KR100436885B1 - 정보저장기기의 진동감쇠장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기 디스크 드라이브 또는 광디스크 드라이브와 같은 정보저장기기의 진동감쇠에 관한 것으로 더 상세하게는 압전체와 션트 회로가 정보저장기기의 내,외부에 설치되어 정보저장기기의 회전 등에 의한 내부의 진동 및 외부로부터의 진동을 3축 방향에 대해 완화시킬 수 있는 정보저장기기의 진동 감쇠장치에 관한 것이다.

본 발명의 정보저장기기의 진동감쇠장치는, 광디스크 드라이브 또는 자기 디스크 드라이브 등과 같은 정보저장기기의 진동감쇠장치에 있어서, 상기 정보저장기기의 내,외부 구조물 또는 스핀들 모터와 같은 진동원을 포함하고 있는 정보저장기기 구성 부품의 임의의 위치에 단일 또는 적정수로 부착되는 압전체와, 상기 정보저장기기 구성 부품에 부착된 압전체에 전달되는 진동에너지를 열로 소산시키기 위해 해당 압전체에 연결된 션트 회로와, 상기 압전체의 부착 위치는 정보저장기기의 내,외부 구조물 형상과 크기에 따른 가진 동특성을 추출하여 공진주파수가 큰 부분에 대응하여 부착시켜 구성된 것을 특징으로 한다. 이에 따라 정보저장기기의 내,외부 또는 구조물 등의 직간접 가진원을 감쇠시키는데 있어서 간단한 구조를 통해 진동을 흡수할 수 있으며, 다양한 가진원에 대한 진동 감쇠성능을 일정하게 나타내면서 큰 감쇠효과를 얻을 수 있고, 기기의 고속화와 재생 및 기록시간의 감축 그리고 정보 입,출력의 안정화에 적합한 진동감쇠장치를 제공할 수 있다.

Description

정보저장기기의 진동감쇠장치{Device of reducing vibration for Information storage Disk Drive}

본 발명은 자기 디스크 드라이브 또는 광디스크 드라이브와 같은 정보저장기기의 진동감쇠에 관한 것으로 더 상세하게는 압전체와 션트 회로가 정보저장기기의내,외부에 설치되어 정보저장기기의 회전 등에 의한 내부의 진동 및 외부로부터의 진동을 3축 방향에 대해 완화시킬 수 있는 정보저장기기의 진동 감쇠장치에 관한 것이다.

일반적으로 자기 디스크 드라이브, 광디스크 드라이브 등 정보저장기기에는 저장매체의 소정 위치에 정보를 기록하고 재생하는 기록계와, 매체를 회전시키고 기록계를 이동시키는 모터 및 그 구동계, 그리고 재생과 기록 신호를 처리하는 신호 조작계 등이 구비된다.이와 같은 다양한 정보저장기기는 그 특성상 저장 매체가 분당 3000~10000 회전 가량 회전되고 있으며, 기록계 역시 소정의 위치에 정보를 기록, 재생하기 위해 동작하여야 하므로 기기 내부에 항상 진동원을 포함하게 된다.

내부 진동원은 기록계와 모터계를 가진시켜 정보의 기록과 재생에 문제를 일으킬 수 있으며, 또한 정보저장기기 외부로 전파되어 다수의 정보저장기기가 설치된 경우 타 정보저장기기의 외부 진동원이 되거나 정보저장기기 설치용 케이스를 가진시켜 진동,소음 등을 발생시킨다. 고속 구동인 경우 이 같은 현상이 더 크게 나타난다.

도 1은 턴테이블(1) 어셈블리를 데크 베이스(2)에 고정시킨 광디스크 드라이브의 분해도로서, 진동 및 소음을 감쇄시키기 위한 구조가 부분적으로 적용된 예이다.

