JPS6348671A - 磁気デイスク記憶装置におけるヘツドの位置決め機構 - 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〕 と〔Ｄ発明は磁気ディスク記臆族ａ　ｌこおいて、読出
し／書き込み用ヘッドを磁気ディスク上を移動ζせて目
標トラックの位置に位置決めを行なうヘッドの位置決め
機構に関する。

〔従来の技術〕

多くのファイル記憶装置に分いて、磁気ティスフ記・億
装置（く記憶容量が大きく、しかも高１なアクセスが可
能であるので、コンピュータシステムにおける記憶装置
として従来から欠くことのできない装置となっている。

最近では、パーソナルコンピュータ、ＯＡ機器などの小
型情報処理システムにおいても、多くの小型磁気ディス
ク記憶装置が採用されるようになってきた。

これら装置の中でも、小型ウィンチェスタ型ハート゛デ
ィスク装＠（以下、ＨＤＤと呼ぶ）はとこ数年の間に急
速な発展企遂げた装置であシ、この装置の主な研究開発
目標としては、電磁変換系の改善と−ラドの高精度な位
置決めとによる高密度記燥・再生化、ヘッドのアクセス
時間の短縮化、小型でかつ薄型で堅牢な装置化等の達成
があげられる。

特に、高密度化については、磁気ディスクやヘット°の
基本技術〉て負うところが大きいが、情報の高密度記録
化、アクセス時間の短７縮１ヒも含め、ヘッド　ポジン
ヨニング機構ばＨＤＤの要となる技術である。

このへッドボジショニング機溝はボイスコイルを用いた
方式およびステッピングモータとスチールバンドとを７
結合させた方式に大別される。

両方式とも、クローズトループサーボによるボジショニ
ングを行ない、６００〜７５０ＴＰ工のトラック密度全
実現した装置も多く見られるようになってきた。

前記ボイスコイルを用いた方式は、主にアクセス時間の
短縮化とトラックの高密度化とを目的としたものである
が、一般に、機崗もクエ気回路も複雑であり、咀発熱、
耐衝撃および看摂動の面から、設よ１°にかなシの負担
を要し、信９注についてもいまひとつ欠ける面があった
。

一方、前記ステッピングモータを用いた方式は、元来オ
ープンループ式でヘッドのボジショニングを行なう手段
として多く用いられてきたが、ステンピ／グモータ全オ
ープンループ方式で使うドライブにおいては、記憶容量
は小さく、トラック密度も２５０ＴＰＩ程度であるのが
一般的であった。

この理由は、ステッピングモータがかなり太きいヒステ
リシスを有すること、ステッピングモータが動作終了後
もある大きさでリンギングを続けることにある。

そして、最も大きな問題としては、機構部の熱膨張、熱
収縮によるオフトラックなどがあげられる。

例えば、５″／′　インチ用のドライブに使われるベー
スフレームと、書き込み／読み出しヘッドとの間に生じ
る位置ずれは、１°Ｃｌ７）温度変化で大略０．１μｎ
１に及ぶ。

したがって、とのような問題全解消し、トラック密度の
高いドライブを実現する手段としては、セミ・クローズ
トループもしくはフル・クローズトループの位置決めシ
ステムとしてステツぎングモータを利用する以外に手段
はなかった。

このようなりローズドループ方式を採ってもステッピン
グモータが多用される理由は、ボイスコイル方式による
クローズドループシステムト比べて安定したアクセス動
作、高い信頼度ンク５得られることのほかに、ポジショ
ニング１表溝が嵐めて簡単であること、また、エンコー
ダ等の計数発生器を特別に用意する必要もなく、ステッ
プパルス数を計数管理することにより、ヘッドのトラッ
ク竪動量を計数できることなど、簡単で安価に制御回路
を実現できることにちる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

さて、小型磁気ディスク記憶装置し′こ現在多く用いら
れているステッピングモータは、マイクロステップ発生
回路によって制御される１、８度もしくは０．９度の基
本ステップ角度をもつモータである。

