JPS59209098A - ステツプモ−タの加減速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、回転記憶装置用のステップモータから電力を
供給されるアクチュエータに係り、特にそのようなアク
チュエータの加速度／減速度を開ループで制御する装置
に関する。

発明の背景技術 開ループで駆動されるステップモータは、通常、低価格
のディスク駆動装置のアクチュエータへの電力供給用に
使用されている。そのようなステップモータは、比較的
廉価であって、しかも多くのフロッピィディスクの駆動
及び若干のウィンチェスタ（Ｗｉｎｃｈｅｓｔｅｒ）デ
ィスク駆動の要求をも満足する十分な位置決定精度及び
反覆性を備えている。

そのようなステップモータは、例え＆−！、１９７９年
７月１０日付で特許された米国特許 第４，１６１．００４号、”記録・再生機器用ヘッド位
置決定機構”に記述されている型式のバンド駆動アクチ
ュエータへの電力供給に使用して成功を収めている。特
にシュガー）　（Ｓｈｕｇａｒｔ）　ＳＡ　８５０デイ
スク駆動装置は、その特許に記述されている線形バンド
駆動アクチュエータを動作させる開ループステップモー
タを具備したフロッピィディスク駆動装置の一例であり
、またシュガー）　５Ａ４０００は、前記特許に記述さ
れ・ている回転形バンド駆動アクチュエータを動作さぜ
る開ルーシステップモータを具備したウィンチェスタデ
ィスク駆動装置の一例である。

周知のように、ステップモータは、本来、実質的な制動
装置に使用されるものである。ステップ０モークの回転
子がその所定停止位置すなわちステラフ０位置を越えて
回転したときに限って、停止トルクがモータの内部に発
生するものである。その場合、回転子は行過ぎを生じ、
所期ステッゾ位置の前後で、いわゆる゛固有周波数”で
振動しがちになって、モータの停止に要する時間が長く
なってしまう。また、ステップモータはその加速度を遅
延させる、好ましくない゛中間周波数′″の共振を生じ
る傾向がある。

効果的な制動が、ステップモータの固有共振及び中間周
波数共振を制御する上での重要な鍵である。そこで、ス
テップモータのための開ループ及び閉ループの制動装置
を開発するため多くの努力と費用が払われた。閉ループ
制動装置は、本発明の範囲外であるが、いく人かの設計
者は、新規なディスク駆動装置に規定されつ＼ある、短
縮されたシーク／停止時間の挑戦に応する試みとして、
いわゆる低価格のディスク駆動装置のアクチュエータの
制動用に、これら高価な装置を使用するように変ったこ
とは留意すべきである。′シーク時間”という用語は、
（１）読出し／書込みヘッドが、選択されたデータトラ
ックへ移動するのに必要な時間と（２）ヘッドがそのト
ラックに定着するのに必要な時間とを加えた時間と定義
した上で以下使用する。しかしながら、人によってはこ
れら２つの時間間隔の和を上述のようにシーク／停止時
間と呼ぶことを好むかも知れない。

多くのディスク駆動装置に対して、星−トラック・シー
ク時間は、その時間がいわゆる潜在時間（すなわちディ
スクが完全な一回転をするのに必要な時間）をこえると
きには、極めて重要な要素となる。もし、単一トラック
・シーク時間が潜在時間よりも短いときは、潜在周期が
ディスク駆動装置の平均単一トラック・データアクセス
時間を決定するが、これは、通常使用者に関心のもたれ
るパラメータである。

単一トラックシーク時間は、ディスク駆動装置に関する
最短シーク時間である。しかしながら、単一トラックシ
ーク時間が潜在周期よりも短いことを確実にするという
表面上野心的でない目標は、アクチュエータに開ループ
ステップモータを使用した場合、達成困難であったが、
アクチュエータがそのシークを完了するときのステップ
速度を減少させ、またシュガー）ＳＡ１０００デイスク
駆動装置における粘性ダンパを使用し、又は前述した特
許に示されている摩擦遅延機構を使用して、ステップモ
ータを機械的に制動する提案が行われた。

