JP2002288954A - Head positioning device, fine-adjustable actuator driving device, head positioning control method, head positioning control program, and disk device - Google Patents

Head positioning device, fine-adjustable actuator driving device, head positioning control method, head positioning control program, and disk device

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Publication number
JP2002288954A
JP2002288954A JP2001087708A JP2001087708A JP2002288954A JP 2002288954 A JP2002288954 A JP 2002288954A JP 2001087708 A JP2001087708 A JP 2001087708A JP 2001087708 A JP2001087708 A JP 2001087708A JP 2002288954 A JP2002288954 A JP 2002288954A
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JP
Japan
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actuator
fine
fine movement
voltage
head
Prior art date
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Application number
JP2001087708A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Takaso
高祖  洋
Hideki Kuwajima
秀樹 桑島
Toshio Inaji
稲治  利夫
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize the high speed and accurate positioning of a magnetic head by preventing piezo-electric elements constituting a fine-adjustable actuator from being shorted due to the precipitation of lead, in a two-stage actuator system. SOLUTION: The head positioning device, which controls the position of the magnetic head 2 for accessing to a magnetic disk 1 with a two-stage actuator system consisting of a coarse-adjustable actuator 51 and a fine-adjustable actuator 52, is provided with a positioning control part 6 for the coarse- adjustable actuator 51 and the fine-adjustable actuator 52 constituted by utilizing piezo-electric elements, and with a fine-adjustable part 64 for driving the fine- adjustable actuator 52 and further with a driving signal limiting means 66 for limiting a driving signal level applied to the fine-adjustable part 64 to a threshold value or below, where a change in the characteristic of the piezo-electric elements is caused.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、情報の記録/再生
用のディスクに対してアクセスを行うヘッドを粗動アク
チュエータと微動アクチュエータとで位置制御する2ス
テージアクチュエータ方式に構成され、さらに、前記微
動アクチュエータが圧電素子を利用して構成されている
ヘッド位置決め装置にかかわり、特には、駆動電圧が高
いことに起因して圧電素子がショートを起こすことに対
応する技術に関する。
The present invention relates to a two-stage actuator system for controlling the position of a head for accessing an information recording / reproducing disk by using a coarse actuator and a fine actuator. The present invention relates to a head positioning device in which an actuator uses a piezoelectric element, and particularly relates to a technique for coping with a short-circuit of a piezoelectric element caused by a high drive voltage.

【0002】本発明が対象とするヘッド位置決め装置
は、主として磁気ディスク装置に搭載されるものを好ま
しい形態とするが、必ずしもそれのみに限定する必要性
はなく、光ディスク装置に適用してもよきものである。
The preferred embodiment of the head positioning apparatus to which the present invention is applied is one which is mainly mounted on a magnetic disk drive, but is not necessarily limited to this, and may be applied to an optical disk drive. It is.

【0003】[0003]

【従来の技術】「背景」近年、マルチメディアの進展に
伴って、磁気ディスク上の目標位置に高速にアクセスし
(ヘッドの位置決めを行い)、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おり、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。
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of multimedia, a target position on a magnetic disk is accessed at a high speed (head positioning is performed), and a large amount of video information, audio information, character information, and the like are transferred. There is a strong demand from the market for high-density magnetic disk devices for high-speed recording and reproduction, and various high-speed and high-precision positioning techniques for magnetic heads have been proposed.

【0004】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)を採用している。
In order to realize a higher recording density of a magnetic disk device, a recent magnetic disk device is composed of a reproducing head composed of a GMR head to which a magnetoresistive effect is applied and a recording head composed of an inductive head. A composite magnetic head (head) is adopted.

【0005】前記の2種類のヘッドからなる複合型の磁
気ヘッドは、同一のスライダ上に装着されている。磁気
ヘッドを搭載するスライダは、ヘッド支持機構に取り付
けられており、前記ヘッド支持機構は、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)。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ととも
に、外部からの並進方向衝撃に対して強いため、高速ア
クセスおよび高精度位置決めを実現するのに適してい
る。
[0005] The composite type magnetic head comprising the above two types of heads is mounted on the same slider. A slider on which the magnetic head is mounted is mounted on a head support mechanism, and the head support mechanism is configured to be rotatable around an axis mounted on a chassis (rotary actuator). Rotary actuators can reduce the influence of inertia and are resistant to external impacts in the translation direction, so that they are suitable for realizing high-speed access and high-precision positioning.

【0006】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、粗動アクチュエー
タと微動アクチュエータとの2つの駆動手段を有する状
態に構成されるのが一般的になると予想される。
In order to perform high-speed and high-precision positioning of the magnetic head, it is expected that a future magnetic disk drive will generally be configured to have two driving means, a coarse movement actuator and a fine movement actuator. You.

【0007】ボイスコイルモータ(VCM)などの粗動
アクチュエータは、シャーシに取り付けられた軸を中心
にしてヘッド支持機構を回転させることにより、ヘッド
支持機構、スライダおよび磁気ヘッドを動かす。粗動ア
クチュエータは、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。
A coarse actuator such as a voice coil motor (VCM) moves the head support mechanism, slider and magnetic head by rotating the head support mechanism about an axis attached to the chassis. Coarse actuators are primarily used for large movements such as seek / settling and multiple track jumps.

【0008】微動アクチュエータは、磁気ヘッドまたは
スライダを駆動する。微動アクチュエータは、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。微動アクチュエータ
はマイクロアクチュエータ(MA)とも呼称されてい
る。
[0008] The fine movement actuator drives a magnetic head or a slider. The fine movement actuator is mainly used for high-speed and fine positioning such as track following and one-track jump. The fine actuator is also called a microactuator (MA).

【0009】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)を読み取る。この
サーボ情報に基づいて、粗動アクチュエータおよび微動
アクチュエータを制御することにより、スライダ上に形
成された磁気ヘッド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。
The reproducing head reads servo information (current position information of the head) recorded on the magnetic disk. By controlling the coarse actuator and the fine actuator based on the servo information, the magnetic head formed on the slider can be accessed (positioned) at an arbitrary position on the magnetic disk.

【0010】粗動アクチュエータと微動アクチュエータ
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、あるいは2ステージアクチュエータ、あるいはデュ
アルステージアクチュエータと呼ぶ。また、主要な駆動
機構を粗動アクチュエータと呼び、補助の駆動機構を微
動アクチュエータと呼ぶ。
A mechanism having a coarse actuator and a fine actuator is generally called a piggyback actuator, a two-stage actuator, or a dual-stage actuator. The main drive mechanism is called a coarse movement actuator, and the auxiliary drive mechanism is called a fine movement actuator.

【0011】「従来例」2ステージアクチュエータを用
いて高速高精度位置決めを行うように構成された従来の
制御方式を従来例として以下に示す。
"Conventional example" A conventional control system configured to perform high-speed and high-accuracy positioning using a two-stage actuator will be described below as a conventional example.

【0012】従来例1:特開平10−136665号公
報(TDK):Piezoelectric Piggy-Back Microactuat
or for Hard Disk Drive(IEEE TRANSACTIONS ON MAGNE
TICS. VOL.35 NO.2,MARCH 1999) 従来例2:Dual-Stage Actuator System for Magnetic
Disk Drive(IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS. VOL.35
NO.2,MARCH 1999;富士通) 従来例3:特開2001−6305号公報(日本電気) 「従来の構成と動作」 「従来例1」図12と図13は、特開平10−1366
65号公報に記載されたピエゾ方式ピギーバックアクチ
ュエータを示す構成図とアクチュエータのサーボ動作評
価系のブロック図である。
Conventional Example 1: JP-A-10-136665 (TDK): Piezoelectric Piggy-Back Microactuat
or for Hard Disk Drive (IEEE TRANSACTIONS ON MAGNE
TICS. VOL.35 NO.2, MARCH 1999) Conventional example 2: Dual-Stage Actuator System for Magnetic
Disk Drive (IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS. VOL.35
NO.2, MARCH 1999; Fujitsu) Conventional example 3: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-6305 (NEC) “Conventional configuration and operation” “Conventional example 1” FIGS.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a piezo-type piggyback actuator described in Japanese Patent Application Publication No. 65-65, and a block diagram of a servo operation evaluation system of the actuator.

【0013】図12は、サスペンションのフレクシャー
部とヘッドスライダの間に配置されるII型の圧電アクチ
ュエータを示す。この圧電アクチュエータがプッシュプ
ルに駆動してヘッドスライダを揺動運動させる。この揺
動運動により、磁気ヘッドをトラッキング方向に微小駆
動させることになる。E2は梁部、E3は固定部、E4
は可動部、E5は電極層(ピエゾ素子)、E21はヒン
ジ部である。
FIG. 12 shows a type II piezoelectric actuator disposed between the flexure portion of the suspension and the head slider. The piezoelectric actuator is driven by a push-pull to swing the head slider. Due to this swinging motion, the magnetic head is minutely driven in the tracking direction. E2 is the beam, E3 is the fixed part, E4
Denotes a movable portion, E5 denotes an electrode layer (piezo element), and E21 denotes a hinge portion.

【0014】この場合、磁気ヘッドとピエゾ素子を有す
るサスペンションを備えたボイスコイルモータ(VC
M)を駆動する粗位置決め制御系と、ピエゾ素子である
微動アクチュエータを駆動する微小位置決め制御系の2
重サーボ系で磁気ディスク装置のヘッド位置決め制御系
を構成し、磁気ヘッドの高精度位置決めを実現すること
になる。
In this case, a voice coil motor (VC) having a suspension having a magnetic head and a piezo element is used.
M) a coarse positioning control system that drives a fine movement actuator that is a piezo element;
A heavy servo system constitutes a head positioning control system of the magnetic disk drive, and realizes high-precision positioning of the magnetic head.

【0015】図13においては、そのピエゾ素子である
微動アクチュエータを含むサスペンションと、制御部
と、駆動部と、位置検出部により微動アクチュエータの
みによって位置決め制御系を構成している。
In FIG. 13, a positioning control system is constituted by only a fine actuator by a suspension including a fine actuator, which is a piezo element, a control unit, a drive unit, and a position detecting unit.

【0016】すなわち、微動アクチュエータを使用して
高周波外乱を補償することによって、磁気ヘッドの高精
度位置決めを実現している。
That is, high-precision positioning of the magnetic head is realized by compensating for high-frequency disturbance using the fine movement actuator.

【0017】「従来例2」図14と図15は、「Dual-S
tage Actuator System for Magnetic Disk Drive」(IE
EE TRANSACTIONS ON MAGNETICS. VOL.35 NO.2,MARCH 19
99)に記載された2ステージアクチュエータを示す斜視
図、および2ステージ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。
[Conventional Example 2] FIGS. 14 and 15 show the “Dual-S
tage Actuator System for Magnetic Disk Drive ”(IE
EE TRANSACTIONS ON MAGNETICS.VOL.35 NO.2, MARCH 19
FIG. 99 is a perspective view showing a two-stage actuator described in 99) and a block diagram showing a control method in a control system of the two-stage actuator.

【0018】図14では、マイクロアクチュエータは、
ヘッドサスペンションと、キャリッジアームに取り付け
るためのステ−タプレートと、ピエゾ素子で構成され
る。
In FIG. 14, the microactuator is:
It is composed of a head suspension, a stator plate for attaching to a carriage arm, and a piezo element.

【0019】ピエゾ素子をプッシュプル駆動させること
によってヘッドサスペンションを揺動運動させる。ひい
ては、スライダ先端に搭載された磁気ヘッドがトラッキ
ング方向に微小駆動することになる。
The head suspension is caused to swing by driving the piezo element by push-pull. As a result, the magnetic head mounted on the tip of the slider is finely driven in the tracking direction.

【0020】図15において、磁気ヘッドで検出した位
置誤差をもとに微動アクチュエータの制御量を演算する
とともに、マイクロアクチュエータの相対変位を推定
し、推定値を粗動アクチュエータの制御系へ入力するこ
とによって粗動アクチュエータの制御量を演算する。そ
して、それぞれのアクチュエータを独立に制御駆動する
ことによって、磁気ヘッドの高精度位置決めを実現して
いる。
In FIG. 15, the control amount of the fine actuator is calculated based on the position error detected by the magnetic head, the relative displacement of the micro actuator is estimated, and the estimated value is input to the control system of the coarse actuator. Then, the control amount of the coarse actuator is calculated. By controlling and driving each actuator independently, high-precision positioning of the magnetic head is realized.

【0021】「従来例3」図16は、特開平2001−
6305号公報に記載された磁気ディスク装置の概略図
である。
"Conventional Example 3" FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram of a magnetic disk device described in Japanese Patent No. 6305.

【0022】ヘッド移動機構F1の微動部から供給され
る位置誤差信号に基づいて、微動部を位置決めするため
の制御信号を出力データとして出力する微動コントロー
ラF24と、出力データを微動アクチュエータの可動範
囲に対した制限内になるように飽和処理するリミッタF
26と、リミッタF26の出力データと微動コントロー
ラF24からの出力データとの差に基づいて、出力デー
タを補正するためのデータを生成する減算器F27と乗
算器F28とを備えている。
A fine movement controller F24 for outputting a control signal for positioning the fine movement part as output data based on a position error signal supplied from the fine movement part of the head moving mechanism F1, and the output data is stored in the movable range of the fine movement actuator. Limiter F that saturates to be within the limits
26, a subtractor F27 and a multiplier F28 for generating data for correcting the output data based on the difference between the output data of the limiter F26 and the output data from the fine movement controller F24.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】上記の各従来例の場
合、駆動電圧が高いために微動アクチュエータを構成し
ている圧電素子がショートを起こして誤動作を招くおそ
れがある。
In each of the above-mentioned prior arts, since the driving voltage is high, the piezoelectric element constituting the fine movement actuator may be short-circuited and malfunction may occur.

【0024】従来例1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、各アクチュエータを制御駆動してヘッド
の高精度位置決めを実現している。
In Conventional Example 1, controllers are independently designed, each controller independently calculates a control amount based on a position error signal, and controls and drives each actuator to realize high-precision positioning of the head. .

