JP3810616B2 - 磁気ディスク装置のロード・アンロード装置 - Google Patents

磁気ディスク装置のロード・アンロード装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置のロード・アンロード装置に関し、特に、情報の記録再生を行うためのヘッドを記録媒体上へロードする、あるいは記録媒体上からヘッドをアンロードするロード・アンロード機構を有する磁気ディスク装置のロード・アンロード装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
磁気ディスク装置では、一般にCSS(コンタクトスタートストップ)方式が使われてきた。CSS方式では、記録媒体であるディスクが回転していないとき、すなわち非動作時は磁気ヘッドがディスク表面の退避領域に着地しており、ディスクが回転するとディスク回転に生じる空気流によって磁気ヘッドが浮上して情報の読み出し書き込みを行う。しかし、最近では非動作時の耐衝撃性の向上や、ディスク表面を滑らかにして磁気ヘッドの浮上量を小さくすることで高記録密度化を図ることを目的に、ヘッドのロード・アンロード方式を採用する磁気ディスク装置が開発されている。ロード・アンロード方式では、ディスク停止時は磁気ヘッドをディスク外の領域に退避させ、ディスクが回転するとディスク表面上に磁気ヘッドを退避位置から移動させて情報の読み出し書き込みを行う。退避させる動作がアンロードで、ディスク表面上への移動がロードである。ロード・アンロード方式で重要なことは、ロード・アンロード時の磁気ヘッドの速度である。速度が適切でないとロードあるいはアンロードの際に磁気ヘッドとディスクが接触し、磁気ヘッドがディスク表面を傷つけてしまい装置信頼性が低下する。アンロードの方法としては、磁気ヘッドを移動するためのモータ(ボイスコイルモータ:VCM)に一定電流を流す方法や、特開平11−25626号公報で報告されているVCMの逆起電圧を検出して速度制御を行う方法等がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
VCMに一定電流を流してアンロードする方法は、オープンループ制御のためにFPC(フレキシブルプリント基板)による外力やロード・アンロード機構部の摩擦の影響で、速度に変動が生じやすくアンロードの際に磁気ヘッドとディスクが接触する可能性がある。
特開平11−25626号公報で報告されているVCMの逆起電圧を検出して速度制御を行う方法は、アンロードを行う前にVCMにバイアス電流を流してディスク内周側のストッパーを押しつける動作を実施する。高記録密度化のために低浮上量化すると、ディスク内周側に押しつけた際、磁気ヘッドはデータ領域外に位置することになり、こちらも磁気ヘッドとディスクが接触する可能性がある。
【0004】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、低浮上量化しても磁気ヘッドとディスクが接触することなく、かつ逆起電圧を利用して速度制御によるアンロードが可能となる、磁気ディスク装置のロード・アンロード装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項1記載の発明は、記録媒体に対してデータの書き込み・読み出しを行うヘッドと、ヘッドを駆動するアクチュエータ機構と、アクチュエータ機構によってヘッドを記録媒体上にロードし、または記録媒体上からアンロードするロード・アンロード機構を有した磁気ディスク装置であって、アクチュエータ機構のモータに電流を供給する電流供給手段と、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、記録媒体に記録されたサーボ情報からヘッドの位置情報を検出する位置検出手段と、ヘッドの移動速度を推定する速度推定手段と、シーク時にヘッドの目標速度を発生する目標速度発生手段と、ヘッド速度を目標速度に追従させる速度制御手段と、モータに生じる逆起電圧を検出する逆起電圧検出手段と、逆起電圧検出手段の検出出力に含まれるモータの抵抗変動分によって生じる誤差をシーク中のモータの電流値とヘッドの推定速度と逆起電圧検出手段の検出出力によって補正する補正手段を有することを特徴とする。