粘性ダンパは、比較的単純な第一次制動特性をもつので
機械的制動に好適ではあるが、製造は比較的複雑であり
、また、特に清潔が重要なウィンチェスタディヌク駆動
装置の環境にあっては、好ましくない汚染物の重大な源
泉となる。従来技術についての、より広範な議論につい
ては、１９８０年６月２日から５日までのイリノイ大学
（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　ｌ１ｌｉｎｏｉｓ）に
おける増分運動制御方式及装置についての第９回年次シ
ンポジューム会報（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、Ｎ１ｎｔ
ｈ　Ａｎｎｕａｌ　ＳｙｍｐｏｓｉｕｍＯｎ　Ｉｎｃｒ
ｅｍｅｎｔａｌ　ＭＯｔｌＯｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙ
ｓｔｅｍｓ　ａｎｄＤｅｖｉｃｅｓ）、６５頁から７８
頁までに掲載されてイル、コルｒ　４　り（Ｋｏｒｄｉ
ｋ）　、ケニヌエス（Ｋｅｎｎｅｔｈ　Ｓ）の論文６可
変磁気抵抗ステツプモータの行き過ぎ及び発振の軽減”
を参照されたい。

発明の要約 本発明によれは、ディスク駆動用ステップモータ駆動ア
クチュエータの加速度及び減速度の動作を制御するだめ
の比較的低費用で能率的な開ループパルス幅変調技術が
得られる。パルス幅変調ルーチンは、単一トラックシー
ク及び多トランクシークの最初の２ステツプと最後の２
ステツプに対してはプログラム制御で実行されて、アク
チュエータ装置の定着時間、位置ヒステリシス及び中間
周波数共振が最適化される。単一トラックシークと多ト
ラツクシークでは異るルーチンが実行される。その理由
は、（１）単一トラックシークでは中間周波数共振が問
題にならないし、（２）単一トランクシークと多トラン
クシークでは、ステップモータの最大許容ステップ速度
が相異するものであり、また（６）単一トラックシーク
と多トランクシークとでは最適の加速度／減速度特性が
異るからである。通常、パルス幅変調ルーチンは、マイ
クロッ０ロセツサ内の一覧表にコード化されていて、各
シークに命令されるステップ番号を計算して増分になる
計数器の制御によって、実行される。

実施例 本発明について、いくつかの実施例を特に引用して以下
に詳細説明するが、本発明をそれらの実施例に限定する
ことを意図したものでないことを理解されたい。むしろ
特許請求の範囲に規定したような本発明の精神及び範囲
に該当するすべての変形、代替及び同等なものを含むこ
とを意図し、ている。

第１図に、ディスク状記録媒体１４上の選択されたトラ
ックデ〜りに読取り／書込みヘッド１３を位置合せする
ためのアクチュエータ装置１２を備えるディスク駆動装
置１１（関係部分だけを示す）を示した。記録媒体１４
は中心をスＶンドル（図示ｔてない）に暇付けてあって
、動作中、矢印１６の方向に回転する。アクチュエータ
装置１２は、記録媒体１４上の複数個の同心円データト
ラックのどれか１つにデータを書込み又はｒ−タを読取
るように、６シーク”命令に応答して読取り／書込みヘ
ッド１３の位置を足めるため、ステップモータ１７によ
って駆動される。

図示したように、記録媒体１４は、例えば、ウインチェ
フタ形駆動装置のような、硬い磁気記録ディスクすなわ
ち盤である。しかしながら、本発明の広い態様では、フ
ロラぎイディスク又は柔軟なディスクの駆動装置のよう
な他の型式の駆動装置にも適用できることが明かである
。また、１個の読取り／書込みヘッドだけを図示しであ
るが、アクチュエータ装置１２は、１個又は複数個のデ
ィスクへの多面記録用の複数個のヘッドを支持する構成
にできることも理解されたい。

容認された実施標準に従って、アクチュエータ装置１２
には、アクチュエータ腕２２をモータ１７の出力軸すな
わち駆動軸２３（第２図）に結合するバンド駆動装置２
１を備える。図示したように、アクチュエータ腕２２の
一端は、固定軸２４を回転するように適当な軸受（図示
してない）を介して取付けてあり、また読取り／書込み
ヘッド１３は、通常、カンチレバ状たわみ部材２５によ
って支持される。たわみ部材２５は、軸２４の軸線（す
なわち腕２２の回転軸線）から所定の距離でアクチュエ
ータ腕２２に取付け（手段は示してない）である。従っ
て、アクチュエータ装（至）は、いわゆる、゛回転形ア
クチュエータ″である。モータ駆動軸２３の増分回転す
なわち階段状回転に応答して、バンド駆動装置２１がア
クチュエータ腕２２の軸２４をめぐる回転をおこさせる
からである。しかしながら、本発明は１線形”バンド駆
動アクチュエータにも適用できることは明らかである。

