(57)【要約】【課題】当該機構の共振周波数を超えるサーボ帯域を実現でき、ヘッドの性能を低下させることなく、ヘッドを高速且つ安定して移動および位置決めでき、装置の小型化に有利なヘッド位置決め機構を提供することを課題とする。【解決手段】ヘッド位置決め機構１は、ディスク１０のトラックに情報を記録および再生するヘッド２、ヘッド２を先端に取り付けたアーム３、アーム３の基端部を固設したスライダ４、ヘッド２をディスク１０の半径方向に移動させるようにスライダ４をスライド自在に支持したレール５、ディスク１０と同軸に回転可能に設けられたガイドリング６、ガイドリング６に固設され回転によりスライダ４を案内するガイドアーム７、およびガイドリング６を回転させる付勢機構を有する。付勢機構によりガイドリング６に付勢力Ｆ１を与えたとき、スライダ４がレール５に沿って移動する方向と同じ方向に、ガイドアーム７が変位する。【選択図】　　　図１
2004062952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するディスク状の媒体の半径方向にヘッドを移動可能に支持した支持機構と、
この支持機構を付勢して上記ヘッドを上記媒体の半径方向に移動させる付勢機構と、を備え、
上記ヘッドを特定の方向に移動させるように上記付勢機構により上記支持機構を付勢したとき、該支持機構が上記ヘッドを上記特定の方向に移動させようとする方向に変位することを特徴とするヘッド位置決め機構。
【請求項２】
上記支持機構は、
上記ヘッドを支持した支持部材と、
上記ヘッドを上記媒体の半径方向に移動可能なように上記支持部材を上記媒体を横切る方向に移動可能に支持した第１のガイド部材と、
上記媒体と同心円状に設けられ上記付勢機構により回転されるリング部材と、
このリング部材に固設され、リング部材の回転に応じて上記支持部材を案内して、上記第１のガイド部材に沿って移動させる第２のガイド部材と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載のヘッド位置決め機構。
【請求項３】
上記付勢機構によって上記リング部材を付勢する位置および方向は、該リング部材を付勢したとき上記ヘッドを移動させようとする方向に上記第２のガイド部材が変位するように、設定されていることを特徴とする請求項２に記載のヘッド位置決め機構。
【請求項４】
上記支持部材は、
上記第１および第２のガイド部材が交差する位置に拘束された状態で上記第１のガイド部材に沿って案内されるスライダと、
このスライダに対して上記ヘッドを片持ち梁状態で懸垂支持したアームと、
を有することを特徴とする請求項２に記載のヘッド位置決め機構。
【請求項５】
上記第２のガイド部材は、上記リング部材の回転角度と上記第１のガイド部材に沿った上記ヘッドの移動距離とが比例するように、上記支持部材を案内可能な形状を有することを特徴とする請求項２に記載のヘッド位置決め機構。
【請求項６】
上記付勢機構は、上記リング部材の回転角度と上記第１のガイド部材に沿った上記ヘッドの移動距離とが比例するように、上記リング部材の回転速度を制御することを特徴とする請求項２に記載のヘッド位置決め機構。
【請求項７】
１辺の長さが上記媒体の直径を僅かに超えるサイズを有し、上記媒体、支持機構、および付勢機構を収容した略正方形状の筐体をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載のヘッド位置決め機構。
【請求項８】
回転するディスク状の媒体の半径方向にヘッドを移動可能に支持した支持機構と、
この支持機構を付勢して上記ヘッドを上記媒体の半径方向に移動させる付勢機構と、を備え、
