KR19980069921A

KR19980069921A - 단일축 상에 상이한 관성 특성을 갖는 다수의 액츄에이터를 구비한 디스크 드라이브

Info

Publication number: KR19980069921A
Application number: KR1019970045145A
Authority: KR
Inventors: 프리스커크바로우스; 쎄라노루이즈조셉; 유맨틀맨-혼
Original assignee: 제프리엘.포먼; 인터내셔날비지네스머신즈코포레이션
Priority date: 1997-02-05
Filing date: 1997-08-30
Publication date: 1998-10-26
Also published as: US5761007A; US6005743A

Abstract

본 발명은 어느 한 액츄에이터(actuator)가 다른 액츄에이터보다 적은 수의 암(arm) 및 작은 관성 특성(lower inertia characteristics)을 갖도록 공통 피봇축(common pivot axis) 상에 장착된 다수의 액츄에이터들을 구비한 데이터 기록 디스크파일(data recording disk file)을 개시한다. 서보 시스템(servo system)은 탐색 재위치 설정(seek repositioning)을 위해 각각의 액츄에이터를 개별적으로 구동시킴으로써 작은 관성의 액츄에이터가 다른 액츄에이터보다 고성능(higher performance)을 갖게 된다. 제어기는 작은 관성을 갖는 액츄에이터와 관련된 데이터 표면 상에 소정 유형의 데이터를 선택적으로 기록하고, 또 다른 데이터 표면 상에 다른 모든 데이터를 기록함으로써, 작은 관성을 갖는 액츄에이터와 관련된 표면 상에 저장된 데이터에 대해 적절히 향상된 성능을 갖는 디스크 드라이브를 제공하게 된다. 액츄에이터들이 서로에 대하여 정확하게 위치되도록 유지하기 위하여 각각의 액츄에이터 내의 해당하는 구멍(hole)을 통과하여 연장되는 착탈식 고정핀(removable locking pin)이 제공되는데, 이에 따라 서보 정보(servo information)가 단일 공정으로 각각의 표면 상에 기록될 수 있게 된다. 또한, 액츄에이터들 가운데 하나에는 다른 액츄에이터들보다 짧은 스트로크(stroke)가 제공될 수 있다. 또한, 액츄에이터들 가운데 하나와 관련된 데이터 표면의 트랙은 다른 데이터 표면과는 상이한 트랙 피치(track pitch)를 가질 수 있다.

Description

단일축 상에 상이한 관성 특성을 갖는 다수의 액츄에이터를 구비한 디스크 드라이브

본 발명은 회전형 액츄에이터 피봇축(rotary actuator pivot axis)을 갖는 자기 디스크 드라이브에 관한 것으로, 특히 단일축 상에 다수의 회전형 액츄에이터들을 갖는 자기 디스크 드라이브에 관한 것이다.

자기 하드 디스크 드라이브는 초고성능(very high performance) 메인 프레임(main frame) 컴퓨터 시스템으로부터 작은 노트북 PC(notebook PC)에 이르기 까지 광범위한 현대 컴퓨터 시스템에서 사용되는 프로그램 및 데이터를 저장하기 위한 일차적 수단(primary means)을 포함한다. 사용되는 디스크 드라이브들은 특정 응용에 대해 통상 크기, 성능, 용량 및 비용들 사이에 최선의 타협(best compromise)이 이루어지도록 설계된다.

노트북 PC에서는 컴퓨터의 모든 구성 요소(component)들이 컴퓨터의 작은 물리적 크기 내에 쉽게 수용되도록 하기 위하여 작은 크기이어야 한다는 것이 자명하다. 주어진 성능 및 용량을 만족하면서도 크기가 작아야 한다는 점은 다른 모든 컴퓨터 시스템에 대해서도 매우 중요한데, 이는 컴퓨터 시스템에 의해 점유되는 바닥면적(floor space)을 절약하여야 할 필요성에 기인한다.

회전형 액츄에이터 디스크 드라이브는 동일 용량인 경우 선형 액츄에이터(linear actuator) 하드 디스크 드라이브에 비하여 더 작은 크기를 갖기 때문에 산업계에서 자기 하드 디스크 드라이브의 지배적인 형태가 되어 왔다.

비용을 크게 증가시키지 않으면서 디스크 드라이브의 데이터 용량을 증가시키도록 회전형 액츄에이터 디스크 드라이브 설계 개선안들이 끊임없이 제안되고 있다. 그 예로서 박막 유도 헤드(thin film inductive head)로부터 유도 기록(inductive write) 및 자기저항 판독(magneto-resistive read) 헤드로의 변화 추세에서와 같이 훨씬 더 작은 자기 헤드를 사용함으로써 트랙 밀도 및 선형 데이터 밀도를 계속 증가시킨 것을 들 수 있다.

트랙 밀도 및 선형 데이터 밀도를 개선시키면 주어진 디스크에 대한 데이터 용량은 크게 증가되지만, 성능, 즉 특히 디스크 상에서의 데이터 액세스(access) 능력의 측면에서는 어떠한 개선도 가져오지 않는다. 사실, 디스크 드라이브 내의 각각의 디스크 용량의 증가는 데이터 액세스를 더 어렵게 만드는데, 이는 트랙들이 서로 더 근접되기 때문이며, 또한 헤드의 결합 구조(geometry)가 더 작게됨으로 인하여 액츄에이터를 이전보다 더 정확하게 작동시킬 수 있도록 서보 시스템이 설계되어야 하기 때문이다. 실제의 성능 저하는 액츄에이터가 탐색 종료 시점에서 소망 트랙(desired track) 상에 정지할 때까지의 시간인 세틀 타임(settle time)이 증가되는 것에 기인한다. 세틀 타임은 본 기술 분야에서 명확하게 정의되지는 않으나, 이는 본질적으로 헤드가 탐색을 시작한 이후로부터 오버슈트(overshoot) 후의 모든 후방 이동(backward movement)을 포함하여 정지 위치(stationary position)에 도달하기까지 요구되는 시간을 포함한다.

