(57)【要約】【課題】ヘッドの位置制御において、浮上条件の差異に基づくヘッド浮上量の変動を抑制することによって、信頼性を高めたヘッド制御装置とそれを用いたディスク装置を提供する。【解決手段】情報の記録又は再生を行うヘッドと、前記ヘッドをディスク上の目標位置へ移動させるアクチュエータと、前記目標位置の情報と検出又は推定されたヘッドの現在位置の情報とが入力され且つ前記ヘッドの目標移動速度を決定すると共に、その目標移動速度とヘッドの現在の移動速度との差である速度誤差に応じた制御信号を出力する速度制御手段と、を備え、前記速度制御手段は、目標位置と検出又は推定されたヘッドの現在位置との差である位置誤差、ヘッドの移動方向及びヘッドのディスク上の半径方向位置に基づいて前記目標移動速度を決定する。【選択図】図１
2006073114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報の記録及び／又は再生を行うヘッドと、
前記ヘッドをディスク上の目標位置へ移動させるアクチュエータと、
前記目標位置の情報と、検出又は推定されたヘッドの現在位置の情報とが入力され且つ前記ヘッドの目標移動速度を決定すると共に、その目標移動速度とヘッドの現在の移動速度との差である速度誤差に応じた制御信号を出力する速度制御手段と、
前記制御信号に応じた駆動信号を前記アクチュエータに出力する駆動手段と、を備え、
前記速度制御手段は、ヘッドの目標位置と現在位置との差である位置誤差、ヘッドの移動方向及びヘッドのディスク上の半径方向位置に基づいて前記目標移動速度を決定することを特徴とするヘッド制御装置。
【請求項２】
前記アクチュエータは、ボイスコイルモータを有していて、該ボイスコイルモータのボイスコイルに作用するディスク水平方向への電磁力によって前記ヘッドをディスク水平方向へ移動させると共に、該ボイスコイルに作用するディスク垂直方向への電磁力によって該ヘッドをディスク垂直方向へ付勢する垂直トルクを発生し、
前記垂直トルクは、ヘッドの移動方向、ヘッドのディスク上の半径方向位置及びアクチュエータへの駆動信号によって決まり、
前記速度制御手段は、アクチュエータの垂直トルク特性に応じて目標移動速度を決定することを特徴とする請求項１に記載のヘッド制御装置。
【請求項３】
前記速度制御手段は、位置誤差に応じて目標移動速度を決定する第１の速度決定手段と、前記垂直トルクの絶対値に応じて目標移動速度を調整する第２の速度決定手段とを有することを特徴とする請求項２に記載のヘッド制御装置。
【請求項４】
前記速度制御手段は、前記目標移動速度を決定するための目標加速度を決定する加速度決定手段をさらに有し、
前記第１の速度決定手段は、前記位置誤差若しくは位置誤差の平方根及び目標加速度に応じて目標移動速度を決定することを特徴とする請求項３に記載のヘッド制御装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは、ディスクの記録領域の半径方向中心位置よりもディスク外周側においてヘッドが内周方向に移動する場合、および該中心位置よりもディスク内周側においてヘッドが外周方向に移動する場合には、前記垂直トルクがヘッドをディスクから引き離す方向に作用することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載のヘッド制御装置。
【請求項６】
前記第２の速度決定手段は、ヘッドをディスクから引き離すトルクが所定のしきい値以下になるように第１の速度決定手段で決定された目標移動速度を調整することを特徴とする請求項５に記載のヘッド制御装置。
【請求項７】
前記アクチュエータは、ディスクの記録領域の半径方向中心位置よりもディスク外周側においてヘッドが外周方向に移動する場合、および該中心位置よりもディスク内周側においてヘッドが内周方向に移動する場合には、前記垂直トルクがヘッドをディスクへ押し付ける方向に作用することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載のヘッド制御装置。
【請求項８】
前記第２の速度決定手段は、ヘッドをディスクへ押し付けるトルクが所定のしきい値以下になるように第１の速度決定手段で決定された目標移動速度を調整することを特徴とする請求項７に記載のヘッド制御装置。
【請求項９】
前記アクチュエータは、フレキシブルプリント基板を有し、
前記速度制御手段は、前記垂直トルク特性の設計値に基づいて算出された前記所定のしきい値を記憶するしきい値記憶手段と、測定された前記バイアストルク及び垂直トルク特性に基づいて前記しきい値記憶手段に記憶されているしきい値を修正するしきい値修正手段とを有し、
前記第２の速度決定手段は、前記しきい値修正手段によって修正されたしきい値に基づいて前記目標移動速度を調整することを特徴とする請求項６又は請求項８に記載のヘッド制御装置。
【請求項１０】
前記位置誤差に応じて制御量を出力する位置制御手段と、
前記位置誤差に応じて速度制御手段による速度制御と、位置制御手段とによる位置決め制御とを切り換える制御切換手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のヘッド制御装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一つに記載のヘッド制御装置と、ディスクとを備えるディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータによってヘッドをディスク上の任意の目標トラックに高速移動させる、あるいはヘッドをディスク上の目標トラックへ高精度に位置決めする磁気ディスク装置などのディスク装置とそのヘッド制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