周矧のように、ウインチェヌタ形ディスク駆動装置にあ
っては、ディスク１４の面から所定の微細距離の空気軸
受上をヘッド１３が動作中飛ぶように、読取り／書込み
ヘッド１３の構成、ヘッドに加わる負荷及びたわみ部材
２５は、注意深く選択される。従って、このようなディ
スク駆動装置でレマ、アクチュエータ装＃１２とディス
ク１４を、破線２７で全体を示した空気ろ過器つきハウ
ジング又は容器内に気密封入して、ヘッド１３とディス
ク１４との間に介在する極めて有害な汚染物の危険を軽
減している。ステップモータ１７は、通常、密封容器の
外側におくが、そのフランジ２８は容器内におくことも
できる。

ステップモータ１７の制御に従って、アクチュエータ腕
２２を回転させるために、バンド駆動装置２１には、モ
ータ駆動＠２３に２ン止め又は他の方法で取付るキャプ
スタン３１、及びキャプスタン３１とアクチュエータ腕
２２に接続している、実質的な非伸長性バンド３２を備
える。特にバンド３２は、３３の位置でキャプスタン３
１に固定されて、そのまわりに巻きついているので、対
向するセグメント３４及び３５がキャプスタン３１から
延びて交差するとき、アクチュエータ腕２２の離れた点
に接続されるようになっている。従って、モータ１７が
キャプスタン３１を例えは時計方向に回転するとき、バ
ンド３２の右側のセグメント３４は、キャプスタン３１
から離れるか、一方圧側のセグメント３５は、キャプス
タン３１に取り上げられて、アクチュエータ腕２２の反
時計方向回転をおこさせるので、読取り／書込みヘッド
１３はディスク１４の中心に向って移動する。

キャプスタン３１が反対方向、すなわち、反時計方向に
回転して、ヘッド１３をディスク１４の外側に移動させ
るときは、全く反対の動作となる。

バンド３２の２つのセグメント３４及び３５は、長さは
大体同じだが、幅は実質的に異っており、幅の広いセグ
メント３５が割れて、狭いセグメント３４を内部に通過
させることができることが好ましい。その場合、キャプ
スタンの完全な１回転よりも少い回転で、読取り／書込
みヘッド１３をディスク１４の最も外側のトラックから
最も内側のトラックへ移動させ、又はその逆の移動をさ
せるのに十分なように、キャプスタン３１の直径は選択
される。好ましくないバックラッシを避けるために、カ
ンチレバ板はね３９又は類似のものを、アクチュエータ
腕２２とバンド３２の一方のセグメント、例えはセグメ
ント３５との間に接続して、実質的に一定の張力をバン
ド３２に加えてお（。

同時係属中でかつ共通に譲渡を受けた米国特許出願　　
　　年　月　日付第　　　　　号”バンド駆動アクチュ
エータを具備するディスク駆動用機械的ダンパ（Ｄ／８
３０７５）に詳細記述されであるように、バンド駆動装
置２１のキャプスタン３１に、所定の慣性質量４３を結
合するエネルギー吸収弾性部材４２をダンパ４１が具備
すると利点がある。バンド駆動装置２１が平衡するよう
に、ダンパ４１はキャプスタン３１の回転軸のまわりに
対称のものとする。ダンパ４１の重要な利点は、その固
体（すなわち流体でない）構造から、ウィンチェスタデ
ィスク駆動装置の密封容器２７（第１図）内に取付けて
も、それが好ましくない汚染物の源泉となる危険が殆ん
どないことである。

第６図には、ディスク制御装置（図示してない）から加
えられるシ・−り命令を実行するためにステップモータ
１７を付勢するマイクロプロセッサ制御単極側（２）装
置５１を示しである。そのようなシーク命令は、通常、
読取り／書込みヘッド１３（第１図）が移動すべきトラ
ック番号を表わす１個又は複数個のステップパルスと、
読取り／書込みヘッド１３が移動すべき方向を表わす２
進（高又は低論理レベル）方向信号とによって示される
。

？ｌ１ｌＪ　Ｔｈｌ装置５１は、マイクロプロセッサ５
２を備えて、ディスク制御装置から受信する”ステップ
″信号及び”方向”信号に応答して、単極駆動装置５３
から５６までを動作させて、ステップモータ１γの巻線
すなわち位相ＡからＤまでを適当な時間順序に付勢し、
て、シーク命令を実行する。

