KR100264080B1 - 비선형성 저감 하드 디스크 드라이브의 헤드 구동용정전방식미소작동기 - Google Patents

비선형성 저감 하드 디스크 드라이브의 헤드 구동용정전방식미소작동기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비선형성 저감 하드 디스크 드라이브의 헤드 구동용 정전방식 미소작동기에 관한 것으로, ± 제어전압이 인가될 수 있도록 고정자는 좌우측 프레임사이에 복수군으로 분리 설계되고, 이동자는 2점지지에 의해 편심이 방지되는 효과를 가지게되고 좌우측과 중앙의 방향성을 반대로 하여, 좌우측의 이동시에 발생하는 힘과 중앙의 이동에 의해 발생하는 힘과의 차이에 의해 힘이 발생하는 것을 특징으로 하므로, 비선형성을 감소시키기 위해 선형화 기법을 적용할 수 있는 구조를 가짐과 동시에 헤드설치기판의 다점지지에 따라 이동자의 좌우측 이동과 중앙의 이동이 서로 반대의 방향성을 가지므로, 전체적으로 양자의 힘의 차이만큼 힘이 발생하게 된다.

Description

비선형성 저감 하드 디스크 드라이브의 헤드 구동용 정전방식 미소작동기
본 발명은 하드디스크 드라이브의 헤드구동용 정전방식 미소작동기에 관한 것으로, 특히 비선형성을 감소시키기 위해 선형화 기법을 적용할 수 있는 구조를 가지되, 헤드설치기판의 다점지지에 따라 편심운동을 제거할 수 있는 정전방식 미소 작동기에 관한 것이다.
잘알려진 바와 같이, 기록밀도가 5 Gb/in2이상인 차세대 초고밀도 하드디스크 드라이브 시스템에서는, 기록밀도가 증가할수록 트랙밀도가 증가하여, 현재의 5000TPI(Track per inch)에서 4-5배이상 증가해야 하므로, 읽기/쓰기 헤드(R/W head)가 정밀하게 또는 고속으로 소망하는 위치에 놓이도록 제어되어야 한다. 이에 따라, 응답성과 정밀도롤 향상시키기 위하여 읽기/쓰기 헤드를 구동하는 VCM(Voice Coil Motor)이외에, 구동기를 추가로 채용하는 듀얼 스테이지 시스템이 제안되어 있다.
예를 들면, 선형화 기법을 적용한 슬라이더 구동형 선형 미소 작동기가 알려져 있다. 이러한 미소 작동기는 도 1에 도시된 바와 같이, 부상가능하게 설치된 슬라이더(100)의 후미에 부착된다. 이를 위해 미소 구동기(200)는 베이스판(210)이 슬라이더(100)의 후미에 전기적으로 절연되어 본딩 부착된다. 베이스판(210)에는 각각 복수개의 빗형상체를 가지고, 각 빗형상체마다 n 개의 핑거가 형성되어, 상호 소정 이격된 거리를 두고 대향되게 복수개의 고정자(230)가 고정설치된다. 또한 베이스판(210)에서 일정간격을 유지하여 부상되어 있는 이동자(250)는 각각 복수개의 빗형상체를 가지고, 각 빗형상체마다 n 개의 핑거가 형성되어, 이 핑거들이 각 고정자(230)들의 핑거사이에서 선형적으로 상하 왕복운동이 가능하게 설치되어 있다.
한편, 헤드 설치 기판(220)은 이동자(250)의 중앙에서 베이스판(210)상에 설치되며, 헤드팁을 가지는 읽기/쓰기 헤드(222)가 어느 한쪽에 설치된다. 또한, 이동자(250)의 양단에는 소정의 탄성계수를 가지는 스프링(260)이 부착되며, 한쌍의 앵커(270)는 이러한 스프링(260)을 지지하면서, 고정자(230) 및 이동자(250)에 전원을 공급한다. 스프링(260) 및 앵커(270) 또한 베이스판(210)상에 고정설치된다. 또한 베이스판(210)상의 미설명 부호(212)은 읽기/쓰기 신호를 전달하는 신호 배선이고, (214)는 신호배선(212)을 외부로 연결하는 시그날 패드이다.
