KR100265942B1 - 정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치 - Google Patents

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Abstract

압전 액츄에이터를 이용하여 근접촉 방식 또는 접촉 방식에 의하여 기록 및 판독용 헤드가 데이터를 자기 디스크에 기록하거나 디스크로부터 판독하는 디스크 드라이브용 기록 및 판독 장치에 있어서, 적어도 하나의 지지 부재에는 다수의 제1 압전 액츄에이터가 고정되며 지지 부재는 제2 압전 액츄에이터에 장착되고, 제1 압전 액츄에이터의 자유단에는 기록 및 판독용 헤드가 각기 장착되며, 제1 압전 액츄에이터의 압전 박막의 양측에는 제1 전극 및 제2 전극이 형성되어, 전기 신호에 따라 전압이 인가되면 제1 압전 액츄에이터는 좌우 방향으로 소정량만큼 벤딩 변형되고, 해당 기록 및 판독용 헤드는 원하는 데이터 트랙 위로 이동하여, 지지 부재는 제1 압전 액츄에이터와 직교하는 방향으로 형성된 제2 압전 액츄에이터에 장착되어 전기 신호에 따라 전압이 인가되면 소정량만큼 벤딩 변형하여 기록 및 판독용 헤드는 디스크의 경계면을 향하여 이동하여 디스크의 경계면과 근접촉 또는 접촉하는 상태에서 기록 및 판독을 행함으로써, 디스크의 데이터 기록 밀도가 향상되고 디스크의 마찰 및 마모가 최소화되며 데이터 액세스 시간이 단축된다.

Description

정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치
본 발명은 정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 압전 액츄에이터를 이용하여 근접촉 방식 또는 접촉 방식에 의하여 다수의 헤드가 디지털 데이터를 자기 디스크에 기록하거나 디스크로부터 판독함으로써 디스크의 데이터 기록 밀도를 향상시키고 디스크의 마찰 및 마모를 최소화하며 데이터 액세스 시간을 단축할 수 있는 정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치에 관한 것이다.
최근 수십년 동안, 컴퓨터 시스템에 있어서 자기 디스크를 이용하여 디지털 데이터를 저장하거나 판독하기 위한 기술면에서 현저한 발전이 있어 왔다. 이러한 자기 디스크 기록 및 판독 기술은, 일반적으로 헤드 슬라이더에 장착되는 기록 및 판독용 헤드를 자기 디스크 상의 데이터 트랙에 액세스시켜 기록 및 판독용 헤드와 데이터 트랙의 해당 섹터 사이의 자기 작용에 의하여 디지털 데이터를 기록하거나 판독한다.
도 1과 도 2는 일반적인 디스크 드라이브용 기록 및 판독 장치를 개략적으로 보여준다. 상기 기록 및 판독 장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기록 및 판독용 헤드(20), 기록 및 판독용 헤드(20)가 장착되는 헤드 슬라이더(30), 그리고 헤드 슬라이더(30)를 회전시키는 로터리 액츄에이터(40)를 구비한다.
기록 및 판독용 헤드(20)는 자기 디스크(10)와 대향하는 갭을 갖는 작은 전자석으로 구성되어 있으며, 장치의 작동 시에 자기 디스크(10)가 일정한 속도로 회전할 때 서스펜션 아암(50)이 선회 축에 대하여 선회하여 기록 및 판독용 헤드(20)가 자기 디스크(10) 위에서 자기 디스크(10)와 기록 및 판독용 헤드(20) 사이에 소정의 간격, 즉 소정의 비행 높이(flying height)를 유지하면서 이동함으로써 자기 디스크(10) 상의 데이터 트랙에 액세스된다.
자기 디스크(10)가 회전할 때 기록 및 판독용 헤드(20)를 자기 디스크(10) 위에서 소정의 비행 높이로 이동시키기 위하여, 기록 및 판독용 헤드(20)는 에어 베어링 방식의 헤드 슬라이더(30)에 장착된다. 에어 베어링 헤드 슬라이더(30)는 로터리 액츄에이터(40)에 장착되는 서스펜션 아암(50)에 고정되며, 그 전방 하측 엣지는 절단되어 경사면을 이룬다. 자기 디스크(10)의 회전하면, 헤드 슬라이더(30)는 자기 디스크(10)의 회전에 의하여 발생된 공기 유동에 의하여 야기되는 공기 역학적 상승력(lift force)을 받게 됨으로써 디스크의 표면 위에서 소정 높이로 비행하게 된다. 서스펜션 아암(50)은 헤드 슬라이더(30)가 공기 유동에 의하여 상승력을 받을 때 회전하는 자기 디스크(10)와 헤드 슬라이더(30) 사이를 소정의 간격으로 유지시키기 위하여 적절한 탄성 메카니즘을 구비한다.
