JP2008016065A - ディスク記憶装置及びヘッド位置決め制御方法 - Google Patents

ディスク記憶装置及びヘッド位置決め制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】特にDTM構造のディスク媒体を有するディスクドライブにおいて、データ記録時におけるヘッド位置決め精度を向上させることができるディスクドライブを提供することにある。
【解決手段】DTM構造のディスク媒体を有するディスクドライブにおいて、データ記録時に、ライトヘッドをディスク媒体上の指定されたデータトラックにオントラックさせるための位置制御を行なうときに、スキュ角に依存する第1のオフセット量と、サーボセクタ毎に設定された第2のオフセット量とを加算して算出される記録用目標オフセット量に従って前記位置制御を実行する制御処理部30を備えた構成。
【選択図】 図3

Description

本発明は、一般的には、ディスク記憶装置に関し、例えばDTR構造のディスク媒体を有するディスク記憶装置に関する。
一般的に、ハードディスクドライブを代表とするディスク記憶装置(以下、ディスクドライブと呼ぶ)では、ディスク媒体上にヘッドを位置決めするためのヘッド位置決め制御に使用されるサーボ情報が記録される。このサーボ情報は、ディスクドライブの製造工程に含まれるサーボ書込み工程で、専用装置であるサーボトラックライタにより記録される。
ところで、近年、ディスクリート・トラック・メディア(DTM:discrete track medium)と称する構造(以下DTM構造)のディスク媒体が注目されている。DTM構造のディスク媒体は、表面上が磁気記録部として有効な領域と非有効な領域とが形成されている。有効な領域とは、磁性膜が設けられた凸部の磁性領域である。一方、非有効な領域とは、非磁性領域、または凹部で磁気記録ができない領域である。即ち、非有効な領域は、磁性膜が形成されている場合でも、凹部により実質的に非磁性領域として構成された部分である。
このようなDTM構造のディスク媒体であれば、パターン転写工程を含むスタンパ製造方法により、通常のサーボトラックライタを使用することなく、サーボ情報を高い効率で記録することができる。このような記録方式を、ディスクリート・トラック記録(DTR:discrete track recording)と呼ぶことがある。即ち、DTR方式により、ディスク媒体上には、パターン転写工程により、位相差サーボバーストパターンを含むサーボ情報を高精度に埋め込み記録することが可能となる。
ディスクドライブでは、DTM構造のディスク媒体または従来構造のディスク媒体(ベタ膜メディアとも呼ばれる)には、スピンドルモータ(SPM)に対する取付け誤差などによるディスク偏心が発生する。また、ディスクドライブでは、ヘッドはロータリ型アクチュエータに搭載されて、ディスク媒体上の指定位置まで移動制御される。このため、ディスク媒体上の指定位置に対して、ヘッドにはスキュ角が発生する。
ディスクドライブでは、ヘッド位置決め制御時に、ヘッドをオントラック(目標トラックの中心への位置決め)させるときに、スキュ角やディスク偏心によるヘッドの位置ずれ(オフセット位置)を補正するためのオフセット位置調整が必要である。オフセット位置調整とは、ヘッドの位置ずれを補正するための補正量(オフセット量)を算出し、当該オフセット量だけヘッドの位置ずれを調整する動作である。
ヘッド位置決め制御時に、スキュ角に依存する第1のオフセット量(DCオフセット量)と、ディスク偏心(偏芯と表記する場合がある)に依存する第2のオフセット量(DOCオフセット量)を算出してオフセット位置調整を行う位置決め制御方法が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。この提案は、特に、データ再生時に、DOC(ダイナミック・オフセット・コントロール)による補正(オフセット位置調整)を行なうリードDOCに関する。
特開2005−216378号公報
DTM構造のディスク媒体は、事前にデータトラックが形成されているため、任意位置に信号を記録する事はできない。従って、ヘッド位置決め制御では、ヘッドを、既に形成されたデータトラック(ディスクリート・トラック)の中心に、正確に位置決めする必要がある。
DTM構造のディスク媒体を有するディスクドライブは、サーボセクタのトラック中心(サーボトラックの中心)が、データトラックの中心と一致するように設計・製造されている。しかし実際には、サーボトラックの中心にリードヘッドを位置決めして、データトラックから記録データを再生しても最適とはならない。内外周位置に依存して、僅かにリードヘッドのオフセット位置を調整して再生した方が、ビットエラーレート(BER)をより改善できる。この理由は、リード/ライトヘッド間のギャップ分散や横ずれ、サーボ情報に含まれるサーボバースト位置の検出特性等により発生するものと推定される。このため、データ再生時の最適オフセット量は、ディスクドライブ毎に較正する必要がある。
一方、データ記録時において、ヘッドのスキュ角変化や、リード/ライトヘッド間のギャップがあるため、半径位置依存で、記録時のオフセット量が理論的にも変化する。このため、データ記録時にも、最適オフセット量をディスクドライブ毎に較正する必要がある。
特に、DTRにおいては、ディスク媒体の内周側において、リードヘッドによるサーボ情報の再生時のBER低下がサーボセクタ位置に依存している。このため、ライトヘッドは、1周の平均記録位置としては、DTM構造のデータトラック上にオントラックしているものの、部分的にはオントラックから外れた状態が発生している。これは、ディスク偏心により1周内でのスキュ角変動が起り、これによりライトヘッドが部分的に若干のオフセットを起すためと推定される。
そこで、本発明の目的は、特にDTM構造のディスク媒体を有するディスクドライブにおいて、データ記録時におけるヘッド位置決め精度を向上させることができるディスクドライブを提供することにある。
