JP3589876B2 - ディスク装置 - Google Patents
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- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などのディスク装置に関するもので、特に、高応答小ストロークの微動アクチュエータと、低応答大ストロークの粗動アクチュエータとを協調させて高速高精度な位置決め動作を実現するディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスク装置、例えば磁気ディスク装置においては、高密度に記録された情報を高速でアクセスするために、アクチュエータによって駆動される磁気ヘッドを目的のトラックへ高速に移動させ（シーク制御）、目的のトラック中心に高精度に追従させる（フォロイング制御）ことが要求される。このためには、アクチュエータの軽量化および位置決め制御系の高帯域化が必要となるが、軽量化すると剛性が低下するためにアクチュエータの機構共振周波数を上げることには一定の限界があり、位置決め制御系の帯域はこれによって制限される。
【０００３】
現在の磁気ディスク装置のトラック幅は３μｍ程度であり、位置決め精度は０．３μｍ程度である。将来の磁気ディスク装置に要求されるトラック幅は１μｍ以下であり、その時の位置決め精度は０．１μｍ以下を達成しなければならない。この位置決め精度を達成するには、制御系の帯域を現状の５００Ｈｚ程度から２ｋＨｚ以上に拡大する必要がある。
【０００４】
従来より、ボイスコイルモータで構成される粗動アクチュエータと、ピエゾ素子等で構成される微動アクチュエータとを組み合わせて磁気ヘッドを高速高精度に位置決めする技術が知られている。例えば、特開平４−３６８６７６号公報には、粗動アクチュエータの制御系と微動アクチュエータの制御系とを協調させて制御系の高帯域化を実現する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術は、上位コントローラから指定された特定の一つのヘッドに対する微動・粗動アクチュエータを用いた位置決め制御技術の問題を解決した。しかし、微動・粗動アクチュエータを用い二つ以上のヘッドを同時に高速高精度に位置決め制御する技術については多くの課題が残されている。
【０００６】
同一シリンダ上のデータを二つ以上のヘッドを用いて同時に読むことが可能となれば、同時に大量のデータを上位コントローラに転送することができる。高速なデータの転送を実現するには、基本的にはビット密度を詰め、ディスクを高速回転させることが重要であるが、磁気干渉の問題や、データ転送用の回路の問題により、ビット密度を詰めることには限界がある。そこで、同時に複数のデータを読み書きすることができれば、ビット密度を詰めることなく、データ転送の高速化を図ることができる。
【０００７】
また、二つ以上のヘッドを用いてディスクに予め記録されている位置情報を同時に読むことが可能となれば、同一シリンダ上で連続的なヘッドの切換えを行うことができる。連続的なデータの転送を実現するには、基本的には、ヘッド切り換えの移動時間を零にすることが重要であるが、多数のヘッドを支持するキャリッジの熱などに起因した変形によりヘッド間には数μｍ以下のずれが生じ、このため、ヘッド切り換え時の整定時間を零にするには限界がある。そこで、二つ以上のヘッドを用いて同時に位置情報を読み取ることが可能となれば、所定のヘッドでデータを読み書きしている間に、予め次に選択されるヘッドを所定のシリンダに位置決めすることによりヘッド切り換えの時間を零とすることができる。
ゆえに、二つ以上のヘッドを同時に高速高精度に位置決めする制御技術の課題は、重要であり、解決されなければならない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、二つ以上の高応答小ストロークの微動アクチュエータと、低応答大ストロークの粗動アクチュエータとを協調させて高速高精度な位置決め動作を実現するディスク装置および位置決め制御方式を提供することである。
【０００９】
【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、ディスク全体にわたって動作可能なストロークをもつ粗動アクチュエータと、該粗動アクチュエータによって移動可能でストロークが小さく限られている第一の微動アクチュエータと第二の微動アクチュエータと、第一のディスク面上の第一のトラックに該第一の微動アクチュエータで駆動される第一のヘッドを位置決めすると同時に、第二のディスク面上の第二のトラックに該第二の微動アクチュエータで第二のヘッドを位置決めする手段を設けたものである。
【００１０】
また、本発明は、ディスク全体にわたって動作可能なストロークをもつ粗動アクチュエータと、該粗動アクチュエータによって移動可能でストロークが小さく限られている第一の微動アクチュエータと第二の微動アクチュエータと、第一のディスク面上の第一のトラックに該第一の微動アクチュエータで駆動される第一のヘッドを位置決めすると同時に、第二のディスク面上の第二のトラックに該第二の微動アクチュエータで第二のヘッドを位置決めし、該第一のヘッドの位置決め位置と該第二のヘッドの位置決め位置との中心位置に該粗動アクチュエータが追従動作を行う手段を設けたものである。
【００１１】
さらに、本発明は、ディスク全体にわたって動作可能なストロークをもつ粗動アクチュエータと、該粗動アクチュエータによって移動可能でストロークが小さく限られている第一の微動アクチュエータと第二の微動アクチュエータと、該第一の微動アクチュエータによって駆動される第一のヘッドと、該第二の微動アクチュエータによって駆動される第二のヘッドとを備えたことを特徴とするディスク装置において、前記第一の微動アクチュエータの変位量と前記第二の微動アクチュエータの変位量とを加算した加算変位量と、前記第一のヘッドの位置信号と第一の目標値とを比較した後の第一の誤差信号と、前記第二のヘッドの位置信号と第一の目標値とを比較した後の第二の誤差信号と、該加算位置信号と該第一の誤差信号と該第二の誤差信号とを加算し、それらを平均した信号を前記粗動アクチュエータのフィードバック補償器に印加する手段を設けたものである。
【００１２】
そして、本発明は、ディスク全体にわたって動作可能なストロークをもつ粗動アクチュエータと、該粗動アクチュエータによって移動可能でストロークが小さく限られている第一の微動アクチュエータと第二の微動アクチュエータと、該第一の微動アクチュエータによって駆動される第一のヘッドと、該第二の微動アクチュエータによって駆動される第二のヘッドとを備えたことを特徴とするディスク装置において、前記第一のヘッドは第一のディスク面上に対向し、前記第二のヘッドは第二のディスク面上に対向し、該第一のディスク面上に一定間隔毎に位置情報を予め記録しておき、該第二のディスク面上には該第一のディスク面上に記録した位置情報と位相をずらして予め記録する手段を設けたものである。
