JP2008192184A - ヘッド制御装置およびこれを用いたディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温環境におけるアクチュエータのピボット軸受の粘性抵抗を低下させ、低温時においても安定したロード動作、アンロード動作あるいはシーク動作を行い、信頼性の高いヘッド制御装置およびそれを備えたディスク装置を提供する。
【解決手段】ヘッド２の目標速度と現在のヘッド速度との差である速度誤差をもとに出力された制御駆動電流Ｉをアクチュエータ５に供給して、アクチュエータ５を目標位置に移動させるようにした構成とし、さらにアクュエータ５を振動させる振動印加部１１を設け、環境検出部９によって推定した動作環境温度に応じて粘性制御部１０からの出力によって振動印加部１１に高周波振動を与える構成を有したヘッド制御装置およびそれを備えたディスク装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気ディスク装置等のディスク装置に関し、特に環境温度に応じて位置決め制御系の調節機能を有するヘッド制御装置およびそれを備えたディスク装置に関する。

従来の磁気ディスク装置における制御方法として、ヘッドを目標トラックへ高速に移動（シーク動作）して、目標トラックに追従（フォローイング動作）するために、位置決め制御と速度制御を切り換え方法がある（例えば、特許文献１参照）。この制御方法においては、シーク動作における全移動距離に対し、残余距離が定式化あるいはテーブル化されたある値に到達した時点で、加速モードから減速モードへの切り換えを行っている。ボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭとよぶ）に対する加速度の指令値は、加速モードにおいては最大発生できる加速度よりも大きい加速度の指令値を出力し、減速モードにおいてはサンプリング周期ごとに得られる目標トラックまでの残余距離ｘと実速度ｖを用いて、減速指令値ｉ＝Ｃｖ^２／ｘ（Ｃ：０．５〜１．０）を出力してシーク制御を行っている。すなわち、このような制御方法を備えた磁気ディスク装置においては、シーク時にＶＣＭへの電流が飽和することを許容して、シーク能力の限界まで活用してシーク速度の高速化を図っている。

また、他の従来の磁気ディスク装置として、低温環境でも高速シーク、高精度トラックフォローイングを行うため、アクチュエータ軸のベアリンググリースの偏りを除去してオフトラックの発生を抑制している例がある（例えば、特許文献２参照）。このような構成を有する磁気ディスク装置では、電源投入後、モータの起動指令が発せられ、スピンドルモータが起動し、スピンドルモータの定常回転が実現する。次に、ヘッドをゼロシリンダに位置決めして、最長距離シークを行う。さらに、１／３ストロークシークを行い、ヘッドを元のゼロシリンダに位置決めする。このようにシーク動作させることによってグリースの偏りをなじませている。そして、リードライト動作の開始が可能であることを示すレディー信号を供給する以前に、所定時間または所定回数の擬似シーク動作を行っている。

さらに他の従来の磁気ディスク装置として、装置内部のスピンドルモータやボイスコイルモータ等の構成要素の特性の温度依存性を検出して、温度管理を行うことで高精度位置決め等のドライブ性能低下を抑制している例がある（例えば、特許文献３参照）。このような磁気ディスク装置においては、磁気ディスク装置本体を加熱または冷却して磁気ディスク装置本体の温度を調節するための温度調節部を設け、ヘッドから再生されるサーボ情報に含まれる位置情報、またはスピンドルモータの電流値にもとづいて、少なくともスピンドルモータおよびＶＣＭを含む回転機構部の温度依存特性を検出し、検出された特性とあらかじめ設定された規定値とを比較して、上記特性が低下していると判断された場合に、上記特性の低下を抑制するように温度調節部内のヒータや電動ファン等を作動させるように構成されている。
特開平９−２１９０７４号公報 特開平５−２７４７７２号公報 特開２００３−３２３７９０号公報

しかしながら、上記従来の磁気ディスク装置におけるヘッド制御方法では、低温環境、特に氷点下の環境ではＶＣＭのピボット軸受グリースの粘性特性が変化して、グリースの粘性抵抗が大きくなる。その結果、シーク動作やロード・アンロード動作等、ＶＣＭを含むヘッドアクチュエータを高速制御動作させる場合、駆動電流が非常に大きくなり、設計どおりの加減速や等速制御のための電流を印加できなくなる。この結果、高速、高精度にヘッドの位置決め制御ができないという課題があった。

また、低温環境時にフルストロークあるいは１／３ストロークシーク等のロングシーク動作を行うことにより、アクチュエータ軸のベアリンググリースの偏りを除去して抵抗を小さくする場合にも、以下のような課題を有する。すなわち、位置決め制御系における摩擦項で、摩擦による影響は除去できるが、速度に比例する粘性項に関する改善は行われない。また、ロングシーク動作による改善であるため、ヘッドをディスク上に移動させるロード制御には使用できない。そのため、ヘッド位置決めフォローイングには効果があるが、シーク動作やロード・アンロード動作等、高速制御駆動させる場合、駆動電流が大きくなって設計どおりの加減速や等速制御のための電流を印加できない。これにより高速、高精度にヘッドの位置決め制御ができないという課題があった。

また、温度調節部によって磁気ディスク装置を温度管理する方法では、低温環境時に熱を与えることによって、アクチュエータ軸のベアリンググリース粘性抵抗の改善等を行うことはできるが、伝熱の時間が必要なため、動作待ちの時間が発生してしまう。あるいは、低温の場合常に熱を加えることになり、消費電力が大きくなる。また、熱源の追加が必要となるという課題もあった。

本発明は、上記課題を解決するもので、シーク動作やロード・アンロードの速度制御において、低温によるアクチュエータピボット軸受グリースの粘性抵抗変化に対し、アクチュエータに微小振幅振動を加えて粘性抵抗を一時的に小さくして、信頼性を高めて高速シークと安定したロード・アンロードを行うことができるヘッド制御装置とそれを用いたディスク装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明のヘッド制御装置は、ディスクを回転させるスピンドルモータと、ヘッドをディスク上の目標位置へ移動させるアクチュエータ手段と、アクチュエータ手段を振動させる振動印加手段と、アクチュエータ手段を駆動するための制御駆動電流を出力する駆動手段と、ヘッドの目標移動速度を決定する速度決定手段と、動作環境温度を検出もしくは推定する環境検出手段とを具備し、環境検出手段の出力に応じてアクチュエータ手段に振動を与える振動印加手段を制御駆動する粘性制御手段からなるようにした構成を有している。

