JPS6342073A - 磁気デイスク装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、電子計算機の外部記憶装置である磁気ディス
ク装置に関する。

〈従来の技術と問題点〉 磁気ディスク装置は、メモリとしての磁気ディスクを萌
提として、磁気ヘッドによる情報の記録・再生系の他、
磁気ヘッドの位置決め機構及び位置決め制御系も存在す
る。この磁気ヘッドの位置決めについては、サーボ面と
呼ばれる特定の磁気ディスク面に同心円状に配列された
複数のトラック（サーボトラック）に記録された位置信
号（サーボ（２号）に基つき磁気ヘッドを動かすことに
よっている。そして、ヘッドの位置決め機構を制御する
ヘッド位置決め制御系の動作としては、目標トラック上
に磁気ヘッドを高速度で移動させるための速度制御モー
ドと、ディスクの回転に伴って振動している目標サーボ
トラックに磁気ヘッドを高精度で追従させるための追従
制御モードとのデュアルモードて構成される。このうち
、速度制御モードでは、磁気ヘッドを移動させるアクチ
ュエータか急激に加速・誠速させられることから、ヘッ
ドアームやヘッド支持機構等のアクチュエータの機構の
固を振動か励起され、−制御ループ内に残留振動が生じ
る。この残留振動が整定するまでは速度制御から追従−
制御へのモード切り替えができないことから、アクチュ
エータの機構の残留振動はヘッド位置決め時間の短縮を
阻害する。

また、追従制御モードではサーボトラックと磁気ヘッド
との位置誤差低吟を磁気ヘッド位置決め制御系の制御偏
差としてアクチュエータを駆動し、磁気ヘッドの位置を
修正して所定のトラックに追従させている。すなわち追
従制御系はトラック振れを目標値の変化とする閉ループ
サーボ系であるうそして、この場合の発生する振動とし
ては、例えば、ディスク回転数か３０００ｒｐｍの磁気
ディスク装置においては、一般に回転系の不釣合いによ
り振動周波数５０Ｈｚのトラック振れ成分が支配的に生
ずる場合が多い。しかも、実際にはこれ以外にも５０Ｈ
ｚの高調波成分及びスピンドル・支持軸受の速成モード
振動に起因する成分なども存在する。このため、近年の
高上ラック密度化された磁気ディスク装置においては３
００〜５００Ｈｚ程度の追従帯域が必要とされている。

一方、追従制ｏ４系の制御地域は一巡伝達関数のカット
オフ周波数ｆｅで見積ることが可能であり、このｆｅが
高いほど高精度なヘッド位置決めが可能である。しかし
、−巡伝達関数には機構の機械的固有振動に起因する共
振か現れ、カットオフ周波数ｆｃの大きさはこの固有振
動数によって制限される。特に揺動系アクチュエータに
おいては、主要な振動モードは曲げであり、しかも、設
計においては小形化のための幾何学的寸法や駆動エネル
キ低減のための軽量化等の厳しい制約条件を満足させる
必要があることから、例えば５００１１ｚのようにカッ
トオフ周波数を高くするよう機械的な固有振動数を飛躍
的に高くすることは一般に困難な課題である。したがっ
て例えば３００〜５００Ｈｚの追従帯域を十分高く設定
すること、すなわちヘッド位置決めの高精度化は固有振
動数が高くとれずカットオフ周波数ｆｃも限られるので
、限界が生ずる。

この結果、速度制御モードでも追従制御モードでも、高
速高精度なヘッド位置決めを実現するには、アクチュエ
ータの機構の振動を可能な限り低減したり固有振動数を
支障なく高くすることが重要な課題となる。

