JP3553079B2 - ディスクドライブのための多段階内部汚染緩和装置の拡散構造 - Google Patents

Description

発明の背景
1.発明の分野
本発明は、周囲環境と流体連通状態にあるディスクドライブに関し、特に、ディスクドライブ内部の微粒子，腐食ガス，水蒸気などの汚染物質の存在を最小限にするための、低コストな方法及び容易に製造できる装置に関する。
2.関連技術
ワークステーション，パソコン，ポータブルコンピュータに使用される従来のディスクドライブは、最小の物理的スペース内に多量のデータ蓄積を提供することが要求される。一般に、ディスクドライブは磁気記録ディスクの各トラック上に読込／書込変換ヘッドを配置することにより動作する。トラック上へのヘッドの配置は、制御回路に接続されたアクチュエータにより実行され、該制御回路はアクチュエータの配置、ディスクの回転、ヘッドの読込／書込機能を制御する。ポータブルコンピュータの出現により、今やディスクドライブは、温度，圧力，湿度が大きく変化するような多様な環境での動作信頼性が要求される。
従来、ディスクドライブは圧力変化を防止し、ドライブ内の汚染物質の存在を最小限とするためにシールが施されてきた。この目的を達成するため、上記の部品は、本体とカバーの内部に密閉してシールされた。しかし、高度差や温度差を原因として、ドライブの内部と外部とで極端に圧力が異なるような場合には、ディスクドライブの密閉シールが破損しやすく、その結果、圧力が変化したり、汚染物質をディスク内部へ侵入させてしまっていた。例えば、可撓性及び圧縮性を有したガスケットを本体とカバーとの間のディスク周囲に設けるような密閉シールの改善策は、極端な圧力及び／又は温度状態の外部環境からドライブ内部を全体的に絶縁するのにあまり効果がないことが判明している。
完全にシールされたドライブの提供が困難であるため、ある従来のドライブでは、ブリーザーフィルタを設けて流体がドライブの内外を自由に流通させるようにし、ドライブの内部圧力が外部圧力と等しくなるようにしている。このようにして、外部からドライブ内に流入する流体がろ過されて、汚染物質が除去される。ブリーザーフィルタは、外部空気から多くの微粒子をろ過できるけれども、ドライブ内部への他の汚染物質の侵入を防止するにはあまり効果がない。例えば、ブリーザーフィルタは、塩素のような大気中にみられる内部ディスクドライブ部品を腐食させる作用をする腐食性ガスをろ過できない。同様に、ブリーザーフィルタは、水蒸気のドライブ内部への侵入を殆ど防止できない。水蒸気もまた、前記ドライブ部品に対して腐食作用を有すると共に、ディスクドライブヘッドがディスク表面に付着して、ドライブを起動する際に引き剥がさなければならない場合にスティクション（stiction）の問題を生じる。さらに、ブリーザーフィルタは微粒子のろ過に対しては大きな効果がある一方、時間の経過により微粒子がブリーザーフィルタ内に蓄積されてしまう。
前記ドライブ内部への大気拡散の問題の１つの解決方法が、米国特許4,751,594号，発明者ブランクスにより提案されており、ドライブのカバー上に支持されたプレートに形成された蛇行した溝が開示されている。前記ドライブの内部に導入する前に、外部環境からの流体が前記溝を通過する必要がある。前記特許は、主として溝の直径を制御することにより、ドライブ内への水蒸気の拡散を遅らせている間にドライブの内部圧力を外部環境の圧力に調整できることを開示している。
前記ドライブ内部への大気拡散の問題の別の解決方法が、米国特許5,025,336号，発明者モアハウス他により提案されている。この発明の１つの実施例では、外部環境からの流体がカバー内の孔を介して導入され、該カバーに形成された溝に沿って流動し、ディスクドライブ内部と連通する仕切り室内に流入する。平面状の乾燥剤を汚染物質除去のため仕切り室内に設け、流入する流体が前記乾燥剤の例えば最も狭い部分を通って、上端から下端まで乾燥剤を通過させるようにすることができる。さらに、ドライブ内部を外部環境から分離する単一の仕切り室を備える。同様に、米国特許4,620,248号，発明者ギッツェンダナー及びこれに対応するヨーロッパ特許公開042790号には、外部環境からの流体が通過するチューブと乾燥剤とを含むディスクドライブが開示されている。前記チューブと乾燥剤はドライブハウジング内部の単一の囲まれた室内に設けられ、該室はドライブ内部と連通している。
