KR20030086927A

KR20030086927A - 반응 질량체 듀얼-스테이지 액츄에이터 및 센서

Info

Publication number: KR20030086927A
Application number: KR1020030028177A
Authority: KR
Inventors: 단블릭; 강성우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-05-06
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2003-11-12
Also published as: KR100652372B1; US20030206366A1; US6922303B2

Abstract

개시된 하드 디스크 드라이브는 드라이브의 액츄에이터 아암을 이동시키고 그 가속을 감지할 수 있는 반응 질량체 및 트랜스듀서를 가진다. 트랜스듀서는 반응 질량체의 움직임을 유도하는 출력신호를 제공할 수 있는 디스크 컨트롤러와 연결된다. 반응 질량체의 움직임은 액츄에이터 아암에 연결된 헤드의 민감한 움직임을 야기한다. 트랜스듀서는 상기 액츄에이터 아암의 가속에 상당하여 입력 신호를 상기 컨트롤러로 제공할 수도 있다. 가속 신호는 드라이브의 서보 시스템용 힘 피드백을 제공할 수 있다.

Description

반응 질량체 듀얼-스테이지 액츄에이터 및 센서{Reaction mass dual-stage actuator(DSA) and sensor}

개시된 주제는 일반적으로 하드 디스크 드라이브 분야에 관한 것이다.

하드 디스크 드라이브는 회전하는 디스크와 짝을 이루는 복수의 자기 헤드를 포함한다. 상기 헤드는 디스크 표면의 자화 및 그 자기장의 감지를 통해 정보를 기록하고 재생한다. 디스크 자화용 기록 요소 및 그와 분리된 디스크 자기장 감지용 재생 요소를 가진 개선된 자기헤드가 있다. 상기 재생 요소는 전형적으로자기-저항 재료로 구성된다. 상기 자기-저항 재료는 디스크 자기장에 따라 변하는 저항을 갖는다. 자기-저항 재생 요소를 가진 헤드는 일반적으로 자기-저항(MR) 헤드라 칭해진다.

각 헤드는 통상 헤드 짐벌 어셈블리("HGA")라 불리는 서브어셈블리를 생성하는 플렉슈어 빔에 부착된다. 상기 HGA는 마그넷 어셈블리와 짝을 이루는 보이스 코일을 구비한 액츄에이터 아암에 부착된다. 상기 보이스 코일과 마그넷 어셈블리는 상기 액츄에이터 아암을 피봇시켜서 상기 헤드를 디스크를 가로질러 이동시키는 보이스 코일 모터를 형성한다.

정보는 전형적으로 각 디스크의 표면을 가로지르며 연장된 환형의 트랙에 저장된다. 상기 보이스 코일 모터는 헤드를 디스크 표면 상에 저장된 데이터에 액세스할 수 있도록 다른 트랙으로 이동시킬 수 있다. 각 트랙은 전형적으로 복수의 인접 섹터들로 분할된다. 각 섹터는 하나 또는 그 이상의 데이터 필드를 가질 수 있다. 각 데이터 필드는 이진(binary) 데이터로 디코딩되는 자기 전이(magnetic transition)의 시리즈를 갖는다. 전이들간의 공간은 디스크 드라이브의 비트 밀도를 결정한다. 일반적으로 드라이브의 전체적인 저장 능력을 향상시키기 위해서는 높은 비트 밀도를 제공하는 것이 바람직하다.

상기 디스크 드라이브는 헤드의 바람직하지 않은 움직임을 유발시키는 충격 및 진동 하중에 놓일 수가 있다. 대부분의 디스크 드라이브는 그러한 바람직하지 않은 움직임을 보상하는 내부 서보 루틴을 포함한다. 전형적인 서보 루틴은 위치 에러 신호(PES)를 결정하는 데이터 트랙 상의 서보 비트로부터의 정보를 이용한다.상기 PES는 보이스 코일 모터의 구동과 트랙 중심선 상에 헤드를 유지시키는 데 이용된다.

상기 보이스 코일 모터는 디스크 드라이브 컨트롤러가 출력 신호를 제공할 때와 그 신호에 응답하여 헤드가 실제로 움직일 때 사이에 상대적으로 느린 반응 시간을 갖는다. 이 느린 응답 시간은 디스크 드라이브의 트랙 추종 및 탐색 정착 시간을 열화시킨다. 상기 느린 응답 시간은 상기 서보 루틴이 높은 주파수의 진동을 보상하려고 할 때 특히 부담이 된다.

