JP2002124049A - ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディスク装置のピギーバックアクチュエータ
において、微小駆動アクチュエータを高帯域制御駆動し
て、ヘッドの高速かつ高精度の位置決めを実現する。 【解決手段】 再生ヘッドの再生信号に基づいてヘッド
の現在位置を検出するヘッド位置検出部６−１と、ＭＡ
５−２あるいはＶＣＭ５−１による移動量を検出等する
相対位置推定演算部６−５と、ヘッドの目標位置と位置
検出部により検出されたヘッドの現在位置との位置誤差
を含む情報に基づいてＭＡ５−２の制御量を演算する補
助駆動手段制御部６−３−２と、相対位置推定演算部６
−５により検出等されたヘッドの移動量を含む情報に基
づいてＶＣＭ５−１の制御量を演算する主要駆動手段制
御部６−３−１と、ＶＣＭ５−１とＭＡ５−２とによる
ヘッド移動量を制御するそれぞれの制御量が相互に干渉
することを防止する非干渉化補償器６−３−１、６−３
−２とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はディスク装置に関
し、特に、位置決め機構部であるヘッドアクチュエータ
が、主要駆動手段としての大変位ストローク駆動用アク
チュエータであるボイスコイルモータ（以下、「ＶＣ
Ｍ」と称する。）と、補助駆動手段としての微小駆動用
アクチュエータであるマイクロアクチュエータ（以下、
「ＭＡ」と称する。）とを有してヘッド部の位置決めを
行うディスク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マルチメディアの進展に伴って、
目標位置に高速にアクセスし（ヘッド部の位置決めを行
い）、大容量の映像情報、音声情報、文字情報などを高
速で記録再生する高記録密度の磁気ディスク装置が、市
場から強く要請されている。これに伴い、磁気ヘッドの
高速高精度な位置決め技術が種々提案されている。

【０００３】磁気ディスク装置の高記録密度化を実現す
るために、近年の磁気ディスク装置は、磁気抵抗効果を
応用したＧＭＲヘッドからなる再生ヘッドと、誘導型の
インダクティブヘッドからなる記録ヘッドとにより構成
される複合型の磁気ヘッド（ヘッド部）を採用してい
る。

【０００４】前記の２種類のヘッドからなる複合型の磁
気ヘッド（ヘッド部）は、同一のスライダ上に装着され
ている。ヘッド部を搭載するスライダは、ヘッド支持機
構部に取り付けられており、前記ヘッド支持機構部は、
シャーシに取り付けられた軸を中心に回転できるように
なっている（ロータリ型のアクチュエータ）。このロー
タリ型のアクチュエータは、慣性の影響を小さくするこ
とができるため、高速アクセスを実現するのに適してい
る。

【０００５】磁気ヘッドの高速高精度な位置決めを行う
ために、今後の磁気ディスク装置は、主要駆動手段と補
助駆動手段との２つの駆動手段を有すると予想される。
ＶＣＭなどの主要駆動手段は、シャーシに取り付けられ
た軸を中心にヘッド支持機構部を回転させることによ
り、ヘッド支持機構部、ヘッド部およびスライダを動か
す。この主要駆動手段は、主としてシーク／セトリング
や複数のトラックジャンプなどの大移動のために使用さ
れる。補助駆動手段は、ヘッド部またはスライダを駆動
する。この補助駆動手段は、主としてトラック追従や１
トラックジャンプなどの高速で微小な位置決めを行うた
めに使用される。

【０００６】再生ヘッドは、磁気ディスク上に記録され
たサーボ情報（ヘッドの現在位置情報）を読みとる。こ
のサーボ情報に基づいて、主要駆動手段および補助駆動
手段を制御することにより、スライダ上に形成されたヘ
ッド部を磁気ディスク上の任意の位置にアクセスさせる
（位置決めする）ことができる。

【０００７】主要駆動手段と補助駆動手段とを有する機
構部を、一般にピギーバックアクチュエータと呼ぶ。以
下、ピギーバックアクチュエータの従来例を示す。[従
来例１]図１６の従来例１のピギーバックアクチュエー
タは、特開平９−８２０４８号公報に記載されたヘッド
アクチュエータである。

【０００８】この図１６に示されるピギーバックアクチ
ュエータは、ＶＣＭ９０１を駆動手段とする主要駆動用
アクチュエータと、圧電素子９０２を補助駆動手段とす
る微小駆動用アクチュエータとを有する方式のものであ
り、圧電素子９０２を機構のほぼ重心位置に配置し、支
持アーム９０３を微小駆動してヘッド９０４の微小移動
調整を行えるように構成した機構である。[従来例２]図
１７の従来例２のピギーバックアクチュエータは、IEEE
TRANSACTIONS ON MAGNETICS VOL.35 No.2 MARCH 1999
に記載されたヘッドアクチュエータである。

【０００９】この図１７のピギーバックアクチュエータ
において、同図（ａ）に示されるマイクロアクチュエー
タ９１４は、同図（ｂ）に示されるように、ヘッド部９
１１およびスライダ９１２を含む部材と、補助駆動手段
としての圧電素子９１３を含む部材とが一体に組み立て
られたものである。

【００１０】主要駆動手段は、軸９１５を中心にヘッド
アクチュエータ全体を回転させる。９１６はヘッド支持
機構部である。圧電素子９１３は、プッシュプル動作を
することによって、ヘッド部９１１を搭載するスライダ
９１２を左右に微小駆動させる。 [従来例３]図１８の従来例３のピギーバックアクチュエ
ータは、IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS VOL.32 No.5
SEPTEMBER 1996 に記載されたヘッドアクチュエータ
である。

【００１１】この図１８のピギーバックアクチュエータ
は、主要駆動手段と補助駆動手段とを有し、この補助駆
動手段は、電磁力を利用したヨーク９２３と、マグネッ
ト９２４と、コイル９２５とを具備する。主要駆動手段
は、軸９２６を中心にヘッドアクチュエータ全体を回転
させる。９２７はヘッド支持機構部である。補助駆動手
段は、ステータ・シャフト９２２を中心とするモーメン
トを与え、ヘッド・サスペンション・アッセンブリ９２
１を微小駆動する。 [従来例４]図１９の従来例４のピギーバックアクチュエ
ータは、再公表公報ＷＯ９８／１９３０４に記載された
ヘッドアクチュエータである。

【００１２】ここでは、磁気ヘッド９３１を搭載したス
ライダ９３２は、ステータプレート９３７に支持されて
いる。ヘッドサスペンション９３６は、補助駆動手段で
ある圧電素子９３４、９３５と、ステータプレート９３
７と、固定されたフレーム９３８とを含む。ステータプ
レート９３７は、圧電素子９３４、９３５に支持されて
おり、また圧電素子９３４、９３５は、ヘッドサスペン
ション９３６の固定されたフレーム９３８にひんじ構成
で接続されている。固定されたフレーム９３８は、キャ
リッジアーム９３３に固定されている。

【００１３】補助駆動手段である圧電素子９３４、９３
５をプッシュプル動作させることにより、ひんじ機構が
駆動され、ステータプレート９３７が微小駆動される。
これにより、ステータプレート９３７に支持された磁気
ヘッド９３１を搭載したスライダ９３２が微小駆動され
る。 [従来例５]図２０の従来例５のピギーバックアクチュエ
ータは、特開平９−２３１５３８号公報に記載されたヘ
ッドアクチュエータである。

【００１４】ここでは、磁気ディスク装置は、記録再生
素子を有する素子部９０５と、スライダ９０６と、スラ
イダ９０６を支持するヘッド支持機構と、このヘッド支
持機構を揺動駆動制御するロータリーアクチュエータと
で構成されている。素子部９０５はスライダ９０６に対
して変位する構成を有し、この変位は、磁気ディスクの
情報記録領域全域に亘って前記記録再生素子の幅方向と
磁気ディスクの径方向とが略一致するような揺動角度を
確保する手段９０７、９０８によって付与されるととも
に、素子部９０５を記録再生素子の幅方向に水平移動を
確保する手段によって付与される。

【００１５】ここで、微動アクチュエータ９０９、９１
０は櫛歯型静電アクチュエータを用いるとともに、揺動
角度確保手段９０７、９０８は形状記憶アクチュエータ
を用いている。

【００１６】次に、以上のようなピギーバックアクチュ
エータを用いて高速かつ高精度の位置決めを行うための
従来の制御方式を示す。 ［従来例６］図２１は、図１６に示した従来例１のディ
スク記録再生装置のピギーバックアクチュエータの制御
方式を示すブロック図である。

【００１７】図２１において、制御系の入力信号は、図
１６のヘッド９０４についての目標位置に対する位置誤
差を示す位置誤差信号Ｅである。再生ヘッドは、ディス
クのサーボエリアに予め記録されているサーボデータ
（位置情報）を読み出し、読み出したサーボデータに基
づいて再生ヘッドの現在位置を知り、目標位置との誤差
を計算する。これによって前記位置誤差信号Ｅが生成さ
れる。この位置誤差信号Ｅは、補償器９４１を介して主
要アクチュエータの駆動部９４２に入力される。

【００１８】一方、位置誤差信号Ｅは、反転アンプ９４
５により位相が逆相にされて、ゲイン部９４３により所
定のゲインＫをかけられて、補助アクチュエータの駆動
部９４４に入力される。

【００１９】主要アクチュエータの駆動部９４２と補助
アクチュエータの駆動部９４４との各出力の加算結果が
加算部９４６入力されることに基づいて、ヘッドが目標
位置まで移動制御される。

【００２０】従って、主要アクチュエータの駆動部９４
２も、補助アクチュエータの駆動部９４４も、入力され
た位置誤差信号Ｅに基づいて制御駆動される。 ［従来例７］図２２は、図１７の従来例２のディスク記
録再生装置のピギーバックアクチュエータの制御方式を
示すブロック図である。

【００２１】図２２において、目標位置と、最終位置で
ある現在位置との差である位置誤差ＰＥＳは、補助駆動
手段制御部９５１に入力される。補助駆動手段制御部９
５１は、補助駆動手段９５２を駆動する。補助駆動手段
制御部９５１の出力信号は、相対移動量推定器９５３に
入力される。相対移動量推定器９５３が出力する推定相
対移動量信号は、主要駆動手段制御部９５４に入力され
る。主要駆動手段制御部９５４は、主要駆動手段９５５
を駆動する。 ［従来例８」図２３は、特開平９−３３０５７２号公報
に記載された磁気ディスク装置のヘッド位置決め装置に
おける制御方式を示すブロック図である。

【００２２】この位置決め装置は、図２３に示すよう
に、記録再生用の複数のヘッド３０３、３２３、…、３
ｎ３をキャリッジ３０２によって一括して移動させる第
１のアクチュエータ３０１と、ヘッド３０３、３２３、
…、３ｎ３を個別に移動させる、ヘッド３０３、３２
３、…、３ｎ３と同数の第２のアクチュエータ（図示せ
ず）と、第１のアクチュエータ３０１と第２のアクチュ
エータとを協調させて各ヘッド３０３、３２３、…、３
ｎ３の位置決めを行う制御部３１０とを備えている。

【００２３】そして、ヘッドの中から選択した一つの基
準ヘッド３０３から得られる位置情報のみを使用して、
第１のアクチュエータ３０１によってキャリッジ３０２
をキャリッジの目標位置へ位置決めし、残りのヘッドか
らの位置情報はキャリッジ３０２の位置決めに利用しな
い。また、各ヘッドからの位置情報と各ヘッドの目標位
置軌道によって、第２のアクチュエータを制御駆動し
て、目標位置へのヘッドの高速位置決め制御を実現して
いる。 ［従来例９］図２４は、特開平５−１７４５１７号公報
に記載された磁気ディスク装置のアクセスサーボ系にお
ける信号の伝達特性を示すブロック図である。

【００２４】この特開平５−１７４５１７号公報に示さ
れるサーボ機構は、ディスクのデータを記憶するデータ
面上におけるデータとは空間的または周波数的に異なっ
た領域にサーボ位置情報を記録したサーボ面を有した構
成とされる磁気ディスク装置において、データの読み書
きに使用する磁気ヘッドの位置を、対応するデータ面上
のサーボ位置情報から検出して、この位置情報を第１の
駆動手段であるマイクロアクチュエータのサーボ系にフ
ィードバックして目標位置と比較するとともに、サーボ
面に対応する磁気ヘッドの位置をサーボ面上のサーボ位
置情報から検出して、その位置信号を第２の駆動手段で
あるＶＣＭのサーボ系にフィードバックすることで、目
標トラックに対する追従制御を実現している。

