JP2002517878A - 速度検知コイルを用いた回転振動の検出 - Google Patents

速度検知コイルを用いた回転振動の検出

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Abstract

(57)【要約】 回転自在なディスク（１０６）に隣接した回転式アクチュエータ（１１０）を有するディスクドライブ（１００）に加わる回転振動を検出する装置と方法。アクチュエータ（１１０）は、ディスクの記録面に隣接したヘッド（１２０）と、ボイスコイルモータ（１１４）の磁気回路（１４０）の磁界の範囲内にあるアクチュエータコイル（１１３）を支持している。さらに、第２の速度検知コイル（１３０）が、アクチュエータに接続されており、磁気回路の磁界の範囲内にあり、速度検知コイルは、アクチュエータコイルとは電気的に分離されている。回転振動は、磁気回路が速度検知コイルに対して移動したときに、速度検知コイルの両端に誘導された検知電圧に関連して検出される。ヘッドおよびホスト装置間のデータ転送動作は、回転振動の大きさが指定された大きさを上回ったときに中断される。サーボ回路（１６６）は、アクチュエータコイルに電流を印加することにより、速度検知コイルからの検知電圧との関連だけでなく、ヘッドによって変換されたサーボ情報に関連して、ディスク記録面に対するヘッドの位置を定める。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、概ねディスクドライブ記憶装置の分野に関し、詳しくは（ただし、
これに限定されることはない）、ディスクドライブに加わる回転振動を検出する
速度検知コイルを用いたディスクドライブのデータ転送パフォーマンスの向上に
関するものである。
【０００２】 （背景技術） ディスクドライブは、コンピュータシステムのユーザが、速く効率的に大量の
データを記憶し検索できるようにするデジタルデータ記憶装置である。現在製造
されているディスクドライブは、数ギガバイト（ＧＢ）を上回るデータ記憶容量
を有しており、１秒当たり数メガバイト（ＭＢ）の持続速度でデータを転送でき
る。
【０００３】 通常のディスクドライブには、一定の高速度で回転を行なうためにスピンドル
の回転自在ハブに取り付けられた複数の磁気記録ディスクが設けられている。デ
ィスクおよびホストコンピュータ間でデータを転送するために、各ディスクの表
面に隣接して、一連の読取り書込みヘッドが配置されている。各ヘッドは、閉ル
ープのデジタルサーボシステムによってディスク上の半径方向に位置が定められ
ており、ディスクの高速回転によって生じた気流が空気による支えとなり、各デ
ィスク表面に近接して空気中に浮かんだ状態になる。ユーザデータの記憶用に複
数の名目上同心のトラックが各ディスク表面上に設けられている。
【０００４】 前置増幅器および駆動回路（プリアンプ）は、ヘッドが使用する書込み電流を
発生し、データ書込み動作中にトラックを選択的に磁気化する。このプリアンプ
は、さらに、データ読取り動作中に、ヘッドによって検出された読取り信号を増
幅する。読取り書込みチャネルとインタフェース回路は、プリアンプと動作可能
に接続され、ディスクおよびホストコンピュータ間でデータを転送する。
【０００５】 硬質のハウジングは、スピンドルモータとアクチュエータを支持し、かつ、デ
ィスクおよびヘッドの粒子汚染を最小限度に抑えるための内部制御環境を形成す
るために設けられている。また、プリント基板は、（前記サーボ回路、読取り書
込みチャネルおよびインタフェース回路などの）ディスクドライブ制御電子部品
を収容しているハウジングの外部に設けられている。
【０００６】 ディスクドライブは、１台のディスクドライブが１次データ記憶周辺機器とし
て用いられる、通常のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）やポータブルデータ処理
通信装置などのスタンドアロン方式で使用されることが多い。ただし、膨大なデ
ータ記憶容量や高い入出力（Ｉ／Ｏ）帯域を必要とするアプリケーションでは、
複数のドライブを、ＲＡＩＤ（「低価格ディスクの冗長配列」、あるいは「独立
ディスクの冗長配列」）と呼ばれることもある多重ドライブ配列にすることも可
能である。１９８７年に、パターソン他による「冗長性を持つ低価格ディスクア
レイ（ＲＡＩＤ）のケース」（レポートＮｏ．ＵＣＢ／ＣＳＤ８７／３９１、１
９８７年１２月； カリフォルニア州、バークレー、カリフォルニア大学、コン
ピュータサイエンス部（ＥＥＣＳ））と題する多様なＲＡＩＤアーキテクチャを
提案した発展の可能性に富む記事が発表されている。
【０００７】 その導入以来、ＲＡＩＤは、かなりのデータ転送や記憶容量を必要とする様々
なアプリケーションに広く用いられるようになった。現在では、通常、数百とは
いかないまでも、数十ものドライブが単一のＲＡＩＤに組み込まれている。しか
しながら、大規模データ記憶システムの製造を容易にする利点がある一方で、同
じ閉鎖された容器内に複数のドライブを連結させることによって、各ドライブ内
の（ディスクの回転に使用するスピンドルモータや、ディスク上の各種トラック
にヘッドを移動させる際に用いられるアクチュエータなどの）励磁源からの好ま
しくない振動を発生することも考えられる。このような振動は、閉鎖容器内の各
ドライブを固定させるのに用いられるシャシマウントを通じてドライブからドラ
イブへ伝わることがある。
【０００８】 振動成分は、性質上、並進性または回転性によって特徴づけられる。並進振動
は、ディスクドライブハウジングをドライブの平面に沿って前後に移動させる傾
向があるのに対し、回転性の振動は、ディスクドライブハウジングをドライブの
