KR20090116642A - 하드 디스크 드라이브용 베어링 장치 - Google Patents

Abstract

액추에이터 아암 조립체를 단일 헤드의 하드 디스크 드라이브에 부착하는 저비용의 방법은 부품 비용을 절감한다. 액추에이터 아암 조립체는 금속으로부터 압인된 서스펜션 아암 및 감소된 질량 외부 슬리브에 의해서 수용된 피봇 베어링 카트리지를 포함한다.

하드 디스크 드라이브, 액추에이터 서스펜션 아암, 베어링 조립체, 베어링 카트리지, 외부 슬리브, 내부 스페이서 부재

Description

하드 디스크 드라이브용 베어링 장치{Bearing apparatus for a hard disk drive}

본 발명은 일반적으로 하드 디스크 드라이브(HDD)에 관한 것이며, 특히 하드 디스크 드라이브의 액추에이터 아암에 피봇 베어링을 설치하기 위한 개선된 디바이스에 관한 것이다.

과거 수년동안, 데이터 저장 방법들은 그 저장 용량에 의해서 점유된 물리적인 크기를 축소시키면서 저장 용량을 단계적으로 확대하는 경향을 추구했다. 더욱 강력한 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어의 도입은 디스크 드라이브에서 저렴하면서, 용량을 크게 하고 패키징을 더욱 소형화하기 위한 시장 압력의 증가에 기여하였다. 저장 디바이스 제조업자들은 기술적인 성능 및 신뢰성의 손상없이, 합리적으로 달성할 수 있는 임의의 가능한 점진적인 비용 절감을 달성하기 위하여 노력한다.

하드 디스크 드라이브를 위한 헤드 디스크 조립체는 회전 액추에이터 축을 형성하는 피봇 샤프트를 포함하는 회전식 액추에이터 장치를 사용한다. 하드 디스크 드라이브는 고도의 정밀도로 제조되는 디바이스이다. 부품들을 함께 유지하기 위한 여러 고정 방법들이 사용된다. 일반적으로, 스크류와 같은 고정자들을 사용 하여 결함이 있을 때 완성 제품을 서비스받을 수 있게 한다. 그러나, 예상되는 바와 같이, 산업계 내의 경향은 접착제를 사용하는 다른 고정 방법으로 유도되는 재작업보다는 결함 조립체들을 단순히 불합격처리하는 것이다. 이것은 아직 평가중인 접착제와 관련된 신규 세트의 처리 문제점을 발생시킨다. 기체 제거 및 하드 디스크 드라이브 내의 재료에 대한 장기간의 영향, 접착제의 접합 강도, 경화 시간 및 접착제의 피로도들이 수개의 상기 연관 문제들이다.

간략하게 말해서, 하드 디스크 드라이브를 위한 단일 헤드 디자인들은 통상적으로 감소된 다중헤드 디자인(de-populated multihead design)들이다. 도 1은 축(101) 주위로 회전하는 자기 하드 디스크들을 갖는 다중헤드 자기 디스크 드라이브(100)를 도시한다. 캐리지 디바이스(102)는 각 디스크의 트랙 상에 각각 자기 헤드 슬라이더(107)를 배치한다. 캐리지 디바이스는 피봇 액추에이터 조립체(104)를 구동시켜 회전시키기 위한, 예를 들어 보이스 코일 모터(voice coil motor)와 같은 주요 액추에이터 코일(105) 및 축(103) 주위에서 회전할 수 있는 피봇식 액추에이터 캐리지(104)를 포함한다. 캐리지(104)는 최상단 서스펜션 아암(106)으로 제시되는 하나 이상의 서스펜션 아암들을 포함한다.

단일 헤드 감소 디자인(single head de-populated design)들은 현재 적용에서 실행되는 하드 디스크 드라이브의 회전 베어링을 고정하기 위한 여러 방법들을 도시하는 도 2a 내지 도 2d에 예시되어 있다. 도 2a에 도시된 베어링(111)은 외부 베어링 슬리브 및 액추에이터 아암 사이의 강제 끼워맞춤에 의해서 또는 외부 베어링 슬리브(112) 및 액추에이터 아암(113) 사이의 접착제를 사용함으로써 고정된다. 도 2b에서, 한 세트의 스크류 고정자(114)는 액추에이터(115)의 측면에 배치되어서 스크류 고정자를 외부 베어링 슬리브(116)에 대해서 가압하는 것을 도시된다. 도 2c에 도시된 다른 방법은 외부 베어링 슬리브(118)의 상단부에 배치된 리세스 내의 보유링(117)을 예시한다. 베어링 슬리브(118)의 하단부는 큰 외경을 구비하여서, 외부 베어링 슬리브를 액추에이터 아암(119) 내에 고정하는 플랜지를 포함한다. 도 2d는 외부 베어링 슬리브(120)가 상단부의 리세스 홈 대신에 하단부에 플랜지를 구비하고, 나사형 부분이 나사형 너트 고정자(122)에 의해서 외부 베어링 슬리브를 액추에이터 아암(121)에 고정하기 위하여 제공된다는 점에서 도 2c와 유사한 다른 방법을 도시한다.