前記ドライブの運転停止期間中及び一般的にドライブの内外で圧力及び温度に殆ど若しくは全く差が無いときは、拡散構造を通過する流体の拡散は、依然として生じる。１つの仕切り室を有する従来の拡散構造では、該仕切り室内に拡散する外部環境からの汚染物質は、その後の拡散の進行の結果、あるいは外部の圧力や温度がそれぞれ相対的に増減することによるドライブ内部への流体の流入の結果、ドライブ内部に侵入する可能性がある。
また、従来の拡散構造は比較的複雑であり及び／又は製造コストが高い。というのは、これらは複雑に設計された多くのダイキャスト部品によって形成されているからである。さらに、ドライブの使用期間中、水蒸気のような汚染物質が拡散チューブ内に蓄積する。乾燥剤室を含む従来の拡散構造では、乾燥剤は構造物から水蒸気を除去するけれども、乾燥剤はチューブ及び／又は仕切り室内に蓄積される微粒子を生成してしまう。従来の拡散構造では、チューブの洗浄や乾燥剤の交換ができるように、チューブや乾燥剤室の内部に接近できるようにすることが考慮されていない。
このため、前記先行技術に見られる問題を解決する拡散構造の改良が要求されている。
発明の開示
このため、本発明は、ディスクドライブに侵入する汚染物質を最小限とするように改良した拡散構造を提供することを特長とする。
また、本発明は、容易で安価に製造できるように改良した拡散構造を提供することを第２の特長とする。
また、本発明は、システムの効用を長引かせることができるように、システムに蓄積された汚染物質を容易に取り除くことができる改良した拡散構造を提供することを第３の特長とする。
これらの及びこれら以外の特長は、ドライブ内部と周囲の外部環境との間に比較的大きな複数室からなる流体緩衝器を設ける方法及び装置に関する本発明によって得られる。この大きな流体緩衝器は、ディスクドライブのカバーに型押しされる複数の溝及び室によって形成され、流体はドライブに入出するために該複数の溝および室を通して拡散することになる。
前記大きな流体緩衝器では、例えば外部環境で圧力低下や温度上昇が生じると、ドライブから清浄な流体が排出されるが、外部大気まで排出されるよりむしろ緩衝器内部に留められる。少なくとも、低流量期間中は、各室間での流体の流れは相対的には殆ど無い。このため、ドライブ内部から排出された流体は拡散通路に沿ってドライブ内部側に最も近い一つ乃至複数の室に留められ、周囲の大気からの汚染物質の多い流体は拡散通路に沿って外部環境に最も近い一つ乃至複数の室に留められる。
外部環境に変化が無い状態で長時間が経過する間に、前記清浄な流体と汚染物質の多い流体は、各室を通じて拡散し、平衡状態となる。しかし、各室間での混合が相対的に低いため、前記構造の一端部からの清浄な流体と他端部からの汚染物質の多い流体とが構造全体を通じて拡散するのに、従来の拡散構造に比較して長い時間を要する。このため、ドライブ内部に流体が引き込まれるとき、該流体は、ドライブ内部に最も近い１つ乃至複数の室に蓄えられた清浄な流体である可能性が高い。
前記拡散割合が低速であることに加えて、本発明によれば、汚染物質が拡散通路に沿って沈殿し捕集される結果、汚染物質をドライブの外側に保持できる。表面付着により、汚染物質の微粒子は、前記溝や室の壁に付着する。さらに、乾燥剤を各室に設けてもよい。好ましい実施例では、拡散構造は４つの室を含む。第１の室に侵入する汚染物質は沈殿、表面付着及び／又は室内の乾燥剤により、ろ過される。第１の室をくぐり抜けた汚染物質は第２の室によりろ過される。第２の室をくぐり抜けた汚染物質は第３の室によりろ過され、最後に第３の室をくぐり抜けた汚染物質は第４の室によりろ過される。このように、本発明に係る拡散構造は、ディスクドライブ内部への汚染物質の侵入を防止するための従来技術に比較して、より効果的な多段階のろ過システムを提供するものである。
