专利名称：惯性锁定器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种惯性锁定器，尤指一种适用于便携式电脑的磁盘驱动器中、结构简单、性能可靠且不耗电的惯性锁定器。
技术背景在计算机系统中，信息经常被存储在一硬盘或软盘磁性薄膜表面上。这些信息存储在同心的轨道上，通过一磁头装置实现这些信息的读取。当存储或读取信息的时候，磁头悬浮在高速旋转的磁盘的空气支承层上，以避免磁头与磁盘表面直接接触。
在大多数的磁盘驱动器中，磁头都是安装在一个致动器的末端附近。现有技术中广泛使用的致动器有直线型及旋转型两种。在直线型致动器中，磁头首先正对磁盘的中央，然后致动器沿磁盘半径方向直线移动以将磁头定位在预定的位置。而在旋转型致动器中，致动器围绕旋转中心在磁盘的圆周附近旋转，以此将磁头定位在预定的位置。
当磁盘驱动器不工作时，磁头离开磁盘的数据区。根据此时磁头停放的地方可将磁盘驱动器分为动态导入型和接触式启停型两种。在动态导入型磁盘驱动器中，当磁盘驱动器不操作时，磁头缩回到一个远离磁盘的地方，比如说停在一个斜轨结构上；而在接触式启停型磁盘驱动器中，当磁盘驱动器不工作时，磁头停靠在磁盘中央的非数据区。磁头与磁盘的任何非正常接触都可能导致磁盘的划伤，因此将磁头可靠的锁定在上述的斜轨结构上或磁盘中央的非数据区内是非常重要的。
现有技术中，已存在许多锁定致动器的结构。比如在某些磁盘驱动器中，当磁盘驱动器断电时，其致动器被一磁性装置或弹簧开关固持，而当磁盘驱动器通电时，致动器的马达克服磁性装置或弹簧开关的固持力从而使致动器带动磁头移动到磁盘的数据区。然而上述结构若受到震动的影响，在非工作状态时，其致动器可能会脱离磁性装置或弹簧开关的束缚从而导致磁头与磁盘的接触。
还有一种依靠弹簧开关和螺线管来锁定致动器的结构，当螺线管未通电时，弹簧开关将致动器锁定在预定位置，而当螺线管通电后，可释放被弹簧开关锁定的致动器。尽管该设计可避免震动的影响，但是螺线管具有成本高、不可靠及耗电量大的缺点。相关技术请参考美国专利第4,716,480号及4,725,907号。
旋转型致动器尤其容易受到震动及加速度的影响。但由于在设计旋转型致动器时，可以使致动器相对于旋转点达到平衡，所以单纯的平移震动将同时作用于旋转点的两侧而不会使致动器受到影响。比较小的非平衡因素，比如因制造引起的误差，也不足以对致动器产生影响。但是，旋转震动引起的惯性力则较容易引起致动器的摇摆，这样就很可能使磁头与磁盘接触，因此，需要提供一种保护措施来克服这种惯性力。特别对于便携式电脑来说，它们运行在特定的环境，在移动的过程中极易受到旋转震动的影响，所以更需要提供这种克服惯性力的保护措施。
锁定器响应旋转力的能力可由其转动惯量衡量，而响应支撑轴与惯性体间摩擦扭矩的能力则主要由其质量衡量，因此，锁定器的整体效率正比于转动惯量，而反比于其质量。
上述因素对小型的磁盘驱动器尤为重要。例如，一1.8英寸驱动器，其具有一安装在滑动轴承上的惯性体，其转动惯量与其质量的比率被限定在近似50～100gm-mm2/gm，这样该锁定器将不能成功的配合300g等级的线性加速度。此问题可通过使用球轴承或滚珠轴承作为枢转点来减轻，但其将增加成本及增大封装空间。
此外，在此类小型磁盘驱动器中，惯性体关于其枢转点的静力平衡很关键。任何的静力不平衡都将在惯性体上产生一个扭矩，且如果这个扭矩直接作用在惯性体的运行过程中，则锁定其将失效。
即使上述问题中，转动惯量与其质量的比率满足了确切的50-500gmm2/g的数值，为了使惯性体重心位于枢转点时获得最大的转动惯量，也不得不将惯性体定位在低于记录磁盘片处或盘片之间(多盘片驱动器时)。在上述结构中，惯性体受到高速冲击力时将碰撞磁盘片表面，从而影响系统的可靠性。此外，多磁盘片驱动器中，惯性体装置在磁盘片之间，使安装及重置磁盘片变得困难。同时在安装或拆卸惯性锁定器时增加的破坏磁盘片的危险。