第１の従来の磁気ディスク装置とその制御方法としては、ヘッドを目標トラックへ高速に移動（シーク動作）したり、目標トラックに追従（フォローイング動作）するために、速度制御と位置決め制御とを切り換えているものがある（例えば、特許文献１参照）。この磁気ディスク装置においては、シーク制御における全移動距離に対するヘッドの現在位置と目標位置との距離である位置誤差が定式化またはテーブル化されたある値に到達した時点で加速モードから減速モードへ切り換えを行っている。ボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭと称する。）に対する加速度指令値は、加速モードにおいては最大発生できる加速度よりも大きい加速度指令値を出力し、減速モードにおいてはサンプリング周期ごとに得られる目標トラックまでの位置誤差Ｘと実速度Ｖを用いて減速指令値（CV2）/X（C：0.5〜1.0）を出力してシーク制御を行っている。
【０００３】
また、第２の従来の磁気ディスク装置として、速度制御から位置決め制御への切り換え速度を最適な誤差速度に安定化させてシーク制御しているものがある（例えば、特許文献２参照）。この磁気ディスク装置においては、位置誤差に応じて目標移動速度を算出している。そして、この目標移動速度と実際に検出されたヘッドの移動速度とから誤差速度を、また該目標移動速度と1つ前の目標移動速度とから目標加速度をそれぞれ算出している。これら目標加速度と誤差速度とを加算した加算値をヘッドの速度制御の制御量として出力している。
【特許文献１】特開平９−２１９０７４号公報
【特許文献２】特開平６−１９５９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記第1の従来の磁気ディスク装置では、全移動距離に対する位置誤差に基づいて目標移動速度を算出している。この目標移動速度は、ＶＣＭ電流が飽和値となるときの速度を最大値として、位置誤差が大きくなるにつれて大きくなる。また、前記第２の従来の装置においても、位置誤差に応じて目標移動速度を算出している。
【０００５】
ところで、ディスク上のヘッドはディスク上の位置によって、ディスクの周速が異なる等、その浮上条件が異なっている。このディスク上の位置によって異なる浮上条件の１つとして、ヘッドを駆動するアクチュエータによるものがある。例えば、ＶＣＭを備えるアクチュエータにおいては、ディスクに対して垂直方向の垂直トルクを発生すると共に、ディスク上の位置、ヘッドの移動方向及びＶＣＭ電流よってその垂直トルクの大きさが変化するものがある。かかるアクチュエータを使用する場合、例えば、ＶＣＭ電流が飽和するような電流を印加して、ヘッドをディスクから引き離す大きな力が発生すると、ヘッドスライダの浮上量が高くなり、耐振動性の低下、信号ＳＮの低下による位置信号の誤検出及びそれによるシーク時間の延長という問題が発生する。また、ＶＣＭ電流が飽和するような電流を印加して、ヘッドをディスクへ押し付ける大きな力が発生するとヘッドスライダの浮上量が低くなり、ディスクと接触する可能性の増大、信頼性の低下という問題が発生する。すなわち、シーク動作を速くすることだけを目的として単純に位置誤差のみに基づいて目標移動速度を算出していたのでは前記の問題が生じる場合がある。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ヘッドの位置制御において、浮上条件の差異に基づくヘッド浮上量の変動を抑制することによって信頼性を向上させたヘッド制御装置とそれを用いたディスク装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明のヘッド制御装置およびディスク装置は、情報の記録及び／又は再生を行うヘッドと、前記ヘッドをディスク上の目標位置へ移動させるアクチュエータと、前記目標位置の情報と、検出又は推定されたヘッドの現在位置の情報とが入力され且つ前記ヘッドの目標移動速度を決定すると共に、その目標移動速度とヘッドの現在の移動速度との差である速度誤差に応じた制御信号を出力する速度制御手段と、前記制御信号に応じた駆動信号を前記アクチュエータに出力する駆動手段と、を備え、前記速度制御手段は、ヘッドの目標位置と現在位置との差である位置誤差、ヘッドの移動方向及びヘッドのディスク上の半径方向位置に基づいて前記目標移動速度を決定し、ヘッドの位置制御を行う。
【０００８】
前記の構成の場合、前記速度制御手段によって目標移動速度が決定され、この目標移動速度と現在の移動速度とから速度誤差が検出され、この速度誤差に基づいてアクチュエータが駆動される。前記目標移動速度は、目標位置と現在位置との位置誤差のみに基づいて決定されるのではなく、さらにヘッドの移動方向及びディスク上の半径方向位置も考慮して決定される。そのため、ヘッドの浮上条件に応じた目標移動速度を決定することができる。例えば、前記アクチュエータとして、ディスクに対して垂直方向の垂直トルクを発生すると共に、ディスク上の位置、ヘッドの移動方向及び駆動信号の大きさによって垂直トルクの大きさが変化するアクチュエータを採用した場合には、ヘッドの移動方向及びディスク上の半径方向位置に基づいて、垂直トルクを管理しつつ、ヘッドの目標移動速度を決定することができる。つまり、ヘッドの浮上条件に応じて目標移動速度を調整することによって、ヘッドの浮上量を安定させて、耐振動性の低下、信号ＳＮの低下による位置信号の誤検出、それによるシーク時間の延長及びヘッドとディスクとが接触する可能性の増大を防止することができる。
【０００９】
したがって、本発明によれば、位置誤差、ヘッドの移動方向及びディスク上の半径方向位置に基づいて、ヘッドの目標移動速度位置を決定することによって、ヘッドの浮上条件を考慮した目標移動速度でヘッドを移動させることができるため、ヘッドとディスクとの衝突やヘッド浮上量変動によるヘッドの耐振動特性低下を防止することができ、信頼性を向上させると共に高速にヘッドの位置制御をすることが可能となる。
【００１０】