【００１３】
また、本発明は、ディスク全体にわたって動作可能なストロークをもつ粗動アクチュエータと、該粗動アクチュエータによって移動可能でストロークが小さく限られている第一の微動アクチュエータと第二の微動アクチュエータと、該第一の微動アクチュエータによって駆動される第一のヘッドと、該第二の微動アクチュエータによって駆動される第二のヘッドとを備えたことを特徴とするディスク装置において、前記第一のヘッドは第一のディスク面上に対向し、前記第二のヘッドは第二のディスク面上に対向し、前記第一のヘッドが該第一のディスク面上のトラックに追従制御している間に、前記第二のヘッドが該第二のディスク面上の目的のトラックに移動し、移動が完了したのちに、前記第一のヘッドから前記第二のヘッドにデータの読み書きを実施するヘッドを切換える手段を設けたものである。
以上の解決手段を３つ以上のヘッド、３つ以上の微動アクチュエータに対し実施することもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。
図１は、本発明に関わるディスク装置の一実施例を示すハードウエアの構成図である。磁気ディスク１２、１３は、スピンドルモータ１６により高速に一定回転し、トラックのセクタの先頭にはあらかじめ位置情報１４、１５が記録されている。
【００１５】
この磁気ディスク装置においては、同時に二つの磁気ヘッドＡ：１と磁気ヘッドＢ：２を用いて、対向するそれぞれのディスク１２、１３へのデータの読み書きができるように、それぞれ独立したヘッドアンプ２１、２２が存在する。磁気ヘッドＡ：１は、ばね３によって支えられ、ばね３は、ピエゾ素子５とピエゾ素子６によって駆動され、ピエゾ素子５、６はキャリッジ９に支持される。ピエゾ素子５が伸び、ピエゾ素子６が縮むと、ヘッドは微小移動する。逆に、ピエゾ素子６が伸び、ピエゾ素子５が縮むと、ヘッドは逆方向に微小移動する。同様に、磁気ヘッドＢ：２は、ばね４によって支えられ、ばね４は、ピエゾ素子７とピエゾ素子８によって駆動され、ピエゾ素子７、８はキャリッジ９に支持される。
【００１６】
キャリッジ９は一体となってボイスコイルモータ１１により駆動される。ボイスコイルモータ１１の移動にともない、キャリッジ９は、ピボット軸１０を中心にディスクの外周から内周方向あるいはその逆方向に移動する。なお、以下では、ピエゾ素子５、６を微動アクチュエータＡ、ピエゾ素子７、８を微動アクチュエータＢ、ボイスコイルモータ１１を粗動アクチュエータとして記述する。
【００１７】
ディスク１２には、時刻Ｔｓ毎に位置情報を予め記録させておく。ここでは、一例として二種類の位置情報１４と位置情報１５を記録させた。位置情報１４は、セクタの先頭を示すマーカ部、ＡＧＣ（オートマティック・ゲイン・コントロール）引き込み部、トラック番号、相対位置を検出するためのバースト信号を記録する。位置情報１５は、マーカ部およびバースト信号のみを記録しておく。すべてのセクタにＡＧＣやトラック番号を記録させないことで、データ領域の拡大を図ることができる。さらに、ディスク１３には、ディスク１２と同一の位置信号を位相を９０度ずらして記録しておく。これにより、位置情報を復調する位置信号復調回路２６と制御則を演算するマイクロプロセッサ３３の数を減らすことができる。マイクロプロセッサ内の演算のタイミングについては、図２で後に詳細に説明する。
【００１８】
位置情報は、位置信号復調回路２６により、ヘッド位置信号ＹＡを生成する。位置信号は、目標のオフセット量ＲＡと比較され、微動アクチュエータＡ用の制御器３１により、微動アクチュエータＡの操作量を演算する。微動アクチュエータは、高域の４０ｋＨｚ程度に機構共振を有する。微動用アクチュエータの制御器３１には、積分特性を持たせれば、微動アクチュエータＡを安定に動作可能である。同様にしてヘッド位置信号ＹＢが生成され、目標のオフセット量ＲＢと比較され、微動アクチュエータＢ用の制御器２９により、微動アクチュエータＢの操作量を演算する。微動用アクチュエータＢ用の制御器２９にも、積分特性をもたせれば、微動アクチュエータＢを安定に動作できる。微動非干渉制御器３２は、誤差ｅＡ、誤差ｅＢ、操作量ｕＡ、操作量ｕＢを入力として、粗動アクチュエータを駆動する操作量ｕＶ、微動アクチュエータＡの操作量の補正量、微動アクチュエータＢの操作量の補正量を出力する。
【００１９】
非干渉制御器３２の詳細については、図３にて説明するが、基本的には、２つの微動アクチュエータが互いに干渉することなく、かつ、粗動アクチュエータの動作が２つの微動アクチュエータの動作を考慮して最適な位置に保持されるように制御側の演算がなされる。２つの微動アクチュエータは、その移動範囲が限定されているため、（ここでは±１．１μｍとする）、２つの微動アクチュエータと粗動アクチュエータの位置関係によっては、微動アクチュエータの動作範囲外となってしまい、望ましい動作をさせることが困難となる。例えば、非干渉制御器３２は、微動アクチュエータＡによって駆動されるヘッドＡ：１と微動アクチュエータＢによって駆動されるヘッドＢ：２の中心位置に粗動アクチュエータを位置決めすることを実現する。
【００２０】
操作量ｕＡ、ｕＢ、ｕＶは、それぞれＤ／Ａ変換回路２８、２５、２７でディジタル量からアナログ量に変換され、アンプ２４、２０、２３に送出され、それぞれピエゾ素子５、６、ピエゾ素子７、８、ボイスコイルモータ１１が駆動される。ここで、微動アクチュエータＡ用アンプ２４は、ピエゾ素子５とピエゾ素子６とには互いに逆符号の電圧を印加する。微動アクチュエータＢ用アンプも同様に動作する。ブロック３３内は、ディジタル信号を意味し、一つのマイクロプロセッサ３３で演算実行する。
【００２１】
ただし、ここでは、一つのマイクロプロセッサで、２つのヘッドを同時に位置決め制御するハードウエアの構成例を示したが、もちろん２つのマイクロプロセッサで２つのヘッドを駆動する制御器の演算をパラレル演算することも容易に可能である。
【００２２】
図２は、図１に示す本発明のハードウエアの演算のタイミングを図式化したものである。ヘッドＡ：１で位置信号のマーカ部を読み取ると割り込みフラグ４０が発生する。この間隔は、サンプリングＴｓ毎に発生する。ヘッドＢ：２に対する位置信号の割り込みフラグ４１は、フラグ４０が発生した後、時刻Ｔｓ／２毎に発生する。
【００２３】