このモータにおいて（ζ、理論上、マイクロステップ制
御によ）、各相間の巻線電流の値を微妙にずらし、基本
ステップ角度をさらに細分化させて高トラツク密度を実
現することができる。

しかしながら、現在入手できるステッピング羊−夕にお
いては、基本ステップ誤差が±３〜４％、ヒステリシス
誤差が約３％程度であるので、０．４５度のマイクロス
テップ制御（ハーフステラフ制御）が実用の限界値であ
るという問題点があった。

そこで、この発明は前記問題点に着目してなされだもの
で、その目的とするところは、ステッピングモータのマ
イクロステップ、駆動を行なわず）′ζ、簡単なアクチ
ュエータによυ高精度でかつ高トラックＴ度を可能にし
た磁気ディスク記憶装置におけるヘッドの位置決め機溝
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的に沿うこの発明の構成はステッピングモータの
ステップ駆Ｊ／）により、目標トラックが存在するゾ・
−ンの基準トラックの位置に移動可能な第１のヘッド位
置決めアクチュエータと、この第１のヘッド位置決めア
クチュエータに搭載され、圧電体の７１クロステツプ駆
動により、ヘッドを前記基準トラックの位置から目標ト
ラックの位置（′こ移動てせる第２のヘッド位置決めア
クチュエータと、第１のヘット°位置決めアクチュエー
タを下動する第１のヘッド位置決めアクチュエータトラ
イノ３と、第２のヘッド位置決めアクチュエ〜りを駆動
する第２のヘッド位置決めアクチュエータドライバと、
第１のヘッド位置決めアクチュエータドライバおよび第
２のヘッド位置決めアクチュエータドライバ；Ｃシーク
命令を送る制御手段とを１ｌｌｊｉえたことで要旨とす
る。

〔作用〕

（ＹＪ記１苦成に努いて、ヘッドを磁気ディスク上を移
動させて目標トラックの位置に位置決めを行う場合、ヘ
ッドを磁気デ１スクｍｌｌ師装置から目も１−ランクの
位置Ｑこ移動てせる制Ｘ那信ぢが１七′ｊ御部（で送ら
れると、制御部は目標トラック○あるゾーンの基準トラ
ックおよび目標トラックと基準トラックとの位置の差を
計算し、第１のヘッド位置決めアクチュエータドライバ
および第２のヘッド位置決めアクチュエータドライバに
シーク命令を送る。

その結果、第１のヘッド位置決λつアクチュエータ）ま
ステッピングモータＯステップ叱動；（より目標トラッ
クのあ己ゾーンの基準トラックの位置・：こ移動する。

次いで、第２のヘッド位置決めアクチュエータはヘッド
を圧電体のマイクロステップ駆動により、前記基準トラ
ックの位置から巳似トラックＣＤ位置に９動させる。

したがって、前記問題点と除去することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図はこの発明の実施例に係る磁気ディスク記憶装置
におけるヘッドの位置決め機溝を示す平面図である。

同図において、１は第１のヘッド位置決めアクチュエー
タを構成するスイングアームであり、このスイングアー
ム１上にマイクロステップ専用の第２のヘッド位置決め
アクチュエータ２が搭載さｎている。

この第２のヘッド位置決めアクチュエータ２は非対称バ
イモルフ３と、イーブンばね拡大機構４とから構成てれ
ている。

非対称バイモルフ３の一端はスペーサ５を介してねじ６
により、スイングアーム１に固定されている。

非対称バイモルフ３の他端はイーブンばね拡大機構４の
１枚の弾性板７を兼目し、イーブンばね拡大機溝４の他
方の弾性板８の一バ：ｄがスイングアーム１にス被−サ
１１を介してねじ１２により固定されている。

非対称バイモルフ３の先グ１１ｉ部が固定端に対して撓
むと、その撓み量はイーブン（ばね拡大→債４（てより
摩擦とガタを伴うことなく拡大てれ、スベー＋ｊ９を介
してねじ１０により固定したヘッド組立体１３が矢印方
向に大略直線昼勤するようになっている。