종래에는, 부가적인 액츄에이터를 추가함으로써 디스크 드라이브의 성능을 증가시키려는 노력이 시도되었다. 부가적인 액츄에이터는 제 1 액츄에이터의 중복 형태(duplicate)이며, 하나의 액츄에이터가 새로운 데이터를 탐색하는 동안 다른 액츄에이터의 헤드는 이전 데이터를 판독 또는 기록하도록 함으로써 데이터가 보다 빨리 액세스될 수 있도록 하기 위해 상기 부가적인 액츄에이터가 드라이브의 모든 디스크들을 액세스한다. 동일한 듀얼 액츄에이터의 몇몇 예들이 본 발명의 양수인(즉, 출원인)에게 양도된 Spencer W. Ng의 미국 특허 제 5,341,351호; Conner Peripherals, Inc에 양도된 Cornaby의 미국 특허 제 5,355,486호; 및 Crawford의 미국 특허 제 4,270,154호에 개시된다. Hitachi Seisakusho K.K.에게 양도된 Nagai의 일본 특허 공보 제 56-130865호에는 동일하지 않은 듀얼 액츄에이터가 개시되어 있으나, 그 차이점에 대해서는 논의하고 있지 않다. 그러나, 상기와 같은 듀얼 액츄에이터는 드라이브 비용 및 드라이브를 위해 요구되는 공간 양자를 크게 증가시킨다.

듀얼 또는 중복형 액츄에이터(duplicated actuator)를 제공하면 성능 증가에 도움이 된다. 그러나, 상기와 같은 듀얼 액츄에이터 드라이브들을 오늘날의 디스크 드라이브에서 구현하기에는 그 성공률이 높지 않다.

드라이브의 비용 및 소요 공간 양자 모두를 감소시키기 위하여, 듀얼 액츄에이터가 동일한 피봇축 상에 장착될 수 있다. 그 한 예가 Nippon Telegraph Telephone Public Corporation에 양도된 Kogure 등의 미국 특허 제 4,544,972호에 개시되어 있다. 따라서, 액츄에이터는 드라이브의 개별 디스크 표면만을 액세스하나, 2개의 회전 액츄에이터의 음성 코일 모터(voice coil motor: VCM)에 대해 동일 피봇축 및 동일 백 아이언(back iron)의 사용이 가능하다.

상기와 같은 배열은 비용을 단지 조금 증가시키면서 성능을 크게 증가시킨다. 그러나, 상기와 같은 설계 역시 오늘날의 응용에 있어서 또 다른 문제점에 직면한다. 그러한 문제점들은 레코드 문자(character) 또는 텍스트 데이터는 작은 반면에 이미지 및 비디오 데이터와 같은 데이터들이 요구하는 용량은 증가되어야 하는 요구 조건의 상충으로부터 발생하는데, 이는 고성능 디스크 드라이브에 의해 가장 잘 해결된다.

용량에 대한 요구가 급격히 증가되는 것은 상술한 바와 같이 최신의 컴퓨터 시스템에서의 이미지 및 비디오 데이터 증가에 관련된다. 상기와 같은 이미지 및 비디오 데이터는 과거의 컴퓨터에서 주로 사용된 프로그램 및 문자 데이터와는 매우 다른 특성을 갖는다. 과거에 사용되었던 프로그램 및 문자 데이터 세트(set)들은 짧은 데이터 레코드(data record)들인 반면에, 이미지 및 비디오 데이터들은 매우 긴 데이터 세트라는 특징을 갖는다. 상기와 같은 큰 데이터 세트는 짧은 데이터 세트 및 프로그램이 요구하는 일정한 액세싱 및 성능을 요구하지 않는다. 동일 액츄에이터를 갖는 상기 '972 특허는 서로 상충되는 상기 요구 조건들을 해결할 수 없다.

따라서, 데이터에 따라 적절히 증가된 성능을 갖는 고용량 및 고성능의 디스크 드라이브가 요구된다.

본 발명은 어느 한 액츄에이터가 바람직하게는 적은 수의 암을 가지므로써 다른 액츄에이터보다 작은 관성 특성을 갖는 공통 피봇축 상에 장작된 최소한 하나의 액츄에이터들을 구비한 데이터 기록 디스크 파일을 개시한다. 서보 시스템은 탐색 재위치 설정(seek repositioning)을 위해 각각의 액츄에이터를 개별적으로 구동시킴으로써 작은 관성을 갖는 액츄에이터가 다른 액츄에이터들보다 좋은 성능을 갖게 된다. 제어기는 작은 관성을 갖는 액츄에이터와 관련된 데이터 표면 상에 제 1 유형의 데이터를 선택적으로 기록하고, 또 다른 데이터 표면 상에 다른 모든 데이터를 기록함으로써, 작은 관성을 갖는 액츄에이터와 관련된 표면 상에 저장된 데이터에 대해 적절히 향상된 성능 및 고용량을 갖는 디스크 드라이브를 제공하게 된다.

액츄에이터들이 서로에 대하여 정확하게 위치되도록 유지하기 위하여 각각의 액츄에이터 내의 해당하는 구멍을 통과하여 연장되는 착탈식 고정핀이 제공되는데, 이에 따라 서보 정보가 단일 공정으로 각각의 표면 상에 기록될 수 있게 된다.

또한, 액츄에이터들 가운데 하나에는 다른 데이터 표면보다 적은 트랙들이 제공되는데, 이러한 적은 트랙들은 디스크의 중심축(center axis)을 향하도록 배치된다. 또한, 액츄에이터들 가운데 하나와 관련된 데이터 표면의 트랙 피치는 다른 데이터 표면의 트랙 피치와는 상이할 수 있다.

도 1은 본 발명의 듀얼 액츄에이터 디스크 드라이브(dual actuator disk drive)의 개략적 투시도.

도 2는 도 1의 디스크 드라이브를 위해 사용하기 위한 본 발명의 서보 시스템 및 데이터 처리 시스템(data handling system)의 블록도.

도 3은 본 발명의 듀얼 액츄에이터 디스크 드라이브 및 고정핀의 다른 실시예의 개략적 투시도.

도 4a 및 4b는 본 발명의 다른 특징에 따른 다른 수의 트랙을 도시하는 도 1 및 도 3의 디스크 드라이브의 개략적인 디스크 평면도.

