KR100430063B1

KR100430063B1 - 정보저장기기용 미세구동기

Info

Publication number: KR100430063B1
Application number: KR10-2001-0065499A
Authority: KR
Inventors: 권대갑; 심종엽; 정재화
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2004-05-03
Anticipated expiration: 2021-10-23
Also published as: KR20030033499A

Abstract

본 발명은 정보저장기기용 미세구동기에 관한 것으로, 양측에 배치된 압전소자의 팽창 수축력을 이용하여, 힌지메카니즘 플레이트측 힌지를 통해 서스펜션의 움직임을 구동시키고, 압전소자는 작은 입력전압으로 움직임이 큰 변위를 얻을 수 있도록 복수개로 적층된 구조를 갖는다.

Description

정보저장기기용 미세구동기{Fine actuator for data storage device}

본 발명은 하드디스크와 같은 정보저장기기에 사용되는 구동기에 관한 것으로, 특히 보이스 코일 모터(VCM: Voice Coil Motor)가 가지는 저장용량의 한계를 극복하도록 압전소자를 이용하여 읽고 쓰는(R/W) 장치를 트랙방향으로의 정밀 제어 이동을 가능하도록 한 정보저장기기용 미세구동기에 관한 것이다.

컴퓨터나 디지털 사진기 등에 쓰이는 보조기억 장치의 용량은 계속 커지고 있는 추세이다. 현재, 이러한 보조기억장치들은 대부분 디스크에 자장이나 광자기 또는 최근에는 실 렌즈(SIL Lens)를 이용 근접장에서 광학적인 방법을 사용한다.

이러한 디스크 저장기기에는 일반적으로 디스크의 기록을 읽고 쓰는 장치(R/W장치)를 갖고 디스크 표면위에 부상하는 슬라이더(slider)와 이것을 지지하는 서스펜션(Suspension; 완충부재), 그리고 슬라이더와 서스펜션을 모두 매달고 회전운동을 하는 이-블록(E-Block)으로 이루어진다. 여기에서 회전운동을 일으키는 방법으로 VCM(Voice Coil Motor)을 이용한다.

그러나 최근에 저장용량이 점점 커짐에 따라 VCM만으로는 앞으로의 저장용량을 구현할 수 없다. 저장용량이 커지려면 슬라이더에 높인 R/W장치를 보다 정밀하고 높은 주파수대역에서 제어할 수 있어야하지만, VCM만으로는 이러한 한계가 나타나고 있다. 따라서, 제어의 정밀도와 주파수 대역을 높이기 위한 대안이 필요하다.

따라서 본 발명은 보조기억장치의 메카니즘에서 VCM의 한계를 극복하기 위하여 VCM도 조동구동기로 사용하고 이-블록과 서스펜션사이에 또 다른 구동기를 부착하는 이중서보 방식을 채택한다.

또한, 압전소자에 인가하는 전압을 낮추고 동시에 같은 주파스대역과 구동범위를 가지는 적층형 압전소자를 적용한다. 이러한 압전소자를 한쌍을 사용하므로써 서스펜션에 회전운동을 가하여 R/W장치를 디스크의 트랙방향으로 정밀제어한다.

이러한 운동을 정밀하게 운동시키기 위하여 압전소자의 수축, 팽창을 순수한 회전운동으로 바꾸어주고 운동을 안내하는 안내자인 힌지메카니즘을 사용하게 된다. 이러한 이중서보방식을 채택하여 VCM의 한계를 극복하고 보조기억장치의 용량한계를 극복함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

디스크의 기록을 읽고 쓰는 장치를 갖고 디스크 표면위에 부상하는 슬라이더 (11)와, 상기 슬라이더(11)를 지지하는 서스펜션(12)과, 상기 슬라이더(11)와 서스펜션(12)을 모두 매달고 회전운동을 하는 이-블록(13)을 포함한 하드디스크 드라이브에 있어서,

상기 서스펜션(12)에 연결되는 서스펜션 연결부(21)와;

상기 서스펜션 연결부(21)의 일단측으로 중앙에 구비된 회전중심측 힌지(22)와;

상기 회전중심측 힌지(22)에 연장되고 상기 이-블록(13)에 연결되는 이-블록 연결부(23)와;

상기 회전중심측 힌지(22)의 양측으로 상기 서스펜션 연결부(21)에 구비된 압전소자측 힌지(24,26)를 포함하는 힌지메카니즘 플레이트(20)를 구비하고,

상기 힌지메카니즘 플레이트(20)에는, 일단이 상기 이-블록 연결부(23)에 연결되고 타단이 상기 압전소자측 힌지(24,26)측에 각기 연결되어 구동전압을 인가받을 경우 상기 슬라이더(11)를 디스크의 트랙방향으로 움직임을 유도하도록 양쪽에 배치된 한쌍의 압전소자 어셈블리(30,31)를 포함한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정보저장기기용 미세구동기의 개념설명도.

도 2a는 본 발명의 실시예에 적용되는 힌지메카니즘 플레이트의 사시도.

도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 정보저장기기용 미세구동기의 정면도.

