JPH06150587A - ディスク装置のステッピングモータ駆動方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディスク装置においてシーク騒音の静粛性を
実現すると共に、低消費電力駆動を成し得るステッピン
グモータ駆動方式を構成する。 【構成】 ステッピングモータを駆動してヘッドを移動
する時にステッピングモータに印加する駆動電圧は、ス
テッピングモータが目的位置まで駆動不能となる脱調現
象を発生する最大応答周波数を超越した周波数で細分変
化されて成ることを特徴とするディスク装置のステッピ
ングモータ駆動方式。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディスク装置のステッピ
ングモータ駆動方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のディスク装置のステッピングモー
タ駆動方式の代表的な例は特開昭６１−２０８６８０の
公開公報に示される如きの方式が知られており、より詳
しくは図５〜図８に示す。図５は従来のディスク装置の
振動低減化を考慮しない４相バイポーラ型ステッピング
モータ駆動方式の印加電圧波形を示していて、図６は従
来のディスク装置の振動低減化を考慮した４相バイポー
ラ型ステッピングモータ駆動方式の印加電圧波形を図示
していている。図７は従来のディスク装置のステッピン
グモータ駆動回路構成の概略を示している。さらに図８
は従来のディスク装置のヘッド移動時の挙動を示した概
略図である。

【０００３】図５，図６，図７，図８に基づいてディス
ク装置において従来一般的に用いられていた公知の４相
バイポーラ型ステッピングモータの駆動回路構成および
駆動方式について説明すると、図７において１ステップ
回転を命令するステップ信号３０ａが外部回路部よりデ
ィスク装置に配されたディスク装置制御用ＩＣ３０へ入
力され、入力信号が図５に示す３０ｄで立ち下がると，
これに同期して駆動パルスＡ３０ｅ，駆動パルスＢ３０
ｆがディスク装置制御用ＩＣ３０より出力される。駆動
パルスは駆動用ＩＣ３１によりステッピングモータ３２
を回転駆動させるための電圧波形を図５に示す如く生成
し、前記ステップ信号に同期しながら（１）Ａ，ＸＢが
ハイレベル状態３５，（２）ＸＡ，ＸＢがハイレベル状
態３６，（３）ＸＡ，Ｂがハイレベル状態３７，（４）
Ａ，Ｂがハイレベル状態３８を（１），（２），
（３），（４），（１），（２），（３），（４）とい
うように繰り返して図７に示すコイルＡ３２ａ，コイル
Ｂ３２ｂへ印加されてステッピングモータ３２の回転駆
動がなされる。ここでステッピングモータ３２の回転駆
動方向は方向指示信号となるＤＩＲ３０ｂのハイレベ
ル，ローレベルにより決定され、コイルＡ３２ａ，コイ
ルＢ３２ｂの電圧印加タイミングの位相が９０°前後す
る。なお図５は１方向のみの回転を示してある。

【０００４】このとき電気的には立ち上がりおよび立ち
下がりの早い電圧がそれぞれのコイルＡ３２ａ，コイル
Ｂ３２ｂに印加されるが、ステッピングモータ３２の図
示しないロータおよび負荷が有する特性により遅れが発
生し、電気的に図８に示す如く目的位置３９に移動した
後も、機械系はオーバーシュート４０をして、その後に
目的位置に引き戻され（４１）、これを繰り返す振動成
分を含む挙動を発生させていた。図８は横軸に時間，縦
軸に図示しない複数のヘッドを含む機械系の位置を示
し、破線３９は電気的な信号の立ち上がりのタイミング
と目的位置を示してある。この機械的な振動成分は、デ
ィスク装置の情報を記録再生する図示しない複数のヘッ
ドを図示しないシーク機構によって所望トラック位置に
移動するとき騒音（以下シーク騒音と呼ぶ）を発生させ
ディスク装置使用者に対して不快感を与えていた。また
所望トラック位置での振動は情報の記録再生に関する信
頼性の低下への影響もあった。

