スピンドルモータおよびこれを用いたディスク装置
【課題】ディスク回転に伴う周期性外乱を学習制御補償する場合、複数の次数の周期性外乱が存在した場合、その次数だけ学習の演算が必要となる。
【解決手段】ディスク回転手段の軸受け部が流体軸受けで、スラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数が同数で、かつマグネットまたはコイルの数と同数もしくは定数倍にし、制御手段は検出もしくは推定した位置信号をもとに前記溝とマグネットもしくはコイル起因の回転同期外乱の振幅と位相を推定して学習制御をおこなって高精度に位置決めを行う。
【解決手段】ディスク回転手段の軸受け部が流体軸受けで、スラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数が同数で、かつマグネットまたはコイルの数と同数もしくは定数倍にし、制御手段は検出もしくは推定した位置信号をもとに前記溝とマグネットもしくはコイル起因の回転同期外乱の振幅と位相を推定して学習制御をおこなって高精度に位置決めを行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンドルモータによってディスクを回転させて、アクチュエータによってヘッドをディスク上の任意の目標トラックに高速移動させる、あるいはヘッドをディスク上の目標トラックへ高精度に位置決めして情報の記録と再生を行う磁気ディスク装置などのディスク装置とそのヘッド位置決め制御装置およびスピンドルモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁気ディスク装置とその制御方法としては、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）させ、記録時には記録ヘッドを目標データトラックに位置決めし、信号再生時には再生ヘッドをデータトラックに位置決めして、記録と信号再生時でヘッドの位置決め目標位置を切り換えて、ヘッドを高精度位置決めしている。
【０００３】
ヘッドを目標トラックへ高精度に位置決めする場合の阻害要因としては、ディスク回転に伴う周期的外乱があり、その外乱を学習して制御補償することによって高精度位置決めを実現していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１２は、ディスク媒体の任意のトラック位置に移動するヘッドと、ヘッドによる媒体上のトラックの所定位置を基準とした位置ずれ量に応じた位置信号を検出する位置信号検出部と、位置信号から、前記位置ずれ量をゼロに抑圧するように前記ヘッドを移動する制御信号を演算するフィードバック制御部と、制御信号に基づき、ヘッドを駆動する駆動部と、周期性外乱に伴う前記ディスク回転一周分の未知の関数を、前記ディスク媒体の回転1周分の時間をＮ分割した各区間の高さで近似推定した近似関数として学習アルゴリズムによりＮ個のメモリセルを備えたメモリに獲得する学習制御部とを有し、学習制御部は、所定の位相進み量だけ進んだ位置の２つのメモリセルの学習結果を読み出し、補間処理して、周期性外乱補償信号を生成している（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
次に、他の従来例について説明する。
【０００６】
図１３において、ディスクの回転起動時にＣＰＵはフラッシュメモリに保存されている初期学習値が有効である。ディスクの回転起動時に、ＣＰＵはフラッシュメモリに保存されている初期学習値が有効であるか否かを判定し、有効である場合は通常の学習動作の実行を中止する。また、ＣＰＵは、初期学習値が不正であると判断した場合には、現在の学習値でフラッシュメモリの初期学習値を更新している。
【特許文献１】特開２００２−９３０８５号公報
【特許文献２】特開２００２−１００１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、図１２のようにディスク回転に伴う周期性外乱を学習制御補償する場合、複数の次数の周期性外乱が存在した場合、その次数だけ学習の演算が必要となる。実際、磁気ディスク装置においては、複数の次数の周期性外乱が存在する。
【０００８】
具体的には、スピンドルモータのマグネット数やコイル数に依存する外乱、スピンドルモータには最近流体軸受けが適用され、そのスラスト軸受け溝の数、あるいはラジアル軸受けの溝の数に依存する外乱、さらにはディスク取り付け偏心や、ディスククランプによるディスクのうねりがもたらすヘッド振動、あらかじめ行うディスクへの位置信号記録時のスピンドルモータ非同期振動に依存する記録された位置信号の周期的同期変動などがある。
【０００９】
これらすべてに、前記学習制御を適用することはファームウェアの効率化、制御量演算の高速化が課題となり、支配的な外乱のみ選択して学習制御を行っている。
【００１０】
また、図１３のように、変動する成分のみ再学習するような場合も、流体軸受け振動、ヘッド振動は変動するためその次数分の再学習演算が必要となっている。
【００１１】
これにより、位置決め精度の低下が発生して、エラーレートの低下、転送レートの低下することを防止できるようにした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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明のスピンドルモータおよびこれを用いたディスク装置は、
情報が記録されるディスク状の記録媒体と、
前記記録媒体を回転させるディスク回転手段と、
前記記録媒体に情報を記録する記録ヘッドと前記記録媒体の情報を再生する再生ヘッドとを有し、前記ヘッドを前記記録媒体に対向して一定の量で浮上させるヘッドスライダと、
前記スライダを支持するヘッド支持機構と、
ディスクにおいてヘッドの目標位置への移動を行うアクチュエータと、
前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、
位置信号を検出あるいは推定する位置検出手段と、
前記位置信号と目標位置との位置誤差に応じて制御量を演算して制御信号を出力する制御手段とを具備し、
