专利名称：包括多级环境扩散缓冲器的盘驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及与外界环境流体相通的盘驱动器，本发明特别涉及将盘驱动器内部中存在的污染物例如粉尘、腐蚀性气体和水气减少到最小的低成本方法和容易制造的装置。
背景技术：
用在工作站、个人电脑和便携式计算机中的常规盘驱动器被要求在最小的物理空间中提供大量的数据贮存。一般地，盘驱动器操作时，将读/写转换头定位在记录盘的相应道上。通过连接于控制电子线路的致动器可以实现读/写头在道上的定位，该电子线路控制致动器的定位、盘的转动和读/写头的读/写操作。随着便携式计算机的出现，现在要求盘驱动器在各种各样的环境条件下即温度、压力和温度变化很大的情况下可以可靠地工作。
通常将盘驱动器密封起来以防止压力变化和使驱动器中存在的污物减至最少。为了达到这一点，将上述构件气密密封在底座和盖子中。然而在驱动器的内、外部之间存在极大的气压差时，如较高和较低海拔高度引起的气压差或极端的温度时，盘驱动器的气密密封装置常常受到破坏，因而使压力改变，使未过滤的污物进入驱动器。设法改进气密密封装置，例如在底座和盖之间沿驱动器的周缘设置柔性的可压缩衬垫，已证明在极端的气压和/或温度条件下要使驱动器的内部和外部环境完全隔离，其效果不大。
由于制作完全密封的驱动器有困难，所以一些常规的驱动器配置了通气过滤器，该过滤器可使流体流入或流出装置，使得驱动器的内部压力与外界环境的压力相等。因此从外界环境流入驱动器的流体被过滤，从而除去其中的污物。尽管通气过滤器可以从外界大气中滤出许多尘粒，但是这些过滤器不能有效地防止其它污物进入驱动器的内部。例如通气过滤器不能滤出可能存在于大气中的腐蚀性气体例如氯气，这些气体可以腐蚀盘驱动器的内部构件。同样，通气过滤器基本上不能防止水气进入驱动器的内部。水气对驱动器构件同样也有腐蚀性作用，而且还会引起粘接的问题，此时盘驱动头粘在盘表面上，而且在驱动器起动时一定得脱开。另外，尽管通气过滤器对滤除尘粒很有效，但经过一段时间以后，这种尘粒可聚集在通气过滤器中。
在Blanks提出的美国专利No.4751594中已提出一种解决大气扩散进入驱动器内部的问题的方法，该专利公开一种蛇形槽，该槽形成于装在驱动器盖上的一块平板上。流体在从外界环境进入驱动器的内部之前一定得穿过这些蛇形槽。主要通过控制这些槽的直径，Blanks公开了驱动器内部的压力可以调节到外界环境压力，而同时可以阻止水气扩散进入驱动器。
在Morehouse等的美国专利No.5025336中示出大气扩散问题的另一种解决方法。在该发明的一个实施例中，外部环境的流体通过盖子上的孔进入，流过在盖子上形成的槽，然后流入与盘驱动器内部连通的隔间。平面式干燥剂装在隔间中以便除去污物，使得进入的流体从顶侧到底侧流过干燥剂，即沿干燥剂最窄的方向流过。另外，仅有一个隔间将驱动器的内部与外部环境分开。在Gitzendaner的美国专利No4620248中类似地公开一种包括管子和干燥剂的盘驱动器，外部环境的流体流过该管子和干燥剂。该管子和干燥剂装在驱动器外壳中的一个单一的封闭的室中，该室与驱动器的内部相通。
在驱动器不操作期间和通常在驱动器的内、外部之间的压力和温度差别很小或完全没有差别时，流体穿过扩散装置的扩散仍在进行。采用常规的仅有一个隔间的扩散装置，从外部环境中扩散进入隔间的任何污物在随后都可以进入驱动器的内部，因为还要发生进一步扩散，或者因为外部压力或温度相对增加或减少时流体流入驱动器内部。
另外，常规扩散装置相对复杂和/或制造成本高，因为它们由许多设计复杂的压铸件构成。而且在驱动器寿命期内，污物例如水气可能聚集在扩散管中。在包括干燥剂隔间的常规扩散装置中，尽管干燥剂可以除去装置中的水气，但是干燥剂也产生尘粒，这些尘粒可能聚集在管中和/或隔间中。在常规扩散装置中没有考虑进入管子或干燥剂隔间的内部，以便对管子进行清洁或替换干燥剂。
