JP2004206769A - ハードディスクドライブ搭載型携帯機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ハードディスクドライブを組み込んだ携帯機器において、回転外乱によるハードディスクドライブ内でのオフトラックの発生および転送レートの低下を防止する。
【解決手段】ハードディスクドライブ１９はピボット・ベアリング３６の回転中心に対して同軸的に携帯機器の本体２のベアリング２１に回転フリーな状態で支持されている。ドライブの二軸上の重心位置を上記回転中心と一致させるためにドライブにダミーウエイト３９を配置する。また、回転外乱によってドライブに発生した角速度を検出する角速度センサー２５をドライブに取りつける。ＣＰＵ２０は角速度センサー２５により検出されたドライブの回転外乱による角速度を打ち消すように、検出された角速度をドライブ回転駆動の制御量に変換し、この制御信号によりドライブ回転駆動機構２８を制御してドライブに逆向きの角速度を付与する。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報記憶媒体としてハードディスクドライブを搭載したタイプの、たとえばディジタルビデオカメラレコーダなどの携帯機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタルビデオカメラレコーダのような、動画や静止画などの大容量のデータを取り扱う携帯機器には軽量でかつ大容量のデータ記録装置が搭載される。近年、ハードディスク装置は記録密度の向上により大容量で小型のものが普及してきており、ディジタルビデオカメラのような携帯機器への実用に好適な条件を満足するようになってきた。
【０００３】
しかし、携帯機器にハードディスク装置を搭載した場合、振動によりハードディスクドライブ内のＨＳＡ(Head Stack Assembly) が外乱を受けた際のオフトラックの発生を如何に阻止するかが重要課題となってくる。
【０００４】
オフトラックが頻発するとデータ記録再生のエラー発生頻度を高くなり、データ転送レートの低下を招いてしまう。特にディジタルビデオカメラレコーダの場合には、動画データの記録時のデータ転送レートの低下によってキャッシュオーバーフローが発生し、フレーム落ちが発生するなど、高品位な動画記録が行えなくなる。
【０００５】
ハードディスク装置のオフトラックが外乱によって発生する原理を以下に示す。図６を参照してハードディスクドライブ内部の機構について説明する。ハードディスクドライブ５１は矩形箱状のケース５２を備えている。ケース５２内には両面に磁気記録層がそれぞれ設けられたディスク状の記憶媒体であるディスク（プラッター）５３と、このディスク５３を支持および回転させるディスク駆動機構としてのスピンドルモータ（ＳＰＭ）５４と、ＨＳＡ(Head Stack Assembly) ５５とが配置されている。ＨＳＡ５５は、ディスク５３に対する信号の読み書きを行う素子であるヘッドを搭載した磁気ヘッドスライダを先端部にもつＨＧＡ（Head Gimble Assembly）と５６、このＨＧＡ５６を先端に支持した複数のアーム５７と、これらのアーム５７をディスク５３の面に沿って移動させるように回動自在に支持するピボット・ベアリング５８と、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）５９で構成されている。
【０００６】
ボイスコイルモータ５９に電流を流すと外部に配置されている磁石との間に発生した磁場の力によってＨＳＡ５５はピボット・ベアリング５８を中心に回転する。このＨＳＡ５５の回転により、ヘッドをディスク５３の半径方向に移動（シーク）させ、ディスク５３上の目的のトラックに位置決め（トラッキング）する。
【０００７】
ハードディスクドライブ５１では、記録密度の向上によりトラックピッチが１ｕｍをきる程度にまで狭くなってきており、その狭い範囲に精度良く（例えば、１０ｎｍ精度で）ヘッドを位置決めする必要がある。
【０００８】
通常、ＨＳＡの重心は精度良くピボット・ベアリング５８の回転中心に配置されており、これによって例えば、図６でＸ軸あるいはＹ軸の方向に外乱振動が加わったとしても、その力は主にＨＳＡ５５の重心すなわちピボット・ベアリング５８の回転中心にかかり、ＨＳＡ５５を回転させようとする力はほとんど発生しない。
【０００９】
しかし、回転方向の外乱には弱く、特にピボット・ベアリング５８の回転中心を軸とするような回転の外乱を受けた場合、その影響を受けてオフトラックを生じやすい（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平７−１７６１８０号公報（段落番号[０００８]、図１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
かかるオフトラック現象を実験的にまとめた結果を図７ないし図１０に示す。