前記ディスク回転手段の軸受け部が引き起こす振動がマグネットもしくはコイルの配置構成によって引き起こされる振動と同じもしくは定数倍の周波数でその位相が異なる構成にすることで、ヘッド位置決めおいて、周期性外乱を対してヘッドを目標位置に高精度に位置決めすることができる。
【００１３】
あるいは、前記ディスク回転手段の軸受け部が流体軸受けで、スラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数がマグネットまたはコイルの数と同数もしくは定数倍であるとともに、それぞれの位相が異なるようにすることで、ヘッド位置決めおいて、周期性外乱を対してヘッドを目標位置に高精度に位置決めすることができる。
【００１４】
あるいは、前記ディスク回転手段の軸受け部は流体軸受けで構成されて、前記流体軸受けのスラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数が同数もしくは定数倍の数であるとともに、それぞれの位相が異なるようにするすることで、ヘッド位置決めおいて、周期性外乱を対してヘッドを目標位置に高精度に位置決めすることができる。
【００１５】
あるいは、制御手段は検出もしくは推定した位置信号をもとに前記溝とマグネットもしくはコイル起因の回転同期外乱の振幅と位相を推定して制御補償する学習制御部を有するようにするすることで、ヘッド位置決めおいて、周期性外乱を対してヘッドを目標位置に高精度に位置決めすることができる。
【００１６】
あるいは、制御手段は検出もしくは推定した位置信号をもとに前記溝とマグネットもしくはコイル起因の回転同期外乱の振幅と位相を推定して制御補償する学習制御部を有するようにすることで、ヘッド位置決めおいて、周期性外乱を対してヘッドを目標位置に高精度に位置決めすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のディスク装置によれば、スピンドルモータ起因の多数の周期性外乱を少なくするとともに、制御量演算量を少なくするとともに、ファームウェアまたは制御回路規模を小さくしても、周期性外乱を補償して高精度にヘッド位置決めすることが可能となり、エラーレートの低下、転送レートの低下を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるディスク御装置の構成図である。
【００２０】
図１において、１は磁気記録ヘッドとGMRヘッドである再生ヘッドの複合ヘッド、２は記録再生ヘッドを有するヘッドスライダ、３はヘッドスライダを支持するヘッド支持機構、４はサーボ情報が記録されていて情報が記録されるディスク、５はディスクを回転させるスピンドルモータ、６は先端にヘッドスライダ１を有してヘッド２を目標位置へ位置決めするあるいはメディア上へヘッド２を移動させるためのアクチュエータ、７はヘッド信号より現在のヘッド位置を検出する位置検出手段、７−Sはヘッド位置Xと目標位置Rとの差よりヘッド位置誤差PEを求める位置誤差生成手段、８はヘッド位置誤差PEより制御量を計算して出力する制御手段、９は位置誤差信号をもとに回転同期外乱の振幅と位相を推定してフィードフォワード補償量を演算する学習制御手段、１０は制御量をもとにアクチュエータを制御駆動する駆動手段である。
【００２１】
図２はスピンドルモータの構造図である。図において、１１aがラジアル軸受け部、１３ａと１３ｂはスラスト軸受け部で、１５は潤滑油である。２つの軸受け部には、動圧を発生させるためのＶ溝が形成させている。また、１８はコイル、１９はマグネットで、図３のようにここでコイルは９個、マグネットは１２個でいわゆる１２極モータが構成させている。
【００２２】
図１において１−Aは、マグネットおよびコイルの個数とスピンドルモータ回転数で発生する振動とともに、流体軸受けの溝の数とスピンドルモータ回転数で発生する振動が位置信号に含まれていることを表している。
【００２３】
図１において、位置信号にはスピンドルモータの回転に同期した４つの振動が含まれている。ここでスピンドルモータの回転数は3600r／min（６０Hz）であり、スラスト軸受けの溝数は８でこれによる同期振動の周波数は４８０Hz、ラジアル軸受けの溝数は１０でこれによる同期振動の周波数は６００Hzである。
【００２４】
また、12極モータでありコイル数は９でこれによる同期振動は５４０Hz、マグネット数は１２でこれによる同期振動の周波数は７２０Hzである。
【００２５】
図４は制御手段の詳細ブロック図である。位置誤差に比例ゲインｋｐ８２２を乗じた比例フィードバックと、位置誤差の積分値に積分ゲインｋｉ８２１を乗じた積分フィードバックと、状態推定器の出力である推定速度に速度ゲインｋｖ８２３を乗じた速度フィードバックとを加算して制御信号を演算している。
【００２６】
８４は状態推定器で、図５に詳細ブロック図を示す。Aが状態変数、Bが入力変数、Cが出力変数である。これは、制御対象の内部モデルを数式化したものである。入力は制御量と検出ヘッド位置と推定ヘッド位置との推定誤差である。推定誤差に状態推定ゲイン８４ｇを乗じた信号を状態推定器にフィードバックすることによって内部モデルの誤差を修正している。
【００２７】
さらに、位置誤差信号を学習制御手段へ入力して、回転同期振動の振幅と位相を学習推定してフィードフォワード補償を行っている。
【００２８】
図６は学習制御手段の詳細説明図である。フィードバック信号とフィードフォワード信号の加算信号を制御量として駆動手段へ出力している。
【００２９】
図６は回転同期１次成分の場合である。回転同期成分RROは式（１）のように定義できる。
【００３０】
RRO = Acosφ + Bsinφ [φ = (2π/N)wn ] （１）
N:ウエッジの総数
Wn:ウエッジ番号
ここで、AおよびBはsinφ、およびcosφのモデルに各ウェッジ毎の位置誤差を乗じた値の１回転分を積分することで計算できる。
【００３１】
すなわち、1回転毎にRROを学習できることになる。この学習した値を制御手段８の出力にフィードフォワード補償で加算して制御量を計算している。
【００３２】
ここで、回転同期成分の１次、2次、３次を学習制御して、制御手段の制御帯域を900とした場合の位置誤差信号のＦＦＴ解析結果を図７から図１１に示す。
【００３３】
図７のように通常は流体軸受け溝数起因の４８０Ｈｚ，６００Ｈｚの外乱が大きい。また５４０Ｈｚ、７２０Ｈｚも同様で、これらを低減するためにはさらに４つの周波数について学習制御を施す必要がある。
