KR100430063B1 - Fine actuator for data storage device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정보저장기기용 미세구동기에 관한 것으로, 양측에 배치된 압전소자의 팽창 수축력을 이용하여, 힌지메카니즘 플레이트측 힌지를 통해 서스펜션의 움직임을 구동시키고, 압전소자는 작은 입력전압으로 움직임이 큰 변위를 얻을 수 있도록 복수개로 적층된 구조를 갖는다.The present invention relates to a micro-driver for an information storage device, by using the expansion and contraction force of the piezoelectric elements disposed on both sides, to drive the movement of the suspension through the hinge mechanism plate side hinge, the piezoelectric element is large movement with a small input voltage The structure has a plurality of stacked structures so as to obtain displacement.
Description
본 발명은 하드디스크와 같은 정보저장기기에 사용되는 구동기에 관한 것으로, 특히 보이스 코일 모터(VCM: Voice Coil Motor)가 가지는 저장용량의 한계를 극복하도록 압전소자를 이용하여 읽고 쓰는(R/W) 장치를 트랙방향으로의 정밀 제어 이동을 가능하도록 한 정보저장기기용 미세구동기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driver used in an information storage device such as a hard disk, and more particularly, to read and write using a piezoelectric element to overcome the limitation of the storage capacity of a voice coil motor (VCM) (R / W). The present invention relates to a microdriver for an information storage device which enables a precise control movement in a track direction.
컴퓨터나 디지털 사진기 등에 쓰이는 보조기억 장치의 용량은 계속 커지고 있는 추세이다. 현재, 이러한 보조기억장치들은 대부분 디스크에 자장이나 광자기 또는 최근에는 실 렌즈(SIL Lens)를 이용 근접장에서 광학적인 방법을 사용한다.The capacity of auxiliary storage devices used in computers and digital cameras is increasing. At present, most of these auxiliary memory devices use an optical method in the near field by using a magnetic field or magneto-optical on a disk, or more recently, a SIL lens.
이러한 디스크 저장기기에는 일반적으로 디스크의 기록을 읽고 쓰는 장치(R/W장치)를 갖고 디스크 표면위에 부상하는 슬라이더(slider)와 이것을 지지하는 서스펜션(Suspension; 완충부재), 그리고 슬라이더와 서스펜션을 모두 매달고 회전운동을 하는 이-블록(E-Block)으로 이루어진다. 여기에서 회전운동을 일으키는 방법으로 VCM(Voice Coil Motor)을 이용한다.Such disc storage devices generally have a device that reads and writes discs (R / W devices), suspended sliders on the surface of the disc, suspensions for supporting them, and suspended sliders and suspensions. It consists of an E-Block that rotates. Here, VCM (Voice Coil Motor) is used as a method of causing the rotational movement.
그러나 최근에 저장용량이 점점 커짐에 따라 VCM만으로는 앞으로의 저장용량을 구현할 수 없다. 저장용량이 커지려면 슬라이더에 높인 R/W장치를 보다 정밀하고 높은 주파수대역에서 제어할 수 있어야하지만, VCM만으로는 이러한 한계가 나타나고 있다. 따라서, 제어의 정밀도와 주파수 대역을 높이기 위한 대안이 필요하다.However, as storage capacity increases in recent years, VCM alone cannot realize future storage capacity. In order to increase the storage capacity, it is necessary to control the R / W device mounted on the slider in a more precise and high frequency band, but VCM alone shows this limitation. Therefore, there is a need for an alternative to increase the precision of the control and the frequency band.
따라서 본 발명은 보조기억장치의 메카니즘에서 VCM의 한계를 극복하기 위하여 VCM도 조동구동기로 사용하고 이-블록과 서스펜션사이에 또 다른 구동기를 부착하는 이중서보 방식을 채택한다.Therefore, in order to overcome the limitations of the VCM in the mechanism of the auxiliary memory device, the VCM is also used as a coarse driver and adopts a double servo method for attaching another driver between the e-block and the suspension.
