KR20010068367A

KR20010068367A - 디스크 드라이브의 자동 균형 장치

Info

Publication number: KR20010068367A
Application number: KR1020000000262A
Authority: KR
Inventors: 김남웅; 박준호
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 2000-01-05
Filing date: 2000-01-05
Publication date: 2001-07-23

Abstract

디스크 드라이브의 자동 균형장치에 관한 것으로, 이동판(13)과 적절한 마찰계수를 갖는 탄성체(14) 및 스프링 요소(12)를 구비하여 회전계의 고유진동수 이하에서는 자동 균형장치가 작동하지 않도록 하여 드라이브의 불균형을 가중시키지 않고, 적절한 회전수에 달해 이동판(13)과 질량 매체부(13a)가 스프링(12)의 힘을 이기고 바깥쪽으로 이동하여 볼이 자유롭게 운동하게 되는 동작초기에 볼이 수납홈(4a)내의 외측벽면에 부딪혀서 발생하는 소음을 저감할 수 있으며, 고유진동 수를 넘어선 고속회전시에는 볼이 자유롭게 수납홈내의 내측벽면을 따라 이동하게 함으로써, 자동 균형장치의 성능을 향상시키고, 또한 디스크 드라이브의 수직 기록/재생시에는 본 발명에 따른 탄성체의 마찰계수에 의해 고유진동수 이하에서의 볼 미끄러짐을 방지하여 자동 균형장치의 오동작을 방지할 수 있는 발명이다.

Description

디스크 드라이브의 자동 균형 장치 {Automatic balancing devices of disc drive system}

본 발명은 디스크 드라이브에 관한 것으로, 특히 질량 불균형에 의해 초래되는 기기 내부의 진동과 외부 케이스로의 진동전달율을 저감시키도록 하는 디스크 드라이브의 자동 균형장치에 관한 것이다.

최근 광 기록/재생 장치의 추세는 차세대 미디어인 디브이디-롬(DVD-ROM), 디브이디-램(DVD-RAM),시디-알더블유(CD-RW)등의 등장과 함께 지속적으로 고배속,대용량화 하고 있다. DVD-ROM의 경우,데이타 기록용량이 4.7GB로서,최초 개발된 CD에 비해 7배이상 증가하였으며,이에 따라 데이타의 기록밀도가 비약적으로 높아진 상태이다. 이와 더불어, 고배속화도 꾸준히 진행되어 멀지 않은 시기에10,000rpm 이상으로 작동하는 광 기록/재생 기기의 등장도 예견된다. 고배속,고밀도의 광 기록/재생 장치는 안정적으로 데이타를 독취하는 것이 무엇보다도 중요한데, 이는 서보적인 특성만으로는 한계가 있으며, 필수적으로 기계적인 진동 특성으르 개선해야 한다. 진동과 충격에 민감한 광 기록/재생 장치의 약점은 외란에 의해 광 픽업(Optical Pick-up)부가 독취하여야 할 트랙의 순서를 놓친다거나,데이타를 아예 읽지 못하는 오동작을 나타내는 양상으로 나타나는데,이는 고배속화에 따라 기기 내부의 회전체인 스핀들 모터가 고속으로 회전함에 따라 유발되는 내부 진동원에 대해서 발생할 가능성이 높다.

기존의 저배속,저밀도의 광 기록/재생장치에서 데이타를 재생할 때, 진동과 소음의 제어는 상대적으로 용이하였으나, 고배속/고밀도의 장치에서는 심각한 문제를 일으킬 수 있다. 고배속/고밀도의 광 기록/재생 장치에서 트랙과 초점의 벗어남(off-track,off-focusing)에 의한 작동 오류를 서보 제어 기술로만 극복하는 것은 거의 불가능하다. 따라서, 진동제어에 의한 정숙하고,강건한 광 기록/재생 장치의 개발이 요구되고 있다.

기존의 진동제어는 일레스토머(Elastomer)를 이용해 진동 경로를 차단하는 수동제어(passive control)로 이루어져 왔지만,고배속에서 디스크에 심한 불평형 질량(unbalanced mass)가 존재할 경우,한계가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해,최근에는 회전체내에 자동 불 균형장치(automatic ball-balancer)를 채택하는 추세에 있다. 자동 볼 균형 장치는 불균형이 있는 회전체가 전체 시스템의 고유 진동수를 넘어설 때, 볼과 회전계의 편심질량의 위상이 서로 180도 위상차를 갖게되어 편심된 질량을 상쇄하는 원리를 이용한 것으로서, 회전계의 전체적인 균형을 맞추는 장치이다. 이러한 자동 볼 균형장치는 세탁기등 주로 고부하,저회전수의 회전체에 적용되고 있지만, 광 기록/재생 장치에 사용되는 고회전수의 회전체에서는 제작 정밀도에 따라 오히려 불균형을 가중시키는 문제점이 있다.