본 발명의 목적은 하드 디스크 드라이브의 제조를 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전체 제조 비용을 감소시키고 성능을 증가시키면서 저렴하고 적은 수의 부품들을 갖는 하드 디스크 드라이브를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 하드 디스크 드라이브의 전체 조립 동작을 단순화시키는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 제조 오차를 감소시켜서 드라이브의 신뢰성 및 견고성을 개선시키는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 드라이브 시스템에 질량을 추가하지 않음으로써 회전 디스크의 선택된 데이터 트랙에 대한 자기 헤드의 액세스 시간을 감소시키는 하드 디스크 드라이브를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 디스크 드라이브 안으로 이물질이 들어가지 않는 것이다. 가스 제거, 부식, 마모 또는 서스펜션의 이탈이 없는 것이다.

기하학적 형태 및 동력학적 디자인 원리의 신규 적용이 본 발명의 핵심이다. 부품들을 통합하면서 상기 원리들을 적용하면 조립 기능을 하면서 피봇식 액추에이터의 신뢰성을 개선한다. 디자인 원리들은 부품들의 조립에 대한 억제구성 및 충분히 자연적인 오차를 제공한다. 제조된 부품들은 응력없는 위치(zero stress location)에서 조립체로서 제조되어서 더욱 잘 작용하기에 용이하다.

본 발명의 상기 목적, 기타 목적, 형태 및 장점들은 하기 상세한 설명, 청구범위 및 첨부된 도면을 참조할 때 더욱 잘 이해할 수 있다.

본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브의 액추에이터 서스펜션 아암에 결합된 베어링 조립체는 금속으로부터 압입되고, 액추에이터의 회전축을 형성하는 나사형 보어 수단과 상면 및 저면을 구비하는 액추에이터 서스펜션 아암; 감소된 질량 외부 슬리브를 갖는 베어링 카트리지로서, 상기 외부 슬리브가 플랜지형 하부 부재를 갖는 상부 원통형 부재를 구비하고, 상기 원통형 부재가 상기 서스펜션 아암의 상기 나사형 보어 수단과 결합하도록 나사체결되는 베어링 카트리지를 포함하며, 상기 외부 슬리브는 내부 스페이서 부재를 구비한다.

본 발명은 액추에이터가 조립동작을 단순화시킴으로써 전체 제조 비용을 감소시키면서 작은 수의 부품수로 제조될 수 있게 한다. 또한, 본 발명은 드라이브의 신뢰성 및 견고성을 증가시키면서, 액추에이터 조립체의 오차를 감소시킨다. 자기 디스크 드라이브에 대한 부품들 및 조립체 비용은 드라이브 장치의 전체 비용의 상당한 부분을 차지한다.

하드 디스크 드라이브를 위한 헤드 디스크 조립체는 액추에이터의 회전축을 형성하는 피봇 샤프트를 포함하는 회전식 액추에이터 장치를 사용한다. 하드 디스 크 드라이브에서, 헤드 서스펜션 조립체는 디스크에 대한 정보를 판독하고 기록하는 것을 용이하게 하기 위하여, 자기 디스크에 대해서 헤드 슬라이더를 배치한다. 네트워크 서버에서 개인용 컴퓨터까지 그리고 데스크탑 워크스테이션에서 노트북 시스템까지의 스펙트럼을 가로지르는, 하드 디스크 드라이브에 배치된 용량 요구량은 이전보다 빠르게 증가하고 있다. 메가바이트(megabyte)당 낮은 비용이 바람직하므로, 디스크 및 헤드들을 추가하는 종래 방법은 점차 적당하지 않다. 대신에, 주요 기술적인 요구는 드라이브 신뢰성, 비용 및 사용 수명을 지속적으로 개선하는 것이다.

