JP3688522B2

JP3688522B2 - 磁気ディスク装置の制御方法

Info

Publication number: JP3688522B2
Application number: JP21712299A
Authority: JP
Inventors: 毅荒井; 俊之菊田; 義勝藤井; 新治松下; 孝雄堀口
Original assignee: 株式会社日立グローバルストレージテクノロジーズ
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: JP2001043645A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置およびその制御技術に関し、特に、ロード・アンロード方式の磁気ディスク装置等に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘッドのロード・アンロード制御では、ヘッドが円板上から離れた状態でランプ上を移動するため、通常のサーボ制御のように、ヘッドにより円板上のサーボ情報を検出、制御することができない。このため、ＶＣＭに発生する逆起電力を検出、制御することを行う。ＶＣＭに発生する逆起電力を検出、測定、利用する方法に関しては、特許第２６２２００３号公報等に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、ロード・アンロード時のヘッドの移動速度を検出するため、ＶＣＭの逆起電力を利用する。ＶＣＭの逆起電力は、速度に比例した電圧が発生するため、速度制御に利用することは可能である。しかし、電圧検出するには、電圧を検出するためのブリッジ回路と検出値をマイコンに取り込むためにＡＤ変換する必要がある。このためＡＤ変換器のゼロ点を校正する必要がある。
【０００４】
また、速度制御は速度フィードバック制御で行うが、ランプの摩擦係数等が大きく変化するところでは、一時的に制御系の追従特性より追従誤差が大きくなり、その結果、速度誤差が大きくなるという技術的課題がある。特に、ランプから円板にヘッドを移動させる部分では、速度による影響が大きく、異常な速度で移動させると、ヘッドが円盤に衝突してヘッド、円板にダメージを与える等の現象を引き起こす懸念がある。
【０００５】
本発明の目的は、必要以上にサーボ帯域を大きくすることなく、ボイスコイルモータの逆起電圧値を制御対象とするロード・アンロード時における外力等に起因する速度制御の誤差を低減することが可能な磁気ディスク装置およびその制御技術を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、ロード・アンロードにおける摩擦係数の変化するところでの速度誤差を低減し、常に速度を一定に保つことが可能な磁気ディスク装置およびその制御技術を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、ロード・アンロード方式の磁気ディスク装置において、ロード時のヘッドと記録媒体との衝突を防止して、動作の信頼性を向上させることが可能な技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ボイスコイルモータを含むアクチュエータにて、円板状の記録媒体に対するデータの読み書きを行うヘッドの記録媒体に対する位置決め動作と、記録媒体上からヘッドを退避させるアンロード動作および記録媒体上にヘッドを移行させるロード動作からなるロード・アンロードとが行われる磁気ディスク装置において、ロード・アンロードにおいてアクチュエータに作用する外力を計測して記録する第１の手段と、ボイスコイルモータに生じる逆起電圧値を制御対象とするロード・アンロード中におけるボイスコイルモータの速度制御中に、第１の手段に記録された外力に相当した操作量をボイスコイルモータの制御電流に加算する第２の手段と、を含む構成としたものである。
【０００９】
また、本発明は、ボイスコイルモータを含むアクチュエータを用いて、円板状の記録媒体に対するデータの読み書きを行うヘッドの記録媒体に対する位置決め動作と、記録媒体上からヘッドを退避させるアンロード動作および記録媒体上にヘッドを移行させるロード動作からなるロード・アンロードとを行う磁気ディスク装置の制御方法において、ロード・アンロードにおいてアクチュエータに作用する外力を計測して記録する第１の工程と、ボイスコイルモータに生じる逆起電圧値を制御対象とするロード・アンロード中におけるボイスコイルモータの速度制御中に、第１の手段に記録された外力に相当した操作量をボイスコイルモータの制御電流に加算する第２の工程と、を含むようにしたものである。
