专利名称：用于盘片驱动器的过滤器结构及其使用方法
本申请以唐森纳公司——一家美国境内的美国公司(对于所有国家的申请人)的名义作为PCT国际专利申请提交，该申请提交于2001年8月16日，指定了除美国以外的所有国家，并且要求提交于2000年8月16日、美国申请号为60/225，546的优先权。
存在于盘片驱动器中的微粒和气体污染物会降低硬盘驱动器的效率和寿命。盘片驱动器中的污染物的一般来源包括驱动器机壳中的空气渗漏(这可能是或可能不是有意的)、制造环境以及结合入盘片驱动器的排出颗粒和气体的材料。这尤其涉及诸如在温度超过150°F(约65℃)时，盘片驱动器机壳内部可以在正常运行状态下产生有机蒸气。可只要在炎热天气下将容纳有硬盘驱动器的计算机放置在汽车的轿箱中，就可达到该温度。
已经在盘片驱动器中使用了多种过滤器来去除化学和颗粒污染物。一种或一组过滤器包括再循环过滤器，其通常位于盘片驱动器机壳中的气流路径中，以便去除或减少来自盘片驱动器机壳内的空气中的污染物。这些过滤器从循环空气中去除颗粒和/或化学污染物。另一种或一组过滤器包括通气孔过滤器(breatherfilter)，其用于从进入盘片驱动器机壳的空气中去除或减少污染物。一般而言，通气孔过滤器覆盖驱动器机壳中的一孔，该孔通向与机壳外部连通的气流。该孔通常位于一低静压区域，以使机壳外部的压力大于孔位置处的内部压力。将孔定位在低静压区域可使正气流从机壳外部流向内部。静压最低的区域位于盘片的转动点的正上方和正下方。
期望一种与盘片驱动器一起使用的新型过滤器结构。
本发明包括使用在盘片驱动器机壳中的过滤器结构，该盘片驱动器机壳容纳一盘片驱动器组件。过滤器结构包括一壳体，该壳体形成一空气入口和一空气出口；一吸附剂过滤器元件，该吸附剂过滤器元件定位在壳体内，并且与空气入口和空气出口流体连通，吸附剂过滤器元件被定位成过滤进入驱动器组件的空气；以及一再循环过滤器元件，所述再循环过滤器元件被定位成过滤在驱动器组件内循环的空气。过滤器通常被构造成用于放置在一容纳旋转盘片的盘片驱动器组件，壳体的空气入口被放置成与空气出口相比距离旋转盘片的中心更远。
在特定实施例中，空气入口被构造成位于旋转盘片的边缘外侧，而空气出口被构造成位于盘片中心的附近，例如旋转盘片的边缘内侧。空气入口可以被构造成位于距离旋转盘片的边缘外侧至少为旋转盘片的半径的0.1倍处，或者空气入口被构造成位于距离旋转盘片的边缘外侧至少为旋转盘片的半径的0.25倍处。
在一个特定方面中，本发明涉及一种过滤器结构，其具有壳体中的一第一过滤器部分和一第二过滤器部分。第一过滤器部分实现通气孔功能，而第二过滤器部分提供再循环功能。第一过滤器部分具有一入口，该入口被构造和设置成提供一条使空气流入盘片驱动器机壳的路径。一般而言，入口覆盖或包围引入驱动器机壳的孔。空气流通过入口进入盘片驱动器机壳，并通过嘴部离开第一过滤器部分。第一过滤器部分通常包括一扩散通道，该扩散通道与入口和嘴部流体连通。扩散通道有助于减慢空气的送入和送出驱动器机壳。第二过滤器部分包括一再循环过滤器，该再循环过滤器被构造和设置成提供一条使空气在盘片驱动器机壳内流动，空气流通过第二过滤器部分的路径。
在又一个特定方面中，本发明涉及一种盘片驱动器组件，它具有一盘片驱动器机壳和一定位在机壳内的盘片。机壳具有一延伸通过机壳的空气孔和一定位在机壳内的过滤器结构。过滤器结构与该孔流体连通，并且包括一第一过滤器部分和一第二过滤器部分。第一过滤器部分被构造和设置成定位在一气流中，以提供一条使空气流入盘片驱动器机壳的路径。空气通过该孔进入盘片驱动器机壳，通过第一过滤器部分，并且通过一嘴部离开第一过滤器部分。第二过滤器部分被构造和设置成定位在盘片驱动器机壳中的气流中，以提供一条使盘片驱动器机壳内的空气流动的路径。当盘片旋转时，盘片驱动器机壳具有至少一个低静压区域，嘴部定位在盘片驱动器机壳的低静压区域中。
本发明的另一方面涉及一种使用在盘片驱动器组件中的过滤器结构。过滤器结构包括一壳体，该壳体被构造成用于放置在一容纳旋转盘片的盘片驱动器组件中。壳体包括一空气入口和一空气出口；壳体的空气入口被放置成与空气出口相比距离旋转盘片的中心更远。壳体还包括一进气口和一使进气口与空气出口相连的通道；其中，进气口包括一开口，该开口相对于旋转盘片的边缘以一个角度定位，这促使空气进入进气口。
一般而言，旋转盘片的边缘与进气口之间的该角度大于0度但小于直角。该角度通常大于15度但小于60度。适当的角度包括诸如约30至60度。进气口基本上垂直于旋转盘片的边缘，而空气出口基本上平行于旋转盘片的边缘。该角度一般得益于气流通过盘片驱动器组件进行旋转，并且意味着在气流通过过滤器组件时捕获大部分气流。过滤器结构包括一吸附剂过滤器元件，该吸附剂过滤器元件位于壳体内，并且与空气入口和空气出口流体连通，吸附剂过滤器元件被定位成过滤进入驱动器组件的空气。
过滤器结构还包括一再循环过滤器元件，该再循环过滤器元件定位在进气口和空气出口之间的空气通道中，以过滤在驱动器组件内循环的空气；其中，再循环过滤器具有一宽度，该宽度暴露于通过空气通道的空气，再循环过滤器定位在空气通道中，以使暴露的宽度大于定位在再循环过滤器处的空气通道的宽度。
