JPS644268B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁気デイスク装置、特にフロツピー
デイスク装置又は超小型ハードデイスク装置等に
代表されるローコスト小型磁気デイスク装置にお
いて、磁気ヘツドのトラツク上での位置決め及び
磁気ヘツドのトラツク間移動に用いられる磁気デ
イスク装置用磁気ヘツド位置決め装置に関する。

本発明は、磁気デイスク用ボイスコイルモータ
のもつとも簡単且つ安価な制御回路を提供し、小
型磁気デイスク装置の小型化ローコスト化を実現
するものである。

ボイスコイルモータは、ダイナミツクスピーカ
と同一の原理により駆動力を発生するものであ
る。すなわち、磁界中に存在する導体に電流を流
し、導体に発生する力を駆動力とするものであ
る。

従来のボイスコイルモータを用いた磁気ヘツド
位置決め装置には、次のような欠点がある。それ
は、従来のボイスコイルモータ制御回路が、非常
に高価である点である。第１図に従来のボイスコ
イルモータ制御回路の構成図を示す。第１図に示
すように一般にボイスコイルモータを用いた磁気
ヘツド駆動装置は、特定なトラツクをサーボトラ
ツクとし、サーボトラツク上に記憶された信号を
磁気ヘツドにより検出し、このサーボトラツクか
ら得られる信号を位置情報として、磁気ヘツドの
位置決め動作を行なう。又、トラツク間移動動作
については、目標トラツク位置に達するまでの区
間において制御モードを切り換えた制御を行な
う。

すなわちサーボデイスク及び磁気ヘツドを用い
た位置検出器により、トラツク位置のみを検出
し、目標トラツクに達するまでに通過するトラツ
ク数をカウンタで計数し、その計数値に基づいて
加速減速の制御を行なう。

このような従来の磁気ヘツド位置決め装置は、
きわめて高価なものにならざるを得ない。すなわ
ちボイスコイルモータ制御回路の構成要素として
第１図に示すように可逆カウンタ、Ｄ−Ａ変換
器、目標速度カーブ発生器、電力増幅器及び、サ
ーボトラツクから読み出される数ミリボルト程度
の微弱な信号を増幅する数段の増幅器及び、制御
モードの切換回路等の構成要素を必要とする。こ
れらの電子回路は、集積回路（SSI又はMSI）を
用いて構成しても数十個以上の集積回路を必要と
し、きわめて高価な制御回路となる。

また、従来磁気デイスク装置のヘツド位置決め
装置として、パルスモータを用いたヘツド位置決
め装置が多用されている。パルスモータを用いた
磁気ヘツド位置決め装置は、次のような欠点を有
する。それは、磁気ヘツド位置決め装置の外形寸
法が大きい点である。例えば、米国シユガート社
のミニフロツピーデイスク装置SA400には、直径
約55mm高さ約25mmのステツプモータが使用され、
ステツプモータの回転力をカムにより直進力に変
換して磁気ヘツドの位置決めを行なつている。ミ
ニフロツピーデイスク装置においては、ほぼ前記
寸法のステツプモータを使用する磁気ヘツド位置
決め装置が一般的である。したがつてステツプモ
ータを用いた磁気ヘツド位置決め装置の外形寸法
は、ステツプモータの寸法により制御され、カム
部の寸法も含めて、約30mm以下の寸法を有するス
テツプモータを用いた磁気ヘツド位置決め装置を
製作することはきわめて困難である。また位置決
め精度も±20μｍ程度が限界である。すなわちス
テツプモータを用いた磁気ヘツド位置決め装置
は、ミニフロツピーデイスク装置及びローコスト
な固定デイスク装置の薄型化に対する大きな障害
となつている。

本発明の目的は、以上のような従来の、磁気デ
イスク装置の磁気ヘツド位置決め装置が有する欠
点を除去することにある。本発明によるボイスコ
イルモータを使用した磁気デイスク装置の磁気ヘ
ツド位置決め装置は、きわめて安価なボイスコイ
ルモータ制御回路を実現し、且つボイスコイルモ
ータを組み込むことにより、従来の磁気ヘツド位
置決め装置よりはるかに小型薄型且つローコスト
な磁気デイスク装置用磁気ヘツド位置決め装置を
実現するものである。

本発明による磁気デイスク装置用磁気ヘツド位
置決め装置は、位置検出器により各トラツク位置
と、隣接するトラツク位置間の中間位置を検出し
磁気ヘツドをトラツク位置に静止させる。又磁気
ヘツドをトラツク間移動させる場合は、隣接する
トラツクとの間の中間位置近傍まで強制的に磁気
ヘツドを移動させ隣のトラツク位置に移動させ
る。多トラツク間移動させる場合は、上記動作を
繰返し、目標トラツクまで移動させる。すなわち
従来のボイスコイルモータ制御回路のように、ト
ラツク位置のみを検出し通過トラツク位置をカウ
ンタにより計数しその結果により加減速制御を行
なうのではなく、位置検出器によりトラツク間の
中間位置を検出し、トラツク間の中間位置近傍ま
では強制的に加速し、中間位置から隣のトラツク
位置までは、速度フイードバツクループにより減
速し隣のトラツク位置に移動させる。このような
トラツク移動方式により、以下に具体的に説明す
るように、本発明による磁気デイスク装置の磁気
ヘツド位置決め装置は、磁気ヘツドの送り動作
を、フリツプフロツプ２個を主要回路要素とする
電気回路により実現する。したがつて本発明によ
り従来のボイスコイルモータ制御回路に比べて著
しくローコストなボイスコイルモータ制御回路が
実現される。