ヘッド組立体１３のヘッド固定部１４　ｊこ：ｒ：、複
数のフレク／ヤ１５が付設されており、各フレクシャ１
５０先端には読み出し／書き込ム用ヘッド１６が取付け
られている。

したがって、ヘッド組立体１３の直叡伴功・：てより、
各ヘッド１６：ｉ同時、こ大略・＠　ｉ；’ｐλニ■・
１５するようになっている。

第２図は前記第２の−・ノド位置決めアクチュエータの
要３ｔＯ詳糊分示す字゛（視図である。

このアクチュエータ（は非対称バ・１モルフ３讐・こ発
生ずるオみをイーブンばね拡大機構４を介してヘッドの
直線運励に拡大変換できるようにしたものである。

詳しくは、非対称バイモルフ３は１枚の圧電体１７と弾
性板７とが接合されたものであり、圧電体１７の両面に
は図示省略の薄膜電模が形成されている。

また、弾性板７は非対称バイモルフ３を構成する要素で
あるとともに、イーブンばね機構４の構成要素も兼用す
るものであって、非対称バイモルフ３側の適当な位置で
大略直角に折曲され、イーブンばね拡大機構４り１ｊに
延在している。

イーブンばね拡大機構４は大略直角に曲げられて延在す
る弾ｉ生板７と他方の弾性板８と、弾性板７と８との間
に介在する等厚のスペーサ１８とをねじ等？てよりヘッ
ド固定部１４）て一体に設けた構造となっている。

次に、前記構成の第２のヘッド位置決めアクチュエータ
の動作原理を第３図〜第５図を併用して説明する。

第３図は非対称バイモルフの数字モデルを示す説明図で
ある。

同図に示すように、弾性板７（厚さｈ２）に筬合嘔れた
圧電体１７（厚さｈｌ）の両電極間に一定の電圧Ｖ、が
印加されると、バイモルフ部（スパンｌ）の横断面に生
じる応力の分布の不連続性からバイモルフ部に撓みが発
生する。

このときの撓み１Ｗ（ｘ）は以下の式で表わでれる。

・・・・・・（１） ここに、ＳＩＥ′は圧電体の弾性コンプライアンス、ｄ
ｌ　は圧電体の圧電定数、Ａ１は圧電体の密度、Ａ２は
弾性板の密度、Ｐｉは１次モードの固有角振動数、Ｗ４
　（ｘ）は撓みの１次モードの正規関数、Ａ１は断面１
次モーメントである。

断面１次モーメントＡ１は以下の式で表わてれる。

（２）式におけるｈ（、、ｈｌ　は以下の式を満たすも
のとする。

ここに、Ｓ２Ｈ弾性板の弾性コンプライアンス、ｈａ　
は接合面と中立面間の距離である。

上式から、先端の定常撓みＷＣｌ＞を求めると、Ｗ（１
）は以下の式で表わされる。

・・・・・・・・・（４） ここに、ｋｌは電気機械結合係数、１１１１２１１ｏ　
は断面２次モーメントである。

断面２次モーメントＩＬ　ＩＩ２　、ＩＯは以下の式で
表わされる。

第４図はイーブンばね拡大機構の動作を示す平面図であ
る。

ス被−プ１８を介在する２枚の弾性板７，８の間隔をＤ
、バイモルフ先端の定常撓みをＷ（＃　、イーブンばね
拡大機構４の弾性板の等価有効長さをＬとすると、ヘッ
ドの移動量ｄ４ｉ以下の式で表わされる。

ここに、Ｃは定数である。

（６）式より、バイモルフ先端の定常撓み〜Ｖ　（１）
が微小であっても、イーブンばね拡大機構の弾性板の等
価有効長さＬを大きくすれば、簡単に高倍率（ヒされた
変位ｄが得られる。

第５図は（４）式による計算結果を示すグラフである０ このグラフ：こおいて、縦紬は非対称・マイモルフ先端
の規格化定常撓みを表わし、横軸は圧電板と弾性板との
板厚比を表わしている。

