KR100468731B1 - 저장 디바이스의 디스크 진동을 감소시키는 장치 및 그 방법 - Google Patents

저장 디바이스의 디스크 진동을 감소시키는 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

공기역학력은 디스크 및 액츄에이터의 진동에 기여하여 하드 디스크 드라이브와 같은 저장 디바이스에서 트랙 포지셔닝 에러를 일으킨다. 본 발명은 다양한 감쇠 메카니즘들과 이들 문제점을 완화하는 감쇠 방법을 제공하는 것이다.

Description

저장 디바이스의 디스크 진동을 감소시키는 장치 및 그 방법{Apparatus and method for dampening disk vibration in storage devices}
본 발명은 저장 디바이스에서 회전하는 디스크의 진동을 감소시키는 저장 디바이스의 감쇠 메카니즘에 관한 것이다.
디스크 드라이브는 중요한 데이터 저장 기술이다. 기록-재생 헤드는, 디스크 표면 상의 트랙의 위에서 데이터 저장 매체를 포함하는 디스크 표면과 직접 communicate 한다.
도 1a는 전형적인 종래 기술의 하드 디스크 드라이브를 보여주며, 이 디스크 드라이브는 고용량 디스크 드라이브(10)일 수도 있다. 디스크 드라이브(10)는 액츄에이터 암(30)을 포함하며, 이 액츄에이터 암(30)은 보이스 코일(32), 액츄에이터 축(40), 서스펜션 또는 헤드 암(50)을 더 포함한다. 슬라이더/헤드 유니트(60)는 데이터 저장 디스크들(12) 사이에 위치한다.
도 1b는 전형적인 종래 기술의 고용량 디스크 드라이브(10)를 보여준다. 액츄에이터(20)는 보이스 코일(32), 액츄에이터 축(40), 헤드 암(50) 및 슬라이더/헤드 유니트(60)를 구비한 액츄에이터 암(30)을 포함한다. 스핀들 모터(80)는 디스크(12)를 회전하기 위해 제공된다.
1980년대부터 고용량 디스크 드라이브(10)는 보이스 코일 액츄에이터(20)를사용하여 기록-재생 헤드를 특정한 트랙들 위로 위치시켜왔다. 상기 헤드는 헤드 슬라이더(60) 상에 장착되며, 이 헤드 슬라이더는 디스크 드라이브(10)가 작동시 회전 디스크(12)의 표면(12-1)으로부터 조금 이격되어서 부양된다. 일반적으로 하나의 디스크 드라이브에는 다수의 헤드가 있으나, 경제적인 이유로 일반적으로 헤드 암(50)을 위치시키기 위해서 단지 하나의 보이스 코일 액츄에이터(20)가 있다.
보이스 코일 액츄에이터(20)는 액츄에이터 축(40)을 통한 레버 동작을 제공하기 위해 보이스 코일(32)에 의해 유도되어 시간에 따라 변하는 전자기장과 작용하는 고정 자석 액츄에이터(20)를 더 구비한다. 상기 레버 동작은 특정한 트랙 위로 헤드 슬라이더 유니트(60)를 위치시키도록 헤드 암(50)을 이동시키기 위해 작용한다. 액츄에이터 암(30)은 종종 보이스 코일(32), 액츄에이터 축(40), 헤드 암(50) 및 스웨이지 마운트(swage mount)(70)를 포함하는 것으로 생각된다. 스웨지 마운트는 헤드 슬라이더(60)를 액츄에이터 암(30)에 기계적으로 결합한다. 액츄에이터 암(30)은 단일 헤드 암(50)을 구비할 수도 있다. 단일 헤드 암(52)은 도 1b에 도시된 바와 같이 두 개의 헤드 슬라이더(60)와 연결될 수도 있다.
도 1c는 종래 기술의 디스크 드라이브(10)의 단일 플래터(platter)의 단면도이며, 도 1d는 종래 기술의 디스크 드라이브(10)의 이중 플래터(platter)의 단면도이다.
각 디스크 드라이브(10)는 스핀들 모터(80)에 의해 회전되는 디스크(12)를 둘러싸는 디스크 베이스(100)와 커버(110)를 포함한다.
기록-재생 헤드의 포지셔닝 에러는 실패와 성능 저하의 중요한 점이다. 포지션 에러는 부분적으로 디스크 플러터링(fluttering)에 기인된다. 디스크 플러터링은 디스크 회전시 디스크가 휘거나 또는 흔들리는 것이다. 디스크의 플러터링 문제는 상기 디스크를 회전시키는 모터의 불안정성에 기인될 수도 있다. 이러한 형태의 플러터링 문제는 일반적으로 스핀들 모터 제작회사에 의해 발생된다.
종래기술에서 디스크 플러터링 문제를 제기하는 시도들이 있었다. 미국특허 제62239,943 B1호(제목 "Squeeze film dampening for a hard disc drive")는 디스크 플러터링 문제를 제기하기 위한 시도를 가리킨다. 이 특허는 "스핀들 모터 ... 단일 또는 다중 디스크 또는 디스크들의 스택을 야기하는 ... 장착된 ... 회전하는 바닥 또는 탑 (또는 둘 다) 디스크 표면이 디스크 드라이브 캐스팅(casting) 표면에 밀접하게 근접한다. 잔존하는 에어 갭에서 스퀴즈 필름 액션은 디스크 진동의 현저한 저감을 제공한다 ... 전형적인 실행은 2 1/2 인치 [디스크] 드라이브용 0.004~0.006 인치 및 3 1/2 인치 [디스크] 드라이브용 0.006~0.010 인치의 에어갭을 사용한다"를 개시하고 있다(컬럼 2, 라인 12~21). "소개된 이론에 따르면 ..., 디스크 및 베이스 플레이트 사이의 스퀴즈 필름에 위해 제공된 감쇠는 스피닝 속도의 함수가 되지 말아야 한다."(컬럼 5, 라인 53~55). "두개의 디스크 시스템에서 탑 디스크의 진동의 현저한 감소는 바닥 디스크 만 스퀴즈 필름 댐핑을 공급함으로써 성취될 수 있다. 실제적인 디자인에서 바닥 디스크 외의 다른 댐핑 디스크는 어려울 수도 있기 때문에 이것은 중요하다."(컬럼 5, 라인 65 ~ 컬럼 6, 라인 2).
발명자들은 미국 특허 제6,239,943호를 높게 평가하지만, 그들은 몇 가지 단점을 발견하였다. 회전하는 디스크의 디스크 표면에 액세스하는 액츄에이터 상의기록-재생 헤드의 결합된 관계는 디스크 드라이브에 작동 성공을 가져온다는 것은 잘 알려져 있다. 또한 액세스되는 디스크(들)의 회전 속도에 기인하여 기록-재생 헤드 어셈블리 및 액츄에이터에 작용하는 중대한 공기역학력(aerodynamic force)이 있다는 것도 잘 알려져 있다. 액츄에이터에 작용하는 중대한 공기역학력, 상기 기록-재생 헤드, 또는 둘다 인용된 특허에서는 설명되어 있지 않다. 또한 회전 속도에 관계될 수도 있는 중대한 갭 간격이 상기 인용 특허에는 설명되어 있지 않다. 음향적으로 그리고 기계적으로 물리적 시스템에서 파동과 관련된 현상의 발달을 보는 것으로부터 얻는 중대한 통찰력이 있는 데, 이들은 인용 특허에서는 언급되지 않았다.
증가된 저장 밀도와 증가된 스핀들 속도는 디스크 드라이브 산업에서의 경쟁의 중요 팩터이다. 저장 밀도 및 스핀들 속도가 증가함에 따라, 헤드 포지셔닝 정확도 및 헤드-플라잉 안정성 둘다 반드시 증가되어야 한다. 그러나, 스핀들 속도가 증가함에 따라, 공기 흐름에 유도된 진동도 역시 증가하여 기록-재생 헤드의 포지셔닝 에러를 일으키는 헤드-슬라이더 서스펜션의 큰 크기의 진동을 야기할 수도 있다. 부가적으로, 회전하는 디스크에 작용하는 공기 흐름에 유도된 진동이 디스크 플러터링을 일으키며, 이 디스크 플러터링은 포지셔닝 에러를 초래할 수도 있다. 따라서, 공기 흐름에 의해 유도된 진동을 줄이는 것이 헤드-포지셔닝 및 기록-재생 에러를 줄이는 데 필수적이다.
본 발명은 상기의 점들을 감안하여 창출된 것으로서, 저장 디바이스의 디스크 진동을 감쇠시키는 장치 및 그 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
도 1a는 전형적인 종래 기술의 하드 디스크 드라이브를 보여주며, 이는 고용량 디스크 드라이브(10)일 수도 있다.
