JP2802174B2 - ステツピングモータの制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、デイスクドライブ装置
において、シークに際してヘツドを移動させるためのス
テツピングモータの駆動方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】デイスクドライブ装置においては、ター
ンテーブルに搭載されて回転するフロツピーデイスクな
どのデイスク上に同心円状に形成されているトラツクの
うちの所望トラツクにアクセスする場合、ヘツドをこの
トラツクまでデイスク半径方向に高速に移動させるシー
ク動作が行なわれる。ヘツドはヘツドキヤリツジに載置
されており、このヘツドキヤリツジに取りつけられてい
るニードル（駆動ピン）がステツピングモータで回転す
るリードスクリユーに係合し、ステツピングモータによ
つてリードスクリユーが回転すると、これとともにニー
ドルがリードスクリユーの軸方向に移動し、これによ
り、ヘツドキヤリツジ、したがつて、ヘツドがデイスク
の半径方向に移動する。

【０００３】かかるデイスクドライブ装置においては、
ホスト側から指令があつてステツピングモータが回転す
る。この指令はパルス（ステツプパルス）で与えられ、
このステツプパルスが送られてくる毎にステツピングモ
ータはヘツドが１トラツク移動する分回転する。したが
つて、ステツプパルスが順次送られてくると、その都度
ステツピングモータが所定角度ずつ回転してヘツドは１
トラツク分ずつ移動していく。ヘツドのシーク速度は、
ステツプパルスの周期によつて決まり、この周期は種々
とり得るが、フロツピーデイスクのドライブ装置では、
ステツプパルスの最短周期が約３ｍｓｅｃと規定されて
おり、周期は約３ｍｓｅｃ，約６ｍｓｅｃ，約１２ｍｓ
ｅｃなどがとられる。ホスト側では、種々の周期のステ
ツプパルスを送り、これにより、デイスクドライブ装置
でのシーク速度はその都度異なる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図３はシーク時のヘツ
ド位置の変化を示す。同図において、いま、一点鎖線を
トラツク中心とするトラツクにアクセスする場合、ヘツ
ドはシークによつて実線ａで示す軌跡に沿つて移動して
きてこのトラツクに引き込まれるのであるが、ステツピ
ングモータは、外部から負荷を受けることにより、ある
トルク以下になる角度範囲では駆動できなくなる。これ
を不感帯といい、図３では、デイスク上に対してこの不
感帯を示している。ヘツドが実線ａに沿つて送られてき
てこの不感帯に入ると、ステツピングモータの駆動力が
なくなり、ヘツドキヤリツジやステツピングモータの慣
性により、ヘツドはそのまま不感帯を通り過ぎてしま
う。すると、ステツピングモータの磁極と励磁相信号と
の関係からステツピングモータに逆方向の駆動力が生
じ、ヘツドはトラツク中心方向に引き戻される。そこ
で、ヘツドは不感帯に入るが、再びこれから逸脱し、ス
テツピングモータにこれとは逆方向の駆動力が生ずる。
このようにして、ヘツド位置は、実線ｂで示すように、
不感帯を出たり、入つたりして振動し、次第に振幅幅が
減衰していつて遂には不感帯内に安定する。かかる振動
はセトリングと呼ばれるが、セトリングがあると、次の
ような問題が生ずる。

【０００５】（１）シーク時、ヘツドがトラツクを横切
ると、そこでシークノイズが発生し、不所望な騒音が出
る。いまフロツピーデイスクのドライブ装置を例にとる
と、周期が最短の約３ｍｓｅｃのステツプパルスが供給
されてシークが行なわれている場合、トラツク近傍での
ヘツド移動軌跡は、図３において、実線ａから破線ｃに
沿うように、セトリングが生じないようにしている。こ
れに対し、約６ｍｓｅｃの周期のステツプパルスが供給
されてシークが行なわれる場合には、このステツプパル
スの周期が約３ｍｓｅｃよりも長くなるため、実線ａに
沿つて移動してきたヘツドは、トラツクに近づくと、実
線ｂに沿う移動を行なつてセトリングが生じ、セトリン
グの最中に次のステツプパルスが供給されて破線ｄに沿
つて移動する。この実線ｂの軌跡からステツプパルスに
よつて破線で示す軌跡にヘツドが移るとき、ステツピン
グモータに大きな駆動力が生じ、これによつてヘツドの
移動方向が急激に逆転させられるため，シークノイズと
しての騒音が生ずることになる。

