JPH02230507A - 磁気ヘッド駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業］二の利用分野］ この発明は、ビデオテーブレコーダ（以下、ｒ　Ｖ　Ｔ
　Ｒ　Ｊという）において自動トラッキング等に用いら
れるヘット位置調整制御が町能な磁気ヘッド駆動装置に
関する。

〔従来の技術］ 第９図は例えば特開昭５２−１１７１０７号公報に示さ
れた従来のバイ干ルフを用いた磁気ヘット駆動装置のブ
ロック回路図である。図において．　（ｔｏｌｌは印加
された電位に応じて曲り動作をずるビエゾ電気バイモル
フ．　（１０２１はセンサで、バイモルフ（＋０１１の
一部を切ることにより形成されたビエゾ電気発電器から
なる１１０３１はセンサ（１０２１に負荷をほとんど与
えない高インピーダンス増幅器．（＋０４）は加算器で
、高インピーダンス増幅器（１０３＋からの出力と、後
に述べるボテンショメタ（Ｉ　Ｉ　Ｉ）からの出力を加
算する．（１０５）は加算器（１　０４）からの出力を
微分する微分器．　＋１０５１はローバスフィルタで、
微分器（１０５）からの出力をバイ干ルフ（＋０１）の
２次及び高次共振特性に寄与する信号を減哀させるよう
に選択されたカット才フ周波数を有する，（＋０７）は
ローバスフィルタ（１０６）からの出力の位相遅れを補
償する位相進み回路．（１０８１は位相進み回路（１０
７＋からの出力を可変反転増幅するゲイン可変増幅器．
［ｌ０９）は後述する周波数補償器（１１５）からの出
力とゲイン呵変増幅器（＋０８）からの出力を加算する
加算器．（＋１０１は加算器（＋０９１からの出力を増
幅する駆動増幅器、（＋１１１は加算器（１０９）から
の出力が供給されるボテンショメー夕．（＋１２１は磁
気ヘッドで、片持ち支持されたバイ干ルフ（１０１）の
自由端に支持されている．ｆｌ＋３）は磁気ヘッド（１
ｌ２）からの出力をビデオ処理するビデオ処理回路．（
１１４）はヘッドイ）′／置制御回路で、ウ才ブリング
ザーボ系が構成され、磁気ヘッド（１１２１　からの出
力からトラッキング補正信号を出力する，　（＋　１５
）は周波数補償器で、ヘッド位置制御回路ｆｌ＋４１か
らの出力及び後述する変換器リセット信号発生器（１１
６）からの出力をうけ、周波数補償する．（１１６）は
変換器リセット信号発生器で、必要に応じて磁気ヘット
（１１２）をトラックの始めに選択的にリセットするた
めに、偏向可能な支持アームすなわちバイモルフ（１０
１１　に与えるリセット信号を発生ずる。

次に動作について説明する。バイ干ルフ（１０１１は、
一体に構成されたセンサ（１０２）を含み、このセンサ
（＋０２）は磁気ヘット（１１２１の瞬間偏向位置を表
す信号を発生ずる。この出力信号は、パイ干ルフ（１０
１１　を駆動する信号に対して９０゜の位相遅ねを有し
ている。この出力は高人力インピーダンスの増幅器（１
０３）に供給される。センサ（１０２１は、１つの：コ
ンデンサと直列な電圧源と等価であるため、センサ（＋
０２１　．Ｊ−の電気的負荷はセンサ（１　０２１　か
らの低周波数信じ″を効果的に結合するために小さくな
くてはならない。