광디스크 드라이브의 턴테이블(1) 어셈블리와 데크 베이스(2) 사이에 구성되는 진동 및 소음 감쇠를 위한 구조의 주요 부분은, 데크 베이스(2)의 평면위 네군데 모서리 부분에 형성된 댐퍼홀(3)과, 상기 댐퍼홀(3)을 중심으로 턴테이블(1) 어셈블리를 고정 시키기 위해 상기 댐퍼홀(3)과 일치하는 네 곳의 모서리부에 형성된 턴테이블(1)상의 나사홈(4)과, 상기 데크 베이스(2)의 댐퍼홀(3)과 턴테이블(1)의 나사홈(4)을 서로 일치시켜 데크 베이스(2)에 턴테이블(1)을 안착시켜 고정시키는 나사(5)와, 상기 데크 베이스(2)의 댐퍼홀(3)과 턴테이블(1)의 나사홈(4) 사이에 게재되는 에어댐퍼(6)로 이루어진다.

따라서, 도 1의 광디스크 자기 드라이브의 경우, 나사(5)로 데크 베이스(2)와 턴테이블(1)을 결합시키기 전에 그 사이에 감쇠재(에어댐퍼)를 설치하여 데크 베이스(2)와 턴테이블(1) 사이에 형성되는 내,외부 가진원을 사전에 줄일 수 있도록 설계된 것으로 볼 수 있다.

감쇄재로는 그 내부에 빈공간이 있는 얇은 플라스틱 에어댐퍼나 내부에 오일이 주입된 오일댐퍼 또는 고무 마운트 등이 사용되지만 완벽한 감쇠효과를 발휘하기에는 부족한 실정이다. 기존의 자기 디스크 드라이브의 경우는 통상 저장기기 내,외부에 특별한 감쇠장치 없이 그대로 사용되기 때문에 최근 정보저장기기의 회전수의 고속화, 재생 및 기록시간의 감축 그리고 정보 입,출력의 안정화 추세에 많은 문제점을 안고 있는 실정이다.

또 다른 예로서 압전체를 이용한 능동진동제어 장치 및 방법이 제안되어 있다. 그러나 압전체를 이용한 능동진동제어 장치를 적용하는 경우, 기존의 에어댐퍼 등을 이용한 감쇠구조 보다 우수한 감쇠성능을 보이지만 이를 구현하기 위해서는 제어 대상의 위치 및 속도 등을 감지하기 위한 센서, 압전체를 구동하기 위한 증폭회로 등의 복잡한 부속장치를 필요로 하므로 기술적인 문제와 경제성 등을 충족시키기는 어려웠다.

따라서 본 발명의 목적은 정보저장기기의 내,외부 또는 구조물 등의 직간접 가진원을 감쇠시키는데 있어서 비교적 간단한 구조를 통해 정보저장기기의 진동을 흡수할 수 있게 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 정보저장기기에 형성되는 다양한 가진원에 대한 진동 감쇠성능을 일정하게 나타내면서 큰 감쇠효과를 얻을 수 있게 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 정보저장기기의 고속화와 재생 및 기록시간의 감축 그리고 정보 입,출력의 안정화에 적합한 진동감쇠장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정보저장기기의 진동감쇠장치는,광디스크 드라이브 또는 자기 디스크 드라이브 등과 같은 정보저장기기의 진동감쇠장치에 있어서,상기 정보저장기기의 내,외부 구조물 또는 스핀들 모터와 같은 진동원을 포함하고 있는 정보저장기기 구성 부품의 임의의 위치에 단일 또는 적정수로 부착되는 압전체와,상기 정보저장기기 구성 부품에 부착된 압전체에 전달되는 진동에너지를 열로 소산시키기 위해 해당 압전체에 연결된 션트 회로와,상기 압전체의 부착 위치는 정보저장기기의 내,외부 구조물 형상과 크기에 따른 가진 동특성을 추출하여 공진주파수가 큰 부분에 대응하여 부착시켜 구성된 것을 특징으로 한다.

이렇게 압전체를 정보저장기기의 진동원에 부착하고, 부착된 압전체에 션트 회로를 연결함으로서 비교적 간단한 구조로 충분한 진동감쇠 결과를 얻을 수 있게된다.