特に、制御装置５１に単極設計を取り入れるために、ス
テップモータ１γは、２本巻きの永久磁石モータである
ことか好ましい。その場合、人相及びＣ相のコイルは、
モータの例えは偶数番号の固定子極（図示してない）に
巻き、Ｂ相及びＤ相のコイルは、他の奇数番号の固定子
極に巻（。ステラフ０モータには、二相動作、すなわち
、重複駆動を行わせて、その共振を軽減させ、単一ステ
ップ制動を改善し、またステップ確度を改善するのが有
利である。従って、ステップモータ１７の回転子（図示
してない）に対する停止位置は、隣接固定子極の中間と
なる。また第４図に示したように、モータの位相Ａない
しＤは、キャプスタン３１（第１図に示した）の時計方
向回転でしま、ＡＤ、ＡＢ、ＢＣＬ　ＣＤ、ＡＤの順序
に付勢され、またキャプスタン３１の反時計方向回転で
は、ＡＤ、ＣＤ、ＢＣ，ＡＢ、ＡＤの順序で付勢される
。

好適ステップモータの構成及び制御装置について説明し
たが、本発明は、これらの細部に支配されるものでない
ことを理解されたい。例えば、第５図に示したように、
本発明は、二極制御装置をもつステップモータを利用し
たディスク駆動装置にもまた使用できる。図示したよう
に二極制御装置６１には、マイクロプロセッサ６２を備
えて、ディスク制御装置から受信する゛ステップ”信号
及び”方向パ信号（すなわち“シーク命令”）に応答し
て二極駆動装置６３及び６４を動作させて、ステップモ
ータ６５の巻線すなわち位相ＡからＤまでを適当な時間
順序に付勢して、シーク命令を実行する。本発明を第１
図から第４図までの実施例について説明したが、多くの
代替又は等価なものか存在することは明らかである。

第６図の制御装置５１において、マイクロプロセッサ５
２が、シーク命令に付帯するステップパルスを計算して
、隼−トラックシークと多トラツクシークとを選別する
。バッファ付きシーク命令及びバッファ付きでないシー
ク命令は、各ステップパルスかマイクロプロセッサ５２
内部のタイマ（図示し、てない）をリセットさせること
によって容易に取り入れられて、ステップパルスは、所
定の動作中止期間が終るまで、別のステップパルスを受
信することなく、計数器（図示してない）によって積算
を続けられる。通常、動作中止期間は、約２００マイク
ロ秒に選定されるが、しかし、これは必要に応じて変え
られる方式依存のパラメータである。

単一のステップパルスからなるシーク命令がマイクロプ
ロセッサ５２に加えられると、”単一トラック″゛シー
ク動作がマイクロノ０セツサ５２によって引き起こされ
て、エネルギーは、可変速度で徐々に、ステップモータ
１７の１つの相から他の相へ、単一ステップに対する正
しい順序で転送される。可変速度は、ステップモータ１
７を含むアクチュエータ装置１２（第１図）の位置ヒス
テリシス及び定着時間を最小とするように選択される。

第４図を参照して確められるように、ステップモータ１
７が、ステップシーケンス中のどの位置にあっても、シ
ーケンスの次のステップは、エネルギーが１つの位相か
ら相補駆動位相に転送したときに発生する。従って第６
図に示したように、エネルギーが１つの位相から次の位
相に転送される速度は、それらの位相に対する駆動装置
を切替えて、それらの位相に対す駆動電圧に、所定の周
波数、すなわち、繰返し数をもつ相補形バーストの幅変
調パルスを重畳するように、マイクロプロセッサ５２を
プログラムすることによって容易に制御される。例えは
、ステップモータ１７の次のステップに位相Ｃの除勢と
位相Ａの付勢を要求すルトキは、マイクロプロセッサ５
２は相補形バーストの幅変調切替パルスを駆動装置５３
及び５４（第６図）に加えることによって、相補形バー
ストの幅変調駆動電圧を位相Ａと位相Ｃとに加える。

従って、エネルギーが１つの位相から次の位相に転送さ
れる速度は、パルス列と幅変調パルスのバースト長さに
よって決定されることがわかるであろう。パルスに所定
のパターンを選択する利点は、マイクロッ０ロセツサ５
２の内部クロック（図示してない）によって、タイミン
グが制御できることである。