平面に対して垂直な軸を中心に回転させる傾向がある。名目上平衡なアクチュエ
ータを設ける試みがなされていることから、ディスクとアクチュエータは、いず
れもそのような並進振動に含まれる動きに反応するため、通常、並進振動は、デ
ィスクに関して、ヘッドを選択位置に維持するアクチュエータの能力に与える影
響はほとんどないと言える。
【０００９】 しかし、このようなことは、通常、回転性の振動について当てはまらない。名
目上平衡なアクチュエータを使用した場合でも、回転振動によって、アクチュエ
ータに対してディスクが移動する傾向がある。これは、自由体として動作するア
クチュエータが、慣性の影響によって本来、動きを妨げられないのに対して、ハ
ウジングに搭載されたディスクの位置が、伝えられた回転振動によってずれるた
めである。その傾向が強くなると、このような動きによって、「オフトラック」
状態が発生し、ヘッドが、選択されたトラックから逸脱してしまう。このような
オフトラック状態によって、ディスクおよびホスト装置間のデータの転送を行な
うドライブの機能にマイナスの影響を与えることになる。
【００１０】 回転振動に関する以上の問題点は、ディスクドライブ技術の分野において周知
である。本発明の譲受人に譲渡された、１９９３年８月１０日にスミスに許可さ
れた米国特許第５，２３５，４７２号に記載されているように、ディスクドライ
ブの回転振動の発生を検知できるセンサを使用することによって、補償しようと
する試みが行なわれている。フィードフォワード制御によって回転振動を検知し
て補償しようとする試みの中には、ホワイトとトミズカによる「加速度フィード
フォワード制御による磁気ディスクドライブの外乱阻止の強化」や、アブラモビ
ッチによる「回転振動加速度計を用いた小型ディスクドライブの回転性外乱の阻
止」なども挙げることができる。この資料はいずれも、第１３回トリエンナーレ
世界会議（１９９６年、米国、サンフランシスコ）において提出されたものであ
る。
【００１１】 上記および他の従来技術による方法は、有効ではあるものの、ディスクドライ
ブの回転振動の影響を最小限度に抑えるうえでは限界がある。特に回転振動を検
知するセンサは市販されていても、低価格のディスクドライブ設計に使用するに
は法外に高くつくことが多く、特定のドライブに使用するために正しく目盛を設
定することが困難なことも多い。このようなセンサには、前記のスミスによる米
国特許第５，２３５，４７２号に開示されているフィルム上に生じた捩れに反応
して回転振動を検出する金属層の間に配置された圧電性高分子フィルムを具備し
ているものもある。別の構成によれば、ひとつの閉鎖された部品内に複数の圧電
変換器を用いることにより、各変換器の間に検出される動作の差に関連して回転
を検出している。
【００１２】 代わりに、各装置間の検出された動作の差に反応して回転振動を検出する２台
以上の別々の直線加速度計により、回転センサを形成することも可能である。市
販されている別々の直線加速度計（圧電性または類似の構成）は、統合型回転セ
ンサに比べて、実現する際に価格を抑えられる可能性は高いものの、部分ごとの
出力ゲインの変化特性が大きくなり、加速度計の設定を合わせるための特殊なス
クリーニング動作やトリミング動作をせずに回転振動の検出を行なう目的でドラ
イブに使用する場合には不適当なものになることもある。
【００１３】 前記のホワイト他およびアブラモビッチの参考文献では、例示により、周知の
特性を有する振動を伝えるシェーカーテーブルの使用を要する校正ルーチンだけ
でなく、比較的精密な（したがって高価な）加速度計の使用を要する従来方法が
示されている。このような点を考慮すると、以上の方法は、ボリュームの高いデ
ィスクドライブの製造には好ましくないことになり、将来、一定のドライブの応
答特性を次のその分野における環境に適応させていくことはできなくなる。
【００１４】 さらに、これらの参考文献は、回転性の影響に対する補償に限られており、並
進性の影響について述べられていない。しかしながら、並進性の影響は、アクチ
ュエータの不均衡によるオフトラックエラーの一因となることも明らかになって
いる。実際に、誘発される振動は、純粋に回転性あるいは並進性であることはま
れであり、大抵は、双方が組み合わされる形で起きている。
【００１５】 したがって、ディスクドライブのトラック密度およびパフォーマンスに要求さ
れる条件が、引き続き高くなっていることから、低価格で簡単に構成された振動
センサ回路を用いた、ディスクドライブへの振動の影響を補償する技術において
より改善された方法がなお必要とされている。
【００１６】 （発明の開示） 本発明は、ディスクドライブに加わる回転振動を検出する装置と方法を提供す
る。
【００１７】 本書の好適な実施例によって示されている通り、このディスクドライブは、回
転自在なディスクと回転式アクチュエータを支持するベースデッキを具備してい
る。このアクチュエータは、ディスクの記録面に隣接するヘッドと、ボイスコイ
ルモータの磁気回路の磁界に入れられた能動アクチュエータコイルを支持してい
る。
【００１８】 さらに、第２の受動速度検知コイルが、該アクチュエータに接続されて磁気回
路の磁界に入っており、該速度検知コイルは、アクチュエータコイルから電気的
に分離されている。磁気回路が速度検知コイルに対して移動したときに、回転振
動が、速度検知コイルの両端に誘導された検知電圧に関連して検出される。回転
振動の大きさが指定された大きさを上回ると、ディスクドライブは、ヘッドおよ
びホスト装置間のデータ転送動作を中断する。
【００１９】 別の好適な実施例では、サーボ回路がアクチュエータコイルに電流を印加して
、速度検知コイルからの検知電圧との関連だけでなく、ヘッドによって変換され
