KR20000053046A - 자기 기록 헤드의 제작 중 여러 지점에서 바아를 굴곡하는 장치 - Google Patents

자기 기록 헤드의 제작 중 여러 지점에서 바아를 굴곡하는 장치 Download PDF

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KR20000053046A
KR20000053046A KR1019990703948A KR19997003948A KR20000053046A KR 20000053046 A KR20000053046 A KR 20000053046A KR 1019990703948 A KR1019990703948 A KR 1019990703948A KR 19997003948 A KR19997003948 A KR 19997003948A KR 20000053046 A KR20000053046 A KR 20000053046A
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하오샨린엑스
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토마스 에프.멀베니
시게이트 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 자기 저장 시스템에 사용되는 복수개의 슬라이더를 포함하는 형태의 바아(10)를 래핑하기 위한 래핑 장치(198)에 관한 것으로서, 상기 래핑 장치는, 상기 바아(10)에 연결되고 제1 제어 신호, 제2 제어 신호, 제3 제어 신호에 응답하여 제어 가능한 제1 힘, 제2 힘, 제3 힘을 부여하도록 되어 있는 제1 액츄에이터(220), 제2 액츄에이터(222), 제3 액츄에이터(224)를 포함한다. 아암(204)이 상기 제1 액츄에이터, 제2 액츄에이터 및 제3 액츄에이터에 연결되고, 상기 바아(10)를 래핑면(208)에 대해 압박하여 재료를 바아(10)로부터 제거하는 래핑력을 상기 바아(10)에 가한다. 컨트롤러(262)가 상기 제1 제어 신호, 제2 제어 신호 및 제3 제어 신호를 제1 액츄에이터(220), 제2 액츄에이터(222) 및 제3 액츄에이터(224)에 제공하여, 바아(10)에 복수의 힘을 가한다. 상기 액츄에이터(220,222,224)는 원하는 바아(10)의 프로파일을 얻고, 그 바아(10)의 프로파일에 걸쳐 래핑력의 원하는 분포를 얻도록 제어된다.

Description

자기 기록 헤드의 제작 중 여러 지점에서 바아를 굴곡하는 장치{MULTI-POINT BENDING OF BARS DURING FABRICATION OF MAGNETIC RECORDING HEADS}
자기 데이터 저장에 사용하기 위한 자기 헤드의 제작 중에, 복수개의 층을 공동 기판(웨이퍼라고도 한다) 상에 퇴적함으로써 그 기판 상에 트랜스듀서 어레이(array of transducer)를 제작한다. 이 트랜스듀서 어레이는 예컨대, 다양한 에칭 공정 및 리프트 오프(liftoff) 공정과 결합한 포토리쏘그래픽 공정(photolithographic process)을 이용하여 패턴화된다. 다음에, 완성된 기판 또는 웨이퍼는 광학적 및/또는 전기적으로 검사되고, 이어서 보다 작은 어레이, 통상 복수개의 바아, 즉 트랜스듀서 열(row of transducer)로 절단된다. 다음에, 각 트랜스듀서 열 또는 바아는 원하는 치수를 얻도록 기계 가공 또는 "래핑(lapping)"된다. (래핑은 이하에서 보다 상세히 설명하는 재료 제거 공정이다.) MR 트랜스듀서에 대하여, 상기 치수는 종종 스트라이프 높이(stripe height, SH)라고 하며, 유도 트랜스듀서에 대하여, 상기 치수는 종종 쓰로트 높이(throat height, TH)라고 지칭된다. 종종, 전기적 랩 가이드(electrical lap guide)(ELG, 후술함)들이 상기 기판에 퇴적되어 래핑 공정 중에 센서로서 사용된다. 래핑 공정에 이어서, 슬라이더(slider)를 형성하는 데 사용되는 각각의 트랜스듀서 또는 헤드를 만들기 위하여, 상기 기록 헤드를 다이스(dice)한다. 이들 슬라이더는 예컨대, 고속의 회전 속도로 이동하는 자기 디스크 표면의 정보 읽기 및/또는 정보 쓰기에 사용된다.
고효율의 기록 헤드에 적합한 성능을 얻기 위하여, 원하는 스트라이프 높이 또는 쓰로트 높이를 얻는 것이 필요하다. 최종의 스트라이프 높이 또는 쓰로트 높이의 편차(variation)에 영향을 주는 많은 요인이 있다. 이러한 요인들로는 웨이퍼 가공 중에 유도되는 요소들의 위치 변화 및 크기 변화가 있다. 기판을 바아로 얇게 써는(slice) 단계에서도 많은 편차가 생길 수 있다. 장착시 유도되는 열응력도 웨이퍼를 슬라이더로 가공하는 중에 편차를 일으킬 수 있다. 래핑면의 프로파일(profile)도 편차를 야기할 수 있다.
전기적 래핑 가이드(ELG)는 상기 제작 공정 중에 웨이퍼 위에 퇴적되는 센서이다. ELG로부터의 출력은 래핑 공정을 언제 중단해야 할지를 결정하는 데 이용될 수 있다. 통상적으로, ELG는 상기 웨이퍼 가공 단계를 이용하여 트랜스듀서와 함께 제작된다. 이는 예컨대, 1984년 10월 23일에 공고된 미국 특허 제4,477,968호, 1985년 12월 24일 공고된 미국 특허 제4,559,743호에 개시되어 있다.
