JPWO2006061950A1 - 落下検知装置および磁気ディスク装置 - Google Patents

落下検知装置および磁気ディスク装置 Download PDF

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Abstract

加速度センサ（１）は加速度に応じた信号Ｐ１を出力し、微分器（２）はその微分信号Ｐ２を出力し、比較器（３）はこの微分信号Ｐ２がしきい値ＴＨｄを超えた時、出力Ｐ３の状態を反転させる。単安定マルチバイブレータ（４）は比較器（３）の出力Ｐ３の状態反転信号を一定時間継続する。積分器（５）は加速度検出信号Ｐ１を積分し、比較器（６）はその積分信号Ｐ５がしきい値ＴＨｉを超えた時、出力信号Ｐ６の状態を反転させる。落下判定処理部（７）は単安定マルチバイブレータ（４）の出力Ｐ４がアクティブである時に比較器（６）の出力Ｐ６が状態反転すれば落下検知状態を示す信号ｏｕｔを出力する。

Description

この発明は、装置が落下状態であるか否かを、加速度を基に検知する落下検知装置およびそれを備えた磁気ディスク装置に関するものである。
従来、装置の落下状態を検知する装置として特許文献１〜３が開示されている。
特許文献１の装置は、加速度センサの検出信号の微分出力信号が略０であるか否かによって、その落下検知装置が自由落下状態であるか否かを検知するようにしている。
特許文献２の装置は、加速度センサの出力信号を１回積分して速度信号を求め、その速度が基準以上となった場合に落下状態であるものと判定するようにしている。
特許文献３の装置は、加速度センサの出力とそれを１回積分した速度信号および２回積分した距離信号とに基づいて落下状態を判定するようにしている。
特開２０００−２４１４４２公報 特開平０８−２２１８８６号公報 特開２０００−２９８１３６公報
ところが、特許文献１に示されている構成では、加速度が略０であることを検知する必要があるため、直流加速度（ＤＣ加速度）の検知可能な加速度センサが必須となる。また、そのＤＣ加速度の出力は０Ｇ印加時（すなわち落下時）に少なくとも略０以下となるように調整し、且つ温度・湿度などの外的要因や経時変化に対しても同様に略０以下が出力されるように調整しておく必要がある。そのため、加速度センサおよびそれを用いる回路が複雑になりコスト高となる。
特許文献２の装置では、加速度を１回（１次）積分して落下時の速度を求め、その速度が基準値以上となったか否かによって落下を検知するものであるので、また、特許文献３の装置では、ＤＣ加速とその出力を１回積分した速度信号と、２回積分した距離信号とにより落下を検知するものであるので、いずれの場合も次に述べるように、その落下検知装置が組み込まれた携帯機器の傾きを変えた場合でも、それを落下状態と判断するといった誤検知が多くなるという問題がある。
すなわち重力加速度の方向と加速度の検知軸方向の傾きがθ変わると出力は（１−ｃｏｓθ）だけ変化する。たとえば、加速度検出軸が重力加速度方向に向いている状態から、加速度検出軸が重力加速度方向から９０°傾いた場合でも「落下」と判断されてしまう。
また特許文献３の場合、落下時の加速度センサ出力は少なくともしきい値以下に調整する必要があり、且つ温度・湿度などの外的要因や経時変化に対しても同様に０．２Ｇ以下となるように設定しておく必要がある。
このような制約は装置の低コスト化を阻むものであった。
また、特許文献１に示されている装置では、加速度検出信号の微分出力と加速度検出出力が共に略０である状態が一定期間継続した状態を落下状態と判定するが、微分出力は落下開始時に加速度センサが受ける重力加速度分瞬間的に出力され、その後微分器の時定数に従って０まで収束する。そのため、その時定数分だけ落下状態の判定が遅くなるという問題があった。
また、特許文献１や特許文献３の装置のように、ＤＣ加速度を検知する必要があるものでは、その加速度センサに加わる加速度方向についてＤＣ加速度であるか否かを検出しなければならないので、検知対象である装置がどのような向きで落下するか特定できない環境では、互いに直交する３軸方向の加速度を検知する必要がある。一方、ハードディスク装置などの磁気ディスク装置においては、磁気ディスクの記録面に対して垂直方向の加速度に弱いため、その方向にのみ落下検知できればよい。しかし、上述のようにＤＣ加速度を検知する方法では理論上３つの加速度センサおよびセンサ出力を信号処理する回路が必要となるため、全体にコスト高となるという問題があった。
そこで、この発明の目的は、ＤＣ加速度の検出を不要とし、また落下判定を早め、上述の各種問題を解消した落下検知装置およびそれを備えた磁気ディスク装置を提供することにある。
（１）この発明の落下検知装置は、加速度に応じた信号を出力する加速度センサと、該加速度センサの出力信号を微分する微分手段と、前記加速度センサの出力信号を積分する積分手段と、前記微分信号が所定のしきい値を超え且つ前記積分手段による積分信号が所定のしきい値を超える特定状態であるか否かを判定する状態判定手段とを備えたことを特徴としている。
（２）前記加速度センサは、たとえばそれぞれの加速度センサの加速度検出方向が互いに直交する３軸方向を向くように３つ配置し、前記状態判定手段が３つの加速度センサの出力信号のそれぞれについて前記特定状態を判定するようにし、該状態判定手段が前記３つの加速度センサの出力信号のいずれかについて前記特定状態を判定したとき落下状態であることを示す信号を出力する検知結果出力手段を備えたことを特徴としている。
（３）前記積分手段はたとえば１回積分または２回積分を行うものとする。
（４）前記加速度センサは、たとえば加速度に応じた応力により圧電効果が生じる圧電式の加速度センサとする。
（５）前記積分手段は、前記微分信号が所定のしきい値を超えた時から積分を開始するものとする。
（６）また、この発明の磁気ディスク装置は、上記いずれかの構成の落下検知装置と、磁気ディスクに対してデータの記録または読み出しを行うヘッドと、前記落下検知装置が落下状態を検知したとき、前記ヘッドを退避領域に退避させるヘッド退避手段とを備える。
（１）加速度センサの出力信号の微分信号と積分信号の両方に基づいてそれぞれが所定のしきい値を超えるか否かによって落下状態の判定を行うようにしたので、ＤＣ加速度検出が可能な加速度センサを用いる必要がなくなり、低コスト化が図れる。
また、微分出力の収束に要する時間を待たなくてよいので、微分出力と加速度出力が共に略０である状態が一定時間継続したことで落下を判定するものに比べて、落下検知に要する時間が短縮化できる。
さらに、加速度が０であることを検出することが条件ではないので、互いに直交する３軸方向の加速度を検出する必要がなく、検出したい軸方向の加速度を検出するように加速度センサを設けて、その出力信号を基に落下検知を行えばよく、必ずしも３軸方向に分けて加速度を検出しなくてもよい。この場合、加速度検出方向の軸に完全に直交する方向のみが不感軸となるが、この不感軸から印加加速度の方向が少しでもずれていれば落下検知が可能となる。そのため、低コスト化が図れる。