また、上記構成において、環境検出手段が速度制御手段の出力である制御量あるいはスピンドルモータを等速回転制御するスピンドル制御量にもとづき動作環境温度を推定するようにした構成としてもよい。

また、上記構成において、振動印加手段が圧電素子あるいは電磁駆動素子であってもよい。さらに、その振動印加手段により発生する振動の周波数がサーボ周波数と異なる周波数であり、特に、超音波振動であるようにした構成としてもよい。

また、上記構成において、環境検出手段が速度制御手段の出力である制御量にもとづき動作環境温度を推定するようにした構成としてもよい。さらに、環境検出手段において推定された動作環境温度が−５℃以下、あるいは制御駆動電流が動作環境温度２０℃での電流値の３倍以上の場合、粘性制御手段がアクチュエータ手段への振動印加を振動印加手段に指令する機能を有するようにしてもよい。

この構成によって、特に低温におけるヘッドアクチュエータのピボット軸受の粘性増大による高速シーク時の制御駆動電流の飽和、およびそれによる低速化と、ロード・アンロード時の制御駆動電流の飽和による不安定動作を防止することができる。これにより、安定したヘッドの速度制御を行い、ヘッドの高速シークと安定なロード・アンロードが可能となり、ロード・アンロードの信頼性を向上させるとともに、高速シークによるアクセス時間を短縮できるヘッド制御装置を実現することができる。

また、上記構成において、粘性制御手段はヘッドをディスク上に移動させるロード制御あるいはヘッドをディスク上から退避位置へ移動させるアンロード制御を行うときに動作の正常完了を判断する制御動作監視手段を有し、正常完了できない場合にはアクチュエータ手段に振動を与える指令を振動印加手段に出力するようにした構成を有するようにしてもよい。

また、上記構成において、環境検出手段が動作環境温度を検出するために設けられた温度センサからの出力に対応した信号を粘性制御手段に出力するようにした構成を有してもよい。

この構成によって、目標位置へヘッドを移動させる高速シーク制御とヘッドをディスク上へ移動させるロード・アンロード制御を行うときに、それぞれの動作を失敗することなく、確実に動作させることができる。特に、低温環境においても、ヘッドアクチュエータのピボット軸受の粘性増大によって生じるロード動作、アンロード動作あるいはシーク動作の失敗と、ヘッドやその他の装置の不良による失敗とを区別することができる。この結果、確実に動作を完了させることができる。したがって、ロード、アンロードあるいはシーク時における不安定動作を防止することができ、ロード・アンロードの信頼性を向上させるとともに、高速シーク動作が可能なヘッド制御装置およびディスク装置を実現することができる。

本発明のヘッド制御装置およびディスク装置によれば、低温におけるアクチュエータピボット軸受の粘性増大による高速シーク時のＶＣＭ制御駆動電流の飽和、およびそれによる低速化と、ロード・アンロード時のＶＣＭ制御駆動電流の飽和による不安定動作を防止することができ、ロード・アンロードの信頼性を向上させるとともに、高速シークによる高速データ転送が可能となるという大きな効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ要素については、同じ符号を付しており説明を省略する場合がある。

（第１の実施の形態）
図１〜図１０は、本発明の第１の実施の形態におけるヘッド制御装置およびそれを備えたディスク装置を説明するための図である。

図１はヘッド制御装置の構成を示すブロック図である。図２はアクチュエータピボット軸受を加振するための振動印加部を有するアクチュエータの平面図である。図３は振動印加部の構成を説明するための概略断面図である。

また、図４はヘッド制御装置における速度制御部を示すブロック図である。さらに、図５は速度制御部における状態推定器を示すブロック図である。さらに、図６はヘッド制御装置における速度決定部を示すブロック図である。また、図７は速度制御（シーク制御）時のＶＣＭの制御駆動電流に対する温度特性を示す図である。

また、図８は超音波振動を加えられたときのピボット軸受内のグリースの状態を説明する図で、（ａ）は超音波振動によるグリースの粘性変化を説明するための概念図、（ｂ）は超音波振動によるグリース内の高分子成分の分解を示す模式図である。

さらに、図９はシーク動作時のヘッド速度、ＶＣＭの制御駆動電流およびバイアス力の時間応答を示す図で、（ａ）は環境温度が−１０℃の場合、（ｂ）は環境温度が０℃の場合、（ｃ）は環境温度が＋１０℃の場合の図である。

また、図１０は、粘性抵抗が小さくなった場合で、環境温度−１０℃におけるシーク時のヘッド速度、ＶＣＭの制御駆動電流およびバイアス力（推定値）のそれぞれの時間応答を示す図である。

図１において、ヘッドスライダ１にはヘッド２が搭載されており、アクチュエータ５は先端に上記ヘッドスライダ１を有する。アクチュエータ５は、ヘッドスライダ１に搭載されたヘッド２を目標位置へ位置決めする、あるいはディスク（図示せず）上へヘッド２を移動させる、あるいはディスク上のヘッド２を退避させる機能を有する。

アクチュエータ５は、図２に示すようにアクチュエータ５の側面に振動印加部１１を有している。この振動印加部１１は、振動印加手段として、例えば薄膜の圧電素子を貼付して、ピボット軸受５３を加振することができるようにした構成からなる。そして、環境温度が低温のときに、アクチュエータ５のピボット軸受５３に振動を加えてピボット軸受５３のグリースの粘性抵抗を小さくすることができる。