【０００５】この振動要素を低減する技法として図６に
示す如くのステッピングモータ駆動方式が考案されてい
る。この方式はコイルＡ３２ａ，コイルＢ３２ｂに印加
する電圧の切り替わり３４から時間ｔ後にでパルス幅ｔ
２の逆転通電を行ない、電気的にステッピングモータの
回転力を局時的に低下させることにより、前記のオーバ
ーシュートの発生を抑制し振動成分を除去するものであ
った。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上前述した従来の振
動低減化を考慮した技術では、複雑な駆動系の振動シミ
ュレーション等を行い最適な除振効果が得られるような
図６の時間定数ｔ１，ｔ２、パルス数等を設定する必要
があった。またステッピングモータの機構駆動系に付勢
部材、粘性部材などの不安定な変動要素が存在している
以上は確実な最適値を得ることは不可能であり、さらに
前記駆動系を構成している部材が何らかの変更により明
らかに最適値が変化してしまう場合は前記時間定数ｔ
１，ｔ２、パルス数を再度設定し直す必要もあった。ま
た前記駆動系に振動成分が多く含まれる場合または振動
振幅が大きい場合は、逆転トルク発生時間ｔ２を大きく
する必要があるが、ｔ２を大きくすると前記駆動系に急
激な減速度変化を発生させ、振動の発生をあらかじめ防
止する除振効果の期待が得られずシーク騒音の低減化に
至らない場合があった。したがって前記時間定数ｔ２の
設定には十分な配慮を必要とするなど前記時間定数ｔ
１，ｔ２、パルス数等の最適値を決定することは非常に
困難であり、前記駆動系の変動要因を吸収して確実な除
振がなされる駆動方式を確立することが大きな課題であ
った。

【０００７】近年電池駆動による小型携帯用コンピュー
タの普及が著しいが、この電池駆動によるコンピュータ
使用時間を延長することがひとつの設計ポイントとなっ
ている。コンピュータ内部に構成されるディスク装置に
対しても低消費電力化の要求が強く、ディスク装置では
比較的消費電力の大きな前記ステッピングモータの消費
電力を低減することが重要である。また図５，図６に示
した従来技術で前記駆動系に発生させていた振動成分
は、電力量として考えた場合に不必要なエネルギであ
り、非効率的で低消費電力化を実現なし得ない駆動方式
でもあった。

【０００８】そこで、本発明は以上の課題を解決するも
ので、その目的とするところは、ステッピングモータ機
構駆動系の振動成分を確実に除去し、低騒音，低消費電
力を達成するディスク装置の提供を可能とするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のディスク装置
は、回転駆動装置によって回転され、その回転中心から
同芯状に複数の記録トラックを有するディスクと、該デ
ィスクに情報の記録再生を行う複数のヘッドと、該ヘッ
ドを所望トラック位置に移動，位置決めするための駆動
手段にステッピングモータを備えたディスク装置におい
て、前記ステッピングモータを駆動して前記ヘッドを移
動する時に該ステッピングモータに印加する駆動電圧
は、前記ステッピングモータが目的位置まで駆動不能と
なる脱調現象を発生する最大応答周波数を超越した周波
数で細分変化されて成ることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の上記構成によれば、前記ステッピング
モータ内部に配された複数のコイルに印加する直流電圧
成分を駆動系の最大応答周波数を超越した周波数で交流
電圧成分に細分変化させて印加すると、脱調することも
なく振動成分の含まない滑らかな駆動が可能と共に低消
費電力駆動が可能である。

【００１１】

【実施例】図１，図２，図３および図４は本発明のディ
スク装置のステッピングモータの駆動方式の適切な一実
施例を示す。図１は本発明のステッピングモータ駆動方
式の駆動電圧波形図，図２は図１に示した細分化駆動パ
ルスの拡大図，図３は本発明のステッピングモータ駆動
方式によるヘッドの移動時の挙動を示した概略図，図４
は本発明のステッピングモータ駆動方式の概略回路構成
図である。

【００１２】図１，図２，図３，および図４に基づいて
説明する。なお図１では一例として４相バイポーラ型ス
テッピングモータの駆動電圧波形を図示している。まず
図１，図３に図示したディスク装置内部に配された本発
明のステッピングモータ駆動方式の駆動回路構成および
駆動電圧波形を説明する。図３において図示しない外部
回路部から１ステップ回転を命令するステップ信号１ａ
が、ディスク装置全体の信号および外部回路とのデータ
通信管理を行うディスク装置制御用ＩＣ１へ入力さる。
前記ステップ信号が図１に示す１０で立ち下がると、こ
れに同期してステッピングモータ３を回転駆動させるた
めの駆動パルスＡ１ｄ，駆動パルスＢ１ｅが図示の如く
従来と同様に切り替わり出力される。