图5是本发明的过滤器结构的第二实施例的俯视平面图；图6是沿线6-6截取的图5的过滤器结构的侧剖视图；图7是本发明的过滤器结构的第三实施例的俯视平面图；图8是沿线8-8截取的图7的过滤器结构的侧剖视图；图9是本发明的过滤器结构的第四实施例的俯视平面图；以及
图10是沿线10-10截取的图9的过滤器结构的侧剖视图。
应当理解的是，在本发明的上下文中引用污染物的“减少”和“去除”是指被过滤的流体流(例如，气体或液体流)的净化。在硬盘驱动器机壳中被净化的流体通常是空气流。然而，应当理解的是，也可以通过本发明的过滤器结构来净化其它气体或液体流。也可将通过过滤器结构减少或去除来自液体或气体流的污染物称为截留、固定、吸附、吸收或其它方法粘合(例如通过共价、离子、配位、氢或Van der Waal粘合剂或其组合)过滤器结构的内部或表面上的污染物。
过滤器结构10被设计成通过多次处理或过程减少机壳12内的污染物。用于减少、去除或防止机壳12内的污染物的第一过程是减少或去除从机壳12(或其它装置)的外部区域进入机壳12的任何污染物。用于减少、去除或防止来自机壳内的污染物的第二过程是减少或去除存在于机壳大气中的污染物。
请再次参见图1，硬盘驱动器机壳12具有位于一端的盘片14。一读-写头位于臂16上，并且在盘片14的表面上方移动读-写头。使空气和气体流沿着与盘片14转动方向相同的方向(逆时针)流动或循环。这种空气循环产生经过机壳12的压力差。静压最低的区域通常位于盘片14的转动轴线或其它转动点的正上方和正下方。其它低静压区域位于盘片14的外边缘或周边，该处的空气速度非常高。一般而言，具有最高压力的区域是机壳12的转角，其通常具有低或慢的气流图案。过滤器结构10可使静压差用作为一优点。
机壳12包括一孔13，其使来自外界大气的流体连通(即，空气流)进入驱动器机壳12。在本发明之前，传统上已将诸孔定位在低静压区域中，以使孔位置处的机壳外部的压力大于内部。将孔定位在低压区域中可使正气流从机壳12的外部流到定位盘片14的内部。通过内部与外部之间的压力差将来自外部的空气拉入机壳12。相等数量的空气通常通过机壳12中的裂缝和接缝离开机壳12，以使机壳12中的空气容积保持不变。传统上，将一孔直接定位在硬盘14上方或下面，并且将一过滤器放置在该位置处，以防止污染物进入机壳。由于盘片14的旋转产生低静压，因此该位置通常是较佳的。然而，通风孔过滤器必须保持相对较小的厚度，以使盘片在其旋转时具有适当的间隙。
将一第一过滤器部分(通常被称为通气孔过滤器)定位在孔上方，以便从通过该孔进入的空气中去除污染物。因而，任何通过该孔流入机壳12的空气必须遇到第一过滤器部分。与使用在盘片14上方或下面的一孔处的传统型通气孔过滤器不同，本发明的第一过滤器部分通常不是定位在盘片14上方或下面(这将在下面详细说明)，本发明的过滤器结构也不需要将孔定位在旋转盘片的下面或上方。相反地，采用本发明，可将孔13定位在具有高静压的区域中，例如盘片驱动器机壳12的一转角。本发明的过滤器结构10的第一部分与该孔13流体接触，并且去除或减少可能会借助孔13进入机壳12的污染物。
现在请参见图2至4，本发明的过滤器结构10的第一实施例被特别图示成第一结构110。过滤器结构110具有一壳体15a，该壳体形成一第一表面17a和一第二表面19a。壳体15a被构造成第二表面19a的至少一部分与机壳12的内表面接触。在某些设计中，壳体15a的一部分与机壳12隔开(或不接触)。壳体15a通常由可模制的聚合材料制成，例如聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯等。
过滤器结构110包括一第一部分，以便从引入的空气中去除污染物；这与上述第一过滤器部分类似。过滤器结构110的第一部分包括扩散通道30a，其主要减少从引入的空气扩散入机壳12的化学污染物，并且还可以通过其弯曲路径去除颗粒污染物。
扩散通道30a在压缩入小型空间的一入口和一出口之间提供通道的延伸长度。该弯曲通道可以被构造成诸如一向内盘旋的通道、一向外盘旋的通道或一迷宫状构造。扩散通道30a提供允许空气从入口流到自入口移置的出口的充气腔。具体来说，扩散通道30a允许气体缓慢地扩散入机壳12并从机壳扩散出去；扩散速度在很大程度上取决于沿扩散通道30a的长度的浓度梯度。扩散通道30a的入口定位在机壳12中的孔13上方或接近孔13。
扩散通道30a可以由单块塑料片制成，该塑料片具有刻在或模制在其表面中的弯曲路径，以使该通道通向大气。然后用不渗水的隔膜或薄膜(例如聚酯树脂薄膜)密封其中具有通道的模制表面，以使扩散通道密封，从而具有固定数量的出口。在又一实施例中，将通道定位成抵靠另一表面，例如盘片驱动器机壳12的内表面；该表面密封扩散通道，以使其具有期望数量的出口。在另一实施例中，可将两块塑料片模制成与其间的一通道装配在一起，以形成扩散通道30a。在多个实施例中，只有一个来自扩散通道的出口，例如出口38a。