래핑은 통상, 제어가능한 속도로 매우 느리게 재료를 표면에서 제거하는 기계 가공 공정을 지칭한다. 통상적으로, 이 공정은 시편의 작업면을 약간 마모성이 있는 이동면에 가하는 것을 포함한다. 이러한 하나의 장치가 1985년 8월 27일 공고된 미국 특허 제4,536,992호에 개시되어 있다. 따라서, ELG로부터의 출력에 응답하여 래핑 공정을 제어함으로써, 폐쇄 루프식 기계 가공 공정(closed loop machining process)이 설정되는데, 이 공정에서 ELG로부터의 출력은 래핑 기계(lapping machine)로의 피드백으로서 사용된다.
래핑 공정 중에, 슬라이더는 래핑 장치의 아암에 부착되어 있는 캐리어 상에 유지된다. 이러한 캐리어는 1984년 7월 3일 공고된 미국 특허 제4,457,114호에 개시되어 있다. 미국 특허 제4,457,114호의 캐리어는 래핑 공정 중에 바아를 굴곡하는 데 2개의 액츄에이터를 사용한다. 미국 특허 제4,457,114호에서, 캐리어는 바아의 중앙 둘레의 양단부에서 바아를 굴곡 시킨다. 이러한 굴곡은 바아, 센서의 쓰로트 높이 또는 스트라이프 높이의 편차를 보상하기 위하여, 바아로부터 재료를 비균일하게 제거하는 데 이용된다. 미국 특허 제4,457,114호에서, 액츄에이터는, 가열되어 팽창되고, 바아를 굴곡 시키는 힘을 바아에 가하는 핀(pin)을 포함한다. 이 기법에 있어서 변형된 점은 3개의 다른 지점에서 바아에 힘을 가하기 위하여 3개의 다른 액츄에이터를 사용한다는 것이다.
일반적으로, 종래 기술은 ELG 및 래핑 기구를 개선하는 데 집중되어 왔다. 그러나, 데이터 저장 산업이 점점 더 고밀도 쪽으로 계속 발전되고, 제작 비용을 감소시키려는 지속적인 노력에 따라, 많은 경쟁적 요인들이 관찰되고 있다. 먼저, 센서 높이의 공차 조건이 점점 작아지고 있다. 둘째, 각 바아 상에 포함된 헤드의 밀도가 점점 커지고 있다. 셋째, 각 바아의 길이 대 두께의 종횡비(aspect ratio)가 점점 커지고 있다. 따라서, 기존의 래핑 및 굴곡 시스템은 래핑 공정을 제어하기에는 종종 부적절하다. 이들 요인에 의해 헤드는 가공 중에 유도되는 교란에 보다 민감해질 뿐만 아니라, 바아는 더 얇고 바아의 강성은 바아 두께의 세제곱과 관련 있기 때문에 바아는 보다 쉽게 교란된다.
본 발명은 일반적으로 데이터 저장에 사용되는 자기저항(magnetoresistive, MR) 및 유도 기록 센서(inductive recording sensor) 또는 트랜스듀서의 제작에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 상기 제작 공정, 특히 래핑 공정(lapping process) 중에, 복수개의 슬라이더(slider)를 포함하는 바아(bar)를 여러 지점에서 굴곡(bending)하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에서 사용되는 형태의 헤드 포함 바아의 사시도.
도 2는 2개의 작동점 및 1개의 고정점이 있는 종래의 캐리어를 단순화하여 나타낸 개략도.
도 3은 3개의 작동 제어점 및 2개의 고정 제어점이 있는 종래의 캐리어를 단순화하여 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 캐리어를 단순화하여 나타낸 개략도.
도 5는 도 3의 캐리어 및 도 4의 캐리어에 대하여 휨을 나타내는 그래프.
도 6A는 9개의 제어점이 있는 본 발명의 일실시예에 따른 캐리어의 정면도.
도 6B는 도 6A에 도시한 캐리어의 사시도.
도 7은 단 하나의 작동 제어점이 있는 본 발명에 따른 캐리어의 위치 대 휨을 보여주는 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 래핑 시스템을 단순화시켜 나타낸 도면.
도 9는 7개의 인접한 작동 제어점 및 캐리어의 프로파일의 어느 단부 상에 고정 제어점이 있는 다른 실시예에 따른 캐리어의 정면도.
도 10은 다른 실시예에 따른 캐리어의 정면도.
본 발명은, 래핑 공정 중에 개선된 제어를 제공하는 래핑 장치를 포함한다. 일실시예에 있어서, 복수개의 슬라이더를 포함하는 바아를 래핑하는 래핑 장치는, 상기 바아에 연결되고 제1 제어 신호에 응답하여 제어 가능한 제1 힘을 가하도록 되어 있는 제1 액츄에이터와, 상기 바아에 연결되고 제2 제어 신호에 응답하여 제어 가능한 제2 힘을 가하도록 되어 있는 제2 액츄에이터를 포함한다. 상기 래핑 장치의 아암은 액츄에이터들을 통해 바아에 연결되고, 래핑면(lapping surface)에 대해 바아에 래핑력(lapping force)을 가한다. 컨트롤러가 상기 제1 액츄에이터 및 제2 액츄에이터에 각각 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 제공하여, 상기 바아 상에 여러 힘을 가한다. 원하는 바아 프로파일을 얻고, 바아의 프로파일에 걸쳐 원하는 래핑력 분포를 얻도록 힘이 선택된다.