増幅器（１０３）の出力は加算器（１０４１に与えられ
る。加算器（１　０８）の他方の人力は後述する。加Φ
器（ＩＯＪＩ）の出力は微分器（１０５１に１ｊえられ
る。この微分器（Ｉ０５）は、センサ［＋０２）からの
ヘット位に！゜信シシを微分し、瞬間ヘット速度を表す
信号に変換する。微分器（１　０５１はハイパスフィル
タと同様の周波数特性とするため、通過イ；；冒には位
相進みが生じる１，微分器（１０５１　によって生じた
ヘット速度Ｃ’ｊ　”’Ｅ゜はローバスフィルタ（１０
６）に給供され、ローパスフィルタ（１０６）のカット
オフ周波数は、バイ干ルフ（１０１１の２次及び高次共
振特性に寄与する信弓を実質的に減哀させるように選ば
れている。ローパスフィルタ（＋０６）は、それを通過
する信号にある位相遅れを−１ｊえる。位相進み回路（
１０７１は、共振位置近くの信号が受ける全位相遅れを
補償するために、バイモルフ（１０１１の共振点付近の
周波数の信号成分が、位相進み回路（１０７１を出る時
にＯ゜の正味の移相となるように移相ずる。この位相進
み回路（＋０７）の出力信号は反転ゲイン可変増幅器（
１　０８１に人力され、増幅器（１０８１の出力｛，Ｎ
　’；一は後述ずる周波数補償器（１１５１の出力と加
算器（１　０９１で加算され、駆動増幅器（１１０１で
増幅されてバイ干ルフ（１０１）に偏向信ＳＪ・とじて
与えられてその共振振動を減衰させる。ゲイン町変増幅
器（１　０８）はバイモルフ（１０１）の特性のばらつ
きに対応できるようにゲインが調節される。

他方、反共振点付近の信写″成分は、バイ干ルフｆｌｏ
Ｉ１　に供給される駆動信じ・の−・部を結合すること
で効果的に零調される。加算器（＋０９１の偏向信号は
ボデンショメータ（ｌ　ｌ　ｌ）に供給され、ボデンシ
ョメータ（Ｉｌ＋）の出力は加算器（＋０４１　の他方
の人力端に供給されて増幅器（＋０３）から人力される
センサ（＋　０２１で検出された偏向位置信号と加算さ
れる。この偏向信号の位相は、バイモルフ（１０１１を
介してセンサ（１　０２１　で検出される際に１８０゜
の移相を受けるので、偏向信号のうち反共振点付近の周
波数成分は加算器（１０４１に於いて零調整され、その
ためループは反共振点付近の周波数に対して安定化され
る。

以七のようにしてバイモルフ（１０１１のダンピング動
作が行われ、かつ安定なトラッキング制御が１１丁能と
なる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の磁気ヘッド駆動装置はアクチュエータにバイ干ル
フを用いているので、磁気ヘットを大振幅で振動させた
場合ヘット当りが悪化すること、ヒステリシスがあるこ
と、駆動電圧が高い等の問題点があり、これを改善する
ためには複雑な機構構造や駆動回路が必要となるという
問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、磁気ヘットを大振幅で振動する際もヘット当
りが良好で、ヒステリシスもなく、駆動電圧も低く、か
つ制御性の極めて良い磁気ヘット駆動装置を得ることを
ｌ夕１的とする。

〔課題を解決するだめの千段］ この発明に係る磁気ヘット駆動装置は、電磁駆動型のア
クチュエータの被駆動部に一端が固着された片持ばり部
材の開放端に磁気ヘットを取り付け、この被駆動部の位
置を位置検出手段で検知し、この位置検出信号を利用し
て被駆動部の速度をオブザーバによって推定し、推定さ
れた被駆動部の速度信じを所定のゲインで被駆動部の駆
動回路にフィートバックするように構成した点を勅徴と
するものである。

［作用］ この発明における磁気ヘッド駆動装置は、位置検出手段
で被駆動部の位置を検知し、この検出信号を利用して被
駆動部の速度をオブザーバによって推定し、推定された
被駆動部の速度信吋を所定のゲインで被駆動部の駆動回
路にフィートバックするので、アクチュエータの被駆動
部および１次及び高次共振をおさえることができるので
、極めて制御性のよい磁気ヘット駆動装置となる。

