KR0150438B1 - 선형 액츄에이터를 갖는 디스크 드라이브 - Google Patents

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KR0150438B1
KR0150438B1 KR1019880014293A KR880014293A KR0150438B1 KR 0150438 B1 KR0150438 B1 KR 0150438B1 KR 1019880014293 A KR1019880014293 A KR 1019880014293A KR 880014293 A KR880014293 A KR 880014293A KR 0150438 B1 KR0150438 B1 KR 0150438B1
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플랭크 티이.루츠
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Abstract

내용 없음.

Description

선형 엑츄에이터를 갖는 디스크 드라이브
제1도는 본 발명에 따른 선형 엑츄에이터를 갖는 디스크 드라이브의 평면도.
제2도는 제1도의 선 2-2에 따라 취해진 횡단면도.
제3도는 제2도의 선 3-3에 따라 취해진 횡단면도.
제4도는 제2도의 선 4-4에 따라 취해진 횡단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 디스크 드라이브 12 : 선형 엑츄에이터
14 : 디스크 16 : 샤프트
32 : 자석구조체 37 : 중앙극 피스
38, 39 : 자석 42 : 코일
46 : 캐리지 어셈블리 87 : 헤드
본 발명은 컴퓨터 데이터 저장장치의 둘 이상의 판독/기록 변환기를 위치시키는 데 사용되는 선형 모터구동형 엑츄에이터(선형 엑츄에이터)를 갖는 디스크 드라이브에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 하나 이상의 3.5 또는 5.25인치 직경 자석 피복디스크가 끼워진 데이터 저장장치(디스크 드라이브)에 관한 것이다.
선형 모터 구동형 엑츄에이터를 갖는 디스크 드라이브에서, 판독/기록 변환기(헤드) 및 그 관련 지지구조체는 캐리지에 단단하게 설치되어 있으며, 이 캐리지는 헤드를 수백개의 동심데이타 트랙중 하나와 정렬시키기 위하여, 디스크의 반경중심선과 일치하거나, 또는 반경중심선에 평행한 선상에서 회전디스크의 중심쪽으로 왕복운동을 하면서 이동시킨다. 또한 캐리지에는 캐리지의 이동자유도가 단지 한 평면에서만 가능하도록 배열된 세쌍의 로울러와 가동코일 모터의 코일이 부착된다.
최근 헤드와 디스크의 개발에 의해 훨씬 더 큰 데이터 저장밀도가 가능케 되었으나, 동시에 디스크 드라이브 사용자들은 더 빠른 액세스시간, 더 많은 저장용량, 감소된 전력소비 및 낮은 비용에 대한 일반적인 요구가 더 커지게 되었다.산업-표준 형식 요인에 의해 강요된 크기 제한, 특히 3.5 및 5.25인치 디스크 드라이브에 대한 크기제한은 동시에 사용자들의 요구를 모두 만족시키는 것을 점점 더어렵게 만들었다. 또한, 이들 컴팩트 디스크 드라이브가 비제어 환경하에서 통상적으로 사용되기 때문에, 이들 컴팩트 디스크 드라이브는 외부로부터 강도높은 충격 및 진동을 받을 때 신뢰성 있게 작동해야만 한다.
