(57)【要約】【課題】ピエゾ素子によりヘッドの位置決めを行うディスク・ドライブにおいて、ピエゾ素子の性能の低下を抑制する。【解決手段】本発明の一実施形態において、ＨＤＤ１のピエゾ・コントローラ２３１は、フォロイングにおいて、ピエゾ素子１７の駆動電圧における変動電圧のモニタを続けながら、モニタした値に基づいてオフセット電圧を調整（更新）する。これにより、パフォーマンスへの実質的影響なく、オフセット電圧を適時に更新することができる。好ましい構成において、オフセット電圧コントローラ３１２は、サーボ・セクタ毎にピエゾ素子駆動における変動電圧を直接あるいは間接的に示す値を取得し、その値と過去に取得している値によりオフセット電圧を決定する。これにより、より高精度にオフセット電圧を制御することができる。【選択図】図３
2011060407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスクにアクセスするヘッド・スライダと、
前記ヘッド・スライダを支持し、前記ディスク上で前記ヘッド・スライダを移動するアクチュエータと、
前記アクチュエータ上あるいは前記ヘッド・スライダ上に配置され、一端に定電圧が与えられ他端に変化する入力駆動電圧が与えられて伸縮することで、前記ヘッド・スライダを動かすピエゾ素子と、
前記ピエゾ素子の他端に前記入力駆動電圧を与えるドライバ回路と、
前記ドライバ回路に、位置誤差信号に応じて前記入力駆動電圧の値を指示するデータを与えるコントローラと、
を有し、
前記コントローラは、前記位置誤差信号に応じて変化する変動電圧をモニタしながら、前記モニタした前記変動電圧に応じて前記入力駆動電圧のオフセット電圧を制御する、
ディスク・ドライブ。
【請求項２】
前記コントローラは、
シーク処理とフォロイング処理との間において異なるピエゾ素子制御モードを有し、
現在のフォロイングにおけるオフセット電圧制御において、過去のフォロイングにおけるオフセット電圧の制御に使用したデータを使用する、
請求項１に記載のディスク・ドライブ。
【請求項３】
前記過去のフォロイングは、前回のフォロイング処理である、
請求項２に記載のディスク・ドライブ。
【請求項４】
前記コントローラは、現在及び過去の変動電圧値を変数とする積算演算を使用して前記オフセット電圧を算出し、前記オフセット電圧をその算出値に設定する、
請求項１に記載のディスク・ドライブ。
【請求項５】
前記コントローラは、サーボ・セクタ毎に前記オフセット電圧を算出する、
請求項４に記載のディスク・ドライブ。
【請求項６】
前記コントローラは、現在から連続する過去の規定数の変動電圧値の二乗の平均値の平方根から前記オフセット電圧を算出する、
請求項４に記載のディスク・ドライブ。
【請求項７】
前記コントローラは、前記オフセット電圧に応じて前記変動電圧の可変範囲を調整する、
請求項１に記載のディスク・ドライブ。
【請求項８】
前記コントローラは、前記オフセット電圧の変化速度を緩める機能を有する、
請求項１に記載のディスク・ドライブ。
【請求項９】
前記コントローラは、前記変動電圧が可変範囲の制限値に達する回数が基準を越えると、前記オフセット電圧の絶対値を変化させて前記可変範囲を拡張する、
請求項１に記載のディスク・ドライブ。
【請求項１０】
ディスクにアクセスするヘッド・スライを支持するアクチュエータのボイス・コイル・モータを駆動して、前記ディスク上で前記ヘッド・スライダを移動し、
前記アクチュエータ上あるいは前記ヘッド・スライダ上に配置されたピエゾ素子への入力駆動電圧を、位置誤差信号に応じて決定し、
前記ピエゾ素子の一端に定電圧を与え、他端に変化する前記入力駆動電圧を与え、前記ピエゾ素子を伸縮させることで、前記ヘッド・スライダを動かし、
前記入力駆動電圧において位置誤差信号に応じて変化する変動電圧をモニタしながら、前記モニタした前記変動電圧に応じて前記入力駆動電圧のオフセット電圧を制御する、
方法。
【請求項１１】
シーク処理とフォロイング処理との間において異なるピエゾ素子制御モードを有し、
現在のフォロイングにおけるオフセット電圧制御において、過去のフォロイングにおけるオフセット電圧の制御に使用したデータを使用する、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記過去のフォロイングは、前回のフォロイング処理である、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
現在及び過去の変動電圧値を変数とする積算演算を使用して前記オフセット電圧を算出し、前記オフセット電圧をその算出値に設定する、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
サーボ・セクタ毎に前記オフセット電圧を算出する、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
現在から連続する過去の規定数の変動電圧値の二乗の平均値の平方根から前記オフセット電圧を算出する、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記オフセット電圧に応じて前記変動電圧の可変範囲を調整する、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記オフセット電圧の変化速度を緩める機能を有する。
請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記変動電圧が可変範囲の制限値に達する回数が基準を越えると、前記オフセット電圧の絶対値を変化させて前記可変範囲を拡張する、