また、前記アクチュエータは、ボイスコイルモータを有していて、該ボイスコイルモータのボイスコイルに作用するディスク水平方向への電磁力によって前記ヘッドをディスク水平方向へ移動させると共に、該ボイスコイルに作用するディスク垂直方向への電磁力によって該ヘッドをディスク垂直方向へ付勢する垂直トルクを発生し、前記垂直トルクは、ヘッドの移動方向、ヘッドのディスク上の半径方向位置及びアクチュエータへの駆動信号によって決まり、前記速度制御手段は、アクチュエータの垂直トルク特性に応じて目標移動速度を決定してもよい。
【００１１】
かかる構成の場合、前記アクチュエータはボイスコイルモータによって駆動される。このボイスコイルモータは、ヘッドをディスク水平方向へ移動させる水平方向のトルクを発生するだけでなく、ヘッドをディスク垂直方向へ付勢する垂直トルクも発生させる。つまり、ヘッドの移動速度を加減速するためにボイスコイルに電流を流して水平方向のトルクを発生させると、同時に垂直トルクも発生する。この回動トルク及び垂直トルクは電磁力によって発生しているため、ヘッドの目標移動速度を実現するためにボイスコイルに大きな電流を供給すると、垂直トルクも同様に大きくなる。この垂直トルクは、前述したとおり、ヘッドをディスクから引き離す方向に作用する場合であっても、ヘッドをディスクに押し付ける方向に作用する場合であってもその向きにかかわらず、耐振動性の低下、位置信号の誤検出、シーク時間の延長、信頼性の低下等の問題を生じる。この垂直トルクは、ヘッドの移動方向、ヘッドのディスク上の半径方向位置及びアクチュエータへの駆動信号によって決まる。そして、前記速度制御手段は、位置誤差、ヘッドの移動方向及びヘッドのディスク上の半径方向位置に基づいて目標移動速度を決定する際に、ヘッドの移動方向、ヘッドの位置及びアクチュエータへの駆動信号によって決まる垂直トルク特性に応じて目標移動速度を調整する。すなわち、アクチュエータへの駆動信号を調整して目標移動速度を調整することによって、結果として垂直トルクを制御する。こうすることによって、ヘッドの浮上量を安定させて、耐振動性の低下、信号ＳＮの低下による位置信号の誤検出、それによるシーク時間の延長及びヘッドとディスクとが接触する可能性の増大を防止することができる。ここで、ヘッドの位置及びヘッドの移動方向とディスクに対して垂直方向へ作用するトルクとの関係をアクチュエータの垂直トルク特性という。
【００１２】
また、前記速度制御手段は、位置誤差に応じて目標移動速度を決定する第１の速度決定手段と、前記垂直トルクの絶対値に応じて目標移動速度を調整する第２の速度決定手段とを有するものとしてもよい。
【００１３】
かかる構成の場合、第１の速度決定手段によって位置誤差に応じて目標移動速度を決定すると共に、必要に応じて、第２の速度決定手段によって該目標移動速度を垂直トルクの絶対値に応じて調整する。こうすることによって、前記アクチュエータが発生する垂直トルクを考慮しつつヘッドの目標移動速度を決定することができる。こうして、ヘッドの浮上量を安定させて、耐振動性の低下、信号ＳＮの低下による位置信号の誤検出、それによるシーク時間の延長及びヘッドとディスクとが接触する可能性の増大を防止することができる。
【００１４】
さらに、前記速度制御手段は、前記目標移動速度を決定するための目標加速度を決定する加速度決定手段をさらに有し、前記第１の速度決定手段は、前記位置誤差若しくは位置誤差の平方根及び目標加速度に応じて目標移動速度を決定する構成としてもよい。
【００１５】
また、前記アクチュエータは、ディスクの記録領域の半径方向中心位置よりもディスク外周側においてヘッドが内周方向に移動する場合、および該中心位置よりもディスク内周側においてヘッドが外周方向に移動する場合には、前記垂直トルクがヘッドをディスクから引き離す方向に作用するものとしてもよい。
【００１６】
そして、前記第２の速度決定手段は、ヘッドをディスクから引き離すトルクが所定のしきい値以下になるように第１の速度決定手段で決定された目標移動速度を調整するものとしてもよい。
【００１７】
かかる構成の場合、ヘッドをディスクから引き離す方向に作用するトルクを制御することによって、ヘッドの浮上量を安定させることができ、耐振動性の低下や信号ＳＮの低下による位置信号の誤検出及びシーク時間の延長を防止することができる。ここで、所定のしきい値とは、ヘッド制御装置が目標とするヘッド浮上量の変動幅から求められる、許容できる垂直トルクのしきい値としてもよい。
【００１８】
また、前記アクチュエータは、ディスクの記録領域の半径方向中心位置よりもディスク外周側においてヘッドが外周方向に移動する場合、および該中心位置よりもディスク内周側においてヘッドが内周方向に移動する場合には、前記垂直トルクがヘッドをディスクへ押し付ける方向に作用するものとしてもよい。
【００１９】
そして、前記第２の速度決定手段は、ヘッドをディスクへ押し付けるトルクが所定のしきい値以下になるように第１の速度決定手段で決定された目標移動速度を調整するものとしてもよい。
【００２０】
かかる構成の場合、ヘッドをディスクへ押し付ける方向に作用するトルクを制御することによって、ヘッド浮上量を安定させることができ、ヘッドがディスクと接触する可能性を低くすることができると共に、ヘッド制御装置の信頼性を向上させることができる。ここで、所定のしきい値とは、ヘッド制御装置が目標とするヘッド浮上量の変動幅から求められる、許容できる垂直トルクのしきい値としてもよい。
【００２１】
さらに、前記アクチュエータは、フレキシブルプリント基板を有し、前記速度制御手段は、前記垂直トルク特性の設計値に基づいて算出された前記所定のしきい値を記憶するしきい値記憶手段と、測定された前記バイアストルク及び垂直トルク特性に基づいて前記しきい値記憶手段に記憶されているしきい値を修正するしきい値修正手段とを有し、前記第２の速度決定手段は、前記しきい値修正手段によって修正されたしきい値に基づいて前記目標移動速度を調整するものとしてもよい。
【００２２】