たサーボ情報に関連して、ディスク記録面に対するヘッドの位置を定める。
【００２０】 以下の詳細な説明を読んで関連する図面を参照することにより、以下に記載す
る本発明の特徴を表す利点だけでなく、前記ならびにその他の特徴が、明らかに
なるであろう。
【００２１】 （発明を実施するための最良の形態） 本書に記載する本発明の範囲は特許請求の範囲によって定義されているが、当
業者が記載された発明を実現できるだけの充分な情報を提供するため、本発明に
関する様々な好適な実施例について以下に説明する。以下の特徴と態様の多くは
、単に例示の目的により示されたものであり、記載された本発明を有利に実現で
きる環境を説明するために記載されていることは理解されることと思う。
【００２２】 図１は、コンピュータデータを記憶する際に用いられるディスクドライブ１０
０の平面図である。ディスクドライブ１００は、ヘッドディスク機構（ＨＤＡ）
１０１と、ヘッドディスク機構の下側に設けられ図１では見えないプリント配線
機構（ＰＷＡ）を具備している。ＰＷＡは、以下に述べる通り、ＨＤＡ１０１の
動作制御に用いられる電子部品を具備している。
【００２３】 上部カバーは、ＨＤＡ１０１の内部を見せるために図１から取り除かれている
が、ＨＤＡ１０１のベースデッキ１０２と噛み合うことにより、ＨＤＡ１０１の
周囲を防護する環境が提供されている。スピンドルモータ（概ね、１０４によっ
て示されている）は、ベースデッキ１０２によって支持され、一定の高速で複数
のディスク１０６を回転させる。また、ディスククランプ１０８は、ディスク１
０６をスピンドルモータ１０４に固定している。
【００２４】 ディスク１０６は、ユーザデータが回転式アクチュエータ１１０によって書き
込まれる記録面（個別に示されていない）を有しており、回転式アクチュエータ
１１０は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１１４のアクチュエータコイル１１３
に電流が印加されると、カートリッジベアリングアセンブリ１１２を中心に回転
する。図示される通り、ＶＣＭは、アクチュエータコイル１１３を浸す磁界を形
成する磁気回路（個別に示されていない）を具備している。電流がアクチュエー
タコイル１１３を通過すると、磁気回路の磁界と相互に影響し合う磁界が発生し
、カートリッジベアリングアセンブリ１１２を中心にアクチュエータ１１０が回
転する。
【００２５】 複数の硬質アーム１１６がアクチュエータ１１０から延びており、各アームは
、対応する可撓性サスペンション１１８を支持している。複数のヘッド１２０は
、ディスク１０６の高速回転により生じる空気の流れによって空気が支持するこ
とにより、ディスク１０６の記録面の上方にあるサスペンション１１８で支持さ
れている。ヘッド１２０は、それぞれ薄膜誘導書込み素子とＭＲ読取り素子を有
する磁気抵抗（ＭＲ）ヘッドとしての特徴を有することが好ましい。
【００２６】 ラッチ１２２は、ディスクドライブ１００が非活動状態のとき、アクチュエー
タ１１０を固定しており、可撓線回路アセンブリ１２４は、アクチュエータ１１
０およびディスクドライブＰＷＡ間の電気的な相互接続を容易にしている。
【００２７】 図１で特に重要なのは、速度検知コイル１３０であり、以下に述べる通り、デ
ィスクドライブ１００のベースデッキ１０２に加わる回転振動の検出に用いられ
る。図１に示す通り、速度検知コイル１３０は、ＶＣＭ１１４の磁界に浸されて
おり、アクチュエータ１１０と動作可能に接続され、好ましくは、アクチュエー
タコイル１１３の内側開口部内に配置されている。ただし、速度検知コイル１３
０がアクチュエータコイル１１３の外周の周りに配置される構成などの、速度検
知コイル１３０の他の構成も容易に考えられる。好適な実施例において、速度検
知コイル１３０は、エポキシ樹脂１３２または他の適した付着方法により、アク
チュエータコイル１１３に付着されている。参考のため、以下、アクチュエータ
コイル１１３を「第１」コイルと呼び、速度検知コイル１３０を「第２」コイル
と呼ぶことがある。
【００２８】 速度検知コイル１３０の動作を理解するためには、回転振動がディスクドライ
ブ１００の動作にどのようにマイナスの影響を与え得るか、再度確認することが
何よりも有効であろう。すでに述べた通り、振動による影響は、並進性または回
転性によって特徴づけられる。例によれば、図１の加速度ベクトル１３４および
１３６で示される並進振動は、ディスクドライブ１００の選択された平面に沿っ
て（この場合、最上面のディスク１０６の平面に対して概ね平行な平面に沿って
）横方向にベースデッキ１０２を移動させる傾向がある。アクチュエータ１１０
は、カートリッジベアリングアセンブリ１１２を中心に名目上平衡状態にあるた
め、ディスク１０６とヘッド１２０の両方が一緒に動く傾向があり、その結果、
ヘッドとディスクのずれが最小限度に抑えられる。
【００２９】 他方、加速度ベクトル１３４および１３８によって示される回転振動によって
、最上部のディスク１０６が延びている方向に沿った平面に対して垂直な軸を中
心にベースデッキ１０２が移動する。したがって、ディスク１０６は、ベースデ
ッキ１０２に沿って移動するにもかかわらず、アクチュエータ１１０は、自由体
なので、実質的に空間的には静止している。その結果生じるずれによって、選択
されたヘッド１２０とこれに対応するディスク１０６との間のデータ転送動作に
悪影響を及ぼすことが考えられる。例えば、書込み動作中にそのようなずれが生
じた場合、ディスク１０６の特定のトラックに書き込まれるはずのデータが、隣
接するトラック上に重ね書きされて、ディスク１０６に記憶されているユーザデ
ータを回復不能なまでに損傷させることもある。