上記支持機構の共振周波数を超えるサーボ帯域で伝達関数の位相遅れが２πｒａｄ未満であることを特徴とするヘッド位置決め機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディスク状の媒体の半径方向にヘッドを高速で移動させて所望するトラックに対向させるヘッド位置決め機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大容量記録装置として、回転するディスク状の媒体（以下、ディスクと称する）の半径方向にヘッドを高速で移動させて情報を記録および再生するハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤと称する）が知られている。ディスクには、多くのトラックが同心円状或いはらせん状に形成されており、回転するディスクの半径方向にヘッドを移動させることにより、ヘッドをディスクの所望するトラックに対向させることができる。
【０００３】
ヘッドをディスクの半径方向に移動させる機構として、一般に、ロータリー型のヘッド位置決め機構が知られている。この機構は、サスペンションを介してヘッドを懸垂支持したアームと、アームの基端部をディスクの外側で回転可能に支持した軸受と、軸受を挟んでヘッドから離間したアームの後端を付勢することでアームを回転させるボイスコイルモータと、を有する。
【０００４】
近年、ディスクのトラックは高密度化の傾向にあり、ヘッドをより高速且つ正確に所望するトラックに対向させる要求が高まりつつある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したロータリー型のヘッド位置決め機構では、アームの後端を付勢して軸受を中心にアームを回転させるため、軸受の弾性に起因した最も低い共振周波数を超えるサーボ帯域でアームを動作させると、アームの伝達関数における位相遅れが２πｒａｄを超える。すなわち、このサーボ帯域で、アームの後端を付勢したとき、アームの先端に懸垂支持したヘッドを移動させようとする方向と逆方向に支持機構が変位する現象（逆相）が起きる。
【０００６】
この現象が起きると基本的にこの機構の制御が不可能となるため、従来のロータリー型のヘッド位置決め機構では、当該機構の最も低い共振周波数を上限としたサーボ帯域でアームを動作させていた。つまり、共振周波数を超えたサーボ帯域で伝達関数が逆相となるロータリー型の位置決め機構では、ヘッドの移動速度を高速化する上で物理的な限界があった。
【０００７】
また、上述したロータリー型の位置決め機構は、ディスクの外側に設けた軸受を中心にアームを揺動させてヘッドをディスクの略半径方向に移動させるため、ディスクの内周側と外周側でトラックに対するヘッドの角度が変化し、両者の間に不所望なスキューを生じることが知られている。このように、トラックとヘッドとの間にスキューを生じると、そのスキュー角の大きさに応じてディスクに対するデータの記録および再生に係る性能が低下してしまう。
【０００８】
また、ロータリー型の位置決め機構では、少なくともディスクの半径を超える長さのアームを高速に揺動させてヘッドを位置決めする必要があるため、アームの剛性が低く、外部からＨＤＤに不所望な衝撃が加えられると、アームの先端に取り付けられたヘッドがディスクに容易に接触してしまい、ディスクおよびヘッドを破損してしまう場合があった。
【０００９】
さらに、ロータリー型の位置決め機構では、ディスクの外側にアームの回転中心となる軸受を配置するとともに軸受よりさらに外側にボイスコイルモータを配置するため、ＨＤＤの筐体内にディスクの他に軸受やボイスコイルモータを配置するスペースが必要となり、装置の小型化にも限界があった。
【００１０】
この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、当該機構の共振周波数を超えるサーボ帯域を実現でき、ヘッドの性能を低下させることなく、ヘッドを高速且つ安定して移動および位置決めでき、装置の小型化に有利なヘッド位置決め機構を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のヘッド位置決め機構は、回転するディスク状の媒体の半径方向にヘッドを移動可能に支持した支持機構と、この支持機構を付勢して上記ヘッドを上記媒体の半径方向に移動させる付勢機構と、を備え、上記ヘッドを特定の方向に移動させるように上記付勢機構により上記支持機構を付勢したとき、該支持機構が上記ヘッドを上記特定の方向に移動させようとする方向に変位することを特徴とする。