請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスク・ドライブ及びそのピエゾ素子の駆動制御方法に関し、特に、ピエゾ素子による微動アクチュエータを有するディスク・ドライブにおけるピエゾ素子の駆動に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスク・ドライブ装置として、光ディスク、光磁気ディスク、あるいはフレキシブル磁気ディスクなどの様々な態様の記録ディスクを使用する装置が知られているが、その中で、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）は、コンピュータの記憶装置として広く普及し、現在のコンピュータ・システムにおいて欠かすことができない記憶装置の一つとなっている。この他、動画像記録再生装置、カーナビゲーション・システム、あるいは携帯電話など、ＨＤＤの用途は、その優れた特性により益々拡大している。
【０００３】
ＨＤＤで使用される磁気ディスクは、同心円状に形成された複数のデータ・トラックと複数のサーボ・トラックとを有している。各データ・トラックには、ユーザ・データを含む複数のデータ・セクタが記録されている。各サーボ・トラックはアドレス情報を有する。サーボ・トラックは、円周方向において離間して配置された複数のサーボ・データによって構成されており、各サーボ・データの間に１もしくは複数のデータ・セクタが記録されている。ヘッド素子部がサーボ・データのアドレス情報に従って所望のデータ・セクタにアクセスすることによって、データ・セクタへのデータ書き込み及びデータ・セクタからのデータ読み出しを行うことができる。
【０００４】
ヘッド素子部はスライダ上に形成されており、さらにそのスライダはアクチュエータのサスペンション上に固着されている。アクチュエータとヘッド・スライダのアセンブリを、ヘッド・スタック・アセンブリ（ＨＳＡ）と呼ぶ。また、サスペンションとヘッド・スライダのアセンブリを、ヘッド・ジンバル・アセンブリ（ＨＧＡ）と呼ぶ。
【０００５】
磁気ディスクに対向するスライダ浮上面と回転している磁気ディスクとの間の空気の粘性による圧力が、サスペンションによって磁気ディスク方向に加えられる圧力とバランスすることによって、ヘッド・スライダは磁気ディスク上を浮上することができる。アクチュエータが揺動軸において揺動することによって、ヘッド・スライダを目的のトラックへ移動すると共に、そのトラック上に位置決めする。
【０００６】
磁気ディスクのトラック幅方向の記録密度の増加に従い、ヘッド・スライダの位置決め精度の向上が求められている。しかし、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）によるアクチュエータの駆動は、その位置決め精度に限界が存在する。そのため、ロータリ・アクチュエータに小型のアクチュエータ（微動アクチュエータ）を実装し、より精細な位置決めを行う二段アクチュエータの技術が提案されている。
【０００７】
好ましい微動アクチュエータの一つとして、サスペンション上あるいはスライダ上に固定されたピエゾ素子によりヘッド・スライダを微動する機構がある。このような微動アクチュエータは、サスペンション上あるいはスライダ上に固定された一つもしくは二つのピエゾ素子を有している。微動アクチュエータは、ピエゾ素子の伸縮によってヘッド素子部あるいはヘッド・スライダを直接に、もしくは、サスペンションの一部を回動させて、ヘッド・スライダの半径方向における高精度の位置決めを実現する。
【０００８】
このようなピエゾ素子を利用した微動アクチュエータにおいて、ピエゾ素子の劣化が問題となることが、特許文献１に開示されている。特許文献１は、さらに、ピエゾ素子の劣化を抑制するため、ピエゾ素子に供給する電圧のオフセットを変化させる技術を開示している。具体的には、特許文献１におけるピエゾ素子コントローラは、シーク後のフォロイングにおいて、ピエゾ素子の駆動電圧最大値と最小値とを検出する。ピエゾ素子コントローラは、ピエゾ素子のオフセット電圧を、その最大駆動電圧の１／２となるように調整する。ボイス・コイル・モータ・コントローラは、ピエゾ素子の最小駆動電圧値が零となるようにボイス・コイル・モータの駆動電流を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２２９６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１の技術によれば、オフセット電圧を駆動最大電圧に応じて変更することで、オフセット電圧を低減し、ピエゾ素子の劣化を抑制することができる。しかし、上記特許文献１は、ピエゾ素子の最大駆動電圧の検出方法を具体的に開示していない。フォロイングにおいてそのトラックにおける駆動電圧最大値を検出するためには、ピエゾ素子コントローラは、そのトラック全体におけるピエゾ素子駆動電圧を取得して後に、最大駆動電圧を決定することが必要である。
【００１１】
しかし、このような処理は、リード／ライト処理の遅延をもたらし、ＨＤＤのパフォーマンスを低下させる。また、最大駆動電圧を特定するまでは調整前の大きなオフセット電圧が使用されており、ピエゾ素子の劣化を促進してしまう。
【００１２】
従って、ピエゾ素子の劣化及びＨＤＤのパフォーマンス（リード／ライト処理）への影響を抑えるように、ピエゾ素子の駆動におけるオフセット電圧を遅滞なく調整することができる技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様のディスク・ドライブは、ディスクにアクセスするヘッド・スライダと、前記ヘッド・スライダを支持し前記ディスク上で前記ヘッド・スライダを移動するアクチュエータと、前記アクチュエータ上あるいは前記ヘッド・スライダ上に配置され、一端に定電圧が与えられ他端に変化する入力駆動電圧が与えられて伸縮することで、前記ヘッド・スライダを動かすピエゾ素子と、前記ピエゾ素子の他端に前記入力駆動電圧を与えるドライバ回路と、前記ドライバ回路に、位置誤差信号に応じて前記入力駆動電圧の値を指示するデータを与えるコントローラを有する。前記コントローラは、前記位置誤差信号に応じて変化する変動電圧をモニタしながら、前記モニタした前記変動電圧に応じて前記入力駆動電圧のオフセット電圧を制御する。この構成により、ピエゾ素子の性能の低下を抑制することができる。