在美国专利No.4,863,499(Osendorf)中叙述了一个与计算机盘片驱动器系统一起使用的扩散通道示例。在美国专利No.5,997,614(Tuma等人)中叙述了另一个合适的扩散通道30a的示例，其包括由一层薄膜形成的一通道，本文将援引这些专利的全文作为参考。
过滤器结构110的颗粒扩散通道30a是具有模制在底部中的弯曲通道的单块塑料片。如图3最佳地所示，来自孔13的空气借助入口36a进入扩散通道30a，通过弯曲路径，然后借助出口38a离开扩散通道30a。提供一其中具有一对准出口38a的孔35a的层34a，以密封通道30a。该层34a可以是一用于将过滤器结构110连接到机壳12的粘合层。层34a可以是一透气或不透气的材料，但通常是不透气的。在一个实施例中，层34a是一具有粘合表面的尿烷垫圈。在另一个实施例中，层34a是一化学吸附过滤器，例如一化学吸附通气孔过滤器。
气流从扩散通道30a前进到空气腔39a。空气腔39a是一宽敞的、无阻碍的容积，其与出口38a和机壳12流体连通。腔室39a中的空气可以自由地移出腔室39a，通过一嘴部33a进入机壳12。过滤器结构110和本发明的每个过滤器结构10被设计成使空气腔39a与机壳12中的低压区域流体连通，例如当盘片14旋转时位于盘片14的周边处的低压区域。术语“嘴部”用于表示空气通过其离开过滤器结构110的区域。
嘴部33a通常平行于气流和盘片14的周边。通过嘴部33a自空气腔39a流出的空气通常垂直于由盘片14旋转所产生的气流。在过滤器结构110的情况下，空气腔39a充分宽敞且无阻碍，以使从扩散通道30a到嘴部33a的气流在位于盘片14的周边的低压区域处基本上无阻碍。通过在低压区域中开有出口38a或使开口38a与低压区域相连，空气压力差通过扩散通道30a从孔13和入口36a拉动空气。一旦通过扩散通道30a和空气腔39a，空气与已经存在于机壳12中的空气混合，并且受到过滤器结构110的第二部分的过滤作用。
入口36a通常被构造在空气压力高于嘴部33a的位置中，以促进空气通过孔13移入入口36a，并最终通过嘴部33a移出。一般而言，入口36a比嘴部33a更远离于盘片14的中心。例如，可以根据旋转盘片14的半径来测量这些距离。由于测量与驱动器机壳的相对尺寸有关，因此该测量是有效的，并因而提供了与驱动器大小无关的有效测量方法。在某些应用中，入口36a被定位成其与盘片中心的距离比嘴部33a与盘片中心的距离远，超过的距离大于0.1倍的盘片半径。因而，如果盘片具有1.5英寸的半径，则入口36a比嘴部33a离盘片中心的距离远至少0.15英寸。在其它应用中，入口36a被定位成其与盘片中心的距离比嘴部33a与盘片中心的距离远至少0.25倍的盘片半径。在另外的应用中，该距离大于0.4或0.6倍的盘片半径。
过滤器结构110还包括一第二部分，其用于去除或减少机壳12内的污染物；这与上述第二过滤器类似。过滤器结构110的第二部分包括一吸附剂材料50a和一薄膜60a，它们分别去除来自空气的化学和颗粒污染物，以及一再循环过滤器40a。
请再次参见图1，机壳12内的空气沿着与盘片14旋转方向相同的方向以逆时针图案旋转。过滤器结构110被定位成与图1中的过滤器结构10相同，该过滤器结构具有通过其中的气流；这些气流是由盘片14的旋转形成的。在该实施例中，过滤器结构110的第二部分包括一吸附剂材料50a、一透气薄膜60a和一再循环过滤器40a，它们都能从空气中去除化学污染物。在一些实施例中，这些元件中的一个或多个也可以从空气中去除或减少颗粒污染物。过滤器结构110的第二部分最好具有一越过其间的压降。
吸附剂元件50a被构造成主要用于从空气中去除由空气承载的、接近过滤器结构110的该部分的化学污染物。元件50a被设计成通过吸附和吸收从进入机壳环境的空气中去除污染物。如同在本申请的全文中使用的那样，术语“吸附”、“吸附作用”、“吸附剂”等还试图包括吸收和吸附机理。通常将吸附剂元件50a选择成稳定的，并且在盘片驱动器的正常运行温度下(例如约10℃至50℃)吸收污染物。
吸附剂元件50a吸附或吸收一种或多种污染物，包括诸如来自内部气流的水、水蒸气、酸性气和挥发性有机化合物。吸附剂元件50a通常包括一用物理方法吸附或用化学方法吸附的材料，例如干燥剂(即吸附或吸收水或水蒸气的材料)或吸附或吸收挥发性有机化合物、酸性气或两者皆可的材料。适当的吸附剂材料包括诸如活性碳、浸渍碳棒、活性氧化铝、分子筛、硅胶和二氧化硅。这些材料可以结合或浸渍诸如高锰酸钾、碳酸钙、碳酸钾、碳酸钠、硫酸钙或其混合物。尽管吸附剂元件50a可以是单种吸附剂材料，但诸材料混合物也是有用的，例如可将硅胶与活性碳相混合。在一些实施例中，吸附剂元件50a包括诸层或吸附剂材料的结合，以便在不同污染物通过不同吸附剂材料时有选择地将其去除。