헤드 슬라이더(30)의 비행 높이는 상술한 공기 역학적 상승력과 서스펜션 아암(50)에 의하여 주어지는 초기 정하중(initial static load)에 의하여 결정된다. 자기학의 관점에서 볼 때, 기록 및 판독용 헤드(20)와 자기 디스크(10) 사이의 거리가 근접할수록 높은 신호 분해능(signal resolution) 및 기록 밀도를 달성되므로 기록 및 판독용 헤드(20)는 자기 디스크(10)에 최대한 근접한 위치에서 비행할 필요가 있다.
1950년대에 설계된 최초의 디스크 드라이브에서는 기록 및 판독용 헤드가 압축 에어 베어링에 의하여 지지되었으며 헤드 슬라이더와 디스크 사이의 간격은 25㎛ 이상이었으나, 고기록 밀도 및 에어 베어링 이론에 대한 기술의 발전으로 인하여 압축 에어 베어링은 자동식 에어 베어링(self-acting air bearing)으로 대체되어 헤드 슬라이더와 디스크 경계면 사이의 간격이 계속하여 감소하여 왔다.
디스크 드라이브 기술 분야에 있어서의 또 다른 획기적인 발전은 소위 "윈체스터 기술(Winchester technology)로 잘 알려진 "접촉식 개시/정지 기술(contact start-stop technology : CSS technology)"에 의하여 이루어졌다. 이 방법에 의하면, 경하중의 헤드 슬라이더가 기록 및 판독용 헤드에 대항하여 스프링 로딩(spring loading)되며 디스크가 스핀 업(spin-up)되는 동안에 에어 베어링의 기능이 수행된다. 즉, 자기 디스크와 헤드 슬라이더가 서로 접촉하는 상태에서 디스크 드라이브의 작동이 개시 및 정지된다.
그러나, 윈체스터 기술에 의하면, 디스크 드라이브의 수명 동안에 자기 디스크의 경계면이 최소한 수천 회의 개시/정지 사이클을 견뎌 내어야 하므로, 슬라이더와 자기 디스크의 마찰 및 마모가 문제점으로 대두되어 왔다. 또한, 디스크 드라이브가 작동하지 않는 동안에 헤드 슬라이더가 자기 디스크에 고착되는 것을 방지하기 위하여 자기 디스크의 경계면은 충분한 거칠기를 가질 필요가 있다.
한편, 디스크 드라이브의 개시/정지 작동 중에 헤드 슬라이더가 자기 디스크와 접촉하지 않도록 하기 위하여 램프 메카니즘(ramp mechanism)을 이용하는 디스크 드라이브용 로딩 장치가 개발되어 사용되고 있다. 이러한 램프 메카니즘을 이용하는 디스크 드라이브용 로딩 장치에 있어서는 디스크 드라이브가 작동하지 않는 동안에는 램프 메카니즘이 서스펜션 아암의 일부를 지지한다.
"진동하는 램프를 구비하는 기록 및 판독용 헤드 로딩/언로딩 메카니즘"이라는 명칭으로 카지타니(Kiroshi Kajitani)에게 1995년 2월 28일자로 특허 허여된 미합중국 특허 제5,394,281호는 램프 메카니즘에 압전 요소(piezoelectric element)가 제공되는 진동 메카니즘으로 구성된 디스크 드라이브의 서스펜션 메카니즘을 개시한다.
카지타니의 장치에 의하면, 디스크 드라이브의 비작동시에는 램프 메카니즘의 일부를 이루는 압전 요소에 의하여 서스펜션 아암이 지지되어 헤드 슬라이더가 자기 디스크의 상부면과 소정 간격을 유지한다. 한편, 로딩 작동이 개시되면 정현파를 이루는 고주파 전압이 압전 요소에 가해져 압전 요소를 미세하게 진동시킨다. 상술한 카지타니의 장치에 따르면, 로딩이 개시될 때 헤드 슬라이더의 지지부와 램프 메카니즘에 작용하는 정마찰력(static frictional force)이 동마찰력(dynamic frictional force)으로 대체되어 마찰이 감소된다.
그러나, 상술한 디스크 드라이브용 기록 및 판독 장치에 있어서는, 하나의 기록 및 판독용 헤드에 의하여 해당 데이터 트랙의 해당 데이터 섹터로부터 자기 신호를 판독하거나 기록하므로 기록 및 판독용 헤드가 원하는 데이터 트랙에 액세스하는 시간이 오래 걸린다. 그 결과, 액세스 시간을 감소시키기 위하여 로터리 액츄에이터에 의하여 슬라이더가 보다 신속하게 이동될 필요가 있으나, 서스펜션 메카니즘 및 슬라이더의 관성력 등으로 인하여 신속하면서도 정확하게 기록 및 판독용 헤드의 위치를 제어하는데는 어느 정도 한계가 있다.