【００３０】 このようにして、回転振動により、速度検知コイル１３０に対してベースデッ
キ１０２（したがって、ＶＣＭ１１４の磁気回路）が移動し、コイル内に電圧が
発生する。以下に述べる通り、この誘発された電圧は、ディスクドライブによっ
て、ドライブに加わる回転振動を検出する際に用いられる。
【００３１】 次に図２について説明すると、速度検知コイル１３０とアクチュエータコイル
１１３の等角分解図が示されている。図３は、ＶＣＭ１１４の前記磁気回路と組
み合わされた、速度検知コイル１３０とアクチュエータコイル１１３の断面図で
あり、前記磁気回路は、図３において概ね参照番号１４０で示されている。磁気
回路１４０は、（ステンレス鋼または他の適正な透磁性材料から成る）上部およ
び下部極片１４２、１４４と、上部および下部永久磁石１４６、１４８を具備し
ているが、磁気回路１４０の他の構成も技術上周知であり、希望に応じて使用可
能である。スタンドオフ１４９は、従来方法により、磁気回路１４０を支持して
いる。
【００３２】 図４は、図１のディスクドライブ１００の関連する各部分を示す一般的な機能
ブロック図であり、前記ディスクドライブＰＷＡに配置されている回路も示され
ている。ディスクドライブ１００は、図に示す通り、ディスクドライブ１００と
関連のあるホスト装置１５０に動作可能に接続されている。例えば、ホスト装置
１５０は、ディスクドライブが搭載されているパーソナルコンピュータ（ＰＣ）
によって構成されていてもよい。
【００３３】 制御プロセッサ１５２は、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）１５４およびフラ
ッシュメモリ１５６に記憶されているプログラムおよびパラメタ値によって、デ
ィスクドライブ１００の動作に関する最高水準の制御を提供する。インタフェー
ス回路１５８は、転送データの一時的バッファリングを行なうためのデータバッ
ファ（個別に図示されていない）と、データ転送動作中に読取り書込みチャネル
１６０と前置増幅器／駆動回路（プリアンプ）１６２の動作を指示するシーケン
スコントローラ（「シーケンサ」、同様に個別に図示されていない）とを具備し
ている。プリアンプ１６２は、図１に示すように、アクチュエータ１１０に取り
付けられていることが好ましい。
【００３４】 スピンドル回路１６４は、スピンドルモータ１０４の後方起電力（ｂｅｍｆ）
の整流によって、ディスク１０６の回転を制御する。サーボ回路１６６は、ディ
スク１０６に対する選択ヘッド１２０の位置を制御する。
【００３５】 図５は、以下に述べる検知回路と組み合わされた図４のサーボ回路１６６のブ
ロック図である。ディスクドライブ動作中に、ディスク１０６に記憶されたサー
ボ情報が、入力信号の振幅を回路の残りの部分に適した範囲に調整する自動利得
制御（ＡＧＣ）ブロック１６８に送信される。復調器（ｄｅｍｏｄ）１７０は、
アナログ‐デジタル（Ａ／Ｄ）変換などのサーボ情報の調節を行ない、デジタル
信号プロセッサ（ＤＳＰ）１７２に同じものを提供する。
【００３６】 サーボ情報、制御プロセッサ１５２（図４）によって提供されたコマンド、お
よびＤＳＰメモリ（ＭＥＭ）１７４に記憶されているプログラムに応答して、Ｄ
ＳＰ１７２がコイル駆動回路１７６に電流コマンド信号を出力すると、コイル駆
動回路は、アクチュエータコイル１１３に電流ＩCを印加することにより、対応
するディスク１０６のトラックに対する選択ヘッド１２０の位置付けを行なう。
図３および図４について説明すると、ヘッド１２０、プリアンプ１６２、ＡＧＣ
１６８、復調器１７０、ＤＳＰ１７２、コイル駆動回路１７６、およびアクチュ
エータコイル１１３によって、１次サーボパス（またはループ）が形成されてい
る。
【００３７】 さらに、図４には、増幅器（ａｍｐ）１７８に動作可能に接続された速度検知
コイル１３０が示されており、該増幅器は、速度検知コイル１３０の両端で検知
された電圧ＶSに関する電圧信号を出力する。この出力信号は、速度検知コイル
１３０に対する磁気回路１４０（図３）の回転速度を示すものであり、アナログ
‐デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１８０によりデジタル形式に変換される。このデジ
タル信号は、速度検知コイル１３０の回転速度を表し（したがって、ＲＶで示さ
れる）、微分器１８２だけでなく、ＤＳＰ１７２にも送信される。
【００３８】 ＲＶ信号は、微分器１８２によって微分され、進み遅れフィルタ１８４によっ
てフィルタリングが施され、回転加速度信号ＲＡがＤＳＰ１７２に送信される。
したがって、２次速度検知パスが、速度検知コイル１３０、増幅器１７８、Ａ／
Ｄ変換器１８０、微分器１８２、およびフィルタ１８４によって形成される。参
考のため、以下、少なくとも増幅器１７８を「検知回路」と呼ぶことがあるが、
これは、この増幅器が、速度検知回路１３０の両端にかかる検知電圧に関連する
回転振動を検知する際に用いられるためである。ただし、他の構成による回路も
、速度検知コイル１３０などのコイルの両端にかかる電圧を検知する際に容易に
利用できることは言うまでもなく、図５の回路図は、単に例示のためのものであ
り、特許請求の範囲を限定するものではない。
【００３９】 図５から、速度検知コイル１３０は、アクチュエータコイル１１３の一部では
ないことが明らかであり、むしろ、アクチュエータコイル１１３とは電気的に分
離されており、コイル駆動回路１７６によってアクチュエータコイル１１３に印
加された電流は、速度検知コイル１３０を通過せずに（コイル１１３、１３０の
別々の接続路があることに注意）、２つのコイル１１３および１３０間に存在し
得る電気機械的接続による影響を一切受けない。
