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HDDの購入
内部のHDDは東芝製の1.8インチHDDでしょう。
おそらくMK2004GALかMK2006GALです。

最近の1.8インチHDDはコネクタが多種あり、SATA/PATAも混在しているので
何でも良いわけではありません。
東芝製のいまどきの大容量のHDDの搭載も可能かと思いきや、
当時のiPodで採用されていた東芝HDDのコネクタは、特殊なメス型東芝コネクタです。
現行の東芝HDDはLIFコネクタに移行しているため、接続できません。
また他社で一般的なZIFコネクタも駄目です。
ですから、あくまで当時の東芝HDDを探すことになります。
在庫が僅少になっているので新品入手は難しいかもしれませんが、
オークションでは動作保証なしの製品が多数出ています。

コネクタが合致したとしても、プラッタ枚数によって厚みが違います。
当時は、iPodに薄型、厚型があるのをご承知でしょうが、
それは内蔵HDDのプラッタが前者は1枚、後者は2枚で、厚みが違うからです。
つまり、コネクタとサイズ(プラッタ1枚）さえ合うなら薄型大容量HDDも搭載可能です。
成功している方もいます。
http://kaisendon.seesaa.net/article/23201777.html

また、無印の市販の東芝HDDでは動かず、Apple印の東芝HDDなら動く
という事例が一部にあります。
http://home.s01.itscom.net/jungle-m/iPod/index.html#muji-ok
基盤のロットによっても挙動が違うようで、幾分賭け要素を含みます。
第4世代では動かない報告は少ないので、
さほど心配する必要は無いかもしれませんが、一応頭の隅にとめて置いてください。


iPodの開腹
まずiPodを開腹しなければ交換できません。
第4世代はコツを掴めば難しくありませんが、
傷をつけないように開腹するには慎重にのんびりとやる必要があります。
第4世代のiPodは正面から見て右側から開腹します。
左側には基盤とholdスイッチを結ぶリボンケーブルがあります。
開ける時にこれを切断してしまう方がいます。
ゆっくりと本を開くように開けます。
右にはポリカーボネート側に5箇所？から爪が出ており
ステンレスの内側にある爪とかみ合わさっています。
ステンレスの内側に薄板を差し込んで、数本の爪を浮かし、
優しくこじりあけるように開けます。
私は、傷をつけないようにテレホンカードを1枚横に刺し
さらにもう1枚重ねてテレカを挿入し、
2枚のテレカその間にカッターの刃を刺してこじりあけています。

iPod開腹専用の器具(二本の棒)もありますが、
熟練者には使いやすいですが、初心者には却って難しいかもしれません。
これは1本を上部の爪の部分に差込んで大きく浮かし、
出来た隙間にもう1本を差し込んでズズッっと下に引きおろします。
うまく行けば上から順に爪がはずれていきます。

ゆっくり本を開くように開けたら、
http://www.aivy.co.jp/BLOG_TEST/nagasawa/a/archives/2007/03/4ipodmk2006gal.html
ステンレス部についているholdスイッチから伸びているリボンケーブルが
基盤のところにはまっているので、作業中ちぎれないように、それを引き抜きます。
青い保護シートにくるまれたHDDが出てくるので、
それを浮かして、コネクタをひき抜く前に…
下のバッテリーから基盤に伸びているケーブルコネクタをまず引き抜きます。
その後にHDDのコネクタをゆっくりと抜きます。
HDDを交換した後に、必ず動作テスト(復元)をしてください。
この動作テスト、holdのリボンケーブルをはめないとできません。
無事に動作したら元に戻すわけですが、
たまにですが蓋を開けているうちは動くのに、
はめたら動作しなくなる、というがっかりな事例もあります。
どこかしらで接触がおかしいので、再度開けて原因を探します。

蓋をはめる前に、ステンレスの側面の歪みがあったら直してください。
はめてしまってから直すのは不可能です。

最後になりますがもうひとつあります。
HDDを交換しても動かない可能性もあります。
故障の原因が基盤にあるかもしれません。その点も賭けですね。