【００２５】図２４の信号伝達特性を示すブロック図に
おいて、Ｒは目標値、Ｙ１は第１の駆動手段の変位置、
Ｙ２はサーボ面から検出される第２の駆動手段の変位
量、Ｙはデータ面から検出される第１および第２の駆動
手段の合成変位量である。Ｇ１（Ｓ）は第１の駆動手段
および動特性補償要素の伝達関数、Ｇ２（Ｓ）は第２の
駆動手段および動特性補償要素の伝達関数である。 ［従来例１０］図２５は、特開平５−１９８１１１号公
報に記載されたヘッドの位置決め装置における制御方式
を示すブロック図である。

【００２６】図２５において、ヘッドＨと目標トラック
との位置ずれを検出するヘッド位置ずれ検出手段９１
と、微動アクチュエータＢの変位限界値を記憶する変位
限界値記憶手段９２と、位置ずれが変位限界値以内か否
かを判定する微動アクチュエータ制御判定手段９３と、
位置ずれが減少するように微動アクチュエータＢを駆動
する動的制御手段９４と、微動アクチュエータＢの変位
量を一定値に制御する一定変位指示手段９５と、微動ア
クチュエータＢを、位置ずれが変位限界値以内の時には
動的手段９４に接続し変位限界値を超えているときは一
定変位指示手段９５に接続する微動アクチュエータの制
御切換手段９６とを設けた構成である。

【００２７】すなわち、目標位置が、微動アクチュエー
タＢの変位限界値か否かによって、微動アクチュエータ
Ｂの移動量および制御駆動方法を切り換えて、ヘッドＨ
の高精度位置決めを実現している。 ［従来例１１］図２６は、特開平６−２３１５５３号公
報に記載された磁気ディスク装置のヘッドの位置決め制
御装置における制御方式を示すブロック図である。

【００２８】図２６の位置決め制御装置は、データヘッ
ド７１を有するアーム７２を備えたＶＣＭ７３を駆動す
る粗位置決め制御系７４と、微動アクチュエータ７５を
駆動する微小位置決め制御系７６との２重サーボ系を持
つ。微小位置決め制御系７６は、微動アクチュエータ制
御回路７７と、この微動アクチュエータ制御回路７７に
並列な、微動アクチュエータ７５のフィードフォワード
制御手段７８と、出力切換手段８１とを有する。フィー
ドフォワード制御手段７８は、スピンドル回転同期外乱
データを記憶する外乱データ記憶手段７９と、外乱デー
タ記憶手段７９に記憶されたデータに応じてフィードフ
ォワード量を演算するフィードフォワード信号発生手段
８０とを有する。微動アクチュエータ７５は、出力切換
手段８１によって、外乱判定モード時に微動アクチュエ
ータ制御回路７７で駆動され、制御モード時にフィード
フォワード制御手段７８で駆動されるように構成されて
いる。

【００２９】すなわち、外乱計測時と制御時とで微動ア
クチュエータ７５の制御系を切り換え、微動アクチュエ
ータ７５を使用して外乱量を自己計測し、その値を元に
ヘッドを位置決め制御することによって、ヘッドの高精
度位置決めを実現している。 ［従来例１２］図２７は、特開平１０−２５５４１８号
公報に記載された２重アクチュエータの制御システムに
おける制御方式を示すブロック図である。

【００３０】図２７の制御システムは、マイクロアクチ
ュエータ６１の変位を推定して、粗動アクチュエータ６
２の制御系へ入力することをしないモデルであり、シス
テム設計時に、マイクロアクチュエータ６１および粗動
アクチュエータ６２の全体の制御系の特性を設計してか
ら粗動アクチュエータ６２単独の制御系の特性を設計
し、両特性の差にマイクロアクチュエータ６１の逆特性
をかけたものに基づいて、このマイクロアクチュエータ
６１の制御系を設計している。

【００３１】６３はマイクロアクチュエータ６１を制御
するための補償器、６４は粗動アクチュエータ６２を制
御するための補償器、ｒは目標位置、ｙはヘッドの観測
位置である。

【００３２】この図２７の制御システムは、先の従来例
と同様に、アクチュエータの制御が飽和しても粗動アク
チュエータ６２のみで動作させる制御システムであると
ともに、粗動アクチュエータ６２とマイクロアクチュエ
ータ６１との相対位置関係が変化することにより生じる
反共振の影響を補正するフィルタを含むことによって、
ヘッドの高精度位置決めを実現している。 ［従来例１３］図２８は、特開平１１−１１０９３０号
公報に記載された記憶ディスク装置の制御方式を示すブ
ロック図である。

【００３３】図２８において、サーボ系は、サーボ情報
を有する記憶ディスクと、複数のヘッドと、各ヘッドを
精密位置決めする複数の第１のアクチュエータ６５−１
〜６５−４と、これら複数の第１のアクチュエータ６５
−１〜６５−４を搭載して、ヘッドを粗動位置決めする
第２のアクチュエータ６６と、ヘッドにより読みとられ
たサーボ情報に従って制御を行う制御手段６７とで構成
されている。

【００３４】制御手段６７は、ヘッドが読み取ったサー
ボ情報に応じた駆動値を、ヘッドを位置決めする第１の
アクチュエータに供給するとともに、他のヘッドを位置
決めする他の第１のアクチュエータにも供給することに
よって、マイクロアクチュエータ（ＭＡ）の相対変位の
発生を防止している。

【００３５】また、温度検出手段を有し、検出温度に応
じて、ＭＡの制御駆動を制限することによって、ヘッド
の高精度位置決めを実現している。

【００３６】

【発明が解決しようとする課題】「課題１」図２１〜図
２４に示した従来例６〜従来例９では、独立にコントロ
ーラ設計を行い、各コントローラは、位置誤差信号をも
とに独立に制御量を演算して各アクチュエータを制御駆
動し、ヘッドの高精度位置決めを実現している。

【００３７】しかしながら、このような制御方式では、
微動アクチュエータを高帯域化して制御帯域を高くする
場合に、微動駆動手段であるマイクロアクチュエータ
（ＭＡ）と主要駆動手段であるボイスコイルモータ（Ｖ
ＣＭ）との動力学的干渉が問題となる。

【００３８】ＭＡとＶＣＭとは、バネ要素とダンピング
要素とによって機械的に結合している。そのため、ＭＡ
の駆動力が、ＶＣＭを有するヘッド位置決め機構部すな
わちアーム・キャリッジを振動させるとともに、ＶＣＭ
の駆動力が、ＭＡを有するヘッド支持機構部を振動させ
る。そして、これが原因して、高精度な位置決めのため
の阻害要因となっている。

【００３９】すなわち、従来の制御方式では、ステップ
応答などの過渡応答の整定時間が、微動アクチュエータ
単体と比べ大きく性能劣化するとともに、位置誤差抑制
特性も劣化し、ピギーバックアクチュエータの効果を十
分に引き出すことができないという課題を有している。

【００４０】ステップ応答は、磁気ディスク装置におい
て、シーク時のセトリング性能およびトラックジャンプ
時のジャンプ時間性能に影響を及ぼす。また、位置誤差
抑制特性は、磁気ディスク装置において、トラックフォ
ローイング時の追従性能、ひいてはトラック密度に影響
を及ぼす。 「課題２」図２７に示した従来例１２では、ヘッドの目
標位置と観測位置との位置誤差によって微動アクチュエ
ータ６１を制御駆動し、計算した位置誤差より微動アク
チュエータ６１の変位を減算した値によって粗動アクチ
ュエータ６２を制御駆動するとともに、粗動アクチュエ
ータ６２と微動アクチュエータ６１との相対位置関係の
変化によって生じる反共振の影響を補正するフィルタを
含んだ制御システムによって、高精度な位置決めを実現
している。

【００４１】しかしながら、微動アクチュエータ６１と
粗動アクチュエータ６２とで構成される２段アクチュエ
ータでは、高帯域制御を実現するためには、反共振の補
償に加え、マイクロアクチュエータ主共振の影響を低減
することが必要となる。

【００４２】一般に、圧電アクチュエータや静電アクチ
ュエータで構成されるマイクロアクチュエータ（ＭＡ）
は、その入力電気信号から駆動変位までの伝達関数は、
２次振動系であるとともに、主共振の減衰比が小さい。
そのため、高帯域化の実現のためには、主共振の減衰比
を大きくする、あるいはこの共振が位置決めに影響しな
い制御システムを構成することが必要でるという課題を
有している。 「課題３」図２５に示した従来例１０は、前述のよう
に、ヘッドＨと目標トラックとの位置ずれを検出するヘ
ッド位置ずれ検出手段９１と、微動アクチュエータＢの
変位限界値を記憶する変位限界値記憶手段９２と、位置
ずれが変位限界値以内か否かを判定する微動アクチュエ
ータ制御判定手段９３と、位置ずれが減少するように微
動アクチュエータＢを駆動する動的制御手段９４と、微
動アクチュエータＢの変位量を一定値に制御する一定変
位指示手段９５と、微動アクチュエータＢを、位置ずれ
が変位限界値以内の時には動的制御手段９４に接続し変
位限界値を超えているときは一定変位指示手段９５に接
続する微動アクチュエータの制御切換手段９６とを設け
たものである。これにより、目標位置が微動アクチュエ
ータＢの変位限界値か否かによって、微動アクチュエー
タＢの移動量および制御駆動方法を切り換えて、ヘッド
の高精度位置決めを実現している。

【００４３】しかしながら、微動アクチュエータＢが故
障となり動作不良になった場合についても、その故障を
検知し、動作するアクチュエータを選択し、切り換える
必要がある。また、微動アクチュエータＢは、プッシュ
プル型で構成される場合が多いが、この場合も、寿命の
点から、動作方向や動作変位によって、駆動させるアク
チュエータを選択し、切り換えて使用することが必要で
あるという課題を有している。 「課題４」図２６に示した従来例１１では、データヘッ
ド７１を有するアーム７２を備えたＶＣＭ７３を駆動す
る粗位置決め制御系と、微動アクチュエータ７５を駆動
する微小位置決め制御系との２重サーボ系を持つ磁気デ
ィスク装置のヘッド位置決め制御装置を、微動アクチュ
エータ制御回路７７と、この微動アクチュエータ制御回
路７７に並列な微動アクチュエータのフィードフォワー
ド制御手段７８と、出力切換手段８１とで構成してい
る。フィードフォワード制御手段７８は、スピンドル回
転同期外乱データを記憶する外乱データ記憶手段７９
と、外乱データ記憶手段７９に記憶されたデータに応じ
てフィードフォワード量を演算するフィードフォワード
信号発生手段８０とを有する。これにより、微動アクチ
ュエータ７５を外乱判定モード時に微動アクチュエータ
制御回路７７で駆動し、制御モード時にフィードフォワ
ード制御手段７８で駆動するように構成されている。こ
の結果、外乱計測時と制御時とで微動アクチュエータ７
５の制御系を切り換え、微動アクチュエータ７５を使用
して外乱量を自己計測し、その値を元にヘッドを位置決
め制御することによって、ヘッドの高精度位置決めを実
現している。

【００４４】しかしながら、微動アクチュエータ７５が
故障となり動作不良になった場合についても、その故障
を検知し、動作するアクチュエータを選択し、切り換え
て使用する必要がある。また、微動アクチュエータ７５
は、プッシュプル型で構成される場合が多いが、この場
合も、寿命の点から、動作方向や動作変位によって、駆
動させるアクチュエータを選択し、切り換えて使用する
ことが必要であるという課題を有している。 「課題５」図２８に示した従来例１３では、制御手段６
７は、ヘッドが読み取ったサーボ情報に応じた駆動値
を、ヘッドを位置決めする第１のアクチュエータ６５−
１〜６５−４に供給するとともに、他のヘッドを位置決
めする他の第１のアクチュエータにも供給することによ
って、マイクロアクチュエータ（ＭＡ）の相対変位発生
を防止している。かつ、温度検出手段を有し、検出温度
に応じて、ＭＡの制御駆動を制限することによって、ヘ
ッドの高精度位置決めを実現している。

