KR20020015766A - 섬유강화 폴리머를 이용한 하드 디스크 드라이브용 디스크기판 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디스크 기판 제작시 디스크의 재질로 섬유강화 폴리머 재료를 이용한 섬유강화 폴리머를 이용한 하드 디스크 드라이브용 디스크 기판에 관한 것으로서, 이를 위해 디스크 기판(100)을 제작하기 위한 디스크 기판(100)의 용융 수지재로 섬유강화 폴리머(200)를 이용하고, 상기 섬유강화 폴리머(200)를 이용한 디스크 기판의 섬유 배열(300)은 디스크 기판의 중심에서부터 디스크 기판의 바깥쪽으로 갈수록 섬유간의 간격폭이 넓어지는 방사상으로 이루어진 것을 특징으로 하며, 이에 따라, 저가의 재료를 이용으로 인한 저가의 제품를 대량생산 및 공급할 수 있을 뿐아니라, 기존의 금속합금 및 유리재 디스크 기판에 비해 고강성, 저질량의 특성을 지님으로 진동의 감소와 고유진동수, 임계속도의 향상을 이룰 수 있으며, 기존의 합금 디스크 기판과는 달리 부식을 방식할 수 있고, 또한, 기본의 금속합금 및 유리재 디스크 기판에 비해 가볍기 때문에 스핀들 모터의 소비전력 및 부하 측면에서도 많은 효과가 있을 뿐만아니라 디스크의 표면 조도를 위한 스퍼터링 후 스퍼터-에칭의 공정을 생략함으로써, 원하는 수준의 표면 조도를 빠른시간에 얻을 수 있으며, 이로인해 제작시간을 단축 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 섬유강화 폴리머를 이용한 하드 디스크 드라이브용 디스크 기판에 관한 것으로, 특히, 디스크 기판 제작시 섬유강화 폴리머 재료(Fiber ReinforcedPlastics 이하 " FRP " 이라 한다)를 이용하여 기존의 고가의 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive 이하, "HDD" 라 한다)용 디스크 기판을 저가의 대량 생산에 적합하도록 한 섬유강화 폴리머를 이용한 하드 디스크 드라이브용 디스크 기판에 관한 것이다.
일반적으로 기존에 알려진 광 정보 저장 기록매체로는 콤팩트 디스크(CD) ,디지탈 비디오 디스크(DVD), 하드 디스크 드라이브(HDD)가 있다.
도 1은 종래의 하드 디스크 드라이브용 디스크 기판를 나타낸 사시도 이다.
상기 CD, DVD 및 HDD는 광 디스크 미디어로 널리 공지되어 있으며, CD , DVD 및 HDD를 제작하는 재료는 비결정수지인 폴리카보테이트, 유리섬유, 폴리머 및 알류미늄으로 이루어진다.
상기 CD, DVD 및 HDD의 디스크 기판(1)을 제작하기 위한 제작공정은 기존의 사출기에 설치된 투입 호퍼에 비결정수지인 폴리카보네이트의 재료를 넣고, 이 재료를 가열 후 용융된 수지재료를 스탬퍼에 송출시켜 사출성형 및 압축성형에 의해 디스크 기판(1)을 제작한다.
이와 같이 제작된 CD는 광경화성 수지로부터 형성된 보호피막은 통상적으로 CD의 기판상에 형성되는 알류미늄 기판으로 이루어진 반사필림을 보호하기 위해 제공되고, 상기 DVD, HDD는 2개의 얇은 디스크 기판(1)으로 구성되어 이 디스크 기판 (1)사이에 반사필림을 구비한다(미도시).
상기 반사필림은 정보를 기록하기 위해 피트(Pit)가 형성되어 있는 디스크기판(1)의 표면상에 제공되고, 상기 반사필림은 통상적으로 알류미늄의 증착에 의해 형성된다.
그러나, 상기 알류미늄을 이용하는 금속기판의 경우 강성이 매우 좋은 반면, 부식 및 무게가 무겁고, 이로인해 디스크 기판(1) 고속회전시 작은 진동에도 진동의 폭이 커져 소음 및 기록저장의 신뢰성을 저해하는 문제점이 있었다.