또한, 작동 중 또는 정지 중에 기록 및 판독용 헤드와 자기 디스크와의 간격을 조절하여 마찰, 마모 및 고착 문제를 해결하려는 여러 노력이 상술한 윈체스터식 디스크 드라이브나 카지타니의 장치 등에서 있어 왔으나 한편으로 장치의 구조를 지나치게 복잡화시켜 제조 비용을 증가시킨다.
따라서, 본 발명의 일 목적은 압전 액츄에이터에 장착되는 다수의 기록 및 판독용 헤드를 이용하여 데이터 액세스 시간을 단축할 수 있는 디스크 드라이브용 기록 및 판독 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 근접촉 방식 또는 접촉 방식에 의하여 기록 및 판독용 헤드가 디지털 데이터를 자기 디스크에 기록하거나 자기 디스크로부터 판독함으로써 데이터 기록 밀도를 향상시키고 자기 디스크의 마찰 및 마모를 최소화할 수 있는 정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 디스크 드라이브용 기록 및 판독 장치를 보여주는 평면도이다.
도 2는 도1의 디스크 드라이브용 기록 및 판독 장치를 설명하기 위한 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 디스크 드라이브용 기록 및 판독 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기록 및 판독 장치에 사용되는 제1 압전 액츄에이터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지 부재가 장착되는 제2 압전 액츄에이터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 드라이브용 기록 및 판독 장치가 3 개의 압전 액츄에이터 지지 부재를 이용하는 경우를 보여주는 개략도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스크 드라이브용 기록 및 판독 장치에 사용되는 압전 액츄에이터의 일례를 설명하기 위한 사시도 및 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
110 : 디스크 120 : 기록 및 판독용 헤드
130 : 제1 압전 액츄에이터 132 : 압전 박막
134 : 제1 전극 136 : 제2 전극
138 : 제3 전극 140 : 제4 전극
150 : 지지 부재 160 : 제2 압전 액츄에이터
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 디스크 드라이브용 기록 및 판독 장치는, ⅰ) 압전 박막(132), 및 ⅱ) 상기 압전 박막(132) 중 디스크(110)의 면과 직교하는 방향의 양측면에 형성된 제1 전극(134) 및 제2 전극(136)을 구비하며, 상기 디스크(110)가 회전하는 동안 전기 신호에 따라 상기 제1 전극(134)과 상기 제2 전극(136) 사이에 전압이 인가되어 상기 압전 박막(132)이 상기 디스크(110)의 면과 수평방향으로 벤딩 변형으로 일으킴으로써 벤딩 변형되는 복수 개의 제1 압전 액츄에이터(130), 상기 복수 개의 제1 압전 액츄에이터(130)의 자유단에 각각 장착되고, 전기 신호에 따라 벤딩 변형을 일으키는 상기 제1 압전 액츄에이터(130)의 벤딩량에 따라 실제적으로 상기 디스크(110)의 반경방향을 이동되어 상기 디스크(110) 반경 방향의 소정 폭에 위치하는 트랙과 연관되어 기록 및 판독을 수행하며, 디스크(110)가 회전하는 동안 대응하는 데이터 섹터와의 자기 작용에 의하여 데이터를 기록하거나 판독하기 위한 기록 및 판독용 헤드(120), 상기 복수 개의 제1 전압 액츄에이터(130)의 고정단이 소정의 거리로 이격되어 각각 형성된 적어도 하나의 지지 부재(150), 그리고 상기 제1 압전 액츄에이터(130)에 장착된 상기 기록 및 판독용 헤드(120)가 상기 디스크(110)의 면과 직교하는 방향으로 이동하고, 기록 및 판독 후에는 상기 기록 및 판독용 헤드(120)가 다시 원위치로 이동되도록 하기 위하여 상기 제1 압전 액츄에이터(130)에 대하여 직교하는 방향으로 상기 지지 부재(150)가 장착되며, 인가되는 전압에 의하여 상기 지지부재(150)가 상기 디스크(110)의 면과 직교하는 방향으로 이동되도록 벤딩변형되는 적어도 하나의 제2 압전 액츄에이터(160)를 포함한다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 디스크 드라이브용 기록 및 판독 장치는, ⅰ) 압전박막(132), ⅱ) 상기 압전 박막(132)중 디스크(110)의 면과 직교하는 방향의 양측면에 형성된 제1 전극(134) 