（２）前記加速度センサをそれぞれの加速度検出方向が互いに直交する３軸方向を向くように３つ配置してそれぞれについての前記特定状態（微分信号および積分信号が共に所定のしきい値を超える状態）を判定するように構成すれば、上記不感軸が生じなくなり、全方向の落下検知が可能となる。
（３）前記積分手段が１回積分するものとすれば、速度が所定のしきい値を超えることが１つの条件となり、２回積分を行えば変位量が所定のしきい値を超えるか否かが１つの条件となる。前者の「速度」を条件の１つとすれば、積分出力変化が比較的速いので落下検知の応答性を速めることができる。また後者の「変位量」を条件の１つとすれば、比較的短距離での装置の移動を誤って落下として誤検知する確率をより下げることができる。
（４）前記加速度センサを圧電式の加速度センサとすることによって、小型且つ低コストな落下検知装置が構成できる。
（５）前記積分手段を、前記微分信号が所定のしきい値を超えた時から積分を開始するように構成することによって、常に所定の時定数で積分するものに比べて、装置の低周波振動や回転などの影響を受けにくくなり、正しい落下検知が可能となる。
（６）このような落下検知装置を備え、落下を検知した際にヘッドを磁気ディスクから退避させるように構成したことにより、その磁気ディスク装置を内蔵する携帯機器の落下時の磁気ディスク装置の保護を行うことができ、且つ誤検知が少ないので、使用中での磁気ディスク装置のアクセス応答速度の低下の問題が解消できる。
第１の実施形態に係る落下検知装置の構成を示すブロック図である。 落下時に生じる図１の各部の波形を示す図である。 落下時に生じる図１の各部の波形を示す図である。 衝撃時に生じる図１各部の波形図である。 利用者によるモーションの例を示す図である。 同モーションによる図１各部の波形図である。 第２の実施形態に係る落下検知装置全体の構成と、３つの落下検知装置の配置関係を示す図である。 第３の実施形態に係る落下検知装置の構成を示すブロック図である。 第４の実施形態に係る磁気ディスク装置の構成を示すブロック図である。
符号の説明
１−加速度センサ
１０−状態判定手段
１００−落下検知装置
第１の実施形態に係る落下検知装置の構成を図１〜図７を基に説明する。
図１は、落下検知装置の構成を示すブロック図である。加速度センサ１は、加速度に応じた応力により圧電効果が生じる圧電式の加速度センサである。この加速度センサ１の出力信号Ｐ１は、検出可能な所定範囲で加速度に比例した電圧信号として出力する。ただし圧電式の加速度センサであるので、直流成分およびごく低周波成分の信号は含まない。すなわちＤＣ加速は検出しない。
微分器２は加速度センサ１の出力信号Ｐ１を微分して微分信号Ｐ２を出力する回路である。たとえばオペアンプとＣＲの時定数回路とから構成する。この微分信号Ｐ２は加速度信号の微分信号であるので加加速度に相当する信号である。
比較器３は予め定めた所定のしきい値ＴＨｄと上記微分信号Ｐ２とを比較し、微分信号Ｐ２がしきい値ＴＨｄを超えた時、出力信号Ｐ３の状態を反転する。この比較器３の出力信号Ｐ３は論理レベルの信号、すなわちハイレベル（Ｈｉ）かローレベル（Ｌｏ）のいずれかを採る信号である。
単安定マルチバイブレータ４は、比較器３の出力信号Ｐ３の状態が定常状態より反転したタイミングから一定時間その状態を保つ信号Ｐ４を出力する。
一方、積分器５は加速度センサ１の出力信号Ｐ１を２回積分して積分信号Ｐ５を出力する回路である。この積分器５はオペアンプとＣＲ時定数回路とによる積分回路を２段にしたものである。この積分信号Ｐ５は加速度センサの出力信号Ｐ１の２回積分であるので、装置の位置（変位量）に相当する信号である。
比較器６は予め定めた所定のしきい値ＴＨｉと積分器５の積分信号Ｐ５とを比較して、積分信号Ｐ５がしきい値ＴＨｉを上回った時、出力信号Ｐ６の状態を反転させる。この比較器６の出力信号は論理レベルの信号である。
落下判定処理部７は、単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４と比較器６の出力信号Ｐ６とに基づいて、落下状態であるか否かを判定して出力信号ｏｕｔを出力する。この落下判定処理部７は、単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４の状態が定常状態から反転している状態で、且つ比較器６の出力信号Ｐ６が上記しきい値ＴＨｉより積分信号Ｐ５が上回っている状態（特定状態）であるか否かを判定し、その特定状態の時、装置は落下中であるものと見なして、それに対応する論理レベルの信号を出力する。
次に、図１に示した落下検知装置の各部の波形と落下判定処理部７の動作について図２を参照して説明する。
〈落下時の動作〉
図２の（Ａ）は加速度センサ１が受ける加速度の時間変化を示す図であり、横軸に時間、縦軸に入力加速度をとっている。ここでは、落下を開始した時刻を０としている。
図２の（Ｂ）は、図１に示した加速度センサ１の出力信号Ｐ１の波形である。図２の（Ｃ）は図１に示した微分器２の出力信号（微分信号Ｐ２）の波形である。ここでは落下方向の加速度を縦軸の上方向にとっている。加速度センサ１の出力信号Ｐ１は落下を開始した瞬間に立ち上がり、その後、加速度センサ１の回路構成により定まる時定数で次第に低下していく。したがって、微分信号Ｐ２は落下を開始した瞬間に立ち下がりその直後、微分器２の時定数に応じて上昇する。ここでは落下方向の加加速度方向を縦軸の下方向にとっている。
自由落下の時、この微分信号Ｐ２の絶対値はしきい値ＴＨｄを超える。言い換えると、自由落下時に微分器２の出力信号Ｐ２がしきい値ＴＨｄを超えるように、このしきい値ＴＨｄを定めておく。
図２の（Ｄ）は図１に示した積分器５の出力信号（積分信号）Ｐ５の波形図である。この信号は（Ｂ）に示した加速度センサ１の出力信号Ｐ１の２回積分波形であり、落下を開始してから放物線（２次曲線）に沿った変化を示し、予め定めたしきい値ＴＨｉを超える。その後は積分器の時定数に応じて信号の大きさは再び減少する。
この例では上記しきい値ＴＨｉを落下開始から０．１５ｓの後に超えている。言い換えると、落下を開始してから必要な応答時間（たとえば０．２ｓ）以内にしきい値ＴＨｉを超えるようにそのしきい値ＴＨｉを定めておく。
図３の（Ａ）は図１に示した比較器３の出力信号Ｐ３の波形、図３の（Ｂ）は単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４の波形である。図２の（Ｃ）に示したように、微分信号Ｐ２がしきい値ＴＨｄを超えている時間だけ比較器３の出力信号Ｐ３はローレベル（Ｌｏ）となり、単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４は比較器３の出力信号Ｐ３が立ち下がってから一定時間（Ｔ）の後、ｔｍのタイミングで立ち上がる。
