JPH04248170A - 磁気ヘッドの位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気ディスク駆動装置
における磁気ヘッドの位置決め装置に関するものである
。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気ディスク駆動装置はコンピュ
ータシステムの外部記憶装置などに用いられ、高速に回
転している磁気ディスク上の所望のデータ位置に磁気ヘ
ッドを高速に位置決めして、データの読出し／書込みを
行う。この磁気ヘッドの位置決めのために、従来の磁気
ディスク駆動装置では主にサーボ面サーボ方式を採用し
ている。

【０００３】図２は従来のサーボ面サーボ方式の磁気ヘ
ッドの位置決め装置を示す図である。サーボ面サーボ方
式においては、図に示すように１枚の磁気ディスク１０
の片面１０１に、磁気ヘッド２０の位置決めに必要な専
用のサーボ情報をあらかじめ書き込んでおき、装置の稼
動時にそのサーボ情報を位置決め専用の磁気ヘッド２０
１で読み出して位置決めを行い、同時に位置決めされる
残りの面に対向するデータ専用の磁気ヘッド２０２によ
ってデータの読出し／書込みを行う。このサーボ面サー
ボ方式は従来から広く採用されているが、磁気ディスク
１０の１面のすべてにわたってサーボ情報が書き込まれ
ているため、特に磁気ディスク１０の枚数の少ない装置
においては、データの記憶効率が悪くなる。

【０００４】図３は従来の埋込みサーボ方式の磁気ヘッ
ドの位置決め装置を示す図である。図に示すように埋込
みサーボ方式の場合、磁気ディスク１０のデータトラッ
ク３０の複数箇所に、位置決めのためのサーボ情報４０
がデータと共に同時に書き込まれている。したがって、
位置決め専用の磁気ヘッド２０１とデータ専用の磁気ヘ
ッド２０２を別々に用意する必要がない。

【０００５】このようなサーボ方式を使用した磁気ディ
スク駆動装置において、直流モータ、ボイスコイルモー
タ（ＶＣＭ）等を駆動することにより、磁気ヘッド２０
はスチールベルトなどを介して目標トラックに精密に位
置決めされる。ところで、磁気ディスク１０の最大記録
容量は、３．５インチの場合１枚当たり約３０メガバイ
ト、５．２５インチの場合約５０メガバイト、２．５イ
ンチの場合約２０メガバイトである。これを磁気ディス
ク１０の記録面積としてみると、３．５インチを１とす
ると、５．２５インチは約２．２であり、２．５インチ
では約０．５となる。

【０００６】したがって、磁気ディスク１０の記録密度
を高める必要があり、特に手軽に持ち運びのできるノー
ト型パソコンに搭載するものの場合、磁気ディスクのＴ
ＰＩ（１インチ当たりのトラック数）の値が２０００に
達するものが提供されている。また、機械的シーク時間
も平均で２０ｍｓの前半のレベルを維持する必要がある
。このような性能は、いわゆるハイエンドな磁気ディス
ク装置にかつて多くみられていたが、現在ではローエン
ド機においても備えられるようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の磁気ヘッドの位置決め装置においては、直流モータ
、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）等を駆動することによ
り、スチールベルトなどを介して目標トラックに精密に
磁気ヘッド２０が位置決めされるようになっているので
、記録密度の高い磁気ディスク１０を使用した場合に位
置決め精度が低くなるだけでなく、位置決め速度が低く
なってしまう。

【０００８】本発明は、上記従来の磁気ヘッドの位置決
め装置の問題点を解決して、位置決め精度及び位置決め
速度が高く、小型で高速アクセスが可能な磁気ディスク
駆動装置に対応することができる磁気ヘッドの位置決め
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の磁
気ヘッドの位置決め装置においては、複数の圧電体を積
層し、各圧電体の両面に電圧を印加することによって電
界強度に比例した歪みを発生させる積層型圧電体アクチ
ュエータを有しており、該積層型圧電体アクチュエータ
によって磁気ヘッドを駆動するようにしている。そのた
め、積層型圧電体アクチュエータが発生した歪みを大き
く拡大するとともに、歪みを撓み角度に変換するために
拡大機構が設けられている。

