JP2001084719A - ディスク記憶装置及び同装置に適用するサーボシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】深層サーボ方式において、ユーザデータの記録
再生動作と同時に、深層からサーボデータを連続的に再
生して、高精度のヘッド位置決め制御を実現することに
より、ディスクのフォーマット効率の向上とサーボ帯域
化に伴う高記録密度化を図ることにある。 【解決手段】深層サーボ方式のＨＤＤが開示されてい
る。ディスク３００の深層サーボデータ領域には、サー
ボデータとして位相型位置検出用サーボパターンが全面
的に、かつユーザデータ領域のデータトラックピッチに
依存することなく記録される。ユーザデータ再生系２０
０は、ヘッド１２からの再生混合信号をＨＰＦ２０２を
通過させて、ユーザデータに対応するデータ信号ＤＳを
抽出する。サーボシステム２０１は、ヘッド１２からの
再生混合信号をＬＰＦ２０３を通過させて、サーボデー
タに対応するサーボ信号ＳＳを抽出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、深層サーボ方式の
ディスク記憶装置に関し、特にディスクの深層サーボ用
磁性層には位相型位置検出用サーボパターンが記録され
たディスク記憶装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ディスクを記録媒体とするハード
ディスクドライブ（ＨＤＤ）等のディスク記憶装置で
は、データの記録再生（リード／ライト動作）を行なう
ヘッドをディスク上の目標位置（アクセス対象の目標ト
ラック）に位置決め制御するサーボシステムが設けられ
ている。サーボシステムは、ディスク上の所定領域に記
録されたサーボデータを使用して、ヘッドの位置（トラ
ック位置及びトラック範囲内の位置）を検出し、ヘッド
を目標位置に追従させていくフィードバック制御システ
ムである。

【０００３】通常のＨＤＤに採用されているサーボシス
テムは、セクタサーボ方式と呼ばれており、ディスクの
データ面（表層に設けられる単一磁性層）上に配置され
たサーボエリアに記録されたサーボデータを再生して、
ヘッド位置決め制御に使用する。セクタサーボ方式は、
データ面上に構成される多数のデータトラックの同一位
置でかつ円周方向に所定の間隔を以って、複数のサーボ
エリア（例えば５０セクタ程度）が配置されている。セ
クタサーボ方式のディスク１０は、図９（Ｂ）に示すよ
うに、ディスク基板（例えばガラス基板）９０の両面の
それぞれの表層領域に、単層の磁性層９１が設けられた
ものである。当該磁性層９１には、同図（Ａ）に示すよ
うに、同心円状のデータトラック１００がヘッド１２の
可動範囲の全面に渡って構成されている。各トラック１
００は、中心角α［ｄｅｇ］をなす扇領域毎にサーボセ
クタ１０３と呼ぶデータエリア単位から構成されてい
る。サーボセクタ１０３のセクタ数は「３６０／α」で
規定される。

【０００４】通常のＨＤＤは、図８に示すように、大別
してヘッド・ディスクアセンブリを含む機構系１と、サ
ーボシステム及びデータ記録再生システムを含む電子回
路系２とから構成されている。

【０００５】機構系１は、データを記録するディスク１
０と、ディスク１０を回転させるスピンドルモータ１１
と、ディスク１０上を浮上してデータの記録再生を行う
磁気ヘッド（以下単にヘッドと表記する）１２と、ヘッ
ド１２を搭載するヘッドアーム１３と、ボイスコイルモ
ータ（ＶＣＭ）１４とを有する。ヘッドアーム１３及び
ＶＣＭ１４は、ヘッド１２をディスク１０上の目標位置
まで移動して位置決めするためのアクチュエータを構成
している。ヘッド１２は、ＭＲ素子（ＧＭＲ素子なども
含む）からなるリードヘッドと、インダクティブ薄膜ヘ
ッドからなるライトヘッドとが分離して実装されたスラ
イダからなる。

【０００６】電子回路系２は、ディスクコントローラ
（ＨＤＣ）２０を有し、当該ＨＤＣ２０を介して、パー
ソナルコンピュータや各種ディジタル機器などのホスト
システム３と接続し、記録再生データ（リード／ライト
データ）及び各種のコマンドの転送を行なう。前記のＨ
ＤＣ２０以外に、リード／ライトチャネル（チャネルＩ
Ｃ）２１と、ＣＰＵ２２と、メモリ２３と、ＶＣＭドラ
イバ２４とを有する。チャネルＩＣ２１は、リード／ラ
イト信号処理回路であり、ホストシステム３から転送さ
れたユーザデータ（記録データ）を磁気記録信号に変調
（符号化）する機能を有する。また、チャネルＩＣ２１
は、リードヘッドにより再生された磁気記録信号を、元
のユーザデータに復号化する機能を有する。チャネルＩ
Ｃ２１は、フレキシブル・プリント・ケーブル（ＦＰ
Ｃ）１５及びヘッドアンプ回路１６を介して、ヘッド１
２に接続されている。ヘッドアンプ回路１６は、リード
ヘッドにより読出されたリード信号（磁気記録信号）を
増幅してチャネルＩＣ２１に送出するリードアンプ（プ
リアンプ）、及びチャネルＩＣ２１からの記録信号をラ
イト電流に変換して、ライトヘッドに送出するためのラ
イトアンプ（電流ドライバ）を有する。

【０００７】ＣＰＵ２２は、メモリ２３に格納されたソ
フトウェアを実行することにより、データ記録再生動作
を含むＨＤＤの動作を制御する。また、ＣＰＵ２２は、
前述のサーボシステムを構成するメイン要素であり、後
述するように、チャネルＩＣ２１により再生されたサー
ボデータを使用してヘッド１２の位置決め制御を実行す
る。ＶＣＭドライバ２４はサーボシステムの要素であ
り、ＣＰＵ２２からの制御値に基づいて、ＶＣＭ１４を
駆動制御するための駆動電流を供給する。