これは、図１に示す通り、位置情報をディスク１２とディスク１３とで、９０度位相をずらして記録しているためである。位置信号の割り込みフラグ４０、４１が発生すると、位置信号復調回路２６がＡ／Ｄ変換を開始し４２、４３、位置信号ＹＡと位置信号ＹＢを生成する。位置信号ＹＡに基づき、マイクロプロセッサ３３は、微動アクチュエータＡの操作量ｕＡと粗動アクチュエータの操作量ｕＶの演算を実行する４４。微動アクチュエータＡの操作量ｕＡが決定すると、微動アクチュエータ対応Ｄ／Ａ変換フラグが立ち４６、Ｄ／Ａ変換を開始し、アンプ２４に送出される。そして、粗動アクチュエータの操作量ｕＶが確定すると、粗動アクチュエータ対応Ｄ／Ａ変換フラグが立ち４８、Ｄ／Ａ変換を開始し、アンプ２３に送出される。
【００２４】
また、マイクロプロセッサ３３は、微動アクチュエータＢの操作量ｕＢの演算と粗動アクチュエータｕＶの演算を実行する４５が、それぞれが確定した時点で、微動アクチュエータＢ対応Ｄ／Ａ変換フラグ４７と粗動アクチュエータＤ／Ａ変換フラグ４９を立て、Ｄ／Ａ変換を開始する。ここでは、ディスク１２とディスク１３に記録した位置信号の位相を９０度ずらすとしているが、ずらしかたは、９０度に限定してはなく、任意の値にしてもよい。
【００２５】
マイクロプロセッサ３３は、２つの微動アクチュエータと一つの粗動アクチュエータの演算４４、４５を処理する必要がある。現在、粗動アクチュエータのみで位置決めを行い、サンプリング周波数Ｔｓが１００μｓのディスク装置においては、マイクロプロセッサを動作させるクロック周波数は３３ＭＨｚから５０ＭＨｚのものが使われている。制御系の帯域を２ｋＨｚ以上とするためには、サンプリング周波数Ｔｓを５０μｓ程度にしなければならない。
【００２６】
すなわち、マイクロプロセッサのクロック周波数は、倍の６６ＭＨｚから１００ＭＨｚ程度としなければならない。この装置に一つの微動アクチュエータと一つの粗動アクチュエータを動作させる従来技術のディスク装置では微動アクチュエータの制御の演算が加わるため、約１．５倍の１００ＭＨｚから１５０ＭＨｚのクロック周波数が必要となる。
【００２７】
さらに、本発明の２つの微動アクチュエータと一つの粗動アクチュエータを協調動作させるディスク装置では、さらに約１．５倍の１５０ＭＨｚから２２５ＭＨｚのクロック周波数が必要となる。マイクロプロセッサの演算能力は、１５０ＭＨｚ程度以上のクロック周波数を必要とするが、これは、１００ＭＨｚ程度のクロック周波数で可動するマイクロプロセッサを２つ使用して２つの微動アクチュエータを並列に動作させるよりも安価に装置を構成することができる。
【００２８】
図３は、図１に示す本発明の実施例のハードウエアの構成の一例をブロック線図に示したものである。ここで、ＰＡ６０は、Ｄ／Ａ変換回路２８から微動アクチュエータＡ：５、６を含みヘッドＡ：１の位置信号までの伝達関数を表わし、ＣＡ６１は、微動アクチュエータＡ用の制御器３１の伝達関数を表わす。同様にＰＢ６４は、Ｄ／Ａ変換回路２５から微動アクチュエータＢ：７、８を含みヘッドＢ：２の位置信号までの伝達関数を表わし、ＣＢ６５は、微動アクチュエータＢ用の制御器２９の伝達関数を表わす。一方、ＰＶ６２は、Ｄ／Ａ変換回路２７からボイスコイルモータ１１を含みキャリッジ９の特性までの伝達関数を表わし、ＣＶ６３は、粗動アクチュエータ用の制御器３０の伝達関数を表わす。
【００２９】
図１の非干渉制御器３２は、図３ではブロック６７で表わされる。この非干渉ブロック６７はいくつかの特徴がある。ここでは、２つのヘッドを同時に位置決めする構成について示すが、この考えは、３つ以上のヘッドを同時に位置決めする構成にも容易に拡張することができる。第一の特徴は、粗動アクチュエータの制御器６３に対するフィードバック信号ｅＶとして、ヘッドＡ：１の位置誤差信号ｅＡとヘッドＢ：２の位置誤差信号ｅＢの加算信号６８を施していること。第二の特徴は、微動アクチュエータＡの変位信号ｙＡと微動アクチュエータＢの変位信号ｙＢの加算信号６９をさらにフィードバック信号として制御器６３に施していること。第三の特徴は、それらの誤差信号ｅＶの平均をとっていることである。
【００３０】
実際のシステムでは、微動アクチュエータの変位ｙＡやｙＢを検出することは困難なため、ピエゾ素子の入出力関係がほぼ比例関係であることより、操作量ｕＡを用いて変位ｙＡを推定することとする。また、オブザーバ等の理論を用いても変位ｙＡを推定することは可能である。同様にして変位ｙＢも推定する。位置誤差ｅＡとｅＢを減少させるよう粗動アクチュエータは駆動する一方、応答しきれずに残された偏差をそれぞれの微動アクチュエータの制御器６１、６５で圧縮する。さらに、微動アクチュエータＡと微動アクチュエータＢの出力位置の中心に粗動アクチュエータを位置決めする。これにより、ストロークが狭く限られた微動アクチュエータの能力を最大限に生かすことができる。
【００３１】
以上の議論を数式を用いてより詳細に説明する。微動アクチュエータＡに関しては次式が成立する。
【数１】
【００３２】
同様に微動アクチュエータＢに関しては、次式が成立する。
【数２】
【００３３】
また、ヘッド位置信号は、以下である。
【数３】
【数４】
【００３４】
さらに、粗動アクチュエータに関しては次式が成立し、これは（数３）、（数４）を用いて展開できる。
【数５】
【００３５】
（数５）の関係より、粗動アクチュエータの位置ｙＶの関係式は以下となる。
【数６】
【００３６】
このことは、粗動アクチュエータの位置ｙＶは、微動アクチュエータＡの目標位置ＲＡと微動アクチュエータＢの目標位置ＲＢの平均値の位置に位置決め可能なことを示している。上式の右辺第一項は、粗動アクチュエータと粗動アクチュエータ用制御器からなる閉ループ関数を示している。この閉ループ特性の帯域は約５００Ｈｚ程度に設定してある。
【００３７】
また、（数１）を（数３）に代入するとヘッドＡの位置信号
【数７】
が得られ、（数２）を（数４）に代入するとヘッドＢの位置信号
【数８】
が得られる。
【００３８】
（数７）は、微動アクチュエータＡによって駆動されるヘッドＡの位置信号ＹＡと目標位置ＲＡおよび粗動アクチュエータの位置ｙＶとの間の関係式を表している。目標位置ＲＡからヘッド位置ＹＢまでの関係は、微動アクチュエータＡとその制御器からなる閉ループ系で定義され、さらに、粗動アクチュエータからヘッド位置ＹＢまでの関係は、微動アクチュエータＡとその制御機からなる感度関数で定義される。ここで、この閉ループ特性の帯域は２ｋＨｚ以上であり、感度関数は、２ｋＨｚ以下の周波数において圧縮能力を有することから、（数６）で定義される比較的低い周波数成分を有する粗動アクチュエータの動作に影響されることはなく、位置信号ＹＡの運動は目標位置ＲＡに支配される。同様な議論は、（数８）を用いて微動アクチュエータＢに対しても議論することができる。
【００３９】
よって、本発明によって、２つのヘッドを同時に目標位置に微動アクチュエータを用いて位置決めし、なおかつ、両者の位置の平均値に粗動アクチュエータを位置決めできることが分かった。
【００４０】
