JP2005302246A - 磁気ディスク装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】外乱によるスピンドルのスラスト、コニカル、並進の各モードの振動を低減して位置決め誤差を低減する。
【解決手段】1)磁気ディスク装置のベース、カバー、又はPCB(プリント配線板)に、加速度又は角加速度センサーを、外乱を有効に検出できるよう配置し、スピンドルのスラストモード、コニカルモード、又は、並進モードにおける機構系伝達特性その他のパラメータをプロセッサで取得し又は算出し、各モードの不要振動を打ち消す補償回路を設ける。2)スピンドルのスラストモードの伝達特性その他のパラメータを、磁気ディスク装置を筐体に搭載後に測定するため、加振手段の1つとして圧電素子を設ける。所定のセンサーにより、スピンドルのスラスト、コニカル、並進の各モードの外乱を測定し、磁気ディスク装置における各モードの機構系の伝達特性を算出し、各モードにおける磁気ヘッドの位置決め精度悪化を補償する。
【選択図】 図7
【解決手段】1)磁気ディスク装置のベース、カバー、又はPCB(プリント配線板)に、加速度又は角加速度センサーを、外乱を有効に検出できるよう配置し、スピンドルのスラストモード、コニカルモード、又は、並進モードにおける機構系伝達特性その他のパラメータをプロセッサで取得し又は算出し、各モードの不要振動を打ち消す補償回路を設ける。2)スピンドルのスラストモードの伝達特性その他のパラメータを、磁気ディスク装置を筐体に搭載後に測定するため、加振手段の1つとして圧電素子を設ける。所定のセンサーにより、スピンドルのスラスト、コニカル、並進の各モードの外乱を測定し、磁気ディスク装置における各モードの機構系の伝達特性を算出し、各モードにおける磁気ヘッドの位置決め精度悪化を補償する。
【選択図】 図7
Description
本発明は、外乱による磁気ヘッドの位置決め劣化を防止する技術に係り、特に、センサを用いた電子回路で補償する磁気ディスク装置に関する。
磁気ディスク装置は、その記録容量増大のため、記録密度の向上が求められている。このためには、磁気ヘッドを如何に精度良く、磁気ディスク媒体の所定の位置へ、位置決めし、トラックに追従させるかが重要である。
位置決め精度の阻害要因として、1)磁気ディスク媒体の回転による風の影響を、磁気ヘッドを搭載するスライダが受けること、2)磁気ヘッドを支持し、磁気ディスク媒体上へ導くキャリッジその他の機構が、磁気ヘッドの位置決め動作に伴い振動すること、3)磁気ディスク装置の外部からの衝撃、などが挙げられる。
これらのうち1)、2)は、磁気ディスク装置の内部の問題であり、ある程度の解決をみた。しかし3)については、磁気ディスク装置がどのような環境で用いられるか、どのような筐体に設置されるか等に強く依存するため、解決が困難であった。
これらのうち1)、2)は、磁気ディスク装置の内部の問題であり、ある程度の解決をみた。しかし3)については、磁気ディスク装置がどのような環境で用いられるか、どのような筐体に設置されるか等に強く依存するため、解決が困難であった。
磁気ディスク装置では、格納されたデータへのアクセスタイムを小さくするために、シークの際に発生する振動が増加している。サーバその他の上位装置の筐体に、複数の磁気ディスク装置が搭載された条件下では、他の磁気ディスク装置の動作によって外乱が生じる。
一方、上位装置の小型・軽量化のため、磁気ディスク装置を保持する筐体の剛性は、ある程度以上は高めることが難しい。従来の電子回路による制振効果では限界に来ていた。
一方、上位装置の小型・軽量化のため、磁気ディスク装置を保持する筐体の剛性は、ある程度以上は高めることが難しい。従来の電子回路による制振効果では限界に来ていた。
磁気ヘッドの位置決め制御技術において、磁気ディスク装置の機構部分(以下、適宜、Head Disk Assembly 又はHDAと称す)の角加速度を検出し、加速度のフィードバックを行って、衝撃、振動によるトラッキングエラーを減少させる技術が、例えば、米国特許第5,426,545号や、特開2001-291348号において記載されている。
かかる従来例では、例えば、磁気ディスク装置の最も広い面を上下にして机上に置いた場合に、机上面に沿った方向の回転のパラメータやゲインをセンサーで検出し、これを打ち消す補償を為すものであった。
つまり磁気ディスク装置全体が、剛体として、机上面内で回転するモードにおいては、磁気ディスク媒体上の目標トラックは磁気ディスク装置全体の回転に応じて位置が変位するのに対して、磁気ヘッドを支持したアクチュエータは慣性により回転せずにそのまま留まろうとするため、結果として位置決め誤差が発生する。従来例はこれを補償しているが、机上面内の回転が考慮されているのみであった。
かかる従来例では、例えば、磁気ディスク装置の最も広い面を上下にして机上に置いた場合に、机上面に沿った方向の回転のパラメータやゲインをセンサーで検出し、これを打ち消す補償を為すものであった。
つまり磁気ディスク装置全体が、剛体として、机上面内で回転するモードにおいては、磁気ディスク媒体上の目標トラックは磁気ディスク装置全体の回転に応じて位置が変位するのに対して、磁気ヘッドを支持したアクチュエータは慣性により回転せずにそのまま留まろうとするため、結果として位置決め誤差が発生する。従来例はこれを補償しているが、机上面内の回転が考慮されているのみであった。
外部から振動が加わった場合に生じる、磁気ディスク装置の振動モードには以下のものがあるが、これら全てを有効に補償するものではなかった。
1)スピンドルのスラストモード。
磁気ディスク媒体を回転させるスピンドルを質量とし、スピンドルのスラスト方向の軸受剛性とベースのスラスト方向の剛性をバネ要素としてなる振動系を、磁気ディスク媒体の面に垂直な方向の並進外乱成分によって、励起するモードである。