図３の（Ｃ）は図１に示した比較器６の出力信号Ｐ６の波形図である。図２の（Ｄ）に示したように、積分信号Ｐ５がｔｉでしきい値ＴＨｉを上回るので、比較器６の出力信号Ｐ６はこのタイミングｔｉでローレベル（Ｌｏ）に反転する。
図３の（Ｄ）は図１に示した落下判定処理部７の出力信号ｏｕｔの波形図である。落下判定処理部７は正論理でのＮＯＲゲートとして作用し、単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４と比較器６の出力信号Ｐ６が共にローレベル（Ｌｏ）状態の時、ハイレベルを出力する。したがって図３の（Ｄ）に示したように、０で落下を開始してからｔｉのタイミングで立ち上がり、ｔｍで立ち下がる信号を出力する。このハイレベルの発生がすなわち落下を検知したことを意味する。したがって、この落下検知装置を用いる機器は、出力信号ｏｕｔが立ち上がった時に落下対策を行えばよい。
なお、図２・図３に示した例では説明上、加速度の方向が１方向であるものとして説明したが、加速度センサ１の出力信号Ｐ１は両極性であるので、落下方向は両方向に検知可能である。したがって、比較器３のしきい値ＴＨｄは正負両極性用にそれぞれ設ける。同様に比較器６のしきい値ＴＨｉも正負両極性用に設ける。
なお、図２の（Ｂ）に示したように、落下を開始して加速度センサ１の出力信号Ｐ１が立ち上がった直後から出力が徐々に低下しているのは、加速度センサ１の低域遮断周波数特性によるものである。この低域遮断周波数は、検知したい時間内（落下距離Ｌに換算すると、Ｌ＝１／２Ｇ・ｔ2）で、出力変化が殆どないように極力低くする。この例では０．４Ｈｚとした。ここで、Ｇは重力加速度、ｔは落下を開始してからそれを検知するまでの必要な応答時間である。
〈落下時以外の動作（その１）〉
落下時以外に加速度センサ１に印加される加速度としては、この落下検知装置が搭載された機器が他の物体にぶつかる際の衝撃がある。この場合について図４を基に落下検知装置の動作について説明する。
図４の（Ａ）は上記衝撃による入力加速度である。この加速度は、０［Ｇ］を中心としてプラスマイナスの両方向に振れるバースト状の加速度がたとえば０．２ｓ周期程度で繰り返されたものである。
図４の（Ｂ）は微分器２の出力信号Ｐ２の波形図である。入力加速度は±２Ｇを超える大きな加速度であるので、その微分信号も両極性のしきい値ＴＨｄｎ，ＴＨｄｐをその都度超える。
図４の（Ｃ）は単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４の波形図である。比較器３の出力信号Ｐ３は微分信号Ｐ２がしきい値ＴＨｄｎ，ＴＨｄｐを超える毎にハイレベルとローレベルを反転する波形となるが、単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４のローレベルの時間Ｔはこの単安定マルチバイブレータ４の出力する１波形分より短くならず、（Ｃ）に示すような波形になる。
一方、積分器５の出力信号Ｐ５は、図４の（Ｄ）に示すように略０を保つので、しきい値ＴＨｉｎ、ＴＨｉｐを超えることはない。そのため、比較器６の出力信号Ｐ６は図４の（Ｅ）に示すように通常状態であるハイレベルを保つ。
図４の（Ｆ）は落下判定処理部７の出力信号ｏｕｔの波形図である。比較器６の出力信号Ｐ６はハイレベルを保っているので、この出力信号ｏｕｔはローレベル（Ｌｏ）のままである。したがって落下状態でないものとして正常に検知される。
〈落下時以外の動作（その２）〉
落下時以外に加速度センサに加速度が印加される状態としては、その他に機器利用者のモーションがある。その例について図５・図６を基に説明する。
図５は落下検知装置１００またはそれを搭載した装置に、図中矢印Ｒで示すように９０°繰り返し変化するモーションが加わった例を示している。ここで落下検知装置１００の加速度検出軸ｚが鉛直方向ｖを向いていて、このｚ軸に互いに直交する２つの軸ｘ，ｙが水平面の面内を向いている。また、Ｇは重力加速度の方向を表している。
このような状況で図６の（Ａ）は加速度センサ１に加わる入力加速度の波形図である。図５の落下検知装置１００が実線で示す状態にある時、入力加速度は１．０［Ｇ］、破線で示す状態で静止している時、重力加速度は０［Ｇ］となるので、この（Ａ）に示すように１Ｇｐｐの加速度が印加されることになる。
図６の（Ｂ）は微分器２の出力信号（微分信号）Ｐ２の波形図である。落下時と異なり、このような印加加速度が緩やかに変化する状態では微分信号の変化が小さく、しきい値ＴＨｄｎ，ＴＨｄｐを超えない。
図６の（Ｃ）は単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４の波形図である。比較器３の出力信号Ｐ３はハイレベルを保つため、このように単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４はハイレベルを保つ。
図６の（Ｄ）は積分器５の出力信号（積分信号）Ｐ５の波形図である。このように入力加速度が緩やかに変化することにより、積分信号Ｐ５も緩やかに且つ大きく変化し、しきい値ＴＨｉｎ，ＴＨｉｐを超える。
図６の（Ｅ）は比較器６の出力信号Ｐ６の波形図である。図６の（Ｄ）に示したように、積分信号Ｐ５がしきい値ＴＨｉｎ，ＴＨｉｐを超えている期間ローレベルとなる。しかし、上述のように単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４はハイレベルのままであるので、落下判定処理部７の出力信号ｏｕｔは図４の（Ｆ）と同様にローレベルを保つ。すなわち落下状態でないものとして正しく検知結果を出力する。
次に、第２の実施形態に係る落下検知装置について図７を基に説明する。
図７の（Ａ）は落下検知装置全体の構成を示すブロック図である。ここでｘ軸落下検知装置１００ｘは、その内部の加速度センサの加速度検出方向がｘ軸を向いた落下検知装置である。ｙ軸落下検知装置１００ｙは、その内部の加速度センサの加速度検出方向がｙ軸を向いた落下検知装置である。また、ｚ軸落下検知装置１００ｚは、その内部の加速度センサの加速度検出方向がｚ軸を向いた落下検知装置である。これら３つの落下検知装置１００ｘ，１００ｙ，１００ｚのそれぞれの構成は図１に示したものと同様である。論理和回路ＯＲは３つの落下検知装置１００ｘ，１００ｙ，１００ｚの出力信号ｏｕｔ（ｘ），ｏｕｔ（ｙ），ｏｕｔ（ｚ）の論理和信号を出力する論理回路である。
図７の（Ｂ）は、上記３つの落下検知装置１００ｘ，１００ｙ，１００ｚの配置関係を示している。落下方向の水平面内の方位をφ、ｚ軸（鉛直）に対する傾きをθとすれば、３つの落下検知装置の加速度センサが受ける加速度は次の関係で表される。
Ｇｘ＝１Ｇ×｜ｓｉｎθ・ｃｏｓφ｜
Ｇｙ＝１Ｇ×｜ｓｉｎθ・ｓｉｎφ｜
Ｇｚ＝１Ｇ×｜ｃｏｓθ｜