【0025】従来例1では、ピエゾ方式の微動アクチュ
エータはオフセット電圧10V、指令電圧±5Vで変位
1.2μmを実現している。
In Conventional Example 1, the piezo-type fine actuator achieves a displacement of 1.2 μm with an offset voltage of 10 V and a command voltage of ± 5 V.

【0026】しかしながら、このような制御方式で、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、微動アクチュエータはトラックピッチが0.5
μm程度の場合のヘッド位置決め制御であっても、指令
電圧は±9〜11V程度となるとともに、常に10Vの
オフセット電圧が微動アクチュエータに加えられること
となる。
However, in such a control method, when the band of the fine movement actuator is increased to increase the control band, the fine movement actuator has a track pitch of 0.5.
Even in the case of head positioning control in the case of about μm, the command voltage is about ± 9 to 11 V and an offset voltage of 10 V is always applied to the fine actuator.

【0027】従来例2では、ピエゾ方式のマイクロアク
チュエータの特性が指令電圧±30Vに対して変位0.
81μmを実現しているが、図15に示すブロック図に
指令電圧を制限する部分が考慮されていない。
In the conventional example 2, the characteristics of the piezo-type microactuator are such that the displacement is 0.degree.
Although 81 μm is realized, the block diagram shown in FIG. 15 does not take into account the part that limits the command voltage.

【0028】このような微動アクチュエータと、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、微動アクチュエータはトラ
ックピッチが0.5μm程度の場合のヘッド位置決め制
御であっても、指令電圧は5V以上となる。
With such a fine movement actuator and such a control system, when the fine movement actuator is made to have a higher band to increase the control band, the fine movement actuator performs head positioning control when the track pitch is about 0.5 μm. However, the command voltage becomes 5 V or more.

【0029】従来例3では、微動アクチュエータがその
可動範囲内で制御駆動されるように、変位量が可動範囲
を超えないレベルの出力データが指令されるようなリミ
ッタを有している。しかしながら、微動アクチュエータ
の可動範囲でのリミッタであって、駆動素子の特性によ
るリミッタではない。
The prior art 3 has a limiter for instructing output data whose level of displacement does not exceed the movable range so that the fine movement actuator is controlled and driven within its movable range. However, this is a limiter in the movable range of the fine movement actuator, not a limiter based on the characteristics of the driving element.

【0030】一方、ピエゾ素子は、両側の電極によって
電圧が加えられると、その素子内の鉛成分が電気化学反
応を生じ、鉛を電極に析出する。
On the other hand, in a piezo element, when a voltage is applied to the electrodes on both sides, a lead component in the element causes an electrochemical reaction, and lead is deposited on the electrodes.

【0031】ピエゾ素子の一つに、鉛、ジルコニア、チ
タンの合金であるPZT素子がある。このPZT素子
は、実際には、PZT結晶のみからなるものではなく、
プロセス時の影響で酸化鉛、水などの不純物が必ず含ま
れる。
As one of the piezo elements, there is a PZT element which is an alloy of lead, zirconia and titanium. This PZT element is not actually composed only of a PZT crystal.
Due to the influence of the process, impurities such as lead oxide and water are always contained.

【0032】酸化鉛と水は、両端に電圧が加えられると
電気化学反応が活性化され、負電極側に鉛が沈殿するこ
とになる。この現象が進むと素子がショートして、ピエ
ゾ素子は変位を発生しなくなってしまう。
When a voltage is applied to both ends of the lead oxide and water, an electrochemical reaction is activated, and lead precipitates on the negative electrode side. When this phenomenon progresses, the element is short-circuited, and the piezo element does not generate displacement.

【0033】しかしながら、電位差が分解電圧以下で
は、この現象はほとんど発生されず、しきい値を超える
と、指数関数的に反応が加速され、電気化学反応による
腐食が発生することになり、変位特性が劣化する。そし
て、最終的にPZT素子はショートにより破壊する。
However, when the potential difference is equal to or lower than the decomposition voltage, this phenomenon hardly occurs. When the potential difference exceeds the threshold value, the reaction is exponentially accelerated, and corrosion due to an electrochemical reaction occurs. Deteriorates. And finally, the PZT element is destroyed by the short circuit.

【0034】すなわち、従来の2ステージアクチュエー
タと制御駆動方式では、トラックジャンプやトラックフ
ォローイングの場合であっても、ピエゾ素子に加えられ
る電圧が電気化学反応による腐食発生のしきい値(分解
電圧)を超えてしまい、微動アクチュエータの特性が劣
化するために位置誤差抑制特性も劣化し、2ステージア
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た。
That is, in the conventional two-stage actuator and the control driving system, even in the case of track jump or track following, the voltage applied to the piezo element is a threshold value (decomposition voltage) at which corrosion occurs due to an electrochemical reaction. And the characteristics of the fine movement actuator are deteriorated, so that the position error suppression characteristics are also deteriorated. Therefore, there is a problem that the effect of the two-stage actuator cannot be sufficiently obtained.

【0035】そこで、本発明は、前記課題に鑑み、粗動
アクチュエータと微動アクチュエータとを有する2ステ
ージアクチュエータにおいて、微動アクチュエータを構
成する圧電素子が電気化学反応による腐食のためにショ
ートを起こすことを防止し、微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)であるディスク装置の提供を目的とするもの
である。
In view of the above problem, the present invention is directed to a two-stage actuator having a coarse movement actuator and a fine movement actuator, which prevents a piezoelectric element constituting the fine movement actuator from being short-circuited due to corrosion due to an electrochemical reaction. It is another object of the present invention to provide a high-speed and high-precision positioning of the head by driving the fine movement actuator in a high-bandwidth control, thereby providing a disk device having a high recording density (high track density). .

【0036】[0036]

【課題を解決するための手段】上記した課題の解決を図
ろうとするヘッド位置決め装置についての本発明は、そ
の前提的構成として、情報の記録/再生用のディスクに
対してアクセスを行うヘッドの位置制御方式を、粗動ア
クチュエータと微動アクチュエータとの2つのアクチュ
エータで位置制御を行う2ステージアクチュエータ方式
としている。そして、前記の微動アクチュエータが圧電
素子を利用するものとなっている。本発明は、そのよう
なヘッド位置決め装置において、前記圧電素子利用の微
動アクチュエータの駆動を行うための信号レベルについ
て、前記圧電素子の特性変化が生じるしきい値以下の信
号で駆動するように構成してある。
According to the present invention, a head positioning device for solving the above-mentioned problems is provided with a head position for accessing an information recording / reproducing disk as a premise. The control method is a two-stage actuator method in which position control is performed by two actuators, a coarse movement actuator and a fine movement actuator. Further, the above-mentioned fine movement actuator uses a piezoelectric element. The present invention is configured such that in such a head positioning device, the signal level for driving the fine movement actuator using the piezoelectric element is driven by a signal equal to or less than a threshold value at which a characteristic change of the piezoelectric element occurs. It is.

【0037】本発明によれば、微動アクチュエータの構
成要素である圧電素子を駆動するのに、その駆動信号の
レベルを、圧電素子の特性変化が生じるしきい値以下に
制限するように構成してあるので、駆動信号レベルが高
いことに起因しての電気化学反応により圧電素子が腐食
して特性が劣化するといった課題を解決することがで
き、目標トラックに対するヘッドの高速高精度な位置決
めの機能を長期間にわたって持続させることができる。
それゆえに、ひいては、高記録密度(高トラック密度)
のディスク装置の実現に有効に作用する。
According to the present invention, when driving the piezoelectric element which is a component of the fine movement actuator, the level of the drive signal is limited to a threshold value or less at which the characteristic change of the piezoelectric element occurs. Therefore, it is possible to solve the problem that the piezoelectric element is corroded due to the electrochemical reaction caused by the high drive signal level and the characteristics are degraded, and the function of high-speed and high-precision positioning of the head with respect to the target track is provided. It can last for a long time.
Therefore, high recording density (high track density)
Effectively works to realize the disk device.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を総括
的に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be generally described.

【0039】本願第1の発明のヘッド位置決め装置は、
情報の記録/再生用のディスクに対してアクセスを行う
ヘッドを粗動アクチュエータと微動アクチュエータとで
位置制御する2ステージアクチュエータ方式に構成さ
れ、前記微動アクチュエータが圧電素子を利用して構成
されているヘッド位置決め装置であって、前記圧電素子
利用の微動アクチュエータの駆動信号のレベルを前記圧
電素子の特性変化が生じるしきい値以下となしてある。
The head positioning device according to the first aspect of the present invention includes:
A two-stage actuator system for controlling the position of a head for accessing an information recording / reproducing disk with a coarse actuator and a fine actuator, wherein the fine actuator is configured using a piezoelectric element In a positioning device, a level of a drive signal of a fine movement actuator using the piezoelectric element is set to be equal to or less than a threshold value at which a characteristic change of the piezoelectric element occurs.

【0040】この第1の発明による作用については、上
記の〔課題を解決するための手段〕の項で説明したのと
実質的に同様のものとなる。すなわち、駆動信号レベル
が高いことに起因しての電気化学反応により圧電素子が
腐食して特性が劣化するといった課題を解決することが
でき、目標トラックに対するヘッドの高速高精度な位置
決めの機能を長期間にわたって持続させることができ
る。
The operation according to the first aspect of the present invention is substantially the same as that described in the above section [Means for Solving the Problems]. In other words, it is possible to solve the problem that the piezoelectric element is corroded due to the electrochemical reaction caused by the high drive signal level and the characteristics are deteriorated, and the high-speed and high-precision positioning function of the head with respect to the target track is extended. Can last for a period of time.

【0041】本願第2の発明のヘッド位置決め装置は、
情報の記録/再生用のディスクに対してアクセスを行う
ヘッドを2ステージアクチュエータ方式で位置制御する
粗動アクチュエータおよび微動アクチュエータと、前記
粗動アクチュエータおよび前記微動アクチュエータを制
御する位置決め制御部とを備え、前記微動アクチュエー
タが圧電素子を利用して構成され、前記位置決め制御部
は少なくとも前記圧電素子利用の微動アクチュエータを
駆動する微動駆動部を備えて構成されているヘッド位置
決め装置であって、前記微動駆動部に対して与える駆動
信号のレベルを前記圧電素子の特性変化が生じるしきい
値以下に制限する駆動信号制限手段をさらに備えてい
る。
The head positioning device according to the second aspect of the present invention includes:
A coarse actuator and a fine actuator for controlling the position of a head for accessing the information recording / reproducing disk by a two-stage actuator system, and a positioning controller for controlling the coarse actuator and the fine actuator; The fine positioning actuator is configured using a piezoelectric element, the positioning control unit is a head positioning device configured to include at least a fine movement driving unit that drives the fine movement actuator using the piezoelectric element, the fine movement driving unit Drive signal limiting means for limiting the level of the drive signal to be applied to a threshold value or less at which the characteristic change of the piezoelectric element occurs.

【0042】この第2の発明は、上記第1の発明をさら
に限定的に記述するものである。微動駆動部は駆動電流
を供給して微動アクチュエータを駆動するが、位置決め
制御部においては、その駆動信号制限手段が、微動駆動
部に対する駆動信号のレベルを圧電素子の特性変化が生
じるしきい値以下に制限するので、駆動信号レベルが高
いことに起因して発生する圧電素子の腐食による特性劣
化の課題を解決することができ、目標トラックに対する
ヘッドの高速高精度な位置決めの機能を長期間にわたっ
て持続させることができる。
The second invention describes the first invention more restrictively. The fine movement drive unit supplies a drive current to drive the fine movement actuator, but in the positioning control unit, the drive signal limiting means sets the level of the drive signal to the fine movement drive unit to be equal to or less than a threshold at which the characteristic change of the piezoelectric element occurs. , Which solves the problem of characteristic deterioration due to corrosion of the piezoelectric element caused by a high drive signal level, and maintains the high-speed, high-precision positioning function of the head with respect to the target track for a long period of time. Can be done.

【0043】本願第3の発明のヘッド位置決め装置は、
上記第2の発明において、前記駆動信号制限手段は、前
記微動アクチュエータにおける圧電素子の電流-電圧特
性が変化し印加電圧に対して圧電素子内を流れる電流値
が指数関数的に上昇し始める電圧指令値を前記しきい値
にして、前記駆動信号を制限して出力するように構成さ
れている。これは、駆動信号制限手段において、微動駆
動部に与える駆動信号を制限する基準としてのしきい値
をどのように定めるかを記述している。
The head positioning device according to the third invention of the present application is:
In the second aspect, the drive signal limiting means may include a voltage command that changes a current-voltage characteristic of the piezoelectric element in the fine movement actuator and causes a current value flowing through the piezoelectric element to start increasing exponentially with respect to an applied voltage. The driving signal is restricted and output with the value being the threshold value. This describes how the drive signal limiting means determines a threshold as a reference for limiting the drive signal given to the fine movement drive unit.

【0044】本願第4の発明のヘッド位置決め装置は、
上記第1〜第3の発明において、さらに、前記微動アク
チュエータに対する指令駆動電圧と前記圧電素子に流れ
る電流との関係を検出する特性検査手段と、前記特性検
査手段による検出結果に基づいて前記指令駆動電圧のし
きい値を変更する制限電圧変更手段とを備えている。
A head positioning device according to a fourth aspect of the present invention is:
In the first to third inventions, further, a characteristic inspection unit for detecting a relationship between a command drive voltage for the fine movement actuator and a current flowing through the piezoelectric element, and the command drive based on a detection result by the characteristic inspection unit Limiting voltage changing means for changing the threshold value of the voltage.

