特開 2020-202004 磁気ディスク装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-202004(P2020-202004A)

(43)【公開日】2020年12月17日

(54)【発明の名称】磁気ディスク装置

(51)【国際特許分類】

   G11B 21/21 20060101AFI20201120BHJP

   G11B 21/10 20060101ALI20201120BHJP

【ＦＩ】

   G11B21/21 C

   G11B21/10 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2019-110485(P2019-110485)

(22)【出願日】2019年6月13日

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松澤 卓治

【テーマコード（参考）】

5D059

5D096

【Ｆターム（参考）】

5D059AA01

5D059BA01

5D059DA36

5D059DA38

5D059EA03

5D096NN03

(57)【要約】

【課題】マイクロアクチュエータのゲインを正確に求めること。
【解決手段】実施形態によると、磁気ディスク装置は、磁気ヘッドを含む磁気ヘッド部を動作させる第１のアクチュエータと、磁気ディスク上で磁気ディスクの半径方向に磁気ヘッドの位置を調整する第２のアクチュエータと、第２のアクチュエータのゲイン推定値と、第１の伝達関数を測定する際の第２アクチュエータへの入力電圧振幅とに応じて、第２の伝達関数を測定する際の入力振幅を決定し、第１の伝達関数と、第２の伝達関数とに基づいて、第２のアクチュエータのゲイン推定値を算出し、当該算出したゲイン推定値でゲイン推定値を更新する制御部と、を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁気ヘッドを含む磁気ヘッド部を動作させる第１のアクチュエータと、
磁気ディスク上で前記磁気ディスクの半径方向に前記磁気ヘッドの位置を調整する第２のアクチュエータと、
前記第２のアクチュエータのゲイン推定値と、第１の伝達関数を測定する際の前記第２のアクチュエータへの入力電圧振幅とに応じて、第２の伝達関数を測定する際の入力振幅を決定し、前記第１の伝達関数と、前記第２の伝達関数とに基づいて、前記第２のアクチュエータのゲイン推定値を算出し、当該算出したゲイン推定値で前記ゲイン推定値を更新する制御部と、
を備える磁気ディスク装置。

【請求項2】

所定のタイミングで更新される前記ゲイン推定値の履歴情報を記憶するメモリを備える、
請求項１記載の磁気ディスク装置。

【請求項3】

前記メモリに記憶される前記ゲイン推定値の履歴情報は、外部からの指示に基づいて、出力可能に構成される、
請求項２に記載の磁気ディスク装置。

【請求項4】

前記第２の伝達関数を測定する際の入力振幅は、前記第２のアクチュエータの前記ゲイン推定値と前記第１の伝達関数を測定する際の前記第２のアクチュエータへの入力電圧振幅の積である、
請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気ディスク装置。

【請求項5】

前記ゲイン推定値の初期値は、所定の設計値、又は、複数の所定の測定値の平均値である、
請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気ディスク装置。

【請求項6】

前記ゲイン推定値の初期値は、任意の外乱の値を用いて測定した前記第２の伝達関数のゲインに基づく値である、
請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気ディスク装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記第１の伝達関数と、前記第２の伝達関数とに基づいて算出される前記第２のアクチュエータの前記ゲイン推定値が所定値に収束するまで前記ゲイン推定値を更新する処理を行う、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の磁気ディスク装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、磁気ディスク装置に関する。

【背景技術】

【0002】

磁気ヘッドを磁気ディスクの半径方向に微小に動作させるマイクロアクチュエータを搭載した磁気ディスク装置が知られている。リード／ライト時にマイクロアクチュエータ微小に動作させることにより、磁気ヘッドを磁気ディスクに対して正確に位置決めすることが可能になる。このようなマイクロアクチュエータを搭載した磁気ディスク装置では、磁気ヘッドの位置決め制御を行うために磁気ヘッド毎にマイクロアクチュエータのゲイン（入出力比）を把握しておく必要がある。