개선된 피봇 베어링 조립체(20)에 대해서 기술한다. 양호한 실시예의 절취 사시도를 도시하는 도 2a 및 도 2b에 있어서, 도 2a는 감소된 질량 외부 슬리브(23)를 갖는 피봇 베어링 카트리지(22) 및 서스펜션 아암(21)을 포함하는 피봇 베어링 조립체(20)의 전개 횡단면도를 도시한다. 본 발명은 피봇 베어링 카트리지(22)를 서스펜션 아암(21)에 부착하지 위한 여러개의 신규한 저비용 디자인의 개선 구성을 허용한다. 첫째, 서스펜션 아암은 알루미늄 또는 강철과 같은 금속으로 압인(stamp)되면서 그 주변부를 형성한다. 암나사(24)는 서스펜션 아암의 펀치형 보어에서 제조된다. 둘째, 정합되는 수나사(25)는 서스펜션 아암(21) 및 피봇 베어링 카트리지(22)가 해체가능하게 조립될 수 있도록, 슬리브(26)에 형성된다. 피봇 베어링 카트리지(22)는 이중 베어링(28a,28b) 사이에 공간을 유지하도록 내부에 형성된 내부 스페이서(27)를 구비하며, 상기 이중 베어링은 주로 각 베어링의 외부 레이스(race)에만 접촉한다. 종래의 암나사형 부싱(29)은 베어링(28a,28b)의 내부 레이스에 밀착되게 끼워지는 제 1 단부의 외부 샤프트 직경 및 하부 베어링(28b)의 내부 레이스를 지지하기 위한 숄더를 갖는 제 2 단부를 구비한다. 기술된 양호한 실시예는 외부 슬리브의 질량을 감소시키므로, 결과적으로 재료 비용이 낮아지고, 나사형 조립체는 그에 따라서 전체 부품 비용을 감소시켜서, 제조 공정을 단순화시키고 비용을 더욱 절감한다.

도 4, 도 5a 및 도 5b는 조립을 위하여 사용된 부품들의 수를 감소시킴으로써 조립 비용을 절감하기 위하여, 종래 부착 방법에 적용될 수 있는 본 발명의 다른 실시예들을 도시한다.

도 4는 플랜지면(33)이 서스펜션 아암(34)의 상면에 놓여지도록, 캐비티 보어(32)에 배치되는 외부 베어링 슬리브(31)의 전개 단면도를 도시한다. 종래의 보유링(34)은 공구(도시생략)에 의해서 구멍(35a,35b)을 가압함으로써 팽창되고 홈의 상단 에지가 서스펜션 아암의 저면과 연속되게 배치된 홈(36) 안으로 삽입되어서, 외부 베어링 슬리브를 서스펜션 아암(34)에 견고하게 고정한다.

도 5a 및 도 5b에 있어서, 도 5a는 외부 슬리브 표면 상에 형성된 수나사(42a)를 갖는 외부 베어링 슬리브(41)의 전개 단면도이다. 외부 베어링 슬리브(41)는 플랜지면(44)이 서스펜션 아암(45)의 상면에 놓여지도록, 캐비티 보어(43)에 배치된다. 나사(42b)와 결합하는 종래의 나사형 너트 고정자(46)는 배치되고, 선회되어서, 외부 베어링 슬리브(41)를 서스펜션 아암(45)에 고정하도록 조여진다. 도 5b는 단지 명확성을 위하여 도시된 도 5a를 역전한 도면이다.

요약하면, 하드 디스크 드라이브의 액추에이터 서스펜션 아암에 결합되는 베 어링 조립체는 액추에이터의 회전축을 형성하는 나사형 보어 수단과, 상면 및 저면을 구비한 금속으로 압입된 액추에이터 서스펜션 아암을 포함한다. 베어링 카트리지는 감소된 질량 외부 슬리브를 포함하고, 외부 슬리브는 플랜지형 하부 부재를 갖는 상부 원통형 부재를 구비하고, 상부 원통형 부재는 서스펜션 아암의 나사형 보어 수단과 결합하도록 나사결합된다. 감소된 질량 외부 슬리브는 종래의 이중 베어링들의 외부 레이스들을 분리시키기 위하여, 내부 스페이서 부재를 구비한다.

본 발명은 양호한 실시예에 대해서 특별히 도시하고 기술하였지만, 당기술에 숙련된 기술자는 본 발명의 정신 및 범주 내에서 형태 및 상세구성을 다양하게 변형시킬 수 있다는 것을 이해할 것이다.

도 1은 종래 기술의 통상적인 다중헤드 자기 드라이브 조립체의 사시도.