【００１０】該拡大機構は、上記積層型圧電体アクチュ
エータの積層方向に延びる２本の板ばねを有し、該板ば
ねの先端に磁気ヘッドが固定されている。そして、磁気
ディスクにあらかじめ書き込まれたサーボ情報を読み取
る手段と、該サーボ情報に基づいて上記磁気ヘッドを目
標トラックに位置決めする手段が設けられている。

【００１１】

【作用】本発明によれば、上記のように、複数の圧電体
を積層し、各圧電体の両面に電圧を印加することによっ
て電界強度に比例した歪みを発生させる積層型圧電体ア
クチュエータを有しており、該積層型圧電体アクチュエ
ータによって磁気ヘッドを駆動するようにしている。そ
のため、積層型圧電体アクチュエータが発生した歪みを
大きく拡大するとともに、歪みを撓み角度に変換するた
めに拡大機構が設けられている。

【００１２】該拡大機構は、上記積層型圧電体アクチュ
エータの積層方向に延びる２本の板ばねを有し、該板ば
ねの先端に磁気ヘッドが固定されている。したがって、
積層型圧電体アクチュエータの各圧電体の両面に電圧を
印加すると、電界強度に比例した歪みが各圧電体に発生
し、積層型圧電体アクチュエータは、圧電体を積層した
分だけ大きい歪みを発生する。この歪みは、２本の板ば
ねに伝えられ、板ばねの先端を揺動させる。

【００１３】上記磁気ヘッドは上記板ばねの先端に固定
されているので、板ばねと共に揺動して磁気ディスク上
をシークする。そして、磁気ディスクにあらかじめ書き
込まれたサーボ情報を読み取る手段と、該サーボ情報に
基づいて上記磁気ヘッドを目標トラックに位置決めする
手段が設けられている。したがって、磁気ディスクは磁
気ディスク上のサーボ情報を読み取り、そのサーボ情報
に基づいて制御され、シークされる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１は本発明の磁気ヘッドの位
置決め装置が採用される磁気ディスク駆動装置の概略機
構図である。図において、１０はデータが書き込まれて
いる磁気ディスクである。該磁気ディスク１０はスピン
ドルモータ２によって一定速度で回転させられる。２０
は磁気ヘッドであり、一定速度で回転している磁気ディ
スク１０にデータを書き込んだり、書き込まれているデ
ータを読み出したりする電磁変換素子で構成される。

【００１５】上記磁気ディスク１０上に複数本形成され
ているデータトラックのうちの目標とするトラックに対
して、磁気ヘッド２０を高速に、かつ高精度に位置決め
するため、位置決め駆動機構が設けられる。この位置決
め駆動機構は、磁気ディスク駆動装置のベースフレーム
３に、ねじ４などで固定された圧電体アクチュエータ組
立体５０を有しており、該圧電体アクチュエータ組立体
５０を介して磁気ヘッド２０が磁気ディスク１０の半径
方向に揺動自在に支持される。

【００１６】図４は位置決め駆動機構の正面図、図５は
位置決め駆動機構の側面図、図６は圧電体アクチュエー
タ組立体の分解斜視図である。図において、２本の磁気
ヘッド２０がヘッドアーム２１に固定された構造として
あるが、その数に制約はない。圧電体アクチュエータ組
立体５０は、基本的には拡大機構として周知のイーデン
ばね機構と、圧電体アクチュエータ組立体５０の全体を
支えるベースフレーム３から成る。

【００１７】上記拡大機構は、２本の板ばね５１，５２
と両板ばね５１，５２の間の間隔を保つスペーサ５３を
有しており、それらが上記板ばね５１，５２の一端にお
いて結合される。また、板ばね５１，５２の他端側は、
積層型圧電体アクチュエータ７０を支えるブロック５４
，５５にそれぞれ結合されており、板ばね５１，５２の
間隔は、上記スペーサ５３で形成される間隔とほぼ同一
とされる。そして、上記板ばね５１，５２の両端はビス
５６などによって固定され、そのためビス５６の固定用
の孔５７が形成される。上記構成の圧電体アクチュエー
タ組立体５０は、磁気ディスク駆動装置のベースフレー
ム３に形成された固定孔４１にねじ等で固定される。

