JPH04360080A - サーボライタのヘッド位置決め装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気ディスクにサーボ
パターンを書き込むためのサーボライタのヘッド位置決
め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置、特にハードディスク
装置では情報の書き込み／読み出しを行うために目的の
トラックに磁気ヘッドを位置決めする必要がある。この
ヘッド位置決めのためにディスク上に予めサーボパター
ンが書き込まれており、情報の書き込み／読み出し時に
は、このパターンを読み取って得られる位置情報を基に
してヘッド駆動系が制御される。

【０００３】磁気ディスク上にサーボパターンを書き込
むための装置は、サーボライタと呼ばれている。このサ
ーボライタにおいてサーボパターン書き込み用の磁気ヘ
ッドは、ディスクの回転軸と平行な軸を中心として回転
可能に支持されたキャリッジに固定され、ボイスコイル
モータによって駆動される。

【０００４】サーボライタはサーボパターン書き込み用
ヘッドおよびヘッド位置決め機構により二つの方式に分
けられる。一つは、磁気ディスク装置自身のヘッドとヘ
ッドキャリッジを用いる方式であり、サーボライタに備
えられた高精度に位置決め可能なキャリッジ駆動機構を
ヘッドキャリッジに物理的に接続してヘッド位置決めを
行うものである。もう一つは、同様にサーボライタに備
えられたヘッドおよびヘッド位置決め機構を用いる方式
であり、本発明のサーボライタもこの方式に属する。い
ずれの方式でも、ディスクは磁気ディスク自身のスピン
ドルモータに固定された状態でサーボパターンが書き込
まれる。

【０００５】従来のハードディスク装置では、スピンド
ルモータの回転軸がボールベアリング用いたベアリング
軸受けで支持されているため、いわゆる軸振れが存在す
る。スピンドルモータの軸振れは、その方向によりアキ
シャル軸振れ（回転軸と同方向の振れ）とラジアル軸振
れ（回転軸に垂直な方向の軸振れ）に分けられる。これ
らの軸振れは、さらに回転に同期した成分と同期しない
成分に分けられる。これらのうちサーボライタにより書
き込まれるサーボパターンの精度に影響するのは、ラジ
アル軸振れのうちの回転に同期しない成分（以下、これ
を単に軸振れという）である。

【０００６】現行の小型ハードディスク装置（ディスク
径２．５インチ、３．５インチ等）に使用されているス
ピンドルモータにおける軸振れの大きさは０．３μｍ程
度であり、周波数成分は４００Ｈｚ程度に多く現れる。 このためサーボライタで精度よくヘッドを位置決めして
も、ディスクに書かれたサーボパターンは０．３μｍ程
度の振れを生じる。現行のハードディスク装置では、ト
ラック密度は一般的に２，０００ＴＰＩ程度であり、軸
振れにより生じるサーボパターンの振れは、それほど問
題となっていない。しかし、トラック密度はますます高
密度化の方向にあり、今後５，０００ＴＰＩもしくはそ
れ以上となった場合、このサーボパターンの振れが問題
となってくる。

【０００７】サーボライタにおいて、サーボパターンの
振れをなくすためには、軸振れによるディスクの振れを
検知し、それを相殺するようにヘッドを位置決めする必
要がある。図８は、従来のサーボライタのヘッド位置決
め装置である。ヘッド１０１はヘッドキャリッジ１０２
のアーム部１０３に固定され、キャリッジ１０２はディ
スク１０４の回転軸１０５に平行な軸に図示しないボー
ルベアリングを用いたベアリング軸受けを介して回転可
能に支持され、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１０６に
よって駆動される。ヘッドキャリッジ１０２にはレーザ
光を反射するコーナーキューブ１０７が固定され、レー
ザ測長器１０８によりヘッド１０１の位置が測定される
。レーザ測長器１０８から得られる位置情報は、制御回
路１０９を介してＶＣＭ駆動部１１０に供給される。 このようなヘッド位置決めサーボ系によりヘッド１０１
が位置決めされる。

