KR100383631B1 - 하드 디스크 드라이브의 액츄에이터 장치 - Google Patents

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Abstract

1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야:
본 발명은 하드디스크 드라이브에서 제어속도를 증가시키기 위한 4-절 링크(Four-bar Linkage)형 액츄에이터 장치에 관한 것이다.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제:
본 발명은 시크 타임을 줄일 수 있도록 하기 위해 제어 속도를 증가시키는 액츄에이터 장치를 제공하는데 있다.
3. 발명의 해결방법의 요지:
본 발명은 통상의 액츄에이터 장치에 있어서 보이스 코일 모터(VCM)의 코일부와 헤드가 장착되는 아암부를 분리시켜 이들을 4절-링크(Four-bar Linkage)구조로 연결시킨다.
4. 발명의 중요한 용도:
본 발명은 액츄에이터의 동작 및 제한(예를 들면 ID,OD,Crash stop)을 위한 기구물은 4-절 링크의 어느 요소에나 적용될 수 있으므로 설계가 용이하고, 각각의 피봇 및 가동힌지점의 위치나 또는 링크의 길이를 조절함으로써 빠른 액츄에이터 제어 속도를 구현할 수 있는 잇점이 있다.

Description

하드디스크 드라이브의 액츄에이터 장치
본 발명은 하드디스크 드라이브의 액츄에이터 장치에 관한 것으로, 특히 제어속도를 증가시키기 위한 4-절 링크(Four-bar Linkage)형 액츄에이터 장치에 관한 것이다.
하드디스크 드라이브는 전자장치와 기계장치로 이루어져 디지탈 전자펄스를보다 영구적인 자기장으로 바꾸어서 데이타를 기록/재생해 주는 방식의 기억장치이다. 이와 같은 하드디스크 드라이브는 데이타를 기록 저장하기 위한 메디아(Media,Disk)와, 이 메디아상에 데이타를 기록하거나 기록된 데이타를 재생하기 위한 자기 헤드(Magnetic Head)와, 상기 메디아를 회진시키기 위한 스핀들 모터(Spindle Motor)와, 상기 메디아상의 데이타를 액세스(Access)할 수 있도록 상기 헤드를 유동시키는 액츄에이터(Actuator)와, 이들을 제어하기 위한 전자 회로(Electronic Circuit,PCBA)와, 드라이브를 컴퓨터 본체와 연결시켜 주기 위한 인터페이스(Interface) 등으로 구성된다.
상기와 같이 구성된 하드디스크 드라이브의 동작을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
드라이브의 전원이 "On"되면 스핀들 모터가 일정한 속도로 회전한다. 이에 따라 상기 스핀들 모터에 고정된 메디아도 회전하게 된다. 계속해서 상기 메디아가 고속으로 회전하면 상기 메디아의 표면 위에 생기는 공기막의 압력에 의해 자기 헤드는 일정한 높이로 부상하게 된다. 이와 같이 부상한 상태에서 상기 헤드는 자동적으로 메디아상의 트랙 위치로 이동하고, 드라이브는 인터페이스를 통해 명령을 수행할 수 있는 준비가 되었다는 신호를 호스트 컴퓨터(Host Computer)에 보낸다.
상기와 같이 드라이브의 작동 준비가 끝난 상태에서 읽기/쓰기 정보가 입력되면, 제어회로부의 위치 및 속도 신호에 따라 액츄에이터가 선회축을 중심으로 회전하게 되고, 상기 액츄에이터 선단에 고정된 읽기/쓰기 헤드는 메디아상의 원하는 위치(일정 트랙)로 이동하게 되며, 계속해서 읽기/쓰기 회로부에 의해 상기 헤드는읽기/쓰기 동작을 하게 된다. 이때 헤드의 위치 및 속도는 읽기/쓰기 동작 중에도 제어회로부에 의해 제어된다.