本発明の観点に従ったディスク記憶装置は、サーボ情報が記録されたサーボセクタ及びデータトラックが、ディスク面上に構成されたディスク媒体と、前記ディスク媒体上にデータを記録するライトヘッド、及び前記ディスク媒体上からデータを再生するためのリードヘッドを有するヘッドと、前記ヘッドを搭載し、前記ディスク媒体上の指定位置に位置決めするためのアクチュエータと、データ記録時に、前記リードヘッドにより読出されるサーボ情報を使用して、前記ライトヘッドを前記ディスク媒体上の指定されたデータトラックに位置決め制御する制御手段であって、前記ライトヘッドを前記データトラックにオントラックさせるための位置制御を行なうときに、前記ヘッドのスキュ角に依存する第1のオフセット量と、前記サーボセクタ毎にオフセット補正量として設定された第2のオフセット量とを加算して算出される記録用目標オフセット量に従って前記位置制御を実行する制御手段とを備えた構成である。
本発明によれば、特にDTM構造のディスク媒体を有するディスクドライブにおいて、データ記録時におけるヘッド位置決め精度を向上させることができる。従って、データ記録再生性能の向上を図ることができる。
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
(ディスクドライブの構成)
図1は、本実施形態に関するディスクドライブの構成を示すブロック図である。
本実施形態のディスクドライブ10は、ディスクリート・トラック・メディア(DTM:discrete track medium)構造(DTM構造)のディスク媒体11と、ヘッド12と、スピンドルモータ(SPM)13と、アクチュエータ14とを有する。
ディスク媒体11は、サーボ情報が記録されたサーボセクタ及びデータトラックが、ディスク面上に形成されている磁気記録媒体である。スピンドルモータ(SPM)13は、ディスク媒体11を保持して高速回転させる。
ヘッド12は、ディスク媒体11からデータ(サーボ情報とユーザデータ)を読出すリードヘッド12Rと、ディスク媒体11にデータを書き込むためのライトヘッド12Wを含む。ヘッド12は、ボイスコイルモータ(VCM)15により駆動されるアクチュエータ14に搭載されている。VCM15は、VCMドライバ21により駆動電流が供給されて、駆動制御される。アクチュエータ14は、後述するマイクロプロセッサ(CPU)19により駆動制御されて、ヘッド12をディスク媒体11上の目標位置(目標トラック)に位置決めするためのキャリッジ機構である。
このようなヘッド・ディスクアセンブリ以外に、ディスクドライブ10は、プリアンプ回路16と、信号処理回路17と、ディスクコントローラ(HDC)18と、CPU19と、メモリ20とを有する。
プリアンプ回路16は、ヘッド12のリードヘッド12Rから出力されるリードデータ信号を増幅するリードアンプ、及びライトデータ信号をライトヘッドに供給するためのライトアンプを有する。即ち、ライトアンプは、信号処理回路17から出力されるライトデータ信号をライト電流信号に変換して、ライトヘッドに送出する。信号処理回路17は、リード/ライトデータ信号(サーボ情報に対応するサーボ信号を含む)を処理する信号処理回路であり、リード/ライトチャネルとも呼ばれている。信号処理回路17は、サーボ信号からサーボ情報を再生するためのサーボデコーダを含む。
HDC18は、ドライブ10とホストシステム22(例えばパーソナルコンピュータや各種のディジタル機器)とのインターフェース機能を有する。HDC18は、ディスク11とホストシステム22間のリード/ライトデータの転送制御を実行する。
CPU19は、ドライブ10のメインコントローラであり、本実施形態に関するヘッド位置決め制御を実行する。即ち、CPU19は、VCMドライバ21を介してアクチュエータ14を制御し、ヘッド12の位置決め制御を実行する。メモリ20は、不揮発性メモリであるフラッシュメモリ(EEPROM)以外に、RAM及びROMなどを含み、CPU19の制御に必要な各種データ及びプログラムを保存する。
(ヘッド位置決め制御システム)
次に、図2から図4を参照して、本実施形態に関するヘッド位置決め制御システムの構成を説明する。本システムの主構成要素である制御処理部30は、CPU19及びプログラムからなり、以下のような機能を有する。
システムは大別して、制御処理部30と、ヘッド駆動系40と、位置検出系41とからなる。ヘッド駆動系40は、ヘッド12を搭載して駆動するアクチュエータ機構であり、狭義にはVCM15を意味する。位置検出系41は、ディスク媒体11とヘッド12の相対位置(ヘッド位置)PHを検出する要素であり、具体的には信号処理回路17に含まれるリードチヤネルである。
制御処理部30は、目標位置生成部31と、フィードバック制御部32と、フィードフォワード制御部33と、オフトラック検出部34と、駆動指令生成部35と、目標位置偏差検出部36とを含む。
オフトラック検出部34は、位置検出系41からの位置情報(リードヘッド12Rにより再生されるサーボ情報)を、目標位置(データトラックの中心)からのオフトラック量OFFTに換算する。目標位置偏差検出部36は、オフトラック量OFFTと、目標位置生成部31により生成される目標オフセット量TOFFとの偏差(位置誤差)Perrを算出する。フィードバック制御部32は、入力される偏差Perrを解消するための制御量を算出する。
フィードフォワード制御部33は、ヘッド12のディスク媒体11上での周方向位置SCTに基づいて、ディスク媒体11の回転に同期する揺れ(RRO:repeatable runout)を抑圧する補償部であり、RRO補償値(同期抑圧補正量)を出力する。駆動指令生成部35は、フィードバック制御部32の出力に、フィードフォワード制御33の出力を加算して、ヘッド駆動系40を駆動制御するための制御値を算出する。
目標位置生成部31は、再生用目標オフセット量生成部(ROFF目標値生成部)37と、記録用目標オフセット量生成部(WOFF目標値生成部)38と、目標オフセット量切替えスイッチ(以下単にスイッチと表記する)39とを有する。