【００３４】
ここで、今回の発明のようにスピンドルモータのスラスト軸受けとラジアル軸受けの溝数を１２として、マグネットの数と同じにする。
【００３５】
図８は溝数とマグネット数を一致させたスピンドルモータを使用した場合のディスク装置における位置誤差信号のFFT解析結果である。
【００３６】
位相は３つが４５度ずつずれていると仮定している。
【００３７】
さらに図１０は、図８の状態に７２０Hz（１２次回転同期成分）に学習制御補償を適用した場合の位置誤差信号のFFT解析結果である。
【００３８】
また、図９は、図８の状態で、スラスト溝とラジアル溝による振動の位相を同相にして、マグネットによる振動の位相と逆相の構成にした場合の位置誤差信号のFFT解析結果である。
【００３９】
以上より、図７では、従来４つの振動成分（8次、９次、10次、12次）が大きく、位置決め精度は３σ=16.85nmであった。ここでスラスト溝数とラジアル溝数をマグネットの数にあわせると図８のように、8次と10次の振動成分はなくなったものの、12次の振動成分が位置誤差の主要因となった。ここで、位相は３つが異なる状態で位置決め精度は3σ=16.88nmである。
【００４０】
この状態で、１２次のみに学習制御を適用した結果が、図１０で12次を低減できるため位置決め精度は14.19nmであった。
【００４１】
また、スピンドルモータにおいて、スラスト溝による振動とラジアル溝による振動を同相にして、マグネットによる振動と逆相にした場合も図９のように12次成分を低減でき位置決め精度で改善できる。
【００４２】
すなわちスピンドルモータの改善、もしくは学習する周波数成分を少なくして学習制御補償することで効率よく高精度位置決めが実現できる。
【００４３】
図１１は、さらにサーボライトによる位置信号の回転同期変動外乱が加わった場合のブロック図である。さきと同様に、周波数を合わせての学習制御、および周波数と位相を調整することで、効率よく高精度位置決めを実現できる。
【００４４】
なお、サーボライト位置信号の位相はディスククランプ時にディスクを回転させて調整することで可能である。
【００４５】
また、サーボライト信号に加え、スピンドル振動およびディスク振動によるヘッド振動の回転同期成分についても同様の周波数を合わせての学習制御、および周波数と位相を調整することで、効率よく高精度位置決めを実現できる。
【００４６】
ヘッド振動の位相もクランプを固定する位相をかえることで調整することが可能である。
【００４７】
なお、本実施の形態において、はじめの流体軸受けの溝数を８と１０で、改善後をマグネットと同数の１２としたが、コイルの数９にしても同様の結果が得られる。
【００４８】
また、本実施の形態では、マグネット１２、コイル９としたが、マグネット１６、コイル１２などマグネット数およびコイル数が変化しても同様の効果が得られる。
【００４９】
また、本実施の形態において、流体軸受けの溝数とマグネットの数を同じにして、それぞれの位相差を45degとしたが、他の位相でも、さらにはコイル数と同じにしても同様の結果が得られる。また逆相でもよい。
【００５０】
また、本実施の形態では、スピンドル回転数３６００ｒｐｍ、サーボウェッジ数１８０で、サーボのサンプリング周波数１０８００Hzとしたが、回転同期成分を推定、学習できる周波数であれば、前記３つのパラメータは他の値であっても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明にかかるディスク装置は、流体軸受けのスラスト軸受けとラジアル軸受けの溝数とマグネットもしくはコイルの数が等しいスピンドルモータと、この溝数起因の周期性外乱に対して、1回転分の位置誤差より制御量を出力する学習制御手段を有し、磁気ディスク装置等として有用である。また広く他のディスク装置等の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるディスク装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１におけるスピンドルモータの縦断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるスピンドルモータの横断面図
【図４】本発明の実施の形態１における制御手段の詳細ブロック図
【図５】本発明の実施の形態１における状態推定器のブロック図
【図６】本発明の実施の形態１における学習制御手段の学習方法説明図
【図７】本発明の実施の形態１における従来方法での位置誤差のＦＦＴ解析図
【図８】本発明の実施の形態１における軸受け溝数をマグネットの数にあわせた場合の位置誤差のＦＦＴ解析図
【図９】本発明の実施の形態１における軸受け溝数をマグネットの数にあわせたるとともに振動位相を逆相にした場合の位置誤差のＦＦＴ解析図
【図１０】本発明の実施の形態１における軸受け溝数をマグネットの数にあわせたるとともに、あわせた周波数成分に学習制御補償を加えた場合の位置誤差のＦＦＴ解析図
【図１１】サーボライトによる位置信号の回転同期変動成分が加わる場合のブロック図
【図１２】従来の形態１におけるディスク装置のブロック図
【図１３】従来の形態２におけるディスク装置のブロック図
【符号の説明】
【００５３】
１ 磁気記録再生複合ヘッド
２ スライダ
３ サスペンション
４ ディスク
５ スピンドルモータ
６ アクチュエータ
７ 位置検出手段
８ 制御手段
９ 学習制御手段
１０ 駆動手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンドルモータによってディスクを回転させて、アクチュエータによってヘッドをディスク上の任意の目標トラックに高速移動させる、あるいはヘッドをディスク上の目標トラックへ高精度に位置決めして情報の記録と再生を行う磁気ディスク装置などのディスク装置とそのヘッド位置決め制御装置およびスピンドルモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁気ディスク装置とその制御方法としては、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）させ、記録時には記録ヘッドを目標データトラックに位置決めし、信号再生時には再生ヘッドをデータトラックに位置決めして、記録と信号再生時でヘッドの位置決め目標位置を切り換えて、ヘッドを高精度位置決めしている。
