(57)【要約】【課題】  高速かつ高精度にヘッドを位置決めすることができるヘッド位置決め装置を提供する。【解決手段】  ヘッド位置決め装置は、磁気ヘッド１５と、ヘッド支持機構１４と、粗動アクチュエータ１２と、微動アクチュエータ１３と、ヘッド位置検出部７と、ヘッド位置検出部７によって検出されたヘッド位置に基づいて微動アクチュエータ１３を制御する微動制御系８と、粗動アクチュエータ１２に生じる逆起電圧に基づいて、磁気ヘッド１５が移動した距離を示すヘッド移動距離を推定するヘッド移動距離推定部３と、ヘッド移動距離推定部３によって推定されたヘッド移動距離に基づいて粗動アクチュエータ１２を制御する粗動制御系４とを具備する。【選択図】  図１
2004296071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する記録媒体上に情報を記録再生するための磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドを支持しながら前記記録媒体上を回動自在に設けられたヘッド支持機構と、
前記記録媒体上に前記磁気ヘッドを粗く位置決めするために前記ヘッド支持機構を回動させる粗動アクチュエータと、
前記記録媒体上に前記磁気ヘッドを精密に位置決めするために前記ヘッド支持機構に設けられた微動アクチュエータと、
前記磁気ヘッドの位置を示すヘッド位置を検出するヘッド位置検出器と、
前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置に基づいて前記微動アクチュエータを制御する微動制御系とを具備するヘッド位置決め装置において、
前記粗動アクチュエータに生じる逆起電圧に基づいて、前記磁気ヘッドが移動した距離を示すヘッド移動距離を推定するヘッド移動距離推定器と、
前記ヘッド移動距離推定器によって推定された前記ヘッド移動距離に基づいて前記粗動アクチュエータを制御する粗動制御系とをさらに具備することを特徴とするヘッド位置決め装置。
【請求項２】
前記粗動アクチュエータは、ボイスコイルモータによって構成されている請求項１に記載のヘッド位置決め装置。
【請求項３】
前記ヘッド移動距離推定器は、前記逆起電圧に基づいて、前記磁気ヘッドの絶対速度を示すヘッド絶対速度を推定するヘッド絶対速度推定器と、
前記ヘッド絶対速度推定器によって推定された前記ヘッド絶対速度に基づいて前記ヘッド移動距離を推定する粗動移動距離推定器とを含む請求項１に記載のヘッド位置決め装置。
【請求項４】
前記粗動移動距離推定器は、前記ヘッド絶対速度の積分に基づいて前記ヘッド移動距離を推定する請求項３に記載のヘッド位置決め装置。
【請求項５】
前記粗動移動距離推定器は、前記ヘッド移動距離の初期値をゼロとして、前記ヘッド絶対速度の積分に基づいて前記ヘッド移動距離を推定する請求項３に記載のヘッド位置決め装置。
【請求項６】
前記微動制御系は、前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置に基づいて、前記微動アクチュエータを制御するための制御量を生成する微動制御器を含み、
前記微動制御器によって生成された前記制御量に基づいて、前記微動アクチュエータによって前記磁気ヘッドが移動した量を示す微動ヘッド移動量を推定する微動ヘッド移動量推定器をさらに具備しており、
前記粗動移動距離推定器は、前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置から、前記微動ヘッド移動量推定器によって推定された前記微動ヘッド移動量を減算して得られる、前記粗動アクチュエータによって前記磁気ヘッドが移動した量を示す粗動ヘッド移動量を初期値として前記ヘッド移動距離を推定する請求項３に記載のヘッド位置決め装置。
【請求項７】
前記粗動制御系は、前記微動ヘッド移動量推定器によって推定された前記微動ヘッド移動量の大きさと前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置の目標位置に対する誤差とに応じて、前記ヘッド位置から前記微動ヘッド移動量を減算して得られる前記粗動ヘッド移動量と前記粗動移動距離推定器によって推定された前記ヘッド移動距離と前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置とのいずれかを受け取る請求項６に記載のヘッド位置決め装置。
【請求項８】
前記微動制御系は、前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置に基づいて、前記微動アクチュエータを制御するための微動制御量を生成する微動制御器を含んでおり、
前記粗動制御系は、前記ヘッド移動距離推定器によって推定された前記ヘッド移動距離に基づいて、前記粗動アクチュエータを制御するための粗動制御量を生成する粗動制御器を含んでおり、
前記微動制御器によって生成された前記微動制御量と前記粗動制御器によって生成された前記粗動制御量とに基づいて、前記微動アクチュエータによって前記磁気ヘッドが移動した量を示す微動ヘッド移動量を推定する微動ヘッド移動量推定器をさらに具備しており、
前記粗動移動距離推定器は、前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置から、前記微動ヘッド移動量推定器によって推定された前記微動ヘッド移動量を減算して得られる、前記粗動アクチュエータによって前記磁気ヘッドが移動した量を示す粗動ヘッド移動量を初期値として前記ヘッド移動距離を推定する請求項３に記載のヘッド位置決め装置。
【請求項９】
前記粗動制御器は、前記微動ヘッド移動量推定器によって推定された前記微動ヘッド移動量の大きさに応じて、前記ヘッド位置から前記微動ヘッド移動量を減算して得られる前記粗動ヘッド移動量と前記粗動移動距離推定器によって推定された前記ヘッド移動距離とのいずれかを受け取る請求項８に記載のヘッド位置決め装置。
【請求項１０】
前記微動制御系は、前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置に基づいて、前記微動アクチュエータを制御するための制御量を生成する微動制御器と、
前記微動制御器によって生成された前記制御量に基づいて、前記微動アクチュエータを駆動するための駆動信号を生成する微動駆動器とを含んでいる請求項１に記載のヘッド位置決め装置。
【請求項１１】
前記微動アクチュエータは、圧電素子を含み、
前記微動制御系は、前記圧電素子を駆動するための駆動信号を前記圧電素子に供給し、
前記駆動信号のレベルは、前記圧電素子の特性が変化する閾値以下であり、
前記閾値の絶対値は、鉛の分解電圧の絶対値よりも大きい請求項１に記載のヘッド位置決め装置。
【請求項１２】
前記微動制御系は、前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置に基づいて、前記微動アクチュエータを制御するための制御量を生成する微動制御器と、
前記微動制御器によって生成された前記制御量に基づいて、前記駆動信号を生成する微動駆動器と、
前記駆動信号のレベルを前記閾値以下に制限するための信号を、前記微動制御器からの前記制御量に基づいて前記微動駆動器へ供給する駆動信号制限器とを含む請求項１１に記載のヘッド位置決め装置。
【請求項１３】
前記閾値の絶対値は、水の分解電圧の絶対値よりも大きく、
前記駆動信号の電圧Ｖ（ボルト）と前記圧電素子を流れる電流Ｉ（アンペア）とは、
（Ｉ／Ｖ）＜１０-6、
なる関係を満足する請求項１１に記載のヘッド位置決め装置。
【請求項１４】
前記閾値の絶対値は、水の分解電圧の絶対値よりも大きく、
前記駆動信号の電圧Ｖ（ボルト）と前記圧電素子の膜厚ｔ（メートル）とは、
（Ｖ／ｔ）＜２×１０7、
なる関係を満足する請求項１１に記載のヘッド位置決め装置。
【請求項１５】
前記閾値の絶対値は、水の分解電圧の絶対値よりも大きく、
前記駆動信号は、前記圧電素子の電気抵抗が１ＭΩ未満となる電圧を有する請求項１１に記載のヘッド位置決め装置。
【請求項１６】
前記閾値は、温度８５℃、湿度９０％の環境下で５００時間連続駆動しても、前記圧電素子の電気抵抗値が１ＭΩ以上となる条件下で設定されている請求項１１に記載のヘッド位置決め装置。
【請求項１７】
前記微動制御系は、前記圧電素子による補償量がゼロの場合には、前記圧電素子に加える電圧がゼロもしくは前記閾値の２分の１以下で一定値のオフセット電圧を出力し、前記補償量がゼロ以外の場合には、その補償量の値に応じた正負の電圧を前記オフセット電圧に加えて制御駆動する請求項１１に記載のヘッド位置決め装置。
【請求項１８】