및 제2 전극(136) 및 ⅲ) 상기 압전 박막(132) 중 상기 디스크(110)의 면과 수평하는 방향의 양측면에 형성된 제3 전극(138) 및 제4 전극(140)을 구비하며, 상기 디스크(110)가 회전하는 동안 전기 신호에 따라 상기 제1 전극(134)과 상기 제2 전극(136) 사이에 전압이 인가되어 상기 압전 박막(132)이 상기 디스크(110)의 면과 수평방향으로 벤딩 변형되며, 기록 및 판독 시에는 전기 신호에 따라 상기 제3 전극(138)과 상기 제4 전극(140) 사이에 전압이 인가되어 상기 압전 박막(132)이 상기 디스크(110)의 면을 향하여 벤딩 변형되며, 기록 및 판독 후에는 다른 신호에 의하여 상기 제3 전극(138)과 상기 제4 전극(140) 사이에 인가된 전압이 제거되어 상기 압전 박막(132)의 탄성력에 의하여 다시 원위치로 이동되는 복수 개의 제1 압전 액츄에이터(130), 상기 복수 개의 제1 압전 액츄에이터(130)의 자유단에 각각 장착되고, 전기 신호에 따라 벤딩 변형을 일으키는 상기 제1 압전 액츄에이터(130)의 벤딩량에 따라 실제적으로 상기 디스크(110)의 반경방향 및 상기 디스크(110)면과 직교하는 방향으로 이동되어 상기 디스크(110) 반경 방향의 소정 폭에 위치하는 트랙과 연관되어 기록 및 판독을 수행하며, 디스크(110)가 회전하는 동안 대응하는 데이터 섹터와의 자기 작용에 의하여 데이터를 기록하거나 판독하기 위한 기록 및 판독용 헤드(120), 그리고 상기 복수 개의 제1 압전 액츄에이터(130)의 고정단이 소정의 거리로 이격되어 각각 형성된 적어도 하나의 지지 부재(150)를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 기록 및 판독용 헤드를 디스크의 경계면을 향하여 이동시키기 위한 수단은 상기 압전 박막의 수직 방향 일측에 형성되는 제3 전극, 상기 압전 박막의 수직 방향 타측에 형성되는 제4 전극 및 상기 압전 박막의 내부에 형성되는 공통 전극이다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 압전 액츄에이터의 압전 박막은 중공형 사각기둥의 형상이며, 상기 제1 내지 제4 전극은 상기 압전 박막의 외주면에 형성되고 상기 공통 전극은 상기 압전 박막의 내측에 형성된다.
본 발명에 따르면, 다수의 헤드를 사용함으로써 기록 및 판독용 헤드가 원하는 데이터 트랙에 액세스하여 기록 및 판독을 수행하는데 걸리는 시간이 단축된다. 또한, 압전 액츄에이터를 이용하여 디스크와 기록 및 판독용 헤드 사이의 간격이 능동적으로 제어되므로 해당 헤드가 디스크와 근접촉 또는 접촉함으로써 자기 디스크의 데이터 기록 밀도를 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 필요시에만 헤드가 디스크와 근접촉 또는 접촉하고 이외에는 자기 디스크와 소정 간격을 유지하게 하도록 함으로써 자기 디스크의 마찰 및 마모가 최소화된다.
또한, 다수의 압전 액츄에이터 지지 부재를 디스크의 원주 방향으로 소정각만큼 이격시켜 디스크의 반경 방향을 따라서 배치하는 경우에는 기록 및 판독용 헤드가 원하는 트랙의 해당 데이터 섹터에 액세스하는 시간을 더욱 단축시킬 수 있다. 그 결과, 디스크를 빠른 속도로 회전 구동시켜야 하는 부담이 감소된다.
본 발명에 따른 압전 액츄에이터의 구동 범위는 수 ㎛이하이며 따라서 기존의 베어링 및 보이스 코일을 사용하는 시스템에 비하여 정밀한 위치 제어, 신뢰도, 진동 및 소음 측면에서 우수하다. 또한, 본 발명의 압전 액츄에이터는 압전 요소의 소형화가 가능한 MEMS 기술을 이용하여 제조되기 때문에 시스템 자체가 소형화될 수 있는 장점을 갖는다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치의 개략적인 평면도이고, 도 4는 도 3에 도시한 장치 중 압전 액츄에이터를 설명하기 위한 사시도이며, 도 5는 도 3에 도시한 장치 중 'C' 부분을 확대한 사시도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 실시 예에 따른 정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치는, 복수 개의 기록 및 판독용 헤드(120), 자유단에 기록 및 판독용 헤드(120)가 장착되는 복수 개의 제1 압전 액츄에이터(130), 제1 압전 액츄에이터(130)의 고정단이 고정되는 적어도 하나의 지지 부재(150), 그리고 지지 부재(150)가 장착되는 적어도 하나의 제2 압전 액츄에이터(160)를 포함한다.