도 1b는 전형적인 종래 기술의 고용량 디스크 드라이브(10)를 보여준다.
도 1c는 종래 기술의 단일 플래터(platter) 디스크 드라이브(10)의 단면을 보여준다.
도 1d는 종래 기술의 이중 플래터 디스크 드라이브(10)의 단면을 보여준다.
도 2a는 디스크 표면(12) 하부 및 바닥 디스크 캐버티 면 사이의 에어 플로우(air flow) 뿐만 아니라 디스크 표면(12) 상부 및 톱 디스크 캐버티 면 사이의 에어 플로우를 가지는 하나의 디스크(12)와 스핀들 모터(80)의 단면을 보여준다.
도 2b는 디스크 진동의 여기(excitation)로 이끄는, 회전하는 에어 플로우에 의해 발생되는 외측 직경 영역 근처의 강한 동력(또는 동압)을 보여준다.
도 2c는 두 개의 분리된 경계 층의 형성을 보여주는 도 2a의 디스크 상부 표면(12-1) 및 톱 디스크 캐버티 면 사이의 에어 플로우 시츄에이션을 보여준다.
도 2d는 단지 하나의 분리된 경계 층의 형성을 보여주는 도 2a의 디스크 하부 표면(12-2) 및 바닥 디스크 캐버티 면 사이의 에어 플로우 시츄에이션을 보여준다.
도 3은 분당 7200 회전속도에서 작동하는 종래 3.5 인치의 두 개의 플래터 디스크 드라이브(10)의 회전속도의 디스크 진동 고조파를 보여준다.
도 4는 종래 기술에 개시된 종래 57,000 트랙 당 인치(TPI) 디스크 드라이브 시스템에서 Non-Repeatable Run Out(NRRO) PES 스펙트럼으로 실험적으로 정해지는 헤드 포지션 에러 신호(PES) 스펙트럼을 보여준다.
도 5는 단일 헤드를 사용하며 본 발명의 여러 가지 실시예를 지지하는 얇은 디스크 드라이브(10)의 개략적인 전개 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 단일 헤드를 사용하는 얇은 디스크 드라이브(10)의 개략적인 평면도이다.
도 7은 감쇠 표면(미도시)이 디스크(12)의 제1 디스크 표면의 제1갭 내에 위치하는 곳에서 180 도 이상의 반경 커버리지를 제공하는 본 발명의 어느 실시예와 관계된 감쇠 메카니즘(120)을 채용한 디스크 드라이브(10)의 개략적인 평면도이다.
도 8은 디스크 드라이브(10)에 조립될 때 회전 디스크(12)의 제1디스크 표면 가까이 제1갭을 제공하는 적어도 제1표면(122)을 제공하는 적어도 하나의 플레이트를 구비하는 감쇠 메카니즘(120)의 어느 바람직한 실시예의 사시도이며, 도 11a~도 12a에서 더 도시된다.
도 9는 감쇠 표면(미도시)이 디스크(12)의 제1 디스크 표면의 제1갭 내에 위치하는 곳에서 180 도 이하의 반경 커버리지를 제공하는 도 7의 본 발명의 다른 실시예의 감쇠 메카니즘(120)을 채용한 디스크 드라이브(10)의 개략적인 평면도이다.
도 10a 및 도 10b는 도 8 및 도 9에 도시된 감쇠 메카니즘(120)과 유사한 에어플로우 스터빌라이저를 사용한 오프라인 서보 트랙 기록 셋업으로부터 얻은 트랙 위치 에러에 관계된 실험결과을 보여준다.
도 11a 및 도11b는 본 발명의 단일 플래터(12) 디스크 드라이브(10)의 두 개의 다른 바람직한 실시예의 단면을 보여준다.
도 11c는 본 발명의 이중 플래터(12) 및 디스크 드라이브(10)의 바람직한 실시예의 단면도이다.
도 12a는 도 11a 내지 도 11c와 관련된 상세 단면도이다.
도 12b는 도 12a의 표준화된 갭 높이(Gap1)와 관련된 진동하는 디스크 표면(12)의 댐핑 계수에 관한 탄성-음향 커플링 효과의 이론적 결과를 보여준다.
도 12c는 도 12a의 표준화된 제1감쇠 표면(122)에 관련된 진동하는 디스크 표면(12)의 댐핑 계수에 관한 탄성-음향 커플링 효과의 이론적 결과를 보여준다.
도 13a, 13b 및 도 14는 각각 내측 직경, 중간 직경 및 외측 직경에서의 실험적으로 정해진 0 ~ 1K Hz의 액츄에이터 진동 스펙트럼을 보여준다.
도 15a 및 도 15b는, 도 12a의 각각 0.6 mm 및 0.2 mm인 갭 높이(Gap1)와 관련된 진동하는 디스크 표면(12)의 파워 스펙트럼에 관한 탄성-음향 커플링 효과의 실험 결과를 보여준다.
도 16a 및 도 16b는 각각 디스크 회전속도가 7200 및 5400 rpm인 도 12a의 여러 값들(Gap1)과 관련된 진동하는 디스크 표면(12)의 파워 스펙트럼에 관한 탄성-음향 커플링 효과의 실험 결과를 보여준다.
도 17은 25 mm 반경 폭의 감쇠 메카니즘을 가지는 것(570)과 감쇠 메카니즘이 없는 것(560)의 진동하는 디스크 표면(12)의 변위 주파수 스펙트럼에 관한 탄성-음향 커플링 효과의 실험 결과를 보여준다.
도 18은 종래의 57,000 트랙 당 인치(TPI) 디스크 드라이브 시스템(580) 및 PES 30% 감소를 제공하는 25mm 감쇠 메커니즘을 채용한 디스크 시스템(590)에서 Non-Repeatable Run Out(NRRO) PES 스펙트럼으로 실험적으로 정해지는 헤드 포지션 에러 신호(PES) 스펙트럼을 보여준다.
도 19는 종래의 57,000 트랙 당 인치(TPI) 디스크 드라이브 시스템(600) 및 가변 반경 폭을 가지는 감쇠 메커니즘을 채용한 디스크 시스템에서 Non-Repeatable Run Out(NRRO) PES 스펙트럼으로 실험적으로 정해지는 헤드 포지션 에러 신호(PES) 스펙트럼을 보여준다.
도 20은 종래의 57,000 트랙 당 인치(TPI) 디스크 드라이브 시스템(600) 및 가변 반경 폭을 가지는 감쇠 메커니즘을 채용한 디스크 시스템에서 실험적으로 정해지는 헤드 포지션 에러 신호(PES) 스펙트럼을 보여준다.
도 21은 종래의 57,000 트랙 당 인치(TPI) 디스크 드라이브 시스템(600) 및 가변 커버리지 각도와 1 인치 또는 25mm의 반경 폭을 가지는 감쇠 메커니즘을 채용한 디스크 시스템에서 실험적으로 정해지는 헤드 포지션 에러 신호(PES) 스펙트럼을 보여준다.
도 22는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예를 위한 도 2a 및 도 12a의 분석 및 재료의 확장을 보여준다.
도 23a~23e는 선행 도면의 감쇠 메커니즘에 사용된 플레이트용 여러 모양, 에지 및 재료 들을 보여준다.
본 발명은 저장 디바이스에서 적어도 하나의 회전하는 디스크에 작용하는 공기역학력을 감소시키는 감쇠 메카니즘을 구비한다. 본 발명은 디스크 플러터링과 액츄에이터 암들 주위의 적어도 몇몇 형태의 에어 플로우 유도 진동을 감소시켜서, 헤드 포지셔닝 및 기록-재생 에러를 감소시킨다.
회전 디스크 또는 회전 디스크들의 디스크 표면의 회전속도는, 디스크 또는 디스크들이 회전하는 곳에서 공기 캐버티(cavity)에 중대한 공기역학력을 미칠 수도 있다. 이들 공기역학력들은 기록-재생 헤드 어셈블리, 그 액츄에이터, 그리고 헤드-포지셔닝 및 기록-재생 에러와 디스크 플러터링을 초래하는 회전 디스크에 작용할 수도 있다.
경계층은 단단한 표면에 관한 상대 속도를 본질적으로 가지지 않는 단단한 표면 근처의 공기 영역으로 여기서 정의된다. 이 영역은 상기 단단한 표면 및 공기 사이의 마찰 효과에 기인한다. 이 영역의 깊이는 대략 상기 표면 속도로 나눈 점착성의 제곱근에 비례한다.