例えば３つのヘッドを同時に３つの微動アクチュエータを用いて位置決めする際には、加算点６８に３つめの位置誤差信号を加える。また、加算点６９に、３つめのヘッドの変位信号を加える。そして、ブロック６６で３分の１倍する。これにより、粗動アクチュエータの動作は、３つの微動アクチュエータの動作の平均値に位置決めすることができる。
【００４１】
さらに、ブロック６６では、現時点の平均をとっているが、位置信号などはノイズや振動等の影響を除去するため、移動平均したフィードバック信号ｅＶを用いてもよい。
【００４２】
図４は、本発明による応答波形の一例を示している。ディスク１２、１３が２００Ｈｚで一定回転しているとすると、５ｍｓ周期の同期的な振動が生じ、ヘッドＡ：１およびヘッドＢ：２はその信号に追従しなければならない。ここでは、周波数が２００Ｈｚで振幅が±１μの正弦波でディスク１２が振動し、同期してディスク１３が振動しているとする。また、微動アクチュエータのストロークは±１．１μｍ（ストロークで２．２μｍ）と仮定する。この場合、本発明によれば、ヘッドＡは２μｍを中心に正弦波状に位置決めを行い、ヘッドＢは−２μｍを中心に正弦波状に位置決めを行い、粗動アクチュエータの位置ｙＶは、ヘッドＡの位置信号ＹＡとヘッドＢの位置信号ＹＢの中間位置、すなわち、０μｍを中心に位置決めする。このため、ヘッドＡとヘッドＢのオフトラック量は、最大で約４μｍを許容することができる。
【００４３】
一方、図５は、図４の条件で図８（後に説明）に示す構成で微動アクチュエータＢと粗動アクチュエータを協調制御させ、微動アクチュエータＡは単独で動作させたときの応答波形である。この場合、粗動アクチュエータの動きは、微動アクチュエータＢの動きと同一となる。このとき、微動アクチュエータＡは最大で２μｍのオフトラック量を許容することができる。しかし、この量は、図４の半分であり、図８に示す制御技術では、微動アクチュエータの動作範囲をより狭くしてしまうことが分かる。
【００４４】
図６は、ディスクＡとディスクＢの振動周期が１８０度ずれていた場合の本発明による応答波形である。本発明によれば、粗動アクチュエータは動かなくて良く、微動アクチュエータＡと微動アクチュエータＢが各々ディスク振動に追従するように動作する。この場合、ヘッドＡとヘッドＢのオフトラック量は、最大で２μｍを許容することができる。
【００４５】
一方、図７は、図６の条件で本発明を用いずに、図８に示す構成で微動アクチュエータＢと粗動アクチュエータを協調制御させ、微動アクチュエータＡは単独で動作させたときの応答波形である。粗動アクチュエータの動きは、微動アクチュエータＢの動きと同一となる。このとき、微動アクチュエータＡのオフトラック許容量は０である。これ以上オフトラックさせて動作させると、動作が飽和してしまい、高精度な追従が不可能となってしまう。よって、図８に示す制御技術では、微動アクチュエータの動作範囲をより狭くしてしまうことが分かる。
【００４６】
なお、図８の構成によっても２つのヘッドを同時に動作制御させることが可能であり、本発明の別の形態の一実施例である。この構成は、微動アクチュエータＢと粗動アクチュエータは協調制御８０を実施して、常に微動アクチュエータＢの位置信号ＹＢは粗動アクチュエータの出力ｙＶに追従するように動作する。しかし、微動アクチュエータＡの位置は粗動アクチュエータの動きとは無関係に目標のトラック中心に位置決めするため、ストロークが限られた微動アクチュエータの動作は飽和していまい、高精度な位置決めが困難となる。
【００４７】
図９は、図３に示す本発明の構成で微動アクチュエータＡと微動アクチュエータＢと粗動アクチュエータを動作させたときのヘッド切り換え動作の応答波形の一例である。ヘッドＡは目的のトラックに追従制御をして、データ９２を上位コントローラに送出している。この時ヘッドＢは、何らかの動作をしているものとする。上位からヘッドＢに対して、目的のトラックへの移動命令９０がくると、ヘッドＢは移動を開始する。目的のトラックに到達すると、電気的にヘッドＡからヘッドＢにヘッドを切換える。そして、ヘッドＢはデータ９３を上位コントローラに送出する。これにより、連続したデータの読み出しが可能となる。従来は、２つ以上のヘッドを同時に動作させることができなかったため、目的のヘッドに対し移動命令を発生してから、目的のヘッドが目的のトラックに整定するまでの時間は、データの送出をストップするしか方法はなかった。なお、粗動アクチュエータ位置は本発明によりヘッドＡとヘッドＢのほぼ中心を移動することとなる。
【００４８】
なお、上述した実施例では、磁気ディスク装置を取り上げたが、本発明は、他の記憶媒体、例えば、光ディスクやＤＶＤ−ＲＡＭを用いる場合にも同様に実現が可能である。
【００４９】
また、上述した実施例では、いくつかの数値を具体化して説明したが、本発明は、数値による制限は受けない。
【００５０】
【発明の効果】
本発明では、二つ以上の高応答小ストロークの微動アクチュエータと、低応答大ストロークの粗動アクチュエータとを協調させて高速高精度な位置決め動作を実現するディスク装置および位置決め制御方式を提供した。本発明によると、ストロークが限られた複数の微動アクチュエータを同時に位置決め制御することが可能となり、データの転送速度の高速化や、ヘッドＡの稼働中にヘッドＢを予め位置決めすることにより、ヘッド切り換え時の高速化に特に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のディスク装置のハードウエアの構成図。
【図２】本発明の動作タイミングを示す図。
【図３】本発明の一構成を示す図。
【図４】本発明の制御技術による応答波形。
【図５】従来技術の組み合わせによる応答波形。
【図６】本発明の制御技術による応答波形。
【図７】従来技術の組み合わせによる応答波形。
【図８】本発明の別の構成を示す図。
【図９】本発明の制御技術によるヘッド切り換え時の応答波形。
【符号の説明】
１ ヘッドＡ
２ ヘッドＢ
５，６，７，８ ピエゾ素子
１１ ボイスコイルモータ
１２，１３ ディスク
１４，１５ 位置情報
２９ 微動アクチュエータＢ用制御器
３０ 粗動アクチュエータ用制御器
３１ 微動アクチュエータＡ用制御器
３２ 非干渉制御器
３３ マイクロプロセッサ
６０ 微動アクチュエータＡ
６１ 微動アクチュエータＡ用制御器
６２ 粗動アクチュエータ
６３ 粗動アクチュエータ用制御器
６４ 微動アクチュエータＢ
６５ 微動アクチュエータＢ用制御器
６７ 非干渉制御器
８０ 非干渉制御器