類似しているが少しく複雑な動作が、複数個のステップ
パルス（すなわち多トラツクシーク命令）ヲ含むシーク
命令に応答してマイクロプロセッサ５２から始動される
。多トラツクシークルーチンを実行するために、マイク
ロプロセッサ５２は、駆動装置！ｉ５３ないし５６に対
する相補形幅変調切替パルスのバーストを供給して、シ
ークの最初の数ステップと最後の数ステップの間、ステ
ップモータ１７の位相から位相へとエネルギーが転送さ
れる速度を制御する。例えは、第７図及び第８図に示し
たように、エネルギーの転送される速度は、マイクロプ
ロセッサ５２によって、通常、シークの最初の２ステツ
プと最後の２ステツプの間に制御される。多トラツク・
シークルーチンの７１０　速ｉ制向１位相は、ステップ
モータ１７がその最大回転速度に向って加速されるとき
に経験する中間周波数共振を最小にするように選択され
、また、ルーチンの減速制御位相は、最大回転速度シー
クの結末において、アクチュエータ装置１２の定着時間
と位置ヒステリシスを最小にするように選択される。ル
ーチンにおけるあいまいさを避けるために、減速度制御
位相（第８図）は加速度制御位相に優先させる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれ　　　”
ば、ステップモータ駆動ディスク駆動アクチュエータの
中間周波数共振、停止時間及び位置ヒステリシスを最小
にし、又は少くとも軽減する比較的能率がよくて廉価な
ステラフ０モータの開ループ制御装置が提供される。そ
れを完成させるために、制御装置は、あらかじめ選択し
たバーストをもつ幅変調パルスを供給し、て、アクチュ
エータの加速度及び減速度の動作を制御するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図はステップモータ制御バンド駆動アクチュエータ
を具備するディスク駆動装置の簡略化した傾斜図、第２
図は第１図に示したバンド駆動アクチュエータを部分的
に拡大した断面略図、第６図は本発明に従った第１図の
ステップモータのパルス幅変調制−を行う単極回路の基
本的ブロック図、第４図はステップモータ位相に対する
２相同時切替の順序を示す図、第５図は第６図のステッ
プモータ制御回路の２極代替回路の基本的ブロック図、
第６Ａ図および第６Ｂ図は本発明の一態様に従って単一
トラックシークに実行されるパルス幅変調制御に対する
ステップモータの代表的特性を示すタイミング図、第７
Ａ図から第７ｃ図は多トラツクシークの期間中加速度制
御に対し本発明の別の態様に従って実行されるパルス幅
変調制御に対するステップモータの代表的特性を示すタ
イミング図、および第８Ａ図および第８ｃ図は多トラツ
クシークの期間中減速度制御に対し本発明の他の態様に
従って実行されるパルス幅変調制御に対スるステップモ
ータの代表的特性を示す図である。 １１・・・・・・・・・・・・・・ｍｍ・・・・ディス
ク駆動装置１２・・・・・・・・・・・・回目・山・ア
クチュエータ装置１３・・・・・・・・・・・・・・・
旧・・・・・銃砲り／書込みヘッド１７．６５・・・叩
・・・・・ステップモータ５１・・・・・山中・・用用
自・・単極制御装置６１・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・中・二極制御装置代理人　浅　村　　　皓 ＦＩＧ、２ ５′ＦＩＧ、３ ７ ＦＩＧ、５

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　読取り／書込みヘッドを、選択されるデータ
   トラックに位置合せするアクチュエータと前記アクチュ
   エータがそれぞれのシーク（ｓｅｅｋ）を完了するため
   に移動すべきステップの方向とステップ数とを識別する
   シーク命令に応答して前記アクチュエータを駆動させる
   単極ステップモータとを備えるディスク駆動装置におい
   て、 前記シークを実行するために適切な順序で前記ステップ
   モータの選択された位相を付勢及び除勢する開ループ・
   プログラム制御装置を備え、前記制御装置を７０ログラ
   ムによって、前記シークの開始時及び完了時に付勢及び
   除勢される前記モータの位相に所定長バーストの幅変調
   相補形部ｍＪ亀圧パルスを加えることによって、前記ア
   クチュエータの加速度及び減速度の動作が制御されるこ
   とを特徴とするステップモータの加減速度側（財）装置
   。
2. （２）読取り／書込みヘッドを、選択されるデータトラ
   ックに位置合せするアクチュエータと前記アクチュエー
   タがそれぞれのシークを完了するために移動すべきステ
   ップの方向とステップ数とを識別するシーク命令に応答
   して前記アクチュエータを駆動させる二極ステップモー
   タとを備えるディスク駆動装置において、 前記シークを実行するために適切な順序で前記ステラフ
   ０モータの選択された位相への付勢な反転させる開ルー
   プ・プログラム制御装置を備え、前記制御装置をプログ
   ラムによって、前記シークの開始及び完了時に、前記モ
   ータの前記選択された位相に、所定長バーストの幅変調
   駆動電圧パルスを加えることによって、前記アクチュエ
   ータの加速度及び減速度の動作が制御されることを特徴
   とするステップモータの加減速度制御装置。