【0003】

ところが、磁気ディスク装置では、一般にマイクロアクチュエータの変位を測定するセンサを搭載していない。そこで、マイクロアクチュエータのゲインを推定するために、測定した第１の伝達関数ゲインを、測定した第２の伝達関数ゲインで除算してマイクロアクチュエータのゲインを推定方法が取られることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３７１０６４１号公報

【特許文献2】米国特許第８６１１０４０号明細書

【特許文献3】米国特許第８７８０４８９号明細書

【特許文献4】米国特許第９１４２２３５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、磁気ディスク装置では、伝達関数測定時の加振振幅によって伝達関数のゲインに変化が生じる場合がある。このようにゲインに変化が生じた場合、マイクロアクチュエータのゲインを推定する際に、誤差が生じることがある。

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、マイクロアクチュエータのゲインを正確に求めることができる磁気ディスク装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一実施形態に係る磁気ディスク装置は、磁気ヘッドを含む磁気ヘッド部を動作させる第１のアクチュエータと、磁気ディスク上で前記磁気ディスクの半径方向に前記磁気ヘッドの位置を調整する第２のアクチュエータと、前記第２のアクチュエータのゲイン推定値と、第１の伝達関数を測定する際の前記第２アクチュエータへの入力電圧振幅とに応じて、第２の伝達関数を測定する際の入力振幅を決定し、前記第１の伝達関数と、前記第２の伝達関数とに基づいて、前記第２のアクチュエータのゲイン推定値を算出し、当該算出したゲイン推定値で前記ゲイン推定値を更新する制御部と、備える。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る磁気ディスク装置の構成の一例を示すブロック図。

【図2】同実施形態に係る第１の伝達関数の測定処理を説明するための図。

【図3】同実施形態に係る第２の伝達関数の測定処理を説明するための図。

【図4】同実施形態に係るゲイン推定処理の一例を示すフローチャート。

【図5】同実施形態に係る履歴情報の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、以下の実施形態に記載した内容により発明が限定されるものではない。当業者が容易に想到し得る変形は、当然に開示の範囲に含まれる。説明をより明確にするため、図面において、各部分のサイズ、形状等を実際の実施態様に対して変更して模式的に表す場合もある。複数の図面において、対応する要素には同じ参照数字を付して、詳細な説明を省略する場合もある。
（第１の実施形態）
図１は、実施形態に関する磁気ディスク装置１の構成の一例を示すブロック図である。

【0010】

磁気ディスク装置１は、ヘッド・ディスクアセンブリ（head-disk assembly：ＨＤＡ）１０、ヘッドアンプ集積回路（以下、ヘッドアンプＩＣ）１６と、システム・オン・チップ（ＳＯＣ）２０とからから構成されている。

【0011】

ＨＤＡ１０は、磁気ディスク１１と、スピンドルモータ（ＳＰＭ）１２と、アーム１３と、第１のアクチュエータであるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）ＰＶとを有する。磁気ディスク１１は、ＳＰＭ１２により回転する。アーム１３の先端にロードビーム１４が取り付けられ、ロードビーム１４の先端に磁気ヘッド１５が取り付けられる。アーム１３はＶＣＭＰＶの駆動により磁気ヘッド１５を磁気ディスク１１上の指定の位置まで移動制御する。さらに、アーム１３の先端部のロードビーム１４の取り付け部付近には一対の圧電素子（例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）であるＰＭが配置される。一対の圧電素子ＰＭに電圧を加えることで左右の圧電素子がそれぞれ逆位相で伸縮し、ロードビーム１４の先端の磁気ヘッド１５を磁気ディスク１１上の半径方向（クロストラック方向）に変位させることにより、磁気ディスク１１上で磁気ディスク１１の半径方向に磁気ヘッド１５の位置を調整する。このように１段目となるＶＣＭ駆動のアームの先端に第２のアクチュエータである圧電素子駆動のロードビームを付加した二段アクチュエータが実現される。以下、圧電素子ＰＭはマイクロアクチュエータ（以下、単に「ＭＡ」ともいう。）ＰＭと称する。