【０００６】従来、ステツプパルスのレートがステツピ
ングモータの固有周波数にほぼ等しいときに発生する騒
音を防止するようにした技術が知られている（特開平１
−２４３８９２号公報）。これは、ステツプパルスの周
期を常時監視し、この周期が上記固有周波数に基づく範
囲に含まれないときには、ステツピングモータの励磁パ
ルスであるＡ相，Ｂ相を通常のようにして、すなわち、
Ａ相の極性をステツプパルスのタイミング毎に反転し、
Ｂ相の極性をステツプパルスのタイミングよりも一定時
間ｔだけ遅らせて反転して、ステツピングモータを通常
のように励磁する。これに対し、ステツプパルスの周期
が上記範囲に含まれるときには、ステツプパルスのタイ
ミングとＢ相の極性反転タイミングとの間の図３の実線
ｂの山のタイミングでＡ相にＡ相とは逆極性の（すなわ
ち、逆転させる方向の）逆励磁相パルスを付加し、Ｂ相
の極性反転後の図３の実線ｂの次の山のタイミングでＢ
相にＢ相とは逆極性の（すなわち、逆転させる方向の）
逆励磁相パルスを付加するものである。このように逆励
磁相パルスを付加することにより、ステツプパルスの周
期がこれら逆励磁相パルスによつて等化的に分割された
ことになり、ステツピングモータの固有振動周波数から
離れて騒音が軽減される。

【０００７】しかし、この従来技術によると、ステツプ
パルスの周期を常時監視し、この周期に応じて逆励磁相
パルスを励磁パルスに付加するか否かの処理が必要とな
り、処理が複雑になる。また、上記従来技術では、逆励
磁相パルスはステツピングモータに制動をかけ、セトリ
ングの振幅を抑えようとするものであるが、このように
しても、図３に示す実線ａから破線ｄに沿うヘツド移動
のシークを行なう場合、実線ｂから破線ｄにヘツドの移
動が移るときのシークノイズを充分に抑えることができ
ない。

【０００８】（２）所望トラツクにアクセスする場合、
シーク方向（ヘツド移動方向）に応じてトラツク幅方向
でのヘツドの停止位置が異なるというヒステリシスが生
ずる。シーク後所望トラツクにヘツドが引き込まれる場
合、図３に示したように、実線ｂのようにセトリングし
てヘツドは停止する。この場合、ステツピングモータの
ロータに加わる負荷により、必ずしもヘツドはその中心
がトラツク中心に一致して停止せず、両者が一致しない
のが一般的である。そこで、図４において、いま、アク
セス対象の所望トラツクに対し、これに対して一方側か
ら実線ａに沿つてヘツドが移動してきたものとすると、
上記のようにセトリングがあつた後、ヘツドは停止す
る。また、所望トラツクの他方側から破線ｂに沿つてヘ
ツドが移動してきたものとすると、この場合にも、図示
するようにセトリングがあつた後、ヘツドは停止する。
しかし、このように移動してきたヘツドの停止位置は、
いずれもその中心がトラツク中心に一致せず、不感帯内
の任意の位置であることが一般的であるから、これらの
停止位置は一致しない。この現象がヒステリシスであ
る。このようにヒステリシスがあると、停止したときの
ヘツド位置はトラツクからずれてしまう。３．５インチ
のフロツピーデイスクの場合、不感帯はトラツクの幅の
２０〜３０％を占めており、最悪の場合、ヘツドはこの
程度トラツクずれを生ずることになる。温度によるデイ
スクの膨張があつたり、ステツピングモータの寿命など
により、このトラツクずれはさらに大きくなる。

