JPH07130114A - 磁気ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】振動や衝撃などの外乱に対して、磁気ヘッドを
正しく目標トラックに位置決めすることができる磁気デ
ィスク装置を提供する。 【構成】磁気ディスク１１に書き込まれたサーボ情報を
磁気ヘッド１３で読み取って得られる位置誤差信号１５
を基にヘッドアクチュエータ１４をフィードバック制御
することにより磁気ヘッド１３を磁気ディスク１１上の
所望のトラックに位置決めする磁気ディスク装置におい
て、外部から入力する振動及び衝撃を検出するためのセ
ンサ２０の出力をヘッドアクチュエータに入力する加速
度外乱との間の伝達特性と同様の動特性をつフィルタ２
２に入力してフィードフォワード制御信号２３を生成
し、このフィードフォワード制御信号２３をフィードバ
ック制御信号１９から減算してアクチュエータドライバ
２７に供給するヘッド位置制御信号２５を生成する。

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装置に係
り、特に磁気ヘッドを磁気ディスク上の所望のトラック
に位置決めするためのヘッド位置決め制御系に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、磁気ディスク装置ではトラック
密度を上げるために、磁気ディスク上に磁気ヘッドの位
置決めのためのサーボ情報を予め形成しておき、そのサ
ーボ情報に基づいて磁気ヘッドを位置決めする方式が用
いられている。

【０００３】このような位置決め方式の一つとして、セ
クタサーボ方式が知られている。セクタサーボ方式で
は、トラック上のセクタの一部（サーボセクタと呼ばれ
る）に所定の周期で繰り返すパターンからなるサーボ情
報を予め形成しておき、このサーボ情報を磁気ヘッドに
より読み取り、これをセクタ数とディスクの回転数で決
まるサンプリング周期でサンプリングすることによっ
て、所望のトラックに対する磁気ヘッドの位置誤差を示
す位置誤差信号を生成し、この位置誤差信号が最小にな
るように磁気ヘッドの位置を制御する。

【０００４】このような磁気ディスク装置の中でも特に
小型のものは、携帯型のパーソナルコンピュータ等に搭
載されることが多く、外部からの振動や衝撃が加わり易
い。このような振動や衝撃に対し、完全なヘッド位置決
め状態を保持して目標トラックに追従させることは難し
い。そこで、従来ではサーボ情報をデータ記録部分との
兼ね合いで可能な限り多く得られるような構成とするこ
とによってサーボ帯域を上げて耐振特性を向上させた
り、あるいは磁気ディスク全体を除振機構に取り付ける
ことにより、位置決め精度の確保を目指していた。

【０００５】ところで、セクタサーボ方式ではセクタと
セクタの間では磁気ヘッドの位置誤差信号が得られない
ため、フォーマット効率向上の観点からサーボーセクタ
の数を抑えると、位置誤差信号が得られない期間が長く
なる。従って、衝撃や振動などの外乱に対して、目標ト
ラックに対する磁気ヘッドの追従性（トラック追従特
性）、磁気ヘッドが外乱によりオフトラックした時の応
答性（外乱抑圧特性）が悪く、正確な位置決めが保持で
きなくなり、位置決め特性が低下するという問題があ
る。

【０００６】また、一般にサンプル値制御系ではサンプ
ルホールドによる位相遅れがあり、この位相遅れが制御
系に影響を与えないようにするためには、サーボ帯域を
サンプリング周波数の１／７以下程度に制限する必要が
あるとされている。このようにサーボ帯域を制限する
と、外乱が存在する周波数帯域での利得が低下し、耐振
特性が低下する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のセクタサーボ方式の磁気ディスク装置においては、セ
ンサとセクタの間では磁気ヘッドの位置誤差信号が得ら
れないことと、フォーマット効率上サーボセクタ数に制
限があること、および外乱が存在する周波数帯域でのサ
ーボ系の利得が低いこと等により、外部からの振動や衝
撃の外乱に対して磁気ヘッドを目標トラックに正しく追
従させることが難しく、また外乱によるオフトラック時
の応答性が悪いという問題があった。本発明は、振動や
衝撃などの外乱に対して磁気ヘッドを正しく目標トラッ
クに位置決めすることができる磁気ディスク装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明は磁気ディスクに書き込まれたサーボ情報
から得られる位置誤差信号を基に、磁気ヘッドを駆動す
るヘッドアクチュエータをフィードバック制御すること
により磁気ヘッドを磁気ディスク上の所望のトラックに
位置決めする磁気ディスク装置において、外部から入力
する振動及び衝撃を検出するための検出手段と、この検
出手段の出力と前記ヘッドアクチュエータに入力する加
速度外乱との間の伝達特性と同様の動特性を持ち、該検
出手段の出力を入力とするフィルタ手段と、このフィル
タ手段の出力信号をフィードフォワード制御信号とし
て、このフィードフォワード制御信号と前記ヘッドアク
チュエータをフィードバック制御するためのフィードバ
ック制御信号とを合成する合成手段とを具備することを
特徴とする。