因此仍需要能够克服先有技术中问题的改善的扩散装置。
发明概要本发明的一个优点是提供一种尽量减少污物进入盘驱动器的改进的扩散装置。
本发明的另一个优点是提供一种容易制造而成本低的改进的扩散装置。
本发明的再一个优点是提供一种改进的扩散装置，在该装置中可以容易除去系统积存的污物，从而可以延长系统的功效。
利用本发明可以实现这些优点和其它优点，本发明涉及在驱动器的内部和外界环境之间形成相当大的多室流体缓冲器的方法和装置。大的流体缓冲器由许多在盘驱动器盖子上冲压形成的通道和室构成，为了进入或流出驱动器，流体必须扩散通过这些通道和室。
采用大的流体缓冲器，如果例如外部环境的压力降低或温度增加，则从驱动器中流出清洁的流体；但不是流到外部环境中，该流体可以容纳在缓冲器内部。至少在低流量期间在相应的室之间几乎没有什么流量。因此从驱动器内部排出的流体将保持在沿扩散路径最靠近驱动器内部的一个室或多个室中，而从大气中流入的富含污物的流体则保持在沿扩散路径最靠近外部环境的一个室或多个室中。
假如经过充分长的时间，环境又没改变，则清洁的流体和富含污物的流体将通过各个室进行扩散并达到平衡。然而由于在室之间的混合作用相当低，所以在装置一端的清洁流体和另一端的富含污物的流体扩散通过整个装置需要比常规系统的时间长。因此当流体流入驱动器内部时，很大可能是，流入的流体是贮存在最靠近驱动器内部的室(或多个室)中的清洁的流体。
按照本发明，除扩散速度较慢以外，由于污物沿扩散路径的沉降作用和被捕集，所以污物也不会进入驱动器内部。由于表面粘附，污物粒子可以粘附在通道和室的壁上。另外，可以在每个室装入干燥剂。在优选实施例中，扩散装置包括四个室。进入第一室的污物可以通过沉降作用、表面粘附作用和/或装在室中的干燥剂被滤去。可能穿过第一室的污物可以由第二室除去。而可能穿过第二室的污物又可由第三室滤去，最后，可能穿过第三室的污物可以由第四室滤去。因此本发明的扩散装置提供了多级过滤系统，该系统可以有效地防止污物进入盘驱动器的内部，比常规已知的系统有效。
本发明还包括盖在扩散装置上的顶盖，以封闭通道和室，由此形成扩散路径。该顶盖可以容易地卸下来并换上一个，花费不多，从而可以清除积存在通道和室中的污物。因此本发明的扩散装置可以有效地操作，清除因连续操作盘驱动器而进入驱动器内的流体中的污物。
附图的简要说明现在参照
本发明，这些附图是图1是包含本发明扩散装置的盘驱动器的透视图；图2是盘驱动器盖子的顶视图，示出本发明的扩散装置；图3是沿图2的3-3线截取的横截面图；图4是本发明顶盖的透视图；图5是本发明的包括干燥剂的扩散装置中各个室的顶视图。
详细说明下面参考图1～5说明本发明，这些图示出可以有效防止污物进入盘驱动器内部的简单的和低成本的装置。在优选实施例中，该扩散装置与Winchester型硬盘驱动器联用。然而应当明白，本发明的装置可以用在各种盘驱动器上以及各种其它数据存储设备上。
对于本发明虽然不重要，但扩散装置可以与例如图1所示的盘驱动器联用。盘驱动器20包括存储盘22和读/写头24。读/写头24包括装在滑头26上的转换器25。滑头26又被支承在致动臂28上。致动臂28配置成可响应从印刷电路板(未示出)来的控制信号由直线马达32操作绕轴30转动。如这种技术中周知的那样，在驱动器20操作期间，盘22由旋转稳定的马达(未示出)转动，而且致动臂28使读/写头24横向转过盘的表面，使得在许多同心数据道中的数据在读/写头24和盘22之间传送。上述盘驱动器构件可以封装在驱动器的内部，方法是将构件密封在底座33和盖子34中。
