JPH11511584A

JPH11511584A - ディスク装置アクチュエータの速度制御

Info

Publication number: JPH11511584A
Application number: JP9510318A
Authority: JP
Inventors: ブラッケン，アレン，トマス; リッチ，エドワード．エル．; ウッズ，ハロルド，リン; タン，ホン
Original assignee: アイオメガコーポレイション
Priority date: 1995-08-22
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1999-10-05
Also published as: US5666236A; EP0846323A1; CA2230153A1; EP0846323A4; WO1997008697A1

Abstract

(57)【要約】記憶媒体（６２、６０）へ及びこれから情報を読み出し及び書き込みかつ記憶媒体の表面にわたって読み書きヘッド（３６）を移動させるアクチュエータ（３２）を有するデータ記憶装置（２０）は、データ記憶装置（２０）の表面又はアクチュエータ（３２）の表面のどちらかに取り付けられた光センサ（５４）、及びこれらの表面のうち光センサ（５４）と反対側の他の表面に備えられたグレイスケール・パターン（５２）を含む。グレイスケール・パターン（５２）は、アクチュエータ（３２）の位置に従って変動する量の反射光を光センサ（５４）へ供給する。光センサ（５４）は、反射光を受けかつアクチュエータ（３２）の位置を表示する出力信号を発生する。制御システム（８２）は、アクチュエータ（３２）の速度を制御するために光センサ（５４）から出力される位置信号を処理する。

Description

【発明の詳細な説明】ディスク装置アクチュエータの速度制御背景発明の分野本発明は、記憶媒体上の情報をアクセスする読み書きヘッドを有するデータ記憶装置、更に詳細には、特に読み書きヘッド・ローディング動作中、記憶媒体に対して読み書きヘッドを移動させるアクチュエータの速度を制御する機構に関する。先行技術の説明データ記憶装置、特に、ディスク形記憶媒体を含む取外し可能カートリッジを受ける型式のデータ記憶装置は、ディスク形記憶媒体の連続スタックにわたってディスク装置の読み書きヘッドを位置決めする直線アクチュエータ又は回転アーム・アクチュエータのどちらかを通常採用する。ほとんどのディスク装置では、特に取外し可能ディスク・カートリッジを受けるディスク装置では、直線アクチュエータ又は回転アーム・アクチュエータは、ディスク装置が使用されないとき、引っ込み位置、すなわち、駐在位置へ移動させられる。このような引っ込み位置で、ディスク装置の読み書きヘッドは、ヘッド及び記憶媒体への損傷を防ぐために記憶媒体の表面から離れたかつ遠ざかる方へ移動させられる。ディスク装置の使用を回復するために、データ転送を開始できるように読み書きヘッドを記憶媒体の表面へ再びロードしなければならない。読み書きヘッドへの損傷を防止するためにヘッド・ローディング動作を制御下で実施することが重要である。クーズ（Ｃｏｕｓｅ）他の米国特許第４，８６４，４３７号は、ディスク装置のアクチュエータの速度の表示を得るためにアクチュエータの両端間の逆起電力を測定するディスク装置用ヘッド・ローディング速度制御機構を説明している。測定された逆起電力が、次いで、ヘッド・ローディング動作中アクチュエータの速度を制御するために、制御機構に採用される。残念ながら、アクチュエータの両端間の逆起電力を測定するために必要な電子回路は、ディスク装置の費用及び複雑性を増す。更に、この教示は、アクチュエータ速度の粗制御しか提供せず、多くの応用に受け容れ可能ではないと云える。リー（Ｌｅｅ）の米国特許第５，１２８，８１３号は、ディスク装置アクチュエータの速度を算定するために熱測定を採用するアクチュエータの速度制御技術を説明している。しかしながら、やはり、正確な熱測定を得るために必要な電子回路がディスク装置の費用を不当に増し、かつこの技術は不正確であり勝ちである。他の先行技術の装置は、トラック探索動作中正確な位置及びトラック計数情報を得るために、ディスク装置に付随した高精度ガラス目盛を採用する。例えば、サーノス（Ｔｈａｎｏｓ）他の米国特許第５，０８４，７９１号を参照されたい。残念ながら、高精度ガラス目盛及び関連光回路の費用及び複雑性がこれらの装置を不利にしている。本願の譲受人、アイオメガ社（ＩｏｍｅｇａＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって製造されたベルヌーイ（Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ）ディスク装置の「ベータ（ＢＥＴＡ）」系列（ｌｉｎｅ）内の或る製品は、直線駆動アクチュエータの直線位置の表示を得るためにこのアクチュエータに付随した光センサ及びグレイスケール・パターンを採用する。しかしながら、これらの製品は、グレイスケール・パターン及び光センサで以て発生された位置情報を使用してアクチュエータの速度を導出する又は制御することはなく、かつその能力はない。上に示したように、特にヘッド・ローディング動作中、ディスク装置アクチュエータの速度を制御する簡単で、費用有効性機構が必要とされる。本発明は、この必要を満足させる。発明の要約本発明は、特にヘッド・ローディング動作中、データ記憶装置のアクチュエータの速度を制御する簡単な、低費用、効率的手段を目指す。本発明によれば、記憶媒体へ及びこれから情報を読み出し及び書き込みかつ記憶媒体の表面にわたって読み書きヘッドを移動させるアクチュエータを有するデータ記憶装置は、データ記憶装置の表面又はアクチュエータの表面のどちらかに取り付けられた光センサ、及びこれらの表面のうち光センサと反対側の他の表面に備えられたグレイスケール・パターンを含む。グレイスケール・パターンは、アクチュエータの位置に従って変動する量の反射光を光センサへ供給する。光センサは、反射光を受けかつアクチュエータの位置を表示する出力信号を発生する。制御システムは、特にヘッド・ローディング動作中、アクチュエータの速度を制御する速度制御アルゴリズムに従って、光センサから出力された位置信号を処理する。