【００４０】 さらに、好適な実施例においては、ＲＶ信号により、回転振動の発生を検出し
、回転振動の大きさがかなり激しくなった時点でデータ転送動作を中断する。最
後に、図６は、「データ転送中断」ルーチン２００の一般的なフローチャートを
示しており、ＤＳＰメモリ１７４に記憶され、動作中にＤＳＰ１７２によって使
用されるプログラムを示している。また、図６のルーチンは、ディスクドライブ
動作中に他の継続的に実行しているＤＳＰ１７２の各プログラムステップの不可
欠な部分として実行される最高水準のルーチンである。
【００４１】 ステップ２０２に示すように、このルーチンでは、まず初めに、速度検知コイ
ル１３０から取得したＲＶ信号の大きさを判断する。図５について述べた通り、
この値は、Ａ／Ｄ１８０によってＤＳＰ１７２に送られる。ただし、ＲＶ信号は
、単に磁気回路１４０および速度検知コイル１３０間の実際の相対的な動きを示
すものにすぎず、このような動きは、回転振動によって、または、アクチュエー
タコイル１１３に電流が印加されることによって、あるいは、その両方によって
発生する。したがって、速度検知コイル１３０の両端にある誘導電圧のどの程度
（もしあるなら）が、アクチュエータコイル１１３に対する電流の印加によって
発生したのか判断することが望ましく、この動作が、図６のステップ２０４によ
って示されている。この情報は、ＤＳＰ１７２がコイル駆動回路１７６に対して
発行する電流コマンド信号に関連して利用可能なことは言うまでもない。
【００４２】 したがって、検知された速度（ＶＥＬS）の大きさは、ステップ２０２および
２０４で決められた値の差に関連してステップ２０６で判断されるが、この大き
さの絶対値は、判断ステップ２０８において既定のしきい値Ｔと比較され、しき
い値Ｔは、加えられた回転振動をサーボ回路１６６が適度に阻止できない水準を
上回る程度に選択されていることが好ましい。すなわち、しきい値Ｔは、ディス
クドライブ１００に加わる回転振動の大きさが、重要な周波数範囲（例えば、２
０Ｈｚ・８００Ｈｚ）にわたって、特定の大きさ（例えば、２１ラジアン／秒2
（ｒａｄｓ／ｓｅｃ2））をいつ上回ったか識別することが好ましい。
【００４３】 その大きさがしきい値Ｔを上回った時点で、ステップ２１０に示されるように
、（読取り書込み動作などの）データ転送動作が一時的に中断される。代わりに
、ＶＥＬSの大きさが、しきい値Ｔを上回らなかった場合は、データ転送動作は
中断せずにステップ２１２に進む。このような中断は、様々な方法で実行するこ
とが可能であり、個々のドライブの構成によって異なっている。例えば、ＤＳＰ
１７２が、制御プロセッサ１５２（図４）に対してフラグを発行し、制御プロセ
ッサが、読取り書込みチャネル１６０に対して、一時的にサスペンド動作を行な
う指示を出してもよい。したがって、図７のルーチンは、必要に応じて、適正な
サンプリング速度で、ＶＥＬS値を監視することにより、ディスクドライブ１０
０のデータ転送動作を一時的に中断し、過度の回転振動によるドライブ転送速度
のパフォーマンスへの好ましくない影響を回避する。
【００４４】 さらに好適な実施例においては、ディスクドライブ１００が、回転振動の影響
を補償する動作を行なう。ここで、図７について説明すると、サーボ回路１６６
のこのような動作を示すブロック図が示されている。さらに詳しく言えば、この
ブロック図では、ＤＳＰメモリ１７４（図５）に記憶され、ドライブへの回転振
動の影響を最小限度に抑えながら位置制御を行なう際にＤＳＰ１７２によって使
用されるプログラム内のモジュールが示されている。
【００４５】 図７に示されるように、プラントブロック３００は、ディスクドライブ１００
の選択された電気機械的側面を示すものである。参考として、プラント３００は
、サーボ回路１６６（図５を参照）によって形成される１次ループの各部分を概
ね具備している。プラント３００は、入力として、パス３０２で電流コマンド（
ＩCMD）信号を受信し、これに対して、選択ヘッド１２０の位置誤差を示す位置
誤差信号（ＰＥＳ）をパス３０４で出力する。
【００４６】 さらに、図７では、オブザーバ（ＯＢＳ）ブロック３０６が示されており、こ
のブロックは、一般にプラント３００の数学的モデルを提供するものであり、ヘ
ッド位置（ＸEST）、速度（ＶEST）、およびバイアス（ＷEST）の推定値を、そ
れぞれパス３０８、３１０、３１２によって、定期的に出力する。バイアスは、
可撓線回路１２４（図１）によって加えられるばね力や、ディスク１０６の回転
による気流によって発生する風摩擦による影響などの、ヘッドを選択位置から外
そうとする力を示すものであることは理解されるであろう。
【００４７】 パス３０８のＸESTは、加算接続点３１８において、基準位置（所望のヘッド
位置を示す）と加算され、パス３２０の出力は、利得ＫXを有する位置利得ブロ
ック３２２に振り分けられる。同様に、パス３１０のＶESTは、利得ＫVを有する
速度利得ブロック３２４に当てられる。位置ならびに速度利得ブロック３２２と
３２４に関する出力は、それぞれパス３２８と３３０によって、加算接続点３２
６に送られる。
【００４８】 その出力（パス３３２上の）は、加算接続点３３４において、パス３１２から
のＷESTおよびＲＡ信号（図５）と加算され、パス３０２のＩCMD信号を発生する
。パス３３２の出力は、さらに、利得ブロック３３８にも送られ、オブザーバ３
０６に供給される。ただし、加算接合点３１８、３２６、および３３４に対する
各種入力の符合は、概ね任意に割り当てられたものであり、各信号の極性の変化
に応じて変更可能である。
【００４９】 したがって、ディスクドライブ動作中に、ＲＡ信号が、標本ベースで作成され
、サーボ回路１６６に送信されることにより、ディスクドライブ１００への回転