도 2a 내지 도 2d는 베어링을 액추에이터 아암에 부착하기 위한 여러 종래기술의 방법들을 도시한 도면.

도 3a는 본 발명의 외부 베어링 슬리브의 절취 상단 사시도.

도 3b는 본 발명의 외부 베어링 슬리브 조립체의 절취 상단 사시도.

도 4는 보유링을 사용하는 종래 조립체에 적용되는 본 발명의 외부 베어링 슬리브의 전개된 절취 상단 사시도.

도 5a는 너트 고정자를 사용하는 종래 기술에 적용되는 본 발명의 외부 베어링 슬리브의 전개 상면도.

도 5b는 도 5a에 도시된 외부 베어링 슬리브의 조립된 저면도.

Claims (27)

1. 하드 디스크 드라이브의 액추에이터 서스펜션 아암에 결합된 베어링 조립체로서,

   금속으로부터 압입되고, 액추에이터의 회전축을 형성하는 나사형 보어 수단 과 상면 및 저면을 구비하는 액추에이터 서스펜션 아암;

   감소된 질량 외부 슬리브를 갖는 베어링 카트리지로서, 상기 외부 슬리브가 플랜지형 하부 부재를 갖는 상부 원통형 부재를 구비하고, 상기 원통형 부재가 상기 서스펜션 아암의 상기 나사형 보어 수단과 결합하도록 나사체결되는 베어링 카트리지를 포함하며,

   상기 외부 슬리브는 내부 스페이서 부재를 구비하는, 베어링 조립체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 액추에이터 서스펜션 아암은 알루미늄 또는 강철로 구성되는 그룹에서 선택된 금속으로부터 압입되는, 베어링 조립체.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 외부 슬리브의 상기 하부 플랜지는 상기 외부 슬리브의 결합동안 상기 액추에이터 서스펜션 아암에 대한 제한 정지부인, 베어링 조립체.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 내부 스페이서 부재는 종래의 이중 베어링의 외부 레이스들을 분리시키는, 베어링 조립체.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 액추에이터의 회전축을 형성하는 종래의 피봇 샤프트를 수용하기 위하여, 종래의 내부 부싱이 사용되는, 베어링 조립체.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 종래의 피봇 샤프트는 상기 베어링 조립체를 상기 피봇 샤프트에 고정하기 위한 수단을 사용가능하게 하는, 베어링 조립체.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 조립체는 저비용 입력 레벨의 하드 디스크 드라이브를 위한 저비용 구조를 가능하게 하는, 베어링 조립체.
8. 하드 디스크 드라이브의 액추에이터 서스펜션 아암에 결합된 베어링 조립체로서,

   금속으로부터 압입되고, 액추에이터의 회전축을 형성하는 보어 수단 및 저면으로부터 분리된 상면을 구비하는 액추에이터 서스펜션 아암;

   감소된 질량 외부 슬리브를 갖는 베어링 카트리지로서, 상기 외부 슬리브가 상부 플랜지형 단부 및 하부 원통형 단부를 구비하고, 상기 하부 원통형 단부가 그 직경에 형성된 홈을 구비하고, 상기 하부 원통형 단부가 상기 보어 수단에 슬라이드식으로 결합되고, 그후에 상기 상부 플랜지 단부가 상기 액추에이터 서스펜션 아암의 상기 상면에 놓여지는 베어링 카트리지;

   상기 베어링을 내부에서 상기 액추에이터 서스펜션 아암에 고정하는 상기 홈 안에 삽입되는 보유링을 포함하고,

   상기 외부 슬리브는 내부 스페이서 부재를 구비하는, 베어링 조립체.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 액추에이터 서스펜션 아암은 알루미늄 또는 강철로 구성되는 그룹에서 선택된 금속으로부터 압입되는, 베어링 조립체.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 외부 슬리브의 상기 상부 플랜지는 상기 외부 슬리브의 결합 후에 상기 액추에이터 서스펜션 아암의 상기 상면에 대한 제한 정지부인, 베어링 조립체.
11. 제 8 항에 있어서,

    상기 내부 스페이서 부재는 종래의 이중 베어링의 외부 레이스들을 분리시키는, 베어링 조립체.
12. 제 8 항에 있어서,

    상기 액추에이터의 회전축을 형성하는 종래의 피봇 샤프트를 수용하기 위하여, 종래의 내부 부싱이 사용되는, 베어링 조립체.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 종래의 피봇 샤프트는 상기 베어링 조립체를 상기 피봇 샤프트에 고정하기 위한 수단을 사용가능하게 하는, 베어링 조립체.
14. 제 12 항에 있어서,