【０００８】各サーボセクタ１０３は、サーボデータが
記録されたサーボエリア１０１と、ユーザデータのアク
セス単位であるデータセクタからなるユーザデータ領域
（複数のデータセクタからなる）１０２とから構成され
ている。サーボデータは、データトラック１００を識別
するためのトラック番号（またはシリンダコード）、サ
ーボセクタ番号、及びサーボバーストパターンを含む。
サーボバーストパターンは、後述するように、１トラッ
クの範囲内でのヘッド１２の位置を検出するための位置
信号パターンである。

【０００９】サーボエリア１０１のサーボデータは、Ｈ
ＤＤの製造時に、サーボトラックライタと呼ぶ専用装置
より記録される。この専用ライタによるサーボデータの
記録動作（サーボライト動作）は、サーボトラックライ
タに取り付けられたポジショナにより、既に組み立てら
れたＨＤＤ機構部のヘッド１２をディスク１０面上の所
望位置に移動させながら、１トラック毎に実行される。
サーボライト動作は、ディスク１０の記憶容量に従って
設定されるデータトラック数分が必要となるため、記憶
容量の増加（高トラック密度化）に伴って、処理時間が
増大することになる。サーボライト時間の増加は、サー
ボライト処理中の外乱やスピンドルモータの振動によ
り、ディスク上のトラック形状を歪める確率を増加さ
せ、結果的に製造歩留まりを悪化させる要因になる。

【００１０】セクタサーボ方式では、前述の様に、サー
ボデータがサーボセクタ１０３の一部であるサーボエリ
ア１０１にしか記録されていない。このため、サーボシ
ステム（ＣＰＵ２２）は、サーボエリア１０１上でのみ
ヘッド１２の位置を検出できるだけであり、ユーザデー
タ領域１０２上においてはヘッド１２の位置は不定とな
る。即ち、セクタサーボ方式は、間欠的に得られるサー
ボデータを使用したヘッド位置決め制御システムであ
る。

【００１１】このようなサーボシステムにおいて、ヘッ
ド１２によりユーザデータ領域１０２に対してデータの
記録再生動作を行なう場合に、サーボライト精度の真円
度不良やＨＤＤ動作時の振動外乱によって、隣接トラッ
クのデータに対して誤ってオーバーライトしたり、隣接
トラックから誤ってデータを再生したり、またはデータ
再生時に隣接トラックからのクロストークの影響を受け
るなどの障害が発生し易い。このような障害を回避する
ためには、データトラックのトラック幅に対して、隣接
トラック間に十分なマージンを持たせたトラックピッチ
を設定する必要がある。

【００１２】ところで、サーボエリア１０１のサーボバ
ーストパターンから得られる位置信号（トラック範囲内
の詳細位置情報）は、ヘッド１２が位置する目標トラッ
クの中心位置と、その時点でのヘッド位置との距離であ
る位置誤差を意味する。サーボシステムは、ヘッド１２
を目標トラックまでシークさせた後に、当該目標トラッ
クの範囲内にヘッド１２を追従させるトラック追従制御
を実行する。このトラック追従制御では、前記の位置誤
差が最小となるように、ＣＰＵ２２はＶＣＭ１４の操作
制御量を算出し、その操作制御量に従ってヘッド１２の
位置を調整することになる。

【００１３】ここで、ディスク１０の回転数がＲ［ｒｐ
ｍ］、セクタ数がｎであるとき、位置誤差は、サンプリ
ング周波数Ｆｓ（Ｆｓ＝ｎ×（Ｒ／６０）［Ｈｚ］）で
取得できる。従って、ナイキスト（Ｎｙｑｕｉｓｔ）周
波数（Ｆｓ／２）以下の帯域にてヘッド１２の位置制御
が可能である。一般的に、サンプリング周波数（Ｆｓ）
を増加させて、ＶＣＭ１４の操作制御量を単位時間当り
に多く出力することにより、位置誤差を抑制する周波数
帯域を意味するサーボ帯域を広帯域化し、ヘッド位置決
め精度を向上できることが知られている。従って、サー
ボ広帯域化により、ＨＤＤの高トラック密度化を推進す
ることが可能となる。

【００１４】ヘッド１２の位置誤差を検出する方式とし
ては、振幅積分型位置検出方式および位相型（位相変調
型または位相変化型とも呼ぶ）位置検出方式が公知であ
る。振幅積分型位置検出方式は、図１０（Ａ）に示すよ
うに、サーボエリア（サーボマークＳＭが記録されてい
る）において、トラック（トラックピッチＴｐ）の中心
線ＴＣ上に、サーボバーストパターンＳＡおよび同パタ
ーンＳＢのエッジ部が位置し、磁化転位線がトラック中
心線ＴＣと直交するように、サーボバーストパターンが
サーボライトされている。

【００１５】リードヘッドによるバーストパターンＳ
Ａ，ＳＢの再生出力を一定時間Ｔ［ｓｅｃ］で積分した
場合に、その積分値をＰＡ，ＰＢとすると、図１０
（Ｂ）に示す特性図が得られる。即ち、同図（Ａ）に示
すようなヘッド１２の移動軌跡ＨＡを想定した場合に
は、バーストパターンＳＡから得られる積分値ＰＡは大
きく、同パターンＳＢから得られる積分値ＰＢは小さく
なる。一方、ヘッド１２の移動軌跡ＨＢを想定した場合
には、バーストパターンＳＡから得られる積分値ＰＡは
小さく、同パターンＳＢから得られる積分値ＰＢは大き
くなる。従って、図１１に示すように、トラック中心Ｔ
Ｃからのヘッド変位Ｘ［ｍ］に従って、積分値ＰＡ，Ｐ
Ｂが変化する。このＰＡ，ＰＢを使用して、下記式
（１）により１トラック範囲内での位置誤差信号ＰＥＳ
を算出することができる。