さて、振動が生ずるヘッド位置決め機構の揺動形アクチ
ュエータにおける主な固有振動としては、ヘッド支持機
構、駆動コイルやコイルボビンよりなるコイル構造体、
ヘッドアーム、ロータリシリンダ、コイル構造体からな
るロータリキャリッジ、等からなる可動部の曲げモード
振動と、揺動中心に位置するピボット軸の曲げやピボッ
ト軸受のラジアル弾性変位モード、等のいわゆるピボッ
ト部の並進変位モード振動とがあげられる。このうち、
可動部の曲げモード振動については、ヘッドアームのフ
レーム構造化等により前述の固有振動数を高くすること
は比較的容易であるが、ピボット部の並進変位モード振
動については、ピボット軸径の拡大に限界があり−Ｆ記
口Ｔ動部かピボット軸の負荷質量として作用する等の理
由により、固有振動数を高くすることは困難である。

従来技術では、固有振動数に起因する共撮を制御系内の
帯域除去フィルタにより抑圧することも試みられている
が、固有振動数か低い場合には制ｒ８系の低域位相特性
に態形習を及ぼすことから根本的な改善にはならないと
いう欠点があった。

一方、上記の問題に対処するため、アクチュエータ可動
部やヘッド等の局所的な変位や速度をセンサにより検知
し、それを制御系のフィードバック量として機構共振を
抑圧する方法も従来から知られているか、軽量化か必須
条件である可動部に付設可能な軽量・小形かつ高精度な
変位センサ、速度センサは現在のところ見あたらず、実
現が困難であるという欠点があった。

また、磁気ヘッドに付設した半導体加速度センサからの
出力を制御系フィードバックする制御方法が特開昭６０
−１３６９７２に開示さゎているが、半導体加速度セン
サをヘッドに付設するには膨大な半導体プロセスを立ち
上げる必要がある、センサの付設により磁気ヘッドの質
量が増大して力学的特性が悪化する、などの欠点があっ
た。

更に、揺動形アクチュエータにおいては、位置決め方向
におけるヘッド支持系の固有振動数はアクチュエータの
最低次固有振動数に比して一般に高く、位置決め時に問
題となる振動はヘッド系よりもむしろアクチュエータの
振動であるといってもよい。そのため、ピエゾ形等の従
来から広く使用されている加速度センサをヘッド取り付
は部であるヘッドアーム先端に付設し、そこで得られる
信号をヘッドの加速度信号と見なして用いることも実際
上は可能である。しかし、この種の加速度センサの質量
も数十ミリグラムオーダのヘッドに比してかなり大きく
、結果的にはヘッドアーム先端に一定の付加質量をつけ
ることになることから、アクチュエータのとポット軸回
りの慣性モーメントか増大し、高速なヘッド位置決め動
作を阻害するという欠点があった。

本発明は、上述の問題に鑑み、上述の如き改善手段は採
らず、機構共振がある場合でも高速高精度なヘッド位置
決めをｖ■能とした磁気ディスク装置の提供を目的とす
る。

く問題点を解決するための手段〉 上述の目的を達成する本発明の構成は、ヘッド位置決め
制御系での目標トラックに磁気ヘッドを移動させる速度
制御モードと目標トラックに上記磁気ヘッドを追従させ
る追従制御モードとのいずれかのモードにより、ピボッ
ト部を有する揺動形のヘッド位置決め機構を制御してヘ
ッドアーム先端を目標位置に変位させる磁気ディスク装
置において、上記ヘッド位置決め機構でのヘッドアーム
を揺動させるピボット部の近傍における並進加速度信号
と上記ピボット部の回転角加速度信号とを上記ヘッド位
置決め制８系のフィードバック信号とすることを特徴と
する。

く実　施　例〉 ここで、第１図ないし第５図を参照して本発明の詳細な
説明する。第１図は磁気ディスク装置の揺動形アクチュ
エータの概略を示し、第２図はその断面を示す。第１図
、第２図において、揺動形アクチュエータは、磁気ヘッ
ド１、ヘッド支持機構ＩＢ、ヘッドアーム２、駆動コイ
ル３、コイルボビン３Ｂ、ロータリシリンダ４、ピボッ
ト軸５、とポット軸受６．７、磁石８、ヨーク９、磁気
回路ハウジング１０、サブベース１１などから構成され
る。