【００４５】しかしながら、マイクロアクチュエータ
は、雰囲気温度によってもその特性に変化・ばらつきが
発生する。そのため、そのばらつきを補償、あるいはそ
の影響を受けない駆動方法を行うことが必要であるとい
う課題を有している。

【００４６】そこで、本発明は、前記課題に鑑み、主要
駆動アクチュエータと微小駆動アクチュエータとを有す
るピギーバックアクチュエータにおいて、微小駆動アク
チュエータを高帯域制御駆動して、磁気ヘッドの高速か
つ高精度の位置決めを実現することを目的とし、ひいて
は高記録密度（高トラック密度）である磁気ディスク装
置などのディスク装置を提供することを目的とするもの
である。

【００４７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、ヘッドを目標のトラックへ位置決めする位置
決め機構部と、ディスク上に書き込まれかつ前記ヘッド
によって再生されるサーボ情報に基づいて、目標トラッ
クに対する前記ヘッドの位置の不一致を表す位置誤差信
号を生成することで、前記位置決め機構部の位置決め動
作を制御する位置決め制御部とを備えたディスク装置に
おいて、前記位置決め機構部は、前記ヘッドを移動させ
る主要駆動手段と、前記ヘッドを微小移動させる補助駆
動手段とを有し、前記位置決め制御部は、再生ヘッドの
再生信号に基づいてヘッドの現在位置を検出するヘッド
位置検出部と、前記補助駆動手段あるいは主要駆動手段
による移動量を検出または推定する相対位置推定演算部
と、前記ヘッドの目標位置と前記位置検出部により検出
した前記ヘッドの現在位置との位置誤差を含む情報に基
づいて前記補助駆動手段の制御量を演算する補助駆動手
段制御部と、前記相対位置推定演算部により検出あるい
は推定された前記ヘッドの移動量を含む情報に基づいて
前記主要駆動手段の制御量を演算する主要駆動手段制御
部と、前記主要駆動手段によるヘッド移動量と前記補助
駆動手段によるヘッド移動量を制御するそれぞれの制御
量が相互に干渉することを防止する非干渉化補償器とを
有するようにしたものである。

【００４８】このような構成であると、主要駆動手段
（粗動アクチュエータ）と補助駆動手段（微動アクチュ
エータ）の各駆動力による相互干渉をなくすることがで
きる。これにより、従来のように、主要駆動手段と補助
駆動手段とが相互に干渉しあって、マイクロアクチュエ
ータ単体と比べ、ピギーバックアクチュエータの性能が
大きく劣化するとともに、位置誤差抑制特性も劣化し、
ピギーバックアクチュエータの効果を十分に引き出すこ
とができないという課題を解決できるため、整定時間が
短く、整定時の残留位置誤差が小さいディスク装置が得
られる。ひいては、高記録密度のディスク装置が得られ
る。

【００４９】また本発明は、補助駆動手段が有する機械
主共振による位置誤差の影響を補償する主共振制御手段
を、位置決め制御部が有しているようにしたものであ
る。このような構成であると、補助駆動手段（微動アク
チュエータ）の共振特性を改善することができる。これ
により、整定時間が短く、整定時の残留位置誤差が小さ
いディスク装置が得られる。ひいては、高記録密度のデ
ィスク装置が得られる。

【００５０】

【発明の実施の形態】請求項１記載の本発明は、ヘッド
を目標のトラックへ位置決めする位置決め機構部と、デ
ィスク上に書き込まれかつ前記ヘッドによって再生され
るサーボ情報に基づいて、目標トラックに対する前記ヘ
ッドの位置の不一致を表す位置誤差信号を生成すること
で、前記位置決め機構部の位置決め動作を制御する位置
決め制御部とを備えたディスク装置において、前記位置
決め機構部は、前記ヘッドを移動させる主要駆動手段
と、前記ヘッドを微小移動させる補助駆動手段とを有
し、前記位置決め制御部は、再生ヘッドの再生信号に基
づいてヘッドの現在位置を検出するヘッド位置検出部
と、前記補助駆動手段あるいは主要駆動手段による移動
量を検出または推定する相対位置推定演算部と、前記ヘ
ッドの目標位置と前記位置検出部により検出した前記ヘ
ッドの現在位置との位置誤差を含む情報に基づいて前記
補助駆動手段の制御量を演算する補助駆動手段制御部
と、前記相対位置推定演算部により検出あるいは推定さ
れた前記ヘッドの移動量を含む情報に基づいて前記主要
駆動手段の制御量を演算する主要駆動手段制御部と、前
記主要駆動手段によるヘッド移動量と前記補助駆動手段
によるヘッド移動量を制御するそれぞれの制御量が相互
に干渉することを防止する非干渉化補償器とを有するよ
うにしたものである。

【００５１】このような構成であると、主要駆動手段
（粗動アクチュエータ）と補助駆動手段（微動アクチュ
エータ）の各駆動力による相互干渉をなくすることがで
きる。これにより、従来のように、主要駆動手段と補助
駆動手段とが相互に干渉しあって、マイクロアクチュエ
ータ単体と比べ、ピギーバックアクチュエータの性能が
大きく劣化するとともに、位置誤差抑制特性も劣化し、
ピギーバックアクチュエータの効果を十分に引き出すこ
とができないという課題を解決できるため、整定時間が
短く、整定時の残留位置誤差が小さいディスク装置が得
られる。ひいては、高記録密度のディスク装置が得られ
る。

【００５２】請求項２記載の本発明は、非干渉化補償器
が、主要駆動手段についての制御系と、補助駆動手段に
ついての制御系とが結合した多入力制御系の閉ループ系
において、前記主要駆動手段による変位と前記補助駆動
手段による変位とを制御する固有値の右固有ベクトルが
直交関係になるようなフィードバックゲイン定数を有す
るようにしたものである。

【００５３】請求項３記載の本発明は、位置決め制御部
が、補助駆動手段が有する機械主共振による位置誤差の
影響を補償する主共振制御手段を有しているようにした
ものである。

【００５４】このような構成であると、補助駆動手段
（微動アクチュエータ）の共振特性を改善することがで
きる。これにより、整定時間が短く、整定時の残留位置
誤差が小さいディスク装置が得られる。ひいては、高記
録密度のディスク装置が得られる。

【００５５】請求項４記載の本発明は、主共振制御手段
が、補助駆動手段の内部モデルに主共振モデルを有する
状態推定器と、前記状態推定器で推定された状態量をも
とに制御系の安定を実現するゲイン定数とを含む安定化
補償器にて構成されているようにしたものである。

【００５６】請求項５記載の本発明は、主共振制御手段
が、補助駆動手段の主共振周波数に等しいバンドパスフ
ィルタ、あるいは補助駆動手段の主共振周波数に等しい
サンプリング周波数のサンプルホルダーを有するように
したものである。

【００５７】請求項６記載の本発明は、位置決め機構部
の補助駆動手段が、プッシュプル型で駆動される２個以
上のマイクロアクチュエータ素子で構成されるととも
に、前記マイクロアクチュエータの特性ばらつきを測定
する特性ばらつき計測手段と、前記測定された特性ばら
つきを補正するための特性ばらつき補正手段とを有して
いるようにしたものである。

【００５８】このような構成であると、微小変位駆動を
行うマイクロアクチュエータの個々の特性ばらつき（入
力電気信号に対する駆動変位の特性）や、プッシュプル
型のマイクロアクチュエータにおける左右の２つのマイ
クロアクチュエータ素子の特性の差異を予め検出するこ
とが可能となり、検出値に応じてヘッドを微小変位駆動
させることが可能となり、したがって補助駆動手段であ
るマイクロアクチュエータを過大に駆動しないディスク
装置が得られる。これにより、整定時間が短く、整定時
の残留位置誤差が小さいディスク装置が得られる。ひい
ては、高記録密度のディスク装置が得られる。

【００５９】請求項７記載の本発明は、特性ばらつき補
正手段が、マイクロアクチュエータの特性ばらつきを補
正するものであるとともに、プッシュプル型で駆動され
るマイクロアクチュエータのプッシュ側とプル側のマイ
クロアクチュエータ素子の特性ばらつきを補正するもの
であるようにしたものである。

【００６０】請求項８記載の本発明は、位置決め制御部
が、位置決め機構部の補助駆動手段であるプッシュプル
型マイクロアクチュエータのプッシュ側とプル側のどち
らか一方を、あるいは両方を駆動するために、プッシュ
側とプル側の切換えを行う補助駆動手段切換部を有する
ようにしたものである。

【００６１】このような構成であると、位置誤差の大き
さやヘッドの移動方向に応じて、２つあるマイクロアク
チュエータのどちらか一方のみを駆動する場合と、従来
どおり両方を駆動する場合を選択することが可能とな
り、補助駆動手段であるマイクロアクチュエータを過大
に駆動しないディスク装置が得られる。これにより、圧
電素子などの補助駆動手段の移動量の経時変化を減ら
し、補助駆動手段の寿命を延ばすことができる。ひいて
は、高記録密度のディスク装置が得られる。

【００６２】請求項９記載の本発明は、位置決め制御部
が、補助駆動手段の動作異常、故障を検知する補助駆動
手段故障判別部と、前記補助駆動手段の動作異常時に主
要駆動手段のみでヘッドの位置決めを行うための定数設
定を行うとともに制御動作を切り換える駆動手段切換部
と、前記動作異常発生時に、扱うことのできるデータを
転送レートで制限するデータ転送レート制限部とを有す
るようにしたものである。

【００６３】このような構成であると、ヘッドを高速高
精度に目標トラックに追従させるための補助駆動手段の
故障を検知して、動作条件を変更することによって、即
応性および精度で若干の性能劣化を生じるが、追従精度
および記録再生精度の大きな劣化を防止することができ
る。これにより、アクチュエータおよびディスク装置の
寿命を延ばすことができる。ひいては、高寿命高記録密
度のディスク装置が得られる。

【００６４】請求項１０記載の本発明は、補助駆動手段
はマイクロアクチュエータ（ＭＡ）である圧電素子にて
構成され、補助駆動手段故障判別部は、前記圧電素子の
両端電極間の抵抗値、あるいは静電容量、あるいは誘電
損、あるいは電流値を計測するように構成されているよ
うにしたものである。

【００６５】請求項１１記載の本発明は、位置決め制御
部が、雰囲気環境検出部と、前記雰囲気環境検出部によ
る計測値あるいは推定値によって、補助駆動手段の動作
を制限する補助駆動手段制限部と、前記雰囲気環境検出
器による計測値あるいは推定値によって、補助駆動手段
を制御駆動するためのパラメータを調整する補助駆動手
段パラメータ調整部とを有するようにしたものである。

【００６６】請求項１２記載の本発明は、雰囲気環境検
出部が、雰囲気の温度を検出する温度センサ、雰囲気の
湿度を検出する湿度センサ、雰囲気の振動および衝撃を
検出する加速度センサのいずれかであるようにしたもの
である。

【００６７】請求項１３記載の本発明は、位置決め機構
部が複数個の補助駆動手段を有するとともに、位置決め
制御部が複数個の補助駆動手段制御部を有し、さらに、
複数個のヘッドの位置を同時に、あるいはディジタル制
御系における同一サンプリング時間内に検出するヘッド
位置同時検出部と、前記複数個のヘッドを、それぞれの
目標トラックに前記複数個の補助駆動手段と前記複数個
の補助駆動手段制御部によって同時に、あるいは同一サ
ンプリング時間内に位置決めする補助駆動手段同時制御
部と、同時に、あるいは同一サンプリング時間内に記録
再生を行うことのできる同時記録再生手段とを有するよ
うにしたものである。

【００６８】このような構成であると、複数個のヘッド
を同時（同一サンプリング時間内）に、目標トラックに
追従させることが可能となる。これにより、データ転送
レートを向上させることができるために、高品質ディジ
タル映像の記録再生や、同時記録再生、あるいはマルチ
チャンネルの記録や再生が可能なディスク装置が得られ
る。ひいては、高速高記録密度のディスク装置が得られ
る。

【００６９】請求項１４記載の本発明は、位置決め制御
部が、記録再生するヘッドに応じて、制御駆動する複数
個の補助駆動手段の中の１個と、補助駆動手段制御部と
を接続する補助駆動手段選択部を有するようにしたもの
である。