振動の影響を最小限度に抑制できる。次に、ある一定の利用法に対し、図５およ
び図７の各回路の実装および動作について様々な検討を加えながらコンピュータ
シミュレーションを行なった結果について、以下に述べている。
【００５０】 一般に、サーボ回路１６６に対する速度検知パスの影響は、角速度出力ω0の
伝達関数を、フィードバックのない場合は入力ＵCと比較することによって、ま
たフィードバックがある場合は速度検知コイル１３０からの入力と比較すること
によって、調べることができる。第１のケースでは、プラントのｚドメイン伝達
関数Ｇｐ（ｚ）を、一般に、次の関係によって示すことができる。
【００５１】
【数１】 ただし、Ｋiは、トランスコンダクタンスアンプ定数（アンプ／ボルト）であり
、Ｋtは、アクチュエータトルク定数（ｏｚ‐ｉｎ／アンプ）であり、Ｊは、ア
クチュエータアーム慣性（ｏｚ‐ｉｎ‐ｓｅｃ2）であり、ＴSは、測定サンプル
期間である。適したフィードバックを行なうことにより（すなわち、速度検知パ
スを使用することにより）、伝達関数Ｇｐｖ（ｚ）は、一般に、次の式によって
示される。
【００５２】
【数２】 ただし、Ｋbは、速度検知コイル１３０のｂｅｍｆ定数であり、Ｋｖ＝（ｋｖｇ
ａｉｎ）（ｋｖｓｅｎ）（ｋｖｆｇａ）は、利得定数であり、ｚ＝ｋｖｓｅｎｆ
、ｋｖｓｅｆ、ｋｖｓｅｆ１は、速度検知パスの極位置（それぞれゼロ）である
。式（２）によって示される関係は近似値にすぎないが、これは、Ｄ／Ａフィル
タおよびトランスコンダクタンスアンプ伝達関数の積が、１に等しいと仮定され
ているためであり、Ｄ／Ａフィルタの極が約１５キロヘルツ（ｋＨｚ）に設定さ
れ、トランスコンダクタンスアンプの極が約３５ｋＨｚおよび５０ｋＨｚに設定
されていることから、極めて近似した値となっている。
【００５３】 ただし、式（１）の伝達関数は、フィードバック極がゼロとなって、ゼロと極
が組み合わされた結果、式（２）に示すような２つの新たな極が生じるように、
速度検知パスによって変化する。重要な代表的回転速度周波数スペクトルは、約
２０ヘルツ（Ｈｚ）〜約８００Ｈｚの範囲内にあり、速度検知パスの帯域幅は、
トラック追従パフォーマンスの目標値が、回転振動の発生に見合うほど充分な高
さに設定されなければならない。速度検知パスの最小帯域幅は、アクチュエータ
の共振によって制限されることもあり、したがって、基本的なトラック追従特性
を有する過渡定常状態の応答に対する影響を最小限度に抑えるためには、速度検
知パスの設計において、ある程度の妥協が必要である。
【００５４】 各ディスクドライブの設計規準には、通常、トラック密度、書込み障害しきい
値（ヘッドが配置可能であると同時に書込み動作が行なえるオフトラック中心率
）、トラック追従帯域幅（クロスオーバ周波数）、トラックミスレジストレーシ
ョン（ＴＭＲ）経費に対する様々な仕様がある。これらの規準を設定すれば、速
度検知パスによって補償が施されることにより、回転振動によるＰＥＳ誤差にお
いて必要水準の減少（率）が得られる（例えば、ある特定の設計に対して、３１
％の減少が必要であることが確認された）。
【００５５】 進み遅れフィルタ（１８４、図５）の各係数は、様々な周知の双一次変換方法
によって判断することができる。ある好適な方法によれば、まず初めに、速度検
知パスオープンループゲインを任意の低周波数利得値に設定し、ＲＶスペクトル
の２倍のクロスオーバー周波数となるようにゼロおよび極を調節してシステムを
設計する。次に、速度検知パスを一次パスと組み合わせ、マスワークス社（Ｍａ
ｔｈｗｏｒｋｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能なＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋソ
フトウェアなどの適したシミュレーションソフトウェアを用いて、組み合わされ
たパスの特性を調べることができる。
【００５６】 このような動作を通じて、速度検知パスの低周波数特性により、サーボ回路の
１次パスのトラック追従性能が変化することに気づいた。ＲＶ誘導ＰＥＳ誤差が
大幅に減少することもあり得るが、厳しいステップ応答ペナルティが課せられて
いる。ステップ応答とＲＶ応答のいずれについても好ましい結果を得ることに失
敗した後、詳細な分析を行なうことによって、速度検知パスの帯域が１次パスの
帯域を大幅に上回った時点でサーボ回路のトラック追従特性の変化が最小限度に
抑えられることが明らかとなった。しかし、高い帯域の速度検知パスは、アクチ
ュエータアームの共振が発生することによってループが不安定になる可能性があ
ることから、一般に、実用的とはいえない。
【００５７】 また、速度検知パスによってプラント応答に加えられた追加的な極およびゼロ
の特性的な問題を実際に解決するために、プラントへの入力時に逆関数を導入す
る方法があることが確認された。このような関数は、速度検知パスによって導入
された低周波数の極およびゼロを実質的に取り消す場合があることが確認されて
おり、したがって、１次パスの基本的特性ステップ応答と低周波数繰り返し振れ
（ＲＲＯ）除去の多くを復元できる。逆関数Ｇｖｉ（ｚ）の導入によって、速度
検知パスにより誘発された追加的な極およびゼロは実質的に取り消され、以下の
ような式が成り立つ。
【００５８】
【数３】 式（３）の右辺にあるｚの多項式は、逆関数ゼロが、簡易プラントの前進伝達関
数の計算に基づいていることから、速度検知パスの極と逆関数ゼロの間の取消し
が不充分に行なわれていることを示している。それにもかかわらず、シミュレー
ションを行なった結果、以下に説明する通り、この方法の妥当性が概ね示されて
いる。