【００１６】

【数１】

【００１７】振幅積分型位置検出方式では、トラックピ
ッチをＴｐ［ｍ］とした場合に、「−Ｔｐ／２≦Ｘ≦Ｔ
ｐ／２」の関係式に対して「−１≦ＰＥＳ≦１」の関係
式が成立する。従って、１トラック範囲内でのヘッド変
位Ｘに対して一意に位置誤差信号ＰＥＳを得ることがで
きる。

【００１８】一方、位相型位置検出方式は、公知文献
（米国特許ＵＳＰ４，５４９，２３２，特開平７−１６
９０３２号公報，特開平７−２８７９４９号公報など）
に記載されている方式である。即ち、サーボエリアに
は、図１２（Ａ）に示すように、トラック中心線ＴＣと
直交する放射線１２０に対して、磁化転位線の中心線１
２１がアジマス±θ［ｒａｄ］５４を形成するように、
ＯＤＤエリア１３０およびＥＶＥＮエリア１３１に、サ
ーボバーストパターンがサーボライトされている。

【００１９】前記と同様に、ヘッド１２の移動軌跡ＨＡ
を想定した場合には、図１２（Ｂ）に示すように、ヘッ
ド１２がトラック中心ＴＣに位置した場合（再生信号波
形１４１）と比較して、ＯＤＤエリア１３０では位相φ
ｏｄｄ［ｒａｄ］が進み、ＥＶＥＮエリア１３１での位
相φｅｖｅｎ［ｒａｄ］が遅れるような再生信号波形１
４０が、リードヘッドから得られる。一方、ヘッド１２
の移動軌跡ＨＢを想定した場合には、トラック中心ＴＣ
に位置した場合の再生信号波形１４１と比較して、ＯＤ
Ｄエリア１３０では位相φｏｄｄ［ｒａｄ］が遅れ、Ｅ
ＶＥＮエリア１３１での位相φｅｖｅｎ［ｒａｄ］が進
むような再生信号波形１４２が、リードヘッドから得ら
れる。

【００２０】このような位相変化を、０クロス検出方法
や高速フーリエ変換（ＦＦＴ）方法を用いて検出する。
０クロス検出方法では、図１３に示すように、周期Ｔｃ
ｌｋ［ｓｅｃ］の基準クロックＲＣに同期する信号波形
１５１及び再生信号波形１５０の各振幅が０となる時刻
の時間差ｄｔ［ｓｅｃ］をタイマで計測する。ノイズの
影響を除去するために、複数の時間差ｄｔを測定し、そ
れらの平均値ｄｔavg［ｓｅｃ］を算出する。位相φ
［ｒａｄ］は、「２π×ｄｔavg／Ｔｃｌｋ」として得
られる。

【００２１】一方、ＦＦＴを用いた位相検出方法では、
図１４（Ｂ）に示すように、同図（Ａ）に示すバースト
再生信号１５０に対してＦＦＴ演算処理が実行される。
即ち、バースト信号基本周波数（Ｆｓｒｖ［Ｈｚ］）に
おける実振幅Ｒｅおよび虚振幅Ｉｍより、位相φをａｔ
ａｎ（Ｉｍ／Ｒｅ）として算出する。一般的に、ＦＦＴ
演算は計算量が多く処理時間が長い。このため、同図
（Ｃ）に示すように、既知である基本周波数Ｆｓｒｖの
ｎ倍となる基準クロックＲＣを用いて、離散フーリエ変
換（ＤＦＴ）演算処理が実行されて、実振幅Ｒｅおよび
虚振幅Ｉｍを算出し、位相φ［ｒａｄ］を求める手法が
取られる。

【００２２】このような演算によりＯＤＤ／ＥＶＥＮエ
リア１３０，１３１それぞれから検出された位相φｏｄ
ｄ、φｅｖｅｎを使用して、下記式（２）および式
（３）により１トラック範囲内での位置誤差信号ＰＥＳ
を算出することができる。

【００２３】

【数２】

【００２４】

【数３】

【００２５】ここで、ｒはヘッド１２が揺動しているデ
ィスク１０上の半径位置［ｍ］、Ｒはディスク１０の回
転数［ｒｐｍ］である。位相型位置検出法では、「−π
≦φ≦π」に相当する位置誤差信号ＰＥＳが得られるた
め、アジマス±θの設定次第で複数のデータトラックに
対して一意に位置誤差信号ＰＥＳを検出することができ
る。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】前述のようなセクタサ
ーボ方式のＨＤＤでは、高トラック密度化を推進するた
めには、サーボ帯域を広帯域化し、ヘッド位置決め精度
を向上することが要求される。サーボ広帯域化を実現す
るためには、サーボエリア数を増加させる必要がある。
しかしながら、セクタサーボ方式ではサーボエリア数の
増加は、ユーザデータ領域の減少化をもたらすことにな
る。即ち、単にサーボエリアを増加させると、サーボデ
ータ領域とユーザデータ領域との比であるディスクフォ
ーマット効率が低下し、結果的に記憶容量の増大を妨げ
る。一般的に、ＨＤＤでは、ディスクにおける線方向の
記録密度（ビット／インチＢＰＩ）は、トラック記録密
度（ＴＰＩ）より遙かに高い。このため、トラック当た
りのユーザデータ領域の減少は、ＨＤＤ全体の記憶容量
の減少化の要因となる。換言すれば、セクタサーボ方式
では、サーボ広帯域化と記憶容量の増大とがトレードオ
フの関係にあり、両者を同時に改善することは困難であ
る。従って、セクタサーボ方式では、ヘッド位置決め制
御の精度を高めることが困難であることから、トラック
密度を向上させることには限界がある。

