JPH05282634A - 磁気ディスク駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ボイスコイルモータに対する負荷トルクを測
定し、その測定値を使って磁気ヘッドの位置決め制御す
ることにより、磁気ヘッドの位置決めを高速かつ安定し
て行う。 【構成】 磁気ヘッドの位置決め用速度制御を行う制御
部２２に、ボイスコイルモータに作用する負荷トルクの
測定値を記憶する。制御部２２内の負荷トルク演算部２
２ｂでこの測定値に基いてボイスコイルモータを駆動す
る操作量を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータシステム
の外部記憶装置等として用いられる磁気ディスク駆動装
置に関し、特に磁気ヘッドの速度制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク駆動装置は、高速に回転し
ている磁気ディスク上の所望のデータ位置に磁気ヘッド
を高速に位置決めして、データの読み出し／書き込みを
行なう。

【０００３】この磁気ヘッドの位置決めのために、従来
の磁気ディスク駆動装置ではサーボ面サーボ方式を採用
してきたが、磁気ディスク１面全てにわたってサーボ情
報が書き込まれているので、データの記憶効率が悪いと
いう欠点があった。それ故、小型軽量化、高密度化が求
められている最近の磁気ディスク駆動装置では、磁気デ
ィスクのデータ面上に位置決めのための情報が同時に書
き込まれていて位置決め専用の磁気ヘッドとデータ専用
の磁気ヘッドを別々に用意する必要のないセクタ・サー
ボ方式が多く採用されている。

【０００４】アクセス・モータにおいては、小型軽量
化、高速化の要求によりセンサレスのボイスコイルモー
タが多く採用されている。

【０００５】以上のように、最近の磁気ディスク駆動装
置ではセクタ・サーボ方式とセンサレスのボイスコイル
モータが組み合わせられることにより、制御方式は従来
の連続時間制御からセクタ毎のサーボ情報を使用した離
散時間制御になっている。

【０００６】図７にセンサレスのボイスコイルモータを
使用した磁気ディスク駆動装置の構成例を示す。図にお
いて、１はボイスコイルモータ，１ａは磁気ヘッド，２
は磁気ディスク，３はスピンドルモータ，４はリード／
ライトＩＣ，５は磁気ヘッド１ａとリード／ライトＩＣ
４及びボイスコイルモータ１のコイルとドライバＩＣ
（図示せず）を結線するフレキシブルケーブル，６はベ
ースである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、装置の
小型化が進むと、磁気ヘッド１ａとリード／ライトＩＣ
４およびボイスコイルモータ１のコイルとドライバＩＣ
を結線するフレキシブルケーブル５の剛性による負荷ト
ルクが磁気ヘッド１ａの位置決めにとって問題となる。

【０００８】５インチ，３．５インチ程度の磁気ディス
ク駆動装置では、ボイスコイルモータの駆動力がフレキ
シブルケーブルの剛性による負荷トルクに比較して大き
いので問題になることは少い。しかしながら、２．５イ
ンチ以下の磁気ディスク駆動装置では、ボイスコイルモ
ータの駆動力がフレキシブルケーブルの剛性による負荷
トルクに対して十分大きいとはいえない。したがって、
この場合には、フレキシブルケーブルによる負荷トルク
は、磁気ヘッドの位置決めの高速化，安定化の妨げにな
る。

【０００９】また、フレキシブルケーブルの取付け方、
温度変化等によるフレキシブルケーブルの剛性のばらつ
きにより負荷トルクは大きく変化する。こうした要因
は、磁気ヘッドの高速位置決めの安定化を更に困難にす
るものであった。

【００１０】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、ボイスコイルモータの駆動力に影響を
与える負荷トルクの測定を予め行い、その測定値を使っ
て磁気ヘッドの位置決め制御をすることにより、磁気ヘ
ッドの位置決めを高速かつ安定して制御できる優れた磁
気ディスク駆動装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、ボイスコイルモータにより磁気ヘッドを移
動させて目標トラックに位置決めする磁気ディスク駆動
装置において、磁気ディスク上の全トラックを同数のト
ラックを有するｎ個のゾーンに等分割し、各ゾーンの所
定のトラックに磁気ヘッドを精密位置決め制御してボイ
スコイルモータに対する操作量を測定する操作量測定回
路と、操作量測定回路で測定した操作量を使用して磁気
ヘッドを目標トラック位置に位置決めする速度制御回路
とを設けたものである。

