JPH09274778A

JPH09274778A - 磁気ディスク装置およびヘッド位置決め制御方法

Info

Publication number: JPH09274778A
Application number: JP8121396A
Authority: JP
Inventors: Soichi Toyama; 聡一遠山; Takashi Yamaguchi; 高司山口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-04-03
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 1997-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気ディスクと磁気ヘッドが接触した状態で磁
気信号の記録／再生を行う接触記録方式の磁気ディスク
装置において、磁気ヘッドに作用する摩擦力と摩擦力変
動がヘッドの位置決め精度に及ぼす影響を低減し、記録
密度の向上を図る。【解決手段】ヘッドアーム１２の加速度を検出して加速
度検出信号を出力する加速度センサ３０と、パワーアン
プ２１にモータ駆動電流検出信号を出力する回路と、加
速度検出信号とモータ駆動電流検出信号をそれぞれ所定
のゲインで係数倍してから加算する加算回路３２ａと、
加算回路３２ａの出力信号の高周波成分を除去するロー
パスフィルタ５０と、ローパスフィルタ５０の出力信号
とパワーアンプ２１に入力する操作量信号を加算する加
算回路３４ａとからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気ディスク装置と
そのヘッド位置決め制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置は、ディジタルコンピ
ュータの外部記憶装置として、大型計算機から携帯型パ
ーソナルコンピュータまで広く利用されている。情報
は、磁気ヘッド（以下、ヘッドと記す）によりトラック
に記録され、また、トラックから読み出される。

【０００３】これまでの磁気ディスク装置では、ヘッド
は、空気ベアリングスライダ（以下、単にスライダと記
す）に搭載されている。このスライダはヘッドアームと
呼ばれる支持ばね機構に取り付けられており、回転する
ディスク表面上の比較的接近した一定の距離において、
ヘッドを加圧された空気膜上に位置決めする。加圧され
た空気膜は、精密形状のスライダを回転するディスク表
面に乗せることにより形成される。ディスク表面と共に
動く空気膜の一部域がスライダによって圧縮されること
により、スライダをディスク表面から離そうとする空気
圧力を生じる。スライダの形状，寸法ならびにスライダ
に作用する負荷力を注意深く制御することにより、スラ
イダ・ディスク間で圧縮される空気はスライダに対して
上向きの圧力を生じ、スライダをディスク表面から適当
に離れた安定位置で平衡状態に維持する。この方式によ
り、ヘッドをディスク表面から数十ｎｍ程度浮上させ、
１平方インチあたり１ギガビット（以下、この単位はＧ
ｂ／ｉｎ＾２と記す）に近い面記録密度を実現してい
る。

【０００４】たが、今後、さらに記録密度の向上を図る
には、ヘッドがディスク表面に接触し、それを正確かつ
安定に追従する、いわゆる接触記録方式のための技術を
確立する必要がある。この方式について図１２を用いて
説明する。この図は、ヘッドが特定のトラックに追従し
ている場合のトラックの接線に平行な断面を示してい
る。ディスク表面５００から順に、潤滑剤５０１，保護
膜５０２，磁性層５０３，基板５０４が積層している。
磁気ヘッド４０１を搭載したスライダ４００は、ディス
ク表面５００に接触するようにジンバル１２ｃによって
支持されている。潤滑剤５０１はスライダとの接触によ
る摩擦力や摩耗を低減する。保護膜５０２は磁性層５０
３を保護する。磁性層５０３には磁気信号が記録され
る。基板504は磁性層５０３の下地である。

【０００５】このような方式に関して特開平5−114116
号公報は、接触によるヘッドの摩耗を低減し、ディスク
面との連続的な滑り接触を実現する、軽量なヘッド／ヘ
ッドアーム／導体の一体化構造体の技術を開示してい
る。

【０００６】また、特開平2−130789 号公報は、ディス
ク表面に液体潤滑剤の被膜を与え、スライダのディスク
対向面に持たせた三つの脚をベアリングとして潤滑剤上
を滑走する方式を開示している。

【０００７】ヘッドを前述のトラックに精密に位置決め
するために、クローズド・ループ制御方式が採用されて
いる。すなわち、各トラックに等間隔で間欠的にサーボ
信号が書き込まれており、ディスクが一定の角速度で回
転することにより、所定のサンプル周期でサーボ信号が
再生され、ディジタル制御でヘッドを精密に位置決めす
る。ディジタル・コントローラにはマイクロ・プロセッ
サによる位相補償などが用いられる。このようにヘッド
をトラックに追従させる動作をフォロイング動作と呼
び、そのための制御系をフォロイング制御系と呼ぶ。

【０００８】特開平3−76064号公報は、ディジタル制御
系の帯域を上げることなく、ヘッドの位置決め精度を向
上する方法を開示している。これは空気ベアリングスラ
イダのヘッド付近に加速度センサを取り付け、この出力
信号を１階積分した連続時間速度信号をフィードバック
することにより、制御系の帯域を高くしたのと等価にす
る方式である。

【０００９】また、特開平7−141804 号公報は、アクチ
ュエータの正確な速度および加速度を制御に利用するた
めに、マイクロ加速度計をスライダあるいはヘッドアー
ムに取り付け、加速度信号あるいはそれを積分した速度
信号を用いるデータ記憶装置を開示している。