상기 서보 루틴은 헤드의 위치에 대한 피드백 정보를 받기 위해 데이터 트랙 상의 서보 비트를 읽을 때까지 기다려야 한다. 임베디드(embedded) 서보 디스크 드라이브의 경우, 서보 비트는 주기적인 인터벌을 두고 트랙 상에 배치된다. 이것은 서보 데이터의 연속적인 스트림이 없다는 것을 의미한다. 게다가, 상기 서보 비트는 위치 정보만 제공한다. 위치 정보는 액츄에이터 아암에 작용하는 실제 진동/충격 힘의 피드백을 제공하지 않는다.

헤드 움직임의 반응 시간을 개선하기 위해 헤드 짐벌 어셈블리에 압전소자를 통합하는 안이 제안된 바 있다. 선택적으로, 빠른 반응 시간을 달성하기 위해 MEMS를 헤드에 통합하는 제안도 있었다. 아직까지, 이들 방안은 하드 디스크 드라이브를 대형화를 초래하므로 실현이 불가하다.

본 발명은 헤드 움직임의 반응 시간을 개선할 수 있는 메카니즘을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 하드 디스크 드라이브의 평면도이다;

도 2는 하드 디스크 드라이브의 액츄에이터 아암 어셈블리의 평면 확대도이다;

도 3은 상기 액츄에이터 아암 어셈블리의 반응 질량체 및 트랜스듀서의 평면 확대도이다;

도 4는 상기 액츄에이터 아암 어셈블리의 측면도이다;

도 5는 상기 하드 디스크 드라이브의 서보 시스템의 개략도이다.

개시된 것은 드라이브의 액츄에이터 아암을 이동시키고 그 가속을 감지할 수 있는 반응 질량체 및 트랜스듀서를 가진 하드 디스크 드라이브이다. 상기 트랜스듀서는 반응 질량체의 움직임을 유도하는 출력신호를 제공할 수 있는 디스크 컨트롤러와 연결된다. 반응 질량체의 움직임은 액츄에이터 아암에 연결된 헤드의 민감한 움직임을 야기한다. 상기 트랜스듀서는 상기 액츄에이터 아암의 가속에 상당하여 입력 신호를 상기 컨트롤러로 제공할 수도 있다. 상기 가속 신호는 상기 드라이브의 서보 시스템용 힘(force) 피드백을 제공할 수 있다.

참조부호와 함께 도면을 참조하면, 도 1은 하드 디스크 드라이브(10)의 일 실시예를 보인 것이다. 상기 디스크 드라이브(10)는 스핀들모터(14)에 의해 회전하는 하나 또는 그 이상의 자기 디스크(12)를 포함한다. 상기 스핀들모터(14)는 베이스 플레이트(16)에 설치될 수 있다. 상기 디스크 드라이브(10)는 디스크(12)를 둘러싸는 커버(18)를 더 구비할 수 있다.

상기 디스크 드라이브(10)는 디스크(12)와 인접 위치되는 복수의 헤드(20)를 구비할 수 있다. 상기 헤드(20)는 상기 디스크(12)를 자화시키고 그 자기장을 감지하는 분리된 기록 및 재생 요소(미도시)를 가질 수 있다.

각 헤드(20)는 헤드 짐벌 어셈블리(HGA)의 부품으로서 플렉슈어 빔(22)에 탑재되는 짐벌일 수 있다. 상기 플렉슈어 빔(22)은 베어링 어셈블리(26)에 의해 베이스 플레이트(16)에 회동가능하게 설치된 액츄에이터 아암(24)에 부착된다. 보이스 코일(28)은 상기 액츄에이터 아암(24)에 부착된다. 상기 보이스 코일(28)은 마그넷 어셈블리(30)와 짝을 이뤄 보이스 코일 모터(VCM;32)를 형성한다. 상기 보이스 코일(28)에 전류를 공급하면 상기 액츄에이터 아암(24)을 회동시켜서 헤드(20)를 디스크(12)를 가로질러 이동시키는 토오크가 생성된다.