（４）式およびグラフから明らかなように、定常撓みＷ
　（ｌりは、印加電界ＶＥ／ｈｌに比例して増加し、ま
た、定常撓みＷ　（１）を最大ならしめる板厚比ｈ２／
ｈ１　　がただ一つ存在することがわかる。

これにより、一定の印加電圧ＶＥのもとで、最も効果的
に定常撓みを出力できるバイモルフの板厚比ｈ２／′ｈ
１が決定さユる。

次に、前記動作原理を前提としてヘッドの位置決め機構
の／−り動作を制御する制御系を説明する。

第２のヘッド位置決めアクチュエータを構成する圧電体
に電圧を印加する場合、圧電体の自発分ｉ・取が消失す
る方向つまり分極方向と逆方向（″Ｃ電圧を印加するこ
と・は好ましくない。

そのため、実際に、第２のヘッド位置決めアクチュエー
タによってヘッドをシークさせる場合、圧電体の分極方
向に対し順方向に電圧を印加してヘッドが内周または外
周方向−ｚ　）−りさせる、必要があるＯ 第６図は第１のヘッド位置決めアクチュエータ２よび第
２のヘッド位置決めアクチュエータを動作させたとき、
磁気ディスク上に情報が記除で几るトラックを示す説明
図、第７図（グ第１のヘッド位置決めアクチュエータお
よび第２のヘッド位置決めアクチュエータＱこより、ヘ
ッドが位ｉｌｌ決めされる場所を示す説明図である１、 説明上、トラックピッチをＩ］とし、第１の−・ソド位
置決めアクチュエータに使ｍされるステッピングモータ
の基本ステップ角度をθｂとする。

また、第２のヘッド位置決めアクチュエータ）てよって
ヘッドがゾーンする量ｄは実際に使用する圧電体、弾性
板の電気的・機械的諸定″２１．を前記（−１）（６）
式へ代入し、アクチュエータをこ印加する任フ】の電圧
値ＶＥ１．　ＶＢ２　＋　、、、ｖＥｒに対しｄｉ　＋
　ｄ　２　＋”’ｄ　ｒのごとく算出するものとする。

さて、第１のヘッド位置決めアクチュエータはステッピ
ングモータの基本ステップ角度θｂを最小とし、その倍
数に和尚するヘッド９動量しか得ら九ない。

ここで、仮りにトラックピッチｐと前記基本ステップ角
度θｂとの間に以下の関係式を満たすものとする。

ここに、ｑは基ニステップ角度当たりのヘッドの心動距
離を表わす。

この（７）式＋−２ステップモータのｅ回の相切換で位
置決めてれた磁気ディスク上のトラックと、２８回目の
相切換で位置決めされた磁気ディスク上のトラックとの
間（以下ゾーンと呼ぶ）にトラック数がａ本ちることを
意味する。

つまシ、ステッピングモータの仕様、および磁気ディス
ク装置の設計上の制約の下で（７）式で表わされるよう
なトラック密度を実現しなければならないことも十分に
考えられ、このような場合、きわめて特殊な磁気ディス
ク装置を製作しなければならなくなる。

そこで、この発明に係る第２のヘッド位置決めアクチュ
エータを主要部とするヘッドの位ｆｆＬ決め機構がきわ
めて有用である。

第８図はこのヘッドの位置決め機構の制御系と示すブロ
ック図である。

同図において、２１はヘッドの位置決め侵肖を制御する
ＣＰＵであり、このＣＰＵ２１に万フトラソク用レジス
タ２２、メモリ回路２３丸・よびアップダウンカウント
回路２４が内蔵てれている。

オフトラック用レジスタ２２　Ｑｉ　、ヘッド１６が現
在トラック位置で読み出したオフトラック、甲信号をオ
フトラック険出回、？３２５で処理し、、ｊｑ！Ｊもっ
て格納するレジスタである。