そして、図１に示すように、振動印加部１１が配設されたアクチュエータ５と破線で囲まれた速度制御系１００によってヘッド制御装置が構成されている。速度制御系１００における位置検出部３は、ヘッド２から出力されるヘッド信号におけるサーボ信号Ｐより現在のヘッド位置Ｘを検出する。位置誤差検出部４１はヘッドの目標位置Ｒと現在のヘッド位置Ｘを入力して、その差であるヘッド位置誤差ＰＥを出力する。速度誤差検出部４２は目標速度Ｖｒｅｆと現在のヘッド速度Ｖを入力として、その差である速度誤差ＶＥを出力する。速度決定部８はヘッド位置Ｘとヘッド位置誤差ＰＥと目標位置Ｒの３つの信号より目標移動（シーク）速度を決定する速度決定手段である。制御部６に含まれる速度制御部６２は、速度誤差ＶＥをもとに制御量Ｕを導出する速度制御手段である。

駆動部７は、制御量Ｕを入力とし、アクチュエータ５を駆動させるために制御駆動電流ＩをＶＣＭ５２に出力する駆動手段である。

環境検出部９は、制御量Ｕを入力として環境温度を出力する環境検出手段である。振動印加部１１は、アクチュエータ５のピボット軸受５３に振動を加える振動印加手段である。また、粘性制御部１０は環境検出部９からの出力信号をもとに振動印加部１１を制御するための粘性制御手段である。

ここで、振動印加手段である振動印加部１１および速度制御手段である速度制御部６２について、それぞれ図３および図４を用いて説明する。

図３において、振動印加部１１である圧電素子は、圧電薄膜１１２の両側を電極１１１、１１３によって挟まれた構造であり、ピボット軸受５３（図示せず）の側面に貼付されて構成されている。ここで、使用している圧電薄膜１１２は、例えばＰＺＴ薄膜で、その厚みは約５μｍである。また、圧電薄膜１１２の両側を挟む電極１１１、１１３に粘性制御部１０からの矩形波信号が印加されることにより、圧電薄膜１１２が振動する。電極１１１、１１３の材質は、例えばＰｔを用いる。この電極１１１、１１３および圧電薄膜１１２からなる圧電素子は、さらに樹脂でコーティングされている。また、ピボット軸受５３への貼付は接着剤を使用している。

図４において、速度制御部６２は、速度誤差信号ＶＥを入力として、速度誤差信号ＶＥに速度制御ゲインＫｖを乗算した信号と、積分器６２４の出力である速度誤差ＶＥの積分値に積分制御ゲインＫｉを乗算した信号と、状態推定器６３の出力である推定バイアス力Ｆｅ値にバイアス力制御ゲインＫｄを乗算した信号とを、加算器６２Ａで加算して制御量Ｕを出力する。

状態推定器６３は制御量Ｕと、ヘッドの現在位置Ｘと推定位置Ｘｅとの差Ｐｅｅとを入力信号として、ヘッドの推定位置Ｘｅ、ヘッドの推定速度Ｖｅ、およびアクチュエータ５に加わる推定バイアス力Ｆｅの３つの信号を推定して出力する。

なお、積分器６２４は、加算器６２２Ａと遅延器６２５より構成され、制御サンプリング時間ごとに入力信号である速度誤差信号ＶＥを逐次積分して積分値を出力する。

また、図４において、位置信号選択手段４３は高速にヘッドをシークする場合、あるいは現在のヘッド位置Ｘを検出できなかった場合に、ヘッド２の推定位置Ｘｅを位置誤差検出部４１に出力する。

速度制御部６２に含まれる状態推定器６３について図５を用いて説明する。

図５において、ブロックＡ、ブロックＢおよびブロックＣは、アクチュエータ５と駆動部７をモデル化したときのそれぞれ状態変数行列６３Ａ、入力変数行列６３Ｂおよび出力変数行列６３Ｃを表す。また、ゲインｋｅはＶＣＭ状態推定ゲイン６３ｇのゲインである。入力変数行列６３ＢであるブロックＢは、制御量Ｕの変数である。状態変数行列６３ＡであるブロックＡは、ヘッド位置Ｘｅ、推定速度Ｖｅおよびバイアス力Ｆｅの３変数である。また、ヘッド２の現在位置Ｘと推定位置Ｘｅの差Ｐｅｅの信号がＶＣＭ状態推定ゲイン６３ｇへの入力信号となる。

次に、速度制御系１００における速度決定部８について、図６を用いて説明する。図６において、速度決定部８は。目標位置Ｒ、ヘッド２の現在位置Ｘおよびヘッド位置誤差ＰＥを入力信号として、目標速度Ｖｒｅｆを出力する。また、目標速度計算部８１は、ヘッド位置誤差ＰＥを入力信号として、（式１）により、仮の目標速度Ｖｒｅｆ０を計算する。

（Ｖｒｅｆ０）^２＝２・ａ・ＰＥ （式１）
ここで、ａはシーク時の加速度、ＰＥはヘッド位置誤差である。

移動方向検出部８３は、目標位置Ｒ、現在のヘッド位置Ｘおよび移動方向を検出する。ここで、シーク制御時の垂直方向のトルク特性を考慮してブロック８４で補正信号が出力され、この補正信号と目標速度計算部８１の出力である仮の目標速度Ｖｒｅｆ０を入力として、ブロック８５によって真の目標速度Ｖｒｅｆを決定する。

次に、アクチュエータ５のピボット軸受５３におけるグリースの粘性抵抗の温度による変化、特に低温時における粘性抵抗の増加を抑止する方法について説明する。

先ず、環境温度を検出する必要がある。この温度検出については、図７に示されるようなシーク電流の温度特性テーブルをあらかじめメモリに持っておいて、シーク時の一定速度での電流あるいは加速減速時のピーク電流を検出し、その電流値より現在の環境温度を推定することができる。図７には、環境温度に対するＶＣＭの制御駆動電流Ｉを目標速度１００ｍｍ／ｓｅｃから４００ｍｍ／ｓｅｃまでの４つの場合について示している。

なお、本実施の形態においては、図１に示すように、ＶＣＭの制御駆動電流Ｉを直接測定する代わりに、制御量Ｕより換算してＶＣＭの制御駆動電流Ｉを推定し、環境検出部９によって環境温度を推定している。

