CN111724825A

CN111724825A - 磁盘装置

Info

Publication number: CN111724825A
Application number: CN201910728568.8A
Authority: CN
Inventors: 内田贵斗; 池田直路
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2020-09-29
Anticipated expiration: 2039-08-08
Also published as: CN111724825B; US10706881B1; JP2020155171A

Abstract

实施方式提供抑制了由湿度引起的定位精度的降低的磁盘装置。实施方式的磁盘装置具备磁盘、磁头、致动器、收置部、伺服控制器、传感器及控制电路。磁头对磁盘进行访问。致动器使磁头移动。收置部收置磁盘、磁头及致动器。伺服控制器执行致动器的定位控制。传感器输出与收置部内的湿度对应的值。控制电路基于湿度传感器的输出值来调整定位控制的增益。

Description

磁盘装置

本申请享有以日本专利申请2019-51306号(申请日：2019年3月19日)为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包含基础申请的所有内容。

技术领域

本实施方式涉及磁盘装置。

背景技术

在磁盘装置中，使磁头移动的致动器的定位精度有时会因湿度而降低。

发明内容

一个实施方式提供抑制了由湿度引起的定位精度的降低的磁盘装置。

根据一个实施方式，磁盘装置具备磁盘、磁头、致动器、收置部、伺服控制器、传感器及控制电路。磁头对磁盘进行访问。致动器使磁头移动。收置部收置磁盘、磁头以及致动器。伺服控制器执行致动器的定位控制。传感器输出与收置部内的湿度对应的值。控制电路基于湿度传感器的输出值来调整定位控制的增益。

附图说明

图1是示出第1实施方式的磁盘装置的概略构成的框图。

图2是示出第1实施方式的微型致动器的行程量的变化量与相对湿度的变化量的关系的一例的示意图。

图3是示出在制造磁盘装置时执行的第1实施方式的步骤的流程图。

图4(A)～(C)是示出在制造第1实施方式的磁盘装置时的各工艺(process)中测定的温度、湿度及微型致动器的行程量的示意图。

图5是示出第1实施方式的磁盘装置出厂后的动作的一例的流程图。

图6是说明第2实施方式的微型致动器的行程量和湿度的测定结果、及由该测定结果导出的二次函数的数式的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对实施方式的磁盘装置进行详细说明。此外，本发明并不由该实施方式限定。

(第1实施方式)

图1是示出第1实施方式的磁盘装置的概略构成的框图。

在图1中，在该磁盘装置100中设置有磁盘2，磁盘2经由主轴3被支承。另外，在磁盘装置100中设置有磁头9，磁头9以与磁盘2相对的方式配置。

具体而言，在臂6的一端设置有对臂6进行驱动的音圈马达4，在臂6的另一端设置有万向架部8。在万向架部8保持有磁头9。臂6经由旋转轴5支承在磁盘2上。

在万向架部8设置有对万向架部8进行驱动的微型致动器7。由音圈马达4、臂6、万向架部8及微型致动器7构成万向架微型致动器(Gimbal Micro Actuator：GMA)方式的二级致动器。

磁头9利用GMA方式的二级致动器移动至与磁盘2的对象位置对应的位置，对于对象位置写入数据、从对象位置读取数据。换言之，磁头9对磁盘2进行访问。

微型致动器7例如由薄膜压电元件构成。音圈马达4能够使臂6相对于磁盘2的记录面水平地粗动，相对于此，微型致动器7能够利用所供给的电压使万向架部8相对于磁盘2的记录面水平地微动。

在利用了薄膜压电元件的微型致动器7的情况下，微型致动器7的每单位电压的移位量的变化量有时伴随着湿度(更准确而言是相对湿度)的变化而变化。此外，以下，将微型致动器7的每单位电压的移位量记为微型致动器7的行程量。

图2是示出第1实施方式的微型致动器7的行程量的变化量与相对湿度的变化量的关系的一例的示意图。在本图的例子中，可知微型致动器7的行程量的变化量与相对湿度的变化量具有大致线性的关系。

作为微型致动器7的行程量的变化量根据湿度变化而变化的主要原因，可列举如下：薄膜压电元件本身、或者其的保护材料、载体材料的以弹性为代表的机械性性质具有湿度依赖性。例如，在使用包含聚酰亚胺的材料作为薄膜压电元件的保护层的情况下，产生如图2所示的特性。

