KR0135111B1 - 헤드 서스팬션의 기록매체 비접촉에 의한 기동-정지 제어방법 및 장치 - Google Patents

헤드 서스팬션의 기록매체 비접촉에 의한 기동-정지 제어방법 및 장치

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KR0135111B1 KR1019940022006A KR19940022006A KR0135111B1 KR 0135111 B1 KR0135111 B1 KR 0135111B1 KR 1019940022006 A KR1019940022006 A KR 1019940022006A KR 19940022006 A KR19940022006 A KR 19940022006A KR 0135111 B1 KR0135111 B1 KR 0135111B1
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Abstract

하드디스크 드라이브의 디스크로부터 서스펜션 제어에 있어서, 상기 서스팬션의 상단 또는 하단에 압전장치를 설치하여 하드디스크 드라이브의 기능에 따라 발생되는 제어전압을 상기 압전장치에 인가하여 상기 디스크 정지 상태에서 헤드를 상기 디스크의 파킹영역에 안착시키고, 정지상태에서 서스팬션의 엑튜에이터에 제어신호를 인가하여 상기 헤드를 디스크로부터격리시키며, 상기 디스크의 기동으로부터 정속회전에 도달시 상기 서스팬션의 엑튜에이터에 인가하는 제어신호를 끊어 자유상태로 하여 헤드가 디스크상을 일정 부상높이를 갖도록 한다. 상기 헤드의 부상 상태에서 부상에 필요한 속도 이하로 되도록 디스크가 감속되면 이에 도달하기 직전 상기 서스팬션에 상기 엑튜에이터에 제어신호를 인가하여 헤드와 디스크를 격리시키며, 상기 격리 상태로부터 디스크이 정지 직후까지 상기 서스팬션의 상기 엑튜에이터에 정지신호를 가하고 상기 디스크의 정지후 상기 엑튜에이터에 제어신호를 인가하여 서스팬션을 자유상태로 상기 디스크에 안착시키도록 되어 있다.

Description

헤드 서스팬션의 기록매체 비접촉에 의한 기동-정지 제어방법 및 장치
제1도는 헤드 서스팬션 메카니즘을 나타내는 도면.
제2,3도는 헤드 서스팬션(105)에 결합된 헤드(161)와 디스크(106)간의 비접촉 상태에서 일정부상높이(C로)에 대해 설명을 위한 도면.
제4도는 본 발명에 따른 헤드 서스팬션(105)이 디스크(106)로부터 비접촉에 의한 기동-정지 제어를 위해 압전장치(700)의 설치 예시도.
제5도는 본 발명에 따른 헤드 서스팬션(105)의 기동-정지 제어를 위한 회로도.
제6도는 본 발명의 실시예에서 압전장치의 역방향 효과(전기장→응력장)를 설명하기 위한 도면.
제7도는 본 발명의 실시예에 압전장치의 순방향 효과(응력장→전기장)를 설명하기 위한 도면.
제8도는 본 발명에 따른 다른 실시예시도로써 헤드 서스팬션(첫째5)의 양단에 압전장치(700a, 700b)를 부착하여 변형에 따라 압전장치가 센서 역할을 할 수 있는 것을 도시한 도면.
제9도는 본 발명에 따른 헤드 서스팬션(105)의 디스크(106)로부터 비접촉 기동/정지를 설명하는 도면.
본 발명은 하드디스크 드라이브(이하 HDD라 칭함)에 있어서 헤드 서스팬션의 구동제어에 관한 것으로, 특히 헤드 서스펜션과 디스크간에서 디스크를 기동/정지시 디스크와 비접촉 상태로 유지할 수 있는 하드디스크 드라이브에 있어서 헤드 서스팬션의 비접촉 기동-정지 제어방법 및 장치에 관한 것이다.
최근의 HDD기술은 고용량화되어 가는 추세에 있다. 이에 따라 HDD의 헤드는 디스크상에서 가능한 한 일정하고, 낮은 부상높이(Flying Height)를 가져야 한다. 이의 부상높이는 3.0∼20㎍정도이다. 이 정도의 고정밀도를 실현하기 위해서는 헤드 서스팬션의 그램로드(Gram Load)와 슬라이더 ABS의 부상력을 이용한다.
