專利名稱：慣性鎖定器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種慣性鎖定器，尤指一種適用于便攜式電腦的磁盤驅動器中、結構簡單、性能可靠且不耗電的慣性鎖定器。
技術背景在計算機系統中，信息經常被存儲在一硬盤或軟盤磁性薄膜表面上。這些信息存儲在同心的軌道上，通過一磁頭裝置實現這些信息的讀取。當存儲或讀取信息的時候，磁頭懸浮在高速旋轉的磁盤的空氣支承層上，以避免磁頭與磁盤表面直接接觸。
在大多數的磁盤驅動器中，磁頭都是安裝在一個致動器的末端附近?，F有技術中廣泛使用的致動器有直線型及旋轉型兩種。在直線型致動器中，磁頭首先正對磁盤的中央，然后致動器沿磁盤半徑方向直線移動以將磁頭定位在預定的位置。而在旋轉型致動器中，致動器圍繞旋轉中心在磁盤的圓周附近旋轉，以此將磁頭定位在預定的位置。
當磁盤驅動器不工作時，磁頭離開磁盤的數據區(qū)。根據此時磁頭停放的地方可將磁盤驅動器分為動態(tài)導入型和接觸式啟停型兩種。在動態(tài)導入型磁盤驅動器中，當磁盤驅動器不操作時，磁頭縮回到一個遠離磁盤的地方，比如說停在一個斜軌結構上；而在接觸式啟停型磁盤驅動器中，當磁盤驅動器不工作時，磁頭?？吭诖疟P中央的非數據區(qū)。磁頭與磁盤的任何非正常接觸都可能導致磁盤的劃傷，因此將磁頭可靠的鎖定在上述的斜軌結構上或磁盤中央的非數據區(qū)內是非常重要的。
現有技術中，已存在許多鎖定致動器的結構。比如在某些磁盤驅動器中，當磁盤驅動器斷電時，其致動器被一磁性裝置或彈簧開關固持，而當磁盤驅動器通電時，致動器的馬達克服磁性裝置或彈簧開關的固持力從而使致動器帶動磁頭移動到磁盤的數據區(qū)。然而上述結構若受到震動的影響，在非工作狀態(tài)時，其致動器可能會脫離磁性裝置或彈簧開關的束縛從而導致磁頭與磁盤的接觸。
還有一種依靠彈簧開關和螺線管來鎖定致動器的結構，當螺線管未通電時，彈簧開關將致動器鎖定在預定位置，而當螺線管通電后，可釋放被彈簧開關鎖定的致動器。盡管該設計可避免震動的影響，但是螺線管具有成本高、不可靠及耗電量大的缺點。相關技術請參考美國專利第4,716,480號及4,725,907號。
旋轉型致動器尤其容易受到震動及加速度的影響。但由于在設計旋轉型致動器時，可以使致動器相對于旋轉點達到平衡，所以單純的平移震動將同時作用于旋轉點的兩側而不會使致動器受到影響。比較小的非平衡因素，比如因制造引起的誤差，也不足以對致動器產生影響。但是，旋轉震動引起的慣性力則較容易引起致動器的搖擺，這樣就很可能使磁頭與磁盤接觸，因此，需要提供一種保護措施來克服這種慣性力。特別對于便攜式電腦來說，它們運行在特定的環(huán)境，在移動的過程中極易受到旋轉震動的影響，所以更需要提供這種克服慣性力的保護措施。
鎖定器響應旋轉力的能力可由其轉動慣量衡量，而響應支撐軸與慣性體間摩擦扭矩的能力則主要由其質量衡量，因此，鎖定器的整體效率正比于轉動慣量，而反比于其質量。
上述因素對小型的磁盤驅動器尤為重要。例如，一1.8英寸驅動器，其具有一安裝在滑動軸承上的慣性體，其轉動慣量與其質量的比率被限定在近似50～100gm-mm2/gm，這樣該鎖定器將不能成功的配合300g等級的線性加速度。此問題可通過使用球軸承或滾珠軸承作為樞轉點來減輕，但其將增加成本及增大封裝空間。
此外，在此類小型磁盤驅動器中，慣性體關于其樞轉點的靜力平衡很關鍵。任何的靜力不平衡都將在慣性體上產生一個扭矩，且如果這個扭矩直接作用在慣性體的運行過程中，則鎖定其將失效。
即使上述問題中，轉動慣量與其質量的比率滿足了確切的50-500gmm2/g的數值，為了使慣性體重心位于樞轉點時獲得最大的轉動慣量，也不得不將慣性體定位在低于記錄磁盤片處或盤片之間(多盤片驅動器時)。在上述結構中，慣性體受到高速沖擊力時將碰撞磁盤片表面，從而影響系統的可靠性。此外，多磁盤片驅動器中，慣性體裝置在磁盤片之間，使安裝及重置磁盤片變得困難。同時在安裝或拆卸慣性鎖定器時增加的破壞磁盤片的危險。