吸附剂元件50a可以是松散粉末(例如，其通过100孔目)或粒状材料(28至200孔目)。或者，吸附剂元件50a可以形成单一形状，例如可任意进一步成形的颗粒、珠子或小片。在至少某些情况下，一成形的吸附剂物体在过滤器结构110的正常或预期寿命期间基本上保持其形状。成形的吸附剂物体可由与固态或液态胶粘剂相结合的自由流动的颗粒材料形成，然后其成形为非自由流动的物体。成形的吸附剂物体可由诸如模制、加压模制或挤压过程制成。
成形的吸附剂物体(即吸附剂元件50)的组成最好包括约70％(按重量计)的吸附剂材料，通常不超过约98％(按重量计)。在某些情况下，成形的吸附物体包括85至95％的吸附剂材料，最好约为90％(按重量计)。成形的吸附剂物体通常包括不小于2％的胶粘剂和不大于30％的胶粘剂(按重量计)。美国专利No.5,876,487、6,146,446和6,168,651中讨论了有关脱模剂、其它添加剂和模制技术的进一步信息，本文将援引这些专利的全文作为参考。
适当的吸附剂元件50a的另一实施例包括一载体。例如，一网织品或纱罩被用作载体以保持吸附剂材料和胶粘剂。聚酯和其它适当的材料可用作网织品和纱罩。该载体材料可用作其上粘附有吸附剂材料的基底，或将载体材料设置在大量吸附剂材料的外部，以使材料保持在一起。一般而言，任何载体不超过吸附剂元件重量的约50％，并且通常为吸附剂总重量的约20％至40％。成形的吸附剂物体的其余部分与不带载体的成形的吸附剂物体相同或相似。带载体的成形的吸附剂物体中的胶粘剂数量通常在吸附剂总重量约10至50％的范围内，而吸附剂材料的数量通常在吸附剂总重量的约20％至60％的范围内。
尤其是，在一个实施例中，过滤器结构110的吸附剂元件50a是一盒型元件，其具有保持在诸如壳体15a的结构内的吸附剂材料。该结构可以是一模制、铸造或以其它方式成形的元件。透气薄膜60a允许空气流动并流过保持在壳体15a内的吸附剂元件50a。在一些实施例中，透气薄膜60a还具有过滤作用。例如，薄膜可以是颗粒状或固态污染物的去除元件。在一个实施例中，透气薄膜60a是聚四氟乙烯(PTFE)薄膜。在另一个实施例中，透气薄膜60a是纱罩材料。对于一些过滤器结构，可以使用两种不同的透气材料；例如，第一表面可具有一PTFE薄膜，而第二表面可具有非织造纱罩材料。在过滤器结构110的特定结构中，由于薄膜60a和吸附剂50a的定位，因此通过透气薄膜60a的气流相当低。
过滤器结构110还包括再循环过滤器40a，其从由壳体15a引导的气流中去除颗粒状污染物，并且可任选地去除化学污染物。如同在图3的过滤器结构110的仰视图中最佳地所示，以逆时针图案旋转的空气进入进气口32a，移过由壳体15a形成的空气通道23a，并且借助嘴部33a离开。从进气口32a通过空气通道23a到达嘴部33a的空气流通过再循环过滤器40。最好将进气口32a设计成具有使流过通道23a的空气增加的取向。这可以通过诸如使进气口32a顶着机壳内的气流的方式来完成。在机壳中旋转盘片可以产生沿着与盘片旋转方向大致相同的方向沿盘片边缘移动的气流。通过将进气口32a定位成朝向这些气流可以增加流过再循环过滤器的空气。因而，进气口32a通常不与盘片边缘平行，而是以一个大得足以促进空气流入进气口的角度定位。该角度通常大于15度(在进气口开口和盘片边缘之间)、但小于120度，并且更为通常小于90度。
可将空气通道23a的尺寸和形状定为便于空气通过其间从进气口32a到达嘴部33a。空气通道23a，尤其是形成空气通道23a的壁，大致呈凹状；也就是说，空气通道23a不是笔直的，而是具有与其相关的曲度。形成空气通道23a的每个内、外壁最好具有与其相关的曲度。术语“外壁”是指具有进气口32a和嘴部33a的壁，与“内壁”相比，其被定位成更靠近盘片14。任何一壁的曲度可以是一圆弧段，其意味着它是具有一半径的圆的一部分；曲度中心可以是以盘片14的旋转轴线为中心，或者可以定位在任何位置。内壁的曲度可以不同于外壁的曲度和/或内壁的曲度中心可以定位在除外壁的曲度以外的任何位置。在某些设计中，空气通道23a的曲度，尤其是外壁的曲度，最好与盘片14的曲度相似。在图2至4的过滤器结构110的图示实施例中，外壁的曲度中心与盘片14的旋转轴线相同，以使外壁与盘片14平行。
当空气通道23a从进气口32a前进到嘴部33a时，空气通道23a不必具有恒定的宽度或截面积。如同用于以后诸实施例的附图中(但还是在图3中最为明显)最佳地所示，空气通道23a的宽度通过空气通道23a的长度从进气口32a到嘴部33a不是连续的。相反地，可以在进气口32a和嘴部33之间的某些位置处减小、变窄或以其它方式限制或收缩空气通道23a。这种变窄结构可以增加通过空气通道23a并通过再循环过滤器40a的气流。可将受限制的宽度定位在接近再循环过滤器40a的位置。可以通过再循环过滤器40a设计沿通道23a的长度从进气口32a到嘴部33a的宽度变化量和宽度变化位置，以获得增加的过滤效率。