공기역학력 이론은 다음을 가리킨다: 회전 디스크 표면은 회전하는 공기 경계층을 생성한다. 이 경계층은 상기 디스크 표면의 운동에 평행하게 회전하는 경향이다. 베이스 또는 커버와 같은, 회전 디스크와 대향하는 디스크 드라이브 캐버티의 정적인 표면도 역시 경계층을 생성하는 경향이다. 상기 정적인 표면 및 상기 디스크 표면 사이의 거리가 회전 디스크 표면의 상기 경계층 두께보다 클 때, 상기회전 디스크 표면으로부터의 플로우 방향과 반대 방향으로 백 플로우(back flow)가 생성된다. 이 에어 백 플로우는 디스크 표면에 작용하여 디스크가 플러터링되게 할 수도 있으며, 그리고 기록-재생 헤드에 작용하여 헤드 어셈블리가 흔들리게 할 수도 있다. 다른 공기역학력처럼 이 에어 백플로우 디스크도 디스크 플러터링, 헤드-포지셔닝 및 기록-재생 에러를 유도할 수도 있다.
작동하는 하드 디스크 드라이브의 밀봉된 디스크 울타리에서 회전하는 디스크들의 물리적 시스템을 음향적 및 기계적 진동을 위한 공명 캐버티를 형성하는 것으로 간주하는 것이 유익하다. 발명자들의 시뮬레이션 및 실험으로 이론 또는 종래 기술 레포트의 어느 것보다 먼 거리에서 스피닝 디스크 가까이 감쇠 표면을 제공하는 데 근거하여 그러한 캐버티를 위한 공명의 또는 자연적 주파수가 감쇠되는 것을 발견하였다.
발명된 감쇠 메카니즘은 감쇠 표면 및 디스크 표면 사이의 거리 또는 갭에서 회전 디스크 표면에 가까이 위치하는 움직이지 않는 감쇠 표면을 포함한다. 디스크 플러터링의 개선은 경계층과 같은, 또는 그보다 작은 에어 갭에 따른다. 그러나, 발명자들은 이론 또는 종래기술이 가리키는 에어갭보다 더 큰 에어갭에서 작동하는 밀봉된 내부의 디스크 드라이브와 정합하는 실험조건에서 중대한 감쇄효과를 관찰하였다.
감쇠 메카니즘의 감쇠 표면 및 회전 디스크 표면 사이의 감소된 거리 또는 에어갭은 회전 디스크 표면 및 감쇠 표면 사이의 에어 백플로우의 생성을 억제한다. 상기 에어갭은 디스크 표면과 그 액츄에이터를 포함하는 기록-재생 헤드 어셈블리에 작용하는 에어 백플로우 및 다른 공기역학력을 최소화할 수도 있다. 이것은 디스크 플러터링을 감소시키며, 헤드-포지셔닝을 향상시키며, 디스크 드라이브 성능의 전체에 걸친 품질을 향상시킨다.
회전 디스크 또는 회전 디스크들의 디스크 표면의 회전속도는, 디스크 또는 디스크들이 회전하는 곳에서 공기 캐버티(cavity)에 중대한 공기역학력을 미칠 수도 있다. 이들 공기역학력들은 기록-재생 헤드 어셈블리, 그 액츄에이터, 그리고 헤드-포지셔닝 및 기록-재생 에러와 디스크 플러터링을 초래하는 회전 디스크에 작용할 수도 있다.
상기와 같이, 경계층은 단단한 표면에 관한 상대 속도를 본질적으로 가지지 않는 단단한 표면 근처의 공기 영역이다. 이 영역은 상기 단단한 표면 및 공기 사이의 마찰 효과에 기인한다. 이 영역의 깊이는 대략 상기 표면 속도로 나눈 점착성의 제곱근에 비례한다.
도 2a는 디스크 하부 표면(12-2) 및 바닥 디스크 캐버티 면 사이의 에어 플로우뿐만 아니라 디스크 상부 표면(12-1)과 톱 디스크 캐버티 면 사이의 에어 플로우를 가지는 하나의 디스크(12)와 스핀들 모터(80)의 단면을 보여준다. 상기 디스크 표면은 본질적으로 일정한 속도로 회전한다.
이론적으로, 회전 디스크 표면은 디스크 표면의 운동에 평행하게 회전하는 공기 경계층을 생성하는 경향이다. 베이스 또는 커버와 같은, 회전 디스크와 대향하는 디스크 드라이브 캐버티의 정적인 표면도 역시 경계층을 생성하는 경향이다. 상기 정적인 표면 및 상기 디스크 표면 사이의 거리가 회전 디스크 표면의 상기 경계층 두께보다 클 때, 상기 회전 디스크 표면으로부터의 플로우 방향과 반대 방향으로 백 플로우(back flow)가 생성된다. 이 에어 백 플로우는 디스크 표면에 작용하여 디스크가 플러터링되게 할 수도 있으며, 그리고 기록-재생 헤드에 작용하여 헤드 어셈블리가 흔들리게 할 수도 있다. 디스크가 빨리 회전할수록, 기록-재생 헤드 어셈블리 및 부착된 액츄에이터에 대한 공기역학 효과는 더 커진다.
도 2a는 음향적 및 기계적 공명 둘 다 표시하도록 그러한 물리적 시스템의 경향에 통찰력을 제공할 수도 있다. 작동하는 하드 디스크 드라이브의 동봉한 상태에서 회전하는 디스크들의 물리적 시스템을 음향적 및 기계적 진동을 위한 공명 캐버티를 형성하는 것으로 간주하는 것이 유익하다. 발명자들의 시뮬레이션 및 실험으로 이론 또는 종래 기술 레포트의 어느 것보다 먼 거리에서 스피닝 디스크 가까이 감쇠 표면을 제공하는 데 근거하여 그러한 캐버티를 위한 공명의 또는 자연적 주파수가 감쇠되는 것을 발견하였다.
도 2b는 한국 서울 연세대학, Center for Information Storage Device(CISD), HDD Dynamics and Vibration 국제 심포지움에서, 2001년 11월 9일의 김대은 교수의 프리젠테이션(제목"Research and Development Issues in HDD Technology: Activities of CISD")으로부터 개작한 것이며, 디스크 진동의 여기로 이끄는, 회전하는 에어 플로우에 의해 발생되는 외측 직경(outer-diameter) 영역 근처의 강한 동력(또는 동압)을 보여준다. 디스크 12 및 14 사이의 외부 직경 근처의 에어 플로우는, 불안정한 주기적인 와류(vortex)를 경험하며, 공명 조화 기계적 진동(resonant harmornic mechanical vibration)을 일으키며, 디스크 12 및/또는14를 플러터링한다. 부가적으로, 디스크 베이스(100) 및/또는 커버(110)(도 1c 및 1d에 가장 잘 도시된)에 의해 형성된 울타리 영역 근처에 강하고, 거친 에어 영역이 형성된다. 도 2c 및 도 2d는 이러한 현상을 좀 더 설명한다.
도 2c는 두 개의 분리된 경계 층의 형성을 보여주는 디스크 표면 및 회전하지 않는 표면 사이의 전형적인 에어 플로우를 보여준다.
종래의 하드 디스크 드라이브에서, 플로우 패턴은 이차적 플로우, 디스크 근처에서의 반경 바깥방향 그리고 하우징에서의 안쪽방향을 가지며, 이들은 에어 플로우를 지배한다. 에어 플로우는 외주 근처 및 축 근처의 축방향 플로우에 연결된다. 디스크 및 정지된 표면 사이의 갭이 경계층 두께의 갭보다 클 때, 내부 영역에서 많은 양의 공기가 메인 플로우로부터 본질적으로 격리된다. 상기 격리된 에어는 대략 디스크의 1/2 각속도로 단단한 몸체로서 회전한다. 이러한 플로우 특성은 큰 와류를 만들며, 디스크-틸팅 효과를 가속하며, 이는 심각한 포지션 에러 신호(Position Error Signal: PES) 문제를 가져온다.
반경방향의 표면운동을 포함하는 상태에서, 경계층은 때때로 초당 라디안 단위의 반경방향 속도로 나눈 점착성의 제곱근에 비례하는 것으로 공식으로 나타난다. 표 1은 분당 회전수(RPM)에 따른 경계층 두께를 나타낸다.
RPM 경계층 두께(mm)
5400 0.7
7200 0.55
10,000 0.45
도 2c는 단지 하나의 디스크로 이루어질 수도 있는 디스크 스택의 톱 디스크의 영역 위로 큰 와류의 존재를 보여주는 경향이다. 이 와류는 디스크 플로터링을 증가시키는 기계적 힘을 제공한다. 회전하는 디스크 표면 근처에서, 그 가장자리 쪽으로, 에어 플로우 속도는 시뮬레이션에서 10 m/sec 가까운 것으로 발견되었다. 경계층의 에지에서, 디스크 표면으로부터 약 하나의 경계층 두께에서, 공기 속도는 0 이다. 디스크 표면으로부터 더 가면, 움직이지 않는 표면과의 마찰로 백 플로우가 형성된다.
