JP2978594B2 - ステッ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、ディスクドライブ装置
において、シークに際してヘッドを移動させるためのス
テッピングモータの制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディ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ッピーディスクな
どのディスク上に同心円状に形成されているトラックの
うちの所望トラックにアクセスする場合、ヘッドをこの
トラックまでディ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。ヘッドはヘッドキャリッジに載置
されており、このヘッドキャリッジに取りつけられてい
るニードル（駆動ピン）がステッピングモータで回転す
るリードスクリューに係合し、ステッピングモータによ
ってリードスクリューが回転すると、これとともにニー
ドルがリードスクリューの軸方向に移動し、これによ
り、ヘッドキャリッジ、したがって、ヘッドがディスク
の半径方向に移動する。

【０００３】かかるディスクドライブ装置においては、
ホスト側から指令があってステッピングモータが回転す
る。この指令はパルス（ステップパルス）で与えられ、
このステップパルスが送られてくる毎にステッピングモ
ータはヘッドが１トラック移動する分回転する。したが
って、ステップパルスが順次送られてくると、その都度
ステッピングモータが所定角度ずつ回転してヘッドは１
トラツク分ずつ移動していく。ヘッドのシーク速度は、
ステップパルスの周期によって決まり、この周期は種々
とり得るが、フロッピーディスクのドライブ装置では、
ステップパルスの最短周期として約３ｍｓｅｃが用いら
れており、周期は約３ｍｓｅｃ、約６ｍｓｅｃ、約１２
ｍｓｅｃなどがとられる。ホスト側では、種々の周期の
ステップパルスを送り、これにより、ディスクドライブ
装置でのシーク速度はその都度異なる。図４はシーク時
のヘッド位置の変化を示す。同図において、いま、一点
鎖線をトラック中心とするトラックにアクセスする場
合、ヘッドはシークによって実線ａで示す軌跡に沿って
移動してきてこのトラックに引き込まれるのであるが、
ステッピングモータは、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４では、ディスク上に対し
てこの不感帯を示している。ヘッドが実線ａに沿って送
られてきてこの不感帯に入ると、ステッピングモータの
駆動力がなくなり、ヘッドキャリッジやステッピングモ
ータの慣性により、ヘッドはそのまま不感帯を通り過ぎ
てしまう。すると、ステッピングモータの磁極と励磁相
信号との関係からステッピングモータに逆方向の駆動力
が生じ、ヘッドはトラック中心方向に引き戻される。そ
こで、ヘッドは不感帯に入るが、再びこれから逸脱し、
ステッ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、ヘッド位置は、実線ｂで示すよう
に、不感帯を出たり、入ったりして振動し、次第に振幅
幅が減衰していっ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。

【０００４】（１）シーク時、ヘッドがトラックを横切
ると、そこでシークノイズが発生し、不所望な騒音が出
る。

【０００５】いまフロッピーディスクのドライブ装置を
例にとると、周期が最短の約３ｍｓｅｃのステップパル
スが供給されてシークが行なわれている場合、トラック
近傍でのヘッド移動軌跡は、図４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の周期のステップパル
スが供給されてシークが行なわれる場合には、このステ
ップパルスの周期が約３ｍｓｅｃよりも長くなるため、
実線ａに沿って移動してきたヘッドは、トラックに近づ
くと、実線ｂに沿う移動を行なってセトリングが生じ、
セトリングの最中に次のステップパルスが供給されて破
線ｄに沿って移動する。この実線ｂの軌跡からステップ
パルスによって破線で示す軌跡にヘッドが移るとき、ス
テッピングモータに大きな駆動力が生じ、これによって
ヘッドの移動方向が急激に逆転させられるための、シー
クノイズとしての騒音が生ずることになる。

【０００６】従来、ステップパルスのレートがステッピ
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、ステップパルスの周
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、ステッ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相の極性をステップパルスのタイミング毎に反転し、
Ｂ相の極性をステッ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、ステッピングモータを通常
のように励磁する。これに対し、ステップパルスの周期
が上記範囲に含まれるときには、ステップパルスのタイ
ミングとＢ相の極性反転タイミングとの間の図４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４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、ステップパルスの周
期がこれら逆励磁相パルスによって等化的に分割された
ことになり、ステッ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。しかし、この従来技術による
と、ステッ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。