과거에는, 컴팩트 디스크 드라이브는 캐리지의 후방으로 정렬되어 있는 위치로부터 캐리지와 나란한 위치로 선형모터를 이동시킴으로써 만들어져 왔다. 이 구성을 이용하는 선형 엑츄에이터는 Goleta California 산의 Information Magnetics(14인치 드라이브)와 DMA Systems(5.25 인치 드라이브)사에 의해 만들어졌다. 실시된 바와 같이, 이들 두 엑츄에이터는 지나치게 무겁고, 부적절한 구조적 강도를 가져서 비교적 느린 액세스 시간과 높은 전력소비를 갖는다. 측면설치된 코일에 의해 캐리지에 전달된 불균형한 힘을 보상하기 위하여, 다수의 선형 엑츄에이터는 캐리지에 부착된 단일 코일에 필요한 자계를 제공하기 위해 캐리지의 각 측면상에 대칭적으로 배치된 이중 자석구조체를 이용하여 만들어졌다. 이러한 구성의 선형 엑츄에이터는 San Diego, California에 소재하는 Cipher Data Products에 의해 제조되었으며, Elmsford, New York에 소재하는 Sequential Information Systems에 의해 제조되고 판매되었으며, 또한 Phoen ix, Arizona의 Western Dynex에 의해서도 제조 및 판매되었다. 최근에, Scotts Val ley, California 소재의 Atasi 및 Seagate Technology와 같은 디스크 드라이브 제조업자들은 이중 자석구조체 및 단일코일이나 이중코일중 하나를 갖는 선형 엑츄에이터를 내장한 5.25인치 디스크 드라이브를 제조하였다. 특히 산업-표준 형식요인에 의해 제한된 크기인 5.25인치로 사용하도록 구성되었을 때의 선형 엑츄에이터 및 컴팩트 디스크 드라이브는 비교적 복잡하고 따라서 제조하기에 어렵고 제조하는데 비용이 많이 든다. 게다가, 비교적 무거운 엑츄에이터의 캐리지-코일-헤드 어셈블리에 의해 나타난 관성 부하를 이동 및 제어하는데 상당한 전력이 필요하다.
그러므로, a) 현재 이용 제품보다 우수하거나, 현재 이용 제품과 동등한 성능을 가지며, b)제조하기에 단순하고 덜 비싸며, c)산업-표준 형식 요인을 갖는 3.5 및 5.25인치 디스크 드라이브에 내장될 수 있으며, d)나쁜 환경조건으로부터의 성능저하 및 손상에 대한 저항성이 더 높으며; 및 e)전력소비를 실질적으로 감소시키면서 이들 목적들을 달성하는 새롭게 개량된 선형 엑츄에이터에 대한 필요성이 요구되고 있다.
일반적으로, 본 발명의 목적은 선형 엑츄에이터를 갖는 개량된 디스크 드라이브를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 아주 낮은 이동 질량(mass)을 갖는 선형 엑츄에이터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은 캐리지와 코일구조체가 최소 중량과 최대 강도를 제공하도록 설계된 구동시키는 상기 특성을 갖는 선형 엑츄에이터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은 캐리지에 대한 단일 프레임구조가 이용되는 상기 특성을 갖는 선형 엑츄에이터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은 헤드, 로울러 및 코일이 중재부재 또는 스페이서가 없이 캐리지에 직접 설치되는 상기 특징을 갖는 선형 엑츄에이터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은 상기 특성의 선형 엑츄에이터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은 프레임상에 제공된 로울러 설치면들이 동시에 기계가공되는 상기 특성을 갖는 선형 엑츄에이터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은 구부러질 수 있는 외팔보 암이 제공된 상기 특성을 갖는 선형 엑츄에이터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은 단일프레임이 측방향에서 강성을 나타내는 반면, 외팔보 암은 수직방향으로 구부러질 수 있는 상기 특성을 갖는 선형 엑츄에이터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은 베어링 표면상에 힘의 균일한 분포가 제공되는 상기 특성을 갖는 선형 엑츄에이터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은 질량의 수직중심상에 설치되는 보이스 코일을 갖지만 한 측면에서만 캐리지를 구동시키는 상기 특성을 갖는 선형 엑츄에이터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은 캐리지의 작은 질량이 보이스 코일에 의해 제공되는 캐리지에 대한 불균형한 힘의 영향을 최소화하는 상기 특성을 갖는 선형 엑츄에이터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은 오프셋 보이스 코일에 의해 제공된 불균형한 힘을 없애기 위한 힘을 제공되는 상기 특성의 선형 엑츄에이터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은 오프셋 보이스 코일에 의해 제공된 힘이 선형 엑츄에이터에 의해 용이하게 수용될 수 있는 상기특성을 갖는 선형 엑츄에이터를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은 디스크가 정상동작으로 회전하지않을 때 헤드를 디스크 표면으로부터 들어올리기 위한 수단이 제공되는 상기 특성의 선형 엑츄에이터를 제공하는데 있다.