【００１２】
上記発明によると、ヘッドを特定の方向に移動させるため、付勢機構によって支持機構を付勢したとき、支持機構がヘッドを特定の方向に移動させようとする方向に変位する。つまり、本発明によると、従来のロータリー型のヘッド位置決め機構のように、当該機構の共振周波数を超えるサーボ帯域で、アームの伝達関数が逆相となることがなく、共振周波数を超えるサーボ帯域を実現でき、ヘッドを高速且つ安定して移動および位置決めできる。
【００１３】
また、本発明のヘッド位置決め機構は、回転するディスク状の媒体の半径方向にヘッドを移動可能に支持した支持機構と、この支持機構を付勢して上記ヘッドを上記媒体の半径方向に移動させる付勢機構と、を備え、上記支持機構の共振周波数を超えるサーボ帯域で伝達関数の位相遅れが２πｒａｄ未満であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１には、この発明の実施の形態に係るヘッド位置決め機構１（以下、単に位置決め機構１と称する）の概略平面図（ａ）、正面図（ｂ）、および側面図（ｃ）を示してある。ここでは、本実施の形態の位置決め機構１をハードディスクドライブ（ＨＤＤ）に適用した場合について説明する。
【００１６】
この位置決め機構１は、ＨＤＤの筐体（ここでは図示せず）に固設された回転軸１０ａを中心に回転可能に設けられたディスク状の媒体１０（以下、ディスク１０と称する）に対して、情報の記録および再生を行なうためのヘッド２を、ディスク１０の半径方向に移動せしめて所望するトラック（図示せず）上に位置決めするためのものである。
【００１７】
位置決め機構１は、ヘッド２を先端に懸垂支持した略二等辺三角形状の板状体からなるアーム３、アーム３の基端部を片持ち梁状態で固設したスライダ４、およびスライダ４をスライド自在に支持した真っ直ぐなレール５（第１のガイド部材）を有する。レール５は、ディスク１０の中心からずれた位置で、ディスク１０を横切る方向に延設されている。しかして、スライダ４がレール５に沿ってスライドすると、アーム３を介してスライダ４に対して片持ち梁状態で懸垂支持されたヘッド２がディスク１０の半径方向に移動される。
【００１８】
また、位置決め機構１は、ディスク１０と同心円状に回転可能に設けられたガイドリング６（リング部材）、およびこのガイドリング６の回転軸６ａを略中央に備えているとともにガイドリング６に固設されたガイドアーム７（第２のガイド部材）を有する。ガイドリング６は、ディスク１０より僅かに大きい外径を有し、ディスク１０との間にレールを挟む位置に設けられている。ガイドアーム７は、後述する形状に湾曲されており、ＨＤＤの筐体に対して回転可能に取り付けられた回転軸６ａを中心にガイドリング６とともに回転する。ガイドアーム７は、湾曲した形状に沿ってスライダ４を案内するためのレールを有する。
【００１９】
つまり、スライダ４は、レール５とガイドアーム７とが交差した位置に拘束された状態で、ガイドリング６の回転に応じてレール５に沿って移動可能となっている。言い換えると、スライダ４は、ディスク１０の上面に対向配置されたレール５とレール５の上方に配置されたガイドアーム７との間に配置され、レール５およびガイドアーム７に沿ってスライド自在に取り付けられ、ガイドアーム７の回転によりレール５に沿って左右両方向に移動される。
【００２０】
尚、本実施の形態では、ディスク１０に近い側にレール５を設け、スライダ４を挟んでディスク１０から離間した側にガイドアーム７を設けたが、レール５とガイドアーム７の位置関係を逆にしても良い。また、上述したアーム３、およびスライダ４は、本発明の支持部材として機能し、アーム３、スライダ４、レール５、ガイドリング６、およびガイドアーム７は、本発明の支持機構として機能する。
【００２１】
上述した位置決め機構１は、以下のように動作する。
【００２２】