【００１０】また、特開昭63−42073 号公報は、ヘッド
アームの機構共振を抑圧して高速かつ高精度なヘッド位
置決めを実現するために、ヘッドアームのピボット軸付
近の並進加速度と回転角加速度を加速度センサで検出し
て制御系のフィードバック信号とする磁気ディスク装置
を開示している。

【００１１】また、特開平2−226560 号公報は、ヘッド
アームの共振周波数を等価的に高めるために、アーム部
の変形を検出するセンサと変形を復元するための力を発
生する素子を備え、センサ出力をもとにして力発生素子
を制御するヘッド位置決め装置を開示している。

【００１２】また、特開平5−120817 号公報は、ディス
ク回転のランアウトやシーク動作の残留振動に起因する
位置決め誤差とアクセス時間の延長を抑えるために、ヘ
ッド駆動アクチュエータの駆動信号とヘッド位置信号か
ら外乱を推定する、いわゆる外乱オブザーバーをヘッド
位置決め制御に適用した磁気ディスク装置を開示してい
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ここでは、面記録密度
１０Ｇｂ／ｉｎ＾２の装置の技術的な課題を述べる。上
記の面記録密度の値は、トラック周方向の線記録密度
（長さ１インチあたりのビット数で、単位はｂｐｉ）と
ディスク半径方向のトラック密度（幅１インチあたりの
トラック本数で、単位はｔｐｉ）との積であり、現状の
装置の線記録密度とトラック密度との比から類推すれ
ば、トラック密度は２５ｋｔｐｉ、すなわち、トラック
・ピッチ＝１.０μ となる。さらに、このトラック密度
から要求されるフォロイング位置決め精度は、トラック
・ピッチの１／１０以下であり０.０７μ程度である。
この精度内にヘッドアームの機構振動，ディスクのフラ
ッタ（面外振動），信号ノイズなど、すべての位置決め
誤差を収める必要がある。

【００１４】また、トラック密度向上のためにはフォロ
イング制御系のサーボ帯域の拡大が必須である。面記録
密度が数百Ｍｂ／ｉｎ＾２の現状の装置では、一巡伝達
関数のクロスオーバー周波数は約５００Ｈｚであるが、
１０Ｇｂ／ｉｎ＾２の場合は、１.５ｋＨｚにまで向上
する必要がある。しかし、ヘッドアームの曲げやねじり
の振動モードの共振点が現状で２〜数ｋＨｚに存在し、
サーボ帯域の拡大にはヘッドアームの位置決め方向の剛
性（以下、シーク剛性と記す）の向上が必要となる。一
方で、スライダがディスク表面のうねりや突起に滑らか
に追従するには、上下運動とピッチング（ディスク半径
方向を中心とする回転運動）とローリング（トラック方
向を中心とする回転運動）に対するヘッドアームのばね
剛性（以上をまとめて、スライダ支持剛性と記す）が十
分柔らかいことが必要である。この要求は互いに相反す
るものである。特開平3−76064号公報，特開平7−14180
4号公報，特開昭63−42073 号公報はヘッドあるいはヘ
ッドアームの速度や加速度信号の状態フィーロバックに
より制御系を安定化して、機構共振を補償して位置決め
精度を向上する効果があると考えられる。しかし、ヘッ
ドアームのシーク剛性を等価的に向上する効果はないと
思われる。また特開平2−226560 号公報の示すヘッド位
置制御装置ではシーク剛性を向上することはできるが、
変形を補正する力発生素子をヘッドアームに搭載する必
要があるため、ヘッドをディスクに押しつける荷重が増
大してヘッドが摩耗したり、装置の小型化や低コスト化
が難しいなどの問題があると考えられる。そこで、本発
明が解決しようとする課題は、ヘッドアームに要求され
る高いシーク剛性と柔らかいスライダ支持剛性を両立す
る磁気ディスク装置と、そのヘッド位置決め制御方法を
提供することである。

【００１５】また、特開平5−114116号公報，特開平2−
130789号公報が開示するような接触記録方式は、磁気記
録の観点では面記録密度向上に効果があるが、位置決め
の観点では、ヘッド・ディスク間の接触による摩擦力が
外乱として作用することが問題である。摩擦力は、いわ
ゆるクーロン摩擦モデルのように一定値外乱として作用
する場合には、フォロイング制御系の低周波数域のサー
ボ特性で位置決め精度への影響を抑圧できる。しかし、
ヘッドの飛び跳ねなどに起因する摩擦力変動がヘッドア
ームの機構共振を励振し、高い周波数帯域での位置決め
精度の劣化要因になり得る。特開平5−120817 号公報の
示す外乱オブザーバは、周波数の比較的低い振動を外乱
として補償するには有利であるが、ヘッドアームの機構
共振のような数ｋＨｚ程度の振動を補償するのは難しい
と思われる。その根拠は、この外乱オブザーバに含まれ
るハイパスフィルタと、ヘッド位置決め制御系の安定性
との関係にある。すなわち、推定する外乱の周波数が高
いほど、ハイパスフィルタの折点周波数が高くなり、こ
れがフィードバック制御の安定性を損なうためである。