第２のヘッド位置決めアクチュエータ２に＝つて、下動
さ瓦るヘッド１６の移動量とその３姑：こ必要な印加電
圧の値とは一定の関係（てちり、メモリ回路２３はこの
関係のコントロール清＜Ｊａ　ｅ　ｎ’；’ｚ　２のヘ
ッド位置決め用情報テーブルとしてあらかじめ格納して
おく回路である。

アンプダウンカウント回路２４１ｊ、磁気ディスク−制
御装置からの１制制御号に基づき、現在トラック（ｉ置
と目標トラック位置との差から移動トラックｙｒ！１．
をカウントする回路である。

２７はＤ／Ａ変換器であり、このＤ／Ａ変換器２７はア
ップダウンカウント回路２４からの移動トラック敬に対
応したメモリ回路２３内のコントロール情報と、オフト
ラック用レジスタ２２に格納されたオフトラック情報を
加えた和情報をアナログ信号に変換して電圧増幅器２８
に出力するものである。

電圧増幅器２８は、Ｄ／Ａ変換器２７からのアナログ信
号を、駆動信号に増幅させて第２のヘッド位置決めアク
チュエータ２に出力するものである。

この第２のヘッド位置決めアクチュエータ２は第１のヘ
ッド位置決めアクチュエータ２９に搭載されていて、圧
電体のマイクロステップ駆動によりヘッド１６を基準ト
ラック２０ｋ　ｏの位置から目標トラック２０ｋｉの位
置に移動させて位置決めできるようになっている。

次に、前記ヘッドの位置決め啜構の制御系の動作を説明
する。

ヘッド１６全磁気デイスク上の目標トラックの位置に移
動てせて位置決めを行なう場合、第２のヘッド位置決め
アクチュエータ２によって下動されるヘッド１６の移動
量（オフトラック補正量も含める）と、その移動に必要
な印加電圧の値とに関するコントロール情報とを第２の
ヘッド位置決め用情報テーブルとしてメモリ回路２３に
あらかじめ格納しておく。

アクセスの開始時に、ヘッド１６を目標トラック２０ｋ
ｉに位置決めする制御信号が磁気ディスク制御装置から
アップダウンカウント回路２４に送られる。

この制御信号に基づき、アップダウンカウント回路２４
は現在トラック位置と目標トラック位置との差から移動
トラック数を計算すると同時に目標トラック位置情報を
保持する。

ヘッド１６が現在トラック位置で読み出したオフトラッ
ク用信号は、オフトラック検出回路２５で処理されてオ
フトラックレジスタ２２に前もって格納される。

ＣＰＵ２１は前記目標トラック２０ｋｉの存在するゾー
ン２０ｋ　の基準トラック２０ｋＯおよび目標トラック
２０ｋｉと基準トラック２０ｋｏとの差を計算し、第１
のヘッド位置決めアクチュエータ２９を基準トラック２
０ｋＯに移動させるために、図示省略の第１のヘッド位
置決めアクチュエータドライブにシーク命令を送る。

第１のヘッド位置決めアクチュエータ２９がシーク動作
を行なっているとき、ＣＰＵ２１は目標トラック２０ｋ
ｉと暴挙トラック２０ｋＯとの位置の差情報とオフトラ
ックレジスタ２２（・ζ格納されているオフ；・ラック
情報の和を計算し、前記メモリ回路２３内の第２のヘッ
ド位置決め用情報テーブルからその和情報に相当するマ
イクロステップ電圧のコントロール情報をＤ／／Ａ変換
器２７へ送る。

Ｄ／、変換器２７によってアナログ化された出力電圧は
電圧増幅器２；３によって増幅でれ、その増幅さ、外だ
電圧シてより、第２のヘッド位置決めアクヲーユエータ
２を動作せしめ、所望のトラック上にヘッド１６を位置
決めしてシーク動作を終了する。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明によれば、ス
テッピングモータを駆動源とする第１のヘッド位置決め
アクチュエータと、このアクチュエータに搭載され、圧
電体を駆動源とする第２のヘッド位置決めアクチュエー
タとを備えた構成としたので、以下の効果が得られる。

