JP2007293980A - 磁気ディスク装置およびロード／アンロード方法 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音の少ない磁気ディスク装置を提供する。
【解決手段】ディジタル／アナログ変換器が、第１の設定電圧値Ｖ１と、第２の設定電圧値Ｖ３と、第１の設定電圧値と第２の設定電圧値の間を連絡する実質的な余弦波の遷移電圧値Ｖ２とで構成される制御電圧ＶdacをＶＣＭドライバに供給する。アクチュエータ・アセンブリのボイス・コイルにＶＣＭドライバから駆動電流が供給される。ボイス・コイルに流れるＶＣＭ電流Ｉvcmには、遷移期間Ｐ２において高調波成分を含まない電流が流れるため、アクチュエータ・アセンブリを含む構造上の共振点をずらして起振力を容易に抑制することができる。また、インダクタンスに発生する逆起電力ＶＬは、余弦波の半波長の期間でゼロになるために、設定期間から計測期間にすみやかに移行して速度起電力を計測することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁気ディスク装置に組み込まれたアクチュエータ・アセンブリの制御技術に関し、さらには、アクチュエータ・アセンブリが動作するときの騒音および振動を軽減する技術に関する。

磁気ディスク装置は、一般にロータリー式のアクチュエータ・アセンブリを採用している。ボイス・コイル・モータ（以下、ＶＣＭという。）は、アクチュエータ・アセンブリに搭載されたボイス・コイルと、ボイス・コイルに対して磁束空間を提供するＶＣＭマグネットと、磁路を構成するＶＣＭヨークとで構成される。そして、アクチュエータ・アセンブリの動作は、プロセッサがボイス・コイルに流す電流の方向および大きさを調整して制御する。アクチュエータ・アセンブリの動作を制御するために、磁気ヘッドが磁気ディスクから読み取ったサーボ情報が利用される。サーボ情報を利用したアクチュエータ・アセンブリの制御をサーボ制御ということにする。

磁気ディスク装置には、スライダが回転の停止した磁気ディスクの表面に吸着してスティクションが発生することを防止するために、磁気ディスクの回転が停止している間磁気ヘッドを磁気ディスクの記録面の外に退避させる必要がある。その一手法として磁気ディスクの外周縁近辺に配置したランプ部材を利用するロード／アンロード方式が採用されている。ロード／アンロード方式では、アクチュエータ・アセンブリの先端に突出したリフト・タブがランプ部材の摺動面に係合しながら、アクチュエータ・アセンブリが退避時の最終位置となるホーム・ポジションまで回転する。

また、磁気ディスク装置には、磁気ヘッドがランプ部材に退避している間に磁気ディスク装置に外部から衝撃や振動が加えられて、磁気ヘッドが磁気ディスク上に移動しないようにアクチュエータ・アセンブリをホーム・ポジジョンの位置で強力なマグネットにより吸着して固定しておくマグネット・ラッチ方式を採用するものがある。マグネット・ラッチ方式は、慣性ラッチ方式に比べて構造が簡単であるため磁気ディスク装置を安価に製造できるという利点があり、特に大衆製品用の磁気ディスク装置に多く採用されている。

磁気ディスク装置では、磁気ヘッドが磁気ディスク上を浮上している間は磁気ディスクに書き込まれたサーボ・データを読み取って磁気ヘッドの位置および移動速度を計算し、アクチュエータ・アセンブリの動作をサーボ制御することができる。しかし、リフト・タブがランプ部材の摺動面を移動している間（以下、この状態をロード／アンロード状態という。）は、磁気ヘッドがサーボ・データを読み取ることができない。ロード／アンロード状態のときには、アクチュエータ・アセンブリに搭載されたボイス・コイルが磁束空間を移動するときにボイス・コイルに発生する逆起電力（back electromotive force）を利用してアクチュエータ・アセンブリの回転速度を定速度制御する。逆起電力は、ボイス・コイルの移動速度に比例するため、以下この逆起電力を速度起電力ということにする。

マグネット・ラッチ式の磁気ディスク装置では、ロード／アンロード状態のときにアクチュエータ・アセンブリがマグネットの強力な吸引力を受けるため、これに抗してアクチュエータ・アセンブリをラッチ・マグネットから離脱させたり、速度制御したりする必要がある。そのために、ボイス・コイルに大電流を流して強力なトルクを与えている。ＶＣＭドライバが、電流をスイッチング制御して所定の値の電流をボイス・コイルに供給することでボイス・コイルに加えるトルクが調整される。近年、リビングで使用するＨＤＤレコーダーなどでは、磁気ディスク装置に対する静粛性の要求が一層高まり、ＶＣＭドライバのスイッチング動作に起因する磁気ディスク装置の騒音が問題になってきている。

特許文献１は、トランスデューサがサイン波加速度軌跡でディスク面を横断移動するハード・ディスク・ドライブを開示する。同文献にはサイン波加速度軌跡により矩形波の高調波成分を減少させることで、ヘッド・ジンバル・アセンブリの音響ノイズを最小化することが記載されている。特許文献２は、ヘッドのロード・アンロード制御では、ヘッドが円板上から離れた状態でランプ上を移動するため、通常のサーボ制御のようにヘッドにより円板上のサーボ情報を検出、制御することができないため、ＶＣＭに発生する逆起電力を検出、制御する技術を開示する。
特開２０００−１２３５０２号公報 特開２００１−４３６４５号公報

図１は、ボイス・コイルの等価回路と、従来のスイッチング制御方式を採用したときにこの等価回路に発生する電圧波形および電流波形を示している。図１（Ａ）は、ＶＣＭドライバがＶＣＭマグネットが生成した磁束空間を定速度で移動しているボイス・コイルに電流を供給している状態を示している。ＶＣＭドライバにアナログのＶＣＭ制御電圧Ｖdacが供給されると、ＶＣＭドライバはＶＣＭ制御電圧Ｖdacに対応したＶＣＭ電流Ｉvcmを生成してボイス・コイルに供給する。