磁気ディスク媒体を回転させるスピンドルを質量とし、スピンドルのスラスト方向の軸受剛性とベースのスラスト方向の剛性をバネ要素としてなる振動系を、磁気ディスク媒体の面に垂直な方向の並進外乱成分によって、励起するモードである。
2)スピンドルのコニカルモード。
スピンドルの慣性を質量とし、スピンドルのラジアル方向の軸受剛性をバネ要素としてなる振動系を、磁気ディスク媒体の面外方向の外乱の回転成分をベースが受けることにより励起される、スピンドルが倒れる方向のモードである。面外方向とは、媒体面に垂直な成分を含む方向をいう(以下同じ)。
スピンドルの慣性を質量とし、スピンドルのラジアル方向の軸受剛性をバネ要素としてなる振動系を、磁気ディスク媒体の面外方向の外乱の回転成分をベースが受けることにより励起される、スピンドルが倒れる方向のモードである。面外方向とは、媒体面に垂直な成分を含む方向をいう(以下同じ)。
3)スピンドルの並進モード。
スピンドルを質量とし、スピンドルのラジアル方向の軸受剛性をバネ要素として、磁気ディスク媒体の面に沿う方向の、並進外乱で励起されるモードである。なお、片持ち構造のスピンドルでは、スピンドルシャフトの曲げ変形が生じるため、磁気ディスク媒体の面に沿う方向の並進外乱であっても、スピンドルのコニカルモードも励起される。
スピンドルを質量とし、スピンドルのラジアル方向の軸受剛性をバネ要素として、磁気ディスク媒体の面に沿う方向の、並進外乱で励起されるモードである。なお、片持ち構造のスピンドルでは、スピンドルシャフトの曲げ変形が生じるため、磁気ディスク媒体の面に沿う方向の並進外乱であっても、スピンドルのコニカルモードも励起される。
4)磁気ディスク装置全体を剛体とする面内の回転モード。
磁気ディスク媒体面内における、磁気ディスク装置全体の回転慣性を質量とし、磁気ディスク装置を搭載する筐体との間をバネ要素としてなる振動系を、周囲の他の磁気ディスク装置が起振して生じるモードである。
磁気ディスク媒体面内における、磁気ディスク装置全体の回転慣性を質量とし、磁気ディスク装置を搭載する筐体との間をバネ要素としてなる振動系を、周囲の他の磁気ディスク装置が起振して生じるモードである。
従来技術では、上記スピンドルのスラストモード、コニカルモード、並進モードは補償することができなかった。従って、スピンドルのスラスト、コニカル、並進モードの減衰性を高めることや、HDA全体の重量を増加し慣性モーメントを大きくして、同じ外乱が入ってきても、HDAに発生する加速度や角加速度を小さくすること等によって、対処していた。
本件出願に係る発明は、磁気ディスク装置において、スピンドルのスラスト、コニカル、並進の各モードの振動による、磁気ヘッドの位置決め精度の悪化を改善すべく、各モードの振動を補償することを課題とする。また、筐体間で振動特性が変化するスラスト、コニカル、並進の各モードの伝達特性を個別に実測し、補償に用いることも課題とする。
本件出願に係る発明は、磁気ディスク装置において、スピンドルのスラスト、コニカル、並進の各モードの振動による、磁気ヘッドの位置決め精度の悪化を改善すべく、各モードの振動を補償することを課題とする。また、筐体間で振動特性が変化するスラスト、コニカル、並進の各モードの伝達特性を個別に実測し、補償に用いることも課題とする。
1)磁気ディスク装置のベース、カバー、又はPCB(Printed Circuit Board、プリント配線基板の略称)に、加速度又は角加速度センサーを、外乱を有効に検出できるよう配置し、スピンドルのスラストモード、コニカルモード、又は、並進モードにおける機構系伝達特性その他のパラメータをプロセッサで取得し又は算出し、各モードの不要振動を打ち消す補償回路を設ける。
スラストモードの振動は、磁気ディスク媒体に垂直なベースの加速度(Z軸方向の加速度、座標軸の取り方は後述する。)が得られれば補償できる。
スラストモードの振動は、磁気ディスク媒体に垂直なベースの加速度(Z軸方向の加速度、座標軸の取り方は後述する。)が得られれば補償できる。
コニカルモードの振動は、磁気ディスク媒体の面内にX軸とY軸をとった場合に、それぞれ、X軸の回りの角加速度、Y軸の回りの角加速度が得られれば補償できる。
なお、コニカルモードについて、例えば、スピンドルの回転中に、ベースにとったX軸の回りの角加速度の発生により、ジャイロ効果を伴って、回転中のスピンドルはY軸の回りに倒れるような力を受ける。
この関係の下に生じた過渡的な振動現象は、所定時間経過の後、回転中のスピンドルがX軸の回りに倒れるような振動を引き起こす。
よって、X軸とY軸の2軸の回りの回転外乱を検出する方が、検出感度が高く、補償精度が良い。精度を犠牲にすれば一方の軸の回りの回転外乱を検出するのみでも良い。
なお、コニカルモードについて、例えば、スピンドルの回転中に、ベースにとったX軸の回りの角加速度の発生により、ジャイロ効果を伴って、回転中のスピンドルはY軸の回りに倒れるような力を受ける。
この関係の下に生じた過渡的な振動現象は、所定時間経過の後、回転中のスピンドルがX軸の回りに倒れるような振動を引き起こす。
よって、X軸とY軸の2軸の回りの回転外乱を検出する方が、検出感度が高く、補償精度が良い。精度を犠牲にすれば一方の軸の回りの回転外乱を検出するのみでも良い。
並進モードの振動は、主に、スピンドルを磁気ディスク媒体の面内方向で加振することで励起されるため、X軸方向の加速度、Y軸方向の加速度、Z軸回りの角加速度により検出が可能である。Z軸回りの角加速度は、磁気ディスク装置(以下、適宜、HDDと称す)の重心回りの角加速度でスピンドルが加振されることを検出する。Z軸回りの角加速度は、従来例においても、磁気ディスク装置全体の剛体的な面内回転モードを保障している。
2)スピンドルのスラストモードの伝達特性その他のパラメータを、磁気ディスク装置を筐体に搭載後に測定するため、加振手段の1つとして圧電素子を設ける。なお、測定は所定の期間を経て何度か行っても良い。外乱に対する補償精度を向上できるからである。