또한, 대한 민국 특허청에 출원된 특허출원번호 제 88-15710호 에 소개된 기술은 플라스틱에 유리섬유가 혼합된 복합재료기판에 형성된 함몰부에 스퍼터링(Sputtering) 후 스퍼터-에칭(Sputter-Etching)으로 Si₃N₄을 도포하여 유리섬유의 일측에 형성된 함몰부가 메워지도록 되어 있다.
이와같이 유리섬유를 혼합시킨 복합재료기판의 문제점은 일종의 표면장력의 영향으로 디스크 표면에 함몰부가 형성되고, 이 함몰부를 막기위해 스퍼터링 및 스퍼터-에칭공정을 해야함으로, 이러한 공정으로 인해 디스크 기판(1) 제작시 제작시간 및 비용이 상승하는 단점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 디스크 기판 제작시 디스크 기판의 재질로 섬유강화 폴리머 재료를 이용함으로써, 제품의 제작비용절감으로 인해 저가 대량 생산을 할 수 있도록 한 섬유강화 폴리머를 이용한 하드 디스크 드라이브용 디스크 기판을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 제품에 기존의 금속재인 알류미늄 대신 섬유강화 폴리머를 이용할 경우 매우 높은 탄성계수, 고강성 및 제품의 무게를 가볍게 할 수 있으며, 디스크의 표면 조도를 위한 스퍼터링 후 스퍼터 에칭 공정을 생략함으로써, 제작시간 및 비용을 절감할 수 있도록 한 섬유강화 폴리머를 이용한 하드 디스크 드라이브용 디스크 기판를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 제품에 섬유강화 폴리머를 이용하여 디스크 기판의 섬유 배열을 방사상으로 형성함으로써, 고속회전을 하는 디스크 기판의 기계적 강성을 향상시킬 수 있도록 한 섬유강화 폴리머를 이용한 하드 디스크 드라이브용 디스크 기판을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 섬유강화 폴리머를 이용한 하드 디스크 드라이브용 디스크 기판는, 용융 수지재를 스탬퍼의 금형에 사출시켜 이 스탬퍼를 이용하여 사출성형 및 압축성형으로 제작되는 하드 디스크 드라이브용 디스크 기판에 있어서, 상기 디스크 기판을 제작하기 위한 디스크 기판의 용융 수지재로 섬유강화 폴리머를 이용하고, 상기 섬유강화 폴리머를 이용한 디스크 기판의 섬유 배열은 디스크 기판의 중심에서부터 디스크 기판의 바깥쪽으로 갈수록 섬유간의 간격폭이 넓어지는 방사상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 하드 디스크 드라이브용 디스크 기판를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 폴리머를 이용한 하드 디스크드라이브용 디스크 기판의 섬유 배열을 나타낸 평면도.
도 3은 도 2의 디스크 기판의 섬유 배열 방향을 나타낸 측단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 디스크 기판 200 : 섬유강화 폴리머(FRP)
300 : 섬유 400 : 스프루(Sprue)
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 섬유강화 폴리머를 이용한 하드 디스크 드라이브용 디스크 기판에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유강화 폴리머를 이용한 하드 디스크드라이브용 디스크 기판의 섬유 배열을 나타낸 평면도 이고, 도 3은 도 2의 디스크 기판의 섬유 배열 방향을 나타낸 측단면도 이다.