また本発明による磁気デイスク装置の磁気ヘツ
ド位置決め装置は、ステツプモータを使用した磁
気ヘツド位置決め装置より小型化することができ
る。高さ方向について約30mm以下のヘツド位置決
め装置が製作可能である。本発明による磁気デイ
スク装置の磁気ヘツド位置決め装置は、位置検出
フイードバツクループのゲインを高くすることに
より、位置検出器精度まで位置決め精度を簡単に
上げることができる。位置検出器として、例えば
後述するような、エツチング技術により穴部を製
作した検出板を用いて光学的に位置を検出した場
合、検出板に対するエツチングによる精度すなわ
ち±5μｍ程度までの精度で磁気ヘツドの位置決
めができる。すなわち、位置フイードバツクルー
プのゲインを高くすることにより、外乱による位
置変位が同程度となる磁気ヘツド位置決め装置を
製作する場合、ボイスコイルモータの寸法すなわ
ちコイルと磁気回路の寸法は、ステツプモータの
相当する部分の寸法に比べてはるかに小さくてよ
い。したがつて従来のステツプモータを使用した
磁気ヘツド位置決め装置より小型の磁気ヘツド位
置決め装置が実現できる。

本発明は、小型ローコストタイプの磁気デイス
ク装置に有効である。特にミニフロツピーデイス
ク装置に対して有効性が高い。ミニフロツピーデ
イスク装置は、パーソナルコンピユータ、計測器
等に広く使用されている磁気デイスク装置であ
る。磁気媒体の回転数は、互換性を保つ必要性か
ら決定されている。したがつて情報の読み書きの
ためには、必ず磁気媒体が２分の１回転するのに
必要な時間が、平均回転待ち時間として必要であ
る。したがつて、トラツク移動時間を極端に短く
しても、平均アクセス時間は比例して短くならな
い。すなわち、ミニフロツピーデイスク装置に用
いられる磁気ヘツド位置決め装置としては、トラ
ツク移動時間が短いことよりも、よりローコスト
であり、より小型であることが第１に要求され
る。本発明による磁気デイスク装置の磁気ヘツド
位置決め装置は、このようなよりローコスト且つ
より小型な磁気ヘツド位置決め装置を実現するも
のである。

以下本発明実施例を具体的に説明する。ボイス
コイルモータは、前述のように磁界中に存在する
導体に電流を流し、導体に生ずる力により直進運
動を行う電気−機械変換素子であり、その機械的
構成は、種々のものが実用に供されている。第２
図に本発明による磁気デイスク装置用磁気ヘツド
位置決め装置の１例の見取図を示す。第２図にお
いて、磁石２０２により発生された磁界中にコイ
ル２０１が配置される。コイル２０１は、ヘツド
フオルダー２０６に連結され、ヘツドフオルダー
２０６上に磁気ヘツド２０３が取り付けられてい
る。ヘツドフオルダー２０６は軸２０７上を前後
に移動可能な構造となつており、コイル２０１に
生ずる力により前後に移動し、磁気ヘツドをトラ
ツク上に移動させる。またヘツドフオルダー２０
６の位置及び速度、すなわち磁気ヘツドの位置及
び速度を位置検出器２０４及び速度検出器２０５
により検出する。

本発明による磁気デイスク装置用磁気ヘツド位
置決め装置は、以上に示したようなボイスコイル
モータの制御を行い磁気ヘツドの位置決めを行な
うものである。本発明実施例の構成図を第３図に
示す。位置検出器３０１、速度検出器３０２、送
り回路３０３、の各出力を加算器３０４で加算し
電力増幅回路３０５により電力増幅しボイスコイ
ルモータ３０６に供給する。位置検出器の検出板
及び速度検出器の速度検出コイルは、ボイスコイ
ルモータの可動部に取り付けられているため、位
置制御フイードバツクループが位置検出器、加算
器、電力増幅回路、ボイスコイルモータによつて
形成され、速度フイードバツクループが、速度検
出器、加算器、電力増幅回路、ボイスコイルモー
タにより形成される。

第４図に具体的回路例を示す。第３図の構成図
との対応関係を示すため、第３図の各部に対応す
る部分を破線で示してある。第４図において加算
器と電力増幅器は明確に区分できない。このよう
な構成例も可能である。以下各構成要素について
詳しく説明する。

第４図３０１に位置検出器の回路例を示す。第
５図に検出板の１例として金属スリツト板の１例
を示す。発光素子である発光ダイオード５０１よ
り発光された光は、可動スリツト５０５及び固定
スリツト５０４の穴部を通過して受光素子である
フオトトランジスタ５０２及び５０３に達する。
可動スリツト５０５は、磁気ヘツドフオルダー２
０６に連結されており第５図５０６に示す矢印方
向に移動する。又第５図に示すように光を通過さ
せる２列の穴部を有し、これらの２列の穴は互い
に180度位相がずれている。したがつてフオトト
ランジスタ５０２及び５０３の出力は、可動スリ
ツトの位置変化ｘに対して第７図ａ，ｂに示すよ
うな出力信号となる。すなわち位置ｘの変化に対
して位相が180度ずれている。このようなフオト
トランジスタ出力を、第４図に示すように差動増
幅器により増幅することにより、第７図ｃに示す
ような位置検出器出力が得られる。電源電圧及び
位置検出器の増幅度の設定によつては、第７図ｃ
に示すように位置検出器出力が飽和することがあ
る。

位置検出器出力信号は、加算器、電力増幅回路
を経由してボイスコイルモータを駆動する。第７
図ｃにおいて位置検出器出力がLowの時ボイス
コイルモータを前進方向（磁気デイスクの回転中
心に向う方向を前進方向としその逆方向を後退方
向とする。）に駆動するものとする。そして前進
方向を第７図矢印７０１の方向で示す。後退方向
は矢印７０２の方向である。このような位置検出
器、加算器、電力増幅回路、ボイスコイルモータ
により構成する位置制御フイードバツクループに
おいては、第７図ｃに示すx₁，x₂，…xn（ｎはト
ラツク総数）の位置がボイスコイルモータが静止
する位置すなわち磁気ヘツドが静止する位置、ト
ラツク位置となる。X′₁，X′₂…X′n−₁が、トラツ
ク間の中間位置となる。隣接するトラツク間の中
間位置を境界としてもつとも近いトラツク位置へ
磁気ヘツドを移動させ静止させる位置の制御が行
なわれる。すなわち２つのフオトトランジスタ出
力が一致する位置で磁気ヘツドを静止させる制御
が行なわれる。なお、本明細書における隣接する
トラツク位置とは、例えばX₁とX₂、X₂とX₃のよ
うに隣り合うトラツク位置を示すものとする。