도 5는 본 발명의 듀얼 액츄에이터 디스크 드라이브의 다른 실시예의 단면도.

도 6은 본 발명의 다른 특징에 따른 듀얼 크래쉬 스톱(dual crash stop)의 투시도.

〈도면의주요부분에대한부호의설명〉

10 : 디스크 드라이브

15, 16 : 액츄에이터

20 : 정지 샤프트

25 : 암 어셈블리

28 : 자기 헤드 어셈블리

30 : 자기 디스크

35 : 플랫 코일

38 : 지지체

40 : 자기 회로 어셈블리

첨부 도면과 관련하여 설명된 다음의 상세한 설명을 참조하면 본 발명을 더 완전하게 이해할 수 있다.

Workman에 의해 출원되어 본 출원인에게 양도된 미국 특허 제 4,679,103호가 자기 디스크 파일(magnetic disk file)에 사용되는 종래의 서보 시스템을 설명하기 위한 목적으로 본 명세서에 참조되어 본 명세서의 일부를 이룬다.

본 발명의 양호한 실시예가 도 1에 도시된다. 본 발명을 구현하는 디스크 드라이브 (10)이 개략적인 투시도 형태로 도시된다. 2개의 액츄에이터 (15) 및 (16)이 동일한 축 둘레의 동일한 정지 샤프트(stationary shaft) (20) 및 피봇 상에 장착된다. 각각의 액츄에이터는 수직 방향으로 이격된 평행한 암 어셈블리 (25)를 갖는데, 이들 어셈블리는 종래의 일반적인 구조를 갖는다. 각각의 암의 말단 단부(distal end)는 자기 디스크 (30)의 인접 표면 상에서 데이터를 판독 또는 기록하기 위한 자기 헤드 또는 변환기 어셈블리(transducer assembly) (28)을 포함한다. 자기 헤드 어셈블리는 일반적인 것이므로 본 명세서에서는 더 이상 상세하게 설명하지 않는다. 2개의 디스크 (30) 사이에 위치된 각각의 암 (25)는 암 바로 상부 및 하부에 있는 디스크 표면 상에서 각각 데이터를 판독 또는 기록하기 위한 2개의 자기 헤드 어셈블리 (28)을 포함한다.

본 발명에서는 액츄에이터 (16)에 비하여 액츄에이터 (15)가 더 적은 수의 암 (25)를 갖는데, 이에 따라 액츄에이터 (16)에 비하여 액츄에이터 (15)가 더 작은 관성을 갖는다.

각각의 액츄에이터는 지지체(support) (38) 상에 장착된 플랫 코일(flat coil) (35)를 갖는 종래의 음성 코일 모터를 포함한다. 플랫 코일은 자기 회로 어셈블리 (40)과 상호작용(interact)하는데, 이에 따라 코일 내의 전류는 해당되는 자기 헤드 (28)을 관련된 자기 디스크 (30)의 표면을 가로질러 측방향으로 이동시키기 위해 액츄에이터가 샤프트 (20)의 축 둘레를 회전하도록 만든다. 도 1에 도시된 유형의 듀얼 자기 회로 어셈블리는 상기 '972 특허에 설명되어 있다.

자기 디스크 (30)은 서로 평행하게 이격되어 위치될 수 있도록 종래의 스핀들(spindle)(도시되지 않음)에 의해 지지된다. 디스크들은 자기 헤드 (28)이 관련된 디스크 (30)의 해당 표면 상에서 동심 데이터 트랙을 추적(trace)할 수 있도록 스핀들 모터(도시되지 않음)에 의해 회전된다. 각각의 액츄에이터의 암은 빗(comb) 형태로 적층되며 또 함께 이동되어 암 상의 자기 헤드 세트에 의해 추적되는 트랙 세트가 수직 실린더(cylinder)를 형성한다.

각각의 트랙은 각각의 디스크 표면 상의 데이터들 사이에 산재된 섹터 내에 사전기록(prerecord)된 서보 정보(servo information)를 포함한다.

도 1의 디스크 드라이브에 사용하기 위한 본 발명의 서보 시스템 및 데이터 처리 시스템의 블록도인 도 2를 참조한다.

액츄에이터 (15) 상의 각각의 자기 헤드는 종래의 판독/기록 채널 (45) 및 종래의 디지털 위치 에러 신호(digital position error signal: DPES) 디코딩 회로 (47) 양자 모두에 접속된다. 마찬가지로, 액츄에이터 (16) 상의 각각의 자기 헤드는 종래의 판독/기입 채널 (46) 및 종래의 디지털 위치 에러 신호 디코딩 회로 (48) 양자 모두에 접속된다.

디지털 위치 에러 신호 디코딩 회로 (47) 및 (48)은 상기 '103 특허에 설명된 바와 같은 종래의 디지털 서보 제어 시스템의 일부를 각각 포함한다. 상세하게 설명하면, 개별 샘플 시간(discrete sample time)에 자기 헤드에 의해 감지된 서보 정보는 가장 근접한 트랙 중앙선(centerline)으로부터 떨어져 있는 헤드의 위치 에러를 나타내는 디지털 위치 에러 신호(DPES)를 발생하기 위하여 복조(demodulating)된다. DPES는 버스 (51)을 통해 마이크로프로세서 (50)에 제공되어 헤드의 절대 위치(absolute head position)를 계산하기 위해 마이크로프로세서에 의해 사용된다. 트랙 탐색시, 헤드가 트랙을 가로질러 이동할 때 마이크로프로세서는 커맨드 입력(command input) (52)에서 공급된 소망 또는 타겟 트랙(target track)을 표시하는 신호 및 DPES 샘플을 사용하여 전체 에러 신호를 발생한다. 전체 에러 신호는 타겟 트랙의 위치와 복조된 위치 에러 신호 사이의 차이와 동일하다. 또한, 마이크로프로세서는 헤드의 속도를 개산(槪算, estimating)하기 위하여 위치 샘플 및 전류 샘플을 사용한다. 디지털 속도 궤도(digital velocity trajectory)는 ROM (53)에 저장된 데이터로부터 발생되며 또 이러한 궤도는 헤드의 최적 속도(optimum velocity)를 전체 에러 신호의 함수로서 나타내는 값을 제공한다. 그 다음으로, 속도 에러가 헤드 속도의 계산된 개산값과 속도 궤도 발생기로부터의 최적 속도 사이의 차이로서 계산된다.