    상기 조립체는 저비용 입력 레벨의 하드 디스크 드라이브를 위한 저비용 구조를 가능하게 하는, 베어링 조립체.
15. 하드 디스크 드라이브의 액추에이터 서스펜션 아암에 결합된 베어링 조립체로서,

    금속으로부터 압입되고, 액추에이터의 회전축을 형성하는 보어 수단 및 저면으로부터 분리된 상면을 구비하는 액추에이터 서스펜션 아암;

    감소된 질량 외부 슬리브를 갖는 베어링 카트리지로서, 상기 외부 슬리브가 상부 플랜지형 단부 및 하부 원통형 단부를 구비하고, 상기 하부 원통형 단부가 그 직경에 형성된 나사부를 구비하고, 상기 하부 원통형 단부가 상기 보어 수단에 슬 라이드식으로 결합되고, 그후에 상기 상부 플랜지 단부가 상기 액추에이터 서스펜션 아암의 상기 상면에 놓여지는 베어링 카트리지;

    상기 감소된 질량 외부 슬리브를 상기 액추에이터 서스펜션 아암에 고정하는 종래의 너트 고정자를 포함하며,

    상기 외부 슬리브는 내부 스페이서 부재를 구비하는, 베어링 조립체.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 액추에이터 서스펜션 아암은 알루미늄 또는 강철로 구성되는 그룹에서 선택된 금속으로부터 압입되는, 베어링 조립체.
17. 제 15 항에 있어서,

    상기 외부 슬리브의 상기 상부 플랜지는 상기 외부 슬리브의 결합 후에 상기 액추에이터 서스펜션 아암의 상기 상면에 대한 제한 정지부인, 베어링 조립체.
18. 제 15 항에 있어서,

    상기 내부 스페이서 부재는 종래의 이중 베어링의 외부 레이스들을 분리시키는, 베어링 조립체.
19. 제 15 항에 있어서,

    상기 액추에이터의 회전축을 형성하는 종래의 피봇 샤프트를 수용하기 위하 여, 종래의 내부 부싱이 사용되는, 베어링 조립체.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 종래의 피봇 샤프트는 상기 베어링 조립체를 상기 피봇 샤프트에 고정하기 위한 수단을 사용가능하게 하는, 베어링 조립체.
21. 제 15 항에 있어서,

    상기 조립체는 저비용 입력 레벨의 하드 디스크 드라이브를 위한 저비용 구조를 가능하게 하는, 베어링 조립체.
22. 베어링을 단일 헤드의 하드 디스크 드라이브에 부착하는 부착 방법으로서,

    금속으로부터 압입되고, 액추에이터의 회전축을 형성하는 나사형 보어 수단 과 상면 및 저면을 구비하는 액추에이터 서스펜션 아암을 제공하는 단계;

    감소된 질량 외부 슬리브를 갖는 베어링 카트리지로서, 상기 외부 슬리브가 플랜지형 하부 부재를 갖는 상부 원통형 부재를 구비하고, 상기 원통형 부재가 상기 서스펜션 아암의 상기 나사형 보어 수단과 결합하도록 나사체결되는 베어링 카트리지를 제공하는 단계를 포함하며,

    상기 외부 슬리브는 내부 스페이서 부재를 구비하는, 부착 방법.
23. 제 22 항에 있어서,

    상기 액추에이터 서스펜션 아암은 알루미늄 또는 강철로 구성되는 그룹에서 선택된 금속으로부터 압입되는, 부착 방법.
24. 제 22 항에 있어서,

    상기 외부 슬리브의 상기 상부 플랜지는 상기 외부 슬리브의 결합 후에 상기 액추에이터 서스펜션 아암의 상기 상면에 대한 제한 정지부인, 부착 방법.
25. 제 22 항에 있어서,

    상기 내부 스페이서 부재는 종래의 이중 베어링의 외부 레이스들을 분리시키는, 부착 방법.
26. 제 22 항에 있어서,

    상기 액추에이터의 회전축을 형성하는 종래의 피봇 샤프트를 수용하기 위하여, 종래의 내부 부싱이 제공되는, 부착 방법.
27. 제 22 항에 있어서,

    상기 조립체는 저비용 입력 레벨의 하드 디스크 드라이브를 위한 저비용 구조를 가능하게 하는, 부착 방법.

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