하지만, 이와 같이 구성된 종래의 미소작동기는 구동 대상체가 읽기/쓰기 헤드가 아니라 슬라이더이기 때문에, 헤드를 작동시키는 것 보다 더욱 많은 힘이 요구되고, 크기 또한 증가하게 되며, 더구나 동일한 면적하에서 발생력을 크게 하기 위해서는 미소 작동기 구조물의 두께를 현재보다 최대 20배 이상 두껍게 해야 하는 바, 이는 현재의 기술로는 제작하기 어려운 실정이었다. 즉, 구동대상인 슬라이더의 중량만을 고려하면, 피코(pico)급인 경우, 1-2mg정도로 노트북용 하드디스크 드라이브에서 요구되는 300-400G를 발생하려면 6-8mN의 구동력이 필요하나, 이를 위해서는 구동기의 크기가 슬라이더 자체의 크기보다 커지므로서 MEMS기술로 제작하기가 곤란한 경우도 있고, 슬라이더의 중량뿐만 아니라 하드디스크 드라이브가 실제 작동시 발생하는 에어베어링(airbearing)효과를 고려하면 요구되는 구동력이 증가하게 된다. 읽기/쓰기 헤드는 부착된 슬라이더에서 발생하는 공기부양력으로 인해 자기디스크와 항상 일정한 간격을 유지할 수 있으므로, 읽기/쓰기 헤드가 부착된 슬라이더를 정전방식 구동기로 움직이려면, 공기부양력의 수평방향 분력의 영향을 이겨내야 한다. 따라서, 수직방향의 공기부양력이 수십mN인 것을 고려하면, 정전구동기가 발생해야할 구동력은 10mN가 넘어갈 수도 있으므로, 이 경우, 정전구동방식이 부적합할 수 있고 마이크로 머시닝 기술로 제작하기가 곤란하였다.
더구나, 슬라이드 구동형 미소작동기는 이동전극과 고정전극이 대전되는 면의 형상이 서로 평행한 직선형 구조를 개선하여 고정전극이나 이동전극의 어느 한 쪽의 전극형상이 사다리꼴 형태로 기울기를 가지게 되어 비선형성을 줄이고자 하는 구조이나 체작이 쉽지않고, 만약 기울기가 설계치와 약간 다르게 되면 선형성을 보장할 수 없는 문제가 있었다.
이에 따라, 본 출원인은 도 2에 도시된 바와 같이, 비선형성을 감소시키기 위하여, 선형화 기법을 적용할 수 있는 구조를 가지는 정전방식 미소 작동기를 제안하였다. 도 2에 도시된 바와 같은 정전방식 미소 작동기에 있어서, 고정자(300)는 바깥측에 측벽(310)이 형성되고, 이 측벽(310)에 복수개의 빗형상체가 내향하도록 형성하되, 상부의 빗형상체(320)의 핑거(330)는 하향돌출되고, 하부의 빗형상체(340)의 핑거(350)는 상향돌출되어 서로 대향하며, 이동자(400) 역시 중앙축(410)을 중심으로 좌우 양측으로 빗형상체를 형성하되, 상부의 빗형상체(420)의 핑거(430)는 상향돌출되고, 하부의 빗형상체(440)의 핑거(450)는 하향돌출되어 서로 대향하고, 또한, 헤드 설치기판(500)은 이동자(400)의 중앙축(410)의 중앙에 설치되고, 스프링(600)은 이동자(400)의 중앙축(410)의 양단에 각각 부착되어 앵커(700)에 의해 각각 지지되도록 구성된 것으로, 고정자(300)가 ± 제어전압이 인가될 수 있도록 분리 설계됨에 따라 중앙축(410)에 고정된 이동자(400)가 이동되는 선형화 기법을 적용할 수 있는 구조를 가지므로서 선형적인 제어가 가능하였다.