【００１２】

【作用】等分割された各ゾーンの所定のトラックにおい
て操作量測定回路により精密位置決め制御してボイスコ
イルモータに対する操作量を測定する。この測定は装置
の起動時に行ってもよいし、また一定時間間隔で行うよ
うにしてもよい。測定された操作量は、ボイスコイルモ
ータに対する負荷トルクとみなすことができる。したが
って、速度制御回路により操作量を使用して磁気ヘッド
を目標トラック位置へ位置決めすることによって、前記
負荷トルクの大きさに対応した位置決め制御を行うこと
ができる。

【００１３】

【実施例】以下本発明に係る実施例を図面にしたがって
説明する。なお各図面に共通する要素には同一の符号を
付す。図１は本発明に実施例を示すブロック図、図２は
磁気ディスク駆動装置に使用されるフレキシブルケーブ
ルの変形を示す平面図である。

【００１４】図１は本実施例における磁気ヘッドの速度
制御回路を示す。図において、速度制御回路２１には制
御部（μＣＰＵ）２２，ディジタル／アナログ（Ｄ／
Ａ）コンバータ２３，ボイスコイルモータ１の伝達関数
２４，サンプラ２５およびアナログ／ディジタル（Ａ／
Ｄ）コンバータ２６が設けられている。そして制御部２
２内には、補償器演算部２２ａ，負荷トルク演算部２２
ｂ，速度演算部２２ｃおよび基準速度演算部２２ｄがそ
れぞれ設けられている。

【００１５】図２において、本実施例に係る磁気ディス
ク駆動装置１１には、従来例と同様に、ボイスコイルモ
ータ１，磁気ヘッド１ａ，磁気ディスク２，スピンドル
モータ３およびフレキシブルケーブル５がそれぞれ配設
されている。磁気ディスク２上には、最外周の０トラッ
クから最内周のＮトラックまで複数のトラックが配置さ
れている。磁気ヘッド１ａは、ボイスコイルモータ１に
より磁気ディスク２上の０トラックとＮトラックの間を
移動するが、磁気ヘッド１ａがＮトラック上にあるとき
フレキシブルケーブル５は５ａの位置にあり、磁気ヘッ
ド１ａが０トラック上にあるときはフレキシブルケーブ
ル５は５ｂの位置にある。このようにフレキシブルケー
ブル５は磁気ヘッド２の位置により位置変化するが、こ
の位置変化によりボイスコイルモータ１の可動部に作用
する負荷トルクが変わってくる。

【００１６】図３はボイスコイルモータ１の可動部に作
用するフレキシブルケーブル５の負荷トルクの一例を示
したものであり、この図からわかるように、磁気ヘッド
１ａが最内周のＮトラックに近づくほど負荷トルクは小
さくなっている。

【００１７】図４は本実施例における磁気ディスクを示
す切欠平面図である。本実施例では、磁気ディスク２の
データ領域はゾーン１からゾーンｎまでのｎ個のゾーン
に等分割されている。ｎ個のゾーンに分割するのは、後
述するように、これらのゾーン単位で磁気ヘッド１ａの
精密位置決め制御を行うためである。

【００１８】上記のように磁気ディスク２のデータ領域
はｎ個のゾーンに分割されているので、磁気ヘッド１ａ
はゾーン１からゾーンｎまで順に通過していくが、本実
施例では、このとき各ゾーンの中央のトラック、たとえ
ば図４で説明すると、あるゾーンがｋから（ｋ＋ｍ）ま
でのトラックがあるとすると中央のトラック、即ち（ｋ
＋ｍ／２）トラックの位置で、磁気ヘッド１ａの精密位
置決め制御を行う。この精密位置決め制御回路を図５に
示す。

【００１９】図５において、精密位置決め制御回路１３
には、サンプラ１４，アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）
コンバータ１５，制御部（μＣＰＵ）１６，ディジタル
／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ１７およびボイスコイ
ルモータ１の伝達関数１８が設けられており、制御部１
６内にはさらに補償器演算部１６ａが設けられている。

【００２０】次に本実施例の動作を説明する。いま、磁
気ディスク駆動装置１１が起動して、磁気ヘッド１ａ
が、磁気ディスク２上の０トラックにオンサーボしてい
る。このとき、磁気ディスク駆動装置１１がリード／ラ
イト可能である状態を示す信号（ｒｅａｄｙ信号）を図
示せぬホストコンピュータへ返してはいない。