【００１２】
図７ないし図９はそれぞれ外乱としてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の直動振動を加えた場合の実験結果である。直線振動の加速度は０．３Ｇとし、周波数を５Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲で可変してその都度ディスク上のデータゾーンごとの転送レートを測定した結果を縦軸にとって示している。また、図１０は上記回転方向の振動を加えた場合の実験結果であり、振動の周波数は１５Ｈｚ、角度変位は０．２°とし、角加速度αを０〜約８０の範囲で可変してその都度ディスク上のデータゾーンごとの転送レートを測定した結果を縦軸にとって示している。
【００１３】
これらの表で分かるように、直線振動を受けた場合には周波数の広い範囲にわたって転送レートの低下はほとんど現れず、オフトラックはほとんど発生していないことが分かる。一方、回転振動を受けた場合には転送レートの大幅な低下が見られ、多くのオフトラックが発生していることが考えられる。
【００１４】
デスクトップＰＣなどの据え置型の機器にハードディスクドライブが組み込まれる場合には回転方向の外乱を受けることは考えにくい。しかし、たとえばディジタルビデオカメラレコーダのような携帯機器にハードディスクドライブを組み込んだ場合、撮影時等の手振れが回転外乱となってオフトラックを発生させるおそれがある。このように回転外乱によるオフトラック問題は携帯機器に特有の課題と言える。
【００１５】
実際に回転外乱がオフトラックに対してどの程度の影響を与えるかをシミュレーションにより推定を行ってみた。その結果を図１１に示す。このグラフにおいて、縦軸はヘッドのギャップ中心とトラック中心とのずれ量のトラックピッチに対する割合（％）、横軸は経過時間に相当する、読み込んだサーボフレームの総数である。ヘッドのギャップ中心とトラック中心とのずれ量がトラックピッチの２０％以内にある状態をオントラックとし、この範囲を逸脱した場合にオフトラックと定義する。Ａの線は回転振動の波形、Ｂの線はこの回転振動に起因するヘッドのギャップ中心とトラック中心とのずれ量の変化を示している。このように、回転外乱がハードディスクドライブに対して加わった場合は、オントラックの範囲からの逸脱する状況が頻繁に発生し、転送レートが低下することが確認できた。
【００１６】
本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、回転外乱によるオフトラックの発生および転送レートの低下を防止することのできるハードディスクドライブ搭載型携帯機器を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明のハードディスクドライブ搭載型携帯機器は、携帯機器の本体と、ヘッドを支持するとともに当該ヘッドをディスクの面に沿って移動させる回転自在なアームを備え、当該アームの回転中心に対して同軸的に前記携帯機器の本体にベアリングを介して回転自在に支持されたハードディスクドライブとを具備するものである。
【００１８】
この発明によれば、ディジタルビデオカメラレコーダの本体が回転振動を起しても、ハードディスクドライブは慣性により回転振動に追従して動くことはない。したがって、ハードディスクドライブの回転外乱によるオフトラックの発生、データ転送レートの低下を効果的に抑止することが可能になる。
【００１９】
この発明のハードディスクドライブ搭載型携帯機器において、前記ハードディスクドライブの重心を前記アームの回転中心と一致させるためのダミーウエイトをさらに設ける。これにより、アームの回転中心がハードディスクの重心位置にない場合でも、アームの回転中心とハードディスクドライブの重心を一致させることができる。
【００２０】
また、この発明のハードディスクドライブ搭載型携帯機器において、回転外乱によって前記ハードディスクドライブに発生した角速度を検出する角速度センサーと、前記ハードディスクドライブを前記本体に対して回転させるように駆動する駆動機構と、前記角速度センサーによって検出された角速度がキャンセルされるように前記駆動機構による前記ハードディスクドライブの回転を制御する制御手段とをさらに具備することとしてもよい。
【００２１】
これにより、上記の発明のハードディスクドライブ搭載型携帯機器において、ハードディスクドライブに回転外乱による角速度が万が一発生した場合には、即座にハードディスクドライブはその角速度を打ち消すように回転され、回転外乱に起因したオフトラックの発生、データ転送レートの低下をより確実に防止することが可能となる。
【００２２】
角速度センサーは、アームの回転中心上に位置するようにハードディスクドライブに取り付けられていることで、ハードディスクドライブの直動外乱をキャンセルして回転外乱のみを検出することができ、ハードディスクドライブの角速度を確実に検出することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