하지만, 이러한 종래의 정전방식 미소 작동기는 이동자가 이동할 때, 시그널 패드를 중심으로 편심운동이 발생하는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 비선형성을 감소시키기 위해 선형화 기법을 적용할 수 있는 구조를 가짐과 동시에 헤드설치기판의 다점지지에 따라 편심운동을 제거할 수 있는 정전방식 미소 작동기를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 비선형성 저감 하드 디스크 드라이브의 헤드 구동용 정전방식 미소작동기에 있어서, ± 제어전압이 인가될 수 있도록 고정자는 좌우측 프레임사이에 복수군으로 분리 설계되고, 이동자는 2점지지에 의해 좌우측과 중앙의 방향성을 반대로 하여, 좌우측의 이동시에 발생하는 힘과 중앙의 이동에 의해 발생하는 힘과의 차이에 의해 힘이 발생하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 비선형성 저감을 위해 고정자가 복수군으로 분리되고, 이동자의 좌우측 이동은 고정자를 향하여 끌려올라가고, 중앙의 이동은 고정자를 향하여 끌려내려가므로, 전체적으로 양자의 힘의 차이만큼 힘이 발생하므로, 편심이 방지되는 효과를 가진다.
도 1은 종래의 하드디스크 드라이브의 헤드 구동용 미소작동기를 나타내는 개략 구성도이고,
도 2은 종래의 비선형성 저감 하드디스크 드라이브의 헤드 구동용 미소작동기를 나타내는 중앙축 고정방식의 구성도이고,
도 3은 본 발명에 따른 비선형성 저감 하드 디스크 드라이브의 헤드 구동용 정전방식 미소작동기를 나타내는 구성도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 ; 슬라이더 200 ; 미소 구동기
210 ; 베이스판 212 ; 신호 배선
214 ; 시그날 패드 220 ; 헤드 설치기판
222 ; 읽기/쓰기 헤드 230 ; 고정자
250 ; 이동자 260 ; 스프링
270 ; 앵커 300 ; 고정자
310 ; 측벽 320,340 ; 상하부 빗형상체
320,350 ; 핑거 400 ; 이동자
410 ; 중앙축 420,440 ; 상하부 빗형상체
430,450 ; 핑거 500 ; 헤드설치기판
600 ; 스프링 700 ; 앵커
800 ; 고정자 802,804 ; 좌우측 프레임
810,820 ; 핑거 812,814 ; 제 1 및 제 2 빗형상체군
822,824 ; 제 3 빗살형상체군 900 ; 고정자
910,920 ; 핑거 902,904 ; 상하부 프레임
906,908 ; 좌우측 프레임 912,914 ; 제 4 및 제 5 빗형상체군
922,924 ; 제 6 빗형상체군
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하 첨부된 도면에 의해 본 발명에 따른 비선형 저감 하드 디스크 드라이브의 헤드구동용 정전방식 미소작동기를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3에는 본 발명에 따른 비선형성 저감 하드 디스크 드라이브의 헤드 구동용 정전방식 미소작동기의 구성을 나타내는 것으로, 도시된 바와 같이, 본 발명의 정전방식 미소작동기는 그 특징적 구성으로서, 고정자(800)가 - 제어전압이 인가될 수 있도록 좌우측 프레임(802)(804)사이에 복수군, 예를 들어 3군데로 분리 설계되고, 이동자(900)는 2점지지에 의해 좌우측과 중앙의 방향성이 서로 반대로 되어 있다.