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などのディスク装置に関するもので、特に、高応答小ストロークの微動アクチュエータと、低応答大ストロークの粗動アクチュエータとを協調させて高速高精度な位置決め動作を実現するディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスク装置、例えば磁気ディスク装置においては、高密度に記録された情報を高速でアクセスするために、アクチュエータによって駆動される磁気ヘッドを目的のトラックへ高速に移動させ（シーク制御）、目的のトラック中心に高精度に追従させる（フォロイング制御）ことが要求される。このためには、アクチュエータの軽量化および位置決め制御系の高帯域化が必要となるが、軽量化すると剛性が低下するためにアクチュエータの機構共振周波数を上げることには一定の限界があり、位置決め制御系の帯域はこれによって制限される。
【０００３】
現在の磁気ディスク装置のトラック幅は３μｍ程度であり、位置決め精度は０．３μｍ程度である。将来の磁気ディスク装置に要求されるトラック幅は１μｍ以下であり、その時の位置決め精度は０．１μｍ以下を達成しなければならない。この位置決め精度を達成するには、制御系の帯域を現状の５００Ｈｚ程度から２ｋＨｚ以上に拡大する必要がある。
【０００４】
従来より、ボイスコイルモータで構成される粗動アクチュエータと、ピエゾ素子等で構成される微動アクチュエータとを組み合わせて磁気ヘッドを高速高精度に位置決めする技術が知られている。例えば、特開平４−３６８６７６号公報には、粗動アクチュエータの制御系と微動アクチュエータの制御系とを協調させて制御系の高帯域化を実現する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術は、上位コントローラから指定された特定の一つのヘッドに対する微動・粗動アクチュエータを用いた位置決め制御技術の問題を解決した。しかし、微動・粗動アクチュエータを用い二つ以上のヘッドを同時に高速高精度に位置決め制御する技術については多くの課題が残されている。
【０００６】
同一シリンダ上のデータを二つ以上のヘッドを用いて同時に読むことが可能となれば、同時に大量のデータを上位コントローラに転送することができる。高速なデータの転送を実現するには、基本的にはビット密度を詰め、ディスクを高速回転させることが重要であるが、磁気干渉の問題や、データ転送用の回路の問題により、ビット密度を詰めることには限界がある。そこで、同時に複数のデータを読み書きすることができれば、ビット密度を詰めることなく、データ転送の高速化を図ることができる。
【０００７】
また、二つ以上のヘッドを用いてディスクに予め記録されている位置情報を同時に読むことが可能となれば、同一シリンダ上で連続的なヘッドの切換えを行うことができる。連続的なデータの転送を実現するには、基本的には、ヘッド切り換えの移動時間を零にすることが重要であるが、多数のヘッドを支持するキャリッジの熱などに起因した変形によりヘッド間には数μｍ以下のずれが生じ、このため、ヘッド切り換え時の整定時間を零にするには限界がある。そこで、二つ以上のヘッドを用いて同時に位置情報を読み取ることが可能となれば、所定のヘッドでデータを読み書きしている間に、予め次に選択されるヘッドを所定のシリンダに位置決めすることによりヘッド切り換えの時間を零とすることができる。
ゆえに、二つ以上のヘッドを同時に高速高精度に位置決めする制御技術の課題は、重要であり、解決されなければならない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、二つ以上の高応答小ストロークの微動アクチュエータと、低応答大ストロークの粗動アクチュエータとを協調させて高速高精度な位置決め動作を実現するディスク装置および位置決め制御方式を提供することである。
【０００９】
【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、ディスク全体にわたって動作可能なストロークをもつ粗動アクチュエータと、該粗動アクチュエータによって移動可能でストロークが小さく限られている第一の微動アクチュエータと第二の微動アクチュエータと、第一のディスク面上の第一のトラックに該第一の微動アクチュエータで駆動される第一のヘッドを位置決めすると同時に、第二のディスク面上の第二のトラックに該第二の微動アクチュエータで第二のヘッドを位置決めする手段を設けたものである。
【００１０】
また、本発明は、ディスク全体にわたって動作可能なストロークをもつ粗動アクチュエータと、該粗動アクチュエータによって移動可能でストロークが小さく限られている第一の微動アクチュエータと第二の微動アクチュエータと、第一のディスク面上の第一のトラックに該第一の微動アクチュエータで駆動される第一のヘッドを位置決めすると同時に、第二のディスク面上の第二のトラックに該第二の微動アクチュエータで第二のヘッドを位置決めし、該第一のヘッドの位置決め位置と該第二のヘッドの位置決め位置との中心位置に該粗動アクチュエータが追従動作を行う手段を設けたものである。
【００１１】
さらに、本発明は、ディスク全体にわたって動作可能なストロークをもつ粗動アクチュエータと、該粗動アクチュエータによって移動可能でストロークが小さく限られている第一の微動アクチュエータと第二の微動アクチュエータと、該第一の微動アクチュエータによって駆動される第一のヘッドと、該第二の微動アクチュエータによって駆動される第二のヘッドとを備えたことを特徴とするディスク装置において、前記第一の微動アクチュエータの変位量と前記第二の微動アクチュエータの変位量とを加算した加算変位量と、前記第一のヘッドの位置信号と第一の目標値とを比較した後の第一の誤差信号と、前記第二のヘッドの位置信号と第一の目標値とを比較した後の第二の誤差信号と、該加算位置信号と該第一の誤差信号と該第二の誤差信号とを加算し、それらを平均した信号を前記粗動アクチュエータのフィードバック補償器に印加する手段を設けたものである。
【００１２】
そして、本発明は、ディスク全体にわたって動作可能なストロークをもつ粗動アクチュエータと、該粗動アクチュエータによって移動可能でストロークが小さく限られている第一の微動アクチュエータと第二の微動アクチュエータと、該第一の微動アクチュエータによって駆動される第一のヘッドと、該第二の微動アクチュエータによって駆動される第二のヘッドとを備えたことを特徴とするディスク装置において、前記第一のヘッドは第一のディスク面上に対向し、前記第二のヘッドは第二のディスク面上に対向し、該第一のディスク面上に一定間隔毎に位置情報を予め記録しておき、該第二のディスク面上には該第一のディスク面上に記録した位置情報と位相をずらして予め記録する手段を設けたものである。
【００１３】