发明内容本实用新型的目的是提供一种具有结构简单、性能可靠且不耗电的磁盘惯性锁定器。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的一用于使磁盘驱动器处于非工作状态时将其致动器保持在适当位置的旋转惯性锁定器，其包括一可枢转的锁定元件及至少一个与该锁定元件接触的惯性体。该惯性体容置在锁定元件与惯性锁定器基座的壁面所形成的凹部内，该等壁面的构形使该磁盘驱动器受到一震动力时，锁定元件移至关闭状态，从而将磁盘驱动器的致动器锁定。
本实用新型磁盘驱动器的优点是与现有技术相比，该惯性锁定器结构简单，性能可靠并且不耗电，特别适用于使用电池的便携式电脑磁盘驱动器。
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1是本实用新型惯性锁定器的俯视图。
图2a-2d分别是本实用新型惯性锁定器受四个方向震动力时的状态图。
图3是本实用新型惯性锁定器与磁盘驱动器其它各部件配合关系图。
图4a-4e是本实用新型惯性锁定器的锁定元件首不同方向震动力时受力分析图。
图5是本实用新型惯性锁定器的锁定元件的加速度与震动力方向的函数关系图。
具体实施方式请参考图1，本实用新型惯性锁定器400将克服上述问题。该惯性锁定器400具有一旋转锁定元件401，其可绕一轴杆402枢转。该锁定元件401一端向下延伸设有一突出的挡片403。当该锁定元件401绕轴杆402枢转时，挡片403与设在致动器405一端的卡钩404配合。一挡块420限制致动器405顺时针方向的旋转。
轴杆402设于该锁定器400基座406的适当位置处，该基座406具有凸出部407、408a、408b。相对于该等凸出部407、408a、408b及锁定元件401形成两凹部409、411，两惯性球410、412分别设置于该两凹部409、411中。一弹簧条413通过定位块414、415、416弹性的定位在惯性锁定器400上。一盖板(图未示)装设在基座406顶部以保持惯性球410、412分别容置在凹部409、411内。
凹部409、411的形状对惯性锁定器400的功能有很大影响。该凹部409的形状由壁面409a、409b、409c、409d限定，而凹部411的形状则由壁面411a、411b、411c、411d限定。凹部409、411外的每对相邻壁面形成的凹部开放的方向与另一对相邻面形成的凹部开放的方向应保持相反的方向设置，如本实施例中，409a、409b形成一向下的开放部，而409c、409d则形成一与之相反的向上的开放部。
因黄铜具有较高的比重，抗腐蚀，无磁性等特点，惯性球410、412的材质选择以黄铜为佳。且由于其无磁性的特点，该惯性锁定器400可被置于音圈马达磁铁的附近。其他具有类似特性的材料也可以被选用。弹簧条413的材质选择以无磁性且强度高的铍铜合金为佳。
本实施例中，惯性球410、412作为惯性质量体。锁定元件401与基座406选用刚度高(抵抗变形)、比重小(减轻质量)、低摩擦系数(协调与惯性球410、412间的相互作用)的材料制成。
请参照图2a，震动力方向向右。假设震动力足够大以克服弹簧条413的扭矩，惯性球412向左推锁定元件401，使其逆时针方向旋转，并使挡片403进入卡钩404，从而阻止致动器旋转。此时，惯性球410对基座406的凸部407施压而没有提供锁定作用。
请参照图2b，震动力方向向左。惯性球410向右对锁定元件401施压，使其逆时针方向旋转，与图17A所示情况结果相同。而另一惯性球412对凸出部408a，408b壁面施压，没有锁定作用。
请参照图2c，震动力方向向上。在这种情况下，惯性球410、412均处于工作状态。惯性球410压入由面409c和409d形成的带有一定夹角的空间，另一惯性球412受力进入面411c和411d形成的带有一定夹角的空间。由于面409c、409d、411c、411d壁面轮廓所限，使得锁定元件401在逆时针方向旋转，从而使挡片403阻挡卡钩404，实现锁定作用。