【０００８】しかしながら、このような構成ではヘッド
キャリッジ１０２を支持するベアリング軸受けの剛性等
により、２ｋＨｚ程度の機械共振点が現れる。従って、
図８のような位置決め機構によって、スピンドルモータ
の軸振れに追従するヘッド位置決めサーボ系を構成する
場合、この機械共振点より下側にサーボの制御帯域を配
置しなければならないため、制御帯域は３００〜４００
Ｈｚ程度に制限されてしまう。このような制御帯域では
、５，０００ＴＰＩ以上といった高トラック密度におい
ても問題とならない程度にサーボパターンの振れをなく
すことは困難である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のサーボライタの位置決め装置では、機械共振点が低い
ためにヘッド位置決めサーボの制御帯域が制限されるこ
とから、スピンドルモータの軸振れによるサーボパター
ンの振れを十分に小さく抑えることが難しく、高トラッ
ク密度の場合に問題となっていた。

【００１０】本発明は、このような問題点を解決すべく
なされたもので、ヘッド位置決め機構の機械共振点を高
くしてヘッド位置決めサーボの制御帯域を広くとること
ができ、スピンドルモータの軸振れによるサーボパター
ンの振れを十分に小さくできるサーボライタのヘッド位
置決め装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明によるサーボライタのヘッド位置決め装置は
、サーボパターン書き込みのための磁気ヘッドを磁気デ
ィスクの半径方向に移動させる粗動機構と、ヘッドをデ
ィスクの半径方向に少なくとも１トラックピッチ分移動
させる微動機構と、ヘッドを粗動機構に対して支持する
と共に、微動機構の動作に伴い弾性変形する弾性支持部
材と、粗動機構および微動機構を磁気ヘッドが所望のト
ラック位置に移動するように制御する第１の制御手段と
、微動機構をスピンドルモータの軸振れに応じて制御す
る第２の制御手段とを有することを特徴とする。

【００１２】

【作用】サーボパターン書き込み用ヘッドのためのヘッ
ド位置決め機構は、粗動機構と微動機構およびヘッドを
粗動機構に対して弾性支持するための弾性支持部材によ
り構成されるため、その機械共振点はボイスコイルモー
タおよびベアリング軸受けを用いた従来のヘッド位置決
め機構に比較して格段に高くなる。これにより、ヘッド
位置決めサーボの制御帯域が広くなるため、ディスクを
回転させるスピンドルモータの軸振れによるサーボパタ
ーンの振れが十分に小さく抑えられる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明の一実施例に係るサーボライタの
ヘッド位置決め装置におけるヘッド位置決め機構部およ
び制御系の構成を示す図である。

【００１４】図１において、磁気ディスク１は例えばハ
ードディスクまたはフロッピーディスクであり、その中
心のハブ２に回転軸が連結されたスピンドルモータ３に
よって回転される。磁気ヘッド４はヘッドアーム５の先
端に固定され、ヘッドアーム５の基端部は弾性支持部材
６を介して固定ブロック７により粗動機構である円板状
の回転ステージ８上に固定されている。弾性支持部材６
はそれ自体は剛性の高い鋼などの材料で作られた板バネ
からなり、回転ステージ８の面に対してほぼ垂直に設け
られている。回転ステージ８は図示しないステッピング
モータによって回転駆動され、それによりヘッド４はデ
ィスク１の半径方向に移動される。

【００１５】一方、ヘッドアーム５の側端部には圧電ア
クチュエータ９の一端が密着されている。圧電アクチュ
エータ９は厚み方向に変位する複数の圧電素子を積層し
た積層型圧電素子からなり、その他端は固定ブロック１
０により回転ステージ８上に固定されている。この圧電
アクチュエータ９により、ヘッド４はディスク１の半径
方向に少なくとも１トラックピッチ分だけ移動される。 すなわち、圧電アクチュエータ９は電圧が印加されるこ
とにより図２に示されるように矢印Ａの方向に伸縮する
。これに伴い弾性支持部材６が弾性変形し、ヘッドアー
ム５が破線で示す位置から実線で示す位置に回動して、
ヘッド４がディスク１の半径方向に移動される。