このうち、ヘッドアーム２、駆動コイル３、ロータリシ
リンダ４にてロータリキャリッジ１２が構成され、可動
部はこのロータリキャリッジ１２に磁気ヘッド１及びヘ
ッド支持機構１Ｂを加えたものとなっている。また、コ
イル構造体は駆動コイル３とコイルボビン３Ｂとから構
成される。

ここで、ロータリシリンダ４は、とポット軸受６．７を
介してピボット軸５に揺動可能に支持され、このため磁
気ヘッド１を支持するヘッドアーム２がロータリシリン
ダ４の揺動に伴い揺動することになる。揺動は駆動コイ
ル３の励磁により行なわれる。ロータリシリンダ４には
複数のヘッドアーム２が積層固定されるので、ヘッドア
ーム２に固定された駆動コイル３により全ヘッドアーム
２すなわちロータリシリンダ４が揺動されることになる
。Ｓユで、ピボット軸５及び磁気回路ハウジングＩＯは
いずれもサブベース１１に固定される。

本実施例では、更にロータリキャリッジ１２の側面に加
速度センサ１４が付設され、ピボットｌ１ｉｔｈ５と磁
気ヘッド１とを結ぶ線分に垂直方向の並進加速度を検出
する。一方、ピボットｌＮ１３及びロータリキャリッジ
１２の上部にはロータリキャリッジのピボット軸５まわ
り回転角速度を検出する電磁式タコゼネレータ１５が付
設されている。

第１図第２図は、ヘッド位置決め機構の概略構成を示し
たのであるが、第３図はヘッド位置決め制御系を示して
いる。このヘッド位置決め制御系では、目標トラック位
置Ｘｔｒが人力されてヘッドアーム先端変位Ｘｈが出力
される系となっており、その内部では位置信号再生回路
１６、ヘッド速度検出回路１７、速度基準発生回路１８
、ヘッド速度と速度基準との速度誤差検出回路１９、位
置誤差検出回路２０、速度制御モートと追従制御モード
とのモード切替制御回路２１、補償回路２２、パワーア
ンプ２３、ヘッド位置決め機構２４とを有する。ヘッド
位置決め機構２４の出力はヘッドアーム先端変位Ｘｈと
なって得られるが、この出力は入力端へフィードバック
される。

本実施例においては、更に、ヘッド位置決め機構２４の
タコゼネレータ１５（第１図、第２図参照）の出力であ
る回転角速度ｖｓを微分する微分回路２５とこの微分出
力に係数βトを掛ける補償回路２６とを有すると共に、
ヘッド位置決め機構２４の加速度センサ１４（第１図、
第２図参照）の出力である加速度α２を得る補償回路２
７を有する。そして補償回路２６．２７の各出力は加え
合わされて制御系の入力側にフィードバックされる。

つぎに、ピボット部の弾性変形に起因するロータリキャ
リッジ１２のｉ次（ｉ＝１．＝ｎ）の固有煽動モード形
を第４図にて示す。図で、ｋ、、　Ｇ、はそれぞれ１次
モードの等価剛性及び等価減衰を表す。また、ｒはピボ
ット軸心より駆動コイルによる力の作用点までの距離、
εｒはピボット軸心より重心ｍまでの距離、βｒはピボ
ット軸心よりヘッドアーム先端までの距離をそれぞれ示
す。ピボット軸５の曲げやピボット軸受６．７のヘルツ
変形（軸受の接触による変形）が連成する固有振動モー
ドにおいては、ロータリキャリッジ１２はほぼ剛体とし
て変位し、アクチュエータの機械伝達関数にはこれらの
振動モードに起因する共振と反共振とが対となって現れ
る。弾性変形に起因する固有振動モードであるので、複
数のモード数を考えた場合、共振・反共振の対もそれに
対応して複数現れる。

第４図においては、磁気ヘッド２の取付は部であるヘッ
ドアーム２の先端の変位Ｘｈは次式で近似できる。ここ
で、θ、Ｘはそれぞれアクチュエータ可動部重心の回転
角及び並進変位を表わす。