【００２７】そこで、サーボ広帯域化とフォーマット効
率を独立に取り扱うことが可能な方式として、所謂深層
サーボ方式が提案されている（例えば特開平１１−６６
６９０号公報，特開平１−７７７１号公報，特開平７−
６５５１８号公報，特開平８−３３９６４９号公報等を
参照）。深層サーボ方式は、ディスクの表層および深層
の２磁性層を有し、表層をユーザデータ領域とし、深層
をサーボデータ領域として両者を分離する方式である。
従って、深層サーボ方式は原理的には、フォーマット効
率の向上及びサーボ広帯域化の両者を可能とする有効な
方式である。しかしながら、深層サーボ方式の実用化に
は、下記のような問題が存在する。

【００２８】まず、サーボ広帯域化は、ユーザデータの
記録再生時に、ヘッド位置決め精度の高精度化を保証す
ることにある。従って、ディスクの表層に対するユーザ
データの記録再生と同時に、深層からのサーボデータの
再生を実行して、ヘッド位置決め制御を行なう必要があ
る。しかし、同一のリードヘッドによりサーボデータと
ユーザデータとを同時に再生するときに、両者相互のク
ロストークによる両信号のＳ／Ｎ比の劣化や、ユーザデ
ータのエラーレートの劣化を招く。このため、ユーザデ
ータの記録再生とサーボデータの再生は同時ではなく、
時間的に分離して処理されるため、実際にはサーボ広帯
域化の実現は困難である。この点を改善する方式とし
て、ディスクの第一面の深層から得られるサーボデータ
を使用してヘッド位置決め制御を実行し、第二面の表層
にユーザデータの記録再生動作を実行する方式も提案さ
れている（例えば特開平１１−６６６９０号公報を参
照）。しかし、ヘッドアームやディスクの熱変形、及び
外部衝撃による位置ずれが生じた場合、これを補償する
機構がないため、実際のＨＤＤに適用することは困難で
ある。

【００２９】また、データトラックの両端または直下の
深層に、サーボデータを埋め込む方式も提案されている
が、トラック記録密度が異なるＨＤＤを開発するたび
に、トラック幅（トラック数）に対応して深層サーボデ
ータの配置を変更する必要がある。従って、開発時のト
ラック配分設計の融通性を欠落させる問題がある。

【００３０】さらに、従来では、ＨＤＤの製造時に、専
用装置であるサーボトラックライタによりサーボデータ
をディスクに記録するサーボライト工程が必要である。
ディスク上のトラック記録密度の向上に伴って、当該サ
ーボライト工程でのサーボライト処理に要する時間が増
加する。このため、ＨＤＤの製造効率を維持するため
に、サーボトラックライタの台数を増大すると、当然な
がらＨＤＤの製造コストの増大化を招く。また、サーボ
ライト時間の増加は、サーボライト処理中の外乱やスピ
ンドルモータの振動により、ディスク上のトラック形状
を歪める確率を増加させ、結果的に製造歩留まりを悪化
させる要因になる。このような理由から、特に高トラッ
ク密度化を図るＨＤＤに関しては、前記の製造性の観点
から、サーボトラックライタを使用するサーボライト工
程は、非現実的に成りつつある。

【００３１】そこで、本発明の目的は、第１に深層サー
ボ方式において、ユーザデータの記録再生動作と同時
に、深層からサーボデータを連続的に再生して、高精度
のヘッド位置決め制御を実現することにより、ディスク
のフォーマット効率の向上とサーボ帯域化に伴う高記録
密度化を図ることにある。第２に、トラック記録密度の
変更に応じてサーボデータの配置を変更する必要が無
く、かつサーボライト工程を省略できる深層サーボ方式
のディスク記憶装置を提供することにある。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明は、ディスクの表
層にユーザデータ領域を設けて、深層にはサーボデータ
領域を設けた深層サーボ方式のディスク記憶装置に関す
る。サーボデータ領域は、サーボデータとして位相型位
置検出用サーボパターンが全面的に、かつユーザデータ
領域のデータトラックピッチに依存することなく記録さ
れる。さらに、本装置は、同一のリードヘッドにより、
ユーザデータ領域とサーボデータ領域から同時に読出さ
れた再生混合信号を、ユーザデータのデータ信号とサー
ボデータのサーボ信号に分離する分離回路を含む再生手
段を有する。

【００３３】このような構成であれば、第１にユーザデ
ータ領域とサーボデータ領域とを分離できるため、サー
ボ広帯域化とフォーマット効率とを独立に取り扱うこと
が可能となる。従って、サーボ広帯域化により高精度の
ヘッド位置決め制御を実現できる。これにより、結果的
にユーザデータ領域での線方向の記録密度とトラック密
度の高記録密度化を図ることが可能となる。第２に、ユ
ーザデータ領域のデータトラックピッチに依存すること
なく、サーボデータとして位相型位置検出用サーボパタ
ーンが全面的に記録するため、サーボライト工程ではな
く、例えばリフトオフ製法などによりサーボデータ領域
を形成できる。従って、サーボライト工程を不用にする
ことにより、結果的に高記録密度のディスクドライブの
製造コストの低減化を図ることが可能となる。第３に、
高精度のトラック追従制御が可能な位相型位置検出用サ
ーボパターンが全面的に記録されているため、データト
ラックのトラック数の変更に対して、サーボパターンの
再構成は不要である。従って、実際のディスクドライブ
に対する適用が容易となり、実用化の可能性が極めて高
くなる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本実施形態に関係するＨ
ＤＤの要部を示すブロック図である。