【０００７】また、上記従来技術では、逆励磁相パルス
はステッ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
４に示す実線ａから破線ｄに沿うヘッド移動のシークを
行なう場合、実線ｂから破線ｄにヘッドの移動が移ると
きのシークノイズを充分に抑えることができない。

【０００８】（２）所望トラックにアクセスする場合、
シーク方向（ヘッド移動方向）に応じてトラック幅方向
でのヘッドの停止位置が異なるというヒステリシスが生
ずる。シーク後所望トラックにヘッドが引き込まれる場
合、図４に示したように、実線ｂのようにセトリングし
てヘッドは停止する。この場合、ステッピングモータの
ロータに加わる負荷により、必ずしもヘッドはその中心
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５において、いま、アク
セス対象の所望トラックｎＴＫに対し、これに対して一
方側のトラックｎ−１ＴＫから実線ａに沿ってヘッドが
移動してきたのとすると、上記のようにセトリングがあ
った後、ヘッドは停止する。また、所望トラックｎＴＫ
の他方側のトラックｎ＋ＴＫから破線ｂに沿ってヘッド
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った後、ヘッドは停止する。しか
し、このように移動してきたヘッドの停止位置は、いず
れもその中心がトラックｎＴＫ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
ヘッド位置はトラックからずれてしまう。３．５インチ
のフロッピーディスクの場合、不感帯はトラックの幅の
２０〜３０％を占めており、最悪の場合、ヘッドはこの
程度トラックずれを生ずることになる。温度によるディ
スクの膨張があったり、ステッピングモータの寿命など
により、このトラッ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５の実線ａで示す一方向にヘッドが送られてき
たときには、図５の実線ａで示すようにヘッドを停止さ
せるが、図５の破線ｂで示す他の方向でヘッドが送られ
てきたときには、所望トラックｎＴＫに達するとさらに
ステッピングモータを駆動してヘッドをさらに１トラッ
ク移動させ、隣りのトラックでヘッドが停止すると、ス
テッピングモータを逆方向に駆動させてヘッドを所望ト
ラッ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っても、最終的にはヘッドは図５の
実線ａに沿って所望トラックに引き込まれることにな
り、ヘッドの停止位置が一致することになる。

【００１０】しかし、この従来技術では、上記他の方向
にヘッドがシークする場合、１トラックピッチ分往復す
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。ホストによっては、シーク距離分のステップパル
スを送った後直ちにリード、ライトを要求するものがあ
るが、上記のように１トラックピッチ分余計にヘッドを
往復させると、この要求に応ずることができなくなる。

【００１１】一方、図５に示すように、ステッピングモ
ータを用い短周期のステップパルスＳＰでキャリッジの
シークが行なわれると、トラック近傍でのヘッドの移動
軌跡は、実線ａから破線ｃに沿って移動しセトリングは
生じない。しかし、長周期のステップパルスでキャリッ
ジのシークが行なわれると、実線ａに沿って移動してき
たヘッドは、トラックに近付くと実線ｂに沿って移動し
てセトリングが生じ、セトリングの最中に次のステップ
パルスが供給されて、破線ｄに沿って移動する。この実
線ｂの軌跡からステップパルスによって破線ｄの軌跡に
ヘッドが移る時に、ステッピングモータに大きな駆動力
が生じ、ヘッドの移動方向が急に逆転するのでシークノ
イズとしての雑音が発生する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
のステッピングモータの制御方式では、目的トラックへ
のヘッドの停止位置にヒステリシスが生じることと、セ
トリング中にステップパルスが供給されるとシークノイ
ズが発生するという問題がある。特にステッピングモー
タが小型化されイナーシャが小さくなると、キャリッジ
の駆動時に共振現象が生じシーク時のシークノイズが大
きくなることがある。これは、ステップパルスの間隔
が、ステッピングモータの固有振動周波数またはその分
数長波の周波数とほぼ等しい時に発生し易い。