ここでＧは重力加速度である。Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚの最大値をＧｍａｘとすると、Ｇｍａｘが最小となる落下方向は（θ，φ）＝（±５４．７°，±４５°）、（±５４．７°，±１３５°）、（±１２５．３°，±４５°）、（±１２５．３°，±１３５°）であり、その時のＧｍａｘは０．５７７Ｇとなる。これは、どの方向を向いて落下したとしても、ｘ，ｙ，ｚの軸のいずれかの加速度センサには０．５７７Ｇから０Ｇのステップ状の加速度が印加されることに相当する。
そこで、図７の（Ａ）に示した各落下検知装置１００ｘ，１００ｙ，１００ｚの比較器３のしきい値ＴＨｄを、０Ｇから０．５７７Ｇのステップ入力に対して生じる微分信号の最大値以下とする。また、比較器６のしきい値ＴＨｉを、０Ｇから０．５７７Ｇのステップ入力から時間ｔ経過時における積分信号の値以下とする。ここで時間ｔは落下の瞬間を０［ｓ］として、落下を検知したい応答時間の最大値である。
このように比較器３，６のしきい値ＴＨｄ，ＴＨｉを定めることによって全方向に落下の検知を行えるようになる。
上述の例では説明の都合上、加速度の印加方向を１方向として比較器３，６のしきい値を定めるようにしたが、実際には加速度の印加方向の両極性の加速度について検出するので、比較器３，６に定めるしきい値も図４や図６に示した例と同様に両極性用にそれぞれ定める。
なお、この第２の実施形態では、互いに直交する３軸方向に加速度センサの軸が向くように３つの落下検知装置を用いたが、特定方向への落下検知が不要である場合には、その特定方向に不感軸を有するように、直交する２軸方向にのみ落下検知装置を設けてもよい。たとえば図７の（Ｂ）に示したｙ軸方向への落下に対して特別な対策が不要である場合、落下検知装置１００ｙを用いないで、残る２つの落下検知装置１００ｘ，１００ｚのみを用いればよい。この場合、ｙ軸方向を中心とする所定広がり角度の円錐形範囲への落下だけが検知できないことになるが、残る広範囲の方向への落下は検知可能となる。
次に、第３の実施形態に係る落下検知装置の構成を、図８を基に説明する。
この落下検知装置は、加速度微分信号が所定のしきい値を超えた後の一定時間だけ加速度検出信号を積分し、その積分信号が所定のしきい値を超えた時に落下状態と見なすものである。
図８において、加速度センサ１は、加速度に応じた電圧信号を出力する。微分器２は加速度センサ１の出力信号Ｐ１の微分信号Ｐ２を出力する。比較器３は予め定めた所定のしきい値ＴＨｄと微分信号Ｐ２とを比較し、微分信号Ｐ２がしきい値ＴＨｄを超えた時、出力信号Ｐ３の状態を反転する。単安定マルチバイブレータ４は、比較器３の出力信号Ｐ３の状態が定常状態より反転したタイミングから一定時間その状態を保つ信号Ｐ４を出力する。積分器５は加速度センサ１の出力信号Ｐ１を２回積分して積分信号Ｐ５を出力する。比較器６は予め定めた所定のしきい値ＴＨｉと積分器５の積分信号Ｐ５とを比較して、積分信号Ｐ５がしきい値ＴＨｉを上回った時、出力信号Ｐ６の状態を反転させる。この比較器６の出力信号ｏｕｔが落下検知信号である。
ここで図８の動作を再び図２を用いて説明する。時刻０で落下を開始すると、図２の（Ｃ）に示したように微分器２の出力信号Ｐ２は急激に低下し、しきい値ＴＨｄを超えるので、図３の（Ａ）に示したように比較器３の出力信号Ｐ３は落下を開始した後、ほとんど同時にローレベルとなる。そのため、単安定マルチバイブレータ４の出力Ｐ４は図３の（Ｂ）に示したように一定時間Ｔだけローレベルを維持する。一方、積分器５の積分信号Ｐ５の波形は図２の（Ｄ）に示したように変化し、単安定マルチバイブレータ４の時間Ｔの間に積分信号Ｐ５がしきい値ＴＨｉを超えることにより、図３の（Ｄ）に示したように出力ｏｕｔをハイレベルとする。その後、タイミングＴｍで単安定マルチバイブレータ４の出力Ｐ４がハイレベルに戻ると、積分器５はそれによりリセットされ、比較器６の出力はローレベルに戻る。したがって出力ｏｕｔの波形は図３の（Ｄ）に示したものと同一となる。
但し、この第３の実施形態に係る落下検知装置と第１の実施形態に係る落下検知装置とは次の点で作用効果が異なる。
すなわち、図１に示した構成では、積分器５は加速度センサ１の出力信号Ｐ１を常に所定の時定数で２回積分するのに対し、図８に示した構成では、積分器５は単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４が出力されている時間（ローレベルである期間）だけ加速度センサ１の出力信号Ｐ１を積分し、単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４がハイレベルに戻った段階でリセットする。そのため、落下検知装置を搭載した機器の利用者によるモーションの結果、図６の（Ａ）などに示したように低周波の振動や回転などによる加速度変化が生じると、積分器５の出力信号Ｐ５は、図１の構成によれば図６の（Ｄ）のように大きく変化する。その結果、積分信号の比較を行う比較器６の比較結果は図６の（Ｅ）に示したようにほとんどの時間においてローレベル（アクティブ状態）となってしまう。このような状態で図４の（Ａ）に示したような衝撃が加わると、その時点で単安定マルチバイブレータ４の出力がローレベルとなり、その結果、落下状態として誤検知されることになる。これに対して、図８に示した構成によれば、微分器２の出力信号Ｐ２はしきい値ＴＨｄを超えた後の一定時間（単安定マルチバイブレータ４の単安定時間）だけ積分を行い、その時間だけで積分出力が上昇するので上記の誤検知についても確実に防止できる。
次に、第４の実施形態に係る磁気ディスク装置について図９を基に説明する。
図９はハードディスクドライブ装置などの磁気ディスク装置の構成を示すブロック図である。ここで、読み書き回路２０２はヘッド２０１を用いて磁気ディスク上のトラックに、書き込まれているデータの読み取りまたは書き込みを行う。制御回路２００は読み書き回路２０２を介してデータの読み書き制御を行い、この読み書きデータをインタフェース２０５を介してホスト装置との間で通信する。また制御回路２００はスピンドルモータ２０４を制御し、ボイスコイルモータ２０３を制御する。また制御回路２００は落下検知装置１００による落下検知信号を読み取って、落下状態の時、ボイスコイルモータ２０３を制御してヘッド２０１を退避領域に退避させる。これにより、たとえば、ハードディスク装置が搭載された携帯機器を落下させた際に、携帯機器が地面に接地（激突）するまでにヘッドを磁気ディスクの領域から退避領域へ退避させるので、ヘッド２０１の磁気ディスクの記録面に対する接触による損傷が防止できる。
この発明は、装置が落下状態であるか否かを、加速度を基に検知する落下検知装置およびそれを備えた磁気ディスク装置に関するものである。
従来、装置の落下状態を検知する装置として特許文献１〜３が開示されている。
特許文献１の装置は、加速度センサの検出信号の微分出力信号が略０であるか否かによって、その落下検知装置が自由落下状態であるか否かを検知するようにしている。
