KR20010105409A - 위상을 벗어난 동작을 감소시키도록 구성된 액츄에이터아암을 가진 디스크 드라이브 - Google Patents

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안드레 리엠
조셉 로
치 와이 시토
지에라피파타나쿠 나이루트
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추후
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Abstract

디스크 드라이브는 위상을 벗어나 움직이는 두개의 매스가 있는 적어도 하나의 비대칭 아암을 가지고 설계된 액츄에이터로 제조된다. 상기 아암은 보다 높은 에너지(세로방향) 측면의 일부, 보다 큰 총 평균시간 변형 에너지를 가진 한쪽을 제거함으로써 변형된다. 이러한 변형은 제1 및 제2 아암 사이의 위상차를, 특히 중요한 관련 주파수 범위에 대하여 감소시킨다. 이러한 방법에 의해 만들어진 디스크 드라이브는 일반적으로 위상을 벗어난 동작이 감소되는 것으로 나타나며, 탐색과 트랙이동 동안, 대향하는 디스크의 표면과 상호 작용하는 두개의 헤드를 가진 아암에 대하여 특히 성능을 강화시키게 된다.

Description

위상을 벗어난 동작을 감소시키도록 구성된 액츄에이터 아암을 가진 디스크 드라이브{DISC DRIVE WITH ACTUATOR ARM CONFIGURED FOR REDUCED OUT-OF-PHASE MOTION}
임의의 컴퓨터 시스템의 하나의 중요한 요소는 데이터를 저장하는 장치이다. 컴퓨터 시스템은 데이터가 저장될 수 있는 여러 가지 다양한 장소를 가진다. 대량의 데이터를 컴퓨터 시스템 내에서 저장하기 위한 하나의 일반적인 장소는 디스크 드라이브 상이다. 디스크 드라이브의 가장 기본적인 부분은 회전되는 정보 기억 디스크, 디스크 상의 여러 가지 위치로 변환기를 이동시키는 액츄에이터 및 디스크로부터, 디스크에 데이터를 기록하고 판독하는데 사용되는 전기회로이다. 상기 디스크 드라이브는 또한, 디스크 표면상에서 성공적으로 보수되고 기록될 수 있도록 데이터를 인코딩하기 위한 회로를 포함한다. 마이크로프로세서는 요구 컴퓨터(requesting computer)로 데이터를 전달하고, 디스크에 저장하기 위해 요구 컴퓨터로부터 데이터를 얻을 뿐만 아니라 디스크 드라이브의 대부분의 동작을 제어한다.
변환기는 전형적으로 작은 세라믹 블럭 상에 위치되고, 또한 디스크 상으로 질주하도록 공기역학적으로 설계된 슬라이더로서 간주된다. 슬라이더는 디스크와 변환 관계에 있는 디스크에 넘겨진다. 대부분의 슬라이더는 레일과, 레일사이의 캐비티를 포함하는 공기베어링 표면(air-bearing surface)을 가진다. 디스크가 회전하는 경우(일반적으로 10,000RPM 또는 그 이상의 회전속도로), 공기는 레일 사이에서 지체되어 디스크 표면에서 압력을 유발하여, 디스크로부터 헤드를 멀리하게 만든다. 동시에, 공기베어링 표면상의 캐비티 또는 침하를 지나는 공기 질주는 음의 압력영역을 만들게 된다. 음의 압력 또는 흡입은 레일에서 생성된 압력을 중화한다. 또한, 슬라이더는 부하 스프링에 부착되어, 디스크 표면 쪽으로 향하는 슬라이더 상에 힘을 생성한다. 슬라이더 평형대 상의 다양한 힘이 평형이 되어, 슬라이더는 특정한 원하는 비행높이로 디스크의 표면상으로 질주하게 된다. 비행높이는 디스크 표면과 변환헤드 사이의 거리이며, 상기 거리는 전형적으로 공기 윤활막의 두께이다. 이 막은, 변환 헤드와 디스크가 디스크 회전동안 기계적 접촉상태에 있는 경우, 발생할 수 있는 마찰과 그 결과물인 마모를 제거한다. 몇 가지 디스크 드라이브에 있어서, 슬라이더는 디스크의 표면상으로 질주한다기보다는 윤활층을 통과하게 된다.
데이터를 나타내는 정보는 기억장치 디스크의 표면상에 저장된다. 디스크 드라이브 시스템은 기억장치 디스크의 트랙 상에 저장된 정보를 기록하고 판독한다. 기억장치 디스크의 양쪽에 위치된, 슬라이더에 부착된 판독/기록 헤드의 형태의 변환기는, 변환기가 기억장치 디스크의 표면상에 설계된 트랙 중의 하나에 걸쳐 정확하게 위치될 때, 기억장치 디스크 상에서 정보를 기록하고 판독한다. 또한, 변환기는 타겟 트랙 상으로 이동될 필요가 있다. 기억장치 디스크 스핀과 판독/기록 헤드가 타겟 트랙 상으로 정확하게 위치된 때, 판독/기록 헤드는 기억장치 디스크 상으로 데이터를 대표하는 정보를 기록함으로써 트랙 상에 데이터를 저장할 수 있다. 유사하게, 기억장치 디스크상의 데이터의 판독은, 타겟 트랙 상으로 판독/기록 헤드를 위치시키고, 기억장치 디스크 상에 저장된 재료를 판독함으로써 수행된다. 서로 다른 트랙 상에 기록 또는 트랙으로부터 판독하기 위해서, 판독/기록 헤드는 트랙을 방사상으로 가로질러 선택된 타겟트랙으로 이동된다. 데이터는 트랙 상에 분할되거나 그룹지어 있게 된다. 몇 가지 디스크 드라이브에 있어서, 트랙은 복수의 동심원의 트랙이다. 다른 디스크 드라이브에 있어서 연속적인 나선이 디스크 드라이브의 한쪽의 하나의 트랙이다. 또한, 디스크 드라이브에 있어서 디스크 표면상의 각 트랙은 섹터라고 불리는 몇 개의 짧은 호로 나뉜다. 서보 귀환 정보는 트랙/섹터 상으로 변환 헤드를 정확하게 위치시키는데 이용된다. 액츄에이터 어셈블리는 필요한 위치로 이동하여 서보 정보를 사용하는 판독 또는 기록 동작 동안 매우 정확하게 유지된다.