【0012】

磁気ヘッド１５は、リードヘッド素子とライトヘッド素子とが、１つのスライダ上に分離して実装されている構造である。リードヘッド素子は、磁気ディスク１１に記録されているデータを読出す。ライトヘッド素子は、磁気ディスク１１にデータを書き込む。

【0013】

ヘッドアンプＩＣ１６は、リードアンプ及びライトドライバを有する。リードアンプは、リードヘッド素子により読み出されたリード信号を増幅して、リード／ライト（Ｒ／Ｗ）チャネル２２に伝送する。一方、ライトドライバは、Ｒ／Ｗチャネル２２から出力されるライトデータに応じたライト電流をライトヘッド素子に伝送する。

【0014】

ＳＯＣ２０は、制御部であるマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）２１と、Ｒ／Ｗチャネル２２と、ディスクコントローラ２３と、位置決めコントローラＣＶとを含む。ＣＰＵ２１は、ドライブのメインコントローラであり、位置決めコントローラＣＶを介して磁気ヘッド１５の位置決めを行なうサーボ制御及びヘッドアンプＩＣ１６を介してデータのリード／ライト制御を実行する。Ｒ／Ｗチャネル２２は、リードデータの信号処理を実行するリードチャネルと、ライトデータの信号処理を実行するライトチャネルとを含む。ディスクコントローラ２３は、ホストシステム（図示せず）とＲ／Ｗチャネル２２との間のデータ転送を制御するインタフェース制御を実行する。なお、位置決めコントローラＣＶはハードウェアとして実現してもよいし、ソフトウェア（ファームウェア）として実現してもよい。

【0015】

メモリ２４は、揮発性メモリおよび不揮発性メモリを含む。例えば、メモリ２４は、ＤＲＡＭからなるバッファメモリ、及びフラッシュメモリを含む。メモリ２４の不揮発性メモリには、ＣＰＵ２１の処理に必要なプログラム等、及び後述するマイクロアクチュエータＰＭのゲイン推定処理を行った場合に、その処理結果（履歴情報，図５参照）が記憶される。この処理結果は、磁気ディスク装置１から外部に出力可能に構成される。なお、当該処理結果はメモリ２４に記憶されていなくても磁気ディスク装置１内のいずれかの記憶領域に記憶されていればよい。

【0016】

次に、伝達関数の測定処理について図２、図３を参照しながら説明する。

【0017】

図２は、マイクロアクチュエータＰＭを動作させたときの伝達関数の測定処理を説明するための図である。なお、図２において、ｙは磁気ヘッド１５の位置を示すヘッド位置信号、ｙ_ＶはＶＣＭＰＶの位置を示すＶＣＭ位置信号、ｙ_ＭはマイクロアクチュエータＰＭの変位、ｕ_ＭはマイクロアクチュエータＰＭの入力電圧、ｅは位置誤差信号、ｒは目標値を示す。ここで、ヘッド位置信号ｙ、ＶＣＭ位置信号ｙ_Ｖ、マイクロアクチュエータの変位ｙ_Ｍの単位は、トラック又は半径方向の距離であり、マイクロアクチュエータの入力電圧ｕ_Ｍの単位はボルトとする。

【0018】

目標値ｒをゼロとして、端子３１から位置誤差信号ｅを位置決めコントローラＣＶに入力する。位置決めコントローラＣＶ出力がＶＣＭＰＶに入力されると、ＶＣＭＰＶはＶＣＭ位置信号ｙ_Ｖを端子３２に入力する。一方、マイクロアクチュエータＰＭの入力電圧ｕ_ＭがマイクロアクチュエータＰ_Ｍに入力されると、マイクロアクチュエータＰ_Ｍは、マイクロアクチュエータＰＭの変位ｙ_Ｍを端子３２に入力する。端子３２からは、ヘッド位置信号ｙが磁気ヘッド１５（図２で図示省略）に入力されると共に、端子３１に入力される。

【0019】

図２に示すマイクロアクチュエータＰＭの入力電圧ｕ_Ｍからヘッド位置信号ｙまでの伝達関数（以下、「第１の伝達関数」という。）のゲインＧ１は、次の（１）式で求めることができる。