【００１６】本発明の目的は、接触記録方式での摩擦力
とその変動成分が、ヘッドの位置決め精度を劣化しない
磁気ディスク装置と、そのヘッド位置決め制御方法を提
供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の課題に鑑み、本発
明で提案する接触記録方式の磁気ディスク装置は以下の
手段を有する。本発明の一つの形態では、ヘッドアーム
の加速度を検出して加速度検出信号を出力する加速度セ
ンサを備えており、パワーアンプにはモータ駆動電流検
出信号を出力する回路を備えており、加速度検出信号と
モータ駆動電流検出信号をそれぞれ所定のゲインで係数
倍してから加算する第一の加算回路を備えており、第一
の加算回路の出力信号の高周波成分を除去するローパス
フィルタ、またはバンドパスフィルタを備えており、前
記フィルタの出力信号とパワーアンプに入力する操作量
信号を加算する第二の加算回路を備えている。さらに、
ローパスフィルタの遮断周波数がヘッドアームの共振周
波数にほぼ等しい。あるいはバンドパスフィルタの通過
周波数域がヘッドアームの共振周波数にほぼ等しい。こ
れにより、摩擦力の変動によるヘッドアームの共振を外
乱として検出し、さらにこれを相殺するので、等価的に
シーク剛性を向上し、位置決め誤差を抑制する。また、
ハイパスフィルタを用いない外乱検出方式のため、制御
系の安定性を損なうことがない。

【００１８】本発明の別の形態では、ヘッドアームの加
速度を検出して加速度検出信号を出力する手段と、加速
度検出信号から摩擦力に含まれるヘッド位置に依存した
再現的な成分を検出する手段と、この検出値を記憶する
手段を備えており、記憶手段から読み出した信号を極性
反転して操作量信号に加算する。これにより摩擦力の再
現的な成分を相殺して位置決め誤差を抑制する。

【００１９】本発明のさらに別の形態では、ヘッドアー
ムの振動モードの節に磁気ヘッドを配置する。これによ
り、加振力である摩擦力の変動がヘッドアームの節に作
用するので、振動モードが励起されることがなく、位置
決め誤差を抑制する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の実施の
形態を説明する。

【００２１】図１は磁気ディスク装置の構造を示す。ヘ
ッド・ディスク・アセンブリ(HDA)１は装置の主要な機
能要素であり、以下の要素からなる。ディスク１０は記
録媒体であり、その表面には同心円状の複数のトラック
を有する。ディスクはスピンドル軸１１を中心として、
スピンドルモータ（図示せず）により回転する。ヘッド
アーム１２はピボット軸１３に取り付けられており、こ
れを中心に滑らかに回転する。ヘッドアームはピボット
軸に近い側から、ガイドアーム１２ａ，ロードアーム１
２ｂ，ジンバル１２ｃで構成され、ジンバルのディスク
に対向する面にスライダ（図示せず）が固定される。ス
ライダにはヘッドが搭載されており、磁気信号の記録と
再生を行う。ロードアームとジンバルはスライダを支持
するばね要素であり、ディスク半径方向の剛性（シーク
剛性）は高精度な位置決めのために十分高く、かつ、デ
ィスクに垂直な方向とスライダのピッチング及びローリ
ングの剛性はディスク表面のうねりへの追従のために十
分柔らかいことが必要である。ヘッドアームの他端には
ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２０のムービングコイル
２０ａが取り付けられ、モータの固定磁石２０ｂとの間
で磁気回路を形成する。後述するディジタル制御により
ムービングコイルに供給する電流を制御して、ヘッドア
ームを回転させ、ヘッドを目的のトラックまで高速に移
動し、高精度に追従させる。接触記録方式の磁気ディス
ク装置では、ヘッドにはディスク表面からの摩擦力が作
用する。

【００２２】図２はヘッドをトラックに精密に追従させ
るためのフォロイング制御系の構成である。Ｙ(ｓ)はヘ
ッド位置決め誤差すなわちヘッドとトラック中心との距
離であり、これを０にするようにフォロイング制御系は
動作する。Ｕ(ｓ)はボイスコイルモータ（ＶＣＭ）の駆
動力トルクである。また、Ｄ(ｓ)は摩擦による外乱のト
ルクである。接触記録方式ではヘッドアームのほぼ両端
に力が作用し、図に示すように操作量Ｕ(ｓ)に対する機
構伝達関数Ｐｕｙ(ｓ)６０の応答と、外乱Ｄ(ｓ)に対す
る機構伝達関数Ｐｄｙ(ｓ)６１の応答の和（Ｐｕｙ(ｓ)
・Ｕ(ｓ)＋Ｐｄｙ(ｓ)・Ｄ(ｓ)）が制御量となることが
特徴である。ポジション・エラー信号はヘッド位置決め
誤差量Ｙ(ｓ)に比例しており、その比例係数６２（ポジ
ション感度）をＫ_pと表す。ポジション・エラー信号は
サンプル周期ごとに生成されて、これをＡＤ変換器６３
(ＡＤＣ)によりディジタル信号化する。これを離散時間
位相遅れ進み補償器６４(Ｃ(ｚ))で処理する。この離散
時間補償器において、位相遅れ補償は低周波数域の外乱
を抑圧するように作用する。すなわち、ディスク回転に
同期した偏心による位置外乱や、ヘッドアームに接続さ
れるフレキシブル・プリント配線の変形による力外乱の
位置決め精度への影響を抑圧する。また、位相進み補償
は適度な安定余裕を確保する役割を果たす。すなわち、
特性変動があってもフィードバック系が発振することな
く安定であり、かつ、ヘッド位置決め動作の過渡応答が
速やかであるように補償器の特性を設計する。位相補償
器の出力はＤＡ変換器６５(ＤＡＣ)でアナログ信号化
し、ヘッドアームなどの機構共振を励振しないように、
ノッチフィルタ２２(ＮＱ)で特定の周波数成分を除去す
る。この信号をパワーアンプを介してＶＣＭ２０に入力
し、ヘッド位置を制御する。