또한, 압전소자에 인가하는 전압을 낮추고 동시에 같은 주파스대역과 구동범위를 가지는 적층형 압전소자를 적용한다. 이러한 압전소자를 한쌍을 사용하므로써 서스펜션에 회전운동을 가하여 R/W장치를 디스크의 트랙방향으로 정밀제어한다.In addition, a multilayer piezoelectric element having the same frequency band and driving range as the voltage applied to the piezoelectric element is reduced. By using a pair of such piezoelectric elements, a rotational motion is applied to the suspension to precisely control the R / W device in the track direction of the disc.
이러한 운동을 정밀하게 운동시키기 위하여 압전소자의 수축, 팽창을 순수한 회전운동으로 바꾸어주고 운동을 안내하는 안내자인 힌지메카니즘을 사용하게 된다. 이러한 이중서보방식을 채택하여 VCM의 한계를 극복하고 보조기억장치의 용량한계를 극복함에 그 목적이 있다.In order to precisely move this motion, the hinge mechanism, which is a guide for guiding the motion, is used to convert the contraction and expansion of the piezoelectric element into pure rotational motion. The purpose of this dual-servo method is to overcome the limitations of VCM and the capacity limit of auxiliary memory.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,Specific means of the present invention for achieving the above object,
디스크의 기록을 읽고 쓰는 장치를 갖고 디스크 표면위에 부상하는 슬라이더 (11)와, 상기 슬라이더(11)를 지지하는 서스펜션(12)과, 상기 슬라이더(11)와 서스펜션(12)을 모두 매달고 회전운동을 하는 이-블록(13)을 포함한 하드디스크 드라이브에 있어서,A slider 11 having a device for reading and writing a record of the disk, which floats on the surface of the disk, a suspension 12 supporting the slider 11, and the slider 11 and the suspension 12 are all suspended and rotated. In a hard disk drive comprising an e-block 13,
상기 서스펜션(12)에 연결되는 서스펜션 연결부(21)와;A suspension connecting portion 21 connected to the suspension 12;
상기 서스펜션 연결부(21)의 일단측으로 중앙에 구비된 회전중심측 힌지(22)와;A rotation center side hinge 22 provided at the center toward one end of the suspension connecting portion 21;
상기 회전중심측 힌지(22)에 연장되고 상기 이-블록(13)에 연결되는 이-블록 연결부(23)와;An e-block connecting portion (23) extending to the rotation center side hinge (22) and connected to the e-block (13);
상기 회전중심측 힌지(22)의 양측으로 상기 서스펜션 연결부(21)에 구비된 압전소자측 힌지(24,26)를 포함하는 힌지메카니즘 플레이트(20)를 구비하고,A hinge mechanism plate 20 including piezoelectric element side hinges 24 and 26 provided at the suspension connection portion 21 on both sides of the rotation center side hinge 22,
상기 힌지메카니즘 플레이트(20)에는, 일단이 상기 이-블록 연결부(23)에 연결되고 타단이 상기 압전소자측 힌지(24,26)측에 각기 연결되어 구동전압을 인가받을 경우 상기 슬라이더(11)를 디스크의 트랙방향으로 움직임을 유도하도록 양쪽에 배치된 한쌍의 압전소자 어셈블리(30,31)를 포함한 것을 특징으로 한다.In the hinge mechanism plate 20, one end is connected to the e-block connecting portion 23 and the other end is connected to the piezoelectric element side hinges 24 and 26, respectively, to receive the driving voltage. It characterized in that it comprises a pair of piezoelectric element assemblies (30, 31) disposed on both sides to induce movement in the track direction of the disc.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정보저장기기용 미세구동기의 개념설명도.1 is a conceptual diagram illustrating a micro driver for an information storage device according to an embodiment of the present invention.
도 2a는 본 발명의 실시예에 적용되는 힌지메카니즘 플레이트의 사시도.Figure 2a is a perspective view of the hinge mechanism plate applied to the embodiment of the present invention.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 정보저장기기용 미세구동기의 정면도.Figure 2b is a front view of the micro driver for the information storage device according to an embodiment of the present invention.
