JP4528378B2 - 多相ｄｃモータの制動方法および制動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンピュータ関連機器としてのハードディスクドライブに応用される方法および装置の改良に関するもので、具体的には、停電発生時などにおけるディスクドライブの制動方法の改良、さらに詳細に云えば、ディスクドライブの読み書きヘッドが適切な位置に戻り得る時間だけ待ってディスクドライブモータのスピンドルにブレーキをかける制動方法および制動装置を改良するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ用ハードディスクの動作において、ディスクドライブ回転用モータの制動制御のためにある種のプロトコールが使用される。通常、ディスクドライブに含まれる一個以上の回転ディスクに施された記録媒体上で周知の方式でデータを表す磁気フィールドの書込みまたは読出し、あるいは読み書きの双方を行なうために、ハードディスクは一個以上のヘッドを備えている。ヘッド保持アームの移動を制御する「ボイスコイル」によって、ヘッドは半径方向の正確な位置決めが可能になっている。ディスク静止時には通常、ヘッドはディスク上に停止しているが、ディスクが回転すると、ディスクヘッド間に発生する空気力によってヘッドは磁気媒体から僅かに浮上する。
【０００３】
したがってディスクの回転が停止すると、空気力も消滅し、ヘッドは降下して磁気媒体上に接触する。磁気媒体がまだ完全に停止していない状態でヘッドが磁気媒体に接触したとすれば、媒体の記録領域およびヘッドに磨耗や損傷の恐れが生じる。そのため、ディスクとヘッドの接触による損傷が「ランディング帯」のみに留まるように、そのランディング帯の上方でヘッドの位置決めを行なう手段が従来から提案されている。しかし、ディスクとヘッドの接触が繰り返されると、やはり最終的にはヘッドの磨耗は避けられない。このような接触損傷を防止するため、コンピュータの電源を切断しないことを薦めるメーカも実際にある。
【０００４】
ヘッドを所定位置に止めてディスクドライブの電源を切断した場合でも、携帯型やラップトップ型のようにコンピュータが移動すると、ディスク媒体に接触状態のヘッド機構が動くことがある。したがって、ランディング帯上の接触位置にヘッドを保持するためのロック機構として通常は機械的構造を設けているメーカもある。ある種のロック機構では、ヘッドがランディング位置に達したときに機械的拘束力に対抗してヘッドをロック位置に移動させるために、少し余分の電気エネルギが必要になる。
【０００５】
電源切断時に指定ランディングパッド以外の磁気媒体部分へのヘッドの接触を避けるため、停電検出時には、ディスク駆動モータはディスクドライブの各部の質量の慣性によって回転し続けるようになっている。その結果、モータコイルから逆起電力が発生する。モータ巻線に生じる逆起電力由来の電圧を回路駆動に利用したり、ランディング帯へのヘッド移動に要するボイスコイルへのエネルギとして利用し得るように、駆動モータのコイルの接続が行なわれる。
【０００６】
ランディング帯上方でヘッドが位置決めされると、ヘッドがディスクに接触する時間を最小限にするように、なるべく早くモータの停止制動を行なう。この制動にも当然、エネルギが必要である。したがって、ランディング帯へ完全にヘッド移動させてロックするためのエネルギや、また必要に応じて、ディスク上の好ましくない位置での早めのランディングを回避するためのエネルギも十分に得られような設計にする必要がある。ランディング時間中、ディスク媒体上方でヘッドを垂直位置に維持し得るだけの十分な空気流量を確保するためにモータは十分なスピードで回転する必要がある。
【０００７】