ROFF目標値生成部37は、データ再生時に、ヘッド12を位置決めする目標値(トラック中心)に対する目標オフセット量ROFF(半径位置毎の一定値)を生成する。WOFF目標値生成部38は、データ記録時に、ヘッド12を位置決めする目標値(トラック中心)に対する目標オフセット量WOFFを生成する。スイッチ39は、再生又は記録に応じて、ROFFまたはWOFFの一方を選択して、目標オフセット量TOFFとして目標位置偏差検出部36に出力する。
WOFF目標値生成部38は、図3に示すように、DCオフセット量生成部381と、スキュ角変動推定部382と、オフセット補正値生成部383と、加算部384とを有する。
DCオフセット量生成部381は、ヘッド12のスキュ角による半径依存のオフセット量Woff1を出力する。具体的には、DCオフセット量生成部381は、事前に複数のトラックで計測した最適オフセット量に基づいて、目標トラック位置情報TCYLから推定補間した目標オフセット量として目標オフセット量Woff1を生成する。
スキュ角変動推定部382は、周方向位置SCTに依存して、トラック偏心変動によるヘッド12のスキュ角を推定する。オフセット補正値生成部383は、スキュ角変動推定部382により推定されたスキュ角の変動を考慮した目標トラック位置情報TCYLに対する目標オフセット量Woff2を生成する。加算部384は、目標オフセット量Woff1と目標オフセット量Woff2とを加算した結果を、記録用目標オフセット量WOFFとして出力する。
(ヘッド位置決め制御の作用効果)
まず、ディスクドライブのヘッド位置決め制御は、リードヘッド12Rによりディスク媒体11上から再生したサーボ情報を使用し、リードヘッド12Rをトラックに対して位置決めするように制御処理を行なうことである。従って、目標位置生成部31は、目標トラック中心に対して、どの程度、リードヘッド12Rをオフトラック補正(オフセット位置調整)させるかを示す情報(目標オフセット量)を出力する。
ここで、従来構造のディスク媒体を有するディスクドライブでは、製品出荷時には、ディスク媒体上には物理的なデータトラックは存在しない。ディスク媒体上には、サーボ情報が記録されたサーボセクタを基準とするサーボトラックが構成されている。従って、ディスクドライブは、データ記録時に、ディスク媒体上の目標サーボトラックに対して、リードヘッドを位置決め制御し、これに伴って位置決めされるライトヘッドにより任意の箇所にデータトラックを形成することになる。
即ち、データ記録時には、リードヘッドが目標サーボトラックの中心にオントラックされるように制御されるため、WOFF目標値生成部38から出力される目標オフセット量WOFFは、常に零に設定されている。データ記録時には、スイッチ39は、目標オフセット量WOFFを目標オフセット量TOFFとして出力する。
ここで、ディスクドライブ10では、ヘッド12は、リードヘッド12Rとライトヘッド12Wとが分離した構造である。従って、リードヘッド12Rとライトヘッド12Wの各ヘッド素子間には、例えば2〜6μm程度のギャップが存在する。また、ヘッド駆動系40は、回転駆動方式のアクチュエータを有するため、位置決めする半径位置により、駆動系のアクセス角が異なる。このため、スキュ(skew)角と呼ばれるトラック走行方向とヘッド中心線とをなす角度が発生する。
このようなリード/ライトヘッド間ギャップとスキュ角とにより、データトラックは、その中心がサーボトラック中心とは重ならず、外周では外側へ、内周では内側に形成されることになる。このため、データ再生時には、リードヘッドがデータトラックの中心となる様に、データ記録時に発生するデータトラックとサーボトラックとのトラックずれ分を補正する様に目標オフセット量TOFFを与える事になる。
図2を参照すると、データ再生時には、ROFF目標値生成部37は、このトラックずれ分を補正する様に、目標オフセット量ROFFを生成する。データ再生時には、スイッチ39は、目標オフセット量ROFFを目標オフセット量TOFFとして出力する。
ところで、データ再生時での目標オフセット量ROFFは、理想的には、トラック位置CYLで決まる半径位置や、アクチュエータの回転中心(ピボット)の位置、ピボットとヘッド間の距離等から物理的に一意に決定される。しかし、実際には、ヘッド取り付け公差による角度ずれや、リード/ライトヘッド素子間ギャップの分散、当該素子間の横ずれ発生等があり、理想理論値を目標オフセット量TOFFとしても、リードヘッドを必ずしもデータトラックの中心に位置決めすることはできない。
実際には、事前にディスクドライブ毎に、複数トラックでの最適オフセット量を測定し、これを、位置決めトラック情報CYLに基づいて推定補間して、目標オフセット量ROFFを出力することになる。また、最適オフセット量は、複数のある較正トラック位置にて、理想理論値のオフセット量近傍で目標オフセット量TOFFを可変させ、オフセット位置による再生信号のビットエラーレート(BER)の変化をモニタして、BERが最小となるオフセット量として計測される。
一方、本実施形態のディスクドライブ10では、前述したように、DTM構造のディスク媒体11が使用される。従って、製品出荷時には、ディスク媒体11には、データトラックが事前に形成されている。データトラックは、ディスク媒体の半径位置に関わらず、サーボトラックとほぼ一定のオフセット(通常は0)を持つ位置に配置される。
このため、データ記録時には、リードヘッド12Rをオフセットさせた状態で、ライトヘッド12Wを事前形成したデータトラック上にオントラックさせる必要がある。具体的には、前述したように、DCオフセット量生成部381は、目標トラック位置情報TCYLから推定補間した目標オフセット量としてオフセット量Woff1を生成する。この処理は、データ再生時での目標オフセット量生成部37の処理とほぼ同じである。
一方、WOFF目標値生成部38は、前述したように、周方向位置SCTに依存し、スキュ角の変動を考慮した目標トラック位置情報TCYLに対する記録時オフセット量Woff2を生成する。そして、加算部384が、オフセット量Woff1と記録時オフセット量Woff2とを加算した結果を、データ記録時の目標オフセット量WOFFとして出力する。
以下、WOFF目標値生成部38の原理について、図6及び図7を参照して説明する。
