JP2599558B2 - データ記憶装置 - Google Patents

データ記憶装置

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JP2599558B2
JP2599558B2 JP5214608A JP21460893A JP2599558B2 JP 2599558 B2 JP2599558 B2 JP 2599558B2 JP 5214608 A JP5214608 A JP 5214608A JP 21460893 A JP21460893 A JP 21460893A JP 2599558 B2 JP2599558 B2 JP 2599558B2
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    • G11B21/00—Head arrangements not specific to the method of recording or reproducing
    • G11B21/02—Driving or moving of heads
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    • G—PHYSICS
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    • G11B5/48—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed
    • G11B5/54—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed with provision for moving the head into or out of its operative position or across tracks
    • G11B5/55—Track change, selection or acquisition by displacement of the head
    • G11B5/5521—Track change, selection or acquisition by displacement of the head across disk tracks
    • G11B5/5526—Control therefor; circuits, track configurations or relative disposition of servo-information transducers and servo-information tracks for control thereof
    • G11B5/553—Details
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    • G—PHYSICS
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    • G11B21/02—Driving or moving of heads
    • G11B21/10—Track finding or aligning by moving the head ; Provisions for maintaining alignment of the head relative to the track during transducing operation, i.e. track following
    • G11B21/106—Track finding or aligning by moving the head ; Provisions for maintaining alignment of the head relative to the track during transducing operation, i.e. track following on disks

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はトラックに情報を記憶す
るデータ記憶装置、より詳しくは前記装置でトランスジ
ューサをトラックからトラックに移動し又は所望のトラ
ックの位置にトランスジューサを維持するための改良さ
れたサーボ・システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】将来のディスク・ドライブ・データ記憶
装置の傾向として、より小型、携帯可能、より低価格、
より大きい記憶容量、そしてより高い信頼性の製品が求
められる。より高い密度の追求は、トランスジューサ・
ヘッドの飛翔高度を低くし、歪み係数を小さくし、臨界
シーク整定時間を長くし、そして内外の妨害に感じやす
くなる。新たな携帯可能な用法は、より高い衝撃耐性、
妨害の拒絶及びサーボ・システムからのアウェアネスを
必要とする。
【０００３】トランスジューサを支えるボイス・コイル
・モータの制御により所望のデータ・トラックに関して
トランスジューサの位置を決めるサーボ・システムは幾
つかの形式をとることができる。ヘッド速度及び加速度
を決定する最も一般的な手法は、位置情報を微分し、又