また、本発明は、前記溝や室を密閉することにより前記拡散通路を規定するための、前記拡散構造を密着して覆うトップカバーを含む。該トップカバーは前記溝や室内に蓄積したどんな汚染物質も除去できるように、簡単に取り外しでき、かつ、安価に交換することができる。このように、本発明に係る拡散構造はディスクドライブの使用期間中に侵入する流体から汚染物質を除去するために、効果的に動作する。
【図面の簡単な説明】
以下に、本発明を、図面を参照して説明する。この図面において、
図１は、本発明に係る拡散構造を含むディスクドライブの斜視図；
図２は、本発明に係る拡散構造を示すディスクドライブの平面図；
図３は、図２の３−３矢視線に沿った断面図；
図４は、本発明に係るトップカバーの斜視図；
図５は、乾燥剤を含む本発明に係る拡散構造の各室を示す平面図；である。
詳細な説明
本発明を図１〜５を参照して説明する。図には、ディスクドライブ内部に汚染物質が侵入することを効果的に防止するための簡単で安価な構造が開示してある。好ましい実施の形態では、拡散構造がウインチェスター型のハードディスクドライブに関連して使用される。しかし、本発明に係る構造が、種々のディスクドライブとともに使用できることは明らかである。
本発明にとって重要ではないが、拡散構造は、図１に示されるようなディスクドライブと共に使用できる。ディスクドライブ20はストレージディスク22と読込／書込ヘッド24を含む。読込／書込ヘッド24は、スライダ26上の変換器25を含んでいる。スライダ26は、同様にアクチュエータアーム28に支持される。アクチュエータアーム28は、プリント回路基板（図示せず）からの制御信号に応答して、ボイスコイルモータ32により、ピン30の周りを回転するように設けられる。公知技術のように、ドライブ20の運転中にディスク22がスピンモータ（図示せず）により回転し、アクチュエータ28が読込／書込ヘッド24をディスク表面を横切って回転させることにより、複数の同心状のデータトラック部分において読込／書込ヘッド24とディスク22との間でデータを搬送させる。前記ディスクドライブ部品は、本体33とカバー34内部で前記部品を封入することにより、ドライブ内部内側でシールすることができる。
発明の背景で述べたように、ドライブ内部に汚染物質が比較的はいらない状態に保持することが重要である。この目的を達成するため、ディスクドライブがまだ外部環境状態と通じていて調整できる間に、カバー34に複数の型押し凹部を設ける。カバー34が被せられると、本発明に係る拡散構造36を構成する複数の溝及び室が規定される。代わりに、或いは付加的に、拡散構造は、別の実施の形態においてベース33に形成してもよい。図１〜図４に示すように、拡散構造36は円弧形状部分とジグザグ形状部分を有する導入溝38を含んでいる。拡散構造36は、また、複数の緩衝室40A〜Ｄとそれらの間に設けられて緩衝室40A〜Ｄと接続する複数の連通溝42を含んでいる。拡散通路の端部にある最終の緩衝室、本実施形態では乾燥室40Dは、拡散構造36とドライブ内部との間で流体を移動できるようにした複数の孔44を含んでいる。フィルタ46は、前記孔44上に取り付けられて、ドライブ内部に侵入する流体中に残留する可能性のある微粒子をろ過する。公知技術のように、フィルタ46は膨張したPTFEやゴアテックス（登録商標）を含む種々の材料で形成することができる。
導入溝38、緩衝室40A〜Ｄ、連通溝42は、実質的に密封されて、トップカバー48により拡散通路を規定する。トップカバー48及びカバー34は、導入溝38,緩衝室40A〜D,連通溝42によって規定された領域を除き、トップカバー48の片側の全表面上に直接接触するように配置される。溝と室内だけに流体の拡散を制限するように、トップカバー48の接触側面に接着剤を使用することができる。以下により詳細に説明するように、トップカバー48は簡単に取り外し，交換ができるような耐久性があって安価な材料で形成するのが好ましい。例えば、ポリカーボネートを含む種々のポリマー化合物のいずれでも、トップカバー48の形成材料とて使用できる。孔50が、拡散構造36と外部環境との間に流体を拡散できるようにトップカバー48に設けられる。孔50は、ドライブ内に流体を導入するための、ディスクドライブ20への唯一の導入部に相当する。