如上所述，由于微型致动器7的动作依赖于湿度，因此在湿度发生了变动的情况下，定位精度恶化，磁盘装置100的性能降低。

在本实施方式中，根据湿度来调整微型致动器7的定位控制的增益。由此，抑制由湿度引起的定位精度的恶化。

此外，微型致动器7是实施方式的致动器的一例。

返回到图1进行说明。

在搭载有二级致动器的基材上设置有湿度传感器10及温度传感器11。并且，磁盘2、主轴3、音圈马达4、旋转轴5、臂6、微型致动器7、万向架部8、磁头9、湿度传感器10及温度传感器11收置于作为收置部的壳体1。壳体1和收置于壳体1的这些构成要素统称为头盘组件。

在壳体1内填充有氦气。并且，以氦气不泄漏的方式将壳体1密封。

此外，壳体1能够具备在填充氦气时用于进行流入壳体1的氦气的除湿的干燥过滤器。干燥过滤器具备活性炭或硅胶那样的干燥剂。

磁盘装置100还具备伺服控制器21、头放大器22、非易失性存储器23、易失性存储器24、处理器25、RWC(读写通道)26以及HDC(硬盘控制器)27。处理器25、RWC26及HDC27构成实施方式的控制电路30。此外，控制电路30的构成要素并不限定于此。

头放大器22向磁头9供给与从RWC26输入的写入数据对应的写入信号(电流)。另外，头放大器22对从磁头9输出的读取信号(由磁头9从磁盘2读取的读取数据)进行放大，并将其供给至RWC26。

非易失性存储器23例如由闪存等非易失性存储器构成。在非易失性存储器23中记录处理器25执行的程序。另外，在非易失性存储器23中记录磁盘装置100正常动作所需的各种参数。将在后面叙述保存于非易失性存储器23中的各种参数。

易失性存储器24由DRAM(Dynamic RAM：动态随机存取存储器)或SRAM(StaticRAM：静态随机存取存储器)等易失性存储器构成。在易失性存储器24中设置有：在来自主机200的访问处理时对访问对象的数据进行缓冲的区域和存储用于控制磁盘装置100的管理信息的区域等。

RWC26是信号处理电路。RWC26对从HDC27输入的写入数据进行编码并向头放大器22输出。另外，RWC26根据从头放大器22传输来的读取信号对读取数据进行解码并输出到HDC27。

HDC27是能够与主机200进行通信的通信接口。具体而言，HDC27在从主机200接收到写入命令的情况下，将写入数据保存于易失性存储器24，当写入处理结束时向主机200返回响应。另外，HDC27在从主机200接收到读取命令的情况下，通过读取处理将保存于易失性存储器24的读取数据返回给主机200。

伺服控制器21向使主轴3旋转的主轴马达供给电流或电压，以预定的转速驱动主轴马达。

另外，伺服控制器21为了使磁头9移动到由处理器25指定的位置，执行音圈马达4及微型致动器7的定位控制。

更具体而言，伺服控制器21具备致动器控制器28。致动器控制器28由处理器25命令磁头9的位置。致动器控制器28求出用于使磁头9移动到由处理器25命令的位置的、音圈马达4的移位量和微型致动器7的移位量。然后，致动器控制器28向音圈马达4供给与音圈马达4的移位量相应的电流或电压，并向微型致动器7供给与微型致动器7的移位量相应的电压。

处理器25例如是CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)。处理器25执行由磁头9进行的写入数据的写入及读取数据的读取的控制处理、决定磁盘2的记录面上的访问位置的处理、向伺服控制器21命令访问位置的处理等。此外，处理器25通过存储于非易失性存储器23及磁盘2等的非易失性的存储介质中的程序来执行各种处理。

在实施方式中，处理器25还执行微型致动器7的电压控制的增益的调整。以下，说明微型致动器7的电压控制的方法的一例和该电压控制中的增益的调整的方法的一例。在此，对向微型致动器7供给的电压Vma被比例控制的情况进行说明。此外，电压Vma的控制不限定于比例控制。

电压Vma通过下式(1)～(4)进行计算。

Vma＝Gh*dx+C···(1)

Gh＝Ghconst+Ghconst*Ghrate*dh···(2)

Ghrate＝{(SLh/SHh)/(hHh-hLh)}-1···(3)

dh＝hs-hr···(4)

其中，式(1)～(4)所包含的各参数的说明如下。

dx：MA所希望的移位[m]

Gh：根据湿度而变化的控制增益

C：不依赖于湿度的常数项

Ghconst：一定湿度下的控制增益

Ghrate：湿度变动增益

SLh：在低湿度的环境下测定出的每单位电压的微型致动器7的移位量[m/V]