즉, 고정자(800)는 소정간격으로 하향돌출하는 복수개의 핑거(810)가 각각 형성되고, 좌우측 프레임(802)(804)으로부터 소정간격으로 각각 내향하는 제 1 및 제 2 빗형상체군(812)(814)과, 소정간격으로 상향돌출하는 복수개의 핑거(820)가 각각 형 성되어, 소정간격으로 배열된 제 3 빗형상체군(822)(824)이 상하로 구성된다.
한편, 이동자(900)는 헤드설치기판(500)을 중심으로 상하로 나누어지며, 고정자(800)의 상하 각각의 제 1 및 제 2 빗형상체군(812)(814)의 하향돌출된 핑거(810)사이에서 복수개의 핑거(910)가 소정간격으로 상향돌출하도록 상하부 프레임(902)(904)의 각각의 좌우측 프레임(906)(908)을 따라 외향하는 복수개의 제 4 및 제 5 빗형상체군(912)(914)과, 고정자(800)의 상하의 제 3 빗형상체군(822)(824)의 각각의 상향돌출된 복수개의 핑거(820)사이에서 복수개의 핑거(920)가 소정간격으로 하향돌출하도록 상하부 프레임(902)(904)의 각각의 좌우측 프레임(906)(908)을 연결하는 복수개의 제 6 빗형상체군(922)(924)이 상하로 형성된다.
이동자(900)의 상부 프레임(902)과 헤드설치기판(500) 사이에는 고정자(800)의 상하부의 제 3 빗형상체군(822)(824)의 각각의 최상부 빗형상체의 상향돌출된 핑거(820)에 대응하도록 핑거(920)가 하향돌출된다.
한편, 스프링(600)은 이동자(900)의 상하부 프레임(902)(904)의 양단부에 각각 부착되어 앵커(700)에 의해 각각 지지되도록 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 미소작동기는 고정자(800) 및 이동자(900)에 전압을 인가하면, 두 전극사이에 인력을 다음식과 같이 발생한다.
Figure 1019970067346_B1_M0001
여기서, x는 미소작동기의 이동방향이고, ε는 공기의 유전상수이고, t는 전극의 두께, g는 이동자와 고정자의 전극사이의 갭이고, V는 인가 전압이다.
상기 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 인가전압을 제외한 다른 변수는 상수이므로, 결국 발생력은 F = K V2 (K는 상수)의 형태가 되므로, 전압의 제곱 형태의 비선형 특성을 나타내게 되며, 인가전압을 "DC 바이어스 전압( Vbias )" 과 "제어 전압( Vcontrol )"로 나누어 상기 식을 다시 표현하면,
F=K(Vbias+Vcontrol)2 이 된다.
따라서, 본 발명의 정전방식 미소작동기는 고정자(800)가 상하로 분리설계되어 있으므로, 도 3에 도시된 발생력 F1 , F2 을 식으로 표현하면,
F=K(Vbias+Vcontrol)2-K(Vbias-Vcontrol)2=4KVbiasVcontrol 이 된다.
이와 같이, 기존의 힘과 전압과의 2차 관계에서 고정된 DC 바이어스 전압( Vbias )상태하에서 제어전압( Vcontrol )만으로 발생력을 조절할 때 선형 관계로서 제어가 가능하게 된다. 이를 위해서는 서로 방향이 다른 두가지 형태의 제어 전압( Vcontrol )과 ( -Vcontrol )이 인가될 수 있도록 고정자가 분리설계되어야 한다.
이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 고정자(800)의 상하 좌우측 프레임(802)(804)으로 부터 전원이 인가되고, 이동자(900)의 상부 프레임(932)으로 부터 전원이 인가되고, 좌우측의 이동시에 발생하는 힘 F1 과 중앙의 이동에 의해 발생하는 힘 F2 과의 차이로서 힘이 발생된다.