【０００９】この場合、前記フィルタ手段は前記検出手
段の出力のピーク値もしくはパワーの大きさによって特
性が切り替えられるようにしてもよい。さらに、本発明
は磁気ディスクに書き込まれたサーボ情報から得られる
位置誤差信号を基に、磁気ヘッドを駆動するヘッドアク
チュエータをフィードバック制御することにより磁気ヘ
ッドを磁気ディスク上の所望のトラックに位置決めする
磁気ディスク装置において、外部から入力する振動及び
衝撃を検出するための検出手段と、この検出手段の出力
を所定周期でサンプリングしてディジタル値に変換する
Ａ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段から出力される
少なくとも２サンプリング周期分のディジタル値を記憶
する記憶手段と、前記検出手段の出力から生成される割
り込み信号が発生した時点で、記憶手段に記憶されたデ
ィジタル値を用いてフィードフォワード制御信号を生成
するフィードフォワード制御信号生成手段と、前記フィ
ードフォワード制御信号と前記ヘッドアクチュエータを
フィードバック制御いるためのフィードバック制御信号
とを合成する合成手段とを具備することを特徴とする。

【００１０】この場合、フィードフォワード制御信号生
成手段は、前記記憶手段に記憶されたディジタル値から
前記検出手段の出力波形を時間関数で近似し、この時間
関数で近似された波形に基づいて前記フィードフォワー
ド制御信号を生成するようにしてもよい。

【００１１】また、本発明においては前記検出手段の出
力を所定のしきい値と比較し、前記検出手段の出力が前
記しきい値より大きい場合には前記磁気ヘッドによる前
記磁気ディスクへの書き込みを禁止する手段とを有して
もよい。

【００１２】

【作用】本発明の磁気ディスク装置によれば、外部から
作用する振動や衝撃を検出し、それによる磁気ヘッドの
位置決め誤差を打ち消すような信号がヘッドアクチュエ
ータに加わるため、磁気ヘッドの位置決め精度を向上さ
せることができる。

【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、本発明の最も基本的な実施例に係る磁気
ディスク装置におけるヘッド位置決め制御系の原理的構
成を示すブロック図である。図１において、破線で囲っ
た部分を取り除くと従来の構成と基本的に同一であり、
フィードバックコントローラ（Ｃ）１は磁気ディスクを
磁気ディスクの半径方向に移動させるヘッドアクチュエ
ータ２とでフィードバックサーボ系を構成する。

【００１４】フィルタ（Ｆ）３は、ＨＤＡ（ヘッド・デ
ィスク・アセンブリ）もしくはＰＣＢ（プリント回路基
板）上に取り付けられた図示しない加速度センサの出力
とヘッドアクチュエータ２に加わる外乱（角加速度外
乱）との間の伝達特性と同じ特性（動特性）を持つフィ
ルタであり、フィードフォワードコントローラとして用
いられる。すなわち、加速度センサの出力５は、このフ
ィルタ３を介してフィードフォワード信号となり、フィ
ードバックコントローラ１からヘッドアクチュエータ２
に供給されるフィードバック制御信号より減算される。
このフィードフォワード制御により、磁気ディスク装置
に加わる振動や衝撃などの外乱がヘッド位置決め系に及
ぼす影響を取り除くことができる。