액츄에이터 어셈블리는 적당한 위치에서 판독/기록 헤드를 정확하게 유지하는데 필요한 성능에 기여하는 많은 부분으로 구성된다. 액츄에이터 어셈블리에는, 선형 액츄에이터와 환상 액츄에이터 2종의 일반적인 형태가 있다. 환상 액츄에이터는 피봇 어셈블리, 아암, 보이스 코일 요크 어셈블리(voice coil yoke assembly) 및 헤드 짐벌 서스펜션 어셈블리(head gimbal suspension assembly)를 포함한다.회전 액츄에이터 어셈블리는 디스크의 특정 트랙에 걸쳐 변환 헤드의 위치를 바꾸기 위해서 회전 또는 축상 회전한다. 서스펜션 또는 로드빔은 헤드 짐벌 서스펜션 어셈블리의 일부를 구성한다. 또한, 환상 액츄에이터 어셈블리는 본체를 포함하며, 상기 본체는 환상 액츄에이터 어셈블리가 축상 회전하는 샤프트와 베어링을 포함한다. 하나 이상의 아암이 본체에 부착된다. 하나 또는 전형적으로 2개의 헤드 짐벌 서스펜션 어셈블리는 상기 아암에 부착된다.
서스펜션의 일단은 액츄에이터 아암 어셈블리에 부착된다. 또한, 판독/리드 헤드로 알려진, 변환기 헤드는 서스펜션의 타단에 부착된 것을 알 수 있다. 액츄에이터 아암 어셈블리의 일단은 피봇 어셈블리에 결합된다. 차례로, 피봇 어셈블리는 액츄에이터 어셈블리의 본체 상의 보이스 코일 요크에 부착된 보이스 코일 모터에 연결된다. 액츄에이터 아암 어셈블리의 타단은 헤드 짐벌 서스펜션 어셈블리에 부착된다. 헤드 짐벌 서스펜션 어셈블리는 판독/기록 헤드를 회전시켜 감게 하고, 불완전한 메모리 디스크 표면의 형태를 따르도록 하는 짐벌을 포함한다. 또한, 상기 헤드 짐벌 어셈블리는 메모리 디스크의 방사상 및 원주방향에 대하여 동작을 제한한다. 서스펜션 어셈블리는 액츄에이터 어셈블리의 본체 부분으로서 액츄에이터 아암 어셈블리에 결합되며, 피봇 지지부를 지탱하고 보이스 코일 모터에 결합된다.
빠른 판독/기록 동작은 하드 디스크의 성능에 결정적으로 중요하다. 하드 디스크 드라이브는 스프링-매스-댐퍼 시스템으로서 작용하는, 기계적 장치인 하드 디스크 드라이브와 캔틸레버된 어셈블리인 액츄에이터 아암은 그들 고유주파수에서 진동하기가 쉽게 된다. 이들 진동은 판독/기록 동작 동안 타겟 트랙 상으로 판독/기록 헤드의 위치를 정하는 동안 스핀들 모터 또는 보이스 코일 모터에 의해 발생된 것과 같은, 외부의 힘에 의해 여기될 수 있다. 이들 공명 주파수는 판독/기록 동작을 필연적으로 지연시키는, 트랙에 걸치는 헤드의 정확한 정위(positioning)에 영향을 미치게 된다. 하드 디스크의 용량이 증가된 기억용량 필요의 요구에 따라서 증가될 때, 트랙 폭은 점차 감소된다. 액츄에이터 아암내의 가장 작은 진동은 판독/기록 동작 동안 인접 트랙에 근접하여 헤드를 불안정하게 오프-트랙(off-track)될 수 있다. 이러한 것은 트랙의 침입 및 데이터의 파괴 결과를 가져올 수 있다. 모든 밀폐루프 서보모터 시스템은 대역 내에서 발생하는 기계적 공명이 서보모터 시스템의 성능을 저하시키는 소정의 대역폭을 가진다. 액츄에이터 아암은 원치 않는 기계적 공명의 하나의 중요한 소스이다. 따라서, 대부분의 서보모터 시스템의 대역폭은 대역폭 외부에서 액츄에이터 아암의 공명이 발생하도록 설계된다.