일반적으로, 선형 엑츄에이터는 제 1 및 제 2 이격판으로 구성된다. 자기구조체는 이 판들 사이에는 자석구조체가 설치되며 판들의 길이방향으로 연장한 극피스(pole piece)를 갖는다. 제 1 및 제 2 가이드 로드는 상기판들에 의해 유지되고 극피스에 평행한 방향으로 연장하고 있다. 또한 캐리지가 제공된다. 로울러는 캐리지에 의해 방송되며 가이드로드와 맞물려서 캐리지가 로드의 길이방향으로 왕복운동할 수 있도록 한다. 코일은 캐리지의 한 측면상에 설치되고 중앙 극피스에 연결된다.
보다 상세하게는, 제 1 도 및 제 2 도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선형 엑츄에이터(12)를 포함하는 완성된 디스크 드라이브(11)가 제공된다. 디스크 드라이브(11)는 수직방향으로 이격된 4개의 개개의 자기디스크를 지지하는 스핀들(13)을 포함한다. 스핀들(13)은 중앙 포스트 어셈블리(18)내에 유지된 베어링(개시되지 아니함)에 회전가능하게 설치된 샤프트(16)에 이해 구동된다. 샤프트(16)는 회전모터에 의해 회전된다. 포스트 어셈블리(18)는 제 1 이격판(예를 들면, 기저판)(26)에 설치된다. 제 1 이격판(26)은 선형 엑츄에이터(12)를 둘러싸는 역할을 하며, 제거가능한 제 2 이격판(예를 들면, 덮개판)(27)에 의해 폐쇄되는 상부 개구부를 갖는다.
제 3 도 및 제 4 도에 도시된 바와 같이, 선형 엑츄에이터(12)는 하부 또는 기저판(31) 및 자석구조체(32)의 일부를 포함하는 상부판(33)으로 이루어진다. 자석구조체(32)는 강과 같은 적절한 자석재료로 형성되며, 평행한 배관 구성을 제공하기 위해서 이격된 평행한 하부 및 상부판(31 및 33)과 이격된 평행한 단부판으로 구성된다. 하부판(31) 및 상부판(33) 사이로 연장하며 상기 판들에 고정된 중앙 극피스(37)가 제공된다. 제 4 도에 도시된 바와 같이, 중앙 극피스(37)는 하부판(31)과 상부판(33) 사이의 중간에 배치된다. 제 1 및 제 2 자석(38 및 39)은 각각 하부판(31)과 상부판(33)상에 설치된다. 알 수 있는 바와같이, 자석(38 및 39)은 상기판(31 및 33)들에 평행한 방향으로 연장한다. 자석(38 및 39)은 세라믹 자석과 같은 종래의 형태이다. 중앙 극피스(37)상에는 쇼트 턴(shorted turn)(41)이 제공된다.
장방형 구성을 갖는 코일(42)은 중앙 극피스(37)상에 배치되고, 그 길이방향으로 이동하도록 되어 있다. 캐리지 어셈블리(46)는 극피스(37)의 길이방향으로 이동하기 위한 코일(42)을 지지하기 위해 제공되며, 단일프레임(47)으로 이루어진다. 이 단일프레임(47)은 바람직하게는 알루미늄과 같은 적절한 경량재료의 단일 캐스팅(casting)으로 만들어진다. 이 단일 프레임은 대개 장방형으로 구성되며, 서로에 대해서 적절한 각, 예를 들면 90。로 배치되는 제 1 및 제 2 상부 베어링 부착면들을 갖는다. 유사하게, 두 쌍의 제 1 및 2 하부베어링 부착면(49 및 51)이 제공되며, 이 면은 또한 서로에 대해서 적절한 각도 예를 들면 90。로 배치된다. 바람직하게는 이들 베어링 부착면들은 단일 프레임(47)이 단일 피스인 한, 동시에 기계 가공된다. 모든 이들 베어링 부착면은 단일 기계작업으로 기계 가공되고, 동일 평면에 놓여있는 부착면들은 정확히 평행하게 정렬되어 있다.