각 헤드(20)는 회전하는 디스크(12)에 의해 형성된 에어 흐름과 협동하여 에어 베어링을 생성하는 에어 베어링면(미도시)을 가진다. 상기 에어 베어링은 상기 헤드(20)를 디스크 표면으로부터 분리시켜 접촉과 손상을 최소화시킨다. 에어 베어링의 형성과 헤드(20)의 일반적인 작동은 상기 플렉슈어 빔(22)에 의해 발휘되는 힘의 기능이다.

상기 하드 디스크 드라이브(10)는 인쇄회로기판(40)과 연결된 복수의 집적 회로(36)(38)를 구비한 인쇄회로기판 어셈블리(34)를 포함한다. 상기 인쇄회로기판(40)은 와이어(미도시)에 의해 보이스 코일(28), 헤드(20) 및 스핀들모터(14)와 연결된다.

집적 회로(38)는 소프트웨어/펌웨어 루틴을 수행할 수 있는 전자 컨트롤러일 수 있다. 상기 소프트웨어/펌웨어 루틴은 디스크 트랙의 중심 상에 헤드(20)를 유지시키는 서보 서브루틴을 포함할 수 있다. 상기 서보 루틴은 위치 에러 신호(PES)를 생성하도록 헤드(20)에 의해 디스크(12)로부터 얻어지는 위치 피드백 정보의 처리를 포함할 수 있다. 상기 PES는 상기 보이스 코일(28)을 구동시키고 상기 헤드(20)를 이동시키는 데 이용된다.

도 2, 3 및 4에 도시된 바와 같이, 상기 디스크 드라이브(10)는 트랜스듀서(44)에 의해 액츄에이터 아암(24)에 연결된 반응 질량체(42)를 포함한다. 상기 트랜스듀서(44)는 상기 질량체(42)의 양단부에 부착된 복수의 압전소자(46)를 포함할 수 있다. 상기 트랜스듀서(44)는 상기 인쇄회로기판 어셈블리(34)에도 연결된다.

상기 트랜스듀서(44)는 전기에너지를 상기 반응 질량체(42)를 움직이기 위한 기계적 움직임으로 변환시킬 수 있다. 상기 트랜스듀서(44)와 반응 질량체(42)는 그 질량체(42)가 움직일 수 있도록 액츄에이터 아암(24)의 슬롯(48) 내에 바람직하게 위치된다. 상기 질량체(42)의 움직임은 상기 액츄에이터 아암(24)과 헤드(20)의 대응 동작을 생성한다. 상기 아암(24)과 헤드(20)의 움직임은 반응 질량체(42)의 움직임과 반대방향이 될 것이고, 상기 질량체(42)의 움직임이 상기 아암(24)과 반대방향의 같은 힘을 생성하는 것으로 이해된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 다중 개별(multiple individual) 아암(종종 이-블럭이라 칭함)을 가진 액츄에이터 아암(24)의 경우, 상기 트랜스듀서(44)와 반응 질량체(42)는 중간 아암(24m)에 위치되는 것이 아암(24)의 비틀림 운동을 최소화하는데 바람직하다.

작동에 있어서, 상기 컨트롤러(38)는 상기 반응 질량체(42)의 원하는 움직임과 상기 헤드(20)의 상응하는 움직임을 유도하기 위해 트랜스듀서(44)로 출력신호를 발생시킨다. 상기 컨트롤러(38)는 상기 질량체(42)의 움직임과 함께 아암의 움직임을 유도하기 위해 상기 보이스코일(28)로 출력신호를 제공할 수도 있다. 상기 출력신호(들)은 디스크 트랙의 중심에 헤드(20)를 유지시키는 서보 루틴에 따를 수 있다. 상대적으로 작은 사이즈의 질량체(42) 및 트랜스듀서(44)는 상기 헤드(20)의 상대적으로 빠른 움직임을 유도할 수 있는 메카니즘을 제공한다. 이것은 특히디스크 드라이브(10) 내의 높은 주파수의 진동을 보상할 때 유용하다.

상기 트랜스듀서(44)는 기계적 움직임을 전기에너지로 변환시킨다. 이것은 반응 질량체(42)와 트랜스듀서(44)가 액츄에이터 아암(24)의 가속을 감지하는 힘 센서로서의 기능을 하게 해준다. 예를 들면, 압전소자(46)를 가진 트랜스듀서(44)는 힘의 양에 따라 변하며 그 소자(46)의 휨에 따르는 출력 전압을 가질 것이다. 상기 전압의 변화는 액츄에이터 아암(22)의 가속과 힘을 결정하도록 처리될 수 있다. 이것은 서보 시스템이 직접 아암 상의 힘을 밝히게 해준다.