光センサ及びグレイスケール・パターンは、アクチュエータ・アームの位置を表示する信号を発生する簡単な、低費用、効率的手段を提供し、この信号から制御システムが速度算定を導出しかつアクチュエータ・アームの速度を制御する。本発明のこれら及び他の特徴及び利点は、以下に明らかになる。図面の簡単な説明上の要約ばかりでなく次の好適実施例についての詳細な説明は、添付図面と関連して読まれるときより良く理解される。本発明を説明する目的のために、現在好適である実施例を図面に示すが、云うまでもなく、本発明は開示された特定の方法及び手段に限定されない。これらの図面において、図１は本発明を採用してよいデータ記憶装置、すなわち、ディスク装置の斜視図である。図２は図１のディスク装置と関連して使用されるディスク・カートリッジの斜視図である。図３は本発明の好適実施例に従う光センサ及びグレイスケール・パターンの取り付けを示す図１のディスク装置の部分の斜視図である。図４は本発明の好適実施例によるグレイスケール・パターンの平面図である。図５は図３に示されたディスク装置の部分の上面図である。図６Ａは光センサをデータ記憶装置内にいかに電気的に接続するかを示すブロック図である。図６Ｂは本発明の好適実施例に従うディスク装置アクチュエータの速度を制御する制御システムのブロック図である。図７はヘッド・ローディング中に図１のディスク装置のアクチュエータのサスペンション・アームがそれぞれのロード・ランプ（ｌｏａｄｒａｍｐ）構造に沿って移動する際のこのサスペンション・アームの種々の位置のグラフィック表示図である。図８は本発明に従う図７に示されたヘッド・ローディング動作中図１のアクチュエータの速度を制御する方法の好適実施例を示す流れ図である。図９はサスペンション・アームが図７の位置１と２との間にあるとき、図６の制御システムによって採用された第１速度制御アルゴリズムを示すブロック図である。図１０はサスペンション・アームが図７の位置２と４との間にあるとき、図６の制御システムによって採用された第２速度制御アリゴリズムを示すブロック図である。好適実施例の詳細な説明これらの図面を通して同様の機能を有するものは同一符号で示してある。図１は、本発明を採用してよい例示のデータ記憶装置２０、すなわち、ディスク装置を示す。例示のディスク装置２０は取外し可能ディスク・カートリッジを受ける型式のものであるが、本発明はこれに決して限定されるわけではない。例えば、本発明を固定ディスク式装置に採用することもまたできる。図１に示されたように、例示のディスク装置２０はシャッシ２１を含み、このシャッシ上に或る数のディスク装置構成要素が取り付けられる。ディスク装置２０のフロント・パネル２４は、取外し可能ディスク・カートリッジ（図２）を受ける実質的水平開口２２を有する。エジェクト・ボタン２６は、ディスク装置２０からディスク・カートリッジを射出するためにフロント・パネル上に備えられている。スピンドル・モータ１１０は、ディスク・カートリッジ内で記憶媒体を回転させる手段を提供するためにシャッシ２１上に取り付けられている。回転アーム音声コイル・アクチュエータの部分を構成するアクチュエータ・アーム３２は、３８においてディスク装置シャッシ２１に枢働的に取り付けられている。アクチュエータ・アーム３２はその先端に複数のサスペション・アーム３４を有し、サスペンション・アームの各々はディスク・カートリッジの記憶媒体の表面へ及びこれから情報を記録し及び読み出すためのそれぞれ読み書きヘッド３６を坦持する。ヘッド・ローディング機構３５は、記憶媒体上への磁気ヘッドのローディングを容易にする。ヘッド・ローディング機構は１対のロード・ランプ構造４６、４８を含み、これらの構造上に、ヘッド・ローディング／アンローディング動作中、アクチュエータ・アーム３２のサスペンション・アーム３４が乗る。３５で示された型式のヘッド・ローディング機構に関する更に詳細は、１９９５年５月１０日出願された「ディスク装置用ヘッド・ローディング機構(ＨｅａｄＬｏａｄｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒＤｉｓｋＤｒｉｖｅ)」と題する同時係属、共通譲渡された米国特許出願第０８／４３８，２５４号に見ることができ、この米国特許出願は列挙することによってその内容が全面的に本明細書に組み入れられている。音声コイル素子４３（図３及び５）は、アクチュエータ・アーム３２の回転運働を制御するためにアーム３２の他端におけるフォーク付き部材４２（図５）に付随している。磁石復帰路組立て体５０は、シャッシ２１上に取り付けられかつ音声コイル素子４３用磁石復帰路を提供する。図２は、図１の取外し可能カートリッジ・ディスク装置２０と使用されてよいディスク・カートリッジ１０の斜視図である。ディスク・カートリッジ１０は、それぞれ、上側シェル１０ａ、下側シェル１０ｂからなる外被を含む。好適には、上側シェル１０ａ及び下側シェル１０ｂは、堅牢なプラスチック材料で形成される。本好適実施例では、ディスク・カートリッジ１０は、外被内に回転可能に取り付けられたハブ組立て体（図示されていない）に、スタック関係を取って付属した２つのディスク形記憶媒体６０、６２（図７）を含む。外被上のドア１２は、ディスク装置の読み書きヘッドによる記憶ディスクへのアクセスのために備わる。本実施例では、記憶媒体は堅牢な磁気媒体を含むが、しかしながら、フレキシブル磁気媒体又は光媒体のような他の記憶媒体を採用してもよい。以下に詳細に説明されるように、ディスク・カートリッジ１０がディスク装置２０内に挿入されるとき、アクチュエータ・アーム３２は（図１で見て）反時計方向に回転してアクチュエータのサスペンション・アーム３４をロード・ランプ構造４６、４８から離れるように移動させ、それによって読み書きヘッド３６をカートリッジ１０内で記憶媒体６０、６２の表面へロードさせることになる。本発明によれば、例えば、図１に示されたディスク装置のようなデータ記憶装置は、ディスク装置の表面か又はディスク装置の読み書きヘッド・アクチュエータの表面のどちらかに光センサを取り付けられ、かつアクチュエータの表面又はディスク装置の表面のうちの光センサと反対側の他の面にグレイスケール・パターンを備える。