【０００３】
ヘッドを目標トラックへ高精度に位置決めする場合の阻害要因としては、ディスク回転に伴う周期的外乱があり、その外乱を学習して制御補償することによって高精度位置決めを実現していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１２は、ディスク媒体の任意のトラック位置に移動するヘッドと、ヘッドによる媒体上のトラックの所定位置を基準とした位置ずれ量に応じた位置信号を検出する位置信号検出部と、位置信号から、前記位置ずれ量をゼロに抑圧するように前記ヘッドを移動する制御信号を演算するフィードバック制御部と、制御信号に基づき、ヘッドを駆動する駆動部と、周期性外乱に伴う前記ディスク回転一周分の未知の関数を、前記ディスク媒体の回転1周分の時間をＮ分割した各区間の高さで近似推定した近似関数として学習アルゴリズムによりＮ個のメモリセルを備えたメモリに獲得する学習制御部とを有し、学習制御部は、所定の位相進み量だけ進んだ位置の２つのメモリセルの学習結果を読み出し、補間処理して、周期性外乱補償信号を生成している（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
次に、他の従来例について説明する。
【０００６】
図１３において、ディスクの回転起動時にＣＰＵはフラッシュメモリに保存されている初期学習値が有効である。ディスクの回転起動時に、ＣＰＵはフラッシュメモリに保存されている初期学習値が有効であるか否かを判定し、有効である場合は通常の学習動作の実行を中止する。また、ＣＰＵは、初期学習値が不正であると判断した場合には、現在の学習値でフラッシュメモリの初期学習値を更新している。
【特許文献１】特開２００２−９３０８５号公報
【特許文献２】特開２００２−１００１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、図１２のようにディスク回転に伴う周期性外乱を学習制御補償する場合、複数の次数の周期性外乱が存在した場合、その次数だけ学習の演算が必要となる。実際、磁気ディスク装置においては、複数の次数の周期性外乱が存在する。
【０００８】
具体的には、スピンドルモータのマグネット数やコイル数に依存する外乱、スピンドルモータには最近流体軸受けが適用され、そのスラスト軸受け溝の数、あるいはラジアル軸受けの溝の数に依存する外乱、さらにはディスク取り付け偏心や、ディスククランプによるディスクのうねりがもたらすヘッド振動、あらかじめ行うディスクへの位置信号記録時のスピンドルモータ非同期振動に依存する記録された位置信号の周期的同期変動などがある。
【０００９】
これらすべてに、前記学習制御を適用することはファームウェアの効率化、制御量演算の高速化が課題となり、支配的な外乱のみ選択して学習制御を行っている。
【００１０】
また、図１３のように、変動する成分のみ再学習するような場合も、流体軸受け振動、ヘッド振動は変動するためその次数分の再学習演算が必要となっている。
【００１１】
これにより、位置決め精度の低下が発生して、エラーレートの低下、転送レートの低下することを防止できるようにした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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明のスピンドルモータおよびこれを用いたディスク装置は、
情報が記録されるディスク状の記録媒体と、
前記記録媒体を回転させるディスク回転手段と、
前記記録媒体に情報を記録する記録ヘッドと前記記録媒体の情報を再生する再生ヘッドとを有し、前記ヘッドを前記記録媒体に対向して一定の量で浮上させるヘッドスライダと、
前記スライダを支持するヘッド支持機構と、
ディスクにおいてヘッドの目標位置への移動を行うアクチュエータと、
前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、
位置信号を検出あるいは推定する位置検出手段と、
前記位置信号と目標位置との位置誤差に応じて制御量を演算して制御信号を出力する制御手段とを具備し、
前記ディスク回転手段の軸受け部が引き起こす振動がマグネットもしくはコイルの配置構成によって引き起こされる振動と同じもしくは定数倍の周波数でその位相が異なる構成にすることで、ヘッド位置決めおいて、周期性外乱を対してヘッドを目標位置に高精度に位置決めすることができる。
【００１３】
あるいは、前記ディスク回転手段の軸受け部が流体軸受けで、スラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数がマグネットまたはコイルの数と同数もしくは定数倍であるとともに、それぞれの位相が異なるようにすることで、ヘッド位置決めおいて、周期性外乱を対してヘッドを目標位置に高精度に位置決めすることができる。
【００１４】
あるいは、前記ディスク回転手段の軸受け部は流体軸受けで構成されて、前記流体軸受けのスラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数が同数もしくは定数倍の数であるとともに、それぞれの位相が異なるようにするすることで、ヘッド位置決めおいて、周期性外乱を対してヘッドを目標位置に高精度に位置決めすることができる。
【００１５】
あるいは、制御手段は検出もしくは推定した位置信号をもとに前記溝とマグネットもしくはコイル起因の回転同期外乱の振幅と位相を推定して制御補償する学習制御部を有するようにするすることで、ヘッド位置決めおいて、周期性外乱を対してヘッドを目標位置に高精度に位置決めすることができる。
【００１６】
あるいは、制御手段は検出もしくは推定した位置信号をもとに前記溝とマグネットもしくはコイル起因の回転同期外乱の振幅と位相を推定して制御補償する学習制御部を有するようにすることで、ヘッド位置決めおいて、周期性外乱を対してヘッドを目標位置に高精度に位置決めすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のディスク装置によれば、スピンドルモータ起因の多数の周期性外乱を少なくするとともに、制御量演算量を少なくするとともに、ファームウェアまたは制御回路規模を小さくしても、周期性外乱を補償して高精度にヘッド位置決めすることが可能となり、エラーレートの低下、転送レートの低下を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるディスク御装置の構成図である。