액츄에이터 아암은 보이스 코일 모터에 의해 작동된다. 보이스 코일 모터는 회전하는 디스크 상으로 헤드를 이동하도록 보이스 코일 자석 어셈블리를 이동시키는 것을 포함한다. 보이스 코일은 팬테일이나 액츄에이터 아암의 오버몰드된 구조에 의해 지지되고, 자기장내에서 떠돈다. 일반적으로 단일 자석에 의해 생성된 자기장은 이중 자석 구성에 의한 자기장에 비하여 수많은 표유 자속(stray flux)으로 갈라지게 된다. 이러한 단일 자석 구성의 분기된 자기장 자속은 액츄에이터 아암의 경사를 두드러지게 하며, 액츄에이터 아암의 공명 주파수를 여기시킨다. 상, 하부 헤드-짐벌-어셈블리를 운반하는 액츄에이터 아암의 휨 공명모드 동안, 상, 하부 서스펜션 어셈블리는 서로 위상을 벗어나 진동한다. 이러한 상부 헤드-짐벌 어셈블리와 코일의 휨 공명모드 동안, 하부 헤드-짐벌-어셈블리와 코일은 180도 위상을 벗어날 것이다. 이러한 경우에, 서보콘트롤러는 헤드-짐벌-어셈블리 중의 하나를 제어할 수 있을 뿐인 반면, 다른 헤드-짐벌-어셈블리는 코일과 위상을 벗어나 진동한다. 이것은 오직 하나의 헤드-짐벌-어셈블리가 다른 헤드-짐벌-어셈블리가 진동하는 동안 제어되어 안정적이라는 것을 의미한다. 이러한 문제는 액츄에이터 아암이 디스크의 가장 안쪽과 가장 바깥쪽의 위치에서 데이터를 판독하고 기록하는 경우에 더욱 나빠진다.
액츄에이터 아암과 서스펜션은 휨과 뒤틀림 모드 주파수를 증가시키도록 더 두껍게 할 수 있지만, 더 큰 질량은 아암의 관성 모멘트를 증가시킴으로써 액츄에이터 어셈블리의 성능을 상당히 열화시킨다. 관성의 증가는 데이터 트랙 사이의 변환기를 움직이기 위한 억세스 시간을 증가시킬 것이다. 그러나, 아암과 서스펜션 두께가 증가하는 다른 문제가 있으며, 그것은 보이스 코일 모터를 움직이는데 필요한 전류 요구를 증가시킬 수 있다. 증가된 전류는 디스크 밀봉실 내에서 열과 필요 전력을 증가시키는 결과를 초래한다.
서보 모터 시스템에 보다 나은 안정성을 제공하기 위해서는, 액츄에이터 아암의 아암 휨 공명모드 동안, 상, 하부의 헤드-짐벌 어셈블리 사이에서의 위상을 벗어난 동작이 감소된 액츄에이터 아암이 필요하다. 또한, 디스크 드라이브의 탐색과 트랙이동 동작 동안, 액츄에이터 아암 내에서의 위상을 벗어난 동작으로 인한 변환기 헤드/슬라이더의 오프-트랙 동작을 감소시키는 것이 필요하다.
본 발명은 대량 기억장치 분야에 관한 것이다. 좀더 구체적으로, 본 발명은 이러한 장치에 사용된 액츄에이터 아암에 관한 것이다.
도 1은 복수의 디스크 스택을 가진 디스크 드라이브의 분해도,
도 2는 제1의 공명 모드 동안 도 1에 나타낸 액츄에이터 아암에 부착된 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리의 위상을 벗어난 동작을 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 도 2에 나타낸 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리 사이의 탈위상차(out-of-phase difference)를 나타내는 유한요소 힘 응답 모델,
도 4는 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리의 위상을 벗어난 동작을 감소시키기 위해, 도 1에 나타낸 액츄에이터 아암에서 사용된 사이드홈을 개략적으로 나타내는 도면,
도 5는 사이드홈 없이 액츄에이터 아암에 부착된 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리의 기계적 주파수 응답 함수를 나타내는 그래프,
도 6은 사이드홈을 가진 액츄에이터 아암에 부착된 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리의 기계적 주파수 응답 함수를 나타내는 그래프,
도 7은 도 2에 나타낸 액츄에이터 아암의 휨 공명모드 동안 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리에서의 위상을 벗어난 동작을 감소시키는 방법의 흐름도,
도 8은 컴퓨터 시스템의 개략 도면,
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 흐름도이다.
디스크 드라이브는 위상을 벗어나 움직이는 2개의 매스가 있는 적어도 하나의 비대칭 아암을 가지고 설계된 액츄에이터로 만들어진다. 바람직한 실시예에 의하면, 아암은 보다 높은 에너지(수직방향) 측면의 일부, 보다 큰 총 평균시간 변형 에너지를 가진 부분을 제거함으로써 변형된다. 이러한 변형은 일반적으로 제1 및 제2 아암 사이의 위상차가, 특히 중요한 영역인 관련 주파수 범위에 대하여 감소된다. 이러한 방법에 의해 제조된 디스크 드라이브는 위상을 벗어난 동작이 일반적으로 감소되고, 탐색과 트랙 이동동안 성능이, 대향하는 디스크의 표면과 상호 작용하는 두개의 헤드를 가진 아암에 대하여 특히 강화된다.
본 발명의 부가적인 형태와 이점은 첨부되는 도면과 이하의 상세한 설명을 검토함으로써 더욱 명백하게 될 것이다.
이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명에 있어서, 참조부호는 명세서의 일부를 형성하는 첨부도면에 붙여져 있으며, 본 발명이 실행되는 특정 실시예의 도시로 나타낸다. 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 범위 내에서 다른 실시예가 이용될 수 있으며, 구조적인 변경도 가능한 것을 주지하여야 한다.
본 출원에서 설명된 발명은, 환상 또는 선형 액츄에이션을 가지는 디스크 드라이브의 모든 기계적 구성에 유용한 것이다. 또 뿐만 아니라, 본 발명은 하드 디스크 드라이브, 집(zip) 드라이브, 플로피 디스크 드라이브 및 표면으로부터 변환기를 언로드하고 변환기를 재치시키는데 바람직한 다른 어떤 종류의 드라이브를 포함하는 모든 형태의 디스크 드라이브에 유용하다.