디스크 표면 근처의 상기 와류를 제거하면 기계적 안정성이 향상되는 것으로 알려져 있다. 2차적인 플로우가 존재하도록 매우 좁은 갭을 형성함으로써, 도 2d에 도시된 바와 같이, 에어는 거의 직선의, 하우징 및 디스크 사이의 접선 속도 프로파일을 가진 쿠에트(Couette) 플로우 패턴을 채용한다.
따라서, 본 발명의 하나의 실시예에서, 고정된 표면 및 회전하는 디스크 표면 사이의 거리를 현저하게 감소시키도록 회전하는 디스크의 표면에 근접하게 감쇠 메카니즘을 위치시킨다. 이렇게 감소된 감쇠 메카니즘 및 디스크 표면 사이의 거리, 또는 갭이 회전하는 디스크의 경계층 두께에 근접할 수도 있다. 선택적으로, 상기 에어 갭은 거의 경계층 두께보다 작을 수도 있다.
감쇠 메카니즘 및 디스크 표면 사이의 감소된 거리, 또는 갭은 회전하는 디스크 표면 및 움직이지 않는 표면 사이의 에어의 백 플로우의 생성을 방해할 수도 있다. 또한 상기 에어 갭은 에어의 백 플로우의 효과 및 디스크 표면과 액츄에이터를 포함하는 기록-재생 헤드 어셈블리에 작용하는 공기역학력을 최소화할 수도 있다. 이것은 디스크 플러터링을 줄일 수도 있으며, 헤드-포지셔닝을 향상시킬 수도있다. 상기 에어 갭이 경계층 두께보다 작을 때, 헤드 포지셔닝이 더 향상되고 디스크 플로터링이 감소될 수도 있다.
도 3 그래프는 디스크 진동을 분당 7200 회전속도에서 작동하는 종래 3.5 인치의 두 개의 플래터 디스크 드라이브(도 1d 및 도 2b에 나타낸 바와 같은)의 회전속도의 고조파(harmonics)를 보여주며, 여기서 디스크 12 및 14는 유체역학 베어링 모터(80)에 의해 구동되는 1.27 mm 두께의 알루미늄 디스크이다. 측정은 레이저 도플러(Doppler) 속도계로 측정된 톱 디스크의 외측 직경에서의 축 디스크 진동이다. 수직축은 100 피코미터부터 100 나노미터 까지 로그 스케일에서 미터 단위로 측정된 외측 직경의 변위를 가리킨다. 왼쪽의 원으로 둘러싸인 피크들은 회전 속도의 조화파를 나타내고, 오른쪽 원으로 둘러싸인 피크들은 디스크 진동 모드를 나타낸다.
도 4는 종래 기술에 개시된 종래 57,000 트랙 당 인치(TPI) 디스크 드라이브 시스템에서 Non-Repeatable Run Out(NRRO) PES 스펙트럼으로 실험적으로 정해지는 헤드 포지션 에러 신호(PES) 스펙트럼을 보여주는 그래프이다. 왼쪽축은 나노 미터 단위의 NRRO PES를 가리키고, 오른쪽축은 트랙 피치의 퍼센티지 단위로 NRRO PES를 등가로 가리킨다. 트레이스(trace)는 PES를 위한 3 표준편차 범위 내에서 눈금(readings)을 가리키며, 이는 대략 35.7 나노미터 또는 트랙피치의 7%이다. PES 피크(400)는 플로우-와류 유도 결과에 의해 기인된다. 영역(410) 내의 PES 피크는 디스크 진동에 의해 유도된다.
도 3 및 도 4 둘 다 공명 또는 정상파(standing wave) 현상을 나타낸다. 도3의 디스크 진동 모드의 공명 주파수는 도 4의 영역(410) 내의 PES 피크와 높은 상관관계를 가지고 있다.
도 5는 단일 헤드를 사용하며 본 발명의 여러 가지 실시예를 지지하는 전형적인 얇은 디스크 드라이브(10)의 개략적인 전개도를 보여준다. 얇은 디스크 드라이브는 멀티미디어 엔터테인먼트 센터 및 셋톱 박스(set-top box)와 같은 응용에서 선호될 수도 있다. 상기 얇은 디스크 드라이브는 바람직하게는 단지 하나의 헤드를 사용하여, 표면들 예컨대 베이스(100) 및 디스크(12) 표면 사이의 갭의 감소를 더 허용할 수도 있다. 디스크 드라이브에서 단일 헤드를 사용하는 것은 제조비용을 줄이고 제조 신뢰성을 향상시킬 수도 있다.
도 5에 도시된 전형적인 구성에서, 드라이브(10)는 인쇄회로기판 어셈블리(102), 디스크 드라이브 베이스(100), 스핀들 모터(80), 디스크(12), 보이스 코일 액츄에이터(30), 디스크 클램프(82) 및 디스크 드라이브 커버(110)를 포함한다. 보이스 코일 액츄에이터(30)는 헤드/슬라이더(60) 상의 단일 기록-재생 헤드를 더 포함할 수도 있으며, 디스크 드라이브 커버(110)는 디스크(12)의 상부 표면에 가까운 톱 고정 표면을 제공하는 적어도 하나의 영역(112)을 더 포함할 수도 있다.
도 6은 도 5의 얇은 디스크 드라이브(10)의 개략적인 평면도이다.
영역(112)이 본질적으로 액츄에이터 암(들)(50) 및 보이스 코일 액츄에이터(30)의 헤드 슬라이더(60)가 조립되어서 정상동작시 이동되는 영역 바깥일 수도 있다는 것을 주목한다. 영역(112)이 브레이크 없이 연결된 영역을 제공할수도 있다. 영역(112)은 어느 천공(perforation) 또는 홀이 없는 단순하게 연결된 표면을 더 제공할 수도 있다.
도 7은 감쇠 표면(미도시)이 디스크(12)의 제1 디스크 표면의 제1갭 내에 위치하는 곳에서 180 도 이상의 반경 커버리지를 제공하는 본 발명의 어느 실시예와 관계된 감쇠 메카니즘(120)을 채용한 디스크 드라이브(10)의 개략적인 평면도이다.
도 8은 디스크 드라이브(10)에 조립될 때 회전 디스크(12)의 제1디스크 표면 가까이 제1갭을 제공하는 적어도 제1표면(122)을 제공하는 적어도 하나의 플레이트를 구비하는 감쇠 메카니즘(120)의 어느 바람직한 실시예의 사시도이며, 도 11a~도 12a에서 더 도시된다. 본 발명의 여러 실시예는 다른 디스크 표면들에 하나 이상의 감쇠 표면을 제공할 수도 있다는 것을 주목한다.
도 9는 감쇠 표면(미도시)이 디스크(12)의 제1 디스크 표면의 제1갭 내에 위치하는 곳에서 180 도 이하의 반경 커버리지를 제공하는 본 발명의 다른 실시예의 감쇠 메카니즘(120)을 채용한 디스크 드라이브(10)의 개략적인 평면도이다.
몇몇의 실시예에서, 감쇠 표면들은 하나 또는 둘 이상의 플레이트를 형성할 수도 있다. 도 7 및 도 9에 나타낸 감쇠 표면들은 각각 바람직하게 본질적으로 잘려진 고리(truncated annulus) 또는 "C" 형상을 형성할 수도 있으며, 각각 스핀들 모터를 향하면서 떨어져 있는 외부 경계(142) 및 내부 경계(140)를 구비한다. 감쇠 표면들은 제1(144) 및 제2(146) 비반경(non-radial) 경계를 더 포함할 수도 있다. 여러 가지 바람직한 플레이트가 도 23a~23e에 도시되어 있다.
감쇠 메카니즘(120)은 또한 여기서는 디스크 댐퍼, 디스크 댐핑 장치, 감쇠수단 및 에어플로우 스터빌라이저(airflow stabilizer)로 불려진다. 감쇠 메카니즘(120)은 도 8에 도시된 플레이트들의 적어도 하나에 단단하게 부착되며, 도 22에서 더 설명하는 어느 바람직한 케이스에서, 회전축으로부터 떨어져서 배치된 벽 또는 측판(shroud)를 더 구비할 수도 있다.
도 10a 및 도 10b는 도 8 및 도 9에 도시된 감쇠 메카니즘(120)과 유사한 에어플로우 스터빌라이저를 사용한 오프라인 서보 트랙 기록 셋업으로부터 얻은 트랙 포지션 에러에 관계된 실험결과를 보여준다.
도 10a의 수직축은 마이크로 인치 단위의 평균 제곱 에러의 제곱근 트랙 포지션을 가리킨다. 박스(520)는 감쇠 메카니즘(120)이 없는 실험적인 트랙 포지션 에러 결과를 카리키며, 0.056 마이크로 인치 평균 제곱 에러 제곱근을 가리킨다. 박스(522)는 감쇠 메카니즘(120)을 사용한 실험적인 트랙 포지션 에러 결과를 카리키며, 0.036 마이크로 인치 평균 제곱 에러 제곱근을 가리킨다.