第５図に示すように、１つの発光素子から出力
される光を検出板を介して、２つの受光素子によ
り受光する。このようにすることによつて、発光
素子の発光量の変化及び受光素子の受光感度の変
化による位置誤差発生を防ぐことができる。先に
説明したように、本実施例においては、２つのフ
オトトランジスタ出力が一致する位置でボイスコ
イルモータを静止させる。第８図において２つの
フオトトランジスタ出力PTaとPTbの交点Ｐの
位置Xpがボイスコイルモータ静止位置すなわち
トラツク位置となる。Xp位置は、第７図におけ
るX₁，X₂…Xnのいずれかに相当する。今発光ダ
イオードの発光光量が温度特性電源電圧変動等に
より増加した、又は２つのフオトトランジスタの
光感度が温度特性等により増加したとする。フオ
トトランジスタ出力はPTa′へと変化しPTbから
PTb′へと変化する。２つのフオトトランジスタ
出力が一致する点は、第８図においてＰからＱへ
と変化する。しかしＰ及びＱの各点に対応する位
置Xp及びX_Qは変化しない。すなわち本発明によ
れば発光素子の発光光量の変化及び受光素子の感
度の変化による位置誤差は発生しない。

第５図において固定スリツト５０４の穴部５０
７は、可動スリツト５０５の穴部５０８よりも小
さな寸法により作成する。このようにすることに
より、スリツト板５０５及び５０４の穴部を通過
する光量は、固定スリツト５０４の穴部５０８と
可動スリツト５０５の穴部５０８の移動方向（矢
印５０６の方向）に垂直な辺の機械的精度により
決定される。すなわち可動スリツト板５０５の移
動方向に垂直な方向のズレは、通過光量に影響し
ない。したがつて本発明によるこのような検出板
を用いた位置検出器による磁気ヘツド位置決め装
置は、可動スリツト板の移動方向と垂直な方向で
の可動スリツト板の取付誤差又は取り付けた後の
変化が、位置決め精度に影響を与えないと言う効
果を有する。又固定スリツト板５０４はフオトト
ランジスタ又は発光ダイオードの取付部材と１体
で作成してもよい。

第５図及び第６図に示すように可動スリツト板
５０５上の穴部において最も端に位置する穴５０
９及び５１０のみ他の穴部５０８よりも移動方向
に大きくしてある。このようにすることにより、
第７図におけるX₁及びXnから外側にボイスコイ
ルモータの静止位置が存在しない領域を広く確保
することができる。この静止位置の存在しない領
域に機械的な度当りを設けることにより、トラツ
ク位置以外でボイスコイルモータが静止すること
を防止できる。すなわち本発明により可動スリツ
ト板５０５のもつとも端に位置する穴５０９及び
５１０の寸法を移動方向に他よりも大きくするこ
とによつて、ボイスコイルモータの最終的な度当
りを設ける位置範囲をきわめて広くすることがで
きると言う効果がある。これは磁気デイスク装置
を製造する上でローコスト化が実現できることを
示している。

第５図及び第６図に検出板の１例として示した
可動スリツト板５０５は、薄い金属板からエツチ
ング又はプレス加工により製作する。薄い金属板
により検出板を上記方法により製作することによ
り、まず第１に極めてローコストで製作できる。
次に発光素子と受光素子の間隔を極めて短くする
ことができる。フロツピーデイスク装置において
標準的なトラツクピツチは、529μｍである。第
７図におけるX₁とX₂の間隔は529μｍであり、し
たがつて第５図及び第６図における可動スリツト
の穴部５０８の幅は、265μｍ程度となる。すな
わち発光素子から発光される光は、265μｍ程度
の極めて狭い幅のスリツトを通つて受光素子に達
する。一方発光ダイオードには寿命が存在し通電
によつて除々に発光光量が低下する。寿命を延ば
すもつとも効果的な方法は、発光ダイオードに通
電する電流を低く抑えることであり、電流を少な
くすると発光光量が低下する。又フオトトランジ
スタの感度を高くすると応答が遅くなることは既
知の事実である。以上の事情は要するにフオトト
ランジスタの位置に対する出力電圧を大きく取り
にくいことを示している。これに対するもつとも
有効な解決方法は発光ダイオードとフオトトラン
ジスタの間隔を狭くすることであり、本発明によ
る金属検出板によつて実現することができる。金
属板による検出板は、厚み数十μｍの検出板が製
作可能であり、したがつて発光素子と受光素子の
間隔をきわめて狭くすることができる。通常多用
されるガラススリツトで厚さ数十μｍのスリツト
板を製作した場合、わずかの応力でスリツト板が
割れてしまい、本実施例のような位置検出器に組
み込むことができない。しかるに本発明による金
属スリツト板は、わずかの間隔のすき間の間をそ
のすき間にならつて移動するため、上記のような
検出板が割れる又は検出板が永久点に曲がること
はない。

また本発明による位置検出器は第６図に示す様
に、位置を検出する検出板と、基準トラツクを検
出する検出板を１体で製作し、基準トラツク検出
器を無調整とすることができる。基準トラツクと
は、磁気デイスク装置におけるトラツクシーク動
作の基準となるトラツクを示す。通常フロツピー
デイスク装置においては最外周のトラツクを00ト
ラツクと称し基準トラツクとしている。すなわち
通常フロツピーデイスク装置には00トラツク検出
器が取り付けられ、00トラツク位置で、00トラツ
ク検出器が00トラツクを検出できるように00トラ
ツク検出器の位置を調整している。本発明による
位置検出器は、位置検出スリツト板と00トラツク
検出器のスリツト板とを１体化している。第６図
において発光ダイオード６０１とフオトトランジ
スタ６０２とスリツト板６０３により00トラツク
を検出する。スリツト板６０３は、位置検出スリ
ツト板５０５と１体構造である。トラツク位置
は、位置検出スリツト板で決定され00トラツクの
検出も１体のスリツト板で行なわれるため00トラ
ツク検出器の位置調整が不用となる。すなわちフ
ロツピーデイスク装置製造上大きなコストダウン
が可能である。