前記ヘッド移動距離推定器は、前記粗動アクチュエータに生じる前記逆起電圧に基づいて、前記磁気ヘッドの絶対速度を示すヘッド絶対速度を推定するヘッド絶対速度推定器を含み、
前記粗動制御系は、前記ヘッド移動距離推定器によって推定された前記ヘッド移動距離に基づいて、前記粗動アクチュエータを制御するための粗動制御量を生成する粗動制御器を含み、
前記ヘッド絶対速度推定器によって推定された前記ヘッド絶対速度と前記粗動制御器によって生成された前記粗動制御量とに基づいて、前記ヘッド位置決め装置に作用する外乱力を推定するための外乱補償信号を生成する負荷推定器をさらに具備する請求項１に記載のヘッド位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報が記録または再生されるディスク状記録媒体の上にヘッドを位置決めするためのヘッド位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マルチメディアの進展に伴って、目標位置に高速にヘッドを位置決めして、大容量の映像情報、音声情報および文字情報などを高速に記録再生する高記録密度のディスク装置が、市場から強く要請されている。特に、磁気ディスク装置においては、移動体用の端末装置などに使用する要望が増えているので、磁気ディスク装置をさらに小型化することが必要である。このようなディスク装置の小型化および高記録密度化に伴なって、高精度にヘッドを位置決めする要求がより厳しくなっている。
【０００３】
特に、ディスク装置の小型化に伴なって、ヘッドを位置決めするための位置決め機構に設けられた軸受部の摩擦が、アクチュエータによる駆動制御に影響し、ヘッドの位置決めに対してこの影響が無視できなくなっている。位置決め機構への摩擦の影響は、位置決め精度の低下を引き起こすので、ディスク装置の小型化、高記録密度化に伴なって重要な課題となっている。
【０００４】
ディスク装置に設けられたアクチュエータによる位置決め機構には、直動型と呼ばれるリニアアクチュエータと、揺動型と呼ばれるロータリアクチュエータとがある。このリニアアクチュエータとロータリアクチュエータとは、いずれも転がり軸受部によって案内されている。
【０００５】
このような軸受部は、アクチュエータの駆動によるヘッド支持機構の移動に対して、この移動に反する力である摩擦力を常に生じさせる。例えば、ヘッド支持機構を停止させている状態から駆動を開始するとき、アクチュエータは、軸受部とヘッド支持機構との間の静止摩擦に基づく摩擦力を越える駆動力を生じさせる必要がある。
【０００６】
また、ヘッド支持機構の移動が開始された後は、軸受部とヘッド支持機構との間に、動摩擦に基づく摩擦力が作用する。一般的に、ヘッド支持機構のような可動部を移動させるためには、静止摩擦は動摩擦と比較して、より大きな駆動力を必要とする。このため、このような軸受部を用いた移動動作をおこなう機構においては、静止摩擦と動摩擦との差異により、円滑な移動動作が困難となり、位置決めサーボ制御が正確におこなわれないおそれがある。
【０００７】
さらに、ディスク装置の小型化に伴なって軸受部も小型となるので、ヘッド支持機構の移動に対するこれら摩擦力の影響はより大きくなる。また、ヘッド支持機構も小型軽量となるため、例えば、ヘッドと接続されて電気信号を伝送するフレキシブルプリント回路（以下ＦＰＣと呼ぶ）によって生じる反力も、摩擦力と同様にヘッド支持機構の移動に対して大きく影響してくる。
【０００８】
このように、ディスク装置の小型化に伴なって、軸受部の摩擦力や、ＦＰＣの反力、スピンドル振動によるアクチュエータ振動が、ディスク装置の小型化、高記録密度化に対しての阻害要因となっている。
【０００９】
そこで、磁気ヘッドの高速高精度な位置決めを行うために、今後の磁気ディスク装置は、粗動アクチュエータと微動アクチュエータとの２つの駆動機構を有するように構成されるのが一般的になると予想される。
【００１０】
ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）などの粗動アクチュエータは、シャーシに取り付けられた軸を中心にしてヘッド支持機構を回動させることにより、ヘッド支持機構、スライダおよび磁気ヘッドを動かす。粗動アクチュエータは、主としてシーク／セトリングおよび複数のトラックジャンプなどの長い距離の移動のために使用される。
【００１１】
微動アクチュエータは、磁気ヘッドまたはスライダを駆動する。微動アクチュエータは、主としてトラック追従や１トラックジャンプなどの高速で微小な位置決めを行うために使用される。微動アクチュエータはマイクロアクチュエータ（ＭＡ）とも呼称されている。
【００１２】
磁気ヘッドは磁気ディスク上に記録されたサーボ情報（ヘッドの現在位置情報）を読み取る。このサーボ情報に基づいて、粗動アクチュエータおよび微動アクチュエータを制御することによって、スライダに搭載された磁気ヘッドを磁気ディスク上の任意の位置にアクセスさせ、位置決めすることができる。
【００１３】
従来の粗動アクチュエータに比べて微動アクチュエータは高帯域において制御駆動できるとともに、軸受け摩擦の影響を抑えて磁気ヘッドを位置決めすることが可能である。
【００１４】
粗動アクチュエータと微動アクチュエータとを有する機構部を、一般にピギーバックアクチュエータあるいは２ステージアクチュエータあるいはデュアルステージアクチュエータと呼ぶ。
【００１５】
この２ステージアクチュエータを用いて高速高精度位置決めを行うように構成された制御方式が提案されている。２ステージアクチュエータを用いた制御方式の従来例を以下に示す。
【００１６】
図２４は、特開平４−３６８６７６号公報（特許３０８９７０９号）に記載された２ステージアクチュエータにおけるサーボ制御系の構成を示すブロック図である。
【００１７】
図２４において、微動アクチュエータＧ２（Ｓ）はヘッド信号から検出したヘッド位置誤差（目標位置とヘッドの現在位置位置との誤差）をフィードバックしてヘッド位置決めを行い、粗動アクチュエータＧ１（Ｓ）はヘッド位置誤差に微動アクチュエータＧ２（Ｓ）の変位量を加算した信号をフィードバックして位置決めを行い、協調制御を実現している。
【００１８】
ここで、微動アクチュエータＧ２（Ｓ）は圧電素子によって構成されていて、その変位量は圧電素子への入力信号（入力電圧）に比例しているため、微動アクチュエータＧ２（Ｓ）への入力信号をもとに微動アクチュエータＧ２（Ｓ）の変位量を推定することができる。
【００１９】
また、位置誤差に微動アクチュエータＧ２（Ｓ）の変位量を加算した信号は、目標位置と粗動アクチュエータＧ１（Ｓ）によりヘッドが移動した位置との間の位置誤差に相当する。
【００２０】
このような、制御方式によって、微動アクチュエータＧ２（Ｓ）を動作範囲の中央付近で制御駆動しながら、粗動アクチュエータＧ１（Ｓ）と微動アクチュエータＧ２（Ｓ）との協調制御によってヘッドの高精度位置決めを実現している。
【００２１】
図２５は、特開平１１−２１９５７２号公報（特許３１８０７５２号）に記載された２ステージアクチュエータにおけるサーボ制御系の構成を模式的に示すブロック図である。
【００２２】
図２５において、ヘッド信号から検出したヘッド位置誤差信号２５（目標位置とヘッドの現在位置位置との間の誤差）と、容量センサによって検出した粗動アクチュエータと微動アクチュエータとの相対位置を示す相対位置検出信号２６とを入力制御器２９へフィードバックして微小トラッキングアクチュエータ制御器３０と主アクチュエータ制御器３１との協調制御によってヘッドの高精度位置決めを実現している。
【００２３】
このような、制御方式により、微動アクチュエータを動作範囲の中央付近で制御駆動しながら、粗動アクチュエータと微動アクチュエータとの協調制御によってヘッドの高精度位置決めを実現している。
【特許文献１】特開平４−３６８６７６号公報（特許第３０８９７０９号）
【特許文献２】特開平１１−２１９５７２号公報（特許第３１８０７５２号）
【特許文献３】特開２００２−１３４８０７号公報（特許第３１８０７５２号）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、図２４において示した構成では、ヘッド信号による位置誤差のみに基づいて粗動アクチュエータＧ１（Ｓ）と微動アクチュエータＧ２（Ｓ）とを協調制御しているので、微動アクチュエータＧ２（Ｓ）の変位量が粗動アクチュエータＧ１（Ｓ）への入力信号に加算される。このため、微動アクチュエータＧ２（Ｓ）は粗動アクチュエータＧ１（Ｓ）の動作が外乱になるとともに、粗動アクチュエータＧ１（Ｓ）は微動アクチュエータＧ２（Ｓ）の動作が外乱になる。その結果、残留振動が発生してヘッド位置決めにおける整定時間が長くなるという課題を有していた。