【００２４】
図１に、本発明を適用した実施の一形態である携帯電子機器としてのディジタルビデオカメラレコーダの外観と発明要部の構成を示す斜視図である。
【００２５】
このディジタルビデオカメラレコーダ１は、利用者が片手で持って操作可能な形状とサイズの本体２を有する。本体２にはレンズ部３、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)パネル４、さらには図示しない種々の操作ボタンやスイッチが設けられている。ＬＣＤパネル４は、撮影されている被写体、内蔵されている記憶媒体であるハードディスクドライブ１９から再生した画像を表示したり、さらにはディジタルビデオカメラレコーダ１の操作に必要な情報が表示される。
【００２６】
図２に、このディジタルビデオカメラレコーダ１の電気的な構成を示す。
レンズ部３とＣＣＤ(Charge Coupled Device)１１とによって撮像部が構成される。レンズ部３はＣＰＵ２０からの制御信号によって自動絞り制御動作、自動焦点制御動作がなされる。ＣＣＤ１１の出力信号はＡ／Ｄ変換器１２にてデジタル映像信号に変換された後、映像信号処理部１３に送られる。
【００２７】
映像信号処理部１３はデジタル映像信号から輝度信号および色差信号からなるディジタルコンポーネント信号を生成し、メモリコントローラ１４に供給する。メモリコントローラ１４には表示信号処理部１５と、ＣＰＵ２０のバス１０とが接続されている。表示信号処理部１５はコンポーネント信号を処理することによって、ＲＧＢ信号を生成し、ＲＧＢ信号をＬＣＤパネル４に出力する。
【００２８】
バス１０にはＤＲＡＭ(Dynamic Random Access Memory)などからなるバッファメモリ１６、ＣＰＵ２０、映像圧縮符号・復号化部１７、ハードディスクコントローラ１８が接続されている。
【００２９】
映像圧縮符号・復号化部１７は、たとえばＪＰＥＧ(Joint Photographic Experts Group)を使用して静止画を圧縮または伸張したり、ＭＰＥＧ(Moving Picture Experts Group)を使用して動画を圧縮または伸張する。ハードディスクコントローラ１８は、ＣＰＵ２０からの制御命令を解釈してハードディスクドライブ１９に対するデータの記録、再生の制御を行う。ＣＰＵ２０は、本体２に設けられた操作ボタンやスイッチからの操作信号を受け、その操作を実行するための命令を撮像部、メモリコントローラ１４、映像圧縮符号・復号化部１７、ハードディスクコントローラ１８などに対して実行する。
【００３０】
角速度センサー２５は回転外乱によってハードディスクドライブ１９に発生した角速度を検出する。角速度センサー２５の出力はＡ／Ｄ変換器２６にてデジタル信号に変換された後、ＣＰＵ２０に送出される。ＣＰＵ２０は、この入力に基づいて回転外乱によってハードディスクドライブ１９に生じた角速度を打ち消すようにドライブ回転駆動機構２８に制御信号を供給する。なお、ドライブ回転駆動機構２８について後で述べる。
【００３１】
次に、このディジタルビデオカメラレコーダ１により画像を撮影して内蔵記憶媒体であるハードディスクドライブ１９に記録する動作を説明する。
【００３２】
撮像部にて撮像され、映像信号処理部１３にて処理された静止画あるいは動画などの映像データはメモリコントローラ１４の制御によってバッファメモリ１６に格納される。一定量の映像データがバッファメモリ１６に格納されると、ＣＰＵ２０の制御によって映像データが映像圧縮符号・復号化部１７によって圧縮符号化され、バッファメモリ１６に格納される。
【００３３】
この後、ＣＰＵ２０の制御によってバッファメモリ１６から圧縮符号化された映像データが読み出され、所定のファイルシステムで操作可能な形式のファイルに変換される。そしてＣＰＵ２０はハードディスクコントローラ１８に対してライト命令を送る。ハードディスクコントローラ１８はライト命令を受けて、バッファメモリ１６から映像ファイルをバス１０を通じて取り込み、ハードディスクドライブ１９に記録するよう制御を行う。
【００３４】
ハードディスクドライブ１９に記録されている映像データを再生する時は、ＣＰＵ２０からハードディスクコントローラ１８に対して、再生対象のファイル名を含むリード命令が与えられる。ハードディスクコントローラ１８は、このリード命令を受けると、ファイルシステムに従ってハードディスクドライブ１９から該当するファイルを読み出すように制御し、ハードディスクドライブ１９から読み出されたファイルのデータをバス１０を通じてバッファメモリ１６に転送する。
【００３５】