【００３５】本ディスクドライブは、深層サーボ方式の
ディスク３００を有する機構系１と電子回路系２とに大
別される。機構系１は、ディスク３００以外、図８に示
す機構１と同様であり、スピンドルモータ１１、ヘッド
１２を搭載したヘッドアーム１３、ＶＣＭ１４、ＦＰＣ
１５、及びヘッドアンプ回路１６を有する。

【００３６】（ディスクの構造）同実施形態のディスク
３００は、図２及び図６（図２のディスク半径ｒ［ｍ］
の円周上でのＹ−Ｙ断面図）に示すように、ディスク基
板３０１に対して、表層にユーザデータ用表面磁性層
（ユーザデータ領域と表記する場合がある）３０２と、
深層にサーボデータ用深層磁性層（サーボデータ領域と
表記する場合がある）３０３とを有する構造である。サ
ーボデータ領域３０３は、非磁性中間層３０４を介在さ
せて、ユーザデータ領域３０２の深さ方向の全面領域に
配置されている。表面磁性層３０２上には、平滑性の優
れた保護層からなる表面が形成されている。この平滑な
ディスク表面により、ヘッドスライダ１２の浮上姿勢は
安定に保持される。なお、ユーザデータ用表面磁性層３
０２及びサーボデータ用深層磁性層３０３は、ディスク
３００の両面に形成されている。

【００３７】同実施形態のディスク３００は、図６に示
すように、リフトオフ製法により、サーボデータ用深層
磁性層３０３として、線方向にλ／２［ｍ］程度の間隔
を持ったサーボデータを意味する深層磁性体４０３が形
成される。各磁性体４０３は、ＭＩＧ（ｍｅｔａｌ ｉ
ｎ ｇａｐ）ヘッド等により線方向に沿って一方向に磁
化されたものである。各深層磁性体４０３は、ディスク
表面から距離ｄ１［ｍ］の所に膜厚ｄ２［ｍ］で、線方
向の長さλ／２［ｍ］、及びテーパ角δ［ｄｅｇ］を有
するように構成されている。

【００３８】また、ユーザデータ領域である表層磁性層
３０２に対して、ライトヘッドによりユーザデータの記
録磁界が印加されたときに、当該記録磁界により深層磁
性体４０３が磁化されないように構成されている。即
ち、表層磁性層３０２と深層磁性層３０３との間には、
非磁性中間層３０４が膜厚ｄ３［ｍ］で形成されて、二
層３０２，３０３を隔離している。なお、リードヘッド
がサーボ用深層磁性体４０３の漏れ磁束に従った再生信
号を出力するとき、当該再生信号波形が位相型位置検出
動作に都合のよいサイン（ｓｉｎ）波形となり、かつ再
生信号のＳ／Ｎ比が良好となるように諸定数が設定され
ている。なお、図７は、原盤露光製法によりサーボデー
タ用深層磁性層３０３を形成したディスク３００の断面
構造を示す図である。

【００３９】（サーボデータの構成）サーボデータ用深
層磁性層３０３の全面には、深層磁性体４０３により、
位相型位置検出用サーボパターン（以下単にサーボパタ
ーンと表記する）を構成する。サーボ広帯域化を実現す
るためには、サーボパターンを含むサーボデータは、例
えばディスク一周に対して数百セクタを間隔を空けずに
配置するのが望ましい。１サーボセクタ内には、図４に
示すように、少なくともサーボマークＳＭと、サーボパ
ターンが記録されたＯＤＤ／ＥＶＥＮエリア１３０，１
３１が設けられている。サーボマークＳＭはＯＤＤ／Ｅ
ＶＥＮエリア１３０，１３１が後続することを意味し、
位相誤差検出の時間基準となるもので、ディスク中心４
０２からの放射線４０１となるよう深層磁性体を半径方
向に連続して配置する。また、ＯＤＤ／ＥＶＥＮエリア
１３０，１３１のバーストパターン５００は、放射線４
０１に対してアジマス角（±θ）をなし、扇範囲４００
内に連続して配置された深層磁性体４０３から構成され
ている。

【００４０】１サーボセクタ内には、図３に示すよう
に、サーボパターン５００だけでなく、ディスク半径方
向の粗動位置情報を示すゾーンコード５０１も記録され
ている。ゾーンコード５０１は、位相変化φ（−π≦φ
≦π）に対応した半径方向距離ｄｒ毎に対して、ディス
ク上で一意にその位置を示すための粗動情報である。こ
こで、構成されるトラック密度（ＴＰＩ）により異なる
が、当該距離ｄｒが「１６×Ｔｐ（トラックピッチ）」
となるときには、ゾーンコード５０１により指定される
各ゾーンには、１６トラック分が含まれる。

【００４１】また、それ以外の付加情報として、ディス
ク回転角変位を示すセクタコード（サーボセクタを識別
するアドレス）、ディスク回転開始点を示すインデック
ス等も記録されていてもよい。なお、ゾーンコード５０
１を含む付加情報は、ユーザデータ領域に記録される構
成でもよい。

【００４２】ところで、ヘッド１２が、ＯＤＤ／ＥＶＥ
Ｎエリア１３０，１３１上を通過したとき、リードヘッ
ドは、前述の様に、ｓｉｎ波形の再生信号を出力する。
ＯＤＤ／ＥＶＥＮエリア１３０，１３１のサーボパター
ン５００には、アジマス角θが存在するために、ディス
ク半径方向へのヘッド変位に対してＯＤＤエリア１３０
およびＥＶＥＮエリア１３１で検出される位相φｏｄｄ
［ｒａｄ］、φｅｖｅｎ［ｒａｄ］は、Ｏ［ｒａｄ］を
対称として変化する。ここで、ＯＤＤ／ＥＶＥＮエリア
１３０，１３１では、位相φが「−π≦φ≦π」を一意
に与える距離ｄｒに対する微動位置情報しか特定できな
いため、ディスク全面のトラックを一意に識別するには
ゾーンコード５０１を有する方が望ましい。また、サー
ボ広帯域化のためサーボマークＳＭ及びＯＤＤ／ＥＶＥ
Ｎエリア１３０，１３１は、サーボセクタ数分を深層に
配設する必要があるが、ゾーンコードやセクタコードは
セクタ数分だけ配設する必要は特になく、トラッキング
およびシーク動作に支障のない適量数を配設すれば良
い。