再循环过滤器40a可以是任何颗粒的、化学物品的或合成的过滤器。在一个实施例中，再循环过滤器40a可以是一种“枕式过滤器”，其含义是描述其枕头般的形状。密封过滤器的边缘，以防止过滤器的成分外逸。再循环过滤器40a通常包括至少一个有机蒸气去除层和至少一个颗粒去除层。有机蒸气去除层可以永久去除特定的有机蒸气污染物，而颗粒去除层可以永久去除特定的颗粒污染物。应当理解的是，“永久去除”是指对于特定应用去除或截留无法在正常运行条件下自过滤器结构释放的污染物。在过滤器结构110的情况下，从盘片驱动器机壳12内部的环境中永久去除特定颗粒和蒸气污染物反映出这些污染物不能在正常运行条件下释放入空气流的事实。在非正常条件下，例如当有机蒸气去除层的温度被加热到超过正常运行温度时，可以从有机蒸气去除层中释放有机蒸气。
如果希望的话，有机蒸汽去除层可以提供某种程度的颗粒污染物去除。由于无法使构成颗粒去除层的材料以物理方式起作用以获得有机蒸气污染物的永久去除，因此颗粒去除层通常不能永久去除有机蒸气。尽管有机蒸气可附着到这些层，但它们通常会在硬盘驱动器的正常运行期间释放出来。
再循环过滤器40a还可以包括纱罩层。设置纱罩层以防止再循环过滤器40a的成分外逸入盘片驱动器机壳12的环境。纱罩层通常具有足以使压降最小化的多孔性，但与此同时，其包含有再循环过滤器40a的成分。例如，如果颗粒去除层由含纤维的非织造材料制成，则纱罩必须足以防止纤维外逸。如果不需要纱罩层来防止过滤器的成分外逸的话，则可以将其从过滤器中省略。
如同在图4中看到的那样，过滤器结构110的再循环过滤器40a在一个实施例中是一薄枕或板。壳体15a形成一槽42a(图3)，其位于进气口32a和嘴部33a之间的空气通道23a的一壁上；槽42a被构造成以理想的取向接纳和支承再循环过滤器40a。用槽42a保持再循环过滤器40a的边缘，基本上覆盖或隐藏过滤器40a的一小部分，从而增加可用于过滤的表面积的数量。应当理解的是，再循环过滤器40a可由任何其它适当的装置或系统支承或保持。
可将再循环过滤器40a定位成垂直于形成空气通道23a的壳体15a，因而在再循环过滤器40a定位在槽42a中时，再循环过滤器40a和壳体15a之间的角度为一直角。在该构造中，再循环过滤器40a的暴露宽度基本上与再循环过滤器40a的定位位置处的空气通道23a的宽度相同。或者，可以形成槽42a，以使再循环过滤器40a以这样一种方式定位在空气通道23a中，即优化(或至少增加)可供空气通过其中的再循环过滤器40a的宽度和表面积。为了增加再循环过滤器40a暴露于通过其中的空气的表面积，可将再循环过滤器40a不以90度的角度定位。例如，可将槽42a构造成使再循环过滤器40a位于空气通道23a的壁，并与该壁成45至135度的角度。与相同空气通道23a中的相同再循环过滤器40a相比，45度或135度的角度可以增加约40％的表面积。其它有用的角度包括但不限于诸如30或150度、15或165度的角度，它们可以使表面积显著增加。
过滤器结构10的又一实施例被图示成图5和6中的过滤器结构210。为便于识别，在图5和6中，在与第一实施例(图2-4)中的可比较元件相同或完成相同功能的图5和6的第二实施例中的元件后面跟随一标记“b”。
过滤器结构210具有一壳体15b，该壳体形成一第一表面17b和一第二表面19b(在图6中识别)。当过滤器结构210如图1所示的那样安装在机壳12中时，该过滤器结构被取向成第一表面17b朝上面出页面之外。在该实施例中，整个第二表面19b与机壳12相接触。
过滤器结构210包括一用于从引入的空气中去除污染物的第一部分。过滤器结构210的第一部分包括扩散通道30b、一吸附剂材料50b和透气薄膜60b。过滤器结构210还包括一用于去除或减少存在于机壳12内的污染物的第二部分；过滤器结构210的第二部分包括一再循环过滤器40b。
过滤器结构210的多种元件，例如扩散通道30b、吸附剂材料50b、透气薄膜60b和再循环过滤器40b，与过滤器结构110所述相似。然而，在过滤器结构210中，多种元件被不同地设置，通过其中的气流也不相同。
过滤器结构210被设计成使用在机壳12中，该机壳具有定位在机壳12的底面上的空气孔13。空气借助入口36b进入过滤器结构210，通过扩散通道30b并借助出口38b离开扩散通道30b，如图6的虚线所示。在图示的实施例中，扩散通道30b是一模制在壳体15b内的通道，并且由层34b密封。层34b中的一小孔35b允许空气借助出口38b离开扩散通道30b。
然后空气自出口38b起围绕或接近(可任选的是通过)吸附剂材料50b和透气薄膜60b前进进入空气腔39b。空气腔39b是一宽敞的、基本无阻碍的容积，其由一第一通道侧壁37和一第二通道侧壁37’部分形成。来自腔室39b的空气在第一通道侧壁37和第二通道侧壁37’之间流动，并且沉积在嘴部33b附近，空气从该处以大致垂直于嘴部33b内部存在的、由盘片14旋转所产生的气流的流向流出过滤器结构210。来自腔室39b和嘴部33b的空气然后与已经存在于机壳12内的空气相混合，该空气混合物受到第二部分的过滤作用。