【００２０】
図１において、１は磁気記録ヘッドとGMRヘッドである再生ヘッドの複合ヘッド、２は記録再生ヘッドを有するヘッドスライダ、３はヘッドスライダを支持するヘッド支持機構、４はサーボ情報が記録されていて情報が記録されるディスク、５はディスクを回転させるスピンドルモータ、６は先端にヘッドスライダ１を有してヘッド２を目標位置へ位置決めするあるいはメディア上へヘッド２を移動させるためのアクチュエータ、７はヘッド信号より現在のヘッド位置を検出する位置検出手段、７−Sはヘッド位置Xと目標位置Rとの差よりヘッド位置誤差PEを求める位置誤差生成手段、８はヘッド位置誤差PEより制御量を計算して出力する制御手段、９は位置誤差信号をもとに回転同期外乱の振幅と位相を推定してフィードフォワード補償量を演算する学習制御手段、１０は制御量をもとにアクチュエータを制御駆動する駆動手段である。
【００２１】
図２はスピンドルモータの構造図である。図において、１１aがラジアル軸受け部、１３ａと１３ｂはスラスト軸受け部で、１５は潤滑油である。２つの軸受け部には、動圧を発生させるためのＶ溝が形成させている。また、１８はコイル、１９はマグネットで、図３のようにここでコイルは９個、マグネットは１２個でいわゆる１２極モータが構成させている。
【００２２】
図１において１−Aは、マグネットおよびコイルの個数とスピンドルモータ回転数で発生する振動とともに、流体軸受けの溝の数とスピンドルモータ回転数で発生する振動が位置信号に含まれていることを表している。
【００２３】
図１において、位置信号にはスピンドルモータの回転に同期した４つの振動が含まれている。ここでスピンドルモータの回転数は3600r／min（６０Hz）であり、スラスト軸受けの溝数は８でこれによる同期振動の周波数は４８０Hz、ラジアル軸受けの溝数は１０でこれによる同期振動の周波数は６００Hzである。
【００２４】
また、12極モータでありコイル数は９でこれによる同期振動は５４０Hz、マグネット数は１２でこれによる同期振動の周波数は７２０Hzである。
【００２５】
図４は制御手段の詳細ブロック図である。位置誤差に比例ゲインｋｐ８２２を乗じた比例フィードバックと、位置誤差の積分値に積分ゲインｋｉ８２１を乗じた積分フィードバックと、状態推定器の出力である推定速度に速度ゲインｋｖ８２３を乗じた速度フィードバックとを加算して制御信号を演算している。
【００２６】
８４は状態推定器で、図５に詳細ブロック図を示す。Aが状態変数、Bが入力変数、Cが出力変数である。これは、制御対象の内部モデルを数式化したものである。入力は制御量と検出ヘッド位置と推定ヘッド位置との推定誤差である。推定誤差に状態推定ゲイン８４ｇを乗じた信号を状態推定器にフィードバックすることによって内部モデルの誤差を修正している。
【００２７】
さらに、位置誤差信号を学習制御手段へ入力して、回転同期振動の振幅と位相を学習推定してフィードフォワード補償を行っている。
【００２８】
図６は学習制御手段の詳細説明図である。フィードバック信号とフィードフォワード信号の加算信号を制御量として駆動手段へ出力している。
【００２９】
図６は回転同期１次成分の場合である。回転同期成分RROは式（１）のように定義できる。
【００３０】
RRO = Acosφ + Bsinφ [φ = (2π/N)wn ] （１）
N:ウエッジの総数
Wn:ウエッジ番号
ここで、AおよびBはsinφ、およびcosφのモデルに各ウェッジ毎の位置誤差を乗じた値の１回転分を積分することで計算できる。
【００３１】
すなわち、1回転毎にRROを学習できることになる。この学習した値を制御手段８の出力にフィードフォワード補償で加算して制御量を計算している。
【００３２】
ここで、回転同期成分の１次、2次、３次を学習制御して、制御手段の制御帯域を900とした場合の位置誤差信号のＦＦＴ解析結果を図７から図１１に示す。
【００３３】
図７のように通常は流体軸受け溝数起因の４８０Ｈｚ，６００Ｈｚの外乱が大きい。また５４０Ｈｚ、７２０Ｈｚも同様で、これらを低減するためにはさらに４つの周波数について学習制御を施す必要がある。
【００３４】
ここで、今回の発明のようにスピンドルモータのスラスト軸受けとラジアル軸受けの溝数を１２として、マグネットの数と同じにする。
【００３５】
図８は溝数とマグネット数を一致させたスピンドルモータを使用した場合のディスク装置における位置誤差信号のFFT解析結果である。
【００３６】
位相は３つが４５度ずつずれていると仮定している。
【００３７】
さらに図１０は、図８の状態に７２０Hz（１２次回転同期成分）に学習制御補償を適用した場合の位置誤差信号のFFT解析結果である。
【００３８】
また、図９は、図８の状態で、スラスト溝とラジアル溝による振動の位相を同相にして、マグネットによる振動の位相と逆相の構成にした場合の位置誤差信号のFFT解析結果である。
【００３９】
以上より、図７では、従来４つの振動成分（8次、９次、10次、12次）が大きく、位置決め精度は３σ=16.85nmであった。ここでスラスト溝数とラジアル溝数をマグネットの数にあわせると図８のように、8次と10次の振動成分はなくなったものの、12次の振動成分が位置誤差の主要因となった。ここで、位相は３つが異なる状態で位置決め精度は3σ=16.88nmである。
【００４０】
この状態で、１２次のみに学習制御を適用した結果が、図１０で12次を低減できるため位置決め精度は14.19nmであった。
【００４１】
また、スピンドルモータにおいて、スラスト溝による振動とラジアル溝による振動を同相にして、マグネットによる振動と逆相にした場合も図９のように12次成分を低減でき位置決め精度で改善できる。
【００４２】
すなわちスピンドルモータの改善、もしくは学習する周波数成分を少なくして学習制御補償することで効率よく高精度位置決めが実現できる。
【００４３】
図１１は、さらにサーボライトによる位置信号の回転同期変動外乱が加わった場合のブロック図である。さきと同様に、周波数を合わせての学習制御、および周波数と位相を調整することで、効率よく高精度位置決めを実現できる。
