JP2002304862A - サーボトラックライタ及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディスク装置のヘッドの位置決め精度及び位
置決め応答速度を向上可能なサーボトラックライタ及び
その駆動方法を提供することである。 【解決手段】 ディスク媒体と、ディスク媒体に対して
情報のリード／ライトを行なうヘッドと、回転可能に取
り付けられたキャリッジを有しヘッドをディスク媒体に
沿って移動させる内部アクチュエータとを含んだディス
ク装置のディスク媒体にサーボトラック信号を書き込む
サーボトラックライタ。サーボトラックライタは、アー
ムに関連して設けられた固体変形素子を有する外部アク
チュエータと、イフェクタと、内部アクチュエータを制
御する内部アクチュエータ制御ユニットと、外部アクチ
ュエータを制御する外部アクチュエータ制御ユニット
と、固体変形素子を制御する固体変形素子制御ユニット
と、外部アクチュエータのアームの位置を検出するアー
ム位置検出装置とを含んでいる。固体変形素子は、キャ
リッジを微小に変位させるアクチュエータとして動作す
る第１セグメントと、イフェクタの位置を検出するセン
サとして動作する第２セグメントに分割されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気ディスク装置の
ディスク媒体にサーボトラック信号を書き込むためのサ
ーボトラックライタ（ＳＴＷ）及びその駆動方法に関す
る。

【０００２】最近の磁気ディスク装置の小型化及び高密
度化に伴い、トラックピッチが急速に小さくなってお
り、サーボトラック信号をディスク媒体に書き込み時に
ヘッドをナノメートルオーダーの高精度に位置決めする
ことが要求されている。

【０００３】このため、位置検出センサの高精度化及び
駆動モータの高剛性化による精度の向上が進んでいる
が、摺動部を有するモータでは微小領域におけるガタや
非線形性の影響が増大するので、モータ自体から発生す
る影響を低減・除去し、且つ外乱振動による影響を低減
する必要がある。

【０００４】

【従来の技術】サーボトラックライタは、磁気ディスク
装置自身が位置決めをするための基準信号となるサーボ
トラック信号をディスク媒体に対して、同心円状にサブ
ミクロンピッチで書き込む装置である。

【０００５】ディスク媒体が無信号状態の磁気ディスク
装置は、その機構部が組み上がった状態でサーボトラッ
クライタにセットされ、サーボトラックライタのアクチ
ュエータ（外部アクチュエータ）により磁気ディスク装
置の内部アクチュエータを追従動作させ、ディスク媒体
に対するヘッドの位置決めを行ない、サーボトラック信
号がディスク媒体に書き込まれる。

【０００６】従って、サーボトラックライタにおいて
は、外部アクチュエータの位置決め精度が、磁気ディス
ク装置の性能を左右するサーボトラック信号の書き込み
品質に大きく影響する。

【０００７】従来のサーボトラックライタ（ＳＴＷ）に
おいては、外部アクチュエータの駆動部としてボイスコ
イルモータ（ＶＣＭ）或いはサーボモータが使用され、
モータの出力軸に固定されたアーム部先端に剛体ピン
（プッシュピン）が取りつけられていた。

【０００８】このプッシュピンを磁気ディスク装置のキ
ャリッジ（アクチュエータアーム）に接触するように配
置し、磁気ディスク装置の内部アクチュエータにバイア
ス電流を印加し、キャリッジをプッシュピンに押し付け
た状態で、ＳＴＷのアームの位置を検出して外部アクチ
ュエータの駆動部をフィードバック制御することによ
り、ディスク媒体に対するヘッドの位置決めを行なって
いた。

【０００９】近年、剛体ピンの代わりにＳＴＷのアーム
に発光素子及び受光素子を取りつけ、磁気ディスク装置
のキャリッジに設けたターゲットにより反射された反射
光を受光素子で受光することにより、ＳＴＷのアームと
磁気ディスク装置のキャリッジの相対変位を検出し、こ
の相対変位をキャンセルするように磁気ディスク装置の
内部アクチュエータの駆動制御を行ない、ヘッドの位置
決めを行なう非接触式のＳＴＷ及びその駆動方法も提案
されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＳＴＷ
に使用されている外部アクチュエータでは、駆動部の軸
受にボールベアリングが使用されているため、必ず微小
なガタが存在し、位置決め精度を低下させてしまうとい
った問題点があった。ガタを小さくするためにボールベ
アリングの与圧を増加すると、摩擦トルクが増大してし
まい、定常偏差の悪化や応答性の低下が発生してしま
う。

【００１１】さらに、回転移動量が非常に微小な領域に
なると、ボールベアリングは転動・摺動・弾性変形の複
合した挙動をするようになるため、制御系から見ると強
い非線形性及び非連続性が現れ、精密に制御しようとす
ればするほど安定性を確保できなくなる。

【００１２】一方、静圧式のエアベアリングを外部アク
チュエータの軸受として使用した場合においては、摩擦
の問題は解決できるが、アクチュエータ自体が大型にな
り、小型化する磁気ディスク装置及びサーボトラックラ
イタに適用できないといった問題点がある。さらに、ベ
アリングの剛性が低下するため、弾性変位による精度低
下や耐振動特性が低下してしまう。

【００１３】更に別の問題として、従来のＳＴＷにおい
ては、ディスク媒体を回転させることにより磁気ディス
ク装置自身が振動発生源となり、磁気ディスク装置のキ
ャリッジやサスペンションに振動が励起される。ＳＴＷ
の外部アクチュエータにはこの振動を制御・抑制する手
段がないため、ヘッドの振動によりサーボトラック信号
の書き込み品質が低下してしまう。

【００１４】そこで、耐振動特性を向上させるために、
外部アクチュエータの慣性を大きくすることが望まれる
が、その反面応答性の低下によるタクトタイムの増大を
招くとともに、ＳＴＷの小型化に対する阻害要因となっ
てしまう。

【００１５】更に別の問題として、磁気ディスク装置の
内部アクチュエータの固有振動周波数がディスク媒体の
回転数の整数倍に一致すると、共振により大きな振動が
発生してしまい、サーボトラック信号の書き込み品質を
劣化させてしまう。

【００１６】そこで、従来のＳＴＷにおいては、サーボ
トラック信号を書き込む際にディスク媒体の回転数を下
げる方向に調整し、共振が発生するのを避けるようにし
ていた。