请参见图5，机壳12内部的气流沿逆时针图案旋转，其在进气口32b处进入过滤器结构210，通过空气通道23b并借助嘴部33b离开。在该实施例中，空气通道23b的内壁急剧弯曲或形成圆角，而空气通道的外壁接近于平直，不带曲度。空气通道23b的宽度从进气口32a向嘴部33b变窄或收缩；空气通道23b变窄的程度大于上面讨论的过滤器结构110的空气通道23a的宽度。嘴部33b的宽度可以比进气口32a小25％、甚至50％。最好将进气口32b和嘴部33b的尺寸、空气通道23b的形状和尺寸定为获得期望的气流。空气通道23b被构造成当空气通过变窄的通道23b时，其借助进气口32b加速进入。第二通道侧壁37’的取向和定位有助于通过嘴部33b引出空气。用于空气通过通道23b从进气口32b移动到嘴部33b的路径使空气通过过滤器结构210的第二部分，其包括再循环过滤器40b。由壳体15b中的槽42b保持在空气路径中的再循环过滤器40b通常以不垂直于空气通道23b的角度定位，如图5所示。在图示的特定实施例中，再循环过滤器40b平行于第二通道侧壁37’，其部分形成空气通道23b的内壁。
请参见图7和8，过滤器结构10的第三实施例被图示成过滤器结构310。为便于识别，在图7和8中，在与第一和第二实施例(图2-4和5-6)中的可比较元件相同或完成相同功能的图7和8的第三实施例中的元件后面跟随一标记“c”。
过滤器结构310具有一壳体15c，当其安装在机壳12内并取向成图7所示时，其被取向成第一表面17c朝上面出页面之外。过滤器结构310包括一用于从引入的空气中去除污染物的第一部分；过滤器结构310的第一部分包括扩散通道30c、一吸附剂材料50c和透气薄膜60c。此外，过滤器结构310包括一用于去除或减少存在于机壳12内的污染物的第二部分；过滤器结构310的第二部分包括一再循环过滤器40c。
除了嘴部33c的尺寸和位置与盘片14有关之外，过滤器结构310与过滤器结构110和210类似。在过滤器结构110、210中，空气腔39a、39b和嘴部33a、33b相通，以便于吸附剂材料50a、50b与嘴部33a、33b之间的流体连通。在该实施例中，一小型嘴部33c使来自腔室39c的空气通过的区域集中，因而与诸如嘴部33a、33b之类的较大嘴部相比，减少了嘴部33c的单位面积的流动容积的可变性。另一个例外是空气通道23c的内壁急剧弯曲或形成圆角，而空气通道23c的外壁具有基本上与盘片14相同的曲度。空气通道23c的宽度从进气口32a到嘴部33a不变。
嘴部33c通常对准盘片14(更具体地说，图8的盘片14-2)的外周，嘴部33c具有不大于盘片14-2的厚度的高度。由于最低静压出现在靠近盘片14、具有最高空气流动速率的区域，因此最好将嘴部33c定位在具有高流动速率的位置中。
过滤器结构10的第四实施例被图示成图9和10中的过滤器结构410。为便于识别，在图9和10中，在与第一、第二和第三实施例(图2-4、5-6和7-8)中的可比较元件相同或完成相同功能的图9和10的第四实施例中的元件后面跟随一标记“d”。
过滤器结构410具有一壳体15d，当其安装在机壳12内并取向成图9所示时，其被取向成第一表面17d朝上面出页面之外。过滤器结构410包括一用于从引入的空气中去除污染物的第一部分；过滤器结构410的第一部分包括扩散通道30d、一吸附剂材料50d和透气薄膜60d。此外，过滤器结构410包括一用于去除或减少存在于机壳12内的污染物的第二部分；过滤器结构410的第二部分包括一再循环过滤器40d。
除了过滤器结构410包括从壳体15d延伸并将嘴部33d定位在成叠盘片14(更具体地说，图10中的盘片14-1和14-2)之间的嘴部延伸部43以外，过滤器结构410与图7和8的过滤器结构310类似。已经发现通过将嘴部33d定位在盘片14-2、14-2之间，会由于气流速率和容积较高而遇到较低的压力，产生低静压。
通过机械或胶粘技术将过滤器结构10，例如任何一种过滤器结构110、210、310或410保持在盘片驱动器机壳12中。例如，多个夹子、框架或其它结构可以支承机壳12中的过滤器结构。可以在过滤器周围设置任何支架，并将其与机壳分离。如果希望的话，可将过滤器结构10焊接到框架或“装配”在适当位置。可以使用销将过滤器结构10固定到机壳12上的突起或机壳中的凹部。如同另一种机械配合技术那样，可使过滤器结构的一部分与机壳12的结构相配合。例如，过滤器结构10上的突起可适于装配在机壳12形成的孔13内。双面胶带或其它胶粘装置可用作胶粘附连系统，如同具有涂覆在表面上的胶粘剂的载体那样。
在一些实施例中，机壳12的内表面与过滤器结构10之间的密封基本上是气密封，尤其是在入口36a、36b、36c、36d处。可以设置一O形环、垫圈或其它密封件，以使任何通过孔13进入机壳12和不经历过滤作用通过过滤器结构的空气最少化。
通过在相同的过滤器结构10中设置第一过滤器部分和第二过滤器部分，可以获得多种优点。例如，在使用单个单元而不是两个分离单元时可以降低成本；这降低了与制造单元(一块与两块)相关的成本，由于只需要将一个单元而不是两个单元放置在机壳12内，因此降低了与装配机壳12相关的时间和成本。这在去除和更换过滤器结构时也是有益的；只需要去除和更换一个单元而不是两个单元。此外，与两个单元相比，将一个单元容纳在机壳12内所需的空间较少。另外，当两个单元结合在单个过滤器结构10中时，可以改进其过滤能力。