【００２５】
そのため、微動アクチュエータＧ２（Ｓ）の制御帯域を粗動アクチュエータＧ１（Ｓ）の制御帯域に対して高くした構成により、微動アクチュエータＧ２（Ｓ）の動作を支配的にすると、ヘッド位置決めの整定時間が長くなるという課題に対する改善効果があるけれども、協調動作による振動の発生をなくすことはできないという課題を有していた。
【００２６】
また、図２５において示した構成では、微動アクチュエータの粗動アクチュエータに対する変位量を検出するために容量センサを付加しているので、２ステージアクチュエータの構成が複雑になるとともに、付加した容量センサによって質量および慣性モーメントが大きくなるため高速シークおよび高帯域制御ができないという課題を有していた。
【００２７】
本発明の目的は、高速かつ高精度にヘッドを位置決めすることができるヘッド位置決め装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明に係るヘッド位置決め装置は、回転する記録媒体上に情報を記録再生するための磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを支持しながら前記記録媒体上を回動自在に設けられたヘッド支持機構と、前記記録媒体上に前記磁気ヘッドを粗く位置決めするように前記ヘッド支持機構を回動させる粗動アクチュエータと、前記記録媒体上に前記磁気ヘッドを精密に位置決めするために前記ヘッド支持機構に設けられた微動アクチュエータと、前記磁気ヘッドの位置を示すヘッド位置を検出するヘッド位置検出器と、前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置に基づいて前記微動アクチュエータを制御する微動制御系と、前記粗動アクチュエータに生じる逆起電圧に基づいて、前記磁気ヘッドが移動した距離を示すヘッド移動距離を推定するヘッド移動距離推定器と、前記ヘッド移動距離推定器によって推定された前記ヘッド移動距離に基づいて前記粗動アクチュエータを制御する粗動制御系とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように本発明によれば、高速かつ高精度にヘッドを位置決めすることができるヘッド位置決め装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本実施の形態に係るヘッド位置決め装置においては、ヘッド移動距離推定器が粗動アクチュエータに生じる逆起電圧に基づいて、磁気ヘッドが移動した距離を示すヘッド移動距離を推定し、ヘッド移動距離推定器によって推定されたヘッド移動距離に基づいて粗動制御系が粗動アクチュエータを制御する。このため、粗動制御系と微動制御系との間の相互干渉を小さくすることができるので、高周波数帯域における微動制御系の振動に関する粗動制御系と微動制御系との協調制御が可能になる。従って、摩擦、ＦＰＣ反力および振動に起因する位置誤差を抑制しながら磁気ヘッドをトラックに追従させることができる。その結果、高速高精度なヘッド位置決め制御を実現することができる。
【００３１】
前記粗動アクチュエータは、ボイスコイルモータによって構成されていることが好ましい。
【００３２】
前記ヘッド移動距離推定器は、前記粗動アクチュエータに生じる前記逆起電圧に基づいて、前記磁気ヘッドの絶対速度を示すヘッド絶対速度を推定するヘッド絶対速度推定器と、前記ヘッド絶対速度推定器によって推定された前記ヘッド絶対速度に基づいて前記ヘッド移動距離を推定する粗動移動距離推定器とを含んでいることが好ましい。
【００３３】
前記粗動移動距離推定器は、前記ヘッド絶対速度の積分に基づいて前記ヘッド移動距離を推定することが好ましい。
【００３４】
前記粗動移動距離推定器は、前記ヘッド移動距離の初期値をゼロとして、前記ヘッド絶対速度の積分に基づいて前記ヘッド移動距離を推定することが好ましい。
【００３５】
前記微動制御系は、前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置に基づいて、前記微動アクチュエータを制御するための制御量を生成する微動制御器を含んでおり、前記微動制御器によって生成された前記制御量に基づいて、前記微動アクチュエータによって前記磁気ヘッドが移動した量を示す微動ヘッド移動量を推定する微動ヘッド移動量推定器をさらに具備しており、前記粗動移動距離推定器は、前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置から、前記微動ヘッド移動量推定器によって推定された前記微動ヘッド移動量を減算して得られる、前記粗動アクチュエータによって前記磁気ヘッドが移動した量を示す粗動ヘッド移動量を初期値として前記ヘッド移動距離を推定することが好ましい。
【００３６】
前記粗動制御系は、前記微動ヘッド移動量推定器によって推定された前記微動ヘッド移動量の大きさと前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置の目標位置に対する誤差とに応じて、前記ヘッド位置から前記微動ヘッド移動量を減算して得られる前記粗動ヘッド移動量と前記粗動移動距離推定器によって推定された前記ヘッド移動距離と前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置とのいずれかを受け取ることが好ましい。
【００３７】
前記微動制御系は、前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置に基づいて、前記微動アクチュエータを制御するための微動制御量を生成する微動制御器を含んでおり、前記粗動制御系は、前記ヘッド移動距離推定器によって推定された前記ヘッド移動距離に基づいて、前記粗動アクチュエータを制御するための粗動制御量を生成する粗動制御器を含んでおり、前記微動制御器によって生成された前記微動制御量と前記粗動制御器によって生成された前記粗動制御量とに基づいて、前記微動アクチュエータによって前記磁気ヘッドが移動した量を示す微動ヘッド移動量を推定する微動ヘッド移動量推定器をさらに具備しており、前記粗動移動距離推定器は、前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置から、前記微動ヘッド移動量推定器によって推定された前記微動ヘッド移動量を減算して得られる、前記粗動アクチュエータによって前記磁気ヘッドが移動した量を示す粗動ヘッド移動量を初期値として前記ヘッド移動距離を推定することが好ましい。
【００３８】
前記粗動制御器は、前記微動ヘッド移動量推定器によって推定された前記微動ヘッド移動量の大きさに応じて、前記ヘッド位置から前記微動ヘッド移動量を減算して得られる前記粗動ヘッド移動量と前記粗動移動距離推定器によって推定された前記ヘッド移動距離とのいずれかを受け取ることが好ましい。
【００３９】
前記微動制御系は、前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置に基づいて、前記微動アクチュエータを制御するための制御量を生成する微動制御器と、前記微動制御器によって生成された前記制御量に基づいて、前記微動アクチュエータを駆動するための駆動信号を生成する微動駆動器とを含んでいることが好ましい。
【００４０】
前記微動アクチュエータは、圧電素子を含み、前記微動制御系は、前記圧電素子を駆動するための駆動信号を前記圧電素子に供給し、前記駆動信号のレベルは、前記圧電素子の特性が変化する閾値以下であり、前記閾値の絶対値は、鉛の分解電圧の絶対値よりも大きいことが好ましい。
【００４１】
前記微動制御系は、前記ヘッド位置検出器によって検出された前記ヘッド位置に基づいて、前記微動アクチュエータを制御するための制御量を生成する微動制御器と、前記微動制御器によって生成された前記制御量に基づいて、前記駆動信号を生成する微動駆動器と、前記駆動信号のレベルを前記閾値以下に制限するための信号を、前記微動制御器からの前記制御量に基づいて前記微動駆動器へ供給する駆動信号制限器とを含むことが好ましい。
【００４２】
前記閾値の絶対値は、水の分解電圧の絶対値よりも大きく、前記駆動信号の電圧Ｖ（ボルト）と前記圧電素子を流れる電流Ｉ（アンペア）とは、（Ｉ／Ｖ）＜１０-6、なる関係を満足することが好ましい。
【００４３】
前記閾値の絶対値は、水の分解電圧の絶対値よりも大きく、前記駆動信号の電圧Ｖ（ボルト）と前記圧電素子の膜厚ｔ（メートル）とは、（Ｖ／ｔ）＜２×１０7、なる関係を満足することが好ましい。
【００４４】