【００１０】
本発明によれば、ロード・アンロード時の速度誤差が小さい磁気ディスク装置を実現できる。また、本発明によれば、ロード・アンロード時の速度誤差を低減できるため、ロード・アンロード動作の安定化でき、ロード・アンロード方式の磁気ディスク装置の動作の信頼性が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
なお、以下では本発明に支障のない数値を用いて説明するが、本発明は以下に記載した数値に限定されるものではない。
【００１３】
図１は、本発明の磁気ディスク装置の制御方法を実施する磁気ディスク装置の作用の一例示すフローチャートであり、図２は、本発明の磁気ディスク装置の制御方法を実施する磁気ディスク装置の作用の一例を示す説明図、図３は、本発明の磁気ディスク装置の制御方法を実施する磁気ディスク装置の作用の一例を、従来技術と比較して説明する線図、図４は、本発明の磁気ディスク装置の制御方法を実施する磁気ディスク装置の作用の一例を示す説明図、図５は、本発明の磁気ディスク装置の制御方法を実施する磁気ディスク装置の制御系の構成の一例を示すブロック図、図６は、本発明の磁気ディスク装置の制御方法を実施する磁気ディスク装置の一部破断平面図、図７は、本発明の磁気ディスク装置の制御方法を実施する磁気ディスク装置の一部破断断面図、である。
【００１４】
まず、図６及び図７を用いて、磁気ディスク装置の構成を説明する。磁気ディスク装置は、密閉容器４０（図６）、磁気媒体であるディスク４１、ディスク４１を支持し、かつ、回転させるスピンドルモータ４２、ディスク４１からの情報を読み出す磁気ヘッド及びサスペンションアームを持つヘッドアッセンブリ４３及びヘッドアッセンブリ４３を支持し、かつ、ディスク４１上を揺動させるピボットシャフト４４を含むスイングアーム、スイングアームを駆動するボイスコイルモータ４５、それに、ディスク４１への書き込み及びディスク４１からの読み出しを磁気ヘッドにさせる図示しない回路やスピンドルモータ４２及びボイスコイルモータ４５の作動を制御するコントローラに電気的接続を行う印刷配線板４６を具備している。
【００１５】
ディスク４１、スピンドルモータ４２、ヘッドアッセンブリ４３、印刷配線板４６の一部及びボイスコイルモータ４５は密閉容器４０の内部にあり、密閉容器４０によって密閉されている。スピンドルモータ４２は、外周にディスク４１を固定するハブと、ハブの内部に回転子及び固定子を配置したインハブタイプのモーターであって、密閉容器４０を構成するベース部材に設置されている。
【００１６】
ディスク４１は、磁気ディスク装置のデータ格納容量を決める重要部品である。通常は、容量に応じて、例えば、１枚から数枚で構成される。本実施の形態では、ディスク４１は、ディスクスペーサ４８ａ（図７）と、交互にスピンドルモータ４２のハブに挿入されている。ディスククランプ４８ｂは、ディスクの積層体をスピンドルモータ４２の軸方向に押さえることによって、ディスク４１をスピンドルモータ４２に固定している。スイングアームは、ディスク４１の枚数に応じて数本有り、各々が磁気ヘッドを搭載しているスライダ４９、サスペンションアーム５０から構成される。スイングアームは、ピボットシャフト４４により回転自在に密閉容器４０を構成するベース部材に固定されている。
【００１７】
磁気ヘッドは、書き込みのための薄膜ヘッドと読み取りのための磁気抵抗型ヘッドとを一体化したデュアルヘッドが搭載されており、スライダ４９の各々に取付けられている。この他にも磁気ヘッドには、インダクティブヘッド、薄膜ヘッド、ＭＩＧヘッドなどが適用可能である。上述のように、本実施の形態の磁気ディスク装置は、スイングアームをピボットシャフト４４を軸としてボイスコイルモータ４５にて揺動駆動するロータリーアクチュエータを採用している。
【００１８】
本実施の形態の磁気ディスク装置は、ロード・アンロード方式を採用しており、図６に例示されるように、ディスク４１の外側にランプ６０が設けられているとともに、ヘッドアッセンブリ４３の先端部には、ランプ６０を摺動するタブ４３ａが設けられている。
【００１９】
