KR100660625B1 - 하드디스크 드라이브 - Google Patents

Abstract

하드디스크 드라이브가 개시된다. 본 발명의 하드디스크 드라이브는, 데이터를 기록 저장하는 디스크(Disk); 디스크의 회전축심을 형성하며, 내부에 축방향을 따라 스크루삽입부가 형성되어 있는 샤프트(Shaft); 샤프트의 반경방향 외측에 마련되어 디스크를 지지하는 스핀들 모터 허브(Spindle Motor Hub); 스핀들 모터 허브의 상부에 결합되며, 내측 테두리부가 가압될 때 외측 테두리부가 디스크를 탄성적으로 가압하여 디스크를 스핀들 모터 허브에 고정하는 클램프(Clamp); 클램프를 통해 스크루삽입부 내로 삽입되어 클램프를 디스크를 향해 소정의 클램핑 토크(Clamping Torque)로 가압하는 클램프 스크루(Clamp Screw); 및 스크루삽입부 내에 마련되어 클램프 스크루가 결합되며, 클램프에 대한 클램프 스크루의 클램핑 토크가 디스크의 동작 조건에 기초하여 변화될 수 있도록 클램프 스크루를 승강가능하게 지지하는 스크루지지부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 하드디스크 드라이브의 비동작시에는 클램프에 대한 클램프 스크루의 클램핑 토크(Clamping Torque)를 높여 디스크 슬립(Disk Slip) 발생을 저지하고, 하드디스크 드라이브의 동작시에는 클램핑 토크를 낮추어 RRO(Repeatable Run Out)를 감소시킴으로써 TMR(Track Miss Registration) 마진(Margin)을 확보할 수 있다.

하드디스크 드라이브(HDD), 디스크, 클램프, 클램프 스크루, 클램핑 토크

Description

하드디스크 드라이브{Hard Disk Drive}

도 1은 종래의 하드디스크 드라이브에 대한 사시도이다.

도 2는 도 1의 A-A' 선에 따른 단면도이다.

도 3은 과도한 클램프 스크루의 클램핑 토크(Clamping Torque)에 의해 디스크에 변형(Warpage)이 발생된 상태의 사진이다.

도 4 및 도 5는 각각 2.5인치의 하드디스크 드라이브에서 클램프 스크루의 클램핑 토크와 그에 따른 RRO(Repeatable Run Out) 간의 상관관계를 나타낸 그래프이다.

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 하드디스크 드라이브에 대한 사시도이다.

도 7은 도 6의 부분 분해 사시도이다.

도 8은 도 6의 B-B' 선에 따른 단면도이다.

도 9는 도 8에서 스크루지지부에 클램프 스크루가 체결되지 않은 상태의 도면이다.

도 10은 도 9에서 스크루지지부에 클램프 스크루가 체결된 상태의 도면이다.

도 11은 도 10에서 스크루지지부의 변형에 의해 클램프 스크루가 상승된 상태를 도시한 도면이다.

도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 하드디스크 드라이브에서 스크루지지부에 클램프 스크루가 체결되지 않은 상태의 도면이다.

도 13은 도 12에서 스크루지지부에 클램프 스크루가 체결된 상태의 도면이다.

도 14는 도 13에서 스크루지지부의 변형에 의해 클램프 스크루가 상승된 상태를 도시한 도면이다.

도 15는 본 발명의 제3실시예에 따른 스크루체결용 승강부와 스크루삽입부 간의 개략적인 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 디스크 팩 11 : 디스크

12 : 스핀들 모터 16 : 클램프 스크루

20 : 스핀들 모터 허브 30 : 클램프

31 : 내측 테두리부 33 : 외측 테두리부

50 : 헤드 스택 어셈블리(HSA) 60 : 인쇄회로기판조립체(PCBA)

70 : 본체 80 : 스크루지지부

81 : 형상 기억 합금부 83 : 스크루체결용 승강부

본 발명은, 하드디스크 드라이브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 하드디 스크 드라이브의 비동작시에는 클램프에 대한 클램프 스크루의 클램핑 토크(Clamping Torque)를 높여 디스크 슬립(Disk Slip) 발생을 저지하고, 하드디스크 드라이브의 동작시에는 클램핑 토크를 낮추어 RRO(Repeatable Run Out)를 감소시킴으로써 TMR(Track Miss Registration) 마진(Margin)을 확보할 수 있도록 한 하드디스크 드라이브에 관한 것이다.

하드디스크 드라이브(Hard Disk Drive)는 전자장치와 기계장치로 이루어져 디지털 전자 펄스를 보다 영구적인 자기장으로 바꾸어서 데이터를 기록 및 재생해 주는 방식의 기억장치로서, 대량의 데이터를 고속으로 액세스할 수 있기 때문에 컴퓨터 시스템의 보조 기억 장치 등으로써 현재 널리 사용되고 있다.

이러한 하드디스크 드라이브는 최근 높은 TPI(Track Per Inch, 인치당 트랙 수) 및 높은 BPI(Bits Per Inch, 인치당 비트 수) 구현으로 고용량화되고 있으며, 그 적용 영역도 확대되고 있는 실정이다. 실제 최근에는 직경이 0.85인치로 100원짜리 동전과 크기가 비슷한 소형 하드디스크 드라이브가 개발되어 향후 휴대폰 등에도 사용될 예정이다.

