JPH0376064A - Floating type magnetic head and magnetic disk device using the same - Google Patents
Floating type magnetic head and magnetic disk device using the sameInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
この発明は、浮上式磁気ヘッドおよびこれを用いた磁気
ディスク装置に係り、特に、サーボ（位置決め）精度に
優れる浮上式磁気ヘッドおよびこれを用いた磁気ディス
ク装置に関する。Detailed Description of the Invention "Industrial Application Field" This invention relates to a floating magnetic head and a magnetic disk device using the same, and particularly to a floating magnetic head with excellent servo (positioning) accuracy and a magnetic disk drive using the same. related to magnetic disk drives.
「従来の技術」
磁気ディスク装置は、データ・トラックの高密度化に伴
い、磁気ヘッドの位置決めを正確に行うために、サーボ
方式の採用が不可欠である。``Prior Art'' As the density of data tracks increases in magnetic disk drives, it is essential to employ a servo system in order to accurately position the magnetic head.
従来、この種のサーボ方式として、いわゆるセクタサー
ボ方式が存在する。このセクタサーボ方式は、次のよう
なものである。すなわち、データ記録面のセクタ毎にサ
ンプリング・サーボ情報を埋め込んでおく。そして、シ
ーク時などに、埋め込んだサンプリング・サーボ情報を
読出して、位置フィードバック信号を間欠的に帰還して
、位置偏差を求める。そして、位置偏差に応じた速度指
令値を決定し、決定した速度指令値をボイス・コイル・
モータ（制御対象）に送出して、位置決めを行う。Conventionally, as this type of servo system, there is a so-called sector servo system. This sector servo method is as follows. That is, sampling servo information is embedded in each sector of the data recording surface. Then, during a seek or the like, the embedded sampling servo information is read out and a position feedback signal is intermittently fed back to obtain a position deviation. Then, a speed command value is determined according to the positional deviation, and the determined speed command value is applied to the voice coil.
Sends it to the motor (control target) and performs positioning.
「発明か解決しようとする課題」
ところで、上記従来のセクタサーボ方式にあっては、サ
ンプリング周期が数百μｓｅｃであるため、位置フィー
ドバック信号の周波数帯域に限界かあった。この限界は
、サンプリング周波数の１／２倍以上の周波数の入力信
号（位置フィードバック信号）はカットオフされるとい
うサンプリング定理によって説明される。たとえば、磁
気ディスクの回転数を３．６０Ｏｒｐｍ、セクタ数を３
８に設定すると、サンプリング周期は４３９μｓｅｃで
ある。この値に対して、サンプリング定理を適用すると
、位置フィードバック信号の周波数帯域は１゜１４０Ｈ
ｚである。このように、位置フィードバック信号の周波
数帯域に限界があるために、閉ループ制御系のループゲ
インをあまり上げることができなかった。このことが、
位置決め精度の向上化の障害となっていた。``Problem to be Solved by the Invention'' By the way, in the conventional sector servo method described above, since the sampling period is several hundred μsec, there is a limit to the frequency band of the position feedback signal. This limit is explained by the sampling theorem that an input signal (position feedback signal) with a frequency equal to or higher than 1/2 of the sampling frequency is cut off. For example, the rotation speed of the magnetic disk is 3.60 Orpm, and the number of sectors is 3.
When set to 8, the sampling period is 439 μsec. Applying the sampling theorem to this value, the frequency band of the position feedback signal is 1°140H
It is z. As described above, since there is a limit to the frequency band of the position feedback signal, the loop gain of the closed loop control system cannot be increased much. This means that
This was an obstacle to improving positioning accuracy.
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、上述の
周波数帯域を上げることなく、高精度ノ位置決めを行う
ことができる浮上式磁気ヘッドお上びこれを用いた磁気
ディスク装置を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide a floating magnetic head that can perform high-precision positioning without increasing the frequency band mentioned above, and a magnetic disk device using the same. It is an object.
「課題を解決するための手段」
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、加
速度センサを磁気ヘッド素子に近接して設けたことを特
徴としている。"Means for Solving the Problem" In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 is characterized in that an acceleration sensor is provided close to the magnetic head element.
請求項２記載の発明は、前記加速度センサを、シリコン
半導体でなるバネ部と質量部とから構成し、かつ前記バ
ネ部表面にホイーストンブリッジ構成のピエゾ抵抗素子
を拡散形成したものとしたことを特徴としている。The invention according to claim 2 provides that the acceleration sensor is constituted by a spring part and a mass part made of a silicon semiconductor, and a piezoresistive element having a Wheatstone bridge structure is diffused and formed on the surface of the spring part. It is a feature.