ボイス・コイルは、電気的に直列に接続された抵抗ＲとインダクタンスＬと等価であるため、これにＶＣＭ電流Ｉvcmが流れると、抵抗Ｒに逆起電力ＶＲが発生しインダクタンスＬに逆起電力ＶＬが発生する。逆起電力ＶＲと逆起電力ＶＬの合計をＶＣＭ電圧Ｖvcmということにする。ＶＣＭ電圧Ｖvcmは、ボイス・コイルに所定のＶＣＭ電流Ｉvcmを流して所定のトルクを付与するために必要な電圧である。また、ボイス・コイルが磁束空間を移動するときには、フレミングの右手の法則にしたがって速度起電力Ｅbemfが発生し、ＶＣＭドライバの出力端にはＶＣＭ電圧Ｖvcmと速度起電力Ｅbemfとが合成されたコイル端電圧Ｖ０が発生する。

速度起電力Ｅbemfは、ボイス・コイルの移動速度に比例する直流の逆起電力であり、ボイス・コイルの移動方向に応じて方向が異なる。ＶＣＭドライバにＶＣＭ制御電圧Ｖdacが入力されて、ボイス・コイルに抵抗ＲとインダクタンスＬと速度起電力Ｅbemfで定まるＶＣＭ電流Ｉvcmが流れている状態を図１（Ｂ）に示す。なお、図１（Ｂ）ないし図１（Ｄ）において横軸はすべて時間軸になっている。図１（Ｂ）において、抵抗ＲとインダクタンスＬの直列回路で構成されるボイス・コイルの回路にステップ電圧が印加されると、その立ち上がりおよび立ち下がりで符号Ｘで示すようにＶＣＭ電流Ｉvcmには時間遅れが生じてくる。

符号Ｘで示した位置では、ネイピア数ｅを底にした指数関数でＶＣＭ電流Ｉvcmが増大したり減衰したりする。フーリエ展開すると明らかなように、符号Ｘで示した位置のＶＣＭ電流Ｉvcmにはさまざまな次数の高調波電流が含まれる。この高調波電流に対して、ＶＣＭマグネットが複数の周波数のトルクを発生させ、これがアクチュエータの起振源となって磁気ディスク装置に振動や騒音を発生させる。

図１（Ｃ）は、ＶＣＭ電圧Ｖvcmと速度起電力Ｅbemfの合計からなるコイル端電圧Ｖ０を示す。図１（Ｃ）では、速度起電力ＥbemfがＶＣＭ電圧Ｖvcmと同一方向に発生しているように示しているが、速度起電力ＥbemfがＶＣＭ電圧Ｖvcmと反対方向に発生する場合は、コイル端電圧Ｖ０はＶＣＭ電圧Ｖvcmと速度起電力Ｅbemfとの差になる。図１（Ｄ）は、ＶＣＭ電圧Ｖvcmのうちで、インダクタンスＬに発生する逆起電力ＶＬだけを示す。図１（Ｄ）において、インダクタンスＬに発生した逆起電力ＶＬは、符号Ｘで示すようにネイピア数ｅを底にした指数関数で増大または減衰する。

アクチュエータ・アセンブリがロード／アンロード状態においては、リフト・タブがランプ機構に係合している間は磁気ヘッドが磁気ディスクからサーボ・データを読み取ることができないので、サーボ情報に依存しない速度起電力Ｅbemfを利用してアクチュエータの回転速度を一定にする定速度制御をする。速度起電力Ｅbemfは、ＶＣＭドライバに電圧検出回路を設けて、ボイス・コイルのコイル端電圧Ｖ０として検出することができる。図２は、慣性ラッチを使用している磁気ディスク装置のように、ＶＣＭ電流Ｉvcmをそれほど大きくしないでロード／アンロードをすることができる場合において、速度起電力Ｅbemfを測定する方法を説明する図である。

図１（Ａ）に示したように、ＶＣＭドライバの出力端で検出できるコイル端電圧Ｖ０は、ＶＣＭ電圧Ｖvcmと速度起電力Ｅbemfの合計である。よって、ボイス・コイルの動作を停止させて速度起電力Ｅbemfをゼロにした状態でコイル端電圧Ｖ０を測定することにより、ＶＣＭ電流ＩvcmとＶＣＭ電圧Ｖvcmの関係を示す特性Ｙを求めることができる。この特性Ｙを磁気ディスク装置のＲＯＭにデータとして格納しておき、実際の制御で所定のＶＣＭ電流Ｉaが検出され、かつ、コイル端電圧Ｖ０がＶaとして実測されたときは、特性Ｙから求めたＶＣＭ電流Ｉaに対応するＶＣＭ電圧Ｖvcmをコイル端電圧Ｖ０から減算して速度起電力Ｅbemfを求めることができる。

しかし、マグネット・ラッチ式の磁気ディスク装置では、ラッチ・マグネットの吸引力に抗してアクチュエータ・アセンブリを駆動する必要があるためロード／アンロード状態におけるＶＣＭ電流Ｉvcmが非常に大きくなる。さらに、アクチュエータ・アセンブリをラッチ・マグネットの吸着から離脱させる際には、ＶＣＭ電流Ｉvcmが最も大きくなり、かつ、アクチュエータ・アセンブリの回転速度が遅いため速度起電力Ｅbemfは小くなっている。したがって、コイル端電圧Ｖ０から図２の特性Ｙを利用して速度起電力Ｅbemfを検出することが困難になってくる。また、特性Ｙは、磁気ディスク装置の経年的な要因や、温度条件で変化するため、頻繁にキャリブレーションしておく必要がある。

よって、マグネット・ラッチ方式の磁気ディスク装置では、図１（Ｂ）に示すように、ロード／アンロード状態において、ＶＣＭドライバにＶＣＭ制御電圧Ｖdacを加える制御期間とコイル端電圧Ｖ０がゼロになる計測期間とに分けて、計測期間に速度起電力Ｅbemfを計測している。速度起電力Ｅbemfを正確に計測するためには、計測期間ではコイル端電圧Ｖ０にＶＣＭ電圧Ｖvcmが含まれないことが望ましい。