도 1은 환상 액츄에이터를 가지는 한 종류의 디스크 드라이브(100)의 분해도이다. 상기 디스크 드라이브(100)는 하우징 또는 베이스(112) 및 커버(114)를 포함한다. 베이스(112)와 커버(114)는 디스크 밀봉실을 형성한다. 관성 링(500)은커버(114)에 부착된다. 액츄에이터 샤프트(118)상의 베이스(112)에 회전 가능하게 부착된 것은 액츄에이터 어셈블리(120)이다. 액츄에이터 어셈블리(120)는 복수의 액츄에이터 아암(123)을 가지는 빗 모양 구조(122)를 포함한다. 빗(122)상의 분리된 아암(123)에 부착된 것은 로드빔 또는 로드스프링(124)이다. 또한, 로드빔 또는 로드스프링은 서스펜션으로 간주된다. 각 로드스프링(124)의 단부에 부착된 것은 슬라이더(126)이며, 상기 슬라이더는 자성 변환기(150)를 운반한다. 변환기(150)를 가진 슬라이더(126)는 헤드라고 많이 불리며, 로드스프링(124)을 가진 헤드는 가끔 헤드-짐벌 어셈블리라고 불린다. 많은 슬라이더는 하나의 변환기를 가지며, 그것은 도면에 나타낸 것과 같다. 또한, 본 발명은 하나의 변환기(150)가 일반적으로 판독에 사용되고, 다른 하나는 일반적으로 기록에 사용되는 MR 또는 자기저항 헤드로 간주되는 것과 같은 하나 이상의 변환기를 가지는 슬라이더에 똑같이 적용 가능하다. 로드스프링(124)과 슬라이더(126)에 대향하는 액츄에이터 아암 어셈블리의 단부상에는 보이스 코일(128)이 있다.
베이스(112)내에 부착된 것은 제1 자석(130) 및 제2 자석(131)이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 제2 자석(131)은 커버(114)와 조합된다. 제1 및 제2 자석(130, 131) 및 보이스 코일(128)은 보이스 코일 모터의 중요한 요소이며, 보이스 코일 모터는 액츄에이터 샤프트(118) 주위로 그것을 회전시키기 위해 액츄에이터 어셈블리(120)에 힘을 인가한다. 또한, 베이스(112)에 장착된 것은 스핀들 모터(spindle motor)이다. 스핀들 모터는 스핀들 허브(hub)(133)라고 불리는 회전부를 포함한다. 이러한 특정 디스크 드라이브에서는, 스핀들 모터는 허브 내에 있다. 도 1에 있어서, 몇 개의 디스크(134)가 스핀들 허브(133)에 부착된다. 각 디스크(134)는 기록표면(135)을 가진다. 단 하나의 디스크(134)에만 명확하게 부호가 매겨져 있다. 다른 디스크 드라이브에 있어서 단일 디스크 또는 다른 수의 디스크가 허브에 부착될 수 있다. 여기에 설명되는 발명은 단일 디스크를 가지는 디스크 드라이브뿐만 아니라, 복수의 디스크를 가지는 디스크 드라이브에 똑같이 적용 가능하다. 또한, 여기에서 설명하는 발명은 허브(133) 내에서, 또는 허브 아래 있는, 스핀들 모터를 가진 디스크 드라이브에 똑같이 적용 가능하다.
이제 도 2를 참조하면, 초기 설계된 액츄에이터 아암(123)의 제1 공명모드 동안, 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리(210, 220) 사이에서 발생된 위상을 벗어난 동작(230)을 개략적으로 나타낸 것이 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상, 하부의 헤드 서스펜션 어셈블리(210, 220)는 도 1에 나타낸 디스크 드라이브(100)의 액츄에이터 아암(123)에 결합된다. 헤드 서스펜션 어셈블리(210, 220) 및 액츄에이터 아암(123)은 디스크 드라이브(100)의 회전 디스크(134)에 대하여 액츄에이팅 관계에 있다. 몇 가지 실시예에 있어서, 디스크 드라이브는 하나 또는 그 이상의 액츄에이터 아암을 포함할 수 있고, 하나 이상의 액츄에이터 아암(123) 각각은 하나 또는 그 이상의 헤드 서스펜션 어셈블리(210, 220)를 포함할 수 있다.
초기 설계된 액츄에이터 아암(123)의 제1 휨과 뒤틀림 공명모드 형상(shape)은 일반적으로 그 분포된 스프링-매스 구조에 의해 결정된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 액츄에이터 아암(123)의 제1 휨과 뒤틀림 공명모드는 공기 베어링으로부터의 리프팅 힘과, 로드스프링(250)에 의한 헤드-짐벌 어셈블리(210, 220)에 인가된 바이어스 힘(240)에 의해 z 방향만으로 제한된다. 액츄에이터 아암 축방향(230)을 따르는 제1 공명 모드는 도 2에 나타낸 것과 같이 제한적이지 않다. 초기 설계된 액츄에이터 아암(123)의 스프링-매스 분포의 성질로 인하여, 제1 공명 모드는 도 2에 나타낸 바와 같이 헤드-짐벌 어셈블리(210, 220) 사이에서의 위상을 벗어난 동작을 만들어낸다. 똑같은 표시로, 상부 헤드-짐벌 어셈블리(210) 사이의 상대적 위상 관계는 하부 헤드-짐벌 어셈블리(220)와 보이스 코일 모터에 대하여 위상이 180도 벗어나 있을 수 있다. 액츄에이터 아암(123)의 제1 공명모드 동안 발생된 이러한 위상을 벗어난 동작은 트랙이동 및 탐색동작 동안 액츄에이터 아암 동작의 서보제어에 있어서 문제를 나타낸다. 액츄에이터 아암(123) 휨 공명모드 동안, 두개의 헤드-짐벌 어셈블리(210, 220) 중의 하나만이 서보제어기의 제어 코일과 같은 위상으로 진동할 것인 반면, 다른 헤드-짐벌 어셈블리는 코일과 위상을 벗어나 진동할 것이다. 이것은, 오직 하나의 헤드-짐벌 어셈블리가 안정적이며 제어가능(서보 제어시스템에 의해 위상의 증가로 보여짐)한 것인 반면, 다른 헤드는 코일과 위상을 벗어나 공진하여 제어가 불가능(서보 시스템에 의해 위상의 하강으로 보여짐)하다. 이러한 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리(210, 220)사이의 위상을 벗어난 동작은 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리(210, 220) 사이에서 변환동작을 초래할 수 있다. 이들 변환동작(230)은 디스크(134)의 극도로 많은 부분에서 심하게 될 수 있어, 트랙이동과 탐색동작 동안 액츄에이터 내의 오프-트랙 동작을 초래한다. 만약 제어루프 내에 불충분한 위상이 있다면, 서보 제어기는 이러한 오프-트랙 동작을 충분히 보상할 수 없을 수도 있다.
