JPWO2012120621A1

JPWO2012120621A1 - 磁気ヘッドの位置決め駆動装置

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Publication number: JPWO2012120621A1
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Inventors: 大槻　治明; 治明大槻
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Current assignee: Hitachi Ltd
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Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2014-07-07
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Abstract

アクチュエータによる磁気ヘッドの位置制御のための入力信号に対して、線形に位置を変位させる動作を、接続点の数を増やさずに実現する。回転する磁気ディスクと、この磁気ディスクの表面に浮上し、磁気ディスクに設けられたトラックにデータの書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッドスライダと、この磁気ヘッドスライダを前記磁気ディスクの半径方向に位置決めするアクチュエータと、このアクチュエータに、入力信号に従って電力を供給して駆動操作する増幅器とからなる位置決め駆動システムにおいて、１台の増幅器を用いるのみで、入力電圧の変化に対して所要の動作範囲全体にわたって連続的な変位が得られ、フィードバック制御系に組み込んで高速かつ高精度な位置決めに好適な電熱アクチュエータの駆動系の構成を提供する。

Description

本発明は、位置決め対象の位置を検出してフィードバックし、目標位置との比較に基づいてアクチュエータを駆動して、前記位置決め対象を前記目標位置に位置決めする装置に関わり、特に、磁気ヘッドを搭載したスライダの、磁気ヘッドと極めて近接した位置に抵抗体を形成しておき、この抵抗体に通電することで生じる発熱と周囲環境への伝熱による放熱の収支を操作して、前記抵抗体近傍の部材を膨張もしくは収縮させることで、前記位置決め対象を変位させる、電熱アクチュエータの駆動系の構成に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００９−１７００１４号公報（特許文献１）がある。この公報の段落００７７〜段落００８１及び図６、図７には、磁気ディスク装置で記録媒体面に対向して情報を記録再生する記録再生素子を微細に位置決めするために、記録再生素子に対してトラックの幅方向の両側に、熱膨張部材を介して一対の電熱アクチュエータを配置した磁気ヘッドスライダの構成が記載されている。また、この公報の段落００８２〜段落００９１及び図８には、上記一対の電熱アクチュエータとボイスコイルモータとを駆動制御して、記録再生素子を位置決めする制御系の構成が記載されている。

一方、他の背景技術として、特開２００６−１６４４１４号公報（特許文献２）がある。この公報の段落００４２〜段落００４６及び図５〜図７には、読み取り素子及び書き込みを行う磁気ヘッド素子を、情報が記録されている磁気ディスク面に対して突出させるための２つの電熱アクチュエータの構成が記載されている。２つの抵抗体は、互いに逆の極性を有する２つのダイオードとそれぞれ直列に接続され、さらにこれら２系統の回路が並列に接続されている。抵抗体に対する電流供給は、この２ケ所の並列接続点経由で行われる。

特開２００９−１７００１４号公報特開２００６−１６４４１４号公報

特許文献１に記載されている電熱アクチュエータの駆動系では、一対の電熱アクチュエータを駆動するのに２式のドライバすなわちアンプが必要であり、各々の抵抗体に通電するための配線は４本が必要である。電熱アクチュエータの駆動を行う電気回路は固定部に有るので、微小な磁気ヘッドスライダの限られた面積の端面に４つのパッドを設けて電気的接続を行う必要がある。さらに、記録再生素子をトラック方向の内外双方向に駆動するには切替手段が必要となる。

特許文献２に記載されている電熱アクチュエータの駆動系では、電熱アクチュエータは素子の突出量を操作するために用いられており、トラック方向への位置決めを目的としたものではない。また、２つの電熱アクチュエータはそれぞれ別個の対象を駆動しており、２つのアクチュエータが協調動作して一つの対象を位置決めするものではない。

本発明の目的は、アクチュエータによる磁気ヘッドの位置制御のための入力信号に対して、線形に位置を変位させる動作を、接続点の数を増やさずに実現する機構を提供することである。