しかし、図１（Ｄ）に示すように、制御期間が終了しても一定の時間は、コイル端電圧Ｖ０にインダクタンスＬに発生した逆起電力ＶＬが残っており、さらに、この逆起電力ＶＬによりＶＣＭ電流Ｉvcmも流れて抵抗Ｒにも逆起電力ＶＲが発生して速度起電力Ｅbemfに重畳される。したがって、制御期間が終了してもただちに速度起電力Ｅbemfの計測を開始することができない。ネイピア数ｅを底にした指数関数にしたがって減衰する逆起電力ＶＬが、速度起電力Ｅbemfを正確に計測することができる程度まで低下するには比較的長い時間が必要となる。しかも、その時間は、直前のＶＣＭ電流値Ｉvcmにより変化するため、減衰期間として可能性のある最も長い時間を採用したり、ＶＣＭ電流値Ｉvcmに応じた複雑な計算をして求めた時間を採用したりして計測期間を設定する必要がある。

速度起電力Ｅbemfは一般に、計測期間の間５〜６回のサンプリングをしてそれらの平均値を採用するため計測期間の長さとして所定の時間が必要となる。計測期間の長さを一定時間確保して、かつ、計測期間の周期を所定の範囲内に設定するとした場合には、インダクタンスＬの逆起電力ＶＬにより制御期間を十分に確保することができなくなる。逆起制御期間を確保すれば、計測期間が短くなったり、計測期間の周期が長くなったりする。このような状態は、ロード／アンロードのためにアクチュエータを定速度制御するときに、目標速度に到達させるまでの時間が長くかかってしまうという問題を生じさせる。

そこで本発明の目的は、騒音を軽減した磁気ディスク装置を提供することにある。さらに、本発明の目的は、速度起電力によるアクチュエータの制御特性に優れた磁気ディスク装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、振動や騒音の原因を軽減したアクチュエータの駆動システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、騒音を少なくしながら短い時間で目標速度に到達させることができるロード／アンロード方法を提供することにある。

本発明の原理は、インダクタンス成分を含むボイス・コイルに供給する電流をスイッチング制御するときに、第１の設定電圧値から第２の設定電圧値に遷移する遷移期間に、第１の設定電圧値と第２の設定電圧値とを実質的な余弦波の遷移電圧値で連絡する点にある。ステップ状の電圧をボイス・コイルに加える場合には、ボイス・コイルに高調波電流が流れて振動や騒音の原因となるが、実質的な余弦波の遷移電圧を採用することで、高調波を含まない単一周波数の電流をボイス・コイルに流して振動および騒音の発生を抑制する。さらに、インダクタンスに発生する逆起電力を余弦波の半波長分の時間でゼロにすることができるため、遷移期間が経過したあとにすみやかに速度起電力の測定に移行することができる。

実質的な余弦波とは、理論的な余弦波をディジタル・データで生成するときに量子化やサンプリングに伴う誤差が含まれることを許容するという意味である。遷移電圧値は、第１の設定電圧値との境界および第２の設定電圧値との境界でその時間微分値がゼロになるような０〜πまたはπ〜２πの半周期の波形に選択することで、ボイス・コイルに含まれる高調波電流を最小にすることができる。好適には遷移電圧値を、第１の設定電圧値と前記第２の設定電圧値との差の半分の値を振幅値とする余弦波に振幅値を直流分として加算した値とする。

ボイス・コイルに加える遷移電圧値を組み込んだ制御電圧は、設定電圧値をＰＷＭ駆動やＰＦＭ駆動などで制御するさまざまなスイッチング制御方式に採用することができる。遷移電圧値を生成するためのデータは余弦波テーブルとして不揮発性メモリに格納しておくことで、プロセッサが振幅をパラメータにして必要な遷移電圧値を計算し任意の設定電圧値の間を連絡させることができる。プロセッサは、ボイス・コイルの抵抗とインダクタンスに発生する逆起電力がゼロである計測期間にコイル端電圧を測定して、これを速度起電力として認識する。

遷移電圧値を利用したアクチュエータ・アセンブリの制御方式は、ランプ機構に対してロード／アンロードさせるときのようにサーボ制御に代えて速度起電力を利用した定速度制御をするときに特に有益である。さらに、マグネット・ラッチを備える磁気ディスク装置では、制御期間から計測期間にすみやかに移行させることができるので、良好な制御特性を得ることができる。遷移電圧値は、ロード／アンロード状態のときだけ利用してもよいし、さらにサーボ制御状態のときにも利用してもよい。

本発明により、騒音を軽減した磁気ディスク装置を提供することができた。さらに、本発明により、速度起電力によるアクチュエータの制御特性に優れた磁気ディスク装置を提供することができた。さらに本発明により、振動や騒音の原因を軽減したアクチュエータの駆動システムを提供することができた。さらに本発明により、騒音を少なくしながら短い時間で目標速度に到達させることができるロード／アンロード方法を提供することができた。

［ＶＣＭ制御電圧］
図３は、本発明の実施の形態にかかるＶＣＭ制御電圧Ｖdacの波形を説明する図である。ボイス・コイルの等価回路は図１（Ａ）で説明したものと同じである。図３（Ａ）では、アナログのＶＣＭ制御電圧Ｖdacの時間軸が制御期間Ｐ０と計測期間Ｐ３に分かれている。制御期間Ｐ０は、設定期間Ｐ１とその両側に配置された遷移期間Ｐ２で構成されている。設定期間Ｐ１ではＶＣＭ制御電圧Ｖdacが設定電圧値Ｖ１に設定されている。