【００１４】
好ましい構成において、前記コントローラは、シーク処理とフォロイング処理との間において異なるピエゾ素子制御モードを有し、現在のフォロイングにおけるオフセット電圧制御において、過去のフォロイングにおけるオフセット電圧の制御に使用したデータを使用する。これによって、フォロイング処理毎にオフセット電圧の設定処理を最初から始める必要がなく、遅滞なく高精度なオフセット電圧制御を行うことができる。
さらに好ましい構成において、前記過去のフォロイングは、前回のフォロイング処理である。これにより、最も近い時間のオフセット電圧のデータを使用でき、高精度なオフセット電圧制御を行える。
【００１５】
好ましい構成において、前記コントローラは、現在及び過去の変動電圧値を変数とする積算演算を使用して前記オフセット電圧を算出し、前記オフセット電圧をその算出値に設定する。これにより、より適切なオフセット電圧値を決定することができる。
【００１６】
好ましい構成において、前記コントローラは、サーボ・セクタ毎に前記オフセット電圧を算出する。好ましい構成において、前記コントローラは、現在から連続する過去の規定数の変動電圧値の二乗の平均値の平方根から前記オフセット電圧を算出する。これらにより、より適切なオフセット電圧値を決定することができる。
【００１７】
好ましい構成において、前記コントローラは、前記オフセット電圧に応じて前記変動電圧の可変範囲を調整する。これにより、オフセット電圧出力に応じて適切な可変範囲を決定し、サーボ制御への影響を避けつつ駆動電圧を小さくすることができる。
【００１８】
好ましい構成において、前記コントローラは、前記オフセット電圧の変化速度を緩める機能を有する。これにより、オフセット電圧の変化速度が大きくなりすぎないように調整する。
【００１９】
好ましい構成において、前記コントローラは、前記変動電圧が可変範囲の制限値に達する回数が基準を越えると、前記オフセット電圧の絶対値を変化させて前記可変範囲を拡張する。これにより、ヘッド・スライダの揺れが大きい場合に可変範囲を広げることで、位置決め精度を上げることができる。
【００２０】
本発明の他の態様は、ピエゾ素子の駆動制御方法である。この方法は、ディスクにアクセスするヘッド・スライを支持するアクチュエータのボイス・コイル・モータを駆動して、前記ディスク上で前記ヘッド・スライダを移動する。前記アクチュエータ上あるいは前記ヘッド・スライダ上に配置されたピエゾ素子への入力駆動電圧を、位置誤差信号に応じて決定する。前記ピエゾ素子の一端に定電圧を与え、他端に変化する前記入力駆動電圧を与え、前記ピエゾ素子を伸縮させることで、前記ヘッド・スライダを動かす。前記入力駆動電圧において位置誤差信号に応じて変化する変動電圧をモニタしながら、前記モニタした前記変動電圧に応じて前記入力駆動電圧のオフセット電圧を制御する。この構成により、ピエゾ素子の性能の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ピエゾ素子によりヘッドの位置決めを行うディスク・ドライブにおいて、ピエゾ素子の性能の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態のＨＤＤの全体構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本実施形態のＨＤＤにおけるピエゾ素子への入力駆動電圧の変化を模式的に示す図である。
【図３】本実施形態のオフセット電圧制御に関連する構成を模式的に示すブロック図である。
【図４】本実施形態のピエゾ素子の駆動に必要とされる電圧範囲に応じたオフセット電圧の制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】本実施形態において、モニタしている変動電圧に応じてオフセット電圧を再設定していく（同一値の維持を含む）処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】本実施形態のオフセット電圧コントローラの好ましい機能構成を模式的に示すブロック図である。
【図７】本実施形態の変動電圧コントローラの好ましい機能構成を模式的に示すブロック図である。
【図８】本実施形態において、オフセット電圧に応じた可変範囲の調整処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。本実施形態においては、ディスク・ドライブの一例として、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）について説明する。
【００２４】
本形態のＨＤＤは、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）による位置決め機構とサスペンション上のピエゾ素子による位置決め機構（微動アクチュエータ）を有する二段アクチュエータを備えている。ＨＤＤは、サスペンション上あるいはスライダ上に固定された一つもしくは複数のピエゾ素子を有している。ＶＣＭによるヘッド・スライダの移動範囲と比較して、ピエゾ素子（微動アクチュエータ）による移動範囲はずっと小さい。ＨＤＤは、ＶＣＭとピエゾ素子とを相補的に駆動することによって、より正確なヘッド・ポジショニングを行うことができる。
【００２５】