【０００９】かかるヒステリシスを失くすために、従来
では、図４の実線ａで示す一方向にヘツドが送られてき
たときには、図４の実線ａで示すようにヘツドを停止さ
せるが、図４の破線ｂで示す他の方向でヘツドが送られ
てきたときには、所望トラツクに達するとさらにステツ
ピングモータを駆動してヘツドをさらに１トラツク移動
させ、隣りのトラツクでヘツドが停止すると、ステツピ
ングモータを逆方向に駆動させてヘツドを所望トラツク
に引き込ませるようにする。これによると、シーク方向
がいずれであつても、最終的にはヘツドは図４の実線ａ
に沿つて所望トラツクに引き込まれることになり、ヘツ
ドの停止位置が一致することになる。しかし、この従来
技術では、上記他の方向にヘツドがシークする場合、１
トラツクピツチ分往復する時間が余計必要となり、アク
セス時間が長びくことになる。ホストによつては、シー
ク距離分のステツプパルスを送つた後直ちにリード，ラ
イトを要求するものがあるが、上記のように１トラツク
ピツチ分余計にヘツドを往復させると、この要求に応ず
ることができなくなる。

【００１０】本発明の目的は、かかる問題を解消し、シ
ークノイズを抑圧するとともに、ヒステリシスを除いて
迅速にヘツドを所望トラツクにアクセス可能としたステ
ツピングモータの駆動方式を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ステツプパルスの規定される最短の周期
をＴＡとし、これより長い周期をＴＢとすると、該ステ
ツプパルスが供給されて時間ＴＡ経過してから時間ＴＢ
経過するまでの間にステツプパルスによる回転方向と同
一方向にステツピングモータを駆動する第１の励磁パル
スを発生し、該ステツプパルスが供給されて時間ＴＢ後
の該ステツピングモータのセトリング中該ステツプパル
スによる回転方向に関係なく一定方向に該ステツピング
モータを駆動する第２の励磁パルスを発生する手段を設
け、該ステツプパルスの周期がＴＢであるときには該ス
テツピングモータの該ステツプパルスによる励磁電流に
該第１の励磁パルスを付加し、該ステツプパルスが供給
される最後のステツプパルスであるとき該励磁電流に該
第１，該第２の励磁パルスを付加するようにする。

【００１２】

【作用】ステツプパルスの周期が上記規定の最短周期Ｔ
Ａよりも長いＴＢのときには、ステツピングモータは、
上記所定の角度だけ回転した後、上記の回転振動を行な
うが、上記第１の励磁パルスは、この回転振動に入ると
直ちにステツピングモータを駆動する。このとき、ステ
ツピングモータはこの回転振動の最初の段階にあつて、
これまでの回転と同一方向の回転状態にあり、このとき
第１の励磁パルスによつてステツピングモータが同一方
向に一瞬駆動される。しかる後、次のステツプパルスが
供給されてステツピングモータは同一方向に上記所定の
角度駆動される。このため、ステツピングモータでは、
回転振動動作に入つても、逆転駆動は行なわれず、シー
クノイズは発生しない。

【００１３】最後のステツプパルスが供給されると、ス
テツピングモータは所定の角度だけ回転した後セトリン
グするが、このセトリング中励磁電流に第２の励磁パル
スが付加される。これにより、ステツピングモータは一
定方向に駆動されて回転角は不感帯から一旦はずれる
が、引き戻されて逆回転し、常に同一速度で不感帯に入
り込む。したがつて、ステツピングモータのステツプパ
ルスの供給による回転方向がいずれであつても、ステツ
ピングモータの停止角度は同じになる。なお、ステツプ
パルスの周期が最短のＴＡであるときには、励磁電流に
第１，第２の励磁パルスは付加されない。したがつて、
このときには、ステツピングモータは第１，第２の励磁
パルスに影響されずに連続回転する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面によつて説明す
る。図１は本発明によるステツピングモータの制御方式
の一実施例を示す図であつて、ステツプパルスに対する
正，逆回転のステツピングモータの励磁パターンとステ
ツピングモータの回転に伴なうヘツドの移動軌跡を表わ
している。ａ〜ｄは正回転でのヘツドの軌跡、ａ′〜
ｄ′は逆回転でのヘツドの軌跡である。

