JP2725071B2 - 磁気ディスク装置 - Google Patents

磁気ディスク装置

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JP2725071B2 JP5642290A JP5642290A JP2725071B2 JP 2725071 B2 JP2725071 B2 JP 2725071B2 JP 5642290 A JP5642290 A JP 5642290A JP 5642290 A JP5642290 A JP 5642290A JP 2725071 B2 JP2725071 B2 JP 2725071B2
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【発明の詳細な説明】 〔概要〕 防振特性を改善した磁気ディスク装置に関し、装置を
大型化することなく、防振効果を向上させて必要な位置
決め精度を確保することを目的とし、 磁気ディスクの回転駆動部と、該磁気ディスクの目標
トラックに磁気ヘッドを移動して位置決めする駆動部と
を、エンクロージャ内に設けた磁気ディスク装置に於い
て、前記エンクロージャを複数の防振支持体によりフレ
ームに支持し、前記駆動部を制御するサーボ制御系の帯
域の少なくとも1/5〜1/4の範囲外に、前記防振支持体を
含む支持系共振周波数を設定して構成した。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、防振特性を改善した磁気ディスク装置に関
するものである。
コンピュータ・システムの小型化,処理の高速化に伴
って、外部記憶装置としての磁気ディスク装置も小型
化,大容量化,高速化が要求されている。又小型且つ大
容量の構成とする為に、高密度記録化されており、トラ
ック間隔が非常に狭くなっているから、磁気ヘッドの位
置決め精度の向上が図られている。
しかし、トラック密度を上げる為に高いヘッド位置決
め精度を要求される一方で、高速化の為にヘッドアクチ
ュエータの出力は高くなって、位置決め精度を低下させ
る原因となるシーク動作の反作用は大きくなっている。
又装置サイズは小型,軽量化しているので、シーク動作
の反作用によって位置決め精度が低下する度合いも大き
くなっている。又小型化された磁気ディスク装置は、ラ
ップトップ型等の小型コンピュータに搭載される場合が
多くなり、振動や衝撃による影響を受けることになるか
ら、磁気ヘッドと目標トラックとの間の位置誤差の増大
が問題となる。従って、防振効果を向上させることが要
望されている。
〔従来の技術〕
磁気ディスク装置は、例えば、第7図の概略断面図、
第8図の要部上面図、及び第9図の支持機構の説明図に
示すように、エンクロージャ61内に、スピンドル51に固
定された単一或いは複数の磁気ディスク52と、この磁気
ディスク52の目標トラック(目標シリンダ)にデータの
書込み又はデータの読出しを行う為の磁気ヘッド55と、
この磁気ヘッド55を磁気ディスク52の目標トラック(目
標シリンダ)に位置決めする為の駆動部58とを備え、エ
ンクロージャ61は、第9図に示すように、フレーム71に
ゴム等の防振支持体72により支持されている。なお、53
はスピンドルモータ、53Aは回転子、53Bは固定子、54は
軸受、56はヘッド支持ばね機構、57はヘッドアーム、58
Aは回転子、58Bは固定子、59は回転軸、60は軸受であ
る。
スピンドル51に固定された磁気ディスク52は、スピン
ドルモータ53により一定回転数、例えば、3600rpmの回
転数で回転され、駆動部58の回転子58Aのコイルに駆動
電流が供給されて、駆動部58の回転軸59を中心にしてヘ
ッドアーム57が回動され、磁気ヘッド55は磁気ディスク
52上の目標トラックに向かって移動され、目標トラック
中心に位置決めされる。又外部からの振動に対しては、
防振支持体72による減衰特性等により、エンクロージャ
61に加えられる振動を緩和することになる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