請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、目標速度発生手段はシーク加速時、単調増加の目標速度を生成することを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、シーク加速時にモータに一定電流を流すための一定電流指令値発生手段を設けたことを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態によるロード・アンロード装置を適用した磁気ディスク装置の全体構成を示すブロック図である。図1に示すようにこの磁気ディスク装置は、データを記録するための媒体であるディスク1と、ディスク1へのデータの書き込み及びディスク1からのデータの読み出しを行う磁気ヘッド2と、ディスク1を高速回転させるためのスピンドルモータ3と、磁気ヘッド2を取り付けたキャリッジ6と、キャリッジ6を駆動するボイスコイルモータ(VCM)4と、磁気ヘッド2を退避させておくロード・アンロード機構5と、磁気ヘッド2の制御とロード、アンロードに先立ってVCM4のコイル抵抗の測定を行うCPU18と、VCM4の電流を検出するための電流センスアンプ11及びA/D(アナログ/ディジタル変換器)14と、VCM4の駆動電圧を検出するための差動アンプ12及びA/D変換器15と、ディスク1の記録されたサーボ情報を復調し位置情報50を生成する復調器10と、CPU18から出力される制御出力54をアナログ信号に変換するD/A(ディジタル/アナログ変換器)16と、VCM4に制御出力54に比例した電流を供給するパワーアンプ13から構成される。
【0007】
磁気ディスク装置の動作中ディスク1はスピンドルモータ3によって回転され、非動作時は回転が停止する。ディスク1には同心円上に複数のトラックが形成され、各トラックには位置決め制御に用いるサーボ領域が等間隔に複数配置されている。サーボ領域間はデータ記録用のデータ領域で、サーボ領域は、磁気ヘッド2から読み出される信号振幅を一定に保つためのAGC(オートゲインコントロール)領域と、トラック番号を示すトラック信号領域、トラック内での位置誤差を信号振幅で表すバースト信号領域で構成されている。サーボ領域から次のサーボ領域までの周期がサンプリング周期で、CPU18はこのサンプリング周期ごとに処理を実行する。
【0008】
磁気ヘッド2は、キャリッジ6に取り付けられていて、キャリッジ6が旋回軸7を中心に回転することでディスク1の面上を半径方向に移動する。キャリッジ6を回転させるためのモータがボイスコイルモータ(VCM)4で、このVCM4とキャリッジ6のアクチュエータ機構によって、磁気ヘッド2はディスクの面上を移動(シークとフォロー)し、または退避位置へ移動する事ができる。キャリッジ6先端部のタブ8がディスク1に近接されて設置されたロード・アンロード機構5の傾斜部を上ることで、磁気ヘッド2がディスク1から持ち上げられて退避位置へのアンロードが行われる。退避位置からのロードは、逆に傾斜部を下りてきてディスク1の面上に磁気ヘッド2が移動する。退避位置は図示していないストッパーによって決定される。
【0009】
復調器10は、サーボ信号を増幅した後、サーボ信号の最初にあるAGC領域において信号振幅を一定にして、その後に続くトラック信号からトラック番号を、バースト信号から位置誤差情報を復調し、ディジタル処理してディジタル値に変換したトラック番号及び位置誤差情報からなる位置情報50を生成する。磁気ヘッド2からの信号は図示していないFPC(フレキシブルプリント基板)によって復調器10に送られる。
電流センスアンプ11は、VCM4に流れている電流をアナログ信号として取り出すアンプで、この電流信号はA/D変換器14によってディジタル値に変換され、VCM電流値51としてCPU18に出力される。