実際には、外部圧力の増大あるいは外部温度の減少により、流体は大気から拡散構造36内に孔50を通して流入する。拡散構造36内に入ると、流体は導入溝38に沿って流れ、そこから各連通溝42を介して、緩衝室40A〜Ｄに流入する。既述したように、最終の緩衝室に到達すると、流体はそこからドライブ内部に入る。変形態様においては、４つの緩衝室と３つの連通溝を、増減できることは明らかである。外部環境の圧力が減少し、または温度が増大したときには、流体は上述したのとは逆の方向に流れることは明らかである。
好ましい実施の形態では、ディスクドライブ20は、およそ長さ５−3/4インチ、幅４インチ、高さ１インチの外形寸法を有する3.5インチ型式のドライブである。平均海面（14.7psia）及び室温（25℃）状態では、外壁の厚さと内部のディスクドライブ部品によって占められるスペースとにより、ディスクドライブ20内部には、約６立方インチの流体が保有される。ディスクドライブは、厳しい条件、例えば10,000フィートにも達する高所で、約５℃〜55℃の範囲で変化する温度条件で作動されることが予測される。拡散構造36内に保有される流体の容積は、圧力変化及び／又は温度変化の結果としてドライブ20が受けうる最大容積変化量の略25％に相当する。
好ましい実施の形態では、導入溝38の断面積が約0.0006平方インチ、全長を約10.25インチにするとよい。連通溝は前記カバー34内に約0.06インチの深さに達するように傾斜した壁で形成することにより、約0.0035平方インチの断面積を有するようにするのが好ましい。各連通溝の長さは約0.44インチとするのが好ましい。導入溝38と連通溝42の形状は、これらの断面積や長さに関して変更しうることは勿論である。各緩衝室は、最も外側の最大の円弧部分が約1.125インチの円弧長を有し、最も内側の最小の円弧部分が約0.5インチの円弧長を有した円弧状に形成するのが好ましい。各緩衝室40の径方向の長さは、約0.625インチとし、各室の深さは約0.06インチとする。上記のように、各緩衝室40A〜Ｄの寸法は、変形態様において変更可能である。これらの寸法で、平均海面及び室温状態では、拡散構造36は、約0.11立方インチの流体を保有することができる。
ドライブの運転停止期間中及びドライブ内部と外部周囲環境との間に圧力及び温度差に殆ど若しくは全く差が無いときは、流体は拡散構造を通って低流量割合で外部環境及び／又はドライブ内部から僅かに流れる。単一の仕切り室を有する従来の拡散構造では、ドライブ内部からの”清浄な”流体即ち汚染物質が比較的少ない流体が前記仕切り室に拡散し、外部環境から前記仕切り室に侵入してきた汚染物質の多い流体と混合する。その後、該流体がドライブ内部に引き戻されたとき、前記清浄な流体と汚染物質の多い流体との混合流体となる。
しかし、本発明の形態では、少なくとも流体の流量が小さいため、各緩衝室40A〜Ｄの間での流体の混合は比較的小さい。これは、各緩衝室間の連通溝42が絞り弁として作用し、そのため各緩衝室40A〜Ｄの流れを妨げるので、確かである。
このため、ドライブ内部から拡散する清浄な流体は、緩衝室若しくは拡散通路に沿ってドライブ内部に最も近い緩衝室に蓄積される。同様に、ドライブ外部からの汚染物質の多い流体も、緩衝室若しくは拡散通路に沿って外部環境に最も近い緩衝室に拡散する。
十分な時間が経過する間に、清浄な流体と汚染物質の多い流体は各緩衝室を通って拡散し、それによって拡散構造36内部で平衡状態に達する。しかし、本発明に係る複数の緩衝室と絞り作用のある連通溝により従来システムより遅い拡散速度が提供され、清浄な流体は長時間拡散構造36内の汚染物質の多い流体から分離されたままである。
このため、環境条件が変化し平衡状態となる前に流体がドライブ内に引き戻される場合でも、該内部に引き込まれる流体は、拡散通路に沿ってドライブ内部に最も近い緩衝室に蓄えられた、先に排出された清浄流体である。このように、複数の緩衝室は、ドライブ内部の汚染物質を最小限とする改良システムを提供する。