【００１８】図７は積層型圧電体アクチュエータの断面
図である。図に示すように、厚み方向に分極（矢印７２
で示す）された個々の圧電体７１の両面には電極面が形
成されており、それぞれの両面に電圧が印加されると、
個々の圧電体７１が発生した歪みの合計歪みを利用する
ことができる構造となっている。

【００１９】このように、積層型圧電体アクチュエータ
７０は外部から印加する電圧が低くても十分な歪みが取
り出せる。そのため、それぞれ共通電極７３，７４を介
して個々の圧電体７１が電気的に並列に結合されている
。また、その周りは、圧電体７１や共通電極７３，７４
などを保護するために保護外皮７５が形成されている。

【００２０】図８はイーデンばね機構の模式図である。 板ばね５１，５２はスペーサ５３で間隔Ｄが保持され、
同時に先端で結合されている。両板ばね５１，５２の相
対変位が、間隔Ｄを保持したまま相対変位δで与えられ
ると先端のスペーサ５３の撓み角度θは、θが小さいと
き θ＝Ｃ・δ／Ｄ で与えられる。ここで、Ｃは比例定数である。

【００２１】上記式から、相対変位δは積層型圧電体ア
クチュエータ７０の変位δに比例し、両板ばね５１，５
２の間隔Ｄに反比例することが分かる。また、間隔Ｄの
値が零に近づくと撓み角度θは無限大になることも明白
である。次に、このようにして構成した位置決め機構の
動作について説明する。図９は本発明の磁気ヘッドの位
置決め装置のブロック図である。

【００２２】スピンドルモータ２がＰＬＬ方式の低速回
転制御装置２２０によって規定回転数に到達している状
態にあり、磁気ディスク駆動装置が上位から移動コマン
ドを受け取り、μＣＰＵ２０２に移動トラック数２０１
が入力されると、スピンドルモータ２に搭載され定速回
転中の磁気ディスク１０に対して半径方向に、磁気ヘッ
ド２０を移動させることが可能となる。

【００２３】この移動の際に、各データトラック３０（
図３参照）のサーボ情報４０は磁気ヘッド２０によって
逐次読み取られ、増幅器２０８を介してサーボ情報検出
回路２０９に送出される。そして、上記サーボ情報検出
回路２０９で適宜処理／加工され、作成された情報は、
Ａ／Ｄ変換器２１０を介してディジタル化され、μＣＰ
Ｕ２０２に取り込まれる。μＣＰＵ２０２の中には、磁
気ヘッド２０の動作モード（例えば、高速シークモード
や位置追従モード）に応じて、上記サーボ情報４０やト
ラックのセクタ内の情報に基づいて、トラック移動速度
、トラック番号、トラック位置等の位置情報を検出する
トラック検出回路２０３があり、該トラック検出回路２
０３が検出した信号によって位置決め制御が行われる。

【００２４】すなわち、上位から移動トラック数２０１
を受け取ると、μＣＰＵ２０２は内部に構成されている
トラック差カウント回路２０４にこの移動トラック数２
０１をセットする。磁気ヘッド２０は、このトラック差
カウント回路２０４内にセットされた移動トラック数２
０１に応じて移動する。なお、このトラック差カウント
回路２０４に所定の値が設定されると、上記動作モード
は高速シークモードにセットされ、磁気ヘッド２０の移
動に伴い上記移動トラック数２０１が減算（カウントダ
ウン）される。そして、磁気ヘッド２０が目標のトラッ
クに移動して上記移動トラック数２０１が零になると、
位置追従モードに自動的にセットされる。

【００２５】ところで、磁気ヘッド２０が移動し、トラ
ック検出回路２０３で検出される移動トラック数２０１
が入力されるごとに、トラック差カウント回路２０４内
の移動トラック数２０１はカウントダウンされ、磁気ヘ
ッド２０が位置する現在トラック数と目標トラック数と
の減算値である残りの移動トラック数２０１が、トラッ
ク差カウント回路２０４内に逐次保持される。