일실시예에 있어서, 바아를 굴곡 시키기 위한 별개의 일곱개 제어점을 제공하는 데 7개의 다른 액츄에이터가 사용된다.
본 발명은 자기 저장 디스크 표면의 정보 읽기 및/또는 정보 쓰기에 사용되는 형태의 복수개의 헤드를 포함하는 바아를 정확히 래핑하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 도 1은 복수개의 헤드(12)를 포함하는 바아(10)의 사시도이다. 헤드(12)의 치수는 중요하고, 원하는 치수를 얻기 위해 래핑 공정을 이용하는 것이 알려져 있다. 종래 기술과 관련하여 설명한 바와 같이, 래핑은 바아(10)의 작업면을 이동하는 연마면(abrasive surface)에 대해 압박하여 바아(10)로부터 재료를 선택적으로 그리고 제어 가능하게 제거하는 제어된 재료 제거 공정이다. 이러한 래핑은 아암, 래핑면, 그리고 아암에 바아(10)를 연결하는 캐리어를 포함하는 래핑 기계를 사용하여 수행한다. 상기 아암은 바아를 래핑면에 대해 압박하여 바아(10)로부터 재료를 제거한다.
종래 기술에 있어서, 캐리어의 프로파일을 제어하는 것이 알려져 있다. 이러한 제어는 재료의 제거를 보다 정밀하게 제어하는 데 이용된다. 보다 상세하게는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 바아(10)는 굴곡될 수 있거나 변형성(deformity)을 가질 수 있는 긴 요소(elongated element)이다. 래핑 중에 바아(10)를 유지하는 데 사용되는 캐리어의 프로파일을 제어함으로써, 이러한 굴곡 또는 변형을 보정할 수 있다.
도 2는 프로파일(16)을 갖는 종래의 캐리어(14)를 단순화시켜 나타낸 개략도이다. 도 2에서, 받침부(18)는 캐리어(14)의 고정부를 나타내고, 2방향 화살표(20, 22)는 프로파일(16)의 양단부에 있는 액츄에이터를 나타내다. 프로파일(16)은 바아(10)와 같은 바아에 연결되도록 되어 있다. 도 2는 1984년 7월 3일에 공고된 미국 특허 제4,457,114호에 개시된 캐리어와 유사하다. 이처럼, 캐리어(14)는 바아(10)에서의 편차가 보정될 수 있도록 프로파일(16)을 제한되게 제어한다. 도 3은 다른 종래 기술에 따른 캐리어(30)를 단순화시켜 나타낸 개략도이다. 캐리어(30)는 고정 제어점(fixed control point), 즉 받침부(34, 36)에 연결된 캐리어 프로파일(32)과, 2방향 화살표(38, 40, 42)로 나타낸 작동 제어점(actuated control point)을 제어하는 액츄에이터를 구비하고 있다.
본 발명의 한 양태에는 래핑 중에 제어되어야 하는 두 변수(parameter)가 있다는 인식이 포함된다. 이들 변수는 바아 프로파일의 굴곡(bending)과, 바아에 가해지는 힘의 균형(balancing)이다. 바아의 굴곡은 바아가 비교적 직선이 되도록(또는 그렇지 않으면 원하는 바대로 형성되도록) 바아의 프로파일을 조정하는 것을 말한다. 한편, 균형은 바아에 걸친 압력의 분포이다. 예컨대, 도 3의 종래 기술에 있어서, 균형은 받침부(34, 36)의 상대적인 위치에 의해서 결정된다. 화살표(38, 40, 42)로 나타낸 액츄에이터는 바아의 프로파일 형상을 제어하는 데 사용된다.
본 발명의 다른 양태에는 래핑 공정 중에 바아를 보다 정밀하게 제어하기 위해서 캐리어 상에 추가 제어점을 사용할 수 있다는 인식이 포함된다. 본 발명은 원하는 길이를 갖는 바아에 대해 원하는 정도의 제어를 얻는 데 필요한 제어점의 수를 결정하는 것을 포함한다. 예컨대, J 데이터 파인트(data pint), xij, yij(i = 1, 2, ... I, j = 1, 2, ... J)에 의해 형성되는 I 바아에 대한 바아 프로파일이 주어진다고 하자. 최소제곱법 분석(least square fit analysis)을 이용하여 다항식 곡선 피트 함수(polynominal curve fit function)가 형성된다.
상기 식에서, k는 2, 3,...이고 곡선의 차수이며, a1, a2,... 는 곡선의 계수이다. 다음에, 각 k에 대한 나머지의 제곱근(root mean square, RMS)은 다음의 공식에 따라 계산된다.