【0045】この第4の発明による作用は次のとおりで
ある。すなわち、通常、圧電素子内に流れる電流は10
-7[A]のオーダー以下である。しかしながら、高温高湿
環境下などで雰囲気中の水分が素子内に入ったり、ある
いはプロセス時に水分が素子内に入っていると、分解電
圧以上で流れる電流のオーダーが100倍以上となる。
前記のしきい値である圧電素子の分解電圧は、理論的に
は物質により一定であるが、実際には酸素過電圧のばら
つきや圧電素子の組成ばらつきも含めて個体差がある。
そこで、個々の微動アクチュエータで駆動電圧のしきい
値を調整することが必要となる。特性検査手段は、指令
駆動電圧と圧電素子に流れる電流との実際上の関係を検
出し、制限電圧変更手段は特性検査手段による検出結果
に基づいて指令駆動電圧についてのしきい値を変更して
対応する。したがって、圧電素子の個体差や使用環境特
に湿度の変化にかかわらず、ヘッドアクチュエータの制
御を高精度に行うことができる。
The operation according to the fourth aspect of the invention is as follows. That is, the current flowing in the piezoelectric element is usually 10
-7 [A] or less. However, if moisture in the atmosphere enters the element in a high-temperature, high-humidity environment or the like, or moisture enters the element during processing, the order of the current flowing at a decomposition voltage or higher becomes 100 times or more.
The decomposition voltage of the piezoelectric element, which is the threshold value, is theoretically constant depending on the substance, but actually has individual differences including variations in the oxygen overvoltage and variations in the composition of the piezoelectric element.
Therefore, it is necessary to adjust the threshold value of the drive voltage with each fine movement actuator. The characteristic inspection means detects an actual relationship between the command drive voltage and the current flowing through the piezoelectric element, and the limit voltage changing means changes the threshold value for the command drive voltage based on the detection result by the characteristic inspection means. Corresponding. Therefore, control of the head actuator can be performed with high accuracy regardless of individual differences of the piezoelectric elements and changes in the use environment, particularly humidity.

【0046】本願第5の発明のヘッド位置決め装置は、
上記第1〜第3の発明において、さらに、前記微動アク
チュエータに対する指令駆動電圧がしきい値以上の場合
に指令駆動電圧値に応じて、駆動電圧が連続して出力さ
れる時間を制限する時間関数フィルタを備えている。
The head positioning device according to the fifth invention of the present application is:
In the first to third inventions, further, a time function for limiting a time during which the drive voltage is continuously output according to the command drive voltage value when the command drive voltage for the fine movement actuator is equal to or higher than a threshold value It has a filter.

【0047】この第5の発明による作用は次のとおりで
ある。すなわち、圧電素子に流れる電流は、通電時間が
長いほど大きくなる。そこで、しきい値以上の指令駆動
電圧の場合には、連続駆動出力時間を制限することが必
要になる。時間関数フィルタは、指令駆動電圧がしきい
値以上のときは、その指令駆動電圧のレベルに応じて連
続駆動電圧出力時間を制限する。したがって、指令駆動
電圧の変動にかかわらず、ヘッドアクチュエータの制御
を高精度に行うことができる。
The operation according to the fifth invention is as follows. That is, the current flowing through the piezoelectric element increases as the energization time increases. Therefore, in the case of the command drive voltage equal to or higher than the threshold, it is necessary to limit the continuous drive output time. When the command drive voltage is equal to or higher than the threshold, the time function filter limits the continuous drive voltage output time according to the level of the command drive voltage. Therefore, the head actuator can be controlled with high accuracy irrespective of the fluctuation of the command drive voltage.

【0048】本願第6の発明のヘッド位置決め装置は、
上記第2〜第5の発明において、前記駆動信号制限手段
における前記しきい値を、鉛の理論分解電圧、あるいは
鉛の理論分解電圧と鉛の酸素過電圧との和で表される分
解電圧、あるいは水の分解電圧とするものである。
A head positioning device according to a sixth aspect of the present invention includes:
In the second to fifth inventions, the threshold value in the drive signal restricting means is a decomposition voltage represented by a theoretical decomposition voltage of lead or a sum of a theoretical decomposition voltage of lead and an oxygen overvoltage of lead, or This is the water decomposition voltage.

【0049】この第6の発明による作用は次のとおりで
ある。すなわち、圧電素子がショート状態になる原因は
電極に鉛が析出することにある。そこで、原理的には、
鉛の理論分解電圧を駆動信号制限手段のしきい値に設定
することにより、鉛の析出を防止することが可能にな
る。より実際的には、電気分解が進み酸素が発生するの
は、理論分解電圧に酸素過電圧と呼ばれる電圧を加えた
レベルにおいてである。そこまでは余裕が見込める。
The operation according to the sixth aspect of the invention is as follows. That is, the cause of the short circuit of the piezoelectric element is that lead is deposited on the electrode. So, in principle,
By setting the theoretical decomposition voltage of lead to the threshold value of the drive signal limiting means, it becomes possible to prevent the precipitation of lead. More practically, the electrolysis proceeds and oxygen is generated at a level obtained by adding a voltage called an oxygen overvoltage to the theoretical decomposition voltage. Up to that point, you can afford.

【0050】本願第7の発明のヘッド位置決め装置は、
上記第1〜第6の発明において、前記微動アクチュエー
タにおける圧電素子は、鉛とジルコニアとチタンで構成
される薄膜のPZT素子であるというものである。
A head positioning device according to a seventh aspect of the present invention is:
In the first to sixth aspects, the piezoelectric element in the fine movement actuator is a thin-film PZT element made of lead, zirconia, and titanium.

【0051】この第7の発明による作用は次のとおりで
ある。すなわち、PZT素子は特性のすぐれた圧電素子
の代表例であるが、実際には、PZT結晶のみからなる
ものではなく、プロセス時の影響で酸化鉛、水などの不
純物が必ず含まれている。酸化鉛と水は、両端に電圧が
加えられると電気化学反応が活性化され、負電極側に鉛
が沈殿することになる。この現象が進むと素子がショー
トして、変位動作を行えなくなってしまう。このような
PZT素子を微動アクチュエータに用いるヘッド位置決
め装置において、本発明は最大の効果を発揮する。
The operation of the seventh aspect is as follows. That is, the PZT element is a typical example of a piezoelectric element having excellent characteristics. However, in reality, the PZT element is not only composed of the PZT crystal but always contains impurities such as lead oxide and water due to the influence of the process. When a voltage is applied to both ends of the lead oxide and water, an electrochemical reaction is activated, and lead precipitates on the negative electrode side. When this phenomenon progresses, the element is short-circuited and the displacement operation cannot be performed. In a head positioning device using such a PZT element for a fine movement actuator, the present invention exhibits the greatest effect.

【0052】上記はヘッド位置決め装置にかかわる発明
についてであったが、本願第8から第13までの発明
は、微動アクチュエータ駆動装置についてのものであ
る。一連の発明は、一般的には、粗動アクチュエータと
微動アクチュエータとを備えた2ステージアクチュエー
タ方式のヘッド位置決め装置を対象とするが、より厳密
には、粗動アクチュエータ駆動装置は除外して、微動ア
クチュエータ駆動装置への適用を本質とする。
The above description relates to the invention relating to the head positioning device. However, the eighth to thirteenth inventions relate to the fine actuator driving device. A series of inventions are generally directed to a two-stage actuator type head positioning device including a coarse movement actuator and a fine movement actuator, but more strictly exclude a coarse movement actuator driving device, and It is essentially applied to an actuator drive device.

【0053】本願第8の発明の微動アクチュエータ駆動
装置は、ヘッドの微細な位置決めを行う圧電素子を利用
した微動アクチュエータと、前記微動アクチュエータを
駆動する微動駆動部とを備えた微動アクチュエータ駆動
装置であって、前記微動駆動部に対して与える駆動信号
のレベルを前記圧電素子の特性変化が生じるしきい値以
下に制限する駆動信号制限手段をさらに備えている。こ
れの作用は、既述したとおりである。
The fine movement actuator driving apparatus according to the eighth aspect of the present invention is a fine movement actuator driving apparatus including a fine movement actuator using a piezoelectric element for finely positioning the head, and a fine movement driving section for driving the fine movement actuator. And a driving signal restricting means for restricting a level of a driving signal given to the fine movement driving unit to a threshold value or less at which a characteristic change of the piezoelectric element occurs. The operation of this is as described above.

【0054】本願第9の発明の微動アクチュエータ駆動
装置は、前記駆動信号制限手段は、前記微動アクチュエ
ータにおける圧電素子の電流-電圧特性が変化し印加電
圧に対して素子内を流れる電流値が指数関数的に上昇し
始める電圧指令値を前記しきい値にして前記駆動信号を
制限して出力するように構成されている。これの作用
は、既述したとおりである。
According to a ninth aspect of the present invention, in the fine movement actuator driving device, the drive signal limiting means changes a current-voltage characteristic of the piezoelectric element in the fine movement actuator, and a current value flowing through the element with respect to an applied voltage is an exponential function. The voltage command value that starts to rise gradually is set to the threshold value, and the drive signal is limited and output. The operation of this is as described above.

【0055】本願第10の発明の微動アクチュエータ駆
動装置は、さらに、前記微動アクチュエータに対する指
令駆動電圧と前記圧電素子に流れる電流との関係を検出
する特性検査手段と、前記特性検査手段による検出結果
に基づいて前記指令駆動電圧のしきい値を変更する制限
電圧変更手段とを備えている。これの作用は、既述した
とおりである。
The fine-movement actuator driving device according to the tenth aspect of the present invention further comprises a characteristic inspection means for detecting a relationship between a command drive voltage for the fine movement actuator and a current flowing through the piezoelectric element, and a detection result obtained by the characteristic inspection means. Limiting voltage changing means for changing a threshold value of the command drive voltage based on the threshold value. The operation of this is as described above.

【0056】本願第11の発明の微動アクチュエータ駆
動装置は、さらに、前記微動アクチュエータに対する指
令駆動電圧がしきい値以上の場合に指令駆動電圧値に応
じて、駆動電圧が連続して出力される時間を制限する時
間関数フィルタを備えている。これの作用は、既述した
とおりである。
The fine movement actuator driving device according to the eleventh aspect of the present invention further comprises a time period during which the driving voltage is continuously output according to the command driving voltage value when the command driving voltage for the fine movement actuator is equal to or higher than a threshold value. With a time function filter that limits The operation of this is as described above.

【0057】本願第12の発明の微動アクチュエータ駆
動装置は、前記駆動信号制限手段における前記しきい値
は、鉛の理論分解電圧、あるいは鉛の理論分解電圧と鉛
の酸素過電圧との和で表される分解電圧、あるいは水の
分解電圧に設定されている。これの作用は、既述したと
おりである。
According to a twelfth aspect of the present invention, the threshold value in the drive signal restricting means is represented by a theoretical decomposition voltage of lead or a sum of a theoretical decomposition voltage of lead and an oxygen overvoltage of lead. Is set to the decomposition voltage or the decomposition voltage of water. The operation of this is as described above.

【0058】本願第13の発明の微動アクチュエータ駆
動装置は、前記微動アクチュエータにおける圧電素子
は、鉛とジルコニアとチタンで構成される薄膜のPZT
素子である。これの作用は、既述したとおりである。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the fine actuator driving device, the piezoelectric element in the fine actuator is a thin film PZT made of lead, zirconia and titanium.
Element. The operation of this is as described above.

【0059】本願第14の発明はヘッド位置決め制御方
法についてのものであり、前提として、つぎの各ステッ
プを有している。すなわち、ヘッドにより再生されるデ
ィスク上のサーボ情報からのヘッド位置データと前記ヘ
ッドを目標位置に位置決めするための目標位置データと
の位置誤差を位置誤差データとするステップと、前記位
置誤差データに基づいて前記ヘッドの微動アクチュエー
タの変位量を制御する微動制御データを生成するステッ
プと、前記微動制御データに基づく信号を微動駆動信号
として前記微動アクチュエータに出力するステップと、
前記ヘッドの粗動アクチュエータあるいは前記微動アク
チュエータの変位量に対応した相対変位データを入力す
るステップと、前記相対変位データに基づいて前記粗動
アクチュエータの変位量を制御する粗動制御データを生
成するステップと、前記粗動制御データに基づく信号を
粗動駆動信号として前記粗動アクチュエータに出力する
ステップとである。このような複数ステップを含むヘッ
ド位置決め制御方法において、本発明は、さらに、前記
微動制御データに基づく信号を前記微動アクチュエータ
に出力するに当たって、前記微動アクチュエータの特性
が変化するしきい値で前記微動制御データを制限した実
微動制御データを生成し、この実微動制御データを前記
微動制御データに置き換えて出力するステップを含んで
いることを特徴とする。
The fourteenth invention of the present application relates to a head positioning control method, and has the following steps as preconditions. That is, a step of setting a position error between head position data from servo information on a disk reproduced by the head and target position data for positioning the head at a target position as position error data, and based on the position error data. Generating fine movement control data for controlling the amount of displacement of the fine movement actuator of the head, and outputting a signal based on the fine movement control data to the fine movement actuator as a fine movement drive signal;
Inputting relative displacement data corresponding to the displacement amount of the coarse movement actuator or the fine movement actuator of the head, and generating coarse movement control data for controlling the displacement amount of the coarse movement actuator based on the relative displacement data And outputting a signal based on the coarse movement control data to the coarse movement actuator as a coarse movement drive signal. In the head positioning control method including such a plurality of steps, the present invention further includes the step of outputting a signal based on the fine movement control data to the fine movement actuator, wherein the fine movement control is performed using a threshold value at which a characteristic of the fine movement actuator changes. The method is characterized in that the method includes a step of generating actual fine movement control data in which data is limited, and replacing the actual fine movement control data with the fine movement control data and outputting the data.

【0060】この発明のヘッド位置決め制御方法によれ
ば、駆動信号レベルが高いことに起因して発生する圧電
素子の腐食による特性劣化の課題を解決することがで
き、目標トラックに対するヘッドの高速高精度な位置決
めの機能を長期間にわたって持続させることができる。
それゆえに、ひいては、高記録密度(高トラック密度)
のディスク装置の実現に有効に作用する。
According to the head positioning control method of the present invention, it is possible to solve the problem of characteristic deterioration due to corrosion of a piezoelectric element caused by a high drive signal level, and to achieve high-speed and high-precision positioning of a head with respect to a target track. The positioning function can be maintained for a long period of time.
Therefore, high recording density (high track density)
Effectively works to realize the disk device.