도 3a, 3b는 도 2b에서 압전소자 어셈블리의 적층된 다양한 전극 배치구조를 나타낸 도면.3A and 3B illustrate various stacked electrode arrangement structures of the piezoelectric element assembly in FIG. 2B;
도 4는 정보저장기기용 미세구동기의 작동에 따른 힌지를 포함한 응력 분포도를 모의 실험한 결과도.Figure 4 is a simulation result of the stress distribution including the hinge according to the operation of the micro-driver for the information storage device.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
20 : 힌지메카니즘 플레이트 21 : 서스펜션 연결부20: hinge mechanism plate 21: suspension connection
22 : 회전중심측 힌지 23 : 이-블록 연결부22: rotation center side hinge 23: E-block connection
24, 26 : 압전소자측 힌지 25,27 : 제1평탄부24, 26: piezoelectric element side hinge 25, 27: first flat part
28,29 : 제2평탄부 30,31 : 압전소자 어셈블리28,29: second flat portion 30, 31: piezoelectric element assembly
30a,30b,31a,31b : 압전소자30a, 30b, 31a, 31b: piezoelectric element
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정보저장기기용 미세구동기의 개념설명도이고, 도 2a는 본 발명의 실시예에 적용되는 힌지메카니즘 플레이트의 사시도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 정보저장기기용 미세구동기의 정면도이고, 도 3a, 3b는 도 2b에서 압전소자 어셈블리의 적층된 다양한 전극 배치구조를 나타낸 도면이다.1 is a conceptual diagram of a micro-driver for an information storage device according to an embodiment of the present invention, Figure 2a is a perspective view of a hinge mechanism plate applied to an embodiment of the present invention, Figure 2b according to an embodiment of the present invention 3A and 3B illustrate various stacked electrode structures of the piezoelectric element assembly in FIG. 2B.
도 1 내지 도 2b에서 도면부호 20은 힌지메카니즘 플레이트이다.In Figs. 1 and 2b, reference numeral 20 denotes a hinge mechanism plate.
상기 힌지메카니즘 플레이트(20)는, 도 1과 같이 상기 서스펜션(12)에 연결되는 서스펜션 연결부(21)와, 상기 서스펜션 연결부(21)의 하단측 중앙에 구비된 회전중심측 힌지(22)와, 상기 회전중심측 힌지(22)에 연장되고 이-블록(13)에 연결되는 이-블록 연결부(23)와, 상기 회전중심측 힌지(22)의 양측으로 상기 서스펜션 연결부(21)에 구비된 압전소자측 힌지(24,26)를 포함하고 있다.The hinge mechanism plate 20, the suspension connection portion 21 is connected to the suspension 12, as shown in Figure 1, the center of rotation hinge 22 is provided at the center of the lower end side of the suspension connection portion 21, An e-block connecting portion 23 extending to the rotation center side hinge 22 and connected to the e-block 13, and piezoelectric elements provided at the suspension connection part 21 on both sides of the rotation center side hinge 22. The element side hinges 24 and 26 are included.
여기서 상기 서스펜션(12)은 디스크의 기록을 읽고 쓰는 장치를 갖고 디스크 표면위에 부상하는 슬라이더와(11)를 지지하는 부분이고, 이-블록(13)은 상기 슬라이더(11)와 서스펜션(12)을 모두 매달고 회전운동을 하는 부분을 가리킨다.Wherein the suspension 12 is a portion for supporting the slider 11 and the floating on the surface of the disk having a device for reading and writing the recording of the disk, the e-block 13 is the slider 11 and the suspension 12 It points to the parts that hang and rotate.
본 실시예에서 힌지메카니즘 플레이트(20)는 수지재로 제작되어 있고, 상기 힌지(22,24,26)는 필름피봇을 이루고 있다.In the present embodiment, the hinge mechanism plate 20 is made of a resin material, and the hinges 22, 24, and 26 form a film pivot.