도 10b의 수직축은 마이크로 인치 당 가능성 밀도를 가리킨다. 가로축은 마이크로 인치 단위의 트랙 포지션 에러를 가리킨다. 트레이스 524는 감쇠 메카니즘(120)을 사용하지 않고 여러 가지의 포지션 에러들에서의 가능성 밀도를 가리킨다. 트레이스 526은 감쇠 메카니즘(120)을 사용하여 여러 가지의 포지션 에러들에서의 가능성 밀도를 가리킨다.
도 11a 및 도11b는 본 발명의 단일 플래터(12) 디스크 드라이브(10)의 두 개의 다른 실시예의 단면을 보여준다.
도 11c는 본 발명의 이중 플래터(12) 및 디스크 드라이브(10)의 하나의 실시예의 단면도이다.
도 11a~11c는본질적으로 제1갭에서 제1디스크(12)에 가까이 적어도 하나의 감쇠 표면(122)을 제공하는 플레이트를 포함할 수도 있는 감쇠 메카니즘(120)을 보여준다. 도 11c는 본질적으로 제2갭에서 제2디스크(14)에 가까이 감쇠 표면(124)을 더 제공하는 감쇠 메카니즘(120)을 보여준다.
도 12a는 도 11a 내지 도 11c, 특히 도 11c와 관련된 감쇠 메카니즘(120) 및 인근의 디스크들(12, 14)의 상세 단면도이다. 감쇠 메카니즘(120)은 도 11a~11c에 도시된 바와 같이 본질적인 공기 층(Gap 1)에 의해서 디스크(12)의 제1디스크 표면(12-1)으로부터 분리된 제1감쇠 표면(122)dfm 포함한다.
도 11a에서 상기 제1디스크 표면(12-1)은 디스크(12)의 디스크 상부 표면인 것을 주목한다. 도 11b 및 11c에서 제1디스크 표면(12-1)은 디스크(12)의 디스크 하부 표면이다.
감쇠 메카니즘(120)은 도 11c 및 12a에 도시된 바와 같이 본질적인 공기 층(Gap 2)에 의해서 제2디스크(14)의, 이 경우에서는, 제2디스크 표면(14-1)으로부터 분리된 제2감쇠 표면(124)을 더 포함할 수도 있다.
이들 갭 각각은 기껏해야 1 mm 미만의 제1거리인 것이 바람직하다. 이들 갭 각각은 0.3 mm 보다 큰 것이 바람직하다. 이들 갭 각각이 0.35 및 0.6 mm 사이인 것이 보다 바람직하다.
적어도 하나의 이들 갭은 경계층 두께보다 작은 것이 바람직할 수도 있다. 어느 실시예에서는, 적어도 하나의 이들 갭이 경계층 두께의 일부 보다 작은 것이바람직할 수도 있다.
몇몇의 발명자들은 디스크(12) 진동의 감쇠를, 디스크(12)의 탄성-진동 파동영역(elastic-vibration wave field)과, 제1디스크 표면(12-1) 및 제1감쇠 표면(122)을 분리하는 갭에서의 인근 공기 매체의 음향 압력 파동영역(acoustic pressure wave field) 사이의 탄성-음향 커플링 효과로 기술한다. 이들 발명자들은 탄성-음향 커플링 효과를, 제1디스크 표면(12-1) 및 제1감쇠표면(122) 사이의 갭에서의 음향 압력 파동영역 및 디스크(12)의 탄성-진동 파동영역 사이에 생성된 커플링으로 정의한다.
이들 발명자들의 실험결과는 디스크(12)의 탄성-진동 파동영역에 강한 감쇠력을 제공하는 에어 층 갭의 음향 압력를 지적한다.
이들 발명자들은 부가적으로 디스크(14) 진동의 감쇠를, 디스크(14)의 탄성-진동 파동영역 및 제2디스크 표면(14-1) 및 제2감쇠 표면(124)를 분리하는 갭에서의 인근 공기 매체의 음향 압력 파동영역 사이의 유사한 탄성-음향 커플링 효과로 기술한다.
아래의 표 2는 시뮬레이션 및 실험들을 포함하는 여러 도면들과 관련된 조건들을 보여준다.
도면번호 디스크 재료(두께) 디스크 크기(플래터 수) 회전속도,RPM(TPI) 갭(mm) 반경폭(인치) 커버리지각도
3 Al(1.27 mm) 3.5 in2 7200 RPM관계없음 관계없음 관계없음 관계없음
4 Al(1.27 mm) 3.5 in2 7200 RPM(57,000 TPI) 관계없음 관계없음 관계없음
10a Al(1.27 mm) 3.5 in2 7200 RPM관계없음 0.6 mm 1 in(25 mm) 180
10b Al(1.27 mm) 3.5 in2 7200 RPM관계없음 0.6 mm 1 in(25 mm) 180
12b 이론적 럼프질량 모델 임의의임의의 any RPM관계없음 도면 참조 임의의 임의의
12c 이론적 럼프질량 모델 임의의임의의 any RPM관계없음 도면 참조 임의의 임의의
13a Al(1.27 mm) 3.5 in2 7200 0.5 mm 2/3 in(17 mm) 180
13b Al(1.27 mm) 3.5 in2 7200 0.5 mm 2/3 in(17 mm) 180
14 Al(1.27 mm) 3.5 in2 7200 0.5 mm 2/3 in(17 mm) 180
15a Al(1.27 mm) 3.5 in2 7200 RPM관계없음 0.6 mm 1 in(25 mm) 200
15b Al(1.27 mm) 3.5 in2 7200 RPM관계없음 0.6 mm 1 in(25 mm) 200
16a Al(1.27 mm) 3.5 in2 7200 RPM관계없음 0.2~1.8 mm 1 in(25 mm) 200
16b Al(1.27 mm) 3.5 in2 7200 RPM관계없음 0.2~1.8 mm 1 in(25 mm) 200
17 Al(1.27 mm) 3.5 in2 7200 RPM(57,000 TPI) 0.5 mm 0 및 1 in(25 mm) 200
18 Al(1.27 mm) 3.5 in2 7200 RPM(57,000 TPI) 0.5 mm 0 및 1 in(25 mm) 200
19 Al(1.27 mm) 3.5 in2 7200 RPM(57,000 TPI) 0.5 mm 0 부터 1 in(25 mm) 200
20 Al(1.27 mm) 3.5 in2 7200 RPM(57,000 TPI) 0.5 mm 0 부터 1 in(25 mm) 200
21 Al(1.27 mm) 3.5 in2 7200 RPM(57,000 TPI) 0.5 mm 1 in(25 mm) 0~200
도 12b는 도 12a의 표준화된 갭 높이(Gap1)와 관련된 진동하는 디스크 표면(12)의 댐핑 계수에 관한 탄성-음향 커플링 효과의 이론적 결과를 보여준다.
상기 표준화된 갭 높이는 대략 0부터 10 까지의 범위에 대응한 무차원 단위로 나타내었다. 감쇠 계수는 이론적 진동 이론에서 사용되는 것과 같이 정의된다. 점착성 감쇠에서, 감쇠력은 진동하는 바디(body)의 속도에 비례한다. 점착성 감쇠계수 c는 c=-F/v 로 표현되며, 여기서 F는 감쇠력이며, v는 진동하는 바디의 속도이다. 음(negative) 표시는 감쇠력이 진동하는 바디의 속도 방향과 반대인 것을 가리킨다.
도 12c는 도 12a의 표준화된 제1감쇠 표면(122)에 관련된 진동하는 디스크 표면(12)의 댐핑 계수에 관한 탄성-음향 커플링 효과의 이론적 결과를 보여준다. 가로축은 디스크 표면(12) 영역에 대한 감쇠 표면(122) 영역에 팩터 10을 곱한 비율을 보여주며, 이는 도 7 및 도 9의 평면도에서 가장 잘 도시되어 있다.
도 13a, 13b 및 도 14는 내측 직경, 중간 직경 및 외측 직경에서의 실험적으로 정해진 0 ~ 1K Hz의 액츄에이터 진동 스펙트럼을 보여주며, 이들 각각은 7200 RPM으로 회전하는 두 개의 플래터의 3.5 인치 디스크 드라이브에서 작동하는 액츄에이터에서 레이저 도플러 진동계를 사용하여 얻은 눈금(readings)이다. 상기 액츄에이터는 서스펜션 메카니즘, 헤드-짐벌 어셈블리(head gimbal assembly) 및 4개의 채널 기록-재생 헤드를 포함하는 완전히 조립된 액츄에이터이다.