拡散構造を通過する拡散速度を遅くすることに加えて、複数の緩衝室40A〜Ｄが、外部環境からの微粒子や水蒸気のような汚染物質が、ドライブ内部に到達することを更に防止する多段階のフィルタシステムを提供している。周知のように、ファンデルワールス効果によれば、流体が各溝38,42及び緩衝室40A〜Ｄ内を移動すると、流体内部の汚染物質は側壁に衝突して、該側壁表面に付着して捕集される。さらに、水蒸気は拡散構造36を通過する間に、前記溝や緩衝室の壁上に凝縮されることにより、流体からろ過される。また、本発明により達成される特別低い流量速度で、流体内で特定の微粒子の沈殿が発生する。さらに、本発明の図５に示す実施例のように、各緩衝室40A〜Ｄが公知材料からなる乾燥剤52を含むようにしてもよい。第１の緩衝室40Aに導入された汚染物質は表面付着，凝縮，沈殿／及び又は緩衝室内に設けられた乾燥剤52によってろ過される。緩衝室40Aをくぐり抜けた汚染物質は緩衝室40Bにより、同様にしてろ過される。緩衝室Ｂもくぐり抜けた汚染物質は緩衝室40Cによりろ過され、最終的に緩衝室40Cをもくぐり抜けた汚染物質は緩衝室40Dによりろ過される。前記溝38,42は、同様な方法で流体から汚染物質をろ過するのに補助的な役割をする。
本発明のさらに別の形態では、拡散構造36内部の全ての領域への接近を速やか、かつ、容易にトップカバー48を取り外しすることにより行なえる。ディスクドライブが所定の期間使用された後に、古い乾燥剤を交換し及び／又は溝や緩衝室の壁に付着した汚染物質を洗浄するために、トップカバー48を取り外すことができ、このようにして、ろ過システムの効用を維持しながら、ディスクドライブの寿命を改善することができる。さらに、拡散構造は、カバー34と共に、一体構造に形成される。これは、従来の拡散構造が製造コストが掛かる多くの部品を有し、これらの部品に接近しようとすると困難を伴い、洗浄にコストが掛かるという点に対して有利な点である。
公知の圧力感応型接着剤をカバー34の上面と接触するトップカバー48に設けることができる。ドライブが所定の期間使用された後に、トップカバー48は乾燥剤52を交換でき、前記の溝や緩衝室を洗浄できるように取り外すことができる。その後、新しいトップカバー48がカバー34上に固定される。トップカバー48は、安価なポリマーを用いて容易かつ低コストに製造するので、多額の費用を費やすことなく交換することができる。同様に、トップカバー48を取り外すと、各溝や緩衝室に容易に接近できるので、乾燥剤52を容易に交換することができ、溝や緩衝室を効率よくかつ安価に洗浄することができる。
本発明は、上記において詳細に述べてきたが、本発明はここに記載された実施の形態に限定されるものではないことは勿論である。種々の変形態様が、当業者により、添付の請求の範囲に記載され定義された本発明の精神及び範囲、及びそれらの均等物の範囲内で、実行可能である。

Claims (3)

1. ディスクドライブ内部と周囲の外部環境との間の流体の流れを許容する拡散構造であって、
   複数の室と、
   該複数の室の間を相互連通し、該複数の室の間で少なくとも所定の流量割合で流体が流れることを妨げる複数の溝と、
   前記複数の室と複数の溝が型押し加工によって形成されているディスクドライブ用のカバーと、
   前記複数の室と複数の溝上で前記カバーに固定されて、該複数の室と複数の溝を通る拡散通路を規定するトップカバーとを有することを特徴とする拡散構造。
2. 前記トップカバーは、取り外しおよび交換が可能であり、それによって前記複数の溝及び複数の室内に蓄積された汚染物質を除去できるようにしていることを特徴とする請求項１に記載の拡散構造。
3. 前記複数の室の室内に乾燥剤が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の拡散構造。

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