差動アンプ12はVCM4の両端電圧をアナログ信号として取り出すアンプで、この両端電圧信号もA/D変換器15によってディジタル値に変換され、VCM電圧値52としてCPU18に出力される。
【0010】
電流センスアンプ11及び差動アンプ12の詳細回路図を図2に示す。電流センスアンプ11は抵抗R1〜R4と演算増幅器30から構成される差動増幅器であり、VCM4に直列に挿入された電流検出抵抗Rsの両端電圧を取り出すことで、VCM4に流れている電流を検出する。差動アンプ12は抵抗R5〜R8と演算増幅器31から構成される差動増幅器であり、VCM4の両端電圧を検出する。そして、VCM電圧値52は以下のように表すことができる。
VCM電圧値52=VCM電流値51(Ivcm)×(Rvcm+ΔRvcm)+逆起電圧Vbemf
VCM4のコイル抵抗は温度によって大きく変化するし、また個体差バラツキもある。その変動分がΔRvcmである。ΔRvcmが分かっていないと正確な逆起電圧の検出ができない。
CPU18は、磁気ヘッド2の制御として、シーク制御、フォロー制御、ロード制御、アンロード制御を行う。また、ロード及びアンロードの速度制御に先立ってはVCM4のコイル抵抗変動分ΔRvcmを測定する。CPU18は、速度推定器22と、位置制御器23と、速度制御器24と目標速度発生器25と補正器20と逆起電圧検出器21とスイッチ26、27から構成され、磁気ヘッド2のそれぞれの制御のために制御出力54を出力する。
【0011】
速度推定器22はアクチュエータモデルを用いた速度推定オブサーバであり、位置情報50とVCM電流値51から磁気ヘッド2の移動速度を推定し、その推定結果を速度推定値53として位置制御器23、速度制御器24、補正器20に出力する。
位置制御器23は、フォロー時にのみ動作し、速度推定値53と位置情報50の入力から例えばPID(比例積分微分)補償器等による位置制御ループ補償演算を行い、制御出力54を出力する。
目標速度発生器25はシーク時目標トラックまでの残り距離によって一意に決まる目標速度を出力する。また、ロード時、アンロード時は残り距離には関係なくあらかじめ決められた目標速度を出力する。これらの値はROM等のメモリーのテーブルに格納しておく。
【0012】
速度制御器24はシーク時、ロード時、アンロード時に動作し、目標速度発生器25から出力される目標速度と磁気ヘッド2の実際速度の差から例えばPI補償器等による速度制御ループ補償演算によって制御出力54を求めて出力する。磁気ヘッド2の実際の速度としては、シーク時は速度推定値53を用いて、ロード時、アンロード時はVCM4の逆起電圧を用いる。このための切り替えスイッチがスイッチ26である。ロード時、アンロード時にVCM4の逆起電圧を磁気ヘッド2の速度として使うのは、磁気ヘッド2がディスク1の外へ位置するために位置情報50が得られず、そのため速度推定値53が得られないためである。よって、ロード時、アンロード時に正確な速度制御を行うためには、VCM4の正確な逆起電圧が検出できなければならない。
【0013】
スイッチ27はフォロー中であれば位置制御器23の出力を、シーク時、ロード時、アンロード時であれば速度制御器24の出力を制御出力54として出力するための切り替えスイッチである。
逆起電圧検出器21はあらかじめ決められているコイル抵抗Rvcmと、VCM電流値51と、VCM電圧値52からVCM4の逆起電圧検出器出力55を以下の式によって求める。
逆起電圧検出器出力55=VCM電圧値52−VCM電流値51(Ivcm)×コイル抵抗Rvcm=逆起電圧Vbemf−VCM電流値51(Ivcm)×ΔRvcm
この式を見ると分かるように、コイル抵抗の変動分ΔRvcmがあるとIvcm×ΔRvcmの誤差を含むことになる。
補正器20は、VCM電流値51、速度推定値53、逆起電圧検出器出力55からVCM4のコイル抵抗の変動分ΔRvcmを求め、逆起電圧検出器出力55に対してΔRvcmに相当する電圧降下分Ivcm×ΔRvcmを補正する。