以下においては、説明の明確化のため、微動アクチュエータが一つのピエゾ素子によりヘッド・スライダを動かすＨＤＤについて説明を行う。本発明が適用可能な微動アクチュエータにおけるピエゾ素子の数は特に限定されない。ピエゾ素子の二つの端子の間において駆動電圧を与えられて伸縮する。本形態において、ＨＤＤは、ピエゾ素子の一方の端子は一定電圧を与え、もう一方の端子に変化する駆動電圧を与える。典型的には、一定電圧はグランド電圧である。この駆動方法は、ピエゾ素子の駆動回路をシンプルなものとすることができる。
【００２６】
本形態の特徴は、ピエゾ素子の駆動におけるオフセット電圧の制御にある。本形態のＨＤＤは、フォロイングにおいてピエゾ素子の駆動電圧をモニタし続けながら、モニタした値に応じてオフセット電圧を決定する。このように、ピエゾ素子の駆動電圧に応じてオフセット電圧を制御することで、位置決めにおけるピエゾ素子の駆動に実質的に影響を与えることなく、オフセット電圧の平均値を小さくすることができる。これにより、ピエゾ素子の劣化を抑制し、また、その消費電力を低減することができる。
【００２７】
本形態のＨＤＤは、フォロイングにおいて、ピエゾ素子の駆動電圧のモニタを続けながら、モニタした値に基づいてオフセット電圧を調整（更新）する。これにより、パフォーマンスへの実質的影響なく、オフセット電圧を適時に更新することができる。好ましい構成において、ＨＤＤは、サーボ・セクタ毎に駆動電圧を直接あるいは間接的に示す値を取得し、その値と過去に取得している値によりオフセット電圧を決定する。これにより、より高精度にオフセット電圧を制御することができる。
【００２８】
本形態のピエゾ素子駆動におけるオフセット電圧の制御について具体的な説明を行う前に、図１を参照して、ＨＤＤの全体構成について説明を行う。ＨＤＤ１は、エンクロージャ１０内に、データを記憶するディスクである磁気ディスク１１を有している。スピンドル・モータ（ＳＰＭ）１４は、磁気ディスク１１を所定の角速度で回転する。本構成例は１枚の磁気ディスク１１を有するが、本発明はいずれの枚数の磁気ディスクを実装するＨＤＤにも適用することができる。
【００２９】
磁気ディスク１１の各記録面に対応して、磁気ディスク１１にアクセスするヘッド・スライダ１２が設けられている。本例において、ＨＤＤ１は二つのヘッド・スライダ１２を有する。アクセスは、リード及びライトの上位概念である。各ヘッド・スライダ１２は、磁気ディスク上を浮上するスライダと、スライダに固定され磁気信号と電気信号との間の変換を行うヘッド素子部とを備えている。
【００３０】
ヘッド・スライダ１２はアクチュエータ１６の先端部に固定されている。アクチュエータ１６はボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）１５に連結され、回動軸を中心に回動することによって、ヘッド・スライダ１２を回転する磁気ディスク１１上においてその半径方向に移動する。アクチュエータ１６は、それぞれがヘッド・スライダ１２を支持するサスペンションと、そのサスペンションが固定されたアームを有する。
【００３１】
各サスペンション上には、ピエゾ素子１７が固定されている。ピエゾ素子１７が伸縮することによって、ヘッド・スライダ１２を半径方向において高精度に移動することができる。ピエゾ素子１７は、設計により、サスペンションのいずれの部品上に固定してもよい。また、シリコンにより形成した可動ステージをジンバル・タング上に固定し、そのステージ上にピエゾ素子１７とヘッド・スライダ１２とを配置してもよい。本発明は、スライダ上にピエゾ素子を有するＨＤＤにも適用することができる。
【００３２】
エンクロージャ１０の外側の回路基板２０上には、回路素子が実装されている。モータ・ドライバ・ユニット２２は、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３からの制御データに従って、ＳＰＭ１４、ＶＣＭ１５そしてピエゾ素子１７を駆動する。ＲＡＭ２４は、リード・データ及びライト・データを一時的に格納するバッファとして機能する。エンクロージャ１０内のアーム電子回路（ＡＥ）１３は、複数のヘッド・スライダ１２の中から磁気ディスク１１へのアクセスを行うヘッド・スライダ１２を選択し、そのリード信号を増幅してリード・ライト・チャネル（ＲＷチャネル）２１に送る。また、ＲＷチャネル２１からの記録信号を選択したヘッド・スライダ１２に送る。
【００３３】
ＲＷチャネル２１は、リード処理において、ＡＥ１３から供給されたリード信号を一定の振幅となるように増幅し、取得したリード信号からデータを抽出し、デコード処理を行う。読み出されるデータは、ユーザ・データとサーボ・データとを含む。デコード処理されたリード・ユーザ・データ及びサーボ・データは、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３に供給される。また、ＲＷチャネル２１は、ライト処理において、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３から供給されたライト・データをコード変調し、更にコード変調されたライト・データをライト信号に変換してＡＥ１３に供給する。
【００３４】
コントローラの一例であるＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、リード／ライト処理制御、コマンド実行順序の管理、サーボ信号を使用したヘッド・スライダ１２のポジショニング制御（サーボ制御）、ホスト５１との間のインターフェース制御、ディフェクト管理、エラーが発生した場合のエラー対応処理など、データ処理に関する必要な処理及びＨＤＤ１の全体制御を実行する。
【００３５】
本形態において、ピエゾ素子１７は片側電圧駆動される。つまり、一端の電圧が一定（典型的にはグランド電圧）であり、もう一端に変化する駆動電圧が与えられる。駆動電圧は、オフセット電圧（バイアス電圧）を中心として変化する。例えば、一定電圧がグランド電圧（零ボルト）であり、最大駆動電圧が２０Ｖであり、オフセット電圧が１０Ｖであるとする。駆動電圧は１０Ｖを基準にして変化し、その変動範囲は２０Ｖである。本形態のＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、このオフセット電圧を制御する。
