JP2023031632A - 磁気ディスク装置、及び制御方法 - Google Patents

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Abstract

Figure 2023031632000001
【課題】マイクロアクチュエータの素子の劣化を防止すること。
【解決手段】磁気ディスク装置の制御部は、マイクロアクチュエータにより磁気ヘッドの位置を調整するときに、マイクロアクチュエータに印加する電圧値をヒステリシスに基づいて補正する第1電圧値の絶対値と、マイクロアクチュエータに印加する電圧値を前記ヒステリシスに基づく補正をしない第2電圧値の絶対値との差が正になる場合、第2電圧値に基づいて得られる第3電圧値をマイクロアクチュエータに印加すると共に、マイクロアクチュエータによる調整の不足分を、ボイスコイルモータ、及び/又は、第3電圧値を印加するマイクロアクチュエータ以外のマイクロアクチュエータの少なくともいずれかを動作させて調整する。
【選択図】図10

Description

実施形態は、磁気ディスク装置、及び制御方法に関する。
いわゆるマイクロアクチュエータを搭載した磁気ディスク装置が知られている。この種の磁気ディスク装置は、マイクロアクチュエータを動作させることにより、磁気ヘッドの磁気ディスクに対する位置を微調整し、位置決め精度を向上させることができる。
米国特許出願公開第2013/0135769号明細書 米国特許第6,693,763号明細書 特開2001-006305号公報
ところで、マイクロアクチュエータには、ヒステリシスを有するものがある。ヒステリシスは、マイクロアクチュエータに電圧を印加したときの変位が過去の電圧履歴に依存するもので、例えばマイクロアクチュエータの電圧を増加する場合の非線形の応答性と、電圧を低減する場合の非線形の応答性とが異なる特性を示す。このようにヒステリシスを有する場合、マイクロアクチュエータに印加する電圧値を、ヒステリシスを考慮して補正することが求められる場合がある。しかしながら、ヒステリシスを補正する処理を行った場合、ヒステリシスが無い場合と比較して、絶対値が大きな電圧をマイクロアクチュエータに印加する場合が生じ得る。マイクロアクチュエータに絶対値が大きい電圧を印加すると、マイクロアクチュエータを構成する素子の劣化を招来する。
実施形態は、マイクロアクチュエータの素子の劣化を防止することができる磁気ディスク装置、及び制御方法を提供することを目的とする。
一実施形態に係る、磁気ディスク装置は、磁気ディスクと、磁気ヘッドと、前記磁気ディスク上の所定位置に前記磁気ヘッドを動作させるボイスコイルモータと、前記磁気ヘッドの位置を調整する、複数のマイクロアクチュエータと、前記ボイスコイルモータ、及び前記複数のマイクロアクチュエータの動作を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの1つである第1のマイクロアクチュエータにより前記磁気ヘッドの位置を調整するときに、前記第1のマイクロアクチュエータに印加する電圧値をヒステリシスに基づいて補正する第1電圧値の絶対値と、前記第1のマイクロアクチュエータに印加する電圧値を前記ヒステリシスに基づく補正をしない第2電圧値の絶対値との差が正になる場合、前記第2電圧値に基づいて得られる第3電圧値を前記第1のマイクロアクチュエータに印加すると共に、前記第1のマイクロアクチュエータによる調整の不足分を、前前記ボイスコイルモータ、及び/又は、記第3電圧値を印加する前記第1のマイクロアクチュエータ以外の第2のマイクロアクチュエータの少なくともいずれかを動作させて調整する。