ディスク装置の表面に付属した装置は静止しているのに対して、アクチュエータに付属した装置はアクチュエータがディスク・カートリッジの記憶媒体に対してディスク装置の読み書きヘッドを位置決めするに連れてアクチュエータと共に移動する。アクチュエータが読み書きヘッドを位置決めするために移動するに連れて、グレイスケール・パターンはアクチュエータの位置に従って変動する量の反射光を光センサへ発生する。光センサは、グレイスケール・パターンから受ける反射光の量に比例する出力信号を発生する。したがって、光センサの出力信号は、アクチュエータの位置を表示する。ここに使用される用語「光」は、電磁スペクトルのどれかの部分からの電磁放射、好適には、電磁スペクトルの紫外部分、可視部分、赤外部分、最好適には、電磁スペクトルの赤外部分からの電磁放射を意味する。ここに使用される用語「光センサ」は、表面又は標的からの反射光を検出する能力のあるなんらかの装置、構成要素、又は回路を意味し、かつ限定することなく、光断続器（ｐｈｏｔｏｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒ）、フォトトランジスタの類を含む。更に、本発明によれば、制御システムは、光センサからの位置信号を受信しかつアクチュエータの速度を制御する目的のために位置信号を処理する。本発明の好適実施例では、制御システムは、ヘッド・ローディング動作中、すなわち、読み書きヘッド３６をディスク・カートリッジの記憶媒体の表面へロードするためにアクチュエータのサスペンション・アーム３４がロード・ランプ構造４６、４８にわたって移動する際に、アクチュエータ・アームの速度を制御する。図３は、本発明の好適実施例に従う光センサ５４及びグレイスケール・パターンの取り付けを示す図１のディスク装置２０の部分の斜視図であるが、云うまでもなく、本発明は示された実施例に決して限定されるわけではない。図３に示されたように、本実施例では、グレイスケール・パターン５２は、音声コイル４３の下側表面に付属している。音声コイル４３は、アクチュエータ・アーム３２の端におけるフォーク付き部材４２（図５）に取り付けられている。光センサ５２は、音声コイル４３の下側でディスク装置２０の表面に堅牢に取り付けられている。光センサ５４の上側表面は、グレイスケール・パターン５２に面する関係に配置されている。好適実施例では、光センサの上側面とグレイスケール・パターン５２との間隔は、約０．９ミリメートルである。図４は、本発明の好適実施例によるグレイスケール・パターンの拡大図である。ここに使用される用語「グレイスケール・パターン」は、その表面にわたって異なる位置で反射率が変動する光学パターンを意味する。反射率を変動させることは、グレイのシェードを変動させることによって又は明から暗へ色のレベルを変動させることによって達成することができる。好適には、グレイスケール・パターンは、好適には、１方向に沿って反射率を連続的に増大する。図４の好適実施例では、グレイスケール・パターン５２は、パターンの表面を横切って実質的に縦に延びる一連の漸次細くなる線５８を含む。パターン５２は、その縦方向に沿って第１端５２ａから第２端５２ｂへ反射率を増す。本実施例では、グレイスケール・パターン５２は、裏当て材料上に、好適には感光ポリエステル・フィルム、最好適には０．０５ミリメートルの白色ポリエステル上のエマルジョンを伴う０．１ミリメートル厚さのポリエステル写真フィルム上に印刷される。次いで、裏当て材料は接着剤を使用してコイル４３に添付され、これに伴ってグレイスケール・パターンが光センサ５４に面する。図５は、図３に示されたディスク装置２０の部分の上面図である。図５に示されたように、好適実施例では、光センサ５４は、磁石復帰路組立て体５０の表面に５５で付随している。光センサ５４は音声コイル４３の表面の下に直接位置決めされ、このコイルにグレイスケール・パターン５２が付属している。アクチュエータ・アーム３２がその軸３８の回りに回転するに連れて、音声コイル部材４３は矢印５３によって表示された方向に移動する。それゆえ、アクチュエータ・アームが回転するに連れて、グレイスケール・パターン５２は、光センサ５４を通って移動し、光センサ５４に対するその位置に依存して光センサ５４上に異なる量の光を反射する。光センサ５４は、このセンサを照射する光の量に比例する大きさを有する出力信号を発生する。アクチュエータ・アーム取付け３８の精密さのゆえに、グレイスケール・パターン５２は、光センサ５４の上方の定面内を移動することになる。アクチュエータ・アームの回転中どの点においても、グレイスケール・パターン５２から光センサ５４上への反射光の量は、光センサ５４に対するアクチュエータ・アーム角位置を表示する。光センサ５４の出力は、このセンサ上へ照射された光の量に比例しており、したがって、アクチュエータ・アーム３２の位置を表示することになる。この出力信号は、導体５６を経由して、以下に説明される制御システムに伝送される。好適実施例では、制御システムは、光センサ５４が出力した位置信号からアクチュエータ・アームの算定速度を表示する信号を導出し、かつこの算定速度信号を速度制御アルゴリズムに従って処理して、アクチュエータ３２を駆動する制御信号を発生しかつアクチュエータ３２の速度を所定範囲内に維持する。最好適実施例では、制御システムは、アクチュエータ・アーム３２の位置に依存して、算定速度信号を処理するために複数の異なる速度制御アルゴリズムのうちの１つを選択する。アクチュエータ・アームの速度の算定は位置信号から容易に決定することができる、すなわち、速度は位置の変化の率である。ここに使用される用語「制御システム」は、ソフトウェア又はハードウェアで実行されるにせよ、なんらかの回路、装置、又はアルゴリズムであって、これらは光センサ５４から位置信号を受信し、かつこれに基づき、アクチュエータ・アーム３２の速度を所定範囲内に維持するためにアクチュエータ・アームの音声コイル４３を駆動する制御信号を発生する。図６Ａは、光センサ５４をデータ記憶装置２０内にいかに電気的に接続するかを示す。