상기 기록 및 판독용 헤드(120)는 자기 디스크(110)와 같은 기록 매체(recording medium)가 회전하는 동안 해당 트랙(track)의 해당 데이터 섹터(data sector)와의 자기 작용에 의하여 데이터를 기록 및 판독한다. 기록 및 판독용 헤드(120)는 제1 압전 액츄에이터(130)의 자유단에 장착되며 실제적으로 디스크(110)의 반경 방향으로 이동하여 디스크(110) 반경 방향의 소정 폭에 위치하는 일군의 데이터 트랙과 연관되어 기록 및 판독 기능을 수행한다. 본 발명에 따르면, 복수 개의 기록 및 판독용 헤드(120)를 사용함으로써 기록 및 판독용 헤드(120)가 원하는 데이터 트랙에 액세스하는 데 걸리는 시간이 단축된다.
제1 압전 액츄에이터(130)가 고정되는 상기 지지 부재(150)는 디스크의 반경 방향으로 배치되며, 각각의 제1 압전 액츄에이터(130)는 인접한 제1 압전 액츄에이터(130)와 일정 간격을 갖고 이격된다. 상기 제1 압전 액츄에이터(130)는 또한 디스크(110)의 원주 방향 접선과 평행을 이루도록 지지 부재(150)에 고정된다. 본 발명에 따르면, 하나의 지지 부재(150)에 고정되는 제1 압전 액츄에이터(130)는 약 10㎛ 간격 정도로 이격되고, 따라서 디스크(110)의 반경 방향 1㎜마다 약 100개 정도의 기록 및 판독용 헤드(120)가 배치되어, 각각의 기록 및 판독용 헤드(120)가 약 10개씩의 데이터 트랙 영역을 담당한다. 따라서, 각각의 제1 압전 액츄에이터(130)가 자유단에 장착된 기록 및 판독용 헤드(120)가 디스크의 반경 방향으로 약 5㎛의 범위 내에서 좌우로 이동하도록 제1 전극(134)과 제2 전극(136)에 전압이 인가된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 제1 압전 액츄에이터(130)는 압전 박막(132), 그리고 압전 박막(132)의 수평 방향 일측에 형성되는 제1 전극(134) 및 압전 박막(132)의 수평 방향 타측에 형성되는 제2 전극(136)을 포함한다. 디스크(110)가 회전하는 동안 전기 신호에 따라 제1 전극(134)과 제2 전극(136) 사이에 전압이 인가되면, 제1 전극(134) 및 제2 전극(136) 사이의 압전 박막(132)이 수평 방향 중 일측으로 벤딩(bending) 변형을 일으킴으로써 제1 압전 액츄에이터(130)가 좌우로 소정량의 벤딩 변형을 일으킨다.
상기 압전 박막(132)은 ZnO, PZT(Pb(Zr,Ti)O3), 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3) 등의 압전 물질로 구성되며, 제1 전극(134) 및 제2 전극(136)은 전기 전도성이 우수한 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등을 사용하여 형성된다. 본 발명에 따르면, 제1 압전 액츄에이터(130)는 제1 전극(134), 압전 박막(132), 그리고 제2 전극(136)을 실리콘(Si) 웨이퍼 상에 부착하여 제조하는 MEMS(Micro Electro Mechanical System)을 이용하여 제조된다.
상기 제1 압전 액츄에이터(130)의 좌우 벤딩 변형량은 압전 액츄에이터(130)의 자유단에 고정된 기록 및 판독용 헤드(120)가 디스크(110)의 반경 방향으로 이동하는 양에 해당하는 전압이 제1 전극(134)과 제2 전극(136) 사이에 인가됨으로써 결정된다. 즉, 제1 압전 액츄에이터(130)에 가해지는 전기 신호가 인가 전압을 제어하며, 제1 압전 액츄에이터(130)가 수평 방향 일측으로 벤딩 변형을 일으킴에 따라 기록 및 판독용 헤드(120)는 원하는 데이터 트랙 위로 이동하기 위하여 소정 거리만큼 디스크(110)의 반경 방향으로 이동한다.
상기 지지 부재(150)가 장착되는 적어도 하나의 제2 압전 액츄에이터(160)는 도 5에 도시된다. 도 5를 참조하면, 상기 복수 개의 제1 압전 액츄에이터(130)가 고정된 지지 부재(150)는 벌크형(bulk type) 압전 액츄에이터인 제2 압전 액츄에이터(160)에 장착된다. 상기 지지 부재(150)는 제1 압전 액츄에이터(130)에 대하여 직교하는 방향으로 제2 압전 액츄에이터(160)에 장착된다. 따라서, 제2 압전 액츄에이터(160)가 인가되는 전압에 의해 좌우로 벤딩 변형을 일으킴에 따라 상기 지지 부재(150)는 디스크(110)에 대하여 수직한 방향인 상하로 이동하여 기록 및 판독용 헤드(120)를 디스크(110)에 근접촉 또는 접촉되게 된다.