将过滤器结构10放置在盘片14的外缘，可将过滤器结构10的形状和尺寸设计成增加过滤能力；这通常是通过使用空气流来优化气流通过过滤器结构10得以完成的。另外，当过滤器结构定位在盘片14的一侧或周边时，对每个过滤器结构10的形状和尺寸无形状和尺寸的限制。
上述说明书、示例和数据提供了本发明组成的制造和使用的完整说明。由于在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出本发明的许多实施例，因此本发明取决于下文所附的权利要求书。
权利要求
1.一种使用在盘片驱动器组件中的过滤器结构，该过滤器结构包括(a)一壳体，它被构造成用于放置在一容纳旋转盘片的盘片驱动器组件中，所述壳体包括(i)一空气入口和一空气出口；所述壳体的所述空气入口被放置成与所述空气出口相比距离旋转盘片的中心更远；以及(ii)一进气口和一使所述进气口与所述空气出口相连的通道；其中，所述进气口包括一开口，该开口相对于旋转盘片的边缘以大于15度的角度定位，所述空气出口基本上与旋转盘片的边缘平行，(b)一吸附剂过滤器元件，所述吸附剂过滤器元件定位在所述壳体内，并且与所述空气入口和所述空气出口流体连通，所述吸附剂过滤器元件被定位成过滤进入驱动器组件的空气；以及(c)一再循环过滤器元件，所述再循环过滤器元件定位在所述进气口和所述空气出口之间的空气通道中，以过滤在驱动器组件内循环的空气；其中，所述再循环过滤器具有一宽度，该宽度暴露于通过空气通道的空气，所述再循环过滤器定位在空气通道中，以使暴露的宽度大于定位再循环过滤器处的空气通道。
2.一种使用在盘片驱动器组件中的过滤器结构，该过滤器结构包括(a)一壳体，所述壳体形成一空气入口和一空气出口；(b)一吸附剂过滤器元件，所述吸附剂过滤器元件位于所述壳体内，并且与所述空气入口和所述空气出口流体连通，所述吸附剂过滤器元件被定位成过滤进入驱动器组件的空气；以及(c)一再循环过滤器元件，所述再循环过滤器元件被定位成过滤在驱动器组件内循环的空气；其中，所述过滤器被构造成用于放置在一容纳旋转盘片的盘片驱动器组件中，所述壳体的所述空气入口被放置成与所述空气出口相比距离旋转盘片的中心更远。
3.如权利要求2所述的过滤器结构，其特征在于，所述空气入口被构造成位于旋转盘片的边缘外侧，而所述空气出口被构造成位于旋转盘片的边缘内侧。
4.如权利要求2所述的过滤器结构，其特征在于，所述空气入口被构造成位于距离旋转盘片的边缘外侧至少为旋转盘片的半径的0.1倍处。
5.如权利要求2所述的过滤器结构，其特征在于，所述空气入口被构造成位于距离旋转盘片的边缘外侧至少为旋转盘片的半径的0.25倍处。
6.一种使用在盘片驱动器组件中的过滤器结构，该过滤器结构包括(a)一壳体，所述壳体形成一空气入口、一进气口、一空气出口和一使所述进气口与所述空气出口相连的通道；(b)一吸附剂过滤器元件，所述吸附剂过滤器元件位于所述壳体内，并且与所述空气入口和所述空气出口流体连通，所述吸附剂过滤器元件被定位成过滤进入驱动器组件的空气；以及(c)一再循环过滤器元件，所述再循环过滤器元件定位在所述进气口和所述空气出口之间的空气通道中，以过滤在驱动器组件内循环的空气；其中，所述过滤器被构造成用于放置在一容纳旋转盘片的盘片驱动器组件中，所述壳体的所述空气入口被放置成与所述空气出口相比距离旋转盘片的中心更远。
7.如权利要求6所述的过滤器结构，其特征在于，所述进气口包括一基本上与旋转盘片的边缘垂直的开口，而所述空气出口基本上与旋转盘片的边缘平行。
8.如权利要求6所述的过滤器结构，其特征在于，所述再循环过滤器具有一宽度，该宽度暴露于通过空气通道的空气，所述再循环过滤器定位在空气通道中，以使暴露的宽度大于定位所述再循环过滤器处的空气通道宽度。
9.如权利要求6所述的过滤器结构，其特征在于，所述再循环过滤器的暴露宽度至少比空气通道宽度大15％。
10.一种过滤器结构，它包括(a)一壳体，所述壳体形成一空气入口、一进气口、一空气出口和一具有弧形长度、使所述进气口与所述空气出口相连的通道，所述进气口具有一宽度，所述空气出口具有一宽度，空气通道具有沿其在所述进气口和所述空气出口之间的长度的一宽度，其中，空气通道的宽度至少在沿长度一个位置处小于所述进气口的宽度；(b)一扩散通道，所述扩散通道使所述入口与所述空气出口流体连通；(c)一吸附剂过滤器，所述吸附剂过滤器使所述扩散通道与所述空气出口流体连通；以及(d)一再循环过滤器，所述再循环过滤器定位在所述进气口和所述空气出口之间的空气通道中。
11.如权利要求10所述的过滤器结构，其特征在于，所述空气出口表面积小于所述进气口表面积。
12.如权利要求10所述的过滤器结构，其特征在于，所述空气出口表面积与所述进气口表面积相同。