【００３６】
ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ヘッド・スライダ１７が読み出したサーボ・データとターゲット位置との差異を示す位置誤差信号（ＰＥＳ）により、ＶＣＭ１５とピエゾ素子１７の駆動電圧値を決定し、それらを示すデータをモータ・ドイラバ・ユニット２２に送る。位置誤差信号によるＶＣＭ１５とピエゾ素子１７の駆動制御方法については広く知られた技術であり、具体的な説明を省略する。本形態の特徴は、ピエゾ素子１７の駆動におけるオフセット電圧制御に特徴があり、以下においてはその点について具体的に説明を行う。
【００３７】
図２は、ピエゾ素子１７の駆動におけるオフセット電圧の時間変化を模式的に示す図である。図２のグラフにおいて、Ｙ軸はピエゾ素子１７に入力される入力駆動電圧であり、Ｘ軸は時間である。黒丸はオフセット電圧の更新処理を行った時におけるオフセット電圧値を示している。黒丸上の矢印は、入力駆動電圧の可変範囲を示している。可変範囲は、入力駆動電圧が変化することができる範囲であって、規定の最大値と最小値で定義される。好ましくは、可変範囲は、オフセット電圧において対称である。好ましい構成において、可変範囲は、オフセット電圧と共に変化する。これにより、ピエゾ素子１７の伸縮動作を対称に行うことができる。
【００３８】
設計によって、可変範囲がオフセット電圧に応じて変化することがなく、同一であってもよい。ＨＤＤ１においては、オフセット電圧によらず、入力駆動電圧の最小値と最大値とは予め決まっている。最大値及び最小値の一方は、一定の基準電圧（典型的にはグランド）である。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、その範囲（最大範囲）内において、決定した入力駆動電圧値をモータ・ドライバ・ユニット２２に指示する。この構成においては、ピエゾ素子１７の伸縮動作が非対称となり、一方にオフセットが発生することがある。しかし、制御はよりシンプルなものとなる。以下に説明する好ましい構成においては、入力駆動電圧の可変範囲はオフセット電圧と共に変化する。
【００３９】
図３は、本形態のオフセット電圧制御に関連する構成を模式的に示すブロック図である。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、その機能として、ピエゾ・コントローラ２３１とＶＣＭコントローラ２３２とを有している。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３における機能は、ＭＰＵによる演算、ＨＤＣ内の回路による演算あるいはそれら双方によって実装される。
【００４０】
ＶＣＭコントローラ２３２は、位置誤差信号からＶＣＭ１５への入力駆動電圧値を算出する。ＶＣＭコントローラ２３２からの制御信号は、モータ・ドライバ・ユニット２２１内のＶＣＭドライバ２２２に送られる。制御信号は、ＶＣＭ１５への入力駆動電圧値を示している。ＶＣＭドライバ２２２は、その制御信号に応じた入力駆動電圧をＶＣＭ１５に与える。
【００４１】
ピエゾ・コントローラ２３１からの制御信号は、モータ・ドライバ・ユニット２２１内のピエゾ・ドライバ２２１に送られる。制御信号は、ピエゾ素子１７への入力駆動電圧値を示している。ピエゾ・ドライバ２２１は、その制御信号に応じた入力駆動電圧をピエゾ素子１７に与える。ピエゾ素子１７への入力駆動電圧は、オフセット電圧とオフセット電圧を基準とする変動電圧との和である。ピエゾ・コントローラ２３１は、オフセット電圧と変動電圧とを別々にピエゾ・ドライバ２２１に送ってもよい。ピエゾ・ドライバ２２１は、設定されたオフセット電圧と変動電圧とを加算し、その入力駆動電圧をピエゾ素子１７に供給する。
【００４２】
ピエゾ・コントローラ２３１は、二つの機能を含む。一つは、変動電圧コントローラ３１１であり、もう一つはオフセット電圧コントローラ３１２である。オフセット電圧コントローラ３１２は、ピエゾ素子１７への入力電圧におけるオフセット電圧を決定する。変動電圧コントローラ３１１は、オフセット電圧を基準とする変動電圧を算出する。変動電圧は、ピエゾ素子１７を伸縮させることでヘッド・スライダ１２を微動させ、ヘッド・スライダ１２の高精度の位置決めを実現する。
【００４３】
変動電圧コントローラ３１１から変動電圧値とオフセット電圧コントローラ３１２からの変動電圧値とを可算した電圧値が、ピエゾ素子１７への入力駆動電圧である。変動電圧コントローラ３１１及びオフセット電圧コントローラ３１２からの出力は、それぞれの電圧値を示すデータである。
【００４４】
ピエゾ・ドライバ２２１は、ピエゾ・コントローラ２３１から取得したデータが示す値の入力駆動電圧を、ピエゾ素子１７へ供給する。典型的な構成の一つにおいて、ピエゾ・ドライバ２２１は、全てのピエゾ素子１７に同時に入力駆動電圧を与える。これにより回路構成をシンプルにすることができる。ピエゾ・ドライバ２２１は、アクセスしているヘッド・スライダ１２に対応するピエゾ素子１７のみに入力駆動電圧を与えてもよい。これにより、より高精度な位置決め制御を実現できる。
【００４５】
変動電圧は、ヘッド・スライダ１２の位置決めのための駆動電圧であるため、変動電圧コントローラ３１１は、位置誤差信号から、位置誤差が小さくなるように変動電圧を算出する。オフセット電圧は、ピエゾ素子１７の駆動電圧における基準電圧である。オフセット電圧コントローラ３１２は、変動電圧に応じてオフセット電圧を決定する。ピエゾ素子１７に入力される入力駆動電圧の変動範囲に応じてオフセット電圧を変化させることで、ピエゾ素子１７の必要な伸縮ストロークを確保しつつ、入力駆動電圧を小さくすることができる。
