KR100505637B1

KR100505637B1 - 흡진기를 채용한 디스크 드라이브

Info

Publication number: KR100505637B1
Application number: KR10-2002-0034136A
Authority: KR
Inventors: 홍순교; 이영원; 김홍열; 오석일; 정진태
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2005-08-03
Also published as: JP2004022161A; CN1467738A; US7185350B2; CN1224052C; US20030231575A1; KR20030097013A

Abstract

개시된 디스크 드라이브는, 디스크를 회전시키는 스핀들모터와, 회전하는 디스크에 액세스되는 픽업유닛과, 스핀들모터가 설치되는 프레임, 및 프레임에 설치되어 디스크의 회전에 의한 수평 및 수직방향의 가진력을 상쇄시키는 방향으로 진동함으로써 프레임의 수평 및 수직방향의 진동을 흡수하는 적어도 하나의 흡진기를 포함한다. 이와 같은 구성에 의하면, 흡진기가 프레임의 진동에 대응하여 이를 상쇄시키는 방향으로 유동함으로써 프레임의 진동을 저감시킬 수 있다.

Description

흡진기를 채용한 디스크 드라이브{Disc drive using vibration absorber}

본 발명은 디스크 드라이브에 관한 것으로서, 특히 디스크의 회전에 의하여 발생하는 진동을 저감할 수 있도록 개선된 디스크 드라이브에 관한 것이다.

일반적으로 디스크 드라이브는 컴팩트 디스크(CD), 디지털 비데오 디스크(DVD) 등 디스크 형상의 매체에 정보를 기록하거나 또는 이들에 기록된 정보를 재생하는 장치를 말한다.

도 1은 일반적인 디스크 드라이브의 일예를 도시한 것이다.

도시된 바와 같이, 디스크 드라이브는, 하우징(10)에 설치되는 프레임(20), 상기 프레임(20)에 설치되어 디스크(D)를 회전시키는 스핀들모터(30). 상기 스핀들모터(30)의 회전축에 결합되어 디스크가 안착되는 턴테이블(40), 및 상기 회전하는 디스크(D)의 반경방향을 따라 왕복이동하면서 정보를 기록 또는 독취하는 픽업유닛(50)을 구비한다.

이와 같은 구성에 의해, 디스크(D)를 회전시키면서 픽업유닛(50)에 의해 디스크의 기록면에 정보를 기록하거나 또는 기록면에 수록된 정보를 읽어내어 재생한다.

디스크 드라이브에 사용되는 디스크(D)는 완전한 평면으로서 질량분포가 균일한 것이 바람직하다. 그러나, 현실적으로 이러한 디스크를 제작하는 것은 불가능하며, 일반적으로 디스크는 도 2에 도시된 바와 같은 휨과 불균일한 질량분포를 가지게 된다. 도 2를 보면, 편심된 질량(m)과 디스크(D) 중심으로부터의 거리(r)를 곱한 값을 편심질량(m')이라 하며, 이는 디스크(D)의 질량분포의 불균일성을 양적으로 표현한 것이다. 단위는 그램·센티미터(g·cm)를 사용한다.

이처럼 편심질량(m')과 흼을 가진 디스크(D)가 턴테이블(40)에 안착되어 스핀들모터(30)에 의해 고속으로 회전하면 편심질량(m')에 비례하는 수평방향의 가진력과 휨량에 비례하는 수직방향의 가진력이 발생하여 프레임(20)을 진동시키게 된다. 통상 이러한 진동은 프레임(20)과 하우징(10)과의 결합부(P1,p2,p3)에 설치되는 완충부재(60)에 의해서도 완전히 억제되지 않는다.

따라서, 최근에는 이를 개선하고자 도 3에 도시된 바와 같은 볼 밸런서(ball balancer)를 채용한 디스크 드라이브가 제안되고 있다. 볼 밸런서는 턴테이블(40)에 형성된 환형의 수용부(70)와, 이 수용부(70)에 내에서 회전하는 다수의 볼(ball)(80)들로 구성된다. 이와 같은 구성에 의해, 편심질량(m')을 갖는 디스크가 턴테이블(40)에 안착되어 회전하면, 로우터 다이나믹스(rotor dynamics)의 원리에 의해 볼(80)들이 수용부(70)에 내에서 편심질량(m')의 반대쪽에 위치하게 되어 질량 밸런스를 유지하게 함으로써 디스크의 편심에 의한 진동을 억제하게 된다.