상기와 같이 동작하는 하드디스크 드라이브에서 액츄에이터는 핵심부품인 자기 헤드의 위치를 제어하는 중요한 역할을 함에 따라 상기 액츄에이터의 제어속도나 효율성은 하드디스크 드라이브의 성능에 영향을 미치게 된다.
또한 현대의 효용 정보량이 급속도로 대용량화됨에 따라 이러한 정보를 저장하는 하드디스크 드라이브는 고용량화 뿐만 아니라 정보처리의 고속화도 크게 요구되고 있는 실정이다. 따라서 고용량화를 위해서는 새로운 코드(Code) 방식의 도입이나 기록밀도의 증가등 여러 가지 측면에서 추구되고 있으며, 처리 속도의 측면에서는 디스크의 회전수 증가나 액츄에이터의 경량화 등의 방법들이 추구되고 있다.
제1도는 통상적으로 사용되는 하드디스크 드라이브의 액츄에이터 장치를 도시한 것으로써, 액츄에이터 장치(20)는 아암(21)의 무게 중심부분에 피봇 베어링(22)을 끼워 넣기 위한 홀(23)을 형성한다. 상기 베어링 홀(23)을 기준 하여 상기 아암(21)의 일측에는 자기헤드(24)를 장착하기 위한 헤드 짐벌 어셈블리(25)가 조립되고, 타측에는 보이스 코일 모터(도시되지 않음)의 코일부(26)가 조립된다. 이때 상기 액츄에이터 아암(21)은 상기 헤드 짐벌 어셈블리(25)의 지지 및 프리 앰프(27) 지지 등의 역할을 하며, 또한 상기 아암(21)에 조립되는 코일부(26)는 실제적인 액츄에이터 제어를 위한 구동부가 된다.
상기와 같은 액츄에이터 장치(20)는 보이스 코일 모터의 느린 속도에 비해 헤드(24)의 빠른 속도를 얻기 위해 아암(21)의 길이를 코일부(26)의 길이에 비해크게 한다. 즉, 피봇 베어링(22)의 중심으로 부터 헤드 갭(Head Gap)까지의 거리를 "l gap "이라 하고, 상기 피봇 베어링(22)의 중심으로 부터 보이스 코일 모터의 코일부(26) 중심까지의 거리를 "l coil "이라 하면 헤드 갭의 선속도는 코일부(26) 중심의 선속도에 대하여 다음과 같이 된다.
그러므로 "l gap "이 "l coil "에 비해 긴 만큼에 비례하여 헤드 갭에서의 선속도를 증가시킬 수 있게 된다. 하지만 상기 식(1)의 " Rg/c"는 하드디스크 드라이브의 형상에 따라 크게 제약을 받으며, 특히 소형 하드디스크 드라이브 일수록 " Rg/c"를 증가시키기 어렵게 된다. 즉, 상기 " Rg/c"를 증가시키는 데 한계가 있으므로 상기 " Vgap"을 향상시키기 위해서는 상기 " Vcoil" 자체를 증가시켜야 한다.
그러나 " Vcoil"의 중가는 많은 에너지의 소비 뿐만아니라 보이스 코일 모터의 설계에 큰 어려움을 주게 되고, 결국 헤드의 시크 타임(Seek Time)을 감소시키는데 있어 한계에 도달하게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 시크 타임을 줄일 수 있도록 하기 위해 제어 속도를 증가시키는 액츄에이터 장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적에 따라 본 발명은 통상의 액츄에이터 장치에 있어서, 보이스 코일 모터(VCM)의 코일부와 헤드가 장착되는 아암부를 분리시켜 이들을4절-링크(Four-bar Linkage) 구조로 연결시킨 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면에 의거 상세히 설명될 것이다. 도면들중 동일한 부품들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의하여야 한다.