【００１７】しかし、近年の磁気ディスク装置は、ディ
スク媒体の回転により発生する空気流がヘッドスライダ
に作用して発生する正圧と負圧のバランスにより、ヘッ
ドスライダの浮上を行なうコンタクト・スタート・スト
ップ（ＣＳＳ）方式であるため、ディスク媒体の回転数
を調整できる範囲が狭く、機種によっては調整が不可能
な状況が発生している。

【００１８】また、共振を下げるためにディスク媒体の
回転数を下げると、サーボトラック信号の書き込みに要
する時間が長くなり、磁気ディスク装置の生産性を阻害
していた。

【００１９】よって本発明の目的は、ディスク装置のヘ
ッドの位置決め精度及び位置決め応答速度を向上可能な
サーボトラックライタ及びその駆動方法を提供すること
である。

【００２０】本発明の他の目的は、外来及びディスク装
置自体が発生する振動に対し、ディスク装置の内部アク
チュエータの振動を低減可能なサーボトラックライタ及
びその駆動方法を提供することである。

【００２１】本発明の更に他の目的は、ディスク媒体の
回転数に依存するディスク装置の内部アクチュエータの
共振に対し、ディスク媒体の回転数を変更することなく
共振周波数を調整することのできるサーボトラックライ
タ及びその駆動方法を提供することである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの側面によ
ると、ディスク媒体と、該ディスク媒体に対して情報の
リード／ライトを行なうヘッドと、回転可能に取り付け
られたキャリッジを有し、該ヘッドを前記ディスク媒体
に沿って移動させる内部アクチュエータとを含んだディ
スク装置の前記ディスク媒体にサーボトラック信号を書
き込むサーボトラックライタであって、前記キャリッジ
と実質上同一の回転軸を有するアームと、該アームを回
転する駆動ユニットと、前記アームに関連して設けられ
た固体変形素子と、前記アームに取り付けられ前記キャ
リッジに接触結合可能なイフェクタとを有する外部アク
チュエータと；前記内部アクチュエータを制御する内部
アクチュエータ制御ユニットと；前記外部アクチュエー
タを制御する外部アクチュエータ制御ユニットと；前記
固体変形素子を制御する固体変形素子制御ユニットと；
前記アームの位置を検出するアーム位置検出装置とを具
備し；前記固体変形素子は少なくとも第１セグメントと
第２セグメントに分割されており、前記第１セグメント
は前記キャリッジを微小に変位させるアクチュエータと
して動作し、前記第２セグメントは前記イフェクタの位
置を検出するセンサとして動作することを特徴とするサ
ーボトラックライタが提供される。

【００２３】好ましくは、固体変形素子は圧電素子、圧
電樹脂、複合圧電素子、磁歪素子及び電歪素子からなる
群から選択される。好ましくは、イフェクタは固体変形
素子から構成される。

【００２４】代替案として、固体変形素子はアームとイ
フェクタの間に設けられるか、或いはアームの少なくと
も一部が固体変形素子から構成される。

【００２５】好ましくは、固体変形素子はチューブ形状
をした積層型固体変形素子であり、複数の第１セグメン
トと複数の第２セグメントに円周方向に交互に分割され
ている。第１セグメントがアクチュエータとして作用
し、第２セグメントがセンサとして作用する。

【００２６】代替案として、固体変形素子は板厚方向に
分極方向を有する剪断型固体変形素子であり、第２セグ
メントが一対の第１セグメントの間に配置されている。
第１セグメントがアクチュエータとして作用し、第２セ
グメントがセンサとして作用する。

【００２７】本発明の他の側面によると、ディスク装置
のキャリッジと実質上同一の回転軸を有するアームと、
該アームを回転する駆動ユニットと、前記アームに関連
して設けられた固体変形素子と、前記アームに取り付け
られ前記キャリッジに接触結合可能なイフェクタとを有
するサーボトラックライタの駆動方法であって、前記キ
ャリッジと前記イフェクタとが接触結合するように該キ
ャリッジを駆動し；アーム目標位置指令を入力して前記
アームを回転させ；前記アームの位置を検出し；検出し
たアーム位置がアーム目標位置に一致するように前記ア
ームの回転をフィードバック制御し；キャリッジ目標位
置指令を入力して前記固体変形素子の一部を駆動して前
記イフェクタを介して前記キャリッジを微小に移動さ
せ；前記固体変形素子の残部により前記イフェクタの前
記アームに対する相対位置を検出し；前記アーム位置と
前記イフェクタ相対位置からキャリッジ位置を検出し；
検出したキャリッジ位置がキャリッジ目標位置に一致す
るように前記固体変形素子の前記一部の駆動をフィード
バック制御する；ことを特徴とするサーボトラックライ
タの駆動方法が提供される。

【００２８】アームは一定速度で回転するディスク媒体
に対してスパイラル軌道を描くように回転する。固体変
形素子は、スパイラル軌道に同期してイフェクタを各サ
ーボトラック位置において円軌道を描くように駆動す
る。

【００２９】好ましくは、キャリッジの振動を固体変形
素子の残部により検出し、検出した振動を打ち消す方向
に固体変形素子の一部を駆動する。或いは、キャリッジ
の振動を固体変形素子の残部に電荷として蓄積し、この
電荷を固体変形素子の残部に接続された共振回路に流
し、ジュール熱として消費させることにより振動を低減
する。

【００３０】更に他の代替案として、キャリッジとイフ
ェクタとの間の接触力を一定に保つようにキャリッジを
駆動し、これによりキャリッジに発生する振動を低減す
る。好ましくは、キャリッジとイフェクタの接触力を変
化させ、これによりキャリッジの共振周波数を変化させ
て共振が発生し難くする。

【００３１】

【発明の実施の形態】まず図１の原理図を参照して、本
発明の構成について説明する。ディスク装置２の内部ア
クチュエータ４は、軸受部８を介して回転軸１０回りに
回転可能なキャリッジ（アクチュエータアーム）６を有
している。

【００３２】キャリッジ６の先端にはサスペンション１
２が固定され、サスペンション１２の先端部には磁気ヘ
ッド１４が搭載されている。内部アクチュエータ４はボ
イス・コイル・モータ（ＶＣＭ）等の駆動ユニット１６
により回転軸１０回りに揺動する。これにより、磁気ヘ
ッド１４はディスク媒体１９の半径方向に移動される。