如发明背景一节中所述，重要的是驱动器内部要保持相对地无污物。为达到此目的，同时允许盘驱动器与外部环境相通并可以调节到该外界环境状态，在盖34上可以设置许多冲压的凹部，当盖上盖时，这些凹部形成许多构成本发明扩散装置36的通道和室。在另一个实施例中扩散装置可以用另一种方法或附加地形成在底座33上。如图1～4所示，扩散装置36包括具有拱形截面和Z字形截面的入口通道38。装置36还包括许多缓冲室40a～d和许多在缓冲室40a～d之间的连接缓冲室40a～d的连通通道42。在优选实施例中，在扩散路径末端的最后缓冲室即室40d包括许多孔44，该孔允许流体在扩散装置36和驱动器内部之间流动。过滤器46可以装在孔44上，以滤除可能留在流入驱动器内部流体中的尘粒。如在这种技术中公知的那样，过滤器46可以用各种材料制作，包括泡末聚四氟乙烯(PTFE)或Gortex。
进入通道38、缓冲室40a～d和连通通道42基本上被密封，从而可以利用顶盖48形成扩散路径。顶盖48和盖34除去由进入通道38、缓冲室40a～d和连通通道42形成的区域而外，它们在顶盖48一侧的整个表面上形成直接接触。在顶盖48的接触侧面上可以涂沫粘合剂，从而将流体仅局限于通道和室内。如下面要更详细说明的那样，顶盖48最好用耐用的便宜的材料制作，这种材料可以容易地卸下和更换。各种聚合物中的任何一种聚合物例如包括聚碳酸酯可用于制造顶盖48。在顶盖48上形成孔50，以使得流体可以在扩散装置36和外部环境之间扩散。孔50是盘驱动器20上用于使流体进入驱动器的唯一的预定的进入点。
实际上，在外部压力增加或外部温度降低时，流体将从大气通过孔50进入扩散装置36。一旦进入扩散装置内部，流体将沿进入通道38流动，然后通过各个连通通道42分别进入缓冲室40a、40b、40c和40d。如上所述，在到达最后的缓冲室时，流体流入驱动器的内部。应当明白，在其它实施例中缓冲室可以多于或少于四个，连通通道可以多个或少于三个。在外部环境的压力降低或温度增加时，流体将沿相反于上述方向的方向流动。
在优选实施例中，盘驱动器20是3英寸形状因数的驱动器，其外部尺寸的长度约为5 3/4英寸、宽度4英寸和高度1英寸。由于壁厚和内部盘驱动器构件所占有的空间，在海平面(气压为14.7磅/英寸2)和室温(25℃)时，在盘驱动器20内部可以容纳约6英寸3的流体。现在考虑盘驱动器操作在极端的条件，例如在高度达到10,000英尺，温度在5～55℃的范围内。由于压力和/或温度的变化，容纳在扩散装置36中的流体体积约等于驱动器20所经受的最大体积变化的25％。
在优选实施例中，入口通道38的横截面积约为0.0006平方英寸，总长度约10.25英寸。连通通道最好具有倾斜壁，伸入到盖34中的深度约为0.06英寸，因此其横截面积约为0.0035平方英寸。每个连通通道的长度最好约0.44英寸。应当明白，入口通道38和连通通道42其横截面形状和长度均可改变。每个室最好是拱形的，在最大的最外侧拱形部分的弧长约为1.125英寸，而在最小的最内侧拱形部分的弧长约为0.5英寸。每个室40的径向长度约0.625英寸，每个室的深度约0.06英寸。如上所述，在其它实施例中室40a～d的尺寸可以改变。采用这种尺寸在海平面和室温下，扩散装置36中可以容纳约0.11立方英寸的流体。
在驱动器不操作期间和在驱动器内部与外部环境之间的压差或温度很小或完全没有时，流体仍然从外部环境和/或驱动器内部以低速流过扩散装置。在只有一个隔间的常规扩散装置中，驱动器内部的“清洁”流体即相对无污物的流体扩散到隔间，与从外部环境进入隔间的富含污物的流体混合。随后，当流体回流到驱动器内部时，该流体是清洁流体和富含污物流体的混合物。
然而本发明的特征是，至少在低流量下，在各个室40a～d之间的流体基本上不混合。这里确实的，因为在各个室之间的连通通道42起着节流阀的作用，因而可以阻止流体在室40a～d之间流动。
因此从驱动器内部扩散出来的清洁流体贮存在沿扩散路径最靠近驱动器内部的一个室或多个室中。同样，从驱动器外部流入的富含污物的流体扩散到沿扩散路径最靠近外部环境的一个室或多个室中。
如果时间足够长，则清洁流体和有污物的流体将扩散通过各个室，由此在装置36中形成平衡。然而本发明的许多缓冲室和节流的连通通道形成比常规系统低的扩散速度，而且在较长时间内清洁流体与含污物的流体保持分离。