すなわち、図６において、ボイスコイルモータ４５にて、サスペンションアーム５０（ヘッドアッセンブリ４３）を、時計回りに回動させ、タブ４３ａをランプ６０に沿って摺動させることで、ヘッドアッセンブリ４３はディスク４１の記録面上から離間しつつ外側に退避されるアンロード動作が行われ、逆に、サスペンションアーム５０（ヘッドアッセンブリ４３）を、反時計回りに回動させ、タブ４３ａをランプ６０に沿って摺動させることで、ヘッドアッセンブリ４３は、ランプ６０からディスク４１の記録面上に徐々に降下して移行するロード動作が行われる。
【００２０】
なお、図２（ａ）に例示されるように、ランプ６０の摺動面は、アンロード動作の終端位置であるＨｏｍｅからディスク４１に接近する方向に平坦部６０ａ、傾斜面６０ｂ、平坦部６０ｃ、傾斜面６０ｄ、で構成されている。
【００２１】
ヘッドアッセンブリ４３のタブ４３ａがランプ６０上を移動するときは、ランプ６０との間に摩擦力が働く。摩擦力は、ランプ６０の形状や接触面の状態により変化する。図２の外力変化点Ａ１と外力変化点Ａ２と外力変化点Ａ３と外力変化点Ａ４の部分でランプ６０の傾斜角度の変化によりヘッドアッセンブリ４３に加わる摩擦力や重力が図２（ｃ）のごとく変化する。このヘッドアッセンブリ４３に加わる摩擦力や重力を総称して外力を呼ぶことにする。
【００２２】
速度制御系は、図２（ｃ）のように外力が変化しても図２（ｂ）のように、速度ほぼ一定の制御する必要があるが、検出速度をフィードバックして制御するため、外力の大きな変化が発生すると、この部分では一時的に速度誤差が大きくなる。この速度誤差は、時間とともに減少しゼロとなる。この速度変化は、ヘッドアッセンブリ４３がランプ６０上にあるときは、ランプ６０の磨耗等の原因となり、ヘッドアッセンブリ４３がランプ６０からディスク４１に移動するときは、ヘッドアッセンブリ４３の移行速度が過大になるなどして、ヘッドやディスク４１へのダメージを引き起こす原因になる。
【００２３】
このため、本実施の形態では、この速度誤差を低減するため、後述のように、この外力値をあらかじめ測定しておき、この力をキャンセルするように補償値を出力、制御することで、この外力による影響を抑える。
【００２４】
ヘッドアッセンブリ４３は一定速度で移動するため、外力変化点Ａ１からＡ４を通過する時間はほぼ一定である。そのため、ロード時の場合、Ｈｏｍｅポジションからヘッドアッセンブリ４３の移動を開始してから、時間を監視しながら、外力をキャンセルするように補償値を出力する。アンロードの場合は、逆のシーケンスを行う。この補償値は、最初は設計値を使用するが、以降のロードアンロードごとにこの外力値を計測し、補償値を更新、変更する。
【００２５】
本実施の形態では、外力推定器を用い各ロードアンロード時の外力値を計測し、その値を記憶する。記憶した値は、次回のロードアンロード時に使用する。このため、一番、最初のロードアンロード動作は、設計値を用いることになる。
【００２６】
ロードアンロードの速度制御器は、図４のように、ロード・アンロード動作開始時刻から時刻（周期）Ｔ毎に出力する補償値テーブルのエントリをそれぞれ１つづつ持つ。動作が開始すると、周期Ｔ毎にテーブルから補償値を読み出し、その値を出力する。この結果、外力変化に相当する量は、フィードフォワード的に出力されるため、この量による速度変化をキャンセルできる。
【００２７】
図５にて、上述のような制御動作を実現するための本実施の形態におけるロード・アンロード時の速度制御系の構成例を説明する。
【００２８】
本実施の形態のロード・アンロード時の速度制御系は、速度制御器７０、パワーアンプ９１、ボイスコイルモータ４５等を含むアクチュエータ、ボイスコイルモータ４５の動作時の逆起電圧を検出する逆起電圧測定器９２、逆起電圧を速度を示す電圧値に変換する逆起電圧／速度変換器９３、等で構成されている。
【００２９】
速度制御器７０は、目標速度設定器７１、加算器７８、位相補償器７２、加算器７３、Ｄ／Ａ変換器７４、外力推定器７５、加算器７６、Ａ／Ｄ変換器７７、シーケンサ８１、補償値テーブル８０、等で構成されている。この速度制御器７０は、たとえば汎用あるいは専用のマイクロコンピュータで実現することができる。
【００３０】
ロード・アンロード時のボイスコイルモータ４５の速度は、逆起電圧測定器９２および逆起電圧／速度変換器９３を介してＡ／Ｄ変換器７７にてディジタル値として検出され、加算器７８において、目標速度設定器７１から出力される値と加算され、位相補償器７２、Ｄ／Ａ変換器７４を経てアナログ電流としてパワーアンプ９１に印加され、この制御ループにてボイスコイルモータ４５の速度制御が行われる。