【００３３】サーボトラックライタ（ＳＴＷ）１８は外
部アクチュエータ２０を有している。外部アクチュエー
タ２０はＶＣＭ等の駆動ユニット２６により軸受２４を
介して回転軸１０回りに回転駆動されるアーム２２を有
している。

【００３４】アーム２２の先端部には固体変形素子から
構成されたイフェクタ２８が固定されている。アーム２
２の先端位置はレーザエンコーダ等のアーム位置検出装
置３０により検出される。

【００３５】内部アクチュエータ４は内部アクチュエー
タ制御ユニット３２により制御される。アーム位置検出
装置３０の検出信号が外部アクチュエータ制御ユニット
３４に入力され、外部アクチュエータ２０が外部アクチ
ュエータ制御ユニット３４により制御される。

【００３６】固体変形素子制御ユニット３６には、アー
ム位置検出装置３０で検出したアーム２２の先端位置信
号とイフェクタ２８のセンサ部で検出した信号が入力さ
れ、固体変形素子制御ユニット３６がイフェクタ２８の
アクチュエータ部を駆動する。

【００３７】内部アクチュエータ制御ユニット３２、外
部アクチュエータ制御ユニット３４及び固体変形素子制
御ユニット３６はコンピュータ３８に接続され、コンピ
ュータ３８により制御される。

【００３８】固体変形素子からなるイフェクタ２８は少
なくとも第１セグメントと第２セグメントに分割されて
おり、第１セグメントはキャリッジ６を微小に変位させ
るアクチュエータとして動作し、第２セグメントはイフ
ェクタ２８の位置を検出するセンサとして動作する。

【００３９】サーボトラック信号書き込み時には、内部
アクチュエータ４のキャリッジ６をイフェクタ２８に接
触するように配置し、内部アクチュエータ４の駆動ユニ
ット１６にバイアス電流を印加して、キャリッジ６をイ
フェクタ２８に押し付ける。

【００４０】コンピュータ３８から外部アクチュエータ
制御ユニット３４にアーム目標位置を入力し、このアー
ム目標位置に応じて、駆動ユニット２６がアーム２２を
回転駆動する。アーム位置検出装置３０でアーム２２の
先端位置を検出し、検出したアーム先端位置が目標位置
に一致するように駆動ユニット２６をフィードバック制
御する。

【００４１】アーム２２の先端部に固定された固体変形
素子からなるイフェクタ２８は内部アクチュエータ４の
キャリッジ６を微小に移動させるアクチュエータとして
作動するとともに、キャリッジ６の位置を検出するセン
サとしても作動する。

【００４２】コンピュータ３８から固体変形素子制御ユ
ニット３６にキャリッジ目標位置を入力し、固体変形素
子制御ユニット３６がイフェクタ２８のアクチュエータ
部を駆動し、キャリッジ６を微小に移動させる。

【００４３】キャリッジ６の位置はイフェクタ２８のセ
ンサ部により検出され、この検出信号は固体変形素子制
御ユニット３６にフィードバックされる。固体変形素子
制御ユニット３６はイフェクタ２８のセンサ部で検出し
たキャリッジ６の位置が目標位置に一致するようにイフ
ェクタ２８のアクチュエータ部を制御する。

【００４４】これにより、磁気ヘッド１４がディスク媒
体１９の目標トラックに精密に位置決めされ、磁気ディ
スク装置２に接続されたサーボトラック信号書き込み回
路２１（図２参照）により、位置決めされたトラックに
磁気ヘッド１４がサーボトラック信号を書き込む。

【００４５】図２を参照すると、図１に示した原理構成
図をより具体的にした本発明実施形態の概略構成図が示
されている。図１に示した構成部分と同一構成部分につ
いては同一符号が付されている。

【００４６】磁気ディスク装置２のハウジング（エンク
ロージャ）３内には複数のディスク媒体１９が図示しな
いスピンドルモータで回転可能に収容されている。磁気
ディスク装置２の内部アクチュエータ４の駆動ユニット
１６はＶＣＭから構成され、キャリッジ６に搭載された
コイル１６ａとハウジング３に固定された磁気回路１６
ｂとを含んでいる。内部アクチュエータ４は駆動ユニッ
ト１６により矢印１７方向に回転駆動される。

【００４７】サーボトラックライタ１８は磁気ディスク
装置２の下側で、イフェクタ２８が１番下のキャリッジ
６に係合するように配置される。サーボトラックライタ
１８の外部アクチュエータ２０の駆動ユニット２６もＶ
ＣＭから構成され、アーム２２を回転軸１０回りに矢印
２７方向に回転する。

【００４８】アーム２２の先端部に固定されたイフェク
タ２８は圧電素子等の固体変形素子から構成されてい
る。圧電樹脂、複合圧電素子、磁歪素子及び電歪素子等
の他の固体変形素子も採用可能である。

【００４９】固体変形素子からなるイフェクタ２８は複
数の第１セグメントと、複数の第２セグメントに円周方
向に交互に分割されており、第１セグメントはアクチュ
エータとして作動し、第２セグメントはセンサとして作
動する。イフェクタ２８は矢印２９方向に駆動され、磁
気ディスク装置２の１番下側のキャリッジ６を微小に移
動させる。

【００５０】図３は固体変形素子の配置の仕方を示す実
施形態であり、この実施形態によると図２に示した実施
形態と同様にイフェクタ２８を固体変形素子から構成
し、キャリッジ６にイフェクタ２８を接触させる。

【００５１】図４は固体変形素子の他の配置の仕方を示
す図であり、この実施形態によると、固体変形素子４２
を外部アクチュエータ２０のアーム２２とイフェクタ４
０の間に配置する。

【００５２】図５は固体変形素子の更に他の配置の仕方
を示す図であり、この実施形態によると、外部アクチュ
エータ２０のアーム４４を固体変形素子４６と補強部材
４８から構成する。

【００５３】補強部材４８としては、ステンレス鋼又は
アルミニウム合金等の弾性体が採用可能である。固体変
形素子４６の強度が十分の場合には、アーム４４全体を
固体変形素子４６から形成しても良い。