この後、ＣＰＵ２０の制御により、バッファメモリ１６から映像データが読み出され、読み出された映像データは映像圧縮符号・復号化部１７にて伸長復号化されてバッファメモリ１６に戻される。さらに、ＣＰＵ２０の制御によってメモリコントローラ１４はバッファメモリ１６から復号化された映像データを読み出し、表示信号処理部１５に転送し、ＬＣＤパネル４によって表示する。
【００３６】
このディジタルビデオカメラレコーダ１では内蔵記憶媒体としてハードディスクドライブ１９を採用している。この場合、先述したようにディジタルビデオカメラレコーダ１の本体２に加わる回転振動に対してオフトラックが発生しやすいという課題があり、この課題を解決するために、次のような構造を採り入れている。
【００３７】
図３および図４に本実施形態のディジタルビデオカメラレコーダ１でのハードディスクドライブ１９の懸架構造を示す。図３はディスク面に対して垂直方向から見た側面図、図４はディスク面に沿った方向から見た側面図である。
【００３８】
ハードディスクドライブ１９は、ディジタルビデオカメラレコーダ１の本体２にはベアリング２１を介して回動自在に支持されている。ハードディスクドライブ１９は矩形箱状のケース３１を備えている。ケース３１内には両面に磁気記録層がそれぞれ設けられたディスク状の記憶媒体であるディスク（プラッター）２３と、このディスク２３を支持および回転させるディスク駆動機構としてのスピンドルモータ（ＳＰＭ）３２と、ＨＳＡ(Head Stack Assembly) ３３とが配置されている。ＨＳＡ３３は、ディスク２３に対する信号の読み書きを行う素子であるヘッドを搭載した磁気ヘッドスライダを先端部にもつＨＧＡ（Head Gimble Assembly）と３４、このＨＧＡ３４を先端に支持した複数のアーム３５と、これらのアーム３５をディスク２３の面に沿って移動させるように回動自在に支持するピボット・ベアリング３６と、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）３７とで構成されている。また、ケース３１には、スピンドルモータ（ＳＰＭ）３２、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）３７およびヘッドの制御を行うためのコントローラ、メモリ、ハードディスクコントローラ、その他の回路を搭載したプリント回路基板（図示せず）が装着されている。
【００３９】
ハードディスクドライブ１９は、ピボット・ベアリング３６の回転中心に対して同軸的にディジタルビデオカメラレコーダ１の本体２にベアリング２１を介して回転フリーな状態で支持されている。すなわち、ハードディスクドライブ１９にはピボット・ベアリング３６の回転中心上に位置するようにシャフト２９が固定されており、このシャフト２９が本体２に固定されているベアリング２１に回転自在に軸支されている。したがって、ハードディスクドライブ１９の重心の二軸上（図１に示すＸ−Ｙ軸上）の位置はシャフト２９の回転中心から偏倚した位置に存在することになる。そこで、このハードディスクドライブ１９の二軸上の重心位置がシャフト２９の回転中心と一致させるためにハードディスクドライブ１９にはダミーウエイト３９が配置されている。ダミーウエイト３９はハードディスクドライブ１９のどちらの面に取り付けても構わない。
【００４０】
このハードディスクドライブ１９の懸架構造によって、ディジタルビデオカメラレコーダ１の本体２が回転振動を起しても、ハードディスクドライブ１９は慣性により回転振動に追従して動くことはない。したがって、ハードディスクドライブ１９の回転外乱によるオフトラックの発生、データ転送レートの低下を効果的に抑止することが可能になる。
【００４１】
ただし、ハードディスクドライブ１９内で運動量の大きいシークが実行された場合などには、ＨＳＡ３３に角運動量の大きな変化が発生し、この変化に追従するようにしてハードディスクドライブ１９全体が移動（角速度が発生）してしまう危険は以前残っている。
【００４２】
そこで、次に述べる構成が付加されている。ハードディスクドライブ１９は、自身とディジタルビデオカメラレコーダ１の本体２との間に設けられた前述のドライブ回転駆動機構２８によって、ディジタルビデオカメラレコーダ１の本体２に対してシャフト２９を支点に回転させることができるようになっている。このドライブ回転駆動機構２８としては、回転角制御の精度を満足するもの、たとえばボイスコイルモータなどが用いられる。
【００４３】
さらに、ハードディスクドライブ１９には、回転外乱によってハードディスクドライブ１９に発生した角速度を検出する角速度センサー２５が、ピボット・ベアリング３６の回転中心上に位置するように取り付けられている。この角速度センサー２５は地球に対して自身の軸芯を回転中心とした回転時の角速度を検出して電気信号を発生するセンサーである。
【００４４】