【００２１】ここで磁気ディスク駆動装置１１は０トラ
ックから１トラックシークを開始する。磁気ヘッド１ａ
は磁気ディスク２上のゾーン１からゾーンｎまで順に通
過していき、このとき各ゾーンの中央トラックの位置で
前述したように精密位置決め制御を行う。

【００２２】図５に示す精密位置決め制御回路１３にお
いて、磁気ディスク２にセクタ毎に書かれているサーボ
情報の一つであるバースト情報（図６に示す）を読取っ
て生成したバースト信号をサンプラ１４によりサンプリ
ングし、Ａ／Ｄコンバータ１５によりＡ／Ｄ変換して位
置誤差ｅ_i を求める。制御部１６内の補償器演算部１６
ａでは、この位置誤差ｅ_i に基いて予め与えられている
制御則に従って演算を行い、操作量Ｕ_i を求める。操作
量Ｕ_i は位置誤差ｅ_i を０とするために制御部１６が制
御対象に与える量をいう。求められた操作量Ｕ_i はＤ／
Ａコンバータ１７によりＤ／Ａ変換される。位置誤差ｅ
_i と操作量Ｕ_i との関係は制御則によって異なるが、直
列補償では次式のような関係になる。

【００２３】 Ｕ_i ＝Ｋ₁ Ｕ_i-1 ＋…＋Ｋ_n Ｕ_i-n ＋Ｌ₀ ｅ_i ＋…＋Ｌ_m ｅ_i-m （１） ここでＫ₁ ，Ｋ₂ ，…，Ｋ_n ，Ｌ₀ ，Ｌ₁ ，…，Ｌ_m は
制御定数であり、またＵ_i-n ，ｅ_i-m は過去の値を表わ
す。たとえばＵ_i-n は現在よりｎサンプル前のＵ_i ，ｅ
_i-m は現在よりｍサンプル前のｅ_i の値を表わす。操作
量Ｕ_i は１つのトラックにおいてセクタ毎に求められ
る。このようにして各トラックにおいて操作量Ｕ_i を求
める。

【００２４】次に、ｎ個の各ゾーンの中央のトラックに
おいてセクタ毎に求められた操作量Ｕ_i を一旦図示せぬ
メモリに記憶し、これを元に平均値を求める。セクタの
数をＰとすると、平均値バーＵ_i を求める式は次の通り
である。

【００２５】

【数１】

【００２６】この平均値バーＵ_i をゾーン１からゾーン
ｎまでの各ゾーンの中央トラックについて求め、それぞ
れバーＵ_i ，₁ ，バーＵ_i ，₂ ，…バーＵ_i ，_n として
図１に示す制御部２２内のランダムアクセスメモリ（Ｒ
ＡＭ）（図示せず）に記憶させる。

【００２７】以上のようにして求めた各トラックにおけ
る操作量の平均値バーＵ_i は、フレキシブルケーブル５
の剛性による負荷トルクに比例することを以下に証明す
る。

【００２８】フレキシブルケーブル５による負荷トルク
をＴｑ〔Ｎ・ｍ〕とし、ボイスコイルモータ１のトルク
定数をＫ_t 〔Ｎ・ｍ／Ａ〕，ボイスコイルモータ１を駆
動するモータドライバの電圧／電流変換定数をＫ_i 〔Ａ
／Ｖ〕，操作量Ｕ_i をＤ／Ａ変換した後の電圧をＶ
〔Ｖ〕とする。

【００２９】磁気ヘッド１ａがあるトラックに追従して
いるとき、ボイスコイルモータ１が発生しているトルク
Ｔａは Ｔａ＝Ｋ_t ・Ｋ_i ・Ｖ〔Ｎ・ｍ〕 （３） として求められる。磁気ヘッド１ａがトラックに追従し
ているときはＴｑ≒Ｔａが成立している。したがって、 Ｔｑ≒Ｋ_t ・Ｋ_i ・Ｖ＝Ｋ_t ・Ｋ_i ・ｆ（Ｕ_i ）（但し、Ｖ＝ｆ（Ｕ_i ）） （４） となり、フレキシブルケーブル５の負荷トルクＴｑは操
作量の平均値バーＵ_i と比例していることがわかる。即
ち、操作量の平均値バーＵ_i を求めることはフレキシブ
ルケーブル５の負荷トルクＴｑを求めることと同じであ
る。