〔発明の実施例］ 以ド、この発明の−天施例を図について説明する。第１
図において、（Ｉ）は電磁駆動型アクチュエータ、（２
）は磁気ヘット、（３）は電磁駆動型アクチュエータ（
１）に人力された電気仁一づを機械的変位に変換する被
駆動部であるボイスコイル、（４）はボイス二コイル（
３）に一端が固着され、開放端部に磁気ヘット（２）が
取り付けられた片持ばり部材、（５）はボイスコイル（
３）の絶対位置を検出して電気信号に変換して出力ずる
位置検出センサで、例えば光ダイ才一トと光検出器で構
成される．（６）は磁気ヘット（２）の出力信号から、
例えば４周波パイロット方式等の手法によって１１標ト
ラックと磁気ヘット（２）との相対位置ずれ晴を検出す
るトラックエラー検出装置、（７）はトラックエラー検
出装置で検出された］・ラツクエラー仏弓を増幅する増
幅器、（８）は増幅器（７）の出力イ１）じの位相を、
トラッキング制御系が安定に動作するように位相を補償
する位相補償器、（９）は位相補償器（８）の出力信号
と、後述する反転増幅器（Ｉ２）の出力信号とを加算す
る加算器、（１０）は加算器（９）の出力信５シを人力
としてアクチュエータ（１）が駆動する駆動増幅器、（
１１）はアクヂュエータ（１１　と等価な特性を電気的
に実現し、駆動増幅器（ＩＯ）の出力と、位置検出セン
サ（５）からの絶対位置情報とを基に、ボイスコイル（
３）の速度を推定する速度推定才ブザバ、（１２）は速
度推定オブザーバから出力されるボイスコイル（３）の
推定速度信号を反転増幅する反転増幅器で、アクチュエ
ータ（Ｉ）、速度推定オブザーバ（ｌ１）、反転増幅器
（１２）、加算器（９）および駆動増幅器（ＩＯ）で磁
気ヘッド駆動装置（１３）を構成しており、トラックエ
ラー検出装置（６）、増幅器（７）および位相補償器（
８）でトラッキング制御系を構成している。

次に、この実施例の動作について説明する。

トラックエラー検出装置（６）は、例えば民生川ＶＴＲ
の一つである８　ｍ　ｍ　Ｖ−「Ｒの４周波パイロット
力式等を用いて、磁気ヘット（２）の出力信シツからト
ラックエラーを検出し、増幅器（７）でトラツクエラー
４ｆ？　’Ｓ’Ｊを増幅ずる。位相補償器（８）は、増
幅器（７）の出力伝りをトラッキング制御系が安定にな
るように位相補償を行う。ここでは低域ゲインをかせぎ
、位相余裕を６０゜以−ヒとるために位相遅れ進み補償
をしている。以上はこの実施例の磁気ヘット駆動装置（
１３）を利用したダイナミックトラッキング制御装置の
−例を示したものである。なおトラックエラー検出手段
としてウ才ブリング法を用いても良いことはいうまでも
ない。

次に、この実施例におけるアクチュエータｆｌ）のダン
ピング作用について説明する。第２図にこの実施例で用
いたボイスコイル型アクチュエータの断面図を示す。第
１図で示した駆動増幅器（１０）からの出力信号は第２
図中のボイスコイル（３）を構成するコイル（２３）に
供給される。コイル（２３）はコイルボビン（２４）上
に巻きつけられており、コイルボビン（２４）は両端部
近くを２つのシンバルバネ（２６ａ）　．　（２６ｂ）
によって外周部（３０）　．　（３１ａ）　．　（３１
ｂｌに支持されている。なお、コイル（２３）がシンバ
ルバネ（２６ａｌ　．　（２６ｂ）によって支持される
部分には、Ｎ極同志を向かい合わせた２つの円柱型永久
磁石（２８ａ）　．　（２８ｂ）によって、コイル（２
３）を横切る磁気回路が形成されており、コイル（２３
）に電流が流れると、フレミングの左手の法則によりコ
イルボビン（２４）が図において−１二下方向に運動ず
ることになる。また、シンバルバネ（２６ａ）　．　（
２６ｂ）には、自由端側に磁気ヘッド（２）が取付けら
れた片持ばり部材（４）の一端が固着されており、コイ
ルボビン（２４）の動きが、片持ばり部材（４）を通し
て磁気ヘッド（２）に伝達されるように構成されている
。