【００５４】図３乃至図５の固体変形素子の配置の仕方
から明らかなように、本発明の固体変形素子の配置の仕
方は柔軟度があるものであり、固体変形素子は外部アク
チュエータのアームに作動的に関連して設けられていれ
ば良い。

【００５５】図６を参照すると、アーム２２とキャリッ
ジ６の非接触結合の実施形態が示されている。アーム２
２には固体変形素子４２を介してブロック４３が固定さ
れており、ブロック４３には発光素子５０と受光素子５
２が搭載されている。

【００５６】内部アクチュエータ４のキャリッジ６には
ターゲット５４が取りつけられており、発光素子５０か
らターゲット５４に向けて光ビームを出射し、ターゲッ
ト５４で反射された反射ビームを受光素子５２で検出す
る。

【００５７】これにより、アーム２２とキャリッジ６の
相対変位を検出し、この相対変位をキャンセルするよう
に外部アクチュエータ２０、固体変形素子４２及び内部
アクチュエータ４を同時に駆動する。

【００５８】図７は本発明に採用可能な煎断型圧電素子
５６の一例を示している。煎断型圧電素子５６は板厚方
向に分極方向を有しており、両側に配置された一対のア
クチュエータ部５６ａと、アクチュエータ部５６ａに挟
まれたセンサ部５６ｂを有している。

【００５９】アクチュエータ部５６ａとセンサ部５６ｂ
は圧電素子制御ユニット５８に接続され、制御ユニット
５８により制御される。この煎断型板形状圧電素子５６
では、アクチュエータとして使用する場合には大きな変
位が発生でき、センサとして使用する場合には外力に対
する感度の向上が可能となる。

【００６０】図８は本発明に採用可能な積層型圧電素子
６０の一例を示している。この圧電素子６０では、圧電
素子積層方向と直交する方向に複数のアクチュエータ部
６０ａと、隣接するアクチュエータ部６０ａの間のセン
サ部６０ｂに分割している。

【００６１】図示するように、対向するアクチュエータ
部６０ａ間に電圧を印加し、印加電圧を制御することに
よりあらゆる方向の変位が可能となる。圧電素子６０を
アクチュエータとして使用する場合には、発生力及び応
答性の向上が可能となり、センサとして使用する場合に
は変位に対する感度及び応答性の向上が可能となる。

【００６２】図９（Ａ）を参照すると、本発明に採用可
能なチューブ形状積層型圧電素子６２の実施形態が示さ
れている。この圧電素子６２では４つのアクチュエータ
部６２ａと、４つのセンサ部６２ｂが交互に配列される
ようにチューブ形状圧電素子を円周方向に８分割してい
る。そして、センサ部６２ｂがキャリッジ６と接触する
ように配置する。

【００６３】このような構成及び配置を採用することに
より、キャリッジ６と接する側及びその反対側の２つの
センサ部６２ｂでキャリッジ６の変位を検出し、残りの
２つのセンサ部６２ｂで干渉方向の誤差変位を検出する
ことが可能となる。

【００６４】本実施形態のチューブ形状圧電素子６２で
は、センサ部６２ｂをアクチュエータ部６２ａに対して
小さくなるような不均等な分割とし、アクチュエータ部
６２ａに対する圧電素子６２内での負荷剛性の影響を小
さくしている。

【００６５】一つのセンサ部６２ｂをキャリッジ６に接
触するように配置し、キャリッジ６側の２つのアクチュ
エータ部６２ａが縮み、反対側の２つのアクチュエータ
部６２ａが伸びるように電圧を印加すると、チューブ型
圧電素子６２はキャリッジ６側に屈曲して正方向の変位
が得られ、印加電圧を反転すれば逆方向の変位が得られ
る。この様子が図９（Ｂ）に矢印６３で示されている。

【００６６】好ましくは、チューブ型圧電素子６２に金
属或いは樹脂によるケーシングを施し、耐衝撃性、絶縁
性及び耐候性の向上を図るのが良い。本実施形態のチュ
ーブ形状圧電素子６２においても、図８の実施形態に示
すように電圧を印加し、印加電圧を制御することにより
あらゆる方向の変位が可能となる。

【００６７】現在、サーボトラックライタにおけるヘッ
ドの位置決め精度は数ｎｍ程度である。しかし、近年の
トラック密度の急速な増大に対応するためには、数年後
にはサブｎｍオーダーの位置決め精度が要求されるもの
と考えられる。

【００６８】チューブ型圧電素子６２の外径を、直径φ
＝６ｍｍ、長さＬ＝１０ｍｍ、厚さｔ＝２ｍｍ程度と
し、駆動電圧１００Ｖを印加した場合、約１μｍの水平
変位が発生できる。よって、制御分解能を５ｍＶとする
と、０．０５ｎｍ程度の変位分解能が確保できることに
なる。また、圧電素子６２の固有周波数は約１０ｋＨｚ
となる。

【００６９】これらの値は、サーボパターンを書き込む
トラックピッチが約１μｍ、キャリッジ６の固有周波数
が４ｋＨｚ付近であることを考えると、十分な値であ
り、圧電素子６２の形状や大きさを適当に設計するここ
とにより、特性を改善することも可能である。

【００７０】次に、図１０及び図１１（Ａ）〜図１１
（Ｃ）を参照して、本発明のサーボトラックライタ駆動
方法を説明する。外部アクチュエータ２０はディスク媒
体１９の外周から中心（又は中心から外周）に向かって
ディスク媒体１９の回転と同期させつつ、アーム２２を
一定速度で移動させ、アーム２２のイフェクタ２８取付
部がディスク媒体１９に対してスパイラル状の軌跡６４
を描くように駆動する。

【００７１】図１１（Ａ）が外部アクチュエータ２０の
アーム２２の軌道を示している。横軸は時間、縦軸はト
ラック横断方向である。図１１（Ｂ）はイフェクタ２８
のアーム２２に対する相対軌道であり、一定速度で移動
するアーム２２に対してイフェクタ２８は往復運動をす
るように駆動される。

【００７２】このようにアーム２２及びイフェクタ２８
を駆動すると、キャリッジ６及びキャリッジに搭載され
たヘッド１４はディスク媒体１９に対して同心円６６を
描くように駆動される。