【００１５】同図において、ステツプパルスの周期が先
に説明したように約３ｍｓｅｃと規定の最短周期ＴＡで
あるときには、ステツピングモータの正回転では、この
ステツピングモータの励磁電流はステツプパルスのタイ
ミングでＴＡよりも短かい一定パルス幅のパルスＰから
なつており、Ｂ相は一定レベルである。これにより、ヘ
ツドは実線ａ上を矢印方向に移動し、トラツク（図示せ
ず）に含まれる不感帯を通つた後、セトリングすること
なく破線ｂに沿つて移動する。ステツピングモータの逆
回転では、励磁電流のＢ相はステツプパルスのタイミン
グの同じパルスＰからなり、Ａ相は一定レベルである。
ヘツドは実線ａ′上を矢印の方向に移動し、不感帯を通
つた後、セトリングすることなく破線ｂ′に沿つて移動
する。

【００１６】ステツプパルスの周期がＴＢ（＞ＴＡ）の
場合には、Ｂ相のステツプパルスが供給されて時間ＴＡ
が経過した後から次のステツプパルスが供給されるまで
の間に、ステツピングモータの正回転ではＢ相に、ステ
ツピングモータの逆回転ではＡ相に、夫々励磁パルスＰ
１を付加する。周期ＴＢのステツプパルスが供給される
場合、実線ａもしくはａ′に沿つて移動してきたヘツド
は不感帯に入るとともにセトリングするが、励磁パルス
Ｐ１の付加タイミングがこのセトリングの開始のところ
に設定される。この励磁パルスＰ１はヘツドをこれまで
と同じ方向に移動させるようにステツピングモータを駆
動するものである。これにより、実線ａもしくはａ′に
沿つて移動してきたヘツドがセトリングに入つて同方向
に移動しているとき、励磁パルスＰ１によつてステツピ
ングモータが駆動され、ヘツドはその方向を変えずにそ
のまま移動させられる。そして、その直後次のステツプ
パルスが供給されてヘツドは１トラツクピツチ分同方向
に移動させられる。このようにして、ステツピングモー
タが正回転の場合には、実線ａに沿つて移動してきたヘ
ツドは、実線ｄの開始部分に沿つた後、実線ｃに沿つて
次のトラツクへ移動していく。また、ステツピングモー
タが逆回転の場合には、実線ａ′に沿つて移動してきた
ヘツドは、実線ｄ′の開始部分に沿つた後、実線ｃ′に
沿つて次のトラツクへ移動していく。したがつて、この
ヘツドの移動過程においては、移動方向が逆転すること
がなく、シークノイズは発生しない。

【００１７】ヘツドのシークのための最後のステツプパ
ルスが供給されたときには、このステツプパルスの供給
タイミング後、上記のように励磁電流に励磁パルスＰ１
が付加されるが、さらに、このステツプパルスが供給さ
れてから時間ＴＢ経過した後に、励磁電流のＡ相に励磁
パルスＰ２が付加される。この励磁パルスＰ２はヘツド
が一定方向に移動するようにステツピングモータを駆動
するものであり、ここでは、図１において、下方に移動
させるものである。