本実施例では、光センサ５４は、その上側表面の半分から赤外放射エネルギー（すなわち、光）を放出する放射源（ｅｍｉｔｔｅｒ）５５、及び反射された赤外放射エネルギーを検出しかつセンサの上側表面の他の半分を占める検出器５４（すなわち、ホトトランジスタ）を有する光断続器を含む。光センサ５４の放射源５５部分及び検出器５７部分は、グレイスケール・パターン５２に面する。光センサ５４を実行するために使用することができる適当な光断続器は、シャープ・エレクロニクス社（ＳｈａｒｐＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から販売されているＧＰ２Ｓ２７サブミニアチュア光断続器である。本実施例では、光断続器の放射源５５は、電源電圧（＋５Ｖ）の変動が出力信号に影響するのを防止するために定電流シンク５９によって駆動される。定電流シンクは、マイクロプロセッサ８２によってトランジスタ（図示されていない）を通してターンオン及びターンオフされる。一定駆動される放射源は、比較的短い期間内に可なり劣化する。例えば、放射源の出力は、動作の最初の１０００時間にわたって７パーセントも劣化することがある。このような劣化は、光センサ５４の正確さに深刻な影響を及ぼすであろう。劣化を最小限にするために、本実施例では、放射源５５を必要なときに限りマイクロプロセッサ８２によって駆動する。このようにして、放射源５５の動作時間を最少限短くして、その寿命を大幅に延長する。光センサの検出器部分５７によって発生された出力信号を、本実施例では、利得を提供しかつ信号内のあらゆる高周波成分を除去するために三極低域通過フィルタ７８によってフィルタする。フィルタされた出力信号は、次いで、マイクロプロセッサ８２の入力に供給される。本実施例では、マイクロプロセッサ８２は、集積アナログ・ディジタル変換器を有するモトローラ（Ｍｏｔｏｒｏｌａ）ＭＣ６８ＨＣ１６Ｚ１マイクロプロセッサを含む。このアナログ・ディジタル変換器は、光センサ５４の出力信号をサンプルするために使用される。低域通過フィルタ７８は、例えば、ＬＭ３５８演算増幅器及び関連電子回路を使用して具現することができる。光センサ５４の検出器部分５７の出力の大きさがディスク装置からディスク装置にわたって一貫しているようにセンサ５４を校正することが、本発明の適正動作にとって重要である。市販されている光センサは、たとえ同じ製造業者から得られた際でも、所与の入力に対して同じ出力を有さない。製造する立場からは、各光センサを正確に同様に遂行するように作ることは簡単に可能ではない。本発明の校正方式は、これらの製造上の変動を補償する。光センサ５４の性能の他の変動は、グレイスケール・パターンの白さの変動、汚染、及びその他の変量に起因して装置から装置にわたって起こる。本発明の校正方式は、これらの変動の全てを補償する。本発明によれば、校正は、光センサの放射源５５を、３２キロヘルツの公称周波数を有するパルス幅被変調信号で以て駆動することによって達成される。前述のモトローラ・マイクロプロセッサは、この目的に使用される集積パルス幅変調器を有する。アクチュエータ・アーム３２が完全駐在位置にあるとき、グレイスケール・パターンの全ての白色部分は光センサ５４に面する。アクチュエータ・アーム３２のなんらかの運動が起こる前に、マイクロプロセッサ８２は、放射源５５を公称周波数（例えば、３２ｋＨｚ）とパルス幅で以て駆動する。次いで、検出器５７の出力がサンプルされ、かつその大きさが基準値と比較される。もしそれらの値が整合しないならば、マイクロプロセッサ８２は、検出器５７の出力が基準値と整合するまで駆動信号のパルス幅を変動させる。この校正は、同じ基準値を使用してあらゆるディスク装置において遂行される。いったん校正が完了すると、パルス幅の値を後の基準用にＥＥＰＲＯＭに記憶することができる。光センサ５４は、アクチュエータ・アーム３２がその駐在位置内へ移動するいかなるときにも校正することができる。図６Ｂは、本発明に従って採用することがきる閉ループ制御システムの１実施例のブロック図である。図示のように、制御システムは、図６Ａの低域通過フィルタ７８及びマイクロプロセッサ８２を含む。低域通過フィルタ７８は、光センサ５４の出力をマイクロプロセッサ８２の集積アナログ・ディジタル変換器８４の入力に対する条件に合うように調整する。位置信号は、所定の率でサンプルされ、かつマイクロプロセッサ８２によって実行される選択速度制御アルゴリズムに従って処理される。マイクロプロセッサ８２は、本実施例では一連の離散パルスの形を取ることがある制御信号を、線路８６を経由してパルス幅変調ディジタル・アナログ変換器（ＰＷＭＤＡＣ）８８へ出力する。ＰＷＭＤＡＣ８８は、制御信号のパルスをアナログ制御信号に変換し、かつこのアナログ制御信号を線路９０を経由して増幅器９２に供給する。増幅された制御信号は、線路９４を経由してディスク装置の音声コイル・モータを駆動する。請求の範囲に列挙されているように、ＰＷＭＤＡＣ８８及び増幅器９２は、アクチュエータ・アーム３２に制御信号を印加する手段を形成する。制御信号の大きさは、アクチュエータ・アーム３２の回転速度を決定することになる。本実施例では、マイクロプロセッサ８２によって実行される速度制御アルゴリズムは、ヘッド・ローディング動作中アクチュエータ・アーム３２の速度を制御するように設計される。しかしながら、上に述べた制御システムを、光センサ５４及びグレイスケール・パターン５２と関連して、もし望むならば、ディスク装置動作の他の相中アクチュエータ・アーム３２の速度を制御するように使用することもできる。更に、光センサ５４及びグレイスケール・パターン５２を、他の応用では、主トラック・サーボが読み書きヘッドの位置の制御を喪失するとき常に粗位置情報を得るように使用することができる。これは、ヘッドの位置の制御の総合喪失を防止する。図７は、ヘッド・ローディング動作中ロード・ランプ構造４６、４８の表面にわたってアクチュエータ・アーム３２のサスペンション・アーム３４が移動する際のこれらサスペンション・アームの種々の位置を示す。図示のように、サスペンション・アームは、ロード・ランプ構造４６、４８に沿って「位置１」から「位置２」を通って「位置３」へ移動する。「位置３」で、サスペンション・アーム３４は、ロード・ランプ構造４６、４８のそれぞれのランプ付き表面を下り移動する。