SHh：在高湿度的环境下测定出的每单位电压的微型致动器7的移位量[m/V]

hLh：在低湿度的环境下测定出的湿度[％RH]

hHh：在高湿度的环境下测定出的湿度[％RH]

hs：控制增益的调整时的湿度[％RH]

hr：当前的湿度[％RH]

如式(2)所示，根据湿度而变化的控制增益Gh由不依赖于湿度的项Ghconst和依赖于湿度的项Ghconst*Ghrate*dh构成。

不依赖于湿度的项Ghconst由预定的调整方法决定。依赖于湿度的项Ghconst*Ghrate*dh中的dh是以调整了Ghconst时的湿度为基准的湿度的变化量。

Ghrate是表示微型致动器7的行程量相对于湿度的变动的变动容易度的常数，由式(3)决定。即，Ghrate是表示微型致动器7的行程量的变化量与湿度的变化量之间的关系的参数。代入式(3)的4个常数SLh、SHh、hLh及hHh通过在磁盘装置100的制造工艺中在多个湿度带测定湿度及行程量而决定。

具体而言，首先，在制造工艺中，Ghconst的调整结果和得到Ghconst的调整结果时的湿度hs被记录于非易失性存储器23。接着，在执行制造工艺中的低湿度下的工艺时，测定SLh及hLh，在执行制造工艺中的高湿度下的工艺时，测定SHh及hHh。然后，基于式(3)计算Ghrate，并将其记录于非易失性存储器23。

在出厂后的动作状态下执行定位控制时，处理器25基于通过在动作时的环境下的实测而得到的湿度hr、记录于非易失性存储器23内的湿度hs及式(4)来计算dh。然后，处理器25基于通过计算得到的dh、记录于非易失性存储器23的Ghconst及Ghrate、及式(2)来计算控制增益Gh。

处理器25将通过计算得到的控制增益Gh设定于致动器控制器28。致动器控制器28基于预先设定的常数项C、由处理器25设定的控制增益Gh及式(1)，计算向微型致动器7供给的电压Vma。

即，处理器25根据湿度的检测值使控制增益Gh变化。由此，实现不依赖于湿度的高精度的定位。

例如，考虑微型致动器7具有当湿度上升1[％RH]时行程量成为10倍的特性的情况。在(hHh-hLh)的值为1时，(SLh/SHh)的值成为1/10，因此根据式(3)，Ghrate成为-0.9(＝{(SLh/SHh)/(hHh-hLh)}-1＝1/10-1)。

在搭载有这样的微型致动器7的磁盘装置100的使用中，在湿度(即湿度hr)与得到了Ghconst的调整结果时的湿度hs相等的情况下，根据式(2)可知，Gh与Ghconst相等。因此，通过Ghconst*dx+C的计算得到电压Vma。

另一方面，在湿度(即湿度hr)比湿度hs高1[％RH]的情况下，根据式(2)，Gh成为0.1×Ghconst。因此，通过式(1)，电压Vma成为0.1*Ghconst*dx+C。其结果是，不同于湿度hr与湿度hs相等的情况，与移位量dx相乘的增益的值成为1/10。

即，即使在微型致动器7具有当湿度上升1[％RH]则行程量成为10倍的特性的情况下，也能够实施不依赖于湿度的定位控制。

图3是示出在制造磁盘装置100时执行的第1实施方式的步骤的流程图。

首先，对磁盘装置100执行低温环境下的动作的调整(S101)。在将壳体1密封前，实施从该处理到S107。

在低温环境下的动作的调整时，执行温度、湿度、行程量的测定(S102)。

接着，对磁盘装置100执行在高温环境下的动作的调整(S103)。在高温环境下的动作的调整时，也执行温度、湿度、行程量的测定(S104)。

图4是示出在制造第1实施方式的磁盘装置100时的各工艺中测定出的温度、湿度及微型致动器7的行程量的示意图。

根据图4的例子，在低温环境下实施从工艺#1到工艺#3，在高温环境下实施工艺#4及工艺#5，在低温环境下实施工艺#6。

关于湿度，在从工艺#1到工艺#3的工艺中，湿度上升，在从工艺#3到工艺#6的工艺中，湿度被维持为大致一定。

关于行程量，在从工艺#1到工艺#4的工艺中，行程量增加，在从工艺#5到工艺#6的工艺中，行程量减少。

图3的S101及S102的处理例如在工艺#1中实施。图3的S103及S104的处理在工艺#4中实施。由此，测定不同的湿度环境下的湿度及行程量。即，测定SLh、SHh、hLh及hHh。