また、動作環境温度の検出方法についての他の一例を簡単に説明する。ディスクを回転させるスピンドルモータのスピンドル起動電流あるいは駆動電流の少なくともいずれか一方の温度特性テーブルをあらかじめメモリに持っておき、温度検出手段としての環境検出部９においてスピンドルモータの起動電流もしくは駆動電流を検出し、その電流値より現在の環境温度を推定することできる。なお、起動電流あるいは駆動電流を直接測定する代わりに、スピンドルモータを等速回転制御するためのスピンドル制御量より換算して起動電流あるいは駆動電流を推定してもよい。

制御量Ｕが入力された環境検出部９において、制御量Ｕより推定されたＶＣＭの制御駆動電流Ｉにより環境温度を推定し、環境温度が−５℃以下の場合あるいはあらかじめメモリされているシーク電流の温度特性テーブルにおいて２０℃に対応する制御駆動電流Ｉに対して３倍以上の制御駆動電流Ｉを示した場合、粘性制御手段である粘性制御部１０によって振動印加手段である振動印加部１１の圧電素子に高周波の交番信号を加え、ピボット軸受５３に振動を加える。ここでは制御帯域が５００Ｈｚであるので、加振のための振動印加周波数は制御帯域における制御周波数よりも十分に高い周波数の振動、例えば超音波振動を加えることが必要である。

なお、本実施の形態の図７においては、−５℃に対応する制御駆動電流Ｉは２０℃に対応する制御駆動電流Ｉに対して約３倍の値を示している。また、電圧は３Ｖ駆動で、圧電素子であるため電流はほとんど流れず、消費電力にはほとんど影響しない。

図８は、振動印加部１１の圧電素子に超音波振動を加えたときのピボット軸受５３内のグリースの状態を模式的に示す図である。低温において、圧電素子による超音波振動によって、図８（ａ）に示すように、グリースには渦（キャビテーション）が一時的に発生する。この渦は有機材を希薄にする性質があり、そのためグリースの粘性が低下する。この粘性低下状態でシーク動作を行うことによって、低温においても低電流でのシーク動作が可能となる。

また、図８（ｂ）に示すように、グリース内の高分子成分が超音波振動によって分解し、この分解により分子構造が小さくなり粘性摩擦が小さくなる。また、振動によって熱が発生する。この熱によってグリース温度は上昇し、温度特性により粘性摩擦が小さくなるように改善される。ただし、振動印加はシークの前に実施する。さらに、振動印加を停止すると渦もなくなる。よって、高精度位置決めの必要なトラックフォローイング時には、低温であっても振動印加を停止する。

次に、ヘッド制御装置として、図１における環境検出部９、粘性制御部１０および振動印加部１１がない場合、すなわちアクチュエータ５のピボット軸受５３がグリースによる粘性抵抗を有する軸受である場合のヘッド制御装置について、そのシーク動作時のヘッド速度Ｖ、ＶＣＭの制御駆動電流Ｉおよび推定バイアス力Ｆｅ値の時間応答を求め、これらのデータを環境検出部９、粘性制御部１０および振動印加部１１を設けた場合のそれぞれのデータと比較する。

環境検出部９、粘性制御部１０および振動印加部１１がない場合のヘッド制御装置のシーク動作時のヘッド速度Ｖ、ＶＣＭの制御駆動電流Ｉおよび推定バイアス力Ｆｅ値の時間応答について、図９を用いて説明する。

なお、図９（ａ）、図９（ｂ）および図９（ｃ）において、上段はヘッド速度Ｖ、中段はＶＣＭの制御駆動電流Ｉおよび下段は推定バイアス力Ｆｅをそれぞれ示す。また、横軸は時間である。この測定においては、ヘッド速度Ｖはすべて４００ｍｍ／ｓｅｃが目標値である。また、加速が７２Ｇ、減速が−１８Ｇの速度プロファイルが設計値である。印加電流の限界は２００ｍＡとしている。

図９（ａ）、図９（ｂ）および図９（ｃ）を比較すると、加速、減速時の電流に加え、一定速度になるまでの電流値（推定バイアス力Ｆｅ値）が温度の低下に伴い増加している。また、低温になると、一定速度になるまでの時間が長くなり、−１０℃の場合、ヘッド速度Ｖはその目標値である４００ｍｍ／ｓｅｃの速度に達していない。これは、アクチュエータ５のピボット軸受５３におけるグリースの粘性抵抗が温度により変化することによって起こる現象である。すなわち、グリースの粘性は温度低下とともに大きくなり、速度に比例して粘性抵抗に対するＶＣＭの制御駆動電流Ｉが大きくなり、飽和状態となるからである。ＶＣＭの制御駆動電流Ｉが大きくなると、消費電力が大きくなり、モバイル用途では使用可能時間が短くなる。

これに対して、環境検出部９、粘性制御部１０および振動印加部１１を設けた場合には、図１０に示すように環境温度が−１０℃においても、粘性抵抗が小さくなる。上述の環境検出部９、粘性制御部１０および振動印加部１１を設けていないヘッド制御装置に対する環境温度−１０℃に対応したシーク時におけるヘッド速度ＶとＶＣＭの制御駆動電流Ｉおよびバイアス力（推定値）Ｆｅに対し、バイアス力（推定値）ＦｅおよびＶＣＭの制御駆動電流Ｉが、それぞれ約半分に改善されている。また、ヘッド速度Ｖも目標速度４００ｍｍ／ｓｅｃに達しており、シーク動作あるいはロード・アンロード動作を高速で行うことができることが明確になった。したがって、それらの動作時間を短縮し、シーク動作あるいはロード・アンロード動作の安定性、信頼性を向上できる。

したがって、制御量Ｕを入力として、環境検出部９および粘性制御部１０を設け、アクチュエータ５のピボット軸受５３に圧電素子による振動印加部１１を設けることによって、特に低温時においてもバイアス力（推定値）ＦｅおよびＶＣＭの制御駆動電流Ｉが増加せず、高速でシーク動作あるいはロード・アンロード動作を行うことができる。