【００７３】図１１（Ｃ）がキャリッジ６の絶対軌道を
示しており、ｍはキャリッジ６の移動時であり、ｓはキ
ャリッジ６の停止時を表している。キャリッジ６の停止
時に、ヘッド１４がディスク媒体１９に同心円状のサー
ボトラックパターンを書き込む。

【００７４】次に、本発明のサーボトラックライタの駆
動方法について図１２を参照して説明する。従来のサー
ボトラックライタの駆動方法では、まず、内部アクチュ
エータにバイアス電流を印加してキャリッジを外部アク
チュエータのイフェクタに一定力で押し付ける。

【００７５】外部アクチュエータはそのアームを駆動し
てキャリッジをサーボトラックパターンを書き込む位置
まで移動・位置決めし，サーボトラックパターン書き込
み時は駆動を停止する。

【００７６】このように、外部アクチュエータのアーム
及び内部アクチュエータのキャリッジが一体となり、間
欠運動を行なっている。しかし、間欠運動により振動が
発生したり、整定時間（許容整定偏差内に収束するまで
の時間）の短縮が困難であるという問題があった。

【００７７】本発明の駆動方法によると、図１１（Ａ）
に示すように、外部アクチュエータ２０のアーム２２は
等速度の連続動作になるため、従来装置のような外部ア
クチュエータの間欠動作に起因する振動の発生が防止さ
れる。

【００７８】さらに、各トラックへの位置決めのために
必要となる間欠動作は、応答性の高い固体変形素子によ
り行なわれるため、ディスク装置のヘッドの位置決め応
答速度の向上が可能となる。

【００７９】図１２のブロック図に示すように、本実施
形態のサーボトラックライタ駆動回路は、外部アクチュ
エータ駆動ユニット７０と圧電素子駆動ユニット７６か
ら構成される。

【００８０】外部アクチュエータ駆動ユニット７０は、
アーム制御器７２と、アーム駆動回路７４と、アーム２
２と、位置検出部３０を含んでいる。圧電素子駆動ユニ
ット７６は、制御器７８と、駆動回路８０と、アクチュ
エータ部６２ａとセンサ部６２ｂを有する圧電素子６２
と、補正テーブル８２を含んでいる。

【００８１】まず、アーム制御器７２に単調増加するア
ーム２２の目標位置ｒ１を与える。この目標位置ｒ１と
位置検出部３０で検出したアーム２２の位置との偏差ｅ
１を求める。

【００８２】アーム制御器７２はこの偏差ｅ１に基づき
指令値ｕ１を作製し、アーム駆動回路７４に入力する。
アーム駆動回路７４はこの指令値ｕ１に基づいてアーム
２２を駆動する。

【００８３】即ち、外部アクチュエータ駆動ユニット７
０は、位置検出部３０で検出したアーム２２の位置がア
ーム目標位置ｒ１に一致するようにアーム２２の駆動を
フィードバック制御する。

【００８４】次に、圧電素子６２のアクチュエータ部６
２ａの目標位置にキャリッジ６の目標停止位置ｒ２を入
力する。この目標停止位置と、圧電素子６２のセンサ部
６２ｂから得た変位信号と外部アクチュエータ駆動ユニ
ット７０で検出したアーム位置の和との偏差ｅ２を求め
る。

【００８５】この偏差ｅ２に基づき制御部７８で指令値
ｕ２を作製し、駆動回路８０に入力する。駆動回路８０
はこの指令値ｕ２に基づいて、圧電素子６２のアクチュ
エータ部６２ａを駆動する。

【００８６】即ち、圧電素子駆動ユニット７６は、圧電
素子６２のセンサ部６２ｂで検出したアーム２２に対す
る圧電素子６２の相対位置と、外部アクチュエータ駆動
ユニット７０で検出したアーム位置との和からキャリッ
ジ位置を求め、このキャリッジ位置がキャリッジ目標停
止位置ｒ２に一致するように、圧電素子６２のアクチュ
エータ部６２ａを駆動する。

【００８７】このような制御を行なうと、図１１（Ａ）
〜図１１（Ｃ）に示したような動きとなる。圧電素子６
２は外部アクチュエータ２０より応答が早いため、キャ
リッジ６がトラック間を移動時は、圧電素子６２のアク
チュエータ部６２ａは外部アクチュエータ２０と同方向
に移動し、先に目標位置に到達する。

【００８８】キャリッジ６の移動停止時は、圧電素子６
２のアクチュエータ部６２ａは外部アクチュエータ２０
と逆方向に移動し、絶対座標で見ると図１１（Ｃ）に示
すようにキャリッジ６が停止するように動作する。

【００８９】このような外部アクチュエータ２０による
粗動と圧電素子６２による微動を組み合わせることによ
り、磁気ディスク装置のキャリッジ６及びヘッド１４の
高速移動及び低振動精密位置決めが可能となる。

【００９０】ところで、圧電素子は一般的にヒステリシ
スを持つが、その歪量が非常に小さい範囲での使用にお
いては線形性を有し、センサ部は変位に比例した電圧を
発生する。

【００９１】しかし、予め変位と電圧の関係を測定して
補正テーブルを作製し、センサ部で検出した変位の補正
を行なうことにより、ヒステリシス成分を低減可能であ
り、十分な検出・制御精度を確保することができる。図
２に示したブロック図では、補正テーブル８２でセンサ
部６２ｂの検出変位を補正している。

【００９２】図１３を参照すると、圧電素子６２をダン
パーとして用いた実施形態が示されている。キャリッジ
６は磁気ディスク装置のスピンドルモータの回転振動な
どの外乱により振動し、同時にキャリッジ６に接触して
いるイフェクタ２８も振動する。

【００９３】現在主流となっている磁気ディスク装置の
スピンドルモータ回転周波数は約１００Ｈｚ程度であ
り、内部アクチュエータ４のキャリッジ６及びサスペン
ション１２の共振周波数は約４ｋＨｚ程度である。ここ
では、これらの振動を低減するように構成した例につい
て説明する。

【００９４】パッシブダンパー９４は圧電素子６２に接
続した共振回路９６により構成される。振動により圧電
素子６２には電荷が発生するが、この電荷を接続した共
振回路９６に流し、ジュール熱として消費させ、振動を
減衰させる。