다음에서 설명되는 바와 같이, 액츄에이터의 관성 차이에 기인하여 액츄에이터 (15) 및 (16) 각각에 대해 다른 속도 궤도가 발생된다.

상기 '103 특허를 더 참조하여 도 2를 계속 참조하면, 계산된 속도 에러(computed velocity error)는 적절한 DAC (디지털/아날로그 변환기) (55) 또는 (56)에 제공되는 디지털 제어 신호를 구성하는데 사용된다. 변환된 아날로그 신호는 적분형 전력 증폭기(integrating power amplifier: IPA) (60) 또는 (61)에 접속되는 보상 이득 회로(compensator gain circuit) (57) 또는 (58)에 의해 각각의 액츄에이터의 다양한 옵셋(offset) 및 바이어스력(bias force)에 대해 보상된다. '103 특허에서 설명되는 바와 같이, 상기 보상도 역시 디지털 방식으로 행해진다. 보상된 제어 신호는 IPA에서 적분되고 증폭되어 적절한 VCM (15) 또는 (16)에 대한 제어 전류를 발생시킨다. 제어 전류는 해당하는 헤드가 소망 트랙의 중심선 방향으로 소망 속도로 이동될 수 있도록 코일을 이동시키기 위한 특정 전류 레벨이다.

도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 액츄에이터 (15)에는 액츄에이터 (16)보다 더 적은 수의 암이 구비된다. 그 결과, 액츄에이터 (15)는 액츄에이터 (16)보다 더 작은 관성을 갖게 된다. 도 2를 참조하면, IPA (61)에 의한 전류와 동일한 레벨로 IPA (60)에 의해 제공되는 전류는 결과적으로 IPA (61)이 액츄에이터 (16)을 가속시키는 것보다 더 빠르게 액츄에이터 (15)를 가속시킨다. 따라서, IPA (60) 및 (61)에 최적 제어를 적절하게 제공할 수 있도록 각각의 액츄에이터 (15) 및 (16)에 대해 상이한 속도 궤도가 발생되어야만 한다.

액츄에이터 (15)의 작은 관성은 트랙들 사이에 매우 높은 탐색 성능(빠른 탐색 시간)을 제공하는데 속도 궤도가 사용될 수 있도록 해준다. 이에 따라서 서보 설계가 행해진다.

'103 특허를 참조하여 간단히 설명하면, 서보 설계시 종종 서로 상충되는 성능 문제와 정밀성(robustness) 문제 사이에서 타협이 있게 된다. 서보 시스템의 하나의 척도(measure)는 대역폭(bandwidth)인데, 이를 보다 더 일반적인 용어로 설명하면 이는 서보 시스템이 커맨드 입력을 얼마나 잘 따르는가(tracking)를 말한다. 만일 서보 시스템이 비교적 낮은 대역폭을 갖는다면, 시스템은 적당한 주파수 커맨드(moderate frequency command)를 잘 따를 수 없다. 상기 개념을 다른 각도에서 살펴보면, 낮은 대역폭 서보는 높은 대역폭 서보보다 더 느리게 트랙 중심으로 복귀한다는 말이 된다. 이는 디스크 스핀들 경사(tilt)와 같은 서보기록 문제 또는 외부 진동(external vibration)으로 인하여 트랙 자체가 이동할 때에 불리한 점을 초래한다. 낮은 대역폭은 통상 400 Hz이며 높은 대역폭은 통상 600 Hz 근처이다.

서보 시스템의 두 번째 척도는 이득 마진(gain margin)이다. 역시 보다 일반적인 용어로 설명하면, 이는 제어 손실 결과(loss of control result)를 초래하기 전에 시스템의 이득이 틀릴 수 있는 양을 말한다. 이득 마진은 서보 시스템의 정밀성의 지표이다. 이득 마진은 상이한 드라이브를 갖는 설비(plant)들 사이에 또는 서보와 액츄에이터 시스템 사이에서의 변경을 허용한다. 대량 생산 체제에서는 모든 개개의 드라이브에 대한 서보를 특별히 설계하는 것이 경제적으로 가능하지 않다. 따라서, 드라이브들 사이의 타당한 범위 내에서의 변경(reasonable variation)이 허용되어야만 한다. 또한, 이득 마진은 다양한 주파수에서 단일 설비가 변화될 수 있도록 한다. 마찬가지로 제 3의 척도는 위상 마진(phase margin)이다. 이는 제어 손실 결과가 발생하기 전에 시스템의 위상이 얼마나 변경될 수 있는지를 규정한다. 이득 마진이 8 db이면 양호하며, 또 위상 마진은 45 도(degree)이면 바람직하다.

통상, 잘 설계된 서보 시스템의 대역폭을 증가시키는 것은 이득 및 위상 마진을 감소시키므로, 성능과 정밀성 사이에서는 어쩔 수 없이 타협이 있게 된다. 서보 설계 분야의 과제 가운데 일부는 정확한 타협을 알아내는 것이다.

달리 말하면, 느슨한 제어(low control)는 기계들의 공명성 진동(resonant vibration)이 매우 크도록 여기시키지 못하며, 또 엄격한 제어(high control)는 진동을 증가시켜 소망 트랙의 중앙선에 정지하기 전까지인 헤드의 세틀 타임을 증가시키기 쉽다. 상세히 말하면, 초기 가속 및 추후 감속 양자 모두를 위해 탐색에 투여되는 에너지는 기계 부품들의 공명성 진동을 발생시킨다. 진동 및 감속 에너지는 통상 헤드가 타겟 트랙 바로 상부에서 멈추기 전까지의 타겟 트랙에 대한 오버슈트(overshoot) 결과 및 타겟 트랙에 대한 헤드의 진동 결과를 가져온다. 진동은 지수 함수적으로 감쇠하며 또 헤드가 정지하기까지 요구되는 시간은 세틀 타임이라 불린다.