상기 제2 압전 액츄에이터(160)의 좌우 벤딩 변형량은 제1 압전 액츄에이터(130)에 고정된 기록 및 판독용 헤드(120)가 디스크(110)에 대하여 상하 방향으로 이동하는 양에 해당하는 전압이 상기 벌크형 제2 압전 액츄에이터(160)에 인가됨으로써 결정된다. 상술한 제1 압전 액츄에이터(130)의 경우와 마찬가지로 제2 압전 액츄에이터(160)에 가해지는 전기 신호가 인가 전압을 제어하며, 제2 압전 액츄에이터(130)가 제1 압전 액츄에이터(130)에 대하여 직교하는 방향의 일측 또는 타측으로 벤딩 변형을 일으킴에 따라 기록 및 판독용 헤드(120)는 소정 거리만큼 디스크(110)에 대하여 상하 방향으로 이동한다.
도 6은 본 발명에 따른 디스크 드라이브용 기록 및 판독 장치가 3 개의 지지 부재를 이용하는 경우를 보여준다. 본 발명에 따르면, 복수 개의 지지 부재(150)를 이용하는 것이 가능하다. 이와 같이 복수 개의 지지 부재(150)에 복수 개의 제1 압전 액츄에이터(130)를 각각 배치하는 경우에는, 기록 및 판독용 헤드(120)가 원하는 트랙의 해당 데이터 섹터에 액세스하는 시간을 더욱 단축시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 디스크 드라이브용 기록 및 판독 장치에는 제1 압전 액츄에이터(130)가 동일한 배치로 고정되는 3 개의 지지 부재(150)가 제공되며, 각각의 지지 부재(150)는 제2 압전 액츄에이터(160)에 장착되어 인접한 지지 부재(150)와 디스크(110)의 원주 방향으로 120°이격되어 배치된다.
디스크(110)의 회전 시, 3 개의 지지 부재(150)에 고정된 제1 압전 액츄에이터(130) 중 동일한 반경 위치에 배치된 3 개의 제1 압전 액츄에이터(130)가 전기 신호에 따라 기록 및 판독용 헤드(120)가 원하는 트랙 위치로 이동하도록 벤딩 변형되고, 해당 데이터 섹터는 3 개의 기록 및 판독용 헤드(120)에 의하여 액세스되므로 하나의 지지 부재(150)로 이루어진 경우에 비하여 해당 데이터 섹터에 액세스하는 평균 시간이 ⅓로 감소된다.
즉, 하나의 데이터 트랙 위에 하나의 기록 및 판독용 헤드(120)가 위치하는 경우에는 디스크가 회전하는 동안 해당 데이터 섹터가 기록 및 판독용 헤드(120)의 위치로 오기 위하여 최대 360°에 가까운 회전 이동을 필요로 하나, 단일의 트랙 위에 3 개의 기록 및 판독용 헤드(120)가 디스크(110)의 원주 방향으로 120°이격되어 위치하는 경우에는 해당 데이터 섹터가 3 개의 기록 및 판독용 헤드(120) 중 하나의 위치로 이동하기 위해 120°이상을 회전 이동할 필요가 없게 된다. 따라서, 디스크(110)를 신속하게 회전 구동하여야 하는 부담이 감소된다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스크 드라이브용 기록 및 판독 장치에 사용되는 압전 액츄에이터의 일례를 설명하기 위한 사시도 및 단면도이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 압전 액츄에이터(130)의 압전 박막(132)은 중공형 사각기둥의 형상으로 이루어진다. 중공형 사각기둥 형상의 압전 박막(132)의 내측에 공통 전극(131)이 형성되고, 압전 박막(132)의 좌측 외주면 및 우측 외주 면에는 제1 전극(134) 및 제2 전극(136)이 형성되며, 압전 박막(132)의 상부측 외주면 및 하부측 외주면에는 제3 전극(138) 및 제4 전극(140)이 형성된다.
이러한 구조의 압전 액츄에이터(130)는 "PZT 박막에 기초한 원통형의 벤딩 변형하는 트랜스듀서를 이용하는 초음파 모터"라는 제목으로 1995년 아이이이(IEEE)에 실린 모리타(Takeshi Morita) 등의 논문에 게재되어 있다. 이러한 경우, 상기 공통 전극(131)은 티타늄으로 구성되며, 제1 전극(134) 및 제2 전극(136)과 동일하게 상기 제3 전극(138) 및 상기 제4 전극(140)은 백금, 탄탈륨, 또는 백금-탄탈륨 등으로 구성된다.