請求項３記載の発明は、速度指令値をアクチュエータに
供給することにより、前記請求項１または２記載の浮上
式磁気ヘッドの位置決めを行うサーボ機構を備えた磁気
ディスク装置において、前記サーボ機構に、前記加速度
センサから出力される加速度信号を積分する積分回路と
、この積分回路の出力値を前記速度指令値に帰還する帰
還回路とを付加したことを特徴としている。The invention according to claim 3 is a magnetic disk drive including a servo mechanism that positions the floating magnetic head according to claim 1 or 2 by supplying a speed command value to an actuator, the servo mechanism comprising: The present invention is characterized in that it includes an integrating circuit that integrates the acceleration signal output from the acceleration sensor, and a feedback circuit that feeds back the output value of the integrating circuit to the speed command value.
「作用」
上記構成の磁気ヘッドを用いた磁気ディスク装置によれ
ば、従来の位置フィードバック信号の帰還に加えて、加
速度センサの出力信号に基づく速度フィードバック信号
を指令値に帰還させるようにしたので、上記周波数帯域
に限界があっても、ループゲインの向上を図ることがで
きる。したがって、高精度の位置決めを行うことが可能
となる。"Operation" According to the magnetic disk drive using the magnetic head having the above configuration, in addition to feedback of the conventional position feedback signal, a velocity feedback signal based on the output signal of the acceleration sensor is fed back to the command value. Even if the frequency band has a limit, it is possible to improve the loop gain. Therefore, it becomes possible to perform highly accurate positioning.
「実施例」
以下、図面を参照して、この発明の実施例について説明
する。"Embodiments" Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は、この発明の一実施例である浮上式磁気ヘッド
（以下、単に磁気ヘッドという）の構成を示す斜視図で
ある。FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a floating magnetic head (hereinafter simply referred to as a magnetic head) which is an embodiment of the present invention.
この図において、符号１は、磁気ヘッドを磁気ディスク
面から浮上させるためのスライダであり、セラミックス
、たとえば、チタン酸カルシウム（ＣａＴｉｏ３）を主
成分とするセラミックス、からなっている。このスライ
ダＩの底面左右には、磁気ディスクの回転時・空気ベア
リングを生じさせる浮上面フラット部２ａ、２ｂが各々
設けられている。In this figure, reference numeral 1 denotes a slider for floating the magnetic head above the magnetic disk surface, and is made of ceramic, for example, ceramic whose main component is calcium titanate (CaTio3). On the left and right sides of the bottom surface of the slider I are provided air bearing flat portions 2a and 2b, respectively, which provide air bearing during rotation of the magnetic disk.
また、これら浮上面フラット部２ａ、２ｂの前方には、
空気が流入しやすいように、各々、浮上面テーバ部３ａ
、３ｂが設けられている。上記浮」二面フラット部２ａ
の後端には、スリットＳが設けられている。このスリッ
トＳには、たとえば、マンガン−亜鉛フェライトなどの
材料で作られた磁気コア４が埋設されて、さらに、接着
ガラス５によって固着されている。この磁気コア４には
、磁気ディスクに対してデータの記録再生を行うヘッド
ギャップ（空隙）６が設けられている。さらに、この磁
気コア４には、電磁変換をおこなうためのコイル７が巻
かれている。このコイル７には、信号送受用のリード線
８が接続されている。次に、９は磁気ヘッドの加速度を
検出するための加速度検出部であり、この加速度検出部
９は、磁気コア４に隣接して、スライダ１の後端部に固
着されている。In addition, in front of these air bearing surface flat parts 2a and 2b,
Each of the air bearing surface tapered portions 3a is provided so that air can easily flow in.
, 3b are provided. The above-mentioned floating double-sided flat part 2a
A slit S is provided at the rear end. A magnetic core 4 made of a material such as manganese-zinc ferrite is embedded in the slit S, and is further fixed with adhesive glass 5. This magnetic core 4 is provided with a head gap (air gap) 6 for recording and reproducing data on the magnetic disk. Furthermore, a coil 7 for performing electromagnetic conversion is wound around this magnetic core 4. A lead wire 8 for signal transmission and reception is connected to this coil 7. Next, reference numeral 9 denotes an acceleration detection section for detecting the acceleration of the magnetic head, and this acceleration detection section 9 is fixed to the rear end of the slider 1 adjacent to the magnetic core 4.