磁気ディスク装置の出荷の際には、圧電素子その他の加振手段を設けない場合のように、機構系の伝達特性の初期値を、適宜、設定して与えておいても良い。
その後、剛性の不確かな筐体に搭載された磁気ディスク装置が、自己の加振手段を駆動させ、パラメータを測定し、自己に適用できる。
この結果、初期設定の値と異なる状態の伝達特性から、現実の筐体に磁気ディスク装置が搭載された状態の伝達特性へ、磁気ディスク装置自身が対応できるので、耐振補償精度の向上が期待できる。
2)スピンドルのスラストモードの伝達特性その他のパラメータを、磁気ディスク装置を筐体に搭載後に測定するため、加振手段の1つとして圧電素子を設ける。なお、測定は所定の期間を経て何度か行っても良い。外乱に対する補償精度を向上できるからである。
磁気ディスク装置の出荷の際には、圧電素子その他の加振手段を設けない場合のように、機構系の伝達特性の初期値を、適宜、設定して与えておいても良い。
その後、剛性の不確かな筐体に搭載された磁気ディスク装置が、自己の加振手段を駆動させ、パラメータを測定し、自己に適用できる。
この結果、初期設定の値と異なる状態の伝達特性から、現実の筐体に磁気ディスク装置が搭載された状態の伝達特性へ、磁気ディスク装置自身が対応できるので、耐振補償精度の向上が期待できる。
所定のセンサーにより、スピンドルのスラスト、コニカル、並進の各モードの外乱を測定し、各モードの機構系の伝達特性を、磁気ディスク装置自身が算出し保持できるので、各モードにおける磁気ヘッドの位置決め精度悪化を補償できる効果がある。
磁気ヘッドのシーク及びフォローイングの特性が良好となるので、データアクセス性能が向上する。
磁気ヘッドのシーク及びフォローイングの特性が良好となるので、データアクセス性能が向上する。
上位装置の筐体に搭載した後に、適宜、外乱の測定等を磁気ディスク装置自身が実行できるので、筐体搭載後の伝達特性の経時変化に追従して補償できる効果がある。上位装置における磁気ディスク装置の耐振補償精度の維持が容易となる。
図1、図3又は図7のように圧電素子その他のセンサーを配置する。
以下、本発明の実施例について図面を用いて簡単に説明する。
以下、本発明の実施例について図面を用いて簡単に説明する。
図1は、本発明を適用した磁気ディスク装置であり、カバーをあけて磁気ディスク装置内部を俯瞰した概念図である。
アクチュエータ1の先端には、サスペンション2を介して、磁気ヘッド(図示せず)を搭載したスライダ3が取り付けられている。コイル4に電流を通ずることによりVCM5とコイル4の間に力が発生し、軸受部6を中心にアクチュエータ1が揺動し、スライダ3をスピンドルモータ8に搭載した磁気ディスク媒体7上の任意の半径位置に位置決めする。ベース9には、アクチュエータ1とスピンドルモータ8が設置されている。
アクチュエータ1の先端には、サスペンション2を介して、磁気ヘッド(図示せず)を搭載したスライダ3が取り付けられている。コイル4に電流を通ずることによりVCM5とコイル4の間に力が発生し、軸受部6を中心にアクチュエータ1が揺動し、スライダ3をスピンドルモータ8に搭載した磁気ディスク媒体7上の任意の半径位置に位置決めする。ベース9には、アクチュエータ1とスピンドルモータ8が設置されている。
磁気ディスク媒体7のデータエリア上で、最内周と最外周のほぼ中央位置(中周)をスライダ3が飛翔している場合を考え、座標を次のように定める。
スライダ3は軸受部6を中心に揺動するので、その接線方向をX軸とする。図1では、アクチュエータ1の腕の長さに依存して、X軸が、スピンドルモータ8の中心を通っている。そしてスピンドルモータ8の中心を通り、X軸に直交するようY軸をとる。図1又は図2のようにZ軸、各軸回りの角度、θx、θy、θzを定める。なお、座標軸の取り方は他にもあり、これに限られない。
スライダ3は軸受部6を中心に揺動するので、その接線方向をX軸とする。図1では、アクチュエータ1の腕の長さに依存して、X軸が、スピンドルモータ8の中心を通っている。そしてスピンドルモータ8の中心を通り、X軸に直交するようY軸をとる。図1又は図2のようにZ軸、各軸回りの角度、θx、θy、θzを定める。なお、座標軸の取り方は他にもあり、これに限られない。
Y軸上で原点(モータ8の中心)に関し正の位置と負の位置で、ベース9の枠に近い場所に、面外方向に感度の有る加速度センサー11aと12a、圧電素子11bと12bを配置する。また面内X軸方向に感度の有る加速度センサー14aと15a、圧電素子14bと15bを配置する。
更に、X軸上で負の位置で、ベース9の枠に近い場所に、面外方向に感度の有る加速度センサー13a、圧電素子13bを、面内Y軸方向に感度の有る加速度センサー16a、圧電素子16bを設ける。
更に、X軸上で負の位置で、ベース9の枠に近い場所に、面外方向に感度の有る加速度センサー13a、圧電素子13bを、面内Y軸方向に感度の有る加速度センサー16a、圧電素子16bを設ける。
加速度センサー及び圧電素子を、ベース9の枠に近い所に配置するのは、べース9の面外振動の影響をできるだけ受けぬようにし、検出信号の純度を上げるためである。
上記の圧電素子には、加振力を増加するため、ベース9に固定する端部の反対側に、カウンターマス(図示せず)を設置している。
上記の圧電素子には、加振力を増加するため、ベース9に固定する端部の反対側に、カウンターマス(図示せず)を設置している。
3個の面外方向の加速度センサー11a、12a、13aで、外乱によるベース9のZ軸並進加速度、X軸回りの角加速度、Y軸回りの角加速度を求めることができる。
3個の面内方向の加速度センサー14a、15a、16aで、外乱によるベース9のZ軸回りの角加速度、X軸並進加速度、Y軸並進加速度が求まる。Y軸並進加速度はY方向にセンサーが一つなので、Z軸回りの角加速度を考慮して加速度センサー16aから求める。Y軸回りの角加速度を求めるのにX軸の正側にもう1個、面外方向の加速度センサーがあった方が、13aとの間隔が取れて、検出精度が上がる。