【００１５】図２は、図１の原理的構成に基づく本発明
の一実施例に係る磁気ディスク装置の構成を示す図であ
る。磁気ディスク１１は、スピンドルモータ１２により
回転駆動される。磁気ヘッド１３は、ヘッドアクチュエ
ータ１４により磁気ディスク１１の半径方向に移動さ
れ、データの記録／再生を行う。磁気ディスク１１に予
め書き込まれているサーボ情報は磁気ヘッド１３により
読み取られ、このサーボ情報からヘッドアクチュエータ
１４内の電子回路により、例えば磁気ディスク１１上の
セクタ毎にサンプリングされた位置誤差信号１５が生成
される。この位置誤差信号１５は、磁気ディスク１１上
の所望のトラックに対する磁気ヘッド１２の位置決め誤
差を示す信号であり、Ａ／Ｄ変換器１６によりディジタ
ル値に変換された後、減算器１７を経てフィードバック
コントローラ１８に入力され、フィードバック制御信号
１９が生成される。

【００１６】一方、センサ２０はＨＤＡもしくはＰＣＢ
上に取り付けらた加速度センサ（または角加速度セン
サ）であり、このセンサ２０の出力はＡ／Ｄ変換器２１
によりディジタル値に変換された後、フィードフォワー
ドコントローラであるフィルタ２２に入力され、フィー
ドフォワード制御信号２３が生成される。

【００１７】このフィードフォワード制御信号２３は減
算器２４においてフィードフォワード制御信号１９から
減算され、ヘッド位置制御信号２５が生成される。この
ヘッド位置制御信号２５は、Ｄ／Ａ変換器２６によりア
ナログ信号に変換された後、パワーアンプにより構成さ
れるアクチュエータドライバ２７に供給される。このア
クチュエータドライバ２７によってヘッドアクチュエー
タ１４が制御されることにより、磁気ヘッド１２が磁気
ディスク１１上の所望のトラックに位置決めされる。

【００１８】なお、図中破線で囲んだ減算器１７、フィ
ードバックコントローラ１８、フィルタ２２および減算
器２４の部分はマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）２８によ
り実現される。

【００１９】上記の実施例では１軸の加速度センサが１
個取り付けられている場合であったが、実際には様々な
方向から振動や衝撃が加わる。従って、直交する２軸ま
たは３軸の方向の加速度を検出する加速度センサを設け
ることが考えられる。

【００２０】図３は、２軸の加速度を検出する場合の原
理的構成を示す図であり、直交する２軸の方向に対して
それぞれ独立のフィルタ（伝達特性により決まる）３，
６が設けられる。また、携帯型の機器に使用される小型
の磁気ディスク装置では、ヘッドアクチュエータとして
ロータリアクチュエータが一般的に用いられることか
ら、角加速度センサを取り付けることも効果的である。
いずれの場合でも２軸の場合と同様に、各センサの出力
からヘッドアクチュエータに加わる角加速度外乱との間
の伝達特性と同じ動特性を示すフィルタを並列に設けて
フィードフォワード制御すればよい。

【００２１】ところで、磁気ディスク装置に加わる振動
や衝撃などの外乱と、ヘッドアクチュエータに加わる外
乱との間の伝達特性は、入力する振動および衝撃の大き
さによって非線形な特性を示す。そこで、例えば１軸の
センサを用いた場合の図１のフィルタ３の特性をセンサ
出力のピーク値もしくはパワーなどの指標により複数段
階あるいは連続的に切り替えて使用することで、より効
果的なフィードフォワード制御が得られる。多軸のセン
サや複数のセンサを用いた場合においても、同様の手法
を用いることができる。

【００２２】また、ヘッドアクチュエータが磁気ディス
ク上のトラックをシークする場合、シーク反力によって
もセンサ出力が発生する。従って、センサ出力からだけ
ではシーク反力によるか外部からの外乱によるものかの
区別がつかなくなる。このため、シーク時に同様の方法
でフィードフォワード制御を行った場合、精度を劣化さ
せる可能性が生じる。この問題を解決する手段として
は、シーク時においてはフィードフォワード制御を切っ
てしまう方法がある。さらに別の手段として、予めシー
クさせた状態でのセンサ出力を測定してメモリ等に記憶
しておき、シーク時にはセンサ出力と記憶した波形との
差を用いてフィードフォワード制御を行うことで実現で
きる。