第２図は、加速度検出部９の構成を拡大して示す斜視図
である。また、第３図は、同断面図である。これらの図
に示すように、上記加速度検出部９は、ベースプレート
１０と加速度センサ１１とキャップ１２とから構成され
ている。これらベースプレートｌＯ１加速度センサＩＩ
、キャップ１２は、いずれもシリコン半導体基板から作
られている。上記加速度センサ１１はフレーム１３、バ
ネ部１４，１４、ピエゾ抵抗１５，１５．・・、質量部
（質量ｍ）１６およびボンド・バッドＢ 、Ｂ 、Ｂか
ら構成されている。上記ピエゾ抵抗１５，１５゜・は、
ｎ−シリコンにボロンを熱拡散またはイオン注入するこ
とにより形成され、荷重ストレスを感知するために、フ
レキシブルなバネ部（ｎ−シリコン）１４．１４の表面
に、ホイーストンブリッジ（ダブルフルブリッジ）構成
となっている（第４図参照）。これにより、質１ｍの質
量部！６が加速度α（第３図）を受けると、荷重Ｆ＝ｍ
αが生じ、その結果、バネ部１４．１４にストレスが生
じる。FIG. 2 is an enlarged perspective view showing the configuration of the acceleration detection section 9. As shown in FIG. Moreover, FIG. 3 is a sectional view of the same. As shown in these figures, the acceleration detection section 9 includes a base plate 10, an acceleration sensor 11, and a cap 12. These base plates lO1 acceleration sensor II
, the cap 12 are both made of a silicon semiconductor substrate. The acceleration sensor 11 includes a frame 13, spring parts 14, 14, piezoresistors 15, 15, . ..., a mass part (mass m) 16, and bond pads B, B, and B. The above piezo resistance 15,15° is
Formed by thermal diffusion or ion implantation of boron into n-silicon, a Wheatstone bridge (double full bridge) configuration is applied to the surface of the flexible spring part (n-silicon) 14.14 to sense load stress. (See Figure 4). As a result, the mass part of 1m! 6 is subjected to acceleration α (Fig. 3), load F=m
α occurs, resulting in stress on the spring portion 14.14.
第５図は、加速度センサ１１の出力を増幅する増幅部の
電気的構成を示す回路図である。この増幅部は、３つの
電圧ホロア１７ａ、Ｉ７ｂ、Ｉ７ｃと増幅器＋８とから
概略構成されている。FIG. 5 is a circuit diagram showing the electrical configuration of an amplification section that amplifies the output of the acceleration sensor 11. This amplification section is roughly composed of three voltage followers 17a, I7b, and I7c and an amplifier +8.
次に、この例の磁気ヘッドをセクタサーボ制御方式によ
り位置決めを行う磁気ディスク装置に適用した場合のに
ついて説明する。Next, a case will be described in which the magnetic head of this example is applied to a magnetic disk device that performs positioning using a sector servo control method.
第６図は、この例の磁気ヘッドを用いた磁気ディスク装
置のサーボ動作を説明するためのブロック線図である。FIG. 6 is a block diagram for explaining the servo operation of a magnetic disk device using the magnetic head of this example.
この図において、符号１９は電流指令値ＩＣ０Ｎ（ｋ）
を出力するデジタル・コン）ローラ、２０は電流指令値
１ｃＯＭ（ｋ）をホールドする零次ホールド要素、２１
は制御対象、すなわち、磁気ヘッドを目標トラック位置
に移動させるＶＣＭ（ボイス・コイル・モータ）、２２
は加速度父（１）を積分して速度を求める積分要素、２
３ａ、２３ｂは加合せ点、２４ａ、２４ｂはサンプリン
グ周期毎にＯＮ動作する要素、すなわち、サンプラであ
る。In this figure, code 19 is the current command value IC0N(k)
20 is a zero-order hold element that holds the current command value 1cOM(k), 21
is a VCM (voice coil motor) 22 that moves the controlled object, that is, the magnetic head to the target track position.
is an integral element that calculates the velocity by integrating the acceleration factor (1), 2
3a and 23b are addition points, and 24a and 24b are elements that are turned ON every sampling period, that is, samplers.
次に、第６図を参照して、この例の磁気ヘッドを用いた
セクタサーボ系の動作について説明する。Next, the operation of the sector servo system using the magnetic head of this example will be explained with reference to FIG.