【００５９】 詳しく述べると、振幅を２１ラジアン／秒2（ｒａｄｓ／ｓｅｃ2）に等しくし
たときに、位置誤差が、５つのばらばらの周波数、すなわち、４０、１００、２
００、４００、８００Ｈｚにおける定常正弦波回転振動入力の関数であるような
シミュレーションが行われた。正弦波入力に採用されたシミュレーション時間は
０．０２秒であったが、これは、サーボ回路１６６が定常状態に達するのに充分
な時間であると同時に、低周波数入力の最高誤差を測定するうえで充分に長い時
間である。二乗平均平方根（ＲＭＳ）の値が２１ラジアン／秒2（ｒａｄｓ／ｓ
ｅｃ2）に等しく、０．２秒のシミュレーション時間のスペクトルが２０〜８０
０Ｈｚであるとしたとき、位置誤差は、回転振動ノイズ電力の入力に対しても同
様の特徴を示した。速度検知コイル１３０（速度検知パス）を使用した場合と使
用しなかった場合の構成から得られたシミュレーションの結果が、表１に示され
ている。位置誤差の値（表１の第２および第３列に表示）が、まず初めに、ナノ
メートル（１×１０-9メートル）で表示され、次に、マイクロインチ（１×１０ -6 インチ）で表示されている。
【００６０】
【表１】 表１の最後の２行は、回転振動ノイズスペクトル入力の結果を示したものであ
る。ノイズに対するこのうちの最初の行では、位置誤差の値が、０．２秒のシミ
ュレーション中に観測されたピーク誤差となっている。２番目のノイズの行では
、ＲＭＳ位置誤差の計算値が示されている。
【００６１】 以上の結果から、速度検知パスをサーボ回路１６６の１次パスに追加すること
によって、位置誤差が大幅に減少することが明らかである。利用法しだいで、さ
らに検討（および補償効果）が必要な要因としては、アクチュエータコイル１１
３および速度検知コイル１３０間を電磁的に接続する作用と、速度検知コイル１
３０の存在の結果アクチュエータ１１０の構造的な共振に生じる変化と、速度検
知コイル１３０によってアクチュエータ１１０に加えられた追加的慣性によるシ
ークパフォーマンスへの影響（影響がある場合）などが挙げられる。このような
影響を評価し補償することは、当業者の能力が及ぶ充分な範囲内にある。それに
もかかわらず、以上述べてきた実施例は、低コストおよび既存のディスクドライ
ブ設計に容易に組み込めるなどの、従来技術を大きく上回る製造上および動作上
の利点を提供するものである。
【００６２】 以上述べた説明から、本発明が、ディスクドライブに回転振動が加わった状態
を検出する装置と方法に関するものであることは言うまでもない。好適な実施例
によって示されている通り、ディスクドライブ１００は、回転自在なディスク１
０６に隣接するヘッド１２０を支持している回転式アクチュエータ１１０と、ボ
イスコイルモータ１１４の磁気回路１４０の磁界に浸されたアクチュエータコイ
ル１１３とを具備している。
【００６３】 さらに、第２の受動速度検知コイル１３０が、アクチュエータに接続されてお
り、磁気回路の磁界に浸されている。回転振動は、磁気回路が速度検知コイルに
対して移動したときに、コイルの両端に誘導された検知電圧に関連して検出され
、ヘッドおよびホスト装置間のデータ転送動作は、回転振動の大きさが指定され
た大きさ２００を上回ったときに中断される。サーボ回路１６６は、アクチュエ
ータコイルに電流を印加することにより、速度検知コイルからの検知電圧との関
連だけでなく、ヘッドによって変換されたサーボ情報に関連して、ディスク記録
面に対するヘッドの位置を定める。
【００６４】 特許請求の範囲の目的から、以上の説明にしたがって、「回路」と「ブロック
」は、ハードウェアとソフトウェアのどちらの形で実現されてもよい。「第１コ
イルとは電気的に分離されている」と特許請求の範囲に記載されている「第２コ
イル」に関する説明は、以上の説明と矛盾することなく、それぞれ別々の電気的
接続パスが第１および第２コイルに対して設けられ、第１コイルを通過する電流
は、両者間が電磁機械的に接続されているか否かにかかわらず、第２コイルを通
過しないことは容易に理解されることと思う。「ホスト装置」という表現は、特
許請求の範囲に記載されているディスクドライブと通信する任意の装置を示し、
すでに説明した通り、パーソナルコンピュータなどであるが、これに限定される
ものではない。また、方法のステップについて、特定の順序で説明がなされたが
、このような順序は、必ずしも特許請求の範囲の範囲に限定されない。
【００６５】 本発明は、本来およびすでに述べられた目的および利点を達成するためのもの
であることは明らかである。この開示の目的により、好適な実施例について説明
がなされてきたが、当業者が容易に思いつき、また、開示され特許請求の範囲に
記載された本発明の精神に含まれる数多くの変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好適な実施例により構成されたディスクドライブの平面図であり、該
ディスクドライブは、該ディスクドライブのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）の磁
界に浸されており、ディスクドライブに加わる回転振動を検出する際に用いられ
る速度検出コイルを含んでいる。
【図２】 図１に示される速度検知コイルとアクチュエータコイルを示す分解図である。
【図３】 図１のＶＣＭの磁界に関連した速度検知コイルとアクチュエータコイルの断面
図である。
【図４】 ディスクドライブの機能ブロック図である。
【図５】 図４に示すサーボ回路の機能ブロック図である。
【図６】 回転振動の大きさが既定のしきい値を上回った場合に、ディスクドライブおよ
びホスト装置間のデータ転送動作を一時的に中断するためにＤＳＰによって用い
られるプログラムを表す「データ転送割込み」ルーチンの一般的なフローチャー