【００１３】本発明は、前述したようなステッピングモ
ータの励磁方式の現状に鑑みてなされたものであり、そ
の主な目的は小型化されたステッピングモータのシーク
ノイズの発生を抑制可能なステッピングモータの励磁方
式を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的は、外部からス
テップパルスが供給される毎に１−２相励磁により所定
の角度ずつ回転する駆動力を生じ、該ステップパルスの
周期を複数使用し、該ステップパルスによって該所定の
角度だけ回転した後次の該ステッ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、該ステップパルス
の周期に応じて回転速度が異なるようにして、ヘッドを
目的のトラックへシークしステッピングモータの不感帯
内で停止させるステッピングモータの制御方式におい
て、ステッピングモータを１−２相励磁して、ヘッドを
目的のトラックへシークするに際し、一度停止したステ
ッピングモータに励磁相の切り替えを行って、ステッピ
ングモータを再駆動してヘッドを不感帯から脱出させ、
再び不感帯に突入させる場合、その時の方向及び速度
を、ヘッドが何れの方向から再駆動されても、ヘッドは
常にどちらか一方からの不感帯への突入軌跡とほぼ同一
軌跡をたどるように設定して、ほぼ同一位置に停止させ
るようにしたことによって達成される。

【００１５】

【作用】前記手段により、ステッピングモータを１−２
相励磁して、ヘッドを目的のトラックへシークするに際
し、一度停止したステッピングモータに励磁相の切り替
えを行って、ステッピングモータを再駆動してヘッドを
不感帯から脱出させ、再び不感帯に突入させる場合、そ
の時の方向及び速度を、ヘッドが何れの方向から再駆動
されても、ヘッドは常にどちらか一方からの不感帯への
突入軌跡とほぼ同一軌跡をたどるように設定して、ほぼ
同一位置に停止させることにより、ステッピングモータ
の不感帯内での停止位置のヒステリシスが小さくなり、
ヘッドを精度よく目的のトラックへ移送することができ
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図３を
参照して説明する。ここで、図１は実施例のタイミング
の原理の説明図、図２は実施例の動作を示すタイミング
チャート、図３はタイミング時間をパラメータとした、
実施例によるステッピングモータの駆動波形図である。

【００１７】図１に示すように実施例では、ステッピン
グモータの１−２相励磁において、Ｂ相の励磁時間ｔ１
及びＡＢ相の励磁時間ｔ２はそれぞれ一定値に設定さ
れ、Ａ相の励磁時間ｔ３はステップパルスの間隔ＳＴ
が、３．７５ｍｓ＜ＳＴ＜１３．７５ｍｓの範囲では
１．８ｍｓに、ステップパルスの間隔ＳＴがこの範囲以
外の時は、０．５ｍｓに切り替え設定されるようになっ
ている。図３に示すように、Ａ相の励磁時間ｔ３を変化
させた場合励磁時間ｔ３が小さいと、ステッピングモー
タで駆動されるヘッド（キャリッジ）の軌跡波形には、
大きなオーバーシュートが生じ、励磁時間ｔ３を増加さ
せて行くとこのオーバーシュートは次第に減少して行く
傾向が認められる。実施例ではステップパルスＳＰの間
隔ＳＴが３ｍｓ，６ｍｓの場合を取り上げているが、短
い間隔ＳＴに追従するためには、キャリッジの立ち上が
りを早くする必要がある。しかし、キャリッジの立ち上
がりを早くすると、オーバーシュートが大きくなりトラ
ックに引き戻される時の速度が大きくなる。従って、Ａ
相の励磁時間ｔ３の選択によって与えられる軌跡波形に
対して、次のステップパルスが軌跡波形曲線のどの傾斜
位置に入力するかによって、前述した軌跡移動をスムー
ズに行なわせ得るか、或いはステッピングモータに大き
な駆動力を生じさせてシークノイズを増加させることに
なるかが定まる。実施例は内部タイマを具備していて、
この内部タイマはステップパルスＳＰの間隔ＳＴをカウ
ントし、得られた時間に基づいてＡ相の励磁時間ｔ３を
前記１．８ｍｓ或いは０．５ｍｓの何れかに設定するよ
うに構成されている。

【００１８】発明者等は図２に示す前記Ａ相の励磁時間
を含む各種の励磁時間について、各種条件を考慮した実
験を重ねて最適設定値を導き出したが、この過程では次
の前提条件を取っている。