도 1은 종래의 하드디스크 드라이브에 대한 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A' 선에 따른 단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 종래의 하드디스크 드라이브는 데이터를 기록 저장하는 디스크(111, Disk)를 갖는 디스크 팩(110, Disk Pack)과, 피봇축(150a)을 축심으로 디스크(111) 상을 이동하면서 디스크(111) 상의 데이터를 읽거나 쓰는 헤드 스택 어셈블리(150, HSA, Head Stack Assembly)와, 대부분의 회로 부품들을 PCB(Printed Circuit Board) 상에 장착하여 전술한 부품들을 제어하는 인쇄회로기판조립체(160, PCBA, Printed Circuit Board Assembly)와, 이들 구성 부품들이 조립되는 본체(170)를 갖는다.

자세히 후술하는 바와 같이, 디스크 팩(110)은 복수의 디스크(111)를 지지하는 스핀들 모터 허브(120, Spindle Motor Hub)와, 디스크(111)를 회전시키는 스핀들 모터(112, Spindle Motor)와, 복수의 디스크(111)를 탄성적으로 가압하여 디스크(111)를 스핀들 모터 허브(120)에 고정시키는 클램프(130)와, 스핀들 모터(112)의 샤프트(114)에 형성된 스크루삽입공(115)에 나사 결합됨으로써 클램프(130)의 내측 테두리부(131)를 가압하여 클램프(130)의 외측 테두리부(133)로 하여금 디스크(111)를 가압하도록 함으로써 디스크(111)를 스핀들 모터 허브(120)에 고정시키는 클램프 스크루(116)를 포함한다.

이러한 구성을 갖는 디스크 팩(110)에서 스핀들 모터 허브(120)에 디스크(111)가 고정되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

우선, 디스크(111)의 중앙 영역에 형성된 관통공(미도시)을 스핀들 모터 허브(120)의 돌출보스(121)로 삽입하여 스핀들 모터 허브(120)의 외측 반경방향으로 디스크(111)가 배치될 수 있도록 한다.

다음, 클램프(130)의 중앙 영역에 형성된 관통공(미도시)이 스핀들 모터 허브(120)의 돌출보스(121)의 소정 위치에 실질적으로 정위치되도록 클램프(130)를 안착시킨다. 이 때, 클램프(130)의 외측 테두리부(133)는 디스크(111)에 접촉되고 클램프(130)의 내측 단부 즉 내측 테두리부(131)는 돌출보스(121)의 상단부에 접촉된다. 이 상태에서 클램프 스크루(116)를 클램프(130)의 관통공을 관통하여 스핀들 모터(112)의 샤프트(114)에 형성된 스크루삽입공(115)으로 나사 결합시킨다. 그러면, 클램프(130)의 내측 테두리부(131)가 클램프 스크루(116)에 의해 가압되면서 디스크(111)에 접촉되어 있는 클램프(130)의 외측 테두리부(133)가 디스크(111)를 탄성적으로 가압하여 디스크(111)가 스핀들 모터 허브(120)에 고정될 수 있게 된다.

이 때, 클램프(130)를 가압하는 클램프 스크루(116)의 클램핑 토크(Clamping Torque)는 디스크(111)를 스핀들 모터 허브(120)에 고정하기 위한 정도의 힘 외에도 외부 충격에 대해 디스크(111)가 움직이는 소위, 디스크 슬립(Disk Slip)을 방지할 정도의 힘으로 가해져야 한다. 만일, 클램핑 토크가 소정의 허용범위 보다 약하면, 클램프(130)가 견고하게 조여지지 않기 때문에 전술한 디스크 슬립이 발생한다.

그러나 클램핑 토크가 오히려 과도하면 도 3에 도시된 바와 같이, 디스크(111)에 변형(Warpage, 찌그러짐)이 발생할 수 있다. 도 3은 2.5인치의 하드디스크 드라이브에서 클램프 스크루(116)를 5 kgf.cm의 클램핑 토크로 체결했을 때의 디스크(111)에 변형이 발생한 상태를 도시한 것이다. 도 3의 경우, 디스크(111)의 내주(Inner Diameter)에서 외주(Outer Diameter) 영역으로 처짐(변형)이 발생하고 있음을 알 수 있다.

도 3과 같이 클램핑 토크가 과도하여 디스크(111)에 변형이 발생하면, 디스크 팩(110)의 정적 특성이 약화됨과 동시에 디스크 팩(110)의 RRO(Repeatable Run Out)를 증가시켜 스핀들 모터(112)의 성능을 악화시킴으로써 소위, TMR(Track Miss Registration) 마진(Margin) 확보에 좋지 않은 영향을 미친다.

따라서 도 3과 같은 경우라면, 디스크(111)의 변형이 줄어들 수 있도록 클램프(130)를 가압하는 클램프 스크루(116)의 클램핑 토크를 줄일 필요가 있다. 참고로, 클램프 스크루(116)가 디스크(111)를 제로(Zero)의 클램핑 토크로 누르고 있다면 디스크(111) 자체의 무게에 의한 처짐 외에는 다른 변형이 존재하지 않는다. 이는 가장 이상적인 경우인데 실제로 이러한 조립은 이루어지기 어렵다.