サスペンション・アーム３４がロード・ランプ構造４６、４８のランプ付き表面を下り移動するに連れて、それぞれのサスペンション・アーム３４の先端の読み書きヘッド３６（図示されていない）は、記憶媒体６０及び６２のそれぞれの表面へ向けて移動する。サスペンション・アーム３４が「位置４」に到達するとき、読み書きヘッド３６は、媒体６０、６２の表面上へ完全にロードされる。用語「ローディング」は、ディスク装置の読み書きヘッドを記憶媒体の表面に対して正規動作位置へもたらすことを意味する。完全に「ロードされた」ヘッドは、記憶媒体の表面に必ずしも接触しない。むしろ、多くのディスク装置応用では、及び本発明の好適実施例では、装置の読み書きヘッドは回転する媒体の表面上をこれに近接して飛行するが、接触はしない。図８は、図７に示されたヘッド・ローディング順序中の図６Ｂの制御システムの動作を示す。ヘッド・ローディング動作が開始されるに連れて、マイクロプロセッサ制御はステップ６４へ移りここでマイクロプロセッサは光サンサ５４から受信した位置信号をサンプルしてアクチュエータ・アーム、それゆえ、サスペンション・アーム３４の位置を判定する。もしサスペンション・アーム３４が「位置１」と「位置２」との間にあると判定されるならば、制御はステップ６６へ移りここでマイクロプロセッサ８２は第１速度制御アルゴリズムに従って位置信号の入サンプルの処理を開始する。本実施例では、以下に詳細に説明されるかつ「初期プッシュ制御（ｉｎｉｔｉａｌｐｕｓｈｃｏｎｔｒｏｌ）」とここで称する第１速度制御アルゴリズムが、ランプ・ロード構造４６、４８の表面とアクチュエータ・アームのサスペンション・アーム３４との間の静止摩擦（ｓｔａｔｉｃｆｒｉｃｔｉｏｎ）、すなわち、スティクション（ｓｔｉｃｔｉｏｎ）を克服するように設計される高い制御実績（ｈｉｇｈｃｏｎｔｒｏｌａｕｔｈｏｒｉｔｙ）を有するバングバング（ｂａｎｇ−ｂａｎｇ）制御技術を実行する。マイクロプロセッサ８２は、入位置信号を介してアクチュエータ・アーム３２の位置を監視し続け、かつサスペンション・アームが「位置２」を通り移動するまでアクチュエータ・アーム３２の初期プッシュ制御を続ける。サスペンション・アーム３４が位置２を通り移動するに連れて、制御はステップ６８へ移りここでマイクロプロセッサは第２速度制御アルゴリズムへスイッチし、このアルゴリズムは、好適実施例では、閉ループ速度ＰＩＤ補償及び非線形制動（ｎｏｎｌｉｎｅａｒｂｒａｋｉｎｇ）制御を含む。ＰＩＤ補償は、サスペンション・アームの速度を所定範囲内に維持する。しかしながら、ＰＩＤ補償はシステム内の或る非線形性及び外部擾乱に応答することはできないから、ヘッドの速度が所定しきい値に到達するとき非線形制動制御が引き継ぐ。ＰＩＤ補償及び非線形制動制御の両方を下に詳細に説明する。いったんサスペンション・アーム３４が「位置４」に到達すると、ヘッド・ローディング動作は完了し、かつ制御はステップ７２へ移りここでマイクロプロセッサは記憶媒体６０、６２の表面上のサーボ・トラック情報の捕そくを開始する。図９は、初期プッシュ制御アルゴリズム、すなわち、第１速度制御アルゴリズムのバングバング速度制御技術をグラフィックに示す。初期プッシュ制御アルゴリズムは、マイクロプロセッサ８２によって実行される割込み駆動（ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｄｒｉｖｅｎ）実時間プログラムとして実行される。マイクロプロセッサ８２の各割込みサービス機能の開始で、アクチュエータ・アーム３２の位置に比例する光センサの出力がマイクロプロセッサ８２によってサンプルされる。速度Ｖ_hの算定を得るために離散微分が実施される（ブロック９６）。次いで、この値に利得係数Ｋ_bbが乗ぜられる（ブロック９８）。次いで、その積Ｕ_bbがブロック１００に描かれたスイッチ機能と比較される。スイッチ機能の出力Ｕ_bboは、アクチュエータ３２を駆動する信号を定義しており、次いで、ＰＷＭＤＡＣ８８を通してアクチュエータ電力増幅器９２へ出力される。本実施例のスイッチ機能によれば、もしＵ_bbi＞Ｕ_bbならば、Ｕ_bbo＝＋Ｕ_bb；もしＵ_bbi＝０ならば、Ｕ_bbo＝０；及びもしＵ_bbi＜Ｕ_bbならば、Ｕ_bbo＝−Ｕ_bb 初期プッシュ制御アルゴリズムはソフトウェアで実行されかつマイクロプロセッサ８２によって遂行されるが、云うまでもなく、本発明はこれに決して限定されるわけではない。例えば、初期プッシュ制御アルゴリズムを離散電子回路を使用して実行することもできる。更に、本発明は、上に述べた特定のアルゴリズムに限定されない。むしろ、サスペンション・アームとヘッド・ロード構造の表面との間の静止摩擦を克服する能力のあるどの適当な制御アルゴルズムもヘッド・ローディング動作のこの相中採用することができる。図９は、サスペンション・アーム３４が「位置２」と「位置４」（図７）との間にあると判定されるとき制御システムによって採用される第２速度制御アルゴリズムをグラフィクに示す。この第２速度制御アルゴリズムもまた、マイクロプロセッサ８２によって遂行される割込み駆動実時間プログラムである。上に述べたように、本実施例では、第２速度制御アルゴリズムはＰＩＤ補償アルゴリズム及び非線形制動制御アルゴリズムの両方を実行し、これらの１つがアクチュエータ・アーム３２の算定速度に基づいて所与の瞬間に選択される。マイクロプロセッサ８２の各割込みサービス機能の開始で、アクチュエータ・アーム３２の位置に比例する光センサの出力がマイクロプロセッサ８２によってサンプルされる。速度Ｖ_hの算定を得るために離散微分が実施される（ブロック１０２）。次いで、この値がブロック１０６で速度しきい値Ｖ_maxと比較される。もし算定速度Ｖ_hが速度しきい値Ｖ_max以下である（すなわち、Ｖ_h≦Ｖ_max）ならば、算定速度サンプルはＰＩＤ補償アルゴリズムに従って処理される。ブロック１０４によって表されたアルゴリズム選択論理は、ブロック１１６を介して適当な制御信号出力を選択する。本実施例では、離散形をしたＰＩＤ補償は次のうように実行される。