以上のように、本実施の形態によれば、低温時におけるアクチュエータピボット軸受の粘性抵抗の増大による高速シーク時のＶＣＭの制御駆動電流の飽和、およびそれによるシーク動作の低速化と、ロード・アンロード動作時のＶＣＭの制御駆動電流の飽和による不安定動作を防止することができる。この結果、ロード・アンロード動作の信頼性を向上させるとともに、高速シークによる高速データ転送が可能なヘッド制御装置およびディスク装置を実現することができる。

（第２の実施の形態）
図１１〜図１５は、本発明の第２の実施の形態にかかるヘッド制御装置を説明するための図である。図１１は、ヘッド制御装置の構成を示すブロック図である。図１２は、逆起電圧検出部の構成を示す回路図である。また、図１３は、速度制御部の構成を示すブロック図である。図１４は、負荷推定器の構成を示すブロック図である。図１５は、ロード動作時のヘッド速度（逆起電圧）とＶＣＭの制御駆動電流の時間応答を求めた図で、（ａ）は環境温度が２０℃の場合、（ｂ）は環境温度が−１０℃の場合の図である。

図１１において、図１に示す第１の実施の形態にかかるヘッド制御装置と異なる点は、ヘッド速度をアクチュエータ５のＶＣＭ５２の逆起電圧から導出する逆起電圧検出部１２を有していること、およびその出力信号を用いて制御量Ｕを演算する速度制御部６６の構成が異なることである。その他のヘッド制御装置の基本的な構成は、第１の実施の形態にかかるヘッド制御装置と同様である。したがって、以下では基本的な説明を省略し、第１の実施の形態にかかるヘッド制御装置と異なる点について主として説明する。

ヘッド２を退避位置よりディスク（図示せず）上へ移動させる場合、すなわちロード動作を例にとって、本実施の形態のヘッド制御装置の動作を説明する。この場合には、ヘッド２からの出力信号がなく、ヘッド２の出力信号によってヘッド位置検出ができない。したがって、位置検出部３の出力はない。また、速度決定部８はヘッド位置信号が検出されない場合、ヘッド２のロード・アンロード速度を目標速度Ｖｒｅｆとして出力する。なお、アンロード動作についても、ロード動作と同様であるため、ここでの説明は省略する。

図１１において、ヘッド信号からのヘッド速度信号検出ができないため、ＶＣＭ５２の逆起電圧よりヘッド速度Ｖｖｃｍを検出する。ここで、ヘッド速度Ｖｖｃｍを検出するための逆起電圧検出部１２について、図１２を用いて説明する。

図１２において、ＶＣＭ５２のコイル５２１と直列に検出抵抗５２２を設け、そ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、駆動部７のドライバＬＳＩがその両端に電圧を加える。差動検出部５２４、５２７により、ＶＣＭによるヘッドの移動速度に比例した逆起電圧信号Ｖｂｅｍｆを検出し、その信号にブロック５２８における速度変換ゲインＫｂを乗じて、ＶＣＭによるヘッドの移動速度Ｖｖｃｍを出力するように構成されている。

次に、図１３に示すように、速度制御部６６は、ヘッド速度Ｖｖｃｍと目標速度Ｖｒｅｆを入力とする比較器６６Ｓからの出力である速度誤差信号ＶＥを入力信号として、制御量Ｕを計算し、出力する。すなわち、目標速度Ｖｒｅｆとヘッド速度Ｖｖｃｍとを比較器６６Ｓに入力し、その差を速度誤差ＶＥとして出力する。この速度誤差ＶＥにゲインＫｖを乗じた信号と負荷推定器６５の出力である負荷推定信号ＦｂにゲインＫｄを乗じた信号を加算器６４Ａによって加算した信号を制御量Ｕとして出力している。ここで、負荷推定器６５は制御量Ｕとヘッド速度Ｖｖｃｍ信号を入力信号としている。

ここで、負荷推定器６５について、図１４を用いて説明する。負荷推定器６５には、アクチュエータモデル６５１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６５２を有している。アクチュエータモデル６５１は、アクチュエータ５によるヘッド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たものである。すなわち、アクチュエータモデル６５１は、駆動部７も含めた位置決め制御系を模擬動作して、アクチュエータ５によるヘッドの加速度を推定した加速度推定信号Ａｃｃｅを出力する。

そして、負荷推定器６５は、ヘッド速度信号Ｖｖｃｍより加速度推定信号Ａｃｃｅを演算するとともに、制御信号Ｕから加速度信号Ａｃｃを演算する。すなわち、ヘッド速度信号Ｖｖｃｍにブロック６５５のゲインＫｔ・ｋ_ｄａを乗じて得られる加速度信号Ａｃｃとアクチュエータ５を制御する制御信号Ｕにアクチュエータモデル６５１のゲインＪ／Ｌ・ｋ_ａｄを乗じて得られる加速度推定信号Ａｃｃｅが比較器６５３で比較され、その差を外乱成分と推定する。推定した外乱成分は安定化補償器（ローパスフィルタＬＰＦ）６５２を通って負荷推定信号Ｆｂとして外乱制御器６５４に出力される。外乱制御器６５４は、負荷推定信号Ｆｂを制御信号のディメンジョンに変更して、外乱補償信号Ｕｆを図１３における加算器６４Ａへ出力する。

図１３における加算器６４Ａは、負荷外乱を推定して生成された外乱補償信号Ｕｆと制御信号Ｕｖとを加算して、制御量信号Ｕを駆動部７に出力する。

したがって、ヘッド２からのヘッド出力信号がなく、ヘッド２の出力信号によってヘッド位置検出ができないロード動作あるいはアンロード動作時においても、ＶＣＭ５２の逆起電圧より逆起電圧検出部１２によって検出されたヘッド速度と、ヘッド位置信号が検出されない場合の速度決定部８から出力されるヘッド２のロード・アンロード速度である目標速度Ｖｒｅｆとから算出された制御量信号Ｕが駆動部７に出力される。このため、高速でロード・アンロード動作を実行することができる。