次に速度検出器及び速度フイードバツクループ
について説明する。磁界中を移動する導体には速
度に比例した起電力が発生する。この起電力を増
幅して速度検出器出力とする。第９図に速度検出
器の速度検出コイル９０１、磁石９０２、磁気回
路９０３の構成例を示す。速度検出コイル９０１
が矢印９０４で示方向にボイスコイルモータと１
体化されて移動し、速度に比例した起電力を発生
させる。上記のような速度検出器は、１例にすぎ
ず、速度検出コイルが固定され、磁石又は磁石と
磁気回路が動く構成も実用に供されている。第９
図のような速度検出器において、磁石の端のギヤ
ツプ部分９０５の磁束密度が、中央に比べて低下
し、したがつて速度に対する感度が両端で低下す
る。従来の速度検出器においては、磁石の長さを
長くしてギツプの磁束密度が均一の範囲内で速度
検出コイルを移動させることにより均一な速度に
対する感度を得ていた。しかしこの方法は、磁石
使用量が多くなり且つ速度検出器の寸法が大きく
なると言う欠点を有する。本発明による速度検出
器は、速度検出コイルの内側の磁気回路すなわち
第９図９０３の部分の形状を第１０図ａ，ｂに示
す如く速度検出コイルの移動方向（第９図９０４
に示す方向）に対して垂直な方向の断面積を両端
で大きくなるように構成することにより、ギツプ
の磁束密度を均一化し、速度に対する感度を両端
まで均一化するものである。さらに希望の速度に
対する感度分布を得ることもできる。ボイスコイ
ルモータがトラツク間移動する時、両端でコイル
のインダクタンスが若干高い場合減速が遅れ、目
標位置を通りすぎるすなわちオーバーシユートが
生ずることがある。その場合磁気回路を上記のよ
うに構成し、両端で磁束密度を高くして両端で速
度フイードバツクをより強くきかせることにより
後述するように最高速度が抑えられ、オーバーシ
ユートを防ぐことができる。

速度フイードバツクループにおける目標速度は
０である。すなわちボイスコイルモータの動きに
対して粘性抵抗となる。速度フイードバツクルー
プの目的は２つある。１つは、ボイスコイルモー
タ静止位置における安定性を確保するためであ
る。位置制御のフイードバツクループに対して速
度フイードバツクループを付加し安定性を確保す
ることは既知なる技術であり詳しい説明は省略す
る。本発明による磁気デイスク装置用磁気ヘツド
位置決め装置において速度フイードバツクループ
は、もう１つ次のような目的を持つ。それはトラ
ツク移動時における隣接するトラツク間の中間位
置から隣接するトラツクまでの区間における減速
である。先に説明したように、位置制御ループは
隣接するトラツク間の中間位置を境界としてもつ
とも近いトラツク位置にボイスコイルモータを移
動させるように働く。トラツク移動時は隣接する
トラツク間の中間位置まで加速されたボイスコイ
ルモータを、移動方向のその次の隣接するトラツ
ク間の中間位置までの間に減速を行なう。第７図
により説明すると、X₁のトラツクからX₂のトラ
ツクに移動する場合、X₁からX₁′まで加速された
ボイスコイルモータは、隣接するトラツク間の中
間位置X′₁から移動方向の次の隣接するトラツク
位置X′₂までの区間内に減速される。しがつて本
発明による磁気デイスク装置用磁気ヘツド位置決
め装置における速度フイードバツクループは、上
記区間内で減速可能な開ループゲインを有する。
したがつて位置検出器出力又は速度検出器出力が
飽和する場合は、加算器において速度検出器出力
により大なる重みを与えた重み付き加算を行な
う。第７図においてX₁からX₂へ移動する場合、
X′₁からX₂まで位置制御ループはボイスコイルモ
ータを加速しようとし、一方速度制御ループは常
にボイスコイルモータを減速する働きを有する。
トラツク移動を行なう場合、X′₁からX₂までの区
間内に十分減速を行なわないと、X₃まで移動す
る可能性が生ずる。したがつて本発明による磁気
デイスク装置用磁気ヘツド位置決め装置は、X′₁
からX₂までの区間十分減速可能な速度フイード
バツク、又は位置検出器出力よりも速度検出器出
力により大なる重みを与えた加算器を有する。

次に、送り回路及びトラツク移動動作について
説明する。送り回路は、磁気ヘツドを隣接するト
ラツク位置まで移動させる機能を有する。送り回
路の回路例を第４図３０３に示す。以下送り回路
の動作について第１１図を用いて説明する。第１
１図において、ａは、位置変化に対する位置検出
器出力の変化を示したものである。すなわち第１
１図ａは、第７図ｃと全く同一の内容である。第
１１図ａにおいて、X₁，X₂，X₃の位置が静止点
すなわち磁気デイスク上のトラツク位置点とな
り、X′₁，X′₂，X′₃が隣接するトラツク間の中間
点となる。すなわち、今磁気ヘツドを第１１図ａ
においてＸが増加する方向に移動させたとする
と、位置検出器の出力は、増加と減少とを交互に
繰り返す。そしてこの場合位置検出器が増加する
部分がトラツク位置付近に相当し、減少する部分
が隣接するトラツクの中間点付近に相当する。磁
気ヘツドの移動する方向が逆方向の場合は、上述
の位置検出器出力の増加と減少が逆になる。すな
わち、磁気ヘツドの移動する方向が決定されれ
ば、位置検出器出力第１１図ａにおいて隣接する
トラツク間の中間位置と、隣接するトラツク位置
を識別することができる。そして送り回路は以上
のような識別法を用いて、隣接するトラツク間の
中間点まで、ボイスコイルモータを強制的に駆動
し、よつて隣接トラツクを磁気ヘツドを移動させ
るものである。