【００２６】μＣＰＵ２０２は、メモリ内の基準速度テ
ーブルから上記減算値に対応する速度情報を読み出し、
トラック検出回路２０３から得られるもう一つの情報で
ある磁気ヘッド２０の現在のトラック移動速度、及びμ
ＣＰＵ２０２に記憶されているその他の適宜情報に基づ
き、所望の動特性を持つように補償器２０５で補償演算
を行う。そして、補償演算された結果はＤ／Ａ変換器２
０６へ送出されアナログ信号に変換される。

【００２７】２０７はアクチュエータドライバであり、
Ｄ／Ａ変換器２０６から送出されたアナログ信号に基づ
き上記圧電体アクチュエータ組立体５０を駆動して、磁
気ヘッド２０を所望のトラックへ向けて高速に移動させ
る。移動の際、磁気ヘッド２０は上述したように各デー
タトラック３０のサーボ情報４０を逐次読み取り、増幅
器２０８を介してサーボ情報検出回路２０９に送出する
。

【００２８】そして、サーボ情報検出回路２０９によっ
て適宜に処理／加工され、作成されたサーボ情報４０は
、Ａ／Ｄ変換器２１０を介してディジタル化され、μＣ
ＰＵ２０２に取り込まれる。このような動作をトラック
差カウント回路２０４内の移動トラック数２０１が零に
なるまで繰り返し実行する。最終的にトラック差カウン
ト回路２０４内の移動トラック数２０１が零になり、動
作モードが位置追従モードに切り替わると、トラック検
出回路２０３からのトラック位置情報が、トラック差カ
ウント回路２０４を通過して補償器２０５に直接出力さ
れる。この位置情報は、最終目標とするトラックのトラ
ックセンタから磁気ヘッド２０がどれだけ位置ずれして
いるかを示す情報である。μＣＰＵ２０２は、内部に記
憶されている適宜情報とこの情報に基づき、磁気ヘッド
２０が所望の動特性で高速に精密位置決め完了するよう
に補償器２０５で補償演算を行う。そして、補償演算さ
れた結果がＤ／Ａ変換器２０６へ送出されアナログ信号
に変換される。

【００２９】動作モードが位置追従モードに切り替わる
のに伴い、追従性を高めるためハイゲインに設定された
アクチュエータドライバ２０７は、Ｄ／Ａ変換器２０６
から送出された微小アナログ信号を増幅して圧電体アク
チュエータ組立体５０を駆動する。そして、磁気ヘッド
２０を所望のトラック上で、精密に位置決め移動させ、
トラック検出回路２０３から逐次得られる修正中のトラ
ック位置情報から計算された位置ずれ量が規定値以下に
なるまで上記位置追従制御が繰り返され、最終的に目標
トラックに精密位置決めされる。

【００３０】一般に、圧電体は印加電圧によって発生す
る歪みにヒステリシス特性を持ち、使用温度範囲もヒス
テリシス特性上制限される。そのため、圧電体を磁気デ
ィスク駆動装置などにおけるアクチュエータに採用する
場合、電圧を印加して誘起された歪みを適宜方法で検出
し、目標とする歪みに到達していなければその偏差に比
例した電圧をフィードバックして印加する方式が採られ
る。したがって、磁気ディスク駆動装置として余分な制
御回路を必要とし回路が複雑になるだけでなく、フィー
ドバック情報である偏差が微小になると十分な位置決め
精度が得られない。

【００３１】これに対して本発明の磁気ヘッドの位置決
め装置においては、上述したように磁気ヘッド２０の位
置決め情報を、磁気ディスク１０に書き込まれているサ
ーボ情報４０からとり、上記位置決め情報に基づいて磁
気ヘッド２０を移動させるようにしているため、圧電体
のヒステリシス特性を考慮する必要がなく、制御回路が
簡素な構成となる。

【００３２】また、単にアクチュエータに電圧を印加す
ると、印加の初期にかなりのオーバシュートを生じ、そ
の後もリンギングが続くのが普通であり、このため高速
位置決め性と制御性が悪い。これに対して本発明では、
上述したようにμＣＰＵ２０２のメモリ内に磁気ヘッド
２０を最適に加速、減速することができるように基準速
度テーブルが用意されていて、これに基づき磁気ヘッド
２０が高速制御され、更に磁気ヘッド２０が最適な動特
性を持つように補償器２０５で動特性を修正制御するよ
うになっている。