【００１３】図３において前記駆動パルスＡ１ｄ，駆動
パルスＢ１ｅは、４相バイポーラ型ステッピングモータ
の各相励磁タイミングの分割およびコイルＡ３ａ，コイ
ルＢ３ｂへの電流供給を行う駆動用ＩＣ２に入力され
る。駆動パルスＡ１ｄ，駆動パルスＢ１ｅは前記ステッ
プ信号１ａに同期しながら（１）Ａ，ＸＢがハイレベル
状態，（２）ＸＡ，ＸＢがハイレベ状態，（３）ＸＡ，
Ｂがハイレベル状態，（４）Ａ、Ｂがハイレベル状態、
を（１），（２），（３），（４），（１），（２），
（３），（４）というように数ｍｓ〜数十ｍｓの周期に
て従来と同様に繰り返される。ここでステッピングモー
タの回転方向についても従来と同様に方向指示信号であ
るＤＩＲ１ｂのハイレベル，ローレベルにより決定さ
れ、公知の如くコイルＡ３ａ，コイルＢ３ｂの電圧印加
タイミングの位相は９０°前後する。

【００１４】本発明ではコイルＡ３ａ，コイルＢ３ｂに
印加されるされるモータ端子電圧は、従来の前記駆動パ
ルスＡ１ｄ，駆動パルスＢ１ｅがハイレベルの状態であ
った直流電圧領域において図示の如く電圧のＯＮ，ＯＦ
Ｆスイッチング作用がなされる。つまりハイレベル，ロ
ウレベル電圧の切り替えが前記駆動パルスＡ１ｄ，駆動
パルスＢ１ｅの周期を超越した数ＫＨｚ〜数十ＫＨｚで
行われ、あたかも直流成分が交流成分に変換されたよう
な細分化された矩形波が連続して構成された電圧波形と
なる。

【００１５】次に図３において上記細分電圧波形を発生
させるための回路構成を概的に説明する。モータ印加電
圧のハイレベル状態の直流電圧領域を細分化するために
必要な制御信号は、基準パルス１ｃ（周波数発振子な
ど）から得た矩形パルスを分周器４へ入力し、細分化周
波数に分周生成された細分化パルス４ａとして分周器４
より出力される。前記細分化パルス４ａは駆動用ＩＣ２
へ入力され、コイルＡ３ａ，コイルＢ３ｂの通電を制御
する信号となる。つまり駆動用ＩＣ２から出力される駆
動電圧Ａ，ＸＡ，Ｂ，ＸＢのハイレベル状態のみにおい
てＯＮ，ＯＦＦのスイッチング作用が働き図１の如く前
記細分化パルス４ａで構成した矩形波を出力することを
可能とするものである。ここで細分化周波数は、駆動系
全体の周波数応答性を把握して、ステッピングモータが
目的位置まで駆動不能となる脱調現象を発生する最大応
答周波数を超越した周波数領域に設定している。また細
分化周波数は駆動系を構成している複数の部材に存在し
ている固有な共振周波数領域を回避すると共に、人間工
学的に人体に不快感を与える周波数領域を回避するな
ど、さまざまな要因にたいして十分な考慮をなして設定
する必要がある。

【００１６】また図１に示した本実施例の細分変化され
た駆動電圧波形の一部を拡大して図示した図２におい
て、前述の分周器４の出力である細分化パルス４ａのＯ
Ｎ，ＯＦＦ時間量を調整することによりコイルＡ３ａ，
コイルＢ３ｂの印加電力量を無段階に調節することが可
能である。この場合コイルに電圧印加する時間すなわち
電圧がハイレベルとなる通電時間を時間ｔ３とし、コイ
ルに電圧印加しない時間すなわち電圧がロウレベルとな
る時間を時間ｔ４とすると、 ｔ３＞ｔ４ であるほどコイルＡ３ａ，コイルＢ３ｂの印加時間の割
合が増加することから、電力量も必然的に増加する。電
力量の増加はステッピングモータが発生するトルクの増
大と相関があるため、制御パルス時間ｔ３，ｔ４の比率
配分は駆動系に必要とする回転トルク、およびこれまで
述べた実施例による駆動系の除振効果に応じて設定され
る。制御パルス時間ｔ３，ｔ４の比率配分を電気的に成
し得るには、マルチバイブレータ回路、遅延回路等から
成るデューティ可変回路５を図３の如く分周器４の後方
に構成して、細分化パルス４ａの比率配分を行うことに
より、駆動パルス幅の調節が容易に実現可能である。