【００９５】減衰させる周波数は、共振回路９６の回路
構成によっていろいろな周波数特性にできるが、ここで
はローパスフィルタの周波数特性とし、３〜５ｋＨｚに
ある内部アクチュエータ４の共振を減衰させるようにし
た。

【００９６】アクティブダンパー８４はキャリッジ６の
振動を検出する変位センサ８６と、周波数検出器８８
と、制御器９０と、駆動回路９２を含んでいる。例え
ば、変位センサ８６は圧電素子６２のセンサ部６２ｂで
構成する。

【００９７】まず、キャリッジ６の振動を変位センサ８
６で検出する。周波数検出器８８で変位センサ８６で検
出した振動成分の中で特に大きな周波数又は周波数帯を
抽出する。

【００９８】制御器９０では、この周波数の振動を抑え
るような逆位相の時間波形を生成する。この波形をもと
に実際に駆動回路９２で圧電素子６２のアクチュエータ
部６２ａに電圧を加えキャリッジ６の振動を抑制する。

【００９９】アクティブダンパー８４においても、周波
数検出器８８の感度を調整することで抑える周波数又は
周波数帯を選ぶことができるが、ここでは、低域に存在
するスピンドルモータ回転周波数（約１００Ｈｚ）を抑
えるためのノッチフィルタとなるように構成した。

【０１００】このようにパッシブダンパー９４でキャリ
ッジ６及びサスペンション１２の４ｋＨｚ前後の共振周
波数を減衰させ、アクティブダンパー８４で約１００Ｈ
ｚ前後のスピンドルモータ回転周波数を減衰させること
で、広い周波数帯の減衰効果が得られる。

【０１０１】キャリッジ６とイフェクタ２８の接触剛性
は、図１４の模式図に示すように現され、下記の式
（１）のようになる。

【０１０２】ｆ＝ｋΔｘ・・・（１） ここで、ｆ：接触力 ｋ：接触剛性 Δｘ：物体間位置偏差（ｘ１−ｘ２） （１）式は、下記の（２）式のように変形できる。

【０１０３】Δｘ＝ｆ／ｋ・・・（２） よって、（１）式の力を（２）式の位置偏差に変換でき
るため、接触剛性から位置制御を行なうことができる。
ここで、ｋを希望の値に設定することで、あたかも接触
剛性が変化したようにできる。

【０１０４】これをモデル化すると図１５に示すように
なり、次式を得る。

【０１０５】 ｍ（ｄ²ｘ１／ｄｔ²）＝−ｋ１ｘ１−ｋ（ｘ１−ｘ２）＋Ｆ・・・（３） Ｍ（ｄ²ｘ２／ｄｔ²）＝−ｋ（ｘ２−ｘ１）−ｋ２ｘ２・・・（４） 図１５において、ｋ１は内部アクチュエータ４のバネ定
数、ｋ２は外部アクチュエータ２０のバネ定数である。
また、ｍはキャリッジ６の質量、Ｍは外部アクチュエー
タ２０の質量である。

【０１０６】図１６を参照すると、力制御によるサーボ
トラックライタ駆動方法のブロック図が示されている。
キャリッジ６と圧電素子からなるイフェクタ２８の目標
接触力を制御器９８に入力し、駆動回路１００はこの目
標接触力に基づいて内部アクチュエータのキャリッジ６
を駆動する。

【０１０７】キャリッジ６とイフェクタ２８の接触力は
圧電素子のセンサ部６２ｂで検出され、検出接触力が目
標接触力に一致するようにキャリッジ６の駆動をフィー
ドバック制御する。

【０１０８】図１７を参照すると、接触剛性を変更する
ためのブロック図が示されている。圧電素子のセンサ部
６２ｂは内部アクチュエータ４のキャリッジ６と接触し
ているため、接触力に比例した電圧を発生する。

【０１０９】しかし、圧電素子にはヒステリシスが存在
するため、予め電圧−力の関係を測定して作製した補正
テーブル１０２によって圧電素子のセンサ部６２ｂの出
力電圧を補正する。

【０１１０】このようにして求めた接触力ｆを、Δｘ＝
ｆ／ｋ´の関係から、変位Δｘに変換する。ｋ´は、希
望する共振周波数に対応したバネ定数である。ここで得
られた変位Δｘに対し、制御器９８及び駆動回路１００
を使用して内部アクチュエータ４のキャリッジ６の位置
制御を行なう。このように、接触剛性を実際のｋから希
望するｋ´に変更することにより、共振周波数を変化さ
せることができる。

【０１１１】接触剛性の変更による共振周波数調整のシ
ミュレーション結果を図１８（Ａ）〜図１８（Ｄ）に示
す。シミュレーションは図１５及び式（３），式（４）
を元に行なった。これらの図において、横軸は振動数
（Ｈｚ）であり、縦軸は振幅を示している。

【０１１２】図１８（Ａ）は接触剛性ｋがない場合の、
即ちキャリッジ６とアーム２２が接触していない場合
の、ｍが１自由度系の変位出力である。図１８（Ｂ）は
同様に接触剛性ｋがない場合の、Ｍが１自由度系の変位
出力である。

【０１１３】図１８（Ｃ）は接触剛性ｋを用いてｍとＭ
を連結し、２自由度系になった場合のｍの変位出力であ
る。１自由度系から２自由度系に変化すると、共振周波
数が変化することが分かる。接触剛性ｋの値を１０倍に
した結果が図１８（Ｄ）である。

【０１１４】以上のシミュレーション結果から、接触剛
性ｋの値を変えることで自由に共振周波数を変更できる
ことが分かる。このように、シミュレーションによって
適切な共振周波数が得られる接触剛性ｋを選び、磁気デ
ィスク装置に適用して共振周波数の制御を行なうことに
より、スピンドルモータ回転周波数や機構部共振なども
考慮してサーボトラックライタとしての適切な振動状態
を得ることができる。

【０１１５】以上説明した実施形態においては、固体変
形素子として圧電素子を用いた例について説明したが、
固体変形素子としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）
等の圧電樹脂、複合圧電素子又は磁歪素子を用いても良
い。ある条件においては、光歪素子の使用も可能であ
る。

【０１１６】また、センサ部の出力を補正テーブルによ
り補正したが、Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_{2 /3}）₀₃（ＰＭＮ）や
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）単結晶を使用すれ
ば、補正テーブルを用いなくても良い。