【0061】本願第15の発明のヘッド位置決め制御方
法は、上記第14の発明において、前記実微動制御デー
タを生成するステップは、前記微動アクチュエータの変
位特性あるいは電気抵抗特性の変化を検査するステップ
と、前記特性変化に基づいて前記しきい値を変更するス
テップを有することを特徴とする。この第15の発明に
よれば、圧電素子の個体差や使用環境特に湿度の変化に
かかわらず、ヘッドアクチュエータの制御を高精度に行
うことができる。
In the head positioning control method according to a fifteenth aspect of the present invention, in the fourteenth aspect, the step of generating the actual fine movement control data includes a step of inspecting a change in a displacement characteristic or an electrical resistance characteristic of the fine movement actuator. And changing the threshold value based on the characteristic change. According to the fifteenth aspect, the head actuator can be controlled with high accuracy irrespective of individual differences between the piezoelectric elements and changes in the use environment, particularly humidity.

【0062】本願第16の発明のヘッド位置決め制御方
法は、上記第14の発明において、前記実微動制御デー
タを生成するステップは、前記微動制御データに基づい
て前記微動アクチュエータに駆動電圧を連続出力する時
間を制限するステップを有することを特徴とする。この
第16の発明によれば、指令駆動電圧の変動にかかわら
ず、ヘッドアクチュエータの制御を高精度に行うことが
できる。
In the head positioning control method according to a sixteenth aspect of the present invention, in the fourteenth aspect, the step of generating the actual fine movement control data includes continuously outputting a drive voltage to the fine movement actuator based on the fine movement control data. The method has a step of limiting time. According to the sixteenth aspect, it is possible to control the head actuator with high accuracy irrespective of the fluctuation of the command drive voltage.

【0063】本願第17の発明は、ヘッド位置決め制御
プログラムについてのものであり、上記第14〜第16
の発明のヘッド位置決め制御方法を実行させるようにプ
ログラミングされたものである。
The seventeenth invention of the present application relates to a head positioning control program, and includes the fourteenth to sixteenth aspects.
It is programmed to execute the head positioning control method of the invention of the invention.

【0064】本願第18の発明はディスク装置について
のものであり、上記第17の発明のヘッド位置決め制御
プログラムを具備している。
The eighteenth invention of the present application relates to a disk drive, and comprises the head positioning control program of the seventeenth invention.

【0065】(具体的な実施の形態)以下、本発明にか
かわるヘッド位置決め装置の具体的な実施の形態を図面
に基づいて説明する。
(Specific Embodiment) Hereinafter, a specific embodiment of a head positioning device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0066】(実施の形態1)本発明の実施の形態1の
ヘッド位置決め装置およびそのヘッド位置決め装置が搭
載されている磁気ディスク装置について、図1〜図9を
用いて説明する。
(Embodiment 1) A head positioning apparatus according to Embodiment 1 of the present invention and a magnetic disk drive on which the head positioning apparatus is mounted will be described with reference to FIGS.

【0067】[図1の説明]図1は、本発明の実施の形態
1のヘッド位置決め装置を含む磁気ディスク装置の概略
構成図である。
[Description of FIG. 1] FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnetic disk device including a head positioning device according to the first embodiment of the present invention.

【0068】図1において、符号の1は磁気ディスク、
2は記録ヘッドと再生ヘッドとからなる複合型磁気ヘッ
ド(以下、磁気ヘッドと称する。)、3はヘッドスライ
ダ、4はヘッド支持機構、5は位置決め機構、51はボ
イスコイルモータ(VCM)で構成された粗動アクチュ
エータ、52は圧電素子(ピエゾ素子、PZT素子)を
含むマイクロアクチュエータ(MA)で構成された微動
アクチュエータ、6は位置決め制御部、60はヘッド位
置検出部、61は相対位置推定検出部、62は微動制御
部、63は粗動制御部、64は微動駆動部、65は粗動
駆動部、66は本発明の特徴としての駆動信号制限手段
である。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a magnetic disk,
Reference numeral 2 denotes a composite magnetic head (hereinafter, referred to as a magnetic head) including a recording head and a reproducing head, 3 a head slider, 4 a head support mechanism, 5 a positioning mechanism, and 51 a voice coil motor (VCM). Coarse movement actuator 52, a fine movement actuator 52 composed of a microactuator (MA) including a piezoelectric element (piezo element, PZT element), 6 a positioning control section, 60 a head position detection section, 61 a relative position estimation detection , 62 is a fine movement control section, 63 is a coarse movement control section, 64 is a fine movement drive section, 65 is a coarse movement drive section, and 66 is a drive signal limiting means as a feature of the present invention.

【0069】ここで、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、ヘッドスライダ3に搭載されている。
Here, the magnetic head 2 comprises a reproducing head which is a GMR head to which the magnetoresistance effect is applied and a recording head which is an inductive magnetic head, and is mounted on the head slider 3.

【0070】また、ヘッド支持機構4は、ヘッドスライ
ダ3を支持することを介して磁気ヘッド2を磁気ディス
ク1に対向して支持している。粗動アクチュエータ51
が回転軸を中心としてヘッド支持機構4を駆動すること
により、磁気ヘッド2を微動アクチュエータ52ととも
に移動させる。また、微動アクチュエータ52は、ヘッ
ド支持機構4とヘッドスライダ3の間に配置され、ヘッ
ドスライダ3を駆動して、磁気ヘッド2を磁気ディスク
1の任意の位置に位置決めする。
The head support mechanism 4 supports the magnetic head 2 so as to face the magnetic disk 1 via supporting the head slider 3. Coarse motion actuator 51
Drives the head support mechanism 4 about the rotation axis, thereby moving the magnetic head 2 together with the fine movement actuator 52. The fine movement actuator 52 is disposed between the head support mechanism 4 and the head slider 3 and drives the head slider 3 to position the magnetic head 2 at an arbitrary position on the magnetic disk 1.

【0071】[図2と図3と図4の説明]図2は、図1に
示す磁気ディスク装置のサーボ系のブロック図であり、
図3は微動制御部と相対位置推定検出部におけるMA状
態推定器との関係を示す詳細ブロック図、図4は粗動制
御部と相対位置推定検出部におけるVCM状態推定器と
の関係を示す詳細ブロック図である。
[Description of FIGS. 2, 3 and 4] FIG. 2 is a block diagram of the servo system of the magnetic disk drive shown in FIG.
FIG. 3 is a detailed block diagram showing the relationship between the fine movement control unit and the MA state estimator in the relative position estimation detection unit. FIG. 4 is a detailed diagram showing the relationship between the coarse movement control unit and the VCM state estimator in the relative position estimation detection unit. It is a block diagram.

【0072】次に、磁気ディスク装置におけるヘッド位
置決め装置を含むサーボ系の動作シーケンスを説明す
る。
Next, the operation sequence of the servo system including the head positioning device in the magnetic disk drive will be described.

【0073】磁気ヘッド2は、粗動アクチュエータ51
と微動アクチュエータ52とからなる2ステージアクチ
ュエータによって磁気ディスク1上を移動される。磁気
ヘッド2は、磁気ディスク1に書き込まれた位置情報と
してのサーボパターンを検出し、検出信号をヘッド位置
検出部60に送る。ヘッド位置検出部60は、磁気ヘッ
ド2による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して、磁気ヘッド2の現在位置を
表す位置信号Pheadを微動制御部62と相対位置推定検
出部61に出力する。
The magnetic head 2 includes a coarse actuator 51
The magnetic disk 1 is moved on the magnetic disk 1 by a two-stage actuator composed of an actuator 52 and a fine movement actuator 52. The magnetic head 2 detects a servo pattern as position information written on the magnetic disk 1 and sends a detection signal to the head position detection unit 60. The head position detection unit 60 detects the track position and the inter-track position of the magnetic head 2 from the detection signal from the magnetic head 2, and outputs a position signal Phead representing the current position of the magnetic head 2 to the fine movement control unit 62 for relative position estimation detection. Output to the unit 61.

【0074】微動アクチュエータ52の制御系は、減算
器62Sと、微動制御部62と、微動アクチュエータ5
2の状態推定部である相対位置推定検出部61における
MA状態推定器612とで構成されている。
The control system of the fine movement actuator 52 includes a subtractor 62S, a fine movement control unit 62, and a fine movement actuator 5
And a MA state estimator 612 in the relative position estimation detector 61 which is a second state estimator.

【0075】ヘッド位置検出部60から微動制御部62
に与えられるヘッド位置信号Pheadは、微動制御部62
に入力される前に、減算器62Sに入力され、減算器6
2Sにおいて目標位置信号Rとヘッド位置信号Pheadと
の差分が取られ、位置誤差信号Peが微動制御部62に
与えられる。
From the head position detecting section 60 to the fine movement controlling section 62
Is supplied to the fine movement control unit 62.
Before being input to the subtractor 62S,
In 2S, the difference between the target position signal R and the head position signal Phead is obtained, and the position error signal Pe is given to the fine movement control unit 62.

【0076】相対位置推定検出部61は、VCMからな
る粗動アクチュエータ51とMAからなる微動アクチュ
エータ52との数式モデルとして構成されている。すな
わち、相対位置推定検出部61は、VCM状態推定器6
13とMA状態推定器612とを備えている。
The relative position estimation detecting section 61 is constructed as a mathematical model of a coarse actuator 51 composed of VCM and a fine actuator 52 composed of MA. That is, the relative position estimation detection unit 61 uses the VCM state estimator 6
13 and an MA state estimator 612.

【0077】ヘッド位置検出部60からのヘッド位置信
号Pheadは、相対位置推定検出部61におけるMA状態
推定器612およびVCM状態推定器613にも入力さ
れる。MA状態推定器612は、入力したヘッド位置信
号Pheadに基づいて、磁気ヘッド2の移動速度および磁
気ヘッド2に加わる外乱(力外乱、位置外乱)量を推定
し、推定ヘッド移動速度信号Ve2および推定外乱量信号
Fe2を生成して、微動制御部62にフィードバック的に
与える。なお、フィードフォワード的に与えるように構
成してもよい。
The head position signal Phead from the head position detector 60 is also input to the MA state estimator 612 and the VCM state estimator 613 in the relative position estimator 61. The MA state estimator 612 estimates the moving speed of the magnetic head 2 and the amount of disturbance (force disturbance, position disturbance) applied to the magnetic head 2 based on the input head position signal Phead, and estimates the estimated head moving speed signal Ve2 and The disturbance amount signal Fe2 is generated and fed to the fine movement control unit 62 in a feedback manner. In addition, you may comprise so that feed-forward may be provided.

【0078】MA状態推定器612へは2つの信号が入
力される。1つは微動制御部62からの制御量信号C2
であり、もう1つがMA状態推定器612の推定誤差を
低減するための補償信号Pee′である。
Two signals are input to MA state estimator 612. One is a control amount signal C2 from the fine movement control unit 62.
The other is a compensation signal Pee 'for reducing the estimation error of the MA state estimator 612.

【0079】MA状態推定器612は、微動アクチュエ
ータ52による推定ヘッド位置信号Xe2、推定ヘッド
移動速度信号Ve2および推定外乱量信号Fe2を演算し、
推定ヘッド移動速度信号Ve2と推定外乱量信号Fe2を微
動制御部62へ出力するとともに、推定ヘッド位置信号
Xe2を加算器61Aへ出力する。
The MA state estimator 612 calculates the estimated head position signal Xe2, the estimated head moving speed signal Ve2, and the estimated disturbance amount signal Fe2 by the fine movement actuator 52,
The estimated head moving speed signal Ve2 and the estimated disturbance amount signal Fe2 are output to the fine movement control unit 62, and the estimated head position signal Xe2 is output to the adder 61A.

【0080】加算器61Aは、微動アクチュエータ52
による推定ヘッド位置信号Xe2と粗動アクチュエータ5
1による推定ヘッド位置信号Xe3とを加算して、微動ア
クチュエータ52と粗動アクチュエータ51による総合
推定ヘッド位置信号Xeを演算し、減算器61Sへ出力
している。
The adder 61 A is provided with a fine movement actuator 52.
Head position signal Xe2 and coarse actuator 5
1 is added to the estimated head position signal Xe3, and a total estimated head position signal Xe by the fine movement actuator 52 and the coarse movement actuator 51 is calculated and output to the subtractor 61S.

【0081】減算器61Sにおいて、ヘッド位置検出部
60からのヘッド位置信号Pheadから総合推定ヘッド位
置信号Xeを減算した推定位置誤差信号Peeを生成す
る。この推定位置誤差信号PeeにMA状態推定部ゲイン
612gを乗算したものが補償信号Pee′である。
In the subtracter 61S, an estimated position error signal Pee is generated by subtracting the total estimated head position signal Xe from the head position signal Phead from the head position detector 60. The compensation signal Pee 'is obtained by multiplying the estimated position error signal Pee by the MA state estimator gain 612g.

【0082】微動制御部62において、位置誤差信号P
e、推定ヘッド移動速度信号Ve2および推定外乱量信号
Fe2は、それぞれに位置誤差フィードバックゲイン62
1、速度フィードバックゲイン622、外乱量フィード
フォワードゲイン623が乗算された後、加算器62A
で加算されて位置誤差信号Peを小さくするような制御
量信号C2が演算される。
In fine movement control section 62, position error signal P
e, the estimated head moving speed signal Ve2 and the estimated disturbance amount signal Fe2
1, after multiplication by the velocity feedback gain 622 and the disturbance amount feedforward gain 623, the adder 62A
Is calculated to reduce the position error signal Pe.

【0083】微動制御部62は、入力した位置誤差信号
Pe、推定ヘッド移動速度信号Ve2および推定外乱量信
号Fe2に基づいて制御量信号C2を演算し、駆動信号制
限手段66およびMA状態推定器612に出力する。
The fine movement control section 62 calculates the control amount signal C2 based on the input position error signal Pe, estimated head moving speed signal Ve2 and estimated disturbance amount signal Fe2, and outputs the drive signal limiting means 66 and the MA state estimator 612. Output to

【0084】なお、微動制御部62は、入力した位置誤
差信号Peに対して、比例微分器(位相進み補償器)と
積分器の各係数を乗じて制御量信号C2を生成するよう
に構成してもよい。
The fine movement control section 62 is configured to generate a control amount signal C2 by multiplying the input position error signal Pe by coefficients of a proportional differentiator (phase lead compensator) and an integrator. You may.