도 1은 1932년 테를(Thearle)에 의해 최초로 제안된 자동 볼 균형 장치를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 자동 볼 균형장치는 환형의 수납홈(4a)이 형성된 회전체(4)와 수납홈(4a)에 유동 가능하게 수납된 복수개의 볼(2)을 구비한다.수납홈(4a)에는 과도 상태에서의 감쇠 효과를 주기위한 충진유체(6)가 채워져 있다. 회전체의 내경중심에는 회전기기의 회전축(8)이 압입되어지게 된다.

광 기록/재생 장치에 있어서, 디스크를 회전시키기 위한 회전기기는 스핀들 모터(spindle motor)와 클램퍼(clamper)로 구성된다. 따라서, 광 기록/재생 장치에 적용되는 자동 볼 균형장치는 스핀들 모터 또는 클램퍼에 적용되는 두 종류로 대별된다. 이러한 자동 볼 균형장치의 기본원리는 도 2에 도시된 바와 같이, 시스템의 고유진동수 w_n가 변화함에 따라 볼(2)의 질량이 회전계의 편심질량과 반대되는 위상에 놓여짐으로써 회전계의 균형을 맞추는데 기초한다. 도 2에서 m_e는 회전계의 편심된 질량을 나타낸다. 축의 회전 각속도 w에 따른 볼(2)의 위상변화를 살펴보면, 축의 회전 각속도 w 가 고유진동수 w_n보다 낮은 경우에는 (A)와 같이 회전계의 편심질량 m_e와 볼(2)는 동위상에 위치하게 된다. 회전축의 회전 각속도 w가 더 빠르게 되면, 볼(2)에 원심력이 작용하게 되고, 축의 회전 각속도 w가 고유진동수 w_n과 동일하게 될 때, 회전계의 편심질량 m_e와 볼(2)는 (c)와 같이 180도 위상차를 가지게 되어 볼(2)이 질량에 의해 회전계의 편심질량 m_o를 상쇄하게 된다.

이와같이, 볼을 이용한 자동 균형과정이 이루어지기 위해서는 휘돌림(whirling)이 큰 회전계를 전제하고 하고 있다. 대부분의 광 기록/재생 장치에서는 도 3과 같이, 스핀들 모터(1)가 슬레드 베이스(8)에 의해 지지되고, 슬레드 베이스(8)는 방진고무(12)를 사이에 두고,세트에 의해 체결되어 있다. 여기서,스핀들 모터는(10)는 슬레드 베이스(8)에 4점 혹은 3점 지지로 하여 지지되어 있으므로, 스핀들 모터(1)에 가해지는 회전계의 회전에 의해 방진고무(12)에 의한 슬레드 베이스(8)가 휘돌림 운동을 하게된다. 휘돌림이 없을 경우,볼(2)이 수납홈(4a)에 안착된 상태라면,회전계가 회전하더라도 볼(2)의 이동이 거의 일어날 수 없으므로 회전계의 편심된 질량을 보정하는 효과를 기대할 수 없다. 이를 수학적으로 고찰해 보면 다음과 같다. 슬레드 베이스(8)의 휘돌림이 없고,스핀들 모터(1)의 회전운동만 있다고 가정하면, 자동 볼 균형장치의 수납홈에 안착된 볼의 힘균형은 도 4에 도시된 바와 같이,원주방향의 힘 F는 중력 g에 의한 마찰력 u_smg 와 반경방향의 마찰력 u_smr_bw²의 합에 의해 평형을 이루게 된다. 이는 아래의 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

mr_ba = u_smg + u_smr_bw²

여기서 m 은 볼의 질량, r_b는 회전계의 중심과 볼의 중심까지의 거리,u_s는 마찰계쑤,g는 중력가속도,w는 회전수,a는 각 가속도를 나타낸다. 이 때, 볼이 움직일 조건은 좌항이 우항보다 커질 경우가 된다. 따라서, 자동 균형장치의 성능을 좋게하기 위해서는 회전계가 고유 진동수를 넘어서 볼의 이동이 쉽게 되도록 하는 것이 필요하게 된다. 그러나, 상기와 같은 자동 균형장치를 디스크 드라이브에 적용하고자 할 때에는 다음과 같은 문제점이 발생한다.