【００７０】本発明の実施の形態について図面を参照し
ながら説明する。 （第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態の磁気
ディスク装置について、図１〜図３を用いて説明する。

【００７１】図１は、本発明の第１の実施の形態におけ
る磁気ディスク装置の概略構成図である。ここで１は磁
気ディスク、２は複合型磁気ヘッド、３は磁気ヘッドス
ライダ、４はヘッド支持機構部、５は位置決め機構部、
６は位置決め制御部である。位置決め機構部５におい
て、５−１は主要駆動手段であるＶＣＭ（ボイスコイル
モータ）、５−２は補助駆動手段であるＭＡ（マイクロ
アクチュエータ）である。位置決め制御部６において、
６−１はヘッド位置検出部、６−３は制御部である。こ
の制御部６−３において、６−３−１は主要駆動手段制
御部、６−３−１−１はその制御量演算部、６−３−２
は補助駆動手段制御部、６−３−２−１はその制御量演
算部である。６−４は駆動部で、主要駆動手段駆動部６
−４−１と補助駆動手段駆動部６−４−２とを有する。
６−５は相対位置推定演算部である。

【００７２】複合型磁気ヘッド２は、磁気抵抗効果を応
用したＧＭＲヘッドである再生ヘッドと、誘導型のイン
ダクティブ磁気ヘッドである記録ヘッドとから構成され
る。磁気ヘッドスライダ３は、複合型磁気ヘッド２を搭
載する。ヘッド支持機構部４は、磁気ヘッドスライダ３
を支持して、磁気ディスク１に対向して複合型磁気ヘッ
ド２を支持する。ＶＣＭ５−１は、回転軸を中心として
ヘッド支持機構部４を駆動することで、複合型磁気ヘッ
ド２を粗く移動させる。ＭＡ５−２は、磁気ヘッドスラ
イダ３を駆動して、複合型磁気ヘッド２を微小に移動さ
せる。

【００７３】位置決め制御部６のヘッド位置検出部６−
１は、複合型磁気ヘッド２の再生ヘッドが再生した磁気
ディスク１に記録された位置情報に基づいて、複合型ヘ
ッド２の現在位置を検出し、出力する。

【００７４】本明細書の記載において、「ヘッドの目標
位置」および「ヘッドの現在位置」とは、再生ヘッドを
目的の位置にアクセスする場合は、「再生ヘッドの目標
位置」および「再生ヘッドの現在位置」を意味し、記録
ヘッドを目的の位置にアクセスする場合は、「記録ヘッ
ドの目標位置」および「記録ヘッドの現在位置」を意味
する。また本明細書の記載において、「再生ヘッド」の
語は、「記録再生ヘッド」を含む概念である。

【００７５】記録ヘッドと再生ヘッドとは、互いに一定
の微小な距離をおいて配置されている。記録ヘッドを目
標位置に移動させる場合、記録ヘッドの位置から一定の
微小な距離だけ離れた仮の目標位置に、再生ヘッドの目
標位置を定め、再生ヘッドを、現在の位置から仮の目標
位置に移動させることにより、記録ヘッドを真の目標位
置へ移動させる。このような場合、記録ヘッドの現在の
位置を、記録ヘッドの目標位置へ移動させる制御である
とも見なせるし、再生ヘッドの現在位置を、仮の目標位
置へ移動させる制御であるとも見なせる。従って、この
ような場合も、本発明の他の構成要素をすべて具備する
場合は、本発明の技術的範囲に含まれる。

【００７６】次に、磁気ディスク装置におけるサーボシ
ステムの動作シーケンスを説明する。磁気ディスク１に
書き込まれた位置情報（以下、「サーボパターン」と称
する）を磁気ヘッド２によって検出する。そして、ヘッ
ド位置検出部６−１が、その検出信号より、磁気ヘッド
２のトラック位置とトラック間位置を検出する。

【００７７】補助駆動手段制御部６−３−２は、検出し
たＭＡ５−２によるヘッド移動量およびＶＣＭ５−１に
よるヘッド移動量の合計と目標位置との差である位置誤
差と、主要駆動手段であるＶＣＭ５−１と補助駆動手段
であるＭＡ５−２とが結合した数式モデルで構成された
サーボ系の状態推定器で推定したヘッド速度およびヘッ
ドに加わる外乱（力外乱、位置外乱）量とを、フィード
バックあるいはフィードフォワードすることによって、
制御量を演算し、導出する。

【００７８】そして、その制御量によって、補助駆動手
段駆動部６−４−２が補助駆動手段であるＭＡ５−２を
制御駆動する。また、補助駆動手段としてのＭＡ５−２
への制御量と、主要駆動手段としてのＶＣＭ５−１への
制御量と、ヘッド位置検出部６−１で計測したヘッド位
置変位量とをもとに、相対位置推定演算部６−５すなわ
ちＶＣＭ５−１とＭＡ５−２で構成するサーボ系の状態
推定器で、主要駆動手段であるＶＣＭ５−１によるヘッ
ド移動量および速度と、補助駆動手段であるＭＡ５−２
によるヘッド移動量および速度と、サーボ系に含まれる
外乱（摩擦、振動などの力外乱）とを推定し、導出す
る。

【００７９】主要駆動手段制御部６−３−１は、導出し
たＶＣＭ５−１によるヘッド移動量と目標位置との差で
ある位置誤差を導出し、その位置誤差と、主要駆動手段
であるＶＣＭ５−１と補助駆動手段であるＭＡ５−２と
が接続されたサーボ系の状態推定器で推定したＶＣＭ５
−１の移動速度と、ヘッド２にかかる外乱（力外乱、位
置外乱）量とを、フィードバックあるいはフィードフォ
ワードすることによって、制御量を導出する。そして、
その制御量によってＶＣＭ５−１を制御駆動する。

【００８０】すなわち、ＭＡ５−２が目標位置とヘッド
位置との位置誤差をゼロにし、ＶＣＭ５−１が目標位置
とボイスコイルモータヘッド移動量との位置誤差をゼロ
にするように位置決め制御を行っている。

【００８１】この制御方式により、補助駆動手段である
ＭＡ５−２は、動作範囲の中心付近で制御駆動されると
ともに、過渡応答の整定時間が改善される。図２は、図
１に示す磁気ディスク装置のサーボ系の詳細ブロック図
である。図２の左端から（図２において、主要駆動手段
制御部６−３−１の手前に設けられた減算器６−３−１
Ａの左端から）、磁気ヘッド２の目標位置が入力され
る。この目標位置は、補助駆動手段制御部６−３−２の
手前に設けられた減算器６−３−２Ａにも入力される。

【００８２】減算器６−３−２Ａでは、磁気ヘッド２の
目標位置から、磁気ヘッド２の現在の位置（ヘッド位置
検出部６−１の出力）が差し引かれ、これら目標のヘッ
ド位置と現在のヘッド位置との位置誤差が出力される。
この位置誤差は、補助駆動手段制御部６−３−２に入力
される。

【００８３】また、補助駆動手段制御部６−３−２へ
は、相対位置推定演算部６−５で推定されたヘッドの移
動速度と外乱量（摩擦や振動など）も入力される。補助
駆動手段制御部６−３−２は、位置誤差が少なくなるよ
うな制御信号を演算し、出力する。制御信号は、制御量
演算部６−３−２−１を介して、補助駆動手段駆動部６
−４−２と、相対位置推定演算部６−５の補助駆動手段
状態量推定演算部６−５−２とに入力される。

【００８４】減算器６−３−１Ａでは、磁気ヘッド２の
目標位置から、ＶＣＭ５−１によってヘッド２の移動し
た位置（相対位置推定演算部６−５の出力）が差し引か
れ、これら目標のヘッド位置と現在のヘッドの移動した
位置との位置誤差が出力される。この位置誤差は、主要
駆動手段制御部６−３−１に入力される。

【００８５】また、主要駆動手段制御部６−３−１へ
は、相対位置推定演算部６−５で推定されたヘッドの移
動速度と外乱量（摩擦や振動など）が、主要駆動手段状
態量推定演算部６−５−１を介して入力される。

【００８６】主要駆動手段制御部６−３−１は、位置誤
差が少なくなるような制御信号を演算し、制御量演算部
６−３−１−１を介してその結果を出力する。この制御
信号は、主要駆動手段駆動部６−４−１と、相対位置推
定演算部６−５とに入力される。

【００８７】相対位置推定演算部６−５は、オブザーバ
を構成している。すなわち相対位置推定演算部６−５
は、数式上の仮想モデルを含み、主要駆動手段であるＶ
ＣＭ５−１と補助駆動手段であるＭＡ５−２とが結合さ
れた２自由度振動系を含むサーボ系の状態推定器であ
る。

【００８８】詳細には、相対位置推定演算部６−５は、
主要駆動手段であるＶＣＭ５−１と補助駆動手段である
ＭＡ５−２とが接続された２自由度振動系の数式（運動
方程式）上の仮想モデルを有し、仮想の主要駆動手段と
補助駆動手段を数式上で駆動し、その結果として、仮想
の主要駆動手段と補助駆動手段との変位を得る。

【００８９】図２に示すサーボ系においては、主要駆動
手段としてのＶＣＭ５−１によるヘッド２の移動量も、
補助駆動手段としてのＭＡ５−２によるヘッド２の移動
量も、再生ヘッドが検出したヘッドの現在位置との演算
ができるように、すべて、ディスクに対するヘッドの移
動量および位置に換算している。

【００９０】相対位置推定演算部６−５には、さらに、
ＶＣＭ５−１への制御信号と、ＭＡ５−２への制御信号
と、ヘッドの現在位置からヘッドの移動量の推定値を減
算した値とが入力される。 ボイスコイルモータのモデル ：Ｊ／Ｌｓ²Ｘ1 ＝Ｔ／Ｌ′ マイクロアクチュエータのモデル： ｍｓ²Ｘ2＋ＣｓＸ2＋ｋＸ2＝Ｆ 干渉系のモデル：Ｊ／Ｌｓ²Ｘ1＋Ｃｓ（Ｘ1−Ｘ2）＋ｋ（Ｘ1−Ｘ2）＝Ｔ／Ｌ′ ｍｓ²Ｘ2＋Ｃｓ（Ｘ2−Ｘ1）＋ｋ（Ｘ2−Ｘ1）＝Ｆ ここで、相対位置推定演算部６−５は、上記干渉系モデ
ルの運動方程式を変形して、状態方程式の形でモデル化
する。ＶＣＭ５−１の制御信号によって、主要駆動手段
系および補助駆動手段系ともにヘッドの移動を生じる。
これは、ＭＡ５−２の制御入力信号によっても同様であ
る。すなわち、制御入力信号から変位までの関係が、２
つの駆動手段について独立ではないようになっている。

【００９１】このため、それぞれの制御部６−３−１、
６−３−２で独立に制御系を設計し、制御駆動しても、
実際の制御対象が相対位置推定演算部６−５の数式モデ
ルように非独立な干渉系である場合は、干渉力の影響
で、図３（ｂ）のシミュレーション結果のように、セト
リングおよびトラックジャンプ時の整定時間が長くなる
とともに、トラックフォローイング時の位置決め精度が
劣化する。

【００９２】そこで本実施の形態では、図２における制
御部６−３−１、６−３−２を、制御入力からヘッド変
位までの伝達関数が干渉系であるこのサーボ系を独立な
サーボ系にするような補償器とする。

【００９３】具体的には、この２つのアクチュエータか
らなるサーボ系を２入力１出力系の１つのサーボ系とし
て取り扱う。そして、閉ループ系の右固有ベクトルの方
向を定めて、制御部６−３−１、６−３−２のフィード
バックゲインを併せて決定する。すなわち、ＶＣＭ５−
１に関する固有値の固有ベクトルとＭＡ５−２に関する
固有値の固有ベクトルとを直交化するような状態フィー
ドバックゲインを極配置法で設計する。

【００９４】固有ベクトルを直交化するフィードバック
ゲインでフィードバックされたサーボ系は、ＭＡ５−２
の制御信号によってＭＡ５−２単体でのヘッド移動量と
等しいヘッド移動のみが発生し、またＶＣＭ５−１の制
御信号によってＶＣＭ５−１単体でのヘッド移動量と等
しいヘッド移動のみが発生することになる。