Ｕ_PID＝Ｋ_P×Ｖ_h［０］＋Ｋ_d×（Ｖ_h［０］−Ｖ_h［１］）＋Ｋ_i×ＶＩ［０］，ここにＶＩ［０］＝ＶＩ［１］＋Ｖ_h［０］は速度算定の積分、Ｖ_h［０］及びＶ_h［１］は、それぞれ、電流算定及び先行速度算定を表し、Ｋ_p、Ｋ_i、及びＫ_d は比例利得係数、積分利得係数、及び微分利得係数であり、及びＵ_PIDはＰＩＤ補償アルゴリズムの制御信号出力である。サスペンション・アーム３４とロード・ランプ構造４６、４８の表面との間の摩擦を克服するために、Ｕ_PIDパルス分割器（ｐｕｌｓｅｄｉｖｉｄｅｒ）１１２によってｎパルスに分割される。これらのパスルの和は、Ｕ_PIDの等価エネルギーを有する。次いで、これらのパルスは、線路８６を経由してＰＷＭＤＡＣ８８へ伝送され、かつＰＷＭＤＡＣ８８によってサンプル周期内に実現する。サスペンション・アーム３４がロード・ランプ構造４６、４８の端に近づくと、外部擾乱及び非線形性の苛酷さに起因して制動力がＰＩＤ補償を置換することが必要になることがある。したがって、もし算定速度Ｖ_hが速度しきい値Ｖ_maxを超える（すなわち、Ｖ_h＞Ｖ_max）ならば、制動制御アルゴリズム１０８が選択論理１０４を介して選択される。制動制御アルゴリズムは、パルス分割器１１４と組み合わされて、定振幅を持つ或る数のパルスを出力する。これらのパルスは、アクチュエータを駆動する制御信号を表す。これらのパルスは、線路８６を経由してＰＷＭＤＡＣ８８へ伝送され、かつＰＷＭＤＡＣ８８によって実現する。速度算定が再び速度しきい値を満足する、すなわち、Ｖ_h≦Ｖ_maxになりこの時点でＰＩＤ補償が再開するまで、制動制御がｋサンプルを続けることになる。云うまでもなく、第１制御アルゴリズムの場合のように、第２制御アルゴリズムは上に述べた特定の実施例に限定でされない。むしろ、アクチュエータ・アームの速度を所定の範囲内に制御するどの適当なアルゴリズムも、本発明の精神及び範囲に反することなく、採用することができる。更に、第２速度制御アルゴリズムは、離散電子回路を使用して実行することができ、上に述べたソフトウェア実行に限定されない。前に示したように、本発明は、アクチュエータ・アームの速度を制御する装置を有するデータ記憶装置を目指す。この装置は、光センサ、グレイスケール・パターン、及び制御システムを含む。光センサ及びグレイスケール・パターンは、アクチュエータ・アームの位置を表示する信号を発生する低費用、効率的手段を提供し、この信号から制御システムが速度算定を導出しかつアクチュエータ・アームの速度を制御することができる。本発明は、特にヘッド・ローディング中アクチュエータ・アームの速度を制御するのに充分に適している。云うまでもなく、本発明の広範な発明構想に反することなく、上に説明した実施例に変化が施されることがある。したがって、本発明は、開示された特定の実施例に限定されるのではなく、添付の請求の範囲によって画定された発明の精神と範囲内にある全ての変形を包含することを意図する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年３月２１日【補正内容】３６．記憶媒体の表面にわたってデータ記憶装置の読み書きヘッドを坦持するアクチュエータの速度を制御する装置であって、前記データ記憶装置の表面と前記アクチュエータの表面とのうちの１つに取り付けられた光センサと、前記データ記憶装置の前記表面と前記アクチュエータの前記表面とのうち前記光センサと反対側の他の表面に備えられたグレイスケール・パターンであって、前記グレイスケール・パターンが前記アクチュエータの位置に従って変動する量の反射光を前記光センサに供給し、前記光センサが前記反射光を受けかつ前記反射光から前記アクチュエータの位置を表示する出力信号を発生する、前記グレイスケール・パターンと、前記光センサから出力された位置信号に応答して前記アクチュエータの速度を制御する制御システムとを包含する装置。３７．請求項３６記載の装置において、前記光センサが前記データ記憶装置の表面に取り付けられ、及び前記グレイスケール・パターンが前記アクチュエータの表面に備えられる、装置。３８．請求項３６記載の装置において、前記アクチュエータが回転アーム音声コイル・アクチュエータを含み、該音声コイル・アクチュエータが回転可能に取り付けられたアームを有し、該アームの１端にコイルが付属し、及び前記グレイスケール・パターンが前記コイルの表面に備えられる、装置。３９．請求項３８記載の装置において、前記光センサが前記コイル上に備えられた前記グレイスケール・パターンと反対側の、前記データ記憶装置の磁石復帰路組立て体内に取り付けられている、装置。４０．請求項３６記載の装置において、前記グレイスケール・パターンが前記パターン上の異なる位置で反射率を変動する、装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者タン，ホンアメリカ合衆国84040 ユタ州レイトン, ノース 2750 イースト 1908

Claims

【特許請求の範囲】１．記憶媒体へ及び該媒体から情報を読み出しかつ書き込むデータ記憶装置が前記記憶媒体の表面にわたって読み書きヘッドを移動させるアクチュエータを有し、前記データ記憶装置であって、前記データ記憶装置の表面と前記アクチュエータの表面とのうちの１つに取り付けられた光センサと、前記データ記憶装置の前記表面と前記アクチュエータの前記表面とのうち前記光センサと反対側の他の表面に備えられたグレイスケール・パターンであって、前記グレイスケール・パターンが前記アクチュエータの位置に従って変動する量の反射光を前記光センサに供給し、前記光センサが前記反射光を受けかつ前記反射光から前記アクチュエータの位置を表示する出力信号を発生する、前記グレイスケール・パターンと、前記光センサから出力された位置信号に応答して前記アクチュエータの速度を制御する制御システムとを更に包含するデータ記憶装置。２．請求項１記載のデータ記憶装置において、前記光センサが前記データ記憶装置の表面に取り付けられ、及び前記グレイスケール・パターンが前記アクチュエータの表面に備えられる、データ記憶装置。３．請求項１記載のデータ記憶装置において、前記アクチュエータが回転アーム音声コイル・アクチュエータを含み、該音声コイル・アクチュエータが回転可能に取り付けられたアームを有し、該アームの１端にコイルが付属し、及び前記グレイスケール・パターンが前記コイルの表面に備えられる、データ記憶装置。