이러한 방식은 HDD의 스핀들 모터가 정속 회전시 낮은 부상높이로 유지시킬 수 있으나 스핀들 모터늬 기동과 정지시에는 헤드의 ABS와 디스크가 접촉하게 된다. 이로 인하여 상기 헤드의 ABS와 디스크이 마찰은 결국 HDD에 악영향을 미치는 부스러기(Particle)의 불순물을 발생시켜 HDD의 수명과 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점을 초래하게 된다. 이에 대해 제1도∼제3도를 참조하여 구체적으로 살펴보면, 하드디스크 드라이브는 제2도에서와 같이 자기 헤드(161)와 디스크(106)의 조합(interface), 즉 자기 헤드(161)와 디스크(106)의 사이의 간격인 부상높이(163)에 대한 제어는 owe에 첫을 1991년 4월 30일 허여된 미국 특허번호 5,012,369에 게시하고 있듯이 장치의 고용량 및 성능과 크게 관련되어 하드디스크 드라이브의 중요한 요소로 작용하고 있다. 상기한 HDD와 같은 자기 기록/재생장치에 있어서 가장 이상적인 것은 자기 헤드(161)와 디스크(106)가 접촉된 상태에서 동작하는 것이다. 그러나 하드디스크와 같이 장기간의 내구성을 요하는 장치에 있어서 자기 헤드(161)와 디스크(106)가 접촉시 마모가 없어야 하는데, 접촉상태에서는 마모가 있어 부스러기가 발생되어 이 방법은 역시 상기의 문제점이 있다.
상기 접촉에 의한 마모의 문제를 극소화시키기 위해 종래의 가장 널리 사용되는 방법중의 하나는 제3도와 같이 디스크(106)의 회전으로부터 발생되는 유체의 힘으로부터 자기 헤드(161)를 부상시키는 방법이다. 이 원리는 자기 헤드(161)를 부상시킬 수 있도록 헤드 슬라이드의 형상과 서스팬션(105)의 관계에서 상기 서스팬션(105)의 그램하중 등을 이용한다. 그러나 디스크(106)는 항상 일정한 회전속도를 갖는 것이 아니라 각 위치에서의 선속도는 반경에 따라 달라지므로 부상높이(163)도 디스크(106)의 외주에 가까울수록 높아지는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 디스크(106)의 진행방향과 자기 헤드(161)의 축방향 사이의 각인스큐앵글을 적용하여 장치의 성능과 용량 및 내구성을 증가시켜 왔었다. 하지만 현재 사용되고 있는 디스크(106)는 회전력에 의한 유체역학적 힘에 의해 자기 헤드(161)를 부상시키는데 있어 디스크(106)의 기동시나 정지시 자기 헤드(161)와 디스크고 106)를 접촉상태에 있게 할 수 없다. 즉 디스크(106)의 기동시나 정지시 자기 헤드(161)와 디스크(106)를 접촉상태에 있게 할 수 없다. 즉, 디스크(106)는 기동시 회을 시작하여 일정한 속도가 되어 헤드(161)가 이륙(take-off)할때까지 헤드(161)와 디스크(106)는 접촉하여 미끄러지는 상태에 있게 되고, 디스크(106)의 정지시는 정속회전에서 감속되어 헤드(161)가 착륙(take-on)한 이후부터 디스크(106)가 완전히 정지할때까지도 접촉에 의한 마찰이 일어난다. 대개의 경우 이러한 마찰 손실을 줄이기 위해 디스크(106)상에 헤드(161)가 이/착륙시 정지되어지도록 파킹 영역을 설정하거나, 상기 이/착륙에 따른 마찰을 감소시키기 위해 데이터 영역과 파킹영역의 텍스쳐링(Texturing)이나 윤활 상태를 구분하는 방법을 사용하기도 한다. 그러나 상기 이착륙시 마찰은 여전히 하드디스크의 내구성에 큰 문제점으로 남아 있다. 상기 기동/정지시의 접촉마찰에 따른 문제점으로는 헤드(161)와 디스크(106)의 흡착현상에 의해 디스크(106)가 회전하지 못하거나, 접촉에 의한 마모로 발생된 불순물이 디스크(106)나 헤드(161)에 손상을 입히고 디스크(106)의 기동과 정지시 마찰음을 발생시키는 원인이 되어 왔었다.