かかる構成の場合、前記速度制御手段は、前記垂直トルク特性の設計値に基づいて算出された前記所定のしきい値を記憶するしきい値記憶手段を有する。しかし、前記アクチュエータには、フレキシブルプリント基板によってヘッド移動方向、即ちディスク水平方向へバイアストルクが作用していて、このバイアストルクの影響によって設計値に基づいたしきい値と実測値に基づくしきい値とには誤差が生じる。そこで、前記しきい値修正手段によって、バイアストルク及び垂直トルク特性を測定し、この測定値に基づいてしきい値を修正する。この修正されたしきい値に基づいて、目標移動速度を調整することによって、より正確に垂直トルクを制御することができる。
【００２３】
また、前記位置誤差に応じて制御量を出力する位置制御手段と、前記位置誤差に応じて速度制御手段による速度制御と、位置制御手段とによる位置決め制御とを切り換える制御切換手段と、をさらに備えるものとしてもよい。
【００２４】
かかる構成の場合、位置誤差に応じて前記制御切換手段によって速度制御と位置決め制御とが切り換えられる。すなわち、位置誤差が大きいときは、前記速度制御手段によってヘッドのシーク速度を制御し、位置誤差が小さくなると、前記位置制御手段によって位置誤差に応じた制御量を出力され、所謂フォローイング動作がなされる。
【００２５】
また、本発明は、請求項１乃至１０のいずれか一つに記載のヘッド制御装置と、ディスクとを備えるディスク装置とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のヘッド速度制御装置およびディスク装置によれば、位置誤差以外に浮上条件を考慮して、目標移動速度を決定するため、信頼性を高めて高速にヘッドの位置制御を行うことができる。例えば、高速シーク時にＶＣＭのボイスコイルに大きな電流を印加して、ヘッドをディスクから引き離す力やヘッドをディスクへ押し付ける力が発生するようなアクチュエータであっても、ヘッドに加わる力をしきい値以下にして、ヘッドとメディアの衝突やヘッド浮上量変動によるヘッドの耐振動特性低下を防止することができ、その結果、ヘッド制御装置及びディスク装置の信頼性を向上させつつ、高速にシークすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１は、ディスク装置Ｄの概略図を示す。ディスク装置Ｄは、概略的には、情報の記録又は再生を行うヘッドを移動させるアクチュエータ１と、情報が記録されるディスク２１とを有する。
【００２９】
前記アクチュエータ１は、情報の記録又は再生を行うヘッドを搭載したヘッドスライダ１１を先端部で支持する支持アーム１２と、ヘッド支持アーム１２を回動させるボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭと称する）１３と、ヘッド支持アーム１２の基端側にベアリングを介して嵌め込まれている回動軸１４と、を有している。
【００３０】
前記支持アーム１２のヘッドスライダ１１が支持された先端部は、回動軸１４と同軸に配設された板ばね（図示省略）によって、回動軸１４を支点としてディスク垂直方向ディスク側へ付勢されている。よって、ヘッドスライダ１１がディスク２１上方に位置するロード時においては、このヘッドスライダ１１に作用するディスク側への付勢力と、ディスク２１が回転することによりヘッドスライダ１１に作用する浮揚力との関係によってヘッドスライダ１１がディスク２１上方に浮上している。
【００３１】
前記ＶＣＭ１３は、図２に示すように、ボイスコイル１３ａ、マグネット１３ｂ、上側ヨーク１３ｃ及び下側ヨーク１３ｄを備えている。詳しくは、前記上側ヨーク１３ｃと下側ヨーク１３ｄとは、それぞれ円弧形状をしていて、ディスク２１に対してそれぞれ平行に配設される。前記マグネット１３ｂは、上側ヨーク１３ｃ及び下側ヨーク１３ｄと同様に円弧形状をしており、上側ヨーク１３ｃの下側面に固着されている。また、マグネット１３ｂは、周方向の一端側にＮ極が、他端側にＳ極が位置するように着磁されている。こうして、上側ヨーク１３ｃ及び下側ヨーク１３ｄ間には垂直方向に磁束が生じている。前記ボイスコイル１３ａは、平面視略台形状のコイルであって、上側ヨーク１３ｃと下側ヨーク１３ｄとの間に位置する。このとき、ボイスコイル１３ａは、その台形面がディスク２１に対して平行になるように配設されている。
【００３２】
前記アクチュエータ１の回動動作を詳しく説明する。ボイスコイル１３ａに電流が供給されると、フレミングの左手の法則によるディスク２１の水平方向の電磁力がボイスコイル１３ａへ作用し、支持アーム１２が回動軸１４を中心にディスク２１の水平方向に回動する。このボイスコイル１３ａに供給する電流の向きを変えることによってアクチュエータ１の回動方向を変えることができる。このとき、上側ヨーク１３ｃにのみマグネット１３ｂが配設されているため、上側ヨーク１３ｃ及び下側ヨーク１３ｄ間には、図２（ｂ）に示すように、完全に垂直ではなく、少し斜めに傾いた磁束も生じる。すなわち、ボイスコイル１３ａは、前記マグネット１３ｂから発生する磁界のうちの水平成分の磁界の影響も受け、ディスク２１の垂直方向への電磁力も作用する。その結果、前記アクチュエータ１には、ディスク２１の水平方向への回動トルクだけではなく、ディスク２１の垂直方向への垂直トルクも作用する。特に、マグネット１３ｂの周方向中央のＮ極とＳ極との境界近傍では、下側ヨーク１３ｄまで到達せずに、Ｓ極側へ流れる漏れ磁束が多く、水平方向への磁束成分も大きい。そのため、ボイスコイル１３ａのコイル線がマグネット１３ｂの周方向中央近傍に近づくにつれて、即ち、アクチュエータ１が回動中心線から左右へ回動するにつれて垂直トルクは大きくなる。
【００３３】
本実施形態においては、図１に示す状態において上方から見て、前記アクチュエータ１が反時計回りに回動してディスク２１上へロードする一方、時計回りに回動してディスク２１上からアンロードする位置に、アクチュエータ１が配設されている。また、アンロード時には、アクチュエータ１の先端部のタブ１５が乗り上げて、アクチュエータ１を待避させるためのランプブロック２２が、ディスク２１の外周縁部と重なる適切な位置に配設されている。
【００３４】