【００２３】次に、センサ出力とヘッドアクチュエータ
に入力する加速度外乱との間の伝達特性の同定法につい
て述べる。図４に、測定される磁気ディスク装置のヘッ
ド位置決め系のモデルを示す。本発明において同定が必
要となるのは、外部からの振動や衝撃に対する加速度セ
ンサの出力５とヘッドアクチュエータ２に加わる角加速
度外乱７との間の伝達特性（Ｐ）８である。

【００２４】そこで、センサ出力５と磁気ヘッドの位置
誤差信号４との間の伝達特性が測定できれば、フィード
バックコントローラ１およびヘッドアクチュエータ２の
動特性が既知であることから、伝達特性８を求めること
ができる。従って、センサ出力５と磁気ヘッドの位置誤
差信号４との間の伝達特性を測定することが必要とな
る。これは磁気ヘッドを所定のトラックにオントラック
させた状態で、外部から強制的に磁気ディスク装置に振
動や衝撃を与えて、そのときのセンサ出力および磁気ヘ
ッドの位置誤差信号を測定することにより可能となる。

【００２５】ところで、前述したようにこの伝達特性は
衝撃や振動の大きさによって非線形の特性を示す。従っ
て大きな衝撃や振動が加わったときの磁気ヘッドの位置
誤差信号を測定する必要があるが、一般に位置誤差信号
と磁気ヘッドの位置誤差との間に線形の関係が保たれる
のは、せいぜいトラックピッチの半分までである。そこ
で磁気ヘッドの位置がいくつかのトラックをまたがって
変動する場合には、他の手段で位置誤差を決定しなけれ
ばならない。

【００２６】ヘッドの位置誤差とは、前述したように所
望のトラックと磁気ヘッドの相対位置、換言すればスピ
ンドルモータの軸振れ等によるトラックの振れと磁気ヘ
ッドの位置変動との差である。しかし、磁気ヘッドの動
きが大きい場合は、トラックの振れを無視したとしても
それほど大きな影響はでないため、磁気ヘッドの位置誤
差と磁気ヘッドの位置変動を同じと考えても問題ない。
従って、例えばレーザードップラ振動計などの変位セン
サを用いることによって、磁気ヘッドの位置変動を測定
することができる。

【００２７】以上述べてきた方法を用いることで、外部
からの振動や衝撃に対する加速度センサの出力とヘッド
アクチュエータに加わる角加速度外乱との間の伝達特性
を同定することができる。

【００２８】次に、本発明の他の実施例を説明する。図
５は、本発明の他の実施例におけるヘッド位置決め制御
系の要部の構成を示す図であり、図２と対応する要素に
同一符号を付して相違点を中心に説明する。

【００２９】本実施例においては、センサ２０の出力は
Ａ／Ｄ変換器２１により一定のサンプリング周期でサン
プリングされてディジタル値に変換された後、専用のｎ
個のバッファレジスタ３１に記憶される。マイクロプロ
セッサ２８は、割り込み処理部３２によりセンサ２０の
出力から生成される割り込み信号が発生した時点でフィ
ードフォワード制御信号を生成し、フィードバック制御
信号から減算することにより、ヘッド位置制御信号を生
成する。

【００３０】ここで、フィードフォワード制御信号は、
例えば図２に示したフィルタフィルタ（フィードフォワ
ードコントローラ）２２により、バッファレジスタ３２
に記憶されたディジタル値を用いて生成される。したが
って、バッファレジスタ３２に記憶しておくべき過去の
サンプリングデータの数ｎは、フィルタ（ディジタルフ
ィルタ）２２の次数により決定される。

【００３１】図７は、本発明の別の実施例のおけるヘッ
ド位置決め制御系の要部の構成を示す図であり、同様に
図６と対応する要素に同一符号を付して相違点を中心に
説明する。