図6は、ディスク媒体11上には、DTM構造のデータトラック60がほぼ完全に同心円状に形成されて、ディスク媒体11の回転中心がデータトラック60の中心と完全に一致した理想状態を表した図である。この場合、データ記録時の目標オフセット量WOFFは、前述したように、DCオフセット生成部381の出力Woff1そのもので良い。
しかし、実際には、ディスク媒体11の取り付け時の偏心や、DTM形成時の中心位置決め誤差等があるため、図7に示すように、DTM構造のデータトラック60は、周方向位置で半径方向に変化する。但し、サーボトラック(中心線61のトラック)そのものも、データトラック60と同型で歪む。このため、サーボ位置に対する目標オフセット量は、先のDCオフセットWoff1そのもので良い様に思えるが、実際には、記録時の目標オフセット量TOFFをWoff1とすると、データが正確に記録されないデータセクタが部分的に発生する問題がおこる。この理由は、トラックの半径方向変動と、トラック走行方向線が変動する事とによるスキュ角変化のためであると推定される。スキュ角が周方向位置により変化するため、リード/ライトヘッド素子間ギャップだけ離れたリードヘッド12R素子位置での最適オフセット量も、これに応じて変化する事が原因である。
図7には、半径の異なる位置の2箇所にて、そのスキュ角と、最適オフセット量WOFFとを示している。1点鎖線63がトラック走行方向接線で、細線64がヘッドアクセス角を表し、この成す角がスキュ角となる。また、最適オフセット量は、素子間ギャップだけ離れた位置のトラック走行方向接線(サーボトラック)までの距離なので、最適記録時オフセットは記録セクタ位置に依存して、変化させる必要があることが分る。
但し、図7では、データ記録時の目標オフセット量WOFFは、適切に描画されていない。即ち、目標オフセット量WOFFは、ライトヘッド12Wがオントラックする際のリードヘッド12Rのオントラックからのオフセット量に相当するが、ここではオントラックからの距離には見えない描画となっている。これは、描画スケール上の矛盾による。トラック1周分を、周方向を横軸に示しているが、リード/ライトヘッド素子間ギャップが数μmなのに対し、周方向はその1万倍程度の距離となるための描画上の矛盾から、先の不適切な描画となってしまう。
また、図7では、リードヘッド12Rの位置を省略しているが、リード/ライトヘッド素子間のギャップ量が巨大に描画されているため、目標オフセット量WOFFがリードヘッド12Rからサーボトラックまでの距離には見えない。なお、実際のスケールで描画すれば、目標オフセット量WOFFが、リードヘッド12Rからサーボトラックまでの距離になる。尚、このサーボセクタ依存の目標オフセット補正量Woff2の振幅は、トラック変化量または記録半径位置にほぼ比例する関係がある。このため、ディスク媒体11の取り付け偏心が変わらないとすれば、半径が小さくなる程、その影響は大きくなる。特に、小型のディスクドライブ10では、内周側において、トラックピッチの±20%強もの変動量となり、この補正は不可欠である。
以上要するに、サーボセクタ毎に、サーボセクタ依存の目標オフセット補正量Woff2を変化させないと、ディスク媒体11の内周側では、DTM構造のデータトラックに対しては、正確なデータ記録が困難であり、結果としてデータ再生時の部分的なBERの低下を招く要因となる。
(オフセット補正量Woff2の決定方法)
以下、図8から図13を参照して、データ記録時でのオフセット補正量として、サーボセクタに依存するオフセット補正量Woff2の決定方法を説明する。
データ記録時のオフセット量は、理想スキュ角をθとし、スキュ角変動量をΔθとし、リード/ライトヘッド素子間ギャップをLgとすると、下記式(1)に示すような近似関係が得られる。
Figure 2008016065
この式(1)から、スキュ角変動を推定できると、その比例倍の補正で、オフセット補正量Woff2を算出できる。ここで、同期抑圧の目的等から、トラック半径方向変化量ΔRを求める処理は公知であるが、スキュ角変動量Δθは1次偏心量とは必ずしも比例関係にない。以下、図10及び図11を参照して、この関係を説明する。
図10は、ディスクドライブ10内でのSPM13の回転中心Oと、ヘッド駆動系のアクチュエータ14のアーム回転P(Pivot)と、ヘッド位置Hとの関係を表したものである。実際には、トラック中心Cが、SPM13の回転中心Oからトラック偏心分だけずれた位置になるが、このスケールではほとんど重なり、C=Oに見える。今、トラックの半径R(CH=R)を決めれば、三角形CPHの形状は一意的に決まる。尚、図10では、簡単化のため、アクセス系がドックレッグ形状の場合に発生するインライン角等を無視して説明する。この場合、CHの法線方向とPHの成す角がスキュ角θとなる。即ち、スキュ角θは下記式(2)により算出できる。
Figure 2008016065
図11は、図10ではΔRやΔθが見えないので、あえて大げさに偏心を取った図である。図11のCがトラック中心で、SPM13の回転中心Oの周りを周回し、三角形CPHが微妙に変化する。トラック半径方向変化量ΔRは、角OPHの変化量Δψに、アクチュエータ14のアーム長PHを乗じた値として検出される。検出偏心のピークは、OHが最大となる位相角の時に現れる。
一方、スキュ角変動量Δθは、前記式(2)により、角HCPφ+角OPHψの変化量と等価となるが、Rが小さくなる程、角HCPφの変化が支配的となり、その最大はOP上にCが位置する時になる。ここで、図11は極端に表記しているので分かり難いが、実際の形状は図10のような関係なので、角HOPだけ、偏心のピークよりも早く、スキュ角の変化が現れることを意味する。
図8及び図9は、サーボセクタら依存するオフセット補正量Woff2と、1次RRO偏心であるトラック変位との関係を示す図である。
図8は、同期抑圧のRRO補正量(81)と、最適なオフセット補正量Woff2(80)との関係を示す図である。点線82は、トラック変位の1次成分、即ちトラック偏心に相当する。
図9は、正弦波振幅を1に正規化し、トラック変位(RRO補正量)の1次成分83を、角HOPにあたる66.7234deg進めたものを破線にて表記したものである。即ち、破線83は、幾何学位相分進めたRRO補正量)の1次成分である。