【００４６】
好ましい本構成において、変動電圧コントローラ３１１は、オフセット電圧に応じて駆動電圧の可変範囲を決定する。例えば、オフセット電圧と基準となる定電圧（典型的にグランド）との差の規定割合を、オフセット電圧と基準定電圧との間の可変範囲に決定する。また、変動電圧コントローラ３１１は、オフセット電圧を中心して、プラスとマイナスにおける可動範囲が同一となるように可動範囲を決定する。
【００４７】
例えば、基準定電圧が０Ｖ、オフセット電圧が７Ｖ、可動範囲は７Ｖ±６．３Ｖである。この例において、規定割合は９０％であり、可動範囲は１２．６Ｖである。入力駆動電圧は、基準定電圧よりも小さい範囲内で変化してもよい。基準定電圧が零ボルトであるとき、ピエゾ素子１７への入力駆動で電圧はマイナスでもよい。
【００４８】
ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、シーク処理とフォロイング処理とにおいて、異なるサーボ制御を行う。そのため、好ましい構成において、ピエゾ素子１７の制御もシーク処理とフォロイング処理とにおいて異なる。好ましい本構成のピエゾ・コントローラ２３１は、シーク処理において、オフセット電圧を最大値に設定する。これにより、ヘッド・スライダ１２が大きく動くシーク処理においてより正確な位置決め制御を実現する。
【００４９】
シーク処理は、現在の半径位置から、ターゲットの半径位置への移動処理である。ヘッド・スライダ１２がターゲット位置に到着し、位置誤差信号が基準を満足すると、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、シーク処理からフォロイング処理に移行する。フォロイング処理は、ターゲット半径位置にヘッド・スライダ１２を位置決めする処理である。
【００５０】
ピエゾ・コントローラ２３１は、フォロイング処理において、ピエゾ素子１７の駆動に必要とされる電圧範囲に応じてオフセット電圧を調整する。図４のフローチャートに示すように、シーク処理が完了すると（Ｓ１１）、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３はフォロイング処理を開始する（Ｓ１２）。サーボ制御モードは、シーク・モードからフォロイング・モードに変化する。ピエゾ・コントローラ２１３における変動電圧コントローラ３１１は、位置誤差信号から変動電圧を算出する（Ｓ１３）。変動電圧は、ピエゾ素子１７の伸縮によりヘッド・スライダ１２を微動させる駆動電圧である。変動電圧によるピエゾ素子１７の伸縮により、ヘッド・スライダ１２の高精度な位置決めが行われる。
【００５１】
オフセット電圧コントローラ３１２は、変動電圧をモニタし、モニタした値に応じて新たなオフセット電圧を順次決定する（Ｓ１４）。決定した値が現在のオフセット電圧と異なる場合は、オフセット電圧を変更する。オフセット電圧コントローラ１４は、フォロイングにおいて変動電圧をモニタし続け、オフセット電圧の決定及び更新を繰り返す。更新は、現在のオフセット電圧値と新たに決定したオフセット電圧値が同じ場合にその値を維持する（同一値の再設定と同義）処理も含む。図４のフローチャートにおいては、工程Ｓ１３と工程Ｓ１４とはフォロイング中において繰り返し行われる。
【００５２】
新たなターゲット半径位置に移動することが必要となると、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３はフォロイングを終了し（Ｓ１５）、この先のフォロイングにおけるオフセット電圧の決定に必要なデータをＲＡＭ２４あるいはＨＤＣ／ＭＰＵ２３内のＳＲＡＭに格納する（Ｓ１６）。必要なデータは、オフセット電圧の算出方法によって異なる。算出方法及び持ち越すデータについては後述する。
【００５３】
ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、サーボ制御モードをフォロイング・モードからシーク・モードに変更して、新たなターゲット半径位置にヘッド・スライダ１２（アクチュエータ１６）を移動する（Ｓ１７）。シークは、同一記録面上におけるヘッド・スライダ１２の移動に加え、アクセスするヘッド・スライダ１２（記録面）を切り換える処理も含む。
【００５４】
ピエゾ・コントローラ２１３は、フォロイング処理において、過去のフォロイング処理におけるオフセット電圧の決定に使用したデータを持ち越す。これによって、フォロイング処理毎にオフセット電圧の設定処理を最初から始める必要がなく、遅滞なく高精度なオフセット電圧制御を行うことができる。好ましい構成において、ピエゾ・コントローラ２１３は、一つ前のフォロイング処理におけるデータを今回のフローイング処理におけるオフセット電圧制御に使用する。
【００５５】
フォロイング処理で持ち越されるデータ（値）は設計により異なる。ピエゾ・コントローラ２１３は、そのデータを使用して、新たなシーク先でのフォロイングにおけるオフセット電圧初期値を決定することができる。好ましくは、一つ前のフォロイング処理における最後のオフセット電圧が、今回のフォロイングにおける最初のオフセット電圧である。
【００５６】
好ましい構成において、ピエゾ・コントローラ２１３は、ヘッド・スイッチの有無に係らず、一つ前のフォロイングにおけるデータを次のフォロイングのオフセット電圧設定において使用する。これにより、最も近い時間のオフセット電圧のデータを使用でき、高精度なオフセット電圧制御を行える。ピエゾ素子１７を個別に制御する構成においては、ピエゾ・コントローラ２１３は、ピエゾ素子毎にオフセット電圧のデータを保持してもよい。ピエゾ・コントローラ２１３は、同一のピエゾ素子の一つ前のフォロイングにおけるオフセット電圧決定に使用したデータを、今回のフォロイングにおけるオフセット電圧制御において使用する。
【００５７】