한편, 근래에 출시되는 하드디스크 드라이브의 경우, 하드디스크 드라이브의 비동작시, 충격에 대한 스펙(spec)을 점차 증가시키는 추세로 설계된다. 이에, 클램프 스크루(116)를 추가하거나 클램프 스크루(116)의 클램핑 토크를 증가시킴으로써 외부 충격에 의한 디스크 슬립을 방지시키는 방향으로 설계되고 있다. 일반적으로 하드디스크 드라이브에서, 하드디스크 드라이브의 비동작시 충격 스펙은 동작시의 충격 스펙 보다 몇 배 이상의 수준(level)을 요구하고 있다.

하지만, 전술한 바와 같이, 클램프 스크루(116)의 클램핑 토크가 증가되면 될수록 디스크(111)에 변형이 발생하고, 이로 인해 디스크 팩(110)의 RRO를 증가시켜 스핀들 모터(112)의 성능을 악화(Degradation)시킴으로써 TMR 마진 확보에 좋지 않은 영향을 미칠 수밖에 없다. 이를 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.

도 4 및 도 5는 각각 2.5인치의 하드디스크 드라이브에서 클램프 스크루의 클램핑 토크와 그에 따른 RRO(Repeatable Run Out) 간의 상관관계를 나타낸 그래프이다. 도 4는 4.5 Kgf.cm의 클램핑 토크가 적용된 상태이고, 도 5는 5.0 Kgf.cm의 클램핑 토크가 적용된 상태이며, 그래프에서의 ID, MD, OD는 각각 디스크(111)의 내주(Inner Diameter), 중주(Middler Diameter), 외주(Outer Diameter) 영역을 가리킨다. 이 도면들을 참조하면, 가장 최상단의 그래프가 RRO에 관한 것인데, 도 4에서의 값이 도 5에서의 값보다 작으므로 이로부터 클램핑 토크가 작으면 작을수록 RRO에서 유리한 측면을 가지는 것을 확인할 수 있다.

결국, 근래에 출시되는 하드디스크 드라이브의 경우에는, 충격에 대한 스펙을 점차 증가시키는 추세에 발맞추어 클램프 스크루(116)의 클램핑 토크를 높이기는 하되, 그에 대한 부작용으로 발생할 수 있는 RRO를 감소시키는 방향으로 설계될 필요성이 있다. 따라서 적어도 하드디스크 드라이브가 동작하지 않는 비동작시에는 클램프 스크루(116)의 클램핑 토크를 높여 외부 충격에 대한 디스크 슬립 발생을 저지하고, 하드디스크 드라이브의 동작시에는 클램프 스크루(116)의 클램핑 토크를 낮추어 RRO를 감소시켜 TMR 마진을 확보할 수 있는 기술 개발이 필요하다.

그런데, 종래의 하드디스크 드라이브에 있어서는, 하드디스크 드라이브의 동작 여부에 관계없이 한번 체결된 클램프 스크루의 클램핑 토크는 변화되지 않는다. 따라서 디스크의 변형을 방지하기 위해 상대적으로 클램핑 토크를 줄이면 디스크 슬립이 일어날 수밖에 없고, 클램핑 토크가 과도하게 커지면 디스크에 변형이 발생하면서 RRO가 높아져 TMR 마진을 확보하기 어려운 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 하드디스크 드라이브의 비동작시에는 클램프에 대한 클램프 스크루의 클램핑 토크(Clamping Torque)를 높여 디스크 슬립(Disk Slip) 발생을 저지하고, 하드디스크 드라이브의 동작시에는 클램핑 토크를 낮추어 RRO(Repeatable Run Out)를 감소시킴으로써 TMR(Track Miss Registration) 마진(Margin)을 확보할 수 있도록 한 하드디스크 드라이브를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 데이터를 기록 저장하는 디스크(Disk); 상기 디스크의 회전축심을 형성하며, 내부에 축방향을 따라 스크루삽입부가 형성되어 있는 샤프트(Shaft); 상기 샤프트의 반경방향 외측에 마련되어 상기 디스크를 지지하는 스핀들 모터 허브(Spindle Motor Hub); 상기 스핀들 모터 허브의 상부에 결합되며, 내측 테두리부가 가압될 때 외측 테두리부가 상기 디스크를 탄성적으로 가압하여 상기 디스크를 상기 스핀들 모터 허브에 고정하는 클램프(Clamp); 상기 클램프를 통해 상기 스크루삽입부 내로 삽입되어 상기 클램프를 상기 디스크를 향해 소정의 클램핑 토크(Clamping Torque)로 가압하는 클램프 스크루(Clamp Screw); 및 상기 스크루삽입부 내에 마련되어 상기 클램프 스크루가 결합되며, 상기 클램프에 대한 상기 클램프 스크루의 클램핑 토크가 상기 디스크의 동작 조건에 기초하여 변화될 수 있도록 상기 클램프 스크루를 승강가능하게 지지하는 스크루지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브에 의해 달성된다.