同期抑圧の補正量の一次偏心分を、ドライブ10のメカ配置から決まる角HOP相当進める事で、スキュ角変動の推定が可能と分かる。破線の推定値83と、実線80のオフセット補正量Woff2は、必ずしも一致していない。これは、トラック変位が1次以外の成分、即ち2次以上のRRO歪み影響で、最適なオフセット補正量Woff2が正弦波から歪むためである。本実施形態では、スキュ角変動の簡易推定のため、1次成分に基づく推定処理をしているが、当然2次や3次も考慮して補正をかける様にしても良い。なお、角HOPは、厳密には、内周から外周のアクセストラック位置により、変化する角度であるが、その変化は小さいので、同期抑圧の補正量の一次偏芯分を、一定角度を進めるだけで十分な推定ができる。
次に、補正すべきオフセット補正量Woff2の振幅は、前記式(2)の変化量であり、角HCPφ+角OPHψの変化量となるので、解析は複雑になる。しかし、近似的に、角HCPの変化と見なす事ができ、Cの偏心変化が一定とすれば、Hのアクセス半径Rに反比例すると見なせる。
即ち、アクセス対象データトラックから算出できる半径位置に応じた逆数ゲインGain(R)を、1次偏心ΔRを前記位相角分補正した推定量に乗ずれば、下記式(3)に示すように、近似算出できることになる。
Figure 2008016065
図12及び図13は、この式(3)による近似計算結果の妥当性を示す図である。即ち、図12は、データ記録時で、スキュ角依存のDC成分オフセット補正量Woff1の特性90を示す。また、図13は、サーボセクタ毎のオフセット補正量Woff2の正弦波振幅91を示す図である。図13において、破線92として、偏心1次振幅に半径位置に反比例する振幅ゲインGain(R)を乗じた簡易推定振幅を示した。即ち、半径位置に応じた逆数ゲインによる簡易算出補正量である。なお、あくまでも近似であるので、ディスク媒体11上での内外周部で誤差が大きくなるが、比較的正しい振幅が得られる事がわかる。
(目標位置生成部31の動作)
再度、図2及び図3を参照して、目標位置生成部31の動作を説明する。
目標位置生成部31は、データ記録時には、WOFF目標値生成部38から出力される目標オフセット量WOFFを目標値TOFFとして出力する。また、データ再生時には、ROFF目標値生成部37から出力される目標オフセット量ROFFを目標値TOFFとして出力する。
WOFF目標値生成部38は、図3に示すように、DCオフセット量生成部381から、目標トラック位置情報TCYLから推定補間した半径依存のオフセット補正量Woff1を生成する。また、WOFF目標値生成部38は、オフセット補正値生成部383から、スキュ角変動推定部382により推定されたスキュ角の変動を考慮した目標トラック位置情報TCYLに対するオフセット補正量Woff2を生成する。加算部384は、オフセット補正量Woff1とオフセット補正量Woff2とを加算した結果を、データ記録時の目標オフセット量WOFFとして出力する。
DCオフセット量生成部381は、事前に複数トラックで較正した最適値から、線形補間して、任意の目標トラック位置情報TCYLを推定補間して、半径依存のオフセット補正量Woff1を出力する。
一方、スキュ角変動推定部382は、理想スキュ角θからの変動量Δθを推定するものであり、前述した原理により、トラック半径方向の変化量ΔRの一次偏心成分を一定の位相角だけ進めて出力する。オフセット補正値生成部383は、このスキュ角の変動に半径に反比例するゲインを乗じてオフセット補正量Woff2を出力する。
ここで、スキュ角変動推定部382は、フィードフォワード制御部33(回転同期変動抑圧補償器)で推定されている同期抑圧用の情報に基づいて、トラック半径方向の変化量ΔRを適当な位相設定量分だけ進めた信号を出力する。
フィードフォワード制御部33としては、各種の方法があり、低次以外にも高次同期成分の補償動作も行なっているが、ここでは1次偏心をDFT等でA,Bの正弦・余弦係数として推定されているとして説明する。この場合、下記式(4)から、フィードフォワード制御部33での1次偏芯分の同期成分補償量を算出できる。
Figure 2008016065
ここで、A,Bの添え字は、1次成分の推定係数を示す。Gは、制御出力換算の次数依存のゲイン係数である。Nはサーボセクタ数である。k はサーボセクタ番号で、1周で1からNまでの値を取る。
オフセット補正値生成部383は、現在推定されているA,Bを参照し、適当な位相角分進めた正弦波信号を次式(5)を使用して作成する。
Figure 2008016065
ここで、Hは先の一定進み位相角に相当するポインタ補正値である。N=120,進み角66.7234degであれば、Hは22.24となるが、正整数としてH=22を採用している。実際の位相進み処理は、Sin,Cosをテーブル参照する際に、kよりもH以前の正弦・余弦値を参照するようにする事で実現している。
オフセット補正値生成部383は、トラック半径方向の変化量ΔRに基づいて、半径依存の係数Gainを目標トラックTCLYに基づいて導出し、前記式(5)のDOC値に乗じてオフセット補正量Woff2を算出する。以上により、DTM構造のディスク媒体11上の全周にわたって、各データトラックに対して、ライトヘッド12Rをオントラックしてデータの記録を行なうことが可能になる。
次に、データ再生時では、ROFF目標値生成部37は、目標値TOFFとして目標オフセット量ROFFを出力する。前述したように、DTM構造のディスク媒体11では、データトラックの中心とサーボトラックの中心は、一定オフセット関係を持つ様に形成されている。このため、このオフセットを零にする仕様で形成することにより、原理的には半径に依存せずに、オフセット目標値ROFFは零で良い。
但し、実際には、ディスク媒体11の内外周位置で、目標オフセット量ROFFは僅かに変動する。その理由は、本来意図した形成サーボトラックの中心から、見かけ上のオフセットを持って検出側がオフセット中心を検出しているためで、この見かけ上のオフセット平均変動はスキュ角との相関を持つ。