さて、ここで問題となるのは、電磁駆動装置の被駆動部
であるコイルボビン（２４）の動きが片持ばり部材（４
）を通して磁気ヘッド（２）に伝達されるため、コイル
ボビン（２４）の動作と、磁気ヘット（２）の動作が、
片持ばり部材（４）の動的特性によって異なったものに
なるという点である。したがって、磁気ヘッド（２）の
動作を制御するためには、コイルボビン（２４）の動作
と、磁気ヘッド（２）の動作を何らかの手段で把握する
必要が生じる。

そこで第２図で示したボイスコイル型アクヂュエータの
力学モデルを考えねばならない。

第２図に示したボイスコイル型アクチュエータは、第３
図に示した２自由度のバネ・マス・ダンバ系力学モデル
でモデル化が可能である。大まかに言えば、第３図中の
ｍ１が第２図中の片持ばり部材（４）および磁気ヘット
（２）を除いた被駆動部の質量に相当し、ｍ２が第２図
中の片持ばり部材（４）と、磁気ヘッド（２）の質量を
加算した質量に相当し、Ｋ＋，Ｃ＋が第２図中のシンバ
ルバネ（２６ａ）　．　（２６ｂ）の粘弾性特性に相当
し、Ｋ２．Ｃ２が第２図中の片持ばり部材（４）の粘弾
性特性に相当する。第３図に示す系の運動方程式は、次
式のようになる。

ｍ２Ｘ２　−　　Ｃ２ＸＩ　　”　　Ｃ２Ｘ２　　−　
　ｋ２Ｘ＋　　＋　　ｋ２Ｘ２　＝　　０■式にラブラ
ス変換を施すと、次式になる。

｛ｍ＋ｓ”（Ｃ＋”ＣＪＳ”（ｋ＋”ｋｚｌ）Ｘ＋−（
Ｃ２Ｓ＋ｋ２）Ｘｚ”Ｆ＋■ （ｍ＋ｓ２＋ｃ２ｓ＋ｋ２１Ｘ２−（Ｃ２Ｓ”ｋ２）Ｘ
＋”　０今、ｆ，はアクチュエータの電磁駆動系で生じ
る力に、ｘ２の座標系は磁気ヘットの位置に相当ｌ　２ しているので、ボイスコイル型アクヂュエー夕の電磁駆
動力ｆ１から磁気ヘッドまでの伝達関数は、次のように
なる。

なお第２図で示したアクチュエータの周波数応答実験の
結果から第■式のｍ　＋　＋　ｍ　２　１　ｋｋ２，ｃ
ｌ，ｃ２の値を決めた。第２図で示したアクチュエータ
の周波数応答特性は第６図に示すとおりであり、ジンバ
ルバネに起因する１次共振、および１次共振点の比較的
近くにＱの高い２次共振点を有しており、極めて制御性
の悪い特性をしていることがわかる。よってこのような
タイプのアクチュエータをＶＴＲのダイナミック１〜ラ
ツキング等の用途で使用するためには、電気的手法でダ
ンピングをかける必要が生じる。一般に制御対象にダン
ピングをかける場合、制御系のダンピング係数を、見か
け上人きくするように、制御対象の速度をフィートバッ
クすると効果かある。

第４図に第２図に示したアクチュエータの極配置を示す
。全ての極（図中に白丸で示す）は虚軸■イに極めて近
いため、振動的で制御性が悪いことを示している。そこ
で現代制御理論を適用して、オブザーバを構成し、例え
ば第２図に示すように、フ才トセンサ（２５）、および
Ｉ−、ＥＤ（２７１で構成された位置検出センサ（５）
で検知したコイルボビン（２４）の位置信号から、速度
推定オブザーパ（１ｌ）でコイルボビン（２４）の速度
を推定し、反転増幅器（１２）および加算器（９）を介
してコイル駆動電流に所定のゲインでフィードバックす
ると第５図に示ず極配置となる。すべての極は安定、か
つ速応性の良い方向に移動しており、アクチュエータの
特性が改善されていることがわかる。この改善されたア
クチュエータの周波数応答特性を第７図に示す。すなわ
ち、１次共振および２次共振ともにダンピングがかかり
、かつ位相もなめらかにまわっているため、制御性のよ
いアクチュエータに改善されている。