도 5는 질량체(42)와 트랜스듀서(44)로부터의 힘 피드백을 이용하는 서보 시스템(100)을 보인 것이다. 상기 서보 시스템(100)은 합산 접합점(102)으로 제공되는 헤드의 최초 위치 입력을 포함할 수 있다. 상기 합산 접합점(102)은 최초 위치 입력과 함께 평가부(estimator;104)로부터의 위치 출력을 합산한다. 그 위치값은 106블럭에서 K 인자로 스케일된다.

합산 접합점(108)은 106블럭의 출력으로부터 상기 평가부(104)에서 제공된 평가된 힘을 뺀다. 상기 합산 접합점(108)의 출력은 디지털/아날로그 변환 블록(110)으로 제공된다. 상기 합산 접합점 출력은 필터링되지 않은 그대로 및 밴드 패스 필터(112)에 의해 필터링 된 후의 형태로 상기 평가부(104)에 입력된다.

합산 접합점(114)는 112 블록의 출력과 상기 반응 질량체 및 트랜스듀서에 의해 측정된 w를 더한다. 상기 w값은 트랜스듀서에 의해 제공되는 가속 신호로부터 처리된다. 상기 114 합산 접합점의 출력은 상기 보이스 코일에 제공된다. 상기 보이스 코일의 출력은 관성 블록(116) 및 적분기(118)의 기능이다. 상기 보이스 코일 출력은 위치 에러 신호(PES)로서 상기 평가부(104)로도 다시 제공된다. 상기 코일의 백(back) emf도 120블럭과 122 필터를 통해 감지되고 상기 평가부(104)로 제공된다. 122 필터는 노치와 로우 패스 필터를 다 포함할 수 있다.

상기 액츄에이터 아암의 가속을 감지하는 능력은 상기 서보 시스템이 보이스 코일의 작동을 통해 상기 헤드의 위치를 제어할 때 외부 힘을 밝히게 해준다.

상술한 본 발명에 의하면, 헤드의 반응 시간이 개선되어 보다 정밀한 제어를 수행할 수 있다. 여기에 본보기를 위한 실시예들이 기술되고 도시되었는데, 그러한 실시예들은, 당업자에 의해 다양한 변형이 가능하므로, 단순히 본 발명의 예시이지 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명은 특정 구조와 배열에 의해 제한되는 것도 아님을 이해해야 한다.

Claims

액츄에이터 아암;

상기 액츄에이터 아암과 연결된 반응 질량체; 및,

상기 액츄에이터 아암과 상기 반응 질량체에 연결된 트랜스듀서를 포함하는 하드 디스크 드라이브용 액츄에이터 아암 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 트랜스듀서는 압전소자를 포함하는 하드 디스크 드라이브용 액츄에이터 아암 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 액츄에이터 아암에 부착된 플렉슈어 빔과 그 플렉슈어 빔에 연결된 헤드를 더 포함하는 하드 디스크 드라이브용 액츄에이터 아암 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 액츄에이터 아암에 부착된 보이스 코일을 더 포함하는 하드 디스크 드라이브용 액츄에이터 아암 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 액츄에이터 아암은 중간 아암과 복수의 외측 아암들을 포함하고,

상기 반응 질량체와 트랜스듀서는 상기 중간 아암에 연결된 하드 디스크 드라이브용 액츄에이터 아암 어셈블리.
베이스 플레이트;

상기 베이스 플레이트에 연결된 스핀들 모터;

상기 스핀들 모터에 연결된 디스크;

상기 베이스 플레이트에 설치된 액츄에이터 아암;

상기 액츄에이터 아암에 연결된 보이스 코일 모터;

상기 액츄에이터 아암에 연결된 플렉슈어 빔;

상기 플렉슈어 빔과 상기 디스크에 연결되는 헤드;

상기 액츄에이터 아암과 연결된 반응 질량체;

상기 반응 질량체 및 상기 액츄에이터 아암과 연결된 트랜스듀서; 및,

상기 헤드, 상기 보이스 코일 모터 및 상기 트랜스듀서와 연결된 컨트롤러를 포함하는 하드 디스크 드라이브.
제6항에 있어서,

상기 트랜스듀서는 압전소자를 포함하는 하드 디스크 드라이브.
제6항에 있어서,

상기 컨트롤러는 상기 트랜스듀서로 출력 신호를 제공하는 하드 디스크 드라이브.
제6항에 있어서,

상기 컨트롤러는 상기 트랜스듀서로부터 입력 신호를 받는 하드 디스크 드라이브.
베이스 플레이트;