はモデルに基づくオブザーバを介して速度をプラントの
内部状態として推定する。微分手法の使用はヘッドの未
来位置の予測を必要とする。これは実際にはオイラーの
二階微分方程式のような数値解析を用いて行なわれる。
使用可能なヘッド位置信号により、数値微分法が実行さ
れる。この微分推定は非常に雑音があり不安定で多くの
誤差を生ずる。この内部状態を推定する他の方法は観測
できる状態の推定値を生成するためにモデルに基づくオ
ブザーバの構築を含む。この最後の方法は人気が高く信
頼性がある。しかしながら、この第2の方法は、アクチ
ュエータ・モデルの妥当性に大幅に依存する推定のみに
留まり、そして測定はされないが前の制御状態に近いと
推定されるプラントの実際の入力電流を必要とする。こ
れらの手法はどちらも連続的な試料及び時間がかかる計
算を必要とし、制御システムのオーバーヘッドを大きく
する。統合されたコイル電流の使用は少ない計算で済む
が、システム雑音による誤差が生じ易くなる。これらの
方法はどれも外部ファクタを許容し補償しなければなら
ない。主な例は、フラット・ケーブル、即ちボイス・コ
イルに電流を運び且つトランスジューサとのデータ及び
サーボ通信を提供するケーブルを含む囲いで、モデル化
されない力によりアクチュエータに生ずるバイアスであ
る。通常、これらのケーブルは、トランスジューサの放
射状の位置とともに変るバイアスをアクチュエータにか
け、そのアームの両移動方向に動的なバイアスの力を加
える。
【０００４】フォーム・ファクタが現在の2.5型(2.5イ
ンチ)の装置よりも徐々に小さくなり且つ携帯可能な使
用に適合する能力が大きくなるにつれて、より高いトラ
ック密度、より短いシーク・タイム、より小さいサイズ
を有するサーボ・ループから要求された、より高い性能
に基づいた未来の製品では、サーボ制御の既存の方法の
有効性及び精度は疑わしい。未来の小型ドライブは、内
側の直径から外側の直径にヘッドを運ぶトランスジュー
サ移動に対しては非常に短い動作範囲を用いる。この事
実はデータ・シーク・タイムを減らすのに歓迎される
が、寸法の縮小は、例えば、ヘッドの線形速度状態の推
定に必要な、モデルに基づいたオブザーバを駆動する入
力及び出力の範囲が小さくなることを意味する。よっ
て、システムは一意的な又は良好な状態の推定値を得る
ために十分に持続的に作動されないかもしれない。更
に、フィードバック・ループにおける遅延制御変数と実
際に必要な加速状態を等しくすることは、整定時間及び
応答を制御するために定常的に用いられる完全なモデル
及びよく知られたパラメータ推定値に基づいている。
【０００５】速度値を得るために統合できる、ヘッド加
速度の真の値を得る加速度計の使用は、正確には補償で
きないし場合によっては観測さえもできない複数の変数
の使用を回避する。ディスク・ドライブと一緒に加速度
計を用いる従来のアプリケーションは、でこぼこ又は出
会った粒子の存在を観測するために垂直方向の加速度を
感知するのに用いられており、劣化状態が示すようなデ
ィスク・ドライブの起こりうる差し迫った故障又は残存
寿命の決定を可能にする。
【０００６】特開昭60-124073 号公報は、アクチュエー
タ電機子が内部又は外部のクラッシュ・ストップに衝突
するときの衝撃力を測定するために2つの平面にあるア
クチュエータ・アームに取付けられた加速度計の使用を
示す。
【０００７】米国特許第3836835 号明細書は、同期プレ
ーナ・モータの動作をディジタル速度フィードバックに
より制御するシステムで加速度計を用いる1つの実施例
を含む。この特許は使用可能な位置情報なしにX座標及
びY座標の方向に移動するモータでの加速度計の使用を
開示している。適用されるのはデータ記憶装置ではな
く、ロボット又はアッセンブリ・テーブルである。(X及
びY方向で)得られた加速度は、静止部分(プラテン)に関
して移動アッセンブリ(即ち、ヘッド、アクチュエー
タ、末端効果装置)の加速度である。本発明のディスク
・ドライブのアプリケーションでは、制御されるボイス
・コイル・モータの回転加速度ではなく、運ばれる部分
(トランスジューサ・ヘッド)の線形加速度を得るために
マイクロ加速度計が用いられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、トラ
ンスジューサを支えるスライダ又はスライダに接近した
アクチュエータ・サスペンジョンたわみ素子に取付けら
れたマイクロ加速度計(スライダ構成の一部としてスラ
イダに統合されたマイクロ加速度計を含む)を備えるサ
ーボ・システムを有するディスク・ドライブのようなデ
ータ記憶装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】トランスジューサを支え
るスライダの1つに又はヘッド・サスペンジョンの1つ直
接に取付けられるマイクロ加速度計を用いることによ
り、実際の加速度の直接のフィードバックがコントロー
ラに与えられる。この実際の加速度信号は直接にオブザ
ーバにも供給され、コントローラでのバイアス状態推定
値のオブザーバを必要とする装置における推定値を改善
する。しかしながら、本発明の環境では、オブザーバは
取り除くことができる。従って、使用された加速度信号
のモデル・パラメータに対する従属及び妨害が取り除か