サンプラ２４ｂがＯＮ動作すると、その時点の位置情報
を示す位置フィードバック信号ＦＢＰＯ８（ｋ）が加合
せ点２３ａに入力する。シーク先の位置を示す目標位置
信号ＴＰＯ８（ｋ）は、加合せ点２３ａに入力すると、
位置フィードバック信号ＦＢＰＯ３（ｋ）によって引か
れる。この結果、加合せ点２３ａからは、位置誤差信号
ＰＥ（ｋ） （＝ ＴＰＯ８（ｋ） −ＦＢＰＯ８（ｋ
） ）が出力される。デジタル・コントローラ１９は、
位置誤差信号ＰＥ（ｋ）を受けると、下式の演算を実行
して、電流指令値ＩＣＯＭ（ｋ）を算出する。When the sampler 24b turns ON, a position feedback signal FBPO8(k) indicating the position information at that time is input to the summing point 23a. When the target position signal TPO8(k) indicating the seek destination position is input to the summing point 23a,
Subtracted by position feedback signal FBPO3(k). As a result, from the summing point 23a, the position error signal PE(k) (= TPO8(k) −FBPO8(k
) ) is output. The digital controller 19 is
Upon receiving the position error signal PE(k), the following calculation is executed to calculate the current command value ICOM(k).
ＩｃＯＭ（ｋ）−ａ １ＰＥ（ｋ）＋ ａ ｔ・ＰＥ（
ｋ）／ （ｌ Ｚ −’）サンプラ２４ａは、微少時
間のＯＮ状態をサンプリング周期毎に繰り返し、ＯＮ状
態の時、デジタル・コントローラ１９から出力された電
流指令値１ｃＯＭ（ｋ）を零次ホールド要素２０に供給
する。IcOM(k)-a 1PE(k)+a t・PE(
k)/(l Z -') The sampler 24a repeats the ON state for a minute time every sampling period, and when it is in the ON state, the current command value 1cOM(k) output from the digital controller 19 is held as a zero-order hold element. Supply 20.
零次ホールド要素２０は、電流指令値［ＣＯＭ（ｋ）の
供給を受けると、サンプラ２４ａの次回のＯＮ−動作ま
で、電流指令値１ｃＯＭ（ｋ）をホールドして制御対象
（ＶＣＭ）に出力する。一方、磁気ヘッドの加速度父（
１）は、加速度センサ１１によって検出され、増幅回路
（第５図）を経て、積分回路２２に供給される。積分回
路２２で、積分され、積分結果に積分ゲインａ、を乗じ
、速度信号として加合せ点２３ｂにフィードバックされ
る。加合せ点２３ｂでは、零次ホールド要素２０から出
力された電流指令値ＩＣ０Ｎ（ｔ）からフィードバック
された速度信号分が引かれ、その残りの電流指令値“＋
ｃｏＭ（ｔ）”が制御対象（ＶＣＭ）２ ＋に供給され
る。When the zero-order hold element 20 receives the current command value [COM(k), it holds the current command value 1cOM(k) until the next ON-operation of the sampler 24a and outputs it to the controlled object (VCM). . On the other hand, the acceleration of the magnetic head (
1) is detected by the acceleration sensor 11, and is supplied to the integrating circuit 22 via the amplifier circuit (FIG. 5). The integration circuit 22 integrates the signal, multiplies the integration result by an integral gain a, and feeds it back to the summing point 23b as a speed signal. At the summing point 23b, the feedback speed signal is subtracted from the current command value IC0N(t) output from the zero-order hold element 20, and the remaining current command value "+"
coM(t)” is supplied to the controlled object (VCM) 2 +.
上記構成によれば、加速度センサ１１の質量ｍを小さく
すれば、速度フィードバック信号の周波数帯域を高める
ことが可能である。この結果、位置信号の周波数帯域は
変わらないが、速度信号の周波数帯域が高くなっている
ため、サーボ系全体から見ると、位置フィードバック信
号周波数帯域の高いサーボ面サーボ方式とほぼ等価の制
御が可能となる。したがって、−段と精度の高い位置決
めを行うことができる。According to the above configuration, by reducing the mass m of the acceleration sensor 11, it is possible to increase the frequency band of the speed feedback signal. As a result, the frequency band of the position signal remains the same, but the frequency band of the speed signal has increased, so from the perspective of the entire servo system, it is possible to perform control almost equivalent to the servo surface servo method, which has a high position feedback signal frequency band. becomes. Therefore, it is possible to perform positioning with higher precision.