본 발명의 하드 디스크 드라이브(HDD)용 디스크 기판(100)을 제조하기 위해는 사출 성형기가 필요하므로 이 사출 성형기는 도 2 및 도 3에 도시된 바와같이, 섬유강화 폴리머(FRP)(200)의 재료를 투입하는 투입호퍼와, 상기 투입호퍼에 투입된 상기 섬유강화 폴리머(FRP)(200)를 높은 고온에서 용융시키는 가열실린더와, 상기 가열신린더에 의해 용융된 섬유강화 폴리머(FRP)(200)를 금형으로 이송하기 위한 수지 사출부와, 상기 수지 사출부에 의해 섬유강화 폴리머(FRP)(200)를 사출성형 및 압축성형으로 디스크 기판(100)를 제작하는 금형부가 구비된 스탬퍼(Stamper)로 이루어져 있다.(상기 사출성형기 미도시)
상기 수지 사출부에 섬유강화 폴리머(FRP)(200) 재료를 투입호퍼에 투입하고, 주위에 가열용 히터가 설치되어 내부에 상기 용융된 섬유강화 폴리머(FRP)(200)를 차례로 투입하는 스크류가 설치된 가열실린더와, 상기 가열실린더에 구비되어 용융된 섬유강화 폴리머(FRP)(200)를 스탬퍼에 투입하는 노즐이 구성되어 있다.(미도시)
또한, 섬유강화 폴리머(FRP)(200)의 복합재료를 이용한 하드 디스크 드라이브(HDD)용 디스크 기판(100)의 중심에는 섬유강화 폴리머(FRP)(200)를 높은 온도에 용융시킨후 용융된 섬유강화 폴리머(FRP)(200)를 스팸퍼에 투입후 사출성형 및 압축성형시 상기 섬유강화 폴리머(FRP)(200)를 중심으로 유도할 수 있도록스프루(Sprue)(400)가 형성되어 있다.
상기 스프루(sprue)(400)의 유도에 따라 디스크 기판(100)의 섬유 배열(300)은 도 2에 도시된 바와같이, 디스크의 중심으로부터 바깥쪽으로 갈수록 섬유간의 간격폭이 넓어지는 방사상으로 이루어진다.
상기 섬유 배열(300)이 방사상으로 된 디스크 기판(100)은 디스크의 고속회전시 기계적 강성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 섬유강화 폴리머(FRP)의 복합재료를 사용할 경우 알류미늄 및 유리재 디스크에서는 곤란했던 저장기록을 읽는 헤드의 위치 결정용 서보 마크(Servo Mark) 및 랜드-그루브 구조(Land-Groove Stucture)등의 패턴을 표면에 요철로 성형할 수 있다.
또한, 섬유재료중 탄소섬유 및 케블라 섬유등은 열팽창 계수(Coefficient Of Thermal Expansion)가 거의 0에 가깝기 때문에, 이러한 섬유재료를 사용하면 온도의 변화에 의해 크기가 변화지 않고, 디스크 기판(100)의 치수안정성(Dimensional)을 좋게 유지할 수 있다.
또한, 상기 용융된 섬유강화 폴리머(FRP)(200)를 금형부가 구비된 스탬퍼에 투입후 사출성형 및 압축성형으로 디스크 기판(100)을 제작하고, 이 제작된 디스크 기판(100)은 섬유강화 폴리머(FRP)(200)재료의 특성으로 인해 가공이 필요없는 정형가공을 할 수 있다.
이와 같이 섬유강화 폴리머(FRP)(200)의 복합재료를 이용한 하드 디스크 드라이브(HDD)용 디스크 기판(100)은 노즐을 통해 투입되는 재료에 따라 건조시간,스크류의 속도와 종류, 노즐부의 온도, 금형온도, 제작시간, 그리고 사출압력등의 공정조건에 따라 디스크 기판(100)의 고유진동수(natural frequency 이하, fmn 표시함), 임계속도(critical speed 이하, Ωcr 표시함), 탄성계수(elastic modulus 이하, E 표시함), 진동폭(Af)등에 변화줄 수 있다.
그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 하드 디스크 드라이브(HDD)용 디스크 기판(100)의 제조방법을 위한 고유진동수(fmn), 임계속도(Ωcr), 진동폭(Af)등의 수학식을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
여기서, 고유진동수(fmn)의 공식을 다음과 같은 수학식 1으로 표현될 수 있다.
상기 원주률(π)은 상수이고, 디스크 기판(100)의 진동 모드 형태(mode shape)에 따른 상수(λmn)는 결정이 되고, 디스크 기판(100)의 두께(t)와 디스크 기판(100)의 외경(Rο)은 디스크 기판(100)의 특성이 결정되면 역시 정해지는 값이다.
그리고, 포아송 비(ν)와 밀도(ρ), 그리고 탄성계수(E)는 재료등에 따라 결정될 수 있다. 즉 디스크 기판(100)의 형상이 결정이 되었다면 탄성계수(E)를 증가시키거나 포아송 비(ν) 혹은 밀도(ρ)를 감소시킴으로써, 고유진동수(fmn)를 증가시킬 수 있다.