前記閾値の絶対値は、水の分解電圧の絶対値よりも大きく、前記駆動信号は、前記圧電素子の電気抵抗が１ＭΩ未満となる電圧を有することが好ましい。
【００４５】
前記閾値は、温度８５℃、湿度９０％の環境下で５００時間連続駆動しても、前記圧電素子の電気抵抗値が１ＭΩ以上となる条件下で設定されていることが好ましい。
【００４６】
前記微動制御系は、前記圧電素子による補償量がゼロの場合には、前記圧電素子に加える電圧がゼロもしくは前記閾値の２分の１以下で一定値のオフセット電圧を出力し、前記補償量がゼロ以外の場合には、その補償量の値に応じた正負の電圧を前記オフセット電圧に加えて制御駆動することが好ましい。
【００４７】
前記ヘッド移動距離推定器は、前記粗動アクチュエータに生じる前記逆起電圧に基づいて、前記磁気ヘッドの絶対速度を示すヘッド絶対速度を推定するヘッド絶対速度推定器を含み、前記粗動制御系は、前記ヘッド移動距離推定器によって推定された前記ヘッド移動距離に基づいて、前記粗動アクチュエータを制御するための粗動制御量を生成する粗動制御器を含み、前記ヘッド絶対速度推定器によって推定された前記ヘッド絶対速度と前記粗動制御器によって生成された前記粗動制御量とに基づいて、前記ヘッド位置決め装置に作用する外乱力を推定するための外乱補償信号を生成する負荷推定器をさらに具備することが好ましい。
【００４８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００４９】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１に係るヘッド位置決め装置１００の構成を模式的に示す図であり、図２はヘッド位置決め装置１００の制御ブロック図である。
【００５０】
ヘッド位置決め装置１００は、ヘッド支持機構１４を備えている。ヘッド支持機構１４は、アーム１７を有している。アーム１７は、図示しないシャーシの上に設けられた支軸の回りに回動自在に設けられている。アーム１７の先端には、ヘッド支持部材１８が取り付けられている。
【００５１】
図３（ａ）は、ヘッド支持部材１８の構成を説明するための平面図であり、図３（ｂ）は、その側面図であり、図３（ｃ）は、その下面図であり、図３（ｄ）は、ヘッド支持部材１８に設けられた微動アクチュエータ１３の構成を示す側面図である。
【００５２】
ヘッド支持部材１８の先端には、スライダ１６が設けられている。スライダ１６には、回転する図示しない記録媒体上に情報を記録再生するための磁気ヘッド１５が搭載されている。ヘッド支持部材１８には、２個の微動アクチュエータ１３がヘッド支持部材１８の長手方向に沿って互いに略平行に設けられている。微動アクチュエータ１３は、図示しない記録媒体上に磁気ヘッド１５を精密に位置決めするために設けられている。各微動アクチュエータ１３は、圧電アクチュエータによって構成されており、圧電素子５２２と、圧電素子５２２を挟むように形成された上側電極５２１と下側電極５２３とを含んでいる。微動アクチュエータ１３は、プッシュプル方式によって駆動されるようになっており、圧電素子５２２のひずみ量が拡大機構によって磁気ヘッド１５の変位量に変換されるように構成されている。
【００５３】
アーム１７の支軸に対して磁気ヘッド１５の反対側には、粗動アクチュエータ１２が設けられている。粗動アクチュエータ１２は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）によって構成されており、図示しない記録媒体上に磁気ヘッド１５を粗く位置決めするようにアーム１７を回動させる。
【００５４】
ヘッド位置決め装置１００は、位置決め制御部１１を備えている。位置決め制御部１１には、ヘッド位置検出部７が設けられている。ヘッド位置検出部７は、磁気ヘッド１５の位置を示すヘッド位置Ｐｈｅａｄを検出して減算器６２Ｓへ与える。減算器６２Ｓは、ヘッド位置検出部７によって検出されたヘッド位置Ｐｈｅａｄと目標位置Ｒとの間の差分を表す位置誤差信号Ｐｅを生成する。
【００５５】
位置決め制御部１１は、微動制御系８を有している。微動制御系８には、微動制御部９が設けられている。
【００５６】
図４は、微動制御部９の構成を説明するためのブロック図である。微動制御部９は、積分器６２Ｉを有している。積分器６２Ｉは、減算器６２Ｓによって生成された位置誤差信号Ｐｅに基づいて位置誤差積分信号Ｐｅｉを生成し、微動制御部９に設けられた乗算器６２０へ供給する。乗算器６２０は、積分器６２Ｉから供給された位置誤差積分信号Ｐｅｉに積分ゲインＫｉを乗じて、微動制御部９に設けられた乗算器６２１へ供給する。乗算器６２１は、乗算器６２０からの出力に比例ゲインＫｐを乗じて微動制御量Ｃｍａを生成して微動駆動部１０へ供給する。
【００５７】
微動駆動部１０は、微動制御部９によって供給された微動制御量Ｃｍａに基づいて、微動アクチュエータ１３を駆動するための駆動信号Ｕｍａを生成し微動アクチュエータ１３へ供給する。
【００５８】
位置決め制御部１１は、ヘッド移動距離推定部３を有している。ヘッド移動距離推定部３には、ヘッド絶対速度推定部２が設けられている。
【００５９】
図５は、ヘッド絶対速度推定部２の構成を示す回路図である。粗動アクチュエータ１２に設けられたコイル５１１と直列に検出抵抗５１２が設けられている。この検出抵抗５１２の両端に制御信号に比例した制御駆動電流が流れるようにドライバＬＳＩ６３がその両端に電圧を加える。差動検出部５１４と５１７とによって、粗動アクチュエータ１２によって駆動される磁気ヘッド１５の移動速度に比例した逆起電圧信号Ｖｂｅｍｆを検出し、その逆起電圧信号Ｖｂｅｍｆに速度変換ゲインＫｂを乗じて、粗動アクチュエータ１２によって駆動される磁気ヘッド１５の絶対速度Ｖｖｃｍを生成する。
【００６０】
ヘッド移動距離推定部３は、粗動移動距離推定部１を有している。粗動移動距離推定部１は、ヘッド絶対速度推定部２によって生成された磁気ヘッド１５の絶対速度Ｖｖｃｍに基づいて磁気ヘッド１５が移動した距離を示すヘッド移動距離を推定して減算器６３Ｓへ供給する。
【００６１】
減算器６３Ｓは、粗動移動距離推定部１によって推定されたヘッド移動距離と目標位置Ｒとの間の差分を示す推定位置誤差信号Ｐｅ＿ｖｃｍを生成する。
【００６２】
位置決め制御部１１は、粗動制御系４を有している。図６は、粗動制御系４の構成を説明するためのブロック図である。粗動制御系４には、粗動制御部５が設けられている。粗動制御部５は、積分フィードバックゲイン６３１と位置誤差フィードバックゲイン６３２と速度フィードバックゲイン６３３とを有している。積分フィードバックゲイン６３１は、減算器６３Ｓによって生成された推定位置誤差信号Ｐｅ＿ｖｃｍを積分した値にフィードバックゲインＫｉを乗算して加算器６３Ａへ出力する。位置誤差フィードバックゲイン６３２は、減算器６３Ｓによって生成された推定位置誤差信号Ｐｅ＿ｖｃｍにフィードバックゲインＫｐを乗算して加算器６３Ａへ出力する。速度フィードバックゲイン６３３は、後述する状態推定器６３４から出力された推定速度Ｖｅ＿ｖｃｍにフィードバックゲインＫｖを乗算して加算器６３Ａへ出力する。
【００６３】
加算器６３Ａは、積分フィードバックゲイン６３１からの出力と位置誤差フィードバックゲイン６３２からの出力と速度フィードバックゲイン６３３からの出力とを加算した粗動制御量Ｃｖｃｍを粗動駆動部６と状態制御器６３４とへ供給する。
【００６４】
状態制御器６３４は、粗動制御部５からの粗動制御量Ｃｖｃｍと状態推定器６３４の推定誤差を低減するための補償信号Ｐｅｅとに基づいて、推定ヘッド移動速度信号Ｖｅ３と推定移動位置信号Ｘｅ３とを生成し、生成した推定ヘッド移動速度信号Ｖｅ３を粗動制御部５の速度フィードバックゲイン６３３へ供給し、生成した推定移動位置信号Ｘｅ３を加算器６３４Ａへ供給する。
【００６５】
図７は、状態推定器６３４の構成を示すブロック図である。状態推定器６３４には、ＶＣＭ状態推定ゲイン６３４Ｇと入力変数６３４Ｂとが設けられている。ＶＣＭ状態推定ゲイン６３４Ｇは、加算器６３４Ａから供給された補償信号ＰｅｅにゲインＫｅを乗算して加算器６３４Ａ２へ出力する。入力変数６３４Ｂは、粗動制御部５から供給された粗動制御量Ｃｖｃｍに変数Ｂを乗算して加算器６３４Ａ２へ出力する。
【００６６】
加算器６３４Ａ２は、ＶＣＭ状態推定ゲイン６３４Ｇからの出力と入力変数６３４Ｂからの出力とを加算して積分要素６３４Ｉに与える。積分要素６３４Ｉからの出力は、出力変数６３４Ｃへ与えられるとともに、状態変数６３４Ａによって変数Ｂが乗算されて加算器６３４Ａ２へフィードバックされる。
【００６７】