또한 본 발명의 실시예를 기술함에 있어서, 액츄에이터 및 보이스 코일 모터의 설계 개념에 따른 기술은 차제하고, 4절-링크형 액츄에이터의 구조 및 구동 개념에 대해 치중하도록 한다. 즉 보이스 코일 모터는 액츄에이터의 성능이 최대가 되도록 설계된다는 토대에서 본 발명의 실시예에 따른 4절 링크형 액츄에이터를 기술하도록 하겠다.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 4절-링크형 액츄에이터 장치를 도시한 것으로써, 제3도는 상기 제2도의 액츄에이터 장치를 4절-링크로 도해한 것이다.
상기 제2도를 참조하면, 액츄에이터 장치(10)는 헤드(11)를 장착하게 되는 아암(12)과 보이스 코일 모터의 코일부(13)로 분리하여 이들을 커플러(14)로 피봇 연결한다.
상기 아암(12)은 일측에 상기 헤드(11)를 장착하기 위한 헤드 짐벌 어셈블리(15)를 조립하고, 타측에는 피봇 베어링(16a)을 조립하여 베이스(도시되지 않은)상의 피봇축(17a)에 장착시킨다. 상기 코일부(13)의 일측에 피봇 베어링(16b)을 조립하여 상기 베이스상의 다른 피봇축(17b)에 장착시킨다. 상기 아암(12)의 일지점(무게,동작 등을 고려한 지점)과 상기 코일부(23)의 자유단부(피봇되지 않는 부분)를 상기 커플러(14)로 피봇 연결한다.
상기 커플러(14)는 일측면에 상기 아암(12)의 회전 간격을 제한하기 위한 래치(Latch)(18)를 형성한다. 이때 상기 래치(18)는 상기 베이스의 일측에 형성된 내측 크래쉬 스탑(19a)과 외측 크래쉬 스탑(19b) 사이에 위치하도록 형성하고, 상기 크래쉬 스탑(19a,19b)의 래치(18)와 접촉하는 부분은 탄성재(고무 등의)를 부착하며, 또한 상기 2개의 크래쉬 스탑(19a,19b) 간격은 상기 헤드(11)가 디스크(도시되지 않은)상의 내,외측 한계를 벗어나지 않도록 하는 간격으로 한다.
제3도는 상기 액츄에이터 장치(10)를 4절-링크로 도해한 것으로써, 이를 참조하여 상기한 액츄에이터 장치(10)의 동작에 관련한 수식을 정리하면 다음과 같다.
또한 상기 제3도에서 링크 "a"는 실제로 존재하지 않는 것으로 베이스상에 형성된 피봇축(17a)과 피봇축(17b)의 위치로 결정되고, 링크 "b+e"와 "d"는 크랭크(Crank)로써 각각 종동부인 아암(12)과 구동부인 코일부(13)가 되며, 링크 "c"는 링의 "b+e"와 "d"를 연결하는 커플링(14)이 된다.
상기 제3도에서의 각 링크에 대한 벡터식은이며, 이를 지수식으로 나타내면 다음과 같다.
식(3)을 시간(t)에 대해 미분하면 다음의 복소수 방정식을 얻게 된다.
상기 식(4)의 실수부분과 허수부분을"w2"에 대해 연립하여 풀면,
를 얻을 수 있다. 제2도의 헤드 갭에서의 각 속도는 "w2"이며, 선속도는 Vgap= (b+e) w2...식(6)이고, "d" 링크의 중심에 보이스 코일 모터의 중심이 있다 하면,이다. 식(5), (6) 및 (7)을 식(1)의 형태로 나타내면,
....식(8)과 같이 된다.
