KR100445565B1 - 디스크 드라이브의 자동조심장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전체의 회전불균형을 자동으로 보정해주는 디스크 드라이브의 자동조심장치에 관한 것이다. 본 발명의 자동조심장치는 조심작용을 위한 볼(45)이 주행되는 주행면중 내측주행면(42)의 조도를 외측주행면(41)의 조도보다 더 거칠게 하여 내측주행면(42)과 볼(45) 사이의 마찰저항에 의해 특히 디스크가 수직으로 장착되어 회전되는 경우에 볼(45)에 작용하는 중력을 극복하면서 신속하게 볼(45)을 안정화시켜 조심작용이 원활하게 이루어지도록 한다.

Description

디스크 드라이브의 자동조심장치{Disk driver having auto balancer}

본 발명은 자동조심장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전체의 회전불균형을 자동으로 보정해주는 디스크 드라이브의 자동조심장치에 관한 것이다.

회전체가 회전할 때에는 여러가지 원인에 의해 회전불균형이 발생할 수 있다. 이와 같은 회전불균형을 제거하기 위한 장치가 자동조심장치이다. 자동조심장치는 여러가지 장치에서 사용되고 있으나, 본 명세서에서는 특히 CD 나 DVD와 같은 디스크에 신호를 기록재생하기 위한 장치를 예로 들어 자동조심장치를 설명하기로 한다.

디스크 드라이버의 고속화가 이루어지면서 디스크의 고속회전시에 발생하는 회전불균형이 문제되고 있다. 이와 같은 디스크의 회전불균형은 디스크 상에 기록된 신호의 정확한 재생과 디스크에의 정확한 신호기록을 어렵게 만드는 요인이 된다.

이와 같은 디스크의 회전불균형은 일반적으로 디스크의 제조시에 발생하는 디스크 자체의 불균일(편중심이 있는 경우)에 의해 발생하는 경우가 가장 많으며, 특히 디스크 회전속도가 고속화되면서 더 문제되고 있다. 그리고, 디스크를 턴테이블에 정확하게 장착하지 않은 경우에도 회전불균형이 발생할 수 있다.

상기와 같은 디스크의 회전불균형을 해결하기 위한 오토밸런싱장치에는 크게 디스크를 잡아주는 클래프에 구비되는 경우와 디스크를 회전시켜 주는 스핀들모터 측에 구비되는 경우로 크게 분류할 수 있으며, 도 1에는 스핀들모터 측에 오토밸런싱을 위한 구성을 설치한 것이 도시되어 있다.

이에 따르면, 회전축(6)의 상단에 설치된 턴테이블(7)의 하면에 볼케이스(9)가설치되어 있다. 이와 같은 볼케이스(9)는 상기 턴테이블(7)과 같이 원판상으로 이루어진 것으로 그 내부에 다수개의 볼(10)이 위치되는 공간이 형성되어 있다. 상기 공간의 내면 외측벽은 상기 볼(10)이 주행되는 외측 주로면(9o)을 형성한다. 그리고, 상기 볼케이스(9)는 그 중앙을 관통하여 상기 회전축(6)이 압입설치되어 있다.

상기 볼케이스(9)에 형성된 공간에는 디스크의 회전시에 회전불균형을 보정하기 위한 볼(10)이 다수개 구비되어 있다. 상기 볼(10)은 금속재질로 형성된다. 그리고, 상기 볼케이스(9)의 공간 내측에는 마그네트(11)가 설치되어 있다. 상기 마그네트(11)는 평상시에는 상기 볼(10)이 상기 공간 내부에서 자유롭게 유동되지 않도록 구속하는 역할을 한다. 이와 같은 마그네트(11)의 표면은 내측 주로면(9i)을 형성한다.

한편, 상기 볼케이스(9)의 하부에는 스핀들모터(3)가 설치되어 있고, 상기 스핀들모터(3)의 회전자(5)는 상기 회전축(6)과 일체로 회전되도록 회전축(6)에 연결설치되어 있다. 그리고, 상기 스핀들모터(3)는 기판(1) 상에 설치된다.

이와 같은 구성을 가지는 종래 기술에 의한 오토밸런싱장치가 동작되는 것을설명한다. 상기 스핀들모터(3)의 회전에 의해 회전축(6)이 회전되고, 또한 상기 턴테이블(2)이 디스크를 회전시킨다.

이때, 상기 디스크가 고속으로 회전되어 디스크의 회전불균형이 발생하게 되면, 상기 볼케이스(9)의 내부에 있던 볼(10)이 상기 볼케이스(9)의 외측주로면(9o)을 따라 상대적으로 이동하면서 디스크의 회전불균형을 보정하게 된다.