【００１６】圧電アクチュエータ９の変位は高精度であ
るが、変位量は非常に小さく、その変位によるヘッド４
の移動量は高々数十μｍである。そこで、圧電アクチュ
エータ９を微動機構として用い、これと回転ステージ８
による粗動機構を組み合わせることで、ヘッド４をディ
スク１の半径方向に全トラック位置にわたり正確に位置
決めるすることができる。

【００１７】ヘッドアーム５には、反射鏡であるコーナ
ーキューブ１１が固定されている。このコーナーキュー
ブ１１に対向してレーザ測長器１２が配置されている。 レーザ測長器１２は図５に示されるようにレーザヘッド
５１、干渉計５２、レシーバ５３および位置検出回路５
４からなり、コーナーキューブ１１と干渉計５２との間
の距離が２．５ｎｍ程度の分解能で測定され、位置検出
回路５４からヘッド４の位置情報として出力される。

【００１８】この場合、図３に示されるようにヘッドア
ーム５の支持点（弾性支持部材６の中心）からコーナー
キューブ１１までの距離Ｌ１を支持点からヘッド４まで
の距離Ｌ２より大きくすることによって、コーナーキュ
ーブ１１の移動距離はＬ１／Ｌ２の比に応じてヘッド４
の移動距離より大きくなる。これにより、レーザ測長器
１２の位置測定分解能に比較して高い精度でヘッド４の
位置を測定することが可能となる。

【００１９】レーザ測長器１２からのヘッド位置情報に
基づき制御回路１３で制御信号が生成され、この制御信
号に従って回転ステージ８を回転させるためのステッピ
ングモータがモータ駆動回路１４により駆動されること
により、回転ステージ８が回転させられる。また、制御
回路１３から出力される制御信号は加算器１５を介して
アクチュエータ駆動回路１６にも供給され、このアクチ
ュエータ駆動回路１６によって圧電アクチュエータ９が
変位する。このようにして回転ステージ８および圧電ア
クチュエータ９により、ヘッド４が制御回路１３に設定
されたディスク１上の目標位置に位置決めされる。

【００２０】一方、圧電アクチュエータ９はさらにスピ
ンドルモータ３の軸振れに応じて制御される。以下、ス
ピンドル３の軸振れ測定系について説明する。本実施例
では、スピンドルモータ３の軸振れ測定のために予めデ
ィスク１上の特定位置、例えば最外周または最内周に軸
振れ測定用の位置信号を書き込んでおく。この軸振れ測
定用位置信号の書き込み／読取りのために、専用の磁気
ヘッド１７が設けられている。このヘッド１７はサーボ
パターン書き込み用のヘッド４と同様に、微動機構であ
る圧電アクチュエータ１８および粗動機構である移動ス
テージ１９によりディスク１の半径方向に移動される。 ヘッド１７の読み取り出力はアンプ２０を介して位置信
号再生回路２１に入力される。

【００２１】位置信号再生回路２１は例えば図４に示さ
れるように、位置信号の周波数成分を分離抽出する周波
数分離回路４１と、この周波数分離回路４１の出力を直
流化するための全波整流回路４２および該全波整流回路
４２の出力をスピンドルモータ３の軸振れの周波数帯域
より十分高いサンプリング周波数でサンプルホールドす
るサンプルホールド回路４３からなり、軸振れ測定用の
位置信号を再生する。例えば、スピンドルモータ３の回
転数を３，６００ｒｐｍとすると、スピンドルモータ３
の軸振れは６００Ｈｚ程度であるから、サンプルホール
ド回路４３におけるサンプリング周波数は１０ｋＨｚ程
度に選ばれる。

【００２２】位置信号再生回路２１で再生された軸振れ
測定用位置信号は、制御回路２２に入力される。制御回
路２２は、入力された位置信号から演算により制御信号
を生成する。この制御信号がアクチュエータ駆動回路２
３を介して圧電アクチュエータ１８に供給されることに
より圧電アクチュエータ１８が駆動され、ヘッド１７が
軸振れ測定用の位置信号を正しく読み取るように、つま
りヘッド１７が軸振れに正確に追従するように位置決め
される。このヘッド１７の軸振れ追従帯域は、１ｋＨｚ
程度に設定される。