しかし、ヘッドが適正に位置決めされた後は直ちにモータを停止させる必要がある。通常、数組の駆動トランジスタを接地（あるいは、Ｖ_CC等の特定電位に接続）することによってモータの停止が行なわれる。そのときロータが自由回転することによってモータ巻線に生じる磁界がモータ回転を抑止するため、直ちにディスクが停止する。しかし、ディスクの停止が早すぎると、ヘッドがランディング帯位置まで達することができずに、ディスク表面でヘッドのスリップが生じる場合がある。また逆に、モータが高速回転中にトランジスタの短絡を行なうと、過剰電流によって駆動トランジスタが損傷することがある。
【０００８】
停電等でモータが減速した場合のモータ制動とヘッドの後退位置決めとの関係を調整するため、従来はＲＣ回路を用いて低下スピードを推定していた。この種の回路では、停電になると、キャパシタが放電を開始する。所定レベルまで放電が進むと、制動回路が起動する。しかし、制動時間が比較的長く、例えば数秒程度になるので、このＲＣ回路は比較的大型の部品を必要とする。そのような部品はチップ部品にならない。つまり、ヘッド機構の位置決めおよび制御を行なうドライバ回路の一部と共に集積回路に内蔵させることができなかった。
【０００９】
以上のことから、実際のモータスピード低下に応答してヘッド機構の後退動作を制御するヘッド機構制御・位置決め回路またはモータ駆動回路と同一集積回路チップに形成可能な部品を使用してハードディスクドライブ等のディスク制動を行なうための方法および装置が必要である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記にかんがみ、本発明の目的はハードディスクドライブ等のディスクの制動を行なう方法および装置を提供することである。
【００１１】
本発明の目的はまた、ディスク回転速度を検出し、ディスクが所定回転数より低下したときヘッド後退動作を始動する上記タイプの方法および装置を提供することである。
【００１２】
本発明の目的はさらに、モータドライバ用またはヘッド機構位置決め用ドライバ回路を内蔵した同一集積回路チップに形成可能な部品を使用する上記タイプの方法および装置を提供することである。
【００１３】
本発明に関する上記目的やその他の目的、特徴、特長について、当業者は付図および添付「特許請求の範囲」と対照して以下の詳細説明を読むことによって理解することができる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
広い観点において、本発明はコンピュータ等に利用されるハードディスクドライブのディスク制動回路を提供する。この制動回路はディスクが少なくとも所定の実回転速度まで低下したことを示す出力信号を生成する回路と、ディスクが少なくとも所定の実回転速度まで低下したことを示す出力信号が発生したときにディスクドライブのモータにブレーキをかける制動回路とを含む。ディスクが少なくとも所定の実回転速度まで低下したことを示す出力信号を生成する回路と、ディスクが少なくとも所定の実回転速度まで低下したことを示す出力信号が発生したときにディスクドライブのモータにブレーキをかける制動回路は、モータ電源遮断時にモータから発生する逆起電力によって起動される。
【００１５】
広い観点において、本発明はさらに、停電時に作動するディスクドライブ制動回路を提供する。この回路は所定基準電圧を出力する回路を含む。その所定基準電圧とディスクドライブモータから発生する逆起電力とを比較する回路を設け、逆起電力が所定基準電圧より降下してその差が所定電圧レベルを超えたときにディスクドライブモータの制動動作を始動する信号を生成する。さらに、停電発生時に逆起電力が所定基準電圧以下になる前にディスクドライブのヘッド機構を後退させる回路を設ける。
【００１６】
一実施例において、所定基準電圧を出力する回路にはキャパシタとトランジスタが含まれる。トランジスタは、ディスクドライブの正常動作時には基準電圧源によって所定基準電圧までキャパシタを充電させ、停電時にはキャパシタを切り離すような接続になっている。キャパシタの容量は、逆起電力が所定基準電圧より降下してその差が所定電圧レベルを超えるまでの間に、ヘッドを所定位置まで後退させる回路がその動作を完了し得るように設定される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい実施例を付図と対照して説明する。