また、本発明は、ディスク全体にわたって動作可能なストロークをもつ粗動アクチュエータと、該粗動アクチュエータによって移動可能でストロークが小さく限られている第一の微動アクチュエータと第二の微動アクチュエータと、該第一の微動アクチュエータによって駆動される第一のヘッドと、該第二の微動アクチュエータによって駆動される第二のヘッドとを備えたことを特徴とするディスク装置において、前記第一のヘッドは第一のディスク面上に対向し、前記第二のヘッドは第二のディスク面上に対向し、前記第一のヘッドが該第一のディスク面上のトラックに追従制御している間に、前記第二のヘッドが該第二のディスク面上の目的のトラックに移動し、移動が完了したのちに、前記第一のヘッドから前記第二のヘッドにデータの読み書きを実施するヘッドを切換える手段を設けたものである。
以上の解決手段を３つ以上のヘッド、３つ以上の微動アクチュエータに対し実施することもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。
図１は、本発明に関わるディスク装置の一実施例を示すハードウエアの構成図である。磁気ディスク１２、１３は、スピンドルモータ１６により高速に一定回転し、トラックのセクタの先頭にはあらかじめ位置情報１４、１５が記録されている。
【００１５】
この磁気ディスク装置においては、同時に二つの磁気ヘッドＡ：１と磁気ヘッドＢ：２を用いて、対向するそれぞれのディスク１２、１３へのデータの読み書きができるように、それぞれ独立したヘッドアンプ２１、２２が存在する。磁気ヘッドＡ：１は、ばね３によって支えられ、ばね３は、ピエゾ素子５とピエゾ素子６によって駆動され、ピエゾ素子５、６はキャリッジ９に支持される。ピエゾ素子５が伸び、ピエゾ素子６が縮むと、ヘッドは微小移動する。逆に、ピエゾ素子６が伸び、ピエゾ素子５が縮むと、ヘッドは逆方向に微小移動する。同様に、磁気ヘッドＢ：２は、ばね４によって支えられ、ばね４は、ピエゾ素子７とピエゾ素子８によって駆動され、ピエゾ素子７、８はキャリッジ９に支持される。
【００１６】
キャリッジ９は一体となってボイスコイルモータ１１により駆動される。ボイスコイルモータ１１の移動にともない、キャリッジ９は、ピボット軸１０を中心にディスクの外周から内周方向あるいはその逆方向に移動する。なお、以下では、ピエゾ素子５、６を微動アクチュエータＡ、ピエゾ素子７、８を微動アクチュエータＢ、ボイスコイルモータ１１を粗動アクチュエータとして記述する。
【００１７】
ディスク１２には、時刻Ｔｓ毎に位置情報を予め記録させておく。ここでは、一例として二種類の位置情報１４と位置情報１５を記録させた。位置情報１４は、セクタの先頭を示すマーカ部、ＡＧＣ（オートマティック・ゲイン・コントロール）引き込み部、トラック番号、相対位置を検出するためのバースト信号を記録する。位置情報１５は、マーカ部およびバースト信号のみを記録しておく。すべてのセクタにＡＧＣやトラック番号を記録させないことで、データ領域の拡大を図ることができる。さらに、ディスク１３には、ディスク１２と同一の位置信号を位相を９０度ずらして記録しておく。これにより、位置情報を復調する位置信号復調回路２６と制御則を演算するマイクロプロセッサ３３の数を減らすことができる。マイクロプロセッサ内の演算のタイミングについては、図２で後に詳細に説明する。
【００１８】
位置情報は、位置信号復調回路２６により、ヘッド位置信号ＹＡを生成する。位置信号は、目標のオフセット量ＲＡと比較され、微動アクチュエータＡ用の制御器３１により、微動アクチュエータＡの操作量を演算する。微動アクチュエータは、高域の４０ｋＨｚ程度に機構共振を有する。微動用アクチュエータの制御器３１には、積分特性を持たせれば、微動アクチュエータＡを安定に動作可能である。同様にしてヘッド位置信号ＹＢが生成され、目標のオフセット量ＲＢと比較され、微動アクチュエータＢ用の制御器２９により、微動アクチュエータＢの操作量を演算する。微動用アクチュエータＢ用の制御器２９にも、積分特性をもたせれば、微動アクチュエータＢを安定に動作できる。微動非干渉制御器３２は、誤差ｅＡ、誤差ｅＢ、操作量ｕＡ、操作量ｕＢを入力として、粗動アクチュエータを駆動する操作量ｕＶ、微動アクチュエータＡの操作量の補正量、微動アクチュエータＢの操作量の補正量を出力する。
【００１９】
非干渉制御器３２の詳細については、図３にて説明するが、基本的には、２つの微動アクチュエータが互いに干渉することなく、かつ、粗動アクチュエータの動作が２つの微動アクチュエータの動作を考慮して最適な位置に保持されるように制御側の演算がなされる。２つの微動アクチュエータは、その移動範囲が限定されているため、（ここでは±１．１μｍとする）、２つの微動アクチュエータと粗動アクチュエータの位置関係によっては、微動アクチュエータの動作範囲外となってしまい、望ましい動作をさせることが困難となる。例えば、非干渉制御器３２は、微動アクチュエータＡによって駆動されるヘッドＡ：１と微動アクチュエータＢによって駆動されるヘッドＢ：２の中心位置に粗動アクチュエータを位置決めすることを実現する。
【００２０】
操作量ｕＡ、ｕＢ、ｕＶは、それぞれＤ／Ａ変換回路２８、２５、２７でディジタル量からアナログ量に変換され、アンプ２４、２０、２３に送出され、それぞれピエゾ素子５、６、ピエゾ素子７、８、ボイスコイルモータ１１が駆動される。ここで、微動アクチュエータＡ用アンプ２４は、ピエゾ素子５とピエゾ素子６とには互いに逆符号の電圧を印加する。微動アクチュエータＢ用アンプも同様に動作する。ブロック３３内は、ディジタル信号を意味し、一つのマイクロプロセッサ３３で演算実行する。
【００２１】
ただし、ここでは、一つのマイクロプロセッサで、２つのヘッドを同時に位置決め制御するハードウエアの構成例を示したが、もちろん２つのマイクロプロセッサで２つのヘッドを駆動する制御器の演算をパラレル演算することも容易に可能である。
【００２２】
図２は、図１に示す本発明のハードウエアの演算のタイミングを図式化したものである。ヘッドＡ：１で位置信号のマーカ部を読み取ると割り込みフラグ４０が発生する。この間隔は、サンプリングＴｓ毎に発生する。ヘッドＢ：２に対する位置信号の割り込みフラグ４１は、フラグ４０が発生した後、時刻Ｔｓ／２毎に発生する。
【００２３】
これは、図１に示す通り、位置情報をディスク１２とディスク１３とで、９０度位相をずらして記録しているためである。位置信号の割り込みフラグ４０、４１が発生すると、位置信号復調回路２６がＡ／Ｄ変換を開始し４２、４３、位置信号ＹＡと位置信号ＹＢを生成する。位置信号ＹＡに基づき、マイクロプロセッサ３３は、微動アクチュエータＡの操作量ｕＡと粗動アクチュエータの操作量ｕＶの演算を実行する４４。微動アクチュエータＡの操作量ｕＡが決定すると、微動アクチュエータ対応Ｄ／Ａ変換フラグが立ち４６、Ｄ／Ａ変換を開始し、アンプ２４に送出される。そして、粗動アクチュエータの操作量ｕＶが確定すると、粗動アクチュエータ対応Ｄ／Ａ変換フラグが立ち４８、Ｄ／Ａ変換を開始し、アンプ２３に送出される。
【００２４】