【００２３】図３は面記録密度１０Ｇｂ／ｉｎ＾２を実
現するためのフォロイング系の一巡伝達関数のボード線
図である。ゲイン・クロスオーバー周波数は１.５ｋＨ
ｚであり、ここでの位相余裕が４７.１度、また位相
遅れ−１８０度でのゲイン余裕が８ｄＢである。このサ
ーボ系のサンプリング周波数は１５ｋＨｚ，位相遅れ進
み補償器には、折点周波数が０.６Ｈｚ，１８０Ｈｚ，
１９２Ｈｚ，１５ｋＨｚの連続時間補償器を双一次変換
により離散化して用いている。

【００２４】図４と図５は図３に示したサーボ特性を実
現するための制御対象の周波数応答である。前述のよう
に接触記録方式では、制御対象の操作量に対する応答と
摩擦力に対する応答の両方を考慮する必要がある。図４
は操作量応答（前述のＰｕｙ(ｓ)）、図５は摩擦力応答
（前述のＰｄｙ(ｓ)）をそれぞれ示す。操作量応答はフ
ォロイング系の安定性に影響し、図３に示した位相余裕
とゲイン余裕を満足するには機構共振周波数が２６.３
ｋＨｚ以上になる必要がある。また、摩擦力応答Ｐｄ
ｙ(ｓ)は、フィードバック・ループには含まれないので
サーボ系の安定性には影響しない。しかし、この伝達特
性の入力である摩擦力の変動成分が広い周波数帯域を持
つので、Ｐｄｙ(ｓ)の機構共振を励振することがあり、
その振動がヘッド位置決め誤差Ｙ(ｓ)に加わる。

【００２５】本発明の第一の実施例として、ヘッドに作
用する摩擦力の変動成分の位置決め精度への影響を低減
することを目的とした制御方法とそれを適用した磁気デ
ィスク装置を説明する。ヘッドアームは図４と図５を用
いて既に説明したように機構共振があり、ヘッドに作用
する摩擦力変動がこれを励起して位置決め精度を劣化す
ることがある。機構共振は複数の振動モードからなる
が、位置決め精度に影響する比較的低い振動数のモード
では、ヘッドアームの先端、すなわち、ジンバルとロー
ドアーム先端部付近が位置決め方向に首を振るように振
動する。この振動現象は図６の２慣性系モデルで表すこ
とができる。慣性体１００はガイドアームとロードアー
ムの回転慣性に対応し、これを回転させるトルクτ₁ は
ＶＣＭ駆動トルクに対応する。慣性体１００の角変位を
θ₁ で表す。慣性体２００はジンバルとスライダの回転
慣性に対応し、これに作用するトルクτ_Lはヘッド・デ
ィスク間の摩擦力のモーメントに対応する。慣性体２０
０の角変位θ₂ はヘッドのピボット軸回りの回転角に対
応する。この二つの慣性体はねじりばね３００（ばね係
数Ｋ_s）で結合しており、このばね要素はジンバルとロ
ードアーム先端部の首振り振動のばねに対応する。ねじ
れトルクはＫ_s（θ₂−θ₁）である。この系の運動方程
式は次式である。

【００２６】

【数１】

【００２７】ここで、Ｊ₁ は慣性体１００の慣性モーメ
ント、Ｊ₂ は慣性体２００の慣性モーメントを表す。ま
た、ω₁ は慣性体１００の角速度、ω₂ は慣性体２００
の角速度を表す。またルビの・は時間微分を表す。

【００２８】図７のブロック線図を用いて、本実施例で
機構共振を補償する制御方法の原理を説明する。破線で
囲まれた部分は上記の２慣性系モデルに対応する。ここ
でゲイン１０１は慣性体１００の慣性モーメントＪ₁ の
逆数であり、１０２と１０３は積分器である。またゲイ
ン２０１は慣性体２００の慣性モーメントＪ₂ の逆数で
あり、２０２と２０３は積分器である。パワーアンプ２
１は入力信号ｒに比例した電流ｉ_mをボイスコイルモー
タに供給する。その比例係数すなわちゲインをＫ_Aと表
す。ボイスコイルモータ(ＶＣＭ)は電流ｉ_mに比例した
駆動トルクτ₁を発生する。その比例係数すなわちトル
ク定数をＫ_Tと表す。一点鎖線で囲まれた部分は、本発
明の特徴である機構共振の補償制御要素である。ゲイン
３０１はＶＣＭのトルク定数の公称値であり、Ｋ_Tnと表
す。ゲイン３０２は慣性体１００の慣性モーメントの公
称値であり、Ｊ_1nと表す。比較器３０３は、モータ電流
ｉ_mにゲインＫ_Tnを掛けた信号から、慣性体１００の角
加速度にゲインＪ_1nを掛けた信号を減算する。比較器３
０３の出力信号を一次遅れ要素３０４に入力して高周波
成分を低減する。ここで時定数τは、この一次遅れ要素
のカットオフ周波数が機構共振周波数にほぼ等しくなる
ように設定する。これにより摩擦力のモーメントτ_Lに
よって生じる機構共振を外乱として検出する。この検出
信号を入力信号ｒの次元に合わせるために、ゲイン３０
５でゲインＫ_AとゲインＫ_Tnとの積Ｋ_A・Ｋ_Tnの逆数で
係数倍する。これを機構共振補償信号ｒ_cとする。信号
ｒ_cを加算器３０６で操作量信号ｒ* に加算する。前記
の一次遅れ要素はローパスフィルタの一つであるが、別
の構成として、この代わりにバンドパスフィルタを用い
ることもできる。この時、通過周波数域が機構共振周波
数にほぼ等しくなるように設定する。これにより、複数
重なった振動から特定の機構共振だけを検出して、これ
を補償することができる。