実施形態に係る磁気ディスク装置の構成の一例を示すブロック図。 同実施形態に係る複数のアクチュエータを有する磁気ディスク装置の制御構成の一例を示す図。 同実施形態に係るヒステリシスの一例を示す図。 同実施形態に係るヒステリシスの一例を示す図。 同実施形態に係る図4の一部を拡大した図。 同実施形態に係るMA電圧値の絶対値の時間波形の一例を示す図。 同実施形態に係るマイクロアクチュエータに正弦波電圧を印加した時の時間軸波形の一例を示す図。 同実施形態に係る図7のように正弦波電圧を印加した時のMA変位を示す図。 同実施形態に係る図7のように正弦波電圧を印加した時の電圧絶対値の出現確率を比較した電圧分布を示す図。 同実施形態に係るMA電圧/変位割り振り部が実行する変位を調整する処理の一例を示すフローチャート。
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、以下の実施形態に記載した内容により発明が限定されるものではない。当業者が容易に想到し得る変形は、当然に開示の範囲に含まれる。説明をより明確にするため、図面において、各部分のサイズ、形状等を実際の実施態様に対して変更して模式的に表す場合もある。複数の図面において、対応する要素には同じ参照数字を付して、詳細な説明を省略する場合もある。
図1は、磁気ディスク装置1の構成の一例を示すブロック図である。
磁気ディスク装置1は、ヘッド・ディスクアセンブリ(head-disk assembly:HDA)10、ヘッドアンプ集積回路(以下、ヘッドアンプIC)16と、システム・オン・チップ(SOC)20とから構成されている。
HDA10は、磁気ディスク11と、スピンドルモータ(SPM)12と、アーム13と、ボイスコイルモータ(VCM)PVとを有する。磁気ディスク11は、スピンドルモータ12により回転する。アーム13の先端にロードビーム14が取り付けられ、ロードビーム14の先端に磁気ヘッド15が取り付けられる。アーム13はボイスコイルモータPVの駆動により磁気ヘッド15を磁気ディスク11上の指定の位置まで移動制御する。さらに、アーム13の先端部のロードビーム14の取り付け部付近には一対の圧電素子(例えば、Pb(Zr,Ti)O3)であるマイクロアクチュエータPMが配置される。一対の圧電素子PMに電圧を加えることで左右の圧電素子がそれぞれ逆位相で伸縮し、ロードビーム14の先端の磁気ヘッド15を磁気ディスク11上の半径方向(クロストラック方向)に変位させることにより、磁気ディスク11上で磁気ディスク11の半径方向に磁気ヘッド15の位置を調整する。このように、磁気ディスク装置1は、磁気ヘッド15の位置決めを行う複数のアクチュエータとして、ボイスコイルモータPV、及びマイクロアクチュエータPMを有している。また、マイクロアクチュエータPMは、磁気ヘッド15に配置されてもよい。なお、1つの磁気ヘッド15に対し、アーム13、ロードビーム14、磁気ヘッド15にマイクロアクチュエータPMを複数有するように構成してもよい。
磁気ヘッド15は、リードヘッド素子とライトヘッド素子とが、1つのスライダ上に分離して実装されている構造である。リードヘッド素子は、磁気ディスク11に記録されているデータを読出す。ライトヘッド素子は、磁気ディスク11にデータを書き込む。
ヘッドアンプIC16は、リードアンプ及びライトドライバを有する。リードアンプは、リードヘッド素子により読み出されたリード信号を増幅して、リード/ライト(R/W)チャネル22に伝送する。一方、ライトドライバは、R/Wチャネル22から出力されるライトデータに応じたライト電流をライトヘッド素子に伝送する。
SOC20は、マイクロプロセッサ(CPU)21と、R/Wチャネル22と、ディスクコントローラ23と、位置決めコントローラCとを含む。CPU21は、ドライブのメインコントローラであり、位置決めコントローラCを介して磁気ヘッド15の位置決めを行なうサーボ制御及びヘッドアンプIC16を介してデータのリード/ライト制御を実行する。R/Wチャネル22は、リードデータの信号処理を実行するリードチャネルと、ライトデータの信号処理を実行するライトチャネルとを含む。ディスクコントローラ23は、ホストシステム(図示せず)とR/Wチャネル22との間のデータ転送を制御するインタフェース制御を実行する。なお、位置決めコントローラCはハードウェアとして実現してもよいし、ソフトウェア(ファームウェア)として実現してもよい。