【００３２】マイクロプロセッサ２８は、磁気ディスク
装置においてヘッド位置決め制御に関する処理の他にも
種々の処理を行うが、本実施例においては他の処理を行
っていない間は常に一定のサンプリング周期でセンサ２
０出力をＡ／Ｄ変換器２１でＡ／Ｄ変換させ、その値を
ＲＡＭ３４に記憶させる。そして、図６の実施例と同様
にセンサ２０の出力から生成される割り込み信号３３が
割り込み処理部３２で発生した時点でフィードフォワー
ド制御信号を生成する。

【００３３】ここで、マイクロプロセッサ２８の処理能
力によっては、Ａ／Ｄ変換器２１においてセンサ２０の
出力が常に一定周期でサンプリングされディジタル値に
変換されるという保証がなく、ディジタルフィルタなど
を用いてフィードフォワード制御信号を生成する上で不
都合が生じる。

【００３４】この点を解決するため、本実施例ではＲＡ
Ｍ３２にＡ／Ｄ変換器２１で得られたディジタル値をに
記憶すると同時に、Ａ／Ｄ変換時点でのマイクロプロセ
ッサ２８内のタイマ（図示せず）から得られる時刻も記
憶する。そして、図７に示すようにＡ／Ｄ変換器２１に
おいて不等間隔でサンプリングされたセンサ２０の出力
波形を連続的な時間関数で近似し、この時間関数で近似
された波形に基づいて補間を行って疑似的な等間隔サン
プリングデータを生成し、これに基づいてディジタルフ
ィルタなどによりフィードフォワード制御信号を生成す
る。

【００３５】なお、この方法を用いてデータを補間する
には多くの計算が必要となるので、マイクロプロセッサ
２８の能力によっては処理が間に合わない場合が生じ
る。そこで、予めセンサ２０の出力波形を既定してお
き、１〜数個のパラメータを決定することで決められる
ようにしておく。すなわち、予め上記時間関数の概形を
決めておき、これに基づいて少なくとも一つのパラメー
タを決定して関数を決定するようにする。これにより、
データを補間する計算量を大幅に減少することが可能と
なる。

【００３６】次に、図８を用いて本発明のさらに別の実
施例を説明する。前述したようなフィードフォワード制
御を行っても、磁気ディスク装置に加わる衝撃の大きさ
によって外乱を抑圧しきれず、磁気ヘッドが大きくオフ
トラックする場合がある。そこで、センサ出力の大きさ
にしきい値を設定し、センサ出力がしきい値以下の場合
はフィードフォワード制御を行い、しきい値を超えた場
合には隣接するトラックのデータを壊すことのないよう
に磁気ヘッドでデータの書き込みを行わないようにす
る。すなわち、ライトプロテクトを行う。なお、しきい
値の設定には例えばセンサ出力の大きさを用いる他、セ
ンサ出力の時間微分値や、大きさと時間微分値の両方を
組み合わせたものが考えられる。

【００３７】さらに、ライトプロテクトをかけた状態に
おいてもフィードフォワード制御を行い、センサからの
出力（磁気ディスク装置に加わる衝撃）の大きさとオフ
トラックに関するデータを保存しておき、適当な時期に
ライトプロテクトをかけるしきい値を更新することで、
常に最適なしきい値を設定することができる。

【００３８】また、ヘッドがディスクの内周にオントラ
ックしているときと外周にオントラックしているときと
では、磁気ディスク装置に加わる衝撃力とヘッドのオフ
トラックの関係が違ってくるので、ヘッドが位置してい
るトラック位置に応じたしきい値をテーブルとしてメモ
リに用意しておき、そのときのトラック位置に応じたし
きい値を採用することが考えられる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、振
動や衝撃などの外乱に対して、磁気ヘッドを正しく目標
トラックに位置決めすることができる磁気ディスク装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるセンサが１個の場合のヘッド位置
決めサーボ系の原理的構成を示すブロック図