れ、全体としてより堅実な制御方式が得られる。更に、
速度信号は実際の加速度の積分により更に良好に計算さ
れる。前述のように、オブザーバ・ブロックを取り除く
ことができる。これは大抵のアプリケーションは、コン
トローラに、特に速度状態が実際の加速度信号の直接の
積分であるとき、他の観測された状態すなわちバイアス
信号を必要としない。これらの利点はシーク及びトラッ
ク・フォロー機能の制御を良好にし、より高い記憶密度
への変換を可能にする。
【００１０】マイクロ加速度計の使用は装置の振動ない
しは衝突又は落下に起因する衝撃のような外部の妨害を
感知し補償する際にも有効である。マイクロ加速度計
は、トラックの誤登録を起こす突然の妨害を検出し、オ
フトラック状態が起きた後にのみ感知し補償する方式よ
りも迅速にデータの読取り及び書込みを延期する。従っ
て、データを書込むとき、隣接するデータが破壊される
前に書込み動作に介入してこれを延期することができ
る。
【００１１】
【実施例】図1はフレーム14に取付けられた典型的なデ
ィスク・ドライブの構成を示す。ディスク8はスピンド
ル・ドライブ・モータ(図示せず)を含むハブ6の周りに
取付けられる。スピンドル・ドライブ・モータのステー
タの部分を形成するスピンドル・シャフト9は枠フレー
ム12の各端にボルト(その1つが図示されている)で固定
される。アクチュエータ本体36は一連のアーム37を表わ
すくし部分を有する。最上部及び最下部のアーム37は1
つのトランスジューサ38及び弾性的なサスペンジョン39
を支え、それぞれがディスク・スタック8の上部及び下
部のディスク表面に対面するが、中間のアームの各々は
対面するディスク表面の間に広がり、2つのトランスジ
ューサ/サスペンジョン・アッセンブリを支える。
【００１２】シャフト40の反対側で、本体36はボイス・
コイル・モータ44を保持する突出部41及び42を支える。
アクチュエータ・シャフト40は上部ボルト45及び同様の
下部ボルト(見えない)により枠フレーム12に固定され
る。また、一連のボルト47により枠フレーム12に取付け
られるのは、互いに連接し永久磁石50が取付けられるＥ
形の断面を有する一対のボイス・コイル・モータ・コア
素子49である。このコア・アッセンブリには、磁界が維
持され且つボイス・コイル44の垂直に延びるストレッチ
が置かれる空気のギャップ51を設けられる。カバー53及
びガスケット54は、端をカバーし密閉する枠フレーム12
の端に固定される。
【００１３】緩衝台ピン54がカバー53に取付けられる。
ピン56の脚部分がエラストマー・リング57で囲まれ、フ
レーム14の壁にあるU型のくぼみ(見えない)に収容さ
れ、クリップ58によりそこに保持される。枠フレーム突
出部60は脚61を含む。この脚はエラストマー・リング65
で囲まれ、U型フレームのくぼみ62に収容され、そして
クリップ64により保持される。同様の緩衝台アッセンブ
リは、枠フレーム12で支えられ、U型のくぼみ63に収容
される。
【００１４】トランスジューサ・コイル及びマイクロ加
速度計は、アクチュエータ本体36から、枠フレーム12で
部分的に決められたヘッド・ディスクの囲いの外側のコ
ネクタに延びるフラット・ケーブル75により電子ドライ
ブに接続される。
【００１５】図2はサスペンジョン39及びトランスジュ
ーサ・ヘッド38を含むヘッド・サスペンジョンアッセン
ブリの拡大図である。サスペンジョン39は薄い弾性的な
金属から形成され、後方位置28でアクチュエータ・アー
ム37に取付けられる。前部のたわみ部分29は縁の部分を
折り返すことにより補強されフランジ30を形成すると同
時に、中間の平らな部分31により柔軟性が与えられる。
たわみ部分29の遠端は、トランスジューサ・ヘッド38と
たわみ29を相互接続するジンバルばね32とともに機能す
る荷重はりとして作用し、荷重はり部分に関してヘッド
のピッチング及びローリングを可能にする。この取付け
手法は米国特許第4167765 号明細書に示され詳細に既述
されている。トランスジューサ・コイルからのワイヤは
たわみ29の片側に沿ってのびるスネア管を通過し、トラ
ンスジューサ・コイルとフラット・ケーブルを相互接続
する。
【００１６】破線位置33で示すトランスジューサ支持用
スライダに近いサスペンジョン39上に又は位置34で示す
スライダの上面に、ヘッド製造中にマイクロ加速度計及
びスライダを出来る限り一体構造にして形成することに
より、アクチュエータにマイクロ加速度計が取付けられ
る。マイクロ加速度計は水平加速度、即ち媒体表面に平
行する方向の加速度を測定するために用いられる。良好
な構造はヘッド・アッセンブリにマイクロ加速度計を一
体構造で組み込み且つ変換ギャップの上方で媒体表面に
垂直な方向に整列させることである。トランスジューサ
・ギャップから直線的な片寄りをもってマイクロ加速度
計を配置することが必要なとき、感知された値を補正す
るために直線的な一定の変換が用いる必要がある。これ
らの加速度感知装置は、ウェーハ技術を用いてシリコン
及び(又は)石英から作られ、移動する部品を持たない上
に部品アッセンブリを必要とせず、費用、電力消費が低
下しサイズが小型化されるので、顕微鏡を用いる観察が
可能になる。
【００１７】最新の技術のマイクロ加速度計は各次元
