KR100397600B1 - 하드디스크드라이브용헤드스택어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명의 하드 디스크 드라이브용 헤드 스택 어셈블리는 피봇에 선회운동이 가능하게 설치되는 액츄에이터와, 그 액츄에이터 의 일단부에 연장되어 결합된 로드 빔과, 그 로드 빔의 단부에 고정되어 자기 디스크에 기록된 정보를 독출하거나 새로운 정보를 기록하는 자기 헤드 및 상기 액츄에이터의 타단부에 결합되어 액츄에이터의 선회운동을 위한 구동력을 제공하는 보이스 코일 모터를 구비하는 헤드 스택 어셈블리에 있어서, 상기 헤드 스택 어셈블리의 회전중심과 충격중심이 일치되는 지점에 상기 피봇이 설치되어 있다.

이와 같이 회전중심과 충격중심이 일치되는 지점에 회전축인 피봇이 설치되므로, 보이스 코일 모터의 구동 시 피봇 베어링에 발생되는 상대적인 반력을 최소화시킬 수 있고, 그에 따라 헤드 스택 어셈블리가 안정적으로 선회운동할 수 있으며, 그 결과 자기 헤드와 디스크의 트랙간의 위치오차를 대폭 감소시킬 수 있다.

Description

하드 디스크 드라이브용 헤드 스택 어셈블리

본 발명은 하드 디스크 드라이브(hard disc drive)에 관한 것으로서, 더 상세히는 선회운동을 하면서 자기 디스크에 기록된 정보를 독출하거나 자기 디스크에 새로운 정보를 기록하는 자기 헤드를 가지는 헤드 스택 어셈블리(head stack assembly)에 관한 것으로 헤드 스택 어셈블리의 회전중심인 피봇(pivot) 베어링에 발생하는 반력을 최소화시킬 수 있는 하드 디스크 드라이브용 헤드 스택 어셈블리에 관한 것이다.

하드 디스크 드라이브는 컴퓨터의 보조기억장치들 중의 하나로서, 자기 헤드에 의해 디스크에 저장된 정보를 재생하거나, 디스크에 새로운 정보를 기록함으로써 컴퓨터의 시스템 운영에 기여하게 된다. 이와 같은 하드 디스크 드라이브에 있어서, 자기 헤드와 디스크의 상대 운동을 제어하는 액츄에이터는 지기기록용량 및 드라이브의 성능을 좌우한다. 초기의 대형 자기 디스크에는 선형 직선운동에 의해 자기 헤드의 위치를 제어하는 아암 형태가 채용되었으나, 최근에는 드라이브의 소형화, 고속화 및 고정밀도화에 부응하여 회전형 아암 형태가 주류를 이루고 있다.

제1도는 일반적인 하드 디스크 드라이브의 구성을 개략적으로 나타내 보인 평면도이다.

제1도를 참조하면, 하드 디스크 드라이브는 기기의 외부 하우징을 이루는 베이스 플레이트(101)와, 정보의 저장을 위한 자기 디스크(102)와, 그 자기 디스크(102)에 정보를 기록하거나 디스크에 기록된 정보를 읽어내기 위한 헤드 스택 어셈블리(103) 및 헤드 스택 어셈블리(103)를 자기 디스크(102)의 반경방향으로 왕복 선회운동시키기 위한 구동력을 제공하는 보이스 코일 모터(104)로 구성된다.

상기 자기 디스크(102)는 클램프(105)에 의해 스핀들 모터(미도시)의 허브(106)에 고정되고, 상기 헤드 스택 어셈블리(103)는 피봇(pivot)(103p)을 중심으로 선회운동이 가능하게 설치된다. 그리고, 이 헤드 스택 어셈블리(103)는 액츄에이터(103a)와, 그 액츄에이터(103a)에 연장되어 결합된, 탄성력을 가지는 판재형의 로드 빔(load beam)(103b)과, 로드 빔(103b)의 단부에 고정되어 상기 자기 디스크(102)에 기록된 정보를 독출하거나 자기 디스크(102)에 새로운 정보를 기록하는 자기 헤드(103h)로 구성된다.

또한, 상기 자기 헤드(103h)와 거의 180˚반대방향의, 액츄에이터(103a)의 일측 단부에는 강자성체의 철편(107)이 설치되고, 그 철편(107)의 선회운동 궤적 상에는 하드 디스크 드라이브의 정지 시, 상기 철편(107)을 끌어당겨 흡착함으로써 상기 헤드 스택 어셈블리(103)를 고정시키기 위한 래치(latch)(108)가 설치된다. 여기서, 이 래치(108)는 영구자석(108m)과 그 영구자석(108m)을 지지 및 고정하는 고정부재(108s)로 구성된다.