上述のような速度制御系１１０（図１１参照）を有するヘッド制御装置と比較するために、ピボット軸受５３に振動印加部１１を設けていないアクチュエータ５を用いたヘッド制御装置のヘッドのロード動作について説明する。そのようなヘッド制御装置に対して、環境温度２０℃および−１０℃におけるロード動作時のＶＣＭの制御駆動電流およびヘッド速度に対するそれぞれの時間応答特性を、図１５に示している。なお、横軸は時間である。また、図１５には、ＶＣＭの制御駆動電流と、ＶＣＭの速度、すなわちヘッドのロード速度に相当するデータとを、それぞれＣｕｒｒｅｎｔとＢＥＭＦ×１５として示している。Ｃｕｒｒｅｎｔは、ＶＣＭの制御駆動電流をカレントプローブで電圧信号として検出したデータを示しており、ＢＥＭＦ×１５は図１２に示す検出抵抗５２２の両端電圧を１５倍のアンプで検出した信号を示している。

図１５（ａ）と図１５（ｂ）とを比較すると、低温（−１０℃）時の方が、ＶＣＭの制御駆動電流が大きくなるとともにロード速度が遅くなり、ロード動作のための時間が長くなっている。これは、アクチュエータ５のピボット軸受５３におけるグリースの粘性抵抗が温度により変化することによって起こる現象である。すなわち、グリースの粘性は温度低下とともに大きくなり、速度に比例して粘性抵抗に対する駆動電流が大きくなっているからである。さらに、図１５（ｃ）は、低温（−１０℃）時で、振動を印加したときのデータである。振動を印加することにより改善されることがわかる。

ＶＣＭの制御駆動電流が大きくなると、消費電力が大きくなるのでモバイル用途では、使用可能時間が短くなる。

これに対して、第１の実施の形態の図２に示すように、アクチュエータ５の側面に薄膜の圧電素子を貼付した振動印加部１１を設けて、アクチュエータのピボット軸受５３に振動を加える構成と、速度制御系１１０に環境検出部９と粘性制御部１０とを有する構成とすることによって、以下の効果を得ることができる。すなわち、環境温度が所定の温度以下、すなわち低温であることを環境検出部９により検出したとき、第１の実施の形態と同様に粘性制御手段である粘性制御部１０によって振動印加手段である振動印加部１１の圧電素子に高周波の交番信号を加えてピボット軸受５３に振動を与える。これにより、ピボット軸受５３のグリースの粘性を低下させることができる。この結果、低温時においても環境温度が常温状態（例えば、２０℃）での粘性抵抗と同じような粘性抵抗とすることができる。したがって、速度制御（ロード制御）時のＶＣＭの制御駆動電流およびヘッド速度に対するそれぞれの時間応答特性は、例えば図１５（ａ）に示されるのと同じような挙動が得られる。

第１の実施の形態で説明したように、制御量Ｕから推定したＶＣＭの制御駆動電流Ｉにより動作環境温度を推定するか、あるいはスピンドルモータを等速回転制御するためのスピンドル制御量より推定した電流より動作環境温度を推定する。推定した動作環境温度が、０℃以下の場合、粘性制御手段としての粘性制御部１０は、振動印加手段である振動印加部１１の圧電素子に高周波の交番信号を加えてピボット軸受５３に振動を加える。ここで、加振のための振動印加周波数は、制御帯域における制御周波数よりも十分に高い周波数の振動、例えば超音波振動を加えることが必要である。なお、電圧は３Ｖ駆動で、圧電素子であるため電流はほとんど流れず、消費電力にはほとんど影響しない。なお、制御帯域は、例えば５００Ｈｚである。

したがって、第１の実施の形態と同様に、低温時においても、振動印加手段である振動印加部１１の圧電素子に高周波の交番信号を加えてピボット軸受５３に振動を加えることによって、アクチュエータ５のピボット軸受５３のグリースに発生する渦による粘性の低下と、高分子成分の分解および熱の発生による粘性摩擦の低下が生じる。この結果、低温時においても、低電流でロード動作あるいはアンロード動作をさせることができ、消費電力を小さく抑えることができると同時に、高速でロード・アンロード動作を行うことができる。

（第３の実施の形態）
図１６および図１７は、本発明の第３の実施の形態にかかるヘッド制御装置を説明するための図である。

図１６は、ヘッド制御装置の構成を示すブロック図である。また、図１７は、環境温度が−１０℃の場合で、ヘッドをランプ位置からディスク上へ移動させるロード制御でのヘッド速度とＶＣＭの制御駆動電流の時間応答を示し、（ａ）は正常動作時の場合、（ｂ）は動作不良時の場合の図である。

図１６において、第２の実施の形態にかかるヘッド制御装置を説明する図１１と異なる点は、温度センサ２１を有すること、および粘性制御部１０がロード・アンロード動作や目標位置へのシーク動作が正常に完了したか否かを判断する制御動作監視手段である制御動作監視部２０を含んで構成されている点である。

その他のヘッド制御装置の基本的な構成については、図１１と同じであるので説明を省略する。以下では、第２の実施の形態のヘッド制御装置と異なる点について説明する。

ヘッド２を退避位置よりディスク上へ移動させる場合、すなわちロード動作を例にとって、本実施の形態のヘッド制御装置の動作を説明する。この場合には、第２の実施の形態と同様にヘッド２からの出力信号がなく、ヘッド２の出力信号によって位置検出はできないため、位置検出部３の出力はない。また、速度決定部８はヘッド位置信号が検出されない場合、ヘッド２のロード・アンロード速度を目標速度として出力する。なお、アンロード動作についても、ロード動作と同様であるので説明を省略する。

図１６において、温度センサ２１は環境温度を直接測定し、その出力を環境検出部９に入力する。さらに、環境温度に対応する信号を粘性制御部１０に出力し、環境温度が低温であると判断したときは、第１の実施の形態および第２の実施の形態と同様に、粘性制御手段としての粘性制御部１０は、振動印加手段である振動印加部１１の圧電素子に高周波の交番信号を加えてピボット軸受５３に振動を加える。

また、制御動作監視部２０は、ロード、アンロードおよびシーク時の速度プロファイルをあらかじめメモリに持っている。また、逆起電圧検出部１２からの出力であるヘッド速度Ｖｖｃｍ、駆動部７の出力であるＶＣＭの制御駆動電流Ｉおよびヘッド２からの出力信号が制御動作監視部２０に入力され、ロード、アンロードあるいはシーク時のヘッド速度を監視している。