加算器６３４Ａは、状態制御器６３４から供給された推定移動位置信号Ｘｅ３と微動アクチュエータ１３による推定ヘッド位置信号Ｘｅ２とを加算して、微動アクチュエータ１３と粗動アクチュエータ１２とによる総合推定ヘッド位置信号Ｘｅを演算し、減算器６３４Ｓへ出力する。
【００６８】
減算器６３４Ｓは、ヘッド位置検出部７によって検出されたヘッド位置信号Ｐｈｅａｄから総合推定ヘッド位置信号Ｘｅを減算した補償信号Ｐｅｅを生成して状態制御器６３４へ供給する。
【００６９】
粗動制御系４は、粗動駆動部６を有している。粗動駆動部６は、粗動制御部５によって生成された粗動制御量Ｃｖｃｍに基づいて、粗動アクチュエータ１２を駆動するための駆動信号Ｕｖｃｍを生成して粗動アクチュエータ１２へ供給する。
【００７０】
以上、説明した位置決め制御部１１により、微動アクチュエータ１３は磁気ヘッド１５の位置を示すヘッド位置Ｐｈｅａｄに基づいて、磁気ディスク上に形成された目標トラックの上に磁気ヘッド１５を位置決めするように制御駆動されるとともに、粗動アクチュエータ１２は磁気ヘッド１５の位置を示すヘッド位置Ｐｈｅａｄとは独立に磁気ヘッド１５を磁気ディスク上に形成された目標トラックの付近に位置決め（静止）するように制御駆動される。
【００７１】
図８（ａ）は、実施の形態１に係るヘッド位置決め装置１００におけるヘッド位置誤差の時間的変化を示すシミュレーション結果であり、図８（ｂ）は、ＶＣＭ移動量の時間的変化を示すシミュレーション結果であり、図８（ｃ）は、従来のヘッド位置決め装置におけるヘッド位置誤差の時間的変化を示すシミュレーション結果であり、図８（ｄ）は、従来のヘッド位置決め装置におけるＶＣＭ移動量の時間的変化を示すシミュレーション結果である。
【００７２】
シミュレーション条件は、次の通りである。
【００７３】
回転数：３０００ｒ／ｍｉｎ
トラック密度：７００００ｔｒａｃｋ／ｉｎｃｈ
トラックピッチ：０．３６μｍ
サンプリング周波数：１５ｋＨｚ
サーボ帯域：１．５ｋＨｚ
図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施の形態１の条件で、粗動アクチュエータのサーボループにVCM逆起電圧をもとにした粗動アクチュエータの移動量、速度を有する場合のシミュレーション結果を示している。図８（ａ）および図８（ｂ）に示されるように、微動アクチュエータ１３への印加電圧が制限されながらも、安定に位置決め精度を維持することが可能である。
【００７４】
このように実施の形態１では、２ステージアクチュエータの協調制御によるヘッド位置決め制御おいて、微動アクチュエータ１３はヘッド位置信号Ｐｈｅａｄにもとづくヘッド位置誤差信号Ｐｅをフィードバック制御するとともに、粗動アクチュエータ１２は粗動アクチュエータ１２からの逆起電圧信号Ｖｂｅｍｆを入力とする推定器に積分器を付加して粗動アクチュエータ１２によるヘッド移動距離を推定して、その推定値をもとにした粗動アクチュエータ１２による位置誤差信号をフィードバック制御して協調制御を行っている。
【００７５】
以上のように実施の形態１によれば、逆起電圧信号による推定速度をもとに粗動アクチュエータによるヘッドの移動距離を推定し、推定した移動距離で粗動制御系を構成するとともに、ヘッド位置信号によるヘッド位置誤差をもとに微動制御系を構成することにより、２つのアクチュエータの動作の相互干渉を小さくして高帯域に協調制御が可能となる。このため、摩擦やＦＰＣ反力、振動による位置誤差を抑制しながらヘッドをトラックに追従させることが可能となり、高速高精度なヘッド位置決め制御を実現することができる。
【００７６】
その結果、振動や静止摩擦によるヘッド位置決め動作への影響を受けずに、２ステージアクチュエータの相互の干渉を小さくして安定な動作で位置決めサーボ制御ができるという優れた効果を有するヘッド位置決め制御装置を提供することができる。
【００７７】
（実施の形態２）
図９は、実施の形態２に係るヘッド位置決め装置１００Ａの構成を模式的に示す構成図である。実施の形態１において図１を参照して前述したヘッド位置決め装置１００の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００７８】
前述したヘッド位置決め装置１００と異なる点は、位置決め制御部１１の替わりに位置決め制御部１１Ａを備えている点である。位置決め制御部１１Ａは、粗動制御系４Ａを備えている。
【００７９】
図１０は、粗動制御系４Ａの構成を説明するためのブロック図である。粗動制御系４Ａには、粗動制御部５Ａが設けられている。粗動制御部５Ａは、速度フィードバックゲイン６３３を有している。速度フィードバックゲイン６３３は、ヘッド絶対速度推定部２によって推定された磁気ヘッド１５の絶対速度ＶｖｃｍにフィードバックゲインＫｖを乗算して加算器６３Ａへ出力する。
【００８０】
加算器６３Ａは、積分フィードバックゲイン６３１からの出力と位置誤差フィードバックゲイン６３２からの出力と速度フィードバックゲイン６３３からの出力とを加算した粗動制御量Ｃｖｃｍを粗動駆動部６へ供給する。
【００８１】
以上のような構成をとることにより、粗動アクチュエータ１２による磁気ヘッド１５の移動速度をゼロにするように粗動制御部５Ａは粗動アクチュエータ１２を粗動駆動部６を介して制御駆動する。
【００８２】
すなわち、実施の形態２では、粗動アクチュエータ１２によって磁気ヘッド１５を磁気ディスク上の目標トラックの近傍において静止させ、微動アクチュエータ１３のみで磁気ヘッド１５を目標トラックに追従させる。
【００８３】
以上のように実施の形態２によれば、逆起電圧信号Ｖｂｅｍｆによる推定速度をもとに粗動アクチュエータ１２による磁気ヘッド１５の移動距離を推定し、推定した移動距離で粗動制御系４Ａを構成するとともに、ヘッド位置信号Ｐｈｅａｄによるヘッド位置誤差Ｐｅをもとに微動制御系８を構成することにより、２つのアクチュエータの動作の相互干渉を小さくして高帯域に協調制御が可能となる。このため、摩擦やＦＰＣ反力、振動による位置誤差を抑制しながら磁気ヘッド１５をトラックに追従させることが可能となり、高速高精度なヘッド位置決め制御を実現することができる。
【００８４】
その結果、振動や静止摩擦によるヘッド位置決め動作への影響を受けずに、２ステージアクチュエータにおける相互の干渉を小さくして安定な動作で位置決めサーボ制御ができるという優れた効果を有するヘッド位置決め制御装置を提供することができる。
【００８５】
（実施の形態３）
図１１は実施の形態３に係るヘッド位置決め装置１００Ｂの構成を模式的に示す構成図であり、図１２はヘッド位置決め装置１００Ｂの制御ブロック図である。実施の形態１において図１を参照して前述したヘッド位置決め装置１００の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。前述したヘッド位置決め装置１００と異なる点は、微動ヘッド移動量推定部７０と減算器７０Ｓとセレクタ６３Ｃとをさらに備えている点である。
【００８６】
微動ヘッド移動量推定部７０は、微動制御部９によって生成された微動制御量Ｃｍａに基づいて、微動アクチュエータ１３によって磁気ヘッド１５が移動した量を示す微動ヘッド移動量Ｘｍａを推定する。
【００８７】
減算器７０Ｓは、微動ヘッド移動量推定部７０によって推定された微動ヘッド移動量Ｘｍａを、ヘッド位置検出部７によって検出されたヘッド位置Ｐｈｅａｄから減算して得られた、粗動アクチュエータ１２によるヘッド移動量Ｘｖｃｍを粗動移動距離推定部１およびセレクタ６３Ｃへ供給する。
【００８８】
粗動移動距離推定部１は、減算器７０Ｓから供給されたヘッド移動量Ｘｖｃｍを初期値として、ヘッド絶対速度推定部２によって生成された磁気ヘッド１５の絶対速度Ｖｖｃｍに基づいてヘッド移動距離を推定し、セレクタ６３Ｃへ供給する。
【００８９】
セレクタ６３Ｃは、微動ヘッド移動量推定部７０によって推定された微動ヘッド移動量Ｘｍａがトラックピッチの１０％以上になる場合には、減算器７０Ｓから供給されたヘッド移動量Ｘｖｃｍを選択して減算器６３Ｓへ供給する。微動ヘッド移動量Ｘｍａがトラックピッチの１０％よりも小さい場合には、粗動移動距離推定部１によって推定されたヘッド移動距離を選択して減算器６３Ｓへ供給する。
【００９０】
このように、微動アクチュエータ１３は磁気ヘッド１５のヘッド位置Ｐｈｅａｄをもとに磁気ヘッド１５を磁気ディスク上の目標トラックに位置決めするように制御駆動されるとともに、微動アクチュエータ１５の変位量がしきい値よりも小さい場合には、粗動アクチュエータ１２はヘッド位置Ｐｈｅａｄとは独立に磁気ヘッド１５を磁気ディスク上の目標トラック付近に位置決め（静止）するように制御駆動される。
【００９１】