【００１９】（１）ステッピングモータを脱調状態には
しない （２）シークセトルタイムは１８ｍｓ以下にする （３）ヒステリシスは５μｍ（約１２％）以下にする すでに説明したように、ステッピングモータを１−２相
励磁して、ヘッドを目的のトラックへシークすると、ス
テッピングモータの特性上不感帯内での停止にはヒステ
リシスが発生する。実施例では、一度停止したステッピ
ングモータに励磁相の切り替えを行なって、ステッピン
グモータを再駆動して不感帯から脱出させ、再び不感帯
に突入させる時の方向及び速度を、何れの方向から突入
させる場合でも同一に設定して、ほぼ同一位置に停止さ
せることができるようになっている。この位置決め励磁
に際してはトラックと励磁相を対応させると、ヘッドが
目的のトラックｎＴＫにある時、励磁相の切替が有効な
相は反転ＡＢ相、Ｂ相、Ａ相、Ａ反転Ｂ相の４相であ
る。実施例では、０トラックセンサへの悪影響を避ける
ためにインナー方向のＡＢ相、Ｂ相を対象とし、１相で
はトルク不足でステッピングモータが殆ど回転しないこ
とから、ＡＢ相で励磁相の切替を行なうことにし、図２
に示すように反転Ａ反転Ｂ相励磁時間ｔ５を設定してい
る。

【００２０】このようにして、実施例では磁気ヘッドシ
ークのための最後のステップパルスが供給された時に、
励磁時間ｔ５の間のＡＢ相励磁が行なわれてステッピン
グモータが駆動され、ヘッドは前記図５の下方に実線ｄ
に沿って強制的に駆動移送される。この際ヘッドが何れ
かの方向から駆動されても、実線ｄ，ｄ′で示す軌跡は
不感帯に関して同一側になり且つ殆ど一致するようにし
て、ヘッドは不感帯に何れ側から侵入しても、同一速度
でほぼ同一軌跡をたどるようになっている。この位置決
め励磁では、ヘッドが完全に停止した状態で励磁を行な
うことを基本的な条件にして、発明者等は各種の条件下
で実験を重ねてその開始時間ｔ４及びＡＢ相の励磁時間
ｔ５の最適値を導出した。

【００２１】即ち、図２においてステップパルスＳＰ入
力から位置決め励磁が行なわれるまでの開始時間ｔ４
は、シークセトルタイム１８ｍｓ以下の条件からは、可
能な限り短い方がよいが、位置決め励磁を行なわないタ
イプでは８．３ｍｓであることを考慮し、マージンを見
込んで１０ｍｓに設定した。さらに、ヒステリシスに関
しては励磁時間ｔ５を長くとってオフトラック量を大き
くした方が、不感帯に突入する際の速度をより等しくす
ることができる。しかし、シークセトルタイムと脱調防
止の面からは、励磁時間ｔ５は短い方がよい。これらの
ことを配慮して、励磁時間ｔ５は０．６ｍｓに設定し
た。このようにして、実施例においては表１に示すよう
に各相の励磁時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ５と開始時間ｔ
４を設定している。

【００２２】

【表１】

【００２３】次に実施例の動作について説明する。表１
に示すように、各相励磁時間をｔ１＝０．４ｍｓ，ｔ２
＝１．０ｍｓ，ｔ５＝０．６ｍｓに、開始時間をｔ４＝
１０ｍｓに設定し、且つ始動時はｔ３＝０．５ｍｓに設
定し、ステッピングモータを励磁し駆動させてヘッドを
トラックの半径方向に移動させる。当初ｔ３＝０．５ｍ
ｓに設定してあるので、トラックの半径方向に移動した
ヘッドはトラック位置で図３の曲線ａに示すように大き
なオーバーシュートを生じ、例えば時間ｔｄで次のステ
ップパルスＳＰが与えられ、曲線ｃに沿って次のトラッ
クに移動して行く。この時はヘッドの軌跡曲線が、大き
く方向を変えるのでステッピングモータに大きな駆動力
が発生し、これに伴うシークノイズが発生する。

【００２４】この場合実施例では、最初のステップパル
スの発生時に内部タイマがカウントを開始し、次のステ
ップパルスの発生を検知してステップパルスの間隔ＳＴ
が求められ、例えばＳＴ＝１０ｍｓであるとすると、励
磁時間はｔ３＝１．８ｍｓに設定される。従ってその次
のトラックにシークする場合からは、ヘッドの軌跡曲線
は図３の曲線ｅのようになり、次のトラックへの静止後
時間ｔｄで発生するステップパルスによって行なわれる
曲線ｃに沿っての移動が、軌跡曲線の方向を余り変えず
にスムーズに行なわれる。このためステッピングモータ
に大きな駆動力は発生せず、シークノイズのない状態で
トラック移動が行なわれる。またこの場合、励磁時間ｔ
５はステッピングモータの固有振動周波数による共振を
避けるように設定されるので、ステッピングモータの駆
動に際して不都合な共振現象が発生することが完全に防
止される。