따라서 본 발명의 목적은 상기의 기동/정지시의 접촉 마찰에 의한 문제점들을 해소하기 위해 기존의 헤드와 디스크가 접촉된 상태에서 기동/정지하는 방식이 아니라, 디스크의 기동과 정지 전/후에 헤드 서스팬션에 적절한 힘을 인가함으로써 헤드와 디스크가 접촉되지 않은 상태에서 기동 및 정지하는 헤드 서스팬션의 제어장치 및 방법을 제공함에 있다.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제4도는 봅 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면으로서, 헤드 서스팬션(105)의 상부에 압전장치(700)를 접착하고, 제5도와 같이 HDD를 총괄제어하는 제어부(502)에서 디스크(106)의 회전상태의 따라 제어신호가 발생되어 전류증폭부(516)에서 증촉된 후 와이어(401)를 통해 압전장치(700)에 전압이 인가하도록 구성되어 있다. 상기 기능 및 동작상태에 따라 제어부(502)에서 발생되고, 전류증폭부(516)는 제어신호에 따라 압전장치(700)에 인가되는 전압의 변화를 달리하여 압전현상 원리에 의해 압축과 신장으로 서스팬션(105)을 굽히거나 휨현상이 일어나도록 힘을 발생한다.
상기 압전장치(700)는 제6도 및 제7도와 같은 특성 때문에 서스팬션(105)을 굽히거나 휨현상을 일으킬 수 있다.
상기 제6도 및 제7도에 나타나는 변화는 제어부(502)에서 발생되는 제어신호에 따라 전류증폭부(516)를 통해 압전장치(700)의 특성을 제6도 제7도와 같이 변화시킨다. 즉, 이 특성은 헤드(161)의 서스팬션(105)에 인가되는 가졌절한 힘으로 작용되기 때문이다. 즉 상기 압전장치(700)에서 발생되는 힘은 서스팬션(105)에 전달되어 헤드(161)가 디스크(106)의 기동 및 정지 전후에 헤드(161)와 디스크(106)를 분리시키는 데 필요한 힘으로 작용되고, 그리고 제어방법이란 디스크(106)의 기동 및 정지 시점에서 힘의 인가 유무를 조절한다.
따라서 본 발명 실시예에 필요한 헤드 서스팬션(105)에 인가될 힘을 얻기 위하여 제6도 및 제7도와 같이 가변형상 구조물의 일종인 압전장치(PiezoelectriejdnrMaterial)(700)의 압전현상을 이용한 것임을 알 수 있다. 압현상이란 어떤 결정물에 압력을 가했을 때 그 재료가 압력에 비례하여 전기장을 발생시키고, 반대로 전기장이 가해졌을 때 변형을 일으키는 현상을 말한다. 이러한 기계적, 전기적 에너지의 가역적 연계관계로 인하여 압전재료는 음향변혼기, 공진기, 가속도계, 파동필터, 광전기구 및 광탄성 기구 등에 널리 사용되고 있다.
압전현상은 대칭점을 갖지 않는 절연물질이나 결정체에서 발견되는데, 그 예로는 수정, 황옥, 로첼소금(Rochelle Salt)등이며, 근래에는 인공적인 다결정 세라믹이 많이 사용되고 있다.
제6도의 도시와 같이 압전장치(700)에 전기장(601)이 가해질 경우(6A), 발생된 응력장(603)에 의하여 압전장치(700)가 변형되는 것을 나타내는 것으로 (6C)를 압전장치(700)의 역방향 효과라 하며, 제7도의 (7A)도와 같이 외부로부터 힘(704)이 가해질 경우(7B)와 같이 발생된 전하분포(705)와, (7C)와 같이 전기장(703)을 나타내는 것으로 이를 압전장치(700)의 순방향 효과라 한다.
제8도는 본 발명에 따른 다른 실시예시도로써, 압전소자의 신축, 확장원리를 이용하기 위해 압전장치(700a,700b)가 부착된 단순 지지보인헤드 서스팬션(105)의 상·하단에 설치되어 굽힘정도를 제어하기 위한 장치를 도시한 것으로, 서스팬션(105)의 자유단인 궤한 제어부(100)를 통해 에튜에이터인 압전장치(700b)에 와이어(402)를 통해 전압을 가하면 센서로 사용된 반대편 압전장치(700a)에 발생되는 변형으로 인하여 전기장이 발생되며, 이는 와이어(401)를 통해 전류증폭기(516)에서 증촉된후 제어부(502)의 입력이 된다.