【００２３】一方、圧電アクチュエータ１８には反射鏡
２４が取り付けられており、この反射鏡２４の位置がレ
ーザ測長器２５により測定される。レーザ測長器２５は
、レーザ測長器１２と同様に図５に示すように構成され
る。圧電アクチュエータ１８の動きは、ディスク１上に
記録された軸振れ用位置信号のラジアル方向（ディスク
１の半径方向）の動きであり、これはスピンドルモータ
３のラジアル方向の軸振れ（非同期成分）を反映してい
る。この軸振れは一般に０．３μｍｐ−ｐ　程度である
ため、レーザ測長器２５の測定分解能（２．５ｎｍ程度
）によって十分測定が可能である。

【００２４】レーザ測長器２５の測定データは、ＣＰＵ
（マイクロコンピュータ）２６に取り込まれる。レーザ
測長器２５で測定された反射鏡２４の位置情報のラジア
ル方向の動きは、軸振れ測定用信号を記録したときのス
ピンドルモータ３の軸振れと現時点での軸振れとが重な
り合ったものとなる。そこで、ＣＰＵ２６はレーザ測長
器２５からの測定データを、スピンドルモータ３からロ
ータリエンコーダ等により一回転毎に一回発生されるイ
ンデックス信号に同期してサンプリングし記憶した後、
それらの平均値を求めて記憶する。同様の操作をインデ
ックス信号の発生位相を少しずつ変えて繰り返し行う。 すなわち、ディスク１の所定の角度間隔の回転位置毎に
、測定データをサンプリングし、平均値を求めて記憶す
る。こうして記憶された平均値は、ランダム性の非同期
成分が平均化によって除去されるため、軸振れ測定用位
置信号をディスク１に書き込んだときのスピンドルモー
タ３の軸振れ自体（同期成分）を表している。

【００２５】そして、次にＣＰＵ２６は現時点での反射
鏡２４の位置変動を表わすレーザ測長器２５の測定デー
タを各回転位置毎にサンプリングして記憶し、これらの
位置変動から上記の平均値、すなわち位置情報の同期成
分を差し引く。これにより各サンプリング時点でのスピ
ンドルモータ３のラジアル方向の軸振れのうち、同期成
分が除去されて、非同期成分のみが測定されることにな
る。

【００２６】こうしてＣＰＵ２６で得られた軸振れ測定
信号は、加算器１５において制御回路１３から出力され
る制御信号と加算された後、アクチュエータ駆動回路１
６に供給される。これにより、ヘッド４がスピンドルモ
ータ３の軸振れを相殺するように位置決めされる。

【００２７】なお、軸振れ測定用位置信号は、次の手順
によりディスク１上の適当なトラックに書き込まれる。 図６に示されるように、まず磁気ヘッドを実線６１の位
置に設定し、あるトラックに周波数ｆ１の連続信号をヘ
ッドにより書き込む。次に、ヘッドをトラック幅の３／
４程度トラック幅方向に移動させて破線６２の位置に設
定し、周波数ｆ２の連続信号を書き込む。その後、ヘッ
ドをｆ１，ｆ２の信号が重なり合った位置の中心に移動
させる。これにより、ヘッド１７で再生される信号はｆ
１とｆ２の成分をほぼ半分ずつ含み、その割合はスピン
ドルモータ３の軸振れによって変化することになる。

【００２８】以上説明したように、本実施例では回転ス
テージ８による粗動機構と圧電アクチュエータ９による
微動機構を併用して、サーボパターン書き込み用のヘッ
ド４をディスク１上の目的のトラック位置に位置決めす
ると共に、圧電アクチュエータ９をスピンドルモータ３
の軸振れに応じて制御することで、ヘッド４の位置を軸
振れに追従させて変化させることにより、振れの小さい
サーボパターンを書き込むことが可能となる。

【００２９】また、微動機構に圧電アクチュエータ９を
用いることにより、ヘッドキャリッジをベアリング軸受
けで支持してボイスコイルモータで駆動する従来のヘッ
ド位置決め機構に見られるようなベアリング軸受けのガ
タがなく、より高精度の位置決めが可能となる。