次に、磁気ヘッド（２）の位置信じを位置検出センサ（
５）で取り出し、オブザーバによって速度を推定して、
推定速度をフィートバックする場合を考える。この場合
、極配置は第８図のＪ：うになる。極Δが不安定な領域
に移動するので、この方法はダンピングの効果はないば
かりか、かえって不安定になるので実施ずへきでないこ
とがわかる。

以−１−から、このようなアクチュエータをダンピング
する場合、フィードバックする速度は、片持ばり部材（
４）の駆動部であるコイルボビン（２４）の部分の情報
でなければ効果がないことがわかる。

以」一のようにダンピングがかけられ、制御性の改１身
された磁気ヘット駆動装置（１３）は、第１図に示すよ
うに、閉ループのダイナミックトラッキング制御系など
に適用して応答性の良い制御系が構成できる。

なお、ここで使用するオブザーバは同−次元オブザーバ
あるいは最小次元オブザーバのどちらでｌ　５ もよい。

［発明の効果〕 以」−のように、この発明によれば、被駆動部に一方の
端部が固定され、他方の開放端に磁気ヘットが装着され
ている電磁駆動型のアクヂュエー夕の−Ｌ記被駆動部の
位置を検出し、この検出信号からオブザーバによって当
該被駆動部の速度を推定し、この推定した速度信Ｕを１
二記被駆動子の駆動回路に所定のゲインでフィートバッ
クしてダンピングを掛けるように構成したので、被駆動
部の１次共振および２次共振ともダンピングがかかり、
かつ位相もなめらかにまわるので、制御性のよいヘッド
駆動装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を用いたＶＴＲ装置のダイ
ナミック１・ラッキング制御装置の構成をボずブロック
回路図、第２図はこの実施例で用いた電磁駆動型アクチ
ュエータの構成を示す断面図、第３図はこの電磁駆動型
アクヂュエー夕の等価力学モデルを示す図、第４図はこ
の電磁駆動型アクチュエータのダンピングをかけていな
い場合の極配置を示す概略図、第５図は第１図の実施例
のダンピングをかＧづた電磁駆動型アクヂュエー夕の極
配置の移動を示す概略図、第６図はダンピングをかけて
いない場合の電磁駆動型アクヂュエータの周波数応答特
性図、第７図はこの実施例のダンピングをかけた電磁駆
動型アクヂュエー夕の周波数応答特性図、第８図はダン
ピング効果がない場合の電磁駆動型アクチュエータの極
配置の移動を示す概略図、第９図は従来のＶ　ｉ″ｌ＜
装置のトラッキング制御装置の構成を示すブロック回路
図である。 （１）・・・電磁駆動型アクチュエータ、（２）・・・
磁気ヘッド、（３）・・・ボイスコイル（被駆動部）．
（４）・・・片持ばり部材、（５）・・・位置検出セン
サ、（９）・・・加算器、（ＩＯ）・・・駆動増幅器、
（ＩＩ）速度推定オブザーバ、（１２）・・・反転増幅
器、（１３）・・・磁気ヘット駆動装置。 なお、各図中、同一符号は同−、または相当部分を示す
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）片持ばり部材の自由端部に磁気ヘッドが固定され
   他方の端部が被駆動部に固着されている電磁駆動型のア
   クチュエータと、上記被駆動部の位置を検出する位置検
   出手段と、この検出された位置情報から当該被駆動部の
   速度を推定するオブザーバと、この推定された速度信号
   を所定のゲインで上記被駆動部の駆動回路に負帰還する
   手段とを備えた磁気ヘッド駆動装置。