特許文献２の装置は、加速度センサの出力信号を１回積分して速度信号を求め、その速度が基準以上となった場合に落下状態であるものと判定するようにしている。
特許文献３の装置は、加速度センサの出力とそれを１回積分した速度信号および２回積分した距離信号とに基づいて落下状態を判定するようにしている。
特開２０００−２４１４４２公報 特開平０８−２２１８８６号公報 特開２０００−２９８１３６公報
ところが、特許文献１に示されている構成では、加速度が略０であることを検知する必要があるため、直流加速度（ＤＣ加速度）の検知可能な加速度センサが必須となる。また、そのＤＣ加速度の出力は０Ｇ印加時（すなわち落下時）に少なくとも略０以下となるように調整し、且つ温度・湿度などの外的要因や経時変化に対しても同様に略０以下が出力されるように調整しておく必要がある。そのため、加速度センサおよびそれを用いる回路が複雑になりコスト高となる。
特許文献２の装置では、加速度を１回（１次）積分して落下時の速度を求め、その速度が基準値以上となったか否かによって落下を検知するものであるので、また、特許文献３の装置では、ＤＣ加速とその出力を１回積分した速度信号と、２回積分した距離信号とにより落下を検知するものであるので、いずれの場合も次に述べるように、その落下検知装置が組み込まれた携帯機器の傾きを変えた場合でも、それを落下状態と判断するといった誤検知が多くなるという問題がある。
すなわち重力加速度の方向と加速度の検知軸方向の傾きがθ変わると出力は（１−ｃｏｓθ）だけ変化する。たとえば、加速度検出軸が重力加速度方向に向いている状態から、加速度検出軸が重力加速度方向から９０°傾いた場合でも「落下」と判断されてしまう。
また特許文献３の場合、落下時の加速度センサ出力は少なくともしきい値以下に調整する必要があり、且つ温度・湿度などの外的要因や経時変化に対しても同様に０．２Ｇ以下となるように設定しておく必要がある。
このような制約は装置の低コスト化を阻むものであった。
また、特許文献１に示されている装置では、加速度検出信号の微分出力と加速度検出出力が共に略０である状態が一定期間継続した状態を落下状態と判定するが、微分出力は落下開始時に加速度センサが受ける重力加速度分瞬間的に出力され、その後微分器の時定数に従って０まで収束する。そのため、その時定数分だけ落下状態の判定が遅くなるという問題があった。
また、特許文献１や特許文献３の装置のように、ＤＣ加速度を検知する必要があるものでは、その加速度センサに加わる加速度方向についてＤＣ加速度であるか否かを検出しなければならないので、検知対象である装置がどのような向きで落下するか特定できない環境では、互いに直交する３軸方向の加速度を検知する必要がある。一方、ハードディスク装置などの磁気ディスク装置においては、磁気ディスクの記録面に対して垂直方向の加速度に弱いため、その方向にのみ落下検知できればよい。しかし、上述のようにＤＣ加速度を検知する方法では理論上３つの加速度センサおよびセンサ出力を信号処理する回路が必要となるため、全体にコスト高となるという問題があった。
そこで、この発明の目的は、ＤＣ加速度の検出を不要とし、また落下判定を早め、上述の各種問題を解消した落下検知装置およびそれを備えた磁気ディスク装置を提供することにある。
（１）この発明の落下検知装置は、加速度に応じた信号を出力する加速度センサと、該加速度センサの出力信号を微分する微分手段と、前記加速度センサの出力信号を積分する積分手段と、前記微分信号が所定のしきい値を超え且つ前記積分手段による積分信号が所定のしきい値を超える特定状態であるか否かを判定する状態判定手段とを備え、前記積分手段は、前記微分信号が所定のしきい値を超えたときから積分を開始するものとしたことを特徴としている。
（２）前記加速度センサは、たとえばそれぞれの加速度センサの加速度検出方向が互いに直交する３軸方向を向くように３つ配置し、前記状態判定手段が３つの加速度センサの出力信号のそれぞれについて前記特定状態を判定するようにし、該状態判定手段が前記３つの加速度センサの出力信号のいずれかについて前記特定状態を判定したとき落下状態であることを示す信号を出力する検知結果出力手段を備えたことを特徴としている。
（３）前記積分手段はたとえば１回積分または２回積分を行うものとする。
（４）前記加速度センサは、たとえば加速度に応じた応力により圧電効果が生じる圧電式の加速度センサとする。
（５）前記積分手段による積分は、一定時間積分するものとする。
（６）前記微分手段の出力信号の状態を所定期間保つ単安定マルチバイブレータを前記微分手段の後段に配し、前記一定時間を前記単安定マルチバイブレータの単安定時間とする。
（７）また、この発明の磁気ディスク装置は、上記いずれかの構成の落下検知装置と、磁気ディスクに対してデータの記録または読み出しを行うヘッドと、前記落下検知装置が落下状態を検知したとき、前記ヘッドを退避領域に退避させるヘッド退避手段とを備える。
（１）加速度センサの出力信号の微分信号と積分信号の両方に基づいてそれぞれが所定のしきい値を超えるか否かによって落下状態の判定を行うようにしたので、ＤＣ加速度検出が可能な加速度センサを用いる必要がなくなり、低コスト化が図れる。
また、微分出力の収束に要する時間を待たなくてよいので、微分出力と加速度出力が共に略０である状態が一定時間継続したことで落下を判定するものに比べて、落下検知に要する時間が短縮化できる。
さらに、加速度が０であることを検出することが条件ではないので、互いに直交する３軸方向の加速度を検出する必要がなく、検出したい軸方向の加速度を検出するように加速度センサを設けて、その出力信号を基に落下検知を行えばよく、必ずしも３軸方向に分けて加速度を検出しなくてもよい。この場合、加速度検出方向の軸に完全に直交する方向のみが不感軸となるが、この不感軸から印加加速度の方向が少しでもずれていれば落下検知が可能となる。そのため、低コスト化が図れる。
その上、微分信号が所定のしきい値を超えた時から積分手段が積分を開始するように構成したことによって、常に所定の時定数で積分するものに比べて、装置の低周波振動や回転などの影響を受けにくくなり、正しい落下検知が可能となる。
（２）前記加速度センサをそれぞれの加速度検出方向が互いに直交する３軸方向を向くように３つ配置してそれぞれについての前記特定状態（微分信号および積分信号が共に所定のしきい値を超える状態）を判定するように構成すれば、上記不感軸が生じなくなり、全方向の落下検知が可能となる。
（３）前記積分手段が１回積分するものとすれば、速度が所定のしきい値を超えることが１つの条件となり、２回積分を行えば変位量が所定のしきい値を超えるか否かが１つの条件となる。前者の「速度」を条件の１つとすれば、積分出力変化が比較的速いので落下検知の応答性を速めることができる。また後者の「変位量」を条件の１つとすれば、比較的短距離での装置の移動を誤って落下として誤検知する確率をより下げることができる。