例えば、図１（ａ）に示すように、レール５とガイドアーム７とが図示のように交差している状態、すなわちスライダ４がディスク１０の中心に対して右斜め上（図示の位置）にある状態で、ガイドリング６に対して図中矢印Ｆ１で示す付勢力が与えられてガイドリング６が反時計回り方向に回転すると、ガイドアーム７も反時計回り方向に回転し、スライダ４がレール５に沿って図中左方向に移動する。これにより、スライダ４に取り付けられたヘッド２がディスク１０の半径方向に沿ってディスク１０の外周側から内周側に向けて移動する。
【００２３】
逆に、図示の状態から、ガイドリング６に対して図中矢印Ｆ２で示す付勢力が与えられると、ガイドリング６とともにガイドアーム７が時計回り方向に回転し、スライダ４がレール５に沿って図中右方向に移動する。これにより、ヘッド２がディスク１０の半径方向に沿って内周側から外周側に向けて移動される。つまり、ガイドリング６を回転させるだけで、ヘッド２をディスク１０の半径方向に移動させることができる。
【００２４】
ところで、上述した位置決め機構１の最も低い共振周波数は、ガイドリング６の回転軸６ａ周りの変位に基づくものであると考えられる。このため、例えば、この共振周波数で、付勢力Ｆ１を図示の位置でガイドリング６に与えると、ガイドリング６の回転動作とは別に、回転軸６ａ周りの変位によってガイドリング６自体が図中左斜め上方向に僅かに移動する。
【００２５】
このようなガイドリング６の変位は、ガイドアーム７の変位に置き換えて考えることができる。この変位により、スライダ４がレール５に沿って図中左方向に付勢される。このスライダ４の付勢方向は、ガイドリング６に対して図示の位置で当該付勢力Ｆ１を与えることによりスライダ４を移動させようとする方向と一致する。すなわち、この位置決め機構１において、付勢力Ｆ１を与える位置および方向と、ヘッド２の移動方向と、の間にこのような関係があるとき、伝達関数の位相遅れが２πｒａｄ未満となり、同相となる。
【００２６】
言い換えると、本実施の形態においては、位置決め機構１の伝達関数が同相となる位置および方向でガイドリング６に付勢力Ｆ１を作用させるようにしたことを特徴としている。
【００２７】
また、ヘッド２を逆方向に移動させるための付勢力Ｆ２に関しても、位置決め機構１の伝達関数が同相となる位置および方向でガイドリング６に付与される。つまり、付勢力Ｆ２を与えたときの回転軸６ａ周りのガイドリング６の変位によるヘッド２の移動方向と、付勢力Ｆ２によりヘッド２を移動させようとする方向（すなわち図中右方向）と、が一致する位置および方向で付勢力Ｆ２がガイドリング６に与えられる。
【００２８】
以上のように、位置決め機構１の伝達関数が同相となる位置および方向でガイドリング６に付勢力Ｆ１、Ｆ２を作用させることにより、共振周波数を超えるサーボ帯域でも位相遅れが２πｒａｄを下回ることとなり、当該共振周波数を超えるサーボ帯域を実現できる。すなわち、本実施の形態の位置決め機構１を採用することにより、ヘッド２をより高速で移動および位置決めでき、ディスク１０のトラック密度の高密度化に対応できる。
【００２９】
これに対し、ディスクの半径を超える長さのアームの先端にヘッドを搭載してディスクの外側に設けた軸受を中心にアームを揺動させる従来タイプのロータリー型の位置決め機構では、当該機構の共振周波数を超えるサーボ帯域で、アームの伝達関数の位相遅れが２πｒａｄを超えてヘッドの挙動が逆相となる。つまり、アームの軸受周りの変位に起因した共振周波数でアームを動作させると、この変位は、ヘッドを移動させようとする方向と逆方向に移動させてしまう。このため、従来のロータリー型の位置決め機構では、当該共振周波数を超えるサーボ帯域を実現することはできなかった。
【００３０】
図２には、本実施の形態の位置決め機構１の伝達関数の位相の変化（実線）と、従来のロータリー型の位置決め機構の伝達関数の位相の変化（破線）と、を比較して示してある。これによると、本実施の形態の位置決め機構１は共振周波数における位相遅れが２πｒａｄ未満であるのに対し、従来のロータリー型の位置決め機構は位相遅れが２πｒａｄを超えているのがわかる。
【００３１】
ここで、上述したガイドアーム７の形状について、図３を参照しつつ考察する。
【００３２】