【0085】微動制御部62が出力した制御量信号C2
を直接に微動駆動部64に与えるのではなく、その前に
駆動信号制限手段66に与える。微動アクチュエータ5
2を構成する圧電素子(PZT素子)の特性変化が生じ
るしきい値以下で微動アクチュエータ52を駆動するよ
うに制御量信号C2のレベルを制限し、制限制御量信号
C2′を生成して微動駆動部64に出力する。制限制御
量信号C2′を入力した微動駆動部64は、駆動信号u2
を生成して微動アクチュエータ52に出力し、微動アク
チュエータ52を制御駆動する。
Control amount signal C 2 output from fine movement control section 62
Is not directly applied to the fine movement drive unit 64 but to the drive signal limiting means 66 before that. Fine actuator 5
The level of the control amount signal C2 is limited so as to drive the fine movement actuator 52 below the threshold value at which the characteristic change of the piezoelectric element (PZT element) forming the second element 2 occurs, and the limited control amount signal C2 'is generated to perform the fine movement Output to the unit 64. The fine movement drive unit 64 to which the limited control amount signal C2 'has been input receives the drive signal u2
Is generated and output to the fine movement actuator 52 to control and drive the fine movement actuator 52.

【0086】一方、粗動アクチュエータ51の制御系
は、減算器63Sと、粗動制御部63と、粗動アクチュ
エータ51の状態推定部である相対位置推定検出部61
におけるVCM状態推定器613とで構成されている。
On the other hand, the control system of the coarse actuator 51 includes a subtractor 63S, a coarse motion controller 63, and a relative position estimation detector 61 which is a state estimator of the coarse actuator 51.
And a VCM state estimator 613.

【0087】相対位置推定検出部61におけるVCM状
態推定器613は、ヘッド位置検出部60から入力した
ヘッド位置信号Pheadに基づいて磁気ヘッド2の現在位
置を推定し、推定ヘッド位置信号Xe3を粗動制御部63
に対して出力する。
The VCM state estimator 613 in the relative position estimation / detection unit 61 estimates the current position of the magnetic head 2 based on the head position signal Phead input from the head position detection unit 60, and coarsely estimates the estimated head position signal Xe3. Control unit 63
Output to

【0088】VCM状態推定器613から粗動制御部6
3に与えられる推定ヘッド位置信号Xe3は、粗動制御部
63に入力される前に、減算器63Sに入力され、減算
器63Sにおいて目標位置信号Rと推定ヘッド位置信号
Xe3との差分が取られ、推定位置誤差信号Pevcmが粗動
制御部63に与えられる。
The coarse motion controller 6 from the VCM state estimator 613
3 is input to the subtractor 63S before being input to the coarse movement controller 63, and the subtractor 63S calculates the difference between the target position signal R and the estimated head position signal Xe3. , The estimated position error signal Pevcm is supplied to the coarse movement control unit 63.

【0089】相対位置推定検出部61におけるVCM状
態推定器613は、ヘッド位置検出部60から入力した
ヘッド位置信号Pheadに基づいて、磁気ヘッド2の移動
速度および磁気ヘッド2に加わる外乱(力外乱、位置外
乱)量を推定し、推定ヘッド移動速度信号Ve3および推
定外乱量信号Fe3を生成して、粗動制御部63にフィー
ドバック的に与える。なお、フィードフォワード的に与
えるように構成してもよい。
The VCM state estimator 613 in the relative position estimating / detecting section 61 receives the moving speed of the magnetic head 2 and the disturbance (force disturbance, force disturbance) applied to the magnetic head 2 based on the head position signal Phead input from the head position detecting section 60. A position disturbance) amount is estimated, an estimated head moving speed signal Ve3 and an estimated disturbance amount signal Fe3 are generated, and are fed back to the coarse movement control unit 63. In addition, you may comprise so that feed-forward may be provided.

【0090】VCM状態推定器613へは2つの信号が
入力される。1つは粗動制御部63からの制御量信号C
3であり、もう1つがVCM状態推定器613の推定誤
差を低減するための補償信号Pee″である。
Two signals are input to VCM state estimator 613. One is the control amount signal C from the coarse movement control unit 63.
3, and the other is a compensation signal Pee ″ for reducing the estimation error of the VCM state estimator 613.

【0091】VCM状態推定器613は、粗動アクチュ
エータ51による推定ヘッド位置信号Xe3、推定ヘッ
ド移動速度信号Ve3および推定外乱量信号Fe3を演算
し、推定ヘッド移動速度信号Ve3と推定外乱量信号Fe3
を粗動制御部63へ出力するとともに、推定ヘッド位置
信号Xe3を加算器61Aへ出力する。
The VCM state estimator 613 calculates the estimated head position signal Xe3, estimated head moving speed signal Ve3, and estimated disturbance amount signal Fe3 from the coarse actuator 51, and calculates the estimated head moving speed signal Ve3 and the estimated disturbance amount signal Fe3.
Is output to the coarse movement control unit 63, and the estimated head position signal Xe3 is output to the adder 61A.

【0092】加算器61Aでの動作は前述の通りであ
る。すなわち、微動アクチュエータ52による推定ヘッ
ド位置信号Xe2と粗動アクチュエータ51による推定ヘ
ッド位置信号Xe3とを加算して、微動アクチュエータ5
2と粗動アクチュエータ51による総合推定ヘッド位置
信号Xeを演算し、減算器61Sへ出力している。
The operation of the adder 61A is as described above. That is, the estimated head position signal Xe2 from the fine actuator 52 and the estimated head position signal Xe3 from the coarse actuator 51 are added, and the fine actuator 5
2 and a coarse motion actuator 51 to calculate an overall estimated head position signal Xe and output it to a subtractor 61S.

【0093】減算器61Sでの動作も前述の通りであ
る。すなわち、ヘッド位置検出部60からのヘッド位置
信号Pheadから総合推定ヘッド位置信号Xeを減算した
推定位置誤差信号Peeを生成する。この推定位置誤差信
号PeeにVCM状態推定部ゲイン613gを乗算したも
のが補償信号Pee″である。
The operation of the subtractor 61S is as described above. That is, an estimated position error signal Pee is generated by subtracting the total estimated head position signal Xe from the head position signal Phead from the head position detection unit 60. The compensation signal Pee ″ is obtained by multiplying the estimated position error signal Pee by the gain 613 g of the VCM state estimation unit.

【0094】微粗動制御部63において、推定位置誤差
信号Pevcm、推定ヘッド移動速度信号Ve3および推定
外乱量信号Fe3は、それぞれに位置誤差フィードバッ
クゲイン631、速度フィードバックゲイン632、外
乱量フィードフォワードゲイン633が乗算された後、
加算器63Aで加算されて推定位置誤差信号Pevcmを小
さくするような制御量信号C3が演算される。
In the fine / coarse movement controller 63, the estimated position error signal Pevcm, the estimated head moving speed signal Ve3 and the estimated disturbance amount signal Fe3 are respectively converted into a position error feedback gain 631, a speed feedback gain 632, and a disturbance amount feedforward gain 633. Is multiplied,
A control amount signal C3 that is added by the adder 63A to reduce the estimated position error signal Pevcm is calculated.

【0095】粗動制御部63は、入力した推定位置誤差
信号Pevcm、推定ヘッド移動速度信号Ve3および推定外
乱量信号Fe3に基づいて制御量信号C3を演算し、粗動
駆動部65およびVCM状態推定器613に出力する。
The coarse movement control unit 63 calculates a control amount signal C3 based on the input estimated position error signal Pevcm, the estimated head moving speed signal Ve3, and the estimated disturbance amount signal Fe3, and calculates the coarse movement drive unit 65 and the VCM state estimation. Output to the unit 613.

【0096】なお、粗動制御部63は、入力した推定位
置誤差信号Pevcmに対して、比例微分器(位相進み
補償器)と積分器の各係数を乗じて制御量信号C3を生
成するように構成してもよい。
The coarse motion controller 63 multiplies the input estimated position error signal Pevcm by the respective coefficients of a proportional differentiator (phase lead compensator) and an integrator to generate a control amount signal C3. You may comprise.

【0097】制御量信号C3を入力した粗動駆動部65
は、駆動信号u3を生成して粗動アクチュエータ51に
出力し、粗動アクチュエータ51を制御駆動する。
Coarse drive section 65 to which control amount signal C3 has been input.
Generates a drive signal u3 and outputs it to the coarse actuator 51 to control and drive the coarse actuator 51.

【0098】以上が、各アクチュエータ制御系の動作シ
ーケンスである。
The above is the operation sequence of each actuator control system.

【0099】[図5の説明]図5は、マイクロアクチュエ
ータ(MA)からなる微動アクチュエータ52の構成図
である。
[Description of FIG. 5] FIG. 5 is a configuration diagram of the fine movement actuator 52 composed of a micro actuator (MA).

【0100】ここで微動アクチュエータ52は圧電素子
アクチュエータである。2つの圧電素子はプッシュプル
で駆動され、圧電素子のひずみ量が、拡大機構によって
磁気ヘッドの変位量に変換される構成である。
Here, the fine movement actuator 52 is a piezoelectric element actuator. The two piezoelectric elements are driven by push-pull, and the amount of distortion of the piezoelectric elements is converted into the amount of displacement of the magnetic head by an enlargement mechanism.

【0101】微動アクチュエータ(圧電素子アクチュエ
ータ)52は、一対のアクチュエータ片からなり、それ
ぞれのアクチュエータ片は、上側電極521と圧電素子
522と下側電極523とで構成されている。
The fine movement actuator (piezoelectric element actuator) 52 is composed of a pair of actuator pieces, each of which comprises an upper electrode 521, a piezoelectric element 522, and a lower electrode 523.

【0102】[図6〜図8の説明]次に、圧電素子の電気
化学反応による腐食について、圧電素子がPZT素子の
場合を例に説明する。
[Explanation of FIGS. 6 to 8] Next, corrosion of a piezoelectric element due to an electrochemical reaction will be described with reference to a case where the piezoelectric element is a PZT element.

【0103】PZT素子は代表的なセラミック圧電材料
の1つであり、化学記号は、 Pb(Zr,Ti)O3 …………………………………………………(1) で表される。このPZT素子は、一般には粉体製造と焼
成工程により焼結化することで製造される。また、薄膜
のPZT素子はゾル−ゲル法やCVD法(化学的気相成
長)、スパッタリングなどにより成膜されている。
The PZT element is one of the typical ceramic piezoelectric materials, and the chemical symbol is Pb (Zr, Ti) O 3 ...... 1) It is represented by This PZT element is generally manufactured by sintering in a powder manufacturing and firing step. Further, the thin PZT element is formed by a sol-gel method, a CVD method (chemical vapor deposition), sputtering, or the like.

【0104】PZT薄膜の例としては組成式で {Pb(Zr0.53Ti0.47)}0.8+(PbO)0.2 ……………(2) などがある。これは、Zr:Tiの比が53:47で、
PbOが20%過剰に含まれている素子である。
Examples of the PZT thin film include {Pb (Zr 0.53 Ti 0.47 )} 0.8 + (PbO) 0.2 in the composition formula (2). This is because the Zr: Ti ratio is 53:47,
The element contains PbO in an excess of 20%.

【0105】この酸化鉛PbOは、プロセス時に素子中
に入る水分、あるいは動作時において雰囲気中から素子
内に入りこむ水分によって電気化学反応が発生する。酸
化鉛PbOの化学反応は次の通りである。
The lead oxide PbO causes an electrochemical reaction due to moisture entering the device during processing or moisture entering the device from the atmosphere during operation. The chemical reaction of lead oxide PbO is as follows.

【0106】PZT素子内の水素イオン指数PH:PH
>9のとき PbO+H2O→H++HPbO2 - ………………………………(3) PH<9のとき PbO+H2O→Pb2++2OH- ……………………………………(4) よって、図6に示すように、酸化鉛PbOは、PH=9
近傍で最も安定であり、酸性になるにつれ、鉛イオンP
2+が発生する。
The hydrogen ion exponent PH in the PZT element: PH
> Time of 9 PbO + H 2 O → H + + HPbO 2 - .................................... (3) PH <9 when PbO + H 2 O → Pb 2+ + 2OH - ........................ (4) Therefore, as shown in FIG. 6, lead oxide PbO has PH = 9.
It is most stable in the vicinity, and as it becomes acidic, lead ions P
b 2+ occurs.

【0107】すなわち、PZT素子内の酸化鉛PbOは
素子内に入った水分と反応して鉛イオンとなる。
That is, the lead oxide PbO in the PZT element reacts with the water entering the element to become lead ions.

【0108】図7はPZT素子に電圧が加えられた場合
におけるPZT素子内で発生する電気分解(電気化学反
応)を示す概略図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing electrolysis (electrochemical reaction) occurring in the PZT element when a voltage is applied to the PZT element.

【0109】図7において、PZT素子の両側にPt電
極が配置され、電圧が加えられる。この場合の正極側、
負極側における鉛の析出を含む電気化学反応は次のよう
な化学式で表される。
In FIG. 7, Pt electrodes are arranged on both sides of the PZT element, and a voltage is applied. In this case, the positive electrode side,
The electrochemical reaction including the precipitation of lead on the negative electrode side is represented by the following chemical formula.

【0110】 正極側 4OH-→2H2O+O2+4e …………………………………………(5) 負極側 Pb2++2e→Pb ……………………………………………………(6) 式(5)より、正極側では水酸化イオンから水と酸素が
発生し、式(6)より、負極側には鉛が析出することに
なる。この反応をまとめると次のようになる。
[0110] the positive side 4OH - → 2H 2 O + O 2 + 4e ................................................ (5) the negative Pb 2+ + 2e → Pb .............................. (6) From formula (5), water and oxygen are generated from hydroxide ions on the positive electrode side, and lead is precipitated on the negative electrode side from formula (6). . This reaction is summarized as follows.