オフセット電圧コントローラ３１２は、モニタしている変動電圧に応じてオフセット電圧を再設定していく（同一値の維持を含む）。図５のフローチャートは、オフセット電圧コントローラ３１２のこの処理の流れを示している。オフセット電圧コントローラ３１２は、シーク完了後に、シーク前に使用していたオフセット電圧値を取得する（Ｓ２１）。オフセット電圧コントローラ３１２は、前回のフォロイング処理におけるオフセット電圧値今回のフォロイングのオフセット電圧として、今回のフォロイングにおけるピエゾ素子１７駆動制御を開始する。
【００５８】
オフセット電圧コントローラ３１２は、変動電圧コントローラ３１１が算出する変動電圧値を取得し（Ｓ２２）、その値と過去の複数の変動電圧の値とから、次のオフセット電圧値を決定する（Ｓ２３）。オフセット電圧コントローラ３１２は、フォロイングが終了するまで（Ｓ２４におけるＹ）、工程Ｓ２２、Ｓ２３を繰り返す（Ｓ２４におけるＮ）。つまり、オフセット電圧コントローラ３１２は、変動電圧をモニタし、また、そのモニタしている値に応じてオフセット電圧を調整し続ける。
【００５９】
オフセット電圧コントローラ３１２は、変動電圧値を直接に示すデータを変動電圧コントローラ３１１から取得してもよいし、その値を間接的に示すデータを取得してもよい。オフセット電圧コントローラ３１２は、フォロイング処理開始（シーク処理完了）から、フォロイング処理終了まで、常時、変動電圧のモニタとオフセット電圧の更新を行うことが好ましい。
【００６０】
しかし、設計によっては、特定の期間においてこれらの機能を停止してもよい。例えば、オフセット電圧コントローラ３１２は、エラー回復処理においてはこれらの機能を停止する、あるいは、ヘッド・スライダ１２がデータの書き込み／読み出しを行っている間はこれらの機能を停止してもよい。
【００６１】
図６は、オフセット電圧コントローラ３１２の好ましい機能構成を模式的に示すブロック図である。好ましい構成において、オフセット電圧コントローラ３１２は、オフセット電圧演算部４２１、ローパス・フィルタ４２２、そしてスルーレート・コントローラ４２３を有している。オフセット電圧演算部４２１は、モニタしている変動電圧値と現在のオフセット値とから次のオフセット電圧値を決定する。
【００６２】
オフセット電圧演算部４２１は、ピエゾ素子１７の必要なストローク（変動電圧）を計算し、そのストロークを確保することができるようにオフセット電圧を決定する。好ましい構成において、オフセット電圧演算部４２１は、サーボ・セクタ毎に、変動電圧を取得してオフセット電圧を更新する。これにより、高精度にオフセット電圧を制御することができる。設計によっては、２以上の規定数のサーボ・セクタ毎にオフセット電圧を取得し、その値に応じて新たなオフセット電圧を算出してもよい。
【００６３】
好ましいオフセット電圧の演算方法は、過去及び現在の変動電圧からオフセット電圧を算出する。これにより、より適切なオフセット電圧値を決定することができる。具体的には、オフセット電圧演算部４２１は新たに取得した変動電圧値と過去の複数の変動電圧値を変数とする積算演算を行う。好ましい例において、オフセット電圧演算部４２１は、変動電圧のσを使用する。具体的には、オフセット電圧演算部４２１は、変動電圧値の二乗の移動平均を算出し、さらに、その正の平方根（σとする）を計算する。オフセット電圧演算部４２１は、新たなオフセット電圧をσの定数倍（例えば３σ）の値に設定する。移動平均の演算に使用する数値の数は、特に限定されない。
【００６４】
移動平均を使用してオフセット電圧を決定する構成において、フォロイング処理の間で持ち越すデータは、後のフォロイングにおいて移動平均の算出を可能するデータである。従って、オフセット電圧コントローラ３１２、最後のオフセット電圧の算出に使用した変動電圧の各値を示すデータを次のフォロイング処理に持ち越す。変動電圧の各値を示すデータは、その値そのものあるいはその値の二乗などである。最後に決定したオフセット電圧値を持ち越す場合、オフセット電圧コントローラ３１２は、そのオフセット電圧値の計算における移動平均の算出に使用した各変動電圧値の最も古い値は持ち越さなくともよい。
【００６５】
あるいは、オフセット電圧演算部４２１は、過去の変動電圧の絶対値（二乗のルートに相当）による積算値に、今回の変動電圧の絶対値を加算してもよい。このとき、過去の積算値と新たな絶対値とには、特定の比例定数（典型的には異なる値）をかける。これにより、新たな積算値が得られる。つまり、この積算値は、積算を開始してから全ての変動電圧値の積算値である。オフセット電圧演算部４２１は、この新たな積算値から新たなオフセット電圧値を算出する。例えば、その定数倍（例えば３倍）を、新たなオフセット電圧値として設定する。
【００６６】
一つ前のオフセット電圧値に特定の比例定数をかけた値と、新たな変動電圧値の絶対値に規定の比例定数をかけた値の和は、上記の計算と同じ値を与える。つまり、同一内容の計算である。ここでの比例定数は上の計算における比例定数とは異なる。このように全ての変動電圧値の積算値を使用する計算は、移動平均を使用する上記の計算と比較して必要なメモリ領域が少ない。オフセット電圧演算部４２１は、次のオフセット電圧算出のために、今回の変動電圧値と上記積算値を示すデータのみを必要とするからである。一つ前のオフセット電圧はこの積算値を示すデータである。フォロイング処理の間でオフセット電圧演算部４２１が持ち越すデータも、この積算値を示すデータである。
【００６７】
オフセット電圧演算部４２１は、規定数の過去の変動電圧の絶対値における最大値から、オフセット電圧値を算出してもよい。規定サーボ・セクタ数毎（好ましくは１サーボ・セクタ毎）に変動電圧値を取得しながら、今回の変動電圧値と過去の規定数の変動電圧値との中で、その絶対値が最大の値となる値を次のオフセット電圧値の基準とする。例えば、オフセット電圧演算部４２１は、新たなオフセット電圧値をその最大値の定数倍に設定する。