【００２９】フォロイング制御系はこのような補償要素
を付加した系を制御対象として構成する。すなわち図２
のボイスコイルモータ（ＶＣＭ）とヘッドアーム伝達特
性の部分は上記の補償要素を付加することにより図７の
系で置換され、図７の操作量信号ｒ* がノッチフィルタ
（ＮＱ）の出力信号となり、また角変位θ₂ はヘッド位
置Ｙ(ｓ)に対応する。別の構成として、上記の補償要素
で共振を抑圧できるのでノッチフィルタ（ＮＱ）は不要
になるから、ＤＡ変換器（ＤＡＣ）の出力信号を図７の
操作量信号ｒ* とすることもできる。

【００３０】図７で説明した制御方法を実現するための
ハードウェア構成を図８に示す。パワーアンプ２１はボ
イスコイルモータ２０に供給するモータ電流に比例した
検出信号を出力する。またロードアーム１２ｂに加速度
センサ３０を備えることにより位置決め方向の加速度を
検出し、アンプ３１は検出した加速度に比例した信号を
出力する。演算増幅器３２とそれに接続した抵抗３２
１，３２２，３２３，３２４からなる反転加算回路３２
ａは、図７のゲイン３０１とゲイン３０２と比較器３０
３に対応する。演算増幅器３３とそれに接続した抵抗３
３１，３３２とコンデンサ３３３からなる一次遅れ要素
回路３３ａは、図７の一次遅れ要素３０４とゲイン３０
５に対応する。演算増幅器３４とそれに接続した抵抗３
４１，３４２，３４３，３４４からなる反転加算回路３
４ａは、図７の加算器３０６に対応する。ただし演算増
幅回路の入力と出力の極性反転やゲインの配分に関連し
て、前記の機構共振補償要素を実現する回路構成は必ず
しも図８に示したものだけに限定されることはない。ま
た本実施例はアナログ回路での補償要素の構成を示した
が、補償しようとする共振周波数に対して十分高いサン
プリング周波数を有するディジタル制御回路でも同等の
効果を実現できる。

【００３１】図９は上記手法を適用した場合の操作量信
号からヘッド位置までの周波数応答である。図４と図９
のゲイン曲線を対比して、前者の急峻でゲインの高い2
6.3ｋＨｚの共振点は、後者では本方式により緩やかで
ゲインの低い３０ｋＨｚ付近に変化している。なお、図
９は図７の一次遅れ要素のカットオフ周波数を２０ｋＨ
ｚに設定した場合の結果である。また本方式は摩擦力に
よって生じるヘッドアーム振動を外乱として検出してこ
れを補償するので、ヘッドアームのスライダ支持剛性を
一定のままシーク剛性を大きくすることと等価であり、
シーク剛性のより小さいヘッドアームで所望の位置決め
精度を実現できる。

【００３２】次に本発明の第二の実施例を説明する。こ
れは、ヘッドに作用する摩擦力中のディスク表面上の位
置に依存する成分の位置決め精度への影響を低減する目
的とした制御方法とそれを適用した磁気ディスク装置で
ある。図１０は本実施例のハードウェア構成を示してお
り、第一の実施例の構成を含めることにより機能を拡張
する。マイクロプロセッサ(ＣＰＵ)４０はヘッド位置決
め制御系の補償演算を行うものであり、前述のフォロイ
ング制御系の離散時間位相遅れ進み補償器の処理や、後
述する本実施例のための処理などを行う。リードオンリ
メモリ(ＲＯＭ)４１はＣＰＵ４０の行う演算処理に用い
る定数を記憶する。ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)４
２はＣＰＵ４０の行う演算処理に用いる変数を記憶す
る。ディジタル信号バス４３は信号を伝える配線であ
る。ヘッドとトラック中心との相対的な位置ずれ量を示
すサーボ信号はヘッド１２ｄで磁気信号として再生さ
れ、復調回路４４で電気信号に変換される。さらにＡＤ
変換器４５でディジタル信号化され、ディジタル信号バ
ス４３を介してＣＰＵ４０に入力される。ＣＰＵ４０の
出力するディジタル操作量信号はＤＡ変換器２３でアナ
ログ信号化される。さらにノッチフィルタ２２で特定の
周波数成分が除去されてアナログ操作量信号となる。こ
の信号による制御対象の動作は第一の実施例で述べたの
で、ここではさらに追加した要素による相違点を説明す
る。加算回路３２ａの出力信号は図７の比較器３０３に
よる減算結果に対応するので、ローパスフィルタ５０で
高周波成分を除くことによりヘッドに作用する摩擦力の
低周波成分を検出できる。これをＡＤ変換器５１でディ
ジタル信号化する。摩擦力にはディスク表面上の位置に
依存した成分があるので、その値を位置と対応付けてメ
モリに記憶すればフォロイング制御のフィードフォワー
ド補償信号に用いることができる。磁気ディスク装置の
起動時などに各トラックでセクタごとに摩擦力を検出
し、これを数回繰り返した加算平均値をＣＰＵ４０で算
出し、位置依存成分としてメモリに記憶する。必要に応
じて検出する位置を少なくしてもよい。記憶した摩擦力
の位置依存成分はフォロイング制御時にヘッド位置に対
応して読み出し、必要によってゲインを掛けて符号を反
転してディジタル操作量信号に加算する。これにより摩
擦力の位置依存成分が相殺されるので、位置決め精度を
向上できる。図１０では、摩擦力の位置依存成分の補償
と、第一の実施例に示した摩擦力変動による機構共振の
補償方式を合わせた構成を示しているが、本実施例の別
の実施形態として、図１０の構成から摩擦力変動による
機構共振の補償制御の部分を除き、摩擦力の位置依存成
分の補償制御のみを行うこともできる。