트레이스 530 및 532는 각각 주파수 범위에서 감쇠 메카니즘(120)이 없는 그리고 있는 액츄에이터 진동을 보여준다. 감쇠 메카니즘(120)은 도 7, 8 및 11c에 도시된 바와 같이 플레이트이며, 두 디스크(12, 14)의 디스크 표면 각각으로부터 0.5 mm 갭 내에 위치한다. 상기 플레이트는 2/3 인치 또는 약 17 mm의 반경 폭(radial width)을 가진다.
피크 534는 트레이스 530에서 약 258 Hz에서의 와류-사운드(vortex-sound) 유도 액츄에이터 공명이며, 이것은 트레이스 532에서 거의 완전히 제거된다. 피크536은 트레이스 530에서 약 346 Hz에서의 vortex-sound 유도 액츄에이터 공명이며, 이것은 트레이스 532에서 거의 완전히 제거된다.
도 15a 및 도 15b는, 도 12a의 각각 0.6 mm 및 0.2 mm인 갭 높이(Gap1)와 관련된 진동하는 디스크 표면(12)의 파워 스펙트럼에 관한 탄성-음향 커플링 효과의 실험 결과를 보여준다. 수직축은 100 피코미터부터 100 나노미터까지 로그 스케일에서 미터 단위로 측정된 외부 직경의 변위를 가리킨다.
영역 540 및 550에서의 피크들은 발명자들에 의해 디스크 진동에 기인하는 것으로 생각된다. 0.6 mm 갭에서의 피크 542는 그 갭이 0.2 mm로 감소될 때 피크 552로 감소된다.
도 16a 및 도 16b는 각각 디스크 회전속도가 7200 및 5400 rpm인 도 12a의 여러 값들(Gap1)과 관련된 진동하는 디스크 표면(12)의 파워 스펙트럼에 관한 탄성-음향 커플링 효과의 실험 결과를 보여준다. 보고된 진동 데이터는 레이저 도플러 속도계에 의해서 측정된 톱 디스크의 외측 직경에서 측정된 축방향 디스크 진동이다.
도 17은 25 mm 반경 폭의 감쇠 메카니즘을 가지는 것(570)과 감쇠 메카니즘이 없는 것(560)의 진동하는 디스크 표면(12)의 변위 주파수 스펙트럼에 관한 탄성-음향 커플링 효과의 실험 결과를 보여준다.
도 18은 종래의 57,000 트랙 당 인치(TPI) 디스크 드라이브 시스템(580) 및 PES 30% 감소를 제공하는 25mm 감쇠 메커니즘을 채용한 디스크 시스템(590)에서 Non-Repeatable Run Out(NRRO) PES 스펙트럼으로 실험적으로 정해지는 헤드 포지션에러 신호(PES) 스펙트럼을 보여준다.
왼쪽축은 나노미터 단위의 NRRO PES를 가리킨다. 오른쪽 축은 등가적으로 트랙 피치의 NRRO PES를 가리킨다. 트레이스 580은 대략 36 나노미터 또는 동등하게 7 % 트랙피치의 PES를 위한 3 표준편차 내에서의 눈금을 가리킨다.
트레이스 590은 대략 24 나노미터 또는 동등하게 4.7 % 트랙피치의 PES를 위한 3 표준편차 내에서의 눈금을 가리킨다.
도 19는 종래의 57,000 트랙 당 인치(TPI) 디스크 드라이브 시스템(600) 및 가변 반경 폭을 가지는 감쇠 메커니즘을 채용한 디스크 시스템에서 Non-Repeatable Run Out(NRRO) PES 스펙트럼으로 실험적으로 정해지는 헤드 포지션 에러 신호(PES) 스펙트럼을 보여준다.
25, 17 및 12.5 mm 반경 폭의 감쇠 메카니즘(120)으로부터의 결과들은 각각 트레이스 602, 604 및 606으로 표시되었다.
도 20은 종래의 57,000 트랙 당 인치(TPI) 디스크 드라이브 시스템(600) 및 가변 반경 폭을 가지는 감쇠 메커니즘을 채용한 디스크 시스템에서 실험적으로 정해지는 헤드 포지션 에러 신호(PES) 스펙트럼을 보여준다.
도 19 및 20에 도시된 실험에서, 하나의 데이터 트랙의 피치는 0.44 마이크로미터이다. 수직축은 3 표준편차의 PES 레벨을 가리킨다. 박스 600은 감쇠 메카니즘이 사용되지 않은 때의 실험 결과들을 가리킨다. 박스 602, 604 및 606은 각각 반경 폭이 1 인치, 2/3 인치 및 1/2 인치인 감쇠 메카니즘이 사용된 때의 실험결과들을 가리킨다. 감쇠 메카니즘(120)은 도 23e에 도시된 바와 같이 플레이트이다.
실험결과는 25 mm 반경 폭의 감쇠 메카니즘이 가장 낮은 PES 레벨을 가지는 것을 가리키며, 광폭(wide-width) 감쇠 메카니즘은 협폭(narrow-width) 감쇠 메카니즘보다 PES 레벨을 감소시킨다는 가설을 지지한다.
도 21은 종래의 57,000 트랙 당 인치(TPI) 디스크 드라이브 시스템(600) 및 가변 커버리지 각도와 1 인치 또는 25mm의 반경 폭을 가지는 감쇠 메커니즘을 채용한 디스크 시스템에서 실험적으로 정해지는 헤드 포지션 에러 신호(PES) 스펙트럼을 보여준다.
이들 실험에서, 하나의 데이터 트랙의 피치는 0.44 마이크로미터이다. 수직축은 3 표준편차에서의 PES 레벨을 가리킨다. 박스 600은 감쇠 메카니즘이 사용되지 않은 때의 실험 결과들을 가리킨다. 박스 602, 604 및 606은 각각 커버리지 각도가 200, 130 및 80도인 감쇠 메카니즘이 사용된 때의 실험결과들을 가리킨다.
도 21에 도시된 실험결과는 광각(wide-angle) 감쇠 메카니즘이 협각(narrow-angle) 감쇠 메카니즘보다 PES를 더 감소시킨다는 가설을 지지한다.
도 22는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예를 위한 도 2a 및 도 12a의 분석 및 재료의 확장을 보여준다.
도 11a 및 12a에서처럼, 감쇠 메카니즘은 도 11a ~11c에서 도시된 것처럼 본질적인 공기 층(Gap 1)에 의해서 디스크(12)의 제1디스크 표면(12-1)으로부터 분리된 제1감쇠 표면(122)을 포함한다. 감쇠 메카니즘(120)은 본질적인 공기 층(Gap 2)에 의해서 제1디스크(12)의, 이 경우에서는, 제2디스크 표면(12-2)으로부터 분리된 제2감쇠 표면(124)을 더 포함할 수도 있다.
감쇠 메카니즘(120)은 본질적인 HGap에 의해 디스크(12)의 외측 에지(12-3)로부터 분리된 제1수직 표면(130)을 포함하는 "수직면(vertical-plane)" 디스크 댐퍼를 포함한다. 제1수직 표면(130) 및 디스크(12) 의 외측 에지 사이의 상기 수평 갭은 공기 매체에 디스크 에지를 둘러싸는 파동영역을 생성하며, 디스크(12)를 안정화하는 데 더 기여한다.
도 12a에서처럼, 이들 Gaps 1-4 각각은 기껏해야 제1거리이며, 이는 바람직하게는 1 mm 미만이다. 각 갭이 0.35 mm 및 0.6 mm 사이인 것이 더 바람직하다.
적어도 하나의 이들 갭은 경계층 두께보다 작은 것이 바람직할 수도 있다. 어느 실시예에서는, 적어도 하나의 이들 갭이 경계층 두께의 일부 보다 작은 것이 바람직할 수도 있다.
본 발명은 디스크 커버(110)를 사용하여 적어도 제1감쇠 표면(122)을 감쇠 메카니즘(120)의 부분으로 제공하며, 또한 디스크 커버(110)를 사용하여 제1수직표면(130)을 더 제공하는 것을 생각한다.
도 22는 본질적인 제3갭(Gap 3)에 의해서 제2디스크(14)에 속하는 제3디스크 표면(14-1)으로부터 분리된 제3감쇠 표면(126)을 포함하는 감쇠 메카니즘(120)을 더 보여준다.
감쇠 메카니즘(120)은 본질적인 HGap 2에 의해 디스크(14)의 외측 에지(14-3)로부터 분리된 제2수직 표면(132)을 포함하는 "수직면" 디스크 댐퍼를 포함할 수도 있다. 제2수직 표면(132) 및 디스크(14) 의 외측 에지(14-3) 사이의 상기 수평 갭은 공기 매체에서 디스크 에지를 둘러싸는 파동영역을 생성하며, 디스크(14)를안정화하는 데 더 기여한다.
