JP4493261B2 - 磁気ディスクおよびサーボ方式 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報記録装置として広く普及しているＨＤＤ（ハードディスクドライブ）においてデータの保存を行う磁気ディスクおよびサーボ方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来のＨＤＤの外観構成を示す斜視図である。符号６６で示すＨＤＤは、情報記憶装置として広く普及しており、磁気ディスク６１に書き込まれているサーボ信号に基づいて磁気ヘッド６３の位置決めを行っている。また、符号６２はスピンドルモータ、６４はアクチュエータ、および６５は制御回路である。
【０００３】
従来のＨＤＤにおけるサーボ信号記録方式は、データ面サーボ方式、サーボ面サーボ方式、ハイブリッドサーボ方式の３種類に分類される。
【０００４】
まず、図７を参照して、従来のデータ面サーボ方式（セクターサーボ方式ともいう）について説明する。この方式では、磁気ディスク６１のデータ面を一定領域毎に区切り（例えば、トラックとセクタ）、各領域の先頭にサーボ信号７１を書き込む。このような構成の場合、制御はサンプリング制御となるが、データ７２のあるデータ面とサーボ信号７１のあるサーボ面とが同一の磁気ディスクの同一面であるため、サーボ動作中の位置決め精度は比較的高い。一方、高速で、連続的な制御は困難である。
【０００５】
次に、図８を参照して、従来のサーボ面サーボ方式について説明する。この方式では、磁気ディスク６１が２枚以上の複数枚あり、その中の一面６１ａの全面をサーボ信号７１とするサーボ信号記録面とし、他の面６１ｂの全面をデータ７２とするデータ情報記録面としている。このような構成の場合、高速で、ほぼ連続的な制御が可能であり、サーボ帯域も高周波とすることが可能である。しかし、データ面とサーボ面とが違う磁気デイスクの面であるため、磁気ディスクの偏芯や部品のばらつき等による誤差を吸収できず、高精度な位置決めは期待出来ない。
【０００６】
次に、図９を参照して、従来のハイブリッドサーボ方式について説明する。この方式では、磁気ディスク６１が複数枚あり、上述の図８のサーボ面サーボ方式と同様に、それら磁気ディスクの中の一面６１ａを全面サーボ信号７１ａとし、さらに上述の図７のデータ面サーボ方式と同様に、他の一面のデータ面６１ｂにも一定領域の先頭毎にサーボ信号７１ｂを書き込んでいる。そして、２つのサーボ信号７１ａ、７１ｂについて制御回路６５おいて協調動作するように処理し、サーボ動作を行っている。このような構成の場合、連続的な制御が可能であり、かつサーボ動作中の位置決め精度は高い。しかし、複数の磁気ディスク６１、複数の磁気ヘッド６３が必ず必要であるため、依然ばらつきの要因は存在し、製造コストも高い。
【０００７】
さらに、図１０および図１１を参照して、一般的なサーボ信号について説明する。まず、図１０に示すように、サーボ信号７１は磁気ディスク上に、等間隔に複数のビット１０１を配置したクロックパターン１０２と、各トラック１０３を中心として半径方向へ線対称に配置されたＡ相１０４・Ｂ相１０５と、Ａ相１０４・Ｂ相１０５よりも半ピッチずらして配置されたＣ相１０６・Ｄ相１０７からなる位置検出パターン１０８と、から構成される。なお、符号１０９はトラック番号検出信号である。
【０００８】
クロックパターン１０２の信号により、例えばＰＬＬ（位相ロックループ）を用いてサーボタイミングクロックを生成する。このサーボタイミングクロックを基にＡ相１０４・Ｂ相１０５の信号を再生し、信号振幅について（Ａ相−Ｂ相）を計算する。目標トラック１０３に対して磁気ヘッド６３の位置がずれていた場合には、Ａ相１０４・Ｂ相１０５の信号に振幅差が現れるため、目標トラック１０３に対する相対位置を検出することが可能である。また、Ａ相１０４・Ｂ相１０５の各中心付近（トラックピッチ１１０から約半分ずれた位置）を磁気ヘッド６３が通過した場合に、磁気ヘッド６３の特性により再生出力が飽和してしまい、正確な位置検出が出来ない。そこで、Ｃ相１０６・Ｄ相１０７を設けることでその補完を行い、精度の高い位置検出が可能となる。