한편, 제2도는 상기와 같은 하드 디스크 드라이브에 채용되는 회전형 헤드 스택 어셈블리의 다른 예를 나타내 보인 것으로서, 이 헤드 스택 어셈블리(203)는 액츄에이터(203a)의 후단부에 고리형 보이스 코일 모터(204)가 마련되어 있는 점이 상기 제1도에 도시된 드라이브의 헤드 스택 어셈블리(103)와 다르다. 참조부호 203p는 피봇, 203b는 로드 빔, 203h는 자기 헤드를 각각 나타낸다.

이상과 같은 헤드 스택 어셈블리(203)에 있어서, 통상 어셈블리 전체의 회전중심은 질량중심과 일치되도록 설계된다. 이와 같이 회전중심을 질량중심과 일치시키는 것은 자기 디스크(102:제1도 참조)가 외부로부터 병진력을 받을 때, 헤드 스택 어셈블리(203)가 피봇(203p)의 회전축을 중심으로 비틀림력을 받는 것을 방지하여 자기 헤드(203h)와 자기 디스크(102)의 순간적인 충격으로 인한 손상을 방지하기 위한 것이다. 그러나, 이와 같은 설계방식에 의한 상기 헤드 스택 어셈블리(203)는 구동 시 피봇(203p)의 베어링에 측방향의 반력을 발생시키게 된다. 즉, 보이스 코일 모터(204)에서 발생시키는 구동력(F)이 헤드 스택 어셈블리(203)의 질량중심에 각가속도를 유발하며, 이로 인해 구동력의 반대방향으로 피봇(203p)의 베어링에 충격력(R)이 가해져 자기 헤드(203h) 의 운동방향에 접선방향으로 공진을 유발하게 되는 것이다. 이와 같은 공진을 준-강체 진동 모드(quasi-rigid body vibration mode)라고도 하며, 이는 근본적으로 헤드 스택 어셈블리(203)의 질량과 피봇(203p)의 베어링의 강성 및 공차로 인해 발생되는 측방향 공진모드이다. 실제로 헤드 스택 어셈블리(203)의 1차 공진주파수는 3∼4kHz이며, 준-강체 진동 모드로서 15∼20dB의 이득을 가진다. 따라서, 헤드 스택 어셈블리(203)의 제어에 있어서, 제어기의 밴드 폭을 제한하는 주요 원인이 된다.

이러한 한계점을 극복하기 위하여 종래에는 제3도에 도시된 바와 같이 보이스 코일 모터(304a)(304b)가 2개의 평면형 코일로 분리되어 구성된 HOPE(high-speed orthogonal power effect) 헤드 스택 어셈블리가 개발되었다. 이로 인해 1차 공진주파수 발생 대역을 9.9kHz로 높이고, 이득을 4dB 이하로 저감시켰다. 그러나, 이 방식은 2개의 보이스 코일 모터(304a)(304b)의 코일이 양쪽으로 분산되어 있어, 헤드 스택 어셈블리의 종방향 회전을 유발하는 단점이 있다. 제3도에서 참조부호 303a는 액츄에이터, 303b는 로드 빔, 303h는 자기 헤드, 그리고 303p는 피봇을 각각 나타낸다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 감안하여 창출된 것으로서, 보이스 코일 모터의 구동 시 피봇 베어링에 가해지는 반력을 최소화 시키고, 회전체가 안정적으로 선회운동할 수 있도록 하는 하드 디스크 드라이브용 헤드 스택 어셈블리를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 헤드 스택 어셈블리는,

피봇에 선회운동이 가능하게 설치되는 액츄에이터와, 그 액츄에이터의 일단부에 연장되어 결합된 로드 빔과, 그 로드 빔의 단부에 고정되어 자기 디스크에 기록된 정보를 독출하거나 새로운 정보를 기록하는 자기 헤드 및 상기 액츄에이터의 타단부에 결합되어 액츄에이터의 선회운동을 위한 구동력을 제공하는 보이스 코일 모터를 구비하는 헤드 스택 어셈블리에 있어서,

상기 헤드 스택 어셈블리의 회전중심과 충격중심이 일치되는 지점에 상기 피봇이 설치되어 있는 점에 그 특징이 있다.

이와 같이 회전중심과 충격중심이 일치되는 지점에 회전축인 피봇이 설치되므로, 보이스 코일 모터의 구동 시 피봇 베어링에 발생되는 상대적인 반력을 최소화시킬 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제4도는 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 헤드 스택 어셈블리의 장치구성을 보여주는 평면도이다.

게4도를 참조하면, 본 발명의 하드 디스크 드라이브용 헤드 스택 어셈블리(403)는 피봇(403p)에 선회운동이 가능하게 설치되는 액츄에이터(403a)와, 그 액츄에이터(403a)의 일단부에 연장되어 결합된 로드 빔(403b)과, 그 로드 빔(403b)의 단부에 고정되어 자기 디스크(102:제1도 참조)에 기록된 정보를 독출하거나 새로운 정보를 기록하는 자기 헤드 (403h) 및 상기 액츄에이터(403a)의 타단부에 결합되어 액츄에이터(403a)의 선회운동을 위한 구동력을 제공하는 보이스 코일 모터(404)로 구성된다.