【００４３】ディスク３００が回転数Ｒ［ｒｐｍ］で回
転すると、サーボ用深層磁性体４０３およびユーザデー
タ用表層磁性層３０２からの漏れ磁束より、リードヘッ
ドはユーザデータ（データ信号ＤＳ）とサーボデータ
（サーボ信号ＳＳ）の両信号が混合した再生混合信号を
出力する。従って、後述するように、ＨＤＤの電子回路
系２は、ユーザデータとサーボデータの同時再生を行う
ために、再生混合信号からデータ信号ＤＳとサーボ信号
ＳＳとを完全に分離抽出する必要がある。

【００４４】一般的に、図５に示すように、ユーザデー
タ信号の周波数帯域は、サーボ信号の周波数帯域に比べ
て高周波側（高調波成分６０１）に位置している。デー
タ信号ＤＳとサーボ信号ＳＳとを完全に分離抽出するた
めには、図５に示すように、両信号の周波数帯域が重複
しないように設定する。具体的には、符号化手法に依存
するが、ユーザデータは基本周波数Ｆｄａｔａ［Ｈｚ］
に対して、１／１０〜２０の帯域までの信号帯域とす
る。一方、一般的に信号は基本周波数６００に対して高
調波（６０１）が生じるため、高調波がユーザデータの
信号帯域と抵触しないようなサーボ信号の基本周波数Ｆ
ｓｒｖ［Ｈｚ］を用いる。すなわち、前述のＯＤＤ／Ｅ
ＶＥＮエリア１３０，１３１において、ユーザデータの
基本周波数（Ｆｄａｔａ）より十分小さいサーボ信号の
再生周波数（Ｆｓｒｖ）となるように、サーボパターン
５００の波長λ［ｍ］を設定する（図４を参照）。この
関係式（４）を以下に示す。

【００４５】

【数４】

【００４６】ここで、ｒはヘッドが揺動しているディス
ク半径位置［ｍ］である。なお、装置構成の簡略化のた
めにはＦｓｒｖはヘッド位置に関わらず一定であること
が望ましいが、両信号の周波数帯域が重複しなければＦ
ｓｒｖがヘッド位置に依存して変化しても問題はない。

【００４７】（電子回路系の構成）同実施形態の電子回
路系２は、図１に示すように、同時再生したユーザデー
タとサーボデータとを分離抽出するための分離回路（Ｈ
ＰＦ２０２とＬＰＦ２０３）を有し、ユーザデータ再生
系２００とサーボシステム（サーボデータ再生系を含
む）２０１に大別される。ＣＰＵ２２０とメモリ２３０
は、両者共通の制御要素である。なお、ＨＤＣ２０、リ
ード／ライトチャネル（チャネルＩＣ）２１、及びＶＣ
Ｍドライバ２４は、図８に示すものと同様の機能を有す
る。

【００４８】ユーザデータ再生系２００は、ヘッド１２
のリードヘッドから出力された再生混合信号を、適切な
カットオフ周波数Ｆｃｈ［Ｈｚ］を持つハイパスフィル
タ（ＨＰＦ）２０２を通過させて、ユーザデータのデー
タ信号ＤＳを抽出する。チャネルＩＣ２１は、分離抽出
されたデータ信号ＤＳである磁気記録信号を、元のユー
ザデータに復号化して、ＨＤＣ１２６を介してホスト１
２７に送出する。また、チャネルＩＣ２１は、前述した
ように、ホストシステム３から転送されたユーザデータ
（記録データ）を磁気記録信号に変調（符号化）し、ヘ
ッドアンプ回路１６のライトアンプ（電流ドライバ）に
送出する。

【００４９】一方、サーボシステム２０１は、リードヘ
ッドから出力された再生混合信号を、適切なカットオフ
周波数Ｆｃｌ［Ｈｚ］を持つローパスフィルタ（ＬＰ
Ｆ）２０３を通過させて、サーボデータのサーボ信号Ｓ
Ｓを抽出する。サーボシステム２０１は、サーボデータ
のサーボマークＳＭにおいて時間同期を取り、ＯＤＤ／
ＥＶＥＮエリア１３０，１３１からのサーボパターンの
再生信号波形から、図１３に示すような０クロス検出ま
たはＦＦＴ演算処理に使用する時間ウインドウパルスＷ
Ｐをタイマ２０５により生成する。

【００５０】ＦＦＴ演算処理回路２０４は、ウインドウ
パルスＷＰを通過した再生信号波形に対するＦＦＴ演算
処理（０クロス検出処理）を実行し、サーボパターンの
再生信号波形の位相検出を行なう。即ち、検出した位相
平均値φ「φ＝（φｏｄｄ−φｅｖｅｎ）／２［ｒａ
ｄ］」とトラック中心の位相φ0 ［ｒａｄ］から、アジ
マス角θ［ｒａｄ］と半径位置ｒ［ｍ］を用いて目標位
置との位置誤差ＰＥ［ｍ］を、下記式（５）より算出す
る。