図５に、この角速度センサー２５の出力に基づく制御の手順を示す。ステップ５１にて生成された角速度センサー２５の出力はＡ／Ｄ変換器２６にてデジタル信号に変換された後（ステップ５２）、ＣＰＵ２０内に入力される。ＣＰＵ２０は、この角速度センサー２５により検出されたハードディスクドライブ１９の回転外乱による角速度を打ち消すように、例えばＰＩフィルターなどの制御系フィルターを用いて、検出された角速度をドライブ回転駆動の制御量に変換する（ステップ５３）。その後、Ｄ／Ａ変換後（ステップ５４）、この制御信号によりドライブ回転駆動機構２８を制御してハードディスクドライブ１９に逆向きの角速度を付与する（ステップ５５）。
【００４５】
このようにハードディスクドライブ１９に回転外乱による角速度が万が一発生した場合には、即座にハードディスクドライブ１９はその角速度を打ち消すように回転され、回転外乱に起因したオフトラックの発生、データ転送レートの低下をより確実に防止することが可能となる。
【００４６】
なお、角速度センサー２５として感度の周波数帯域が狭いものを使用した場合、ハードディスクドライブ１９内でのシーク動作による回転振動のような高い周波数の振動の角速度を検知できない場合が考えられる。そこで、ピボット・ベアリング３６の回転中心上に位置する角速度センサー２５に加えて、ピボット・ベアリング３６の回転中心から適切な距離離間した位置に加速度センサーを配置し、これらの２つのセンサーのそれぞれの出力を組み合わせてハードディスクドライブ１９に発生した角速度の検出を行うようにしてもよい。
【００４７】
本発明のハードディスクドライブ搭載型携帯機器は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、ディジタルビデオカメラレコーダのような携帯電子機器の内蔵記憶媒体としてハードディスクドライブを組み込んだ場合の、回転外乱によるオフトラックの発生および転送レートの低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施の一形態である携帯電子機器としてのディジタルビデオカメラレコーダの外観と発明要部の構成を示す斜視図である。
【図２】図１のディジタルビデオカメラレコーダの電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】図１のディジタルビデオカメラレコーダにおけるハードディスクドライブ懸架構造をディスク面に対して垂直方向から見た側面図である。
【図４】図１のディジタルビデオカメラレコーダにおけるハードディスクドライブ懸架構造をディスク面に沿った方向から見た側面図である。
【図５】角速度センサーの出力に基づく制御手順を示すフローチャートである。
【図６】一般的なハードディスクドライブの内部の機構を示す平面図である。
【図７】Ｘ軸の直動振動と転送レート低下との相関を示すグラフである。
【図８】Ｙ軸の直動振動と転送レート低下との相関を示すグラフである。
【図９】Ｚ軸の直動振動と転送レート低下との相関を示すグラフである。
【図１０】回転振動と転送レート低下との相関を示すグラフである。
【図１１】回転外乱によるオフトラックに対する影響をシミュレーションした結果を示す図である。
【符号の説明】
１ ディジタルビデオカメラレコーダ
２ 本体
１８ ハードディスクコントローラ
１９ ハードディスクドライブ
２０ ＣＰＵ
２１ ベアリング
２３ ディスク
２５ 角速度センサー
２８ ドライブ回転駆動機構
２９ シャフト
３３ ＨＳＡ
３６ ピボット・ベアリング
３９ ダミーウエイト

Claims (4)

1. 携帯機器の本体と、
   ヘッドを支持するとともに当該ヘッドをディスクの面に沿って移動させる回転自在なアームを備え、当該アームの回転中心に対して同軸的に前記携帯機器の本体にベアリングを介して回転自在に支持されたハードディスクドライブと
   を具備することを特徴とするハードディスクドライブ搭載型携帯機器。
2. 請求項１に記載のハードディスクドライブ搭載型携帯機器であって、
   前記ハードディスクドライブの重心を前記アームの回転中心と一致させるためのダミーウエイトをさらに具備することを特徴とするハードディスクドライブ搭載型携帯機器。
3. 請求項１に記載のハードディスクドライブ搭載型携帯機器であって、
   回転外乱によって前記ハードディスクドライブに発生した角速度を検出する角速度センサーと、
   前記ハードディスクドライブを前記本体に対して回転させるように駆動する駆動機構と、
   前記角速度センサーによって検出された角速度がキャンセルされるように前記駆動機構による前記ハードディスクドライブの回転を制御する制御手段と
   をさらに具備することを特徴とするハードディスクドライブ搭載型携帯機器。
4. 請求項３に記載のハードディスクドライブ搭載型携帯機器であって、
   前記角速度センサーが、前記アームの回転中心上に位置するように前記ハードディスクドライブに取り付けられていることを特徴とするハードディスクドライブ搭載型携帯機器。

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