이제 도 3을 참조하면, 도 2에 나타낸 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리 사이의 탈-위상 차이를 초래하는 노드점(310)을 에워싸는 비대칭 변형 에너지를 나타내는 유한요소 힘 응답 모델을 나타낸다. 각 노드점(310)은 높은 변형 에너지의 주변 영역뿐만 아니라, 최대의 평균 시간의 변형 에너지 점을 갖는다. 이러한 비대칭은 도 1에 나타낸 디스크 드라이브(100)의 트랙이동과 탐색성능에 영향을 미칠 수 있다. 도 3에 나타낸 것과 같은 유한요소 모델링은, 제1의 공명 휨 모드 동안 초기 설계된 액츄에이터 아암(123) 내의 변형 에너지의 대칭을 검증하는데 사용된다. 도 3에 나타낸 초기 설계된 액츄에이터 아암(123)은 액츄에이터 아암(123)내의 반-비대칭 휨(anti-symmetrical bending)을 초래하는 제1 휨 및 뒤틀림 공명 모드 동안, 노드점(310)(높은 비대칭 스트레스 집중 영역)을 에워싸는 높은 비대칭 변형 에너지 분포를 나타냈다. 변수화된 유한요소 모델로부터 얻어진 주파수 응답 함수는 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리 사이의 탈-위상 차이를 초래하는 노드점(310)을 둘러싸는 비대칭 변형 에너지를 나타내었다.
아암(300)은 그 길이(173)를 따라서 중심축(172)을 갖는다. 상기 길이는 엄격히 고정된 기부의 끝점(160), 측면 외란이 일어나기 쉬운 말단 끝점(150) 및 끝점 사이의 중간점(155)에 의해 한정된다. 축(172)은 오른쪽(182)과 왼쪽(181)을 분할한다. 대략적으로 말하면, 각 도트는 상기 도트를 포함하는 셀 내의 에너지량을 표시하여, 도트의 집중은 양적, 질적인 에너지의 집중을 시사하게 된다. 도 3을 가까이서 검토하게 되면, 왼쪽(181)이 오른쪽(182)보다 더 많은 도트가 있으며, 왼쪽(181)은 오른쪽(182)보다 더 많은 총 변형 에너지를 갖는다는 것을 정확하게나타낸다. 따라서, 왼쪽(181) 부분은 윤곽선(187)에 의해 나타낸 바와 같이 연장된 노치를 절단함으로써 제거될 것이다. 도 3 및 도 4는 실질적으로 정확한 축척으로 노치를 나타낸다. 유리하게는, 말단 끝(150)은 각 측면의 가장 높은 에너지 노드점(310)보다 노치(420)에 더 가깝게 된다.
이제 도 4를 참조하면, 디스크 드라이브(100)의 도 2에 나타낸 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리(210, 220)에서의 위상을 벗어난 동작을 감소시키기 위해 사이드홈(420)을 포함하는 액츄에이터 아암(410)을 나타낸다. 몇 가지 실시예에 있어서, 사이드홈(420)은 도 3에 나타낸 비대칭 스트레스 집중 영역(310)의 실질적으로 근처에 위치된다. 이들 실시예에 있어서, 상기 사이드홈(420)은 액츄에이터 아암(410)의 한쪽(430)에 위치된다. 또한, 이들 실시예에 있어서, 사이드홈(420)은 실질적으로 액츄에이터 아암(410)의 중간과 측면(430)에 위치된다. 상기 사이드홈(420)은 도 4에 나타낸 바와 같이 액츄에이터 아암(410) 재료의 일부를 제거하기 위해 액츄에이터 아암(410)의 사이드(430)를 기계가공함으로써 형성될 수 있다. 몇 가지 실시예에 있어서, 사이드홈(420)은 반원 형상으로 된다. 사이드홈(420)의 사이즈 및 형상은 고도의 대량 생산 작업에 있어서 적당한 액츄에이터 아암(410)을 제조하는데 있어서 도움을 주고, 동시에 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리(210, 220) 사이의 위상을 벗어난 동작을 감소시키는 것이라면 어떠한 형상이라도 무방하다.
도 5는 주파수(999)에 대하여 플롯팅된 초기 액츄에이터(300)(본 발명의 변형 이전)에 관한 함수를 나타낸다. 이들은 제1 헤드의 521(증폭도 520dB) 및 511(위상 510도)와 제2 헤드의 유사한 주파수 응답 함수(522, 512)을 포함한다. 이들 헤드는 큰 위상차(530)를 나타내며, 특히 관련된 주파수 범위(599) 내에서 위상 함수(511, 512) 사이의 영역(596)에 의해 표시되었다.