상기 힌지메카니즘 플레이트(20)에는, 일단이 상기 이-블록 연결부(23)에 연결되고 타단이 상기 압전소자측 힌지(24,26)측에 각기 연결되어 구동전압을 인가받을 경우 상기 슬라이더(11)를 디스크(1)의 트랙방향으로 움직임을 유도하도록 양쪽에 배치된 한쌍의 압전소자 어셈블리(30,31)를 포함하고 있다.In the hinge mechanism plate 20, one end is connected to the e-block connecting portion 23 and the other end is connected to the piezoelectric element side hinges 24 and 26, respectively, to receive the driving voltage. It includes a pair of piezoelectric element assemblies (30, 31) disposed on both sides to induce movement in the track direction of the disk (1).
상기 한쌍의 압전소자 어셈블리(30,31)는 상기 압전소자측 힌지(24,26)측에 단차를 갖고 연장된 평탄한 제1평탄부(25,27)와, 상기 이-블록 연결부(23)에 단차를 갖고 평탄한 제2평탄부(28,29)에 동시에 장착되어 있다.The pair of piezoelectric element assemblies 30 and 31 may be formed on the flat first flat portions 25 and 27 and the e-block connecting portion 23, having a step extending on the piezoelectric element side hinges 24 and 26 side. It is attached to the 2nd flat part 28 and 29 which have a level | step difference.
상기 한쌍의 압전소자 어셈블리(30,31)는 도 3a,3b와 같이 +,-극성 (Polarization)의 방향이 반대인 압전소자(30a,30b)(31a,31b)를 복수개로 적층된 구조를 갖고, 또 어느 한쪽의 압전소자 어셈블리(30)가 팽창하면 다른쪽 압전소자 어셈블리(31)가 수축하고 반대로 어느 한쪽의 압전소자 어셈블리(30)가 수축하면 다른쪽 압전소자 어셈블리(31)가 팽창하도록 전압에 배선되어 있다.The pair of piezoelectric element assemblies 30 and 31 have a structure in which a plurality of piezoelectric elements 30a, 30b and 31a and 31b having opposite polarization directions are stacked as shown in FIGS. 3A and 3B. When the other piezoelectric element assembly 30 expands, the other piezoelectric element assembly 31 contracts. On the contrary, when one piezoelectric element assembly 30 contracts, the other piezoelectric element assembly 31 expands. It is wired to.
압전소자(30a,30b)(31a,31b)를 적층하는 이유는 같은 크기와 재료의 경우 같은 기계적 강성을 가지고 단위 전압당 변위(m/V)의 값이 적층하는 배수만큼 커지게 되는 효과를 가지기 때문이다. 즉, 구동전압을 작게하고 움직일 수 있는 변위의 양을 크게 할 수 있기 때문이다.The reason for stacking the piezoelectric elements 30a and 30b (31a and 31b) is to have the same mechanical stiffness for the same size and material, and to have the effect that the value of displacement per unit voltage (m / V) is increased by a multiple of stacking. Because. In other words, the driving voltage can be reduced and the amount of displacement that can be moved can be increased.
이때 배선도에서 전기적 입력전압은 적층을 하는 개수에 관계없이 한 개 또는 두 개가 될 수 있다. 도 3a는 입력전압(V)이 한 개이고, 도 3b는 입력전압(V)(-V)이 2개의 경우를 나타낸다.At this time, the electrical input voltage in the wiring diagram may be one or two regardless of the number of stacking. FIG. 3A shows one input voltage V, and FIG. 3B shows two input voltages V (−V).
도 3a의 경우 극성(Polarization)방향이 한쪽이 +--+의 순으로 적층되어 있고, 다른 한쪽이 그 반대방향인 -++-적층된 상태에서 한 개의 입력전압(V)에 연결된 상태이다.In the case of FIG. 3A, the polarization direction is stacked in the order of +-+, and the other side is connected to one input voltage V in the-++-stacked state in the opposite direction.
도 3b의 경우 극성(Polarization)방향이 양쪽 모두 -++-의 순으로 적층되어 있고, 두 개의 입력전압(V)(-V)에 연결된 상태이다.In the case of FIG. 3B, both polarization directions are stacked in the order of − ++, and are connected to two input voltages V and −V.