즉 도 2b에 도시된 바와 같이, 편중심이 있는 디스크(D)에서는 상기 볼(10)이 상기 볼케이스(9) 내의 공간의 일측에 모여 편중심을 보정하게 된다. 그리고 도 2a에는 편중심이 없는 디스크(D)를 나타낸 것으로, 편중심이 없는 경우에는 상기 볼(10)이 상기 볼케이스(9) 내의 공간에 고르게 정렬된다.

한편, 디스크 드라이버를 수직으로 세워서 사용하는 경우에는 상기 볼(10)에 작용하는 중력에 의해 다음과 같은 문제점이 발생한다.

즉, 디스크 드라이버를 수직으로 세워져 사용되는 경우에 기술적으로 어려운 점은 오토밸런싱이 잘 되면서 동시에 상기 볼(10)이 조기에 안정화되어야 한다는 것이다. 여기서 안정화(Auto Alignment)란 스핀들모터(3)의 회전원심력으로 볼(10)이 상기 볼케이스(9)의 외측주로면(9o)에 자리를 잡아 균형을 유지하는 것을 말한다.

일반적으로 오토밸런싱이 잘 되기 위해서는 볼(10)이 주행하는 외측주로면(9o)의 조도, 동심도 및 진원도 등이 좋아서 볼(10)과 외측주로면(9o)사이의 마찰계수가 최소가 되어야 한다.

반면에 볼이 조기에 안정화되기 위해서는 상기 볼(10)과 외측주로면(9o) 사이의 마찰계수가 커서 수직자세에서도 볼(10)에 주어지는 중력을 극복하면서 볼(10)을 밀어올릴 수 있어야 한다.

따라서, 종래에는 이와 같이 오토밸런싱과 볼의 안정화의 서로 상반된 특성 때문에, 이중 어느 하나를 희생하는 방법으로 설계를 하였다. 결국 디스크 드라이버의 기본성능에 절대적으로 영향을 미치는 진동감소에 우선순위를 두고 설계를 하여 자연히 볼 밸런싱이 늦게 되어, 저배속에서 오토밸런싱이 안되거나, 불안전하게 되어 진동 및 소음이 유발되는 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해 채용한 방법이 도 3에 도시된 바와 같이 수직자세에서 상기 볼(10)을 쳐올려 주는 돌기(11)를 형성한 것이다. 즉, 상기 볼(10)이 주행되는 볼케이스(9) 내부의 내측 주로면(9i)과 외측 주로면(9o)사이에는 상기 볼(10)이 위치된 상태에서 약간의 갭이 있는데, 도 3b에 잘 도시된 바와 같이, 하나의 볼(10)이 그 전후의 볼(10)사이에 끼여 내측 주로면(9i)쪽으로 밀려지면, 상기 돌기(11)에 부딪히게 되고, 따라서, 상기 돌기(11)에 의해 볼(10)이 튀어올라가면서 저배속조건에서도 오토밸런싱이 이루어지게 된다. 여기서 일단 상기 볼(10)이 튀어 올라가면 원심력에 의해 정렬된 상태에서 계속 회전을 하게 된다.

그러나, 이러한 방식의 가장 큰 문제점은 상기 돌기(11)에 의해 볼(10)이 쳐올려 질 때 발생하는 소음이다. 즉, 볼(10)의 밸런싱이 이루어지지 않기 때문에 발생하는 소음을 해결하기 위해 또 다른 소음을 만들어 낸 것이 되고, 이와 같은 소음은 또한 불규칙적이고 듣기에 거북한 것이다.

또 다른 문제점은, 상기와 같은 볼(10)과 돌기(11)의 충돌이 반복됨에 의해볼(10)이 손상되고, 돌기(11)에 의해 쳐올려진 볼(10)이 외측 주로면(9o)에 충격을 가해 그 표면이 손상됨에 의해 밸런싱능력이 나빠지게 되는 문제점이 있다.

그리고, 상기 볼(10)을 쳐올려주는 돌기(11)가 오랜 동안 사용되면 충격에 의해 손상되어 설계된 대로의 성능을 발휘하지 못하게 되어 신뢰성이 떨어지게되는 문제점도 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하는 것으로, 회전불균형 제거와 볼의 조기 안정화를 모두 만족시키는 자동조심장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 자동조심장치를 구비한 디스크매체의 기록재생장치를 제공하는 것이다.

도 1은 디스크 드라이버에서 사용되는 종래 기술에 의한 자동조심장치의 구성을 보인 단면도.

도 2a는 종래 기술에 의한 자동조심장치에서 편중심이 없는 디스크에 대해서 볼이 정렬된 상태를 보인 작동상태도.