상기 전류 증폭부(516)의 출력을 받아 제어부(502)는 스핀들 모터의 기동전, 정속상태, 정지등의 기능에 따라 슬라이더헤드를 디스크로부터 비접촉을 위한 격리, 또는 비접촉상태에서 억세스 따른 대응 제어를 하기 위한 신호를 발생하도록 처리하고, 이를 궤환제어부(800)에 인가하여 이러한 상태로부터 변형정도를 압전앙치(700a,700b)의 제어로 다시 헤드 서스팬션(105)의 변형을 제어하여 CFH를 유지토록 한 것이다.
제9도는 본 발명에 따른 헤드 서스팬션(105)의 디스크(106)로부터 비접속 기동/정지예를 설명하는 도면으로서, 제8도의 구성에 의한 실시예를 사용한 제어예를 도시한 것이다.
본 발명의 제어방법을 제9도에서 구체적으로 설명하면, 제9도(9a)는 디스크(106)가 정지된 초기의 상태를 나타내는 것으로 압전장치(700a,700b)는 서스팬션(105)의 상·하단에 부착되며, 헤드(161)는 디스크(106)의 파킹영역에 안착되도록 위치되어 있음을 도시한 것이다. 즉, 상기 제어부(502)는 상기 압전장치(700a)와 와이어(401)를 통해 전류증폭부(516)의 출력 또는 스핀드모터의 정지에 따른 기능제어상태신호로부터 디스크(106)가 정지되어 있음을 인식하고 있으므로 상기(9a)와 같은 상태에 있게 된다.
제9도(9b)는 전원이 인가되어 디스크(106)가 기동되기 직전의 상태를 나타낸 것으로, 이때 제어부(502)는 순간적으로 궤환제어부(800)에서 와이어(402)를 통해 압전장치(700b)가 전원을 인가하여 전기장을 가해져 서스팬션(105)는 상부로 휨현상이 일어나도록 힘이 가해져 헤드(161)를 디스크(106)상에서 격리시키고, 이상태가 센서용 압전장치(700a)에서 센싱되고 전류증폭부(516)에서 미세센싱값이 증폭되어 통해 제어부(502)에 입력시켜 인식된후 디스크(106)를 기동시켜 가동 제어한다. 이때의 간격정도(801)나 시기는 제어부(502)나 압전장치(700a,700b)의 특성에 따라 조절할 수 있다.
제9도(9c)는 디스크(106)가 정속회전에 도달하였거나 헤드(161)가 부상하기에 충분한 속도가 된후를 제어부(502)가 감지하고 이 상태를 제어부(502)는 궤환제어부(800)를 통해 압전장치(700b)에 제어신호를 인가하여 헤드(161)가 디스크(106)상을 일정 이상 부상되도록 한다.
제9도(9d)도는 디스크(106)가 정지되기 직전의 상태를 나타낸 것으로, 제9도(9c)에서와는 반대로 헤드(161)가 부상에 필요한 속도 이하로 감속되기 전에 제어부(502)가 궤환제어부(800)를 통해 압전장치(700b)에 제어신호를 인가하여 서스팬션(105)에 힘이 가해져 헤드(161)와 디스크(106)가 격리되도록 한다.
제9도(9e)는 디스크(106)가 완전히 정지한 직후까지 제어부(502)에서 압전장치(700b)에 제어신호를 인가했을 때의 상태를 도시한 것이고, 제9도(9f)는 디스크(502)의 정지후 제어부9106)가 압전장치(700b)를 궤환제어부(800)와 전류증폭부(516)의 동작으로 자유상태로 두어 헤드(161)를 디스크(106)상에 안착시킨 상태를 나타낸 것이다.
이상의 제어흐름으로 디스크(106)의 기동과 정지시에 헤드(161)와 디스크(106)를 제어부(502)의 제어에 의해 격리시킴으로 헤드(161)와 디스크(106)를 제어부(502)의 제어에 의해 격리시킴으로 헤드(161)와 디스크(106)는 어떠한 경우에도 마찰을 발생하지 않게 된다. 예를들어, 이륙시간을 감소시키거나 착륙을 지연시키는 등 필요에 따라 그 마찰의 정도를 조절할 수 있다.