3個の面内方向の加速度センサー14a、15a、16aで、外乱によるベース9のZ軸回りの角加速度、X軸並進加速度、Y軸並進加速度が求まる。Y軸並進加速度はY方向にセンサーが一つなので、Z軸回りの角加速度を考慮して加速度センサー16aから求める。Y軸回りの角加速度を求めるのにX軸の正側にもう1個、面外方向の加速度センサーがあった方が、13aとの間隔が取れて、検出精度が上がる。
図1のHDAの振動モデルは、例えば図2ようにモデル化できる。図2は見易くする為、2次元平面におけるモデルとしている。その為、Z方向に関する等価剛性、等価減衰、等価回転剛性、等価回転減衰は省略している。
HDAを構成するベース101、キャリッジ102、スピンドルモータ103、VCM104の各々の要素につき、それぞれ、直交座標における変位を、x、y、z、各軸回りの角度を、θx、θy、θzとし、これらの6方向に沿って、運動方程式をたてることができる。
図2における105、106、107、108は、それぞれ、各要素の等価剛性、等価減衰、等価回転剛性、等価回転減衰を表す。すると、
HDAを構成するベース101、キャリッジ102、スピンドルモータ103、VCM104の各々の要素につき、それぞれ、直交座標における変位を、x、y、z、各軸回りの角度を、θx、θy、θzとし、これらの6方向に沿って、運動方程式をたてることができる。
図2における105、106、107、108は、それぞれ、各要素の等価剛性、等価減衰、等価回転剛性、等価回転減衰を表す。すると、
また、xiは各要素の変位ベクトル、Miは質量、Ciは減衰(スピンドルモータ103にはジャイロ項を含む)、Kiは剛性マトリクス、Tiは各要素の重心位置によって決まる変換マトリクス、TiTはその転置マトリクス、Ai、Biは座標変換マトリクス、f4はHDAに外部から加わる外乱、f1、f2、f3はアクチュエータの推力によって生じる外乱である。なお、iは、1から4までの自然数の1つを意味する。
これら式(1)〜(4)をまとめて書くと、
運動方程式(5)から、次の状態方程式を得ることが出来る。
ここで errは外部から加えられた加速度外乱によって発生する磁気ヘッドと磁気ディスク媒体7上の目標位置との位置誤差である。
その際の過渡応答の例を図1の右下に示す。ここで、アクチュエータの共振周波数が十分高いため、ほぼ慣性体とみなすことができることから、デジタルアナログ(D/A)変換器23の出力から磁気ヘッドの位置誤差までの伝達関数は、式(8)で表せる。
その際の過渡応答の例を図1の右下に示す。ここで、アクチュエータの共振周波数が十分高いため、ほぼ慣性体とみなすことができることから、デジタルアナログ(D/A)変換器23の出力から磁気ヘッドの位置誤差までの伝達関数は、式(8)で表せる。
即ち、式(6)では、センサー出力の6成分を入力して、位置誤差量errを計算する。その後、式(8)に従い、2階微分してFFとし、VCMAMP24に入力する。この結果、外部から印加された加速度外乱によって発生する位置誤差を打ち消すフィードフォワード補償を行える。
具体的には式(6)、式(7)、式(8)の計算をプロセッサで実行し、D/A23でVCMAMPにFF信号を印加する。
なお、Hは、磁気ヘッドと磁気ディスク媒体7の相対変位に変換するマトリクスである。式(6)は各要素の幾何学的位置、及び、各要素間の締結剛性、減衰によって理論的に求められる。
なお、Hは、磁気ヘッドと磁気ディスク媒体7の相対変位に変換するマトリクスである。式(6)は各要素の幾何学的位置、及び、各要素間の締結剛性、減衰によって理論的に求められる。
次に、磁気ディスク装置を任意の筐体に搭載し実使用状態とした後に、諸パラメータを実測して、所定の処理から上記のM、C、Kの各要素を同定することを説明する。
実使用状態でHDAを加振することによって、加速度センサー出力とerr信号への伝達特性を測定する。これをカーブフィットその他の信号処理により、M、C、Kの各要素を同定する。式(6)を用いてD、Gを求める。
実使用状態でHDAを加振することによって、加速度センサー出力とerr信号への伝達特性を測定する。これをカーブフィットその他の信号処理により、M、C、Kの各要素を同定する。式(6)を用いてD、Gを求める。
かかる同定の際には、精度を高めるために、理想的には6方向の加振を行って複数の伝達関数をカーブフィットすることが望ましい。xは各要素の剛体変位でモデル化しているが、実稼動状態での加振による直接同定では、伝達関数にピークがあれば、例えば、振動モデルでは想定していなかったベース変形その他の変形を補償することができる。
これらの要素は、磁気ディスク装置を筐体に搭載した際に、同定しても良い。また磁気ディスク装置のスピンドルモータを起動させた直後に、同定しても良い。
これらの要素は、磁気ディスク装置を筐体に搭載した際に、同定しても良い。また磁気ディスク装置のスピンドルモータを起動させた直後に、同定しても良い。
図1で、センサーからの6成分出力を、アナログデジタル(A/D)変換器21を通し、プロッセサ22に入力する。プロセッサ22には、6方向の力学成分、メカ共振に関するモーダルパラメータの耐振補償に必要な情報が入っている。
Z軸方向の力成分については、クランプその他締結部材からなるスピンドルモータ8の回転部分と磁気ディスク媒体7からなるスピンドル10と、ベース9の面外変形の連成モードであるスピンドルスラストモードが顕著に現れる。このモードのモーダルパラメータを同定して、D、Gに含めるとより正確に補償することができる。
X、Y軸回りの力成分については、スピンドル10のコニカルモードが顕著に現れるので、コニカルモードのモーダルパラメータを同定する。