대부분의 경우 포아송 비(ν)나 밀도(ρ)는 크게 다르지 않으므로 탄성계수(E)를 증가시킨다면 좀더 진동에 관한 특성이 좋은 디스크 기판(100)이 될 수 있다.
또한, 상기 임계속도(Ωcr)의 공식을 다음과 같은 수학식2으로 표현될 수 있다.
여기서, 상기 수학식 1에서와 같이 디스크 기판(100)의 두께(t)와 디스크 기판(100)의 외경(Rο), 그리고 디스크 기판(100)의 내경(Ri)은 디스크 기판(100)의 특성이 결정되면 역시 정해지는 값이고, 탄성계수(E)와 밀도 (ρ)는 재료등에 의해 결정될 수 있는 값들이다. 즉 수학식 2에 의해서도 탄성계수(E)를 높이게 되면 임계속도(Ωcr)가 증가되고, 좀더 나은 동작 특성을 지닐 수 있다는 것을 알게 된다.
또한, 디스크 기판(100)이 회전시 생기는 진동폭(Af)의 공식을 다음과 같은 수학식 3으로 표현될 수 있다.
여기서, 디스크 기판(100)의 외경(Rο)과 회전속도(Ω)가 낮을수록, 그리고 탄성계수(E)와 디스크 기판(100)의 두께(t)가 높을수록 진동폭(Af)이 줄어들어서 디스크 기판(100)의 진동특성이 좋아짐을 알 수 있다.
즉, 수학식 1, 2, 3,에 의해서, 디스크 기판(100)의 특성이 결정되었을 때 섬유강화 폴리머(FRP)를 통해서 탄성계수를 증가시킨다면 좀더 나은 진동특성을 지닌 하드 디스크 드라이브용 디스크 기판(100)을 제작할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 지금까지 서술된 바와같이 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며,본 발명의 기술적 사상 및 영역을 벗어나지 않은 범위내에서 다양하게 변형실시 할수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 섬유강화 폴리머를 이용한 하드 디스크 드라이브용 디스크 기판에 의하면,
디스크 기판 제작시 디스크 재질로 섬유강화 폴리머 재료를 이용함으로써,저가의 재료를 이용으로 인한 저가의 제품를 대량생산 및 공급할 수 있을 뿐아니라, 기존의 금속합금 및 유리재 디스크 기판에 비해 고강성, 저질량의 특성을 지님으로 진동의 감소와 고유진동수, 임계속도의 향상을 이룰 수 있으며, 기존의 금속합금 디스크 기판과는 달리 부식을 방지할 수 있고, 또한, 섬유재료를 사용하는 디스크는 섬유의 열팽창 계수가 매우 낮기 때문에 온도의 변화에 의해 디스크 기판의 크기가 변하지 않으므로 치수안정성을 향상시킬 수 있으며, 또한, 기본의 합금 및 유리재 디스크 기판에 비해 가볍기 때문에 스핀들 모터의 소비전력 및 부하 측면에서도 많은 효과가 있으며, 또한, 디스크 기판의 표면 조도를 위한 스퍼터링 후 스퍼터 에칭의 공정을 생략함으로써, 원하는 수준의 표면 조도를 빠른시간에 얻을 수 있으므로, 제품의 제작시간단축 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
Claims (1)
- 용융 수지재를 스탬퍼의 금형에 사출시켜 이 스탬퍼를 이용하여 사출성형 및 압축성형으로 제작되는 하드 디스크 드라이브용 디스크 기판에 있어서,상기 디스크 기판을 제작하기 위한 디스크 기판의 용융 수지재로 섬유강화 폴리머를 이용하고, 상기 섬유강화 폴리머를 이용한 디스크 기판의 섬유 배열은 디스크 기판의 중심에서부터 디스크 기판의 바깥쪽으로 갈수록 섬유간의 간격폭이 넓어지는 방사상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 섬유강화 폴리머를 이용한 하드 디스크 드라이브용 디스크 기판.
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| JPS54156506A (en) * | 1978-05-30 | 1979-12-10 | Fujitsu Ltd | Substrate for magnetic discs |
| JPS62124626A (ja) * | 1985-11-25 | 1987-06-05 | Mitsubishi Electric Corp | 磁気記録媒体 |
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