メモリ24は、揮発性メモリおよび不揮発性メモリを含む。例えば、メモリ24は、DRAMからなるバッファメモリ、及びフラッシュメモリを含む。メモリ24の不揮発性メモリには、CPU21の処理に必要なプログラム等が記憶される。
図2は、複数のアクチュエータを有する磁気ディスク装置1の制御構成の一例を示す図である。図2においては、磁気ディスク装置1は、複数のアクチュエータとして、ボイスコイルモータPVと、マイクロアクチュエータPM1からマイクロアクチュエータPMnとを有している。また、これら複数のアクチュエータをそれぞれ制御する位置決めコントローラCが設けられる。より詳細には、位置決めコントローラCは、ボイスコイルモータPVを制御するボイスコイルモータ制御器CV、及びマイクロアクチュエータPM1からマイクロアクチュエータPMnを制御するMA制御器CM1からCMnである。また、制御部であるMA電圧/変位割り振り部20aが設けられている。MA電圧/変位割り振り部20aは、マイクロアクチュエータPMに印加する電圧を抑制した場合、その変位を他のアクチュエータで補う処理を行う。なお、既述の図1における磁気ディスク装置の場合は、複数のアクチュエータとして、ボイスコイルモータPVと、1つのマイクロアクチュエータPMとが設けられた場合の一例である。このように、磁気ディスク装置1は、複数のアクチュエータとして、ボイスコイルモータPV、及びマイクロアクチュエータPMを有する場合、ボイスコイルモータPV、及び複数のマイクロアクチュエータPM1からPMnを有する場合がある。
また、MA電圧/変位割り振り部20aは、マイクロアクチュエータPM1からマイクロアクチュエータPMnそれぞれのヒステリシスを記憶するヒステリシス記憶部20H1から20Hnを有する。このように、MA電圧/変位割り振り部20aは、各マイクロアクチュエータPM1からPMnのヒステリシスを記憶する。これにより、MA電圧/変位割り振り部20aは、後述する変位の割り振りを適正に行うことが可能になる。なお、MA電圧/変位割り振り部20aは、既述のチップ20内のハードウェア、又はファームウェアにより実現される。
図2においては、図示省略のホストシステムから入力される入力信号は、端子T1を通過した後、ボイスコイルモータ制御器CV、及びMA制御器CM1からCMnに並列に入力される。そして、MA制御器CM1からCMnからそれぞれMA電圧/変位割り振り部20aに信号が入力される。MA電圧/変位割り振り部20aは、このようにMA制御器CM1からCMnから入力される信号に基づいて、ヒステリシス補正の結果、電圧を抑制するマイクロアクチュエータがあると判定した場合、電圧を抑制することによって生じる変位の不足分を調整するために、ボイスコイルモータPV、及び/又は、他のマイクロアクチュエータを動作させるように電流及び/又は電圧を割り振る。このように割り振られた電流を示す信号が、端子T2を介してボイスコイルモータPVに入力され、及び/又は割り振られた電圧を示す信号がマイクロアクチュエータPM1からマイクロアクチュエータPMnに入力される。これにより、マイクロアクチュエータPMにヒステリシス補正に基づいて印加する電圧を抑制する場合、磁気ディスク装置1は、当該アクチュエータの変位の不足分を他のアクチュエータで補うことが可能になる。なお、ボイスコイルモータ制御器CV、及びMA制御器CM1からCMnから出力される信号は、端子T1にフィードバックされる。これにより、位置決めに対する誤差の補正が行われる。
ここで、マイクロアクチュエータPMのヒステリシスについて説明する。
マイクロアクチュエータPMには、既述のようにヒステリシスがある。このため、マイクロアクチュエータPMの位置決め精度等を向上させるため、ヒステリシスモデルを用いたり、近似を用いたりしてヒステリシスを補正する処理が行われる。
図3は、ヒステリシスの一例を示す図である。図3において、横軸はマイクロアクチュエータPMに印加する電圧(以下、MA電圧とも称する。)であり、縦軸はマイクロアクチュエータPMの変位(以下、MA変位とも称する。)である。