【００６８】
オフセット電圧の決定に必要なデータは、今回の変動電圧値とこの最大値である。フォロイング処理の間でオフセット電圧演算部４２１が持ち越すデータも、この最大電圧を示すデータである。この演算方法は、上記二つの積算値の算出を行う演算方法と比較して、演算がシンプルである。しかし、オフセット電圧制御における精度の点からは、上記二つの演算方法が好ましい。
【００６９】
図６に示すように、オフセット電圧コントローラ３１２は、オフセット電圧の変化を緩やかにする機能要素を有している。ローパス・フィルタ４２２とスルーレート・コントローラ４２３である。これらは、オフセット電圧の変化速度が大きくなりすぎないように調整する。
【００７０】
ローパス・フィルタ４２２のカット・オフ周波数は、例えば１２０Ｈｚである。ローパス・フィルタ４２２は、オフセット電圧の変化周波数を抑え、サーボ制御の安定性を高めることができる。オフセット電圧コントローラ３１２は、一回のオフセット電圧変化における変化量を制限する。これにより、ローパス・フィルタ４２２と同様に、サーボ制御の安定性を高めることができる。オフセット電圧演算部４２１は、これらの内のいずれか一方のみを有していてもよい。また、オフセット電圧の急激な変化がサーボ制御において問題とならない構成においては省略してもよい。
【００７１】
次に、変動電圧コントローラ３１１の構成を、図７のブロック図を参照して説明する。好ましい構成において、変動電圧コントローラ３１１は、変動電圧演算部４１１に加え、リミッタ４１２を有している。変動電圧演算部４１１は、位置誤差信号から、ピエゾ素子１７の伸縮量を決定し、その伸縮量に応じた変動電圧値を算出する。リミッタ４１２は、変動電圧の可変範囲を定義する。
【００７２】
リミッタ４１２は、変動電圧演算部４１１の出力を、規定の可変範囲内に制限する。好ましい構成において、可変範囲は、オフセット電圧を中心として対称（±同一）である。リミッタ４１２は、オフセット電圧コントローラ３１２からのオフセット電圧出力に応じて、可変範囲は決定する。これにより、オフセット電圧出力に応じて適切な可変範囲を決定し、サーボ制御への影響を避けつつ駆動電圧を小さくすることができる。なお、設計によっては、リミッタ４１２を省略してもよい。
【００７３】
外部振動によりヘッド・スライダ１２の揺れが大きくなり、リミッタ４１２による可変範囲が狭すぎる場合、ピエゾ・コントローラ２３１は、可変範囲を広げることが好ましい。そこで、ピエゾ・コントローラ２３１は、オフセット電圧値を最大値に設定する。これに従って、可変範囲が拡張される。図８のフローチャートに示すように、ピエゾ・コントローラ２３１は、リミッタ４１２への入力あるいは出力をモニタし（Ｓ３１）、変動電圧値の可変範囲の制限値に達する回数が所定の規準を超えており、変動電圧が飽和している場合には（Ｓ３２におけるＹ）、オフセット電圧を規定値（好ましくは最大値）にセットして可変範囲を拡張する（Ｓ３３）。
【００７４】
具体的には、連続する規定数の変動電圧出力値が可変範囲の制限値に達している場合、ピエゾ・コントローラ２３１は、オフセット電圧を最大値に増加させる。あるいは、連続する規定数の変動電圧出力値の内、規定数の変動電圧出力値が上記制限値に達している場合に、ピエゾ・コントローラ２３１は、最大値よりも小さい値にオフセット電圧を増加させてもよい。変動電圧のモニタは、ピエゾ・コントローラ２３１内のいずれの機能要素が行ってもよい。
【００７５】
例えば、リミッタ４１２が変動電圧出力値をモニタし、変動電圧が飽和している場合には、オフセット電圧コントローラ３１２にそれを通知する。オフセット電圧コントローラ３１２はその通知に応答して、オフセット電圧を規定の値に設定する。リミッタ４１２は、その報告と共に自ら可変範囲を拡張してもよいし、オフセット電圧コントローラ３１２からのオフセット電圧出力を待って可変範囲を拡張してもよい。
【００７６】
以上、本発明を好ましい実施形態を例として説明したが、本発明が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。例えば、本発明はＨＤＤに特に有用であるが、それ以外のディスク・ドライブに適用してもよい。本発明は、ヘッド・スライダがリード素子のみを有するディスク・ドライブに適用することができる。本発明の適用範囲は、ピエゾ素子の固定位置及び数により限定されることはない。
【符号の説明】
【００７７】
１  ハードディスク・ドライブ、１０  エンクロージャ、１１  磁気ディスク
１２  ヘッド・スライダ、１３  アーム・エレクトロニクス、
１４  スピンドル・モータ、１５  ボイス・コイル・モータ、１６  アクチュエータ
１７  ピエゾ素子、２０  制御回路基板、２１  リード・ライト・チャネル
２２  モータ・ドライバ・ユニット、２３  ハードディスク・コントローラ／ＭＰＵ
２４  ＲＡＭ、５１  ホスト、２２１  ピエゾ・ドライバ、２２２  ＶＣＭドライバ
２３１  ピエゾ・コントローラ、２３２  ＶＣＭコントローラ
３１１  変動電圧コントローラ、３１２  オフセット電圧コントローラ
４１１  変動電圧演算部、４１２  リミッタ、４２１  オフセット電圧演算部
４２２  ローパス・フィルタ、４２３  スルーレート・コントローラ
【図１】
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【図２】
2011060407.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011060407.tif 000006
【図５】
2011060407.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011060407.tif 000009
【図８】
2011060407.tif 000010