【０１１７】同様に、固体変形素子の駆動制御に関して
は、印加電圧と変位量に関しての補正テーブルを予め作
製しておけば、オープンループ制御も可能である。線形
性の良いＰＭＮ等の電歪素子やニオブ酸リチウム（Ｌｉ
ＮｂＯ₃）単結晶を使用すれば、センサを用いずにオー
プンループ制御が可能である。

【０１１８】固体変形素子はチューブ型に限定されるも
のではなく、用途に応じてユニモルフ型、バイモルフ
型、マルチモルフ型、積層型、ハニカム型、キュービッ
クトライポッド型などを用いても良い。

【０１１９】固体変形素子をアクチュエータ部とセンサ
部に分割した例について説明したが、センサ部を設けず
に歪ゲージ等により固体変形素子の変形を検出するよう
にしても良い。さらに、センサとしてレーザ式、渦電流
式、静電容量式等の非接触式センサを用いるようにして
も良い。

【０１２０】本発明は以下の付記を含むものである。

【０１２１】（付記１） ディスク媒体と、該ディスク
媒体に対して情報のリード／ライトを行なうヘッドと、
回転可能に取り付けられたキャリッジを有し、該ヘッド
を前記ディスク媒体に沿って移動させる内部アクチュエ
ータとを含んだディスク装置の前記ディスク媒体にサー
ボトラック信号を書き込むサーボトラックライタであっ
て、前記キャリッジと実質上同一の回転軸を有するアー
ムと、該アームを回転する駆動ユニットと、前記アーム
に関連して設けられた固体変形素子と、前記アームに取
り付けられ前記キャリッジに接触結合可能なイフェクタ
とを有する外部アクチュエータと；前記内部アクチュエ
ータを制御する内部アクチュエータ制御ユニットと；前
記外部アクチュエータを制御する外部アクチュエータ制
御ユニットと；前記固体変形素子を制御する固体変形素
子制御ユニットと；前記アームの位置を検出するアーム
位置検出装置とを具備し；前記固体変形素子は少なくと
も第１セグメントと第２セグメントに分割されており、
前記第１セグメントは前記キャリッジを微小に変位させ
るアクチュエータとして動作し、前記第２セグメントは
前記イフェクタの位置を検出するセンサとして動作する
ことを特徴とするサーボトラックライタ。

【０１２２】（付記２） 前記固体変形素子は圧電素
子、圧電樹脂、複合圧電素子、磁歪素子及び電歪素子か
らなる群から選択される付記１記載のサーボトラックラ
イタ。

【０１２３】（付記３） 前記イフェクタは前記固体変
形素子から構成される付記１記載のサーボトラックライ
タ。

【０１２４】（付記４） 前記固体変形素子は前記アー
ムと前記イフェクタの間に設けられている付記１記載の
サーボトラックライタ。

【０１２５】（付記５） 前記アームの少なくとも一部
が前記固体変形素子から構成される付記１記載のサーボ
トラックライタ。

【０１２６】（付記６） 前記固体変形素子はチューブ
形状をした積層型固体変形素子であり、複数の第１セグ
メントと複数の第２セグメントに円周方向に交互に分割
されている付記１記載のサーボトラックライタ。

【０１２７】（付記７） 前記固体変形素子は板圧方向
に分極方向を有する剪断型固体変形素子であり、前記第
２セグメントが一対の前記第１セグメントの間に配置さ
れている付記１記載のサーボトラックライタ。

【０１２８】（付記８） ディスク装置のキャリッジと
実質上同一の回転軸を有するアームと、該アームを回転
する駆動ユニットと、前記アームに関連して設けられた
固体変形素子と、前記アームに取り付けられ前記キャリ
ッジに接触結合可能なイフェクタとを有するサーボトラ
ックライタの駆動方法であって、前記キャリッジと前記
イフェクタとが接触結合するように該キャリッジを駆動
し；アーム目標位置指令を入力して前記アームを回転さ
せ；前記アームの位置を検出し；検出したアーム位置が
アーム目標位置に一致するように前記アームの回転をフ
ィードバック制御し；キャリッジ目標位置指令を入力し
て前記固体変形素子の一部を駆動して前記イフェクタを
介して前記キャリッジを微小に移動させ；前記固体変形
素子の残部により前記イフェクタの前記アームに対する
相対位置を検出し；前記アーム位置と前記イフェクタ相
対位置からキャリッジ位置を検出し；検出したキャリッ
ジ位置がキャリッジ目標位置に一致するように前記固体
変形素子の前記一部の駆動をフィードバック制御する；
ことを特徴とするサーボトラックライタの駆動方法。

【０１２９】（付記９） 前記アームの回転は一定速度
で回転するディスク媒体に対してスパイラル軌道を描く
ような回転であり、前記固体変形素子は前記スパイラル
軌道に同期して前記イフェクタを各サーボトラック位置
において円軌道を描くように駆動する付記８記載のサー
ボトラックライタの駆動方法。

【０１３０】（付記１０） 前記キャリッジの振動を前
記固体変形素子の前記残部により検出し、検出した振動
を打ち消す方向に前記固体変形素子の前記一部を駆動す
るステップを更に具備した付記８記載のサーボトラック
ライタの駆動方法。

【０１３１】（付記１１） 前記キャリッジの振動を前
記固体変形素子の前記残部に電荷として蓄積し、この電
荷を前記固体変形素子の前記残部に接続された共振回路
に流し、ジュール熱として消費させるステップを更に具
備した付記８記載のサーボトラックライタの駆動方法。

【０１３２】（付記１２） 前記キャリッジの駆動ステ
ップは前記キャリッジと前記イフェクタとの間の接触力
を一定に保つような駆動であり、これにより前記キャリ
ッジに発生する振動を低減する付記８記載のサーボトラ
ックライタの駆動方法。

【０１３３】（付記１３） 前記キャリッジと前記イフ
ェクタの接触力を変化させ、前記キャリッジの共振周波
数を変化させるステップを更に具備した付記１２記載の
サーボトラックライタの駆動方法。