図3に示すヒステリシス104を有するマイクロアクチュエータPMにおいて、MA変位101から102まで変化させることを考える。MA電圧とMA変位との関係は、ヒステリシスがない場合は103のように線形になり、ヒステリシスがある場合は104のように非線形になる。以下、ヒステリシス補正後のMA電圧を第1MA電圧値(第1電圧値)、ヒステリシスが無いとしたときのMA電圧を第2MA電圧(第2電圧値)とする。
MA変位105を得たい場合、第2MA電圧値は106となるが、第1MA電圧値は107となり、MA電圧値の絶対値は小さくなる。一方、MA変位108を得たい場合、第2MA電圧値は109となるが、第1MA電圧値は110となり、MA電圧値の絶対値は大きくなる。
マイクロアクチュエータPMは、構成される素子によっては絶対値の大きな電圧を印加すると劣化する。このため、既述のように、できるだけ絶対値の大きな電圧を印加することを回避することが好ましい。本実施形態の磁気ディスク装置1は、ヒステリシスを補正することにより、ヒステリシスが無いときと比べてMA電圧値の絶対値が大きくなったときに、絶対値が第2MA電圧値の絶対値より小さい範囲で第3MA電圧値(第3電圧値)を設定すると共に、このように第3MA電圧値を印加することに起因する変位の不足分を、他のアクチュエータ、具体的には、ボイスコイルモータPV、及び/又は、第3MA電圧値を印加するマイクロアクチュエータ以外のマイクロアクチュエータの少なくともいずれかを動作させることにより調整する。なお、磁気ディスク装置1は、変位の不足分を補うアクチュエータのうち電圧に余裕があるアクチュエータに、変位の不足分に相当する電圧を振り分けることが望ましい。さらに、磁気ディスク装置1は、第3MA電圧値を印加するマイクロアクチュエータ以外のマイクロアクチュエータを、ボイスコイルモータPVに優先して動作させるようにしてもよい。以下、第3MA電圧値を印加するマイクロアクチュエータを第1MAと称する場合もある。
図4は、マイクロアクチュエータPMのヒステリシスの一例を示す図であり、図5は、図4の一部を拡大した図である。なお、図4,図5において、横軸はMA電圧であり、縦軸はMA変位である。
図4、及び図5に示すように、第1MA電圧値の絶対値より第2MA電圧値の絶対値が大きくなるMA変位201からMA変位202の領域にあるMA変位203を第1MAのみで得たい場合、必要な第1MA電圧値204は、MA変位203に対応する第2MA電圧値205の絶対値206より大きくなる。このため、MA電圧/変位割り振り部20aは、第1MAにはMA電圧の絶対値(第2電圧値)206以下の電圧値(第3電圧値)を印加し(ここでは電圧値206を印加したとする)、第1MAのみで得たMA変位203と第1MAにMA電圧の絶対値206を印加したときのMA変位207との差の変位を、他のアクチュエータに振り分る。ここで、MA変位201は、第1MA電圧値の絶対値208と第2MA電圧値209の絶対値が等しくなる変位である。
さらに、図6を用いて説明する。図6は、MA電圧値の絶対値の時間波形の一例を示す図である。図6において、横軸は時間であり、縦軸はMA電圧値である。
図6に示すように、第1MA電圧値の絶対値401と第2MA電圧値の絶対値402のうち、絶対値の低い方である絶対値403を選択する。MA電圧値の減少効果は、第1MA電圧値の絶対値401より本実施形態の絶対値403が小さくなる部分の面積404、405で表される。
図7は、マイクロアクチュエータPMに正弦波電圧を印加した時の時間軸波形の一例を示す図である。図7において、横軸は時間であり、縦軸は電圧である。
本実施形態では、ヒステリシス補正がない場合と、ヒステリシス補正がある場合とを選択することにより、本実施形態の時間に対する電圧が選択されることが示されている。この選択は、CPU21により、マイクロアクチュエータPMにより位置を調整するときに、マイクロアクチュエータPMに印加する電圧値をヒステリシスに基づいて補正した第1電圧値の絶対値と、マイクロアクチュエータに印加する電圧値をヒステリシスに基づく補正をしない第2電圧値の絶対値との差が正になるか否かにより決定される。