감쇠 메카니즘(120)은 제4갭(Gap 4)에 의해서 제4디스크 표면(14-2)으로부터 분리된 제4감쇠 표면(128)을 더 포함할 수도 있다.
각 수평 갭은 기껏해야 1 mm 미만의 제2거리인 것이 바람직하다. 이들 갭 각각은 0.3 mm 보다 큰 것이 더 바람직하다. 이들 갭 각각 0.35 및 0.6 mm 사이인 것이 보다 바람직하다. 적어도 하나의 이들 수평갭은 경계층 두께보다 작은 것이 바람직할 수도 있다. 어느 실시예에서는, 적어도 하나의 이들 갭이 경계층 두께의 일부 보다 작은 것이 바람직할 수도 있다.
본 발명은 디스크 베이스(100)를 사용하여 적어도 제4감쇠 표면(128)을 감쇠 메카니즘(120)의 부분으로 제공하며, 또한 디스크 베이스(100)를 사용하여 제2수직표면(130)을 더 제공하는 것을 생각한다.
도 23a~23e는 선행 도면의 감쇠 메커니즘에 사용된 플레이트용 여러 형상, 에지 및 재료 들을 보여준다.
경계 140~146은 다른 도면을 간단히 하기위해서 도 23e에서만 표시되어 있으며, 이는 청구범위를 한정하려는 것이 아님을 주목한다.
도 23a는 경계(140, 144 및 146) 상에 날카로운 계단 에지를 포함하는 천공을 가진 알루미늄 플레이트(120)를 보여준다. 상기 천공은 액츄에이터 진동을 최적으로 감소하도록 직경이 약 5 mm인 것이 바람직하다. 도 23b는 경계(140, 144 및 146) 상에 웨지 형상의 에지를 포함하는 단단한 플라스틱, 바람직하게는 LEXAN??과 같은 폴리카보네이트 물질, 플레이트를 도시한 것이다. 도 23c는 경계(140, 144 및146) 상에 날카로운 계단 에지를 포함하는 단단한 플라스틱 플레이트를 도시한 것이다. 도 24d는 경계(140, 144 및 146) 상에 라운드 둥근 홈(chamfer) 에지를 포함하는 알루미늄 플레이트를 도시한 것이다.
도 23e는 경계(140, 144 및 146) 상에 날카로운 계단 에지를 포함하는 알루미늄 플레이트를 도시한 것이다. 알루미늄 플레이트를 사용하는 실시예에서는, 상기 플레이트는 바람직하게는 적어도 하나의 표면에 알루미늄 플러스 (Aluminum Plus) 코팅을 포함할 수도 있다.
도 23a~23e에 도시된 것처럼 본 발명은 액츄에이터와 그 부품의 근처에 와류의 형성을 방해하도록 형성된 핑거(finger)를 더 포함하는 것을 더 고려할 수 있다.
또한 선행 도면에서 도시된 것처럼 감쇠 메카니즘(120)을 채용한 디스크 드라이브 시스템은 감소된 노이즈 레벨의 혜택을 입는다. 아래의 표 3은 7200 RPM으로 회전하는 두 개의 디스크를 채용한 여러 디스크 드라이브에 대한 실험을 보여준다. 상기 실험은 갭 0.5 mm, 반경 폭 2/3 인치 또는 17 mm 및 커버리지 앵글 200도의 도 23d에 도시된 바람직한 감쇠 메카니즘(120)을 사용하였다.
드라이브 번호 감쇠메카니즘을 사용하지 않은음향 노이즈(사운드 파워 레벨: dB) 감쇠메카니즘을 사용한음향 노이즈(사운드 파워 레벨: dB)
1 27.8 25.6
2 28.3 26.1
3 28.6 26.1
4 28.4 26.1
5 26.9 24.9
평균값 28.0 25.8
평균 차 2.2
상기와 같은 본 발명에 따른 저장 디바이스의 디스크 진동을 감소시키는 장치에 따르면, 헤드 포지셔닝이 더 향상되고 디스크 플러터링이 감소된다.
선행 실시예들은 예를 든 것이며, 다음의 청구항들의 범위를 제한하려는 것이 아니다.

Claims (50)

  1. 복수의 디스크, 상기 디스크들 중 제1디스크 표면을 포함하는 제1디스크 및 상기 디스크들 중 제2디스크 표면을 포함하는 제2디스크;
    디스크 베이스;
    상기 제1디스크 표면에 통신가능하게 연결되는 기록-재생 헤드 어셈블리와 상기 제2디스크 표면에 통신으로 결합된 제2 기록-재생 헤드 어셈블리를 제공하며, 상기 디스크 베이스에 피봇 결합된 액츄에이터;
    상기 디스크 베이스에 단단하게 결합되어 있으며, 상기 디스크들을 작동 회전 속도에서 회전축 주위로 회전시키도록 제공된 스핀들 모터; 및
    상기 디스크 베이스에 고정적으로 부착된 플레이트를 포함하며, 상기 디스크들의 상기 회전축에 대하여 적어도 175 도 그리고 상기 디스크들의 상기 회전축에대해서 적어도 16 mm 의 반경 폭을 위해 본질적인 제1갭에 의해서 상기 제1디스크로부터 분리된 제1감쇠 표면을 더 구비하는 감쇠 메카니즘;을 구비하며,
    상기 감쇠 메카니즘은,
    상기 디스크들의 상기 회전축에 대하여 적어도 175 도 그리고 상기 디스크들의 상기 회전축에 대해서 적어도 16 mm 의 반경 폭을 위해 본질적인 제2갭에 의해서 상기 제2디스크로부터 분리되며, 상기 제1갭 및 상기 제2갭을 구비하는 갭 콜렉션(collection)의 각 멤버는 기껏해야 고정된 거리인 제2감쇠 표면;
    상기 제1 및 제2디스크 표면이 상기 디스크 동작 회전속도에서 회전됨에 따라 상기 디스크 표면들을 안정화시키도록 상기 제1디스크 표면 및 제2디스크 표면에 작용하는 공기역학력을 감소시키는 상기 감쇠 메카니즘; 및
    상기 제1 및 제2디스크 표면이 상기 디스크 동작 회전속도에서 회전됨에 따라 상기 액츄에이터에 작용하는 공기역학력을 감소시키는 상기 감쇠 메카니즘; 및
    상기 디스크 베이스에 부착되어 상기 스핀들 모터, 상기 복수의 디스크, 상기 액츄에이터 및 상기 감쇠 메카니즘을 포함하는 울타리를 형성하는 디스크 커버;를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동 회전속도는 적어도 5400 RPM 인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 작동 회전속도는 5400 RPM 보다 큰 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동 회전속도에서 상기 디스크들의 회전은 상기 제1디스크 표면으로부터 경계층 두께를 생성하며, 그리고 상기 고정된 거리는 실질적으로 상기 경계층 두께인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 고정된 거리는 상기 경계층 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트는 개스가 방출되지 않는(non-outgassing) 단단한 플라스틱 및 금속 합금을 구비하는 콜렉션의 적어도 하나의 부재를 구비하며;
    상기 금속 합금은 알루미늄, 구리 및 철의 상기 콜렉션의 하나의 부재의 대부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 플레이트는 주로 알루미늄 합금을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 플레이트는 상기 알루미늄 합금인 경우, 개스가 방출되는(outgassing) 것을 방지하기 위해서 그 위에 도포되는 코팅을 구비는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트는 주로 상기 개스가 방출되지 않는 단단한 플라스틱이며 이 플라스틱은 개스가 방출되지 않는 폴리카보네이트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1디스크는 상기 제2디스크 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 디스크의 부재는 제3디스크 표면을 포함하며;
    상기 감쇠 메카니즘은 본질적인 제3갭에 의해서 상기 제3디스크 표면으로부터 분리된 제3감쇠 표면을 더 포함하며; 그리고,
    상기 갭 콜렉션은 상기 제3갭을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수 디스크의 부재는 제4디스크 표면을 포함하며;
    상기 감쇠 메카니즘은 본질적인 제4갭에 의해서 상기 제4디스크 표면으로부터 분리된 제4감쇠 표면을 더 포함하며; 그리고,
    상기 갭 콜렉션은 상기 제4갭을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 디스크는 상기 디스크들 중 제3디스크를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스크들의 회전 면에 평행한 상기 제1감쇠 표면의 단면은 내부 원형 경계 및 외부 원형 경계를 포함하는 잘려진 고리를 포함하며;
    상기 내부 원형 경계 및 외부 원형 경계는 둘 다 상기 디스크들의 상기 회전축을 중심으로 하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 회전면에 평행한 상기 제1감쇠 표면의 상기 단면은 상기 잘려진 고리인것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 회전면에 평행한 상기 제1감쇠 표면의 상기 단면의 내부 경계는 상기 내부 원형 경계로부터 변하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 회전면에 평행한 상기 제1감쇠 표면의 상기 단면의 외부 경계는 상기 외부 원형 경계로부터 변하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1감쇠 표면은 연결되는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1감쇠 표면은 단순하게 연결되는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 연결된 제1감쇠 표면은 적어도 하나의 천공을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 천공의 직경은 1 밀리미터 및 6 밀리미터 사이인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트는 상기 스핀들 모터를 향하는 내부 경계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 내부 경계는 둥근 에지를 포함하며; 그리고