따라서, 액츄에이터들이 상이한 관성을 갖는 본 발명의 듀얼 액츄에이터 시스템에서는 서보 설계자들이 작은 관성을 갖는 액츄에이터를 사용하여 액츄에이터의 성능 또는 정밀성, 또는 양자 모두를 증가시킬 수 있다. 작은 관성을 갖는 액츄에이터에 대한 서보 시스템은 큰 액츄에이터에 비하여 더 높은 성능을 얻기 위해 보다 높은 대역폭에서 작동하도록 설계될 수 있고, 보다 양호한 정밀성을 얻기 위해 느슨한 제어로 작동하도록 설계될 수 있으며, 또는 증가된 성능 및 증가된 정밀성 양자 모두를 얻도록 중간 정도(intermediate point)에서 작동하도록 설계될 수 있다.

본 기술 분야의 당업자들이 잘 이해하는 바와 같이, 특정 속도 프로파일(velocity profile) 설계는 액츄에이터의 특성에 좌우되며, 상기 프로파일을 달성하기 위한 구체적인 세부 사항들은 본 명세서에서 설명될 필요가 없다. 추가 정보(additional information)에 대해서는 '103 특허가 참조될 수 있다.

도 3은 액츄에이터 (75) 및 (76)을 갖는 듀얼 액츄에이터 디스크 드라이브 (70)의 다른 실시예에 대한 개략적인 투시도이다. 액츄에이터 (75)는 액츄에이터 (76)보다 적은 수의 암들을 가지며, 따라서 작은 관성을 갖는 액츄에이터이다.

또한, 액츄에이터가 축 (79)를 따라 정렬된 후에 구멍 (78)에 삽입되는 고정핀 (77)이 도시된다. 고정핀은 2개의 액츄에이터를 함께 정확하게 고정시킴으로써 이들이 함께 회전할 수 있도록 드라이브 제조시 사용된다. 그 다음으로, 종래의 서보기록기(servowriter)가 액츄에이터 (76)과 관련된 디스크 표면의 트랙 및 액츄에이터 (75)와 관련된 디스크 표면의 트랙상에 서보 섹터를 기록하는데 사용될 수 있다.

도 4a 및 4b는 도 1 및 도 3의 디스크 드라이브의 디스크들에 대한 다른 실시예를 도시하는 개략적인 평면도이다. 상세하게 말하면, 도 4a 및 4b의 실시예에서는 2개의 액츄에이터에 상이한 스트로크 길이(stroke length), 또는 액츄에이터의 최대 이동 길이(maximum length of movement)가 제공된다.

도 4a의 디스크 (80)은 도 1의 액츄에이터 (16) 및 도 3의 액츄에이터 (76)과 관련된 디스크 표면을 포함하며, 또 표준 스트로크 길이 (81)을 포함한다.

액츄에이터의 탐색 성능은 액츄에이터의 스트로크 길이와 직접적으로 관련된다. 따라서, 도 4b의 디스크 (82)는 바람직하게는 도 1의 고성능 액츄에이터(high performance actuator) (15) 및 도 3의 고성능 액츄에이터 (75)와 관련된 더 짧은 스트로크 길이 (83)을 도시한다. 액츄에이터 (15) 및 (75)가 탐색해야 할 스트로크 길이가 짧기 때문에 액츄에이터의 성능을 크게 향상시킨다.

액츄에이터의 스트로크를 감소시킴으로써, 디스크들의 내부 밴드보다 더 큰 플러터(flutter)를 가질 수 있는 디스크들의 바깥 밴드(outer band)를 사용하지 않도록 트랙들 가운데 내부 트랙 영역(inner track area)이 사용될 수 있다. 플러터는 데이터 에러 가능성을 증가시키며, 따라서 보다 강력한 서보(robust servo)가 요구된다. 이러한 추가적인 정밀성은 상술한 바와 같이 더 낮아진(further down) 진동의 지수함수적 감쇠 커브(exponential decay curve)와 더 긴 세틀 타임을 갖도록 함으로써 달성된다. 따라서, 디스크의 중심축 방향으로의 더 짧은 스트로크 (83)을 제공함으로써, 더 짧은 세틀 타임 서보 속도 프로파일이 역시 제공될 수 있으며, 이에 따라 관련 액츄에이터 (15) 또는 (75)의 성능이 증가될 수 있다.

경우에 따라서는 다음에서 설명되는 바와 같이 더 큰 트랙 피치에서 세틀 타임이 길어지는 것을 피할 수 있도록 낮은 성능(lower performance)의 액츄에이터에 짧은 스트로크가 제공된다.

도 5는 도 4의 상이한 스트로크 길이를 사용하는 본 발명의 듀얼 액츄에이터 디스크 드라이브의 다른 실시예에 대한 단면도로, 상기 실시예에서는 추가적으로 듀얼 크래쉬 스톱(dual crash stop) (90)이 도시된다. 도 6은 도 5의 듀얼 크래쉬 스톱 (90)의 투시도이다.

크래쉬 스톱은 외부 쇼크(external shock) 또는 제어 손실의 결과 액츄에이터가 디스크 표면 상에서 트랙 한계를 넘어 이동하는 것을 방지한다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 크래쉬 스톱 (90)은 액츄에이터 (95) 및 (96)의 코일 암(coil arm) (93)에 대해 스트라이크 존(strike zone)을 각각 제공하는 플라스틱 핀(plastic pin)이 바람직하다. 크래쉬 스톱은 디스크 파일의 베이스 캐스팅(base casting) (97) 내에 삽입된다.

도 5의 디스크 파일의 단면도에서, 액츄에이터 (95) 및 (96)이 회전할 수 있도록 공통 샤프트 (99) 둘레의 베어링(bearing) (98)에 의해 지지된다.

액츄에이터 (95)는 액츄에이터 (96)보다 적은 수의 암을 가지며, 따라서 작은 관성을 갖고 또 고성능으로 작동할 수 있다. 액츄에이터 (96)은 정상 스트로크 길이(normal stroke length) (81)을 갖는 도 4a의 디스크 (80)의 표면과 관련된다. 액츄에이터(95)는 짧은 스트로크 길이 (83)을 갖는 도 4b의 디스크 (82)의 표면과 관련되며, 이에 따라 액츄에이터가 더 짧은 스트로크로 작동될 수 있다. 따라서, 더 넓은 스트라이크 존 (91)이 보다 짧은 스트로크를 갖는 액츄에이터 (95)에 제공된다. 또한, 상기 액츄에이터 (95)는 고성능인 액츄에이터, 즉 빠른 액츄에이터이기 때문에, 플라스틱 핀보다 더 큰 탄성을 갖는 탄성중합체 슬리브(elastomeric sleeve) (100)이 스트라이크 존 (91)에 제공될 수 있다.

