cm IL = 0, 5 gm-cm
KA = 1 · 10&sup7; Dyn-cm/RadKL = 7,7 · 10&sup5; Dyn-cm/Rad
WA = 1200 Rads WL = 1200 Rad/s
QA = 1,2 Grad QL = 0,8 Grad
Das elastische Element im Betätiger/Crash-Stoppsystem war ein Gummi-O-Ring 81, und das elastische Element im Verriegelungsarm/Verriegelungsanschlagsystem ein flexibler Verriegelungsarm 71 (Fig. 4). Der Verriegelungsarm 71 ist ein Ausleger mit den Maßen 2,5 cm lang · 0,1 cm dick · 0,25 cm breit. Die Drehverriegelung 70, einschließlich des Arms 71, waren aus Polyimid mit einem Elastizitätsmodul von 3,1 · 10¹&sup0; Dyn/cm² hergestellt worden. Da KL anhand der Maße des Auslegerarms und das Elastizitätsmodul gemäß dem bekannten Verhältnis für Ausleger berechnet wird, resultiert die Auswahl von Material und Abmessungen für den Ausleger in der Übereinstimmung der charakteristischen Frequenzen WA und WL. Für willkürliche Drehbeschleunigungen in willkürlichen Richtungen und mit willkürlicher Dauer wurde eine Ausfallquote dieser Drehverriegelung von unter 1% beobachtet.
Bei einem ähnlichen System mit einem dickeren Ausleger in der Verriegelung (0,25 cm dick) wurde eine Ausfallquote von 10% unter ähnlichen Stoßbedingungen beobachtet. Wenn Stöße entgegen dem Uhrzeigersinn über einen bestimmten Schwellwert spezifisch auf dieses System angelegt wurden, erreichte die Ausfallquote 100%. Bei dem dickeren Ausleger treten zwei ungünstige Ergebnisse auf: die Frequenzen WA und WL stimmen nicht länger über ein, und noch wichtiger, die physikalischen Eigenschaften der Verriegelung sind so, daß das System überdämpft ist und überhaupt nicht abprallt. Dadurch versäumt die Verriegelungsspitze, in Fällen der Drehbeschleunigungen der Dateien entgegen dem Uhrzeigersinn in den Betätiger einzugreifen. Dieser überdämpfte Fall ist typisch für inerte Drehverriegelungen aus dem Stand der Technik: sie prallen nicht nennenswert ab und sind unfähig, einen zurückprallenden Betätiger aufzufangen.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel der bidirektionalen inerten Drehverriegelung ist in den Fig. 5 und 6 abgebildet. Diese bidirektionale Verriegelung 90 ist in der Lage, sich über einen Zapfen 96 in beiden Richtungen zu drehen. Die Verriegelung 90 hat ein Ende 91 mit einem Schlitz 92. Am gegenüberliegenden Ende hat die Verriegelung 90 einen Magneten 93. Ein ferromagnetischer Ständer 94 ist auf dem Unterteil 10 montiert. Bei fehlender externer Kraft wird die Verriegelung in einer neutralen Position gehalten, wobei der Magnet 93 zu dem ferromagnetischen Ständer 94 ausgerichtet ist. In dieser geöffneten Position kann der Eingriffsstift des Betätigers, der starr mit dem Betätiger 14 verbunden ist, den Fangschlitz 92 im Verriegelungsende 91 frei durchlaufen. Der Betätiger kann sich frei drehen, und den Arm 22 durch den Datenbereich 13 der Platte 12 verfahren. Jedoch im Falle einer Drehbeschleunigung des Antriebs, entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn, wird das Verriegelungsende 91 aus seiner offenen neutralen Positionen wegschwingen und den Betätiger 14 in seiner geparkten Position abfangen. Wenn der gesamte Winkel, durch den das Verriegelungsende 91 schwingen kann, im Vergleich mit dem Winkel der Fangschlitzöffnung groß ist, kann die Ausfallrate infolge des Rückpralls des Betätigers oder der zufälligen Betätigung verringert werden. In der verriegelten Position, die in Fig. 6 abgebildet ist, wurde das Verriegelungsende 91 um ca. 10 Grad gedreht, mit genug Platz als Reserve, während der Betäti ger 14 innerhalb eines Drehbereichs von nur einigen Grad verriegelt wurde. Die Zeit, die der Betätiger 14 braucht, um im Crash-Stopp 80 zu drehen (in Richtung des Pfeils 100), die Zeit, die es dauert, um vom Crash-Stopp 80 abzuprallen und zu versuchen, in Richtung des Datenbereichs 13 auf der Platte 12 zu wandern (in Richtung des Pfeils 101), ist das Verriegelungsende 91 somit frei, immer dichter heranzuschwingen (in der Richtung, die durch den Pfeil 102 angegeben ist).
Während der Magnet 93 und der Ständer 94 die bevorzugten Mittel sind, um die Verriegelung 90 in ihrer neutralen Position zu halten, ist eine Torsionsfeder ein alternatives Mittel.

Claims

1. Ein Plattenantrieb zur Datenaufzeichnung mit:

einer Platte (12) mit einem Datenbereich (13);

einem Motor, der durch Mittel (10) unterstützt wird, die mit der Platte (12) verbunden sind, um die Platte zu drehen;

einem Wandler (20), um Daten in den Datenbereich (13) von der Platte (12) zu schreiben bzw. aus diesem zu lesen;

einem Träger (22), der den Wandler (20) stützt;

einem Drehbetätiger (14), der durch Mittel (10) unterstützt wird, mit einem Zapfen (15), und der mit dem Träger (22) verbunden ist, um den Träger (22) im allgemeinen radial über die Platte (12) zu verfahren; und

mindestens einen Crash-Stopp (80) hat, um die Drehung des Drehbetätigers (14) zu begrenzen;

wobei der Plattenantrieb dadurch gekennzeichnet ist, daß er weiters enthält:

eine bidirektionalen, inerte Drehverriegelung (70,90), die durch Mittel (10) unterstützt wird, mit einem Zapfen (56, 96), der im allgemeinen parallel zum Betätigerzapfen (15) verläuft, um den Drehbetätiger (14) bei Auftreten einer externen Kraft (66) in Eingriff zu bringen, indem versucht wird, den Drehbetätiger (14) in den Crash-Stopp (80) zu drehen.