도 6은 본 발명에 따른 변형 후의 액츄에이터 아암(300)의 주파수 응답 함수를 나타낸다. 함수(611, 621)는 도 5의 제1 헤드에 대응하고, 함수(612, 622)는 도 5의 제2 헤드에 대응한다. 위상차(630)가 어떤 주파수에서 조금 확대될 수는 있지만, 위상 함수(611, 612) 사이의 영역은 관련된 주파수 범위 내에서 눈에 띄게 적다는 것을 알 수 있다.
실제 측정을 반영하는 도 5 및 도 6은, 210 및 220과 같은 상, 하부 헤드 짐벌 어셈블리 사이의 위상을 벗어난 관계(상부 헤드 짐벌 어셈블리(210)의 반-공명효과(anti-resonance effect)는 제거된 재료의 봉입으로 상당히 감소되었다는 것을 나타낸다. 특히, 액츄에이터 아암(410)내의 사이드홈(420)은 평균 위상차(596)의 감소를 초래하였다.
도 7은 도 2에 나타낸 액츄에이터 아암의 휨 공명 모드 동안 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리 내에서의 위상을 벗어난 동작을 감소시키기 위한 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 7에 나타낸 이러한 실시예에 있어서, 방법(700)은 액츄에이터 아암에 부착된 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리 내의 위상을 벗어난 동작을 일으키는 제1 공명 휨 모드 동안, 액츄에이터 아암 내에서 발생된 비대칭 변형 에너지 분포를 결정하는 단계(710)로 시작한다. 제1 공명모드는 액츄에이터 아암의 제1 휨 및 뒤틀림 공명 모드일 수 있다. 몇 가지 실시예에 있어서, 제1 공명모드 동안 발생된 비대칭 변형 에너지는 변수화된 미세 요소 응답모델을 이용하여 결정된다.
단계(720)는 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리 사이의 위상을 벗어난 동작이 액츄에이터 아암의 아암 휨 제1 공명모드 동안 감소되도록 비대칭 변형 에너지를 감소시키기 위해 상기 액츄에이터 아암의 스프링-매스 구조를 변경하는 단계를 포함한다. 또한, 액츄에이터 아암의 스프링-매스 구조는 디스크 드라이브의 트랙이동 및 탐색동작 동안 액츄에이터 아암 내의 제1 공명 모드에 의해 초래된 헤드-짐벌 어셈블리의 오프-트랙 동작을 감소시키도록 변경된다. 몇 가지 실시예에 있어서, 액츄에이터 아암의 스프링-매스구조의 변경단계는 상부 및 하부의 헤드-짐벌 어셈블리 사이에서 위상을 벗어난 동작을 감소시키도록 액츄에이터 아암 재료의 일부를 제거하는 단계를 포함한다. 액츄에이터 아암 재료를 제거하는 단계는 액츄에이터 아암의 높은 스트레스 집중 영역 주위의 재료를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 몇 가지 실시예에 있어서, 홈은 액츄에이터 아암의 측면과 높은 스트레스 집중 영역 주변에 만들어져, 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리 사이의 위상을 벗어난 동작이 트랙이동과 탐색동작 동안 디스크 드라이브의 성능을 개선시키도록 감소된다. 몇 가지 실시예에 있어서, 액츄에이터 아암 측면 상에 형성된 홈의 형상은 반원 형상일 수 있다.
도 8은 컴퓨터 시스템(800)의 개략 도면이다. 유리하게는, 본 발명은 컴퓨터 시스템(800)내에 사용에 매우 적합하다. 상기 컴퓨터 시스템(800)은 전자시스템 또는 정보 처리 시스템으로 불리며, 중앙 처리 유닛, 메모리 및 시스템 버스를 포함한다. 상기 정보 처리 시스템은 중앙 처리 유닛(804), 랜덤 액세스 메모리(832),및 중앙 처리유닛(504)과 RAM(832)을 통신상으로 연결하기 위한 시스템 버스(830)를 포함한다. 또한, 상기 정보 처리 시스템(802)은 입/출력 버스(810) 및 812, 814, 818, 820과 같은 몇 가지 주변장치를 포함할 수 있으며, 822는 입출력 버스(810)에 부착될 수 있다. 주변 장치는 하드 디스크 드라이브, 자기-광학 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, 모니터, 키보드 및 그 외의 주변장치를 포함할 수 있다. 디스크 드라이브의 임의의 형태는 상술한 바와 같이 개선된 액츄에이터 아암을 포함한다.
도 9는 단계 (905) 내지 (990)을 구비하는 본 발명의 바람직한 방법(900)을 나타낸다. 상기 아암은 설계된 액츄에이터의 많은 부분(셀) 각각에서의 변형 에너지를 산정하기 위한 변수화된 유한요소 힘 응답 모델로 모델링(910)된 것이다. 그리고 나서, 상기 셀은 아암의 "왼쪽"과 "오른쪽"으로 할당(915)된다. 다음, 셀 내의 변형 에너지의 합이 각 측면에 할당되고, 왼쪽과 오른쪽에 대한 총 변형 에너지의 각각의 견적으로서 합(L과 R)을 계산(920)한다. L-R이 0보다 큰 경우(925), "제1 측면"은 왼쪽이 될 것(934)이며, 그렇지 않은 경우 "제1 측면"은 오른쪽이 될 것이다(936). 다음, 설계된 액츄에이터는 많은 셀을 가지는 제1 측면의 일부를 제거하기 위해, 힘 응답 모델을 변형함으로써 수정된다(940). 만약, L-R이 감소되지 않는(955) 크기를 갖도록 L과 R이 새로운 값을 가지게 된다면(945), 액츄에이터 설계는 다시 수정된다(960). 예를 들어, 이것은 좀더 적은 부분을 제거하여 반복단계(940)로 리턴하는 단계(965)를 포함하고, 그리고 나서 단계(945 및 955)를 반복할 수 있다. 단계(940)에 있어서 충분히 작은 감소가 있다면, 이러한 바람직한방법을 이용하여 성능을 개선시키는 것이 거의 항상 가능할 것이다.