第４図において、４１０及び４１１は、クロツ
ク入力の立上りで変化するセツトリセツト優先Ｄ
タイプフリツプフロツプである。磁気ヘツドが静
止している場合は４０８入力端よりフリツプフロ
ツプ４１０，４１１は、電源投入時にセツトされ
ており、送り回路の出力４０９はフローテイング
状態となつている。今前進方向に１トラツク移動
する場合第１１図においてX₁からX₂へ移動する
場合を例にして説明する。第４図入力端４０６よ
り、フリツプフロツプ４１０にリセツトパルス第
１１図ｂが入力される。フリツプフロツプ４１０
は、リセツトされ₁Highレベルとなる。₁を
第１１図ｃに示す。₁によりトランジスタが
ONし送り回路４０９はLowレベルとなり、ボイ
スコイルモータを前進方向（X₂に向う方向）に
移動させる信号を出力する。ボイスコイルモータ
が前進方向に移動し、隣接トラツク間の中間点
（第１１図ａのX′₁点）に達すると、位置検出器内
の位置コンパレータ４１６が変化するためフリツ
プフロツプ４１０の₁がLowレベルとなり送り
回路出力はふたたびフローテイング状態となる。
すなわち、送り回路は、隣接トラツク間の中間点
までボイスコイルモータを強制的に移動させる信
号を出力する。以上前進方向を例にとつて説明し
たが後退方向の場合は、フリツプフロツプ４１１
が使用され全く同様な動作を行う。

第４図において、送り回路にセツトリセツト優
先エツジトリガフリツプフロツプを用いている。
これは、トラツク位置すなわち位置制御ループの
平衡点において、ボイスコイルモータが外乱等に
より微少振動している場合、４１０及び４１１の
フリツプフロツプに与えるリセツトパルスの時間
幅（第１１図ｂにおけるＴ）をある程度広くとつ
ておくことにより、ボイスコイルモータが動き出
す前にフリツプフロツプが反転することを防止す
る効果がある。

本実施例においては、トラツク位置とトラツク
間の中間位置の判別を送り回路のフリツプフロツ
プで行なつている。しかし上記判別機能を、判別
の論理回路を位置検出器内に具備することにより
位置検出器内に持たせることは可能である。判別
の論理回路は、先に説明した送り回路と同様な考
え方でも可能であり、説明は省略する。

さて以上のように、送り回路から隣接するトラ
ツク間の中間位置までボイスコイルモータを加速
する信号が出力される。本発明による磁気デイス
ク装置用磁気ヘツド位置決め装置は、トラツク間
移動動作を、送り回路、速度検出器、位置検出器
の各出力レベル、及び各出力を重み付きで加算す
る加算器の各重みを適切に設定し、ボイスコイル
モータを加速減速することにより行なう。第１１
図ｂ〜ｇはX₁からX₂へボイスコイルモータを移
動させた時の各部の波形である。ステツプパルス
ｂによりX₁からX′₁までの間送り回路よりボイス
コイルモータを加速する信号が出力される。送り
回路出力はレベルが大きく且つ加算器においても
つとも大きな重みを有する。第４図における抵抗
４０３は抵抗４０１よりも小さい。したがつてボ
イスコイルモータはX₂に向う方向に加速される。
X′₁に達すると、送り回路出力はフローテイング
状態となり、速度検出器出力第１１図ｆにより減
速される。先に説明したように減速可能な速度フ
イードバツクの開ループゲインに設定し、（抵抗
４０３＋抵抗４０２）＞抵抗４０１となるように
設定する。以上により加速減速の制御が行なわれ
る。第１１図において、ｄは位置コンパレータ４
１６出力であり、ｅは位置検出器出力である。

さらに、抵抗４０３と抵抗４０１の比を適切に
設定することにより、第１１図ｇの駆動波形（第
４図における端子４０４における波形）に示すよ
うに、中間位置近傍において加速の電圧を若干下
げて最高速度を抑えることができる。すなわち中
間位置近傍においてほぼ定速となる領域を設ける
ことができる。これは次のような効果を有する。
コイルのインダクタンスにより電流の反転が遅れ
すなわち減速が遅れ目標トラツク位置の次のトラ
ツクまで（先の例ではX₂の次のX₃の位置まで）
行きすぎる可能性がある。このような場合先に説
明したように中間位置の手前の区間において加速
電圧を下げ最高速度を抑えることにより、減速動
作における初期速度を下げ、X₂近傍に達するま
でに確実に速度を０に減速できる。したがつてト
ラツク移動時における誤動作を防ぐことができ
る。さらに、以上の動作は速度検出器の出力信号
を用いて、フイードバツクによりボイスコイルモ
ータが隣接するトラツク間の中間位置を通過する
速度（すなわち最高速度）を制御していることに
なる。したがつて摩擦負荷の増大等により加速区
間におけるボイスコイルモータの速度が十分上が
らない場合は、自動的に隣接するトラツク間の中
間位置までボイスコイルモータには最大電圧が印
加され逆の場合はボイスコイルモータに印加され
る電圧が抑制される。すなわちボイスコイルモー
タに対する機械的外乱に対して、トラツク移動動
作がより確実になる。

以上を具体的に説明するためにボイスコイルモ
ータ駆動波形の実験結果例を第１５図に示す。第
１５図ａは、ボイスコイルモータの負荷が推力に
比べて重い場合である。加速区間における速度が
十分に上がらないため加速区間においては、常に
最大電圧が印加されている。第１５図ｂは通常の
状態における駆動波形である。第１５図ｃは、電
源電圧を上げた場合で、推力が増加し速度が上昇
するため加速区間における印加電圧が抑制されて
いる。