返回到图3进行说明。

在S104之后，取得包含Ghconst、Ghrate、C、hs等的各种参数(S105)。此外，Ghconst及C由预定的方法决定。在决定了Ghconst时测定hs。通过基于由S102及S104得到的SLh、SHh、hLh及hHh、和式(3)的计算来取得Ghrate。

将由S105得到的各种参数写入到非易失性存储器23中(S106)。然后，向壳体1填充氦(S107)，将壳体1密封(S108)。通过S108，在制造磁盘装置100时执行的第1实施方式的步骤结束。

此外，S101～S106的处理中的一部分或全部也可以由磁盘装置100自身执行。例如，在非易失性存储器23中记录试验用的程序。处理器25也可以基于该试验用的程序来实现S101～S106的处理中的一部分或全部。但是，环境的温度、湿度由外部的装置控制。

另外，磁盘装置100也可以与试验装置连接，在由试验装置进行的控制下，磁盘装置100执行S101～S106的处理中的一部分或全部。例如，试验装置也可以向磁盘装置100发送为了试验用而准备的各种命令，处理器25或HDC27执行基于该命令的处理，由此实现S101～S106的处理中的一部分或全部。

图5是示出第1实施方式的磁盘装置100的出厂后的动作、即与主机200连接了的状态下的动作的一例的流程图。

在使用着磁盘装置100时，处理器25判定控制增益Gh的更新的定时是否到来(S201)。

此外，控制增益Gh的更新的定时任意地设定。例如，设定以每几秒等预定的周期更新控制增益Gh的定时。处理器25也可以基于来自硬件计数器(未图示)的计数信号来判断更新控制增益Gh的定时。

在另外的例中，处理器25始终监视湿度传感器10的输出值。并且，也可以在湿度传感器10的输出值从在上次的控制增益Gh的更新的定时测定出的值背离预定值以上的情况下，判定为控制增益Gh的更新的定时到来。

在控制增益Gh的更新的定时未到来的情况下(S201：否)，再次执行S201的处理。在控制增益Gh的更新的定时到来的情况下(S201：是)，处理器25测定湿度(S202)。即，处理器25取得湿度传感器10的输出值作为湿度hr。

接着，处理器25基于通过测定得到的湿度(湿度hr)和记录于非易失性存储器23的湿度变动增益Ghrate，计算控制增益Gh(S203)。处理器25基于式(1)、(2)及(4)计算控制增益Gh。

接着，处理器25通过将通过S203取得的控制增益Gh的计算值发送到致动器控制器28，以控制增益Gh的计算值更新控制增益Gh的设定值(S204)。然后，再次执行S201的处理。

由于控制增益Gh根据湿度而逐次更新，因此致动器控制器28能够执行不依赖于湿度的高精度的定位控制。

此外，说明了S201～S204由处理器25执行的情况。S201～S204中的一部分或全部也可以由HDC27执行。

另外，为了将氦留在壳体1内，将壳体1密闭。即，只要壳体1不破损，则壳体1内的水分的量在执行S108的处理之后为一定。因此，如果知晓壳体1内的水分的量，则壳体1内的湿度能够根据壳体1内的温度来推定。即，壳体1内的温度能够视为与湿度对应的信息。

处理器25也可以基于温度传感器11的输出值来推定壳体1内的湿度。在该情况下，能够从磁盘装置100废除湿度传感器10。

只要能够得到与湿度对应的信息，则能够采用任意的传感器来代替温度传感器11及湿度传感器10。

此外，第1实施方式的技术也能够应用于在壳体1中填充有氦的磁盘装置100以外的磁盘装置。例如，也能够应用于：具有用于向壳体1取入空气的孔且壳体1内由空气充满了的磁盘装置。

如上所述，根据第1实施方式，控制电路30基于输出与湿度对应的值的传感器(湿度传感器10或温度传感器11)的输出值，调整由伺服控制器21进行的微型致动器7的定位控制的增益。

由此，能够抑制由湿度引起的定位精度的降低。

另外，在非易失性存储器23中记录有：表示微型致动器7的每单位时间的移位量(行程量)的变化量与湿度的变化量之间的关系的参数即湿度变动增益Ghrate的值。控制电路30基于湿度传感器10的输出值和湿度变动增益Ghrate来计算微型致动器7的定位控制的增益。然后，控制电路30用计算值更新微型致动器7的定位控制的增益的设定值。