그러나, 볼 밸런서에 의하면 고속영역에서는 양호한 진동억제효과를 얻을 수 있으나, 저속영역에서는 오히려 편심질량(m')쪽으로 볼(80)들이 몰리면서 진동 및 소음을 가중시키는 문제점이 있다. 그런데, 일반적으로 디스크에 정보를 기록할 때에는 디스크 드라이브가 저속영역에서 구동되므로 볼 밸런서의 역효과에 의해 기록 에러(error)를 일으킬 수 있다.

또한, 볼 밸런서는 편심질량(m')에 의한 수평방향의 진동을 억제하기 위한 것일 뿐, 디스크의 휨에 의한 수직방향의 진동에는 효과가 없다.

이처럼, 디스크(D)의 편심질량(m')과 휨에 의한 수평 및 수직방향의 가진력에 의해 프레임(20)이 진동하면, 디스크(D)와 픽업유닛(50)과의 정밀한 수직 및 수평방향의 위치제어가 불가능하게 된다. 이러한 프레임(20)의 진동은 디스크의 기록밀도를 높이는 디스크의 대용량화와, 고속 기록 및 재생에 걸림돌이 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 디스크의 편심질량과 휨에 의한 프레임의 수평 및 수직방향의 진동에 동시에 대응할 수 있는 디스크 드라이브를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디스크 드라이브는, 디스크를 회전시키는 스핀들모터; 회전하는 상기 디스크에 액세스되는 픽업유닛; 상기 스핀들모터가 설치되는 프레임; 상기 프레임에 설치되어 상기 디스크의 회전에 의한 수평 및 수직방향의 가진력을 상쇄시키는 방향으로 진동함으로써 상기 프레임의 수평 및 수직방향의 진동을 흡수하는 적어도 하나의 흡진기;를 포함한다.

여기서, 다수의 흡진기를 구비할 경우, 서로 다른 주파수의 진동에 대해 이를 흡수하는 하나 이상의 흡진기를 구비하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 디스크 드라이브는 상기 스핀들모터의 회전축에 장착되어 상기 디스크가 안착되는 턴테이블에는 상기 디스크의 편심질량을 보상하는 볼밸런서가 더 구비하는 것도 가능하다.

상기 흡진기는, 상기 프레임에 설치되는 질량체와, 상기 질량체가 상기 프레임에 대해 수직 및 수평방향으로 진동할 수 있도록 상기 질량체와 상기 프레임을 탄성적으로 연결하는 연결부재를 포함한다.

여기서, 상기 연결부재는 상기 프레임과 상기 질량체를 연결하는 탄성체로서, 상기 질량체를 중심으로 대칭되게 배치되는 다수의 코일스프링으로 가능하다.

또한, 상기 연결부재는, 상기 질량체가 감쇄진동할 수 있도록 댐핑성능을 더 갖는 재질로 형성될 수 있으며, 이 때 상기 연결부재는 점탄성을 갖는 고무재질로서, 상기 프레임의 관통부에 설치되는 몸체; 상기 질량체가 삽입될 수 있는 삽입부; 상기 삽입부와 상기 몸체를 연결하는 탄성부를 포함한다.

더 나아가, 상기 흡진기는, 상기 질량체와 상기 연결부재가 일체로 형성되는 것도 가능하다. 이 때, 상기 연결부재는, 상기 프레임에 고정되는 중공원통형상의 몸통부; 상기 몸통부의 중앙에 위치되는 질량체로부터 연장되어 상기 몸통부에 연결되는 탄성부;를 포함하며, 사출성형 가능한 플라스틱 또는 점탄성 고무재질로 형성될 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 상기 질량체가 상기 프레임의 진동에 대응하여 이를 상쇄시키는 방향으로 유동함으로써 프레임의 진동 및 이에 따른 소음을 저감시킬 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 디스크 드라이브의 일 실시예를 도시한 것이다.

도 4를 보면, 하우징(110)위에 프레임(120)이 설치되어 있다. 프레임(120)과 하우징(110)을 결합하는 3개소의 결합부(P1,P2,P3)에는 프레임(120)의 진동이 하우징(110)으로 전달되지 못하도록 하는 고무재질 등의 탄성을 가진 완충부재(160)가 개재되어 있다.

프레임(120)에는 디스크(D)를 회전시키는 스핀들모터(130)와, 디스크(D)의 반경방향으로 왕복슬라이딩하면서 디스크(D)에 정보를 기록하거나 또는 디스크(D)에 기록된 정보를 재생하는 픽업유닛(150) 및 디스크(D)의 회전에 의한 진동을 흡수하기 위한 흡진기(180)가 설치되어 있으며, 스핀들모터(130)의 회전축에는 디스크(D)가 안착되는 턴테이블(140)이 결합되어 있다. 턴테이블(140)에는 도 3에 도시된 바와 같은 볼밸런서가 구비되어 있을 수도 있다. 픽업유닛(150)은 하우징(110)에 결합될 수도 있다.