また、マイクロプロセッサ３３は、微動アクチュエータＢの操作量ｕＢの演算と粗動アクチュエータｕＶの演算を実行する４５が、それぞれが確定した時点で、微動アクチュエータＢ対応Ｄ／Ａ変換フラグ４７と粗動アクチュエータＤ／Ａ変換フラグ４９を立て、Ｄ／Ａ変換を開始する。ここでは、ディスク１２とディスク１３に記録した位置信号の位相を９０度ずらすとしているが、ずらしかたは、９０度に限定してはなく、任意の値にしてもよい。
【００２５】
マイクロプロセッサ３３は、２つの微動アクチュエータと一つの粗動アクチュエータの演算４４、４５を処理する必要がある。現在、粗動アクチュエータのみで位置決めを行い、サンプリング周波数Ｔｓが１００μｓのディスク装置においては、マイクロプロセッサを動作させるクロック周波数は３３ＭＨｚから５０ＭＨｚのものが使われている。制御系の帯域を２ｋＨｚ以上とするためには、サンプリング周波数Ｔｓを５０μｓ程度にしなければならない。
【００２６】
すなわち、マイクロプロセッサのクロック周波数は、倍の６６ＭＨｚから１００ＭＨｚ程度としなければならない。この装置に一つの微動アクチュエータと一つの粗動アクチュエータを動作させる従来技術のディスク装置では微動アクチュエータの制御の演算が加わるため、約１．５倍の１００ＭＨｚから１５０ＭＨｚのクロック周波数が必要となる。
【００２７】
さらに、本発明の２つの微動アクチュエータと一つの粗動アクチュエータを協調動作させるディスク装置では、さらに約１．５倍の１５０ＭＨｚから２２５ＭＨｚのクロック周波数が必要となる。マイクロプロセッサの演算能力は、１５０ＭＨｚ程度以上のクロック周波数を必要とするが、これは、１００ＭＨｚ程度のクロック周波数で可動するマイクロプロセッサを２つ使用して２つの微動アクチュエータを並列に動作させるよりも安価に装置を構成することができる。
【００２８】
図３は、図１に示す本発明の実施例のハードウエアの構成の一例をブロック線図に示したものである。ここで、ＰＡ６０は、Ｄ／Ａ変換回路２８から微動アクチュエータＡ：５、６を含みヘッドＡ：１の位置信号までの伝達関数を表わし、ＣＡ６１は、微動アクチュエータＡ用の制御器３１の伝達関数を表わす。同様にＰＢ６４は、Ｄ／Ａ変換回路２５から微動アクチュエータＢ：７、８を含みヘッドＢ：２の位置信号までの伝達関数を表わし、ＣＢ６５は、微動アクチュエータＢ用の制御器２９の伝達関数を表わす。一方、ＰＶ６２は、Ｄ／Ａ変換回路２７からボイスコイルモータ１１を含みキャリッジ９の特性までの伝達関数を表わし、ＣＶ６３は、粗動アクチュエータ用の制御器３０の伝達関数を表わす。
【００２９】
図１の非干渉制御器３２は、図３ではブロック６７で表わされる。この非干渉ブロック６７はいくつかの特徴がある。ここでは、２つのヘッドを同時に位置決めする構成について示すが、この考えは、３つ以上のヘッドを同時に位置決めする構成にも容易に拡張することができる。第一の特徴は、粗動アクチュエータの制御器６３に対するフィードバック信号ｅＶとして、ヘッドＡ：１の位置誤差信号ｅＡとヘッドＢ：２の位置誤差信号ｅＢの加算信号６８を施していること。第二の特徴は、微動アクチュエータＡの変位信号ｙＡと微動アクチュエータＢの変位信号ｙＢの加算信号６９をさらにフィードバック信号として制御器６３に施していること。第三の特徴は、それらの誤差信号ｅＶの平均をとっていることである。
【００３０】
実際のシステムでは、微動アクチュエータの変位ｙＡやｙＢを検出することは困難なため、ピエゾ素子の入出力関係がほぼ比例関係であることより、操作量ｕＡを用いて変位ｙＡを推定することとする。また、オブザーバ等の理論を用いても変位ｙＡを推定することは可能である。同様にして変位ｙＢも推定する。位置誤差ｅＡとｅＢを減少させるよう粗動アクチュエータは駆動する一方、応答しきれずに残された偏差をそれぞれの微動アクチュエータの制御器６１、６５で圧縮する。さらに、微動アクチュエータＡと微動アクチュエータＢの出力位置の中心に粗動アクチュエータを位置決めする。これにより、ストロークが狭く限られた微動アクチュエータの能力を最大限に生かすことができる。
【００３１】
以上の議論を数式を用いてより詳細に説明する。微動アクチュエータＡに関しては次式が成立する。
【数１】
同様に微動アクチュエータＢに関しては、次式が成立する。
【数２】
また、ヘッド位置信号は、以下である。
【数３】
さらに、粗動アクチュエータに関しては次式が成立し、これは（数３）、（数４）を用いて展開できる。
【数５】
（数５）の関係より、粗動アクチュエータの位置ｙＶの関係式は以下となる。
【数６】
このことは、粗動アクチュエータの位置ｙＶは、微動アクチュエータＡの目標位置ＲＡと微動アクチュエータＢの目標位置ＲＢの平均値の位置に位置決め可能なことを示している。上式の右辺第一項は、粗動アクチュエータと粗動アクチュエータ用制御器からなる閉ループ関数を示している。この閉ループ特性の帯域は約５００Ｈｚ程度に設定してある。
【００３７】
また、（数１）を（数３）に代入するとヘッドＡの位置信号
【数７】
【数８】
【００３８】
（数７）は、微動アクチュエータＡによって駆動されるヘッドＡの位置信号ＹＡと目標位置ＲＡおよび粗動アクチュエータの位置ｙＶとの間の関係式を表している。目標位置ＲＡからヘッド位置ＹＢまでの関係は、微動アクチュエータＡとその制御器からなる閉ループ系で定義され、さらに、粗動アクチュエータからヘッド位置ＹＢまでの関係は、微動アクチュエータＡとその制御機からなる感度関数で定義される。ここで、この閉ループ特性の帯域は２ｋＨｚ以上であり、感度関数は、２ｋＨｚ以下の周波数において圧縮能力を有することから、（数６）で定義される比較的低い周波数成分を有する粗動アクチュエータの動作に影響されることはなく、位置信号ＹＡの運動は目標位置ＲＡに支配される。同様な議論は、（数８）を用いて微動アクチュエータＢに対しても議論することができる。
【００３９】
よって、本発明によって、２つのヘッドを同時に目標位置に微動アクチュエータを用いて位置決めし、なおかつ、両者の位置の平均値に粗動アクチュエータを位置決めできることが分かった。
【００４０】
例えば３つのヘッドを同時に３つの微動アクチュエータを用いて位置決めする際には、加算点６８に３つめの位置誤差信号を加える。また、加算点６９に、３つめのヘッドの変位信号を加える。そして、ブロック６６で３分の１倍する。これにより、粗動アクチュエータの動作は、３つの微動アクチュエータの動作の平均値に位置決めすることができる。
【００４１】
さらに、ブロック６６では、現時点の平均をとっているが、位置信号などはノイズや振動等の影響を除去するため、移動平均したフィードバック信号ｅＶを用いてもよい。
【００４２】