計測期間Ｐ３では、ＶＣＭ制御電圧Ｖdacが設定電圧値Ｖ３に設定される。図３（Ａ）では、計測期間Ｐ３において設定電圧値Ｖ３はゼロになっているが、本発明の範囲には、設定電圧値Ｖ３が計測期間ではなく制御期間に設定される他の値の設定電圧値であって、ゼロ以外のプラスまたはマイナスの設定電圧値になる場合も含む。そして、設定期間Ｐ１と計測期間Ｐ３との間にある遷移期間Ｐ２におけるＶＣＭ制御電圧Ｖdacは、遷移電圧値Ｖ２に設定されている。遷移電圧値Ｖ２は図４に詳細を示すように、Ｖ２＝Ｖｍｃｏｓ（ｎｔ）の余弦波のうちｎｔ＝０〜ｎｔ＝πまでのＴ／２ｎ（Ｔはｎ＝１のときの周期）の半周期の波形である。

遷移電圧値Ｖ２は、余弦波の振幅Ｖｍが設定電圧値Ｖ１と設定電圧値Ｖ３の差の１／２に設定され、かつ、振幅Ｖｍに相当する直流分が合成されることで、始点Ａ１が設定電圧値Ｖ１に連絡し、終点Ａ２が設定電圧値Ｖ３に連絡する。始点Ａ１と終点Ａ２における遷移電圧値Ｖ２の時間微分値はゼロになるが、本発明はこのような余弦波の特徴を利用する点にも特徴がある。図３（Ａ）で、設定電圧値Ｖ３から設定電圧値Ｖ１に遷移する遷移期間Ｐ２の遷移電圧値Ｖ４は、Ｖ２＝Ｖｍｃｏｓ（ｎｔ）の余弦波形のうちｎｔ＝πからｎｔ＝２πまでのＴ／２ｎの半周期の波形である。遷移電圧値Ｖ４は遷移電圧値Ｖ２と同様に、余弦波の振幅Ｖｍが設定電圧値Ｖ１と設定電圧値Ｖ３の差の１／２に設定され、かつ、振幅Ｖｍに相当する直流分が合成されることで、始点が設定電圧値Ｖ３に連絡し、終点が設定電圧値Ｖ１に連絡する。

遷移期間Ｐ２は、余弦波Ｖ２＝Ｖｍｃｏｓ（ｎｔ）のｎを選択することで調整することができる。たとえば、ｎ＝２とすれば１周期はｎ＝１に対応する周期Ｔの半分となり始点Ａ１から終点Ａ２までの遷移期間の時間を半分にすることができる。本実施の形態では、遷移電圧値Ｖ２と遷移電圧値Ｖ４のｎを等しくしているが、異なる値に選択することも可能である。このような遷移期間Ｐ２において遷移電圧値Ｖ２、遷移電圧値Ｖ４を有するＶＣＭ制御電圧ＶdacをＶＣＭドライバに供給したときに、ボイス・コイルに流れるＶＣＭ電流Ｉvcmの波形は図３（Ｂ）のようになる。図３（Ｂ）のＶＣＭ電流Ｉvcmは、図１（Ｂ）のＶＣＭ電流とは異なり、設定期間Ｐ１の電流値Ｉ１から計測期間Ｐ３の電流値Ｉ３までの遷移期間Ｐ２の間に、余弦波の電流値Ｉ２で遷移する。電流値Ｉ１から電流値Ｉ２に遷移する位置および電流値Ｉ２から電流値Ｉ３へ遷移する位置では、ＶＣＭ電流Ｉvcmの時間微分値がゼロになる。計測期間Ｐ３から設定期間Ｐ１に遷移する間に流れるＶＣＭ電流Ｉ４も同様に余弦波となる。

遷移期間Ｐ２の間にボイス・コイルに流れる電流は、余弦波になるのでこれには高調波が含まれない。したがって、ボイス・コイルに振動として作用するトルクは単一周波数の成分になるため、磁気ディスク装置の機械系の共振点をずらして容易に振動を抑制することができる。従来は、ＶＣＭ制御電圧Ｖdacの設定電圧値を変更してスイッチングするたびに磁気ディスク装置に振動や騒音が発生し、かつ複数の周波数成分の電流がボイス・コイルに流れていたため、それを抑制することが困難であったが本発明ではこの問題を解決している。

図３（Ｃ）は、インダクタンスＬに発生する逆起電力ＶＬの波形を示している。インダクタンスＬに発生する逆起電力の絶対値は、インダクタンスＬのインダクタンス値とこれに流れる電流の時間微分値の積として求まる。遷移期間にボイス・コイルに流れる電流値Ｉ２は余弦波であるため、これを時間微分すると正弦波（サイン波）になる。正弦波の逆起電力ＶＬでは、遷移期間Ｐ２の始点と終点でともに電圧値がゼロになるので、図１（Ｄ）のように減衰するまで長い時間費やすこともない。

したがって、計測期間Ｐ３を図１（Ａ）の場合に比べて早く開始することができ、結果として計測期間Ｐ２に対する制御期間Ｐ１の割合を長くすることができるので、アクチュエータを定速度制御するときに短時間で目標速度に到達させることができる。遷移期間Ｐ２は、余弦波の周期を変更することで任意の値に選択することができる。図３では、制御期間Ｐ０において、電圧値が１つしか示されていないが、実際には、図５で示すような複数の設定電圧値が設定されたのちに計測期間に入ることもできる。

図５に、遷移期間に余弦波を採用したＶＣＭ制御電圧Ｖdacの例を示す。図３で説明した遷移電圧値Ｖ２、Ｖ４を含むＶＣＭ制御電圧Ｖdacは、アクチュエータ・アセンブリをロード／アンロードさせるときだけ利用することに限定されず、磁気ヘッドがサーボ・データを読み取りながらアクチュエータをシーク動作やフォローイング動作をさせるサーボ制御をさせるときにも利用することができる。図５（Ａ）では、周期Ｔ１を一定にしてオン期間を変化させるＰＷＭ方式の電圧制御に利用した例である。電圧値ＶａとＶｂ（０Ｖ）の間を半周期の余弦波が連絡している。図５（Ｂ）は、オン期間Ｔ２を一定にして周波数を変化させるＰＦＭ方式の電圧制御に利用した例である。図５（Ｃ）は、設定電圧値が正または負の値において複数あり、それぞれの設定電圧値の間を半周期の余弦波が連絡している。図５（Ｃ）では、設定電圧値Ｖａから設定電圧値Ｖｂに遷移する期間および設定電圧値Ｖｂから設定電圧値Ｖｃ（０Ｖ）に遷移する期間はそれぞれ半周期の余弦波になっている。