【００３０】さらに、ヘッドアーム５をそれ自体は剛性
の高い材質からなる弾性支持部材６により支持するため
、ヘッド位置決め機構の機械共振点が５〜６ｋＨｚ程度
にまで高くなるので、ヘッド位置決めサーボの制御帯域
は１ｋＨｚ程度以上と広くなる。この結果、スピンドル
モータ３の軸振れによるサーボパターンの振れを十分に
小さく抑えることができ、例えば５，０００ＴＰＩとい
ったような高トラック密度にも十分に対応することが可
能となる。

【００３１】図７に本発明の他の実施例を示す。この実
施例ではスピンドルモータ３の軸振れを静電容量計７１
により検出し、その検出出力をアンプ７２を介して制御
回路７３に入力することにより、軸振れに応じた制御信
号を生成している。この制御信号は加算器１５を介して
アクチュエータ駆動回路１６に供給され、先の実施例と
同様にスピンドル３の軸振れを打ち消すようにヘッド４
の位置を制御する。従って、この実施例によっても先の
実施例と同様の効果が得られる。

【００３２】また、実施例では微動機構に圧電アクチュ
エータを用いたが、磁歪アクチュエータや電磁アクチュ
エータ等を用いてもよい。さらに、ヘッド位置決め機構
の位置測定にレーザ測長器を用いたが、高分解能の光学
式スケールセンサその他のスケールセンサ等を用いても
構わない。その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種
々変形して実施することが可能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、サーボライタのヘッド
位置決め機構の機械共振点を高くすることにより、サー
ボパターン書き込みのためのヘッドの位置決めサーボの
制御帯域を広くとることができ、スピンドルモータの軸
振れによるサーボパターンの振れを高トラック密度にお
いても実質的に問題とならない程度まで小さくすること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るサーボライタのヘッド
位置決め装置の構成図

【図２】図１の要部を拡大して示す平面図

【図３】図１
の要部を拡大して示す平面図

【図４】図１における位置
信号再生回路の構成を示すブロック図

【図５】図１におけるレーザ測長器の構成を示すブロッ
ク図

【図６】同実施例においてディスク上に予め書き込む軸
振れ測定用位置信号を示す図

【図７】本発明の他の実施例に係るサーボライタのヘッ
ド位置決め装置の構成図

【図８】従来のサーボライタのヘッド位置決め装置の構
成図。

【符号の説明】

１…磁気ディスク　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　３…スピンドルモータ ４…磁気ヘッド　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　５…ヘッドアーム ６…弾性支持部材　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　８…回転ステージ ９…圧電アクチュエータ　　　　　　　　　　　　　　
１２…レーザ測長器 １３…制御回路　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　１４…モータ駆動回路 １６…アクチュエータ駆動回路　　　　　　　　　　１
７…磁気ヘッド １８…圧電アクチュエータ　　　　　　　　　　　　　
　１９…移動ステージ ２１…位置信号再生回路　　　　　　　　　　　　　　
　　２２…制御回路 ２５…レーザ測長器　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　２６…ＣＰＵ７１…静電容量計　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　７３…制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スピンドルモータにより回転駆動される磁
   気ディスクに磁気ヘッドによりサーボパターンを書き込
   むサーボライタにおいて、前記磁気ヘッドを前記磁気デ
   ィスクの半径方向に移動させる粗動機構と、前記磁気ヘ
   ッドを前記磁気ディスクの半径方向に少なくとも１トラ
   ックピッチ分移動させる微動機構と、前記磁気ヘッドを
   前記粗動機構に対して支持し、前記微動機構の動作に伴
   い弾性変形する弾性支持部材と、前記粗動機構および前
   記微動機構を前記磁気ヘッドが所望のトラック位置に移
   動するように制御する第１の制御手段と、前記微動機構
   を前記スピンドルモータの軸振れに応じて制御する第２
   の制御手段とを具備することを特徴とするサーボライタ
   のヘッド位置決め装置。