상기 베이스 플레이트에 연결된 스핀들 모터;

상기 스핀들 모터에 연결된 디스크;

상기 베이스 플레이트에 설치된 액츄에이터 아암;

상기 액츄에이터 아암에 연결된 보이스 코일 모터;

상기 액츄에이터 아암에 연결된 플렉슈어 빔;

상기 플렉슈어 빔과 상기 디스크에 연결되는 헤드;

상기 액츄에이터 아암과 상기 헤드를 움직이기 위한 액츄에이터 수단; 및,

상기 헤드, 상기 보이스 코일 모터 및 상기 액츄에이터 수단과 연결된 컨트롤러를 포함하는 하드 디스크 드라이브.
제10항에 있어서,

상기 액츄에이터 수단은 반응 질량체와, 상기 반응 질량체 및 상기 액츄에이터 아암에 부착된 트랜스듀서를 포함하며, 상기 트랜스듀서는 상기 컨트롤러와 연결된 하드 디스크 드라이브.
제11항에 있어서,

상기 트랜스듀서는 압전소자를 포함하는 하드 디스크 드라이브.
제11항에 있어서,

상기 컨트롤러는 상기 트랜스듀서로 출력 신호를 제공하는 하드 디스크 드라이브.
제11항에 있어서,

상기 컨트롤러는 상기 트랜스듀서로부터 입력 신호를 받는 하드 디스크 드라이브.
베이스 플레이트;

상기 베이스 플레이트에 연결된 스핀들 모터;

상기 스핀들 모터에 연결된 디스크;

상기 베이스 플레이트에 설치된 액츄에이터 아암;

상기 액츄에이터 아암에 연결된 보이스 코일 모터;

상기 액츄에이터 아암에 연결된 플렉슈어 빔;

상기 플렉슈어 빔과 상기 디스크에 연결되는 헤드;

상기 액츄에이터 아암의 가속을 감지하는 감지수단; 및,

상기 헤드, 상기 보이스 코일 모터 및 상기 감지수단과 연결된 컨트롤러를 포함하는 하드 디스크 드라이브.
제15항에 있어서,

상기 감지수단은 반응 질량체와, 상기 반응 질량체 및 상기 액츄에이터 아암에 부착된 트랜스듀서를 포함하며, 상기 트랜스듀서는 상기 컨트롤러와 연결된 하드 디스크 드라이브.
제16항에 있어서,

상기 트랜스듀서는 압전소자를 포함하는 하드 디스크 드라이브.
제16항에 있어서,

상기 컨트롤러는 상기 트랜스듀서로 출력 신호를 제공하는 하드 디스크 드라이브.
헤드와 연결된 액츄에이터 아암과 연결된 반응 질량체의 움직임을 유도하기 위해 트랜스듀서로 출력 신호를 전성하는 단계를 포함하는 하드 디스크 드라이브의 헤드 이동 방법.
제19항에 있어서,

상기 입력 신호는 상기 트랜스듀서에서 상기 컨트롤러로 전송되는 하드 디스크 드라이브의 헤드 이동 방법.
반응 질량체 및 헤드와 연결된 액츄에이터 아암과 연결된 트랜스듀서로부터 입력 신호를 전송하는 단계를 포함하는 하드 디스크 드라이브의 액츄에이터 아암의 가속 감지 방법.
제21항에 있어서,

상기 입력 신호는 보이스 코일 모터 신호와 함께 처리되는 하드 디스크 드라이브의 액츄에이터 아암의 가속 감지 방법.
제1합산 신호를 생성하도록 실제 신호와 원하는 신호를 합산하는 단계;

액츄에이터 아암 및 반응 질량체와 연결된 트랜스듀서로부터 가속 신호를 받는 단계;

제2합산 신호를 생성하도록 상기 제1합산 신호와 상기 가속 신호를 합산하는 단계를 포함하는 보이스 코일 모터용 신호를 생성하는 방법.
제23항에 있어서,

상기 제2합산 신호는 처리되고 보이스 코일로 전송되는 보이스 코일 모터용 신호를 생성하는 방법.