단일 프레임(47)은 이격된 평행한 후방벽(53) 및 전방벽(54)과, 이격된 평행한 하부벽(56) 및 상부벽(57)으로 구성된다. 다른 벽 또는 부재(예를 들면, 외팔보 암)(58)가 후방벽(53)으로부터 상부벽(57)위로 연장되어 있다. 부재(58)는 외팔보되어 있고 구부러질 수 있으며, 그로인해 부재(58) 및 상부벽(57) 사이에 위치된 스프링(83)이 부재(58) 및 그것에 부착된 로울러(76)를 상방으로 압력을 가하게 된다.
전술한 내용으로부터 구조적으로 비교적 강성인 단일프레임(47)이 제공되었다는 것을 알 수 있다. 슬롯(66)은 벽(54)에 아주 인접한 부재(58)를 통해서 단일프레임(47) 안으로 기계가공되며, 그로인해 부재(58)가 벽(53)으로부터 외팔보되어 있다. 한쌍의 로울러(71)는 핀(72)상에 회전 가능하게 설치되어 있다. 핀(72)는 로울러(71)가 단일프레임의 최후방 단부에 배치되는 위치에서 단일프레임(47)의 베어링 부착면상에 설치된다. 유사하게, 로울러(73)가 단일프레임(47)의 최전방 단부상에 설치되도록 전방 베어링 부착면(51)상에 설치된 또 한쌍의 로울러가 핀(74)상에 회전가능하게 설치된다. 로울러(76)가 일반적으로 하부로울러(71 및 73)의 중간에 놓여 있는 위치에서 단일프레임(47)상에 배치되는 방법으로, 핀(77)이 베어링 부착면(48)상에 설치된다.
하부로울러(71 및 73)는 제 4 도에 도시된 바와같이 바닥면판(36)상에 설치된 원통형 로드(79)와 맞물리도록 되어있다. 유사하게, 로울러(76)는 자석구조체(32)의 상부판(33)에 고정된 연장부(82)에 의해 지지되는 원통형 로드(81)와 맞물리도록 되어있다. 로드(79 및 81)는 자석구조체(32)의 한측면에 배치되고, 이격되어 있으며 평행하다.
로드(81)와 맞물려서 로울러(76)에 압력을 가하기 위한 수단이 제공되며, 이 수단은 로드(81)쪽으로 로울러(76)에 압력을 가하는 힘을 인가하기 위하여 벽(57)과 벽(57)의 자유단부에 인접한 외팔보 부재(58) 사이에 배치된 스프링(83)으로 구성된다. 이와 같이 단일프레임에 벽 또는 외팔보 부재(58)를 제공함으로써, 외팔보 부재(58)는 축방향으로는 매우 강성을 나타내지만 수직방향으로는 구부러질 수 있다는 것을 알 수 있다. 다시말하면, 외팔보 부재(58)의 자유단부는 수직방향으로는 이동가능하지만 수평방향으로는 강성을 나타내거나, 이동 불가능하다. 로드(79 및 81)는 캐리지 어셈블리(46)에 대한 하부 및 상부 레일을 형성한다는 것을 알 수 있다. 로울러(71, 73 및 76)는 세 개 모든 로울러 세트상에 힘이 균일하게 분포되도록 설치된다. 세 개의 로울러 세트는 단일프레임(47)을 위한 3 포인트 설치를 제공한다. 로울러(71, 73 및 76)에 대한 모든 베어링 부착면이 동시에 기계가공되기 때문에, 로울러의 설치는 조립 허용오차에 의존할 필요가 없다. 이러한 배열 때문에, 스프링(83)에 이해 제공되는 예비부하력은 세 개의 모든 로울러 세트 사이에 동등하게 분포된다.