【0111】 2Pb2++4OH-→2Pb+2H2O+O2 ………………………(7) すなわち、PZT素子に電圧を加えて微動アクチュエー
タ52を駆動することによって鉛が電極に析出して、最
終的には正負の電極が鉛によってショート(短絡)して
しまう可能性があることになる。
2Pb 2+ + 4OH → 2Pb + 2H 2 O + O 2 (7) That is, by applying a voltage to the PZT element to drive the fine movement actuator 52, lead is deposited on the electrode. Eventually, the positive and negative electrodes may be short-circuited by the lead.

【0112】また、PZT素子内の鉛Pb成分も電圧が
加えられることによる水の電気分解によって、鉛イオン
となる。
Further, the lead Pb component in the PZT element is also converted into lead ions by electrolysis of water when a voltage is applied.

【0113】水の電気分解(電気化学反応)は次のよう
になる。
The electrolysis of water (electrochemical reaction) is as follows.

【0114】 正極側 2H2O→O2+4H++4e ……………………………………………(8) 負極側 2H++2e→H2 ………………………………………………(9) 正極側では酸素が発生し、負極側には水素イオンが引き
付けられ、水素が発生する。ここで、負極近傍ではPZ
T素子内の鉛が水素に比べてイオン化傾向が高いため
に、以下のような化学反応が発生する。
Positive electrode side 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e ……………………… (8) Negative electrode side 2H + + 2e → H 2 …………… (9) Oxygen is generated on the positive electrode side, and hydrogen ions are attracted to the negative electrode side to generate hydrogen. Here, PZ near the negative electrode
Since lead in the T element has a higher ionization tendency than hydrogen, the following chemical reaction occurs.

【0115】 Pb+2H+→Pb2++H2 ……………………………………(10) Pb2++2e→Pb ……………………………………………(11) すなわち、水の電気分解で発生した水素イオンによって
鉛がイオン化し、さらにはその鉛イオンが負極電極に析
出することになる。
Pb + 2H + → Pb 2+ + H 2 (10) Pb 2+ + 2e → Pb ………………………………… (11) That is, lead is ionized by hydrogen ions generated by electrolysis of water, and the lead ions are further deposited on the negative electrode.

【0116】しかしながら、鉛の析出や電気分解などの
化学反応は、ある電圧のしきい値を超えて急激に反応が
加速されるという特徴がある。
However, chemical reactions such as lead deposition and electrolysis have the characteristic that the reaction is rapidly accelerated beyond a certain voltage threshold.

【0117】図8は鉛が析出する電気化学反応における
加えられる電圧(電位差)とPZT素子に流れる電流と
の関係を表した図である。図8より、電位差V1以上で
反応が進み、電気分解に比例して素子内を流れる電流が
大きくなっていく。この反応が進み出す電位は理論分解
電圧と呼ばれる。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the applied voltage (potential difference) and the current flowing through the PZT element in the electrochemical reaction in which lead is deposited. As shown in FIG. 8, the reaction proceeds at the potential difference V1 or more, and the current flowing in the element increases in proportion to the electrolysis. The potential at which this reaction proceeds is called the theoretical decomposition voltage.

【0118】理論分解電圧は式(5)と式(6)の反応
で0.572Vであり、式(8)と式(9)の反応で
1.229Vである。
The theoretical decomposition voltage is 0.572 V in the reaction of the equations (5) and (6) and 1.229 V in the reaction of the equations (8) and (9).

【0119】また、実際に電気分解が進み酸素が発生す
るためには理論電圧に酸素過電圧と呼ばれる電圧を加え
る必要がある。すなわち、理論分解電圧に酸素過電圧を
加えた電圧を加えて、電気化学反応は進むことになる。
この酸素過電圧は0.37〜0.47V程度である。
Further, in order for the electrolysis to actually proceed and oxygen to be generated, it is necessary to add a voltage called an oxygen overvoltage to the theoretical voltage. That is, the electrochemical reaction proceeds by applying a voltage obtained by adding the oxygen overvoltage to the theoretical decomposition voltage.
This oxygen overvoltage is about 0.37 to 0.47V.

【0120】言いかえると、PZT素子に電圧を加えて
マイクロアクチュエータである微動アクチュエータを制
御駆動する場合、式(5)と式(6)の反応が進行する
電圧値は、 0.527V+(0.37〜0.47V)≒0.9〜
1.0V となる。また、式(8)と式(9)の反応が進行する電
圧値は、 1.229V+(0.37〜0.47V)≒1.6〜
1.7V となる。
In other words, when a voltage is applied to the PZT element to control and drive the fine actuator, which is a microactuator, the voltage at which the reaction of equations (5) and (6) proceeds is 0.527 V + (0. 37 ~ 0.47V) ≒ 0.9 ~
1.0V. The voltage at which the reaction of Equations (8) and (9) proceeds is 1.229 V + (0.37 to 0.47 V) ≒ 1.6 to
It becomes 1.7V.

【0121】すなわち、1V以下では、鉛の析出する電
気化学反応はほとんど進行しない。また、雰囲気環境の
影響も約1.7V以下であれば、水の電気分解によって
加速されて鉛の析出する電気化学反応はほとんど進行し
ない。
That is, when the voltage is 1 V or less, the electrochemical reaction for depositing lead hardly proceeds. In addition, if the influence of the atmosphere environment is about 1.7 V or less, the electrochemical reaction for accelerating the electrolysis of water and depositing lead hardly proceeds.

【0122】本実施の形態のような微動アクチュエータ
の場合、ヘッドの位置によって電極の正負がたえず変化
するため、両側の電極に鉛Pbが析出することになる。
PZT素子は、その厚みが薄いため、析出した鉛Pbに
よってショート(短絡)が発生し、その結果として、P
ZT素子が破壊されるおそれがある。
In the case of the fine movement actuator according to the present embodiment, since the polarity of the electrode constantly changes depending on the position of the head, lead Pb is deposited on the electrodes on both sides.
Since the PZT element has a small thickness, a short-circuit (short-circuit) occurs due to the precipitated lead Pb.
The ZT element may be destroyed.

【0123】しかしながら、上述したように鉛Pbと水
の化学反応も水の電気分解と定性的には同じで、分解反
応の発生しない(加速されない)しきい値電圧が存在す
る。
However, as described above, the chemical reaction of lead Pb and water is qualitatively the same as the electrolysis of water, and there is a threshold voltage at which no decomposition reaction occurs (is not accelerated).

【0124】言いかえれば、実用上、PZT素子として
の特性が保証される鉛Pbの析出量、化学反応速度の範
囲内となるしきい値電圧が存在することになる。
In other words, in practice, there is a threshold voltage that falls within the range of the amount of lead Pb deposited and the chemical reaction rate that guarantee the characteristics as a PZT element.

【0125】本実施の形態では、駆動信号制限手段66
により上記のしきい値(分解電圧)以下あるいはその近
傍以下において、PZT素子で構成される微動アクチュ
エータ52を駆動制御する。
In this embodiment, the drive signal limiting means 66
Thus, the drive of the fine movement actuator 52 composed of the PZT element is controlled at or below the threshold (resolved voltage) or below.

【0126】次に、図9に本実施の形態における1実施
例のシミュレーション結果を示す。
Next, FIG. 9 shows a simulation result of one example of the present embodiment.

【0127】シミュレーション条件は、次の通りであ
る。
The simulation conditions are as follows.

【0128】回転数:12000r/min トラック密度:45000track/inch トラックピッチ:0.56μm サンプリング周波数:20kHz サーボ帯域:1.5kHz 駆動信号制限手段のしきい値:1.2V 図9(a)〜(d)は本実施例の条件で、マイクロアク
チュエータのサーボループに駆動信号制限手段66を有
する場合のシミュレーション実験結果である。
Rotation speed: 12000 r / min Track density: 45000 track / inch Track pitch: 0.56 μm Sampling frequency: 20 kHz Servo band: 1.5 kHz Threshold value of drive signal limiting means: 1.2 V FIGS. d) is a simulation experiment result in the case where the servo loop of the microactuator has the drive signal limiting means 66 under the conditions of the present embodiment.

【0129】図9(a)と図9(b)がトラックジャン
プ時のシミュレーション結果であり、図9(a)はヘッ
ド位置(位置誤差)を示し、図9(b)がそのときの微
動アクチュエータ52の駆動電圧を示す。また、図9
(c)と図9(d)はトラックフォローイング時のシミ
ュレーション結果であり、図9(c)がヘッド位置(位
置誤差)を示し、図9(d)がそのときの微動アクチュ
エータ52の駆動電圧を示す。
FIGS. 9A and 9B show simulation results at the time of a track jump. FIG. 9A shows a head position (position error), and FIG. 9B shows a fine movement actuator at that time. 52 shows the drive voltage of the reference numeral 52. FIG.
FIGS. 9C and 9D show simulation results at the time of track following. FIG. 9C shows the head position (position error), and FIG. 9D shows the driving voltage of the fine movement actuator 52 at that time. Is shown.

【0130】シミュレーション結果より、本実施の形態
の磁気ディスク装置においては、トラックジャンプの場
合、ヘッドの位置誤差がゼロに収束するとき、微動アク
チュエータ52の変位もゼロに収束し、図9(b)より
微動アクチュエータ52の駆動電圧は、3.6Vをしき
い値に設定した場合で0.4msecの間3.6Vが印
加されるが、それ以降は低下し、0.7msec以降は
1V以下となる。
According to the simulation results, in the magnetic disk drive of this embodiment, when the position error of the head converges to zero in the case of a track jump, the displacement of the fine movement actuator 52 also converges to zero, and FIG. When the threshold voltage is set to 3.6 V, 3.6 V is applied to the fine movement actuator 52 for a duration of 0.4 msec. However, the drive voltage drops thereafter and becomes 1 V or less after 0.7 msec. .

【0131】また、トラックフォローイングの場合、位
置誤差がトラックピッチの10%にオントラックされて
いることを条件とする。図9(d)より微動アクチュエ
ータ52の駆動電圧は0.5V以下で制限されている
が、安定に位置決めされている。
In the case of track following, it is assumed that the position error is on-track at 10% of the track pitch. Although the drive voltage of the fine movement actuator 52 is limited to 0.5 V or less according to FIG. 9D, the positioning is stable.

【0132】このように駆動信号制限手段66により微
動アクチュエータ52への印加電圧が制限されながら
も、安定に位置決め精度を維持することが可能である。
As described above, the positioning accuracy can be stably maintained while the voltage applied to the fine movement actuator 52 is restricted by the drive signal restricting means 66.

【0133】(実施の形態2)本発明の実施の形態2の
ヘッド位置決め装置およびそのヘッド位置決め装置が搭
載されている磁気ディスク装置について、図10を用い
て説明する。
(Embodiment 2) A head positioning apparatus according to Embodiment 2 of the present invention and a magnetic disk drive on which the head positioning apparatus is mounted will be described with reference to FIG.

【0134】[図10の説明]図10は、本発明の実施の
形態2のヘッド位置決め装置を含む磁気ディスク装置の
概略構成図である。
[Description of FIG. 10] FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a magnetic disk drive including a head positioning device according to the second embodiment of the present invention.

【0135】磁気ディスク装置の機構的な構成について
は実施の形態1と同様のため、ここでは機構的な説明は
省略する。また、実施の形態1と同一の構成要素につい
ては、図1と同一の符号を付している。
Since the mechanical structure of the magnetic disk device is the same as that of the first embodiment, the mechanical description is omitted here. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG.

【0136】本実施の形態2では、微動駆動部64から
微動アクチュエータ52に出力される電圧と微動アクチ
ュエータ52の圧電素子に流れる電流との関係を計測し
て、過度な電流の有無を検査する特性検査手段67と、
特性検査手段67の検査結果をもとにして、圧電素子内
に流れる電流を制限するための駆動信号制限手段66の
しきい値電圧を変更する制限電圧変更手段68を追加し
たところが図1で説明した実施の形態1と異なってい
る。
In the second embodiment, the characteristic is measured by measuring the relationship between the voltage output from the fine movement driving section 64 to the fine movement actuator 52 and the current flowing through the piezoelectric element of the fine movement actuator 52 to check for the presence or absence of an excessive current. Inspection means 67;
FIG. 1 shows that a limiting voltage changing means 68 for changing a threshold voltage of a driving signal limiting means 66 for limiting a current flowing in a piezoelectric element based on an inspection result of a characteristic inspecting means 67 is added. This is different from the first embodiment.

【0137】通常、圧電素子内に流れる電流はIo=1
×10-7[A]以下である。しかしながら、高温高湿環境
下など雰囲気中の水分が素子内に入ったり、あるいはプ
ロセス時に水分が素子内に入っていると、分解電圧以上
で流れる電流のオーダーが100倍以上となる。
Normally, the current flowing in the piezoelectric element is Io = 1.
× 10 -7 [A] or less. However, when moisture in the atmosphere such as under a high-temperature and high-humidity environment enters the element, or when moisture enters the element during the process, the order of the current flowing at a decomposition voltage or higher becomes 100 times or more.

【0138】このしきい値である分解電圧は理論的には
物質により一定であるが、実際には酸素過電圧のばらつ
きや圧電素子の組成ばらつきも含めて個体差がある。
The decomposition voltage, which is the threshold value, is theoretically constant depending on the substance, but actually has individual differences including variations in the oxygen overvoltage and variations in the composition of the piezoelectric element.

【0139】そこで、個々の微動アクチュエータで駆動
電圧のしきい値を調整することが必要となる。
Therefore, it is necessary to adjust the threshold value of the drive voltage for each fine movement actuator.