本発明は、回転する磁気ディスクと、この磁気ディスクの表面に浮上し、磁気ディスクに設けられたトラックにデータの書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッドスライダと、この磁気ヘッドスライダを前記磁気ディスクの半径方向に位置決めするアクチュエータと、このアクチュエータに、入力信号に従って電力を供給して駆動操作する増幅器とからなる位置決め駆動システムにおいて、位置決め対象を搭載している部材の、前記位置決め対象の両側に、一対の抵抗体を前記部材と一体に形成し、これら抵抗体に通電することで生じる熱変位を用いて前記位置決め対象を左右双方向へ駆動する構成の位置決め装置に対して、１台の増幅器を用いるのみで、入力電圧の変化に対して所要の動作範囲全体にわたって連続的な変位を得ることができ、フィードバック制御系に組み込んで高速かつ高精度な位置決めを実現するために好適な、電熱アクチュエータの駆動系の構成を提供するものである。

前記磁気ヘッドスライダは、前記データの書き込み及び読み出しを行う記録再生素子と、この記録再生素子に対してトラック幅方向の両側に配置された、通電により発熱する一対の発熱素子と、前記記録再生素子と前記発熱素子との間に介在し、前記発熱素子の発熱及び放熱による冷却に応じて膨張収縮する部材とを含む磁気ヘッドスライダである。

一方の発熱素子と第一のダイオードを直列に接続した第一の配線と、他方の発熱素子と第二のダイオードを直列に接続した第二の配線とを、ダイオードの導通方向が互いに逆向きになるように両端を並列に接続して２つの接続点を形成する。

前記増幅器は、入力信号に従って、２つの出力端子間にプラスマイナス双方向の電圧を発生できるように入力電圧を増幅する能力を持つ増幅器である。

増幅器の２出力端子が前記２つの接続点にそれぞれ結線されて、増幅器がプラスの電圧を印加した時には一方の発熱素子が通電されて前記記録再生素子をトラック幅方向の一方の方向に変位させ、マイナス方向の電圧を印加した時には他方の発熱素子が通電されて前記方向とは逆の方向に前記記録再生素子を変位させるように構成した。

他の一例を挙げるならば、上記第一の例において、前記増幅器は、出力端子の一方がアースであり、他方の端子にプラスマイナス双方向の電圧を発生できるように入力電圧を増幅する能力を持った第一の増幅器であり、同じく出力端子の一方をアースとした第二の増幅器と、これによって駆動される、前記記録再生素子を磁気ディスクに対する浮上方向に変位させる電熱アクチュエータを備え、この電熱アクチュエータを駆動する第二の増幅器の結線のアース側と、前記第一の増幅器の結線のアース側とを共通化することで、３端子による接続でトラック幅方向と浮上方向の両アクチュエータを駆動するように構成したことを特徴とする。

さらに他の一例を挙げるならば、上記第一の例もしくは第二の例において、前記ダイオードを含む駆動回路に電流検出手段を設け、これによって検出された電流値を前記増幅器入力にフィードバックし、電流制御系を構成したことを特徴とする。

本発明によって、磁気ヘッドの両側に配置された一対の電熱アクチュエータを用いて前記磁気ヘッドを左右双方向へ駆動する構成の磁気ヘッド位置決め装置において、１台の増幅器を用いるのみで、入力電圧の変化に対して所要の動作範囲全体にわたって連続的な変位を得ることができるので、フィードバック制御系に組み込んで高速かつ高精度な位置決めを実現する磁気ヘッドの位置決め駆動系が容易に構成出来るようになり、磁気ディスク装置等、高い応答能力を持つ磁気ヘッド位置決め機構が必要な各種装置の性能向上を図ることが出来る。

ヘッドスライダの後端面の側面図及び駆動回路の接続図である。本発明を適用した磁気ヘッド位置制御系の構成例を示すブロック図である。ボイスコイルモータによる駆動を示す平面図である。ヘッドサスペンションアッセンブリの構成を示す平面図である。ヘッドスライダの後端面の側面図及び駆動回路の接続図である。ヘッドスライダの後端面の側面図及び駆動回路の接続図である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

本実施例では、磁気ディスク装置の磁気ヘッドをトラックに追従させる装置１００の例を説明する。図２は、本発明を適用した磁気ヘッド位置制御系の構成例を示すブロック図である。図２において、磁気ディスク５０の表面には、情報を記録しておくために、同心円状に多数のトラックが設けられているとともに、情報の読み書きを行う磁気ヘッドの位置を検出するために、サーボパターンが等角度間隔で放射状に多数設けられている。この磁気ディスク５０は、スピンドルモータ９０によって駆動されて、図中右側に示した矢印の方向に一定角速度で回転する。