【０００９】
磁気ヘッド６３の絶対位置を知るためには、トラック番号を知る必要がある。トラック番号を知る方法としては、サーボパターン７１にトラック番号を検出するための専用番号１０９を追加する方法（グレイコード）と、基準トラックからトラック１０３が移り変わる毎にカウンタを増減させる方法と、の２方法がある。
【００１０】
図１１において、従来の磁気ディスク６１では、ディスク全面に磁性体が存在しているが、微視的には形状・サイズともランダムな結晶粒１１１の集合体である。このようなランダムな結晶粒１１１からなる磁気ディスク６１の磁化を行った場合には、ビット１０１の境界はそれら結晶粒１１１に沿うため、図１１の（Ｂ）に示すようなジグザグ状となる。これは、磁気ヘッド６３による信号再生時のノイズ原因となる。ビットサイズの微細化を進めると、それに伴い再生信号出力も減少するため、そのノイズの影響が相対的に大きくなり、磁気ディスクの高密度化に対する課題となっていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは、図１２に示すような、パターンドメディア（特開２００１−１１００５０号公報を参照）を用いれば、上記のようなビット１０１の境界のジグザグ状が原因のノイズを解消できるのではないかと考えた。このパターンドメディア１２１では、図１２に示すように、形状・サイズを人工的に揃えたビット１０１を、離散化して規則的に配列している。これにより、ビット１０１間の磁気的な干渉が無くなるためにノイズが低減する。また、ビットサイズを微細化しても磁気ヘッド６３による信号再生時に十分なＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を確保でき、高密度化を行うことが可能となる。
【００１２】
一方、このようなパターンドメディア１２１において、信号の再生／記録を行う場合には、各ビット１０１が離散化かつ微細化されているために、磁気ヘッド３の精密な位置決めが必要となる。
【００１３】
ところが、従来のＨＤＤでは、トラックピッチは約１μｍ、サーボサンプリングレートは数十ｋＨｚ程度でしかない。
【００１４】
パターンドメディア１２１では、トラックピッチは従来の１／１０である０．１μｍと考えられる。また、必要サンプリングレートもそれに比例して上昇し、数百ｋＨｚ〜１ＭＨｚと大きな値となる。そして、パターンドメディア１２１のビット上に描かれたサーボパターンの偏芯を２０μｍとすると、その偏芯を上記のトラックピッチの１／１０程度にまで圧縮する必要がある。これを一度のフィードバック制御で行うとすると、６０ｄＢ以上のハイゲインが必要となる。
【００１５】
従来のＨＤＤに最も多く採用されている図７で説明したデータ面サーボ方式（セクターサーボ方式）は、セクタ毎のサンプリング制御である。そのため、この方式を図１２で説明した上記のパターンドメディアへ適用することを考えると、上記段落に記載のような必要サンプリングレートの上昇により、セクタ数（即ち、サンプリングレート）が不足する可能性がある。このサンプリングレートの不足により、サーボ性能が低下した場合には、従来の磁気ディスク６１では図７で示すように磁性体（磁気ディスク６１のサーボ面）が連続的な磁性体であるため、目標トラック１０３に対する磁気ヘッド６３の位置に一時的なずれが発生しても目標トラック１０３の位置に復帰可能である。それに対し、図１２のパターンドメディア１２１で、目標トラック１０３に対する磁気ヘッド６３の位置にずれが発生すると、離散化された磁性体であるビット１０１を見失い、つまり磁気ヘッド６３がビット１０１が存在しない領域に位置してしまうと、位置情報が全く得られなくなってしまうため、最悪の場合は、サーボ制御が不能となる可能性があった。