ガイドアーム７は、ガイドリング６の回転角度とスライダ４（すなわち、ヘッド２）の移動距離とが比例する形状に湾曲されている。このようなガイドアーム７の形状は、例えば、以下に説明する近似曲線の解法により求められる。
【００３３】
（近似曲線の解法）
ここでは、ガイドアーム７の曲線を、２（ｎ＋１）次の関数に近似する。まず、図３に示すようにディスク１０の回転中心１０ａを原点とし、レール５に並行な直線をｘ軸とし、それに直交する直線をｙ軸とする座標系を定義する。ヘッド２がディスク１０の最内周にある時のガイドアーム７の形状を、関数
【数１】
2004062952.tif 000003
の、この座標系の右平面における軌道に近似する。この関数の係数ａｉは、次の連立一次方程式の解である。
【００３４】
【数２】
2004062952.tif 000004
【００３５】
即ち、（１）式は｛（ｘｉ，ｙｉ）｜ｉ　＝　１，２，．．２（ｎ＋１）｝を近似する関数である。点ｘ軸上を０度とする反時計廻りの回転角θを定義する。また、ディスク１０上の記録領域の最内周半径をｌ０、最外周半径をｌｍ、ヘッドがｌｍに達した時のガイドアームの角度をθｍ、ｘ軸からレール５とガイドアーム７の交点までの距離をｈとする。ここで、ガイドアーム７の回転角はヘッド２がｌ０に位置している時を９０度とする。ｌ０からｌｍ間の２ｎ個の位置を
【数３】
2004062952.tif 000005
とし、それらに各々対応するガイドアーム７の角度を
【数４】
2004062952.tif 000006
とする。この時、各θｉにおけるガイドアーム７がレール５と交差した点の座標は、
（ｌ０，ｈ），（ｌ１，ｈ），・・・（ｌｍ，ｈ）
となる。ガイドアーム７上のこれら交点の、ガイドアーム７が９０度の回転角にある時の座標（ｘｉ，ｙｉ）は、
【数５】
2004062952.tif 000007
となる。
【００３６】
本実施の形態では、上述した形状にガイドアーム７を湾曲させることにより、ガイドリング６の回転角度とヘッド２の移動距離とを比例させるようにしたが、例えば、ガイドアーム７を直線状に延ばしてガイドリング６の回転速度を制御するようにしても良い。つまり、ガイドアーム７を直線状にすると、ガイドアーム７とレール５との間の角度が０°〜９０°の間で大きくなるにつれてガイドリング６の回転角度に対するヘッド２の移動距離が大きくなる。このため、両者の間の角度が大きいときにガイドリング６の回転速度を遅くし、角度が小さいときに回転速度を速くするようにガイドリング６の回転速度を制御すれば良いことになる。
【００３７】
次に、図４および図５を参照して、ガイドリング６に付勢力を与えるための付勢機構について、いくつかの実施例をあげて説明する。以下に説明する付勢機構２０、３０は、ガイドリング６を一定の角速度で回転させることができるとともに、角速度を制御しつつ回転させることもできる。また、これらの付勢機構２０、３０は、上述した位置および方向でガイドリング６に付勢力を与えるものとする。
【００３８】
図４には、ガイドリング６を電磁石２１、２２を用いて回転させる付勢機構２０を示してある。図１で説明した位置および方向で付勢力をガイドリング６に与えるため、一方の電磁石２１は、レール５の図中上方でディスク１０の中心から図中右斜め上に設けられている。また、他方の電磁石２２は、レール５の図中下方でディスク１０の中心から図中右斜め下に設けられている。
【００３９】
この例では、２つの電磁石２１、２２がディスク１０の中心に関して略９０°離れた位置に設けられているため、ＨＤＤの筐体１００は、図中破線で示すように、１辺がディスク１０の直径を僅かに超える略正方形状に形成することができる。つまり、円形のディスク１０を収容可能な最小の正方形を規定して、その角部に付勢機構２０を配置することで、従来実現不可能であった最小の筐体を提供できる。
【００４０】
図５には、ガイドリング６に例えば歯付ベルト３１を巻回せしめて、歯付ベルト３１を駆動ローラ３２で両方向に回転させることにより、ガイドリング６を両方向に回転させる付勢機構３０を示してある。この機構においても、上述した例と同じ位置および方向で付勢力をガイドリング６に与えるようになっている。
【００４１】