상기 흡진기(180)는, 도 5에 도시된 바와 같이 프레임(120)의 관통부(121)에 위치되는 질량체(181)와, 상기 질량체(181)와 프레임(120)을 연결하는 3개의 코일스프링(182)을 포함한다. 관통부(121)의 크기는 질량체(181)가 상하 및 좌우로 진동할 수 있도록 질량체(181)의 외경과 코일스프링(182)의 설치공간을 고려하여 결정된다. 코일스프링(182)의 일단은 관통부(121)의 외주를 따라 대칭되도록 프레임(120)에 결합되고, 타단은 질량체(181)에 연결된다. 따라서, 코일스프링(182)이 수직 및 수평방향으로 압축과 이완을 반복함으로써 질량체(181)는 프레임(120)에 대해 상하 및 좌우로 탄성적으로 진동된다.

본 실시예에서는 3개의 코일스프링(182)을 질량체(181)에 대해 대칭되게 설치하고 있으나, 반드시 대칭되게 설치될 필요는 없으며 또 4개 이상의 코일스프링을 설치하는 것도 가능하다. 질량체(181)와 프레임(120)을 연결하는 연결부재는 탄성을 가진 재질이면 충분하며, 본 실시예에서 사용하고 있는 코일스프링(182)에 한하는 것은 아니다.

또한, 질량체(181)와 프레임(120)을 연결하는 연결부재는 도 4에 도시된 바와 같이 반드시 여러 개일 필요는 없으며, 도시되지는 않았지만 외주부분은 프레임(120)에 연결되고 중심부에 질량체(181)와 연결된 태엽형상의 하나의 탄성부재로도 가능하다.

질량체(181)의 질량(M)과 코일스프링(182)의 스프링상수(k)는 제거하고자 하는 진동의 주파수에 대응되도록 결정되는데, 흡진기(180)에 의해 제거 가능한 최적의 진동주파수는 k/M의 제곱근에 비례한다.

도 6은 본 발명에 따른 디스크 드라이브에 채용되는 흡진기의 다른 예를 도시한 것이다.

도시된 바와 같이, 본실시예의 흡진기(200)는 점탄성을 갖는 고무재질의 연결부재(210)와, 질량체(201)를 포함하며, 연결부재(210)는 몸체(202)와 탄성부(203) 및 삽입부(204)를 포함한다.

몸체(202)는 탄성에 의해 프레임(120)의 관통부(121)에 끼워져서 고정되는 부분으로서 관통부(121)의 보다 약간 크게 형성된다. 탄성부(203)는 몸체(202)로부터 내측으로 연장되어 형성되며, 두께가 몸체(202)보다 얇은 것이 바람직하다. 탄성부(203)의 가운데에는 질량체(201)가 삽입되어 탄성에 의해 결합되는 삽입부(204)가 형성되어 있다.

이와 같은 구성에 의해, 가진력이 주어지면 탄성부(203) 및/또는 몸체(202)가 점탄성적으로 변형 및 복원되면서 질량체(201)가 수평 및 수직방향으로 감쇄진동될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 디스크 드라이브에 채용되는 흡진기의 다른 예를 도시한 것이며, 도 8은 도 7의 평면도이다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 흡진기(190)는 몸통부(191)와 질량체(194) 및 3개의 탄성아암(193)이 일체로 형성된 것이다.

몸통부(191)는 중공부(192)를 가진 원통형상으로서 프레임(120)에 고정된다. 중공부(192)에는 질량체(194)가 위치한다.

몸통부(191)와 질량체(194)는 3개의 탄성아암(193)에 의해 연결된다. 탄성아암(193)은 질량체(194)의 외주면에서 연장되어 중공부(192)의 내측면에 연결되는데, 도 5b에 도시된 바와 같이 질량체(194)를 중심으로 대칭되게 나선형으로 연장되는 것이 바람직하다. 이 때 중공부(192)의 직경은 질량체(194)의 직경과 탄성아암(193)의 형성공간을 고려하여 질량체(194)와 탄성아암(193)이 진동할 수 있는 공간을 확보할 수 있도록 결정된다.

본 실시예에서는 3개의 탄성아암(193)으로 질량체(194)와 몸통부(191)를 연결하고 있으나, 반드시 3개일 필요는 없으며 4개 이상의 탄성아암(193)을 형성하는 것도 가능하다.