수학식 2를 이용하여, (k-1)th차수의 곡선이 직선으로 굴곡될 수 있다고 가정하고, RMSk를 바아 프로파일에서 원하는 최소 편차로 설정함으로써, 원하는 정도의 제어를 달성하는 데 필요한 제어점(k)의 수를 결정할 수 있다. 다음에, RMS 곡선 피트의 필요한 차수를 계산할 수 있으며, 이 차수도 역시 제어점의 수를 제공한다. 예컨대, RMSk가 1 μ인치보다 작다면, 수학식 2는 k(=10)로 해가 구해진다. 이러한 해석은 2 인치 길이의 바아 위에 5개의 제어점 및 1인치 길이의 바아 위에 5개의 제어점이 있는 캐리어를 사용하여 실험적으로 증명되었다. 2인치 길이의 바아의 표준 편차는 2.3 μ인치이었고, 1인치 길이의 바아의 표준 편차는 0.78 μ인치이었다. 이는 2인치 길이의 표준 바아에 대한 최종 바아 프로파일에서 1 μ인치 미만의 편차를 얻기 위해 9개의 제어점이면 충분하다는 결론에 이르게 해준다. 표 1은 2인치 바아에서 1 μ인치 내의 제어를 달성하는 데 9~10의 제어점이 필요하다는 것을 보여준다.
곡선 피트변수 # 각 바아 상의 각 점 및 곡선 사이의 나머지들의RMS 15×24 points에 대한 RMS STD 측정치= 1.67 μ인치
평균 중간 75% 90%
2 39.32 33.44 60.28 72.85 46.67 46.64
3 19.87 13.59 27.57 46.91 25.13 25.07
4 8.96 6.54 10.96 18.78 11.4 11.28
5 6.06 4.48 6.54 9.63 7.5 7.31
6 4.67 3.39 5.77 8.63 5.6 5.35
7 3.21 2.57 3.82 7.26 3.62 3.21
8 2.56 2.23 2.97 4.66 2.82 2.27
9 2.09 2.02 2.61 2.98 2.19 1.42
10 1.69 1.62 2.01 2.78 1.74 0.49
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 캐리어(50)를 단순화시켜 나타낸 개략도이다. A,B,C,D,E,F,G,H,I의 제어점이 있는 프로파일(52)이 구비된 캐리어(50)가 도시되어 있다. 제어점(A,B,D,E,F,H,I)은 액츄에이터(도 4에는 도시되어 있지 않음)에 연결되고, 제어점(C,G)은 각각 정지 상태의 받침부(54, 56)이다. 도 4에서, U1의 거리로 작동된 제어점(A), U2의 거리로 작동된 제어점(B), U3의 거리로 작동된 제어점(D), U4의 거리로 작동된 제어점(E), U5의 거리로 작동된 제어점(F), U6의 거리로 작동된 제어점(H), U7의 거리로 작동된 제어점(I)이 도시되어 있다. 이처럼, 도 4에는 개별적으로 작동된 7개의 제어점 및 고정된 2개의 제어점이 도시되어 있다. 이는 제어될 수 있는 8개의 다른 부분들, 즉 A-B, B-C, C-D, D-E, E-F, F-G, G-H, H-I를 프로파일(52)에 제공한다. 제어점(C, G)을 통과하는 선의 기울기(θ)는 캐리어(50)의 균형 및 프로파일(52)에 걸친 래핑력의 분포를 제어하는 데 이용된다. 작동 중에, 제어점(A,B,D,E,F,H,I)에 연결된 액츄에이터는 프로파일(50)이 실질적으로 직선이 되도록 제어되는 것이 바람직하다.
도 5는 도 3에 도시한 것과 같은 종래의 3점 굴곡 캐리어(three-point bending carrier)와 도 4에 도시한 것과 같은 7점 굴곡 캐리어를 사용한 경우의 휨을 비교한 것이다. 도 5는 변형된 캐리어 형태와, 바아의 길이를 따라 여러 위치에서의 바아 보우(bar bow) 사이의 평균 차이를 보여주는 그래프이다. 라인(60)은 3점 굴곡 캐리어에 대한 것이고, 라인(62)은 7점 굴곡 캐리어에 대한 것이다. 도 5의 그래프는 유한 요소법(finite element method, FEM) 모델링 기법을 이용하여 계산되었다. 도 5에 도시된 바와 같이, 3점 굴곡은 특히, 단부점 액츄에이터들 사이[즉, 도 3에 도시된 34와 38 사이, 36과 42 사이]에서 프로파일의 실질적인 편차가 가능하게 해준다.