發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種具有結構簡單、性能可靠且不耗電的磁盤慣性鎖定器。
本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的一用于使磁盤驅動器處于非工作狀態(tài)時將其致動器保持在適當位置的旋轉慣性鎖定器，其包括一可樞轉的鎖定元件及至少一個與該鎖定元件接觸的慣性體。該慣性體容置在鎖定元件與慣性鎖定器基座的壁面所形成的凹部內，該等壁面的構形使該磁盤驅動器受到一震動力時，鎖定元件移至關閉狀態(tài)，從而將磁盤驅動器的致動器鎖定。
本實用新型磁盤驅動器的優(yōu)點是與現有技術相比，該慣性鎖定器結構簡單，性能可靠并且不耗電，特別適用于使用電池的便攜式電腦磁盤驅動器。

下面參照附圖結合實施例對本實用新型作進一步的說明。
圖1是本實用新型慣性鎖定器的俯視圖。
圖2a-2d分別是本實用新型慣性鎖定器受四個方向震動力時的狀態(tài)圖。
圖3是本實用新型慣性鎖定器與磁盤驅動器其它各部件配合關系圖。
圖4a-4e是本實用新型慣性鎖定器的鎖定元件首不同方向震動力時受力分析圖。
圖5是本實用新型慣性鎖定器的鎖定元件的加速度與震動力方向的函數關系圖。
具體實施方式請參考圖1，本實用新型慣性鎖定器400將克服上述問題。該慣性鎖定器400具有一旋轉鎖定元件401，其可繞一軸桿402樞轉。該鎖定元件401一端向下延伸設有一突出的擋片403。當該鎖定元件401繞軸桿402樞轉時，擋片403與設在致動器405一端的卡鉤404配合。一擋塊420限制致動器405順時針方向的旋轉。
軸桿402設于該鎖定器400基座406的適當位置處，該基座406具有凸出部407、408a、408b。相對于該等凸出部407、408a、408b及鎖定元件401形成兩凹部409、411，兩慣性球410、412分別設置于該兩凹部409、411中。一彈簧條413通過定位塊414、415、416彈性的定位在慣性鎖定器400上。一蓋板(圖未示)裝設在基座406頂部以保持慣性球410、412分別容置在凹部409、411內。
凹部409、411的形狀對慣性鎖定器400的功能有很大影響。該凹部409的形狀由壁面409a、409b、409c、409d限定，而凹部411的形狀則由壁面411a、411b、411c、411d限定。凹部409、411外的每對相鄰壁面形成的凹部開放的方向與另一對相鄰面形成的凹部開放的方向應保持相反的方向設置，如本實施例中，409a、409b形成一向下的開放部，而409c、409d則形成一與之相反的向上的開放部。
因黃銅具有較高的比重，抗腐蝕，無磁性等特點，慣性球410、412的材質選擇以黃銅為佳。且由于其無磁性的特點，該慣性鎖定器400可被置于音圈馬達磁鐵的附近。其他具有類似特性的材料也可以被選用。彈簧條413的材質選擇以無磁性且強度高的鈹銅合金為佳。
本實施例中，慣性球410、412作為慣性質量體。鎖定元件401與基座406選用剛度高(抵抗變形)、比重小(減輕質量)、低摩擦系數(協調與慣性球410、412間的相互作用)的材料制成。
請參照圖2a，震動力方向向右。假設震動力足夠大以克服彈簧條413的扭矩，慣性球412向左推鎖定元件401，使其逆時針方向旋轉，并使擋片403進入卡鉤404，從而阻止致動器旋轉。此時，慣性球410對基座406的凸部407施壓而沒有提供鎖定作用。
請參照圖2b，震動力方向向左。慣性球410向右對鎖定元件401施壓，使其逆時針方向旋轉，與圖17A所示情況結果相同。而另一慣性球412對凸出部408a，408b壁面施壓，沒有鎖定作用。