【００５１】

【数５】

【００５２】ＣＰＵ２２０は、ＦＦＴ演算処理回路２０
４から位置誤差情報を入力し、当該位置誤差ＰＥを抑制
するようにＶＣＭ１６の操作制御量を算出して、ＶＣＭ
ドライバ２４に設定する。ＶＣＭドライバ２４は、操作
制御量を駆動電流に変換してＶＣＭ１４に供給する。こ
のＶＣＭ１４の駆動により、ヘッド１２がディスク３０
０面上を変位することになる。要するに、サーボシステ
ム２０１は、フィードバック制御系を構成し、ヘッドの
位置決め制御を実行する。但し、サーボシステム２０１
は、アナログ式のフィードバック制御系またはディジタ
ル式のフィードバック制御系のいずれでもよい。

【００５３】ところで、位相φ［ｒａｄ］に対するヘッ
ド変位ｘ［ｍ］は、半径位置ｒ［ｍ］に関わらず一定で
あるのが好ましい。「−π≦φ≦π［ｒａｄ］」に対応
したヘッド変位をｄｒ［ｍ］とすると、ｄｒとアジマス
角θとの関係は、サーボ信号の再生周波数Ｆｓｒｖを用
いて下記式（６）のように表現できる。

【００５４】

【数６】

【００５５】サーボ信号の再生周波数Ｆｓｒｖが半径位
置ｒに依存せずに一定である場合、前記式（６）が常に
成立するためには、アジマス角θを半径位置ｒに従って
調整する必要がある。

【００５６】ここで、仮に深層サーボデータ領域にゾー
ンコード５０１を割り振る場合は、ヘッド変位ｄｒ
［ｍ］に対して一意にゾーンコードＺＣ（ＺＣ＝１，
２，…，ＺＣmax）を割り振れば良く、ディスク上の任
意の半径位置ｒは、下記式（７）から求められる。

【００５７】

【数７】

【００５８】よって、ディスクのトラック密度がトラッ
クピッチＴｐ［ｍ］のＨＤＤでは、Ｔｒｋ番目のデータ
トラックの中心位置ｒ（trk）「ｒ（trk）＝Ｔｐ×Ｔｒ
ｋ［ｍ］」は下記式（８）の様に、ゾーンコードＺＣ
（trk） と位相φ（trk）とで表現することができる。

【００５９】

【数８】

【００６０】ここで、ｆｌｏｏｒ（ｘ）は実数ｘより整
数部を得る関数である。すなわち、深層サーボデータ領
域にゾーンコードを割り振ったディスク３００を使用す
ることにより、深層サーボパターンの配置変更をするこ
となく、異なるデータトラックピッチＴｐを有するＨＤ
Ｄを実現することができる。

【００６１】以上のように本実施形態によれば、ユーザ
データ領域とサーボデータ領域とをそれぞれ独立に取り
扱うことが可能となり、かつユーザデータ記録再生時と
同時にサーボデータを再生することができる。従って、
ディスクのフォーマット効率の向上と、サーボ広帯域化
とを共に実現することが可能となる。従って、サーボ広
帯域化により高精度のヘッド位置決め制御を実現でき
る。これにより、結果的にユーザデータ領域での線方向
の記録密度とトラック密度の高記録密度化を図ることが
可能となる。

【００６２】また、リフトオフ製法や原盤露光製法など
により、ディスクの深層に位相型位置検出用サーボパタ
ーンを埋め込む手法により、サーボライト工程を不用に
して、トラック形成精度の改善が可能となる。従って、
サーボライト工程に関係する製造コストや製造効率を向
上させることが可能となり、結果的にＨＤＤの製造工程
の改善を実現できる。また、ラック形成精度の向上によ
り、隣接するトラック形状が完全に一致するため、隣接
データによるクロストーク軽減や、位置決め不良による
エラーレートの悪化を改善できるため、トラックピッチ
のマージンを低減できる付加的メリットもある。更に、
高精度のトラック追従制御が可能な位相変調型の位置検
出用サーボパターンが全面的に記録されているため、デ
ータトラックのトラック数の変更に対して、サーボパタ
ーンの再構成は不要である。従って、実際のディスクド
ライブに対する適用が容易となり、実用化の可能性が極
めて高くなる。

【００６３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、深
層サーボ方式において、ユーザデータの記録再生動作と
同時に、深層からサーボデータを連続的に再生して、高
精度のヘッド位置決め制御を実現することにより、ディ
スクのフォーマット効率の向上とサーボ帯域化に伴う高
記録密度化を図ることができる。また、トラック記録密
度の変更に応じてサーボデータの配置を変更する必要が
無く、かつサーボライト工程を省略できる深層サーボ方
式のディスク記憶装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に関係するＨＤＤの要部を示
すブロック図。