【００９５】すなわち、実際の制御対象が上述の相対位
置推定演算部６−５の数式モデルように非独立な干渉系
である場合であっても、干渉力の影響をなくすような補
償器またはフィードバックゲインで閉ループ系を構成す
れば、図３（ａ）のシミュレーション結果のように、セ
トリングおよびトラックジャンプ時の整定時間が改善さ
れ速くなるとともに、トラックフォローイング時の位置
決め精度が向上する。

【００９６】なお、図３（ａ）は本実施の形態の条件に
もとづく非干渉制御ありの場合で、図３（ｂ）は２つの
アクチュエータ系が線形独立として制御を行った場合
で、いずれもステップ応答特性を示す。

【００９７】なお、本実施の形態においては、減算器
（６−３−１Ａ）はヘッド目標位置からＶＣＭ５−１に
よるヘッド移動量を差し引いている。この値をゼロにす
るように制御するということは、ＭＡ５−２を駆動範囲
の中心位置で位置決めするということと等価である。す
なわち、本実施の形態では、主要駆動手段制御部６−３
−１は、ＭＡ５−２の駆動範囲の中心点が目標位置に一
致するように、ＶＣＭ５−１制御する。

【００９８】よって、本実の形態のようなピギーバック
サーボ系を構成すれば、多入力制御系が干渉系であって
も、ＭＡ５−２は動作範囲の中心付近で制御駆動される
とともに、干渉力の影響をなくすことになって、過渡応
答の整定時間が改善され、位置決め誤差精度も向上す
る。

【００９９】以上のように、本実施の形態によれば、ピ
ギーバックサーボ系において、位置決め誤差を小さくし
て、高速高精度に複合ヘッドを位置決めすることが可能
となる。 （第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態の磁気
ディスク装置について、図４〜図６を用いて説明する。

【０１００】図４は、本発明の第２の実施の形態の磁気
ディスク装置の概略構成図である。ここで、１は磁気デ
ィスク、２は複合型磁気ヘッド、３は磁気ヘッドスライ
ダ、４はヘッド支持機構部、５は位置決め機構部、６は
位置決め制御部、５−１は主要駆動手段であるＶＣＭ、
５−２は補助駆動手段であるＭＡ、６−１はヘッド位置
検出部、６−３は制御部、６−３−１は主要駆動手段制
御部、６−３−２は補助駆動手段制御部、６−３−２−
２は補助駆動手段主共振補償部、６−４は駆動部、６−
４−１は主要駆動手段駆動部、６−４−２は補助駆動手
段駆動部、６−５は相対位置推定演算部である。

【０１０１】複合型磁気ヘッド２は、磁気抵抗効果を応
用したＧＭＲヘッドである再生ヘッドと、誘導型のイン
ダクティブ磁気ヘッドである記録ヘッドとから構成され
る。磁気ヘッドスライダ３は、複合型磁気ヘッド２を搭
載する。ヘッド支持機構部４は、磁気ヘッドスライダ３
を支持して、磁気ディスク１に対向して複合型磁気ヘッ
ド２を支持する。ＶＣＭ５−１は、回転軸を中心とし
て、ヘッド支持機構部４を駆動して、複合型磁気ヘッド
２を移動させる。ＭＡ５−２は、磁気ヘッドスライダ３
を駆動して、複合型磁気ヘッド２を移動させる。位置決
め制御部６のヘッド位置検出部６−１は、複合型磁気ヘ
ッド２の再生ヘッドが再生したところの、磁気ディスク
１に記録された位置情報に基づいて、複合型ヘッド２の
現在位置を検出し、出力する。

【０１０２】次に、磁気ディスク装置におけるサーボシ
ステムの動作シーケンスを説明する。磁気ディスク１に
書き込まれた位置情報すなわちサーボパターンを磁気ヘ
ッド２によって検出する。そして、ヘッド位置検出部６
−１が、その検出信号より、磁気ヘッドのトラック位置
とトラック間位置とを検出する。

【０１０３】補助駆動手段制御部６−３−２は、検出し
たＭＡ５−２によるヘッド移動量およびＶＣＭ５−１に
よるヘッド移動量の合計と目標位置との差である位置誤
差と、主要駆動手段であるＶＣＭ５−１と補助駆動手段
であるＭＡ５−２とが結合したサーボ系の状態推定器で
推定したヘッド速度およびヘッドにかかる外乱（力外
乱、位置外乱）量とを、フィードバックあるいはフィー
ドフォワードすることによって、制御量を導出する。そ
して、その制御量にもとづき、補助駆動手段駆動部６−
４−２が補助駆動手段としてのＭＡ５−２を制御駆動す
る。

【０１０４】また、補助駆動手段としてのＭＡ５−２へ
の制御量と主要駆動手段としてのＶＣＭ５−１への制御
量とヘッド位置検出部６−１で計測したヘッド位置変位
量とをもとに、相対位置推定部６−５である、ＶＣＭ５
−１とＭＡ５−２とで構成するサーボ系の状態推定器
で、主要駆動手段であるＶＣＭ５−１によるヘッド移動
量と速度、補助駆動手段であるＭＡ５−２によるヘッド
移動量と速度、およびサーボ系に含まれる外乱（摩擦、
振動などの力外乱）を導出する。

【０１０５】主要駆動手段制御部６−３−１は、導出し
たＶＣＭ５−１によるヘッド移動量と目標位置との差で
ある位置誤差を導出し、その位置誤差と、主要駆動手段
であるＶＣＭ５−１と補助駆動手段であるＭＡ５−２と
が接続されたサーボ系についての相対位置推定演算部６
−５で推定したＶＣＭ５−１の移動速度、ヘッド２にか
かる外乱（力外乱、位置外乱）量をフィードバックある
いはフィードフォワードすることによって制御量を導出
する。そして、その制御量でＶＣＭ５−１を制御駆動す
る。

【０１０６】すなわち、ＭＡ５−２は目標位置とヘッド
位置との位置誤差をゼロにし、ＶＣＭ５−１は目標位置
とボイスコイルモータヘッド移動量との位置誤差をゼロ
にするように、位置決め制御を行う。

【０１０７】この制御方式により、補助駆動手段として
のＭＡ５−２は、動作範囲の中心付近で制御駆動される
とともに、過渡応答の整定時間が改善される。図５は、
図４に示す磁気ディスク装置のサーボ系の詳細ブロック
図である。図５の左端から（図５において、主要駆動手
段制御部６−３−１の手前に設けられた減算器６−３−
１Ａの左端から）、磁気ヘッド２の目標位置が入力され
る。この目標位置は、補助駆動手段制御部６−３−２の
手前に設けられた減算器６−３−２Ａにも入力される。

【０１０８】減産器６−３−２Ａでは、磁気ヘッド２の
目標位置から、磁気ヘッド２の現在の位置（ヘッド位置
検出部６−１の出力）が差し引かれ、これら目標のヘッ
ド位置と現在のヘッド位置との位置誤差が出力される。
この位置誤差は、補助駆動手段制御量部６−３−２に入
力される。

【０１０９】補助駆動手段制御部６−３−２へは、相対
位置推定演算部６−５の補助駆動手段状態量推定演算部
６−５−２で推定されたヘッド２の移動速度と外乱量
（摩擦や振動など）も入力される。

【０１１０】補助駆動手段制御部６−３−２は、位置誤
差が少なくなるような制御信号を演算し、出力する。制
御信号は、制御量演算部６−３−２−２を介して、補助
駆動手段駆動部６−４−２と、相対位置推定演算部６−
５の補助駆動手段状態量推定演算部６−５−２とに入力
される。

【０１１１】減算器６−３−１Ａでは、磁気ヘッド２の
目標位置から、ＶＣＭ５−１によってヘッド２の移動し
た位置（相対位置推定演算部６−５の出力）が差し引か
れ、これら目標のヘッド位置と現在のヘッドの移動した
位置との位置誤差が出力される。この位置誤差は、主要
駆動手段制御部６−３−１に入力される。

【０１１２】また、主要駆動手段制御部６−３−１へ
は、相対位置推定演算部６−５で推定されたヘッド２の
移動速度と外乱量（摩擦や振動など）が、主要駆動手段
状態量推定演算部６−５−１を介して入力される。

【０１１３】主要駆動手段制御部６−３−１は、位置誤
差が少なくなるような制御信号を演算し、出力する。制
御信号は、主要駆動手段駆動部６−４−１と、相対位置
推定演算部６−５の主要駆動手段状態量推定演算部６−
５−１とに入力される。

【０１１４】相対位置推定演算部６−５は、オブザーバ
を構成している。すなわち相対位置推定演算部６−５
は、数式上の仮想モデルを含み、主要駆動手段であるＶ
ＣＭ５−１と補助駆動手段であるＭＡ５−２とが接続さ
れた２自由度振動系を含むサーボ系の状態推定器であ
る。

【０１１５】詳細には、相対位置推定演算部６−５は、
主要駆動手段であるＶＣＭ５−１と補助駆動手段である
ＭＡ５−２とが接続された２自由度振動系の数式（運動
方程式）上の仮想モデルを有し、仮想の主要駆動手段と
補助駆動手段を数式上で駆動し、その結果として、仮想
上の主要駆動手段と補助駆動手段の変位を得る。

【０１１６】図５に示すサーボ系においては、主要駆動
手段としてのＶＣＭ５−１によるヘッド２の移動量も、
補助駆動手段としてのＭＡ５−２によるヘッド２の移動
量も、再生ヘッドが検出したヘッド２の現在位置との演
算ができるように、すべて、ディスク１に対するヘッド
２の移動量および位置に換算している。

【０１１７】相対位置推定演算部６−５には、さらに、
ＶＣＭ５−１への入力制御信号と、ＭＡ５−２への入力
制御信号と、ヘッド２の現在位置からヘッド２の移動量
の推定値を減算した値とが入力される。

【０１１８】さらに、図５では、補助駆動手段制御部６
−３−２で演算した制御信号を補助駆動手段主共振補償
部６−３−２−２に入力し、補助駆動手段である圧電素
子マイクロアクチュエータの主共振の影響を取り除いた
制御信号を、補助駆動手段制御駆動部６−４−２へ出力
している。

【０１１９】具体的には、補助駆動手段５−２の数式モ
デルに主共振の振動モデルを加え、状態フィードバック
ゲインを振動モデルを含んだモデルに対した極配置法で
設計する。このフィードバックゲインは、補助駆動手段
制御部６−３−２と補助駆動手段主共振補償部６−３−
２−２とを積したものと等価となる。

【０１２０】また、別の方法としては、組立製造時に補
助駆動手段としてのＭＡ５−２の主共振周波数を同定
し、その周波数のバンドパスフィルタを補助駆動手段主
共振補償部６−３−２−２で導出し、補助駆動手段制御
部６−３−２からの制御信号にこの導出したフィルタを
積した制御信号を、補助駆動手段駆動部６−４−２へ出
力することができる。

【０１２１】さらに、ディジタル制御系では、主共振周
波数とサンプリング周波数とを一致させ、補助駆動手段
主共振補償部６−３−２−２をサンプルホルダーにして
も、同様の効果が得られる。

【０１２２】図６に本実施の形態のシミュレーション結
果を示す。その（ａ）と（ｂ）は本実施の形態の条件す
なわち主共振成分補償ありの場合であり、その（ｃ）と
（ｄ）は通常の状態フィードバックによるＰＩＤ制御を
行った場合である。また図６は、（ａ）と（ｃ）がステ
ップ応答、（ｂ）と（ｄ）がクローズドループの周波数
特性である。

【０１２３】図６に示すように、本実施の形態の方が、
トラックジャンプ、セトリングなどの時の過渡応答が改
善されているともに、周波数特性より共振成分が補償さ
れているため、位置誤差が改善される。

【０１２４】このシミュレーションは、サンプリング周
波数を２０ｋＨｚとし、ＭＡの主共振は１７．５ｋＨｚ
とした。また、オブザーバの数式モデルでは、折り返し
が問題であるため、振動モデルを２．５ｋＨｚとした。