여기서, 상기 디스크가 정지되는 비동작시, 상기 클램프에 대한 상기 클램프 스크루의 클램핑 토크가 소정의 허용범위 내에서 최대로 확보될 수 있도록 상기 클램프 스크루는 상기 스크루삽입부 내의 최저위치에 배치되고; 상기 디스크가 회전하는 동작시, 상기 클램핑 토크가 상대적으로 줄어들 수 있도록 상기 클램프 스크루는 상기 스크루삽입부 내에서 상기 최저위치보다 상대적으로 높은 상승위치에 배 치된다.

상기 스크루지지부는, 상기 디스크의 비동작시에 검출되는 상기 클램프 스크루의 주변 온도와 상기 디스크의 동작시에 검출되는 상기 클램프 스크루의 주변 온도 간의 온도차에 의해 상기 샤프트의 길이방향으로 두께가 가변하는 형상 기억 합금(Shape Memory Metal)으로 제조된 형상 기억 합금부를 포함한다.

상기 형상 기억 합금부의 저면은 상기 스크루삽입부 내의 바닥면에 고정된다.

상기 스크루지지부는, 양단이 상기 클램프 스크루와 상기 형상 기억 합금부에 각각 결합되고, 상기 형상 기억 합금부의 두께 변화량에 기초하여 상기 스크루삽입부 내에서 상기 클램프 스크루와 함께 승강하는 스크루체결용 승강부를 더 포함할 수 있다.

상기 스크루체결용 승강부의 상부에는 상기 클램프 스크루가 나사결합되는 나사홈부가 형성되어 있다.

상기 클램프 스크루는, 상기 클램프의 상면을 가압하는 머리부; 및 상기 머리부에 연결되되, 나사산이 형성되지 않은 비나사구간과, 상기 나사홈부에 나사결합되는 나사구간을 갖는 축부를 포함한다.

상기 스크루체결용 승강부와 상기 형상 기억 합금부는 상호 나사결합 또는 용접될 수 있다.

상기 스크루체결용 승강부는 스테인리스 스틸(SUS)로 제조될 수 있다.

상기 스크루체결용 승강부의 측면과 상기 스크루삽입부의 내면에 마련되어 상기 스크루체결용 승강부의 승강 이동을 안내하는 승강안내부를 더 포함할 수 있다.

상기 승강안내부는, 상기 스크루체결용 승강부의 측면과 상기 스크루삽입부의 내면 중 어느 일측에 마련되는 레일과, 타측에 마련되어 상기 레일이 맞물려 슬라이딩 이동하는 레일홈을 포함할 수 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 대해 상세히 설명한다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 한다.

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 하드디스크 드라이브에 대한 사시도이고, 도 7은 도 6의 부분 분해 사시도이며, 도 8은 도 6의 B-B' 선에 따른 단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 하드디스크 드라이브는, 데이터를 기록 저장하는 디스크(11, Disk)와 이를 고정 지지하면서 회전시키기 위한 여러 부품들을 포함하는 디스크 팩(10, Disk Pack)과, 디스크(11) 상의 데이터를 독출하는 헤드 스택 어셈블리(50, HSA, Head Stack Assembly)와, 대부분의 회로 부품들을 PCB(Printed Circuit Board) 상에 장착하여 각종 부품들을 제어하는 인쇄회로기판조립체(60, PCBA, Printed Circuit Board Assembly)와, 이들 구성요소들이 조립되는 본체(70)와, 본체(70)를 덮는 본체 커버(미도시) 등으로 구성된다.

헤드 스택 어셈블리(50)는 피봇축(50a)을 축심으로 디스크(11) 상을 이동하는 액추에이터(51, Actuator)와, 액추에이터(51)의 단부에 마려되는 자기헤드(52, 읽기/쓰기 헤드라고도 함)를 갖는다. 이에, 기록 및 재생 작업이 개시되어 디스크 (11)가 회전하면, 액추에이터(51)가 회전하는 디스크(11)의 소정 위치로 자기헤드(52)를 이동시켜 기록과 재생 작업을 진행하게 된다.

한편, 디스크(11)의 회전을 위한 디스크 팩(10)은, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 디스크(11)의 회전축심을 형성하는 샤프트(14, Shaft)와, 샤프트(14)의 반경방향 외측에 마련되어 디스크(11)를 지지하는 스핀들 모터 허브(20, Spindle Motor Hub)와, 스핀들 모터 허브(20)를 회전시키는 스핀들 모터(12, Spindle Motor)와, 스핀들 모터 허브(20)의 상부에 결합되는 클램프(30, Clamp)와, 클램프(30)를 가압하여 디스크(11)가 스핀들 모터 허브(20)에 고정되도록 하는 클램프 스크루(16, Clamp Screw)를 포함한다.

데이터를 기록 저장하는 디스크(11)는 하드디스크 드라이브에 단일개로 마련될 수도 있지만, 보다 많은 데이터의 기록 및 저장을 위해 주로 복수개로 채용된다. 이러한 경우, 각 디스크(11) 사이에는 디스크(11)들을 상호 이격시키는 링 형상의 스페이서(13, Spacer)가 마려된다.

본 실시예의 경우, 2개의 디스크(11) 사이에 하나의 스페이서(13)가 마련되어 2개의 디스크(11)를 상호 이격시키고 있다. 스페이서(13)는 양 디스크(11) 사이에 배치된 상태로 스핀들 모터 허브(20)의 측부에 결합되어 양 디스크(11)가 상호 이격된 상태로 스핀들 모터 허브(20)에 지지되도록 한다.