（４）前記加速度センサを圧電式の加速度センサとすることによって、小型且つ低コストな落下検知装置が構成できる。
（５）このような落下検知装置を備え、落下を検知した際にヘッドを磁気ディスクから退避させるように構成したことにより、その磁気ディスク装置を内蔵する携帯機器の落下時の磁気ディスク装置の保護を行うことができ、且つ誤検知が少ないので、使用中での磁気ディスク装置のアクセス応答速度の低下の問題が解消できる。
第１の実施形態に係る落下検知装置の構成を図１〜図７を基に説明する。
図１は、落下検知装置の構成を示すブロック図である。加速度センサ１は、加速度に応じた応力により圧電効果が生じる圧電式の加速度センサである。この加速度センサ１の出力信号Ｐ１は、検出可能な所定範囲で加速度に比例した電圧信号として出力する。ただし圧電式の加速度センサであるので、直流成分およびごく低周波成分の信号は含まない。すなわちＤＣ加速は検出しない。
微分器２は加速度センサ１の出力信号Ｐ１を微分して微分信号Ｐ２を出力する回路である。たとえばオペアンプとＣＲの時定数回路とから構成する。この微分信号Ｐ２は加速度信号の微分信号であるので加加速度に相当する信号である。
比較器３は予め定めた所定のしきい値ＴＨｄと上記微分信号Ｐ２とを比較し、微分信号Ｐ２がしきい値ＴＨｄを超えた時、出力信号Ｐ３の状態を反転する。この比較器３の出力信号Ｐ３は論理レベルの信号、すなわちハイレベル（Ｈｉ）かローレベル（Ｌｏ）のいずれかを採る信号である。
単安定マルチバイブレータ４は、比較器３の出力信号Ｐ３の状態が定常状態より反転したタイミングから一定時間その状態を保つ信号Ｐ４を出力する。
一方、積分器５は加速度センサ１の出力信号Ｐ１を２回積分して積分信号Ｐ５を出力する回路である。この積分器５はオペアンプとＣＲ時定数回路とによる積分回路を２段にしたものである。この積分信号Ｐ５は加速度センサの出力信号Ｐ１の２回積分であるので、装置の位置（変位量）に相当する信号である。
比較器６は予め定めた所定のしきい値ＴＨｉと積分器５の積分信号Ｐ５とを比較して、積分信号Ｐ５がしきい値ＴＨｉを上回った時、出力信号Ｐ６の状態を反転させる。この比較器６の出力信号は論理レベルの信号である。
落下判定処理部７は、単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４と比較器６の出力信号Ｐ６とに基づいて、落下状態であるか否かを判定して出力信号ｏｕｔを出力する。この落下判定処理部７は、単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４の状態が定常状態から反転している状態で、且つ比較器６の出力信号Ｐ６が上記しきい値ＴＨｉより積分信号Ｐ５が上回っている状態（特定状態）であるか否かを判定し、その特定状態の時、装置は落下中であるものと見なして、それに対応する論理レベルの信号を出力する。
次に、図１に示した落下検知装置の各部の波形と落下判定処理部７の動作について図２を参照して説明する。
〈落下時の動作〉
図２の（Ａ）は加速度センサ１が受ける加速度の時間変化を示す図であり、横軸に時間、縦軸に入力加速度をとっている。ここでは、落下を開始した時刻を０としている。
図２の（Ｂ）は、図１に示した加速度センサ１の出力信号Ｐ１の波形である。図２の（Ｃ）は図１に示した微分器２の出力信号（微分信号Ｐ２）の波形である。ここでは落下方向の加速度を縦軸の上方向にとっている。加速度センサ１の出力信号Ｐ１は落下を開始した瞬間に立ち上がり、その後、加速度センサ１の回路構成により定まる時定数で次第に低下していく。したがって、微分信号Ｐ２は落下を開始した瞬間に立ち下がりその直後、微分器２の時定数に応じて上昇する。ここでは落下方向の加加速度方向を縦軸の下方向にとっている。
自由落下の時、この微分信号Ｐ２の絶対値はしきい値ＴＨｄを超える。言い換えると、自由落下時に微分器２の出力信号Ｐ２がしきい値ＴＨｄを超えるように、このしきい値ＴＨｄを定めておく。
図２の（Ｄ）は図１に示した積分器５の出力信号（積分信号）Ｐ５の波形図である。この信号は（Ｂ）に示した加速度センサ１の出力信号Ｐ１の２回積分波形であり、落下を開始してから放物線（２次曲線）に沿った変化を示し、予め定めたしきい値ＴＨｉを超える。その後は積分器の時定数に応じて信号の大きさは再び減少する。
この例では上記しきい値ＴＨｉを落下開始から０．１５ｓの後に超えている。言い換えると、落下を開始してから必要な応答時間（たとえば０．２ｓ）以内にしきい値ＴＨｉを超えるようにそのしきい値ＴＨｉを定めておく。
図３の（Ａ）は図１に示した比較器３の出力信号Ｐ３の波形、図３の（Ｂ）は単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４の波形である。図２の（Ｃ）に示したように、微分信号Ｐ２がしきい値ＴＨｄを超えている時間だけ比較器３の出力信号Ｐ３はローレベル（Ｌｏ）となり、単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４は比較器３の出力信号Ｐ３が立ち下がってから一定時間（Ｔ）の後、ｔｍのタイミングで立ち上がる。
図３の（Ｃ）は図１に示した比較器６の出力信号Ｐ６の波形図である。図２の（Ｄ）に示したように、積分信号Ｐ５がｔｉでしきい値ＴＨｉを上回るので、比較器６の出力信号Ｐ６はこのタイミングｔｉでローレベル（Ｌｏ）に反転する。
図３の（Ｄ）は図１に示した落下判定処理部７の出力信号ｏｕｔの波形図である。落下判定処理部７は正論理でのＮＯＲゲートとして作用し、単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４と比較器６の出力信号Ｐ６が共にローレベル（Ｌｏ）状態の時、ハイレベルを出力する。したがって図３の（Ｄ）に示したように、０で落下を開始してからｔｉのタイミングで立ち上がり、ｔｍで立ち下がる信号を出力する。このハイレベルの発生がすなわち落下を検知したことを意味する。したがって、この落下検知装置を用いる機器は、出力信号ｏｕｔが立ち上がった時に落下対策を行えばよい。
なお、図２・図３に示した例では説明上、加速度の方向が１方向であるものとして説明したが、加速度センサ１の出力信号Ｐ１は両極性であるので、落下方向は両方向に検知可能である。したがって、比較器３のしきい値ＴＨｄは正負両極性用にそれぞれ設ける。同様に比較器６のしきい値ＴＨｉも正負両極性用に設ける。
なお、図２の（Ｂ）に示したように、落下を開始して加速度センサ１の出力信号Ｐ１が立ち上がった直後から出力が徐々に低下しているのは、加速度センサ１の低域遮断周波数特性によるものである。この低域遮断周波数は、検知したい時間内（落下距離Ｌに換算すると、Ｌ＝１／２Ｇ・ｔ2）で、出力変化が殆どないように極力低くする。この例では０．４Ｈｚとした。ここで、Ｇは重力加速度、ｔは落下を開始してからそれを検知するまでの必要な応答時間である。
〈落下時以外の動作（その１）〉