磁気ヘッドはヘッドスタックアッセンブリ２０に取り付けられており、このヘッドスタックアッセンブリ２０は、磁気ヘッドを磁気ディスク５０の半径方向に駆動し、トラック上に位置決めして情報の読み書きを行う。上記の磁気ディスクの回転に伴って、前記サーボパターンが磁気ヘッドのところを一定周期で通過することになり、この通過の際に磁気ヘッドがサーボ信号を読み込んで位置検出が行われる。この位置信号はコントローラ１０５に入力されて、磁気ヘッドの位置制御が行われる。ここで、制御の内容について述べる前に、アクチュエータの構成について説明する。

図３、図４及び図１は、上記ヘッドスタックアッセンブリ２０の構成を示す図である。図３は、一段目のアクチュエータとなるボイスコイルモータによる駆動を示す平面図である。図３において、ヘッドスタックアッセンブリ２０は、図中下側にボイスコイルモータ１０を備えている。ボイスコイルモータ１０は、永久磁石１１と永久磁石１２によって構成される磁界の中に置かれた円環状のコイル１３に電流を流すことで、ピボット２１を軸としてヘッドスタックアッセンブリ２０を揺動させる。コイル１３が取り付けられて、ピボット２１に支持されているキャリッジ２５の先端には、マウント部２６が設けられていて、ヘッドサスペンションアッセンブリ３０が取り付けられている。

図４は、二段目のアクチュエータを備えたヘッドサスペンションアッセンブリ３０の構成を示す平面図である。図４において、ベース３１の先には、一対の圧電素子３２，３３の一端が接続されており、これらの圧電素子の他端は支持ばね３４に取り付けられている。これらの圧電素子は、図中右側の素子が伸び、左側の素子が縮むような電圧が印加されると、ヘッドサスペンションアッセンブリ３０の先端は左方向に変位する。逆に、図中左側の素子が伸び、右側の素子が縮むような電圧が印加されると、ヘッドサスペンションアッセンブリ３０の先端は右方向に変位する。この動作に伴って、ヘッドスライダ４１も同じ方向に駆動され、トラックを横切る方向に変位する。

図１は、ほぼ直方体の形状を持つヘッドスライダ４１の後端面すなわち図３、図４中の上側からヘッドスライダ４１をみた側面図及び駆動回路の接続図である。図１において、ヘッドスライダ４１は、極めて狭い空隙をもって磁気ディスク５０の上を浮上している。ヘッドスライダ４１の中央部には磁気ヘッド４２が設けられており、磁気ディスク５０の表面に設けられているトラックに対し、記録や再生の処理を行う。

この磁気ヘッドの横には、磁気ヘッド４２を挟んで、第一の抵抗体６１及びこれと対称な位置に第二の抵抗体６２が、いずれも磁気ヘッドに近接して設けられている。これらの抵抗体の外側には、第一のダイオード６３、第二のダイオード６４が設けられており、これらのダイオードのアノードはそれぞれの側にある抵抗体の一端に接続されている。ダイオードのカソードは、それぞれ反対側の抵抗体の他端に結合され、これらの結合点はスライダ部と制御回路との電気的接続を取るための中継点である２つのパッド（端子、中継点）６５、６６に接続されている。

制御回路の電熱アクチュエータ駆動アンプの出力段７０は、一対のトランジスタで構成され、ＮＰＮ型トランジスタ７１のコレクタがプラス電源に接続され、ＰＮＰ型トランジスタ７２のコレクタがマイナス電源に接続されるとともに、両者のベースどうし、エミッタどうしが接続されている。前記パッド６６は、前記エミッタどうしの接続点に接続される。もう一方のパッド６５は、アンプのアース側に接続される。前記ベースどうしの接続点は、抵抗７３を介して前段の電圧駆動信号Ｖｉnが印加される。