도 6A 및 도 6B는 본 발명의 일실시예에 따른 캐리어(50)의 정면도 및 사시도이다. 캐리어(50)는, 디텐트(detent)(72)가 형성되어 있고 캐리어 프로파일(52)을 제공하는 본체(70)를 포함한다. 프로파일(52)은 제어점(A-I)을 포함한다. 9개의 제어 영역(74,76,78,80,82,84,86,88,90)이 각각 제어점(A-I) 부근의 본체(70)에 형성되어 있다. 제어 영역(74-90)은 절취부(92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106 ,108, 110)에 의해 형성된 본체(70) 내의 강도 감소 영역에 의해 규정된다. 또한, 판스프링 절취부(112,114,116)가 프로파일(52)에 평행하게 대향하여 배치되어 있다. 액츄에이터 커플링(120, 122, 124, 126, 128, 130, 132)이 각각 제어 영역(74, 76, 78, 80, 82, 84, 88, 90) 내에 배치되어 있다. 본체(70)는 선택적으로 바아 코드 정보(140)를 지닐 수도 있다. 도 6A 및 도 6B에 도시된 캐리어(50) 는 구조체의 굴곡 강성을 균형잡으면서, 액츄에이터의 이용 가능한 굴곡능(bending capacity)[부하 및 트래블(load and travel)]에 기초하여 원하는 바아 보우 수정 요구를 달성하려는 설계 목표에 기초하여 설계된다.
작동 시에, 액츄에이터(도 6A 및 도 6B에는 도시되어 있지 않음)는 프로파일(52)을 원하는 대로 제어하기 위하여 액츄에이터 커플링(120-132)에 연결되도록 되어 있다. 예로서, 제어 영역(74), 절취부(92,94)는 제어점(A)으로 전달되는 수직 운동을 가능하게 한다. 또한, 제어 영역(78)은 제어점(C)을 제어한다. 절취부(92-110)는 인접 제어 영역에의 연결이 감소되도록 선택된 형태를 갖는다. 그러나, 제어 영역(78)은 평행한 스프링 절취부(112,114) 사이의 공간 때문에 본체(70)에 보다 가깝게 연결되어 있다. 이것은 절취부(114,116)에 대한 제어 영역(86)에 있어서도 사실이다. 따라서, 제어 영역(78, 86)은 각각 도 4에 도시된 고정 상태의 제어점, 또는 받침부(54, 56)를 제공한다. 본 발명의 다른 양태는 예컨대, 인접 액츄에이터 커플링(120,122) 사이의 수직 편의(偏倚, offset)이다. 이 편의는 액츄에이터 커플링이 보다 가깝게 배치될 수 있도록 해주어서, 추가 제어점 및 이에 따른 보다 큰 제어를 제공한다. 또한, 절취부(96, 104)는 엇갈려 있어서 공간을 증대시킨다. 판스프링 절취부(112, 114, 116)는, 바아 상에 더욱 선형적인 굴곡을 제공하고 래핑력 또는 탈중앙 굴곡력(off center bending force)으로 인한 탈평면 이동(off-plane displacement)을 감소시키는 판스프링 평행 기구를 제공한다. 절취부(112, 114, 116)는 래핑면이 프로파일을 지나 이동됨에 따라 래핑면의 래핑력으로 인해 프로파일(52)에 가해질 수 있는 뒤틀림 이동량을 감소시킨다.
본 발명의 다른 양태에는 제어 또는 보다 균일한 분포 제어를 개선하기 위하여, 제어점 사이의 공간을 비균일하게 하는 것이 포함된다. 예컨대, 다시 도 5를 참조하면, 그래프(62)에서 두 단부점 사이의 휨은 제어점(A,B)과 제어점(H,I) 사이에서 최대 편차가 생긴다는 것을 나타낸다. 따라서, 제어점들을 균일하게 분포시키기 보다는, 도 6A 및 도 6B에 나타낸 설계에서는 측면 제어점들(즉, A-B, B-C, G-H, H-I 부분들) 사이의 공간을 중앙의 제어점들(즉, C-D, D-E, E-F, F-G) 사이의 공간보다 감소시켰다. 이 공간은 균일한 분포 또는 어떤 원하는 분포를 달성하기 위하여 적절히 조정될 수 있다. 캐리어(50)를 래핑 장치의 아암에 연결하기 위하여, 디텐트(72)가 이용된다. 등록부(registration section)(142)는 래핑 공정 중에 래핑 아암에 대해 기준면(reference surface)을 제공한다. 양호한 일실시예에 있어서, 캐리어(50)는 유지를 쉽게 해주는 하얀 TZP 지르코니아 세라믹으로 형성된다. 바아 코드(140)는 기계 가공 작업 중에, 프로파일(52) 상에 유지되는 캐리어(50) 및/또는 관련 바아를 추적하는 데 이용된다.
본 발명의 한 양태는 래핑 공정 중에 연속하여 사용하기 위한 캐리어를 특징으로 한다. 도 7은 제어점(D)이 액츄에이터 커플링(124)을 통해 작동될 때 프로파일(52)의 응답을 보여주는 FEM 모델링에 기초한 그래프이다. 도 7은 휨 대 바아 길이의 그래프이다. 도 7은 본 발명에서 개개의 굴곡 제어점들이 밀접하게 서로 연결되어 있는 것을 보여준다. 이것은 제어점들이 서로 더욱 이격되어 있고 각각의 작동 제어점은 고정 제어점에 의해 분리되어 있는 도 2 및 도 3의 종래 기술에 따른 설계와는 다르다는 것에 주목해야 한다. 이처럼, 본 발명에 있어서, 단일 제어점이 이동함으로써 캐리어의 전체 프로파일이 현저히 바뀌게 된다. 따라서, 래핑 공정 중에 바아의 굴곡을 실제적으로 제어하기 위하여, 다른 부하 상태에 대한 캐리어 응답을 설명하는 정확한 트랜스퍼 함수가 결정되어야 한다. 이 트랜스퍼 함수는 행렬로서 정의될 수 있다.