次に特許請求の範囲第１０項に記載の中間位置
判別回路について説明する。中間位置判別回路は
位置検出器出力と速度検出器出力を用いて、ボイ
スコイルモータが隣接するトラツク間の中間位置
を通過した事を確実に検出する。先に説明したよ
うに、本発明による磁気ヘツド位置決め装置は、
隣接するトラツク間の中間位置を境界として加速
減速を行なつている。したがつて中間位置の検出
を誤るとシークエラーの可能性が生ずる。本発明
による中間位置判別回路は、トラツク移動命令の
方向と位置検出器の変化の方向と速度検出器の出
力の極性の３つの条件又はこの中のいくつかの条
件によりボイスコイルモータが中間位置を通過し
た事を判別し、送り回路へ出力する。

中間位置判別回路の具体的実施例を第１２図１
２０１に示す。中間位置判別回路は第４図におけ
る位置検出器３０１と送り回路３０３の間に挿入
される。以後第１２図は、第４図を参照していた
だきたい。第１２図に示した中間位置判別回路内
部の論理的動作は簡単なため詳しい説明は省略す
る。要するに磁気デイスク装置制御回路側から出
力されるステツプ動作の方向を示すレベル入力
と、ボイスコイルモータが実際に動いた方向を示
す速度検出器出力の極性と、位置検出器（第１２
図の場合は位置コンパレータ４１６）の出力が変
化する方向の３つの出力に矛盾がない場合のみ、
移動方向の隣接するトラツク間の中間位置を通過
したと判別して送り回路に短い幅のパルスを出力
し、送り回路内のフリツプフロツプを反転させ
る。したがつて確実な中間位置の判別ができるも
のである。

次に特許請求の範囲第９項記載のタイマー回路
について説明する。タイマー回路は、本発明によ
る磁気ヘツド位置決め装置において安全性を確保
する。先に説明したように、トラツク移動を行な
う場合、送り回路出力によりボイスコイルモータ
には隣接するトラツク間の中間位置に達するまで
強制的の電流が流される。ゴミ等によりボイスコ
イルモータが機械的に固定されてしまつた場合、
ボイスコイルモータに電流が継続して流れコイル
が焼き切れる可能性がある。これを防止するため
コイルに送り回路により強制的に電流を流し得る
最大時間をタイマー回路により設定し、上記時間
を越えた場合自動的に送り回路出力を、ボイスコ
イルモータが静止している状態と同一の状態にす
る。

具体的実施例を第１２図１２０２に示す。１２
０４及び１２０５は単安定マルチバイブレータで
あり、１２０４は言わゆるリトリガブルワンシヨ
ツト（例えばモトローラ社MC14538）である。
１２０４の周期はステツプパルスレートより長く
設定する。連続してトラツク移動を行なう場合、
最後のステツプパルスが出力されてから１２０４
のリトリガブルワンシヨツトの周期で設定される
時間後に、１２０５の単安定マルチバイブレータ
の周期で設定される幅の短いパルスが出力され、
まだ送り回路のフリツプフロツプが隣接するトラ
ツク間の中間位置を検出できずに反転していない
場合、上記パルスにより反転する。異常なくトラ
ツク移動が行なわれた場合でもタイマー回路から
はパルスが出力される。しかし先に説明した送り
回路の構成より、パルスが出力されてもボイスコ
イルモータの制御に何の影響も与えない。

次に特許請求の範囲第１１項記載のコンデンサ
シヨート回路について説明する。位置制御フイー
ドバツクループにおいて、定常位置誤差を小さく
するため、位相遅れ補償と称せられる補償回路を
ループ内に挿入し低周波数領域でのゲインを上げ
ることが一般に行なわれている。しかし位相遅れ
補償用に大きなコンデンサを挿入すると、コンデ
ンサの充放電による時間遅れのため、コンデンサ
の初期電荷及び他のパラメータの変動によつてボ
イスコイルの整定時間が極端に長くなることがあ
る。本コンデンサシヨート回路は、上記のような
整定時間が極端に長くなることを防止する。その
ために、位相遅れ補償用のコンデンサ又は他の目
的で位置制御フイードバツクループ内に挿入され
比較的容量の大きなコンデンサの両端を、目標ト
ラツク位置に達した時点において極く短い時間短
絡し、コンデンサ両端電圧を０とし、コンデンサ
の残留電荷の影響を排除するものである。具体的
回路例を第１２図に示す。第１２図１２０３及び
位置検出器内のコンデンサシヨート用短絡スイツ
チで構成する。動作は、位置コンパレータ４１６
の変化を微分し、定常状態におけるボイスコイル
モータの安定性に影響を与えない程度に短い時間
コンデンサを短絡させる。

コンデンサシヨート回路の効果を第１３図に示
す。第１３図は実験結果である。第１３図におい
て、ａはコンデンサシヨート回路有りの場合、ｂ
はコンデンサシヨート回路が無い場合であり、い
ずれも負荷がかなり重い状態である。１３０１及
び１３０３はボイスコイルモータの変位を光学的
に非接触で測定したものであり、参考として示し
た１３０２及び１３０４はボイスコイルモータ駆
動波形（第１１図ｇに相当する）である。ａとｂ
を比較すると、コンデンサシヨート回路によつて
位置の整定が非常に良くなつていることがわか
る。このようにコンデンサシヨート回路は、本発
明における磁気デイスク装置用磁気ヘツド位置決
め装置において、ボイスコイルモータの負荷が重
い場合等に、非常に効果がある。