【００１７】また前記外部基準電圧６により図２に示す
ロウレベル定電圧ＶＬを変化させることが可能である。
ロウレベル定電圧ＶＬを高く設定すれば当然のことなが
ら電力量が増加し、ゼロＶ近傍に設定すれば電力量が低
減される。したがって制御パルス時間ｔ３，ｔ４さらに
はロウレベル定電圧ＶＬの設定を行うことにより、一層
きめ細かな電力量制御，除振がなされるのである。

【００１８】以上述べた駆動方式でステッピングモータ
３を回転駆動した場合、駆動機構系における挙動は図４
に示す如く滑らかであり、電気的に目的位置１１移動し
た後も、従来発生していたオーバーシュートも発生せ
ず、機械系の振動成分が完全に除去された挙動を示して
いる。また従来構成していたステッピングモータ駆動回
路に対して、分周器４，デューティ可変回路５，基準電
圧６を付加することだけで実現されることから、回路構
成が容易に成される。また前記付加回路を制御用ＩＣお
よび駆動用ＩＣ内部に組み込めば、コストアップを考慮
する必要はない。

【００１９】

【発明の効果】以上述べた様に本発明によれば、ステッ
ピングモータの駆動機構系において付勢部材、粘性部材
などの不安定な変動要素が存在している場合でも、印加
電力量を全体的に低下させたことにより、振動要素が排
除された挙動となり、確実な除振効果を得ることが可能
である。したがって、ヘッドを所望トラックへ移動する
際に生ずるシーク騒音の低減化を実現し、ディスク装置
使用者に対して不快感を与えることもない。また記録デ
ータの読み出し，書き込みへの影響をも防止することが
可能である。

【００２０】また、このことは低消費電力化につながり
近年大幅な普及を遂げた小型携帯用コンピュータの電池
持続時間の延命化に寄与するばかりでなく、ディスク装
置より放出される発熱量の低減化をも実現しコンピュー
タの処理速度高速化にも寄与している。

【００２１】以上より本ステッピングモータ駆動方式に
よれば、汎用性、静粛性、安定性、省電力等を成し得る
ステッピングモータ駆動方式であり、本発明の実用的効
果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のディスク装置の適切な一実施例を示
し、駆動電圧波形図である。

【図２】 本発明のディスク装置の適切な一実施例を示
し、図１に示した駆動パルスの拡大図である。

【図３】 本発明のディスク装置の適切な一実施例を示
し、ステッピングモータ駆動回路構成概略図である。

【図４】 本発明のディスク装置の適切な一実施例を示
し、ヘッド移動時の挙動を示した概略図である。

【図５】従来のディスク装置の振動低減化を考慮しない
ステッピングモータ駆動電圧波形図である。

【図６】 従来のディスク装置の振動低減化を考慮した
ステッピングモータの駆動電圧波形図である。

【図７】 従来のディスク装置のステッピングモータ駆
動回路構成概略図である。

【図８】 従来のディスク装置のヘッド移動時の挙動を
示した概略図である。

【符号の説明】

１ ・・・・・・・ 制御用ＩＣ ２ ・・・・・・・ ステッピングモータ駆動用ＩＣ ３ ・・・・・・・ ステッピングモータ ４ ・・・・・・・ 分周器 ５ ・・・・・・・ デューティ可変回路 ６ ・・・・・・・ 外部基準電圧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動装置によって回転され、その回
   転中心から同芯状に複数の記録トラックを有するディス
   クと、該ディスクに情報の記録再生を行う複数のヘッド
   と、該ヘッドを所望トラック位置に移動，位置決めする
   ための駆動手段にステッピングモータを備えたディスク
   装置において、前記ステッピングモータを駆動して前記
   ヘッドを移動する時に該ステッピングモータに印加する
   駆動電圧は、前記ステッピングモータが目的位置まで駆
   動不能となる脱調現象を発生する最大応答周波数を超越
   した周波数で細分変化されて成ることを特徴とするディ
   スク装置のステッピングモータ駆動方式。