= [F1, F2, F3,...F7]는 각 제어점에서 캐리어(50)에 가해지는 굴곡력이고,
= [U1, U2, U3,...U7]는 각각 그 결과로서 생기는 각 제어점(A-I)에서의 프로파일의 변위를 나타낸다고 하자.
다음 공식에 따라 감도 행렬(sensitivity matrix)()이 생길 수 있다.
ㆍ =
상기 식에서,
감도 행렬()은 각 액츄에이터 커플링(120-132)에 가해지는 힘에 응답하여 프로파일(52)의 거동을 규정한다.에서 주대각선 성분은 각 굴곡점에 가해지는 힘의 직접적인 효과를 나타낸다.에서 대각선 이외의 성분은 여러 점들 사이의 커플링 효과를 나타낸다.
감도 행렬()은 개별적으로 가해지는 기지의 굴곡력에 대한 캐리어 이동 응답을 정량화 함으로써 확립될 수 있다. 이는 실제 실험 측정을 통해 또는 FEM 모델링 기술을 이용하여 수행될 수 있다. 래핑 공정 중에, 상기 수학식은 역으로 해서 풀린다. 먼저, ELG 피드백 정보를 이용하여 규준화된 바아 보우 프로파일이 형성된다. 바아의 프로파일은 고정 제어점들의 균형을 이용하여 고르게 된다. 바아를 직선으로 굴곡시키는 데 필요한 캐리어의 휨은 다음 식에 따라 계산된다.
여기서, U1 내지 U7은 평평한 프로파일이다. 다음에 수학식 3은에 대해 풀린다. 즉
여기서, F1 내지 F7은로 나타내는 원하는 프로파일을 달성하기 위하여, 각 액츄에이터에 의해 가해져야 하는 힘이다.
도 8은 본 발명에 따른 래핑 시스템(198)을 단순화시킨 도면이다. 래핑 시스템(198)은 디텐트(72)에서 캐리어(50)에 클램핑되도록 되어 있는 클램프(202)를 구비한 전기자(armature)(200)를 포함한다. 전기자(200)는 받침부(206)에 연결되어 있는 긴 아암(204)상에 지지된다. 전기자(200)는 캐리어(50)에 연결되어 있는 바아(10)가 래핑면(208)과 접촉하도록 위치된다. 전기자(200)는 액츄에이터 전기자(240,242,244,246,248,250,252)를 통해 각각 커플링(120-132)에 연결되는 액츄에이터(220,222,224,226,228,230,232)를 갖추고 있다. 액츄에이터(220-232)는 제어 시스템(262)으로부터 제어선(2601-7)을 통해 제어 신호를 수신한다. 전기자(200)는 받침부(206)에 대해 캐리어(50) 반대쪽에 위치된 균형 액츄에이터(264)에도 연결된다. 액츄에이터(264)는 제어 시스템(262)에도 연결된다. 바아(10) 상에 포함된 전기적 래핑 가이드(ELG)로부터 피드백 접속(266)이 제공된다. 제어 시스템(262)에는 키이 패드와 같은 사용자 입력부(270), LED 디스플레이와 같은 사용자 출력부(272), 메모리(274), ELG 입력부(276), 마이크로프로세서와 같은 컨트롤러(278), 액츄에이터 드라이버(280)가 포함되어 있다.
작동시, 래핑 공정은 제어 시스템(262)에 의해 제어된다. 컨트롤러(278)는 메모리(274)로부터 명령과 변수를 검색한다. 예컨대, 수학식 4의 행렬이 메모리(274)에 저장될 수 있다. 사용자 입력부(270)로부터 명령과 정보가 수신되고, 래핑 공정의 상태가 디스플레이(272) 상에 표시될 수 있다. 래핑 시스템(198)은 컨트롤러(278)에 의한 사용을 위한 바아 코드 정보를 읽는 바아 코드 리더(도시 생략)을 포함할 수 있다. 래핑 공정의 진행과 관련한 피드백이 ELG 입력부(276)를 통해 수용되어 컨트롤러(278)에 제공된다. 컨트롤러(278)는에 대해 수학식 3을 풀고, 이에 응답해서 드라이버(280)를 이용하여 액츄에이터(220-232, 264)를 제어한다. 드라이버(280)는 예컨대, 액츄에이터를 작동시키기 위해 파워 출력을 제공하는 트랜지스터 회로를 포함할 수 있다. 액츄에이터(220-232,264)는 유압 시스템, 음성 코일, 공기압 액츄에이터, 압전 전기 시스템, 열, 자기 저항 등과 같이, 제어된 이동을 제공할 수 있는 적절한 액츄에이터일 수 있다. 당업자는 본 발명이 어떤 특정 액츄에이터에 한정되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 액츄에이터(264)는 바아(10)에 가해지는 힘의 분포를 균형 맞추는 균형 제어를 제공하는 데 사용된다. 액츄에이터(220-232)는 개개의 벡터 힘()을 가하는 데 사용된다. 바아(10) 상에 가해지는 전체 힘의 양은 추(weight) 또는 다른 액츄에이터(도시 생략)에 의해 제어될 수 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 래핑 시스템(198)은 액츄에이터(220-232, 264)를 제어하기 위하여 ELG 센서로부터의 출력이 컨트롤러(278)에 의해 피드백으로서 사용되는 폐쇄 루프(closed loop)를 제공한다. 래핑면(208)은 예컨대, 회전 디스크를 포함할 수 있다. 도 8의 래핑 시스템은 단지 예로서 제공되고, 본 발명의 캐리어는 적절히 설계된 래핑 시스템과 함께 사용될 수 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른 캐리어(300)의 평면도이다. 캐리어(300)는 프로파일(320)을 따라 제어점(302,304,306,308,310,312,314,316,318)을 제공한다. 캐리어(300)는 단부점(302,318)은 고정되어 있고, 제어점(304-316)은 모두 개별적으로 작동되는 본 발명에 따른 캐리어의 한 예이다. 이는 또한 평행 스프링 기구를 제공하는 하나의 절취부(232)를 사용한다는 것에 유의하여야 한다.