(長さ、幅及び高さ)がおよそ100 ミクロンの寸法を有
し、低周波及び高周波の加速度の両者の正確に感知する
ハイブリッド装置とすることができる。広域周波数能力
を有する装置を提供するために、高周波加速度の測定に
は圧電性(電荷の変化)感知が用いられ、低周波加速度の
測定には容量性(容量値の変化)感知が用いられる。片持
ちはり技術を用いて、ハイブリッド・マイクロ加速度計
が普通のCMOSウェーハ処理により製造できる。
【００１８】図3(及び図4並びに図5)で、プラント100
は装置のアクチュエータの電気機械アッセンブリであ
る。図2に示す図は、推定速度及びバイアス信号を用い
る典型的な最新設計のサーボ・システムを示す。ボイス
・コイル・モータの動的なモデルに基づき且つプラント
100 の入力/出力/参照信号を用いて、速度及びバイアス
信号が観測(推定)される。更に、加速度が遅延入力(遅
延制御状態)であると仮定して制御信号の生成に用いら
れる。加速度に関するこの仮定はモデル/パラメータの
不安定が存在するとき確固たるものではない。更に、小
さなフォーム・ファクタのハード・ディスク・ドライブ
における外部及び内部の妨害が存在するとき、それらは
携帯可能なコンピュータの応用にも当てはまるので、同
じ仮定が十分に正当化されない。
【００１９】典型的なディスク・ドライブ制御システム
では関連する複数の変数の結果として多くの誤差が推定
量モデルに導入されることが分かる。ある推定量モデル
では、導出を簡単にするために、全ての状態が推定され
ると仮定され、そのとき実際には多くが推定されず、な
かには観測できないものもある。よって、システムが正
しく表示されることを保証するために、推定量利得マト
リックスのエレメントの正しい選択が行われねばならな
い。縮小次数の推定量タイプの補償器では、速度及びバ
イアス状態のみが実際に推定され推定量利得エレメント
を計算している。遅延制御変数は、前の不連続の時点の
試料から既に決定されているので推定量フィードバック
には含まれない。よって、それは推定量利得エレメント
により推定量方程式に直接には入らず、この状態の推定
量利得エレメントは0でなければならないことを意味す
る。しかしながら、推定量モデルは前の制御値を状態と
して用いることにより遅延を説明する。絶対必要な状態
変数も観測可能な状態ではないので、この状態の推定量
利得エレメントも0でなければならない。最後に、位置
変数は最新の不連続な時点の試料の間に測定される既知
の状態であり、実際に推定中の変数を生成するために用
いられる。
【００２０】図4のブロック図はディスク・ドライブ環
境における本発明の使用を示す。実際の加速度の直接の
フィードバックがコントローラ110 に提供される。これ
は、使用される加速度のモデル・パラメータへの依存及
び妨害を除去し全体としてより堅固な制御方式をもたら
す。費用が高く問題のある当該信号を用いるよりも、加
速度信号を積分して速度を生成する方が有利である。特
に速度状態が実際の加速度信号の直接の積分であると
き、今日の使用例の大部分はコントローラ110 で制御で
きないバイアス状態を用いないから、オブザーバ120 の
ブロックは不要になる。これらの利点はシーク及びトラ
ック・フォローの制御の改善につながり、より高い記憶
密度、性能の向上、並びに妨害及び衝撃処理の改善に用
いることができる。
【００２１】図5は、制御できない推定バイアス状態が
完全な打消しのための制御システム設計によりフィード
バックされる用法でなおオブザーバ120 を用いる間の本
発明の使用を示す。しかしながら、この環境では、モデ
ル・パラメータへの依存及び妨害を排除するために、実
際に測定された加速度がオブザーバ120 にもフィードバ
ックされる。
【００２２】図6及び図7のサーボ・システム・ブロック
図は専用のサーボ面を有するディスク装置環境における
本発明の使用を示す。アクチュエータ電子装置84は、一
般にアーム電子装置と呼ばれ、通常はフラット・ケーブ
ル(図1のケーブル75)に関連する。このケーブルは移動
できるアクチュエータ・アッセンブリ部分とドライブ回
路を電気的に接続する。通常は、プリアンプ回路85、8
6、87はフラット・ケーブルに直接に接続された回路モ
ジュールに含まれる。データ・ヘッド及びサーボ・ヘッ
ドはそれぞれプリアンプ回路85及び86に接続され、それ
ぞれの出力はアナログ回路89の復調器90に送られる。位
置情報がディジタル回路92のレジスタ93に保持される。
同時に、マイクロ加速度計の出力がプリアンプ87に送ら
れ、その出力がアナログ/ディジタルトランスジューサ9
1によりディジタル化されてモジュール93にあるレジス
タに記憶される。プロセッサ94は、レジスタ93のモジュ
ールに記憶されている復調された位置及び加速度の値を
用いる制御アルゴリズム95を含み、回路96を用いてボイ
ス・コイル・モータ(VCM) 制御信号を生成する。VCM制
御信号は回路97及びディジタル/アナログ・トランスジ
ューサ98により処理され、パワー・ドライバ99を使用可
能にし、正しい大きさ及び符号の電流をアクチュエータ
のボイス・コイルに加える。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、マイクロ加速度計をア