逆起電圧Vbemfは速度推定値53と比例関係にあり、
逆起電圧Vbemf=K×速度推定値53 (K:比例ゲイン)
と表せ、Kは既知なので、速度推定値53が得られれば逆起電圧Vbemfも得られることになる。
【0014】
次に動作について説明する。
装置に電源が入るとスピンドルモータ3は図示していない制御回路によって回転を始め、定常回転に達すると次にロードになるが、CPU18によってロード動作に先だってVCM4のコイル抵抗のキャリブレーションを行う。キャリブレーションとは、VCM4のコイル抵抗の変動分ΔRvcmを求めることである。CPU18は、一定の電流指令値を制御出力54として出力し、磁気ヘッド2を外周ストッパーに押しつける。この時、磁気ヘッド2はストッパーに押しつけられていて、VCM4は速度を出していないので逆起電圧Vbemf=0である。よって、逆起電圧検出器出力55にはコイル抵抗の変動分ΔRvcmによる電圧降下分(Ivcm×ΔRvcm)が出力される。
補正器20はこの逆起電圧検出器出力55をVCM電流値51(Ivcm)で割り、コイル抵抗の変動分ΔRvcmを求める。キャリブレーションが終了すると、補正器20は逆起電圧検出器21の逆起電圧検出器出力55とVCM電流値51からコイル抵抗の変動分ΔRvcmの電圧降下分を含まない正確な逆起電圧値56を求めることができるようになる。
目標速度発生器25からロード時の目標速度が出力されて、速度制御器24は逆起電圧値56とこの目標速度との差に対してPI制御などの演算を行って、磁気ヘッド2を一定の速度でディスク1の面上に移動させる。
【0015】
磁気ヘッド2がディスク1上に移動すると、今度はディスク1に記録されたサーボ情報から復調器10は位置情報50を生成し、I/F(インターフェイス)からの命令によってCPU18は目標トラックへのシーク及びフォローを行い、図示しないリード・ライト回路によってデータの記録・再生が行われる。シーク動作は、目標トラックがI/F(インターフェイス)からCPU18へ送られることで行われる。CPU18は目標トラックが与えられると現在いるトラックからの距離を算出して、この距離に応じた目標速度を目標速度発生器25から出力し、速度制御器24は速度推定値53とこの目標速度との差に対してPI制御則などの演算を行い、磁気ヘッド2を目標速度に追従させる。
【0016】
図3がシーク時の磁気ヘッド2の速度軌跡の図である。長距離のシークの場合を例にとって説明する。図中の実線が目標速度発生器25によって出力される目標速度である。この場合、目標トラックまでの距離が長いので、最高速度Vhが目標速度になりVCM4には最大電流が流れて加速される。図中▲1▼(点線部)が速度推定器22の速度推定値53で、実際の磁気ヘッド2の加速時の速度を示している。磁気ヘッド2の速度が最高速度Vhに達すると等速制御に移行し、VCM4にはほとんど電流が流れなくなる。図中▲2▼がこの区間で、最高速度Vhに磁気ヘッド2の速度が追従する。そして目標トラックまでの距離が減速開始点まで来ると減速を開始し、残り距離が減るに従って目標速度も減っていく。ここでも目標速度に磁気ヘッド2の速度が追従して目標トラック近傍まで到達する。図中▲3▼がこの区間である。
目標トラック近傍まで磁気ヘッド2が到達すると、スイッチ27によって位置制御器23が出力する制御出力54に切り替わり、目標トラックへのセトリング区間(整定区間)を経て目標トラックへフォローする。シーク開始からフォローまでのVCM電流波形を図4に示した。
【0017】
I/F(インターフェイス)からスピンドルモータ3の回転停止の命令が出力されると、スピンドルモータ3が回転停止を開始する前にCPU18は速やかに磁気ヘッド2をアンロードさせる。これに先立って、ロード時と同様にコイル抵抗のキャリブレーションを行う必要があるため、CPU18は上述したシークを実施する。シーク動作中、VCM4に電流が流れている加速区間▲1▼及び減速区間▲3▼において、補正器20はVCM電流値51、逆起電圧検出器出力55、速度推定値53から