【００４４】
なお、サーボライト位置信号の位相はディスククランプ時にディスクを回転させて調整することで可能である。
【００４５】
また、サーボライト信号に加え、スピンドル振動およびディスク振動によるヘッド振動の回転同期成分についても同様の周波数を合わせての学習制御、および周波数と位相を調整することで、効率よく高精度位置決めを実現できる。
【００４６】
ヘッド振動の位相もクランプを固定する位相をかえることで調整することが可能である。
【００４７】
なお、本実施の形態において、はじめの流体軸受けの溝数を８と１０で、改善後をマグネットと同数の１２としたが、コイルの数９にしても同様の結果が得られる。
【００４８】
また、本実施の形態では、マグネット１２、コイル９としたが、マグネット１６、コイル１２などマグネット数およびコイル数が変化しても同様の効果が得られる。
【００４９】
また、本実施の形態において、流体軸受けの溝数とマグネットの数を同じにして、それぞれの位相差を45degとしたが、他の位相でも、さらにはコイル数と同じにしても同様の結果が得られる。また逆相でもよい。
【００５０】
また、本実施の形態では、スピンドル回転数３６００ｒｐｍ、サーボウェッジ数１８０で、サーボのサンプリング周波数１０８００Hzとしたが、回転同期成分を推定、学習できる周波数であれば、前記３つのパラメータは他の値であっても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明にかかるディスク装置は、流体軸受けのスラスト軸受けとラジアル軸受けの溝数とマグネットもしくはコイルの数が等しいスピンドルモータと、この溝数起因の周期性外乱に対して、1回転分の位置誤差より制御量を出力する学習制御手段を有し、磁気ディスク装置等として有用である。また広く他のディスク装置等の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるディスク装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１におけるスピンドルモータの縦断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるスピンドルモータの横断面図
【図４】本発明の実施の形態１における制御手段の詳細ブロック図
【図５】本発明の実施の形態１における状態推定器のブロック図
【図６】本発明の実施の形態１における学習制御手段の学習方法説明図
【図７】本発明の実施の形態１における従来方法での位置誤差のＦＦＴ解析図
【図８】本発明の実施の形態１における軸受け溝数をマグネットの数にあわせた場合の位置誤差のＦＦＴ解析図
【図９】本発明の実施の形態１における軸受け溝数をマグネットの数にあわせたるとともに振動位相を逆相にした場合の位置誤差のＦＦＴ解析図
【図１０】本発明の実施の形態１における軸受け溝数をマグネットの数にあわせたるとともに、あわせた周波数成分に学習制御補償を加えた場合の位置誤差のＦＦＴ解析図
【図１１】サーボライトによる位置信号の回転同期変動成分が加わる場合のブロック図
【図１２】従来の形態１におけるディスク装置のブロック図
【図１３】従来の形態２におけるディスク装置のブロック図
【符号の説明】
【００５３】
１ 磁気記録再生複合ヘッド
２ スライダ
３ サスペンション
４ ディスク
５ スピンドルモータ
６ アクチュエータ
７ 位置検出手段
８ 制御手段
９ 学習制御手段
１０ 駆動手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報が記録されるディスク状の記録媒体を回転させるスピンドルモータにおいて、
前記スピンドルモータの軸受け部が引き起こす振動がマグネットもしくはコイルの配置構成によって引き起こされる振動と同じ周波数もしくは定数倍の周波数であることを特徴とするスピンドルモータ。
【請求項２】
スピンドルモータの軸受け部が流体軸受けで、スラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数がマグネットまたはコイルの数と同数もしくは定数倍の数であることを特徴とする請求項１に記載のスピンドルモータ。
【請求項３】
スピンドルモータのスラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数が同数もしくは定数倍の数であることを特徴とする請求項２に記載のスピンドルモータ。
【請求項４】
スピンドルモータのスラスト軸受けの溝とラジアル軸受けの溝が引き起こす振動は、マグネットまたはコイルの配置構成によって引き起こされる振動と位相が異なることを特徴とする請求項２に記載のスピンドルモータ。
【請求項５】
スピンドルモータのスラスト軸受けの溝とラジアル軸受けの溝が引き起こす振動は、マグネットまたはコイルの配置構成によって引き起こされる振動の位相が逆相であることを特徴とする請求項４に記載のスピンドルモータ。
【請求項６】
スピンドルモータのスラスト軸受けの溝とラジアル軸受けの溝が引き起こす振動は、位相が異なることを特徴とする請求項３に記載のスピンドルモータ。
【請求項７】
スピンドルモータのスラスト軸受けの溝とラジアル軸受けの溝が引き起こす振動は、位相が逆相であることを特徴とする請求項６に記載のスピンドルモータ。
【請求項８】
情報が記録されるディスク状の記録媒体と、
前記記録媒体を回転させるディスク回転手段と、
前記記録媒体に情報を記録する記録ヘッドと前記記録媒体の情報を再生する再生ヘッドとを有し、前記ヘッドを前記記録媒体に対向して一定の量で浮上させるヘッドスライダと、
前記スライダを支持するヘッド支持機構と、
ディスクにおいてヘッドの目標位置への移動を行うアクチュエータと、
前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、
位置信号を検出あるいは推定する位置検出手段と、
前記位置信号と目標位置との位置誤差に応じて制御量を演算して制御信号を出力する制御手段とを具備し、
前記ディスク回転手段の軸受け部が引き起こす振動がマグネットもしくはコイルの配置構成によって引き起こされる振動と同じ周波数もしくは定数倍の周波数で、その位相が異なることを特徴とするディスク装置。