次に特許請求の範囲第１４項記載のボイスコイ
ルモータについて説明する。ボイスコイルモータ
の略図を第１４図ａに示す。磁石１４０２と磁気
回路１４０３によりギツプに磁束密度が発生し、
コイル１４０１に電流を流すと推力が発生する。
ボイスコイルモータの応答性を速くするためには
コイル１４０１のインダクタンスＬと抵抗Ｒの比
Ｌ／Ｒが小さいことが必要である。すなわちコイ
ルのインダクタンスを減さなければならない。そ
のために、本発明に用いるボイスコイルモータは
第１４図ｂ，ｃ，ｄに例として示したように磁気
回路のコイルの内側の部分に空胴部を設け、コイ
ル内に存在する磁性体体積を減少させることによ
りインダクタンスを減少させる。第１４図ｂ，
ｃ，ｄには磁気回路のみを示した。第１４図ｂ，
ｃ，ｄのように磁石による磁束の流れを考慮し、
磁石による磁束と反比例するような空胴部を設
け、磁気回路内の磁束密度を均一化している。こ
のようにすることによりギツプに実現される磁束
密度に影響を与えず、コイルのインダクタンスの
みを減少させることができる。

以上説明したように、本発明による磁気デイス
ク装置用磁気ヘツド位置決め装置は、きわめて簡
単な構成により、高精度で磁気ヘツドの位置決め
及びトラツク移動が可能である。特にフロツピー
デイスク装置に適用した場合、超薄型、ローコス
トなフロツピーデイスク装置が実現でき、きわめ
て有効性の高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のボイスコイルモータ制御回路
例である。１０１は可逆カウンタ、１０２はＤ−
Ａ変換器、１０３は目標速度カーブ発生器、１０
４は制御回路、１０５は電力増幅器、１０６は位
置検出器、１０７は速度検出器、１０８は磁気デ
イスクである。 第２図は本発明に用いるボイスコイルモータの
例を示す。２０１はコイル、２０２は磁石、２０
３は磁気ヘツド、２０４は検度検出器の発光素子
受光素子及びスリツト板の部分、２０５は速度検
出コイル、２０６は下ヘツドフオルダー、２０７
は軸である。 第３図は本発明実施例の構成図である。３０１
は位置検出器、３０２は速度検出器、３０３は送
り回路、３０４は加算器、３０５は電力増幅回
路、３０６はボイスコイルモータである。 第４図は本発明実施例の回路図である。４０１
〜４０３は抵抗、４０４，４０５はボイスコイル
モータ端子、４０６〜４０８は送り回路入力端子
４０９は送り回路出力、４１０，４１１はセツト
リセツト優先Ｄタイプフリツプフロツプ、４１２
〜４１６は演算増幅器である。 第５図に位置検出の原理を示す。５０１は発光
ダイオード、５０２，５０３はフオトトランジス
タ、５０４は固定スリツト板、５０５は可動スリ
ツト板、５０６は可動スリツト板の移動方向を示
す矢印、５０７は固定スリツト板上の穴部、５０
８は可動スリツト板上の穴部、５０９，５１０は
可動スリツト板の両端の穴部である。 第６図はスリツト板及び発光ダイオードフオト
トランジスタの位置関係を示す図である。00トラ
ツク検出器は、６０１の発光ダイオード、６０２
のフオトトランジスタ、６０３の可動スリツト５
０５と１体となつたスリツト板により構成され
る。 第７図ａ及びｂは、フオトトランジスタ出力波
形、第７図ｃは位置検出器出力波形を示す。７０
１は前進方向、７０２は後退方向を示す矢印であ
る。 第８図は、発光ダイオードの光量変化又はフオ
トトランジスタの感度の変化が位置誤差を発生さ
せない事を説明するための図である。 第９図は、速度検出器のコイルと磁石部分の例
である。９０１は可動コイル、９０２は磁石、９
０３は磁気回路、９０４は可動コイルの移動方向
を示す矢印、９０５は端のギツプ部を示す。 第１０図ａ，ｂは第９図９０３の磁気回路のコ
イルの内側に存在する部分の例を示す。第１１図
は、各部の波形を示す。ａは位置に対する位置検
出器の出力、ｂはステツプパルス、ｃは第４図４
１０の₁、ｄは位置コンパレータ出力すなわち
位置検出器の出力の１つである。ｅは位置検出器
出力、ｆは速度検出器出力、ｇはボイスコイルモ
ータ駆動波形である。 第１２図は、中間位置判別回路、タイマー回
路、コンデンサシヨート回路がボイスコイルモー
タ制御回路の中へどのように組み込まれるかを示
した図である。１２０１は中間位置判別回路、１
２０２はタイマー回路、１２０３はコンデンサシ
ヨート回路、１２０４，１２０５は単安定マルチ
バイブレータである。 第１３図は、コンデンサシヨート回路の効果を
実験的に確認した図である。ａはコンデンサシヨ
ート回路が有る場合、ｂはコンデンサシヨート回
路が無い場合である。１３０１，１３０３は位置
の変化を、１３０２，１３０４はボイスコイルモ
ータ駆動波形を示す。 第１４図は、ボイスコイルモータ又はその磁気
回路の略図である。ａはボイスコイルモータの略
図、ｂ，ｃ，ｄは磁気回路例を示す。１４０１は
コイル、１４０２は磁石、１４０３は磁気回路を
示す。 第１５図は、ボイスコイルモータ駆動波形の実
験結果を示す。ａは負荷が重い場合、ｂは通常の
場合、ｃは電源電圧を上げた場合である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁気デイスク装置において、磁気ヘツドを所
   定のトラツク位置まで移動させその位置で静止さ
   せるためのボイスコイルモータと、トラツク位置
   及び隣接するトラツク間の中間位置を検出する位
   置検出器と、隣接するトラツク間の中間位置まで
   ボイスコイルモータを加速することによつて磁気
   ヘツドを隣接するトラツク位置まで移動させる送
   り回路と、ボイスコイルモータの速度を検出する
   速度検出器と、前記位置検出器前記送り回路前記
   速度検出器の各出力を加算する加算器と、前記加
   算器出力を電力増幅してボイスコイルモータに供
   給する電力増幅回路とから成る磁気デイスク装置
   用磁気ヘツド位置決め装置。 ２ １つの発光素子と、前記発光素子から出力さ
   れる光の強度を変化させる検出板と、前記検出板
   により変化した光を受光する２つの受光素子と前