ロード動作あるいはアンロード動作時には、ヘッド２による出力信号からヘッド速度信号検出ができない。このため、第２の実施の形態の図１２に示す逆起電圧検出部１２によって、ＶＣＭ５２の逆起電圧よりヘッド速度Ｖを検出しているが、逆起電圧によるヘッド速度Ｖが出力されない、あるいはあらかじめメモリされた速度プロファイルと波形が異なる、さらにはヘッド位置信号が検出されない等の情報をもとにロード動作（あるいは、アンロード動作）の未完了を、制御動作監視部２０を通じて粘性制御部１０に通知する。

このようなロード動作（あるいは、アンロード動作）の未完了の通知を受けた粘性制御部１０は再度、ピボット軸受５３に振動印加部１１により振動を加えてグリースの粘性抵抗を下げた後、再度ロード制御動作を行う。なお、ヘッドがダメージを受けている場合もヘッド位置信号は検出されないが、速度プロファイルを検出してその差をみているので、低温によるロード動作の失敗とヘッド不良によるロード動作の失敗とは区別することが可能である。

環境温度が−１０℃において、ロード動作が正常動作である場合と動作不良である場合のそれぞれの場合に対して、ヘッド２をランプ位置（退避位置）からディスク上に移動させるロード制御でのヘッド速度ＶとＶＣＭの制御駆動電流Ｉのそれぞれの時間応答特性を、図１７に示している。なお、横軸は時間である。また、図１７には、ＶＣＭの制御駆動電流と、ＶＣＭの速度、すなわちヘッドのロード速度に相当するデータとを、それぞれＣｕｒｒｅｎｔとＢＥＭＦ×１５として示している。Ｃｕｒｒｅｎｔは、ＶＣＭの制御駆動電流をカレントプローブで電圧信号として検出したデータを示しており、ＢＥＭＦ×１５は図１２に示す検出抵抗５２２の両端電圧を１５倍のアンプで検出した信号を示している。

図１７（ｂ）に示すように、ロード動作において動作不良の場合、ヘッド２がディスク上まで移動していないため、大きなＶＣＭの制御駆動電流Ｉが流れたままの状態が続いている。このようにヘッド速度ＶおよびＶＣＭの制御駆動電流Ｉともに時間応答特性波形が異なるから、ロード動作の正常と不良とを区別することが可能である。

したがって、制御動作監視部２０によって、ヘッド速度ＶおよびＶＣＭの制御電流Ｉのうち、少なくともいずれか一方の時間応答特性と速度プロファイルとの差を検出し、ヘッド出力信号の有無を判断しているので、ロード動作、アンロード動作およびシーク動作が確実に行われる。特に、低温時におけるロード動作あるいはアンロード動作を確実に完了させることができる。

なお、第１の実施の形態から第３の実施の形態までにおいて、振動印加手段である振動印加部１１を圧電素子としたが、ＶＣＭに高周波の信号を加えてアクチュエータに微小振幅の揺動を生じさせる高周波振動（例えば、超音波振動）を加えてもよい。また、高周波振動は、例えば超音波振動としたが、制御帯域と同じでなければよく、制御帯域よりも高い周波数、例えば５ｋＨｚの振動等でもよい。

また、本実施の形態では、アクチュエータのトルク特性に関して、ディスクに垂直な方向に力が発生する構成でも同様の効果が得られる。

また、第１の実施の形態から第３の実施の形態までにおいて、振動印加部１１として圧電素子をアクチュエータの揺動軸に貼付した構成としたが、これに限定されない。アクチュエータ５のピボット軸受５３を加振することができれば、他の構成でもよい。また、圧電素子に限ることはなく、例えば電磁駆動素子を用いてもよい。

また、第１の実施の形態において、圧電薄膜は厚さ５μｍの薄膜ＰＺＴとしたが、これに限定されることはなく、他の厚み、他の圧電材料でもよい。

また、第１の実施の形態および第３の実施の形態においては、ヘッド２がディスク上にある場合のヘッド移動（シーク制御）とヘッド２をディスク上に移動させるロード制御について主に説明したが、ディスク上のヘッド２をランプ位置（退避位置）に移動させるアンロード制御の場合も同様の効果を得ることができる。

本発明のヘッド制御装置およびディスク装置は、低温におけるヘッドアクチュエータのピボット軸受の粘性増大による高速シーク時のＶＣＭの制御駆動電流の飽和、およびそれによる低速化と、ロード・アンロード時のＶＣＭの制御駆動電流の飽和による不安定動作を防止することができ、ロード・アンロードの信頼性を向上させるとともに高速なシークによる高速データ転送が可能で、磁気ディスク装置等として有用で他のディスク装置等の用途にも応用できる。

本発明の第１の実施の形態にかかるヘッド制御装置の構成を示すブロック図 同実施の形態にかかるヘッド制御装置において、アクチュエータピボット軸受を加振するための振動印加部を有するアクチュエータの平面図 同実施の形態にかかるヘッド制御装置において、振動印加部の構成を説明するための概略断面図 同実施の形態にかかるヘッド制御装置において、速度制御部を示すブロック図 同実施の形態にかかるヘッド制御装置において、速度制御部における状態推定器を示すブロック図 同実施の形態にかかるヘッド制御装置において、速度決定部を示すブロック図 同実施の形態にかかるヘッド制御装置において、速度制御（シーク制御）時のＶＣＭの制御駆動電流に対する温度特性を示す図 同実施の形態にかかるヘッド制御装置において、超音波振動を加えられたときのピボット軸受内のグリースの状態を説明する図 同実施の形態にかかるヘッド制御装置において、シーク動作時のヘッド速度、ＶＣＭの制御駆動電流およびバイアス力の時間応答を示す図 同実施の形態にかかるヘッド制御装置において、粘性抵抗が小さくなった場合で、環境温度−１０℃におけるシーク時のヘッド速度、ＶＣＭの制御駆動電流およびバイアス力（推定値）のそれぞれの時間応答を示す図 本発明の第２の実施の形態にかかるヘッド制御装置の構成を示すブロック図 同実施の形態にかかるヘッド制御装置において、逆起電圧検出部の構成を示す回路図 同実施の形態にかかるヘッド制御装置において、速度制御部の構成を示すブロック図 同実施の形態にかかるヘッド制御装置において、負荷推定器の構成を示すブロック図 同実施の形態にかかるヘッド制御装置において、ロード動作時のヘッド速度（逆起電圧）とＶＣＭの制御駆動電流の時間応答を求めた図 本発明の第３の実施の形態にかかるヘッド制御装置の構成を示すブロック図 同実施の形態にかかるヘッド制御装置において、環境温度が−１０℃の場合で、ヘッドをランプ位置からディスク上へ移動させるロード制御でのヘッド速度とＶＣＭの制御駆動電流の時間応答を示す図