종래의 기술에서는 식(1)의 Rg/c와 같이 액츄에이터의 헤드 갭과 보이스 코일 모터 중심의 피봇 베어링 중심까지의 거리만으로 헤드 갭의 선속도가 정해지나 본 발명에서는 식(8)의 Rg/c'과 같이 4-절 링크의 각 요소 구조에 따라 헤드 갭의 선속도가 동일한 보이스 코일 모터의 구동력에서도 크게 변하게 된다. 즉 4-절 링크의 각요소를 적절히 설계함으로써 종래의 기술에서 구현하기 어려운 헤드 갭의 제어 속도를 가지게 할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터 장치의 작용 및 효과를 살펴보면, 제어부에 의한 코일부(13)를 포함한 보이스 코일 모터의 기동으로 상기 코일부(13)가 피봇축(17b)을 중심으로 회전한다. 상기 코일부(13)의 회전에 의해 커플러(14)로 연결된 아암(12)이 피봇축(17a)을 중심으로 각변위를 하게되고 이에 따라 상기 아암(12)선단의 헤드(11)가 디스크상을 이동하면서 읽기/쓰기 동작하게 된다. 이때 상기 보이스 코일 모터의 코일부(13)는 링크 역할을 동시에 하며, 상기커플러(14)는 운동을 액츄에이터 아암(12)에 전달한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 액츄에이터의 동작 및 제한(예를 들면 ID,OD,Crash stop)을 위한 기구물은 4-절 링크의 어느 요소에나 적용될 수 있으므로 설계가 용이하고, 각각의 피봇 및 가동힌지점의 위치나 또는 링크의 길이를 조절함으로써 빠른 액츄에이터 제어 속도를 구현할 수 있는 잇점이 있다.
제1도는 종래의 액츄에이터 장치를 나타낸 도면
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터 장치를 나타낸 도면
제3도는 제2도의 액츄에이터 장치를 4절-링크 구조로 나타낸 도면
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10: 액츄에이터 장치 11: 헤드
12: 액츄에이터 아암(Arm) 13: 액츄에이터 코일부
14: 커플러(Couppler) 15: 헤드 짐벌 어셈블리
16a,b: 피봇 베어링 17a,b: 피봇 축
18: 래치(Latch) 19a,b: 내,외측 크래쉬 스탑

Claims (8)

  1. 헤드를 장착하기 위한 아암과, 회전구동을 위한 보이스 코일 모터의 코일부를 형성하는 하드디스크 드라이브의 액츄에이터 장치에 있어서,
    상기 아암(12)과, 상기 코일부(13)를 4절-링크형으로 연결하여 구동시키는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 액츄에이터 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 아암(12)과 코일부(13)는 분리시켜 베이스상에 형성된 각각의 피봇축(17a),(17b)에 각각 피봇 고정하고, 이들을 커플러(14)로 피봇 연결시키는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 액츄에이터 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 커플러(14)는 상기 아암(12)의 비피봇점 일측과 상기 코일부(13)의 자유단을 피봇 연결함을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 액츄에이터 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 아암(12)과 코일부(13) 각각의 베이스 피봇점에서 각각의 상기 커플러(14) 피봇점까지의 거리는 상기 코일부(13)간의 거리보다 상기 아암(12)간의 거리가 작게 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 액츄에이터 장치.
  5. 헤드를 장착하기 위한 아암과, 회전구동을 위한 보이스 코일 모터의 코일부를 형성하는 하드디스크 드라이브의 액츄에이터 장치에 있어서,
    상기 아암(12)과, 상기 코일부(13)를 분리시켜 베이스상에 각각 피봇 고정하고, 상기 아암(12)과 코일부(13)의 일측을 커플러(14)로 피봇 연결하여 구동시키되 상기 커플러(14)의 일측면에 상기 아암(12)의 회전 간격을 제한하기 위한 래치(18)를 형성한 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 액츄에이터 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 베이스는 일측에 내측 크래쉬 스탑(19a)과 외측 크래쉬 스탑(19b)을 형성하여 그 사이에 상기 커플러(14)의 래치(18)가 위치하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 액츄에이터 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 커플러(14)는 상기 아암(12)의 비피봇점 일측과 상기 코일부(13)의 자유단을 피봇 연결함을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 액츄에이터 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 아암(12)과 코일부(13) 각각의 베이스 피봇점에서 각각의 상기커플러(14) 피봇점까지의 거리는 상기 코일부(13)간의 거리보다 상기 아암(12)간의 거리가 작게 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 액츄에이터 장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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