【請求項９】
情報が記録されるディスク状の記録媒体と、
前記記録媒体を回転させるディスク回転手段と、
前記記録媒体に情報を記録する記録ヘッドと前記記録媒体の情報を再生する再生ヘッドとを有し、前記ヘッドを前記記録媒体に対向して一定の量で浮上させるヘッドスライダと、
前記スライダを支持するヘッド支持機構と、
ディスクにおいてヘッドの目標位置への移動を行うアクチュエータと、
前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、
位置信号を検出あるいは推定する位置検出手段と、
前記位置信号と目標位置との位置誤差に応じて制御量を演算して制御信号を出力する制御手段とを具備し、
前記ディスク回転手段の軸受け部が流体軸受けで、スラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数がマグネットまたはコイルの数と同数もしくは定数倍であるとともに、それぞれの位相が異なることを特徴とするディスク装置。
【請求項１０】
情報が記録されるディスク状の記録媒体と、
前記記録媒体を回転させるディスク回転手段と、
前記記録媒体に情報を記録する記録ヘッドと前記記録媒体の情報を再生する再生ヘッドとを有し、前記ヘッドを前記記録媒体に対向して一定の量で浮上させるヘッドスライダと、
前記スライダを支持するヘッド支持機構と、
ディスクにおいてヘッドの目標位置への移動を行うアクチュエータと、
前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、
位置信号を検出あるいは推定する位置検出手段と、
前記位置信号と目標位置との位置誤差に応じて制御量を演算して制御信号を出力する制御手段とを具備し、
前記ディスク回転手段の軸受け部は流体軸受けで、前記流体軸受けのスラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数が同数もしくは定数倍の数であるとともに、それぞれの位相が異なることを特徴とするディスク装置。
【請求項１１】
前記ディスク回転手段の軸受け部が流体軸受けで、スラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数がマグネットまたはコイルの数と同数もしくは定数倍であるとともに、
制御手段は検出もしくは推定した位置信号をもとに前記溝とマグネットもしくはコイル起因の回転同期外乱を前記外乱の振幅と位相を推定して制御補償する学習制御部を有することを特徴とする請求項９に記載のディスク装置。
【請求項１２】
前記ディスク回転手段の軸受け部が流体軸受けで、スラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数が同数で、かつマグネットまたはコイルの数と同数もしくは定数倍であるとともに、
制御手段は検出もしくは推定した位置信号をもとに前記溝とマグネットもしくはコイル起因の回転同期外乱を前記外乱の振幅と位相を推定して制御補償する学習制御部を有することを特徴とする請求項１０に記載のディスク装置。
【請求項１３】
ヘッドスライダの振動する周波数と、前記ディスク回転手段のスラスト軸受け溝数とラジアル軸受け溝数の一方あるいは両方が起因となるディスク回転手段の振動する周波数と、前記ディスク回転手段のマグネット数もしくはコイルが起因となる振動の周波数が同一で位相が異なることを特徴とする請求項９に記載のディスク装置。
【請求項１４】
制御手段は検出もしくは推定した位置信号をもとにディスク回転手段の流体軸受けの２つの溝とマグネットもしくはコイル起因の回転同期外乱とヘッドスライダの振動起因の回転同期外乱の振幅と位相を推定して制御補償する学習制御部を有することを特徴とする請求項１３に記載のディスク装置。
【請求項１５】
ディスク上にあらかじめ位置信号を記録するときのディスク回転手段の回転非同期外乱が起因して生じる検出位置信号の回転同期変動の周波数と、ヘッドスライダの振動する周波数と、前記ディスク回転手段のスラスト軸受け溝数とラジアル軸受け溝数が起因となるディスク回転手段の振動する周波数と、前記ディスク回転手段のマグネット数もしくはコイルが起因となる振動の周波数が同一で位相が異なることを特徴とする請求項９に記載のディスク装置。
【請求項１６】
制御手段は検出もしくは推定した位置信号をもとにディスク回転手段の流体軸受けの２つの溝とマグネットもしくはコイル起因の回転同期外乱と、位置信号を記録するときのディスク回転手段の回転非同期外乱が起因して生じる検出位置信号の回転同期変動成分の振幅と位相を推定して制御補償する学習制御部を有することを特徴とする請求項１５に記載のディスク装置。
【請求項１】
情報が記録されるディスク状の記録媒体を回転させるスピンドルモータにおいて、
前記スピンドルモータの軸受け部が引き起こす振動がマグネットもしくはコイルの配置構成によって引き起こされる振動と同じ周波数もしくは定数倍の周波数であることを特徴とするスピンドルモータ。
【請求項２】
スピンドルモータの軸受け部が流体軸受けで、スラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数がマグネットまたはコイルの数と同数もしくは定数倍の数であることを特徴とする請求項１に記載のスピンドルモータ。
【請求項３】
スピンドルモータのスラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数が同数もしくは定数倍の数であることを特徴とする請求項２に記載のスピンドルモータ。
【請求項４】
スピンドルモータのスラスト軸受けの溝とラジアル軸受けの溝が引き起こす振動は、マグネットまたはコイルの配置構成によって引き起こされる振動と位相が異なることを特徴とする請求項２に記載のスピンドルモータ。
【請求項５】
スピンドルモータのスラスト軸受けの溝とラジアル軸受けの溝が引き起こす振動は、マグネットまたはコイルの配置構成によって引き起こされる振動の位相が逆相であることを特徴とする請求項４に記載のスピンドルモータ。
【請求項６】
スピンドルモータのスラスト軸受けの溝とラジアル軸受けの溝が引き起こす振動は、位相が異なることを特徴とする請求項３に記載のスピンドルモータ。
【請求項７】