【数1】

【0020】

図３は、マイクロアクチュエータＰＭを動作させず、外乱を入力するときの伝達関数の測定処理を説明するための図である。なお、図３において、ｙはヘッド位置信号、ｙ_ＶはＶＣＭ位置信号、ｅは位置誤差信号、ｒは目標値を示すのは、図２の場合と同様である。ｄは、外乱であり、ｄの単位はトラック又は半径方向の距離である。

【0021】

目標値ｒをゼロとして、端子３１から位置誤差信号ｅを位置決めコントローラＣＶに入力する。位置決めコントローラＣＶ出力がＶＣＭＰＶに入力されると、ＶＣＭＰＶはＶＣＭ位置信号ｙ_Ｖを端子３２に出力する。一方、端子３２には、外乱ｄが入力される。端子３２からは、ヘッド位置信号ｙが磁気ヘッド１５（図３で図示省略）に入力されると共に、端子３１に入力される。

【0022】

図３に示す外乱ｄからヘッド位置信号ｙまでの伝達関数（以下、「第２の伝達関数」という。）のゲインＧ２は、次の（２）式で求めることができる。

【数2】

【0023】

ここで、マイクロアクチュエータＰＭのゲイン（以下、「ＭＡゲイン」ともいう。）は、既述の（１）式を、（２）式で除算することにより、具体的には、次の（３）式により求めることができる。

【数3】

【0024】

図４は、ＭＡゲインを推定するゲイン推定処理の一例を示すフローチャートである。このゲイン推定処理は、例えば、磁気ディスク装置がコンピュータ等に設置された後、所定のタイミング毎に実行される。所定のタイミングは、本実施形態では、所定の期間が経過する毎に実行されることとする。また、所定の期間が経過する毎でなくても、任意のタイミングや所定のイベントが生じたタイミングでＭＡゲインのゲイン推定処理が実行されるようにしてもよい。つまり、ゲイン推定処理を実行するタイミングは、任意に設定することが可能である。さらに、磁気ディスク装置１に磁気ヘッド１５が複数含まれる場合、磁気ヘッド１５毎にゲイン推定処理が実行される。

【0025】

ＣＰＵ２１は、既述の図２で説明したように、第１の伝達関数を測定する（ＳＴ１０１）。これにより、既述の（１）式により、第１ゲインを求めることができる。次に、ＣＰＵ２１は、変数ｉを０に設定する（ＳＴ１０２）。次に、ＣＰＵ２１は、マイクロアクチュエータＰＭのゲイン（ＭＡゲイン）の初期値であるＭＡゲイン初期値α_０が有るか否かを判定する（ＳＴ１０３）。ここで、ＭＡゲイン初期値α_０には、設計値や複数の同型の磁気ディスク装置から取得された測定値の平均値が採用される。また、ＭＡゲイン初期値α_０が有るか否かの判定は、例えば、メモリ２４の所定領域にＭＡゲイン初期値α_０のデータが格納されているか否かに基づいて実行される。

【0026】

マイクロアクチュエータＰＭのゲインのＭＡゲイン初期値α_０が有ると判定した場合（ＳＴ１０３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１は、外乱｜ｄ｜にＭＡゲイン初期値α_０｜ｕ_Ｍ｜を設定する（ＳＴ１０４）。また、マイクロアクチュエータＰＭのＭＡゲイン初期値α_０が無いと判定した場合（ＳＴ１０３：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、外乱｜ｄ｜を任意に設定する（ＳＴ１０５）。なお、この際のＭＡゲイン初期値α_０は、｜ｄ｜／｜ｕ_Ｍ｜から求めることができる（ＳＴ１０６）。

【0027】

以上のように、マイクロアクチュエータＰＭのＭＡゲイン初期値α_０が設定されると、次に、ＣＰＵ２１は、変数ｉに１を加算し（ＳＴ１０７）、第２の伝達関数を測定する（ＳＴ１０８）。これにより、既述の（２）式により、第２ゲインを求めることができる。次に、ＣＰＵ２１は、マイクロアクチュエータＰＭのＭＡゲイン推定値α_ｉを、既述の（３）式、つまり、｜第１の伝達関数｜／｜第２の伝達関数｜から求める（ＳＴ１０９）。言い換えると、ＭＡゲイン推定値α_ｉをゲインＧ１／ゲインＧ２から求める。