    상기 둥근 에지는 원형 라운딩, 타원형 라운딩, 경사 라운딩, 둥근 홈 라운딩 및 나이프 에지 라운딩을 구비하는 콜렉션 의 적어도 하나의 부재에 가까운 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 거리는 기껏해야 1 mm 인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  25. 제 24 항에 있어서,
    각 갭 콜렉션 멤버는 적어도 0.35 밀리미터인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 고정 거리는 기껏해야 0.6 밀리미터이며;
    상기 갭 콜렉션 멤버들의 각각은 적어도 0.35 밀리미터인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  27. 제1디스크 표면을 포함하는 적어도 하나의 디스크;
    상기 제1디스크 표면에 통신가능하게 연결되는 기록-재생 헤드 어셈블리를 제공하는 적어도 하나의 액츄에이터;
    작동 회전 속도에서 상기 적어도 하나의 디스크를 회전하는 수단; 및
    상기 제1디스크 표면에 대해서 상기 액츄에이터를 감쇠하는 수단;을 구비하며,
    상기 감쇠 수단은,
    본질적인 제1갭에 의해서 상기 제1디스크 표면으로부터 분리된 제1감쇠 표면을 제공하는 수단;
    상기 적어도 하나의 디스크가 상기 동작 회전속도에서 회전됨에 따라 상기 적어도 하나의 디스크를 안정화시키도록 상기 적어도 하나의 디스크의 상기 제1디스크 표면에 작용하는 공기역학력을 감소시키는 수단; 및
    상기 적어도 하나의 디스크가 상기 동작 회전속도에서 회전됨에 따라 상기액츄에이터에 작용하는 공기역학력을 감소시키는 수단;을 구비하며,
    갭 콜렉션의 각 멤버는 기껏해야 고정된 거리이며, 상기 갭 콜렉션은 상기 제1갭을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 작동 회전속도는 적어도 5400 RPM 인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 작동 회전속도에서 상기 디스크들의 회전은 상기 제1디스크 표면으로부터 경계층 두께를 생성하며; 그리고
    상기 고정된 거리는 실질적으로 상기 경계층 두께인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 고정 거리는 상기 경계층 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  31. 제 27 항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 제2디스크 표면에 통신으로 연결된 제2 기록-재생 헤드어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 감쇠수단은 본질적인 제2갭에 의해서 상기 제2디스크 표면으로부터 분리된 제2감쇠 표면을 더 포함하며; 그리고
    상기 갭 콜렉션은 상기 제2갭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 제1디스크는 상기 제2디스크 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  34. 제 27 항에 있어서,
    상기 제1감쇠 표면은 상기 디스크들의 회전축에 대해서 적어도 175 도를 위해 본질적인 상기 제1갭에 의해서 상기 제1디스크 표면으로부터 분리된 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  35. 제 27 항에 있어서,
    상기 제1감쇠 표면은 상기 디스크들의 회전축으로부터 적어도 16 밀리미터 폭을 위해 본질적인 상기 제1갭에 의해서 상기 제1디스크 표면으로부터 분리된 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  36. 제 27 항에 있어서,
    상기 고정 거리는 적어도 1 밀리미터이며; 그리고
    상기 갭 콜렉션 멤버들의 각각은 적어도 0.35 밀리미터인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  37. 제1디스크 표면 가까이 통신가능하게 연결된 기록-재생 헤드 어셈블리를 제공하는 적어도 하나의 액츄에이터에 관하여 작동 회전속도에서 적어도 상기 제1디스크 표면을 포함하는 적어도 하나의 디스크를 회전시키는 단계; 및
    상기 제1디스크 표면에 대해서 상기 액츄에이터를 감쇠시키는 단계;를 구비하며,
    상기 감쇠단계는,
    본질적인 제1갭에 의해서 상기 제1디스크 표면으로부터 분리된 제1감쇠 표면을 제공하는 단계;
    상기 갭 콜렉션 멤버들에 관련되고 상기 디스크 작동 회전 속도에 관련된 에어 플로우에 근거하여 상기 액츄에이터에 작용하는 공기역학력을 감소시키는 단계; 및
    상기 갭 콜렉션 멤버들에 관련되고 상기 디스크 작동 회전 속도에 관련된 에어 플로우에 근거하여 상기 제1디스크 표면을 안정화하기 위해 상기 제1디스크 표면에 작용하는 공기역학력을 감소시키는 단계;를 구비하며,
    갭 콜렉션의 각 멤버는 기껏해야 고정된 거리이며, 상기 갭 콜렉션은 상기 제1갭을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 트래킹 포지셔닝 에러를 감소시키는 방법.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 작동 회전속도는 적어도 5400 RPM 인 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제 37 항에 있어서,
    상기 고정된 거리는 기껏해야 1 밀리미터인 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제 37 항에 있어서,
    상기 갭 콜렉션 멤버들 각각은 적어도 0.35 밀리미터인 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제 37 항에 있어서,
    상기 제1감쇠 표면은 상기 디스크들의 회전축에 대해서 적어도 175 도를 위해 본질적인 상기 제1갭에 의해서 상기 제1디스크 표면으로부터 분리된 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제 37 항에 있어서,
    상기 제1감쇠 표면은 상기 디스크들의 회전축으로부터 적어도 16 밀리미터폭을 위해 본질적인 상기 제1갭에 의해서 상기 제1디스크 표면으로부터 분리된 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제1디스크 표면을 포함하는 적어도 하나의 디스크;
    상기 제1디스크 표면 가까이 통신가능하게 연결된 기록-재생 헤드 어셈블리를 제공하는 적어도 하나의 액츄에이터; 및
    본질적인 제1갭에 의해서 상기 제1디스크 표면으로부터 분리된 제1감쇠 표면을 제공하는 감쇠 메카니즘;을 구비하며,
    상기 적어도 하나의 디스크는 상기 액츄에이터 및 상기 감쇠 메카니즘에 대해서 작동 회전 속도에서 회전하며;
    상기 갭 콜렉션의 각 멤버는 기껏해야 고정된 거리이며;
    상기 디스크 드라이브는,
    상기 갭 콜렉션 멤버들에 관하여 그리고 상기 디스크 작동 회전속도에 관한 에어 플로우에 근거하여 상기 액츄에이터에 작용하는 공기역학력을 감소시키는 상기 감쇠 메카니즘; 및
    상기 갭 콜렉션 멤버들에 관하여 그리고 상기 디스크 작동 회전속도에 관한 에어플로우에 근거하여 제1디스크를 안정화하는 상기 감쇠 메카니즘;을 구비하며,
    상기 갭 콜렉션은 상기 제1갭을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 작동 회전속도는 적어도 5400 RPM 인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  45. 제 43 항에 있어서,
    상기 제1감쇠 표면은 상기 디스크들의 상기 회전축에 대해서 적어도 180 도를 위해 본질적인 상기 제1갭에 의해서 상기 제1디스크 표면으로부터 분리된 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  46. 제 43 항에 있어서,
    상기 제1감쇠 표면은 상기 디스크들의 상기 회전축에 대해서 적어도 200 도를 위해 본질적인 상기 제1갭에 의해서 상기 제1디스크 표면으로부터 분리된 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  47. 제 43 항에 있어서,
    상기 제1감쇠 표면은 상기 디스크들의 회전축으로부터 적어도 16 밀리미터 폭을 위해 본질적인 상기 제1갭에 의해서 상기 제1디스크 표면으로부터 분리된 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  48. 제 43 항에 있어서,
    디스크 베이스;
    상기 디스크 베이스에 단단하게 결합되어 있으며, 상기 디스크들을 작동 회전 속도에서 회전축 주위로 회전시키도록 제공된 스핀들 모터; 및
    상기 디스크 베이스에 부착되어 상기 스핀들 모터, 상기 적어도 하나의 디스크, 상기 액츄에이터 및 상기 감쇠 메카니즘을 포함하는 울타리를 형성하는 디스크 커버;를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 감쇠 메카니즘은 상기 울타리의 경계에서 음향 노이즈를 감소하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  50. 제 43 항에 있어서,
    상기 고정 거리는 기껏해야 1 mm 이며;
    각 갭 콜렉션 멤버는 적어도 0.35 밀리미터인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
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