Ｘｈ”（β−ε）ｒθ−Ｘ　　　−−−−（１）すなわ
ち、アーム先端と重心との距離差による変位に並進変位
を加味したものがＸｈとなる。

そして、このｘｈは次式（２）にも書ける。

ｘｈ＝βｒθ−（Ｘ＋εｒθ）　−−−−（２）この（
２）式のくＸ＋εドθ）はピボット部の並進方向の変位
である。

よって、ピボット部のタコゼネレータから得られる回転
角速度を面述のＶ、とし、とポット部の並進方向の加速
度をα２とすれば、このように、ヘッド１の取り付は部
であるヘッドアーム２の先端の加速度は、タコゼネレー
タＩ５の出力の微分として得られる回転角加速度及びピ
ボット並進加速度の両者を用いて合成することができる
。なお、（３）式のα２の符号は負となっているか、加
速度センサ１４はロータリキャリッジ１２の何れの側面
にも付設可能であるから、符号の反転は極めて容易であ
る。こうして、（３）式に基づいて両加速度信号に一定
の利得を乗じて符号も含めて一制御系にフィードバック
してやれば、ヘッドアーム２の先端の加速度を適当な利
得を乗して直接フィードバックした場合と等価になる。

第５図は、加速度フィードバックを施した場合の追従制
ＯＩＩ系の一巡伝達関数を、加速度フィードバックがな
い場合の一巡伝達関数とともに示す。加速度フィードバ
ックを行うことにより、ピボット部の弾性変位に起因す
る共振が大きく抑圧されることがわかる。この結果、追
従制御系のカットオフ周波数を高域に移行せしめること
ができ、高精度なヘッド位置決めが可能となる。また、
速度制御モードにおいても振動が抑圧されることから高
速なヘッド移動動作が可能になる。

本発明においては加速度センサ１４をロータリキャリッ
ジ１２に付設することから、かなり大形の加速度センサ
１４を付設してもアクチュエータのピボットまわりの回
転慣性モーメントを大きく増加させることはない。また
、タコゼネレータと加速度センサを付加するのみで、従
来の磁気ディスク装置の性能をも大きく向上させること
が可能である。

なお、本実施例におけるアクチュエータはピボット軸を
固定とする外輪回転形の軸受構成であるか、とポット軸
が回転可能な内輪回転形のアクチュエータを用いること
も可能である。また、本実施例では回転角加速度を電磁
式タコゼネレータの出力を微分することにより得ている
が、本発明では回転角加速度を得ることか重要であるこ
とから、ピホット部に付設可能なセンサであれば、角加
速度センサによって直接、あるいは他の状態量を検知す
るセンサの信号を微分・積分することによって間接的に
角加速度を得てもよい。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明の磁気ディスク装置は、ロ
ータリキャリッジのピボット部近傍における並進方向加
速度信号と、ロータリキャリッジのピボット回りの回転
角加速度信号とをヘッド位置決め制御系にフィードバッ
クするため、アクチュエータの主要な機構共振を抑圧し
、高速かつ高精度なヘッド位置決めが可能な磁気ディス
ク装置を実現できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の一実施例で、第１図は揺
動形アクチュエータの概略構成図、第２図は第１図の断
面図、第３図はヘッド位置決め制御系のブロック図、第
４図はピボット部の弾性変形に起因するロータリキャリ
ッジの固体抛動モード形の説明図、第５図は追従制御系
の一巡伝達関数のグラフである。 図　中、 １４は加速度センサ、 １５は電磁式タコゼネレータ、 ２５は微分回路、 ２６、２７は補償回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ヘッド位置決め制御系での目標トラックに 磁気ヘッドを移動させる速度制御モードと目標トラック
   に上記磁気ヘッドを追従させる追従制御モードとのいず
   れかのモードにより、ピボット部を有する揺動形のヘッ
   ド位置決め機構を制御してヘッドアーム先端を目標位置
   に変化させる磁気ディスク装置において、上記ヘッド位
   置決め機構でのヘッドアームを揺動させるピボット部の
   近傍における並進加速度信号と上記ピボット部の回転角
   加速度信号とを上記ヘッド位置決め制御系のフィードバ
   ック信号とすることを特徴とする磁気ディスク装置。