【００３３】次に本発明の第三の実施例を説明する。こ
れは、ヘッドに作用する摩擦力により振動モードが励振
されないヘッドアームとそれを適用した磁気ディスク装
置である。ヘッドアームは図１を用いて既に説明したよ
うに、ピボット軸を固定端とする片持ち梁であり、ディ
スクに平行な曲げ，ディスクに垂直な曲げ、あるいはね
じれなどの複数の振動モードを有する。片持ち梁は図１
１に示すように、二次以上の振動モードで固定端以外に
変位が０の点、いわゆる節を持つ。節の他の性質とし
て、ある振動モードの節に外力が作用してもそのモード
が励振されることはない。この性質をヘッドアームの構
造に適用することにより、摩擦力がヘッドアームの固有
振動を励起するのを防ぎ、位置決め精度の向上が図れ
る。すなわち、ヘッド位置決め精度を向上するには、位
置決め方向の特定の振動モードの節にヘッドを配置する
ことにより、ヘッドとディスクの接触に起因する力、例
えば摩擦力や垂直抗力がその振動モードを励起しないの
で、位置決め精度を向上できる。これに関連する別の一
実施例として、ディスクに垂直な振動モードの節にヘッ
ドを配置することにより、接触力がこのモードを励起せ
ずヘッドの飛び跳ねを防止できるので、磁気信号の安定
な記録再生が可能になり、またヘッドとディスクとの衝
突による破損、いわゆるヘッドクラッシュを防止でき
る。近年はコンピュータ支援の構造物設計技術の進歩に
より、図面上の設計段階でヘッドアームの振動モードを
有限要素法などで計算できるので、本実施例は容易に適
用できる。

【００３４】

【発明の効果】第一の実施例で説明した機構共振の補償
制御方法により、ヘッドアームのスライダ支持剛性を柔
らかく保ったままシーク剛性のみを等価的に大きくする
ことになる。また、位置決め方向の共振ピークゲインを
下げる。これによりフォロイング制御系の安定余裕を大
きくできる。あるいはサーボ帯域をより拡大できる。さ
らに摩擦力変動に起因する位置決め誤差を低減し、トラ
ック密度を向上できる。

【００３５】また、第二の実施例で説明した摩擦力の位
置依存成分の補償制御方式により、摩擦力の一部が相殺
されるのでヘッドの位置決め精度を向上し、トラック密
度を向上できる。

【００３６】さらに第三の実施例で説明したヘッドアー
ムを用いることにより、摩擦力変動によるヘッドアーム
の共振を抑圧するのでヘッドの位置決め精度を向上し、
トラック密度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁気ディスク装置のヘッドディスクアセンブリ
の説明図。