【００２５】ところで実施例においては、ヘッドのシー
クのための最後のステップパルスが供給されると、図２
に示すようにこのステップパルスの供給から、開始時間
ｔ４後に励磁時間ｔ５の間ＡＢ相の励磁が行なわれる。
そして、ヘッドは図５の軌跡曲線ｄに示すように、同図
で下方に強制的に駆動されて不感帯外に移動し、再び不
感帯内に一定の速度と方向で侵入して不感帯内の一定位
置に停止する。すでに説明したように、不感帯に対して
何れの方向から侵入しても、最後のステップパルスによ
ってヘッドは不感帯外から、一定の速度と方向で不感帯
に侵入するように駆動されるので、ヘッドは精度よく目
的のトラックに移送される。

【００２６】発明者等によって実測された励磁時間ｔ５
をパラメータとした、ヒステリシスの分布特性によれ
ば、実施例の設定値ではヒステリシスが十分に小さくな
っていることが明らかである。また、励磁時間ｔ１を
０．５ｍｓとした時のステップパルス間隔ＳＴ、励磁時
間ｔ２及びｔ３に対する実施例でのシークノイズ低減の
効果の大きいことも明らかである。

【００２７】以上に説明したように、実施例によれば、
ステップパルスの間隔に対応して、ステッピングモータ
をそれぞれ最適条件で励磁駆動することから、ヘッドに
対してシークノイズのない且つ共振現象を避けた作動を
行なわせることが可能になる。

【００２８】なお、実施例ではステップパルスの間隔に
応じて、ステッピングモータの１−２相励磁での１相
（Ａ相）励磁の励磁時間を二段階の一方に切り替えてい
るが、本発明は実施例に限定されるものでなく、より多
段階に切り替えてきめの細かい制御を行なうこともでき
る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、ステ
ッピングモータを１−２相励磁して、ヘッドを目的のト
ラックへシークするに際し、一度停止したステッピング
モータに励磁相の切り替えを行って、ステッピングモー
タを再駆動してヘッドを不感帯から脱出させ、再び不感
帯に突入させる場合、その時の方向及び速度を、ヘッド
が何れの方向から再駆動されても、ヘッドは常にどちら
か一方からの不感帯への突入軌跡とほぼ同一軌跡をたど
るように設定して、ほぼ同一位置に停止させるようにし
たため、ステッピングモータの不感帯内での停止位置の
ヒステリシスが小さくなり、ヘッドを精度よく目的のト
ラックへ移送することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す説明図である。

【図２】本発明の一実施例の動作を示すタイミングチャ
ートである。

【図３】本発明の一実施例の１−２相励磁の１相励磁時
間をパラメータとするセトリング曲線を示す説明図であ
る。

【図４】ステッ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５】ステッピングモータのヒステリシス現象を示す
図である。

【符号の説明】

ＳＰ ステップパルス ｔ３ タイミング時間

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部からステップパルスが供給される毎
   に１−２相励磁により所定の角度ずつ回転する駆動力を
   生じ、該ステップパルスの周期を複数使用し、該ステッ
   プパルスによって該所定の角度だけ回転した後次の該ス
   テッ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、該ステップパルスの周期に応じて回転速度が異
   なるようにして、ヘッドを目的のトラックへシークしス
   テッピングモータの不感帯内で停止させるステッピング
   モータの制御方式において、 ステッピングモータを１−２相励磁して、ヘッドを目的
   のトラックへシークするに際し、一度停止したステッピ
   ングモータに励磁相の切り替えを行って、ステッピング
   モータを再駆動してヘッドを不感帯から脱出させ、再び
   不感帯に突入させる場合、その時の方向及び速度を、ヘ
   ッドが何れの方向から再駆動されても、ヘッドは常にど
   ちらか一方からの不感帯への突入軌跡とほぼ同一軌跡を
   たどるように設定して、ほぼ同一位置に停止させるよう
   にしたことを特徴とするステッピングモータの制御方
   式。