以上の構成により、電圧駆動信号Ｖｉnが０Ｖからプラス方向に変化すると、ＮＰＮ型トランジスタ７１にベース電流が流れるようになり、このトランジスタがＯＮ状態になるので、コレクタ電流が流れるようになり、電源Ｖ＋からパッド６６を経由して抵抗体６１及びダイオード６３を通り、パッド６５を経由してアース７６へと電流が流れるようになる。流れる電流の大きさ（すなわち絶対値）は、電圧駆動信号Ｖｉnの大きさによって操作され、流れる電流の大きさによって抵抗体６１の発熱量が操作される。この抵抗体６１の発熱と、ヘッドスライダの熱伝導や空気流への熱伝達による放熱との差に応じて抵抗体６１の近傍にあるヘッドスライダの材質が局部的に熱膨張すると、この材質の熱膨張による応力によって磁気ヘッド４２が図中右方向に押されるので、前記磁気ヘッド４２が図中右方向に駆動されて、トラックを横切る方向に変位する。

また、電圧駆動信号Ｖｉnが０Ｖからマイナス方向に変化すると、ＰＮＰ型トランジスタ７２にベース電流が流れるようになり、このトランジスタがＯＮ状態になるので、アース７６からパッド６５を経由して抵抗体６２及びダイオード６４を通り、パッド６６を経由して電源Ｖ−へと電流が流れるようになる。この場合は、ダイオード６４を経由して電流が流れることによる抵抗体６２の発熱によって、抵抗体６２の近傍にあるヘッドスライダの材質が局部的に熱膨張し、この材質の熱膨張による応力によって磁気ヘッド４２が図中左方向に押されるので、前記磁気ヘッド４２が図中左方向に駆動されて、トラックを横切る方向に変位する。電圧駆動信号Ｖｉの絶対値が大きくなるにつれて抵抗体の発熱量が大きくなるので、いずれの方向の変位量も、電圧駆動信号Ｖｉnの絶対値の増大につれて大きな変位量になる。すなわち、電圧駆動信号Ｖｉnがプラスの最高値からマイナスの最低値へと連続的に変化すれば、これにつれて磁気ヘッド４２も可動範囲の一端から他端へと連続的に変位する。これは磁気ヘッド４２の位置制御を行う際に好適な特性であり、フィードバック制御系を容易に構成することが出来る。

なお、以上の説明では駆動アンプ７０の出力段はバイポーラ型トランジスタで構成されている例としたが、ＭＯＳ型トランジスタで構成された例あってもよい。また、駆動アンプ７０の出力段はＨブリッジ回路であってもよい。

電熱アクチュエータでは抵抗体に流れる電流ｉの２乗もしくは抵抗体に加わる電圧Vinの２乗に比例する発熱ｗが発生する。抵抗体の抵抗値をＲとすれば、ｗは次式で表わされる。

この発熱ｗに応じて一次遅れ（発熱ｗの開始から材質が加熱膨張するまでの応答の遅れ）特性で変位Ｘ_３が発生する。この間の伝達特性は、ラプラス変換して表現すれば、次式となる。但し、ｔ＝０の時に変位は０とする。

ただし、Ｔ_θは変位応答の時定数、Ｋ_θはゲイン定数である。従って、変位Ｘ_３は電流ｉもしくは印加電圧Ｖinに対して線形ではなく、電流もしくは印加電圧の２乗に対して線形に応答する。また、大きさｗのステップ入力があった場合、Ｗ＝ｗ／ｓであるので（Ｗは、定数ｗをラプラス変換したもの）、数２をラプラス逆変換すると、変位の時間変化Ｘ_３(t)は、Ｘ_３(t)＝Ｋ_θｗ(1−exp(-t/Ｔ_θ))となる。従って、電圧Vinを抵抗体に印加してから所定の変位に対応する応答時間はＴ_θによって定まる。

さて、ヘッドスタックアッセンブリに設けられたこれら３つのアクチュエータは、いずれも磁気ヘッド４２がトラックを横切る方向の変位を発生するが、変位量の大きさには違いがあり、図３に示す一段目のボイスコイルモータは磁気ディスク５０のすべてのトラック上にヘッドを移動させ得るストロークを持つが、図４に示す二段目の圧電素子アクチュエータは数トラック分の幅を移動するストロークしかなく、更に、図１に示す三段目の熱アクチュエータはトラック幅の数割に相当するストロークしかない。一方、これらのアクチュエータを用いてフィードバックサーボ系を構成した場合の応答周波数帯域は、一段目のボイスコイルモータが１ｋＨｚ程度、二段目の圧電素子アクチュエータが２ｋＨｚ程度、三段目の熱アクチュエータが３ｋＨｚ程度である。