【図２】同実施形態のディスクの構造を示す概念図。

【図３】同実施形態の深層サーボデータ領域を説明する
ための図。

【図４】同実施形態の位相変調型位置検出用サーボパタ
ーンを説明するための図。

【図５】同実施形態に関係するユーザデータ及びサーボ
データの同時再生動作を説明するための図。

【図６】同実施形態の深層サーボ方式のディスクの面内
構造を説明するための図。

【図７】同実施形態の深層サーボ方式のディスクの面内
構造を説明するための図。

【図８】従来のセクタサーボ方式のＨＤＤの要部を示す
図。

【図９】従来のセクタサーボ方式に使用されるディスク
の構造を示す概念図。

【図１０】従来の面積積分型位置検出方式を説明するた
めの図。

【図１１】従来の面積積分型位置検出方式を説明するた
めの図。

【図１２】従来の位相型位置検出方式を説明するための
図。

【図１３】従来の位相型位置検出方式を説明するための
図。

【図１４】従来の位相型位置検出方式を説明するための
図。

【符号の説明】

１…機構系 ２…電子回路系 ３…ホストシステム １０…ディスク １１…スピンドルモータ １２…磁気ヘッド（リードヘッドとライトヘッド） １３…ヘッドアーム １４…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ） １５…フレキシブル・プリント・ケーブル（ＦＰＣ） １６…ヘッドアンプ回路 ２０…ディスクコントローラ（ＨＤＣ） ２１…リード／ライトチャネル（チャネルＩＣ） ２２…ＣＰＵ ２３…メモリ ２４…ＶＣＭドライバ ２００…ユーザデータ再生系 ２０１…サーボシステム ２０２…ハイパスフィルタ（ＨＰＦ） ２０３…ローパスフィルタ（ＬＰＦ） ２０４…ＦＦＴ演算回路 ２０５…タイマ ２２０…ＣＰＵ ２３０…メモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 博 東京都青梅市末広町２丁目９番地 株式会 社東芝青梅工場内 Ｆターム(参考） 5D088 BB11 5D096 AA02 CC01 DD01 DD02 EE01 GG01 HH06 KK14

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ユーザデータの記録再生及びサーボデー
   タの再生を実行するためのヘッドと、 前記ヘッドの記録動作によりユーザデータを記録するデ
   ータ用表面磁性層と、当該データ用表面磁性層に対して
   深さ方向の深層に中間非磁性層を介して配置されて、サ
   ーボデータが記録されたサーボ用深層磁性層とを有する
   ディスクと、 前記ヘッドにより読出された前記ユーザデータと前記サ
   ーボデータとを分離して再生する再生手段とを有し、 前記ディスクの前記サーボ用深層磁性層には、前記サー
   ボデータとして位相型位置検出用サーボパターンが、前
   記データ用表面磁性層に構成されるデータトラックピッ
   チに依存することなく全面的に記録されることを特徴と
   するディスク記憶装置。
2. 【請求項２】 データを記録するためのライトヘッドと
   データを再生するためのリードヘッドとを分離して実装
   しているヘッドスライダと、 前記ライトヘッドの記録動作によりユーザデータを記録
   するデータ用表面磁性層と、当該データ用表面磁性層に
   対して深さ方向の深層に中間非磁性層を介して配置され
   たサーボ用深層磁性層とを有し、当該サーボ用深層磁性
   層には、前記ヘッドの位置決め制御に使用するためのサ
   ーボデータとして位相型位置検出用サーボパターンがデ
   ータトラックピッチに依存することなく全面的に記録さ
   れて、当該サーボデータは前記ユーザデータとは異なる
   周波数帯域の記録信号からなるディスクと、 前記データ用表面磁性層及び前記サーボ用深層磁性層か
   ら前記リードヘッドにより読出された再生混合信号を入
   力して、前記ユーザデータに対応するデータ信号と、前
   記サーボデータに対応するサーボ信号とに分離する分離
   回路を含み、当該分離回路により分離された前記データ
   信号及び前記サーボ信号のそれぞれを再生処理する再生
   処理手段とを具備したことを特徴とするディスク記憶装
   置。
3. 【請求項３】 データを記録するためのライトヘッドと
   データを再生するためのリードヘッドとを分離して実装
   しているヘッドスライダと、 ユーザデータを記録するデータ用表面磁性層及び当該デ
   ータ用表面磁性層に対して深さ方向の深層に中間非磁性
   層を介して配置されたサーボ用深層磁性層を有し、当該
   サーボ用深層磁性層には、前記ヘッドの位置決め制御に
   使用するためのサーボデータとして位相変調型の位置検
   出用サーボパターンが全面的に記録されて、当該サーボ
   データは前記ユーザデータとは異なる周波数帯域の記録
   信号からなるディスクとを有するディスク記憶装置に適
   用するサーボシステムであって、 前記データ用表面磁性層及び前記サーボ用深層磁性層か
   ら前記リードヘッドにより読出された再生混合信号を入
   力して、前記ユーザデータに対応するデータ信号と、前
   記サーボデータに対応するサーボ信号とに分離する分離
   回路と、 前記分離回路から得られた前記サーボ信号からサーボデ
   ータを再生するサーボ再生手段と、 前記サーボ再生手段から得られたサーボデータを使用し
   て、前記ユーザデータの記録再生動作時に連続的な前記
   ヘッドの位置決め制御を実行する制御手段とを具備した
   ことを特徴とするサーボシステム。
4. 【請求項４】 前記サーボ用深層磁性層に記録された位
   置検出用サーボパターン以外のサーボデータは、前記デ
   ータ用表面磁性層において、前記ユーザデータと共に、
   所定の記録エリアに記録されることを特徴とする請求項
   ２記載のディスク記憶装置または請求項３記載のサーボ
   システム。
5. 【請求項５】 前記ディスクには、前記位相型位置検出
   用サーボパターンに付加して、当該サーボパターンの位
   相（φ［ｒａｄ］，０≦φ≦２π）が一意に得られる半
   径距離（ｄｒ）毎に対して、一意に割り振られたゾーン
   コード（ＺＣ）が記録されており、 前記制御手段は、前記位相（φ）とゾーンコード（Ｚ
   Ｃ）を使用した所定の演算式により、前記ディスク上の
   全トラック中心を算出することを特徴とする請求項３記
   載のサーボシステム。
6. 【請求項６】 前記ディスクには、ヘッド位置に依存す
   ることなく前記サーボ信号の周波数が一定であり、かつ
   ヘッド微小変位と前記位相型位置検出用サーボパターン
   から検出される位相変化量との関係が、前記ディスクの
   半径位置とは無関係に一定になるように調整したアジマ
   ス角（θ）を有する前記位相型位置検出用サーボパター
   ンが記録されていることを特徴とする請求項３記載のサ
   ーボシステム。