落下時以外に加速度センサ１に印加される加速度としては、この落下検知装置が搭載された機器が他の物体にぶつかる際の衝撃がある。この場合について図４を基に落下検知装置の動作について説明する。
図４の（Ａ）は上記衝撃による入力加速度である。この加速度は、０［Ｇ］を中心としてプラスマイナスの両方向に振れるバースト状の加速度がたとえば０．２ｓ周期程度で繰り返されたものである。
図４の（Ｂ）は微分器２の出力信号Ｐ２の波形図である。入力加速度は±２Ｇを超える大きな加速度であるので、その微分信号も両極性のしきい値ＴＨｄｎ，ＴＨｄｐをその都度超える。
図４の（Ｃ）は単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４の波形図である。比較器３の出力信号Ｐ３は微分信号Ｐ２がしきい値ＴＨｄｎ，ＴＨｄｐを超える毎にハイレベルとローレベルを反転する波形となるが、単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４のローレベルの時間Ｔはこの単安定マルチバイブレータ４の出力する１波形分より短くならず、（Ｃ）に示すような波形になる。
一方、積分器５の出力信号Ｐ５は、図４の（Ｄ）に示すように略０を保つので、しきい値ＴＨｉｎ、ＴＨｉｐを超えることはない。そのため、比較器６の出力信号Ｐ６は図４の（Ｅ）に示すように通常状態であるハイレベルを保つ。
図４の（Ｆ）は落下判定処理部７の出力信号ｏｕｔの波形図である。比較器６の出力信号Ｐ６はハイレベルを保っているので、この出力信号ｏｕｔはローレベル（Ｌｏ）のままである。したがって落下状態でないものとして正常に検知される。
〈落下時以外の動作（その２）〉
落下時以外に加速度センサに加速度が印加される状態としては、その他に機器利用者のモーションがある。その例について図５・図６を基に説明する。
図５は落下検知装置１００またはそれを搭載した装置に、図中矢印Ｒで示すように９０°繰り返し変化するモーションが加わった例を示している。ここで落下検知装置１００の加速度検出軸ｚが鉛直方向ｖを向いていて、このｚ軸に互いに直交する２つの軸ｘ，ｙが水平面の面内を向いている。また、Ｇは重力加速度の方向を表している。
このような状況で図６の（Ａ）は加速度センサ１に加わる入力加速度の波形図である。図５の落下検知装置１００が実線で示す状態にある時、入力加速度は１．０［Ｇ］、破線で示す状態で静止している時、重力加速度は０［Ｇ］となるので、この（Ａ）に示すように１Ｇｐｐの加速度が印加されることになる。
図６の（Ｂ）は微分器２の出力信号（微分信号）Ｐ２の波形図である。落下時と異なり、このような印加加速度が緩やかに変化する状態では微分信号の変化が小さく、しきい値ＴＨｄｎ，ＴＨｄｐを超えない。
図６の（Ｃ）は単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４の波形図である。比較器３の出力信号Ｐ３はハイレベルを保つため、このように単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４はハイレベルを保つ。
図６の（Ｄ）は積分器５の出力信号（積分信号）Ｐ５の波形図である。このように入力加速度が緩やかに変化することにより、積分信号Ｐ５も緩やかに且つ大きく変化し、しきい値ＴＨｉｎ，ＴＨｉｐを超える。
図６の（Ｅ）は比較器６の出力信号Ｐ６の波形図である。図６の（Ｄ）に示したように、積分信号Ｐ５がしきい値ＴＨｉｎ，ＴＨｉｐを超えている期間ローレベルとなる。しかし、上述のように単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４はハイレベルのままであるので、落下判定処理部７の出力信号ｏｕｔは図４の（Ｆ）と同様にローレベルを保つ。すなわち落下状態でないものとして正しく検知結果を出力する。
次に、第２の実施形態に係る落下検知装置について図７を基に説明する。
図７の（Ａ）は落下検知装置全体の構成を示すブロック図である。ここでｘ軸落下検知装置１００ｘは、その内部の加速度センサの加速度検出方向がｘ軸を向いた落下検知装置である。ｙ軸落下検知装置１００ｙは、その内部の加速度センサの加速度検出方向がｙ軸を向いた落下検知装置である。また、ｚ軸落下検知装置１００ｚは、その内部の加速度センサの加速度検出方向がｚ軸を向いた落下検知装置である。これら３つの落下検知装置１００ｘ，１００ｙ，１００ｚのそれぞれの構成は図１に示したものと同様である。論理和回路ＯＲは３つの落下検知装置１００ｘ，１００ｙ，１００ｚの出力信号ｏｕｔ（ｘ），ｏｕｔ（ｙ），ｏｕｔ（ｚ）の論理和信号を出力する論理回路である。
図７の（Ｂ）は、上記３つの落下検知装置１００ｘ，１００ｙ，１００ｚの配置関係を示している。落下方向の水平面内の方位をφ、ｚ軸（鉛直）に対する傾きをθとすれば、３つの落下検知装置の加速度センサが受ける加速度は次の関係で表される。
Ｇｘ＝１Ｇ×｜ｓｉｎθ・ｃｏｓφ｜
Ｇｙ＝１Ｇ×｜ｓｉｎθ・ｓｉｎφ｜
Ｇｚ＝１Ｇ×｜ｃｏｓθ｜
ここでＧは重力加速度である。Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚの最大値をＧｍａｘとすると、Ｇｍａｘが最小となる落下方向は（θ，φ）＝（±５４．７°，±４５°）、（±５４．７°，±１３５°）、（±１２５．３°，±４５°）、（±１２５．３°，±１３５°）であり、その時のＧｍａｘは０．５７７Ｇとなる。これは、どの方向を向いて落下したとしても、ｘ，ｙ，ｚの軸のいずれかの加速度センサには０．５７７Ｇから０Ｇのステップ状の加速度が印加されることに相当する。
そこで、図７の（Ａ）に示した各落下検知装置１００ｘ，１００ｙ，１００ｚの比較器３のしきい値ＴＨｄを、０Ｇから０．５７７Ｇのステップ入力に対して生じる微分信号の最大値以下とする。また、比較器６のしきい値ＴＨｉを、０Ｇから０．５７７Ｇのステップ入力から時間ｔ経過時における積分信号の値以下とする。ここで時間ｔは落下の瞬間を０［ｓ］として、落下を検知したい応答時間の最大値である。
このように比較器３，６のしきい値ＴＨｄ，ＴＨｉを定めることによって全方向に落下の検知を行えるようになる。
上述の例では説明の都合上、加速度の印加方向を１方向として比較器３，６のしきい値を定めるようにしたが、実際には加速度の印加方向の両極性の加速度について検出するので、比較器３，６に定めるしきい値も図４や図６に示した例と同様に両極性用にそれぞれ定める。
なお、この第２の実施形態では、互いに直交する３軸方向に加速度センサの軸が向くように３つの落下検知装置を用いたが、特定方向への落下検知が不要である場合には、その特定方向に不感軸を有するように、直交する２軸方向にのみ落下検知装置を設けてもよい。たとえば図７の（Ｂ）に示したｙ軸方向への落下に対して特別な対策が不要である場合、落下検知装置１００ｙを用いないで、残る２つの落下検知装置１００ｘ，１００ｚのみを用いればよい。この場合、ｙ軸方向を中心とする所定広がり角度の円錐形範囲への落下だけが検知できないことになるが、残る広範囲の方向への落下は検知可能となる。