トを示す図である。
【図７】 図５のサーボ回路のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）によって用いられるプ
ログラムを表す制御図である。
【手続補正書】特許協力条約第１９条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１１年１１月３日（１９９９．１１．３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項８】 前記検出する段階（ｂ）が、 （ｂ１）前記検知電圧に関連して前記第２コイルに対する前記磁気回路の実際
の速度を決定する段階と、 （ｂ２）前記第１コイルに印加された電流の大きさに関連して前記磁気回路に
対するアクチュエータの速度を得る段階と、 （ｂ３）前記実際の速度と前記アクチュエータの速度に関連して、回転振動が
加わったことにより前記磁気回路に伝えられた速度を表す検知速度を決定する段
階と、 をさらに備える請求項５に記載の方法。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１月５日（２０００．１．５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マッケンジー、レアロン、アール アメリカ合衆国 オクラホマ、エドモン ド、スリーピー ホロー ロード 1820 (72)発明者 ファンチェス、オティス、エル アメリカ合衆国 オクラホマ、オクラホマ シティ、 スカイラーク レーン 7331 Ｆターム(参考） 5D068 AA01 BB02 CC12 EE05 GG25 5D088 MM05 5D096 VV10

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転自在なディスクとボイスコイルモータの磁気回路を支持
    するベースデッキと、 該ベースデッキに支持され、前記ディスクに隣接するヘッドと、前記磁気回路
    の磁界の範囲内にある第１コイルとを備える回転式アクチュエータと、 該回転式アクチュエータに接続され、前記第１コイルとは電気的に分離されて
    いる、前記磁気回路の磁界に入れられた第２コイルと、 該第２コイルに動作的に接続され、該第２コイルに対する前記磁気回路の動き
    から該第２コイルの両端に誘導された電圧に関連して前記ベースデッキに加わる
    回転振動を検出する検知回路と、 を備えるディスクドライブ。
  2. 【請求項２】 前記第１コイルに電流を印加することにより前記ヘッドを制
    御可能に位置決めするとともに、前記回転振動の大きさが特定の大きさを上回っ
    たときに、前記ヘッドと当該ディスクドライブに関連するホスト装置との間のデ
    ータ転送動作を中断するサーボ回路をさらに備える請求項１に記載のディスクド
    ライブ。
  3. 【請求項３】 前記第１コイルに電流を印加することにより、前記ディスク
    上に記憶され前記ヘッドによって変換されたサーボ情報に関連して、前記ヘッド
    を制御可能に位置決めするサーボ回路をさらに備え、該サーボ回路が、さらに前
    記第２コイルの両端に誘導された電圧に関連して前記第１コイルに電流を印加す
    る請求項１に記載のディスクドライブ。
  4. 【請求項４】 前記第２コイルが、前記第１コイルの中央開口部内に配置さ
    れている請求項１に記載のディスクドライブ。
  5. 【請求項５】 回転自在なディスクに隣接したヘッドを支持し、ボイスコイ
    ルモータの磁気回路の磁界の範囲内にある第１コイルを備えた回転式アクチュエ
    ータを有するとともに、前記ヘッドが、前記第１コイルに印加される電流に関連
    して前記ディスクを横切る方向に移動するディスクドライブのベースデッキに加
    わる回転振動を検出する方法であって、 （ａ）前記回転式アクチュエータに接続され、前記第１コイルとは電気的に分
    離されている第２コイルを、前記磁気回路の前記磁界に浸す段階と、 （ｂ）前記第２コイルの両端に誘導された検知電圧に関連して前記ベースデッ
    キに加わる回転振動を検出する段階と、 を備える方法。
  6. 【請求項６】 （ｃ）前記検知電圧の大きさに関連して、前記ヘッドおよび
    ホスト装置間のデータ転送動作を中断する段階をさらに備える請求項５に記載の
    方法。
  7. 【請求項７】 前記中断する段階（ｃ）が、 （ｃ１）前記検知速度を予め定められた閾値と比較する段階と、 （ｃ２）前記検知速度が、前記予め定められた閾値を上回ったときに、前記デ
    ータ転送動作を中断する段階と、 をさらに備える請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 （ｄ）前記検知電圧に関連して、前記第１のコイルへの電流
    の印加を制御する段階をさらに備える請求項５に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記検出する段階（ｂ）が、 （ｂ１）前記検知電圧に関連して前記第２コイルに対する前記磁気回路の実際
    の速度を決定する段階と、 （ｂ２）前記第１コイルに印加された電流の大きさに関連して前記磁気回路に
    対するアクチュエータの速度を得る段階と、 （ｂ３）前記実際の速度と前記アクチュエータの速度に関連して、回転振動が
    加わったことにより前記磁気回路に伝えられた速度を表す検知速度を決定する段
    階と、 をさらに備える請求項５に記載の方法。
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