디스크가 회전하는 동안 전기 신호에 따라 제1 전극(134)과 제2 전극(136) 사이에 전압이 인가되면, 제1 전극(134) 및 제2 전극(136) 사이의 압전 박막(132)이 수평 방향 중 일측으로 벤딩 변형하여 해당 압전 액츄에이터(130)의 자유단에 장착된 기록 및 판독용 헤드(120)는 원하는 데이터 트랙 위로 이동한다. 이후, 다른 전기 신호에 의하여 제3 전극(138)과 제4 전극(140) 사이에 전압이 인가되면, 압전 박막(132)이 수직 방향으로 벤딩 변형되어 해당 기록 및 판독용 헤드(120)는 디스크(110)의 경계면(interface)을 향하여 이동하여 디스크(110)의 경계면과 근접촉 또는 접촉한 상태에서 기록 및 판독을 행한다. 이렇게 수평 방향 및 수직 방향으로 구동할 수 있는 압전 액츄에이터(130)를 형성할 경우, 지지 부재(150)를 수직 방향으로 구동시키기 위한 벌크형 압전 액츄에이터가 필요 없게 된다.
기록 및 판독용 헤드(120)의 기록 및 판독 후에는, 또 다른 전기 신호에 의하여 제1 전극(134)과 제2 전극(136) 및 제3 전극(138)과 제4 전극(140) 사이에 인가된 전압이 제거되어 압전 액츄에이터(130)는 탄성력에 의하여 원위치로 복원된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제3 전극(138) 및 제4 전극(140)의 존재로 인하여 기록 및 판독용 헤드(120)가 디스크(110)와 근접촉 또는 접촉 상태에서의 기록 및 판독을 행할 수 있게 되어 디스크의 기록 밀도가 향상된다.
본 발명에 따른 정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치에 따르면, 종래 기술에서와는 달리 다수의 헤드를 사용함으로써 기록 및 판독용 헤드가 원하는 데이터 트랙에 액세스하여 기록 및 판독을 수행하는데 걸리는 시간이 단축된다. 또한, 압전 액츄에이터를 이용하여 디스크와 기록 및 판독용 헤드 사이의 간격이 능동적으로 제어되므로 해당 헤드가 디스크와 근접촉 또는 접촉함으로써 자기 디스크의 데이터 기록 밀도를 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 필요시에만 헤드가 디스크와 근접촉 또는 접촉하고 이외에는 자기 디스크와 소정 간격을 유지하게 하도록 함으로써 자기 디스크의 마찰 및 마모가 최소화된다.
이 밖에도, 다수의 압전 액츄에이터 지지 부재를 디스크의 원주 방향으로 소정각만큼 이격시켜 디스크의 반경 방향을 따라서 배치하는 경우에는 기록 및 판독용 헤드가 원하는 트랙의 해당 데이터 섹터에 액세스하는 시간을 더욱 단축시킬 수 있다. 그 결과, 디스크를 빠른 속도로 회전 구동시켜야 하는 부담이 감소된다.
본 발명에 따른 압전 액츄에이터의 구동 범위는 수 ㎛이하이며 따라서 기존의 베어링 및 보이스 코일을 사용하는 시스템에 비하여 정밀한 위치 제어, 신뢰도, 진동 및 소음 측면에서 우수하다. 또한, 본 발명의 압전 액츄에이터는 압전 요소의 소형화가 가능한 MEMS 기술을 이용하여 제조되기 때문에 시스템 자체가 소형화될 수 있는 장점을 갖는다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 데이터를 디스크의 트랙의 데이터 섹터에 기록하거나 데이터 섹터로부터 판독하기 위한 정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치에 있어서,
    ⅰ) 압전 박막(132), 및 ⅱ) 상기 압전 박막(132) 중 디스크(110)의 면과 직교하는 방향의 양측면에 형성된 제1 전극(134) 및 제2 전극(136)을 구비하며, 상기 디스크(110)가 회전하는 동안 전기 신호에 따라 상기 제1 전극(134)과 상기 제2 전극(136) 사이에 전압이 인가되어 상기 압전 박막(132)이 상기 디스크(110)의 면과 수평방향으로 벤딩 변형으로 일으킴으로써 벤딩 변형되는 복수 개의 제1 압전 액츄에이터(130);
    상기 복수 개의 제1 압전 액츄에이터(130)의 자유단에 각각 장착되고, 전기 신호에 따라 벤딩 변형을 일으키는 상기 제1 압전 액츄에이터(130)의 벤딩량에 따라 실제적으로 상기 디스크(110)의 반경방향을 이동되어 상기 디스크(110) 반경 방향의 소정 폭에 위치하는 트랙과 연관되어 기록 및 판독을 수행하며, 디스크(110)가 회전하는 동안 대응하는 데이터 섹터와의 자기 작용에 의하여 데이터를 기록하거나 판독하기 위한 기록 및 판독용 헤드(120);
    상기 복수 개의 제1 압전 액츄에이터(130)의 고정단이 소정의 거리로 이격되어 각각 형성된 적어도 하나의 지지 부재(150); 그리고