제어점들의 상대 이동이 가능하도록 절취부 또는 다른 기구를 적절히 배향하는 것은 본 발명의 범위 내에 있다는 것을 이해할 것이다. 도 10은 캐리어 본체의 절취부 형태를 선택하기 위한 다른 기술을 보여주는 캐리어(340)의 평면도이다. 캐리어(340)의 절취부는 래핑 압력으로 인한 캐리어 프로파일의 휨을 감소시키도록 설계되어 있다. 캐리어(340)는 절취부 비임의 윤곽을 형성함으로써 이러한 목적을 달성한다. 또한, 래핑에 의해 유도된 휨을 더욱 감소시키기 위해 캐리어(340)의 두께를 증가시킬 수 있다.
본 발명은 래핑 공정 중에 바아 굴곡을 제어하는 것을 개선시킬 수 있는 캐리어를 구비한 래핑 시스템을 제공한다. 본 발명은 액츄에이터의 수를 증가시키고, 액츄에이터 사이의 공간이 더욱 가깝게 한 것을 비롯하여 많은 특징들을 포함한다. 또한, 종래 기술에 따른 설계와 비교하여, 본 발명에 있어서 액츄에이터는 중간의 고정 영역 없이 서로 인접하게 배치된다. 또, 본 발명에 있어서 액츄에이터 기구는 각 바아 상에 배치할 필요가 없도록 래핑기의 아암 상에 배치된다. 적절한 기술을 통해 바아를 캐리어에 부착시킬 수 있다. 일실시예에 있어서, 바아는 캐리어의 프로파일 상에 포함된 슬롯 속으로 넣어질 수 있다. 또한, 바아를 밀거나 잡아당겨 어느 방향으로의 변형이 가능하도록 본 발명의 액츄에이터가 사용될 수 있다. 바아의 굴곡은 바아의 통상적인 프로파일 둘레에 집중되는 것이 좋다. 이는 래핑 중에 바아 상에 가해지는 어떤 여분의 굴곡 스트레스를 감소시킨다. 양호한 일실시예에 있어서, 2인치 길이의 바아의 래핑은 7개는 굴곡을 위해 2개는 래핑력을 균형시키기 위한 9개의 최소 별개 제어점을 이용하여 1 μ인치 미만의 표준 편차 내로 제어된다. 이 제어점 수는 바아의 길이 및 원하는 최소 표준 편차에 기초하여 적절히 증가 또는 감소될 수 있다. 적절한 기술을 통해 캐리어를 클램핑하고, 이러한 클램핑은 본원에서 기술된 특정 클램프에 한정되지 않는다. 또한, 액츄에이터는 다른 기술을 이용하여 캐리어에 연결될 수 있다. 본원에서 사용된 "제어점"이라는 용어는 (개략적으로 나타낸 도면의 받침부와 같은) 고정 제어점 또는 작동 제어점일 수 있다.
본 발명을 양호한 실시예를 참고로 하여 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 형태 및 세부 사항을 변화시킬 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 적절한 기술에 의해 임의 형태의 캐리어에 형성되고, 어떤 수단에 의해 작동 또는 고정된 임의 수의 제어점이 사용될 수 있다. 또한, 임의 형태의 래핑이 사용될 수 있고, 아암은 캐리어에 일체로 될 수 있다. 제어점들은 바아 그 자체와 일체로 형성될 수도 있다. 이는 바아에의 추가 접속을 필요로 할 수 있다.