첫째,회전계의 고유진동수 이하에서는 상기 자동 균형장치를 이용하는 것이 오히려 회전계의 진동과 소음을 더욱 유발할 수 있는 가능성이 많다. 따라서, 최근에는 회전체의 중앙부에 자석을 채용하여 고유진동수 이하에서는 볼의 자력에 의해 볼이 구속을 받아 움직일 수 없도록 하는 방식을 사용하고 있으나, 이러한 자석을 사용하는 방식에서는 회전계가 일정 회전수에 이르러 볼이 강한 원심력으로 인해 자석으로부터 이탈하여 수납홈(4a)내의 외측벽면에 부딪히는 현상이 발생하여 큰 소음이 발생하는 또 다른 문제점을 가진다.

두번째로, 상기 [수학식 1]에 의하면,회전계가 고유 진동수를 넘어서 볼이 불균형 질량과 반대 위상으로 잘 이동하기 위해서는 수납홈내의 외측벽면의 마찰계수가 작아야 할 필요가 있다. 이는 자동 균형장치의 핵심적인 기능으로 업계에서는 수납홈(4a)내의 외측벽면의 조도를 낮추기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나, 광 디스크 드라이브를 수직으로 설치하여 사용할 때에는 정지상태에서 중력에 의해 아래쪽으로 쏠려 있던 볼(2)이,회전이 시작되면서도 수납홈(4a)의 바깥쪽 및 안쪽 내벽의 마찰계수가 너무 낮아 볼의 운동이 일어나지 않고, 볼이 아래쪽에 쏠려있어 적절한 성능을 내지 못하는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 볼이 고유 진동수를 넘어서기 전까지는 수납홈의 안쪽 내벽에서 움직일 수 없도록 하여 회전계의 초기 동작시 볼이 원심력을 받아 수납홈내의 외측벽면과 충돌할 때, 발생하는 소음을 저감하고, 디스크 드라이브가 수직으로 재생/기록될 때, 구동 초기에 수납홈내의 외측벽면에 적절한 마찰계수를 가지도록 하여 중력에 의해 볼이 운동하지 못하고 아래쪽으로 쏠리는 현상을 방지하는 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 자동 볼 균형 장치를 나타낸 도면

도 2는 도 1에 도시된 볼이 회전수에 따라 변화되는 위상을 모식적으로 나타내는 도면

도 3은 광기록/재생장치의 구조를 개략적으로 나타내는 도면

도 4는 디스크 드라이브의 회전체의 회전시 자동 볼 균형장치에 작용되는 힘을 모식적으로 나타내는 도면

도 5는 본 발명에 따른 자동 균형장치의 단면도를 도시한 도면

도 6은 본 발명에 따른 자동 균형장치의 측면 단면도를 도시한 것으로 정지상태의 자동 균형장치르르 도시한 도면

도 7은 본 발명에 따른 자동 균형장치의 측면 단면도를 도시한 것으로 고유 진동수 이상의 회전상태에서의 자동 균형장치의 스프링 부착부위를 도시한 도면

도 8은 본 발명에 따른 자동 균형장치의 측면 단면도를 도시한 것으로 고유 진동수 이상에서의 회전상태에서의 자동 균형장치의 질량 매체부 부착부위를 도시한 도면

도 9는 디스크 드라이브의 수직 재생/기록시 본 발명에 따른 자동 균형장치의 단면도를 도시한 도면

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2 : 볼 4a : 수납홈

12 : 스프링 13 : 이동판

14 : 탄성체 15 : 윗 덮개

16 : 아랫 덮개

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 디스크 드라이브의 자동 균형장치는 회전계의 일정한 회전수 아래에서는 볼을 구속하고, 회전계가 일정한 회전수를 넘어서게 되면 원심력에 볼을 자유롭게 운동할 수 있도록 하며, 초기동작시 볼과 수납홈내의 외측벽면과의 충돌에서 발생하는 소음을 저감할 뿐만 아니라, 디스크 드라이브의 수직 재생/기록시 볼이 불균형 질량과 반대위상으로 쉽게 이동하도록 적절한 마찰계수를 갖도록 하는 수단을 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동 균형장치를 상측에서 바라본 단면도를 나타내는 도면으로써, 수납홈(4a)내의 외측벽면에 회전체의 고유 진동수에 따라 적절히 선정된 강성을 갖는 스프링 요소(12)와 이동판(13)을 구비하며, 이동판(13)의 내측에는 탄성체(Elastomer)를 채용하고,외측에는 질량 매체부(13a)를 형성한다. 상기 스프링 요소는 동일한 강성을 갖는 탄성체 및 폼(Form)재로 대치할 수도 있다.