［磁気ディスク装置］
図６は、本実施の形態にかかる磁気ディスク装置１０の平面図である。ベース１１には、磁気ディスク１３、アクチュエータ・アセンブリ１５、ランプ機構２０、ＶＣＭマグネット２１、ＶＣＭヨーク２７、およびラッチ・マグネット２３が取り付けられている。磁気ディスク１３は、下部に設けられたスピンドル・モータのハブに固定されて回転可能に構成されている。磁気ディスク１３の表面には、磁気ディスク１３の半径方向に沿って複数のサーボ・データが放射状に書き込まれている。このサーボ・データを磁気ヘッドが読み取ることによりＭＰＵユニットが磁気ヘッドの位置を認識することができる。

サーボ・データは、トラック識別データとバースト・パターンとから構成される。トラック識別データは各データ・トラックのトラック・アドレスを示す情報である。磁気ヘッドがこのトラック識別データを読み取ることにより、ＭＰＵユニットは磁気ヘッドが現在位置するトラック位置を認識することができる。バースト・パターンは互いに位相が異なる複数の信号記憶領域で構成されている。このバースト・パターンから出力される信号に基づいて、サーボ・トラックに対する磁気ヘッドのずれ量が判定可能となる。

アクチュエータ・アセンブリ１５は、ヘッド・サスペンション・アセンブリ（ＨＳＡ）１６、コイル・ホルダ２５、ボイス・コイル２９を含む。ＶＣＭマグネット２１は、コイル・ホルダ２５とボイス・コイル２９を露出させて示すために図では一部が欠けているが、実際はボイス・コイル２９の全体を覆うように設けられている。ＶＣＭマグネット２１の下部には、ＶＣＭヨーク２７が設けられており、ＶＣＭマグネット２１とＶＣＭヨーク２７との間には磁束空間が形成される。ボイス・コイル２９、ＶＣＭマグネット２１、およびＶＣＭヨーク２７はＶＣＭを構成する。磁束空間の間におかれたボイス・コイル２９に電流を流すことでアクチュエータ・アセンブリ１５は、ピボット軸１７を中心にして矢印ＡまたはＢ方向に回転する。アクチュエータ・アセンブリ１５が矢印Ａ方向に回転してゆくと、ＨＳＡ１６の先端に形成されたリフト・タブ１９がランプ機構２０の摺動面を滑走して、アクチュエータ・アセンブリ１５はホーム・ポジションで停止する。この動作をアンロードという。

リフト・タブ１９がランプ機構２０の摺動面に乗り上げたあとは、磁気ヘッドが磁気ディスク１３からサーボ・データを読みとることができないので、ＭＰＵユニットはボイス・コイル２９に生じた速度起電力を検出してアクチュエータ・アセンブリの回転速度を認識する。ホーム・ポジションではアクチュエータ・アセンブリ１５のコイル・ホルダ２５がラッチ・マグネット２３に吸着される。ラッチ・マグネット２３は、ホーム・ポジションにおかれたアクチュエータ・アセンブリに外部から衝撃や振動が加えられてもアクチュエータ・アセンブリ１５が容易に離脱しないように強力な磁力を備えている。アンロードは、外部からのコマンドや内部的なイベントに基づいて磁気ディスク１３の回転を停止させるときに停止前に行う。

磁気ディスク１３が回転したのちに、ホーム・ポジションにおかれたアクチュエータ・アセンブリをランプ機構２０から矢印Ｂ方向に移動させる動作をロードという。アクチュエータ・アセンブリ１５をロードさせるときは、ＶＣＭはラッチ・マグネット２３の吸着力を超えたトルクをボイス・コイル２９に発生させる必要があるため、ボイス・コイル２９には大きな電流が流される。

図７に、磁気ディスク装置１０のブロック図を示す。図７では、図６と同一の構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。図７では図６に示されていなかった磁気ディスク１３を回転させるスピンドル・モータ１４と磁気ヘッド１８が示されている。磁気ヘッド１８は、磁気ディスク１３の表裏面に対応してＨＳＡ１６の先端部に２つ保持されている。磁気ヘッド１８は、磁気信号を利用して磁気ディスク１３に対してデータの書き込みおよび読み出しを行う。また、磁気ヘッド１８は、磁気ディスク１３に書き込まれているサーボ・データを読み取る。磁気ヘッド１８は、アクチュエータ・アセンブリ１５と一体となって磁気ディスク１３の半径方向に移動する。

リード／ライト・チャネル５９は、ユーザ・データの読み取りおよび書き込み処理を実行する。具体的には、ハードディスク・コントローラ（ＨＤＣ）６５を介してホスト装置７３から転送された書き込みにかかるディジタル・データを書き込み電流に変換して磁気ヘッド１８に供給する。磁気ヘッド１８は、この書き込み電流に基づいて磁気ディスク１３に対してデータの書き込みを行う。リード／ライト・チャネル５９は、磁気ディスク１３から読み出した読み出し電流をディジタル・データに変換してＨＤＣ６５を介してホスト装置７３に出力する。リード／ライト・チャネル５９が生成するディジタル・データには、サーボ情報も含まれている。サーボ・コントローラ６３は、リード／ライト・チャネル５９から出力される読み出しデータの中からサーボ情報を抽出する。前述のように、サーボ情報は、トラック識別データおよびバースト・パターンを含んでいる。サーボ・コントローラ６３は、抽出したサーボ情報をＭＰＵユニット６１に転送する。