そこで、本実施形態では、この目標オフセット量ROFFに関しても、事前に複数トラックで最適オフセットを推定し、これを基に目標トラックTCLYで推定補間して出力する方式を採用している。尚、その見かけ上のオフセット変化は小さいので、必須構成要件ではなく、データ再生時の目標オフセット量ROFFを、ディスク媒体11の内外周トラックに依らず一定値としてもかまわない。
(最適オフセット測定方法)
さらに、図4、図5及び図14を参照して、本実施形態に関する最適オフセット測定方法について説明する。
一般に行なわれる最適オフセット測定方式は、オフセットBER測定に基づきBERが最小となるオフセット量を求める。この場合、この最適オフセット測定が可能であるように、データが正確に記録されていることが必要である。
しかし、本実施形態に関するDTR(discrete track recording)、即ちDTM構造のディスク媒体上にサーボ情報を記録する記録方式では、データを正確に記録するという前提が成り立たない。データ記録時に、目標トラックから算出される理論値の目標オフセット量WOFFで記録しても、ほとんどの場合オントラックでの記録はできず、データ再生でのBERの測定ができない。
そこで、本実施形態の最適オフセット測定方法により、DTR方式に適用し、1回の信号記録から短時間で、記録時と再生時の両方の最適オフセット(オフセット位置)を測定する。以下、具体的に説明する。
本実施形態の最適オフセット較正手順とは、測定対象のトラックまでヘッド12を移動させて、ライトヘッド12WによりWave信号を記録する(ステップS1,S2)。当該トラックのセクタから、リードヘッド12Rによりデータを再生し、ビットエラーレート(BER)を測定する(ステップS3)。このBER測定結果に基づいて、正常にデータ記録されたセクタを判定する(ステップS4)。そして、正常にデータ記録されたセクタに限定した最適な目標オフセット量ROFFを測定する(ステップS5)。この目標オフセット量ROFFでのデータ再生を実行し、BERを測定する(ステップS6)。この測定結果に基づいて、最適なオフセット補正量Woff1を推定する(ステップS7)。このような測定を、ディスク媒体11上の全トラックについて繰り返す(ステップS8)。
このような最適オフセット較正手順において、ステップS2に示すWave記録とは、ウォブル記録と呼ばれている処理方法に相当し、位置決め目標値を、ディスク媒体11上の内外周に振ってランダムデータを記録する処理である。但し、本実施形態でのWave記録方法では、記録振幅が小さく、図4に示すように、記録時の目標オフセット量TOFFが入った状態で、Wave記録が実行される。
図4は、最適オフセット較正でのWave記録を実行するときの制御処理部30の機能を説明するための図である。
Wave記録用のオフセット目標生成部310は、現在のサーボセクタSCTを基に、ヘッド位置を更にオフセット変更するための目標オフセット量Prefを出力する。即ち、オフセット目標生成部310は、サーボセクタ毎に変化する目標オフセット量Prefを生成する。この目標生成部310は、例えばディスクドライブ10の製造工程時でのコマンドで有効にする。
図14(A)は、当該Wave記録による記録イメージを示す。ここでは、その記録振幅は±1トラックピッチの振幅で、直線状に一様増減する三角状の山谷パターンである。但し、Wave記録目標は、三角状の山谷パターンに限らず、正弦波状のオフセット指令であっても良い。
制御処理部30は、目標オフセット量Prefと、前述の記録時オフセット補正量WOFF(TOFF)を加算したオフセット位置に、ヘッド12を位置決めする。但し、記録時オフセット補正量WOFFでは、オフセット補正量Woff2は事前較正せずに決定されるが、記録時のDCオフセット量であるWoff1は、この時点では決まらない。最適オフセット較正前は、システム(CPU19)に初期設定された理論計算値が適用される。
また、本実施形態のディスクドライブ10では、安全のため、測定時のトラック(シリンダ)が位置決め目標トラックと異なると、ライトヘッド12Wによるライト動作が禁止となる機能が含まれる。この場合、Wave記録時には、このライト動作の禁止機能を無効にして、ライトエラーを発生することなく、ランダムデータ信号をWave記録する。
ここで、DTM構造のディスク媒体11では、トラックが非磁性領域で分断されているため、ライトヘッド12Wが非磁性部に位置している状態では、信号の記録はできない。実際には、ライトヘッド12Wの一部がデータトラックに位置している状態では、正確に再生できる程度のデータを記録することはできない。
図14(A)は、データトラック60に対して、ライトヘッド12Wにより記録されたデータ記録領域140を示す。また、ライトヘッド12Wの通過軌跡141と、データ記録領域140からデータを再生するときのリードヘッド12Rの通過軌跡142を示している。
データ再生時には、前述したROFF目標値生成部37での最適な目標オフセット量ROFFは未定であるため、DTM構造のディスク媒体11の製作時に設計されたDCオフセット補正量が目標値TOFFとして出力される。このため、完全なオフセット中心から多少ずれた位置で、リードヘッド12Rにより信号再生されることになる。
最適オフセット較正手順では、図5に示すように、リードヘッド12Rによるデータ再生時に、BER測定(1)が実行される(ステップS3)。このBER測定結果に基づいて、正常にデータ記録されたセクタを判定する(ステップS4)。
このBER測定は、一般的なトラック全体のBER測定ではなく、複数のデータセクタを纏めたブロック毎に、複数周の再生結果を積算してBER測定する。図14(B)は、そのブロック毎のBERの測定結果をイメージ表示している。ここで、ブロック143は、セクタBER評価時のデータブロックを意味する。
図14(B)に示すように、BER測定結果が再生合格基準144を超える合格ブロック群が、必ず1周に2箇所又は1箇所現れる。図14(B)では、周方向計測イメージとして、BER測定結果の合格セクタ群として、ブロック143を示している。この領域143は、正確にデータが記録されていると判断できる周方向位置と判断できる。即ち、この箇所においては、従来の高精度な再生オフセット推定方式であるオフセットBER測定が可能である事を示している。