이와 같이, 본 발명의 정저 방식 미소작동기에 따르면, 기존의 힘과 전압과의 2차 관계에서 고정된 DC 바이어스 전압상태하에서 제어전압만으로 발생력을 조절하는 경우, 선형관계로 제어가 가능할 뿐만아니라, 인력에 의한 이동시의 편심이 방지된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 비선형성 저감 하드 디스크 드라이브의 헤드구동용 정전방식 미소작동기는 고정자가 ± 제어전압이 인가될 수 있도록 분리 설계되어, 비선형성을 감소시키기 위해 선형화 기법을 적용할 수 있는 구조를 가짐과 동시에 헤드설치기판의 다점지지에 따라 이동자의 좌우측 이동과 중앙의 이동이 서로 반대의 방향성을 가지므로, 전체적으로 양자의 힘의 차이만큼 힘이 발생하게되어 편심이 방지되는 효과를 가진다.

Claims (3)

  1. 부상가능하게 설치된 슬라이더의 후미에 부착되는 베이스판과, 복수개의 빗형상체를 가지고, 각 빗형상체마다 n개의 핑거가 형성되어, 상기 베이스판에 소정간격으로 상하좌우 고정 부착되는 고정자와, 복수개의 빗형상체를 가지고, 각 빗형상체마다 n개의 핑거가 형성되어, 상기 고정자의 핑거사이에서 선형적으로 이동가능하게 설치된 이동자와, 헤드가 부착되어 상기 고정자 및 이동자의 중간에 설치된 헤드 설치기판과, 소정의 탄성계수를 가지고 상기 이동자에 부착된 스프링과, 상기 고정자 및 이동자에 전원을 공급하고, 상기 스프링을 지지하는 앵커로 이루어진 하드 디스크 드라이브의 헤드구동용 정전방식 미소작동기에 있어서,
    ± 제어전압이 인가될 수 있도록 상기 고정자는 좌우측 프레임사이에 복수군으로 분리 설계되고, 상기 이동자는 2점지지에 의해 좌우측과 중앙의 방향성을 반대로 하여, 좌우측의 이동시에 발생하는 힘과 중앙의 이동에 의해 발생하는 힘과의 차이에 의해 힘이 발생하는 것을 특징으로 하는 비선형 저감 하드 디스크 드라이브의 헤드구동용 정전방식 미소 구동기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정자는 소정간격으로 하향돌출하는 복수개의 핑거가 각각 형성되고, 좌우측 프레임으로부터 소정간격으로 각각 내향하는 제 1 및 제 2 빗형상체군과, 소정간격으로 상향돌출하는 복수개의 핑거가 각각 형성되어, 소정간격으로 배열된 제 3 빗형상체군이 상하로 구성되며,
    상기 이동자는 상기 헤드설치기판을 중심으로 상하로 나누어지되, 상기 고정자의 상하의 제 1 및 제 2 빗형상체군의 각각의 하향돌출된 핑거사이에서 복수개의 핑거가 소정간격으로 상향돌출하도록 상하부 프레임의 각각의 좌우측 프레임을 따라 외향하는 복수개의 제 4 및 제 5 빗형상체군과, 상기 고정자의 상하의 제 3 빗형상체군의 각각의 상향돌출된 복수개의 핑거사이에서 복수개의 핑거가 소정간격으로 하향돌출하도록 상하부 프레임의 각각의 좌우측 프레임을 연결하는 복수개의 제 6 빗형상체군이 상하로 형성되며, 상기 고정자의 상하부의 제 3 빗형상체군의 각각의 최상부 빗형상체의 상향돌출된 핑거에 대응하도록 상기 상부 프레임 및 상기 헤드설치기판에도 하향돌출된 핑거가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 비선형성 저감 하드 디스크 드라이브의 헤드구동용 정전방식 미소작동기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정자의 상하 좌우측 프레임에 전원이 인가되고, 상기 이동자의 상부 프레임에 전원이 인가되는 것을 특징을 하는 비선형성 저감 하드 디스크 드라이브의 헤드구동용 정전방식 미소작동기.
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