본 실시예의 흡진기(190)는 탄성을 가진 플라스틱으로 사출성형하여 제작하거나 또는 고무로 제작할 수 있다.

이제 도 5 내지 도 8에 도시된 실시예에 따른 작용효과를 설명한다.

편심질량(m')과 휨을 가진 디스크(D)가 턴테이블(140)에 탑재되어 회전하면, 편심질량(m')에 의한 수평방향의 가진력과 휨에 의한 수직방향의 가진력이 발생하여 프레임(120)이 수평 및 수직방향으로 진동하게 된다.

도 9는 디스크의 회전속도와 디스크의 편심질량(m')의 크기에 따른 가진력과의 관계를 도시한 그래프이다.

도시된 바와 같이, 가진력의 크기는 디스크(D)의 회전속도와 편심질량(m')의 크기에 비례하여 증가한다. 가진력이 허용치를 넘어서는 경우에는 정보의 기록 및 재생에 에러가 발생할 수 있으므로 일반적으로 디스크(D)의 회전속도를 낮춤으로써 안정성을 확보한다.

그러나, 도 5에 도시된 바와 같은 흡진기(180)를 채용할 경우에는 디스크의 회전속도를 낮출 필요가 없다, 흡진기(180)의 고유진동수는 질량체(181)의 질량(M)과 코일스프링(182)의 스프링상수(k)의 값에 의존하므로 이들을 변화시키면 임의의 고유진동수를 갖는 흡진기(180)를 얻을 수 있다. 그러므로, 흡진기(180)의 고유진동수를 디스크의 회전 주파수에 맞추면, 편심질량(m')에 의한 프레임(120)의 진동이 흡진기(180)의 질량체(181)의 진동으로 흡수되어 프레임(120)의 진동을 대폭 저감시킬 수 있다. 따라서, 질량체(181)의 질량(M)과 코일스프링(182)의 스프링상수(k)를 조정하면 도 10에 도시된 바와 같이 원하는 회전속도에서의 가진력을 허용치 이하로 낮출 수 있으므로, 디스크의 편심질량(m')에 의한 진동을 고려하여 디스크의 회전속도를 저하시킬 필요가 없다. 이러한 효과는 도 6내지 도 8에 도시된 흡진기(190,200)를 사용하더라도 마찬가지이다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 점탄성을 가진 고무재질의 연결부재(210)를 사용한 흡진기(200)를 사용하거나, 도 8에 도시된 바와 같이 점탄성을 가진 고무재질을 사용하여 일체로 형성한 흡진기(190)를 사용하는 경우에는 댐핑(damping)효과까지 얻을 수 있다. 댐핑효과는 질량체의 질량(M)이나 스프링계수(k)와는 달리 흡진기의 진동주파수에는 영향을 주지 않지만, 진동의 변위를 낮출 수 있으므로 흡진기의 진동 및 소음저감성능을 향상시킬 수 있다.

이제까지는 디스크의 편심질량(m')에 의한 수평방향의 진동을 저감하는 동작에 대해 설명하였으나, 본 발명에 따른 흡진기는 이와 같은 수평방향의 진동 뿐 아니라 디스크의 휨에 의한 수직방향의 진동도 흡수할 수 있다는데 그 특징이 있다. 도 4 내지 도 8에 도시된 실시예에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 디스크 드라이브에 채용되는 흡진기의 질량체는 수평방향 뿐 아니라 수직방향으로도 진동할 수 있는 구조로 되어 있다. 그러므로, 볼 밸런서에 의해 해결할 수 없었던 디스크의 휨에 의한 수직방향의 진동까지도 흡수할 수 있어, 픽업유닛과 디스크의 기록면과의 안정적인 상호 액세스가 가능하며, 이는 디스크 드라이브의 고속화와 기록밀도 향상에 의한 디스크의 대용량화를 구현할 수 있는 기반이 된다.

본 발명에 따른 디스크 드라이브에 채용된 흡진기는 진동을 저감시키기 의해 도 3에 도시된 볼 밸런서와 다양한 조합이 가능하다.

우선, 60헤르츠 이상의 고속영역에서 사용되는 재생전용의 디스크 드라이브에서는 고속에서 편심질량(m')에 의한 진동을 저감하는데 효과가 있는 볼 밸런서를 채용한다. 그리고, 볼 밸런서로 커버할 수 없는 과도한 편심질량(m')에 의한 수평진동과 디스크의 휨에 의한 수직진동은 고유진동수를 고속영역에 맞춘 본 발명에 따른 흡진기를 채용하여 제거하거나 저감할 수 있다. 이 때, 서로 다른 주파수의 진동을 흡수하는 다수의 흡진기를 채용하는 것도 가능하다.