本明細書記載の方法および構成は必ずしも完全な多相ＤＣモータ、ディスクドライブ、ディスクドライブドライバ回路、制御回路を形成しているわけではない。本発明は現在当該分野で使用されているディスクドライブおよび制御回路に関連して実施することができるものであり、しかも、共通に実施される装置や方法といったものは、本発明を理解するために必要なものとして本発明に含まれるものとする。
【００１８】
本発明の方法の目的は、停電時にモータの逆起電力が所定電圧に達し、さらにそれ以下になったときにモータから発生する逆起電力信号を検出することと、その後スピンドルモータにブレーキをかけるためにブレーキ信号を生成することである。逆起電力が正常動作レベルから所定電圧レベル以下に下がるまでの間に、ヘッド機構の後退が始動される。すなわち、停電検出直後に後退が始まり、逆起電力信号が所定レベル以下になったときに終了する。
【００１９】
ディスクブレーキ機能の起動に先立って時定数を決めるために外付けの固定抵抗および固定キャパシタを使用する従来技術と異なり、本発明はアクチュエータが所要の時間を費やして後退することを可能にするのに何らの外付け部品を必要としない。本発明はまた、スピンドル回転速度の直接指標となる逆起電力信号を利用して、ブレーキ信号発生前に後退時間を決定している。
【００２０】
本発明の好ましい実施例によれば、図１に示す回路１０によって遅延ディスクブレーキ動作が実行される。回路１０は、線１２上からＲＥＴＲＡＣＴ信号、線１４からＢＥＭＦ（逆起電力）信号を入力するような接続になっている。ＲＥＴＲＡＣＴ信号は制御回路で生成され、対応のディスクドライブ（図示せず）に送られ、逆起電力はディスクドライブモータ（図示せず）から発生する。ＲＥＴＲＡＣＴ信号および逆起電力信号は当該分野では周知のものである。
【００２１】
ＲＥＴＲＡＣＴ信号はヘッド機構後退回路１６に入力され、周知の制御が行なわれる。すなわち、ＲＥＴＲＡＣＴ信号の状態変化によって、ヘッド機構後退回路が作動し、読み書きヘッドアセンブリ１７が現在位置から停止位置または他の所望位置に移動する。周知のように、ＲＥＴＲＡＣＴ信号の状態は停電発生時、例えば電源遮断、電源瞬断等の場合に変化する。
【００２２】
ＲＥＴＲＡＣＴ信号を乗せた線１２は第１のＮＭＯＳトランジスタ１８のゲートに接続され、そのトランジスタのドレインには基準電圧Ｖ_REF が印加され、ソースは第２のＮＭＯＳトランジスタ２０のゲートに接続される。ＮＭＯＳトランジスタ２０のゲートと、Ｖ_SSや接地などの基準電位との間には充電キャパシタ２２が接続される。
【００２３】
一方、ＮＭＯＳトランジスタ２０のソースと基準電位Ｖ_SSとの間にはフィルタキャパシタ２４が接続される。ＮＭＯＳトランジスタ２０のドレインはラッチ２６の一端に接続され、ラッチ２６の他端から線２８に遅延ブレーキ信号が出力される。
【００２４】
充電キャパシタ２２は、例えば約５０ｐＦとし、その充電電圧（Ｖ_REF ）をＮＭＯＳトランジスタ２０のゲートに印加する。線１４上の逆起電力信号に高周波スパイクが含まれる場合、それはキャパシタ２４によって平滑化され、後述のように所望逆起電力検出電圧からショットキダイオード降下を差し引いた値に等しい基準電圧Ｖ_REF が得られる。
【００２５】
ＮＭＯＳトランジスタ１８は、対応するハードディスクドライブのモータが正常に動作している間はサンプリングスイッチとして機能する。正常な動作中は、ＲＥＴＲＡＣＴ信号はハイの状態にあるので、充電キャパシタはＶ_REF に充電される。
【００２６】