そこで、正常にデータ記録された合格セクタに限定したオフセットBER測定を実行し、最適な再生オフセット量ROFFを測定する(ステップS5)。本実施形態では、合格ブロック群が最も長く連続する領域のセクタから、前後数セクタを除いた範囲をBER測定範囲として、オフセット毎のBERを測定する。なお、合格セクタ全てを使ったオフセットBER測定を実行してもよい。また、オフセットBER測定結果から、最適再生オフセット量を求める方法に関しては、公知の方法でよい。
以上により、この較正トラックにおいて、完全にオントラック再生させることが可能となる。そこで、前述したように、再度のBER測定(2)を実行する(ステップS6)。このセクタBER測定(2)と、前記セクタBER測定(1)との相違は、再生オフセット量ROFFが最適値でオントラック再生されることの他に、BER測定ブロック数をより細かく設定して周方向の分解能を向上させている点、それに伴ない周回数を増加させている点、BER測定を複数回実施してセクタ毎のBERは、その平均BERとしてBER測定精度を向上している点等が異なる。
このセクタBER測定(2)の測定結果に基づいて、最適な記録オフセット量Woff1を推定する(ステップS7)。この推定方法は、BERが最小となる間隔の比を求める事で行う。即ち、BERが最小となる間隔は、最初の間隔の方が後の間隔よりも長くなっている。BERが最小となる間隔はオントラック状態を意味するので、最初の間隔は、図14(A)に示すように、オントラックから上側にずれた状態の割合を示し、後の間隔は上側にずれた状態の割合を示す。この間隔比から、先の初期理論計算値のオフセット量Woff1の実際との誤差が分かる。具体的には、BER最小間隔S1,S2とし、Wave記録時の振幅(Tp)をWWAVEすると、最適記録オフセット量は次式(6)で与えられる。
Figure 2008016065
以上により、ある較正トラックでの、最適再生オフセット量および最適記録オフセット量を、1回のテスト記録を複数再生するだけで、求める事ができる。後は、複数の較正指定トラックで、各トラックでの最適オフセット量を求めればよい。この複数トラックでの最適結果は、ドライブ10のメモリ20に含まれるフラッシュROMに製造コマンドで転送記録される。この後において、前述したように、フラッシュROMから最適オフセット量を参照し、任意トラックでの最適オフセット量を保管近似にて算出し、常に最適オフセット量が設定される。
以上のように本実施形態によれば、DTM構造のディスク媒体11を使用するディスクドライブにおいて、特にデータ記録時に、スキュ角に依存する第1のオフセット量Woff1(DCオフセット量)と、サーボセクタ毎に設定されるオフセット補正量Woff2(DOCオフセット量)とを加算した目標オフセット量WOFFに基づいて、ヘッド位置決め制御を実行する。従って、データ記録時に、ディスク媒体11上に事前に形成されたデータトラックにライトヘッド12Wをオントラックさせて、データを正確に記録することが可能となる。これにより、データ再生時には、リードヘッド12Rにより、データトラックから記録データを正確に再生できる。これにより、結果として記録再生性能が優れたDTM構造のディスク媒体11を使用するディスクドライブを提供することができる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明の実施形態に関するディスクドライブの構成を示すブロック図。 本実施形態に関するヘッド位置決め制御システムの要部を示すブロック図。 本実施形態に関するデータ記録時の目標値生成部の要部を示すブロック図。 本実施形態に関する最適オフセット較正での制御処理部の機能を説明するためのブロック図。 本実施形態に関する最適オフセット較正の手順を説明するためのフローチャート。 本実施形態に関するデータ記録時の目標値生成の原理を説明するための図。 本実施形態に関するデータ記録時の目標値生成の原理を説明するための図。 本実施形態に関するデータ記録時のオフセット補正量と1次RROとの関係を説明するための図。 本実施形態に関するデータ記録時のオフセット補正量と1次RROとの関係を説明するための図。 本実施形態に関するデータ記録時のオフセット補正量の算出方法を説明するための図。 本実施形態に関するデータ記録時のオフセット補正量の算出方法を説明するための図。 本実施形態に関するアクセス半径とオフセット補正量との関係を説明するための図。 本実施形態に関するアクセス半径とオフセット補正量との関係を説明するための図。 本実施形態に関する最適オフセット較正での判定方法を説明するための図。
符号の説明
10…ディスクドライブ、11…DTM構造のディスク媒体、12…ヘッド、
12R…リードヘッド、12W…ライトヘッド、13…スピンドルモータ(SPM)、
14…アクチュエータ、15…ボイスコイルモータ(VCM)、
16…プリアンプ回路、17…信号処理回路(リード/ライトチャネル)、
18…ディスクコントローラ(HDC)、19…マイクロプロセッサ(CPU)、
20…メモリ、21…VCMドライバ、22…ホストシステム、30…制御処理部、
31…目標位置生成部、32…フィードバック制御部、
33…フィードフォワード制御部、34…オフトラック検出部、
35…駆動指令生成部、36…目標位置偏差検出部、
37…再生用目標オフセット量生成部(ROFF目標値生成部)、
38…記録用目標オフセット量生成部(WOFF目標値生成部)、39…スイッチ、
40…ヘッド駆動系、41…位置検出系、381…WOFF目標値生成部、
382…スキュ角変動推定部、383…オフセット補正値生成部、384…加算部。

Claims (10)

  1. サーボ情報が記録されたサーボセクタ及びデータトラックが、ディスク面上に構成されたディスク媒体と、
    前記ディスク媒体上にデータを記録するライトヘッド、及び前記ディスク媒体上からデータを再生するためのリードヘッドを有するヘッドと、