【0140】図10の特性検査手段67は、駆動回路に
流れる電流を検出抵抗を用いて電圧信号として検出す
る。検出した電圧値より圧電素子内を流れる電流を導出
し、前記した圧電素子内電流Ioの値と比較して10倍
以上の場合、駆動信号制限手段66におけるしきい値電
圧を、制限電圧変更手段68によって0.1[V]下げ
る。この操作を繰り返すことで、圧電素子内電流Ioの
10倍以上の電流が素子内に流れ、電気化学反応が加速
することによって微動アクチュエータ52の変位特性が
劣化しないようにすることが可能となる。
The characteristic inspection means 67 in FIG. 10 detects a current flowing through the drive circuit as a voltage signal using a detection resistor. A current flowing through the piezoelectric element is derived from the detected voltage value, and when the current is 10 times or more as compared with the value of the current Io in the piezoelectric element, the threshold voltage in the drive signal limiting means 66 is changed to the limited voltage changing means. The voltage is lowered by 0.1 [V] by 68. By repeating this operation, a current 10 times or more the current Io in the piezoelectric element flows in the element, and it is possible to prevent the displacement characteristics of the fine movement actuator 52 from deteriorating due to acceleration of the electrochemical reaction.

【0141】このように、駆動信号制限手段66に特性
検査手段67と制限電圧変更手段68を付加すること
で、微動アクチュエータ52への印加電圧が制限されな
がらも、安定に位置決め精度を維持することが可能とな
る。
As described above, by adding the characteristic inspection means 67 and the limit voltage changing means 68 to the drive signal limiting means 66, the positioning accuracy can be maintained stably even though the voltage applied to the fine movement actuator 52 is limited. Becomes possible.

【0142】(実施の形態3)本発明の実施の形態3の
ヘッド位置決め装置および磁気ディスク装置について、
図11を用いて説明する。
(Embodiment 3) A head positioning apparatus and a magnetic disk drive according to Embodiment 3 of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIG.

【0143】[図11の説明]図11は、本発明の実施の
形態3におけるヘッド位置決め装置を含む磁気ディスク
装置の概略構成図である。
[Description of FIG. 11] FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a magnetic disk drive including a head positioning device according to the third embodiment of the present invention.

【0144】磁気ディスク装置の機構的な構成について
は実施の形態1と同様のため、ここでは機構的な説明は
省略する。また、実施の形態1と同一の構成要素につい
ては、図1と同一の符号を付している。本実施の形態で
は、微動駆動部64から微動アクチュエータ52に出力
される電圧がしきい値以下の場合はそのまま出力し、し
きい値以上の場合はその駆動電圧に応じて連続して出力
する時間を制限する時間関数フィルタ69を追加したと
ころが図1で説明した実施の形態1と異なっている。
Since the mechanical structure of the magnetic disk drive is the same as that of the first embodiment, the mechanical description is omitted here. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. In the present embodiment, when the voltage output from fine movement drive section 64 to fine movement actuator 52 is equal to or less than the threshold value, the voltage is output as it is, and when the voltage is equal to or greater than the threshold value, the time is continuously output according to the drive voltage. Is different from the first embodiment described with reference to FIG.

【0145】前述のように、圧電素子内電流IoはIo
=1×10-7[A]以下であるが、高温高湿環境下など雰
囲気中の水分が素子内に入ったり、あるいはプロセス時
に水分が素子内に入っていると、分解電圧以上で流れる
電流のオーダーが100倍以上となる。
As described above, the current Io in the piezoelectric element is Io
= 1 × 10 −7 [A] or less, but if moisture in the atmosphere such as in a high-temperature and high-humidity environment enters the element, or if moisture enters the element during the process, the current flowing above the decomposition voltage Is 100 times or more.

【0146】また、通電時間とともに電流値は増大する
ことから、しきい値以上の駆動電圧の場合は連続駆動出
力時間を制限することが必要となる。
Further, since the current value increases with the energizing time, it is necessary to limit the continuous driving output time when the driving voltage is higher than the threshold value.

【0147】図11の時間関数フィルタ69は、セトリ
ングモードやトラックジャンプモードで磁気ヘッド2を
位置決め制御する場合に、駆動電圧が分解電圧2.2
[V]以上になる駆動電圧で作用する。
The time function filter 69 shown in FIG. 11 has a drive voltage of 2.2 when the magnetic head 2 is positioned and controlled in the settling mode or the track jump mode.
It operates with a drive voltage of [V] or more.

【0148】図9のシミュレーション結果でも1msec
程度がしきい値を超えている。そこで、時間関数フィル
タ69において、駆動電圧が4V以上のときは200μ
sec以下、3V以上4V未満のときは400μsec以下、
2V以上3V未満のときは500μsec以下とすること
で、圧電素子内に流れる電流が急激に大きくなること、
ひいては電気分解で圧電素子が破壊することを防止する
ことが可能となる。
The simulation result of FIG.
Degree is above threshold. Therefore, in the time function filter 69, when the driving voltage is 4 V or more, 200 μm
400 μsec or less when less than 3 V and less than 4 V,
When the voltage is 2 V or more and less than 3 V, by setting the current to 500 μsec or less, the current flowing in the piezoelectric element rapidly increases.
As a result, it is possible to prevent the piezoelectric element from being broken by electrolysis.

【0149】よって、この操作を繰り返すことで、電流
Ioの10倍以上の電流が素子内に流れ、電気化学反応
が加速することによって微動アクチュエータ52の変位
特性が劣化しないようにする。
Thus, by repeating this operation, a current 10 times or more the current Io flows into the element, and the displacement characteristics of the fine movement actuator 52 are prevented from deteriorating due to acceleration of the electrochemical reaction.

【0150】このように駆動信号制限手段66に時間関
数フィルタ69を付加すること入力より、微動アクチュ
エータ52への印加電圧が制限されながらも、安定に位
置決め精度を維持することが可能である。
As described above, by adding the time function filter 69 to the drive signal limiting means 66, the positioning accuracy can be stably maintained while the voltage applied to the fine movement actuator 52 is limited.

【0151】なお、本実施の形態においては、しきい値
である分解電圧を2.2Vとしたが、しきい値は分解電
圧以下であれば同様の効果が得られる。
In this embodiment, the decomposition voltage, which is the threshold value, is 2.2 V. However, the same effect can be obtained if the threshold value is equal to or lower than the decomposition voltage.

【0152】また、本実施の形態では時間関数フィルタ
69を駆動電圧値に応じて4段階に分けたが、連続して
出力する時間を制限することで、圧電素子内に流れる電
流が大きくなることを防ぐことが可能であれば、何段階
に分けても同様の効果が得られる。
In this embodiment, the time function filter 69 is divided into four stages according to the drive voltage value. However, by limiting the continuous output time, the current flowing in the piezoelectric element is increased. The same effect can be obtained in any number of steps as long as it can be prevented.

【0153】また、個々の実施の形態において、2ステ
ージアクチュエータのマイクロアクチュエータをサスペ
ンション上に配置したプッシュプル型としたが、アーム
やスライダ上に配置しても同様の効果を得られる。
Further, in each of the embodiments, the push-pull type in which the micro-actuator of the two-stage actuator is arranged on the suspension is used, but the same effect can be obtained by arranging it on the arm or the slider.

【0154】また、微動アクチュエータ52と粗動アク
チュエータ51とがそれぞれ独立に状態推定器を有して
いたが、2ステージアクチュエータをモデル化した多入
力多出力系の推定器の場合でも同様の効果が得られる。
Although the fine actuator 52 and the coarse actuator 51 have independent state estimators, the same effect can be obtained in the case of a multi-input multi-output estimator that models a two-stage actuator. can get.

【0155】また、駆動信号制限手段66のしきい値を
分解電圧としているが、性能劣化速度および信頼性が要
求される動作時間によって、しきい値は上下してもよ
い。
Although the threshold value of the drive signal limiting means 66 is set to the decomposition voltage, the threshold value may be increased or decreased depending on the performance deterioration rate and the operation time required for reliability.

【0156】また、しきい値は時間による変更あるいは
個体の特性による変更だけを述べているが、シーク動作
とトラックフォローイング動作など動作モードが異なる
毎に変更しても同様の効果が得られる。
Further, although the threshold value is described only as a change with time or a change with the characteristics of an individual, a similar effect can be obtained by changing the threshold value every time the operation mode is different, such as a seek operation and a track following operation.

【0157】また、光ディスク装置も粗動位置決め用の
ステッピングモータやDCモータと微動位置決め用の光
ピックアップという2ステージアクチュエータでトラッ
キングを行っている。光ディスク装置の場合、ロングス
トロークシークの場合、DCモータで粗動位置決めを行
い、その後に光ピックが目標トラックにヘッドを追従さ
せる。また、このときに光ピックが動作範囲を超えない
ように、光ピックの制御時の位置誤差のうち、DC成分
がゼロになるようにDCモータを制御している。また、
ここでは、トラックフォローイングや1トラックシーク
においてはMAにヘッドの目標位置との位置誤差をフィ
ードバックし、ヘッド変位検出信号からの信号がゼロに
なるように制御し、ロングシークにおいては、高速化の
ためにMAにヘッドの目標位置との位置誤差をフィード
バックし、ヘッド変位検出信号からの信号よりVCMに
よるヘッド移動量を演算し、移動量とヘッドの目標位置
との位置誤差をフィードバックしている。MAの動作範
囲を超えるような目標位置へのトラッキングは高速化の
ために、VCMへも目標位置を入力している。
In the optical disk device, tracking is performed by a two-stage actuator including a stepping motor or DC motor for coarse movement positioning and an optical pickup for fine movement positioning. In the case of an optical disk device, in the case of a long stroke seek, coarse movement positioning is performed by a DC motor, and thereafter, an optical pick causes the head to follow a target track. At this time, the DC motor is controlled so that the DC component of the position error during the control of the optical pick becomes zero so that the optical pick does not exceed the operation range. Also,
Here, in track following and one track seek, the position error from the target position of the head is fed back to the MA to control the signal from the head displacement detection signal to zero, and in long seek, the speed is increased. For this purpose, the position error between the head and the target position is fed back to the MA, the amount of head movement by VCM is calculated from the signal from the head displacement detection signal, and the position error between the amount of movement and the target position of the head is fed back. Tracking to a target position exceeding the MA operation range is performed by inputting the target position also to the VCM for speeding up.

【0158】本発明は、このような光ディスク装置に適
用することも可能である。
The present invention can be applied to such an optical disk device.

【0159】[0159]

【発明の効果】本発明によれば、狭トラック化のために
2ステージアクチュエータ方式を採用しているヘッド位
置決め装置において、微動アクチュエータの構成要素で
ある圧電素子を駆動するのに、その駆動信号のレベル
を、圧電素子の特性変化が生じるしきい値以下に制限す
るように構成してあるので、駆動信号レベルが高いこと
に起因して発生する圧電素子の腐食による特性劣化の課
題を解決することができ、目標トラックに対するヘッド
の高速高精度な位置決めの機能を長期間にわたって持続
させることができる。それゆえに、ひいては、高記録密
度(高トラック密度)のディスク装置の実現に有効に作
用する。
According to the present invention, in a head positioning apparatus employing a two-stage actuator system for narrowing a track, a driving signal of a driving element for driving a piezoelectric element which is a component of a fine movement actuator is used. To solve the problem of characteristic deterioration due to corrosion of the piezoelectric element caused by high drive signal level because the level is limited to the threshold value or less at which the characteristic change of the piezoelectric element occurs. Thus, the function of high-speed and high-precision positioning of the head with respect to the target track can be maintained for a long period of time. Therefore, it effectively works for realizing a disk device having a high recording density (high track density).

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1におけるヘッド位置決め
装置を含む磁気ディスク装置の概略構成図
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnetic disk drive including a head positioning device according to a first embodiment of the present invention;

【図2】本発明の実施の形態1におけるヘッド位置決め
装置のブロック図
FIG. 2 is a block diagram of a head positioning device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態1における位置決め制御部
での微動制御部と相対位置推定検出部のMA状態推定器
との関係を示すブロック図
FIG. 3 is a block diagram illustrating a relationship between a fine movement control unit in a positioning control unit and an MA state estimator in a relative position estimation detection unit according to the first embodiment of the present invention;

【図4】本発明の実施の形態1における位置決め制御部
での粗動制御部と相対位置推定検出部のVCM状態推定
器との関係を示すブロック図
FIG. 4 is a block diagram illustrating a relationship between a coarse movement control unit in a positioning control unit and a VCM state estimator in a relative position estimation detection unit according to the first embodiment of the present invention;

【図5】本発明の実施の形態1における微動アクチュエ
ータの構成図
FIG. 5 is a configuration diagram of a fine movement actuator according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態1における圧電素子内酸化
鉛の電気化学反応説明図
FIG. 6 is an explanatory diagram of an electrochemical reaction of lead oxide in a piezoelectric element according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態1における圧電素子の電気
化学反応説明図
FIG. 7 is an explanatory diagram of an electrochemical reaction of the piezoelectric element according to the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態1における分解電圧の説明
FIG. 8 is an explanatory diagram of a decomposition voltage according to the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態1におけるシミュレーショ
ン結果の図
FIG. 9 is a diagram showing a simulation result according to the first embodiment of the present invention;

【図10】本発明の実施の形態2におけるヘッド位置決
め装置を含む磁気ディスク装置の概略構成図
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a magnetic disk device including a head positioning device according to a second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施の形態3におけるヘッド位置決
め装置を含む磁気ディスク装置の概略構成図
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a magnetic disk drive including a head positioning device according to a third embodiment of the present invention.

【図12】第1の従来例におけるピエゾ方式ピギーバッ
クアクチュエータを示す構成図
FIG. 12 is a configuration diagram showing a piezo-type piggyback actuator in a first conventional example.

【図13】第1の従来例におけるとアクチュエータのサ
ーボ動作評価系のブロック図
FIG. 13 is a block diagram of a servo operation evaluation system of an actuator according to a first conventional example.

【図14】第2の従来例における2ステージアクチュエ
ータの斜視図
FIG. 14 is a perspective view of a two-stage actuator in a second conventional example.

【図15】第2の従来例における2ステージアクチュエ
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
FIG. 15 is a block diagram showing a control method in a control system for a two-stage actuator in a second conventional example.