도 1은 일반적인 광디스크 드라이브에 구성된 종래의 정보저장기기 진동감쇠의 예를 보인 도면

도 2는 광디스크 드라이브에 적용된 본 발명의 진동감쇠장치의 구성 예

도 3은 자기 디스크 드라이브에 적용된 본 발명의 다른 구성 예

도 4는 본 발명에 따른 션트 회로 모델로서,

(a)는 압전체와 저항으로 구성된 직렬 션트 회로,

(b)는 압전체와 저항, 인덕터로 구성된 직렬 션트 회로,

(c)는 압전체와 커패시터로 구성된 직렬 션트 회로

도 5는 본 발명에 따른 가상 인덕터의 회로도

도 6은 본 발명과 관련된 2자유도 기계진동 모델

도 7은 도 6의 전기적 임피던스 회로 모델

도 8은 본 발명과 관련된 1차원 기계진동 구조물에 압전체 및 션트 회로가 장착된 모델

도 9는 유한요소법을 이용한 광학 디스크 드라이브용 데크 베이스의 모델 해석 결과에 따른 압전체의 부착 위치 결정 예를 설명하기 위한 도면

도 10의 (a)(b)(c)는 각각 변위로부터 전기에너지를 발생하는 압전체로서,

(a)는 두께 방향,

(b)는 길이방향,

(c)는 굽힘 변위로부터 전기에너지를 발생하는 압전체의 특성을 설명하기 위한 도면

도 11은 본 발명에 따른 압전체와 저항, 인덕터로 구성된 병렬 션트 회로의 구성 예를 나타낸 도면

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10:정보저장기기 11:압전체

12:션트회로 13:데크베이스

14:턴테이블(어셈블리) 15:스핀들모터

16:상부덮개 17:스핀들축고정부

18:하부덮개 19:스핀들축

20:하부시스템 21:상부시스템

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참고로 설명하면 다음과 같다.

도 2는 광디스크 드라이브에 적용된 본 발명의 구성 예이고, 도 3은 자기 디스크 드라이브에 적용된 본 발명의 구성 예이며, 도 4는 각각 본 발명에 따른 션트 회로 모델로서, (a)는 압전체와 저항으로 구성된 직렬 션트 회로, (b)는 압전체와 저항, 인덕터로 구성된 직렬 션트 회로, (c)는 압전체와 커패시터로 구성된 직렬 션트 회로이다.

도 5는 가상의 인덕터(synthetic inductor) 회로도이며, 도 6은 2자유도 기계진동 모델이며, 도 7은 도 6의 전기적 임피던스 회로 모델을 나타낸다. 도 8은 1차원 기계진동 구조물에 압전체 및 션트 회로가 장착된 모델 이며, 도 9는 유한요소법을 이용한 광학 디스크 드라이브용 데크 베이스의 모델 해석 결과이고, 도 10의 (a)(b)(c)는 각각 변위로부터 전기에너지를 발생하는 압전체로서, (a)는 두께 방향, (b)는 길이방향, (c)는 굽힘 변위로부터 전기에너지를 발생하는 압전체의 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 압전체와 저항, 인덕터로 구성된 병렬 션트 회로의 예를 나타낸 것이다.

본 발명은 도 2 및 도 3과 같이, 단일 또는 다수의 압전체(11)를 정보저장기기(10)의 내,외부 구조물 또는 스핀들 모터와 같은 진동원을 포함하고 있는 부품에 부착하고, 단일 또는 다수의 션트 회로(12)를 정보저장기기에 부착된 압전체(11)와 연결하여 진동에너지를 열로 소산시킬 수 있게 하여 정보저장기기(10)의 진동을 감쇠하도록 구성된다.

즉, 정보저장기기(10)의 내,외부 구조물 또는 스핀들 모터와 같은 진동원을 포함하고 있는 정보저장기기 구성 부품의 임의의 위치에 단일 또는 적정수로 부착된 압전체(11)와, 정보저장기기(10) 구성 부품에 부착된 압전체(11)에 전달되는 진동에너지를 열로 소산 시키기 위해 해당 압전체(11)에 연결된 션트 회로(12)의 구성 형태로서, 압전체 중 높은 손실계수를 갖는 압전 세라믹을 특성이 파악된 정보저장기기의 주요 모드의 변위 발생지점에 설치하거나 스핀들 모터와 같은 진동원 자체에 부착하고, 션트 회로(12)는 정보저장기기(10)의 기존 회로기판에 설치하거나 독립된 회로기판으로 적당하게 장착하여 구성할 수 있다.