X、Y軸方向の力成分については、スピンドル10の並進モードとコニカルモード(片持ちスピンドルの場合)が顕著に現れるので、これらのモードのモーダルパラメータを同定する。
Z軸回りの力成分については、スピンドル中心と回転運動中心が一致いている場合は、ベース9の剛体的な角加速度であるので、プロセッサを用いることなく、従来例の手法によって、補償できる。しかし、一致していない場合は、スピンドルにベースの剛体的な回転で加振力が入って来て、スピンドルの並進モードとコニカルモード(片持ちスピンドルの場合)も見えてくるので、これらのモードも考慮する。
Z軸方向の力成分については、クランプその他締結部材からなるスピンドルモータ8の回転部分と磁気ディスク媒体7からなるスピンドル10と、ベース9の面外変形の連成モードであるスピンドルスラストモードが顕著に現れる。このモードのモーダルパラメータを同定して、D、Gに含めるとより正確に補償することができる。
X、Y軸回りの力成分については、スピンドル10のコニカルモードが顕著に現れるので、コニカルモードのモーダルパラメータを同定する。
X、Y軸方向の力成分については、スピンドル10の並進モードとコニカルモード(片持ちスピンドルの場合)が顕著に現れるので、これらのモードのモーダルパラメータを同定する。
Z軸回りの力成分については、スピンドル中心と回転運動中心が一致いている場合は、ベース9の剛体的な角加速度であるので、プロセッサを用いることなく、従来例の手法によって、補償できる。しかし、一致していない場合は、スピンドルにベースの剛体的な回転で加振力が入って来て、スピンドルの並進モードとコニカルモード(片持ちスピンドルの場合)も見えてくるので、これらのモードも考慮する。
これらベース9に入ってきたX、Y、Z軸方向及びX、Y、Z軸回りの外乱により生ずる位置決め誤差をプロセッサで補償する。
補償信号FFは、デジタルアナログ変換器D/A23から出力され、VCMAMP24で補償操作電流に変換され、この電流がコイル4に流れ、外乱による位置決め誤差を補償する。
補償信号FFは、デジタルアナログ変換器D/A23から出力され、VCMAMP24で補償操作電流に変換され、この電流がコイル4に流れ、外乱による位置決め誤差を補償する。
ここで、ベースに入ってくる外乱は、他のHDDのシークに起因する力だけでなく、自己のHDDがシークする際に発生する力によっても生ずる。この外乱を補償することは、シークの際に発生するコイル4のシーク力とVCM5が受けるシーク反力との偶力により生ずる、シークセトリングの残留振動をも補償することができることを意味している。
上述の圧電素子は、スピンドルのスラスト、コニカル、並進モードその他の機構系の伝達特性を、磁気ディスク装置の筐体上で実測し、外乱(シークセトリングの際の残留振動を含む)の補償精度を向上させるためにある。
圧電素子による加振をしない磁気ディスク装置では、伝達特性は、出荷時のデフォルト値(予め定めた固定値)として与えておく。デフォルト値の候補としては、ベース9が「固定」の場合と「自由」の場合の中間の特性値、外乱の大きい筐体での測定値が挙げられる。
圧電素子による加振をしない磁気ディスク装置では、伝達特性は、出荷時のデフォルト値(予め定めた固定値)として与えておく。デフォルト値の候補としては、ベース9が「固定」の場合と「自由」の場合の中間の特性値、外乱の大きい筐体での測定値が挙げられる。
これまでの説明は、スライダ3が磁気ディスク媒体7の中周にある場合の座標軸を用いて為された。座標軸の設定を変えると、ベースの剛性は異なる評価となる。従って、スライダ3が内周や外周にあるときは、その角度分、補償精度が劣化する。そこで、十分なメモリー容量があれば、それぞれの位置で補償操作量を計算し格納しておく。メモリー容量を節約するため、媒体7の内周から外周を複数のブロックに分けて、補償操作量を定めてもよい。
要求精度とのトレードオフの観点から、次のような部品の省略が可能である。スピンドルのコニカル及びスラストモードを補償する際に、3個の面外センサーがあれば、面外方向の圧電素子は1個まで省略可能である。
回転中のスピンドルは、X軸回りの回転外力に対し、ジャイロ成分の力が作用するので、スピンドルのY軸回りに倒れる。このためY軸上の加速度センサーを残し、X軸上の加速度センサーを省略してもよい。
キャリッジのシークの際に、コイルのシーク力とVCMが受けるシーク反力との偶力により、スピンドルの並進モード、コニカルモードの残留振動が生じる。かかる加振力は、その方向がキャリッジのシーク方向なので、機構系の伝達特性は、VCMのコイル4を加振することにより、測定できる。このためX軸方向の圧電素子14b、15bは省略できる。
X軸回りの角加速度、Y軸回りの角加速度、Z軸回りの角加速度については、角加速度センサーで求めることもできる。角加速度センサーは1個で角加速度を測定することができるので、2つの並進加速度センサーのばらつきによる測定精度劣化を防止することができる。
回転中のスピンドルは、X軸回りの回転外力に対し、ジャイロ成分の力が作用するので、スピンドルのY軸回りに倒れる。このためY軸上の加速度センサーを残し、X軸上の加速度センサーを省略してもよい。
キャリッジのシークの際に、コイルのシーク力とVCMが受けるシーク反力との偶力により、スピンドルの並進モード、コニカルモードの残留振動が生じる。かかる加振力は、その方向がキャリッジのシーク方向なので、機構系の伝達特性は、VCMのコイル4を加振することにより、測定できる。このためX軸方向の圧電素子14b、15bは省略できる。
X軸回りの角加速度、Y軸回りの角加速度、Z軸回りの角加速度については、角加速度センサーで求めることもできる。角加速度センサーは1個で角加速度を測定することができるので、2つの並進加速度センサーのばらつきによる測定精度劣化を防止することができる。
図3に、別の実施例におけるセンサーまたは圧電素子の実装方法を示す。
同図は磁気ディスク装置のPCBを取り払って、裏側からベース9を見た図である。図1と同じ符号は同一の部品を示す。