磁気ディスク52のトラック密度を高くするに従って、
磁気ヘッド52の位置決め精度を高くする必要がある。又
高速化の為に駆動部58の出力を大きくすることになる
が、それに伴ってシーク動作時の反力が大きくなり、そ
の反力によりエンクロージャ61が振動し、磁気ディスク
52と磁気ヘッド55との相対位置誤差が大きくなる。
このようなシーク動作時の反力による位置決め誤差の
増大を抑制する為には、防振支持体72を含む防振支持系
の共振点を低く設定すれば良いことになるが、単に共振
点を低くすると、シーク反力或いは外乱振動に対してエ
ンクロージャ61の振動振幅が大きくなり、最悪時には、
エンクロージャ61がフレーム71に接触する状態が生じ
る。このような接触を回避する為には、エンクロージャ
61とフレーム71との間隔を大きくすれば良いことになる
が、それによって装置が大型化する欠点がある。
本発明は、装置を大型化することなく、防振効果を向
上させて必要な位置決め精度を確保することを目的とす
るものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の磁気ディスク装置は、サーボ制御系の帯域と
防振支持体を含む支持系共振周波数との関係を設定して
防振効果を向上させるものであり、 第1図を参照して説明する。
スピンドルモータ等の磁気ディスク1の回転駆動部
と、この磁気ディスク1の目標トラックに磁気ヘッド2
を移動して位置決めするボイスコイルモータ等からなる
駆動部3とを、エンクロージャ4に設けた磁気ディスク
装置に於いて、エンクロージャ4を複数のゴム等からな
る防振支持体5によりフレーム6に支持し、駆動部3を
制御するサーボ制御系の帯域の少なくとも1/5〜1/4の範
囲外に、防振支持体5を含む支持系共振周波数を設定し
たものである。
〔作用〕
防振支持体5を含む支持系の共振周波数fSUSと、エン
クロージャ4又はフレーム6に対する加振周波数fSが一
致した時に、位置決め誤差が最大となる。この最悪状態
は、サーボ制御系の帯域(開ループゲインが0dBとなる
周波数)f0の1/5〜1/4の範囲内に生じるものである。従
って、この範囲外に支持系共振周波数fSUS(駆動部3が
揺動型の場合は回転共振点、直進型の場合はシーク方向
共振点)を設定することにより、支持系共振周波数(支
持系共振点)を過度に低下させることなく、防振効果を
向上することができる。それによって、エンクロージャ
4とフレーム6との間の間隔を狭くすることが可能とな
る。
〔実施例〕
以下図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。
第2図は本発明の実施例の説明図であり、11は磁気デ
ィスク、121はサーボヘッド、122はデータヘッド、13は
ボイスコイルモータ等からなる駆動部、14はエンクロー
ジャ、15は防振支持体、16はフレーム、17はスピンドル
モータ、18,19は増幅器、20はサーボ信号を復調する復
調部、21はAD変換器(A/D)、22はDA変換器(D/A)、23
はリード・ライト制御回路、24はモータ制御回路、25は
マイクロプロセッサ等からなる主制御部である。
主制御部25を含めてエンクロージャ14内に設けられて
いる場合を示し、エンクロージャ14はゴム等からなる防
振支持体15により支持されている。この防振支持体15
は、バネ定数と減衰定数とを含む等価回路で表すことが
でき、防振支持体15を含む支持系は共振周波数fSUSを持
つことになる。この支持系共振周波数(支持系共振点)
は、揺動型の駆動部13を用いた場合は回転共振点を用
い、直進型の駆動部13を用いた場合はシーク方向共振点
を用いることになる。
又モータ制御回路24によりスピンドルモータ17が制御
されて一定回転数で回転するから、磁気ディスク11も一
定回転数で回転し、その磁気ディスク11の目標トラック
(目標シリンダ)に、サーボヘッド121とデータヘッド1
22とからなる磁気ヘッドが、駆動部13により位置決めさ