【００３１】
本実施の形態の場合、位相補償器７２の出力は、外力推定器７５にも入力される。外力推定器７５は、内部に、ボイスコイルモータ４５を含むアクチュエータ系の動作モデルを計算論理として備えており、この動作モデルに対して位相補償器７２の出力をモデル入力７５ａとして与えた時に予想される予想速度７５ｂと、Ａ／Ｄ変換器７７を介して測定された実際のボイスコイルモータ４５を含むアクチュエータ系の速度との誤差を加算器７６にて検出し、外力測定値７５ｃとして検出する。そして、こうして測定された外力を当該外力のキャンセルに必要な補償制御電流値７５ｄに変換して、補償値テーブル８０に書き込む、という動作を、所定の周期Ｔにてロード・アンロード中に反復する。なお、外力推定器７５の上述のような動作は、外部から入力されるスイッチ入力７５ｅにてＯＮ／ＯＦＦが可能である。
【００３２】
そして、補償値テーブル８０に格納された補償制御電流値７５ｄは、次のロード・アンロード実行時に、シーケンサ８１が与えるタイミングにて、測定時と同期したタイミングにて、加算器７３を介して上述の速度制御ループにフィードフォワード的に印加され、摩擦等の経時的に変動する外力等に起因するロード・アンロード時のボイスコイルモータ４５（ヘッドアッセンブリ４３）の速度変動を防止して、安定な速度制御を実現する。
【００３３】
上述のような制御動作の一例を図１のフローチャートに例示する。すなわち、ロード／アンロード命令を受けたら（ステップ１０１）、最初のロード／アンロードか判別し（ステップ１０２）、最初の場合には、たとえばマイクロプログラム内に定数として埋め込まれた設計値の補償制御電流値にて、補償値テーブル８０を初期化した後（ステップ１０３）、当該補償値テーブル８０の補償制御電流値を読み出して速度制御ループの加算器７３にフィードフォワード的に出力して速度制御を行うとともに、外力推定器７５にて現在の外力を測定して補償値テーブル８０を更新する（ステップ１０４）。
【００３４】
以降は、シーケンサ８１にて、所定のサンプリングおよびフィードフォワード制御のタイミングの周期Ｔ毎に（ステップ１０５）、補償値テーブル８０の次のエントリの補償制御電流値を速度制御ループの加算器７３に出力する操作および当該エントリを現在の外力の測定値に基づいて更新する操作を（ステップ１０６）、補償値テーブル８０の最後のエントリまで反復し（ステップ１０７）、ロード・アンロード動作を終了する。
【００３５】
図３に、本実施の形態のような外力補償を行う場合の制御電流の波形（ｂ）を、従来技術のように外力補償を行わない場合の制御電流の波形（ａ）と比較対照して示す。
【００３６】
図３（ａ）の従来技術の場合には、外力が変動した場合、外力変化点Ａ１からＡ４の間で、外力による速度変動を補償しようとして制御電流が変化し（制御電流の波形は平坦ではなくなり）、この変化によって、ロード・アンロード中のヘッドアッセンブリ４３の速度は一定ではなくなり、ランプ６０の磨耗や、ロード時のヘッドとディスク４１との衝突等による損傷の懸念がある。
【００３７】
この対策としては、ボイスコイルモータの逆起電圧を利用した速度制御ループのサーボ帯域を大きくすることが考えられるが、コスト高となり量産品の適用等には実際上困難である。
【００３８】
これに対して、図３（ｂ）の本実施の形態の場合には、外力が変化しても、予め当該外力に対応した補償制御電流値７５ｄが速度制御ループにフィードフォワード的に印加されるので、外力変化点Ａ１からＡ４の間で制御電流は変化せずほぼ平坦となり、ランプ６０の磨耗や、ロード時のヘッドとディスク４１との衝突等による損傷の原因となる速度変動は抑制される。すなわち、必要以上にロード・アンロードにおける速度制御ループのサーボ帯域を大きくすることなく、安定な速度制御を実現できる。
【００３９】
上述した本発明の実施の形態によれば、ロードアンロード動作中の外力の変化によるヘッドアッセンブリ４３の速度誤差を従来技術の２００％から１０％以下に抑えることができる、という優れた効果が得られる。
【００４０】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の磁気ディスク装置によれば、必要以上にサーボ帯域を大きくすることなく、ボイスコイルモータの逆起電圧値を制御対象とするロード・アンロード時における外力等に起因する速度制御の誤差を低減することができる、という効果が得られる。