    상기 제1 압전 액츄에이터(130)에 장착된 상기 기록 및 판독용 헤드(120)가 상기 디스크(110)의 면과 직교하는 방향으로 이동하고, 기록 및 판독 후에는 상기 기록 및 판독용 헤드(120)가 다시 원위치로 이동되도록 하기 위하여 상기 제1 압전 액츄에이터(130)에 대하여 직교하는 방향으로 상기 지지 부재(150)가 장착되며, 인가되는 전압에 의하여 상기 지지부재(150)가 상기 디스크(110)의 면과 직교하는 방향으로 이동되도록 벤딩변형되는 적어도 하나의 제2 압전 액츄에이터(160)를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지 부재(150)는 디스크(110)의 반경 방향을 따라 배치되고, 상기 제1 압전 액츄에이터(130)는 인접한 압전 액츄에이터(130)와 일정 간격 이격되며 디스크(110)의 원주 방향 접선과 평행이 되도록 상기 지지 부재(150)에 배치되는 것을 특징으로 하는 정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 디스크 드라이브용 기록 및 판독 장치에는 복수 개의 지지 부재(150)가 제공되며, 상기 각각의 지지 부재(150)에는 기록 및 판독용 헤드(120)가 각각 장착된 복수 개의 제1 압전 액츄에이터(130)가 고정되고, 상기 각각의 지지 부재(150)는 상기 디스크(110)의 원주 방향으로 일정각만큼 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 각각의 지지 부재(150)는 상기 디스크(110)의 원주 방향으로 120°의 각도로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치.
  5. 데이터를 디스크의 트랙의 데이터 섹터에 기록하거나 데이터 섹터로부터 판독하기 위한 정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치에 있어서,
    ⅰ) 압전박막(132), ⅱ) 상기 압전 박막(132)중 디스크(110)의 면과 직교하는 방향의 양측면에 형성된 제1 전극(134) 및 제2 전극(136) 및 ⅲ) 상기 압전 박막(132) 중 상기 디스크(110)의 면과 수평하는 방향의 양측면에 형성된 제3 전극(138) 및 제4 전극(140)을 구비하며, 상기 디스크(110)가 회전하는 동안 전기 신호에 따라 상기 제1 전극(134)과 상기 제2 전극(136) 사이에 전압이 인가되어 상기 압전 박막(132)이 상기 디스크(110)의 면과 수평방향으로 벤딩 변형되며, 기록 및 판독 시에는 전기 신호에 따라 상기 제3 전극(138)과 상기 제4 전극(140) 사이에 전압이 인가되어 상기 압전 박막(132)이 상기 디스크(110)의 면을 향하여 벤딩 변형되며, 기록 및 판독 후에는 다른 신호에 의하여 상기 제3 전극(138)과 상기 제4 전극(140) 사이에 인가된 전압이 제거되어 상기 압전 박막(132)의 탄성력에 의하여 다시 원위치로 이동되는 복수 개의 제1 압전 액츄에이터(130);
    상기 복수 개의 제1 압전 액츄에이터(130)의 자유단에 각각 장착되고, 전기 신호에 따라 벤딩 변형을 일으키는 상기 제1 압전 액츄에이터(130)의 벤딩량에 따라 실제적으로 상기 디스크(110)의 반경방향 및 상기 디스크(110)면과 직교하는 방향으로 이동되어 상기 디스크(110)의 반경 방향의 소정 폭에 위치하는 트랙과 연관되어 기록 및 판독을 수행하며, 디스크(110)가 회전하는 동안 대응하는 데이터 섹터와의 자기 작용에 의하여 데이터를 기록하거나 판독하기 위한 기록 및 판독용 헤드(120); 그리고
    상기 복수 개의 제1 압전 액츄에이터(130)의 고정단이 소정의 거리로 이격되어 각각 형성된 적어도 하나의 지지 부재(150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 압전 액츄에이터(130)의 상기 압전 박막(132)은 중공형 사각기둥의 형상이며, 상기 제1 전극(134), 제2 전극(136), 제3 전극(138) 및 제4 전극(140)은 상기 압전 박막(132)의 외주면에 형성되며, 상기 압전 박막(132)의 내측에는 공통 전극(131)이 형성되는 것을 특징으로 하는 정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 전극(134), 제2 전극(136), 제3 전극(138) 및 제4 전극(140)은 백금(t), 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta)으로 이루어진 그룹중에서 선택된 어느 하나로 이루어지며, 상기 공통 전극(131)은 티타늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정보 저장 기기용 기록 및 판독 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0002547A1 (en) * 1977-12-12 1979-06-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. Optical read unit for reading a moving information carrier, in particular for reading a video disc
KR950012420U (ko) * 1993-10-25 1995-05-17 컴팩트 디스크 재생장치

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