또한 압전장치(700a,700b)를 스윙암(103)의 상·하단에 부착하여 제10도에서와 같은 방식으로 사용될 수도 있으며, 제8도의 일례와 같이 상·하단에 감지 역할과 동작 역할을 하는 압전재료를 부착하여 궤환제어부(800)로 사요할 수도 있다.
또한, 봅 발명의 다른 효과로 하드디스크 드라이브의 모든 동작중 초시시도의 실패후 재시도에 부상높이를 변화시키거나 디스크상의 위치에 따라 부상높이를 제어하고자 할 때 부착된 압전재료의 제어로 헤드 서스팬션의 그램 하중을 조절하는 것과 같은 효과가 발생되므로 장치의 성능을 향상시키는 여러 가지 방법이 가능해진다.

Claims (5)

  1. 하드디스크 드라이브의 디스크로부터 서스팬션 제어방법에 있어서, 상기 디스크 정지 상태에서 헤드를 상기 디스크의 파킹영역에 안착시키는 제1과정과, 상기 제1과정의 정지상태에서 서스팬션의 엑튜에이터에 제어신호를 인가하여 상기 헤드를 디스크로부터 분리시키는 제2과정과, 상기 제2과정의 디스크의 기동으로부터 정속회전에 도달할시 상기 서스팬션의 엑튜에이터에 인가하는 제어신호를 끊어 자유상태로 하여 헤드가 디스크상을 일정 부상높이로 유지하도록 하는 제3과정과, 상기 제3과정에서 상기 세드의 부상상태에서 부상에 필요한 속도 이하가 되도록 디스크가 감속되면 이에 도달하기 직전 상기 서스팬션의 상기 엑튜에이터에 제어신호를 인가하여 헤드와 디스크를 분리시키는 제4과정과, 상기 제4과정의 분리 상태로부터 디스크의 정지 직후까지 상기 서스팬션의 상기 엑튜에이터에 정지신호를 인가하고 상기 디스크의 정지후 상기 엑튜에이터에 제어신호를 인가하여 상기 서스팬션을 자유상태로 하여 상기 디스크에 안착시키는 제5과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브에 있어서 헤드 서스팬션의 비접촉 기동-정지 제어방법.
  2. 하드디스크 드라이브 각부 제어를 위한 제어부를 위한 제어부를 구비한 하드디스크 드라이브의 디스크로부터 헤드 서스팬션의 제어장치에 있어서, 상기 제어부로부터 발생되는 제어신흐르를 증폭하는 증폭부와, 상기 헤드 서스팬션의 상단 또는 하단에 설치되어서 상기 증폭부의 출력이 전기적 신호로 인가되어 상기 헤드 서스팬션을 굽히거나 휨을 일으켜 상기 헤드를 디스크로부터 비접촉상태로 분리 또는 안착토록 서스팬션의 높이를 제어하는 서스팬션 신축수단으로부터 구성됨을 특징으로 하는 헤드 서스팬션의 기록매체 비접촉에 의한 기동-정지 제어장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 서스팬션 신축수단이 압전세라믹장치로 구성됨 특징으로 하는 헤드 서스팬션의 기록매체 비접촉에 의한 기동-정지 제어장치.
  4. 하드디스크 드라이브 각부 제어를 위한 제어부를 구비한 하드디스크 드라이브의 헤드로부터의 디스크의 헤드 서스팬션의 제어장치에 있어서, 상기 헤드 서스팬션의 하단에 설치되어 전원의 인가에 따라 상기 헤드 서스팬션을 급히거나 휨이 일어나도록 하는 압전장치와, 상기 압전장치에 연결되어 상기 제어부로부터 제어 처리되는 디스크 구동 제어신호에 따라 발생되는 제어신호를 받아 상기 압전장치에 인가하는 궤환제어부와, 상기 헤드 서스팬션의 상단에 설치된 압전장치에 연결되어 상기 헤드 서스팬션의 굽히거나 휨의 감지상태에 따라 발생되는 신호를 증폭하여 상기 제어부에 제공하는 전류증폭부로 구성됨을 특징으로 하는 헤드 서스팬션의 기록매체 비접촉에 의한 기동-정지 제어장치.
  5. 제4항에 있어서, 압전장치는 압전세라믹장치로 구성됨을 특징으로 하는 헤드 서스팬션의 기록매체 비접촉에 의한 기동-정지 제어장치.
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