ＮＭＯＳトランジスタ２０はゲートとソースの電圧差を検出し、その差が閾値より高ければ、ＮＭＯＳ２０の導通によってノード３０がプルダウンされる。それにより、ラッチ２６が起動され、線２８上のブレーキ信号がハイになってディスクドライブのブレーキが作動する。
【００２７】
ヘッド機構後退回路１６およびラッチ２６はチャージポンプ電圧３１（すなわち、５Ｖモータに対して１０Ｖ）で駆動されているので、停電になっても機能し続ける。したがって、停電になると直ちにヘッド機構後退回路１６は所望のパワーオフ位置へのヘッド機構の移動を開始する。
【００２８】
システムの正常動作時は、線２０のＲＥＴＲＡＣＴ信号はハイの状態であるので、トランジスタ１８は導通し、そしてキャパシタ２２の端子間には所定電圧が印加されて基準電圧まで充電される。この間、ＮＭＯＳトランジスタ２０はオフ状態である。その理由は、そのソース電圧（逆起電力電圧からダイオードドロップを差し引いた値）が、所定ゲート基準電圧（Ｖ_REF ）からゲートソース間電圧を差し引いた値より高いためである。
【００２９】
しかし、停電が発生すると、ＲＥＴＲＡＣＴ信号がローになる。その結果、ヘッド後退機構の後退動作が始まり、ＮＭＯＳトランジスタ１８がオフになる。この状態ではキャパシタ２２の放電路はトランジスタ１８の逆バイアスｐｎ接合リーケージのみに限られるので、キャパシタの端子間電圧は充電時の値に保たれる。停電時にはまた、モータの逆起電力電圧も低下し始める。逆起電力が所定電圧より低下して、その差がＮＭＯＳトランジスタ２０のターンオン電圧に達すると、ＮＭＯＳトランジスタ２０によってラッチ２６がセットされ、ディスクドライブのモータスピンドルに対するブレーキ信号がラッチから発生する。なお、スピンドルに対するブレーキ信号が発生する前にヘッド機構の後退が完了する時間的な余裕が得られるように、所定基準電圧Ｖ_REF を定めるものとする。
【００３０】
従来必要とされていた大型の外付けキャパシタ等の部品を使用することなく、モータ駆動回路（図示せず）、ヘッド機構後退回路１６の一方または双方と同一集積回路に回路１０を内蔵することが可能である。
【００３１】
以上、いくぶん限られた例をあげて本発明の説明を行なったが、発明の趣旨および「特許請求の範囲」から逸脱することなく、当業者が部品の組合せおよび構成に種々の変形を求めることが可能である。
【００３２】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１）ディスクドライブの制動方法であって、
ディスクドライブのモータ回転速度を表す第１の電圧を生成するステップと、少なくとも前記モータに接続されたヘッド機構用の駆動回路を含む集積回路チップ上に形成されたキャパシタに第２の電圧を維持するステップと、
第１の電圧と第２の電圧を比較するステップと、
前記比較の結果、前記第２の電圧が前記第１の電圧より低いと判定されたとき、前記モータの回転を止めるために制動回路を起動するステップとを含む前記制動方法。
（２）第１項記載の方法であって、モータ回転速度を表す第１の電圧を生成する前記ステップが前記モータから発生する逆起電力信号を検出するステップを含む前記制動方法。
（３）第２項記載の制動方法であって、さらに、前記ヘッド機構が停止位置へ移動する後退時間を規定するため、前記第１および第２電圧が等しくなる前に前記キャパシタの前記第１電圧を減衰させるような遅延時間が得られるように前記第２電圧の値を設定するステップを含む前記制動方法。
（４）停電時にディスクドライブにブレーキをかける制動回路であって、
前記ディスクドライブのモータ回転が少なくとも所定回転速度まで低下したことを表す出力信号を生成する回路と、
モータ回転が少なくとも所定回転速度まで低下したことを表わす前記出力信号が発生したとき前記ディスクドライブにブレーキをかける回路とを有する前記制動回路。
（５）第４項記載の制動回路であって、前記モータ回転が少なくとも所定回転速度まで低下したことを表す出力信号を生成する前記回路が、前記モータ回転が所定レベル以下に低下したときに発生する逆起電力によって起動される前記制動回路。