도 3a, 3b는 도 2b에서 압전소자 어셈블리의 적층된 다양한 전극 배치구조를 나타낸 도면.

도 4는 정보저장기기용 미세구동기의 작동에 따른 힌지를 포함한 응력 분포도를 모의 실험한 결과도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 힌지메카니즘 플레이트 21 : 서스펜션 연결부

22 : 회전중심측 힌지 23 : 이-블록 연결부

24, 26 : 압전소자측 힌지 25,27 : 제1평탄부

28,29 : 제2평탄부 30,31 : 압전소자 어셈블리

30a,30b,31a,31b : 압전소자

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정보저장기기용 미세구동기의 개념설명도이고, 도 2a는 본 발명의 실시예에 적용되는 힌지메카니즘 플레이트의 사시도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 정보저장기기용 미세구동기의 정면도이고, 도 3a, 3b는 도 2b에서 압전소자 어셈블리의 적층된 다양한 전극 배치구조를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 2b에서 도면부호 20은 힌지메카니즘 플레이트이다.

상기 힌지메카니즘 플레이트(20)는, 도 1과 같이 상기 서스펜션(12)에 연결되는 서스펜션 연결부(21)와, 상기 서스펜션 연결부(21)의 하단측 중앙에 구비된 회전중심측 힌지(22)와, 상기 회전중심측 힌지(22)에 연장되고 이-블록(13)에 연결되는 이-블록 연결부(23)와, 상기 회전중심측 힌지(22)의 양측으로 상기 서스펜션 연결부(21)에 구비된 압전소자측 힌지(24,26)를 포함하고 있다.

여기서 상기 서스펜션(12)은 디스크의 기록을 읽고 쓰는 장치를 갖고 디스크 표면위에 부상하는 슬라이더와(11)를 지지하는 부분이고, 이-블록(13)은 상기 슬라이더(11)와 서스펜션(12)을 모두 매달고 회전운동을 하는 부분을 가리킨다.

본 실시예에서 힌지메카니즘 플레이트(20)는 수지재로 제작되어 있고, 상기 힌지(22,24,26)는 필름피봇을 이루고 있다.

상기 힌지메카니즘 플레이트(20)에는, 일단이 상기 이-블록 연결부(23)에 연결되고 타단이 상기 압전소자측 힌지(24,26)측에 각기 연결되어 구동전압을 인가받을 경우 상기 슬라이더(11)를 디스크(1)의 트랙방향으로 움직임을 유도하도록 양쪽에 배치된 한쌍의 압전소자 어셈블리(30,31)를 포함하고 있다.

상기 한쌍의 압전소자 어셈블리(30,31)는 상기 압전소자측 힌지(24,26)측에 단차를 갖고 연장된 평탄한 제1평탄부(25,27)와, 상기 이-블록 연결부(23)에 단차를 갖고 평탄한 제2평탄부(28,29)에 동시에 장착되어 있다.

상기 한쌍의 압전소자 어셈블리(30,31)는 도 3a,3b와 같이 +,-극성 (Polarization)의 방향이 반대인 압전소자(30a,30b)(31a,31b)를 복수개로 적층된 구조를 갖고, 또 어느 한쪽의 압전소자 어셈블리(30)가 팽창하면 다른쪽 압전소자 어셈블리(31)가 수축하고 반대로 어느 한쪽의 압전소자 어셈블리(30)가 수축하면 다른쪽 압전소자 어셈블리(31)가 팽창하도록 전압에 배선되어 있다.

압전소자(30a,30b)(31a,31b)를 적층하는 이유는 같은 크기와 재료의 경우 같은 기계적 강성을 가지고 단위 전압당 변위(m/V)의 값이 적층하는 배수만큼 커지게 되는 효과를 가지기 때문이다. 즉, 구동전압을 작게하고 움직일 수 있는 변위의 양을 크게 할 수 있기 때문이다.

이때 배선도에서 전기적 입력전압은 적층을 하는 개수에 관계없이 한 개 또는 두 개가 될 수 있다. 도 3a는 입력전압(V)이 한 개이고, 도 3b는 입력전압(V)(-V)이 2개의 경우를 나타낸다.

도 3a의 경우 극성(Polarization)방향이 한쪽이 +--+의 순으로 적층되어 있고, 다른 한쪽이 그 반대방향인 -++-적층된 상태에서 한 개의 입력전압(V)에 연결된 상태이다.

도 3b의 경우 극성(Polarization)방향이 양쪽 모두 -++-의 순으로 적층되어 있고, 두 개의 입력전압(V)(-V)에 연결된 상태이다.

여기서 상기 압전소자 어셈블리(30,31)와 힌지메카니즘 플레이트(20) 표면과의 연결은 전기적으로 도통이 가능하도록 힌지메카니즘 플레이트(20)의 표면에는 전도성 수지재로 도전 처리함이 바람직하다.

따라서 상기 압전소자 어셈블리(30,31)의 +,-의 극성에 도 3a,3b와 같이 구동전압(V)(-V)을 인가시키면 길이방향으로 전압에 비례하여 어느 한쪽이 팽창하면 다른 한쪽은 수축을 하게 된다.