れる。このサーボヘッド121により読出されたサーボ信
号は、増幅器18により増幅されて復調部20に加えられ、
位置信号等に復調されてAD変換器21によりディジタル信
号に変換され、主制御部25に加えられる。
主制御部25に於いては、磁気ヘッドの現在トラック位
置と目標トラック位置との差に対応した目標速度を設定
し、磁気ヘッドがその目標速度で移動するような駆動信
号を形成してDA変換器22に加えることになり、アナログ
信号に変換された駆動信号は、増幅器19により増幅され
て、駆動部13に駆動電流として供給される。このサーボ
ヘッド121を含むループがサーボ制御系を構成してお
り、このサーボ制御系は、追従制御が可能の帯域f0を有
するものである。
磁気ヘッドが目標トラック中心に位置決めされると、
主制御部25の制御によりデータの書込み或いは読出し
が、リード・ライト制御回路23を介してデータヘッド12
2により行われ、リード動作時には、読出したデータが
主制御部25を介して上位の装置に転送される。又ライト
動作時は、上位の装置からのデータがリード・ライト制
御回路23を介してデータヘッド122に加えられて、目標
トラックに書込まれる。
第3図は振動による相対変位の説明図であり、第2図
と同一符号は同一部分を示し、10は磁気ディスク11上の
目標トラック、26は磁気ヘッド12を支持するヘッドアー
ム、27はヘッドアーム26の回転中心(駆動部を揺動型モ
ータにより構成した場合の回転中心)、28は磁気ディス
ク11の回転中心、29は重心を示す。
フレーム16が固定され、駆動部による繰り返しシーク
動作の反作用モーメントMにより、矢印で示すように、
エンクロージャ14が回転加振された場合、位置決め制御
を行っていない時は、重心29を中心として実線位置から
点線位置にエンクロージャ14と共に変位し、ヘッドアー
ム26は回転中心27の変位に対して並進運動するだけとな
り、磁気ヘッド12と磁気ディスク11のトラック10とは、
相対的にεだけ半径方向に変位する。しかし、実際に
は、サーボ制御系により位置決め制御が行われるもので
あるから、相対変位εは抑圧されることになる。
防振支持体15を含む支持系の共振点fSUSと前述の相対
変位εとの関係は、下記の数式で表され、第4図に示
すものとなる。即ち、 となり、(1)式は揺動型、(2)式は直進型の場合を
示し、JPOSはポジショナ可動部の慣性モーメント、JDE
はエンクロージャの慣性モーメント(ポジショナの可動
部は除く)、mPOSはポジショナ可動部の質量、mDEはエ
ンクロージャの質量(ポジショナの可動部は除く)、α
maxはヘッドの最大加速度、ζは支持体の減衰比、R1,R2
は第3図に示す距離であり、(JPOS/JDE)・(R1
R2)は1/400〜1/100程度、αmaxは10〜100G程度、ζは
0.05〜0.1程度である。
又第4図の支持系共振点と相対変位との関係曲線図に
於いて支持系共振点fSUS〔Hz〕を横軸(対数目盛り)と
し、相対変位ε〔μm〕を縦軸(dB目盛り)として示
すと、直線的な関係となる。これは、防振支持体15を比
較的硬いゴム等により構成して支持系共振点fSUSを高く
設定した場合、振動振幅が小さくなって相対変位ε
小さくなり、反対に防振支持体15を比較的軟いゴム等に
より構成して支持系共振点fSUSを低く設定した場合は、
振動振幅が大きくなって相対変位εが大きくなること
を示している。
又駆動部13等を含むサーボ制御系のサーボ帯域と、そ
のサーボ制御系による追従誤差率との関係は、例えば、
第5図に示すものとなる。即ち、サーホ帯域〔Hz〕を横
軸(対数目盛り)とし、追従誤差率〔dB〕を縦軸として
示し、追従誤差率が最悪となる最大ゲインMP付近までが
サーボ帯域fOとなる。
又ゴム等の防振支持体15の特性により支持系共振点f
SUSを設定すると、回転加振周波数fSと支持系共振点f
SUSとが一致した最悪の場合のエンクロージャ14の振動
回転角が決まり、幾何学的条件から磁気ヘッド12の現在
トラック位置に於ける相対変位εが第4図から求まる