일단 감소된 │L-R│이 얻어지면, 원형은 수정된 액츄에이터(970)와 유사하도록 메탈폼을 기계가공함으로써 구성된다(970). 일반적으로, 이것은 위상 특성을 개선시킬 것으로 보이며, 개선은 단계(975)에서 검증된다. 그리고 나서, 상기 원형은 원형에 유사한 액츄에이터의 제품형을 구성하기 위해 복제된다. 최종적으로, 상기 제품형은 디스크 드라이브 내에 조립된다(985).
본 발명의 모든 실시예가 힘 응답 모델의 이용을 필요로 하는 것은 아니다. 예컨대, 도 9의 방법 중 단계 (910) 내지 (970)은 아암의 제1 및 제2 매스가 문제가 되는 영이 아닌 위상차를 나타낸다는 결정에 따라서 초기의 아암설계의 원형으로부터 재료를 이동시키거나 제거함으로써 제1 측면을 수정하는 크루더 방법(cruder method)에 의해 교체될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1 측면으로부터 충분히 작은 양의 재료의 제거는 액츄에이터 아암의 스프링-매스 구조를 거의 항상 개선시킬 것이다.
선택적으로 특정된, 본 발명의 제1 실시예는 디스크 드라이브를 제조하는 방법이다. 액츄에이터 아암(300)은 아암(300)의 제1 및 제2 매스(210, 220) 사이의 초기(변화하는 또는 영이 아닌)위상차(530)를 가지는 진동모드(215)에 의해 특징지워지는 스프링-매스 구조로 초기 설계된다. 대략 50 내지 500 Hz 또는 그 이상의 몇 개의 "관련 주파수 범위"(599)에 대하여, 본 방법은 일반적으로 초기값(530)(주파수 함수)으로부터 수정된 값(630)(또한 주파수 함수)까지의 위상차의 크기를 감소시킨다. 더욱 구체적으로는, 관련 주파수 범위(599)에 걸친 이들 값의 평균 주파수 크기(530, 630)는 변형된 아암이 보다 낮은 평균 주파수 크기를 갖게 되도록 될 것이다. 도식으로, 도 5의 위상곡선(511, 512) 사이의 영역(596)이 도 6의 위상곡선(611, 612) 사이의 영역(696)보다 더 크기 때문에, 이것은 더욱 명백하다. (도 5의 평균 주파수 크기는 주파수 범위(599)에 의해 분할된 영역(596)으로서 얻어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.) 묘사된 예에 있어서, 변형된 위상차(630)의 평균 주파수 크기는 관련 범위(599) 내에서 초기 위상차(530)의 평균 주파수 크기보다 더 작은 대략 45도 내지 450도 정도이다.
제2 실시예는 하우징(112)과, 하우징 내의 중심축 주위로 회전 가능한 두개 또는 그 이상의 디스크(134)를 포함하는 디스크 드라이브(100)이다. 두개 또는 그 이상의 디스크(134)는 디스크의 양쪽 상에 트랙(136)을 가지는 기록표면(135)을 더 포함한다. 또한, 상기 디스크 드라이브는 보이스 코일 모터와 액츄에이터 아암(123)을 포함한다. 보이스 코일 모터는 하우징(112)내에 장착된다. 액츄에이터 아암(123)의 일단은 보이스 코일 모터에 결합되고, 액츄에이터 아암의 타단은 두개 또는 그 이상의 회전 가능한 디스크(134)의 트랙(136)상에 저장된 정보를 판독/기록하도록 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리(210, 220)에 결합된다. 액츄에이터 아암(123)은 액츄에이터 아암(123)의 제1 공명모드 동안, 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리(210, 220) 사이에서 발생된 위상을 벗어난 동작을 감소시키도록 사이드홈(420)을 가진다. 상기 사이드홈(420)은 액츄에이터 아암(123)의 비대칭 변형 에너지(휨 및 뒤틀림 공명모드 동안 발전된)를 감소시키고, 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리(210, 220) 내의 위상을 벗어난 동작이 감소되도록 액츄에이터 아암(123)의 측면(430) 상에 위치된다.
제3 실시예는, 디스크 드라이브의 트랙이동 및 탐색동작 동안 액츄에이터 아암 내에서 오프-트랙 동작을 감소시키기 위해 액츄에이터 아암의 제1 공명모드 동안 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리 내의 위상을 벗어난 동작을 감소시키기 위한 방법(700)이다. 상기 방법은 제1 공명모드 동안 액츄에이터 아암 내에서 발생된 비대칭 변형 에너지 분포를 결정하는 단계(710)로 시작하고, 그것은 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리 사이의 위상을 벗어난 동작을 발생시킨다. 그리고 나서, 상기 방법은 상기 디스크 드라이브의 트랙이동 및 탐색동작 동안 액츄에이터 아암에서의 오프-트랙 동작을 감소시키기 위해 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리내의 위상을 벗어난 동작을 감소시키기 위해 액츄에이터 아암내의 비대칭 변형 에너지를 변화시키도록 액츄에이터 아암의 스프링-매스 구조를 변경하는 단계(720)를 포함한다.