図４は、本発明による応答波形の一例を示している。ディスク１２、１３が２００Ｈｚで一定回転しているとすると、５ｍｓ周期の同期的な振動が生じ、ヘッドＡ：１およびヘッドＢ：２はその信号に追従しなければならない。ここでは、周波数が２００Ｈｚで振幅が±１μの正弦波でディスク１２が振動し、同期してディスク１３が振動しているとする。また、微動アクチュエータのストロークは±１．１μｍ（ストロークで２．２μｍ）と仮定する。この場合、本発明によれば、ヘッドＡは２μｍを中心に正弦波状に位置決めを行い、ヘッドＢは−２μｍを中心に正弦波状に位置決めを行い、粗動アクチュエータの位置ｙＶは、ヘッドＡの位置信号ＹＡとヘッドＢの位置信号ＹＢの中間位置、すなわち、０μｍを中心に位置決めする。このため、ヘッドＡとヘッドＢのオフトラック量は、最大で約４μｍを許容することができる。
【００４３】
一方、図５は、図４の条件で図８（後に説明）に示す構成で微動アクチュエータＢと粗動アクチュエータを協調制御させ、微動アクチュエータＡは単独で動作させたときの応答波形である。この場合、粗動アクチュエータの動きは、微動アクチュエータＢの動きと同一となる。このとき、微動アクチュエータＡは最大で２μｍのオフトラック量を許容することができる。しかし、この量は、図４の半分であり、図８に示す制御技術では、微動アクチュエータの動作範囲をより狭くしてしまうことが分かる。
【００４４】
図６は、ディスクＡとディスクＢの振動周期が１８０度ずれていた場合の本発明による応答波形である。本発明によれば、粗動アクチュエータは動かなくて良く、微動アクチュエータＡと微動アクチュエータＢが各々ディスク振動に追従するように動作する。この場合、ヘッドＡとヘッドＢのオフトラック量は、最大で２μｍを許容することができる。
【００４５】
一方、図７は、図６の条件で本発明を用いずに、図８に示す構成で微動アクチュエータＢと粗動アクチュエータを協調制御させ、微動アクチュエータＡは単独で動作させたときの応答波形である。粗動アクチュエータの動きは、微動アクチュエータＢの動きと同一となる。このとき、微動アクチュエータＡのオフトラック許容量は０である。これ以上オフトラックさせて動作させると、動作が飽和してしまい、高精度な追従が不可能となってしまう。よって、図８に示す制御技術では、微動アクチュエータの動作範囲をより狭くしてしまうことが分かる。
【００４６】
なお、図８の構成によっても２つのヘッドを同時に動作制御させることが可能であり、本発明の別の形態の一実施例である。この構成は、微動アクチュエータＢと粗動アクチュエータは協調制御８０を実施して、常に微動アクチュエータＢの位置信号ＹＢは粗動アクチュエータの出力ｙＶに追従するように動作する。しかし、微動アクチュエータＡの位置は粗動アクチュエータの動きとは無関係に目標のトラック中心に位置決めするため、ストロークが限られた微動アクチュエータの動作は飽和していまい、高精度な位置決めが困難となる。
【００４７】
図９は、図３に示す本発明の構成で微動アクチュエータＡと微動アクチュエータＢと粗動アクチュエータを動作させたときのヘッド切り換え動作の応答波形の一例である。ヘッドＡは目的のトラックに追従制御をして、データ９２を上位コントローラに送出している。この時ヘッドＢは、何らかの動作をしているものとする。上位からヘッドＢに対して、目的のトラックへの移動命令９０がくると、ヘッドＢは移動を開始する。目的のトラックに到達すると、電気的にヘッドＡからヘッドＢにヘッドを切換える。そして、ヘッドＢはデータ９３を上位コントローラに送出する。これにより、連続したデータの読み出しが可能となる。従来は、２つ以上のヘッドを同時に動作させることができなかったため、目的のヘッドに対し移動命令を発生してから、目的のヘッドが目的のトラックに整定するまでの時間は、データの送出をストップするしか方法はなかった。なお、粗動アクチュエータ位置は本発明によりヘッドＡとヘッドＢのほぼ中心を移動することとなる。
【００４８】
なお、上述した実施例では、磁気ディスク装置を取り上げたが、本発明は、他の記憶媒体、例えば、光ディスクやＤＶＤ−ＲＡＭを用いる場合にも同様に実現が可能である。
【００４９】
また、上述した実施例では、いくつかの数値を具体化して説明したが、本発明は、数値による制限は受けない。
【００５０】
【発明の効果】
本発明では、二つ以上の高応答小ストロークの微動アクチュエータと、低応答大ストロークの粗動アクチュエータとを協調させて高速高精度な位置決め動作を実現するディスク装置および位置決め制御方式を提供した。本発明によると、ストロークが限られた複数の微動アクチュエータを同時に位置決め制御することが可能となり、データの転送速度の高速化や、ヘッドＡの稼働中にヘッドＢを予め位置決めすることにより、ヘッド切り換え時の高速化に特に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のディスク装置のハードウエアの構成図。
【図２】本発明の動作タイミングを示す図。
【図３】本発明の一構成を示す図。
【図４】本発明の制御技術による応答波形。
【図５】従来技術の組み合わせによる応答波形。
【図６】本発明の制御技術による応答波形。
【図７】従来技術の組み合わせによる応答波形。
【図８】本発明の別の構成を示す図。
【図９】本発明の制御技術によるヘッド切り換え時の応答波形。
【符号の説明】
１ ヘッドＡ
２ ヘッドＢ
５，６，７，８ ピエゾ素子
１１ ボイスコイルモータ
１２，１３ ディスク
１４，１５ 位置情報
２９ 微動アクチュエータＢ用制御器
３０ 粗動アクチュエータ用制御器
３１ 微動アクチュエータＡ用制御器
３２ 非干渉制御器
３３ マイクロプロセッサ
６０ 微動アクチュエータＡ
６１ 微動アクチュエータＡ用制御器
６２ 粗動アクチュエータ
６３ 粗動アクチュエータ用制御器
６４ 微動アクチュエータＢ
６５ 微動アクチュエータＢ用制御器
６７ 非干渉制御器
８０ 非干渉制御器
Claims (1)
- ディスク全体にわたって動作可能なストロークをもつ粗動アクチュエータと、該粗動アクチュエータによって移動可能でストロークが小さく限られている第一の微動アクチュエータと第二の微動アクチュエータと、該第一の微動アクチュエータによって駆動される第一のヘッドと、該第二の微動アクチュエータによって駆動される第二のヘッドとを備えたディスク装置において、
第一のディスク面上の第一のトラックに該第一のヘッドを位置決めする第一の微動用制御手段と、第二のディスク面上の第二のトラックに該第二のヘッドを位置決めする第二の微動用制御手段と、前記第一の微動アクチュエータの変位量と前記第二の微動アクチュエータの変位量とを加算した微動アクチュエータ加算変位量と、前記第一のヘッドの位置信号と第一の目標値とを比較した後の第一の誤差信号と、前記第二のヘッドの位置信号と第二の目標値とを比較した後の第二の誤差信号と、該微動アクチュエータ加算変位量と該第一の誤差信号と該第二の誤差信号とを加算し、該加算した信号を１／２倍した信号を前記粗動アクチュエータ制御器に印加する手段を備えたことを特徴とするディスク装置。
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