次に、第３の実施形態に係る落下検知装置の構成を、図８を基に説明する。
この落下検知装置は、加速度微分信号が所定のしきい値を超えた後の一定時間だけ加速度検出信号を積分し、その積分信号が所定のしきい値を超えた時に落下状態と見なすものである。
図８において、加速度センサ１は、加速度に応じた電圧信号を出力する。微分器２は加速度センサ１の出力信号Ｐ１の微分信号Ｐ２を出力する。比較器３は予め定めた所定のしきい値ＴＨｄと微分信号Ｐ２とを比較し、微分信号Ｐ２がしきい値ＴＨｄを超えた時、出力信号Ｐ３の状態を反転する。単安定マルチバイブレータ４は、比較器３の出力信号Ｐ３の状態が定常状態より反転したタイミングから一定時間その状態を保つ信号Ｐ４を出力する。積分器５は加速度センサ１の出力信号Ｐ１を２回積分して積分信号Ｐ５を出力する。比較器６は予め定めた所定のしきい値ＴＨｉと積分器５の積分信号Ｐ５とを比較して、積分信号Ｐ５がしきい値ＴＨｉを上回った時、出力信号Ｐ６の状態を反転させる。この比較器６の出力信号ｏｕｔが落下検知信号である。
ここで図８の動作を再び図２を用いて説明する。時刻０で落下を開始すると、図２の（Ｃ）に示したように微分器２の出力信号Ｐ２は急激に低下し、しきい値ＴＨｄを超えるので、図３の（Ａ）に示したように比較器３の出力信号Ｐ３は落下を開始した後、ほとんど同時にローレベルとなる。そのため、単安定マルチバイブレータ４の出力Ｐ４は図３の（Ｂ）に示したように一定時間Ｔだけローレベルを維持する。一方、積分器５の積分信号Ｐ５の波形は図２の（Ｄ）に示したように変化し、単安定マルチバイブレータ４の時間Ｔの間に積分信号Ｐ５がしきい値ＴＨｉを超えることにより、図３の（Ｄ）に示したように出力ｏｕｔをハイレベルとする。その後、タイミングＴｍで単安定マルチバイブレータ４の出力Ｐ４がハイレベルに戻ると、積分器５はそれによりリセットされ、比較器６の出力はローレベルに戻る。したがって出力ｏｕｔの波形は図３の（Ｄ）に示したものと同一となる。
但し、この第３の実施形態に係る落下検知装置と第１の実施形態に係る落下検知装置とは次の点で作用効果が異なる。
すなわち、図１に示した構成では、積分器５は加速度センサ１の出力信号Ｐ１を常に所定の時定数で２回積分するのに対し、図８に示した構成では、積分器５は単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４が出力されている時間（ローレベルである期間）だけ加速度センサ１の出力信号Ｐ１を積分し、単安定マルチバイブレータ４の出力信号Ｐ４がハイレベルに戻った段階でリセットする。そのため、落下検知装置を搭載した機器の利用者によるモーションの結果、図６の（Ａ）などに示したように低周波の振動や回転などによる加速度変化が生じると、積分器５の出力信号Ｐ５は、図１の構成によれば図６の（Ｄ）のように大きく変化する。その結果、積分信号の比較を行う比較器６の比較結果は図６の（Ｅ）に示したようにほとんどの時間においてローレベル（アクティブ状態）となってしまう。このような状態で図４の（Ａ）に示したような衝撃が加わると、その時点で単安定マルチバイブレータ４の出力がローレベルとなり、その結果、落下状態として誤検知されることになる。これに対して、図８に示した構成によれば、微分器２の出力信号Ｐ２はしきい値ＴＨｄを超えた後の一定時間（単安定マルチバイブレータ４の単安定時間）だけ積分を行い、その時間だけで積分出力が上昇するので上記の誤検知についても確実に防止できる。
次に、第４の実施形態に係る磁気ディスク装置について図９を基に説明する。
図９はハードディスクドライブ装置などの磁気ディスク装置の構成を示すブロック図である。ここで、読み書き回路２０２はヘッド２０１を用いて磁気ディスク上のトラックに、書き込まれているデータの読み取りまたは書き込みを行う。制御回路２００は読み書き回路２０２を介してデータの読み書き制御を行い、この読み書きデータをインタフェース２０５を介してホスト装置との間で通信する。また制御回路２００はスピンドルモータ２０４を制御し、ボイスコイルモータ２０３を制御する。また制御回路２００は落下検知装置１００による落下検知信号を読み取って、落下状態の時、ボイスコイルモータ２０３を制御してヘッド２０１を退避領域に退避させる。これにより、たとえば、ハードディスク装置が搭載された携帯機器を落下させた際に、携帯機器が地面に接地（激突）するまでにヘッドを磁気ディスクの領域から退避領域へ退避させるので、ヘッド２０１の磁気ディスクの記録面に対する接触による損傷が防止できる。
第１の実施形態に係る落下検知装置の構成を示すブロック図である。 落下時に生じる図１の各部の波形を示す図である。 落下時に生じる図１の各部の波形を示す図である。 衝撃時に生じる図１各部の波形図である。 利用者によるモーションの例を示す図である。 同モーションによる図１各部の波形図である。 第２の実施形態に係る落下検知装置全体の構成と、３つの落下検知装置の配置関係を示す図である。 第３の実施形態に係る落下検知装置の構成を示すブロック図である。 第４の実施形態に係る磁気ディスク装置の構成を示すブロック図である。
符号の説明
１−加速度センサ
１０−状態判定手段
１００−落下検知装置

Claims (6)

  1. 加速度に応じた信号を出力する加速度センサと、該加速度センサの出力信号を微分する微分手段と、前記加速度センサの出力信号を積分する積分手段と、前記微分信号が所定のしきい値を超え且つ前記積分手段による積分信号が所定のしきい値を超える特定状態であるか否かを判定する状態判定手段と、を備えた落下検知装置。
  2. 前記加速度センサを、それぞれの加速度センサの加速度検出方向が互いに直交する３軸方向を向くように３つ配置し、前記状態判定手段が前記３つの加速度センサの出力信号のそれぞれについて前記特定状態を判定するようにし、該状態判定手段が前記３つの加速度センサの出力信号のいずれかについて前記特定状態を判定したとき落下状態であることを示す信号を出力する検知結果出力手段を備えた請求項１に記載の落下検知装置。
  3. 前記積分手段は１回積分または２回積分を行うものである請求項１または２に記載の落下検知装置。
  4. 前記加速度センサは、加速度に応じた応力により圧電効果が生じる圧電式の加速度センサである請求項１，２または３に記載の落下検知装置。
  5. 前記積分手段は、前記微分信号が所定のしきい値を超えたときから一定時間積分するものである請求項１〜４のいずれかに記載の落下検知装置。
  6. 請求項１〜５のいずれかに記載の落下検知装置と、磁気ディスクに対してデータの記録または読み出しを行うヘッドと、前記落下検知装置が落下状態を検知したとき、前記ヘッドを退避領域に退避させるヘッド退避手段とを備えた磁気ディスク装置。
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