以上のように、実施の形態３によれば、逆起電圧信号Ｖｂｅｍｆによる推定速度をもとに粗動アクチュエータ１２による磁気ヘッド１５の移動距離を推定し、推定した移動距離で粗動制御系４を構成するとともに、ヘッド位置信号Ｐｈｅａｄによるヘッド位置誤差をもとに微動制御系８を構成することにより、２つのアクチュエータの動作の相互干渉を小さくして高帯域に協調制御が可能となる。このため、摩擦やＦＰＣ反力、振動による位置誤差を抑制しながら磁気ヘッドをトラックに追従させることが可能となり、高速高精度なヘッド位置決め制御を実現することができる。
【００９２】
その結果、振動や静止摩擦によるヘッド位置決め動作への影響を受けずに、２ステージアクチュエータにおける相互の干渉を小さくして安定な動作で位置決めサーボ制御ができるという優れた効果を有するヘッド位置決め制御装置を提供することができる。
【００９３】
（実施の形態４）
図１３Ａは、実施の形態４に係るヘッド位置決め装置１００Ｃの構成を模式的に示す構成図である。図１３Ｂは、実施の形態４に係るヘッド位置決め装置１００Ｃの制御ブロック図である。図１３Ｃは、実施の形態４に係るヘッド位置決め装置１００Ｃに設けられた粗動制御系４の構成を説明するためのブロック図である。
実施の形態３において図１１および図１２を参照して前述したヘッド位置決め装置１００Ｂの構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００９４】
前述したヘッド位置決め装置１００Ｂと異なる点は、微動ヘッド移動量推定部７０と減算器７０Ｓとの替わりにヘッド移動量推定部７１と減算器７１Ｓとを備えている点である。
【００９５】
ヘッド移動量推定部７１は、微動制御部９によって生成された微動制御量Ｃｍａと粗動制御部５によって生成された粗動制御量Ｃｖｃｍとに基づいて、微動アクチュエータ１３および粗動アクチュエータ１２によって磁気ヘッド１５が移動した量を示すヘッド移動量Ｘｍａ２を推定する。
【００９６】
減算器７１Ｓは、ヘッド移動量推定部７１によって推定されたヘッド移動量Ｘｍａ２を、ヘッド位置検出部７によって検出されたヘッド位置Ｐｈｅａｄから減算して得られた、微動アクチュエータ１３および粗動アクチュエータ１２によるヘッド移動量Ｘｖｃｍ２を粗動移動距離推定部１およびセレクタ６３Ｃへ供給する。
【００９７】
粗動移動距離推定部１は、減算器７１Ｓから供給されたヘッド移動量Ｘｖｃｍ２を初期値として、ヘッド絶対速度推定部２によって生成された磁気ヘッド１５の絶対速度Ｖｖｃｍに基づいてヘッド移動距離を推定し、セレクタ６３Ｃへ供給する。
【００９８】
セレクタ６３Ｃは、微動ヘッド移動量推定部７１によって推定された微動ヘッド移動量Ｘｍａ２がトラックピッチの１０％以上になる場合には、減算器７１Ｓから供給されたヘッド移動量Ｘｖｃｍ２を選択して減算器６３Ｓへ供給する。微動ヘッド移動量Ｘｍａ２がトラックピッチの１０％よりも小さい場合には、粗動移動距離推定部１によって推定されたヘッド移動距離を選択して減算器６３Ｓへ供給する。
【００９９】
このように、微動アクチュエータ１３はヘッド位置Ｐｈｅａｄをもとに磁気ヘッド１５を磁気ディスク上の目標トラックに位置決めするように制御駆動されるとともに、微動アクチュエータ１３の変位量がしきい値よりも小さい場合、粗動アクチュエータ１２はヘッド位置Ｐｈｅａｄとは独立に磁気ヘッド１５を磁気ディスク上の目標トラック付近に位置決め（静止）するように制御駆動される。
【０１００】
以上のように実施の形態４によれば、逆起電圧信号Ｖｂｅｍｆによる推定速度をもとに粗動アクチュエータ１２による磁気ヘッド１５の移動距離を推定し、推定した移動距離で粗動制御系４を構成するとともに、ヘッド位置信号Ｐｈｅａｄによるヘッド位置誤差をもとに微動制御系８を構成することにより、２つのアクチュエータの動作の相互干渉を小さくして高帯域に協調制御が可能となる。このため、摩擦やＦＰＣ反力、振動による位置誤差を抑制しながら磁気ヘッド１５をトラックに追従させることが可能となり、高速高精度なヘッド位置決め制御を実現することができる。
【０１０１】
その結果、振動や静止摩擦によるヘッド位置決め動作への影響を受けずに、２ステージアクチュエータにおける相互の干渉を小さくして安定な動作で位置決めサーボ制御ができるという優れた効果を有するヘッド位置決め制御装置を提供することができる。
【０１０２】
（実施の形態５）
図１４は、実施の形態５に係るヘッド位置決め装置１００Ｄの構成を模式的に示す構成図である。実施の形態１において図１を参照して前述したヘッド位置決め装置１００の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。前述したヘッド位置決め装置１００と異なる点は、負荷推定部６８をさらに備えており、粗動制御系４の替わりに粗動制御系４Ｄを備えている点である。
【０１０３】
図１５は、負荷推定部６８の構成を示すブロック図である。負荷推定部６８は、ヘッド絶対速度推定部２によって推定された磁気ヘッド１５の絶対速度Ｖｖｃｍと粗動制御部５によって生成された粗動制御量Ｃｖｃｍとに基づいて、ヘッド位置決め装置１１０Ｄのヘッド支持機構１４に作用する外乱力を推定するための外乱補償信号Ｕｆを生成する。
【０１０４】
負荷推定部６８には、アクチュエータモデル６８１が設けられている。アクチュエータモデル６８１は、粗動アクチュエータ１２による磁気ヘッド１５の移動に関する伝達関数を、電気回路による同一の伝達関数でモデル化しており、ヘッド絶対速度推定部２によって推定された磁気ヘッド１５の絶対速度Ｖｖｃｍに基づいて、粗動アクチュエータ１２による磁気ヘッド１５の加速度を推定する加速度推定信号を生成して比較器６８３に供給する。
【０１０５】
負荷推定部６８は、安定化補償器６８２を有している。安定化補償器６８２は、ヘッド絶対速度推定部２によって推定された磁気ヘッド１５の絶対速度Ｖｖｃｍと粗動制御部５によって生成された粗動制御量Ｃｖｃｍとに基づいて加速度信号を演算して比較器６８３に供給する。
【０１０６】
比較器６８３は、アクチュエータモデル６８１から供給された加速度推定信号と安定化補償器６８２から供給された加速度信号とを比較して、その差を負荷推定信号Ｆｅ２として外乱制御部６８４へ供給する。外乱制御部６８４は、比較器６８３から供給された負荷推定信号Ｆｅ２を制御信号のディメンジョンに変更した外乱補償信号Ｕｆを、粗動制御系４Ｄに設けられた加算器６４Ａへ出力する。
【０１０７】
加算器６４Ａは、粗動制御部５によって生成された粗動制御量Ｃｖｃｍに、負荷推定部６８によって生成された外乱補償信号Ｕｆを加えて粗動駆動部６および負荷制御部６８へ供給する。
【０１０８】
このように、粗動アクチュエータ１２に加わる外部振動等の力外乱によって生じる大変位のオフトラックを、粗動制御系４Ｄから供給される外乱補償信号Ｕｆによって補償することができる。
【０１０９】
以上のように実施の形態５によれば、微動アクチュエータ１３は磁気ヘッド１５のヘッド位置Ｐｈｅａｄをもとに磁気ヘッド１５を磁気ディスク上の目標トラックに位置決めするように制御駆動されるとともに、粗動アクチュエータ１２は、外部からの力の外乱を推定するフィードフォワード補償によって、磁気ヘッド１５のヘッド位置Ｐｈｅａｄとは独立に磁気ヘッド１５を磁気ディスク上の目標トラック付近に位置決め（静止）するように制御駆動される。
【０１１０】
（実施の形態６）
図１６は、実施の形態６に係るヘッド位置決め装置１００Ｅの構成を模式的に示す構成図である。実施の形態３において図１１を参照して前述したヘッド位置決め装置１００Ｂの構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。前述したヘッド位置決め装置１００Ｂと異なる点は、セレクタ６３Ｃの替わりにセレクタ６３Ｃ２を備えている点および微動制御系８Ｅがセレクタ６４Ｃを備えている点である。
【０１１１】
セレクタ６３Ｃ２は、減算器６２Ｓによって生成された位置誤差信号Ｐｅの大きさが１トラック以上である場合には、ヘッド位置検出部７によって検出されたヘッド位置Ｐｈｅａｄを選択して減算器６３Ｓへ供給する。
【０１１２】
減算器６２Ｓによって生成された位置誤差信号Ｐｅの大きさが１トラック未満である場合には、セレクタ６３Ｃ２は、微動ヘッド移動量推定部７０によって推定された微動ヘッド移動量Ｘｍａがトラックピッチの１０％以上であるときには、減算器７０Ｓから供給されたヘッド移動量Ｘｖｃｍを選択して減算器６３Ｓへ供給し、微動ヘッド移動量Ｘｍａがトラックピッチの１０％よりも小さいときには、粗動移動距離推定部１によって推定されたヘッド移動距離を選択して減算器６３Ｓへ供給する。
【０１１３】