2. Der Plattenantrieb gemäß Anspruch 1, wobei die Drehverriegelung (70) außerdem enthält:

einen Verriegelungsarm (71), der flexibel ist und eine Spitze (72) hat, um in den Drehbetätiger (14) einzugreifen;

einen Verriegelungsanschlag (73), der mit den Stützmitteln (10) des Drehbetätigers verbunden ist, um die Bewegung des Verriegelungsarms (71) bei Auftreten einer externen Kraft (66) zu begrenzen, und zu versuchen, den Drehbetätiger (14) in den Crash-Stopp (80) zu drehen, wobei diese Kraft (66) den Rückprall des Verriegelungsarms (71) von dem Verriegelungsanschlag (73) mindert, um den Drehbetätiger (14) beim Rückprall vom Crash-Stopp (80) aufzufangen; und Mittel (55), um den Arm bei Fehlen einer externen Kraft gegen den Verriegelungsanschlag (73) zu zwingen.

3. Der Plattenantrieb gemäß Anspruch 2, wobei der Verriegelungsanschlag (73) ein federnder Verriegelungsanschlag (73, 77) ist, und wobei, wenn diese externe Kraft auf den federnden Verriegelungsanschlag (73, 77) nachläßt, der Verriegelungsarm (71) zurückprallt, um den Drehbetätiger (14) beim Rückprall vom Crash-Stopp (80) aufzufangen.

4. Der Plattenantrieb gemäß Anspruch 3, wobei der Verriegelungsarm (71) nicht flexibel ist.

5. Der Plattenantrieb gemäß Anspruch 1, wobei die Drehverriegelung (90) außerdem enthält:

einen Arm mit einem Ende (91), um in den Drehbetätiger (14) einzugreifen; und

Mittel (94), um den Arm in einer neutralen Position bei Fehlen einer externen Kraft zu halten, wobei sich der Arm bei vorhandener externer Kraft in jeder Richtung frei aus seiner neutralen Position herausdrehen kann;

wobei sich der Arm in einer ersten Richtung dreht, um bei vorhandener externen Kraft (101) den Drehbetätiger (14) aufzufangen, indem versucht wird, den Drehbetätiger(14) von dem Crash-Stopp (80) wegzudrehen, und in einer zweiten Richtung (102), um den Drehbetätiger (14) beim Rückprall vom Crash-Stopp (80) bei vorhandener externer Kraft (100) aufzufangen, indem versucht wird, den Drehbetätiger (14) in den Crash-Stopp (80) zu drehen.

6. Der Plattenantrieb gemäß Anspruch 5, wobei das Armende (91) einen Schlitz (92) und außerdem einen Stift (95) am Drehbetätiger (14) hat, um das Armende (91) bei vorhandener externer Kraft aufzufangen, wobei der Stift (95) durch den Schlitz (92) bewegt werden kann, wenn der Arm bei Fehlen einer externen Kraft in seiner neutralen Position gehalten wird.

7. Der Plattenantrieb gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei das Mittel, um den Arm bei Fehlen einer externen Kraft in seiner neutralen Position zu halten, ein Magnet (94) ist.

8. Der Plattenantrieb gemäß einem vorhergehenden Anspruch, der außerdem Mittel (28, 30,34) enthält, um deh Träger (22) zu parken, wenn sich die Platte (12) nicht dreht.

9. Der Plattenantrieb gemäß Anspruch 8, wobei die Mittel (28, 30,34) zum Parken des Trägers eine Lade-/Entladerampe (30) enthalten, die an den Stützmitteln (10) des Drehbetätigers montiert ist.

10. Der Plattenantrieb gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Mittel (28, 30,34) zum Parken des Trägers einen Trägerparkbereich enthalten, der sich auf der Plattenoberfläche, weg von dem Datenbereich (13), befindet, und eine Betätigerverriegelung, um den Drehbetätiger (14) zurückzuhalten, und den Träger (22) im Parkbereich geparkt zu halten.

11. Der Plattenantrieb gemäß irgendeinem Anspruch von 2 bis 4, wobei der Drehbetätiger (14) eine Fläche (57) hat, um die Verriegelungsspitze (72) aufzufangen, wobei der Drehbetätiger (14) und der Crash-Stopp (80) eine charakteristische Frequenz haben, die im allgemeinen gleich der charakteristischen Frequenz des Verriegelungsarms (71) und der Verriegelungsanschläge (73, 77) ist, und wobei der Drehwinkel für den Drehbetätiger (14) aus seinem Crash-Stopp (80), um die Spitze (72) des Verriegelungsarms (71) aufzufangen, größer ist als der Drehwinkel für den Verriegelungsarm aus dem Verriegelungsanschlag (73) in die Auffangfläche (57) des Drehbetätigers (14).

12. Der Plattenantrieb gemäß irgendeinem Anspruch 2 oder 3 oder 4 oder 11, wobei das Mittel, um den Verriegelungsarm (71) bei Fehlen einer externen Kraft gegen den Verriegelungsanschlag (73, 77) zu zwingen, eine Feder ist.

13. Der Plattenantrieb gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die Platte (12) eine Magnetaufzeichnungsplatte ist.