【図２】磁気ディスク装置のフォロイング制御系のブロ
ック図。

【図３】面記録密度１平方インチあたり１ギガビットの
磁気ディスク装置のフォロイング制御系の一巡伝達関数
のボード線図。

【図４】従来の接触記録方式の磁気ディスク装置の制御
対象の操作量に対する周波数応答のグラフ。

【図５】従来の接触記録方式の磁気ディスク装置の制御
対象のヘッドディスク間摩擦力に対する周波数応答のグ
ラフ。

【図６】ヘッドアーム先端の首振り振動を表す２慣性系
モデルの説明図。

【図７】本発明の第一の実施例の原理を示すブロック
図。

【図８】本発明の第一の実施例を実現するためのハード
ウェアの説明図。

【図９】本発明の第一の実施例を適用した場合の、接触
記録方式の磁気ディスク装置の制御対象の操作量に対す
る周波数応答のグラフ。

【図１０】本発明の第二の実施例を実現するためのハー
ドウェアのブロック図。

【図１１】片持ち梁の一次から三次の振動モードの変形
の様子と節の位置を示す特性図。

【図１２】接触記録方式の磁気ディスク装置において、
スライダとディスクとの接触状態を示す断面図。

【符号の説明】

１２…ヘッドアーム、１２ａ…ガイドアーム、１２ｂ…
ロードアーム、１２ｃ…ジンバル、１２ｄ…ヘッド、１
３…ピボット軸、２０…ボイスコイルモータ、２１…パ
ワーアンプ、２２…ノッチフィルタ、２３…ＤＡ変換
器、３０…加速度センサ、３１…アンプ、３２，３３，
３４…演算増幅器、３２ａ，３４ａ…加算回路、４０…
マイクロプロセッサ、４１…リードオンリメモリ、４２
…ランダムアクセスメモリ、４３…ディジタル信号バ
ス、４４…復調回路、４５，５１…ＡＤ変換器、５０…
ローパスフィルタ、３２１，３２２，３２３,３２４,３
３１，３３２，３４１，３４２，３４３，３４４…抵
抗、３３３…コンデンサ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】情報記録媒体である磁気ディスクと、前記
磁気ディスクの表面に潤滑剤を介して接触して磁気信号
を記録／再生する磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを支持
するヘッドアームと、前記へッドアームに駆動力を加え
て前記磁気ヘッドを移動するモータと、前記モータに駆
動電流を供給するパワーアンプを有する接触記録方式の
磁気ディスク装置において、前記ヘッドアームの加速度
を検出して加速度検出信号を出力する加速度センサと、
前記加速度検出信号の極性を反転して前記磁気ヘッドを
移動するモータの駆動電流値信号に加算する第一の加算
回路と、前記第一の加算回路の出力信号と前記パワーア
ンプに入力する操作量信号を加算する第二の加算回路と
を含むことを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項２】情報記録媒体である磁気ディスクと、前記
磁気ディスクの表面に潤滑剤を介して接触して磁気信号
を記録／再生する磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを支持
するヘッドアームと、前記へッドアームに駆動力を加え
て前記磁気ヘッドを移動するモータと、前記モータに駆
動電流を供給するパワーアンプを有する接触記録方式の
磁気ディスク装置において、前記ヘッドアームの加速度
を検出して加速度検出信号を出力する加速度センサと、
前記加速度検出信号の極性を反転して前記磁気ヘッドを
移動するモータの駆動電流値信号に加算する第一の加算
回路と、前記第一の加算回路の出力信号の特定の周波数
成分を除去するフィルタと、前記フィルタの出力信号と
前記パワーアンプに入力する操作量信号を加算する第二
の加算回路とを含むことを特徴とする磁気ディスク装
置。
【請求項３】前記フィルタが一次遅れ要素である請求項
２に記載の磁気ディスク装置。
【請求項４】前記一次遅れ要素の遮断周波数が前記ヘッ
ドアームの共振周波数にほぼ等しい請求項３に記載の磁
気ディスク装置。
【請求項５】前記フィルタがバンドパスフィルタである
請求項２に記載の磁気ディスク装置。
【請求項６】前記バンドパスフィルタの通過帯域の中心
周波数が前記ヘッドアームの共振周波数にほぼ等しい請
求項５に記載の磁気ディスク装置。
【請求項７】情報記録媒体である磁気ディスクと、前記
磁気ディスクの表面に潤滑剤を介して接触して磁気信号
を記録／再生する磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを支持
するヘッドアームと、前記へッドアームに駆動力を加え
て前記磁気ヘッドを移動するモータと、前記モータに駆
動電流を供給するパワーアンプを有する接触記録方式の
磁気ディスク装置の磁気ヘッド位置決め制御方法におい
て、前記ヘッドアームの加速度を検出して加速度検出信
号を出力する加速度センサと、前記加速度検出信号の極
性を反転して前記磁気ヘッドを移動するモータの駆動電
流値信号に加算する第一の加算手段と、前記第一の加算
手段の出力信号と前記パワーアンプに入力する操作量信
号を加算する第二の加算手段とを含むことを特徴とする
磁気ヘッド位置決め制御方法。
【請求項８】情報記録媒体である磁気ディスクと、前記
磁気ディスクの表面に潤滑剤を介して接触して磁気信号
を記録／再生する磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを支持
するヘッドアームと、前記へッドアームに駆動力を加え
て前記磁気ヘッドを移動するモータと、前記モータに駆
動電流を供給するパワーアンプを有する接触記録方式の
磁気ディスク装置の磁気ヘッド位置決め制御方法におい
て、前記ヘッドアームの加速度を検出して加速度検出信
号を出力する加速度センサと、前記加速度検出信号の極
性を反転して前記磁気ヘッドを移動するモータの駆動電
流値信号に加算する第一の加算手段と、前記第一の加算
手段の出力信号の特定の周波数成分を除去するフィルタ
と、前記フィルタの出力信号と前記パワーアンプに入力
する操作量信号を加算する第二の加算手段とを含むこと
を特徴とする磁気ヘッド位置決め制御方法。
【請求項９】前記フィルタが一次遅れ要素である請求項
８に記載の磁気ヘッド位置決め制御方法。