请参照图2d，震动力方向向下。惯性球410与面409a和409b相互作用，另一惯性球412与面411a和411b相互作用，从而使锁定元件401逆时针旋转，达成上述挡片403阻挡卡钩404的作用，从而将致动器405锁定。
上述四种情况中，只有当震动力足够大时，惯性球410，412才能充分克服弹簧条413的扭矩而运动。当震动力过后，弹簧条413恢复形变，惯性锁定元件401恢复如图1所示位置。
根据现有技术实施例可做多种变化，如上述弹簧条413可采用多种机械构件，包括扭转弹簧、螺旋弹簧、磁弹簧、板弹簧等。惯性球410，412可采用其他形状，如盘状、楔形等。锁定元件401及基座406也可根据本实用新型的设计原则采用其他适合的形状。
一般磁盘驱动器另外具有一制动装置(如图3的504结构)。磁盘驱动器经过一顺时针的角加速度，致动器由制动装置定位在闲置状态。在预先设定的临界加速度时，该制动装置不能抑制致动器，惯性锁定器被触发将致动器锁定。
逆时针的旋转震动时，致动器405摆动，从而碰撞挡块420(图1)。因一般情况下挡块420由有回弹力的材料制成，从而使致动器405弹回并且克服了制动装置的弹力。本实施例中锁定器400的好处之一在于该锁定器400可由绕磁盘驱动器重心的顺时针或逆时针角加速度触发而将致动器锁定。磁盘驱动器的角加速度通产会在惯性锁定器400定位处产生一线加速度(线加速度大小等于角加速度乘以旋转点与惯性锁定器间的距离)。
对于可动磁盘驱动器，当其从主机或其他设备上分离时产生的震动力最大。请参考图3，其所示的为惯性锁定的最差条件。CG点为磁盘驱动器500的重心。本实施例的惯性锁定器501可绕转轴502旋转。Ri表示CG点到转轴502的距离。假设在一个力F撞击磁盘驱动器500，力F到CG点的力臂以Rf表示。
致动器503受制动装置504与惯性锁定器501抑制，弹簧505使锁定器处于常开状态。
在力F作用下，惯性锁定其501的加速度(A)为
A＝F/M＝-αRi(1)其中M与α分别表示磁盘驱动器500的质量与角加速度。然后，α＝FRf/J (2)J表示磁盘驱动器500的转动惯量。
结合公式(1)与公式(2)A＝αJ/M Rf-αRi(3) 或A＝Riα(J/M RiRf-1) (4)设α0为磁盘驱动器500中致动器503将旋出制动装置的最小角加速度，A0为该惯性锁定器克服弹簧505的作用力而触发锁定器的最小角加速度。为保证致动器503旋出制动装置504前惯性锁定器501产生作用，则应满足下列关系式A0＜Riα0(J/M RiRf-1)(5)请参考图4，惯性锁定器400的线性加速度与弹簧505或其他偏置元件上的扭矩间的关系图。图4a为惯性球410、412与锁定元件401并列放置时，惯性球410、412与锁定元件412接触，且接触点与锁定元件412枢转点的径向距离为r。将惯性球410、412围起的基座406壁面与水平方向成θ角。惯性球410、412与锁定元件401间的摩擦系数在分析中不考虑。该分析的目的在于确定使锁定器的触发随震动力方向的变化而变化的范围取得最小值时θ的值。
假设惯性锁定器400受到与水平成β角的力FA，且-(90°-θ)＜β＜(90°-θ)。图4b与4c为惯性球410、412的矢量受力分析。图3中，FR410表示基座406作用于惯性球410的力，FI410表示锁定元件401作用于惯性球410的力。图4中，FR412表示基座406作用于惯性球412的力，FI412表示锁定元件401作用于惯性球412的力。当然，每个惯性球410、412所受力FA也传至该惯性锁定器400。