【００３０】磁気ディスク２上の最内周のゾーンｎの操
作量平均値バーＵ_i ，_n を求めた後、高速位置決め（速
度）制御により０トラックへもどり、ｒｅａｄｙ信号を
ホストコンピュータへ返す。この後は、ホストコンピュ
ータからの磁気ヘッド１ａの移動命令を待って速度制御
に移行する。

【００３１】図１において、ホストコンピュータから磁
気ヘッド１ａの移動命令があると、磁気ヘッド１ａの移
動トラック数に応じた基準速度が基準速度演算部２２ｄ
から読出される。移動トラック数と基準速度とは所定の
対応関係にあり、この対応関係に基いた基準速度テーブ
ルが基準速度演算部２２ｄに格納されており、この基準
速度テーブルから基準速度が読出されるわけである。読
出された基準速度は補償器演算部２２ａへ送られる。

【００３２】補償器演算部２２ａで基準速度に応じた磁
気ヘッド１ａの操作量Ｓ_i を計算して求める。このと
き、負荷トルク補償部２２ｂでは磁気ヘッド１ａの現在
のトラック位置のゾーン番号から前記操作量平均値バー
Ｕ_i の値を前記のＲＡＭから読み出す。そして現在のト
ラック位置と目標トラック位置との位置関係から磁気ヘ
ッド１ａの移動方向を求め、その移動方向がＩＤ方向
（内周方向）であればマイナス（−），ＯＤ方向（外周
方向）であればプラス（＋）として、平均値バーＵ_i か
ら補正量Ａ_i を計算する。補償器演算部２２ａで求めら
れた操作量Ｓ_i はこの補正量Ａ_i により補正されて、Ｄ
／Ａコンバータ２３へ送られる。Ｄ／Ａコンバータ２３
でＤ／Ａ変換され、ボイスコイルモータ１を駆動する。

【００３３】ボイスコイルモータ１の速度はサンプリン
グ時間毎に、サンプラ２５，Ａ／Ｄコンバータ２６およ
び速度演算部２２ｃにより算出される。この間に磁気ヘ
ッド１ａが移動したトラック数により基準速度が更新さ
れ、磁気ヘッド１ａが位置するゾーン番号が変わるとそ
れに応じた前記操作量平均値バーＵ_i の値がＲＡＭから
読み出されて基準速度を補正する。この一連の制御動作
を繰り返して目標トラック位置まで磁気ヘッド１ａの移
動を行う。

【００３４】上記実施例では、磁気ディスク駆動装置の
起動時に操作量Ｕ_i を測定してその平均値バーＵ_i を求
めたが、操作量Ｕ_i の測定を起動後一定時間間隔で行っ
て磁気ヘッドの速度制御を行うようにすれば、フレキシ
ブルケーブル５の温度による剛性の変化によって生ずる
負荷トルクの変化にも対応できる。

【００３５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、ボイスコイルモータに作用する負荷トルクを対比的
に測定し、その測定値を使って磁気ヘッドの速度制御を
行うので、磁気ヘッドの位置決めを高速かつ安定して行
うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例を示すブロック図。

【図２】フレキシブルケーブルの変形を示す平面図。

【図３】フレキシブルケーブルの負荷トルクの一例を示
す説明図。

【図４】実施例の磁気ディスクを示す切欠平面図。

【図５】実施例の精密位置決め制御回路を示すブロック
図。

【図６】バースト情報を示す説明図。

【図７】磁気ディスク駆動装置を示す平面図。

【符号の説明】

１ ボイスコイルモータ １ａ 磁気ヘッド ２ 磁気ディスク ５ａ，５ｂ フレキシブルケーブル １１ 磁気ディスク駆動装置 １３ 精密位置決め制御回路 １６ 制御部 ２１ 速度制御回路 ２２ 制御部 ２２ｂ 負荷トルク演算部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイスコイルモータにより磁気ヘッドを
   移動させて目標トラックに位置決めする磁気ディスク駆
   動装置において、 磁気ディスク上の全トラックを同数のトラックを有する
   ｎ個のゾーンに等分割し、 各ゾーンの所定のトラックに磁気ヘッドを精密位置決め
   制御してボイスコイルモータに対する操作量を測定する
   操作量測定回路と、 前記操作量測定回路で測定した操作量を使用して磁気ヘ
   ッドを目標トラック位置に位置決めする速度制御回路と
   を設けたことを特徴とする磁気ディスク駆動装置。