【０１２５】すなわち、制御系の安定不安定の問題とな
るのは、主共振の折り返し周波数での共振であり、その
影響を、本実施の形態で補償することが可能となる。以
上のように、本実施の形態によれば、ピギーバックサー
ボ系において、ＭＡの主共振成分の影響を補償すること
によって、位置決め誤差を小さくして、高速高精度に複
合ヘッドを位置決めすることが可能となる。 （第３の実施の形態）本発明の第３の実施の形態の磁気
ディスク装置について、図７を用いて説明する。

【０１２６】図７は、本発明の第３の実施例である磁気
ディスク装置におけるサーボシステムの概略構成図であ
る。ここで１は磁気ディスク、２は複合型磁気ヘッド、
３は磁気ヘッドスライダ、４はヘッド支持機構部、５は
位置決め機構部、６は位置決め制御部である。位置決め
機構部５において、５−１は主要駆動手段であるＶＣＭ
である。５−２ａ、５−２ｂは補助駆動手段である一対
のＭＡであり、プッシュプル型のアクチュエータを構成
している。位置決め制御部６において、６−１はヘッド
位置検出部、６−５は相対位置推定演算部、６−３は制
御部、６−３−１は主要駆動手段制御部、６−３−２
ａ、６−３−２ｂは一対の補助駆動手段制御部、６−６
−１はＭＡ５−２ａ、５−２ｂの特性ばらつきを測定す
る特性ばらつき計測手段、６−６−２は特性ばらつきを
補正するための特性ばらつき補正手段である。

【０１２７】図７に示されるピギーバックアクチュエー
タサーボ系においては、圧電素子にて構成されたＭＡ５
−２ａ、５−２ｂは目標位置とヘッド位置との位置誤差
をゼロにし、またＶＣＭ５−１は目標位置とＶＣＭによ
るヘッド移動量との位置誤差をゼロにするように、位置
決め制御が行われる。

【０１２８】ここで、ＭＡ５−２ａ、５−２ｂは動作範
囲が±数トラック〜１トラック程度であり、シーク時の
セトリングやトラックジャンプ時には、ＭＡ５−２ａ、
５−２ｂでの磁気ヘッド移動がその動作範囲内に収まる
ようにすることが必要であるとともに、トラックフォロ
ーイング時も、ＭＡ５−２ａ、５−２ｂの出力特性のリ
ニアリティと感度が保証されている範囲で制御駆動する
ことが必要となる。

【０１２９】図７において、特性ばらつき計測手段６−
６−１は、基準振幅信号発生手段６−６−１−１と、基
準信号に対する変位測定手段６−６−１−２と、これら
基準振幅信号発生手段６−６−１−１および変位測定手
段６−６−１−２より出力される基準信号に対するヘッ
ド２の移動変位の関係を記憶する電圧変位特性記憶手段
６−６−１−３とで構成される。６−４は駆動部であ
り、この駆動部６−４において、６−４−１は主要駆動
手段駆動部、６−４−２ａ、６−４−２ｂは一対の補助
駆動手段駆動部である。

【０１３０】このような構成によれば、特性ばらつき計
測手段６−６−１において、基準振幅信号発生手段６−
６−１−１より基準信号を発生し、その場合のヘッド２
の変位を測定することによって、入力電圧に対するヘッ
ド２の変位出力を測定し、その結果を変位測定手段６−
６−１−２へ記憶する。

【０１３１】特性ばらつき補正手段６−６−２は、特性
ばらつき計測手段６−６−１によって測定した電圧変位
特性に応じて、初期設計値と異なる場合は、補助駆動手
段制御部６−３−２ａ、６−３−２ｂと、相対位置推定
演算部６−５とにおける、フィードバック定数、オブザ
ーバ定数を変更する。

【０１３２】これにより、図７に示すように、検出した
位置誤差から演算した制御信号に対するヘッド２の変位
を常に一定に保つことが可能となる。この制御方式によ
り、第１の実施の形態、第２の実施の形態のように制御
系のコントローラを設計した場合でも、補助駆動手段と
してのＭＡ５−２ａ、５−２ｂは感度ばらつきを補正す
ることが可能となり、過渡応答の整定時間が改善され
る。

【０１３３】以上のように、本実施の形態によれば、位
置誤差を小さくして、高速高精度にヘッドを位置決めす
ることが可能となる。 （第４の実施の形態）本発明の第４の実施の形態の磁気
ディスク装置について、図８を用いて説明する。

【０１３４】図８は、本発明の第４の実施の形態におけ
る磁気ディスク装置の概略構成図である。ここで１は磁
気ディスク、２は複合型磁気ヘッド、３は磁気ヘッドス
ライダ、４はヘッド支持機構部、５は位置決め機構部、
６は位置決め制御部である。位置決め機構部５におい
て、５−１は主要駆動手段であるＶＣＭ、５−２ａ、５
−２ｂは補助駆動手段である一対のＭＡである。位置決
め制御部６において、６−１はヘッド位置検出部、６−
３は制御部、６−４は駆動部である。制御部６−３にお
いて、６−３−１は主要駆動手段制御部、６−３−２
ａ、６−３−２ｂは一対の補助駆動手段制御部である。
駆動部６−４において、６−４−１は主要駆動手段駆動
部、６−４−２ａ、６−４−２ｂは一対の補助駆動手段
駆動部である。６−５は相対位置推定演算部である。

【０１３５】複合型磁気ヘッド２は、磁気抵抗効果を応
用したＧＭＲヘッドである再生ヘッドと、誘導型のイン
ダクティブ磁気ヘッドである記録ヘッドとから構成され
る。磁気ヘッドスライダ３は、複合型磁気ヘッド２を搭
載する。ヘッド支持機構部４は、磁気ヘッドスライダ３
を支持して、磁気ディスク１に対向して複合型磁気ヘッ
ド２を支持する。ＶＣＭ５−１は、回転軸を中心として
ヘッド支持機構部４を駆動することで、複合型磁気ヘッ
ド２を移動させる。ＭＡ５−２ａ、５−２ｂは、磁気ヘ
ッドスライダ３を駆動して、複合型磁気ヘッド２を微小
に移動させる。

【０１３６】ヘッド位置検出部６−１は、複合型磁気ヘ
ッド２の再生ヘッドが再生した磁気ディスク１に記録さ
れた位置情報に基づいて、複合型ヘッド２の現在位置を
検出し、出力する。

【０１３７】次に、磁気ディスク装置におけるサーボシ
ステムの動作シーケンスを説明する。磁気ディスク１に
書き込まれたサーボパターンを磁気ヘッド２によって検
出する。そして、ヘッド位置検出部６−１が、その検出
信号より、磁気ヘッド２のトラック位置とトラック間位
置を検出する。

【０１３８】補助駆動手段制御部６−３−２ａ、６−３
−２ｂは、検出したＭＡ５−２ａ、５−２ｂによるヘッ
ド移動量およびＶＣＭ５−１によるヘッド移動量の合計
と目標位置との差である位置誤差と、主要駆動手段であ
るＶＣＭ５−１と補助駆動手段であるＭＡ５−２ａ、５
−２ｂとが結合したサーボ系の状態推定器で推定したヘ
ッド速度と、ヘッド２にかかる外乱（力外乱、位置外
乱）量とをフィードバックあるいはフィードフォワード
することによって制御量を導出する。

【０１３９】そして、その制御量によって、補助駆動手
段指令部６−４−２ａ、６−４−２ｂが、補助駆動手段
としてのＭＡ５−２ａ、５−２ｂを制御駆動する。ま
た、ＭＡ５−２ａ、５−２ｂへの制御量と、ＶＣＭ５−
１への制御量と、ヘッド位置検出部６−１で計測したヘ
ッド位置変位量とをもとに、ＶＣＭとＭＡとで構成した
サーボ系の状態推定器としての相対位置推定演算部６−
５で、ＶＣＭ５−１によるヘッド移動量と速度、補助駆
動手段であるＭＡ５−２ａ、５−２ｂによるヘッド移動
量と速度、およびサーボ系に含まれる外乱（摩擦、振動
などの力外乱）を導出する。

【０１４０】主要駆動手段制御部６−３−１は、導出し
たＶＣＭ５−１によるヘッド移動量と目標位置との差で
ある位置誤差を導出し、その位置誤差と、ＶＣＭ５−１
とＭＡ５−２ａ、５−２ｂとが接続されたサーボ系の状
態推定器で推定したＶＣＭの移動速度、ヘッド２にかか
る外乱（力外乱、位置外乱）量をフィードバックあるい
はフィードフォワードすることによって制御量を導出す
る。そして、その制御量でＶＣＭ５−１を制御駆動す
る。

【０１４１】図９は、図８に示す磁気ディスク装置のサ
ーボ系の詳細ブロック図である。図９の左端から（図に
おいて、減算器６−３−１Ａの左端から）、磁気ヘッド
２の目標位置が入力される。この目標位置は、一対の補
助駆動手段制御部６−３−２ａ、６−３−２ｂの手前に
設けられた減算器６−３−２Ａにも入力される。

【０１４２】減算器６−３−２Ａでは、磁気ヘッド２の
目標位置から、磁気ヘッド２の現在の位置（ヘッド位置
検出手段６−１の出力）が差し引かれ、これら目標のヘ
ッド位置と現在のヘッド位置との位置誤差が出力され
る。この位置誤差は、補助駆動手段制御部６−３−２
ａ、６−３−２ｂに入力される。

【０１４３】また、補助駆動手段制御部６−３−２ａ、
６−３−２ｂへは、相対位置推定演算部６−５で推定さ
れたヘッドの移動速度と外乱量（摩擦や振動など）が入
力される。

【０１４４】補助駆動手段制御制御部６−３−２ａ、６
−３−２ｂは、位置誤差が少なくなるような制御信号を
演算し、出力する。制御信号は、補助駆動手段駆動部６
−４−２ａ、６−４−２ｂと、相対位置推定演算部６−
５の補助駆動手段状態量推定演算部６−５−２とに入力
される。

【０１４５】減算器６−３−１Ａでは、磁気ヘッド２の
目標位置から、ＶＣＭ５−１によってヘッド２の移動し
た位置（相対位置推定演算部６−５の主要駆動手段状態
量推定演算部６−５−１の出力）が差し引かれ、減算器
６−３−１Ａは、これら目標のヘッド位置と現在のヘッ
ド２の移動した位置との位置誤差を出力する。この位置
誤差は、主要駆動手段制御量演算部６−３−１に入力さ
れる。

【０１４６】また、主要駆動手段制御部６−３−１へ
は、相対位置推定演算部６−５で推定されたヘッド２の
移動速度と外乱量（摩擦や振動など）が、主要駆動手段
状態量推定演算部６−５−１を介して入力される。

【０１４７】主要駆動手段制御部６−３−１は、位置誤
差が少なくなるような制御信号を演算し、出力する。制
御信号は、主要駆動手段駆動部６−４−１と、相対位置
推定演算部６−５とに入力される。

【０１４８】相対位置推定演算部６−５は、オブザーバ
を構成している。したがって相対位置推定演算部６−５
は、数式上の仮想モデルを含み、主要駆動手段であるＶ
ＣＭ５−１と補助駆動手段であるＭＡ５−２ａ、５−２
ｂの数式（運動方程式）上の仮想モデルを有し、仮想の
主要駆動手段と補助駆動手段を数式上で駆動し、その結
果として、仮想上の主要駆動手段と補助駆動手段の変位
を得る。

【０１４９】相対位置推定演算部６−５には、ＶＣＭ５
−１への入力制御信号と、ＭＡ５−２ａ、５−２ｂへの
入力制御信号と、ヘッド２の現在位置からヘッド２の移
動量の推定値を減算した値とが入力される。

【０１５０】ここまでのシーケンスは、第１の実施の形
態および第２の実施の形態と同様である。この第４の実
施の形態では、さらに、図８と図９に示すように補助駆
動手段切換部６−８を有している。

【０１５１】この補助駆動手段切換部６−８の説明をす
る前に、ここで、本実施の形態におけるＭＡ５−２ａ、
５−２ｂについて、図１０を用いて説明する。図１０は
ＭＡ５−２ａ、５−２ｂの構成図である。ＭＡ５−２
ａ、５−２ｂは、圧電素子にて構成された第２世代のア
クチュエータである。ヘッド支持機構部４のフレクシャ
ー部に、圧電素子にて構成された二つのＭＡ５−２ａ、
５−２ｂが貼り付けられている。