이같이 압전소자 어셈블리(30,31)가 팽창과 수축을 행하게 되면, 도 1과 같이 힌지메카니즘 플레이트(20)측 압전소자측 힌지(24,26)의 움직임이 증폭되어서 서스펜션(12)의 최종단에 연결된 슬라이더(11)가 트랙방향으로 움직임이 유도된다.

이때 서스펜션 연결부(21)의 회전중심은 중앙에 구비된 회전중심측 힌지(22)가 된다. 이러한 정보저장기기용 미세구동기의 작동에 따른 힌지를 포함한 응력 분포도를 모의 실험한 결과도가 도 4에 나타나 있다.

이같이 동작하는 본 발명의 미세구동기는 높은 주파수 대역과 높은 분해능(정밀도)을 가지는 압전소자(30,31)가 채택되고, 동시에 압전소자(30,31)에 인가되는 전압을 낮추고 동시에 같은 주파수 대역과 구동범위을 가지는 적층형으로 구성함으로서 슬라이더(11)를 트랙방향으로 정밀 제어할 수 있다.

한편 본 발명은, 상기 서스펜션(12)과 힌지메카니즘 플레이트(20)를 일체로 제작할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 이-블록(13)과 힌지메카니즘 플레이트(20)를 일체로 제작할 수도 있으며, 나아가 상기 이-블록(13)과 힌지메카니즘 플레이트(20) 및 서스펜션(12)을 일체로 제작할 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 정보저장기기용 미세구동기에 따르면, 슬라이더에 장착되는 R/W장치를 디스크의 트랙방향으로 정밀 제어할 수 있다. 따라서 VCM의 한계를 극복하고 보조기억장치의 용량을 한층 높일 수 있다.

Claims

디스크의 기록을 읽고 쓰는 장치를 갖고 디스크 표면위에 부상하는 슬라이더(11)와, 상기 슬라이더(11)를 지지하는 서스펜션(12)과, 상기 슬라이더(11)와 서스펜션(12)을 모두 매달고 회전운동하는 이-블록(13)을 포함한 하드디스크 드라이브에 있어서,

상기 서스펜션(12)에 일단측이 연결되는 서스펜션 연결부(21)와;

상기 서스펜션 연결부(21)의 타단측으로 중앙에 구비된 회전중심측 힌지(22)와;

상기 회전중심측 힌지(22)에 연장되고 상기 이-블록(13)에 연결되는 이-블록 연결부(23)와;

상기 회전중심측 힌지(22)의 양측으로 상기 서스펜션 연결부(21)에 구비된 압전소자측 힌지(24,26)를 포함하는 힌지메카니즘 플레이트(20)를 구비하고,

상기 힌지메카니즘 플레이트(20)에는, 일단이 상기 이-블록 연결부(23)에 연결되고 타단이 상기 압전소자측 힌지(24,26)측에 각기 연결되고, 구동전압에 따라 수축과 팽창을 하여 상기 압전소자측 힌지(24,26)가 회전중심측 힌지(22)를 중심으로 서스펜션(12)과 일체로 회전운동이 일어나서 서스펜션(12)의 끝단부에 연결된 슬라이더(11)를 디스크의 트랙방향으로 움직임을 유도하도록 양쪽에 배치된 한쌍의 압전소자 어셈블리(30,31)를 포함한 것을 특징으로 하는 정보저장기기용 미세구동기.
제 1항에 있어서,

상기 한쌍의 압전소자 어셈블리(30,31)는 각기 압전소자(30a,30b)(31a,31b)가 복수개로 적층된 구조를 갖고, 또 어느 한쪽의 압전소자 어셈블리(30)가 팽창하면 다른쪽 압전소자 어셈블리(31)가 수축하고 반대로 어느 한쪽의 압전소자 어셈블리(30)가 수축하면 다른쪽 압전소자 어셈블리(31)가 팽창하도록 전압에 배선된 것을 특징으로 하는 정보저장기기용 미세구동기.
제 1항에 있어서,

상기 한쌍의 압전소자 어셈블리(30,31)는 상기 압전소자측 힌지(24,26)측에 단차를 갖고 연장된 평탄한 제1평탄부(25,27)와, 상기 이-블록 연결부(23)에 단차를 갖고 평탄한 제2평탄부(28,29)에 동시에 장착된 것을 특징으로 하는 정보저장기기용 미세구동기.
제 1항에 있어서,

상기 힌지메카니즘 플레이트(20)는 수지재로 표면에 도전막을 갖고 상기 압전소자(30a,30b)(31a,31b)와 전기적으로 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 정보저장기기용 미세구동기.
제 1항에 있어서,

상기 서스펜션(12)과 힌지메카니즘 플레이트(20)가 일체로 제작된 것을 특징으로 하는 정보저장기기용 미세구동기.
제 1항에 있어서,

상기 이-블록(13)과 힌지메카니즘 플레이트(20)가 일체로 제작된 것을 특징으로 하는 정보저장기기용 미세구동기.
제 1항에 있어서,

상기 이-블록(13)과 힌지메카니즘 플레이트(20) 및 서스펜션(12)이 일체로 제작된 것을 특징으로 하는 정보저장기기용 미세구동기.