【０１３４】

【発明の効果】本発明は以上詳述したように構成したの
で、ディスク装置のヘッドの位置決め精度及び位置決め
応答速度を向上可能なサーボトラックライタ及びその駆
動方法を提供することができる。さらに、外来及びディ
スク装置自体が発生する振動に対し、サーボトラックラ
イタ駆動時のディスク装置の内部アクチュエータの振動
を低減できる。

【０１３５】さらにまた、ディスク媒体の回転数に依存
するディスク装置の内部アクチュエータの共振に対し、
ディスク媒体の回転数を変更することなくサーボトラッ
クライタ駆動時の内部アクチュエータの共振周波数を調
整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】本発明実施形態の概略構成図である。

【図３】固体変形素子の配置の仕方を示す図である。

【図４】固体変形素子の他の配置の仕方を示す図であ
る。

【図５】固体変形素子の更に他の配置の仕方を示す図で
ある。

【図６】外部アクチュエータのアームと内部アクチュエ
ータのキャリッジの非接触結合状態を示す図である。

【図７】煎断型圧電素子を示す図である。

【図８】積層型圧電素子を示す図である。

【図９】図９（Ａ）はチューブ形状積層型圧電素子を示
す図であり、図９（Ｂ）はその変形の仕方を示す図であ
る。

【図１０】本発明のサーボトラックライタ駆動方法説明
図である。

【図１１】図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は本発明のサー
ボトラックライタ駆動方法を説明する図であり、図１１
（Ａ）はアームの絶対軌道を、図１１（Ｂ）はアームに
対する圧電素子の相対軌道を、図１１（Ｃ）は圧電素子
の絶対軌道、即ち内部アクチュエータのキャリッジの絶
対軌道をそれぞれ示している。

【図１２】本発明実施形態のサーボトラックライタ駆動
回路のブロック図である。

【図１３】キャリッジの振動を減衰可能な実施形態のブ
ロック図である。

【図１４】接触剛性の模式図である。

【図１５】力学的モデルを示す図である。

【図１６】力制御による駆動方法ブロック図である。

【図１７】接触剛性を変更するための力制御ブロック図
である。

【図１８】図１８（Ａ）〜図１８（Ｄ）は接触剛性の変
更による共振周波数調整のシミュレーション結果を示す
図である。

【符号の説明】

２ 磁気ディスク装置 ４ 内部アクチュエータ ６ キャリッジ（アクチュエータアーム） １２ サスペンション １４ ヘッド １６ 駆動ユニット １８ サーボトラックライタ（ＳＴＷ） １９ ディスク媒体 ２０ 外部アクチュエータ ２２ アーム ２６ 駆動ユニット ２８ イフェクタ ３０ アーム位置検出装置 ３２ 内部アクチュエータ制御ユニット ３４ 外部アクチュエータ制御ユニット ３６ 固体変形素子制御ユニット ５６ 板形状煎断型圧電素子 ６０ 積層型圧電素子 ６２ チューブ形状積層型圧電素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾崎 行雄 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 5D042 LA01 MA01 MA15 5D088 BB01 5D096 NN03 NN08 WW02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディスク媒体と、該ディスク媒体に対し
   て情報のリード／ライトを行なうヘッドと、回転可能に
   取り付けられたキャリッジを有し、該ヘッドを前記ディ
   スク媒体に沿って移動させる内部アクチュエータとを含
   んだディスク装置の前記ディスク媒体にサーボトラック
   信号を書き込むサーボトラックライタであって、 前記キャリッジと実質上同一の回転軸を有するアーム
   と、該アームを回転する駆動ユニットと、前記アームに
   関連して設けられた固体変形素子と、前記アームに取り
   付けられ前記キャリッジに接触結合可能なイフェクタと
   を有する外部アクチュエータと；前記内部アクチュエー
   タを制御する内部アクチュエータ制御ユニットと；前記
   外部アクチュエータを制御する外部アクチュエータ制御
   ユニットと；前記固体変形素子を制御する固体変形素子
   制御ユニットと；前記アームの位置を検出するアーム位
   置検出装置とを具備し；前記固体変形素子は少なくとも
   第１セグメントと第２セグメントに分割されており、前
   記第１セグメントは前記キャリッジを微小に変位させる
   アクチュエータとして動作し、前記第２セグメントは前
   記イフェクタの位置を検出するセンサとして動作するこ
   とを特徴とするサーボトラックライタ。
2. 【請求項２】 前記固体変形素子は圧電素子、圧電樹
   脂、複合圧電素子、磁歪素子及び電歪素子からなる群か
   ら選択される請求項１記載のサーボトラックライタ。
3. 【請求項３】 前記固体変形素子はチューブ形状をした
   積層型固体変形素子であり、複数の第１セグメントと複
   数の第２セグメントに円周方向に交互に分割されている
   請求項１記載のサーボトラックライタ。
4. 【請求項４】 ディスク装置のキャリッジと実質上同一
   の回転軸を有するアームと、該アームを回転する駆動ユ
   ニットと、前記アームに関連して設けられた固体変形素
   子と、前記アームに取り付けられ前記キャリッジに接触
   結合可能なイフェクタとを有するサーボトラックライタ
   の駆動方法であって、 前記キャリッジと前記イフェクタとが接触結合するよう
   に該キャリッジを駆動し；アーム目標位置指令を入力し
   て前記アームを回転させ；前記アームの位置を検出し；
   検出したアーム位置がアーム目標位置に一致するように
   前記アームの回転をフィードバック制御し；キャリッジ
   目標位置指令を入力して前記固体変形素子の一部を駆動
   して前記イフェクタを介して前記キャリッジを微小に移
   動させ；前記固体変形素子の残部により前記イフェクタ
   の前記アームに対する相対位置を検出し；前記アーム位
   置と前記イフェクタ相対位置からキャリッジ位置を検出
   し；検出したキャリッジ位置がキャリッジ目標位置に一
   致するように前記固体変形素子の前記一部の駆動をフィ
   ードバック制御する；ことを特徴とするサーボトラック
   ライタの駆動方法。
5. 【請求項５】 前記アームの回転は一定速度で回転する
   ディスク媒体に対してスパイラル軌道を描くような回転
   であり、 前記固体変形素子は前記スパイラル軌道に同期して前記
   イフェクタを各サーボトラック位置において円軌道を描
   くように駆動する請求項４記載のサーボトラックライタ
   の駆動方法。