도 2b는 종래 기술에 의한 자동조심장치에서 편중심을 보상하기 위해 볼이 정렬된 상태를 보인 작동상태도.

도 3a는 수직자세에서 볼을 쳐올리는 돌기가 구비된 종래 기술에 의한 자동조심장치의 구성을 보인 부분단면도.

도 3b는 도 3a에 도시된 자동조심장치의 구성 및 동작을 보인 평단면도.

도 4는 본 발명에 의한 자동조심장치의 일실시예의 구성을 보인 부분단면도.

도 5는 도 4에 도시된 자동조심장치의 구성 및 동작을 보인 평단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20: 기판 30: 스핀들모터

35: 턴테이블 40: 볼케이스

41: 외측주행면 42: 내측주행면

45: 볼

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 디스크를 회전시키는 회전체에 설치되고 외측 주행면과 내측 주행면을 갖는 환형의 주행공간과, 상기 주행공간에 장착되는 볼을 포함하는 디스크 드라이브의 자동조심장치에 있어서, 상기 내측 주행면의 마찰계수가 외측 주행면의 마찰계수보다는 크고, 상기 내측 주행면의 표면조도는 적어도 0.7μm 이상이며, 상기 회전체의 회전수가 3000rpm 이전에 상기 볼의 안정화가 이루어지도록 표면조도가 결정된다.

상기 자동조심장치가 디스크를 턴테이블에 안착시켜 회전가능하게 고정하는 클램퍼에 구비될 수 있다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 지면에 대해 수직한 평면에서 회전하는 회전체의 회전불균형을 보다 효과적으로 보정할 수 있게 되는 이점이 있다.

이하 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 4 및 도 5에 도시된 바에 따르면, 기판(20) 상에 설치된 스핀들모터(30)에는 턴테이블(35)이 연결설치되어 있다. 상기 스핀들모터(30)는 디스크의 회전을 위한 구동력을 제공하는 역할을 한다. 그리고, 상기 턴테이블(35)은 디스크가 안착되는 곳으로, 상기 스핀들모터(30)에 의해 구동되어 디스크를 회전시키게 된다. 상기와 같은 구성에 의해 디스크는 회전되고, 이와 같이 회전되는 디스크에 신호를 기록하고 재생하는 것은 별도의 픽업유니트(도시되지 않음) 등의 구성이 필요하다. 하지만 디스크에 신호를 기록하고 재생하기 위한 구성은 본 발명의 요지와 관계없으므로 여기서는 그 설명을 생략한다.

한편, 상기 턴테이블(35)의 하면(여기서 하면이란 턴테이블에 디스크가 안착되는 면을 상면으로 보아 생각한 것이다)에는 디스크의 회전불균형을 보정하기 위한 자동조심장치가 구비된다. 즉, 볼케이스(40)가 턴테이블(35)의 하면에 구비된다. 그리고, 상기 볼케이스(40)의 내부에는 조심작용을 위한 다수개의 볼(45)이 설치된다. 상기 볼케이스(40)의 내부에는 상기 볼(45)이 주행되는 공간이 환형으로 구비되는데, 상기 공간에는 상기 볼(45)의 주행을 안내하는 외측주행면(41)과 내측주행면(42)이 각각 형성되어 있다. 참고로, 상기 턴테이블(35)이 회전하는 회전중심을 기준으로 상대적으로 회전중심에 가까운 쪽을 내측으로 상대적으로 회전중심에서 먼쪽을 외측으로 표현하였다.

여기서, 상기 외측주행면(41)과 내측주행면(42)은 그 표면조도가 달리 형성되어 있어 상기 볼(45)과 주행면(41,42) 사이의 마찰계수가 각각의 주행면(41,42)에 대해 달라진다.

이때, 상기 외측주행면(41)은 오토밸런싱이 잘 되도록 마찰계수가 작게 형성하여야 한다. 즉, 상기 외측주행면(41)은 조도를 좋게 함과 동시에, 그 동심도 및 진원도를 최상의 조건으로 만들어 준다. 이와 같이 함에 의해 상기 외측주행면(41)을 따라 볼(45)이 주행될 때, 볼(45)과의 마찰저항이 최소가 되도록 한다.

그리고, 상기 내측주행면(42)은 상기 외측주행면(41) 보다 조도를 나쁘게 하여 볼(45)과의 마찰저항을 크게 하여, 특히 디스크가 수직으로 세워져 회전되는 경우에 볼(45)에 가해지는 중력을 극복하면서 볼(45)이 잘 끌어올려지도록 하여, 특히 저배속의 회전수에서 볼(45)이 빨리 안정화(Alignment)되면서 조기에 오토밸런싱이 이루어지도록 하는 것이다.