도 2는 압전체(11)를 광디스크 드라이브의 데크 베이스(13)와 턴테이블(14)에 장착된 스핀들 모터(15)에 장착하는 경우이며, 도 3은 압전체(11)를 자기 디스크의 상부 덮개(16)의 스핀들 축 고정부(17)에 하부 덮개(18)의 스핀들 축(19)을 중심으로 장착하고, 그 주변에 션트 회로(12)를 구성하여 스핀들 모터의 진동이 자기 디스크로 전달되는 것을 감소시키는 예로서, 각각의 경우 모두 독립된 션트 회로(12) 기판을 사용 예로 들었다.

압전체(11) 그리고 션트 회로(12)에 의한 정보저장기기(10)의 진동감쇠 원리는, 진동 등에 있어서 수동 감쇠재로 대표적인 고무 등과 같은 점탄성재는 손실계수와 그 주파수 영역이 서로 상반된 관계에 있기 때문에 사용에 한계가 있지만 압전세라믹 등과 같은 압전체는 높은 강성과 높은 손실계수를 갖고 있으며 이러한 압전체의 강성은 압전체 전극 사이의 전기적 경계조건에 따라 변화하므로 압전체의강성변화에 의한 감쇠효과는 점탄성재와 같은 방법으로 나타낼 수 있다.

압전체로 부터는 능동진동제어에 사용되는 강성변화에 의한 감쇠효과 이외에도 에너지 측면에서 감쇠효과도 얻을 수 있는데, 개회로(open circuit) 상태에서의 압전체는 외부로 부터의 압력으로 인한 기계적 에너지를 전극 표면에 자유전하의 형태, 즉 전기적 에너지 형태로 저장하며, 이때 전극 양단에 저항을 걸어주면 축적 되었던 전하 중 일부가 압전체의 양단에 연결된 저항을 통해 열로써 에너지를 소산 시킨다. 이같은 에너지 소산으로 인한 시스템의 감쇠효과는 압전체를 이용한 수동감쇠로 볼 수 있으며 본 발명의 작동 원리이다.

한편, 감쇠재로 사용되는 압전체(11)의 양단에 연결되는 회로는 도 4의 (a)(b)(c)와 같은 션트(suunt) 회로로서, 도 4와 같이 저항으로 구성된 션트 회로의 경우, 압전체(11)에 의해 변환된 전기에너지가 저항에서 열로써 소산된다. 저항과 인덕터(inductor) 또는 도 5와 같이 가상의 인덕터(synthetic inductor) 회로인 경우 인덕터는 압전체 고유의 정전용량과 함께 변환된 전기에너지를 저장하며 션트 회로에 구조물의 공진 주파수에 가까운 공진을 발생시켜 해당 모드에서 보다 많은 전하가 이동할 수 있도록 함으로서 에너지 소산을 도와주게 된다.

그 예를 도 6에 2자유도의 질량-감쇠기-스프링 모델을 나타내었다. 도 7은 기계-전기 상사이론과 모빌리티-임피던스 변환법을 이용하여 도 6을 임피던스 모델로 나타낸 것이다. 도 6에서 하부시스템(20)이 공진할 때 상부시스템(21)에 공진을 일으키도록 하여 두 시스템 사이의 상대 운동으로 전체 시스템의 진동을 억제할 수 있으며 상부시스템(21)을 압전체(11)와 션트 회로(12)를 이용하여 구성하면 도 8과같이 되어 도 7과 차이가 없게 된다. 따라서 적절한 회로구성을 통하여 션트 회로에 공진을 발생시키도록 함으로써 압전체와 션트 회로의 조합을 통해 전체 모델의 진동감쇠역할을 수행할 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 정보저장기의 진동 감쇠 방법은, 유한요소법을 이용한 해석 또는 모델 실험을 행하여 정보저장기기의 내,외부 구조물 또는 부품의 모드 형상과 크기 등 특성을 파악하고 이에 따라 정보저장기기(10)에 대한 압전체(11)의 종류와 부착위치를 결정한다. 도 9는 광디스크 드라이브의 내부 구조물 중 하나인 데크 베이스(13)의 유한 요소 해석 결과를 예로서 나타낸 것으로, 내부 혹은 외부 가진에 의해 발생된 특정 공진 주파수에서 (13a)~(13d) 지점의 변위가 타 지점에 비해 크게 발생하는 것을 보이고 있으며 따라서 상기 지점이 효율적인 압전체(11)의 부착 위치가 된다.