図8は、図7のように正弦波電圧を印加した時のMA変位を示す図である。図8において、横軸は時間であり、縦軸は変位である。
図8に示すように対象MA変位と、割り振り先のMA変位とを合計した合計の変位は、必要な変位と略一致することが示されている。
図9は、図7のように正弦波電圧を印加した時の電圧絶対値の出現確率を比較した電圧分布を示す図である。図9において、横軸は電圧であり、縦軸は確率である。なお、図9のオリジナルは、ヒステリシスに基づく補正を行わない場合である。
図9に示すように、本実施形態の処理によると、より絶対値の大きいMA電圧の発生頻度が抑制されていることが示されている。
図10は、MA電圧/変位割り振り部20aが実行する変位を調整する処理の一例を示すフローチャートである。図10に示すように、MA電圧/変位割り振り部20aは、マイクロアクチュエータPMにより位置を調整するときに、マイクロアクチュエータPMに印加する電圧値をヒステリシスに基づいて補正した第1電圧値の絶対値と、マイクロアクチュエータPMに印加する電圧値をヒステリシスに基づく補正をしない第2電圧値の絶対値との差が正になるか否かを判定する(ST101)。
正になると判定した場合(ST101:YES)、MA電圧/変位割り振り部20aは、第2電圧値に基づいて得られる第3電圧値をマイクロアクチュエータに印加すると共に、マイクロアクチュエータによる調整の不足分を、ボイスコイルモータPV、及び/又は、第3電圧値を印加するマイクロアクチュエータ以外のマイクロアクチュエータの少なくともいずれかを動作させて調整する(ST102)。なお、第3電圧値は、第2電圧値よりも小さい電圧値である。また、正にならないと判定した場合(ST102:NO)、変位の調整は行われない。
以上のように構成された磁気ディスク装置は、第1電圧値の絶対値と、第2電圧値の絶対値との差が正になる場合、第3電圧値をマイクロアクチュエータPMに印加すると共に、マイクロアクチュエータPMによる変位の不足分を、ボイスコイルモータPV、及び/又は、第3電圧値を印加するマイクロアクチュエータ以外のマイクロアクチュエータの少なくともいずれかを動作させて調整する。このため、磁気ディスク装置1は、マイクロアクチュエータPMに大きい電圧を印加する事態を回避することができ、マイクロアクチュエータPMの素子の劣化を防止することができる。
なお、上記実施形態では、第1MA電圧値の絶対値が第2MA電圧値の絶対値との差が正と判定された場合に、第1MAの電圧として第2MA電圧値の絶対値より小さい第3電圧値を印加し、変位の不足分を他のアクチュエータに割り振る場合を説明したが、第1MAに電圧を印加する方法は、これに限るものではない。第1MAに電圧を印加する方法は、第2MA電圧値を予め定義した定義域とし、その定義域が第2MA電圧値と、第2MA電圧値より小さい電圧値との間となる任意の関数を用いて第3MA電圧値を求めてもよい。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…磁気ディスク装置、11…磁気ディスク、12…スピンドルモータ、13…アーム、14…ロードビーム、15…磁気ヘッド、20…システム・オン・チップ、21…CPU、C…位置決めコントローラ、PM…マイクロアクチュエータ、PV…ボイスコイルモータ

Claims (7)

  1. 磁気ディスクと、
    磁気ヘッドと、
    前記磁気ディスク上の所定位置に前記磁気ヘッドを動作させるボイスコイルモータと、
    前記磁気ヘッドの位置を調整する、前記磁気ヘッドの1つに対する複数のマイクロアクチュエータと、