여기서 상기 압전소자 어셈블리(30,31)와 힌지메카니즘 플레이트(20) 표면과의 연결은 전기적으로 도통이 가능하도록 힌지메카니즘 플레이트(20)의 표면에는 전도성 수지재로 도전 처리함이 바람직하다.In this case, the connection between the piezoelectric element assemblies 30 and 31 and the surface of the hinge mechanism plate 20 may be electrically conductively treated on the surface of the hinge mechanism plate 20 with a conductive resin so as to be electrically conductive.
따라서 상기 압전소자 어셈블리(30,31)의 +,-의 극성에 도 3a,3b와 같이 구동전압(V)(-V)을 인가시키면 길이방향으로 전압에 비례하여 어느 한쪽이 팽창하면 다른 한쪽은 수축을 하게 된다.Therefore, when the driving voltage V (-V) is applied to the polarity of + and-of the piezoelectric element assemblies 30 and 31 as shown in FIGS. 3A and 3B, the other side is expanded in proportion to the voltage in the longitudinal direction. Contraction.
이같이 압전소자 어셈블리(30,31)가 팽창과 수축을 행하게 되면, 도 1과 같이 힌지메카니즘 플레이트(20)측 압전소자측 힌지(24,26)의 움직임이 증폭되어서 서스펜션(12)의 최종단에 연결된 슬라이더(11)가 트랙방향으로 움직임이 유도된다.When the piezoelectric element assemblies 30 and 31 perform expansion and contraction as described above, the movement of the piezoelectric element side hinges 24 and 26 on the hinge mechanism plate 20 side is amplified as shown in FIG. 1 to the final end of the suspension 12. The connected slider 11 is induced to move in the track direction.
이때 서스펜션 연결부(21)의 회전중심은 중앙에 구비된 회전중심측 힌지(22)가 된다. 이러한 정보저장기기용 미세구동기의 작동에 따른 힌지를 포함한 응력 분포도를 모의 실험한 결과도가 도 4에 나타나 있다.At this time, the rotation center of the suspension connection portion 21 is a rotation center side hinge 22 provided in the center. The simulation results of the stress distribution including the hinge according to the operation of the micro driver for the information storage device are shown in FIG. 4.
이같이 동작하는 본 발명의 미세구동기는 높은 주파수 대역과 높은 분해능(정밀도)을 가지는 압전소자(30,31)가 채택되고, 동시에 압전소자(30,31)에 인가되는 전압을 낮추고 동시에 같은 주파수 대역과 구동범위을 가지는 적층형으로 구성함으로서 슬라이더(11)를 트랙방향으로 정밀 제어할 수 있다.The micro driver of the present invention operating as described above adopts piezoelectric elements 30 and 31 having a high frequency band and high resolution (precision), and simultaneously lowers the voltage applied to the piezoelectric elements 30 and 31 and simultaneously By constructing a stacked type having a driving range, the slider 11 can be precisely controlled in the track direction.
한편 본 발명은, 상기 서스펜션(12)과 힌지메카니즘 플레이트(20)를 일체로 제작할 수 있다.In the present invention, the suspension 12 and the hinge mechanism plate 20 can be manufactured integrally.
또한, 본 발명은 상기 이-블록(13)과 힌지메카니즘 플레이트(20)를 일체로 제작할 수도 있으며, 나아가 상기 이-블록(13)과 힌지메카니즘 플레이트(20) 및 서스펜션(12)을 일체로 제작할 수도 있다.In addition, the present invention may be integrally manufactured with the e-block 13 and the hinge mechanism plate 20, and further, the e-block 13 and the hinge mechanism plate 20 and the suspension 12 may be integrally manufactured. It may be.
이와 같이 구성된 본 발명의 정보저장기기용 미세구동기에 따르면, 슬라이더에 장착되는 R/W장치를 디스크의 트랙방향으로 정밀 제어할 수 있다. 따라서 VCM의 한계를 극복하고 보조기억장치의 용량을 한층 높일 수 있다.According to the micro driver for the information storage device of the present invention configured as described above, the R / W device mounted on the slider can be precisely controlled in the track direction of the disc. Therefore, it is possible to overcome the limitations of VCM and increase the capacity of the auxiliary storage device.
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