逆起電圧検出器出力55=逆起電圧Vbemf−VCM電流値51(Ivcm)×ΔRvcm
の計算式に基づいてコイル抵抗の変動分ΔRvcmを求める。この計算は、サンプリング周期毎に行われ、最終的には平均化によってΔRvcmを求める。シーク動作によるキャリブレーションが終了しコイル抵抗の変動分ΔRvcm、コイル抵抗Rvcmが求まると、補正器20はコイル抵抗の変動分ΔRvcmによる電圧降下分(Ivcm×ΔRvcm)を逆起電圧検出器出力55から除き、正確な逆起電圧値56を出力する。
目標速度発生器25はアンロード時の目標速度を出力し、速度制御器24は補正器20が出力する正確な逆起電圧値56とこの目標速度との差に対してPI制御などの演算を行って、磁気ヘッド2を一定の速度でディスク1の外にある退避位置に移動させアンロードが終了する。
【0018】
以上は、通常のシークを実行してコイル抵抗の変動分ΔRvcmを求める方法について説明した。上述した方法はVCM4のコイルを電気的に抵抗Rvcmとモデル化しているが、実際はインダクタンス成分を含む。
図4のVCM電流波形はAC成分を含んだ波形であり、インダクタンスの大きさによっては補正器20はコイル抵抗の変動分ΔRvcmを精度よく測定できず正確な逆起電圧値が得られない可能性がある。そこで以下にインダクタンスの影響を受けない第二の実施形態について説明する。
目標速度発生器25は図3の▲1▼’(一点鎖線)に示すように単調増加の目標速度を出力する。図5にこの時のVCM電流波形を示す。最大電流を流して加速していた図4に対して、加速が一定電流になる。この▲1▼’の間のAC成分を含まないVCM電流値51を用いれば、補正器20はインダクタンス成分を含まない正確なコイル抵抗の変動分ΔRvcmを求めることができて、インダクタンスに影響を受けずに正確な逆起電圧値に基づいてアンロードの速度制御ができる。
【0019】
第二の実施形態では残り距離に対して加速時の単調増加の目標速度を持ったが、フィードフォワード制御で時間関数としてこの目標速度を設定しても良い。
また、磁気ヘッドに加わるFPCの反力やディスクの回転によって起こる風損等の外乱が磁気ヘッドの位置によって大きく変わり、単調増加の加速目標速度方式ではVCM電流が一定にならない場合は、加速時速度制御を行わず一定の電流指令を制御出力として出力し、図3に示した通常シーク時の目標速度カーブにぶつかったところから速度制御を開始する方法でも良い。この時、一定の電流指令値を制御出力として出力するための定電流指令値発生器を新たに設ける。補正器20はVCMに一定の電流が流れている加速区間でコイル抵抗を測定する。
【0020】
一回のシーク動作の中で単調増加の増加率を何段階かに変更したり、また、単調増加率をシーク毎に変更してシーク動作を複数回実行することで、より精度よくコイル抵抗の変動分を測定することができる可能性がある。上述した加速時速度制御を行わず一定の電流指令値を制御出力として出力する方法においても、一定電流指令値をシーク中何段階かに変更したり、また、一定電流指令値をシーク毎に変更しシーク動作を複数回実行することで、同様によりコイル抵抗の変動分測定の精度を上げられる可能性がある。
本実施例では、電流センスアンプ11と差動アンプ12とA/D変換器14、15と逆起電圧検出器21から逆起電圧検出手段を構成したが、特開平11−25626号公報の図16で報告されている逆起電圧検出回路を用いても、コイル抵抗変動分の測定は同様に可能であり、よって同様の結果が得られる。
【0021】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載の発明では、逆起電圧検出手段の検出出力に含まれるモータの抵抗変動分によって生じる誤差をシーク中のモータの電流値とヘッドの推定速度と逆起電圧検出手段の検出出力によって補正する補正手段を有することにより、アンロードを行う前にVCMをディスク内周側のストッパーに押しつけることなく、VCMコイル抵抗の変動分を測定できて、逆起電圧を正確に得ることができるので、アンロード速度制御が精度よくできる。これによって、高記録密度化のために磁気ヘッドの低浮上量化を図っても内周側のストッパーに押しつけることがないので、磁気ヘッドがデータ領域外に位置することがなくなり、ディスクと磁気ヘッドの接触を防ぐことが可能となって、信頼性の高い磁気ディスク装置のロード・アンロード装置が提供できる。