【００３３】
（６）停電時にディスクドライブにブレーキをかける制動回路であって、
所定基準電圧を生成する回路と、
ディスクドライブのモータから発生する逆起電力電圧と所定基準電圧を比較し、逆起電力電圧が前記所定基準電圧より低下してその差が所定電圧レベルを超えたときにディスクドライブモータのブレーキ動作を開始する回路と、
停電時、逆起電力が前記所定基準電圧以下に低下する前にディスクドライブのヘッド機構を後退させる回路とを有する前記制動回路。
（７）第６項記載の制動回路であって、所定基準電圧を生成する前記回路にキャパシタおよびトランジスタが含まれ、ディスクドライブの正常動作時には基準電圧源によって前記キャパシタが所定基準電圧まで充電され、停電時には前記キャパシタが切り離されるように前記トランジスタを接続した前記制動回路。
（８）第７項記載の制動回路であって、逆起電力が所定基準電圧より降下してその差が所定電圧レベルを超えるまでの間に、前記ヘッド機構を所定位置まで後退させる前記回路が動作を完了するように前記キャパシタの容量を設定する前記制動回路。
（９）第７項記載の制動回路であって、前記トランジスタを第１のＮＭＯＳトランジスタとする前記制動回路。
（１０）第９項記載の制動回路であって、前記モータの正常動作時にはハイ、停電時にはローとなる後退信号を前記ＮＭＯＳトランジスタのゲートに入力する前記制動回路。
（１１）第６項記載の制動回路であって、ソースに逆起電力を入力し、ゲートに基準電圧を入力し、逆起電力電圧が基準電圧より低くなってその差が閾値を超えたときにドレインからブレーキ信号を出力する第２のＮＭＯＳトランジスタを、逆起電力電圧と所定基準電圧を比較する前記回路に設けた前記制動回路。
（１２）第６項記載の制動回路であって、逆起電力電圧が所定基準電圧より低下したときにディスクドライブモータのブレーキ動作を開始するための前記信号をラッチするように接続されたラッチ回路を追加した前記制動回路。
（１３）第６項記載の制動回路であって、前記逆起電力信号に含まれる電圧スパイクを減らすように接続されたフィルタを追加した前記制動回路。
（１４）第６項記載の制動回路であって、前記回路の部品を一つの集積回路チップ上に形成した前記制動回路。
【００３４】
（１５）停電時にディスクドライブにブレーキをかける回路および方法において、停電発生後にディスクドライブのモータ回転が少なくとも所定回転速度まで低下したことを表す出力信号２８を生成する回路１０を設ける。回路１０の部品はモータ駆動回路またはヘッド後退回路と同一の集積回路上に形成可能なものとする。停電発生からディスクドライブ回転が所定回転速度に低下するまでの時間に、読み書きヘッド機構１７を後退させる。モータが所定回転速度まで低下したことを表す前記出力信号２８が発生すると、制動回路によってディスクドライブにブレーキが作動する。ディスクドライブのモータ回転が少なくとも所定回転速度まで低下したことを表す出力信号２８を生成する回路１０はモータ回転が所定レベル以下に低下したときに発生する逆起電力１４によって起動される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施例として、コンピュータ等に使用されるディスクドライブの制動回路の実施例を示す電気回路。
【符号の説明】
１０ 回路
１２ 信号線
１４ 信号線
１６ ヘッド機構後退回路
１７ ヘッド機構
１８ ＮＭＯＳトランジスタ
２０ ＮＭＯＳトランジスタ
２２ キャパシタ
２４ キャパシタ
２６ ラッチ
２８ 信号線
３０ ノード
３１ チャージポンプ（パワー）

Claims (13)

1. ディスクドライブの制動方法であって、
   ディスクドライブのモータ回転速度を表す第１の電圧を生成するステップと、
   少なくとも前記モータに接続されたヘッド機構用の駆動回路を含む集積回路チップ上に集積されたキャパシタに第２の電圧を維持するステップと、