샤프트(14)의 내부에는 샤프트(14)의 축방향을 따라 스크루삽입부(15)가 형성되어 있다. 스크루삽입부(15)는 빈 공간으로서, 클램프(30)를 가압하여 조이는 클램프 스크루(16)가 삽입되는 공간을 형성한다.

스핀들 모터 허브(20)의 상부면에는 판면으로부터 소정 길이 돌출된 돌출보스(21)가 형성되어 있다. 클램프(30)는 돌출보스(21)에 삽입되는 보스공(32)을 가지며 외측 테두리부(33)가 디스크(11)에 접촉되고 내측 테두리부(31)가 돌출보스(21)에 접촉되도록 설치된다.

클램프 스크루(16)는 클램프(30)의 상면, 즉 클램프(30)의 내측 테두리부(31)를 가압하는 머리부(17)와, 머리부(17)에 연결되어 스크루삽입부(15) 내로 삽입되는 축부(18)를 갖는다. 축부(18)의 외면에는 나사구간(18a)이 형성되어 있는데, 필요에 따라 도 8에 확대 도시한 "A"와 같이, 나사산이 형성되지 않은 비나사구간(18b)을 더 형성할 수도 있다. "A"는 도 8에 참조부호 16으로 도시된 클램프 스크루에 대한 실시예를 도시한 것이다.

이에, 후술하는 바와 같이, 클램프 스크루(16)가 샤프트(14)의 스크루삽입공(15)에 삽입되어 스크루지지부(미도시)인 형상 기억 합금부(81)에 결합될 때, 내측 테두리부(31)가 클램프 스크루(16)에 의하여 가압되는데, 내측 테두리부(31)가 가압됨에 따라 외측 테두리부(33)가 디스크(11)를 탄성적으로 가압하여 디스크(11)를 스핀들 모터 허브(20)에 고정될 수 있게 된다. 이처럼 디스크(11)는 클램프 스크루(16)가 클램프(30)를 소정의 클램핑 토크(Clamping Torque)로 가압함에 따라 스핀들 모터 허브(20)에 고정되다. 따라서 클램핑 토크가 크면 클수록 스핀들 모터 허브(20)에 디스크(11)가 보다 견고하게 고정될 수 있다.

하지만, 전술한 바와 같이, 클램핑 토크가 과도하면, 디스크(11)에 변형(Warpage, 찌그러짐)이 발생할 수 있는데, 디스크(11)에 변형이 발생하면 디스크 팩(10)의 정적 특성을 약화시킴과 동시에 디스크 팩(10)의 RRO(Repeatable Run Out)를 증가시켜 스핀들 모터(12)의 성능을 악화시킴으로써 소위, TMR(Track Miss Registration) 마진(Margin) 확보에 좋지 않은 영향을 미친다. 따라서 적어도 디스크(11)가 회전하지 않는 하드디스크 드라이브의 비동작시에는 클램프 스크루(16)의 클램핑 토크를 높여 외부 충격에 대한 디스크 슬립(Disk Slip) 발생을 저지하고, 디스크(11)가 회전하는 하드디스크 드라이브의 동작시에는 클램프 스크루(16)의 클램핑 토크를 낮추어 RRO를 감소시켜 TMR 마진을 확보할 수 있는 수단이 요구되는 바, 이는 다음의 구성으로 쉽게 구현될 수 있다.

도 9는 도 8에서 스크루지지부에 클램프 스크루가 체결되지 않은 상태의 도면이고, 도 10은 도 9에서 스크루지지부에 클램프 스크루가 체결된 상태의 도면이며, 도 11은 도 10에서 스크루지지부의 변형에 의해 클램프 스크루가 상승된 상태를 도시한 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 스크루삽입부(15) 내에는 스크루지지부가 마련되어 있다. 스크루지지부는 소정의 클램핑 토크로 클램프(30)를 가압하는 클램프 스크루(16)가 체결되는 부분이다. 이러한 스크루지지부는 온도에 의해 샤프트(14)의 길이방향으로 두께가 가변하는 형상 기억 합금(Shape Memory Metal)으로 제조된 형상 기억 합금부(81)로 되어 있다.

형상 기억 합금부(81)의 저면은 스크루삽입부(15) 내의 바닥면에 고정되어 있다. 이는 용접이나 혹은, 볼트 결합 등으로 구현할 수 있다. 그리고 형상 기억 합금부(81)의 상부에는 클램프 스크루(16)의 축부(18) 외면에 형성된 나사구간 (18a)이 나사결합되는 나사홈부(81a)가 형성되어 있다. 이에 따라 클램프 스크루(16)는 클램프(30)의 보스공(32)을 통과한 상태에서 스크루삽입부(15) 내의 형상 기억 합금부(81)의 나사홈부(81a)에 고정되는데, 클램프 스크루(16)에 의해 클램프(30)의 내측 테두리부(31)가 가압됨에 따라 외측 테두리부(33)가 디스크(11)를 탄성적으로 가압함으로써 디스크(11)는 스핀들 모터 허브(20)에 고정될 수 있게 되는 것이다.