スピンドルモータのスラスト軸受けの溝とラジアル軸受けの溝が引き起こす振動は、位相が逆相であることを特徴とする請求項６に記載のスピンドルモータ。
【請求項８】
情報が記録されるディスク状の記録媒体と、
前記記録媒体を回転させるディスク回転手段と、
前記記録媒体に情報を記録する記録ヘッドと前記記録媒体の情報を再生する再生ヘッドとを有し、前記ヘッドを前記記録媒体に対向して一定の量で浮上させるヘッドスライダと、
前記スライダを支持するヘッド支持機構と、
ディスクにおいてヘッドの目標位置への移動を行うアクチュエータと、
前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、
位置信号を検出あるいは推定する位置検出手段と、
前記位置信号と目標位置との位置誤差に応じて制御量を演算して制御信号を出力する制御手段とを具備し、
前記ディスク回転手段の軸受け部が引き起こす振動がマグネットもしくはコイルの配置構成によって引き起こされる振動と同じ周波数もしくは定数倍の周波数で、その位相が異なることを特徴とするディスク装置。
【請求項９】
情報が記録されるディスク状の記録媒体と、
前記記録媒体を回転させるディスク回転手段と、
前記記録媒体に情報を記録する記録ヘッドと前記記録媒体の情報を再生する再生ヘッドとを有し、前記ヘッドを前記記録媒体に対向して一定の量で浮上させるヘッドスライダと、
前記スライダを支持するヘッド支持機構と、
ディスクにおいてヘッドの目標位置への移動を行うアクチュエータと、
前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、
位置信号を検出あるいは推定する位置検出手段と、
前記位置信号と目標位置との位置誤差に応じて制御量を演算して制御信号を出力する制御手段とを具備し、
前記ディスク回転手段の軸受け部が流体軸受けで、スラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数がマグネットまたはコイルの数と同数もしくは定数倍であるとともに、それぞれの位相が異なることを特徴とするディスク装置。
【請求項１０】
情報が記録されるディスク状の記録媒体と、
前記記録媒体を回転させるディスク回転手段と、
前記記録媒体に情報を記録する記録ヘッドと前記記録媒体の情報を再生する再生ヘッドとを有し、前記ヘッドを前記記録媒体に対向して一定の量で浮上させるヘッドスライダと、
前記スライダを支持するヘッド支持機構と、
ディスクにおいてヘッドの目標位置への移動を行うアクチュエータと、
前記アクチュエータ手段を駆動する駆動手段と、
位置信号を検出あるいは推定する位置検出手段と、
前記位置信号と目標位置との位置誤差に応じて制御量を演算して制御信号を出力する制御手段とを具備し、
前記ディスク回転手段の軸受け部は流体軸受けで、前記流体軸受けのスラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数が同数もしくは定数倍の数であるとともに、それぞれの位相が異なることを特徴とするディスク装置。
【請求項１１】
前記ディスク回転手段の軸受け部が流体軸受けで、スラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数がマグネットまたはコイルの数と同数もしくは定数倍であるとともに、
制御手段は検出もしくは推定した位置信号をもとに前記溝とマグネットもしくはコイル起因の回転同期外乱を前記外乱の振幅と位相を推定して制御補償する学習制御部を有することを特徴とする請求項９に記載のディスク装置。
【請求項１２】
前記ディスク回転手段の軸受け部が流体軸受けで、スラスト軸受けの溝数とラジアル軸受けの溝数が同数で、かつマグネットまたはコイルの数と同数もしくは定数倍であるとともに、
制御手段は検出もしくは推定した位置信号をもとに前記溝とマグネットもしくはコイル起因の回転同期外乱を前記外乱の振幅と位相を推定して制御補償する学習制御部を有することを特徴とする請求項１０に記載のディスク装置。
【請求項１３】
ヘッドスライダの振動する周波数と、前記ディスク回転手段のスラスト軸受け溝数とラジアル軸受け溝数の一方あるいは両方が起因となるディスク回転手段の振動する周波数と、前記ディスク回転手段のマグネット数もしくはコイルが起因となる振動の周波数が同一で位相が異なることを特徴とする請求項９に記載のディスク装置。
【請求項１４】
制御手段は検出もしくは推定した位置信号をもとにディスク回転手段の流体軸受けの２つの溝とマグネットもしくはコイル起因の回転同期外乱とヘッドスライダの振動起因の回転同期外乱の振幅と位相を推定して制御補償する学習制御部を有することを特徴とする請求項１３に記載のディスク装置。
【請求項１５】
ディスク上にあらかじめ位置信号を記録するときのディスク回転手段の回転非同期外乱が起因して生じる検出位置信号の回転同期変動の周波数と、ヘッドスライダの振動する周波数と、前記ディスク回転手段のスラスト軸受け溝数とラジアル軸受け溝数が起因となるディスク回転手段の振動する周波数と、前記ディスク回転手段のマグネット数もしくはコイルが起因となる振動の周波数が同一で位相が異なることを特徴とする請求項９に記載のディスク装置。
【請求項１６】
制御手段は検出もしくは推定した位置信号をもとにディスク回転手段の流体軸受けの２つの溝とマグネットもしくはコイル起因の回転同期外乱と、位置信号を記録するときのディスク回転手段の回転非同期外乱が起因して生じる検出位置信号の回転同期変動成分の振幅と位相を推定して制御補償する学習制御部を有することを特徴とする請求項１５に記載のディスク装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−１３４４６２（Ｐ２００６−１３４４６２Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２１６６５（Ｐ２００４−３２１６６５）
【出願日】平成１６年１１月５日（２００４．１１．５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月５日（２００４．１１．５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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