請參照圖2c，震動力方向向上。在這種情況下，慣性球410、412均處于工作狀態(tài)。慣性球410壓入由面409c和409d形成的帶有一定夾角的空間，另一慣性球412受力進入面411c和411d形成的帶有一定夾角的空間。由于面409c、409d、411c、411d壁面輪廓所限，使得鎖定元件401在逆時針方向旋轉，從而使擋片403阻擋卡鉤404，實現鎖定作用。
請參照圖2d，震動力方向向下。慣性球410與面409a和409b相互作用，另一慣性球412與面411a和411b相互作用，從而使鎖定元件401逆時針旋轉，達成上述擋片403阻擋卡鉤404的作用，從而將致動器405鎖定。
上述四種情況中，只有當震動力足夠大時，慣性球410，412才能充分克服彈簧條413的扭矩而運動。當震動力過后，彈簧條413恢復形變，慣性鎖定元件401恢復如圖1所示位置。
根據現有技術實施例可做多種變化，如上述彈簧條413可采用多種機械構件，包括扭轉彈簧、螺旋彈簧、磁彈簧、板彈簧等。慣性球410，412可采用其他形狀，如盤狀、楔形等。鎖定元件401及基座406也可根據本實用新型的設計原則采用其他適合的形狀。
一般磁盤驅動器另外具有一制動裝置(如圖3的504結構)。磁盤驅動器經過一順時針的角加速度，致動器由制動裝置定位在閑置狀態(tài)。在預先設定的臨界加速度時，該制動裝置不能抑制致動器，慣性鎖定器被觸發(fā)將致動器鎖定。
逆時針的旋轉震動時，致動器405擺動，從而碰撞擋塊420(圖1)。因一般情況下擋塊420由有回彈力的材料制成，從而使致動器405彈回并且克服了制動裝置的彈力。本實施例中鎖定器400的好處之一在于該鎖定器400可由繞磁盤驅動器重心的順時針或逆時針角加速度觸發(fā)而將致動器鎖定。磁盤驅動器的角加速度通產會在慣性鎖定器400定位處產生一線加速度(線加速度大小等于角加速度乘以旋轉點與慣性鎖定器間的距離)。
對于可動磁盤驅動器，當其從主機或其他設備上分離時產生的震動力最大。請參考圖3，其所示的為慣性鎖定的最差條件。CG點為磁盤驅動器500的重心。本實施例的慣性鎖定器501可繞轉軸502旋轉。Ri表示CG點到轉軸502的距離。假設在一個力F撞擊磁盤驅動器500，力F到CG點的力臂以Rf表示。
致動器503受制動裝置504與慣性鎖定器501抑制，彈簧505使鎖定器處于常開狀態(tài)。
在力F作用下，慣性鎖定其501的加速度(A)為
A＝F/M＝-αRi(1)其中M與α分別表示磁盤驅動器500的質量與角加速度。然后，α＝FRf/J (2)J表示磁盤驅動器500的轉動慣量。
結合公式(1)與公式(2)A＝αJ/M Rf-αRi(3) 或A＝Riα(J/M RiRf-1) (4)設α0為磁盤驅動器500中致動器503將旋出制動裝置的最小角加速度，A0為該慣性鎖定器克服彈簧505的作用力而觸發(fā)鎖定器的最小角加速度。為保證致動器503旋出制動裝置504前慣性鎖定器501產生作用，則應滿足下列關系式A0＜Riα0(J/M RiRf-1)(5)請參考圖4，慣性鎖定器400的線性加速度與彈簧505或其他偏置元件上的扭矩間的關系圖。圖4a為慣性球410、412與鎖定元件401并列放置時，慣性球410、412與鎖定元件412接觸，且接觸點與鎖定元件412樞轉點的徑向距離為r。將慣性球410、412圍起的基座406壁面與水平方向成θ角。慣性球410、412與鎖定元件401間的摩擦系數在分析中不考慮。該分析的目的在于確定使鎖定器的觸發(fā)隨震動力方向的變化而變化的范圍取得最小值時θ的值。
假設慣性鎖定器400受到與水平成β角的力FA，且-(90°-θ)＜β＜(90°-θ)。圖4b與4c為慣性球410、412的矢量受力分析。圖3中，FR410表示基座406作用于慣性球410的力，FI410表示鎖定元件401作用于慣性球410的力。圖4中，FR412表示基座406作用于慣性球412的力，FI412表示鎖定元件401作用于慣性球412的力。當然，每個慣性球410、412所受力FA也傳至該慣性鎖定器400。