【００１６】
また、従来のサーボ面サーボ方式、ハイブリッドサーボ方式では、前述したように、高精度な位置決めができない、コストが高いというような難点があるので、これら方式をパターンドメディア１２１へ適用することは不適切である。
【００１７】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、その目的は、ノイズの減少が期待できるパターンドメディアを利用した磁気ディスクであって、磁気ヘッドの安定した精密位置決めが実現可能な磁気ディスク、およびその磁気ディスクに適したＨＤＤのサーボ方式を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の記録ディスクは、形状・大きさを人工的に揃え、離散化した磁気ビットを規則的に配置したパターンドメディアであって、サーボ領域とデータ領域の両方を備えた上部記録層と、全面を連続サーボ領域とした連続的な磁性体からなる下部記録層と、前記上部記録層と前記下部記録層との間に介在して両記録層の磁気的な干渉を防ぐ分離層とを基板の片面側に堆積させた構造を有することを特徴とする。
【００１９】
ここで、好ましくは、前記下部記録層へのサーボ動作用のデータの書込みは磁気転写技術を用いて行われる。
【００２０】
また、上記目的を達成するため、本発明のサーボ方式は、本発明による上記の磁気ディスクと、該磁気ディスクを回転させるスピンドルモータと、該磁気ディスクのデータを再生／記録する磁気ヘッドと、該磁気ヘッドを駆動するアクチュエータと、該磁気ヘッドの位置決めやデータ処理を行う制御回路とを含むハードディスクドライブのサーボ方式であって、一つの前記磁気ヘッドにより前記磁気ディスクの前記上部記録層のデータと前記下部記録層のデータとを同時に再生し、前記下部記録層に書き込まれたデータによる連続サーボ動作と前記上部記録層の前記サーボ領域のデータによる離散サーボ動作の協調動作により、上部記録層のサーボ領域では離散サーボ動作を行い、上部記録層のデータ領域では連続サーボ動作を行うことで前記磁気ヘッドの位置決めを行うことを特徴とする。
【００２２】
（作用）
本発明では、一つの磁気ヘッドにより複数の記録層のデータを同時に再生し、下部の記録層のデータによる連続サーボ動作と、上部の記録層のデータによる離散サーボ動作とを協調動作させることで、磁気ヘッドの安定した精密位置決めを実現する。
【００２３】
【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詳細に説明する。
（２層記録媒体の構成）
図１は、本発明を適用する２層の記録層を持つ媒体（磁気ディスク）１１の構成を示し、（Ａ）はその上面図、（Ｂ）はその断面図である。この２層記録媒体１１は、上部記録層１２と、下部記録層１３と、これら上下の記録層について磁気的な干渉を防ぐ分離層１４と、を基板１５の片側に堆積させた構造を有している。
【００２４】
なお、図１の構成は理解しやすい様に概略を模式的に示すもので、実際には、例えば、基板１５、第１の下地層（図示しない）、下部記録層１３、分離層１４、第２の下地層（図示しない）、上部記録層１２、カーボン保護層（図示しない）を順に積層した構造体となっている。
【００２５】
２層記録媒体１１は、上部記録層１２は例えば３０００Ｏｅ程度の低保磁力Ｈｃ１とし、後述の図３に示す磁気ヘッド３３による記録を可能とする。下部記録層１３は例えば６０００Ｏｅ程度の高保磁力Ｈｃ２（Ｈｃ１≪Ｈｃ２）とし、磁気ヘッド３３による記録は不可であるが、製造メーカ側で磁気転写等の技術を用いることで、サーボ情報や消去不可である情報を埋め込み、ＲＯＭ領域として使用することができる。
【００２６】