ので、この支持系共振点fSUS〔Hz〕を横軸(対数目盛
り)に、又位置決め誤差〔%〕を,情報の読み書きが可
能な最大位置ずれ(オフセットマージン;通常トラック
ピッチの10〜15%)で正規化したものを縦軸として、相
対変位εと追従誤差率との積をプロットすると、第6
図に示す関係曲線図が得られる。即ち、サーボ制御系の
サーボ帯域fOの1/5〜1/4の範囲に、位置決め誤差の最大
値が生じることを明らかにした。サーボ帯域fOを広くす
ると、この位置決め誤差のピークが右方向に移動する。
位置決め誤差の最大となるfSUSの値は、第5図の追従
誤差特性によって変化するものであるが、制御系に於い
て極大ゲインMPは経験則(MP規範)により狭い範囲に限
定されているので、特性曲線の形は実質的にはサーボ帯
域幅によりほぼ一義的に決まり、fO/5〜fO/4に於いて位
置決め誤差が最悪となる。
この第6図に示すように、サーボ帯域fO(サーボ制御
系の追従可能の最大周波数までの範囲)の1/5〜1/4の範
囲外に、防振支持体15を含む支持系共振点fSUSを設定す
れば良いことになる。実用的には、読み書き可能なオフ
セットマージンに対して、熱オフトラック及び構造系に
起因する高域振動に対するマージンを考慮すると、ここ
で議論している振動に対する許容位置決め誤差はオフセ
ットマージンに対して40%程度である。これを満たすに
は、fSUSをfSUS<fO/10又はfSUS<fOの範囲に設定すれ
ば良い。これによれば、過度に支持系共振点を下げなく
ても必要な位置決め精度が確保できる。
又エンクロージャ14とフレーム16との間の間隔を狭く
したい場合は、fSUS>fOの関係に設定すれば良いことに
なる。前述の実施例は、揺動型の駆動部の場合について
説明しているが、直進型の駆動部の場合についても同様
に適用することができるものである。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、駆動部3を制御する
サーボ制御系の帯域fOの少なくとも1/5〜1/4の範囲外
に、防振支持体5を含む支持系の共振周波数fSUSを設定
した構成とするものであり、位置決め誤差が最悪となる
範囲を除いて支持系共振点fSUSを設定するものであるか
ら、過度に支持系共振点を下げる必要はなく、従って、
エンクロージャ4とフレーム6との間の間隔を狭くする
ことが可能となり、装置の小型化を図ることができる利
点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理説明図、第2図は本発明の実施例
の説明図、第3図は振動による相対変位の説明図、第4
図は支持系共振点と相対変位との関係曲線図、第5図は
サーボ帯域と追従誤差率との関係曲線図、第6図は支持
系共振点と位置決め誤差との関係曲線図、第7図は磁気
ディスク装置の概略断面図、第8図は磁気ディスク装置
の要部上面図、第9図は磁気ディスク装置の支持機構の
説明図である。 1は磁気ディスク、2は磁気ヘッド、3は駆動部、4は
エンクロージャ、5は防振支持体、6はフレームであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 溝下 義文 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁気ディスク(1)の回転駆動部と、該磁
    気ディスク(1)の目標トラックに磁気ヘッド(2)を
    移動して位置決めする駆動部(3)とを、エンクロージ
    ャ(4)内に設けた磁気ディスク装置に於いて、 前記エンクロージャ(4)を複数の防振支持体(5)に
    よりフレーム(6)に支持し、 前記駆動部(3)を制御するサーボ制御系の帯域の少な
    くとも1/5〜1/4の範囲外に、前記防振支持体(5)を含
    む支持系共振周波数を設定した ことを特徴とする磁気ディスク装置。
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