ＨＤＣ６５は、磁気ディスク装置１０のインターフェースとしての機能を有している。その機能の１つは、ホスト装置７３から転送された書き込みデータを受け取るとともにリード／ライト・チャネル５９に転送することである。また他の機能として、リード／ライト・チャネル５９から転送される読み出しデータをホスト装置７３に転送することである。ＨＤＣ６５は、さらに、ホスト装置７３からコマンドや制御情報を受け取ってＭＰＵユニット６１に転送する。ディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）５７は、ＭＰＵユニット６１から出力されたディジタルのＤＡＣ入力値をアナログのＶＣＭ制御電圧値Ｖvcmに変換してＶＣＭドライバ８に出力する。ＶＣＭドライバ８は、ＤＡＣ５７から受けたＶＣＭ制御電圧値ＶvcmをＶＣＭの駆動電流に変換してボイス・コイル２９に供給する。電圧検出回路５３は、ＶＣＭドライバ５１の出力端に生じたボイス・コイル２９のコイル端電圧値Ｖ０を検出してアナログ／ディジタル・コンバータ（ＡＤＣ）５５に送る。電圧検出回路５３は、ＶＣＭドライバ５１の中に組み込むこともできる。ＡＤＣ５５は、ディジタル・データに変換されたコイル端電圧値Ｖ０をＭＰＵユニット６１に送る。

ＭＰＵユニット６１は、ホスト装置７３との間で行うデータ通信、アクチュエータ・アセンブリ１５の動作、および磁気ディスクに対するデータの読み取りおよび書き込み動作などを制御する。ＭＰＵユニット６１は、ＲＯＭ６７に格納されたファームウエア７１を実行する。本発明にかかるロード／アンロード方法や遷移電圧値を含むＤＡＣ入力値を生成するアルゴリズムもＭＰＵユニット６１がファームウエア７１を実行して行う。ＭＰＵユニット６１は、サーボ・コントローラ６３から転送されたサーボ情報に基づいて磁気ヘッド１８の位置を判断し、磁気ヘッド１８の現在位置と目標位置との偏差に基づいて磁気ヘッド１８の速度制御のためのＤＡＣ入力値を計算してＤＡＣ５７に出力する。ＤＡＣ入力値は、サーボ・データが磁気ヘッド１８で読み出される度にＭＰＵユニット６１から出力される。

ＲＯＭ６７は、余弦波の波形を示すデータ・テーブルである余弦波テーブル６９を格納している。余弦波テーブル６９には、図３の遷移期間Ｐ２に半周期Ｔ／２ｎを一致させた余弦波のデータが１周期分格納されている。ＭＰＵユニット６１は、余弦波テーブル６９を利用して遷移前の設定電圧値Ｖ１と遷移後の設定電圧値Ｖ３との差から振幅Ｖｍを計算することにより、任意の設定電圧値Ｖ１と設定電圧値Ｖ３との間を余弦波で遷移させる遷移電圧値Ｖ２のディジタル・データを生成することができる。ＭＰＵユニット６１は、図３の遷移電圧値Ｖ２に対応するディジタル・データを、遷移前の設定電圧値Ｖ１が設定電圧値Ｖ３より大きい場合は余弦波のｎｔ＝０〜πまでの範囲を利用し、遷移前の設定電圧値Ｖ１が設定電圧値Ｖ３より小さい場合は余弦波のｎｔ＝π〜２πまでの範囲を利用して、ＤＡＣ５７が図３（Ａ）に示したような設定値電圧値Ｖ１、Ｖ３と遷移電圧値Ｖ２とで構成されるＶＣＭ制御電圧Ｖdacを生成するためのＤＡＣ入力値を生成する。

余弦波テーブル６９のデータはディジタル値であるため、量子化およびサンプリングの誤差が生ずるので理論的な余弦波には一致しないが、余弦波テーブルのデータは理論的な余弦波に近似するデータとして構成されている。したがって、理論的な余弦波に一致しないデータであっても本発明の余弦波に含まれる。ボイス・コイル２９が磁束空間を移動したときには、移動速度に比例した速度起電力Ｅbemfが発生する。ＭＰＵユニット６１は、図３の計測期間Ｐ３の間に検出したＡＤＣ５５から送られたコイル端電圧Ｖ０を速度起電力Ｅbemfとして認識する。ＭＰＵユニット６１は、磁気ヘッド１８がサーボ・データを読みとることができない間は、速度起電力Ｅbemfからアクチュエータ・アセンブリ１５の回転速度を計算して、ＤＡＣ５７に供給するＤＡＣ入力値を決定する。

［ロード／アンロード方法］
図８は、ホーム・ポジションに位置付けられたアクチュエータ・アセンブリ１５をロードするときの手順を示すフローチャートである。ブロック１０１では、磁気ディスク装置１０のＲＯＭ６７には、余弦波テーブルが格納され、ファームウエア７１にはロード／アンロードを実現するプログラムとＶＣＭ制御電圧を生成するためのプログラムが含まれている。ブロック１０３では、計測期間Ｐ３が設定されてファームウエア７１に組み込まれている。ブロック１０５において、アクチュエータ・アセンブリ１５は、リフト・タブ１９がランプ機構２０に係合しコイル・ホルダ２５がラッチ・マグネット２３に吸着している状態でホーム・ポジションに位置付けられている。

ブロック１０７でＭＰＵユニット６１がラッチ・マグネット２３からコイル・ホルダ２５を離脱させるための設定電圧値に相当するＤＡＣ入力値を計算し、ブロック１０７で遷移電圧値に相当するＤＡＣ入力値を計算する。ブロック１１１でＤＡＣ５７は、ディジタルのＤＡＣ入力値をそれに対応するアナログのＶＣＭ制御電圧Ｖvcmに変換する。そして、ＶＣＭドライバ５１は、ＶＣＭ制御電圧Ｖvcmに応じたＶＣＭ電流Ｉvcmをボイス・コイル２９に流してアクチュエータ・アセンブリ１５を図６の矢印Ｂ方向に移動させる。ブロック１１３では、ＭＰＵユニット６１が計測期間にＡＤＣ５５から受け取ったＶＣＭドライバ５１の出力端に生じたコイル端電圧値を速度起電力Ｅbemfとして認識して、ブロック１１５でアクチュエータ・アセンブリ１５が定速度で動作しているか否かを判断する。