【請求項１０】前記一次遅れ要素の遮断周波数が前記ヘ
ッドアームの共振周波数にほぼ等しい請求項９に記載の
磁気ヘッド位置決め制御方法。
【請求項１１】前記フィルタがバンドパスフィルタであ
る請求項８に記載の磁気ヘッド位置決め制御方法。
【請求項１２】前記バンドパスフィルタの通過帯域の中
心周波数が前記ヘッドアームの共振周波数にほぼ等しい
請求項１１に記載の磁気ヘッド位置決め制御方法。
【請求項１３】情報記録媒体である磁気ディスクと、前
記磁気ディスクの表面に潤滑剤を介して接触して磁気信
号を記録／再生する磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを支
持するヘッドアームを有する接触記録方式の磁気ディス
ク装置の磁気ヘッド位置決め制御方法において、前記ヘ
ッドアームの加速度の検出して加速度検出信号を出力す
る手段とを備え、前記加速度検出信号を用いてヘッドア
ームの共振点のゲインを下げる処理を行うことを特徴と
する磁気ヘッド位置決め制御方法。
【請求項１４】情報記録媒体である磁気ディスクと、前
記磁気ディスクの表面に潤滑剤を介して接触して磁気信
号を記録／再生する磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを支
持するヘッドアームと、前記へッドアームに駆動力を加
えて前記磁気ヘッドを移動するモータと、前記モータに
駆動電流を供給するパワーアンプと、前記磁気ディスク
の表面上の前記磁気ヘッドの位置を検出する手段を有す
る接触記録方式の磁気ディスク装置の磁気ヘッド位置決
め制御方法において、前記ヘッドアームの加速度を検出する加速度センサを備
えており、前記加速度検出信号の極性を反転して前記磁
気ヘッドを移動するモータの駆動電流値信号に加算する
第一の加算手段を備えており、前記第一の加算手段の出
力を記憶する手段を備えており、前記記憶手段の出力信
号を極性を反転して前記パワーアンプに入力する操作量
信号に加算する第二の加算手段を備えており、前記磁気
ディスク装置の起動時に、磁気ヘッドの位置に一意に対
応付けて、前記記憶手段は前記第一の加算手段の出力信
号を記憶し、前記磁気ディスク装置の定常動作時に前記
記憶手段から磁気ヘッドの現在位置に対応した補償信号
を出力し、前記第二の加算手段に入力することを特徴と
する磁気ヘッド位置決め制御方法。
【請求項１５】情報記録媒体である磁気ディスクと、前
記磁気ディスクの表面に潤滑剤を介して接触して磁気信
号を記録／再生する磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを支
持するヘッドアームと、前記へッドアームに駆動力を加
えて前記磁気ヘッドを移動するモータと、前記モータに
駆動電流を供給するパワーアンプと、前記磁気ディスク
の表面上の前記磁気ヘッドの位置を検出する手段を有す
る接触記録方式の磁気ディスク装置の磁気ヘッド位置決
め制御方法において、前記ヘッドアームの加速度を検出する加速度センサを備
えており、前記加速度検出信号の極性を反転して前記磁
気ヘッドを移動するモータの駆動電流値信号に加算する
第一の加算手段を備えており、前記第一の加算手段の出
力を記憶する手段を備えており、前記記憶手段の出力信
号の極性を反転して操作量信号に加算する第二の加算手
段を備えており、前記磁気ディスク装置の起動時に、前
記記憶手段は磁気ヘッドの前記位置に一意に対応付けて
前記第一の加算手段の出力信号を記憶し、前記磁気ディ
スク装置の定常動作時に前記記憶手段から磁気ヘッドの
現在位置に対応した信号を出力して前記第二の加算手段
に入力し、前記第一の加算回路の出力信号の特定の周波数成分を除
去するフィルタを備えており、前記フィルタの出力信号
と前記第二の加算手段の出力を加算する第三の加算回路
を備えており、前記第三の加算回路の出力を前記パワー
アンプに入力することを特徴とする磁気ヘッド位置決め
制御方法。
【請求項１６】前記フィルタが一次遅れ要素である請求
項１５に記載の磁気ヘッド位置決め制御方法。
【請求項１７】前記一次遅れ要素の遮断周波数が前記ヘ
ッドアームの共振周波数にほぼ等しい請求項１６に記載
の磁気ヘッド位置決め制御方法。
【請求項１８】前記フィルタがバンドパスフィルタであ
る請求項１５に記載の磁気ヘッド位置決め制御方法。
【請求項１９】前記バンドパスフィルタの通過帯域の中
心周波数が前記ヘッドアームの共振周波数にほぼ等しい
請求項１８に記載の磁気ヘッド位置決め制御方法。
【請求項２０】前記第一の加算手段の出力信号の高周波
成分を除去するローパスフィルタを備えており、前記記
憶手段に記憶する補償信号は前記ローパスフィルタの出
力信号である請求項１４ないし請求項１９に記載の磁気
ヘッド位置決め制御方法。
【請求項２１】前記記憶手段に記憶する補償信号は前記
磁気ヘッドが所定の位置にある時の前記第一の加算手段
の出力の平均値である請求項１４ないし請求項２０に記
載の磁気ヘッド位置決め制御方法。
【請求項２２】情報記録媒体である磁気ディスクと、前
記磁気ディスクの表面に接触して磁気信号を記録／再生
する磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを支持するヘッドア
ームを有する接触記録方式の磁気ディスク装置の磁気ヘ
ッド位置決め制御方法において、ヘッドアームの加速度
を検出して加速度検出信号を出力する手段を備えてお
り、前記加速度検出信号を用いて、磁気ヘッドに作用す
る摩擦力に含まれる位置に依存した再現的な成分を検出
して記憶する手段を備えており、前記記憶手段から読み
出した信号を極性反転して操作量信号に加算することを
特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項２３】情報記録媒体である磁気ディスクと、前
記磁気ディスクの表面に接触して磁気信号を記録／再生
する磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを支持するヘッドア
ームを有する接触記録方式の磁気ディスク装置の磁気ヘ
ッド位置決め制御方法において、前記ヘッドアームの振
動モードの節に前記磁気ヘッドを配置することを特徴と
する磁気ディスク装置。