【００３３】また、圧電体はＰＺＴに代表されるように
セラミックスで構成されるため、非常に脆く、高い使用
デューティ及び大きな応力に耐え得ることができない。 しかし本発明のように、磁気ディスク駆動装置の位置決
めアクチュエータとして利用する場合は、アクチュエー
タの機械的共振周波数が極めて高いため、磁気ヘッド２
０の高速アクセスが可能で使用デューティ上の問題はな
く、また磁気ヘッド２０の揺動角が高々±１０度程度で
あるため発生する歪みも小さく、応力の面からも十分に
使用が可能である。

【００３４】また、積層型圧電体アクチュエータ７０は
、電磁エネルギで動作するのでなく、静電エネルギで動
作する。このため熱の発生が少ないだけでなく外乱磁界
の発生がなく、磁気ヘッド２０及び磁気ディスク１０に
近づけることが可能で、機構の高密度実装が可能となり
、磁気ディスク駆動装置の小型化を図ることができる。

【００３５】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形すること
が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するもの
ではない。

【００３６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、複数の圧電体を積層し、各圧電体の両面に電圧を
印加することによって電界強度に比例した歪みを発生さ
せる積層型圧電体アクチュエータを有しており、該積層
型圧電体アクチュエータによって磁気ヘッドを駆動する
ようにしており、ピボット機構によって支持されていな
い。

【００３７】したがって、磁気ヘッドのシーク動作、追
従動作が安定し、位置決め精度及び位置決め速度を高く
することができる。また、積層型圧電体アクチュエータ
は電磁エネルギで動作するのでなく、静電エネルギで動
作するので、熱の発生が少ないだけでなく外乱磁界の発
生がなく、磁気ヘッド及び磁気ディスクに近づけること
が可能で、機構の高密度実装が可能となり、磁気ディス
ク駆動装置の小型化を図ることができる。

【００３８】そして、磁気ディスクにあらかじめ書き込
まれたサーボ情報を読み取る手段と、該サーボ情報に基
づいて上記磁気ヘッドを目標トラックに位置決めする手
段が設けられている。したがって、磁気ディスクは該磁
気ディスク上のサーボ情報を読み取り、そのサーボ情報
に基づいて制御され、シークされる。そして、圧電体に
ヒステリシスがあっても、その影響を受けることなく磁
気ヘッドを正確に位置決めすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気ヘッドの位置決め装置が採用され
る磁気ディスク駆動装置の概略機構図である。

【図２】従来のサーボ面サーボ方式の磁気ヘッドの位置
決め装置を示す図である。

【図３】従来の埋込みサーボ方式の磁気ヘッドの位置決
め装置を示す図である。

【図４】位置決め駆動機構の正面図である。

【図５】位置決め駆動機構の側面図である。

【図６】圧電体アクチュエータ組立体の分解斜視図であ
る。

【図７】積層型圧電体アクチュエータの断面図である。

【図８】イーデンばね機構の模式図である。

【図９】本発明の磁気ヘッドの位置決め装置のブロック
図である。

【符号の説明】

３　　　　　　　　　　ベースフレーム１０　　　　　
　　　磁気ディスク ２０　　　　　　　　磁気ヘッド ５１，５２　　板ばね

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）複数の圧電体を積層し、各圧電体の
   両面に電圧を印加することによって電界強度に比例した
   歪みを発生させる積層型圧電体アクチュエータと、（ｂ
   ）該積層型圧電体アクチュエータの積層方向に延びる２
   本の板ばねを有し、上記積層型圧電体アクチュエータの
   歪みを拡大するとともに、上記板ばねの撓み角度に変換
   する拡大機構と、（ｃ）該拡大機構に固定され、上記積
   層型圧電体アクチュエータの歪みに対応して揺動する磁
   気ヘッドと、（ｄ）磁気ディスクにあらかじめ書き込ま
   れたサーボ情報を読み取る手段と、（ｅ）該サーボ情報
   に基づいて上記磁気ヘッドを目標トラックに位置決めす
   る手段を有することを特徴とする磁気ヘッドの位置決め
   装置。