Claims (16)

  1. 복수개의 슬라이더를 포함하는 바아를 래핑하기 위한 래핑 장치로서,
    상기 바아에 연결되고, 제1 제어 신호에 응답하여 제어 가능한 제1 힘을 가하도록 되어 있는 제1 액츄에이터와;
    상기 바아에 연결되고, 제2 제어 신호에 응답하여 제어 가능한 제2 힘을 가하도록 되어 있는 제2 액츄에이터와;
    래핑면과;
    상기 제1 액츄에이터 및 제2 액츄에이터에 연결되어 래핑면에 대해 바아에 래핑력을 제공하는 아암과;
    원하는 바아의 프로파일을 얻고 그 바아의 프로파일에 걸쳐 원하는 래핑력 분포를 얻도록 선택된 복수의 힘을 바아에 가하기 위하여, 상기 제1 액츄에이터 및 제2 액츄에이터에 각각 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 제공하는 컨트롤러를 포함하며,
    상기 제1 액츄에이터에 의해 야기된 굴곡은 제2 액츄에이터에 의해 야기된 굴곡과 간섭되고, 상기 제어 신호는 그러한 간섭의 함수로서 선택되는 것을 특징으로 하는 래핑 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는 제1 액츄에이터와 제2 액츄에이터의 간섭 관계를 나타내는 감도 행렬을 내장하는 메모리를 포함하고, 상기 제어 신호는 감도 행렬의 추가의 함수로서 선택되는 것을 특징으로 하는 래핑 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 아암을 상기 바아에 연결시키는 캐리어와, 상기 제1 액츄에이터에 연결된 제1 제어점과, 상기 제2 액츄에이터에 연결된 제2 제어점을 포함하는 것을 특징으로 하는 래핑 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 컨트롤러에 연결된 균형 액츄에이터를 포함하고, 상기 캐리어는 상기 바아에 균형된 힘을 가하도록 상기 균형 액츄에이터에 연결된 적어도 2개의 고정 제어점을 포함하는 것을 특징으로 하는 래핑 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 캐리어는 제3 액츄에이터에 연결된 제3 제어점과, 제2 액츄에이터에 연결된 제4 제어점을 포함하며, 상기 2개의 고정 제어점은 적어도 2개의 제어점에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 래핑 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 캐리어는 상기 제1 액츄에이터에의 연결과 상기 제1 제어점으로의 힘 전달을 위한 제1 제어 영역을 포함하며, 이 제1 제어 영역은 캐리어 내의 강도가 감소된 영역에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는 래핑 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 캐리어는 제3 제어점을 포함하고, 임의 쌍의 인접 제어점 사이 공간은 비균일한 것을 특징으로 하는 래핑 장치.
  8. 복수개의 슬라이더를 포함하는 바아를 래핑하기 위한 래핑 장치로서,
    아암과;
    래핑면과;
    상기 아암에 연결된 제1 액츄에이터와;
    상기 아암에 연결된 제2 액츄에이터와;
    캐리어를 포함하고,
    상기 캐리어는
    상기 바아에 연결되고 상기 바아를 래핑면에 대해 압박하도록 되어 있는 작업면과;
    상기 제1 액츄에이터에 연결되고, 상기 바아에 제1 힘을 가하도록 배치되는 상기 작업면 상의 제1 제어점과;
    상기 제1 제어점에 인접하여 상기 제2 액츄에이터에 연결되고, 상기 바아에 제2 힘을 가하도록 배치되는 상기 작업면 상의 제2 제어점을 포함하며,
    상기 제1 제어점과 제2 제어점은 제1 제어점의 이동에 의해 제2 제어점이 이동되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 래핑 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 액츄에이터 및 제2 액츄에이터에 연결되고, 상기 제1 액츄에이터의 이동과 그 결과로서 생기는 상기 제2 제어점의 이동 사이의 관계를 나타내는 감도 행렬의 함수로서 상기 제1 액츄에이터 및 제2 액츄에이터에 제어 신호를 제공하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 래핑 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 캐리어는 상기 래핑면에 대한 바아의 균형을 제어하는 제1 고정 제어점 및 제2 고정 제어점을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 래핑 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 캐리어는 상기 작업면 상에 제3 제어점 및 제4 제어점을 더 포함하고, 상기 2개의 고정 제어점은 적어도 2개의 제어점에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 래핑 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 캐리어는, 상기 제1 액츄에이터에 연결되고 상기 제1 제어점으로 운동을 전달하는 제1 제어 영역을 포함하고, 이 제1 제어 영역은 캐리어 내의 강도가 감소된 영역에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는 래핑 장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 캐리어는 제3 제어점을 포함하고, 임의 쌍의 인접 제어점 사이의 공간은 비균일한 것을 특징으로 하는 래핑 장치.
  14. 복수개의 슬라이더를 포함하는 바아를 래핑하기 위한 래핑 장치로서,
    아암과, 래핑면과, 캐리어를 포함하고,
    상기 캐리어는
    상기 바아에 연결되고 상기 바아를 래핑면에 대해 압박하도록 되어 있는 작업면과;
    상기 아암 및 작업면에 연결되어 있는 인접한 제1 제어점, 제2 제어점 및 제3 제어점을 포함하며,
    상기 제1 제어점과 제2 제어점 사이의 공간은 제2 제어점과 제3 제어점 사이의 공간과는 다른 것을 특징으로 하는 래핑 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 캐리어는 제4 제어점을 더 포함하고, 제1 제어점과 제4 제어점은 고정 제어점이며 제2 제어점 및 제3 제어점에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 래핑 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제1 제어점으로 운동을 전달하도록 되어 있는 제1 제어 영역을 포함하며, 이 제1 제어 영역은 캐리어 내의 강도가 감소된 영역에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는 래핑 장치.
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