전술한 바와같이 단일프레임(47)에 제공된 개방 웨브구조는 최대강성의 프레임에 최소중량을 제공한다. 프레임은 로울러(71, 73 및 76), 보이스 코일(42) 및 복수의 헤드 암(86)을 설치하는데 사용된다. 특히 제 2 도에 도시된 바와 같이, 헤드 암(86)은 디스크(14)의 상부 및 하부면상에 데이터를 자기적으로 판독 및 기록하는 헤드(87)를 지지한다. 헤드 암(86)은 전방벽(54)과 일체로 형성되고 전방벽으로부터 바깥쪽으로 연장된 브래킷(88)상에 설치된다. 그러므로, 세 개의 디스크(14)의 상부 및 하부면과 맞물리도록 만들어진 3 세트의 헤드(87)가 제공되었다는 것을 알 수 있다.
플라스틱 캠부재(91)는 암(86)의 내부면에 설치되며, 헤드(87)가 디스크상의 최외부위치로 이동될 때, 캠부재는 캠부재들 사이의 고정 로드(92)와 맞물려서, 암(86)을 구부리고 디스크(14)의 표면으로부터 헤드(87)를 들어올린다. 이 위치에서 디스크 드라이브는 헤드가 디스크의 표면을 손상시키지 않고 전력공급을 다운시킬 수 있다.
보이스 코일(42)은 캐리지 어셈블리(46)의 질량의 수직중앙상에 설치되나, 한측면에서만 캐리지 어셈블리(46)를 구동한다. 캐리지 어셈블리(46)의 작은 질량은 측면에 설치된 보이스 코일(42)에 의해 캐리지 어셈블리에 가해진 불균형한 힘을 최소화한다. 보이스 코일은 스핀들 중심에서 선형 엑츄에이터(12)의 후방단부까지의 디스크의 반경에 평행하게 정렬하여 디스크(14)쪽으로 선형운동을 하며 이동한다. 캐리지 어셈블리(46)는 이 반경선상에 설치된다. 보이스 코일(42)은 또한 이 선에 평행한 선상에 설치되지만, 오프셋된다. 보이스 코일에 의해 캐리지 어셈블리(46)에 가해진 힘은 모멘트 암을 통해서 캐리지 질량 중심에서 자석 구조체에 대한 힘 중심까지의거리에 의해 나타내어진다. 불균형한 힘을 보상하는 것을 돕기 위하여, 중량이 아주 가벼워지게 캐리지 어셈블리(46)가 만들어진다. 캐리지 어셈블리(46)에 대한 휠 베이스(wheel base)의 구조 및 스프링(83)에 의해 제공된 예비부하력은 오프셋 보이스 코일(42)에 의해 캐리지에 가해진 불균형한 힘을 소거시키는데 충분하다.
보이스 코일(42)의 중량을 일부 보상하기 위하여, 제 2 도에 도시된 바와 같이, 가요성 회로 케이블(96)이 보이스 코일(42) 맞은 편의 측면상에 있는 단일 프레임에 설치되고, 도체(98)에 의해 보이스 코일에 연결된다.
상기한 것으로부터 컴팩트 디스크 드라이브에 아주 적합한 디스크 드라이브, 특히 선형 엑츄에이터에 이용할 수 있는 제한공간을 갖는 이러한 디스크 드라이브를 위한 선형 엑츄에이터가 제공되었다는 것이 명백하다. 캐리지 어셈블리는 이용된 단일프레임 구조 때문에 중량이 아주 가볍다. 또한 이러한 단일 프레임 구조를 제공함으로써 임의의 조립 허용오차에 대한 필요성이 없어진다. 로울러의 예비부하는 평형방식으로 이용된 베어링 또는 로울러 모두에 예비부하를 가능케하면서 측방향에 단일프레임(47)의 큰 강성을 유지할 수 있는 방식으로 제공된다.