13.如权利要求10所述的过滤器结构，其特征在于，空气通道宽度小于所述空气出口宽度和所述进气口宽度中的每一个，所述再循环过滤器在该处定位在空气通道中。
14.如权利要求10所述的过滤器结构，其特征在于，所述再循环过滤器具有一宽度，该宽度暴露于通过空气通道的空气，所述再循环过滤器定位在空气通道中，以使暴露的宽度大于定位所述再循环过滤器处的所述空气通道宽度。
15.如权利要求14所述的过滤器结构，其特征在于，所述再循环过滤器的暴露宽度至少比空气通道宽度大15％。
16.一种过滤器结构，它包括(a)一壳体，所述壳体形成一空气入口、一进气口、一空气出口和一具有一内壁和一外壁的空气通道；所述内壁具有一第一曲度，而所述外壁具有一第二曲度，其中，第一曲度和第二曲度中的至少一个是凹入的；(b)一扩散通道，所述扩散通道使所述入口与所述空气出口流体连通；(c)一吸附剂过滤器，所述吸附剂过滤器使所述扩散通道与所述空气出口流体连通；以及(d)一再循环过滤器，所述再循环过滤器定位在所述进气口和所述空气出口之间的空气通道中。
17.如权利要求16所述的过滤器结构，其特征在于，第一曲度和第二曲度中的每一个都是凹入的。
18.如权利要求16所述的过滤器结构，其特征在于，第一曲度与第二曲度相同。
19.如权利要求16所述的过滤器结构，其特征在于，所述进气口具有一宽度，所述空气出口具有一宽度，所述空气出口宽度小于所述进气口宽度。
20.一种盘片驱动器组件，它包括(a)一盘片驱动器机壳和一位于所述机壳内的盘片，所述机壳具有一通过其中的空气孔；(b)一过滤器结构，该过滤器结构位于所述机壳内，并且与该孔流体连通，过滤器结构包括(i)一第一过滤器部分，所述第一过滤器部分被构造和设置成定位在一气流中，以提供一条使空气流入盘片驱动器机壳的路径，气流通过该孔进入盘片驱动器机壳，并且通过一嘴部离开所述第一过滤器部分；以及(ii)一第二过滤器部分，所述第二过滤器部分被构造和设置成定位在盘片驱动器机壳中的气流中，以提供一条使盘片驱动器机壳内的空气流动的路径；其中，当盘片旋转时，盘片驱动器机壳具有至少一个低静压区域和至少一个高静压区域，该孔定位在至少一个高静压区域中，过滤器结构定位在机壳中，以使嘴部定位在至少一个低静压区域中。
21.如权利要求20所述的盘片驱动器组件，其特征在于，所述嘴部定位在盘片的周缘附近。
22.如权利要求20所述的盘片驱动器组件，其特征在于，离开过滤器结构的嘴部的气流基本上垂直于盘片的边缘。
23.如权利要求20所述的盘片驱动器组件，其特征在于，所述第一过滤器部分包括一扩散通道。
24.如权利要求20所述的盘片驱动器组件，其特征在于，所述第一过滤器部分包括一吸附剂过滤器。
25.如权利要求20所述的盘片驱动器组件，其特征在于，所述第二过滤器部分包括一再循环过滤器。
26.如权利要求20所述的盘片驱动器组件，其特征在于，所述第二过滤器部分包括一吸附剂过滤器。
27.一种从盘片驱动器组件中去除污染物的方法，该方法包括(a)将一过滤器结构至少部分地定位在一盘片驱动器组件内，该过滤器结构包括(i)一第一过滤器部分，以及(ii)一第二过滤器部分；(b)用所述第一过滤器部分过滤引入的气流，引入的气流通过位于盘片驱动器组件内的高压区域中的一孔进入盘片驱动器组件，并且离开盘片驱动器组件内的低压区域中的第一过滤器部分；以及(c)用所述第二过滤器部分过滤内部气流，内部气流在盘片驱动器组件内移动。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，将过滤器结构至少部分地定位在盘片驱动器组件内的步骤包括(a)定位一包括一第一过滤器部分的过滤器结构，它包括(i)一颗粒过滤器；以及(ii)一吸附剂过滤器。
29.如权利要求27所述的方法，其特征在于，将过滤器结构至少部分地定位在盘片驱动器组件内的步骤包括(a)定位一包括一扩散通道的过滤器结构。
30.如权利要求27所述的方法，其特征在于，将过滤器结构至少部分地定位在盘片驱动器组件内的步骤包括(a)定位一包括一第二过滤器部分的过滤器结构，它包括(i)一吸附剂过滤器。
全文摘要
一种使用在盘片驱动器机壳中的过滤器结构。该过滤器结构包括一第一部分，该第一部分去除或减少从外界大气进入盘片驱动器机壳的污染物；过滤器结构还包括一第二部分，该第二部分去除或减少存在于盘片驱动器机壳内的污染物。在一个实施例中，第一部分具有一扩散通道，其与一延伸到机壳外部的一孔气流连通，并且可以包括一吸附剂过滤器或元件。空气在具有低空气压力的盘片驱动器机壳的区域中离开第一部分。第二部分具有吸附剂过滤器，例如一再循环过滤器，其允许空气或气体以极小的阻力流过其中。过滤器结构具有一出口，该出口被定位成大致平行于盘片机壳中的盘片的边缘平行，以使离开过滤器结构的空气大致垂直于由盘片旋转而产生的气流。
文档编号G11B33/14GK1466761SQ01816202
公开日2004年1月7日 申请日期2001年8月16日 优先权日2000年8月16日
发明者D·L·图马, D L 图马 申请人:唐纳森公司