【０１５２】詳細には、ＭＡ５−２ａ、５−２ｂは、フ
レクシャー部に、下部電極５−２−１、圧電素子５−２
−２、上部電極５−２−３、保護膜の順で形成されたも
のである。図８、図９における補助駆動手段指令部６−
４−２ａ、６−４−２ｂの出力電圧がこの上部電極５−
２−３と下部電極５−２−１との間に加えられること
で、圧電素子５−２−２が伸縮することになる。

【０１５３】本実施の形態では、圧電素子にて構成され
た二つのＭＡ５−２ａ、５−２ｂは、一方が伸長する場
合に、他方が収縮する構成になっており、電圧を加える
と、スライダ３およびヘッドが揺動運動することとな
る。すなわち、プッシュプル型のＭＡである。

【０１５４】ここで、補助駆動手段切換部６−８は、ヘ
ッドの移動方向と移動変位量に応じて、駆動部６−４−
２ａ、６−４−２ｂによって制御駆動される一方の圧電
素子、あるいは両方の圧電素子を選択する。

【０１５５】補助駆動手段切換部６−８へは、減算器６
−３−２Ａで計算される位置誤差と、制御部６−３で導
出された制御入力信号とが入力される。補助駆動手段切
換部６−８は、駆動条件である電圧−変位の関係を、両
方のＭＡ５−２ａ、５−２ｂの圧電素子で図８のスライ
ダ３およびヘッド２を駆動する場合と、これらを一方の
ＭＡ５−２ａのみで駆動する場合と、他方のＭＡ５−２
ｂのみで駆動する場合との３つのパラメータを有し、条
件によってこれらの間の切換を行う。

【０１５６】この制御方式により、第１の実施の形態、
第２の実施の形態のように制御系のコントローラを設計
した場合でも、ＭＡの通電駆動時間を短縮することが可
能であり、アクチュエータの寿命特性が改善される。

【０１５７】以上のように、本実施の形態によれば、信
頼性（寿命特性）が高いヘッドの高速高精度位置決めを
行うことが可能となる。さらに、図１１に示すもので
は、補助駆動手段故障判別部６−１１−１と、駆動手段
切換部６−１１−２と、転送レート制限部６−１１−３
とを有している。

【０１５８】補助駆動手段故障判別部６−１１−１は、
ＭＡ５−２ａ、５−２ｂを構成する圧電素子に流れる電
流を検出抵抗を介して電圧として計測する。圧電素子は
誘電体であり、通常電流は流れないため、計測している
電圧はほぼ０に等しい。しかしながら、圧電素子に電飾
やわれが生じると、誘電損失が大きくなる場合や両端電
極がショートする場合が発生し、電流が流れることとな
り、計測している電圧は大きな値を示す。これにより、
圧電素子すなわちＭＡ５−２ａ、５−２ｂの故障を検知
することができる。

【０１５９】また、トラックフォローイングモードにお
ける位置誤差が大きくなった場合やセトリングモードに
おける整定時間が長くなった場合には、あらかじめ補助
駆動手段故障判別部６−１１−１が記憶している基準振
幅となる信号を出力して、ヘッド２による位置信号の振
幅を測定し、基準振幅との比較を行う。この場合、振幅
が大きすぎても、小さすぎても、ＭＡ５−２ａ、５−２
ｂが故障であると判断する。

【０１６０】駆動手段切換部６−１１−２は、補助駆動
手段であるＭＡ５−２ａ、５−２ｂが故障であると補助
駆動手段故障判別部６−１１−１が判断した場合に、制
御部６−３と相対位置推定演算部６−５を変更する。

【０１６１】具体的には、ＭＡ５−２ａ、５−２ｂが両
方とも故障した場合に、駆動手段切換部６−１１−２
は、ＭＡ５−２ａ、５−２ｂでの位置決めを実行せず、
従来と同じ、主要駆動手段であるＶＣＭ５−１のみでヘ
ッド２の位置決めを行う。この場合に、相対位置推定演
算部６−５は、主要駆動手段であるＶＣＭ５−１のみの
オブザーバとなる。また、制御部６−３は、減算器によ
る位置誤差と、相対位置推定演算部６−５によるヘッド
速度と、外乱量とをフィードバックあるいはフィードフ
ォワード制御する。

【０１６２】ＭＡ５−２ａ、５−２ｂの一方が故障した
場合は、片方のみで制御するモードに変更される。この
場合、相対位置推定演算部６−５における補助駆動手段
の数式モデルを修正するとともに、補助駆動手段制御部
６−３−２ａ、６−３−２ｂのフィードバックおよびフ
ィードフォワードゲインの修正を行って制御を行う。

【０１６３】転送レート制御部６−１１−３は、扱うデ
ータの転送レートが変化する場合に動作する。すなわ
ち、補助駆動手段であるＭＡ５−２ａ、５−２ｂが故障
であると補助駆動手段故障判別部６−１１−１が判断し
た場合には、駆動手段切換部６−１１−２が、ＭＡ５−
２ａ、５−２ｂによる位置決めを実行せず、従来と同じ
ように、主要駆動手段であるＶＣＭ５−１のみでヘッド
２の位置決めを行うように、制御部６−３および相対位
置推定演算部６−５を変更する。この場合には、セトリ
ングの整定時間が長くなるため、データの転送レートが
低下する。このような場合に、転送レート制御部６−１
１−３は、制御モードの変更による扱えるデータ転送レ
ートの変更をホスト側に知らせるとともに、データ処理
系に制限を設けるための信号を出力する。

【０１６４】この制御方式により、第１の実施の形態、
第２の実施の形態のように制御系のコントローラを設計
した場合でも、ＭＡ５−２ａ、５−２ｂが故障、異常状
態であっても、主要駆動手段としてのＶＣＭ５−１のみ
で制御駆動され、過渡応答の整定時間が改善される。

【０１６５】以上のように、本実施の形態によれば、位
置誤差を小さくして、高速高精度に複合ヘッドを位置決
めすることが可能となる。さらに、図１２では、雰囲気
環境検出部６−１２−１と、補助駆動手段制限部６−１
２−２と、補助駆動手段パラメータ調整部６−１２−３
とを有している。

【０１６６】雰囲気環境検出部６−１２−１は、温度セ
ンサであり、ドライブのある雰囲気の温度を測定する。
補助駆動手段である圧電素子からなるＭＡ５−２は、変
位特性が温度により変化するという温度特性を有する。
そのため、雰囲気温度が動作可能範囲を逸脱している場
合は、補助駆動手段制限部６−１２−２によって、ＭＡ
５−２が動作制限され、駆動されない。その場合は、主
要駆動手段としてのＶＣＭ５−１のみでのヘッド２の位
置決めを行うように、制御部６−３に信号で通知する。

【０１６７】また、雰囲気温度は動作範囲内ではある
が、出力特性の感度低下（たとえば、変位特性が半減す
るなど）を生じる場合は、補助駆動手段パラメータ調整
部６−１２−３によって、制御部６−３およびオブザー
バである相対位置推定演算部６−５のフィードバックゲ
インおよび数式モデルのパラメータを変更する。

【０１６８】具体的には、動作可能な温度範囲外の場
合、補助駆動手段制限部６−１２−２は、ＭＡ５−２で
の位置決めを実行せず、従来と同じ、主要駆動手段であ
るＶＣＭ５−１のみでヘッド２の位置決めを行う。

【０１６９】この場合、相対位置推定演算部６−５は、
主要駆動手段すなわちＶＣＭ５−１のみのオブザーバと
なる。また、制御部６−３は、減算器６−３−２Ａによ
る位置誤差と、相対位置推定演算部６−５によるヘッド
速度および外乱量とをフィードバックあるいはフィード
フォワードする制御を行う。

【０１７０】また、出力感度特性が低下した場合は、相
対位置推定演算部６−５における補助駆動手段の数式モ
デルを修正するとともに、補助駆動手段制御部６−３−
２のフィードバックおよびフィードフォワードゲインの
修正を行って制御を行う。

【０１７１】この制御方式により、第１の実施の形態、
第２の実施の形態のように制御系のコントローラを設計
した場合でも、ＭＡ５−２の雰囲気環境が動作可能範囲
を逸脱したときあるいは特性低下範囲となったときに
も、主要駆動手段のみあるいはパラメータ修正された補
助駆動手段で制御駆動され、過渡応答の整定時間の大幅
な劣化を防ぐことが可能となる。

【０１７２】以上のように、本実施の形態によれば、位
置誤差を小さくして、高速高精度にヘッド２を位置決め
することが可能となる。 （第５の実施の形態）本発明の第５の実施の形態の磁気
ディスク装置について、図１３〜図１５を用いて説明す
る。

【０１７３】図１３は、本発明の第５の実施の形態の磁
気ディスク装置におけるサーボシステムの概略構成図で
ある。ここで１は磁気ディスク、２は複合型磁気ヘッ
ド、３は磁気ヘッドスライダ、４はヘッド支持機構部、
５は位置決め機構部、６は位置決め制御部である。位置
決め機構部５において、５−１は主要駆動手段であるＶ
ＣＭ、５−２ａ、５−２ｂは複数個の補助駆動手段であ
るＭＡである。位置決め制御部６において、６−１はヘ
ッド位置検出部、６−５は相対位置推定演算部、６−３
は制御部である。この制御部６−３において、６−３−
１は主要駆動手段制御部、６−３−２−ｈａ、６−３−
２−ｈｂは複数個の補助駆動手段制御部である。また、
６−１０−１はヘッド位置同時検出手段、６−１０−２
は補助駆動手段同時制御部、６−１０−３は同時記録再
生手段である。６−４は駆動部であって、主要駆動手段
駆動部６−４−１と、複数個の補正駆動手段駆動部６−
４−２−ｈａ、６−４−２−ｈｂとを有する。

【０１７４】図１３に示されるピギーバックアクチュエ
ータサーボ系においては、圧電素子のＭＡ５−２ａ、５
−２ｂは目標位置とヘッド位置との位置誤差をゼロに
し、ＶＣＭ５−１は目標位置とこのＶＣＭ５−１による
ヘッド移動量との位置誤差をゼロにするように、位置決
め制御が行われている。

【０１７５】図１４は、制御駆動系の詳細構成図であ
る。同図（ａ）では、複数のＭＡ５−２に対して１つの
補助駆動手段制御部６−３−２および補助駆動手段駆動
部６−４−２が設けられており、補助駆動手段選択部６
−７で、記録再生を行うヘッドのＭＡ５−２を選択し、
接続することによって、制御駆動している。

【０１７６】同図（ｂ）では、複数のＭＡ５−２のそれ
ぞれに、補助駆動手段制御部６−３−２−ｈ０〜６−３
−２−ｈ７と、補助駆動手段駆動部６−４−２−ｈ０〜
６−４−２−ｈ７とを有し、複数のＭＡ５−２を同時に
制御駆動することが可能である。本実施の形態はこの図
１４（ｂ）に該当する。

【０１７７】図１５は、ディスク１上に書き込まれてい
るサーボ信号を表している。１００は位置情報領域を示
し、２００はデータ領域を示す。ディスク面１とディス
ク面２において、サーボ信号の幾何学的位置が異なり、
ヘッドによってサーボ信号を再生する場合、再生タイミ
ングが時間的に異なる。そこで、ヘッド位置同期検出手
段６−１０−１によって、ヘッド２−１とヘッド２−２
の信号を連続して再生すれば、ディジタルサーボ系にお
ける同一サンプリング時間において、両方のサーボ信号
を検出することが可能となる。すなわち、ディスク上の
サーボパターンが複数のヘッドによってシリアル読み出
されるように書き込まれている。

【０１７８】ヘッド位置同期検出手段６−１０−１で検
出した複数の（２つの）信号それぞれについて、補助駆
動手段同時制御部６−１０−２で制御信号をそれぞれ演
算する。

【０１７９】一方、主要駆動手段の制御信号について
は、先に位置信号を検出したヘッド２−１の制御信号を
優先し、制御部６−１０−２−１によって主要駆動手段
を制御駆動する。また、補助駆動手段については、ヘッ
ド毎にそれぞれ、ヘッド２−１は制御部６−１０−２−
２−１、ヘッド２−２は、制御部６−１０−２−２−２
によって制御駆動される。