여기서, 특히 상기 피봇(403p)은 헤드 스택 어셈블리(403)의 회전중심과 충격중심이 일치되는 지점에 설치된다. 이는 강체의 회전중심, 질량중심 및 외력의 작용점 및 방향의 관계에 있어서, 외력에 대한 반력이 회전중심에 전혀 작용하지 않는 작용점의 위치가 존재한다는 회전체 충격중심의 원리에 입각한 것이다. 여기서, 이 충격중심의 원리에 대해 제5도를 참조하여 설명해 보기로 한다.

제5도에서, F는 회전중심점(52)과 질량중심점(53)을 지나는 중심축(51)에 대해 수직 방향으로 작용하는 외력, R은 각가속도로 인해 발생하는 질량 중심에 대한 관성력, L은 상기 회전중심점(52)과 외력 작용점(54) 사이의 거리, D는 질량중심점(53)과 외력작용점(54) 사이의 거리, 그리고, θ는 상기 중심축(51)의 회전각도를 나타낸다. 그리고, 회전체의 질량을 m, 질량중심에서의 관성모멘트를 I라고 할 때, 외력(F)이 가해질 때 회전중심에서 발생되는 모멘트의 합은 다음과 같은 식으로 표현될 수 있다.

ΣMomemt= I'θ= 0 ....... (1)

그리고, 상기 식(1)을 다시 정리하면 다음과 같이 표현된다.

LF = {[+m(L-D)²}θ ......(2)

또한, 중심축에 수직한 반력이 회전중심에 작용하지 않는 경우를 식으로 표현하면 다음과 같다.

ΣForce = R-F = 0 .......(3)

여기서, 관성력 R = m(L-D)θ 이므로, 외력 F는

F = m(L-D)θ ........(4)

상기 식(4)를 상기 식(2)에 대입하여 정리하면,

Lm(L-D) = {I+m(L-D)²} .......(5)

그리고, 상기 식(5)를 L에 관해 정리하면,

L = (I+mD²)/mD .......(6)

가 얻어진다.

따라서, 상기 질량중심점(53)과 외력작용점(54)이 정해지면, 그 두 지점 사이의 거리 D가 구해지고. 거리 D가 구해지면, 상기 식(6)에 의해 L이 구해진다. 그리고, 그 L에 의해 반력이 작용하지 않는 회전중심의 위치를 알 수 있게 된다. 여기서, 이렇게 해서 구해진 회전중심의 위치는 곧 회전체의 충격중심의 위치가 된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 헤드 스택 어셈블리는 회전중심과 충격중심이 일치되는 지점에 회전축인 피봇이 설치되므로, 보이스 코일 모터의 구동 시 피봇 베어링에 발생되는 상대적인 반력을 최소화시킬 수 있고, 그에 따라 헤드 스택 어셈블리가 안정적으로 선회운동할 수 있으며, 그 결과 자기 헤드와 디스크의 트랙간의 위치오차를 대폭 감소시킬 수 있다.

제1도는 일반적인 하드 디스크 드라이브의 구성을 개략적으로 나타내 보인 평면도.

제2도는 제1도의 하드 디스크 드라이브에 채용되는 종래 회전형 헤드 스택 어셈블리의 일예를 나타내 보인 평면도.

세3도는 종래 회전형 헤드 스택 어셈블리의 다른 예를 나타내 보인 평면도.

제4도는 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브용 헤드 스택 어셈블리의 평면도.

제5도는 제4도의 헤드 스택 어셈블리에 적용된 충격중심의 원리를 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

101... 베이스 플레이트 102...자기 디스크

103,203,403...헤드 스택 어셈블리

103a,203a,303a,403a... 액츄에이터

103b,203b,303b,403b...로드 빔

103h,203h,303h,403h...자기 헤드

103p,203p,303p,403p...피봇

104,204,304a,304b,404...보이스 코일 모터

105...클램프 106...허브

107...철편 108...래치

108m...영구자석 108s...고정부재

Claims (1)

1. 피봇에 선회운동이 가능하게 설치되는 액츄에이터와, 그 액츄에이터 의 일단부에 연장되어 결합된 로드 빔과, 그 로드 빔의 단부에 고정되어 자기 디스크에 기록된 정보를 독출하거나 새로운 정보를 기록하는 자기 헤드 및 상기 액츄에이터의 타단부에 결합되어 액츄에이터의 선회운동을 위한 구동력을 제공하는 보이스 코일 모터를 구비하는 헤드 스택 어셈블리에 있어서,

   상기 헤드 스택 어셈블리의 회전중심과 충격중심이 일치되는 지점에 상기 피봇이 설치되며, 상기 충격중심은 회전체의 외력작용점과 회전중심점(충격중심점) 사이의 거리를 L, 질량중심에서의 관성모멘트를 I, 회전체의 질량을 m, 회전체의 질량중심점과 외력작용점 사이의 걸리를 D라 할 때,

   L = (I+mD²)/mD

   의 식에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브용 헤드 스택 어셈블리.