참고로, 형상 기억 합금(Shape Memory Metal)에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다. 모든 금속은 탄성한계를 가지고 있다. 탄성한계보다 작은 응력을 받아 일어난 변형의 경우, 그 응력을 없애면 원래의 모양으로 돌아가는데 이를 탄성변형이라 한다. 그러나 탄성한계보다 큰 응력을 가하면 가했던 응력을 제거하더라도 처음의 모양으로 돌아가지 않는 영구변형인 소성변형이 발생한다. 이처럼 보통 금속 재료는 적당한 힘을 가해 변형시키면 그 형상으로 유지되므로 굽히거나 늘려서 자유로운 형상으로 모양을 만들고 가공할 수 있다. 이러한 소성가공이 가능하기 때문에 니크롬선을 감아서 전기히터도 만들고 두꺼운 스래브를 압연하여 박판을 만든 후 자동차 차체로 가공하고, 철선을 구부려 클립도 만들 수 있다. 이 소성변형이라는 성질은 금속재료의 큰 특징의 하나이며 금속재료가 공업적으로 널리 사용되는 이유이다.

그러나 형상 기억 합금(Shape Memory Metal)은 변형된 다음, 이 합금을 다시 가열하면 처음 변형되기 전에 형상을 기억하고 원래의 형상으로 되돌아간다. 즉, 재가열을 통해 이 합금이 높은 온도에서 우선적으로 취해야 할 결정구조와 이에 맞 는 형상을 되살려 기억나게 해주는 것이다. 형상 기억 합금(Shape Memory Metal)은 일단 어떤 형상을 기억하면 여러 가지의 형상으로 변형되어도, 적당한 온도로 가열하면 변형 전의 형상으로 돌아오는 성질이 있다. 형상 기억 합금(Shape Memory Metal)은 2번 이상 같은 동작을 하지 않는 플라스틱과는 달리, 형상 회복이 된 후에 또 다시 열을 가하면 몇 번이라도 이전과 같이 원래의 기억한 형상으로 회복된다. 니켈-티타늄(Ni-Ti) 합금에서는 100만 번의 반복동작을 한 후에도 형상을 회복하는 능력이 거의 변화하지 않는 사용 방법이 가능하다고 보고 되고 있다.

이러한 특징을 갖는 형상 기억 합금(Shape Memory Metal)을 이용하여 제조된 형상 기억 합금부(81)는 온도에 따라서 그 두께가 가변된다. 즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 하드디스크 드라이브가 동작하지 않아 디스크(11)가 정지되는 비동작시, 형상 기억 합금부(81)는 H2 만큼의 두께를 갖는다. 이 때는 평균적인 통상의 온도를 갖는다.

하지만, 스핀들 모터(12)가 동작하여 디스크(11)가 회전하면, 스핀들 모터(12)의 동작 및 디스크(11)의 회전에 따라 디스크(11) 주변의 온도가 상승하게 된다. 이처럼 디스크(11) 주변의 온도가 상승하면, 형상 기억 합금부(81)는 상승된 온도만큼 두께(H1)가 변화되어 H2의 두께 보다 두꺼워진다. 이는 전술한 바와 같이, 적당한 온도로 가열하면 변형 전의 형상으로 돌아오는 형상 기억 합금(Shape Memory Metal)의 성질에 기인한다.

결국, 하드디스크 드라이브가 동작하지 않아 디스크(11)가 정지되는 비동작시, H2 만큼의 두께를 갖는 형상 기억 합금부(81)로 인해 클램프 스크루(16)는 최 저위치에 배치된다. 여기서 최저위치라 함은, 클램프 스크루(16)가 소정의 허용범위 내에서의 가장 큰 클램핑 토크로 클램프(30)를 가압하고 있는 상태이다. 이러한 상태에서는 클램프 스크루(16)에 대한 높은 클램핑 토크로 인해 디스크 슬립 현상이 저지된다.

이에 반해, 스핀들 모터(12)가 동작하여 디스크(11)가 회전하면, 그에 따라 온도가 상승하기 때문에 형상 기억 합금부(81)는 상승된 온도만큼 두께(H1)가 변화된다. 따라서 형상 기억 합금부(81)의 변화된 두께(△H = H1 - H2)만큼 클램프 스크루(16)는 상승하여 상승위치에 배치된다. 상승위치라 함은, 클램프 스크루(16)가 소정의 허용범위 내에서의 가장 작은 클램핑 토크로 클램프(30)를 가압하고 있는 상태이다. 이러한 상태에서는 디스크 팩(10)에 대한 RRO가 감소될 수 있기 때문에 TMR 마진을 확보할 수 있는 이점이 있다. 참고로, 도 11의 상부 영역에 확대된 도면의 경우, 클램프 스크루(16)가 클램프(30)에 대해 이격된 상태를 취하고 있으나, 이는 편의상 도시한 것일 뿐 클램프 스크루(16)가 상승위치에 배치되더라도 클램프 스크루(16)와 클램프(30)가 상호 이격되지는 않는다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 제1실시예에 따른 하드디스크 드라이브의 조립과정 및 그에 따른 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

우선, 스핀들 모터 허브(20)에 디스크(11)를 지지시킨다. 이 때, 2개의 디스크(11) 중에서 하부의 것을 먼저 설치한 후, 링 형상의 스페이서(13)를 배치하고, 스페이서(13) 위로 2개의 디스크(11) 중에서 상부의 것을 설치한다. 따라서 양 디스크(11) 사이에는 스페이서(113)가 자연스럽게 배치된다. 그리고 나서, 클램프 (30)의 외측 테두리부(33)가 디스크(11)에 접촉되도록 하고 클램프(30)의 보스공(32)이 스핀들 모터 허브(20)의 돌출보스(21)에 삽입되도록 클램프(30)를 스핀들 모터 허브(20)에 안착시킨다.