도 6은 본 발명에 따른 자동 균형장치의 측면 단면도를 나타낸 것으로, 본 자동 균형장치의 외관이 윗 덮개(15)와 아랫 덮개(16)로 구성된 것을 볼 수 있으며, 아직 회전계의 회전이 시작되지 않은 정지상태로서, 스프링(12)의 힘에 의해 볼(2)은 수납홈(4a)내의 내측벽면에 구속되어 있음을 볼 수 있다. 회전계의 회전이 시작된다면, 질량 매체부(13a)는 원심력을 받아 스프링(12)의 힘을 이기고, 바깥쪽으로 쏠리게 된다. 상기 윗 덮개(15)는 그 말단부에 돌기부를 형성하여,회전계의 회전시 상기 탄성체,이동판 및 스프링이 좌우로(수직 재생시는 상하로) 운동할 수 있는 홈을 수납홀내에 형성하도록 한다.

도 7은 도 6에 도시된 바와 같은 측면 단면도를 나타낸 것으로,회전체가 고유진동수를 넘어서 회전하고 있는 상태르르 도시한 도면으로 스프링(12)이 설치된 부위를 나타낸 것이며, 도 8은 질량매체부(13a)가 형성된 부위를 나타낸 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 회전계가 고유 진동수를 넘어서 회전하게 된다면 이동판(13) 및 질량 매체부(13a)에 가해지는 원심력의 힘에 의해 이동판(13)이 수납홈의 바깥쪽으로 이동하게 되고, 이에 따라 구속되어 있던 볼(2)은 수납홈(4a)을따라 자유롭게 움직일 수 있게 된다.

도 9는 본 발명에 따른 자동 균형장치가 수직으로 이용될 때를 도시한 도면으로 이동판(13)에 설치된 탄성체(14)에 의한 적절한 마찰력에 의해 회전초기에 볼이 수납홈(4a)내의 외측벽면을 따라 잘 이동할 수 있도록 한 것을 나타낸다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 디스크 드라이브의 자동 균형장치는 이동판(13)과 적절한 마찰계수를 갖는 탄성체(14) 및 스프링 요소(12)를 구비하여 회전계의 고유진동수 이하에서는 자동 균형장치가 작동하지 않도록 하여 드라이브의 불균형을 가중시키지 않고, 적절한 회전수에 달해 이동판(13)과 질량 매체부(13a)가 스프링(12)의 힘을 이기고 바깥쪽으로 이동하여 볼이 자유롭게 운동하게 되는 동작초기에 볼이 수납홈(4a)내의 외측벽면에 부딪혀서 발생하는 소음을 저감할 수 있으며, 고유진동 수를 넘어선 고속회전시에는 볼이 자유롭게 수납홈내의 내측벽면을 따라 이동하게 함으로써, 자동 균형장치의 성능을 향상시키고, 또한 디스크 드라이브의 수직 기록/재생시에는 본 발명에 따른 탄성체의 마찰계수에 의해 고유진동수 이하에서의 볼 미끄러짐을 방지하여 자동 균형장치의 오동작을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

환형의 수납홈이 형성된 회전체와 상기 수납홈에 유동가능하게 수납된 복수개의 볼을 포함하여 구성된 디스크 드라이브의 자동 균형장치에 있어서,

상기 수납홈내의 외측벽면에 형성된 마찰수단과,

상기 탄성체 외측에 장착된 이동판과,

상기 이동판에 부착된 복수개의 탄성요소와,

상기 탄성요소가 부착되지 않은 부위에 형성된 질량매체

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스크 드라이브의 자동 균형장치
제 1항에 있어서,

그 말단부에 돌기부를 형성하여,회전계의 회전시 상기 탄성체, 이동판 및 스프링이 좌우로(수직재생시는 상하로)운동할 수 있는 홈을 수납홈내에 형성하도록 하는 상판 덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 자동 균형장치.
제 1 항에 있어서,

상기 마찰 수단은 원주형상으로 상기 수납홈내의 외측벽면에 연속적으로 장착된 탄성물질인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 자동 균형장치
제 1항에 있어서,

상기 이동판에 부착된 탄성요소는 스프링,탄성체 및 폼중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 자동 균형장치
제 1항에 있어서,

상기 탄성체는 마찰계수를 조절하기 위해 그 표면에 각종 무늬 및 요철을 추가로 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 자동 균형장치