경우에 따라서, 탄성을 갖는 작은 슬리브(resilient smaller sleeve)가 큰 관성을 갖는 액츄에이터 (96)에 제공될 수 있다. 또 다른 경우, 탄성 슬리브들은 빠른 액츄에이터 (95) 및 큰 관성을 갖는 액츄에이터 (96) 양자 모두를 위한 스트라이크 존에 제공될 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이 디스크에 대한 서보기록을 행하는 경우, 이러한 서보기록은 크래쉬 스톱이 설치되기 전에 행해진다. 경우에 따라서, 도 3의 고정핀 (77)은 사용되지 않으며, 액츄에이터들은 개별적으로 서보기록된다.

본 발명의 다른 실시예는 고성능 액츄에이터에 대한 트랙들이 통상의 액츄에이터에 대한 트랙들보다 더 넓은 트랙 피치인 형태를 갖는 것이다. 넓은 트랙을 역시 제공하게 되는 넓은 트랙 피치는 넓은 헤드 구조를 부수적으로 요구한다. 넓은 트랙 피치는 세틀 타임을 감소시키는데, 이는 트랙들 사이의 거리가 더 크고, 또한 상술한 바와 같이 트랙들도 역시 넓기 때문이다. 위에서 설명된 바와 같이, 트랙간 거리가 더 커지면 헤드가 지수함수적 감쇠 커브 상의 앞선 시점(earlier point)에서 판독 또는 기록할 수 있도록 해준다. 결과적으로 세틀 타임이 감소하면 고성능 액츄에이터의 성능을 더욱 증가시킨다(즉, 탐색 시간을 감소시킨다). 도 2를 참조하여 설명한 고정형 서보기록(locked servowriting)은 액츄에이터를 표면마다 상이한 거리로 스테핑(stepping)시킴으로써 행해진다.

도 2를 다시 참조하면, 데이터 제어기 (110)이 제공되는데, 이러한 제어기는 마이크로프로세서 (50)으로 구현되나 설명의 편의상 분리된 것으로 도시된다. 제어기 (110)은 커맨드 버스 (52)를 통해 나타나는 커맨드에 응답하여 데이터 버스 (112)로부터 제공되는 데이터 경로를 판독/기록 채널 (46)과 판독/기록 채널 (45) 사이에서 스위칭시킨다.

따라서, 통상의 액츄에이터 (16)에 의한 액세스에 가장 적합한 데이터는 판독/기록 채널 (46)에 제공되며, 고성능 액츄에이터 (15)에 의한 액세스에 가장 적합한 데이터는 판독/기록 채널 (45)에 제공된다.

경우에 따라서, 단일 판독/기록 채널이 사용되어 위에서 설명한 바와 같이 모든 디스크 표면들 상의 동일한 데이터를 개별적으로 액세스하기 위하여 디스크들의 어느쪽 면에서도 동일한 액츄에이터를 갖는 디스크 파일에 대해서 종래의 방식으로 행해진 것처럼 앞 뒤(back and forth)로 스위칭될 수 있다.

본 발명의 상이한 관성을 갖는 듀얼 액츄에이터는 드라이브 및 서보 설계자들이 단일 액츄에이터 드라이브의 영역에서 더 많은 융통성을 갖게 한다. 작은 관성을 갖는 액츄에이터는 고속, 고성능 탐색, 또는 매우 정밀한 서보 또는 이들의 조합을 제공할 수 있다. 2개의 액츄에이터 가운데 어느 하나의 액츄에이터에 성능 또는 정밀성을 증가시키기 위하여 짧은 스트로크가 제공될 수 있다. 또한 상대적인 용량 및 성능 또는 정밀성을 변화시키기 위하여 트랙 피치들은 상이할 수 있다.

고성능 액츄에이터는 캐쉬(cache)와 동일하게 간주될 수 있으며, 또 매우 자주 액세스되는 데이터 또는 프로그램을 가질 수 있는데, 예를 들면 호스트 컴퓨터 시스템용 운영 시스템 및 트랜잭션 프로세싱(transaction processing)과 같은 빠른 액세스를 요구하며, 크기가 작은 데이터 레코드(data record)를 가질 수 있다.

통상의 액츄에이터는 자주 액세스되지 않는 데이터, 예들 들면 급여(payroll)나 회계(accounting)에 사용되는 연속 데이터(sequential data), 또는 비디오와 같은 매우 긴 데이터 레코드에 적합하다.

본 발명의 바람직한 실시예들이 상세히 설명되었지만, 본 기술 분야의 당업자들은 다음의 특허 청구 범위에 설명된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 이러한 실시예들을 수정 및 변형할 수 있음이 명백하다.

Claims

데이터 기록 디스크 파일에 있어서,

a) 2개의 반대 면(opposite side) 각각에 데이터 표면(data surface)―여기서 각각의 데이터 표면은 일반적으로 동심(同心)인 데이터 트랙 및 그 위에 기록된 서보 정보를 가짐―을 갖는 최소한 하나의 회전 가능한 디스크;

b) 상기 데이터 트랙을 판독하거나 또는 해당하는 데이터 표면의 상기 데이 터 트랙 상에 기록하기 위해 한쪽 종단에 자기 헤드가 장착된 최소한 하 나의 헤드 암 어셈블리(head arm assembly)를 각각 가지며, 공통 피봇축 (common pivot axis) 상에 장착되는 최소한 2개의 액츄에이터(actuator) ―여기서 액츄에이터 가운데 하나는 상기 다른 액츄에이터보다는 작은 관성 특성(lower inertia characteristics)을 가짐―; 및

c) 상기 해당하는 데이터 표면의 한 데이터 트랙으로부터 타겟 데이터 트랙 으로 상기 자기 헤드를 탐색 재위치 설정(seek repositioning)시키기 위해 상기 각각의 액츄에이터를 개별적으로 구동하기 위한 서보 시스템(servo system)