前記ボイスコイル１３ａに一定の電流を供給したときのＶＣＭ１３により発生するアクチュエータ１への回動トルク及び垂直トルクをそれぞれ図３（ａ）、（ｂ）に示す。両図において、ディスク２１の記録領域の半径方向中央位置に磁気ヘッドが位置するときのアクチュエータ１におけるＶＣＭ１３の位置を横軸の原点とし、その位置からアクチュエータ１の待避位置方向を正方向（＋）側としたＶＣＭ１３の回転角を横軸としている。図中の「ディスク」領域は、アクチュエータ１がディスク２１上に浮上しているロード領域であって、図中の「ランプ」領域は、アクチュエータ１がランプブロック２２上に待避しているアンロード領域を示す。また、縦軸は単位電流あたりの回動トルク又は垂直トルクを示す。図（ｂ）において、実線はアクチュエータ１を外周側から内周方向へ駆動するときの垂直トルク特性を、破線はアクチュエータ１を内周側から外周方向へ駆動するときの垂直トルク特性をそれぞれ示す。また、縦軸の正方向（＋）側はヘッドスライダ１１をディスク２１から引き離すトルクを、負方向（−）側は、ヘッドスライダ１１をディスク２１へ押し付けるトルクをそれぞれ示す。ボイスコイル１３ａに流す電流の向きを変えることによってアクチュエータ１の回動方向を変えるため、アクチュエータ１の回動方向を変えると垂直トルクの向きも変わる。
【００３５】
前記アクチュエータ１の回動トルクは、アンロード領域においては、タブ１５がランプブロック２２上を摺動しているため小さくなっている。一方、ロード領域においては、回動トルクは全記録領域において略一定である。垂直トルクは、ＶＣＭ１３が原点から内外周側へ回動するにつれて大きくなっている。そして、アクチュエータ１がランプブロック２２上からディスク２１上へロードする際には、ヘッドスライダ１１が位置するアクチュエータ１の先端側をディスク２１から引き離すトルクが大きくなっており、タブ１５のランプブロック２２からの離脱を容易にしている。尚、図１に示すように、マグネット１３ｂは、アクチュエータ１がロード領域内で動作しているときのボイスコイル１３ａの動作範囲に対応するマグネット１３ｂの半径方向幅より、アクチュエータ１アンロード領域内で動作しているときのボイスコイル１３ａの動作範囲に対応するマグネット１３ｂの半径方向幅が大きくなるように形成されており、タブ１５がランプブロック２２上を摺動するときの回動トルク及び垂直トルクが大きくなるようになっている。また、アクチュエータ１がディスク２１の外周側から内周方向へ回動する際には、ディスク最外周位置において最大であった引き離すトルクが内周方向へ回動するにつれて小さくなり、記録領域の中央位置を境に押し付ける方向へのトルクとなり、内周方向へ回動するにつれて押し付けるトルクが大きくなっている。一方、アクチュエータ１がディスク２１の内周側から外周方向へ回動する際には、ディスク最内周位置において最大であった引き離すトルクが外周方向へ回動するにつれて小さくなり、記録領域の中央位置を境に押し付ける方向へのトルクとなり、外周方向へ回動するにつれて押し付けるトルクが大きくなっている。つまり、この垂直トルクは、ヘッドの移動方向、ヘッドのディスク上の半径方向位置及びアクチュエータの駆動信号によって決まる。
【００３６】
ここで、ヘッドスライダ１１をディスク２１から引き離す力が大きすぎると、ヘッドスライダ１１の浮上量が高くなり、耐振動性の低下、信号ＳＮの低下による位置信号の誤検出及びそれによるシーク時間の延長という問題が発生する。また、ヘッドスライダ１１をディスク２１へ押し付ける力が大きすぎると、ヘッドスライダ１１の浮上量が低くなり、ディスク２１と接触する可能性の増大、信頼性の低下という問題が発生する。したがって、前記アクチュエータ１においては、シーク動作を速くすることだけを目的としてヘッドスライダ１１の目標移動速度を算出するのではなく、アクチュエータ１の垂直トルク特性を考慮しつつ目標移動速度を決定する必要がある。
【００３７】
次に、本実施形態に係るヘッド制御装置２０について説明する。図４は、本発明の実施形態におけるヘッド制御装置２０の構成図である。図４において、３はヘッド信号よりヘッドの現在位置Ｘを検出する位置検出部、４１はヘッドの位置信号Ｘ’と目標位置Ｒとを入力としてその差である位置誤差ＰＥを出力する位置誤差検出部である。５は目標移動速度Ｖｒｅｆを決定すると共に、後述する駆動部に制御量Ｕｖ’を出力する速度決定部、４２は目標移動速度Ｖｒｅｆと現在の移動速度Ｖｅを入力としてその差である速度誤差ＶＥを出力する速度誤差検出部、６は速度誤差ＶEをもとに制御量Ｕｖを導出する制御量導出部であって、これら速度決定部５、速度誤差検出部４２及び制御量導出部６によって速度制御部１０を構成する。８は位置誤差ＰＥに基づいて制御量Ｕｐを出力する位置制御部、９は位置誤差ＰＥに応じて速度制御部１０からの制御量Ｕｖ又は位置制御部８からの制御量Ｕｐを制御量Ｕとして出力する制御切換部、７は制御量Ｕに応じてアクチュエータ１を駆動させるために電流Ｉを出力する駆動部である。
【００３８】
前記制御装置２０においては、前記ヘッドで検出されたヘッド信号から位置検出部３によりヘッドの現在位置Ｘが検出される。この現在位置Ｘは位置信号選択部４３に入力される。この位置信号選択部４３には、後述する推定位置Ｘｅも入力される。そして、位置信号選択部４３は、現在位置Ｘが入力される場合は、現在位置Ｘを位置信号Ｘ’としてを位置誤差検出部４１に出力する一方、ヘッドを高速シークする場合等、ヘッドの現在位置Ｘを検出できなかった場合に推定位置Ｘｅを位置信号Ｘ’として位置誤差検出部４１に出力する。
【００３９】
位置誤差検出部４１は、位置信号Ｘ’とヘッドの目標位置Ｒとの差である位置誤差ＰＥが求められ、この位置誤差ＰＥが速度決定部５へ出力される。
【００４０】