この例では、歯付ベルト３１を巻回せしめた駆動ローラ３２を筐体１００の角部に配置することで、最小サイズの筐体を実現している。
【００４２】
以上のように、本発明によると、位置決め機構１の伝達関数における位相遅れが２πｒａｄを下回る位置および方向で、付勢力Ｆ１、Ｆ２をガイドリング６に与えるようにしたため、回転軸６ａ周りの変位に起因した共振周波数を超えるサーボ帯域を実現可能となった。これにより、位置決め機構１をより高速に動作可能となり、ヘッド２の移動速度を高速化することができ、ディスク１０のトラックの高密度化に対応できる。
【００４３】
また、本発明によると、ヘッド２をディスク１０半径方向に移動させることができるため、従来のロータリー型の位置決め機構と比較して、ディスク１０の内周側と外周側でトラックに対するヘッド２の角度が変化することがなく、両者の間に不所望なスキューを生じることがない。このため、ディスク１０に対しデータを確実且つ安定して記録および再生でき、ヘッド２の性能を低下させることがない。
【００４４】
また、本発明によると、ディスク１０の回転軸１０ａから少しずれた位置にレール５を対向配置し、レール５にスライド自在に取り付けたスライダ４からアーム３を介してヘッド２を懸垂支持し、ヘッド２をディスク１０の半径方向に移動させるようにした。このため、ヘッド２を懸垂支持するアーム３の長さを極めて短くできた。これにより、従来のロータリー型の位置決め機構と比較して、アームの剛性を高めることができ、外部からＨＤＤに不所望な衝撃が加えられた場合でも、ヘッド２がディスク１０に接触することがなく、ディスク１０およびヘッド２の破損の危険性が殆どなくなった。尚、上述した実施の形態では、アーム３を介してスライダ４にヘッド２を懸垂支持せしめた場合について説明したが、アーム３は必ずしも必要ではない。
【００４５】
さらに、本発明によると、ガイドリング６を付勢するための付勢機構２０、３０を小型化できたため、各機構を収容する筐体を１辺がディスク１０の直径より僅かに大きい正方形状にすることができ、装置の小型化が可能となった。
【００４６】
尚、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、上述した実施の形態では、図１に示す位置および方向で付勢力をガイドリング６に作用させた場合について説明したが、ガイドリング６を付勢する位置および方向は、位置決め機構１の伝達関数においてヘッド２の挙動が同相となる位置および方向であれば良い。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のヘッド位置決め機構は、上記のような構成および作用を有しているので、当該機構の共振周波数を超えるサーボ帯域を実現でき、ヘッドの性能を低下させることなく、ヘッドを高速且つ安定して移動および位置決めでき、ディスク装置を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係るヘッド位置決め機構を示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）、および側面図（ｃ）。
【図２】図１の位置決め機構の伝達関数における位相の変化を従来のものと比較して示すボード線図。
【図３】図１の位置決め機構のガイドアームの形状について説明するための図。
【図４】図１の位置決め機構のガイドリングを付勢する付勢機構の実施例を示す概略図。
【図５】図１の位置決め機構のガイドリングを付勢する付勢機構の他の実施例を示す概略図。
【符号の説明】
１…ヘッド位置決め機構、
２…ヘッド、
３…アーム、
４…スライダ、
５…レール、
６…ガイドリング、
６ａ…回転軸、
７…ガイドアーム、
１０…ディスク、
２０、３０…付勢機構、
２１、２２…電磁石、
３１…歯付ベルト、
３２…駆動ローラ、
１００…筐体。
【図１】
2004062952.tif 000008
【図２】
2004062952.tif 000009
【図３】
2004062952.tif 000010
【図４】
2004062952.tif 000011
【図５】
2004062952.tif 000012