４．請求項３記載のデータ記憶装置において、前記光センサが前記コイル上に備えられた前記グレイスケール・パターンと反対側の、前記データ記憶装置の磁石復帰路組立て体内に取り付けられている、データ記憶装置。５．請求項１記載のデータ記憶装置において、前記グレイスケール・パターンが前記パターン上の異なる位置で反射率を変動する、データ記憶装置。６．請求項５記載のデータ記憶装置において、前記グレイスケール・パターンが前記パターンの縦方向に沿って反射率を連続的に増大する、データ記憶装置。７．請求項６記載のデータ記憶装置において、前記グレイスケール・パターンが前記パターンを横切り実質的に縦に延びる複数の漸次細くなる線を含む、データ記憶装置。８．請求項１記載のデータ記憶装置において、前記グレイスケール・パターンが前記データ記憶装置の前記表面と前記アクチュエータの前記表面とのうちの前記他の表面に付随している裏当て材料上に印刷される、データ記憶装置。９．請求項８記載のデータ記憶装置において、前記裏当て材料が感光ポリエステル・フィルムを含む、データ記憶装置。１０．請求項１記載のデータ記憶装置において、前記制御システムが閉ループ制御システムを含む、データ記憶装置。１１．請求項１記載のデータ記憶装置において、前記制御システムが前記光センサの出力位置信号から前記アクチュエータの算定速度を表示する信号を導出し、かつ前記アクチュエータを駆動する制御信号を発生しかつ前記アクチュエータの速度を所定範囲内に維持するために速度制御アルゴリズムに従って前記算定速度信号を処理する、データ記憶装置。１２．請求項１１記載のデータ記憶装置において、前記制御システムが前記光センサの出力信号によって表示される前記アクチュエータの位置に依存して前記アクチュエータの速度を制御するために複数の異なる速度制御アルゴリズムのうちの１つを選択する、データ記憶装置。１３．請求項１２記載のデータ記憶装置において、前記複数の異なる制御アルゴリズムが初期プッシュ制御アルゴリズムと、比例・積分・微分補償アルゴリズムと、制動制御アルゴリズムとを含む、データ記憶装置。１４．請求項１記載のデータ記憶装置において、前記制御システムが前記光センサの出力信号をサンプルするために前記光センサに電気的に結合されたアナログ・ディジタル変換器と、前記アクチュエータの算定速度を表示する信号を発生するために前記光センサの出力信号の逐次サンプルを微分する手段と、前記アクチュエータを駆動する制御信号を発生しかつ前記アクチュエータの速度を所定範囲内に維持するために速度制御アルゴリズムに従って前記算定速度信号を処理する手段と、前記アクチュエータに前記制御信号を印加する手段とを含む、データ記憶装置。１５．請求項１４記載のデータ記憶装置において、前記制御信号を前記印加する手段がパルス幅変調ディジタル・アナログ変換器（ＰＷＭＤＡＣ）と増幅器とを含む、データ記憶装置。１６．請求項１４記載のデータ記憶装置において、前記微分する手段と、前記処理する手段とがマイクロプロセッサを含む、データ記憶装置。１７．請求項１記載のデータ記憶装置において、前記光センサが前記グレイスケール・パターンを照射する放射源と前記グレイスケール・パターンからの反射光を検出する検出器とを有する光断続器を含む、データ記憶装置。１８．請求項１７記載のデータ記憶装置において、前記光センサの前記放射源がパルス幅被変調信号によって駆動され、該信号のパルス幅が前記検出器の出力の変動を補償するように調節される、データ記憶装置。１９．記憶媒体を含む取外し可能カートリッジを受ける型式のデータ記憶装置が前記記憶媒体の表面にわたって読み書きヘッドを移動させるアクチュエータを有し、前記データ記憶装置であって、前記データ記憶装置の表面に取り付けられた光センサと、前記光センサと反対側の前記アクチュエータの表面に備えられたグレイスケール・パターンであって、前記グレイスケール・パターンが前記アクチュエータの位置に従って変動する量の反射光を前記光センサに供給し、前記光センサが前記反射光を受けかつ前記反射光から前記アクチュエータの位置を表示する出力信号を発生する、前記グレイスケール・パターンと、前記光センサから出力された位置信号に応答して前記アクチュエータの速度を制御する制御システムとを更に包含するデータ記憶装置。２０．請求項１９記載のデータ記憶装置において、前記アクチュエータが回転アーム音声コイル・アクチュエータを含み、該音声コイル・アクチュエータが回転可能に取り付けられたアームを有し、該アームの１端にコイルが付属し、及び前記グレイスケール・パターンが前記コイルの表面に備えられる、データ記憶装置。２１．請求項２０記載のデータ記憶装置において、前記光センサが前記コイル上に備えられた前記グレイスケール・パターンと反対側の、前記データ記憶装置の磁石復帰路組立て体内に取り付けられている、データ記憶装置。２２．請求項１９記載のデータ記憶装置において、前記グレイスケール・パターンが前記パターン上の異なる位置で反射率を変動する、データ記憶装置。２３．請求項２２記載のデータ記憶装置において、前記グレイスケール・パターンが前記パターンの縦方向に沿って反射率を連続的に増大する、データ記憶装置。２４．請求項２３記載のデータ記憶装置において、前記グレイスケール・パターンが前記パターンを横切り実質的に縦に延びる複数の漸次細くなる線を含む、データ記憶装置。２５．請求項１９記載のデータ記憶装置において、前記グレイスケール・パターンが前記アクチュエータの前記表面に付随している裏当て材料上に印刷される、データ記憶装置。２６．請求項２５記載のデータ記憶装置において、前記裏当て材料が感光ポリエステル・フィルムを含む、データ記憶装置。２７．請求項１９記載のデータ記憶装置において、前記制御システムが閉ループ制御システムを含む、データ記憶装置。２８．請求項１９記載のデータ記憶装置において、前記制御システムが前記光センサの出力位置信号から前記アクチュエータの算定速度を表示する信号を導出し、かつ前記アクチュエータを駆動する制御信号を発生しかつ前記アクチュエータの速度を所定範囲内に維持するために速度制御アルゴリズムに従って前記速度信号を処理する、データ記憶装置。２９．