速度決定部５には、さらに、位置信号Ｘ’、目標位置Ｒ及び制御量導出部６の出力である制御量Ｕｖ’が入力され、目標移動速度Ｖｒｅｆ及び補正された制御量Ｕｖを出力する。この目標移動速度Ｖｒｅｆから、速度誤差検出部４２において、速度誤差ＶＥが求められ、この速度誤差ＶＥは制御量導出部６へ入力される。制御量導出部６では、速度誤差ＶＥに基づいて制御量Ｕｖ’が求められ、この制御量Ｕｖ’は前述の通り、速度決定部５へ入力される。この制御量Ｕｖ’は、速度決定部５によって調整され（調整なしでそのまま出力される場合も含む。）、制御量Ｕｖとなって制御切換部９へ入力される。制御切換部９は、位置誤差ＰＥが所定値よりも大きいとき、即ちシーク時には、速度決定部５からの制御量Ｕｖを制御量Ｕとして駆動部７へ出力する一方、位置誤差ＰＥが所定値以下のとき、即ちトラックフォローイング時には、位置制御部８からの制御量Ｕｐを制御量Ｕとして駆動部７へ出力する。駆動部７は、この制御量Ｕに基づいてアクチュエータ１にＶＣＭ電流Ｉを出力する。
【００４１】
図５は、図４における制御量導出部６を詳細に説明するヘッド制御装置２０の構成図である。６３は状態推定器であって、ヘッドの現在位置Ｘと推定位置Ｘｅとの推定誤差Ｐｅｅ及び制御量Ｕｖ’を入力信号としてヘッドの推定位置Ｘｅ、現在のヘッドの移動速度としての推定移動速度Ｖｅ、アクチュエータ１に加わる推定バイアストルクＴｂの３つの信号を推定して出力する。ここで、バイアストルクとは、アクチュエータ１の移動方向である、ディスク２１に対して水平方向へ、アクチュエータ１に作用しているトルクであって、アクチュエータ１に搭載されたフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣと称する。）の弾性等を理由に発生するものである。制御量導出部６は、速度誤差ＶＥを入力として、速度誤差ＶＥに速度制御ゲインＫｖを乗算した信号と、加算器６２２Ａの出力である速度誤差ＶＥの積分値に積分制御ゲインＫｉを乗算した信号と、状態推定器６３からの推定バイアストルクＴｂにバイアストルク制御ゲインＫｄを乗算した信号とを加算して、制御量Ｕｖ’を出力する。また、状態推定器６３によって推定された推定位置Ｘｅが、前記位置信号選択部４３に出力される。
【００４２】
図６は、状態推定器６３の詳細図である。図６において、Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれアクチュエータ１と駆動部７をモデル化したときの状態変数、入力変数、出力変数を表す。また、ＫｅはＶＣＭ状態推定ゲインである。
【００４３】
図７は、速度決定部５の詳細図である。制御量Ｕｖ’、目標位置Ｒ、ヘッドの位置信号Ｘ’、そして位置誤差ＰＥを入力信号として、目標移動速度Ｖｒｅｆと補正された制御量Ｕｖとを出力する。第１速度決定部５１は、位置誤差ＰＥを入力として、
Vref'＝(2・a・PE)1/2
よりＶｒｅｆ’を計算している。ここで、ａはシーク時の加速度、ＰＥが位置誤差である。そして、この目標移動速度Ｖｒｅｆ’を垂直トルク特性を考慮して調整する。
【００４４】
具体的には次のように調整する。まず、電流演算部５２によって制御量導出部６の出力である制御量Ｕｖ’より駆動電流値Ｊ’を導出する。トルク係数算出部５３は、図３（ｂ）に示すようなアクチュエータ１の単位電流あたりの垂直トルクとディスク２１の半径方向位置及びヘッドの移動方向との関係を示すトルク係数Ｋｚのテーブルをメモリ又はディスク上に有していて、位置信号選択部４３を通過するヘッド現在位置Ｘ又はＸｅと目標位置Ｒとから、ヘッドの移動方向とヘッドの半径方向位置を判断し、そのときのトルク係数Ｋｚを算出する。尚、トルク係数算出部５３は、トルク係数Ｋｚのテーブルに限らず、トルク係数Ｋｚを定式化したものを有していてもよい。トルク比較部５４は、前記駆動電流値Ｊ’とトルク係数Ｋｚとから、そのときのヘッドの浮上条件（ヘッド位置、ヘッドの移動方向及びＶＣＭ電流）における垂直トルクを算出する。そして、トルク比較部５４は、設計値から算出した垂直トルクしきい値Ｔｍａｘを記憶しているしきい値記憶部５７をメモリ又はディスク上に有していて、算出された垂直トルクと垂直トルクしきい値Ｔｍａｘとを比較する。そして、
Tmax≧Kz(R,X)×J'    （１）
の場合、駆動電流値Ｊ’を補正された駆動電流値Ｊとしてそのまま出力し、制御量演算部５５によって補正制御量Ｕｖが導出され、制御切換部９に出力される。制御切換部９は、シーク時であれば、この制御量Ｕｖを制御量Ｕとして駆動部７へ出力する。そして、この制御量Ｕに応じた駆動電流Ｉが駆動部７からアクチュエータ１へ供給される。しかし、
Tmax＜Kz(R,X)×J'    （２）
の場合は、
J＝Tmax/Kz(R,X)    （３）
により駆動電流値Ｊ’の上限値を求め、補正された駆動電流値Ｊとする。そして、
Uv＝J/Gm    （４）
の関係より、制御量演算部５５によって補正制御量Ｕｖが導出され、制御切換部９に出力される。制御切換部９は、シーク時であれば、この制御量Ｕｖを制御量Ｕとして駆動部７へ出力する。この制御量Ｕに応じた駆動電流Ｉが駆動部７からアクチュエータ１へ供給される。
【００４５】
それと共に、第２速度決定部５６によって、第１速度決定部５１によって決定された目標移動速度Ｖｒｅｆ’が調整される。詳しくは、前記補正された駆動電流値Ｊが第２速度決定部５６に入力され、駆動電流値Ｊがトルク比較部５４において補正されている場合は、目標移動速度Ｖｒｅｆ’に速度調整係数Ｋｖｒｅｆを乗じて、その駆動電流値Ｊに対応する速度に調整して目標移動速度Ｖｒｅｆとして出力する一方、駆動電流値Ｊがトルク比較部５４において補正されていない場合は、第１速度決定部５１で求めた目標移動速度Ｖｒｅｆ’を調整された目標移動速度Ｖｒｅｆとしてそのまま出力する。こうして、基本的には、第１速度決定部５１によってヘッドの位置誤差ＰＥから決定した目標移動速度Ｖｒｅｆ’を出力しつつ、垂直トルクが大きすぎる場合は、第２速度決定部５６によって目標移動速度Ｖｒｅｆを調整して出力している。
【００４６】
こうして、ヘッドに加わる垂直トルクをしきい値Ｔｍａｘ以下に抑えて、安定にシーク動作を行うことが可能となる。
【００４７】