다음, 도 9와 같이 클램프 스크루(16)를 배치하고, 클램프 스크루(16)를 클램프(30)의 보스공(32)을 관통하여 샤프트(14)의 스크루삽입공(15)으로 삽입한 후, 형상 기억 합금부(81)의 나사홈부(81a)에 체결한다. 이 때는 소정의 허용범위 내에서의 가장 큰 클램핑 토크로 클램프 스크루(16)를 조인다. 그러면, 형상 기억 합금부(81)의 두께는 변형이 일어나기 전인, H2 높이를 유지함으로써 클램프 스크루(16)는 최저위치에 배치되며(도 10 참조), 외력이 가해지더라도 디스크 슬립 현상은 발생하지 않는다.

조립과정이 완료된 후, 하드디스크 드라이브의 동작을 위해 전원이 인가된다. 인가된 전원에 의해 스핀들 모터(12)가 동작하여 디스크(11)가 회전하면, 스핀들 모터(12)의 동작 및 디스크(11)의 회전 등에 따라 온도가 상승한다. 그러면, 형상 기억 합금부(81)는 상승된 온도만큼 두께(H1)가 변화되면서 두께가 커진다(도 11 참조). 이처럼 형상 기억 합금부(81)의 변화된 두께(△H = H1 - H2)만큼 클램프 스크루(16)가 상승하면, 최초, 클램프 스크루(16)에 가해졌던 클램핑 토크는 그만큼 줄어들게 된다. 그러면, 클램핑 토크가 줄어드는 만큼 디스크 팩(10)에 대한 RRO가 감소될 수 있기 때문에 TMR 마진을 확보하기에 충분하다.

한편, 전술한 제1실시예에서는 스크루지지부를 형상 기억 합금부(81)로 대체하고, 클램프 스크루(16)를 형상 기억 합금부(81)에 직접 체결하고 있다. 하지만, 아래의 도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 스크루지지부(80)의 구조는 변경될 수 있다.

도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 하드디스크 드라이브에서 스크루지지부에 클램프 스크루가 체결되지 않은 상태의 도면이고, 도 13은 도 12에서 스크루지지부에 클램프 스크루가 체결된 상태의 도면이며, 도 14는 도 13에서 스크루지지부의 변형에 의해 클램프 스크루가 상승된 상태를 도시한 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 스크루지지부(80)는 전술한 형상 기억 합금부(81)를 포함하여 스크루체결용 승강부(83)를 갖도록 구성될 수 있다. 제2실시예에서 형상 기억 합금부(81)의 저면은 스크루삽입부(15)의 바닥면에 고정되어 있고, 상면은 스크루체결용 승강부(83)의 저면에 고정되어 있다.

스크루체결용 승강부(83)와 형상 기억 합금부(81) 간의 결합은 용접 혹은 나사 결합 등의 방식이 채용될 수 있다. 스크루체결용 승강부(83)의 상부에는 클램프 스크루(16)의 나사구간(18a)이 나사결합되는 나사홈부(83a)가 형성되어 있다.

이에, 전술한 바와 같이, 디스크(11)의 회전에 따라 형상 기억 합금부(81) 주변의 온도가 상승하면, 상승된 온도만큼 형상 기억 합금부(81)의 두께(△H = H1 - H2)가 증가한다. 그러면, 형상 기억 합금부(81)의 두께(△H)가 증가하는 만큼 그 상측에 위치한 스크루체결용 승강부(83)를 상측으로 밀어 올린다. 그러면, 스크루체결용 승강부(83)는 클램프 스크루(16)와 함께 위치가 상승하게 된다.

이처럼 클램프 스크루(16)가 상승하면, 최초, 클램프 스크루(16)에 가해졌던 클램핑 토크는 그만큼 줄어들게 되기 때문에 디스크 팩(10)에 대한 RRO가 감소될 수 있다. 따라서 TMR 마진을 확보에 유리하다.

한편, 스크루체결용 승강부(83)가 스테인리스 스틸(SUS)로 제조되기 때문에 역시 스테인리스 스틸(SUS)로 제조된 스크루삽입부(15)의 내면에서 승강할 경우, 마찰이 발생하여 승강이동이 쉽지 않을 수도 있다.

이를 고려하여, 본 발명의 제3실시예에서는 도 15에 도시된 바와 같이, 스크루체결용 승강부(83)의 측면과 스크루삽입부(15)의 내면에 스크루체결용 승강부(83)의 승강 이동을 안내하는 승강안내부(90)를 더 마련하고 있다.