図２では、各伝達関数の変数は、Ｚ変換で示したものであるが、本文中ではラプラス変換に基づいて変数はｓで記述する。

再び図２に戻って、これら３つのアクチュエータを協調動作させ、磁気ディスク５０に設けられた各トラックに対し追従させるための制御系について説明する。図２において、図示しない復調回路によって、磁気ディスク５０のトラックに記録されたトラック番号とそのトラック内の位置を示す情報から復調された位置信号１０１は、図中左下にあるＡ／Ｄ変換器を介してディジタルコントローラ１０５に取り込まれる。取り込まれた位置信号ｙは目標位置信号ｒと比較減算され、位置偏差信号ｅ（ｅ＝ｒ−ｙ、目標位置信号ｒに対する位置信号ｙの差分の負帰還量）が生成される。この位置偏差信号ｅは、伝達関数Ｇ_Ｃ３(ｓ)を持つ三段目の制御要素１１３に入力されて、比例、積分、位相進み、位相遅れ等の補償演算処理が施される。即ち、伝達関数Ｇ_Ｃ３(ｓ)では、電熱アクチュエータに対して、位置偏差信号ｅに対する応答特性を改善するための演算が行われる。この結果は、一方では、後述する平方根特性要素１２１を経由してＤ／Ａ変換器から出力されて、三段目の増幅器１５３により増幅され、前記パッド６６に印加され三段目の熱アクチュエータが変位される。

他方では、三段目の変位推定要素Ｇ_Ｐ３’（ｓ)１３３を経て三段目の変位推定値Ｘ_３’が出力される。変位推定要素Ｇ_Ｐ３’（ｓ)１３３では、位置偏差信号ｅに対する変位推定値Ｘ_３’を、所定のモデル計算により求める演算が行われる。この三段目の変位推定要素Ｇ_Ｐ３’（ｓ)１３３は、Ｄ／Ａ変換器及び三段目の増幅器１５３を経て三段目の熱アクチュエータが変位し、位置信号１０１が変化するまでの伝達関数を表現する。三段目の変位推定値Ｘ_３’は、二段目の制御要素Ｇ_Ｃ２(ｓ)１１２及び一段目の制御要素Ｇ_Ｃ１(ｓ)１１１に入力される偏差ｅにそれぞれ加算される。なお、本実施例では、変位推定に関する伝達要素（伝達関数）及び信号には「」を付した。

三段目の電熱アクチュエータは、前述のように、抵抗体に流れる電流ｉの２乗もしくは抵抗体に加わる電圧Vinの２乗に比例する発熱Ｗが発生する。従って、電流もしくは印加電圧が大きな値になるほど、同じ電流もしくは印加電圧の増加分に対して大きな変位増加分が発生する。このような特性であると、変位をフィードバックして位置制御を行う際に、変位量に応じて応答特性が変化してしまい、応答が遅くなったり不安定になったりする問題を生じる。図１に示すようにアクチュエータ及び回路が対称な構造を持っているので、前述の非線形特性は変位の方向によらず対称に発生する現象である。図２では、これに対して、プラス側の印加電圧に対して平方根特性を持つ要素１２１で電圧を前処理するとともに、マイナス側の印加電圧に対しては印加電圧の絶対値に平方根特性を持つ要素で前処理して−（マイナス）符号をつけた電圧を印加する平方根関数要素１２１を適用した例を示している。この平方根関数要素１２１は、次式の特性を持つ。

ただし、ｕはこの平方根関数要素の入力で、フィードバック制御系が算出する操作量信号に相当する。Ｋはゲイン定数である。平方根関数要素１２１が、上述の２乗特性を打ち消す作用をするので、駆動系の特性が線形になり、変位量に応じた応答特性の変化を抑圧する効果を得る。三段目の変位推定要素１３３の伝達関数Ｇ’_Ｐ３(s)は、数２の伝達関数、数１の抵抗体での消費電力、数３の平方根関数要素の特性から定まる電熱アクチュエータ駆動系の伝達関数を離散化処理することで求めることが出来る。

上記三段目の変位推定値Ｘ_３’と偏差ｅの和は、二段目の制御要素Ｇ_Ｃ２(ｓ)１１２に入力されて、比例、積分、位相進み、位相遅れ等の補償演算処理を施される。即ち、伝達関数Ｇ_Ｃ２(ｓ)では、圧電アクチュエータに対して、位置偏差信号ｅに対する応答特性を改善するための演算が行われる。