尚、前記トルク比較部５４は、算出された垂直トルクが式（１）を満たす場合であっても、式（３）によって求められる上限値を駆動電流値Ｊとしてもよい。それに伴い、前記第２速度決定部５６も、駆動電流値の上限値に対応する移動速度の上限値を目標移動速度Ｖｒｅｆとしてもよい。かかる構成においては、位置誤差ＰＥが所定値以下となった場合に、該位置誤差ＰＥに応じた減速動作を行うようにすればよい。
【００４８】
前記垂直トルクしきい値Ｔｍａｘは、ヘッドスライダ１１の浮上量変動が一定となるように決められている。ヘッド浮上量は、ヘッドスライダ１１に作用するヘッド荷重と、ヘッドスライダ１１とディスク２１との間を流れる空気流の粘性による浮揚力とによって決まる。このヘッド荷重は、スピンドル振動、気圧変化、外的振動、組立誤差に加えてアクチュエータ１の制御駆動によって変動する。ここでは、アクチュエータ１の制御駆動のみによるヘッド荷重の変動に伴うヘッド浮上量変動が1nmとなるように垂直トルクしきい値Ｔｍａｘを設定している。また、空気流による浮揚力は、ディスク２１のヘッドスライダ１１に対する相対速度によって変動する。すなわち、ディスク２１の半径方向位置によって浮揚力は変動し、内周側ではディスク２１の周速が比較的遅いため浮揚力は小さく、外周側ではディスク２１の周速が比較的速いため浮揚力は大きくなる。そのため、所定のヘッド浮上量変動に対して許容される垂直トルクしきい値Ｔｍａｘは内周側の方が小さく、外周側の方が大きくなっている（後述の図８〜１３の（ｂ）参照）。そのため、等加速度で駆動していても発生トルクがしきい値を超える場合があり、かかる場合には発生トルクがしきい値以下になるように目標移動速度を補正している。
【００４９】
図８〜図１３の各図において、（ａ）はヘッドスライダ１１を外周から内周へ、又は内周から外周へ移動させるときにＶＣＭ１３に供給する電流Ｉを、（ｂ）はそのときアクチュエータ１に発生する垂直トルクを示す説明図である。Ｘ軸はヘッドのディスク上の半径方向位置を表す。（ａ）におけるＹ軸は電流値であって、アクチュエータ１をディスク２１の外周側から内周方向へ回動させる際にボイスコイル１３ａに流れる電流の向きを正とし、アクチュエータ１を内周側から外周方向へ回動させるときの電流の向きを負とする。（ｂ）におけるＹ軸は垂直トルクであって、図３（ｂ）と同様に、ヘッドスライダ１１をディスク２１から引き離すトルクを正とし、ヘッドスライダ１１をディスク２１へ押し付けるトルクを負とする。また、電流が正のときは図３（ｂ）の実線で表す垂直トルク特性に、電流が負のときは図３（ｂ）の破線で示す垂直トルク特性に、それぞれ従う。そこで、図３（ｂ）に対応させて、（ａ）における電流が正のときの垂直トルクを実線で、電流が負の時の垂直トルクを破線で示す。
【００５０】
はじめに、ヘッドを外周Ｒ=9.5から内周Ｒ=4.6までシークする場合について、図８を用いて説明する。（ａ）に示すように、外周Ｒ=9.5の位置において略矩形の電流ＩがＶＣＭ１３へ供給され、ヘッドスライダ１１は内周側へ向けて加速される。この加速は、ヘッドの移動速度が、ヘッドの位置信号Ｘ’と目標位置Ｒとの位置誤差ＰＥに基づいて求められた目標移動速度Ｖｒｅｆになるように行われる。ヘッドスライダ１１の移動速度が目標移動速度Ｖｒｅｆに達すると、ＶＣＭ１３への供給電流ＩはＦＰＣによるバイアストルクに打ち勝つだけの電流となり、ヘッドスライダ１１は略等速状態で内周側へ移動する。ヘッドが内周Ｒ=4.6近傍に到達すると、加速時とは反対向きに略矩形の電流ＩがＶＣＭ１３へ供給され、ヘッドスライダ１１は減速される。こうして、ヘッドの内周Ｒ=4.6への移動が完了する。Ｒ=4.6近傍において垂直トルクの向きが電流Ｉの向きと反転しているのは、電流Ｉが負の場合は、図３（ｂ）の破線で示す垂直トルク特性に従うためである。ここで、（ｂ）の一点鎖線はヘッド浮上特性に影響を与える垂直トルクのしきい値である。すなわち、加速時及び減速時にしきい値を超える垂直トルクが発生していることになる。しきい値を超える垂直トルクが発生すると、ＨＤＩ特性に影響し、浮上量の変動による信号ＳＮの低下、さらにはヘッドとディスクの接触を引き起こす可能性が高くなる。
【００５１】
そこで、図９に示すように、アクチュエータ１に発生する垂直トルクがしきい値Ｔｍａｘを超えないように加速度及び目標移動速度を制限する。具体的には半径位置ごとにことなるしきい値Ｔｍａｘを超えないように出力電流Ｉを制限して加減速させる。その結果、図９に示すように、図８においてしきい値を超える垂直トルクを発生していた加速時と減速時の垂直トルクがしきい値に沿うように調整されている。それに伴って、シーク速度、すなわち目標移動速度Ｖｒｅｆについても制限してヘッドの移動を行う。
【００５２】
図１０は、垂直トルク特性を考慮せずに、ヘッドを外周Ｒ=7.5から内周Ｒ=4.6までシークする場合を、図１１は、垂直トルク特性に応じてヘッドの目標移動速度Ｖｒｅｆを調整して、ヘッドを外周Ｒ=7.5から内周Ｒ=4.6までシークする場合をそれぞれ示している。図１０においては、前述した外周Ｒ=9.5から内周Ｒ=4.6までシークする場合と同様に、加速時及び等速時に垂直トルクがしきい値Ｔｍａｘを超えている。そこで、ＶＣＭ１３へ供給する電流Ｉを調整することによって、垂直トルクがしきい値Ｔｍａｘを超えないようにしている。
【００５３】
図１２は、垂直トルク特性を考慮せずに、ヘッドを内周Ｒ=4.6から外周Ｒ=9.5までシークする場合を、図１３は、垂直トルク特性に応じてヘッドの目標移動速度Ｖｒｅｆを調整して、ヘッドを内周Ｒ=4.6から外周Ｒ=9.5までシークする場合をそれぞれ示している。ヘッドを外周方向に移動させるため、垂直トルク特性は図３（ｂ）の破線に従うが、図８、１０と同様に、加速時及び等速時に垂直トルクがしきい値Ｔｍａｘを超えている。そこで、ＶＣＭ１３へ供給する電流Ｉを調整することによって、垂直トルクがしきい値Ｔｍａｘを超えないようにしている。
【００５４】
このように、ヘッドの位置誤差によってヘッドの目標移動速度を算出し、ヘッドの移動方向及びヘッドの半径方向位置によって該目標移動速度を調整することによって、アクチュエータ１に発生する垂直トルクを調整して、ヘッドの浮上量変動が一定の値（本実施形態では1nm）になるように制御している。