【０１８０】すなわち、同一サンプリング時間におい
て、ヘッド２−１とヘッド２−２を同時にトラックフォ
ローイングすることが可能となる。また、ヘッド２−１
とヘッド２−２を同時にトラックフォローイングするこ
とが可能となるため、同時記録再生手段６−１０−３に
よって、ヘッド１−１とヘッド１−２を使用して同時に
記録あるいは再生を行うことが可能となる。

【０１８１】以上のように、本実施の形態によれば、複
数の補助駆動手段によって、複数のヘッドを、同時に、
高速高精度に位置決めすることが可能となる。なお、上
述の各実施の形態においては、ピギーバックアクチュエ
ータのマイクロアクチュエータ（ＭＡ）を圧電素子型と
したが、静電型、電磁型、磁歪型、形状記憶合金型など
他の方式のＭＡでも同様の効果が得られる。

【０１８２】また、上述の各実施の形態においては、制
御器であるコントローラおよび状態推定器であるオブザ
ーバのフィードバックゲインおよびフィードフォワード
ゲインを極配置法で設計したが、周波数応答法、Ｈ∞
法、μ設計法、ＬＭＩ設計法などによっても同様の効果
が得られる。

【０１８３】さらに、上述の各実施の形態においては、
補助駆動手段は、圧電素子がフレクシャーに接着され、
スライダを微小駆動するプッシュプル型のアクチュエー
タであったが、フレクシャーではなく、スライダ上、あ
るいはサスペンション上に構成されても同様の効果が得
られる。

【０１８４】また、アクチュエータはプッシュプル駆動
方式であったが、揺動式、回転式、直線駆動方式などで
もよい。また、上述の実施の形態においては、雰囲気環
境検出手段として温度センサを使用したが、湿度センサ
や、加速度センサなどを使用してもよい。

【０１８５】また、上述の実施の形態においては、補助
駆動手段故障判別部が圧電素子の両側電圧を計測するも
のとしたが、電流値、抵抗値、容量値、誘電損失などを
計測するものでもよい。

【０１８６】また、上述の各実施の形態においては、マ
イクロアクチュエータの主共振補償として、主共振の振
動モデルを有するオブザーバを適用して共振成分の補償
を行ったが、あらかじめ主共振の周波数を同定してお
き、その周波数のバンドパスフィルタを設けても、ある
いは主共振周波数と同じ周波数でのサンプル値制御系を
構成しても、同様の効果が得られる。

【０１８７】また、主共振補償のためのオブザーバは、
主共振のディジタル系における折り返し成分をモデル化
したが、主共振成分自体をモデル化してもよい。

【０１８８】

【発明の効果】本発明によれば、狭トラック化における
ピギーバックアクチュエータによる高密度化において、
補助駆動手段であるマイクロアクチュエータ（ＭＡ）を
高帯域に制御することが可能となり、高速にセトリング
し、位置誤差を低減するディスク装置を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のディスク装置の概
略構成図

【図２】図１のディスク装置のブロック図

【図３】同ディスク装置および従来のデイスク装置の動
作のシミュレーション結果図

【図４】本発明の第２の実施の形態のディスク装置の概
略構成図

【図５】図４のディスク装置のブロック図

【図６】同ディスク装置および従来のデイスク装置の動
作のシミュレーション結果図

【図７】本発明の第３の実施の形態のディスク装置の概
略構成図

【図８】本発明の第４の実施の形態のディスク装置の概
略構成図

【図９】図８のディスク装置のブロック図

【図１０】同ディスク装置におけるマイクロアクチュエ
ータの構成図

【図１１】同ディスク装置の変形例の概略構成図

【図１２】同ディスク装置のさらなる変形例のブロック
図

【図１３】本発明の第５の実施の形態のディスク装置の
概略構成図

【図１４】同ディスク装置の要部の詳細図

【図１５】同ディスク装置のサーボパターン図

【図１６】第１の従来例におけるアクチュエータの概略
構成図

【図１７】第２の従来例におけるアクチュエータの概略
構成図

【図１８】第３の従来例におけるアクチュエータの概略
構成図

【図１９】第４の従来例におけるアクチュエータの概略
構成図

【図２０】第５の従来例におけるアクチュエータの概略
構成図

【図２１】第６の従来例におけるピギーバックアクチュ
エータのサーボ系のブロック線図

【図２２】第７の従来例におけるピギーバックアクチュ
エータのサーボ系のブロック線図

【図２３】第８の従来例におけるピギーバックアクチュ
エータのサーボ系のブロック線図

【図２４】第９の従来例におけるピギーバックアクチュ
エータのサーボ系のブロック線図

【図２５】第１０の従来例におけるピギーバックアクチ
ュエータのサーボ系のブロック線図

【図２６】第１１の従来例におけるピギーバックアクチ
ュエータのサーボ系のブロック線図

【図２７】第１２の従来例におけるピギーバックアクチ
ュエータのサーボ系のブロック線図

【図２８】第１３の従来例におけるピギーバックアクチ
ュエータのサーボ系のブロック線図

【符号の説明】

２ 複合型磁気ヘッド ５ 位置決め機構部 ５−１ ＶＣＭ（主要駆動手段） ５−２ ＭＡ（補助駆動手段） ６ 位置決め制御部 ６−１ ヘッド位置検出部 ６−３−１ 主要駆動手段制御部 ６−３−２ 補助駆動手段制御部 ６−５ 相対位置推定演算部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ１１Ｂ 21/08 Ｇ１１Ｂ 21/08 Ｙ (72)発明者 桑島 秀樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5D088 MM04 PP01 RR03 RR10 SS01 TT10 UU01 5D096 AA02 AA03 HH18 KK11 NN03 NN07 RR06 RR12 SS10 VV01 VV03

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヘッドを目標のトラックへ位置決めする
   位置決め機構部と、 ディスク上に書き込まれかつ前記ヘッドによって再生さ
   れるサーボ情報に基づいて、目標トラックに対する前記
   ヘッドの位置の不一致を表す位置誤差信号を生成するこ
   とで、前記位置決め機構部の位置決め動作を制御する位
   置決め制御部とを備えたディスク装置において、 前記位置決め機構部は、前記ヘッドを移動させる主要駆
   動手段と、前記ヘッドを微小移動させる補助駆動手段と
   を有し、 前記位置決め制御部は、 再生ヘッドの再生信号に基づいてヘッドの現在位置を検
   出するヘッド位置検出部と、 前記補助駆動手段あるいは主要駆動手段による移動量を
   検出または推定する相対位置推定演算部と、 前記ヘッドの目標位置と前記位置検出部により検出した
   前記ヘッドの現在位置との位置誤差を含む情報に基づい
   て前記補助駆動手段の制御量を演算する補助駆動手段制
   御部と、 前記相対位置推定演算部により検出あるいは推定された
   前記ヘッドの移動量を含む情報に基づいて前記主要駆動
   手段の制御量を演算する主要駆動手段制御部と、 前記主要駆動手段によるヘッド移動量と前記補助駆動手
   段によるヘッド移動量を制御するそれぞれの制御量が相
   互に干渉することを防止する非干渉化補償器とを有する
   ことを特徴とするディスク装置。
2. 【請求項２】 非干渉化補償器は、主要駆動手段につい
   ての制御系と、補助駆動手段についての制御系とが結合
   した多入力制御系の閉ループ系において、前記主要駆動
   手段による変位と前記補助駆動手段による変位とを制御
   する固有値の右固有ベクトルが直交関係になるようなフ
   ィードバックゲイン定数を有することを特徴とする請求
   項１記載のディスク装置。
3. 【請求項３】 位置決め制御部は、補助駆動手段が有す
   る機械主共振による位置誤差の影響を補償する主共振制
   御手段を有していることを特徴とする請求項１記載のデ
   ィスク装置。
4. 【請求項４】 主共振制御手段は、補助駆動手段の内部
   モデルに主共振モデルを有する状態推定器と、前記状態
   推定器で推定された状態量をもとに制御系の安定を実現
   するゲイン定数とを含む安定化補償器にて構成されてい
   ることを特徴とする請求項３記載のディスク装置。
5. 【請求項５】 主共振制御手段は、補助駆動手段の主共
   振周波数に等しいバンドパスフィルタ、あるいは補助駆
   動手段の主共振周波数に等しいサンプリング周波数のサ
   ンプルホルダーを有することを特徴とする請求項３記載
   のディスク装置。
6. 【請求項６】 位置決め機構部の補助駆動手段は、プッ
   シュプル型で駆動される２個以上のマイクロアクチュエ
   ータ素子で構成されるとともに、前記マイクロアクチュ
   エータの特性ばらつきを測定する特性ばらつき計測手段
   と、前記測定された特性ばらつきを補正するための特性
   ばらつき補正手段とを有していることを特徴とする請求
   項１から５までのいずれか１項記載のディスク装置。
7. 【請求項７】 特性ばらつき補正手段は、マイクロアク
   チュエータの特性ばらつきを補正するものであるととも
   に、プッシュプル型で駆動されるマイクロアクチュエー
   タのプッシュ側とプル側のマイクロアクチュエータ素子
   の特性ばらつきを補正するものであることを特徴とする
   請求項６記載のディスク装置。
8. 【請求項８】 位置決め制御部は、位置決め機構部の補
   助駆動手段であるプッシュプル型マイクロアクチュエー
   タのプッシュ側とプル側のどちらか一方を、あるいは両
   方を駆動するために、プッシュ側とプル側の切換えを行
   う補助駆動手段切換部を有することを特徴とする請求項
   １から５までのいずれか１項記載のディスク装置。
9. 【請求項９】 位置決め制御部は、 補助駆動手段の動作異常、故障を検知する補助駆動手段
   故障判別部と、 前記補助駆動手段の動作異常時に主要駆動手段のみでヘ
   ッドの位置決めを行うための定数設定を行うとともに制
   御動作を切り換える駆動手段切換部と、 前記動作異常発生時に、扱うことのできるデータを転送
   レートで制限するデータ転送レート制限部とを有するこ
   とを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項記載
   のディスク装置。
10. 【請求項１０】 補助駆動手段はマイクロアクチュエー
    タである圧電素子にて構成され、 補助駆動手段故障判別部は、前記圧電素子の両端電極間
    の抵抗値、あるいは静電容量、あるいは誘電損、あるい
    は電流値を計測するように構成されていることを特徴と
    する請求項９記載のディスク装置。
11. 【請求項１１】位置決め制御部は、 雰囲気環境検出部と、 前記雰囲気環境検出部による計測値あるいは推定値によ
    って、補助駆動手段の動作を制限する補助駆動手段制限
    部と、 前記雰囲気環境検出器による計測値あるいは推定値によ
    って、補助駆動手段を制御駆動するためのパラメータを
    調整する補助駆動手段パラメータ調整部とを有すること
    を特徴とする請求項１から５までのいずれか１項記載の
    ディスク装置。
12. 【請求項１２】 雰囲気環境検出部は、雰囲気の温度を
    検出する温度センサ、雰囲気の湿度を検出する湿度セン
    サ、雰囲気の振動および衝撃を検出する加速度センサの
    いずれかであることを特徴とする請求項１１記載のディ
    スク装置。
13. 【請求項１３】 位置決め機構部は複数個の補助駆動手
    段を有するとともに、位置決め制御部は複数個の補助駆
    動手段制御部を有し、さらに、 複数個のヘッドの位置を同時に、あるいはディジタル制
    御系における同一サンプリング時間内に検出するヘッド
    位置同時検出部と、 前記複数個のヘッドを、それぞれの目標トラックに前記
    複数個の補助駆動手段と前記複数個の補助駆動手段制御
    部によって同時に、あるいは同一サンプリング時間内に
    位置決めする補助駆動手段同時制御部と、 前記複数個のヘッドによって同時に、あるいは同一サン
    プリング時間内に記録再生を行うことができる同時記録
    再生手段とを有することを特徴とする請求項１から５ま
    でのいずれか１項記載のディスク装置。
14. 【請求項１４】 位置決め制御部は、記録再生するヘッ
    ドに応じて、制御駆動する複数個の補助駆動手段の中の
    １個と、補助駆動手段制御部とを接続する補助駆動手段
    選択部を有することを特徴とする請求項１から５までの
    いずれか１項記載のディスク装置。