【0028】

次に、ＣＰＵ２１は、｜α_ｉ−α_０｜＜所定値εを判定する（ＳＴ１１０）。ここで、所定値εは、十分小さい任意の値とする。｜α_ｉ−α_０｜＜所定値εでないと判定した場合（ＳＴ１１０：ＮＯ）、ＣＰＵ２１は、外乱｜ｄ｜をα_ｉ｜ｕ_Ｍ｜に設定する（ＳＴ１１１）。そして、処理は、ステップＳＴ１０７の処理へ戻る。これにより、既述のステップＳＴ１０７からＳＴ１１０の処理が実行される。このように処理を繰り返すことにより、所定値εより小さい適切なＭＡゲイン推定値α_ｉを求めることが可能になる。そして、｜α_ｉ−α_０｜＜所定値εであると判定した場合（ＳＴ１１０：ＹＥＳ）、適切なＭＡゲインが求められたため、ＣＰＵ２１は、この処理を終了する。

【0029】

第１の伝達関数を測定する際のマイクロアクチュエータＰＭの入力電圧ｕ_Ｍ、つまり、振幅は、実際に動作するときのマイクロアクチュエータＰＭの入力電圧に依存する。このため、マイクロアクチュエータＰＭの振幅に対応するように、図４の処理により、外乱ｄを求めている。このように、外乱ｄの振幅と、マイクロアクチュエータＰＭのゲイン測定時のマイクロアクチュエータＰＭの変位ｙ_Ｍを実質的に等しくすることで、伝達関数測定時の加振振幅に起因する測定誤差を低減することができる。なお、複数周波数でマイクロアクチュエータＰＭのゲインを推定する場合は、当該複数の周波数毎にマイクロアクチュエータＰＭのＭＡゲイン推定処理を実行するようにすればよい。

【0030】

図５は、ＭＡゲインの推定処理の処理結果（履歴情報）Ｔの一例を示す図である。処理結果Ｔは、既述のように、例えば、メモリ２４内の所定領域に記憶される。

【0031】

図５に示すように、処理結果Ｔは、日時と、当該日時でＭＡゲインの推定処理が実行されたときの各トラック又は磁気ディスク１１の半径方向の距離である位置（位置Ａ、位置Ｂ、…、位置Ｎ）でのα_ｉの値（例えば、Ｘ１１、Ｘ１２、…、Ｘ１Ｎ）が対応付けられている。

【0032】

また、この処理結果Ｔは、磁気ディスク装置１の外部、例えばホストシステム（図示省略）からの指示に基づいて、ホストシステムへ出力可能に構成されている。つまり、ＣＰＵ２１がホストシステムから処理結果Ｔの出力指示を受信した場合、ＣＰＵ２１は、メモリ２４に記憶される処理結果Ｔを読み出し、ディスクコントローラ２３を介してホストシステムへ処理結果Ｔを出力する。これにより、ホストシステムを操作するユーザは、マイクロアクチュエータＰＭのゲインの推定処理を行った処理結果Ｔを確認することができる。

【0033】

なお、本実施形態では、磁気ディスク装置１は、図５に示す処理結果Ｔがメモリ２４に記憶される場合で説明したが、処理結果Ｔを履歴としてメモリ２４に記憶しないように構成してもよい。

【0034】

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0035】

１…磁気ディスク装置、１１…磁気ディスク、１２…スピンドルモータ（ＳＰＭ）、１３…アーム、１４…ロードビーム、１５…磁気ヘッド、２０…システム・オン・チップ（ＳＯＣ）、２１…ＣＰＵ、２２…Ｒ／Ｗチャネル、２３…ディスクコントローラ、２４…メモリ、ＰＶ…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、ＣＶ…位置決めコントローラ、ＰＭ…マイクロアクチュエータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】