【００１８】この励磁パルスの付加タイミングはヘツド
がセトリングしている期間中とする。具体的には、図１
において、実線ｄ，ｄ′に示すように、セトリングの開
始では励磁パルスＰ１の作用も相まつてヘツドは一旦不
感帯から脱出して不感帯に引き込まれ、次に再び不感帯
から脱出するが、次いで不感帯に引き込まれるとき励磁
パルスＰ２を付加する。これにより、ヘツドは図面上下
方に強制的に一瞬駆動されて移動し、実線ｄ，ｄ′で示
す軌跡は不感帯に関して同一側となり、しかも、ほとん
ど一致する。これ以後、実線ｄ，ｄ′で示すように、ヘ
ツドが実線ａ，ａ′のいずれに沿つて移動してきたもの
であつても、ヘツドはほぼ同一速度でほぼ同一軌跡を辿
り、遂には不感帯内のほぼ同じ位置に停止することにな
る。このようにしてヒステリシスが除かれる。

【００１９】実線ｄに対する励磁パルスＰ２の付加タイ
ミングはヘツドが不感帯に引き込まれようとするときで
あり、この励磁パルスＰ２はヘツドを不感帯に引き込む
方向に移動するように、ステツピングモータを駆動す
る。このためにステツピングモータはスムースに駆動さ
れてヘツドはスムースに大きく移動することになる。こ
れに対し、実線ｄ′に対する励磁パルスＰ２の付加タイ
ミングもヘツドが不感帯に引き込まれようとするときで
あるが、このヘツド移動方向は上記とは逆方向であり、
ステツピングモータは励磁パルスＰ２によつて逆転駆動
される。このため、ステツピングモータの駆動はスムー
スではなく、ヘツドの移動量は小さい。以上により、ス
テツピングモータが励磁パルスＰ２で駆動されると、ヘ
ツドの軌跡ｄ，ｄ′はほとんど一致するようになる。勿
論、セトリングでのヘツドの軌跡が実線ｄ，ｄ′となつ
てヘツド停止位置がトラツク中心に近くなるように、励
磁パルスＰ１，Ｐ２のパルス幅を適宜決めることはいう
までもない。

【００２０】図２は図１に示した励磁電流のＡ，Ｂ相を
形成するための回路の一具体例を示すブロツク図であつ
て、１は入力端子、２〜６はワンシヨツトマルチバイブ
レータ（以下、ワンシヨツトマルチという）、７は入力
端子、８は相励磁パターン切換回路、９はステツピング
モータの駆動回路である。

【００２１】同図において、入力端子からステツプパル
スＳＴＥＰが入力されると、ワンシヨツトマルチ２がト
リガーされ、ワンシヨツトマルチ３〜６がリセツトされ
る。ワンシヨツトマルチ２はＱ出力として図１のパルス
Ｐを出力する。ワンシヨツトマルチ３はこのパルスＰの
後エツジでトリガーされ、Ｑ出力として図１のパルスＰ
の後エツジから励磁パルスＰ１の前エツジまでの時間に
等しいパルス幅のパルスを出力する。ワンシヨツトマル
チ４はこのワンシヨツトマルチ３の出力パルスの後エツ
ジでトリガーされ、図１の励磁パルスＰ１をＱ端子から
出力する。ワンシヨツトマルチ５は励磁パルスＰ１の後
エツジでトリガーされ、Ｑ出力として図１の励磁パルス
Ｐ１，Ｐ２間の時間に等しいパルス幅のパルスを出力す
る。ワンシヨツトマルチ６はこのワンシヨツトマルチ５
の出力パルスの後エツジでトリガーされ、図１の励磁パ
ルスＰ２をＱ端子から出力する。