この結果は、一方では、正負分離要素１２２で、符号の正負に応じて二系統の操作量信号に分解されて各々Ｄ／Ａ変換器から出力され、二段目の二系統の増幅器１５２を経て圧電素子３２、３３に印加され、これによって圧電アクチュエータを駆動する。他方では、二段目の変位推定要素Ｇ_Ｐ２’（ｓ)１３２を経て二段目の変位推定値Ｘ_２’が出力される。この二段目の変位推定要素Ｇ_Ｐ２’（ｓ)１３２は、Ｄ／Ａ変換器及び二段目の増幅器１５２を経て圧電アクチュエータが変位し、ヘッドスライダに搭載された磁気ヘッドが変位して、位置信号１０１が変化するまでの伝達関数を表現する差分方程式モデルである。二段目の変位推定値Ｘ_２’は、一段目の制御要素Ｇ_Ｃ１(ｓ)１１１に入力される偏差ｅに加算される。二段目の変位推定要素１３２の伝達関数Ｇ_Ｐ２’（ｓ)は、例えば圧電アクチュエータに対する印加電圧と変位との関係を線形化した関係から定まる定数を用いた比例要素とすればよい。

上記三段目の変位推定値Ｘ_３’と二段目の変位推定値Ｘ_２’と偏差ｅとの和は、一段目の制御要素Ｇ_Ｃ１(ｓ)１１１に入力されて、比例、積分、位相進み、位相遅れ等の補償演算処理が施される。即ち、伝達関数Ｇ_Ｃ１(ｓ)では、ボイスコイルモータに対して、位置偏差信号ｅに対する応答特性を改善するための演算が行われる。この結果は、操作量信号としてＤ／Ａ変換器から出力され、一段目の増幅器１５１を経てボイスコイルモータ１０のコイルに印加され、これによってボイスコイルモータ１０を駆動する。

図３に示すヘッドスタックアセンブリ２０のピボット２１から図４に示す圧電素子３２、３３までの長さをＲ、ピボット２１を中心とする圧電素子３２，３３の位置の回転の変動角をθ_１（第一段目のアクチュエータ）、図４に示す圧電素子３２，３３の位置からヘッドスライダ４１までの長さをｒ（但し、ｒ＜Ｒ）、圧電素子３２，３３の位置を回転の中心とし、この回転の中心とピボット２１を通る線分に対するヘッドスライダ４１の回転の変動角をθ_２（第二段目のアクチュエータ）、ヘッドスライダ４１内の磁気ヘッド４２の変動量をｘ_３（第三段目のアクチュエータ）とすると、第一段目のアクチュエータによる磁気ヘッド４２の変動量は(Ｒ＋ｒ)θ_１（｜(Ｒ＋ｒ)θ_１｜＜Ｄ_１）、第二段目のアクチュエータによる磁気ヘッド４２の変動量はｒθ_２（｜ｒθ_２｜＜Ｄ_２）、三段目のアクチュエータによる磁気ヘッド４２の変動量はｘ_３（｜ｘ_３｜＜Ｄ_３）であるから、三つのアクチュエータによる磁気ヘッド４２のトラック幅方向の変動量は(Ｒ＋ｒ)θ_１＋ｒθ_２＋ｘ_３となる。但し、変動角θ_１、θ_２は十分小さく、｜θ_１｜≪１、｜θ_２｜≪１とする。

本実施例では、駆動アンプは１台で済むとともに、スライダ上の電熱アクチュエータへの電気的接続に必要なパッドは２個で済むので、微小なスライダに電熱アクチュエータを実装することが容易になる効果がある。

電熱アクチュエータにおける一方の抵抗体に対して発熱ｗをＯＮにして所定の位置に前記磁気ヘッドを変位させた後に発熱ｗをＯＦＦにした後、一方の抵抗体に残された余熱による余分な変位が磁気ヘッドに生じた時は、図２に示すフィードバック制御系の作用により、反対側の抵抗体に対する発熱ｗをＯＮにして、一方の抵抗体の余熱によって余分に変位した磁気ヘッドを押し戻す制御が行われる。