加速度センサーと圧電素子は、FPC31(Flexible Printed Circuit、可とう性のある印刷回路基板31、以下、適宜、FPCと記す)の上に実装され、ベース9にその振動を測定すべく、しっかりと固定される。FPC31は、ベース9からPCBへの連結用コネクタ32に繋がる。
面外方向の加振力の源となる圧電素子は、圧縮タイプの圧電素子が適切である。
面内方向の加振力の源となる圧電素子は、せん断タイプを用いるか、ベース9に開口または凹部を設けてFPC31の端部を直角に折り曲げ、圧縮タイプの圧電素子を用いても良い。
このようにFPC31を利用したセンサーや圧電素子の実装方法は、非常に簡便であり有効である。図3に示すFPC上の加速度センサーや圧電素子は、ベースの振動をある程度、正確に拾うことができる。
同図は磁気ディスク装置のPCBを取り払って、裏側からベース9を見た図である。図1と同じ符号は同一の部品を示す。
加速度センサーと圧電素子は、FPC31(Flexible Printed Circuit、可とう性のある印刷回路基板31、以下、適宜、FPCと記す)の上に実装され、ベース9にその振動を測定すべく、しっかりと固定される。FPC31は、ベース9からPCBへの連結用コネクタ32に繋がる。
面外方向の加振力の源となる圧電素子は、圧縮タイプの圧電素子が適切である。
面内方向の加振力の源となる圧電素子は、せん断タイプを用いるか、ベース9に開口または凹部を設けてFPC31の端部を直角に折り曲げ、圧縮タイプの圧電素子を用いても良い。
このようにFPC31を利用したセンサーや圧電素子の実装方法は、非常に簡便であり有効である。図3に示すFPC上の加速度センサーや圧電素子は、ベースの振動をある程度、正確に拾うことができる。
振動検出の要求精度が低ければ、加速度センサーや圧電素子は、PCB上にも実装可能である。
面内方向のX軸並進加速度、Y軸並進加速度、Z軸回りの角加速度のためのセンサーと圧電素子は、PCB上に実装しても面内の剛性は十分である。これらのセンサー等は、PCBをベース9に固定するネジその他の固定部材の近くに実装されると、感度上、有利となる。
面内方向のX軸並進加速度、Y軸並進加速度、Z軸回りの角加速度のためのセンサーと圧電素子は、PCB上に実装しても面内の剛性は十分である。これらのセンサー等は、PCBをベース9に固定するネジその他の固定部材の近くに実装されると、感度上、有利となる。
しかし、面外方向のZ軸並進加速度、X軸回りの角加速度、Y軸回りの角加速度のためのセンサーと圧電素子を実装するには、図7のような構成により、面外方向の剛性を確保すると良い。
図7では、加速度センサーや圧電素子は、PCBをベースに固定するねじ位置の近く、更には、ねじの間に、実装する。これらのセンサー等を実装しているPCBの部位を、粘弾性部材、両面テープ、接着剤その他の固定手段により、PCBの絶縁性を保ちながら、ベースに直接、面付けし、ベースとの固定の剛性を確保すると良い。
図7では、加速度センサーや圧電素子は、PCBをベースに固定するねじ位置の近く、更には、ねじの間に、実装する。これらのセンサー等を実装しているPCBの部位を、粘弾性部材、両面テープ、接着剤その他の固定手段により、PCBの絶縁性を保ちながら、ベースに直接、面付けし、ベースとの固定の剛性を確保すると良い。
図4に、別の実施例におけるセンサーまたは圧電素子の実装方法を示す。
同図は磁気ディスク装置のPCBを取り払って、裏側からベース9を見た、スピンドルモータ8のフランジ部とその周辺の図である。図1と同じ符号は同一の部品を示す。
スピンドルモータ8のフランジ部は、ネジ41でベース9に固定されている。スピンドルモータ8にはPCBに連結するFPC42(モータFPC)がある。そのFPC42に、Z軸並進加速度、X軸並進加速度、Y軸並進加速度を検出できるZ方向加速度センサー43、X方向加速度センサー44、Y方向加速度センサー45を、それぞれ実装する。
また、X軸回りの角加速度、Y軸回りの角加速度、Z軸回りの角加速度を検出できるX軸回り角加速度センサー46、Y軸回り角加速度センサー47、Z軸回り角加速度センサー48を、それぞれ実装する。FPC42の一部を流用でき、コンパクトで安価な実装構造となる。
スピンドルモータ8のフランジ部の直径を大きくできるときは、角加速度センサーの代わりに加速度センサーや圧電素子を実装しても良い。
同図は磁気ディスク装置のPCBを取り払って、裏側からベース9を見た、スピンドルモータ8のフランジ部とその周辺の図である。図1と同じ符号は同一の部品を示す。
スピンドルモータ8のフランジ部は、ネジ41でベース9に固定されている。スピンドルモータ8にはPCBに連結するFPC42(モータFPC)がある。そのFPC42に、Z軸並進加速度、X軸並進加速度、Y軸並進加速度を検出できるZ方向加速度センサー43、X方向加速度センサー44、Y方向加速度センサー45を、それぞれ実装する。
また、X軸回りの角加速度、Y軸回りの角加速度、Z軸回りの角加速度を検出できるX軸回り角加速度センサー46、Y軸回り角加速度センサー47、Z軸回り角加速度センサー48を、それぞれ実装する。FPC42の一部を流用でき、コンパクトで安価な実装構造となる。
スピンドルモータ8のフランジ部の直径を大きくできるときは、角加速度センサーの代わりに加速度センサーや圧電素子を実装しても良い。
磁気ディスク装置を上位装置の筐体に搭載した場合に、磁気ディスク装置の機構系の伝達特性を有効に測定するため、圧電素子のみを搭載した図3の形状のFPC31を実装する。十分なスパンで配置された圧電素子により、角加速度の検出値を、磁気ディスク装置に与え得る。
図5(a)から(d)、図6(a)から(d)に、圧電素子の別の実装方法を示す。これらは、それぞれ、HDAのベース9を側面から見た図である。図5はベース9の底面に素子52を実装する場合を、図6はベース9の側面に素子52を実装する場合を、それぞれ説明している。HDAのベース9には、顧客の筐体への取付け用ねじ穴が、底面に4箇所、側面に6箇所ある。