「発明の効果」
以上説明したように、この発明によれば、従来の位置フ
ィードバック信号の帰還に加えて、加速度センサの出力
信号に基づく速度フィードバック信号を指令値に帰還さ
せるようにしたので、上記周波数帯域に限界があっても
、ループゲインの向上を図ることかできる。したがって
、高精度の位置決めを行うことが可能となる。"Effects of the Invention" As explained above, according to the present invention, in addition to feedback of the conventional position feedback signal, the speed feedback signal based on the output signal of the acceleration sensor is fed back to the command value. Even if there is a limit to the frequency band, it is possible to improve the loop gain. Therefore, it becomes possible to perform highly accurate positioning.
第１図は、この発明の一実施例である磁気ヘッドの構成
を示す斜視図、第２図は同磁気ヘッドに適用される加速
度検出部の構成を拡大して示す斜視図、第３図は同加速
度検出部の断面図、第４図は同加速度検出部のピエゾ抵
抗の回路構成を示す図、第５図は加速度信号の増幅部の
電気的構成を示す回路図、第６図はこの発明の一実施例
である磁気ディスク装置の間欠的サーボ動作を説明する
ためのブロック線図である。
■・・・・・・スライダ、４・・・・・・磁気コア、６
・・・・・・ヘッドギャップ、９・・・・・・加速度検
出部、ＩＩ・・・・・・加速度センサ、Ｉ４・・・・・
・バネ部、Ｉ５・・・・・・ピエゾ抵抗、１６・・・・
・・質量部、１９・・・・・・デジタル・コントローラ
、２■・・・・・・制御対象（ＶＣＭ）、２２・・・・
・・積分要素、
３．２４FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a magnetic head that is an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged perspective view showing the configuration of an acceleration detection section applied to the magnetic head, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the acceleration detection section, FIG. 4 is a diagram showing the piezoresistor circuit configuration of the acceleration detection section, FIG. 5 is a circuit diagram showing the electrical configuration of the acceleration signal amplification section, and FIG. 6 is the invention. FIG. 2 is a block diagram for explaining an intermittent servo operation of a magnetic disk device as an example. ■...Slider, 4...Magnetic core, 6
...Head gap, 9...Acceleration detection section, II...Acceleration sensor, I4...
・Spring part, I5...Piezo resistance, 16...
... Mass part, 19 ... Digital controller, 2 ■ ... Controlled object (VCM), 22 ...
...integral element, 3.24
Claims (3)
ことを特徴とする浮上式磁気ヘッド。(1) A floating magnetic head characterized in that an acceleration sensor is provided close to a magnetic head element.
部と質量部とからなり、かつ前記バネ部表面にホイース
トンブリッジ構成のピエゾ抵抗素子を拡散形成してなる
ものであることを特徴とする請求項１記載の浮上式磁気
ヘッド。(2) The acceleration sensor comprises a spring part and a mass part made of a silicon semiconductor, and a piezoresistive element having a Wheatstone bridge structure is diffused and formed on the surface of the spring part. 2. The floating magnetic head according to item 1.
り、前記請求項１または２記載の浮上式磁気ヘッドの位
置決めを行うサーボ機構を備えた磁気ディスク装置にお
いて、 前記サーボ機構に、前記加速度センサから出力される加
速度信号を積分する積分回路と、この積分回路の出力値
を前記速度指令値に帰還する帰還回路とを付加したこと
を特徴とする磁気ディスク装置。(3) In a magnetic disk drive equipped with a servo mechanism that positions the floating magnetic head according to claim 1 or 2 by supplying a speed command value to an actuator, an output from the acceleration sensor is provided to the servo mechanism. What is claimed is: 1. A magnetic disk drive comprising: an integrating circuit that integrates an acceleration signal generated by a signal; and a feedback circuit that feeds back an output value of the integrating circuit to the speed command value.
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| JP (1) | JPH0376064A (en) |
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-
1989
- 1989-08-18 JP JP21236889A patent/JPH0376064A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6335845B1 (en) | 1996-01-22 | 2002-01-01 | Hitachi, Ltd. | Magnetic disk apparatus having an accelerometer for detecting acceleration in the positioning direction of the magnetic head |
| US6407876B1 (en) | 1996-01-22 | 2002-06-18 | Hitachi, Ltd. | Magnetic disk apparatus having an accelerometer for detecting acceleration in the positioning direction of the magnetic head |
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