승강안내부(90)로는 스크루체결용 승강부(83)의 측면에 마련된 레일(90a)과, 스크루삽입부(15)의 내면에 마련되고 레일(90a)이 맞물려 슬라이딩 이동하는 레일홈(90b)으로 구성할 수 있다. 이러한 경우, 형상 기억 합금부(81)의 두께 변화에 따라 클램프 스크루(16)와 함께 스크루체결용 승강부(83)가 승강 이동할 경우, 레일(90a)과 레일홈(90b)에 의해 보다 원활하게 승강될 수 있는 이점이 있게 된다. 물론, 도 15에서 레일(90a)과 레일홈(90b)의 위치는 서로 바뀔 수도 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 하드디스크 드라이브의 비동작시에는 클램프(30)에 대한 클램프 스크루(16)의 클램핑 토크를 높여 디스크 슬립 발생을 저지하고, 하드디스크 드라이브의 동작시에는 클램핑 토크를 낮추어 RRO를 감소시킴으로써 TMR 마진을 확보할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 하드디스크 드라이브의 비동작시에는 클램프에 대한 클램프 스크루의 클램핑 토크(Clamping Torque)를 높여 디스크 슬립(Disk Slip) 발생을 저지하고, 하드디스크 드라이브의 동작시에는 클램핑 토크를 낮추어 RRO(Repeatable Run Out)를 감소시킴으로써 TMR(Track Miss Registration) 마진(Margin)을 확보할 수 있다.

Claims (11)

1. 데이터를 기록 저장하는 디스크(Disk);

   상기 디스크의 회전축심을 형성하며, 내부에 축방향을 따라 스크루삽입부가 형성되어 있는 샤프트(Shaft);

   상기 샤프트의 반경방향 외측에 마련되어 상기 디스크를 지지하는 스핀들 모터 허브(Spindle Motor Hub);

   상기 스핀들 모터 허브의 상부에 결합되며, 내측 테두리부가 가압될 때 외측 테두리부가 상기 디스크를 탄성적으로 가압하여 상기 디스크를 상기 스핀들 모터 허브에 고정하는 클램프(Clamp);

   상기 클램프를 통해 상기 스크루삽입부 내로 삽입되어 상기 클램프를 상기 디스크를 향해 소정의 클램핑 토크(Clamping Torque)로 가압하는 클램프 스크루(Clamp Screw); 및

   상기 스크루삽입부 내에 마련되어 상기 클램프 스크루가 결합되며, 상기 클램프에 대한 상기 클램프 스크루의 클램핑 토크가 상기 디스크의 동작 조건에 기초하여 변화될 수 있도록 상기 클램프 스크루를 승강가능하게 지지하는 스크루지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브.
2. 제1항에 있어서,

   상기 디스크가 정지되는 비동작시, 상기 클램프에 대한 상기 클램프 스크루 의 클램핑 토크가 소정의 허용범위 내에서 최대로 확보될 수 있도록 상기 클램프 스크루는 상기 스크루삽입부 내의 최저위치에 배치되고;

   상기 디스크가 회전하는 동작시, 상기 클램핑 토크가 상대적으로 줄어들 수 있도록 상기 클램프 스크루는 상기 스크루삽입부 내에서 상기 최저위치보다 상대적으로 높은 상승위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브.
3. 제2항에 있어서,

   상기 스크루지지부는,

   상기 디스크의 비동작시에 검출되는 상기 클램프 스크루의 주변 온도와 상기 디스크의 동작시에 검출되는 상기 클램프 스크루의 주변 온도 간의 온도차에 의해 상기 샤프트의 길이방향으로 두께가 가변하는 형상 기억 합금(Shape Memory Metal)으로 제조된 형상 기억 합금부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브.
4. 제3항에 있어서,

   상기 형상 기억 합금부의 저면은 상기 스크루삽입부 내의 바닥면에 고정되는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브.
5. 제4항에 있어서,

   상기 스크루지지부는,

   양단이 상기 클램프 스크루와 상기 형상 기억 합금부에 각각 결합되고, 상기 형상 기억 합금부의 두께 변화량에 기초하여 상기 스크루삽입부 내에서 상기 클램프 스크루와 함께 승강하는 스크루체결용 승강부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브.
6. 제5항에 있어서,

   상기 스크루체결용 승강부의 상부에는 상기 클램프 스크루가 나사결합되는 나사홈부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브.
7. 제6항에 있어서,

   상기 클램프 스크루는,

   상기 클램프의 상면을 가압하는 머리부; 및

   상기 머리부에 연결되되, 나사산이 형성되지 않은 비나사구간과, 상기 나사홈부에 나사결합되는 나사구간을 갖는 축부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브.
8. 제6항에 있어서,

   상기 스크루체결용 승강부와 상기 형상 기억 합금부는 상호 나사결합 또는 용접되는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브.
9. 제8항에 있어서,

   상기 스크루체결용 승강부는 스테인리스 스틸(SUS)로 제조되는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브.
10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 스크루체결용 승강부의 측면과 상기 스크루삽입부의 내면에 마련되어 상기 스크루체결용 승강부의 승강 이동을 안내하는 승강안내부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브.
11. 제10항에 있어서,

    상기 승강안내부는,

    상기 스크루체결용 승강부의 측면과 상기 스크루삽입부의 내면 중 어느 일측에 마련되는 레일과, 타측에 마련되어 상기 레일이 맞물려 슬라이딩 이동하는 레일홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브.

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