請參照圖4b，慣性球412受力的水平及垂直方向力分解平衡關系式FAcosβ＝FR410sinθ(6)FR410＝FAcosβ/sinθ(7)FI410＝FRcosθ-FAsinβ(8)FI410＝FAcosθsinβ/sinθ-FAsinβ(9)
請參照圖4c，慣性球412受力的水平及垂直方向力分解平衡關系式FAcosβ＝FR412sinθ(10)FR412＝FAcosβ/sinθ(11)FI412＝FRcosθ+FAsinβ(12)FI412＝FAcosθsinβ/sinθ+FAsinβ(13)鎖定件401所受扭矩ττ＝r(FR410+FI412)(14)τ＝2rFAcosβ/tanθ＝2rmacosβ/tanθ(15)m表示慣性球410、412的質量，a表示其線性加速度。a0表示慣性鎖定器將要觸發(fā)時彈簧或其他偏置元件提供門檻扭矩τ0時的加速度。
a0＝τ0tanθ/2mrcosβ(16)請參照圖4d，-(90°-θ)＜β＜90°時FI412＝FA(cosθcosβ/sinθ+sinβ)(17)FI410＝0(18)τ＝rFI412＝rmacos(β-θ)/sinθ(19)a0＝τ0sinθ/mrcos(β-θ)(20)請參照圖4e，90°＜β＜(90°+θ)時FR412＝FAcosβ/sinθ(21)FR412＝FAsinβ+FR412cosθ(22)FR410＝0(23)a0＝-τ0sinθ/mrcos(β-θ)(24)(90°+θ)＜β＜180°時a0＝-τ0tanθ/mrcos(β-θ)(24)因此，鎖定元件401施加到彈簧或其他偏置元件的扭矩是角θ及震動力方向(以β表示)的函數。請參照圖5，要與致動器配合的鎖定器的線性加速度數值，當θ為60°時，該扭矩為β的函數。最大變化范圍大約是15％，θ最佳值是接近60°。
權利要求1.一慣性鎖定器，是安裝在磁盤驅動器上以抑制該磁盤驅動器中的致動器，其包括一基座、一裝設于該基座上的鎖定件及一慣性體，其特征在于該鎖定件具有一第一壁面，該基座具有一第二壁面，該第一、第二壁面在鎖定件處于開放狀態(tài)時彼此形成一第一預設角，上述第一慣性體定位在該第一、第二壁面之間，當該磁盤驅動器受到一第一方向上的震動力時，該慣性體經過平移與該第一、第二壁面接觸，從而將該鎖定件轉至關閉位置，使該致動器受到抑制。
2.如權利要求1所述的慣性鎖定器，其特征在于該鎖定元件具有一第三壁面，該基座具有一第四壁面，該第三、第四壁面在鎖定元件處于開放狀態(tài)時彼此形成一第二預設角，該第一慣性體被定為在該第三、第四壁面間，該磁盤驅動器受到一第二方向上的震動力時，該第一慣性體與該第三、第四壁面接觸，將該鎖定元件轉至關閉位置，使該致動器受到抑制。
3.如權利要求1所述的慣性鎖定器，其特征在于該慣性鎖定器進一步包括一定位在該鎖定元件與該基座間的第二慣性體。
4.如權利要求3所述的慣性鎖定器，其特征在于該第一及第二慣性體一般定位在該鎖定件的旋轉軸線相對側。
5.如權利要求3所述的慣性鎖定器，其特征在于該第一、第二慣性體包括一球體。
6.如權利要求1所述的慣性鎖定器，其特征在于該慣性鎖定器還具有一與該慣性元件作用的偏置元件。
7.如權利要求6所述的慣性鎖定器，其特征在于該偏置元件包括一彈簧元件。
8.如權利要求1所述的慣性鎖定器，其特征在于該鎖定件具有一當其處于鎖定位置時激發(fā)致動器的元件。
專利摘要一種慣性鎖定器，用于當磁盤驅動器處于非工作狀態(tài)時，將其致動器保持在適當位置。該慣性鎖定器包括一可樞轉的鎖定元件及至少一個與該鎖定元件接觸的慣性體。該慣性體容置在鎖定元件與慣性鎖定器基座的壁面所形成的凹部內，該等壁面的構形使該磁盤驅動器受到一震動力時，鎖定元件移至關閉狀態(tài)，從而將磁盤驅動器的致動器鎖定。
文檔編號G11B21/22GK2569283SQ0227248
公開日2003年8月27日 申請日期2002年8月12日 優(yōu)先權日2002年8月12日
發(fā)明者羅伯特·艾爾特 申請人:深圳易拓科技有限公司