다음으로, 재생시에는 고속영역에서 동작하고, 기록시에는 저속영역에서 동작하는 기록 및 재생 겸용 디스크 드라이브에서는 볼 밸런서와 다수의 흡진기를 함께 채용할 수 있다. 즉, 볼 밸런서로 대응할 수 없는 30 내지 40 헤르츠(Hz) 이하의 저속영역에서의 진동을 흡수하는 흡진기와, 고속영역에서 과도한 편심질량(m')과 디스크의 휨에 의한 진동을 흡수하는 다른 흡진기를 채용하면 고속 및 저속영역의 진동을 모두 저감할 수 있다. 이는 흡진기의 질량체의 질량과 연결부재의 탄성계수를 다양하게 변화시킴으로써 가능하다.

또한, 볼 밸런서를 채용하지 않고, 고속영역과 저속영역에서의 수직 및 수평방향의 진동을 흡수하기 위해 질량체의 질량과 연결부재의 탄성계수가 다른 다수의 흡진기를 채용하는 것도 가능하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 흡진기는 도면에 도시되지는 않았지만 스핀들모터가 설치된 프레임이 고정된 경우와 하우징에 대해 승강하는 경우는 물론 슬라이딩되면서 하우징에 출입되는 경우에도 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 디스크 드라이브에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 디스크의 편심질량과 휨에 의한 수평 및 수직방향의 진동을 모두 흡수함으로써 안정적인 기록 및 재생이 가능한 디스크 드라이브를 구현할 수 있다.

둘째, 볼 밸런서와의 다양한 조합과, 서로 다른 주파수의 진동을 흡수하는 다수의 흡진기를 채용함으로써 고속 및 저속 영역에서의 진동을 효과적으로 흡수할 수 있다.

셋째, 진동에 의한 소음을 저감시킴으로써 체감소음저감효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

도 1은 일반적인 디스크 드라이브의 일예를 도시한 사시도.

도 2는 디스크의 휨과 편심질량을 보인 사시도.

도 3은 볼밸런서를 도시한 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 디스크 드라이브의 일 실시예를 도시한 사시도.

도 5는 도 4의 흡진기를 상세히 도시한 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 디스크 드라이브에 채용되는 흡진기의 다른 예를 도시한 사시도.

도 7은 본 발명에 따른 디스크 드라이브에 채용되는 흡진기의 또 다른 예를 도시한 사시도.

도 8은 도 7의 평면도.

도 9는 디스크의 회전속도와 디스크의 편심질량의 크기에 따른 가진력과의 관계를 도시한 그래프.

도 10은 발명에 따른 디스크 드라이브에 채용되는 흡진기에 의한 진동흡수효과를 도시한 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10,110......하우징 20,120......프레임

30,130......스핀들모터 40,140......턴테이블

50,150......픽업유닛 60,160......완충부재

70......수용부 80......볼(ball)

180,190,200......흡진기 m'......편심질량

181,194,201......질량체 182......코일스프링

193......탄성아암

Claims

디스크를 회전시키는 스핀들모터;

회전하는 상기 디스크에 액세스되는 픽업유닛;

상기 스핀들모터가 설치되는 프레임;

상기 프레임에 설치되어 상기 디스크의 회전에 의한 수평 및 수직방향의 가진력을 상쇄시키는 방향으로 진동함으로써 상기 프레임의 수평 및 수직방향의 진동을 흡수하는 적어도 하나의 흡진기;를 포함하며, 상기 흡진기는,

질량체;

상기 질량체가 상기 프레임에 대해 수직 및 수평방향으로 진동할 수 있도록 상기 질량체와 상기 프레임을 연결하는 탄성변형가능한 연결부재;를 포함하며,

상기 질량체와 상기 연결부재는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
제1항에 있어서,

다수의 흡진기를 구비할 경우, 서로 다른 주파수의 진동에 대해 이를 흡수하는 하나 이상의 흡진기를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 스핀들모터의 회전축에 장착되어 상기 디스크가 안착되는 턴테이블에는 상기 디스크의 편심질량을 보상하는 볼밸런서가 더 구비된 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
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제1항에 있어서, 상기 연결부재는,

상기 프레임에 고정되는 중공원통형상의 몸통부;

상기 몸통부의 내부에 위치되는 질량체로부터 연장되어 상기 몸통부에 연결되는 탄성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
제9항에 있어서,

상기 흡진기는 사출성형할 수 있는 플라스틱 재질인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
제9항에 있어서,

상기 흡진기는 점탄성을 갖는 고무재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.