이와같이 상기 내측주행면(42)의 조도는 외측주행면(41)의 조도보다 나쁘게 하여 볼(45)과 내측주행면(42) 사이의 마찰을 크게 하는데, 상기 내측주행면의 조도가 0.7μm이상으로 되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 볼케이스(40) 내부의 공간중 상기 외측주행면(41)과 내측주행면(42)을 제외한 나머지 면, 즉 상기 외측주행면(41)과 내측주행면(42) 사이를 연결하는 내부공간의 상하면의 조도 역시 상기 외측주행면(41)의 조도와 같은 조건으로 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기와 같은 구성의 자동조심장치는 본 실시예에서와 같이 턴테이블(35)에 구비될 수도 있고, 상기 스핀들모터(30)에 설치될 수도 있다. 그리고, 도면으로 도시되지는 않았지만, 상기 턴테이블(35)에 디스크를 파지하는 클램퍼에 설치될 수도 있다.

이와 같은 자동조심장치가 동작되는 것을 설명하기로 한다. 상기 스핀들모터(30)가 구동되면서 상기 턴테이블(35)이 회전하면 디스크가 회전하게 된다. 이때, 상기 디스크 자체에 편중심이 있을 경우에 회전불균형이 발생하게 된다.

디스크에 편중심이 있어 회전불균형이 발생하게 되면, 상기 볼케이스(40) 내부에서 주행되는 볼(45)이 상기 회전불균형을 보정하기 위해 일측으로 몰리게 된다. 여기서, 일반적으로 상기 디스크가 지면에 대해 수직으로 세워져 회전하는 경우에는 특히 상기 볼(45)에 중력이 가해지게 되어 상기 볼(45)이 디스크의 편중심을 보정하기 위한 위치로 이동하는 것이 어렵게 된다.

하지만 본 발명에서는 상기 내측주행면(42)의 조도를 나쁘게 하여 볼(45)과의 마찰저항이 크게 하였으므로, 볼(45)이 도 5에 도시된 바와 같이 내측주행면(42)과 접촉되어 끌어올려지면서 편중심을 보정하기 위한 위치로 신속하게 이동할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 의한 자동조심장치를 사용하게 되면 수직으로 세워져 사용되더라도 상기 볼(45)에 가해지는 중력을 극복하면서 쉽게 편중심을 보정하기 위한 위치로 이동할 수 있게 되어 오토밸런싱이 신속하고 정숙하게 이루어 질 수 있게 된다.

참고로, 상기 내측주행면(42)의 표면조도와 볼(45)이 안정화되는 회전수와의 관계에 대한 실험결과를 설명하기로 한다. 내측주행면(42)의 조도가 0.7μm일때는 볼(45)이 안정화되는 회전수대역이 2500에서 3500rpm이다. 따라서 일반적으로 오디오CD를 재생하는 회전수가 3000rpm이므로 3000rpm이 넘는 회전수 이전에 안정화되도록 상기 내측주행면(42)의 표면조도를 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 내측주행면(42)의 표면조도를 10μm로 했을 때에는 볼(45)이 안정화되는 회전수대역이 1000에서 16000rpm이 된다. 단 외측주행면(41)의 조도는 일정하고 진동량에는 변화가 없다.

위에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 자동조심장치를 사용하게 되면 회전체의 회전불균형을 용이하게 보정할 수 있게 되는데, 특히 최근의 고배속화되는 디스크 드라이버에서 발생하는 디스크의 회전불균형 문제를 해결할 수 있게된다.

그리고 본 발명은 디스크의 회전불균형문제를 해결함에 있어서 추가되는 부품없이 단지 내측주행면의 조도만을 달리하여 소음과 진동문제를 동시에 해결하는 것이 가능하여 품질과 원가면에서 많은 효과를 가진다.

Claims (9)

1. 디스크를 회전시키는 회전체에 설치되고 외측 주행면과 내측 주행면을 갖는 환형의 주행공간과, 상기 주행공간에 장착되는 볼을 포함하는 디스크 드라이브의 자동조심장치에 있어서,

   상기 내측 주행면의 마찰계수가 외측 주행면의 마찰계수보다는 크고, 상기 내측 주행면의 표면조도는 적어도 0.7μm 이상이며, 상기 회전체의 회전수가 3000rpm 이전에 상기 볼의 안정화가 이루어지도록 표면조도가 결정됨을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 자동조심장치.
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5. 제 1 항에 있어서, 상기 회전체는 디스크가 안착되어 회전되는 턴테이블임을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 자동조심장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 회전체는 디스크를 회전시키기 위한 동력을 제공하는 모터임을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 자동조심장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 자동조심장치가 디스크를 턴테이블에 안착시켜 회전가능하게 고정하는 클램퍼에 구비됨을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 자동조심장치.
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