本実施例では、同じく磁気ディスク装置の磁気ヘッドをトラックに追従させる装置１００の、別の実施例を説明する。実施例１と同一の機能を有する部分については説明を省略する。図５は、ヘッドスライダ４１の後端面すなわち図３、図４中の上側からヘッドスライダ４１をみた側面図及び駆動回路の接続図である。スライダ部分の構成及び制御回路の電熱アクチュエータ駆動アンプの出力段７０は、前述の実施例１の図１と同様である。

本実施例では、パッド６５と駆動アンプのアース７６の間に、抵抗体６１，６２の抵抗値に比べて一桁以上小さな抵抗値を持つ電流検出抵抗７４が設けられている。この電流検出抵抗のパッド６５に接続されている側の端子の電圧は、この抵抗に流れる電流すなわち抵抗体６１もしくは抵抗体６２に流れる電流に比例した値となる。

一方、駆動アンプの出力段７０を構成する一対のトランジスタのベースどうしの接続点には抵抗７３の一端が接続され、この抵抗の他端は演算増幅器８０の出力に接続されている。この演算増幅器８０は、周知の反転増幅回路を形成しており、フィードバック抵抗７７を備えるとともに、一方の入力抵抗７５の入力端には上記のように抵抗体６１もしくは抵抗体６２に流れる電流に比例した電圧が印加され、もう一方の入力抵抗７８の入力端には操作量信号Vinが印加される。

このように構成した回路においては、電流検出値をフィードバックしてVinと比較し、両者の偏差を増幅した値に応じて抵抗体６１，６２に電流を流す、電流フィードバック系が構成される。従って、流したい電流に対応した操作量信号Vinを入力すれば、上記ループ内に誤差を生むような要因が有ったとしても、フィードバックが作用してその影響を抑圧し、電流値を所望の値にすることが出来る。

この実施例において電流の方向に応じて抵抗体を切り替える作用を生むダイオード６３、６４は、周知の順方向電圧降下特性を持っているので、ある程度の電圧がかからないと順方向であっても電流が流れない。これが電熱アクチュエータの動作に不感帯を生じさせる要因となる場合があるが、本実施例では上記フィードバックの作用によりこの不感帯を抑圧することが可能となる。これによって、線形性の良好な駆動特性を得ることが出来る効果がある。ここで示した構成では電流制御系の制御動作は比例制御となるが、比例積分制御や位相補償を伴う制御を適用しても良い。

本実施例では、同じく磁気ディスク装置の磁気ヘッドをトラックに追従させる装置１００の、トラッキング方向のトラック追従動作だけでなく、浮上方向の動作も駆動する例を説明する。図６は、ヘッドスライダ４１の後端面すなわち図３、図４中の上側からヘッドスライダ４１をみた側面図及び駆動回路の接続図である。既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については説明を省略する。

図６において、第三の抵抗体６７が磁気ヘッド４２の上方に設けられており、抵抗体導体６７の一端はパッド６５に接続され、駆動アンプのアース７６に接続されている。抵抗体導体６７の他端は第三のパッド６８に接続されている。駆動アンプには、ＮＰＮトランジスタ８１が設けられており、このトランジスタのコレクタ端子は正の電圧を供給するＶ＋電源に接続されており、エミッタ端子は前記第三のパッド６８に接続されている。

ベース端子には、抵抗８２を介して電圧Vin2が印加される。この電圧Vin2が正の電圧であれば、電圧の大きさに応じた電流が抵抗体６７に流れ、０又は負の電圧であれば電流は流れない。この電流の大きさに応じて磁気ヘッド４２が変位し、磁気ヘッド４２と磁気ディスク５０との間隔を制御することが出来る。この間隔は、例えば、磁気ヘッドがトラック間を移動するシーク動作中はVin2が０に設定されて、上記間隔が広く保たれる。一方、磁気ヘッドが所定のトラックに追従してデータを読み書きする間は、Vin2に正の電圧が印加されて上記間隔が狭くなり、データの読み書きの信頼性が向上するように制御される。この構成では、磁気ヘッドのトラッキング方向の変位と浮上方向の変位の制御を３パッドによる接続で実現することが出来る特徴を有する。