【００４２】
また、本発明の磁気ディスク装置によれば、ロード・アンロードにおける摩擦係数の変化するところでの速度誤差を低減し、常に速度を一定に保つことができる、という効果が得られる。
【００４３】
また、本発明の磁気ディスク装置によれば、ロード・アンロード方式の磁気ディスク装置において、ロード時のヘッドと記録媒体との衝突を防止して、動作の信頼性を向上させることができる、という効果が得られる。
【００４４】
本発明の磁気ディスク装置の制御方法によれば、ボイスコイルモータの逆起電圧値を制御対象とするロード・アンロード時における外力等に起因する速度制御の誤差を低減することができる、という効果が得られる。
【００４５】
また、本発明の磁気ディスク装置の制御方法によれば、ロード・アンロードにおける摩擦係数の変化するところでの速度誤差を低減し、常に速度を一定に保つことができる、という効果が得られる。
【００４６】
また、本発明の磁気ディスク装置の制御方法によれば、ロード・アンロード方式の磁気ディスク装置において、ロード時のヘッドと記録媒体との衝突を防止して、動作の信頼性を向上させることができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気ディスク装置の制御方法を実施する磁気ディスク装置の作用の一例示すフローチャートである。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の磁気ディスク装置の制御方法を実施する磁気ディスク装置の作用の一例を示す説明図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、本発明の磁気ディスク装置の制御方法を実施する磁気ディスク装置の作用の一例を、従来技術と比較して説明する線図である。
【図４】本発明の磁気ディスク装置の制御方法を実施する磁気ディスク装置の作用の一例を示す説明図である。
【図５】本発明の磁気ディスク装置の制御方法を実施する磁気ディスク装置の制御系の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】本発明の磁気ディスク装置の制御方法を実施する磁気ディスク装置の一部破断平面図である。
【図７】図６の本発明の磁気ディスク装置の制御方法を実施する磁気ディスク装置の線Ａ−Ａにおける一部破断断面図である。
【符号の説明】
４０…密閉容器、４１…ディスク、４２…スピンドルモータ、４３…ヘッドアッセンブリ、４３ａ…タブ、４４…ピボットシャフト、４５…ボイスコイルモータ、４６…印刷配線板、４８ａ…ディスクスペーサ、４８ｂ…ディスククランプ、４９…スライダ、５０…サスペンションアーム、６０…ランプ、６０ａ…平坦部、６０ｂ…傾斜面、６０ｃ…平坦部、６０ｄ…傾斜面、７０…速度制御器、７１…目標速度設定器、７２…位相補償器、７３…加算器（第２の手段）、７４…Ｄ／Ａ変換器、７５…外力推定器（第１の手段）、７５ａ…モデル入力、７５ｂ…予想速度、７５ｃ…外力測定値、７５ｄ…補償制御電流値、７５ｅ…スイッチ入力、７６…加算器、７７…Ａ／Ｄ変換器、７８…加算器、８０…補償値テーブル（第１の手段）、８１…シーケンサ、９１…パワーアンプ、９２…逆起電圧測定器、９３…逆起電圧／速度変換器、Ａ１〜Ａ４…外力変化点。

Claims

ボイスコイルモータを含むアクチュエータを用いて、円板状の記録媒体に対するデータの読み書きを行うヘッドの前記記録媒体に対する位置決め動作と、前記記録媒体上から前記ヘッドを退避させるアンロード動作および前記記録媒体上に前記ヘッドを移行させるロード動作からなるロード・アンロードとを行う磁気ディスク装置の制御方法であって、
前記ロード・アンロードにおいて前記アクチュエータに作用する外力を計測し、前記外力を時間の関数として記録する第１の工程と、
前記ボイスコイルモータに生じる逆起電圧値を制御対象とする前記ロード・アンロード中における前記ボイスコイルモータの速度制御中に、前記第１の工程にて記録された前記外力に相当した操作量を前記ボイスコイルモータの制御電流に加算する第２の工程と、を含み、
前記第１の工程では、前記ロード動作および前記アンロード動作の少なくとも一方において所定の周期で時系列に前記外力を計測し、前記第２の工程では、前記第１の工程における前記外力の計測タイミングに同期して対応する前記外力に相当する前記操作量の前記制御電流に対する加算を行うことを特徴とする磁気ディスク装置の制御方法。