図5(a)では、ねじ穴の付いた部品54とHDAのベースの底面との間に挟まれた1つの面に、圧縮タイプと剪断タイプの圧電素子52が並んでいる。ねじ穴の付いた部品54は、筐体への取付箇所に、ねじ止めされている。図6(a)では、ねじ穴の付いた部品54とHDAのベースの側面との間に挟まれた1つの面に、圧縮タイプ又は剪断タイプの圧電素子52が2個並んでいる。ねじ穴の付いた部品54は筐体への取付箇所にねじ止めされている。図が見え難くなるので、筐体への取付箇所は省略する。
図5(a)では、ねじ穴の付いた部品54とHDAのベースの底面との間に挟まれた1つの面に、圧縮タイプと剪断タイプの圧電素子52が並んでいる。ねじ穴の付いた部品54は、筐体への取付箇所に、ねじ止めされている。図6(a)では、ねじ穴の付いた部品54とHDAのベースの側面との間に挟まれた1つの面に、圧縮タイプ又は剪断タイプの圧電素子52が2個並んでいる。ねじ穴の付いた部品54は筐体への取付箇所にねじ止めされている。図が見え難くなるので、筐体への取付箇所は省略する。
圧電素子52の実装面は、図5(a)と図6(a)では、ねじ穴のついた部品54とベース9との間にある。この実装面を、ねじ穴のついた部品54と筐体への取付箇所との間としても良い。
図5(a)では、圧縮タイプと剪断タイプの圧電素子52が一つずつ必要である。そうしないと面外方向と面内方向を加振できない。図6(a)では、圧縮タイプ又は剪断タイプの一方の圧電素子52で良いし、双方の混在でも良い。結果的に、面外方向と面内方向を加振できればよい。
図5(a)を横から見た図5(b)は、図6(b)に比べ、圧電素子52の力を受ける壁がないので、PCBの実装面積が広く確保できる。
図5(a)では、圧縮タイプと剪断タイプの圧電素子52が一つずつ必要である。そうしないと面外方向と面内方向を加振できない。図6(a)では、圧縮タイプ又は剪断タイプの一方の圧電素子52で良いし、双方の混在でも良い。結果的に、面外方向と面内方向を加振できればよい。
図5(a)を横から見た図5(b)は、図6(b)に比べ、圧電素子52の力を受ける壁がないので、PCBの実装面積が広く確保できる。
図5(c)では、ねじ穴の付いた部品54と、HDAのベース9の底面及び側面との間に挟まれた、2つの面に、それぞれ、圧縮タイプ又は剪断タイプの圧電素子52が実装されている。ねじ穴の付いた部品54の一方は、筐体への取付箇所にねじ止めされている。
図6(c)では、ねじ穴の付いた部品54と、HDAのベース9の底面及び側面との間に挟まれた、2つの面に、それぞれ、圧縮タイプ又は剪断タイプの圧電素子52が実装されている。ねじ穴の付いた部品54の一方は、筐体への取付箇所にねじ止めされている。図が見え難くなるので筐体への取付箇所は省略している。
圧電素子52の実装面は、図5(c)と図6(c)では、ねじ穴のついた部品54とベース9との間にある。この実装面を、ねじ穴のついた部品54と筐体への取付箇所との間としても良い。
結果的に、面外方向と面内方向を加振できれる組合せを採用すればよい。しかし、図5(c)を横から見た図5(d)は、図6(d)に比べ、圧電素子52の力を受ける壁がないので、PCBの実装面積が広く確保できる。
このような構造とすれば、ベース9の枠部に加振手段を実装でき、ベース9の面外変形の影響を受け難くなる。また、加振力を効率良く加えられるので、補償したい振動モードのモーダルパラメータを正確に測定でき、補償精度が高まる効果がある。
図6(c)では、ねじ穴の付いた部品54と、HDAのベース9の底面及び側面との間に挟まれた、2つの面に、それぞれ、圧縮タイプ又は剪断タイプの圧電素子52が実装されている。ねじ穴の付いた部品54の一方は、筐体への取付箇所にねじ止めされている。図が見え難くなるので筐体への取付箇所は省略している。
圧電素子52の実装面は、図5(c)と図6(c)では、ねじ穴のついた部品54とベース9との間にある。この実装面を、ねじ穴のついた部品54と筐体への取付箇所との間としても良い。
結果的に、面外方向と面内方向を加振できれる組合せを採用すればよい。しかし、図5(c)を横から見た図5(d)は、図6(d)に比べ、圧電素子52の力を受ける壁がないので、PCBの実装面積が広く確保できる。
このような構造とすれば、ベース9の枠部に加振手段を実装でき、ベース9の面外変形の影響を受け難くなる。また、加振力を効率良く加えられるので、補償したい振動モードのモーダルパラメータを正確に測定でき、補償精度が高まる効果がある。
圧電素子52の力の発生方向は、補償しようとする振動モードを励起し易い位置と方向が望ましい。
例えば、6方向に加振しようとする場合には、底面4個所(図5(e))の3箇所、側面6個所(図6(e))のうち3箇所に、○印は面外、矢印は面内の方向に加振できるよう圧電素子52を配置し、加振の結果を検出しやすい方向に感度を有する加速度センサーを配置する。
図5(e)、図6(e)のように、ベースの枠と角度をなして加振する場合、剪断タイプの圧電素子なら方向を傾けるか、ねじ穴の付いた部品54や壁を傾けておく必要がある。圧縮タイプでも、ねじ穴の付いた部品54や壁を傾けておく必要がある。
また、加振手段としての圧電素子は、複数の加速度センサーの実装位置のうち一つと同じ位置、同じ方向で実装しておくことで、全ての加速度センサーに対応する数のモーダルパラメータを取得できる。精度を上げるためには、複数箇所に圧電素子とセンサーとの組を設けると良い。
例えば、6方向に加振しようとする場合には、底面4個所(図5(e))の3箇所、側面6個所(図6(e))のうち3箇所に、○印は面外、矢印は面内の方向に加振できるよう圧電素子52を配置し、加振の結果を検出しやすい方向に感度を有する加速度センサーを配置する。