１０ボイスコイルモータ
１１永久磁石
１２永久磁石
１３コイル
２０ヘッドスタックアッセンブリ
２１ピボット
２５キャリッジ
２６マウント部
３０ヘッドサスペンションアッセンブリ
３１ベース
３２圧電素子
３３圧電素子
３４支持ばね
４１ヘッドスライダ
４２磁気ヘッド
５０磁気ディスク
６１抵抗体
６２抵抗体
６３ダイオード
６４ダイオード
６５パッド
６６パッド
６７抵抗体
６８パッド
７０駆動アンプ
７１ＮＰＮトランジスタ
７２ＰＮＰトランジスタ
７３抵抗
７４抵抗
７５抵抗
７６アース
７７抵抗
７８抵抗
７９抵抗
８０演算増幅器
９０スピンドルモータ
１００磁気ディスク装置の磁気ヘッドをトラックに追従させる装置
１０１位置信号
１０５ディジタルコントローラ
１１１一段目の制御要素
１１２二段目の制御要素
１１３三段目の制御要素
１２１平方根関数要素
１２２正負分離要素
１３２二段目の変位推定要素
１３３三段目の変位推定要素
１５１一段目の増幅器
１５２二段目の増幅器
１５３三段目の増幅器

Claims

回転する磁気ディスクと、この磁気ディスクの表面に浮上し、磁気ディスクに設けられたトラックにデータの書き込み及び読み出しを行う磁気ヘッドスライダと、この磁気ヘッドスライダを前記磁気ディスクの半径方向に位置決めするアクチュエータと、このアクチュエータに、入力信号に従って電力を供給して駆動操作する増幅器とからなる位置決め駆動システムにおいて、
前記磁気ヘッドスライダは、前記データの書き込み及び読み出しを行う記録再生素子と、この記録再生素子に対してトラック幅方向の両側に配置された、通電により発熱する一対の発熱素子と、前記記録再生素子と前記発熱素子との間に介在し、前記発熱素子の発熱及び放熱による冷却に応じて膨張収縮する部材とを含む磁気ヘッドスライダであり、
一方の発熱素子と第一のダイオードを直列に接続した第一の配線と、他方の発熱素子と第二のダイオードを直列に接続した第二の配線とを、ダイオードの導通方向が互いに逆向きになるように両端を並列に接続して２つの接続点を形成し、
前記増幅器は、入力信号に従って、２つの出力端子間にプラスマイナス双方向の電圧を発生できるように入力電圧を増幅する能力を持つ増幅器であり、
増幅器の２出力端子が前記２つの接続点にそれぞれ結線されて、増幅器がプラスの電圧を印加した時には一方の発熱素子が通電されて前記記録再生素子をトラック幅方向の一方の方向に変位させ、マイナス方向の電圧を印加した時には他方の発熱素子が通電されて前記方向とは逆の方向に前記記録再生素子を変位させるように構成したことを特徴とする、磁気ヘッドの位置決め駆動装置。
請求項１において、前記増幅器は、出力端子の一方がアースであり、他方の端子にプラスマイナス双方向の電圧を発生できるように入力電圧を増幅する能力を持った第一の増幅器であり、同じく出力端子の一方をアースとした第二の増幅器と、これによって駆動される、前記記録再生素子を磁気ディスクに対する浮上方向に変位させる電熱アクチュエータを備え、この電熱アクチュエータを駆動する第二の増幅器の結線のアース側と、前記第一の増幅器の結線のアース側とを共通化することで、３端子による接続でトラック幅方向と浮上方向の両アクチュエータを駆動するように構成した磁気ヘッドの位置決め駆動装置。
請求項１または２において、前記ダイオードを含む駆動回路に電流検出手段を設け、これによって検出された電流値を前記増幅器入力にフィードバックし、電流制御系を構成したことを特徴とする磁気ヘッドの位置決め駆動装置。
請求項１において、前記一対の発熱素子の一方に対する通電をＯＮにして所定の位置に前記磁気ヘッドを変位させた後に通電をＯＦＦにした後、前記一方の発熱素子に残された余熱による余分な変位が前記磁気ヘッドに生じた時は、前記余分な変位をフィードバックすることにより、前記一対の発熱素子の他方に対する通電をＯＮにして、前記一方の発熱素子の余熱によって余分に変位した前記磁気ヘッドを押し戻す制御を行うことを特徴とする磁気ヘッドの位置決め駆動装置。