을 포함하는 데이터 기록 디스크 파일.
제 1항에 있어서, 상기 액츄에이터들중 작은 관성 특성을 갖는 액츄에이터와 관련된 상기 데이터 표면 가운데 최소한 하나의 표면 위에는 제 1 유형의 데이터를 선택적으로 기록하고, 상기 데이터 표면의 다른 표면 위에는 다른 모든 데이터를 기록하기 위한 제어기를 포함하는 데이터 기록 디스크 파일.
제 1항에 있어서, 상기 액츄에이터들이 서로에 대하여 정확하게 위치 설정되도록 유지시킴으로써 이에 따라 서보 정보가 단일 프로세스로 상기 각각의 표면 위에 기록될 수 있도록 하는 고정 장치(lock)를 포함하는 데이터 기록 디스크 파일.
제 3항에 있어서, 상기 고정 장치가 각각의 액츄에이터들 내에 있는 해당하는 구멍을 통하여 연장되는 착탈식 핀(removable pin)을 포함하는 데이터 기록 디스크 파일.
제 2항에 있어서, 상기 서보 시스템이 탐색 재위치 설정을 위하여 상기 액츄에이터 가운데 하나를 상기 다른 액츄에이터보다 짧은 최대 스트로크 길이(stroke length)로 구동하는 데이터 기록 디스크 파일.
제 5항에 있어서, 상기 액츄에이터들이 디스크의 외주(outer periphery)를 향하여 상기 개별적인 최대 스트로크 길이를 넘어 반지름 방향으로 실질적으로 이동하는 것을 방지하도록 배열된 듀얼 크래쉬 스톱(dual crash stop)을 포함하는 데이터 기록 디스크 파일.
제 2항에 있어서, 상기 액츄에이터 가운데 하나와 관련된 데이터 표면의 트랙이 상기 다른 데이터 표면의 트랙과는 상이한 트랙 피치(track pitch)를 갖는 데이터 기록 디스크 파일.
2개의 반대 면 각각에 데이터 표면―여기서 데이터 표면은 일반적으로 동심(同心)인 데이터 트랙 및 그 위에 기록된 서보 정보를 가짐―을 각각 구비한 다수의 회전 가능한 디스크들을 갖는 데이터 기록 디스크 파일용 액츄에이터 서브어셈블리(subassembly)에 있어서,

상기 데이터 트랙을 판독하거나 또는 해당하는 데이터 표면의 상기 데이터 트랙 상에 기록하기 위해 한쪽 종단에 자기 헤드가 장착된 최소한 하나의 헤드 암 어셈블리(head arm assembly)를 각각 가지며, 공통 피봇축(common pivot axis) 상에 장착되는 최소한 2개의 액츄에이터―여기서 액츄에이터들 가운데 하나는 상기 다른 액츄에이터보다는 적은 수의 헤드 암 어셈블리를 가짐으로써, 상기 다른 액츄에이터보다 작은 관성 특성(lower inertia characteristics)을 가짐―를 포함하며,

상기 각각의 액츄에이터는 상기 해당하는 데이터 표면의 한 데이터 트랙으로부터 타겟 데이터 트랙으로 상기 자기 헤드를 탐색 재위치 설정시키기 위해 개별적으로 구동됨으로써, 상기 적은 수의 상기 헤드 암 어셈블리를 갖는 하나의 액츄에이터가 상기 다른 액츄에이터보다 고성능의 탐색 재위치 설정 기능을 제공하는

액츄에이터 서브어셈블리.
제 8항에 있어서, 상기 해당하는 데이터 표면의 한 데이터 트랙으로부터 타겟 데이터 트랙으로 상기 자기 헤드를 탐색 재위치 설정시키기 위해 상기 각각의 액츄에이터를 개별적으로 구동하고, 상기 다른 액츄에이터보다 적은 수의 헤드 암 어셈블리를 갖는 하나의 액츄에이터에 대해 고성능 탐색 재위치 설정을 제공하는 서보 시스템을 포함하는 액츄에이터 서브어셈블리.
제 8항에 있어서, 상기 액츄에이터들을 서로에 대하여 정확하게 위치 설정되도록 유지시키기 위하여 각각의 액츄에이터들 내에 있는 해당하는 구멍을 통하여 연장되는 착탈식 고정핀(removable locking pin)을 추가적으로 포함함으로써, 서보 정보가 이에 따라 단일 프로세스로 상기 각각의 표면 상에 기록될 수 있는 액츄에이터 서브어셈블리.
제 8항에 있어서, 상기 액츄에이터들이 디스크의 외주(outer periphery)를 향하여 상기 각각의 표면 상에서 소정 길이를 넘어 이동하는 것을 방지하도록 배열된 듀얼 크래쉬 스톱―여기서 상기 액츄에이터들 가운데 하나에 대한 상기 크래쉬 스톱은 액츄에이터에 대한 크래쉬 스톱보다 외주로부터 더 먼 거리에서 상기 액츄에이터를 정지시키도록 배열됨―을 포함하는 액츄에이터 서브어셈블리.
제 11항에 있어서, 상기 듀얼 크래쉬 스톱들 가운데 최소한 하나는 탄성 스트라이크 존(resilient strike zone)을 포함하는 액츄에이터 서브어셈블리.
제 11항에 있어서, 상기 듀얼 크래쉬 스톱은 상기 외주로부터 더 먼 거리에서 상기 적은 수의 헤드 암 어셈블리를 갖는 상기 하나의 액츄에이터를 정지시키도록 배열된 단일 유닛(single unit)을 포함하는 액츄에이터 서브어셈블리.
제 11항에 있어서, 상기 듀얼 크래쉬 스톱은 상기 외주로부터 더 먼 거리에서 많은 수의 헤드 암 어셈블리를 갖는 상기 액츄에이터 가운데 하나를 정지시키도록 배열된 단일 유닛을 포함하는 액츄에이터 서브어셈블리.
데이터 기록 디스크 파일에 있어서,