상기 설명은 예시적인 것이며 제한적이 아니라는 것을 이해하여야 한다. 상술한 설명을 검토함으로써 이외의 많은 실시예가 당해 기술분야의 당업자들에게 명백해질 것이다. 예컨대, 제2 헤드-짐벌 어셈블리 이외의 매스를 가진 액츄에이터 아암이 본 발명에 의하면 감소될 수 있는 위상을 벗어난 동작을 허용할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 이러한 권리범위가 부여된 균등물의 전 범위와 함께, 첨부된 클레임을 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (10)

  1. 제1 및 제2 세로방향 측면을 가지는, 길이를 갖는 비대칭 아암을 가지고 설계된 액츄에이터를 가지는 디스크 드라이브의 제조방법으로서,
    (a) 설계된 액츄에이터 아암의 제1 및 제2 매스 사이의 초기 위상차를 갖는 진동 모드에 의해 특징지워지는 스프링-매스 구조로 액츄에이터 아암이 설계되는 것을 결정하는 단계,
    (b) 제1 측면의 일부를 제거함으로써 설계된 액츄에이터의 아암을 변경하는 단계,
    (c) 제1 회전 가능한 디스크에 인접하여 제1 매스가 위치되도록 디스크 드라이브 내에 설계된 액츄에이터를 조립하는 단계를 구비하고,
    상기 변형된 아암이 제1 및 제2 매스 사이에서 변형된 위상차를 가지도록, 제1 측면은 제2 측면의 총 평균시간 변형 에너지보다 더 큰 총 평균시간 변형 에너지를 가지고,
    상기 변형된 위상차는 적어도 50 Hz의 관련 주파수 범위에 걸쳐 초기 위상차의 평균 주파수 크기보다 더 작은 평균 주파수 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결정단계 (a)와 변형단계 (b)는 설계된 액츄에이터의 원형으로 수행되고, 상기 액츄에이터의 아암은 단계 (b)동안 변형되며,
    상기 조립단계 (c)는
    (c1) 변형된 원형에 유사한 설계된 액츄에이터의 제품형을 형성하기 위해 변형된 원형을 복사하는 단계,
    (c2) 디스크 드라이브 내에 설계된 액츄에이터의 제품형을 조립하는 단계,
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변형단계 (b)는
    (b1) 대략 반은 아암의 왼쪽에 속하며, 나머지는 아암의 오른쪽에 속하는, 설계된 액츄에이터의 많은 각각의 부분에서의 변형 에너지를 산정하기 위해, 변수화된 유한요소 힘 응답 모델을 가지고 설계된 액츄에이터의 아암을 초기 모델링하는 단계,
    (b2) 상기 왼쪽 각 부분에서의 변형 에너지의 합을 계산하는 단계,
    (b3) 상기 오른쪽 각 부분에서의 변형 에너지의 합을 계산하는 단계,
    (b4) 오른쪽의 합보다 왼쪽의 합이 더 크면 제1 측면으로서 상기 아암의 왼쪽을 지정하고, 그렇지 않으면 제1 측면으로서 오른쪽을 지정하는 단계,
    (b5) 제1 측면의 많은 부분을 제거하기 위해 힘 응답 모델을 변형함으로써 설계된 액츄에이터 아암을 수정하는 단계,
    (b6) 단계 (b5)에서 수정된 설계된 액츄에이터와 유사하게 되도록 메탈폼을기계가공함으로써 설계된 액츄에이터를 구성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 결정단계 (a)는 액츄에이터를 구성하는 단계(a1)를 구비하고, 상기 변형단계 (b)는 기계가공 동작에 의해 제1 측면의 부분을 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비대칭 아암은 상기 변형단계 (b)동안 제거된 부분으로부터 발생되는 제1 측면 상의 오목한 홈을 가지는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 오목홈은 그 길이의 가장 가까운 끝점보다도 길이의 중간 지점에 더 가까운 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 변형단계 (b)의 진동모드는, 상기 제1 회전 가능한 디스크의 표면에 나란한 제1 및 제2 매스 각각에서의 상대적 외란으로 이동되는 에너지를 포함하는 액츄에이터 아암의 제1 휨 모드이며, 상기 외란은 초기 위상차의 평균 주파수 크기를 증대시키는 경향을 가지는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 변형단계 (b)는 상기 변형된 크기가 적어도 45도인 초기 크기보다 더 작고, 관련 주파수 범위가 적어도 500Hz의 폭을 가지도록 수행되는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브의 제조방법.
  9. 제1 매스는 제1 데이터 전송 동안, 제1의 회전 가능한 디스크에 인접하여 위치된 제1 헤드를 포함하고, 제2 매스는 제2 데이터 전송동안, 제2 회전 가능한 디스크에 인접하여 위치된 제2 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항에 기재된 디스크 드라이브의 제조방법에 의해 제조된 디스크 드라이브.
  10. 디스크 드라이브의 트랙이동과 탐색동작 동안, 액츄에이터 아암의 오프-트랙 동작을 감소시키기 위해, 액츄에이터 아암의 휨 및 뒤틀림 공명모드 동안 발생된 상, 하부의 헤드-짐벌 어셈블리 내에서의 위상을 벗어난 동작을 감소시키기 위한 방법으로서,
    (a) 상, 하부의 헤드-짐벌 어셈블리 내에서의 위상을 벗어난 동작을 초래하는 상기 휨 및 뒤틀림 공명모드 동안, 상기 액츄에이터 아암 내에 발생된 비대칭 변형 에너지 분포를 결정하는 단계와,
    (b) 상기 상, 하부 헤드-짐벌 어셈블리 사이의 위상을 벗어난 동작이 감소되도록 상기 비대칭 변형 에너지를 감소시키고, 또한 트랙이동과 탐색동작 동안 헤드-짐벌 어셈블리에서의 오프-트랙 동작을 감소시키기 위해 액츄에이터 아암의 스프링-매스 구조를 변경하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
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