由此，控制增益Gh根据湿度而逐次更新，因此致动器控制器28能够执行不依赖于湿度的高精度的定位控制。

此外，在第1实施方式中，作为表示微型致动器7的每单位时间的移位量(行程量)的变化量与湿度的变化量之间的关系的信息的一例，列举湿度变动增益Ghrate进行了说明。微型致动器7的每单位时间的移位量(行程量)的变化量与湿度的变化量之间的关系能够保持为任意的信息。微型致动器7的每单位时间的移位量(行程量)的变化量与湿度的变化量之间的关系也可以是函数、表等形式的信息。

(第2实施方式)

在第2实施方式中，说明基于湿度传感器10的输出值的定位控制的增益的调整方法的其它的例。在该实施方式中，微型致动器7的行程量与相对湿度的关系用二次函数来近似。

在磁盘装置100的制造工艺中，在3个以上的湿度带测定成对的行程量与湿度。然后，根据在3个以上的湿度带测定出的成对的行程量与湿度，算出二次函数的近似式。

图6是说明第2实施方式的微型致动器7的行程量和湿度的测定结果、及从该测定结果导出的二次函数的数式的图。在本图的例子中，成对的微型致动器7的行程量与湿度被测定了4个点。然后，基于4个点的测定结果，算出下述的式(5)的近似式。

DMA＝a*h^2+b*h+c···(5)

在此，DMA是微型致动器7的行程量，是第2实施方式的增益的一例。h是湿度。a、b及c是系数，是表示行程量与湿度的关系的信息的一例。a、b及c保存于非易失性存储器24。

此外，近似式的算出方法不限定于特定的方法。例如，能够采用最小二乘法作为近似式的算出方法。

在磁盘装置100出厂后，在控制增益DMA的更新的定时到来的情况下，处理器25取得湿度传感器10的输出值，将取得的输出值代入式(5)的h，由此取得控制增益DMA。此外，式(5)所含的系数a、b及c从非易失性存储器24读取。

接着，处理器25将所取得的控制增益DMA发送至致动器控制器28。

致动器控制器28使用接收到的控制增益DMA来执行微型致动器7的控制。即，致动器控制器28使用下述的式(6)来执行控制。

Vma＝DMA*dx+C···(6)

这样，通过用二次函数来近似微型致动器7的行程量与相对湿度的关系，实现基于湿度传感器10的输出值的定位控制的增益的调整。此外，微型致动器7的行程量与相对湿度的关系的近似式不限定于二次函数。微型致动器7的行程量与相对湿度的关系能够通过任意的非线性函数来近似。

对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而示出的，并不用于限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形包含在发明的范围、主旨中，并且包含在技术方案所记载的发明及与其均等的范围内。

Claims

1.一种磁盘装置，具备：

磁盘；

磁头，对所述磁盘进行访问；

致动器，使所述磁头移动；

收置部，收置所述磁盘、所述磁头及所述致动器；

伺服控制器，执行所述致动器的定位控制；

传感器，输出与所述收置部内的湿度对应的值；以及

控制电路，基于所述传感器的输出值来调整所述定位控制的增益。

2.根据权利要求1所述的磁盘装置，

所述控制电路基于所述致动器的每单位电压的移位量的变化量与湿度的变化量之间的关系、以及所述传感器的所述输出值，来计算所述增益，并用所述增益的计算值来更新所述定位控制的所述增益的设定值。

3.根据权利要求2所述的磁盘装置，

还具备：供表示所述关系的参数进行记录的存储器，

所述控制电路基于保存于所述存储器的所述参数来计算所述增益。

4.根据权利要求1所述的磁盘装置，

所述传感器是湿度传感器。

5.根据权利要求1所述的磁盘装置，

在所述收置部填充有预定的气体。

6.根据权利要求5所述的磁盘装置，

所述传感器是温度传感器，

所述控制电路基于所述传感器的输出值来推定湿度。

7.根据权利要求1所述的磁盘装置，

所述致动器由薄膜压电元件构成。

8.根据权利要求7所述的磁盘装置，

所述薄膜压电元件的保护层由包含聚酰亚胺的材料构成。

9.根据权利要求1所述的磁盘装置，

还具备：

音圈马达；

臂，由音圈马达驱动；以及

万向架部，设置于臂的一端，并保持所述磁头，

所述致动器对所述万向架部进行驱动。

10.根据权利要求1所述的磁盘装置，

所述控制电路基于所述致动器的每单位电压的移位量与湿度之间的关系、以及所述传感器的所述输出值，来计算所述增益，并用所述增益的计算值来更新所述定位控制的所述增益的设定值。