因此如果外界条件改变而且在未达到平衡时流体回流到驱动器内部，则流入内部的流体是先前排出的沿扩散路径贮存在最靠近驱动器内部的一个或多个室中的清洁流体。因此许多室形成一种改进的系统，将驱动器内部的污物减到最少。
除了降低通过扩散装置的扩散速度而外，许多室40a～d形成多级过滤系统，该系统进一步阻止污物例如尘粒和水气从外部环境进入驱动器内部。众所周知，根据范德瓦耳斯效应，当流体在各个通道38、42和室40a～d中来回流动时，流体中的污物将冲击侧壁，由于表面粘附作用，这些污物将被捕获。另外，当水气流过扩散装置36时由于它凝聚在通道和室的壁上而从流体中滤出。其次，特别在本发明形成的低流速条件下，流体中的某些尘粒将发生沉降。再其次，在图5所示的本发明的一个实施例中，各个室40a～d可以包含已知材料的干燥剂。进入第一室40a的污物将通过室中形成的表面粘附作用、凝聚作用、沉降作用和/或由干燥剂52过滤除去。可能流过室40a的污物将以同样方式在室40b中被过滤除去。可能穿过室40b的污物将由室40c除去，最后，可能通过室40c的污物将由室40d滤除。另外，通道38和42也以类似的方式从流体滤除污物。
本发明的另一个特征是，通过快速和容易地卸下顶盖48便可以进入扩散装置36的所有内部区域。在盘驱动器已使用若干时间之后，可以除去顶盖48，更换旧干燥剂和/或清除在通道和室的壁上积存的污物，由此可以保持过滤系统的功效并可能延长盘驱动器的寿命。另外，扩散装置可以与盖34形成为一个构件。这种构件优于常规扩散装置，常规装置具有很多制造成本高的部件，即使可以接近这些部件，清洁时也将有很大难度并且费用很高。
可以在顶盖48的与盖34的上表面接触的那一侧面涂抹压敏粘合剂。在驱动器已使用一段时间以后，可以卸下顶盖48，更换干燥剂52，清洁通道和各个室。然后将新的顶盖48粘在盖34上。顶盖48可用低价聚合物制作，制作容易，成本不高，因而换上一个新的，花费不多。同样当除去顶盖48时，便可以容易地接近各个通道和室，所以可以容易地除去干燥剂52，而通道和各个室也可以得到充分的清洁而花费不多。
虽然本文已详细说明本发明，但应当明白，本发明不限于本文公开的实施例，本专业的技术人员可以在不违背本发明的如所附权利要求书说明和确定的精神或范围的条件下进行各种改变、换替和改型。
权利要求
1.一种使流体在盘驱动器内部和外部环境之间流动的扩散装置，包括许多室；相互连接在上述许多室之间的许多通道，上述许多通道至少在一定流体流速下阻止流体在上述许多室之间流动；盘驱动器的外壳，在该外壳上利用冲压法形成上述许多室和许多通道；装在上述外壳上的盖子，该盖子盖在上述许多室和许多通道上，从而形成穿过上述许多室和许多通道的扩散路径。
2.如权利要求1所述的扩散装置，其特征在于，上述盖子容易除去，可以廉价地更换，从而可以清除积存在上述许多室和许多通道中的污物。
3.如权利要求1所述的扩散装置，其特征在于，在许多室的室中放置干燥剂。
4.一种防止流体中的污物进入盘驱动器内部的方法，包括以下步骤在盘驱动器内部和外部环境之间形成许多缓冲室，上述缓冲室构成流体的扩散路径；抑制流体在上述许多室之间流动，使得从上述驱动器内部流出的流体基本上停留在上述扩散路径上的上述许多室中最靠近驱动器内部的那些室中，而从上述外部环境进入的流体则基本上停留在上述扩散路径上的上述许多室中最靠近驱动器内部的那些室中。
全文摘要
用于在驱动器内部和外部环境之间形成相当大的多室流体缓冲室的方法和装置。该大的流体缓冲器由冲压在盘驱动器盖子上的许多通道和室构成,流体在进入和流出驱动器时必须扩散通过该通道和室。
文档编号G11B25/04GK1171856SQ95197213
公开日1998年1月28日 申请日期1995年11月8日 优先权日1994年11月8日
发明者K·M·安德森 申请人:康纳外围有限公司