데크 베이스(13)와 같은 정보저장기기의 임의의 위치에 부착되는 압전체(11)는 도 10의 (a)~(c)와 같이 변위 발생 방향에 따라 나눌 수 있는데, 도 9의 예에서 보여지듯이 구조물의 모드 형상에 맞추어 압전체(11)의 종류를 선택한다. 예를 들면 도 9의 13c 지점의 경우 도 10의 (a)와 같이 압전체(11)를 13c번 지점의 하부에 부착하는 것이 효율적인 감쇠효과를 가져올 수 있으며, 13b 지점은 도 10의 (b)와 같은 압전체(11)를 하부에 붙이는 것이 바람직하다. 또한 압전체(11)를 구조물 혹은 부품 등에 부착할 때에는 에폭시 등과 같은 경화성 접착제로 부착하여 압전체(11)와 정보저장기기 사이의 진동 및 감쇠 전달효율 저하를 방지한다.

압전체(11)가 포함된 션트 회로(12)는 구조물에 진동이 발생될 때, 부착된압전체(11)에 발생된 전하를 열로써 소산시켜 구조물의 진동을 삼쇠시키는 회로이다. 션트 회로는 구조물의 공진과는 관계없이 단지 저항만으로 회로를 구성하여 진동에 의해 압전체에 발생된 전하를 열 에너지로 소산시키거나 구조물의 공진주파수와 션트 회로의 공진주파수를 일치시킴으로서 저항만으로 구성된 션트 회로에 비해 보다 원할한 전하의 흐름을 유도하고 이에 따라 구조물의 진동에너지를 효율적으로 소산시키는 역할을 한다.

전자의 경우 션트 회로 구성은 도 4의 (a)와 같다. 이때 션트 회로에 발생되는 임피던스는 다음의 식(1)로 표현되므로 구조물의 임피던스를 기계-전기 상사이론과 모빌리티-임피던스 변환법을 이용하여 신출한 후 션트 회로의 저항을 조절하거나 압전체(11)를 교체하여 얻어지는 정전용량의 변화로 회로의 임피던스를 구조물의 임피던스와 일치시켜 소산되는 진동에너지의 양을 최대로 한다.

...................(1)

여기서,

ZRC : 저항과 압전재료로 구성된 션트 회로의 임피던스

R : 저항값

C : 압전재료의 정전용량

w : 2 pi f,각속도

후자의 경우 션트 회로 구성은 도 4의 (b)와 같이, 저항과 인덕터 또는 가상 인덕터(도 5)로 구성된다. 이 경우 션트 회로의 임피던스는 다음 식(2)로 표현되고, 다음 식(3)을 이용하여 션트 회로의 공진을 결정할 수 있기 때문에 구조물의 특성을 파악하고 진동을 감쇠시킬 주파수를 결정한 후 저항, 인덕터, 압전체를 이용하여 션트 회로의 공진주파수를 구조물의 해당 주파수와 일치시켜 진동에너지의 소산을 더욱 원할히 할 수 있게 된다.