请参照图4b，惯性球412受力的水平及垂直方向力分解平衡关系式FAcosβ＝FR410sinθ(6)FR410＝FAcosβ/sinθ(7)FI410＝FRcosθ-FAsinβ(8)FI410＝FAcosθsinβ/sinθ-FAsinβ(9)
请参照图4c，惯性球412受力的水平及垂直方向力分解平衡关系式FAcosβ＝FR412sinθ(10)FR412＝FAcosβ/sinθ(11)FI412＝FRcosθ+FAsinβ(12)FI412＝FAcosθsinβ/sinθ+FAsinβ(13)锁定件401所受扭矩ττ＝r(FR410+FI412)(14)τ＝2rFAcosβ/tanθ＝2rmacosβ/tanθ(15)m表示惯性球410、412的质量，a表示其线性加速度。a0表示惯性锁定器将要触发时弹簧或其他偏置元件提供门槛扭矩τ0时的加速度。
a0＝τ0tanθ/2mrcosβ(16)请参照图4d，-(90°-θ)＜β＜90°时FI412＝FA(cosθcosβ/sinθ+sinβ)(17)FI410＝0(18)τ＝rFI412＝rmacos(β-θ)/sinθ(19)a0＝τ0sinθ/mrcos(β-θ)(20)请参照图4e，90°＜β＜(90°+θ)时FR412＝FAcosβ/sinθ(21)FR412＝FAsinβ+FR412cosθ(22)FR410＝0(23)a0＝-τ0sinθ/mrcos(β-θ)(24)(90°+θ)＜β＜180°时a0＝-τ0tanθ/mrcos(β-θ)(24)因此，锁定元件401施加到弹簧或其他偏置元件的扭矩是角θ及震动力方向(以β表示)的函数。请参照图5，要与致动器配合的锁定器的线性加速度数值，当θ为60°时，该扭矩为β的函数。最大变化范围大约是15％，θ最佳值是接近60°。
权利要求1.一惯性锁定器，是安装在磁盘驱动器上以抑制该磁盘驱动器中的致动器，其包括一基座、一装设于该基座上的锁定件及一惯性体，其特征在于该锁定件具有一第一壁面，该基座具有一第二壁面，该第一、第二壁面在锁定件处于开放状态时彼此形成一第一预设角，上述第一惯性体定位在该第一、第二壁面之间，当该磁盘驱动器受到一第一方向上的震动力时，该惯性体经过平移与该第一、第二壁面接触，从而将该锁定件转至关闭位置，使该致动器受到抑制。
2.如权利要求1所述的惯性锁定器，其特征在于该锁定元件具有一第三壁面，该基座具有一第四壁面，该第三、第四壁面在锁定元件处于开放状态时彼此形成一第二预设角，该第一惯性体被定为在该第三、第四壁面间，该磁盘驱动器受到一第二方向上的震动力时，该第一惯性体与该第三、第四壁面接触，将该锁定元件转至关闭位置，使该致动器受到抑制。
3.如权利要求1所述的惯性锁定器，其特征在于该惯性锁定器进一步包括一定位在该锁定元件与该基座间的第二惯性体。
4.如权利要求3所述的惯性锁定器，其特征在于该第一及第二惯性体一般定位在该锁定件的旋转轴线相对侧。
5.如权利要求3所述的惯性锁定器，其特征在于该第一、第二惯性体包括一球体。
6.如权利要求1所述的惯性锁定器，其特征在于该惯性锁定器还具有一与该惯性元件作用的偏置元件。
7.如权利要求6所述的惯性锁定器，其特征在于该偏置元件包括一弹簧元件。
8.如权利要求1所述的惯性锁定器，其特征在于该锁定件具有一当其处于锁定位置时激发致动器的元件。
专利摘要一种惯性锁定器，用于当磁盘驱动器处于非工作状态时，将其致动器保持在适当位置。该惯性锁定器包括一可枢转的锁定元件及至少一个与该锁定元件接触的惯性体。该惯性体容置在锁定元件与惯性锁定器基座的壁面所形成的凹部内，该等壁面的构形使该磁盘驱动器受到一震动力时，锁定元件移至关闭状态，从而将磁盘驱动器的致动器锁定。
文档编号G11B21/22GK2569283SQ0227248
公开日2003年8月27日 申请日期2002年8月12日 优先权日2002年8月12日
发明者罗伯特·艾尔特 申请人:深圳易拓科技有限公司