符号の説明

１ ヘッドスライダ
２ ヘッド
３ 位置検出部
５ アクチュエータ
６ 制御部
７ 駆動部
８ 速度決定部
９ 環境検出部
１０ 粘性制御部
１１ 振動印加部
１２ 逆起電圧検出部
２０ 制御動作監視部
２１ 温度センサ
４１ 位置誤差検出部
４２ 速度誤差検出部
４３ 位置信号選択手段
５２ ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
５３ ピボット軸受
６２，６６ 速度制御部
６２Ａ，６４Ａ，６２２Ａ 加算器
６３ 状態推定器
６３Ａ 状態変数行列
６３Ｂ 入力変数行列
６３Ｃ 出力変数行列
６３ｇ ＶＣＭ状態推定ゲイン
６５ 負荷推定器
６６Ｓ，６５３ 比較器
８１ 目標速度計算部
８３ 移動方向検出部
８４，８５，５２８，６５５，Ａ，Ｂ，Ｃ ブロック
１００，１１０ 速度制御系
１１１，１１３ 電極
１１２ 圧電薄膜
５２１ コイル
５２２ 検出抵抗
５２４，５２７ 差動検出部
６２４ 積分器
６２５ 遅延器
６５１ アクチュエータモデル
６５２ ローパスフィルタＬＰＦ（安定化補償器）
６５４ 外乱制御器
Ａｃｃ 加速度信号
Ａｃｃｅ 加速度推定信号
ａ 加速度
Ｆｂ 負荷推定信号
Ｆｅ バイアス力（推定値）（推定バイアス力）
Ｉ 制御駆動電流
Ｋｂ，Ｋｄ，ｋｅ，Ｋｉ，Ｋｖ ゲイン
Ｐ サーボ信号
ＰＥ ヘッド位置誤差
Ｐｅｅ 差
Ｒ 目標位置
Ｕ 制御量（制御信号、制御量信号）
Ｕｆ 外乱補償信号
Ｕｖ 制御信号
Ｖ，Ｖｖｃｍ ヘッド速度（信号）
Ｖｂｅｍｆ 逆起電圧信号
ＶＥ 速度誤差（信号）
Ｖｅ 推定速度
Ｖｒｅｆ 目標速度
Ｖｒｅｆ０ 仮の目標速度
Ｘ ヘッド位置（現在位置）
Ｘｅ 推定位置

Claims (12)

1. ディスクを回転させるスピンドルモータと、
   ヘッドを前記ディスク上の目標位置へ移動させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータを振動させる振動印加手段と、
   前記アクチュエータを駆動するためのボイスコイルモータの制御駆動電流を出力する駆動手段と、
   前記ヘッドの目標移動速度を決定する速度決定手段と、
   動作環境温度を検出もしくは推定する環境検出手段とを具備し、
   前記環境検出手段の出力に応じて、前記アクチュエータ手段に振動を与える前記振動印加手段を制御駆動する粘性制御手段を有することを特徴とするヘッド制御装置。
2. 前記環境検出手段において推定された前記動作環境温度が−５℃以下、あるいは制御駆動電流が動作環境温度２０℃での電流値の３倍以上の場合、前記粘性制御手段が前記アクチュエータ手段への振動印加を前記振動印加手段に指令する機能を有することを特徴とする請求項１に記載のヘッド制御装置。
3. 前記環境検出手段は、速度制御手段の出力である制御量にもとづき前記動作環境温度を推定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッド制御装置。
4. 前記環境検出手段は、前記スピンドルモータを等速回転制御するスピンドル制御量にもとづき前記動作環境温度を推定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッド制御装置。
5. 前記粘性制御手段は、前記ヘッドを前記ディスク上に移動させるロード制御または前記ヘッドを前記ディスク上から退避位置へ移動させるアンロード制御において、動作の正常完了を判断する制御動作監視手段を有し、正常完了できない場合に前記アクチュエータ手段に振動を与える指令を前記振動印加手段に出力することを特徴とする請求項１に記載のヘッド制御装置。
6. 前記環境検出手段は、動作環境温度を検出するために設けられた温度センサからの出力に対応した信号を前記粘性制御手段に出力することを特徴とする請求項５に記載のヘッド制御装置。
7. 前記制御動作監視手段は、ロード、アンロードおよびシーク時の速度プロファイルをメモリを有し、前記ボイスコイルモータの制御駆動電流の時間応答特性と前記メモリに記憶した前記ロード、前記アンロードおよび前記シーク時の速度プロファイルのデータとの比較およびヘッド信号検出の有無によって、正常動作あるいは異常動作であるかを判断することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のヘッド制御装置。
8. 前記振動印加手段により発生する振動の周波数は、サーボ周波数とは異なる周波数であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のヘッド制御装置。
9. 前記振動印加手段により発生する振動は、超音波振動であることを特徴とする請求項８に記載のヘッド制御装置。
10. 前記振動印加手段は、圧電素子であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のヘッド制御装置。
11. 前記振動印加手段は、電磁駆動素子であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のヘッド制御装置。
12. 請求項１から請求項１２のいずれかに記載のヘッド制御装置を有することを特徴とするディスク装置。

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