...................(2)

...................(3)

여기서,

ZRC : 저항과 인덕터, 압전재료로 구성된 션트 회로의 임피던스

R : 저항값

L : 인덕턴스

w : 2 pi f,각속도

한편, 구조물과 션트 회로 사이의 공진 주파수를 일치시키기 위하여 저항값,정전 용량, 인덕턴스 등의 튜닝이 가능한데, 보통 압전재료 즉, 정전용량의 선택 폭이 저항값이나 인덕턴스의 선택 폭보다 제한적이므로 압전재료(정전용량)를 먼저 선정하고 이에 맞추어 션트회로를 구성하는 것이 바람직하다. 또한 보다 큰 인덕턴스를 얻기 위해 가상 인덕터를 사용하는 경우 션트 회로에는 전력공급이 요구되어 일반 인덕터를 사용하는 션트 회로에 비하여 전체적인 회로 구성의 용이성이 떨어지는 단점이 있으나 요구되는 전력량이 보통 수 와트(Watt) 미만으로 작고 일반 인덕터에서 구현이 불가능한 크기의 인덕턴스를 발생시킬 수 있으며 또한 쉽게 실시할 수 있기 때문에 기존 정보저장기기 내에서 션트 회로를 구현하는데는 별다른 문제가 없다.

션트 회로는 직렬 구성외에 도 11과 같은 병렬형 구성 또는 직,병렬의 혼합 구성도 가능하고 작동원리는 전술한 직렬형과 다르지 않다.

이와 같이 본 발명은 단일 또는 다수의 압전체와 션트 회로를 정보저장기기 내,외부 구조물 혹은 모터 및 구동계, 기록계 등에 부착하고 정보저장기기에 진동이 발생되는 경우 압전체에 생성된 전하를 션트 회로에 의해 열로써 소산시킬 수 있으므로 수동 감쇠효과를 얻어 정보저장기기의 진동을 효과적으로 억제할 수 있는 것이다.

본 발명의 실시예를 나타낸 도 2 및 도 3은 현재 가장 흔하게 사용되는 데스크 탑 컴퓨터의 정보저장기기인 광디스크 드라이브(도 2)와 자기 디스크 드라이브(도 3)를 예로 들었으나 같은 구성으로 이동용 컴퓨터의 정보저장기기나 차세대 정보저장기기인 근접광학 기록용 정보저장기기, 홀로그래픽 정보저장기기 등 내부 진동원 및 외부 가진을 포함하는 모든 정보저장기기에 적용될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 자기 디스크 드라이브 또는 광디스크 드라이브와 같은 정보저장기기의 구조물 내, 외부에서 발생되는 가진원을 간단한 구조로 감쇠시켜 정보저장기기의 신뢰성을 향상 시키는 효과가 있다. 또한, 정보저장기기의 진동감쇠를 목적으로 적용되는 감쇠구조의 적용을 경제적으로 적용할 수 있게함으로서 전체적으로 정보저장기기의 고신뢰성 저비용 제조를 가능하게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 정보저장기기의 고속화와 재생 및 기록시간의 감축 그리고 정보 입,출력의 안정화에 적합한 진동감쇠 구조를 제공할 수 있으며, 다양한 정보저장기기에 적용 가능한 효과가 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 광디스크 드라이브 또는 자기 디스크 드라이브 등과 같은 정보저장기기의 진동감쇠장치에 있어서,

   정보저장기기의 내,외부 구조물 또는 스핀들 모터와 같은 진동원을 포함하고 있는 정보저장기기 구성 부품의 임의의 위치에 단일 또는 적정수로 부착되는 압전체와,

   상기 정보저장기기 구성 부품에 부착된 압전체에 전달되는 진동에너지를 열로 소산시키기 위해 해당 압전체에 연결된 션트 회로로 이루어지고,

   상기 압전체의 부착 위치는 정보저장기기의 내,외부 구조물 형상과 크기에 따른 가진 동특성을 추출하여 공진주파수가 큰 부분에 대응하여 부착한 것을 특징으로 하는 정보저장기기의 진동 감쇠장치.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 션트 회로의 구성 부품이 인덕터 및 가상 인덕터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정보저장기기의 진동감쇠장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 압전체와 션트 회로의 연결이 직렬 연결로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정보저장기기의 진동감쇠장치.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 압전체와 션트 회로의 연결이 병렬 연결로 구성된 것을 특징으로 하는 정보저장기기의 진동감쇠장치.