    前記ボイスコイルモータ、及び前記複数のマイクロアクチュエータの動作を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの1つである第1のマイクロアクチュエータにより前記磁気ヘッドの位置を調整するときに、前記第1のマイクロアクチュエータに印加する電圧値をヒステリシスに基づいて補正する第1電圧値の絶対値と、前記第1のマイクロアクチュエータに印加する電圧値を前記ヒステリシスに基づく補正をしない第2電圧値の絶対値との差が正になる場合、前記第2電圧値に基づいて得られる第3電圧値を前記第1のマイクロアクチュエータに印加すると共に、前記第1のマイクロアクチュエータによる調整の不足分を、前記ボイスコイルモータ、及び/又は前記第1のマイクロアクチュエータ以外の第2のマイクロアクチュエータの少なくともいずれかを動作させて調整する、
    磁気ディスク装置。
  2. 前記第3電圧値は、前記第2電圧値以下である、
    請求項1に記載の磁気ディスク装置。
  3. 前記制御部は、前記調整の不足分を前記ボイスコイルモータの入力に変換し、当該変換した入力を前記ボイスコイルモータに加算する、
    請求項1に記載の磁気ディスク装置。
  4. 前記制御部は、前記第2のマイクロアクチュエータ、及び前記ボイスコイルモータのうち、印加する電圧に余裕がある前記第2のマイクロアクチュエータ、及び前記ボイスコイルモータを動作させる、
    請求項1に記載の磁気ディスク装置。
  5. 前記制御部は、前記調整の不足分を、前記第2のマイクロアクチュエータ、及び前記ボイスコイルモータのうち、前記第2のマイクロアクチュエータを優先して動作して調整する、
    請求項1に記載の磁気ディスク装置。
  6. 磁気ディスクと、
    磁気ヘッドと、
    前記磁気ディスク上の所定位置に前記磁気ヘッドを動作させるボイスコイルモータと、
    前記磁気ヘッドの位置を調整するマイクロアクチュエータと、
    前記ボイスコイルモータ、及び前記マイクロアクチュエータの動作を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記マイクロアクチュエータにより前記磁気ヘッドの位置を調整するときに、前記マイクロアクチュエータに印加する電圧値をヒステリシスに基づいて補正する第1電圧値の絶対値と、前記マイクロアクチュエータに印加する電圧値を前記ヒステリシスに基づく補正をしない第2電圧値の絶対値との差が正になる場合、前記第2電圧値に基づいて得られる第3電圧値を前記マイクロアクチュエータに印加すると共に、前記マイクロアクチュエータによる調整の不足分を、前記ボイスコイルモータを動作させて調整する、
    磁気ディスク装置。
  7. 磁気ディスクと、
    磁気ヘッドと、
    前記磁気ディスク上の所定位置に前記磁気ヘッドを動作させるボイスコイルモータと、
    前記磁気ヘッドの位置を調整する、前記磁気ヘッドの1つに対する複数のマイクロアクチュエータと、
    前記ボイスコイルモータ、及び前記複数のマイクロアクチュエータの動作を制御する制御部と、
    を備えた磁気ディスク装置の前記制御部の制御方法であって、
    前記複数のマイクロアクチュエータのうちの1つである第1のマイクロアクチュエータにより前記磁気ヘッドの位置を調整するときに、前記第1のマイクロアクチュエータに印加する電圧値をヒステリシスに基づいて補正する第1電圧値の絶対値と、前記第1のマイクロアクチュエータに印加する電圧値を前記ヒステリシスに基づく補正をしない第2電圧値の絶対値との差が正になるか否かを判定し、
    前記差が正になると判定した場合、前記第2電圧値に基づいて得られる第3電圧値を前記第1のマイクロアクチュエータに印加すると共に、前記第1のマイクロアクチュエータによる調整の不足分を、前記ボイスコイルモータ、及び/又は前記第1のマイクロアクチュエータ以外の第2のマイクロアクチュエータの少なくともいずれかを動作させて調整する、
    制御方法。
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