【図16】第3の従来例における磁気ディスク装置の概
略図
FIG. 16 is a schematic diagram of a magnetic disk drive in a third conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 磁気ディスク 2 磁気ヘッド 3 ヘッドスライダ 4 ヘッド支持機構 5 位置決め機構 6 位置決め制御部 51 粗動アクチュエータ(ボイスコイルモータ:VC
M) 52 微動アクチュエータ(マイクロアクチュエータ:
MA) 60 ヘッド位置検出部 61 相対位置推定検出部 62 微動制御部 63 粗動制御部 64 微動駆動部 65 粗動駆動部 66 駆動信号制限手段 67 特性検査手段 68 制限電圧変更手段 69 時間関数フィルタ 612 MA状態推定器 613 VCM状態推定器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic disk 2 Magnetic head 3 Head slider 4 Head support mechanism 5 Positioning mechanism 6 Positioning control part 51 Coarse actuator (voice coil motor: VC
M) 52 Fine actuator (micro actuator:
MA) 60 Head position detection unit 61 Relative position estimation detection unit 62 Fine movement control unit 63 Coarse movement control unit 64 Fine movement drive unit 65 Coarse movement drive unit 66 Drive signal limiting unit 67 Characteristic inspection unit 68 Limit voltage changing unit 69 Time function filter 612 MA state estimator 613 VCM state estimator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲治 利夫 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) 5D042 LA01 MA15 5D059 AA01 BA01 CA08 CA30 DA19 EA08 5D096 NN03 NN07 RR01 RR12  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Toshio Inaji 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F-term (reference) 5D042 LA01 MA15 5D059 AA01 BA01 CA08 CA30 DA19 EA08 5D096 NN03 NN07 RR01 RR12

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 情報の記録/再生用のディスクに対して
アクセスを行うヘッドを粗動アクチュエータと微動アク
チュエータとで位置制御する2ステージアクチュエータ
方式に構成され、前記微動アクチュエータが圧電素子を
利用して構成されているヘッド位置決め装置であって、
前記圧電素子利用の微動アクチュエータの駆動信号のレ
ベルを前記圧電素子の特性変化が生じるしきい値以下と
なしてあることを特徴とするヘッド位置決め装置。
1. A two-stage actuator system in which a head for accessing an information recording / reproducing disk is controlled in position by a coarse actuator and a fine actuator, and the fine actuator uses a piezoelectric element. A configured head positioning device,
A head positioning device, wherein a level of a drive signal of the fine movement actuator using the piezoelectric element is set to be equal to or less than a threshold value at which a characteristic change of the piezoelectric element occurs.
【請求項2】 情報の記録/再生用のディスクに対して
アクセスを行うヘッドを2ステージアクチュエータ方式
で位置制御する粗動アクチュエータおよび微動アクチュ
エータと、前記粗動アクチュエータおよび前記微動アク
チュエータを制御する位置決め制御部とを備え、前記微
動アクチュエータが圧電素子を利用して構成され、前記
位置決め制御部は少なくとも前記圧電素子利用の微動ア
クチュエータを駆動する微動駆動部を備えて構成されて
いるヘッド位置決め装置であって、前記微動駆動部に対
して与える駆動信号のレベルを前記圧電素子の特性変化
が生じるしきい値以下に制限する駆動信号制限手段をさ
らに備えていることを特徴とするヘッド位置決め装置。
2. A coarse movement actuator and a fine movement actuator for controlling the position of a head for accessing an information recording / reproducing disk by a two-stage actuator system, and a positioning control for controlling the coarse movement actuator and the fine movement actuator. A fine positioning actuator configured using a piezoelectric element, wherein the positioning control unit includes at least a fine movement driving unit that drives the fine movement actuator using the piezoelectric element. And a drive signal limiting means for limiting a level of a drive signal given to the fine movement drive unit to a threshold value or less at which a characteristic change of the piezoelectric element occurs.
【請求項3】 前記駆動信号制限手段は、前記微動アク
チュエータにおける圧電素子の電流-電圧特性が変化し
印加電圧に対して圧電素子内を流れる電流値が指数関数
的に上昇し始める電圧指令値を前記しきい値にして、前
記駆動信号を制限して出力するように構成されているこ
とを特徴とする請求項2に記載のヘッド位置決め装置。
3. The driving signal restricting means according to claim 1, wherein a current-voltage characteristic of the piezoelectric element in the fine movement actuator changes, and a voltage command value at which a current value flowing through the piezoelectric element starts to rise exponentially with respect to an applied voltage. 3. The head positioning device according to claim 2, wherein the drive signal is limited and output with the threshold value.
【請求項4】 さらに、前記微動アクチュエータに対す
る指令駆動電圧と前記圧電素子に流れる電流との関係を
検出する特性検査手段と、前記特性検査手段による検出
結果に基づいて前記指令駆動電圧のしきい値を変更する
制限電圧変更手段とを備えていることを特徴とする請求
項1から請求項3までのいずれかに記載のヘッド位置決
め装置。
4. A characteristic inspecting means for detecting a relationship between a command driving voltage for the fine movement actuator and a current flowing through the piezoelectric element, and a threshold value of the command driving voltage based on a detection result by the characteristic inspecting means. 4. The head positioning device according to claim 1, further comprising a limiting voltage changing unit that changes the head voltage.
【請求項5】 さらに、前記微動アクチュエータに対す
る指令駆動電圧がしきい値以上の場合に指令駆動電圧値
に応じて、駆動電圧が連続して出力される時間を制限す
る時間関数フィルタを備えていることを特徴とする請求
項1から請求項3までのいずれかに記載のヘッド位置決
め装置。
5. A time function filter for limiting a time during which the drive voltage is continuously output according to the command drive voltage value when the command drive voltage for the fine movement actuator is equal to or higher than a threshold value. The head positioning device according to any one of claims 1 to 3, wherein:
【請求項6】 前記駆動信号制限手段における前記しき
い値は、鉛の理論分解電圧、あるいは鉛の理論分解電圧
と酸素過電圧との和で表される分解電圧、あるいは水の
分解電圧に設定されていることを特徴とする請求項2か
ら請求項5までのいずれかに記載のヘッド位置決め装
置。
6. The threshold value of the drive signal limiting means is set to a theoretical decomposition voltage of lead, a decomposition voltage represented by a sum of a theoretical decomposition voltage of lead and an oxygen overvoltage, or a decomposition voltage of water. The head positioning device according to any one of claims 2 to 5, wherein:
【請求項7】 前記微動アクチュエータにおける圧電素
子は、鉛とジルコニアとチタンで構成される薄膜のPZ
T素子であることを特徴とする請求項1から請求項6ま
でのいずれかに記載のヘッド位置決め装置。
7. The piezoelectric element in the fine movement actuator is a thin film PZ made of lead, zirconia and titanium.
7. The head positioning device according to claim 1, wherein the head positioning device is a T element.
【請求項8】 ヘッドの微細な位置決めを行う圧電素子
を利用した微動アクチュエータと、前記微動アクチュエ
ータを駆動する微動駆動部とを備えた微動アクチュエー
タ駆動装置であって、前記微動駆動部に対して与える駆
動信号のレベルを前記圧電素子の特性変化が生じるしき
い値以下に制限する駆動信号制限手段をさらに備えてい
ることを特徴とする微動アクチュエータ駆動装置。
8. A fine-movement actuator driving device comprising: a fine-movement actuator using a piezoelectric element for finely positioning the head; and a fine-movement drive section for driving the fine-movement actuator, wherein the fine-movement actuator is provided to the fine-movement drive section. A fine-movement actuator driving device, further comprising a driving signal restricting means for restricting a level of the driving signal to a threshold value or less at which a characteristic change of the piezoelectric element occurs.
【請求項9】 前記駆動信号制限手段は、前記微動アク
チュエータにおける圧電素子の電流-電圧特性が変化し
印加電圧に対して素子内を流れる電流値が指数関数的に
上昇し始める電圧指令値を前記しきい値にして前記駆動
信号を制限して出力するように構成されていることを特
徴とする請求項8に記載の微動アクチュエータ駆動装
置。
9. The drive signal restricting means according to claim 1, wherein said voltage command value is such that a current-voltage characteristic of the piezoelectric element in said fine movement actuator changes and a current value flowing through the element starts to rise exponentially with respect to an applied voltage. 9. The fine-movement actuator driving device according to claim 8, wherein the driving signal is limited and output as a threshold value.
【請求項10】 さらに、前記微動アクチュエータに対
する指令駆動電圧と前記圧電素子に流れる電流との関係
を検出する特性検査手段と、前記特性検査手段による検
出結果に基づいて前記指令駆動電圧のしきい値を変更す
る制限電圧変更手段とを備えていることを特徴とする請
求項8または請求項9に記載の微動アクチュエータ駆動
装置。
10. A characteristic inspection means for detecting a relationship between a command driving voltage for the fine movement actuator and a current flowing through the piezoelectric element, and a threshold value of the command driving voltage based on a detection result by the characteristic inspection means. 10. The fine-movement actuator driving device according to claim 8, further comprising: a limit voltage changing unit configured to change the threshold voltage.
【請求項11】 さらに、前記微動アクチュエータに対
する指令駆動電圧がしきい値以上の場合に指令駆動電圧
値に応じて、駆動電圧が連続して出力される時間を制限
する時間関数フィルタを備えていることを特徴とする請
求項8または請求項9に記載の微動アクチュエータ駆動
装置。
11. A time function filter for limiting a time during which a drive voltage is continuously output according to a command drive voltage value when a command drive voltage for the fine movement actuator is equal to or higher than a threshold value. The fine movement actuator driving device according to claim 8 or 9, wherein:
【請求項12】 前記駆動信号制限手段における前記し
きい値は、鉛の理論分解電圧、あるいは鉛の理論分解電
圧と鉛の酸素過電圧との和で表される分解電圧、あるい
は水の分解電圧に設定されていることを特徴とする請求
項8から請求項11までのいずれかに記載の微動アクチ
ュエータ駆動装置。
12. The driving signal limiting means according to claim 1, wherein the threshold value is a decomposition voltage of lead, a decomposition voltage represented by a sum of a theoretical decomposition voltage of lead and an oxygen overvoltage of lead, or a decomposition voltage of water. The fine movement actuator driving device according to any one of claims 8 to 11, wherein the setting is set.
【請求項13】 前記微動アクチュエータにおける圧電
素子は、鉛とジルコニアとチタンで構成される薄膜のP
ZT素子であることを特徴とする請求項8から請求項1
2までのいずれかに記載の微動アクチュエータ駆動装
置。
13. A piezoelectric element in the fine movement actuator, wherein the piezoelectric element is a thin film P composed of lead, zirconia and titanium.
9. The device according to claim 8, wherein the device is a ZT device.
3. The fine-movement actuator driving device according to any one of 2.
【請求項14】 ヘッドにより再生されるディスク上の
サーボ情報からのヘッド位置データと前記ヘッドを目標
位置に位置決めするための目標位置データとの位置誤差
を位置誤差データとするステップと、 前記位置誤差データに基づいて前記ヘッドの微動アクチ
ュエータの変位量を制御する微動制御データを生成する
ステップと、 前記微動制御データに基づく信号を微動駆動信号として
前記微動アクチュエータに出力するステップと、 前記ヘッドの粗動アクチュエータあるいは前記微動アク
チュエータの変位量に対応した相対変位データを入力す
るステップと、 前記相対変位データに基づいて前記粗動アクチュエータ
の変位量を制御する粗動制御データを生成するステップ
と、 前記粗動制御データに基づく信号を粗動駆動信号として
前記粗動アクチュエータに出力するステップとを含むヘ
ッド位置決め制御方法において、 さらに、前記微動制御データに基づく信号を前記微動ア
クチュエータに出力するに当たって、前記微動アクチュ
エータの特性が変化するしきい値で前記微動制御データ
を制限した実微動制御データを生成し、この実微動制御
データを前記微動制御データに置き換えて出力するステ
ップを含んでいることを特徴とするヘッド位置決め制御
方法。
14. A position error data, wherein a position error between head position data from servo information on a disk reproduced by the head and target position data for positioning the head at a target position is set as position error data; Generating fine movement control data for controlling the amount of displacement of the fine movement actuator of the head based on the data; outputting a signal based on the fine movement control data to the fine movement actuator as a fine movement drive signal; and coarse movement of the head. Inputting relative displacement data corresponding to the displacement amount of the actuator or the fine movement actuator; generating coarse movement control data for controlling the displacement amount of the coarse movement actuator based on the relative displacement data; A signal based on the control data is used as the coarse drive signal as the coarse drive signal. Outputting a signal based on the fine movement control data to the fine movement actuator, wherein the fine movement control data is limited by a threshold value at which a characteristic of the fine movement actuator changes. A step of generating the actual fine movement control data and replacing the actual fine movement control data with the fine movement control data and outputting the data.
【請求項15】 前記実微動制御データを生成するステ
ップは、前記微動アクチュエータの変位特性あるいは電
気抵抗特性の変化を検査するステップと、前記特性変化
に基づいて前記しきい値を変更するステップを有するこ
とを特徴とする請求項14に記載のヘッド位置決め制御
方法。
15. The step of generating the actual fine movement control data includes a step of inspecting a change in a displacement characteristic or an electric resistance characteristic of the fine movement actuator, and a step of changing the threshold based on the change in the characteristic. 15. The head positioning control method according to claim 14, wherein:
【請求項16】 前記実微動制御データを生成するステ
ップは、前記微動制御データに基づいて前記微動アクチ
ュエータに駆動電圧を連続出力する時間を制限するステ
ップを有することを特徴とする請求項14に記載のヘッ
ド位置決め制御方法。
16. The method according to claim 14, wherein the step of generating the actual fine movement control data includes a step of limiting a time for continuously outputting a drive voltage to the fine movement actuator based on the fine movement control data. Head positioning control method.
【請求項17】 請求項14から請求項16までのいず
れかに記載のヘッド位置決め制御方法を実行させるよう
にプログラミングしてあることを特徴とするヘッド位置
決め制御プログラム。
17. A head positioning control program which is programmed to execute the head positioning control method according to claim 14. Description:
【請求項18】 請求項17に記載のヘッド位置決め制
御プログラムを具備していることを特徴とするディスク
装置。
18. A disk drive comprising the head positioning control program according to claim 17.
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