Claims (7)

  1. 제 1 및 제 2 이격판; 상기 이격판들 사이에 설치되고 길이방향으로 연장한 극피스를 갖는 자석구조체; 상기 극피스상에 이동가능하게 설치되고 극피스의 이동방향으로 이동되도록 구성된 코일; 및 상기 자석 구조체의 일측상에 배치된 단일 캐스팅으로 형성된 캐리지 어셈블리를 포함하며, 상기 캐리지 어셈블리는 상기 코일의 한 측면에만 고정 배치되며, 상기 이격판들에 대하여 편위 접촉되는 것을 특징으로하는 선형 엑츄에이터.
  2. 제1항에 있어서, 한쌍의 이격된 평행한 가이드 레일 및 상기 가이드 레일과 맞물리기 위하여 상기 캐리지 어셈블리에 의해 지지되는 수단을 더 포함하며,상기수단은 가이드 레일과 맞물리는 수단에 에비부하력을 가하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 엑츄에이터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 캐리지 수단은 단일프레임을 포함하며, 상기 단일프레임은 그것에 의해 지지되는 복수의 로울러 설치면을 가지며, 상기 복수의 로울러는 상기 로울러 설치면에 의해 지지되고 상기 가이드 레일과 맞물리는 것을 특징으로 하는 선형 엑츄에이터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 단일프레임은 직사각형 배열을 제공하기 위하여 상부 및 하부벽과 전방 및 후방벽을 포함하며, 상기 상부벽은 상부벽이 후방벽에 대해서 구부러질 수 있도록 상기 전방벽으로부터 분리되며, 상기 한쌍의 베어링 설치면은 상기상부벽에 의해 지지되고, 상기 하부벽과 구부러질 수 있는 수단에 의해 지지되는 제 1 및 제 2 쌍의 베어링 설치면은 상부벽과 맞물리고 레일과 맞물려서 상부벽과 그것에 의해 지지된 로울러에 힘을 가하는 작용을 하는 것을 특징으로 하는 선형 엑츄에이터.
  5. 하우징; 상기하우징에 회전가능하게 설치된 복수의 디스크; 각각 한 단부상에 설치된 픽업 헤드를 갖는 복수의 구부러지기 쉬운 암을 포함하는 캐리지 어셈블리; 및 상기 캐리지 어셈블리를 구동시키고 디스크 표면을 가로질로 상기 픽업 헤드를 이동시키기 위한 선형 엑츄에이터를 포함하며, 상기 선형 엑츄에이터는, 제 1 및 제 2 이격판, 상기 이격판들 사이에 설치되고 길이방향으로 연장한 극 피스를 갖는 자석구조체, 및 상긱 극피스상에 이동가능하게 설치되고 상기 극 피스의 길이방향으로 이동되도록 구성된 코일을 포함하며, 상기 캐리지 어셈블리는 상기 자석구조체의 일측상에 배치되고, 상기 코일의 한 측면에만 고정 배치되며, 상기 이격판들에 대하여 편위 접촉되어, 상기 하우징내에서 상기 디스크에 수직한 방향으로 구부러지는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  6. 제5항에 있어서, 한 쌍의 이격된 평행한 가이드 레일 및 상기 가이드 레일과 맞물리기 위하여 상기 캐리지 어셈블리에 이해 지지되는 수단을 더 포함하며, 상기 수단은 상기 가이드 레일과 맞물리는 수단에 예비부하력을 가하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  7. 제5항에 있어서, 상기 캐리지 어셈블리 수단은 단일프레임을 포함하며, 상기 단일프레임은 그것에 의해 지지되는 복수의 로울러 설치면을 가지며, 상기 복수의 로울러는 상기 로울러 설치면에 의해서 지지되고 상기 가이드 레일과 맞물리는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
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