セレクタ６４Ｃは、位置誤差信号Ｐｅが１トラック以上の場合には、ゼロもしくは所定のしきい値以下の一定電圧値を選択して微動駆動部１０および微動ヘッド移動量推定部７０へ供給し、位置誤差信号Ｐｅが１トラック未満の場合には微動制御部９によって生成された微動制御量Ｃｍａを選択して微動駆動部１０および微動ヘッド移動量推定部７０へ供給する。
【０１１４】
微動アクチュエータ１３は、薄膜ＰＺＴ素子によって構成されており、ここでの所定のしきい値とは、鉛もしくは水の分解電圧、あるいは薄膜ＰＺＴ素子の電気抵抗値が変化しない電圧値である。
【０１１５】
以上のように実施の形態６によれば、微動アクチュエータ１３は磁気ヘッド１５のヘッド位置Ｐｈｅａｄをもとに磁気ヘッド１５を磁気ディスク上の目標トラックに位置決めするように制御駆動されるとともに、微動アクチュエータ１３の変位量がしきい値以下の場合、粗動アクチュエータ１２は磁気ヘッド１５のヘッド位置Ｐｈｅａｄとは独立に磁気ヘッド１５を磁気ディスク上の目標トラック付近に位置決め（静止）するように制御駆動される。
【０１１６】
（実施の形態７）
図１７は、実施の形態７に係るヘッド位置決め装置の構成を模式的に示す構成図である。実施の形態１において図１を参照して前述したヘッド位置決め装置１００の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。前述したヘッド位置決め装置１００と異なる点は、微動制御系８の替わりに微動制御系８Ｆを備えており、微動制御系８Ｆが駆動信号制限器１９を含む点である。
【０１１７】
駆動信号制限器１９は、微動アクチュエータ１３を駆動するために微動駆動部１０が供給する駆動信号Ｕｍａのレベルを、微動アクチュエータ１３を構成する圧電素子の特性が変化する閾値以下に制限するための信号を、微動制御部９からの微動制御量Ｃｍａに基づいて微動駆動部１０へ供給する。
【０１１８】
この閾値の絶対値は、鉛の分解電圧の絶対値よりも大きい。好ましくは、この閾値の絶対値は、水の分解電圧の絶対値よりも大きく、駆動信号Ｕｍａの電圧Ｖ（ボルト）と圧電素子を流れる電流Ｉ（アンペア）とは、
（Ｉ／Ｖ）＜１０-6、
なる関係を満足する。
【０１１９】
より好ましくは、この閾値の絶対値は、水の分解電圧の絶対値よりも大きく、駆動信号Ｕｍａの電圧Ｖ（ボルト）と圧電素子の膜厚ｔ（メートル）とは、
（Ｖ／ｔ）＜２×１０7、
なる関係を満足する。
【０１２０】
さらに好ましくは、この閾値の絶対値は、水の分解電圧の絶対値よりも大きく、
駆動信号Ｕｍａは、圧電素子の電気抵抗が１ＭΩ未満となる電圧を有する。
【０１２１】
さらに好ましくは、この閾値は、温度８５℃、湿度９０％の環境下で５００時間連続駆動しても、圧電素子の電気抵抗値が１ＭΩ以上となる条件下で設定されている。
【０１２２】
さらに好ましくは、微動制御系８Ｆは、圧電素子による補償量がゼロの場合には、圧電素子に加える電圧がゼロもしくは閾値の２分の１以下で一定値のオフセット電圧を出力し、補償量がゼロ以外の場合には、その補償量の値に応じた正負の電圧をオフセット電圧に加えて制御駆動する。
【０１２３】
図１８は、実施の形態７に係るヘッド位置決め装置の圧電素子内の酸化鉛の電気化学反応を説明するためのグラフである。図１８を参照して、圧電素子の電気化学反応による腐食について、圧電素子がＰＺＴ素子の場合を例に説明する。ＰＺＴ素子は代表的なセラミック圧電材料の１つであり、化学記号は、
Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3  …………………………………………………（式１）で表される。このＰＺＴ素子は、一般には粉体製造と焼成工程により焼結化することで製造される。また、薄膜のＰＺＴ素子はゾル−ゲル法やＣＶＤ法（化学的気相成長）、スパッタリングなどにより成膜されている。
【０１２４】
ＰＺＴ薄膜の例としては組成式で、
｛Ｐｂ（Ｚｒ0.53Ｔｉ0.47）Ｏ3｝0.8＋（ＰｂＯ）0.2  ……………（式２）などがある。これは、Ｚｒ：Ｔｉの比が５３：４７で、ＰｂＯが２０％過剰に含まれている素子である。この酸化鉛ＰｂＯは、プロセス時に素子中に入る水分、あるいは動作時において雰囲気中から素子内に入り込む水分によって電気化学反応が発生する。酸化鉛ＰｂＯの化学反応は次の通りである。
【０１２５】
ＰＺＴ素子内の水素イオン指数ＰＨ：ＰＨ＞９のとき、
ＰｂＯ＋Ｈ2Ｏ→Ｈ+＋ＨＰｂＯ2-  ………………………………（式３）
ＰＨ＜９のとき、
ＰｂＯ＋Ｈ2Ｏ→Ｐｂ2+＋２ＯＨ-  ……………………………………（式４）
よって、図１８に示すように、酸化鉛ＰｂＯは、ＰＨ＝９近傍で最も安定であり、酸性になるにつれ、鉛イオンＰｂ2+が発生する。すなわち、ＰＺＴ素子内の酸化鉛ＰｂＯは素子内に入った水分と反応して鉛イオンとなる。
【０１２６】
図１９は、実施の形態７に係るヘッド位置決め装置の圧電素子内の電気化学反応を示す概略図である。図１９に示すように、ＰＺＴ素子の両側にＰｔ電極が配置され、電圧が加えられる。この場合の正極側、負極側における鉛の析出を含む電気化学反応は次のような化学式で表される。
【０１２７】
正極側
４ＯＨ-→２Ｈ2Ｏ＋Ｏ2＋４ｅ-   ………………………………………（式５）
負極側
Ｐｂ2+＋２ｅ-→Ｐｂ    …………………………………………………（式６）
（式５）より、正極側では水酸化イオンから水と酸素が発生し、（式６）より、負極側には鉛が析出することになる。この反応をまとめると次のようになる。
【０１２８】
２Ｐｂ2+＋４ＯＨ-→２Ｐｂ＋２Ｈ2Ｏ＋Ｏ2  ………………………（式７）
すなわち、ＰＺＴ素子に電圧を加えて微動アクチュエータ１３を駆動することによって鉛が電極に析出する。そして、最終的には正負の電極が鉛によってショート（短絡）してしまう可能性がある。
【０１２９】
上記はＰＺＴ素子に対して過剰に含まれているＰｂＯについての説明であったが、ＰＺＴ素子自体の構成要素の鉛Ｐｂ成分についても、電圧印加に伴う水の電気分解によって、鉛イオンが析出する。
【０１３０】
水の電気分解（電気化学反応）は次のようになる。
【０１３１】
正極側
２Ｈ2Ｏ→Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-   …………………………………………（式８）
負極側
２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2    ……………………………………………………（式９）
正極側では酸素が発生し、負極側には水素イオンが引き付けられ、水素が発生する。ここで、負極近傍ではＰＺＴ素子内の鉛が水素に比べてイオン化傾向が高いために、以下のような化学反応が発生する。
【０１３２】
Ｐｂ＋２Ｈ+→Ｐｂ2+＋Ｈ2  ……………………………………（式１０）
Ｐｂ2+＋２ｅ-→Ｐｂ   …………………………………………（式１１）
すなわち、水の電気分解で発生した水素イオンによって鉛がイオン化し、さらにはその鉛イオンが負極電極に析出する。
【０１３３】
しかしながら、鉛の析出や電気分解などの化学反応は、ある電圧のしきい値を超えて急激に反応が加速されるという特徴がある。
【０１３４】
図２０は、実施の形態７に係る鉛が析出する電気化学反応における印加電圧（電位差）と圧電素子に流れる電流との関係を示すグラフである。電気化学反応における加えられる電圧（電位差）とＰＺＴ素子に流れる電流との関係を表す図２０より、電位差Ｖ１以上で反応が進み、電気分解に比例して素子内を流れる電流が大きくなっていく。この反応が進み出す電位は理論分解電圧と呼ばれる。理論分解電圧は（式５）と（式６）の反応で０．５７２Ｖであり、（式８）と（式９）の反応で１．２２９Ｖである。電位差Ｖ１が鉛の理論分解電圧を表し、電位差Ｖ２が水の理論分解電圧を表している。
【０１３５】
ところが、実際に電気分解が進み酸素が発生するためには理論分解電圧に酸素過電圧と呼ばれる電圧を加える必要がある。すなわち、理論分解電圧に酸素過電圧を加えた電圧を印加することにより、電気化学反応が進むことになる。この酸素過電圧は０．３７〜０．４７Ｖ程度である。言いかえると、ＰＺＴ素子に電圧を加えて微動アクチュエータを制御駆動する場合、（式５）と（式６）の反応が進行する電圧値は、
０．５２７Ｖ＋（０．３７〜０．４７Ｖ）≒０．９〜１．０Ｖとなる。また、（式８）と（式９）の反応が進行する電圧値は、
１．２２９Ｖ＋（０．３７〜０．４７Ｖ）≒１．６〜１．７Ｖとなる。すなわち、１Ｖ以下では、鉛の析出する電気化学反応はほとんど進行しない。また、雰囲気環境の影響も約１．７Ｖ以下であれば、水の電気分解によって加速されて鉛の析出する電気化学反応はほとんど進行しない。
【０１３６】
実際には、以下の理由により、圧電素子には±１０Ｖ以下の任意の電圧が位置誤差に応じて加えられる。