【0022】
請求項2記載の発明では、シーク加速時単調増加の目標速度を生成してこれに磁気ヘッドを追従させ、一定電流加速になる区間においてVCMコイル抵抗の変動分を求めるようにしたので、VCMのインダクタンスが大きい場合でもインダクタンス成分を含まずにVCMコイル抵抗の変動分を求めることができて、高精度のアンロード時の速度制御ができる。
【0023】
請求項3記載の発明では、磁気ヘッドに加わるFPCの反力やディスクの回転によって起こる風損等の外乱が磁気ヘッドの位置によって大きく変わってしまい単調増加の加速目標速度方式ではVCM電流が一定にならない場合でも、加速時速度制御を行わず一定の電流指令を制御出力として出力することで請求項2記載の発明と同様、インダクタンス成分を含まずにVCMコイル抵抗の変動分を求めることができて、高精度のアンロード時の速度制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図2】図1の構成における電流センスアンプ及び差動アンプの回路図である。
【図3】シーク時の磁気ヘッド2の速度軌跡を説明する図である。
【図4】シーク時のVCMの電流波形を示す波形図である。
【図5】一定電流加速を用いた時のシーク時のVCM電流波形を示す波形図である。
【符号の説明】
1:ディスク
2:磁気ヘッド
3:スピンドルモータ
4:ボイスコイルモータ(VCM)
5:ロード・アンロード機構
6:キャリッジ
7:旋回軸(ピボット)
8:タブ
10:復調器
11:電流センスアンプ
12:差動アンプ
13:パワーアンプ
14、15:A/D
16:D/A
18:CPU
20:補正器
21:逆起電圧検出器
22:速度推定器
23:位置制御器
24:速度制御器
25:目標速度発生器
26、27:スイッチ
50:位置情報
51:VCM電流値
52:VCM電圧値
53:速度推定値
54:制御出力
55:逆起電圧検出器出力

Claims (3)

  1. 記録媒体に対してデータの書き込み・読み出しを行うヘッドと、
    前記ヘッドを駆動するアクチュエータ機構と、
    前記アクチュエータ機構によって前記ヘッドを前記記録媒体上にロードし、または前記記録媒体上からアンロードするロード・アンロード機構を有した磁気ディスク装置であって、
    前記アクチュエータ機構のモータに電流を供給する電流供給手段と、
    前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
    前記記録媒体に記録されたサーボ情報から前記ヘッドの位置情報を検出する位置検出手段と、
    前記ヘッドの移動速度を推定する速度推定手段と、
    シーク時に前記ヘッドの目標速度を発生する目標速度発生手段と、
    前記ヘッド速度を前記目標速度に追従させる速度制御手段と、
    前記モータに生じる逆起電圧を検出する逆起電圧検出手段と、
    前記逆起電圧検出手段の検出出力に含まれる前記モータの抵抗変動分によって生じる誤差をシーク中の前記モータの電流値と前記ヘッドの推定速度と前記逆起電圧検出手段の検出出力によって補正する補正手段を有することを特徴とする磁気ディスク装置のロード・アンロード装置。
  2. 前記目標速度発生手段はシーク加速時、単調増加の目標速度を生成することを特徴とする請求項1記載の磁気ディスク装置のロード・アンロード装置。
  3. シーク加速時に前記モータに一定電流を流すための一定電流指令値発生手段を設けたことを特徴とする請求項1記載の磁気ディスク装置のロード・アンロード装置。
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