a) 2개의 반대 면 각각에 데이터 표면―여기서 데이터 표면은 일반적으로 동 심(同心)인 데이터 트랙 및 그 위에 기록된 서보 정보를 가짐―을 각각 갖는 다수의 회전 가능한 디스크;

b) 상기 데이터 트랙을 판독하거나 또는 해당하는 데이터 표면의 상기 데이 터 트랙 상에 기록하기 위해 한쪽 종단에 자기 헤드가 장착된 최소한 하 나의 헤드 암 어셈블리(head arm assembly)를 각각 가지며, 공통 피봇축 (common pivot axis) 상에 장착되는 최소한 2개의 액츄에이터―여기서 액츄에이터 가운데 하나는 상기 다른 액츄에이터보다는 적은 수의 상기 헤드 암 어셈블리를 가짐으로써, 상기 다른 액츄에이터보다 작은 관성 특 성을 가짐―; 및

c) 상기 해당하는 데이터 표면의 한 데이터 트랙으로부터 타겟 데이터 트랙 으로 상기 자기 헤드를 탐색 재위치 설정시키기 위해 상기 각각의 액츄 에이터를 개별적으로 구동하고, 상기 다른 액츄에이터보다 적은 수의 헤 드 암 어셈블리를 갖는 하나의 액츄에이터에 대해 고성능 탐색 재위치 설정을 제공하는 서보 시스템

을 포함하는 데이터 기록 디스크 파일.
제 15항에 있어서, 상기 적은 수의 헤드 암 어셈블리를 갖는 상기 하나의 액츄에이터와 관련된 상기 데이터 표면 상에는 제 1 유형의 데이터를 선택적으로 기록하고, 상기 데이터 표면의 다른 표면 상에는 다른 모든 데이터를 기록하기 위한 제어기를 포함하는 데이터 기록 디스크 파일.
제 16항에 있어서, 상기 서보 시스템은 상기 탐색 재위치 설정을 위하여 상기 액츄에이터들 가운데 하나를 상기 다른 액츄에이터보다 짧은 최대 스트로크 길이로 구동하는 데이터 기록 디스크 파일.
제 17항에 있어서, 상기 액츄에이터들이 상기 디스크의 외주를 향하여 상기 개별적인 최대 스트로크 길이를 넘어 반지름 방향으로 실질적으로 이동하는 것을 방지하도록 배열된 듀얼 크래쉬 스톱을 포함하는 데이터 기록 디스크 파일.
상기 서보 시스템의 상기 짧은 스트로크 길이―여기서 상기 짧은 스트로크 길이는 상기 디스크의 중심축 방향으로 위치 설정됨―가 상기 적은 수의 헤드 암 어셈블리를 갖는 액츄에이터에 제공되는 데이터 기록 디스크 파일.
제 19항에 있어서, 상기 액츄에이터들이 상기 디스크의 외주를 향하여 상기 개별적인 최대 스트로크 길이를 넘어 반지름 방향으로 실질적으로 이동하는 것을 방지하도록 배열된 듀얼 크래쉬 스톱을 포함하는 데이터 기록 디스크 파일.
제 15항에 있어서, 상기 액츄에이터들을 서로에 대하여 정확하게 위치 설정되도록 유지시키기 위하여 상기 액츄에이터들 각각 내에 있는 해당하는 구멍을 통하여 연장되는 착탈식 고정핀을 추가적으로 포함함으로써, 서보 정보가 이에 따라 단일 프로세스로 상기 각각의 표면 상에 기록될 수 있는 데이터 기록 디스크 파일.
데이터 기록 디스크 파일에 있어서,

a) 2개의 반대 면 각각에 데이터 표면―여기서 각각의 데이터 표면은 일반적 으로 동심(同心)인 데이터 트랙 및 그 위에 기록된 서보 정보를 가지며, 상기 데이터 표면의 최소한 하나는 상기 데이터 트랙이 다른 데이터 표 면보다 더 큰(farther) 트랙 피치를 가져 상기 데이터 트랙들 사이에서 더 큰 분리도(separation)를 제공함―을 갖는 최소한 하나의 회전 가능한 디 스크;

b) 상기 데이터 트랙을 판독하거나 또는 해당하는 데이터 표면의 상기 데이 터 트랙 상에 기록하기 위해 한쪽 종단에 자기 헤드가 장착된 최소한 하 나의 헤드 암 어셈블리(head arm assembly)를 각각 가지며, 공통 피봇축 (common pivot axis) 상에 장착되는 최소한 2개의 액츄에이터―여기서 최소한 하나의 데이터 표면과 관련된 액츄에이터 가운데 하나는 상기 더 큰 트랙 피치를 갖는 상기 데이터 트랙을 가짐―; 및

c) 상기 해당하는 데이터 표면의 한 데이터 트랙으로부터 타겟 데이터 트랙 으로 상기 자기 헤드를 탐색 재위치 설정시키기 위해 상기 각각의 액츄 에이터를 개별적으로 구동하고, 상기 자기 헤드가 데이터 트랙과 정렬되 도록 유지시키기 위한 서보 시스템

을 포함하는 데이터 기록 디스크 파일.
제 22항에 있어서, 상기 더 큰 트랙 피치를 갖는 상기 최소한 하나의 상기 데이터 표면 상에는 제 1 유형의 데이터를 선택적으로 기록하고, 상기 데이터 표면의 다른 표면 상에는 다른 모든 데이터를 기록하기 위한 제어기를 포함하는 데이터 기록 디스크 파일.
제 22항에 있어서, 상기 액츄에이터들을 서로에 대하여 정확하게 위치 설정되도록 유지시키기 위하여 상기 액츄에이터들 각각 내에 있는 해당하는 구멍을 통하여 연장되는 착탈식 고정핀을 추가적으로 포함함으로써, 서보 정보가 이에 따라 단일 프로세스로 상기 각각의 표면 상에 기록될 수 있는 데이터 기록 디스크 파일.
제 22항에 있어서, 상기 액츄에이터들 가운데 하나가 다른 액츄에이터보다 적은 수의 상기 헤드 암 어셈블리를 가짐으로써, 상기 하나의 액츄에이터가 상기 다른 액츄에이터보다 작은 관성 특성을 갖는 데이터 기록 디스크 파일.