（１）、簡単で軽量な第２のヘッド位置決めアクチュエ
ータを搭載するだけで、かなりの高速でアクセスするこ
とができる。

（２）、第２のヘッド位置決めアクチュエータが電圧の
印加により動作する圧電体を駆動源とするので、第２の
ヘッド位置決めアクチュエータドライブをきわめて簡単
な構成とすることができる。

（３）、電磁アクチュエータに発生しやすい電磁ノイズ
は第２のヘッド位置決めアクチュエータではまったく発
生することがない。

その結果、この第２のヘッド位置決めアクチュエータは
外部磁界を嫌らう磁気ディスク記憶装置用アクチュエー
タとしてきわめて有１・ｊである。

（４）、ステツピ／グモータ、つみを駆動源とするアク
チュエータの場合、従来■技術では、最小トラックピッ
チとステッピングモータの基本ステップ角度の関係が前
記（７）式で与えられるので、高トラツク密度化を実現
するには、基本ステップ角度の小さいステッピングモー
タを不可欠としていたのに対し、この発明では、第２の
ヘッド位置決めアクチュエータを搭載するだけで、高密
度化を簡単に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（仁実施例に係るヘッドの位置決め機前を示す平
面図、第２図（は同位置決め機講の要部の詳ｉ−を示す
斜視図、第３図は実施例の数字モデルを示す説明図、第
４図は実施例の動作原理を示す説明図、第５図は計算結
果を示すグラフ、第６図は磁気ディスクのゾーン分割を
示す説明図、第７図はヘッドの位置決め場所を示す説明
図、第８図は実施例の制御系を示すグロック図である。 １・・・スイングアーム　２・・・第２のヘラ上゛位置
決めアクチュエータ　３・・・非対称パ〈モルフ　４・
・・イーブンばね５犬＠＜４　７・・・弾性板　８・・
・弾性板１３・・ヘッド１徂立体　１４・・・ヘッド巴
定３ｉ　　１５・・フレクシャ　１６・ヘッド　１７・
・・圧’ｍ　？＝２１・・・ＣＰＵ　　２２・・・オフ
トラック用レジスタ２３・・・メモリ回路　２４・・・
アンプダウンカウント回路　２５・・・オフトラック険
出可路　２７・・−Ｄ／／、入変換器　２８・・・正圧
増幅器　２９・・・・粟１のヘッド位置決めアクチュエ
ータ。 特許出願人　　沖取気工業株式会社 代理人弁理士　　今　　倉　　喬　　ニ牟　］　旦 畔貌し苗静詳徊Ｅ示Ｔ躬正口 睡　２　亘

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、目標トラックが存在するゾーンの基準トラックの位
   置に移動可能な第１のヘッド位置決めアクチュエータと
   、 この第１のヘッド位置決めアクチュエータに搭載され、
   ヘッドを前記基準トラックの位置から目標トラックの位
   置に移動させる第２のヘッド位置決めアクチュエータと
   、 第１のヘッド位置決めアクチュエータを駆動する第１の
   ヘッド位置決めアクチュエータドライバと、 第２のヘッド位置決めアクチュエータを駆動する第２の
   ヘッド位置決めアクチュエータドライバと、 第１のヘッド位置決めアクチュエータドライバおよび第
   ２のヘッド位置決めアクチュエータドライバにシーク命
   令を送る制御部と を備えたことを特徴とする磁気ディスク記憶装置におけ
   るヘッドの位置決め機構。 ２、第１のヘッド位置決めアクチュエータがステップ駆
   動を行うステッピングモータである特許請求の範囲第１
   項記載の磁気ディスク記憶装置におけるヘッドの位置決
   め機構。 ３、第２のヘッド位置決めアクチュエータがマイクロス
   テップ駆動を行う圧電体である特許請求の範囲第１項記
   載の磁気ディスク記憶装置におけるヘッドの位置決め機
   構。