クチュエータ・サスペンジョンたわみ素子に取り付けた
ため速度を求めるために積分される水平加速度の実際の
値が得られ、正確な速度および加速度の値がサーボ制御
に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヘッド・ディスク・アッセンブリを含む典型的
な磁気データ記憶ディスク・ドライブの分解図である。
【図２】マイクロ加速度計を組込むヘッド・サスペンジ
ョン・アッセンブリの拡大図である。
【図３】従来の技術ディスク・ドライブ・アクチュエー
タ・モータ制御システムのブロック図である。
【図４】本発明によるディスク・ドライブ・アクチュエ
ータ・モータ・サーボ制御システムのブロック図であ
る。
【図５】図4に類似した、オブザーバが保持されている
ブロック図である。
【図６】図7と合わせて本発明の制御システムをより詳
細に示す、図4の下位レベルのブロック図である。
【図７】図6と合わせて本発明の制御システムをより詳
細に示す、図4の下位レベルのブロック図である。
【符号の説明】
100 プラント 110 コントローラ 120 オブザーバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ファウアド・タウフィック・ムラド アメリカ合衆国ミネソタ州ロチェスタ セカンド・ストリート・ノースウエスト 1012 (56)参考文献 特開 昭60−136972（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−214074（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−76064（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−96545（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 記憶媒体上のトラックにデータを記憶す
    るデータ記憶装置であって、 トランスジューサ・ギャップを持つトランスジューサを
    保持するスライダを有するトランスジューサ手段と、 前記トランスジューサ手段を支持し前記トランスジュー
    サ手段を1トラック位置から他のトラック位置へ移動さ
    せるように移動可能なアクチュエータ手段と、 前記アクチュエータ手段を前記トランスジューサ手段と
    共に選択されたトラック位置に整列して位置決めするサ
    ーボ手段とを具備し、 前記サーボ手段は位置感知手段及び前記記憶媒体の表面
    に平行な向きの加速度を測定する加速度計を含み、前記
    加速度計は前記トランスジューサ・ギャップの上方で前
    記記憶媒体の表面に垂直な方向に整列して前記スライダ
    上に装着されたマイクロ加速度計であることを特徴とす
    るデータ記憶装置。
  2. 【請求項２】 前記サーボ手段は前記マイクロ加速度計
    からの加速度値を積分して前記スライダの速度値を生成
    するコントローラを含む請求項1に記載のデータ記憶装
    置。
  3. 【請求項３】 前記アクチュエータはボイス・コイル・
    モータにより駆動され、前記コントローラは前記マイク
    ロ加速時計からの信号から得られた値及び前記トランス
    ジューサ手段からの位置値を用いて前記ボイス・コイル
    ・モータのボイス・コイルへの駆動電流を制御すること
    を特徴とする請求項2に記載のデータ記憶装置。
  4. 【請求項４】 前記マイクロ加速度計はその長さ、幅及
    び高さの少なくとも1値がほぼ100ミクロンであることを
    特徴とする請求項1に記載のデータ記憶装置。
  5. 【請求項５】 前記マイクと加速度計はその長さ、幅及
    び高さがほぼ100ミクロンであることを特徴とする請求
    項1に記載のデータ記憶装置。
JP5214608A 1992-10-23 1993-08-30 データ記憶装置 Expired - Lifetime JP2599558B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US96566092A 1992-10-23 1992-10-23
US07/965660 1992-10-23

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JPH07141804A JPH07141804A (ja) 1995-06-02
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JP5214608A Expired - Lifetime JP2599558B2 (ja) 1992-10-23 1993-08-30 データ記憶装置

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EP (1) EP0594522A1 (ja)
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CN (1) CN1035457C (ja)
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