【図２】本発明の一実施例に係る磁気ディスク装置にお
けるヘッド位置決めサーボ系の構成を示すブロック図

【図３】本発明によるセンサが２個の場合のヘッド位置
決めサーボ系の原理的構成を示すブロック図

【図４】伝達特性測定のためのヘッド位置決め系モデル

【図５】本発明の他の実施例に係る要部の構成を示すブ
ロック図

【図６】本発明の別の実施例に係る要部の構成を示すブ
ロック図

【図７】本発明における不等間隔のサンプリングデータ
を用いて疑似的な等間隔サンプリングデータを得る方法
を示す図

【図８】本発明におけるフィードフォワード制御に加え
てライトプロテクトを行う場合のしきい値の設定法を示
す図

【符号の説明】

１…フィードバックコントローラ ２…ヘッドアクチュエータ ３…フィルタ（フィードフォワードコントローラ） ４…誤差信号 ５…センサ出力 ６…フィルタ（フィードフォワードコントローラ） ７…アクチュエータ入力外乱 １１…磁気ディスク １２…スピンドルモータ １３…磁気ヘッド １４…ヘッドアクチュエータ １５…位置誤差信号 １６…Ａ／Ｄ変換器 １７…減算器 １８…フィードバックコントローラ １９…フィードバック制御信号 ２０…センサ ２１…Ａ／Ｄ変換器 ２２…フィルタ（フィードフォワードコントローラ） ２３…フィードフォワード制御信号 ２４…減算器 ２５…ヘッド位置制御信号 ２６…Ｄ／Ａ変換器 ２７…アクチュエータドライバ ３１…バッファレジスタ ３２…割り込み処理部 ３３…割り込み信号 ３４…ＲＡＭ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁気ディスクに書き込まれたサーボ情報か
   ら得られる位置誤差信号を基に、磁気ヘッドを駆動する
   ヘッドアクチュエータをフィードバック制御することに
   より磁気ヘッドを磁気ディスク上の所望のトラックに位
   置決めする磁気ディスク装置において、 外部から入力する振動及び衝撃を検出するための検出手
   段と、 この検出手段の出力と前記ヘッドアクチュエータに入力
   する加速度外乱との間の伝達特性と同様の動特性を持
   ち、該検出手段の出力を入力とするフィルタ手段と、 このフィルタ手段の出力信号をフィードフォワード制御
   信号として、このフィードフォワード制御信号と前記ヘ
   ッドアクチュエータをフィードバック制御するためのフ
   ィードバック制御信号とを合成する合成手段とを具備す
   ることを特徴とする磁気ディスク装置。
2. 【請求項２】前記フィルタ手段は、前記検出手段の出力
   のピーク値もしくはパワーによって特性が切り替えられ
   ることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
3. 【請求項３】磁気ディスクに書き込まれたサーボ情報か
   ら得られる位置誤差信号を基に、磁気ヘッドを駆動する
   ヘッドアクチュエータをフィードバック制御することに
   より磁気ヘッドを磁気ディスク上の所望のトラックに位
   置決めする磁気ディスク装置において、 外部から入力する振動及び衝撃を検出するための検出手
   段と、 この検出手段の出力を所定周期でサンプリングしてディ
   ジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、 このＡ／Ｄ変換手段から出力される少なくとも２サンプ
   リング周期分のディジタル値を記憶する記憶手段と、 前記検出手段の出力から生成される割り込み信号が発生
   した時点で、記憶手段に記憶されたディジタル値を用い
   てフィードフォワード制御信号を生成するフィードフォ
   ワード制御信号生成手段と、 前記フィードフォワード制御信号と前記ヘッドアクチュ
   エータをフィードバック制御するためのフィードバック
   制御信号とを合成する合成手段とを具備することを特徴
   とする磁気ディスク装置。
4. 【請求項４】前記フィードフォワード制御信号生成手段
   は、前記記憶手段に記憶されたディジタル値から前記検
   出手段の出力波形を時間関数で近似し、この時間関数で
   近似された波形に基づいて前記フィードフォワード制御
   信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の磁気
   ディスク装置。
5. 【請求項５】前記検出手段の出力を所定のしきい値と比
   較し、前記検出手段の出力が前記しきい値より大きい場
   合には前記磁気ヘッドによる前記磁気ディスクへの書き
   込みを禁止する手段とを有することを特徴とする請求項
   １乃至４のいずれか１項に記載の磁気ディスク装置。