【００２２】相励磁パターン切換回路８はたとえばゲー
トアレイであつて、入力端子７からの回転方向判別信号
ＤＲＣに応じてワンシヨツトマルチ２，４，６からのパ
ルスＰ，Ｐ１，Ｐ２の組み合わせ、Ａ，Ｂ相の励磁パタ
ーンを形成する。ステツピングモータを正回転するとき
には、パルスＰと励磁パルスＰ２とを合成して図１に示
すＡ相を形成し、励磁パルスＰ１を選択して図１に示す
Ｂ相を形成する。ステツピングモータを逆回転させる場
合には、励磁パルスＰ１，Ｐ２を合成して図１のＡ相を
形成し、パルスＰを選択してＢ相を形成する。これら
Ａ，Ｂ相の励磁電流は駆動回路９に供給され、これによ
り、図示しないステツピングモータが上記のように駆動
される。

【００２３】ステツプパルスＳＴＥＰの周期が図１のＴ
Ａであるときには、ワンシヨツトマルチ２〜６は、ワン
シヨツトマルチ４，６が励磁パルスＰ１，Ｐ２を発生す
る前に次のステツプパルスＳＴＥＰによつてリセツトさ
れる。このため、Ａ，Ｂ相には励磁パルスは付加されな
い。ステツプパルスＳＴＥＰの周期が図１のＴＢである
とき、ワンシヨツトマルチ４が励磁パルスＰ１を発生し
た後であるが、ワンシヨツトマルチ６が励磁パルスＰ２
を発生する前にワンシヨツトマルチ５，６はリセツトさ
れる。このため、Ａ，Ｂ相のいずれかに励磁パルスＰ１
が付加されるが、励磁パルスＰ２は付加されない。シー
クのためのステツプパルスＳＴＥＰの最後のものが入力
されると、ワンシヨツトマルチ４，６が夫々励磁パルス
Ｐ１，Ｐ２を発生する。したがつて、Ａ，Ｂ相のいずれ
かに励磁パルスＰ１が、Ａ相に励磁パルスＰ２が夫々付
加される。

【００２４】なお、図２は一例を示すものであつて、本
発明はこの例にのみ限定されるものではない。また、先
に挙げた数値も一例を示すにすぎない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ステツプパルスの周期が長くなつても、ステツピングモ
ータに回転振動を起こさせることなく同じ方向の回転を
継続させることができて、不所望な騒音を失くすること
ができるし、ステツピングモータの回転方向に関係な
く、迅速にかつヒステリシスを低減して停止させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるステツピングモータの駆動方式の
一実施例を示す図である。

【図２】図１に示す励磁電流の形成手段の一具体例を示
すブロツク図である。

【図３】ステツピングモータのセトリングとシークノイ
ズの原因を説明するための図である。

【図４】ステツピングモータのヒステリシス現象を示す
図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02P 8/32

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部からステツプパルスが供給される毎
   に所定の角度ずつ回転する駆動力を生じ、該ステツプパ
   ルスの周期が規定される最短のＴＡであるとき同一方向
   に連続回転し、該ステツプパルスの周期がＴＡよりも長
   いＴＢのとき該ステツプパルスによつて該所定の角度だ
   け回転した後次の該ステツプパルスが供給されるまで順
   次減衰する回転振動を行ない、該ステツプパルスの周期
   に応じて回転速度が異なるようにしたステツピングモー
   タの制御方式において、該ステツプパルスが供給されて
   ＴＡに等しい時間経過してからＴＢに等しい時間経過す
   るまでの間に該ステツプパルスから生成される励磁電流
   による該ステツピングモータの回転方向と同一方向に該
   ステツピングモータを駆動する第１の励磁パルスを発生
   し、該ステツプパルスが供給されてＴＢに等しい時間経
   過後の該ステツピングモータの回転振動中に該励磁電流
   による該ステツピングモータの回転方向にかかわらず、
   該ステツピングモータを一定方向に駆動する第２の励磁
   パルスを発生する手段を設け、該ステツプパルスの周期
   がＴＢのとき該励磁電流に該第１の励磁パルスが付加さ
   れ、該ステツピングモータの回転駆動の最後の該ステツ
   プパルスが供給された後に該励磁電流に該第１，第２の
   励磁パルスが付加されるようにしたことを特徴とするス
   テツピングモータの制御方式。