【０１３７】
本実施の形態のような微動アクチュエータの場合、負電圧が印加される電圧は、磁気ヘッドの位置に応じて、両方の電極の間で絶えず切り替わるため、両方の電極に鉛Ｐｂが析出することになる。ＰＺＴ素子は、その厚みがμｍオーダーと薄いため、析出した鉛Ｐｂによってショート（短絡）が発生し、その結果として、ＰＺＴ素子が破壊されるおそれがある。しかしながら、上述したように鉛Ｐｂと水の化学反応も水の電気分解と定性的には同じで、分解反応の発生しない（加速されない）しきい値電圧が存在する。言いかえれば、実用上、ＰＺＴ素子としての特性が保証される鉛Ｐｂの析出量、化学反応速度の範囲内となるしきい値電圧が存在することになる。
【０１３８】
図２１は、微動アクチュエータのＰＺＴ素子に電圧を加えたときの電圧Ｖ［Ｖ］と電流Ｉ［μＡ］の関係を示している。横軸が印加電圧、縦軸がＰＺＴ素子内を流れる電流である。図２１より、印加電圧５０Ｖ近傍で急激にＰＺＴ素子内を流れる電流が増加している。印加電圧が０〜５０Ｖの範囲では、印加電圧ＶとＰＺＴ素子内を流れる電流Ｉとは比例係数が充分に小さい比例関係にあり、電気抵抗値Ｒ＝Ｖ／Ｉ＝１０×１０6［Ω］＝１０［ＭΩ］となっている。印加電圧が５０Ｖを超える範囲では、Ｖ／Ｉ＝７０×１０3［Ω］であり、電気抵抗値は大幅に小さくなっている。
【０１３９】
図２２は、図２１をもとに印加電圧とＰＺＴ素子の電気抵抗値Ｒの関係を示している。印加電圧５０Ｖを境に１０ＭΩあった電気抵抗が７０〜１００ｋΩ程度まで低下している。さらに印加電圧を上げると、急激に抵抗値が低下している。抵抗値が低すぎる領域で使用すると、微動アクチュエータの破壊を招く。
【０１４０】
そこで、この急激な電気抵抗変化点である電圧以下の範囲においてＰＺＴ素子利用の微動アクチュエータを駆動するようにすれば、実用上、電気化学変化によるＰＺＴ素子のショート、微動アクチュエータの破壊を防止することが可能である。
【０１４１】
さらに検討を進めると、電気抵抗変化点はＰＺＴ素子の膜質、膜厚によって変化する。膜質に対する依存は製造上の課題である。膜厚に対する依存性については、その特性を理解した上での駆動が必要である。
【０１４２】
図２３は、ＰＺＴ素子の膜厚ｔ＝１〜５μｍの場合の印加電圧ＶとＰＺＴ素子に加わる電界Ｅ＝Ｖ／ｔの関係を示している。ここで、微動アクチュエータを構成するＰＺＴ素子の膜厚ｔを２．５μｍとすると、前記した印加電圧５０Ｖ以下は、電界は２０Ｖ／μｍ以下に相当する。
【０１４３】
さらに、許容印加電圧に対して安全係数０．２を乗じて、バイアス電圧を分解電圧以下の０Ｖ、印加電圧のしきい値を±１０Ｖとした。すなわち、この条件においては、電流を１μＡ以下に抑えて使用することができ、微動アクチュエータの破壊はもとより、圧電素子のショートについては、これを確実に回避することができる。
【０１４４】
すなわち、微動アクチュエータ１３は磁気ヘッド１５の現在位置と目標位置との誤差をゼロにし、粗動アクチュエータ１２は微動アクチュエータ１３の移動量をゼロにするように、ひいては目標位置と微動アクチュエータ１３によるヘッド移動量との位置誤差をゼロにするように位置決め制御を行う。この制御方式により、微動アクチュエータ１３は動作範囲の中心付近で小さい駆動電圧で制御駆動することによって位置決め性能を改善している。
【０１４５】
実施の形態７では、位置誤差が大きい低周波数の回転同期外乱の補償を粗動アクチュエータ１２で行うとともに、駆動信号制限器１９により上記のしきい値電圧以下において、ＰＺＴ素子で構成される微動アクチュエータ１３を駆動制御する。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】実施の形態１に係るヘッド位置決め装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】実施の形態１に係るヘッド位置決め装置の制御ブロック図である。
【図３】（ａ）は、実施の形態１に係るヘッド位置決め装置に設けられたヘッド支持部材の構成を説明するための平面図であり、  （ｂ）は、その側面図であり、  （ｃ）は、その下面図であり、  （ｄ）は、ヘッド支持機構のヘッド支持部材に設けられた微動アクチュエータの構成を示す側面図である。
【図４】実施の形態１に係るヘッド位置決め装置に設けられた微動制御系の構成を説明するためのブロック図である。
【図５】実施の形態１に係るヘッド位置決め装置に設けられたヘッド絶対速度推定部の構成を示す回路図である。
【図６】実施の形態１に係るヘッド位置決め装置に設けられた粗動制御系の構成を説明するためのブロック図である。
【図７】実施の形態１に係るヘッド位置決め装置の粗動制御系に設けられた状態推定器の構成を示すブロック図である。
【図８】（ａ）は、実施の形態１に係るヘッド位置決め装置におけるヘッド位置誤差の時間的変化を示すシミュレーション結果であり、  （ｂ）は、実施の形態１に係るヘッド位置決め装置におけるＶＣＭ移動量の時間的変化を示すシミュレーション結果であり、  （ｃ）は、従来のヘッド位置決め装置におけるヘッド位置誤差の時間的変化を示すシミュレーション結果であり、  （ｄ）は、従来のヘッド位置決め装置におけるＶＣＭ移動量の時間的変化を示すシミュレーション結果である。
【図９】実施の形態２に係るヘッド位置決め装置の構成を模式的に示す構成図である。
【図１０】実施の形態２に係るヘッド位置決め装置に設けられた粗動制御系の構成を説明するためのブロック図である。
【図１１】実施の形態３に係るヘッド位置決め装置の構成を模式的に示す構成図である。
【図１２】実施の形態３に係るヘッド位置決め装置の制御ブロック図である。
【図１３Ａ】実施の形態４に係るヘッド位置決め装置の構成を模式的に示す構成図である。
【図１３Ｂ】実施の形態４に係るヘッド位置決め装置の制御ブロック図である。
【図１３Ｃ】実施の形態４に係るヘッド位置決め装置に設けられた粗動制御系の構成を説明するためのブロック図である。
【図１４】実施の形態５に係るヘッド位置決め装置の構成を模式的に示す構成図である。
【図１５】実施の形態５に係るヘッド位置決め装置に設けられた負荷推定部の構成を示すブロック図である。
【図１６】実施の形態６に係るヘッド位置決め装置の構成を模式的に示す構成図である。
【図１７】実施の形態７に係るヘッド位置決め装置の構成を模式的に示す構成図である。
【図１８】実施の形態７に係るヘッド位置決め装置の圧電素子内の酸化鉛の電気化学反応を説明するためのグラフである。
【図１９】実施の形態７に係るヘッド位置決め装置の圧電素子内の電気化学反応を示す概略図である。
【図２０】実施の形態７に係る鉛が析出する電気化学反応における印加電圧（電位差）と圧電素子に流れる電流との関係を示すグラフである。
【図２１】実施の形態７に係る圧電素子に対する印加電圧と流れる電流との関係を示すグラフである。
【図２２】実施の形態７に係る圧電素子に対する印加電圧と内部の電気抵抗値との関係を示すグラフである。
【図２３】実施の形態７に係る圧電素子に対する印加電圧と電界との関係を膜厚をパラメータにして示すグラフである。
【図２４】従来のヘッド位置決め装置の制御ブロック図である。
【図２５】従来の他のヘッド位置決め装置の制御ブロック図である。
【符号の説明】
【０１４７】
１  粗動移動距離推定部
２  ヘッド絶対速度推定部
３  ヘッド移動距離推定部
４  粗動制御系
５  粗動制御部
６  粗動駆動部
７  ヘッド位置検出部
８  微動制御系
９  微動制御部
１０  微動駆動部
１１  位置決め制御部
１２  粗動アクチュエータ
１３  微動アクチュエータ
１４  ヘッド支持機構
１５  磁気ヘッド
１６  スライダ
１７  アーム
１８  ヘッド支持部材
２６  微動ヘッド移動量推定部
１００  ヘッド位置決め装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
2004296071.tif 000018
【図１５】
2004296071.tif 000019
【図１６】
2004296071.tif 000020
【図１７】
2004296071.tif 000021
【図１８】
2004296071.tif 000022
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2004296071.tif 000026
【図２３】
2004296071.tif 000027
【図２４】
2004296071.tif 000028
【図２５】
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