【００５５】
このような構成によれば、ヘッド制御装置２０を、前記アクチュエータ１、駆動部７、速度決定部５及び制御量導出部６により構成することで、シーク時に発生する垂直トルクをしきい値Ｔｍａｘ以下に抑えることとなり、ヘッドを安定に速度制御した目標移動速度でシークすることが可能となり、ヘッド制御装置２０の信頼性を向上させることができる。
【００５６】
《その他の実施形態》
尚、前記実施形態においては、垂直トルクしきい値ＴｍａｘによってＶＣＭ電流Ｉを調整しているが、これに限られるものではない。例えば、ヘッド制御装置２０は、垂直トルクしきい値Ｔｍａｘに対応した電流しきい値Ｉｍａｘを有しており、駆動電流値Ｊ’を電流しきい値Ｉｍａｘと直接比較する構成としてもよい。
【００５７】
さらに、前記実施形態においては、シーク動作時のヘッドの目標移動速度を制御しているが、シーク動作のみならず、セトリング動作やトラックフォローイング動作においても同様の制御を採用することができる。そうすることによって、セトリング動作時やトラックフォローイング動作時においても同様の効果が得られる。
【００５８】
前記実施形態では、第１速度決定部５１において加速度ａを定数としたが、可変の加速度ａを用いてもよい。具体的には、図１４に示すように、ヘッドの位置信号Ｘ’及び目標位置Ｒ等により加速度ａを決定する加速度決定部５８を備える構成としてもよい。
【００５９】
また、前記実施形態では、垂直トルクしきい値Ｔｍａｘを予め設計値から算出して、しきい値記憶部５７に記憶しているが、図１５に示すように、バイアストルク及び垂直トルク特性を測定して、その測定値に基づいてしきい値記憶部５７に記憶しているしきい値を修正するしきい値修正部５９を備える構成としてもよい。かかる構成とすることによって、実機に則した垂直トルクしきい値に基づいてヘッドの目標移動速度を調整することができる。
【００６０】
本実施形態では、ヘッドの浮上量の変動幅を1nmとしているが、これに限られるものではない。例えば、0.5nmや2nmとしてもよい。この変動幅は、ヘッド制御装置に求められる信頼性等の性能を達成するために、スピンドル振動、気圧変化、外的振動、組立誤差等を考慮した上で、アクチュエータ１の制御駆動に許容される変動幅とすることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明にかかるヘッド制御装置は、制御量と目標位置、現在位置とアクチュエータの垂直トルク特性より目標移動速度および加速度、制御量を調整して出力する速度制御手段を有し、磁気ディスク装置等として有用である。また広く他のディスク装置等の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態におけるヘッド制御装置を用いたディスク装置の構成図である。
【図２】ＶＣＭのトルク発生原理を説明する説明図であって、（ａ）は平面図を、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図をそれぞれ示す。
【図３】アクチュエータに発生するトルク特性図であって、（ａ）はディスク水平方向へのトルクである回動トルク特性を、（ｂ）はディスク垂直方向へのトルクである垂直トルク特性をそれぞれ示す。
【図４】ヘッド制御手段の一例を示すブロック図である。
【図５】制御量導出部の一例を示すを示すブロック図である。
【図６】状態推定器の一例を示すを示すブロック図である。
【図７】速度決定部の一例を示すを示すブロック図である。
【図８】シーク時（R=9.5→R=4.6）のＶＣＭ電流と垂直トルクの関係図である。
【図９】シーク時（R=9.5→R=4.6）において、垂直トルクしきい値に基づいてＶＣＭ電流を補正した場合のＶＣＭ電流と垂直トルクの関係図である。
【図１０】シーク時（R=7.5→R=4.6）のＶＣＭ電流と垂直トルクの関係図である。
【図１１】シーク時（R=7.5→R=4.6）において、垂直トルクしきい値に基づいてＶＣＭ電流を補正した場合のＶＣＭ電流と垂直トルクの関係図である。
【図１２】シーク時（R=4.6→R=9.5）のＶＣＭ電流と垂直トルクの関係図である。
【図１３】シーク時（R=4.6→R=9.5）において、垂直トルクしきい値に基づいてＶＣＭ電流を補正した場合のＶＣＭ電流と垂直トルクの関係図である。
【図１４】加速度決定部を備える速度決定部の構成を示す構成図である。
【図１５】しきい値修正部を備える速度決定部の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６３】
Ｄ      ディスク装置
１      アクチュエータ
１０    速度制御部
１３    ＶＣＭ
１３ａ  ボイスコイル
２１    ディスク
５１    第１速度決定部
５６    第２速度決定部
５７    しきい値記憶部
５８    加速度決定部
５９    しきい値修正部
７      駆動部
８      位置制御部
９      制御切換部
【図１】
2006073114.tif 000003
【図２】
2006073114.tif 000004
【図３】
2006073114.tif 000005
【図４】
2006073114.tif 000006
【図５】
2006073114.tif 000007
【図６】
2006073114.tif 000008
【図７】
2006073114.tif 000009
【図８】
2006073114.tif 000010
【図９】
2006073114.tif 000011
【図１０】
2006073114.tif 000012
【図１１】
2006073114.tif 000013
【図１２】
2006073114.tif 000014
【図１３】
2006073114.tif 000015
【図１４】
2006073114.tif 000016
【図１５】
2006073114.tif 000017