    前記ヘッドを搭載し、前記ディスク媒体上の指定位置に位置決めするためのアクチュエータと、
    データ記録時に、前記リードヘッドにより読出されるサーボ情報を使用して、前記ライトヘッドを前記ディスク媒体上の指定されたデータトラックに位置決め制御する制御手段であって、前記ライトヘッドを前記データトラックにオントラックさせるための位置制御を行なうときに、前記ヘッドのスキュ角に依存する第1のオフセット量と、前記サーボセクタ毎にオフセット補正量として設定された第2のオフセット量とを加算して算出される記録用目標オフセット量に従って前記位置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ディスク記憶装置。
  2. 前記制御手段は、
    データ再生時に、前記リードヘッドを前記データトラックにオントラックさせるための位置制御を行なうときに、前記ヘッドのスキュ角に依存する一定値である再生用目標オフセット量に従って前記位置制御を実行することを特徴とする請求項1に記載のディスク記憶装置。
  3. 前記第2のオフセット量は、
    前記ディスク媒体の回転同期成分を抑圧するための同期抑圧補正量の1次成分を、前記ディスク媒体の回転中心と前記アクチュエータに搭載された前記ヘッドの位置関係に基づいて算出される位相角分だけシフトさせたオフセット補正量に、前記ヘッドが位置決めされた前記ディスク媒体上の半径位置に応じた逆数ゲインを乗じて算出されることを特徴とする請求項1に記載のディスク記憶装置。
  4. 前記制御手段は、
    データ記録時に、前記ヘッドの目標データトラックに対するオフセット量を検出する検出手段と、
    前記オフセット量と前記記録用目標オフセット量との偏差を算出する手段と、
    前記偏差を解消して、前記ヘッドを目標データトラックにオントラックさせるように前記アクチュエータを駆動制御する手段と
    を有することを特徴とする請求項1に記載のディスク記憶装置。
  5. 前記制御手段は、データ記録時に、前記記録用目標オフセット量を算出する目標値生成手段を有し、
    前記目標値生成手段は、
    予め測定された最適オフセット量に基づいて、前記ヘッドの目標位置情報から推定補間した前記第1のオフセット量を算出する手段と、
    前記サーボセクタに対応する前記ヘッドのスキュ角変動を推定した推定結果に基づいて、前記ヘッドの目標位置情報から前記第2のオフセット量を算出する手段と
    を含むことを特徴とする請求項1に記載のディスク記憶装置。
  6. 前記制御手段は、
    データ再生時に、前記リードヘッドを前記データトラックにオントラックさせるための位置制御を行なうための再生用目標オフセット量を生成する手段と、
    前記ヘッドの目標データトラックに対するオフセット量を検出する検出手段と、
    前記オフセット量と目標オフセット量との偏差を算出する手段と、
    前記偏差を解消して、前記ヘッドを目標データトラックにオントラックさせるように前記アクチュエータを駆動制御する手段と、
    データ再生時には前記目標オフセット量として前記再生用目標オフセット量を選択し、データ記録時には前記目標オフセット量として前記記録用目標オフセット量を選択する選択手段と
    を有することを特徴とする請求項1に記載のディスク記憶装置。
  7. サーボ情報が記録されたサーボセクタ及びデータトラックが、ディスク面上に構成されたディスク媒体と、前記ディスク媒体上にデータを記録するライトヘッド、及び前記ディスク媒体上からデータを再生するためのリードヘッドを有するヘッドと、前記ヘッドを搭載し、前記ディスク媒体上の指定位置に位置決めするためのアクチュエータとを有するディスク記憶に適用するヘッド位置決め制御方法であって、
    データ記録時に、前記リードヘッドにより読出されるサーボ情報を使用して、前記ライトヘッドを前記ディスク媒体上の指定されたデータトラックにオントラックさせるための位置制御を実行するときに、
    前記ヘッドのスキュ角に依存する第1のオフセット量を算出するプロセスと、
    前記サーボセクタ毎にオフセット補正量として設定された第2のオフセット量を算出するプロセスと、
    前記第1のオフセット量と前記第2のオフセット量とを加算して記録用目標オフセット量を算出するプロセスと、
    前記記録用目標オフセット量に従って、前記位置制御を実行することを特徴とするヘッド位置決め制御方法。
  8. データ再生時に、前記リードヘッドを前記データトラックにオントラックさせるための位置制御を実行するときに、
    前記ヘッドのスキュ角に依存する一定値である再生用目標オフセット量に従って前記位置制御を実行することを特徴とする請求項7に記載のヘッド位置決め制御方法。
  9. データ記録時に、前記ヘッドの目標データトラックに対するオフセット量を検出するプロセスと、
    前記オフセット量と前記記録用目標オフセット量との偏差を算出するプロセス、
    前記偏差を解消して、前記ヘッドを目標データトラックにオントラックさせるように前記アクチュエータを駆動制御するプロセスと
    を有することを特徴とする請求項7に記載のヘッド位置決め制御方法。
  10. データ再生時に、前記リードヘッドを前記データトラックにオントラックさせるための位置制御を行なうための再生用目標オフセット量を生成するプロセスと、
    前記ヘッドの目標データトラックに対するオフセット量を検出するプロセスと、
    前記オフセット量と目標オフセット量との偏差を算出するプロセスと、
    前記偏差を解消して、前記ヘッドを目標データトラックにオントラックさせるように前記アクチュエータを駆動制御するプロセスと、
    データ再生時には前記目標オフセット量として前記再生用目標オフセット量を選択し、データ記録時には前記目標オフセット量として前記記録用目標オフセット量を選択するプロセスと
    を有することを特徴とする請求項7に記載のヘッド位置決め制御方法。
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