アクチュエータ・アセンブリの回転速度が一定速度でない場合はブロック１１９に移行して、ＭＰＵユニット６１はファームウエア７１に組み込まれたアルゴリズムに基づいてアクチュエータ・アセンブリを定速度制御するようにＤＡＣ入力値を計算する。定速度制御はＭＰＵユニット６１が、式（１）に基づいて算出したＶＣＭ電流Ｉvcmを得るためのＤＡＣ信号を計算することにより行う。式（１）において、Ｖtagtは目標速度で、Ｖerrは目標速度Ｖtagtと速度起電力Ｅbemfから計算した実際の速度Ｖbemfとの速度偏差である。Ｋpは比例項の係数でありＫiは積分項の係数である。

ブロック１１７では、磁気ヘッド１８が磁気ディスク１３上に移動してサーボ・データを読み取りＭＰＵユニット６１がサーボ情報を認識したか否かを判断する。ＭＰＵユニット６１がサーボ情報を認識しない場合は、ＭＰＵユニット６１はブロック１１９で定速度制御を継続する。ＭＰＵユニット６１がサーボ情報を認識したときはブロック１２１に移行してＭＰＵユニット６１はサーボ制御を開始する。サーボ制御を開始したあとは、ＭＰＵユニット６１は、遷移電圧値を含まないステップ状のＶＣＭ制御電圧Ｖvcmを生成するようにしてもよい。アクチュエータ・アセンブリ１５がサーボ制御されているときに、ホスト装置７３からコマンドを受け取ったり内部イベントが発生したりしてアンロードするときは、ブロック１０７からブロック１１９の手順にしたがって、アクチュエータ・アセンブリ１５をホーム・ポジションまで移動させ、ラッチ・マグネット２３にコイル・ホルダ２５を吸着させる。

図９（Ａ）は従来のＶＣＭ制御電圧ＶdacをＶＣＭドライバに印加してアクチュエータ・アセンブリをロードした場合の加速度を示し、図９（Ｂ）は本実施の形態にかかる余弦波を含むＶＣＭ制御電圧ＶdacをＶＣＭドライバに印加してアクチュエータ・アセンブリをロードした場合の加速度を示す図である。いずれの場合も加速度は、同一の磁気ディスク装置に対して、筐体の表面に加速度センサを貼り付けて計測した。図９の時間軸の幅は、アクチュエータ・アセンブリのリフト・タブが、ホーム・ポジションからランプ機構の摺動面を滑動して磁気ディスク上に移動するまでの間の時間になっている。ＶＣＭ制御電圧Ｖdacを従来の矩形波にした場合は、図９（Ａ）のような加速度の波形と同時に、シャカシャカといった機械系振動音が観測される。

一方、ＶＣＭ制御電圧Ｖdacを図９（Ｂ）のように遷移期間に余弦波を含む構成にすると、加速度は非常に小さくなり、シャカシャカ音がほとんど聞き取れない位に静粛な状態を示すようになった。実際には、図９（Ａ）の場合に比べて図９（Ｂ）の場合は約１０ｄＢほど加速度が低下している。

図１０は、ライン１５１が従来のＶＣＭ制御電圧ＶdacをＶＣＭドライバに印加してアクチュエータ・アセンブリをロードした場合の音圧を示し、ライン１５３は本実施の形態にかかる余弦波を含むＶＣＭ制御電圧ＶdacをＶＣＭドライバに印加してアクチュエータ・アセンブリをロードした場合の音圧を示す図である。音圧は、同一の磁気ディスク装置の周囲にマイクロフォンを設置してＶＣＭ制御電圧Ｖdac以外を同一条件にして測定した。時間軸は、磁気ディスク装置に電源を投入してからの経過時間を示している。期間Ｔ１は、スピンドル・モータが回転を開始してから一定速度に到達するまでの状態を示している。期間Ｔ２は、ホーム・ポジションにおかれたボイス・コイルに対して電流を流すために、ＶＣＭ制御電圧ＶdacがＶＣＭドライバに印加され、かつ、リフト・タブがランプ機構上にある状態である。期間Ｔ３は、リフト・タブがランプ機構から離れて磁気ディスク上に移動した状態である。

期間Ｔ２において、アクチュエータ・アセンブリがラッチ・マグネットの吸着から解放されて定速度制御のもとでリフト・タブが磁気ディスク上に移動するまで、ライン１５１の音圧ピーク値とライン１５３の音圧ピーク値との間では約１２ｄＢの差が検出されている。したがって、本実施の形態にかかる磁気ディスク装置は、静粛な環境で使用するホスト装置に搭載することに特に適している。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

ボイス・コイルの等価回路と従来のスイッチング制御方式を採用したときに、等価回路に発生する電圧波形および電流波形を示す図である。 ロード／アンロード状態におけるＶＣＭ電流Ｉvcmがあまり大きくない場合に、速度起電力Ｅbemfを測定する方法を説明する図である。 本発明の実施の形態にかかるＶＣＭ制御電圧Ｖdacの波形を説明する図である。 遷移電圧値Ｖ２を説明する図である。 遷移期間に余弦波を採用したＶＣＭ制御電圧Ｖdacの例を示す図である。 本実施の形態にかかる磁気ディスク装置１０の平面図である。 磁気ディスク装置の概略ブロック図である。 ホーム・ポジションに位置付けられたアクチュエータ・アセンブリをロードするときの手順を示すフローチャートである。 従来のＶＣＭ制御電圧Ｖdacを印加してロードした場合と、本実施の形態にかかるＶＣＭ制御電圧Ｖdacを印加してロードした場合の加速度を比較した図である。 従来のＶＣＭ制御電圧Ｖdacを印加してロードした場合と、本実施の形態にかかるＶＣＭ制御電圧Ｖdacを印加してロードした場合の音圧を比較した図である。

符号の説明

１３…磁気ディスク
１５…アクチュエータ・アセンブリ
１８…磁気ヘッド
２０…ランプ機構
２１…ＶＣＭマグネット
２３…ラッチ・マグネット
２５…コイル・ホルダ
２９…ボイス・コイル
６１…ＭＰＵユニット
６７…ＲＯＭ