図5(e)、図6(e)のように、ベースの枠と角度をなして加振する場合、剪断タイプの圧電素子なら方向を傾けるか、ねじ穴の付いた部品54や壁を傾けておく必要がある。圧縮タイプでも、ねじ穴の付いた部品54や壁を傾けておく必要がある。
また、加振手段としての圧電素子は、複数の加速度センサーの実装位置のうち一つと同じ位置、同じ方向で実装しておくことで、全ての加速度センサーに対応する数のモーダルパラメータを取得できる。精度を上げるためには、複数箇所に圧電素子とセンサーとの組を設けると良い。
サーバや、外部記憶装置その他の上位装置へ搭載される、磁気ディスク装置に適用できる。
11a〜13a……Z方向加速度センサー、
11b〜13b……Z方向圧電素子、
14a、15a……X方向加速度センサー、
14b、15b……X方向圧電素子、
16a……Y方向加速度センサー、
16b……Y方向圧電素子、
31……FPC、
42……モータFPC、
44……X方向加速度センサー、
45……Y方向加速度センサー、
46……X軸回り角加速度センサー、
47……Y軸回り角加速度センサー、
48……Z軸回り角加速度センサー、
52…圧電素子、
54…ネジ穴の付いた部品。
11b〜13b……Z方向圧電素子、
14a、15a……X方向加速度センサー、
14b、15b……X方向圧電素子、
16a……Y方向加速度センサー、
16b……Y方向圧電素子、
31……FPC、
42……モータFPC、
44……X方向加速度センサー、
45……Y方向加速度センサー、
46……X軸回り角加速度センサー、
47……Y軸回り角加速度センサー、
48……Z軸回り角加速度センサー、
52…圧電素子、
54…ネジ穴の付いた部品。
Claims (8)
- 磁気ディスク媒体と、
これを回転可能に搭載するスピンドルと、
前記スピンドルに回転駆動力を与えるスピンドルモータと、
前記スピンドルを回転可能に軸受を介して支持するベースと、
前記磁気ディスク媒体に対し、情報の記録又は再生を行う磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドを搭載するスライダと、
前記スライダと連結され該スライダを支持するサスペンションと、
前記サスペンションと連結され該サスペンションを支持するキャリッジと、
前記キャリッジを前記磁気ディスク媒体の半径方向に移動自在に案内する軸受と、
前記キャリッジに支持されたコイルと、
前記コイルと対になって前記キャリッジを駆動する、前記ベースに支持された磁気回路と、
前記ベースと対になって密閉性を保つカバーと、
前記スピンドルモータ、前記磁気ヘッド、又は、前記コイルを制御する電子回路と、
前記電子回路を搭載するFPC又は基板と、
磁気ディスク媒体の面に垂直な成分の加速度を検出するセンサーと、及び、
前記電子回路及び前記センサーの出力を入力するプロセッサと、
を有することを特徴とする磁気ディスク装置。 - 請求項1記載の磁気ディスク装置において、
前記センサーは、前記ベース、前記カバー、前記FPC又は前記基板に固定されている磁気ディスク装置。 - 請求項1記載の磁気ディスク装置において、
前記センサーの出力を入力し、変換して、前記コイルへ電流を追加する磁気ディスク装置。 - 請求項1記載の磁気ディスク装置において、
前記センサーの出力を用いて、前記磁気ヘッドの位置決め誤差を小さくする磁気ディスク装置。 - 磁気ディスク媒体と、
これを回転可能に搭載するスピンドルと、
前記スピンドルに回転駆動力を与えるスピンドルモータと、
前記スピンドルを回転可能に軸受を介して支持するベースと、
前記磁気ディスク媒体に対し、情報の記録又は再生を行う磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドを搭載するスライダと、
前記スライダと連結され該スライダを支持するサスペンションと、
前記サスペンションと連結され該サスペンションを支持するキャリッジと、
前記キャリッジを前記磁気ディスク媒体の半径方向に移動自在に案内する軸受と、
前記キャリッジに支持されたコイルと、
前記コイルと対になって前記キャリッジを駆動する、前記ベースに支持された磁気回路と、
前記ベースと対になって密閉性を保つカバーと、
前記スピンドルモータ、前記磁気ヘッド、又は、前記コイルを制御する電子回路と、
前記電子回路を搭載するFPC又は基板と、
磁気ディスク媒体の面に垂直な成分の加速度を検出するセンサーと、
磁気ディスク媒体の面に垂直な成分の加速度を与える加振手段と、及び、
前記加振手段を制御し、前記電子回路及び前記センサーの出力を入力するプロセッサと、
を有することを特徴とする磁気ディスク装置。 - 請求項5記載の磁気ディスク装置において、
前記加振手段は、前記ベース、前記カバー、前記FPC又は前記基板に固定されている磁気ディスク装置。 - 請求項5記載の磁気ディスク装置において、
前記加振手段の一部が、前記ベース、前記カバー、前記FPC又は前記基板と、前記磁気ディスク装置を搭載する筐体との間に介在する磁気ディスク装置。 - 磁気ディスク装置。
請求項5記載の磁気ディスク装置において、
前記加振手段の一部は、固定する端部の反対側に、カウンターマスを有する磁気ディスク装置。
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- 2004-04-16 JP JP2004121340A patent/JP2005302246A/ja active Pending
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- 2005-04-13 US US11/106,175 patent/US7580221B2/en not_active Expired - Fee Related
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