   記２つの受光素子の出力の差分を増幅する増幅器
   とから構成する位置検出器を有する特許請求の範
   囲第１項記載の磁気デイスク装置用磁気ヘツド位
   置決め装置。 ３ 隣接するトラツク間の中間位置を境界とし
   て、もつとも近いトラツク位置にボイスコイルモ
   ータを移動させ静止させる位置制御フイードバツ
   クループを、位置検出器、加算器、電力増幅回
   路、ボイスコイルモータにより構成する特許請求
   の範囲第１項記載の磁気デイスク装置用磁気ヘツ
   ド位置決め装置。 ４ 位置検出器の出力を同一方向の位置変化に対
   して増加と減少を交互に繰り返すように構成し、
   前記増加又は減少の方向によつてトラツク位置と
   隣接するトラツク間の中間位置とを区別するよう
   に構成した位置検出器を有する特許請求の範囲第
   １項又は第２項記載の磁気デイスク装置用磁気ヘ
   ツド位置決め装置。 ５ ステツプ信号によりセツト又はリセツトし、
   隣接するトラツク間の中間位置に達したことを示
   す位置検出器出力の変化によりフリツプフロツプ
   の内容を反転させるセツト又はリセツト優先エツ
   ジトリガフリツプフロツプを具備することにより
   隣接するトラツク間の中間位置までボイスコイル
   モータを加速する信号を発生する送り回路を有す
   る特許請求の範囲第１項記載の磁気デイスク装置
   用磁気ヘツド位置決め装置。 ６ 特許請求の範囲第１項記載の送り回路及び位
   置検出器及び速度検出器の各出力を加算する加算
   器において、前記各出力を重みを付けて加算し前
   記送り回路出力にもつとも大きな重みを与えて加
   算する加算器を具備し、隣接するトラツク間の中
   間位置までボイスコイルモータを加速してトラツ
   ク間の移動を行なう特許請求の範囲第１項記載の
   磁気デイスク装置用磁気ヘツド位置決め装置。 ７ 隣接するトラツク間の中間位置まで、送り回
   路により加速されたボイスコイルモータを、隣接
   するトラツク間の中間位置から移動方向の次の隣
   接するトラツク間の中間位置までの区間内に速度
   ０まで減速せしめる速度フイードバツクループを
   特許請求の範囲第１項記載の速度検出器、加算
   器、電力増幅器、ボイスコイルモータにより構成
   する特許請求の範囲第１項記載の磁気デイスク装
   置用磁気ヘツド位置決め装置。 ８ 特許請求の範囲第１項記載の送り回路及び位
   置検出器及び速度検出器の各出力を加算する加算
   器において、前記各出力に重みを付けて加算しボ
   イスコイルモータの加速の初期においては電力増
   幅回路出力の飽和電圧までボイスコイルモータに
   印加され、隣接するトラツクの中間位置手前付近
   においては、ボイスコイルモータを一定速度で移
   動させる電圧がボイスコイルモータに印加される
   様に、送り回路出力と速度検出回路出力の重みが
   設定された加算器を具備する特許請求の範囲第１
   項記載の磁気デイスク装置用磁気ヘツド位置決め
   装置。 ９ ボイスコイルモータを加速する最大時間を決
   定するタイマー回路を具備する特許請求の範囲第
   １項記載の磁気デイスク装置用磁気ヘツド位置決
   め装置。 １０ 磁気ヘツドが隣接するトラツク間の中間位
   置を通過したことを位置検出器出力と速度検出器
   出力より判別する中間位置判別回路を具備した特
   許請求の範囲第１項記載の磁気デイスク装置用磁
   気ヘツド位置決め装置。 １１ 磁気ヘツドをトラツク間移動させる場合に
   おいて、位置検出器、加算器、電力増幅回路、ボ
   イスコイルモータにより構成する位置フイードバ
   ツクループ内に存在するコンデンサの両端子間を
   磁気ヘツドがトラツク位置に達した時点において
   あらかじめ設定された時間の間短絡させるコンデ
   ンサシヨート回路を具備する特許請求の範囲第１
   項記載の磁気デイスク装置用磁気ヘツド位置決め
   装置。 １２ 移動可能な金属板に移動方向に互いに半ピ
   ツチ位置がずれた２列の穴を設け、但し２列の穴
   の中でもつとも端に位置する穴を他の穴よりも大
   きくし、前記金属板をはさんで１つの発光素子と
   ２つの受光素子を対向させ発光素子から出力され
   る光が金属板の穴部、穴部以外によつて強弱する
   ようにし、前記発光素子と前記金属板又は前記金
   属板と前記受光素子との間に前記金属板の穴部よ
   りも小さな穴部を有する固定のスリツト板を配置
   した位置検出器を具備する特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の磁気デイスク装置用磁気ヘツド
   位置決め装置。 １３ 発光素子から出力される光の強度を変化さ
   せる検出板と、磁気デイスク装置における基準ト
   ラツクを光の強弱により光学的に検出する基準ト
   ラツク検出器の検出板とが１体構造である特許請
   求の範囲第１項又は第２項又は第１２項記載の磁
   気デイスク装置用磁気ヘツド位置決め装置。 １４ 磁界中に配置した可動コイルに電流を流し
   て推力を発生させるボイスコイルモータにおいて
   可動コイルの内側に配置される磁気回路に空洞部
   を設け前記可動コイルのインダクタンスを減少せ
   しめたボイスコイルモータを具備する特許請求の
   範囲第１項記載の磁気デイスク装置用磁気ヘツド
   位置決め装置。 １５ 磁界中に配置した可動コイルに生ずる速度
   に比例した電圧を増幅して出力する速度検出器に
   おいて、前記可動コイルの内側に配置される磁気
   回路の前記可動コイルの移動方向に垂直な方向の
   断面積を、前記可動コイルの移動範囲の両端方向
   で大きくなるように構成し、前記可動コイルの移
   動範囲内において速度に対して均一な感度を有す
   る速度検出器を具備する特許請求の範囲第１項記
   載の磁気デイスク装置用磁気ヘツド位置決め装
   置。