Claims (20)

1. 磁気ディスクと、
   磁気ヘッドとボイス・コイルとを搭載したアクチュエータ・アセンブリと、
   前記ボイス・コイルに電流を供給するＶＣＭドライバと、
   第１の設定電圧値と、第２の設定電圧値と、前記第１の設定電圧値と前記第２の設定電圧値の間を連絡する実質的な余弦波の遷移電圧値とで構成されるＶＣＭ制御電圧を前記ＶＣＭドライバに供給するディジタル／アナログ変換器と
   前記ディジタル／アナログ変換器に入力信号を供給するプロセッサと、
   を有する磁気ディスク装置。
2. 前記遷移電圧値は、前記第１の設定電圧値との境界および前記第２の設定電圧値との境界における時間微分値がゼロである請求項１記載の磁気ディスク装置。
3. 前記遷移電圧値は、前記第１の設定電圧値と前記第２の設定電圧値との差の半分の値を振幅値とする余弦波に該振幅値が加算された値である請求項１記載の磁気ディスク装置。
4. 前記遷移電圧値は前記第１の設定電圧値に連絡する位置から前記第２の設定電圧値に連絡する位置までの間が半周期で構成されている請求項１記載の磁気ディスク装置。
5. 前記第１の設定電圧値がプラスの電圧値であり、前記第２の設定電圧値がゼロ電圧値である請求項１記載の磁気ディスク装置。
6. 前記第１の設定電圧値と前記第２の設定電圧値がともにゼロ以外の値である請求項１記載の磁気ディスク装置。
7. 前記ディジタル／アナログ変換器は、さらに第３の設定電圧値を前記ＶＣＭドライバに供給し、前記第２の設定電圧値は前記第１の設定電圧値および前記第３の設定電圧値より大きく、前記プロセッサは前記第１の設定電圧値と前記第２の設定電圧値との間を０〜πの半周期の余弦波で連絡させ前記第２の設定電圧値と前記第３の設定電圧値との間をπ〜２πの半周期の余弦波で連絡させる入力信号を前記ディジタル／アナログ変換器に供給する請求項１記載の磁気ディスク装置。
8. 前記ディジタル／アナログ変換器は、前記ＶＣＭドライバにＰＷＭ方式またはＰＦＭ方式の電圧値を供給する請求項１記載の磁気ディスク装置。
9. 前記遷移電圧値を生成するための余弦波テーブルを格納した不揮発性メモリを有し、前記プロセッサは前記余弦波テーブルを参照して前記遷移電圧値に対応した信号を生成する請求項１記載の磁気ディスク装置。
10. 前記アクチュエータ・アセンブリを吸着するラッチ・マグネットを有する請求項１記載の磁気ディスク装置。
11. 前記ボイス・コイルに発生するコイル端電圧を測定する電圧検出回路を有する請求項１記載の磁気ディスク装置。
12. 前記プロセッサは、前記ボイス・コイルの抵抗とインダクタンスに発生する逆起電力が小さい計測期間に計測した前記コイル端電圧から速度起電力を検出する請求項１１記載の磁気ディスク装置。
13. 前記磁気ヘッドを退避させるランプ機構を備える請求項１記載の磁気ディスク装置。
14. 前記ディジタル／アナログ変換器は、前記磁気ヘッドが前記ランプ機構から前記磁気ディスク上にロードして前記プロセッサがサーボ制御を開始するまでの間前記遷移電圧値を前記ＶＣＭドライバに供給する請求項１３記載の磁気ディスク装置。
15. 前記ディジタル／アナログ変換器は、前記磁気ヘッドが前記磁気ディスク上に浮上しているときにアンロードを開始してから、前記磁気ヘッドが前記ランプ機構上のホーム・ポジションまで移動する間、前記遷移電圧値を前記ＶＣＭドライバに供給する請求項１３記載の磁気ディスク装置。
16. 前記ディジタル／アナログ変換器は、前記磁気ヘッドが前記磁気ディスク上に浮上して前記アクチュエータ・アセンブリがサーボ制御されている間、前記遷移電圧値を前記ＶＣＭドライバに供給する請求項１記載の磁気ディスク装置。
17. 磁気ディスク装置において、ボイス・コイルを搭載するアクチュエータ・アセンブリを駆動するシステムであって、
    前記ボイス・コイルに電力を供給する電力供給回路と、
    前記電力供給回路が、第１の設定電圧値と第２の設定電圧値と前記第１の設定電圧値と前記第２の設定電圧値とを連絡する実質的な余弦波の遷移電圧値とを前記ボイス・コイルに出力するように前記電力回路を制御する制御回路と
    を有する駆動システム。
18. 前記制御回路は、所定の遷移期間を半波長とする余弦波データの余弦波テーブルを格納したメモリを含む請求項１７記載の駆動システム。
19. 磁気ディスク装置において、磁気ヘッドを搭載するアクチュエータ・アセンブリをランプ機構からロード／アンロードする方法であって、
    前記磁気ディスク装置が、ボイス・コイルに電流を供給するＶＣＭドライバに対して電圧を供給する制御期間と電圧を供給しない計測期間とを設定するステップと、
    前記磁気ディスク装置が、前記制御期間において所定の設定電圧値を供給する設定期間と実質的な余弦波の遷移電圧値を供給する遷移期間とを設定するステップと、
    前記所定の設定電圧値と前記遷移電圧値とを含むＶＣＭ制御電圧を前記ＶＣＭドライバに供給して前記磁気ヘッドを前記ランプ機構から磁気ディスクに向かって移動させるステップと、
    前記ボイス・コイルに発生した速度起電力に基づいて前記アクチュエータ・アセンブリを定速度制御するステップと、
    を有するロード／アンロード方法。
20. 前記遷移期間を終了してからつぎの遷移期間を開始するまでの間にプロセッサが前記速度起電力を測定するステップを有する請求項１９記載のロード／アンロード方法。
    
    

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