請求項２８記載のデータ記憶装置において、前記制御システムが前記光センサの出力信号によって表示される前記アクチュエータの位置に依存して前記アクチュエータの速度を制御するために複数の異なる速度制御アルゴリズムのうちの１つを選択する、データ記憶装置。３０．請求項２９記載のデータ記憶装置において、前記複数の異なる制御アルゴリズムが初期プッシュ制御アルゴリズムと、比例・積分・微分補償アルゴリズムと、制動制御アルゴリズムとを含む、データ記憶装置。３１．請求項１９記載のデータ記憶装置において、前記制御システムが前記光センサの出力信号をサンプルするために前記光センサに電気的に結合されたアナログ・ディジタル変換器と、前記アクチュエータの算定速度を表示する信号を発生するために前記光センサの出力信号の逐次サンプルを微分する手段と、前記アクチュエータを駆動する制御信号を発生しかつ前記アクチュエータの速度を所定範囲内に維持するために速度制御アルゴリズムに従って前記算定速度信号を処理する手段と、前記アクチュエータに前記制御信号を印加する手段とを含む、データ記憶装置。３２．請求項３１記載のデータ記憶装置において、前記制御信号を前記印加する手段がパルス幅変調ディジタル・アナログ変換器（ＰＷＭＤＡＣ）と増幅器とを含む、データ記憶装置。３３．請求項３１記載のデータ記憶装置において、前記微分する手段と、前記処理する手段とがマイクロプロセッサを含む、データ記憶装置。３４．請求項１９記載のデータ記憶装置において、前記光センサが前記グレイスケール・パターンを照射する放射源と前記グレイスケール・パターンからの反射光を検出する検出器とを有する光断続器を含む、データ記憶装置。３５．請求項３４記載のデータ記憶装置において、前記光センサの前記放射源がパルス幅被変調信号によって駆動され、該信号のパルス幅が前記検出器の出力の変動を補償するように調節される、データ記憶装置。３６．記憶媒体の表面にわたってデータ記憶装置の読み書きを坦持するアクチュエータの速度を制御する装置であって、前記データ記憶装置の表面と前記アクチュエータの表面とのうちの１つに取り付けられた光センサと、前記データ記憶装置の前記表面と前記アクチュエータの前記表面とのうち前記光センサと反対側の他の表面に備えられたグレイスケール・パターンであって、前記グレイスケール・パターンが前記アクチュエータの位置に従って変動する量の反射光を前記光センサに供給し、前記光センサが前記反射光を受けかつ前記反射光から前記アクチュエータの位置を表示する出力信号を発生する、前記グレイスケール・パターンと、前記光センサから出力された位置信号に応答して前記アクチュエータの速度を制御する制御システムとを包含する装置。３７．請求項３６記載の装置において、前記光センサが前記データ記憶装置の表面に取り付けられ、及び前記グレイスケール・パターンが前記アクチュエータの表面に備えられる、装置。３８．請求項３６記載の装置において、前記アクチュエータが回転アーム音声コイル・アクチュエータを含み、該音声コイル・アクチュエータが回転可能に取り付けられたアームを有し、該アームの１端にコイルが付属し、及び前記グレイスケール・パターンが前記コイルの表面に備えられる、装置。３９．請求項３８記載の装置において、前記光センサが前記コイル上に備えられた前記グレイスケール・パターンと反対側の、前記データ記憶装置の磁石復帰路組立て体内に取り付けられている、装置。４０．請求項３６記載の装置において、前記グレイスケール・パターンが前記パターン上の異なる位置で反射率を変動する、装置。４１．請求項４０記載の装置において、前記グレイスケール・パターンが前記パターンの縦方向に沿って反射率を連続的に増大する、装置。４２．請求項４１記載の装置において、前記グレイスケール・パターンが前記パターンを横切り実質的に縦に延びる複数の漸次細くなる線を含む、装置。４３．請求項３６記載の装置において、前記グレイスケール・パターンが前記データ記憶装置の前記表面と前記アクチュエータの前記表面とのうちの前記他の表面に付随している裏当て材料上に印刷される、装置。４４．請求項４３記載の装置において、前記裏当て材料が感光ポリエステル・フィルムを含む、装置。４５．請求項３６記載の装置において、前記制御システムが閉ループ制御システムを含む、装置。４６．請求項３６記載の装置において、前記制御システムが前記光センサの出力位置信号から前記アクチュエータの算定速度を表示する信号を導出し、かつ前記アクチュエータを駆動する制御信号を発生しかつ前記アクチュエータの速度を所定範囲内に維持するために速度制御アルゴリズムに従って前記速度信号を処理する、装置。４７．請求項４６記載の装置において、前記制御システムが前記光センサの出力信号によって表示される前記アクチュエータの位置に依存して前記アクチュエータの速度を制御するために複数の異なる速度制御アルゴリズムのうちの１つを選択する、装置。４８．請求項４７記載の装置において、前記複数の異なる制御アルゴリズムが初期プッシュ制御アルゴリズムと、比例・積分・微分補償アルゴリズムと、制動制御アルゴリズムとを含む、装置。４９．請求項３６記載の装置において、前記制御システムが前記光センサの出力信号をサンプルするために前記光センサに電気的に結合されたアナログ・ディジタル変換器と、前記アクチュエータの算定速度を表示する信号を発生するために前記光センサの出力信号の逐次サンプルを微分する手段と、前記アクチュエータを駆動する制御信号を発生しかつ前記アクチュエータの速度を所定範囲内に維持するために速度制御アルゴリズムに従って前記算定速度信号を処理する手段と、前記アクチュエータに前記制御信号を印加する手段とを含む、装置。５０．請求項４９記載の装置において、前記制御信号を前記印加する手段がパルス幅変調ディジタル・アナログ変換器（ＰＷＭＤＡＣ）と増幅器とを含む、装置。５１．請求項４９記載の装置において、前記微分する手段と、前記処理する手段とがマイクロプロセッサを含む、装置。５２．請求項３６記載の装置において、前記光センサが前記グレイスケール・パターンを照射する放射源と前記グレイスケール・パターンからの反射光を検出する検出器とを有する光断続器を含む、装置。５３．請求項５２記載の装置において、前記光センサの前記放射源がパルス幅被変調信号によって駆動され、該信号のパルス幅が前記検出器の出力の変動を補償するように調節される、装置。