   第１の電圧をソースに供給すると共に第２の電圧をゲートに供給してゲート・ソース間電圧を形成したトランジスタを用いて、第１の電圧と第２の電圧を比較するステップと、
   その比較の結果、ゲート・ソース間電圧が前記トランジスタをターンオンするのに十分な大きさになったとき前記第２の電圧を前記第１の電圧より大きいと判定して、前記モータの回転を止めるために制動回路を起動するステップと、
   を含む前記制動方法。
2. 請求項１に記載の制動方法であって、モータ回転速度を表す第１の電圧を生成する前記ステップは前記モータから発生する逆起電力信号を検出するステップを含む前記制動方法。
3. 請求項２に記載の制動方法であって、さらに、前記ヘッド機構が停止位置へ移動する後退時間を規定するため、前記第１および第２の電圧が等しくなる前に前記キャパシタの前記第１電圧を減衰させるような遅延時間が得られるような値に前記第２電圧を設定するステップを含む前記制動方法。
4. 停電時にディスクドライブにブレーキをかける制動回路であって、
   前記ディスクドライブのモータ回転が少なくとも所定回転速度まで低下したことを表す出力信号を生成する回路であって、第１のスイッチ（１８）と第１のキャパシタ（２２）と第２のキャパシタ（２４）とラッチ（２６）とを有し、第１のスイッチは第１のキャパシタ上の基準電圧を切り替えるように動作し、第２のキャパシタは逆起電力電圧を受信するように動作する前記回路を備え、
   前記ラッチは基準電圧と逆起電力電圧との差に応答して前記出力信号を発生するように動作し、
   更に、モータ回転が少なくとも所定回転速度まで低下したことを表わす前記出力信号が発生したとき前記ディスクドライブにブレーキをかける回路を備えた、前記制動回路。
5. 請求項４に記載の制動回路であって、前記モータ回転が少なくとも所定回転速度まで低下したことを表す出力信号を生成する前記回路は、前記モータ回転が所定レベル以下に低下したときにモータによって発生される逆起電力によって駆動される前記制動回路。
6. 請求項４に記載の制動回路であって、更に、ヘッド機構後退回路を備えた前記制動回路。
7. 請求項６に記載の制動回路であって、前記第１のキャパシタとトランジスタとを有し前記基準電圧を提供する回路を備え、ディスクドライブの正常動作時に基準電圧源からの所定基準電圧を前記第１のキャパシタに充電し、かつ停電時には前記第１のキャパシタが切り離されるように、前記トランジスタを接続した前記制動回路。
8. 請求項７に記載の制動回路であって、前記第１のキャパシタを、逆起電力が前記所定の基準電圧に関する前記電圧レベル以下に降下するまでに必要な時間が前記ヘッド機構を所定位置まで後退させるための前記回路にとって十分であるような大きさにした前記制動回路。
9. 請求項７に記載の制動回路であって、前記トランジスタを第１のＮＭＯＳトランジスタとする前記制動回路。
10. 請求項９に記載の制動回路であって、前記モータの正常動作時にはハイであって、停電時にはローとなる後退信号を前記ＮＭＯＳトランジスタのゲートに入力する前記制動回路。
11. 請求項６に記載の制動回路であって、前記出力信号を生成する回路は、前記所定の基準電圧を前記玉起電力電圧と比較するように、前記逆起電力電圧が供給されるソースと前記基準電圧が供給されるゲートとを有するＮＭＯＳトランジスタを備え、前記逆起電力電圧が前記基準電圧より降下したときにブレーキ信号を発生するようにした、前記制動回路。
12. 請求項６に記載の制動回路であって、更に、停電時に前記ヘッド機構後退回路と前記ラッチとに動力を供給するチャージポンプ（３１）を備えた、前記制動回路。
13. 請求項６に記載の制動回路であって、更に、前記逆起電力信号に含まれる電圧スパイクを減らすように接続されたフィルタを備えた前記制動回路。

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