磁気転写技術の基本的な内容に関しては、特開２００１−３４９３９号公報に開示されている。また、上記のような２層記録媒体への転写技術の詳細については、本出願人が提案した特願２００１−２７９９０７号（平成１３年９月１４日出願）に詳述されている。
【００２７】
本発明に対する理解をより容易にするため、その特願２００１−２７９９０７号に詳述されている２層記録媒体への転写技術の概要を以下に簡潔に説明する。
【００２８】
まず、初期化工程において、２層記録媒体１１に対して水平方向の磁界であって、上記のＨｃ１およびＨｃ２よりも大きい外部磁界Ｈｃ３を印加することにより、上部記録層１２，下部記録層１３ともに初期磁化される。
【００２９】
次に、下部記録層１３への転写工程において、線形状または島形状のパターンに加工された軟磁性層（軟磁性パターン）が表面部分に埋め込まれた非磁性基板からなる磁気転写マスターディスク（図示しない）を、上記の２層記録媒体１１の上部記録層１２に密着または近接させた状態で、外部磁界Ｈｅｘを２層記録媒体１１に対して水平方向に印加する。この時、外部磁界Ｈｅｘは初期磁界Ｈｃ３と反対方向の磁界で、大きさはＨｃ１≪Ｈｅｘ、Ｈｃ２≒Ｈｅｘを満たすものとする。
【００３０】
この結果、外部磁界Ｈｅｘが上部記録層１２の保磁力Ｈｃ１よりも十分大きいので、マスタディスクの軟磁性パターン（図示しない）の存在のいかんに関わらず、上部記録層１２は外部磁界Ｈｅｘの磁界の方向（即ち、初期磁化と反対方向）に一様に磁化される。一方、下部記録層１３では軟磁性パターンの下の漏れ磁界が磁化を反転させる程大きくないため、軟磁性パターンの下では初期磁化はそのまま保たれるが、軟磁性パターンが無い部分では外部磁界Ｈｅｘにより磁化は反転する。このように、下部記録層１３には、マスタディスクの軟磁性パターンの転写が行われる。
【００３１】
このようにして、ユーザー側では書き込み、消去が不可能な下部記録層１３には、上記の磁気転写技術を用いて、全面を連続サーボ領域とした従来の磁気ディスクと同等となるように、サーボ信号が全面に記録される。
【００３２】
２層記録媒体１１に記録された信号の再生は１個の磁気ヘッド３３で行う為、下部記録層１３と上部記録層１２の信号が重畳されて検出されるが、下部記録層１３と上部記録層１２の再生信号の分離を行う方法として、例えば再生信号の振幅の相違を用いる方法がある。すなわち、磁性体がいったん大きな磁場を経験すると、磁場が零でも一定の残留磁化が残る。磁場体の内部には残留磁化が残ることにより、その磁化を打ち消そうとする方向に磁場が発生し、これを減磁場という。予め、各記録層の残留磁化による出力電圧は判っているので、磁気ヘッド３３で読み取った再生信号を高周波でサンプリングし、波形解析を行うことにより、再生信号が何れの記録層によるのかを把握することが出来る。
【００３３】
（２層パターンドメディアの構成）
図２は、本発明の一実施形態における２層パターンドメディア２１の構成を示し、（Ａ）はその上面図、（Ｂ）はその断面図である。
【００３４】
本発明の２層パターンドメディア２１は、上述の２層記録媒体１１と同じく、上部記録層２２と、下部記録層１３と、上下の記録層について磁気的な干渉を防ぐ分離層１４とを基板１５の片側に堆積させた構造を有している。
【００３５】
上部記録層２２は前述の図１２に示すような形状・サイズを人工的に揃えたビット２３を、離散化して規則的に配列した構成のパターンドメディアであり、データ領域と離散化したサーボ領域とから構成される。一方、下部記録層１３は従来の磁気ディスクと同等の構造であり、全面サーボ領域とする。サーボパターンの下部記録層１３への記録は、上述のように磁気転写技術等を用いる。
【００３６】
（サーボ方式）
次に、図３のＨＤＤの構成図と図４のフローチャートを参照して、本発明の一実施形態における２層パターンドメディア２１に対するのサーボ動作について説明する。
【００３７】
一つの磁気ヘッド３３によって、上下部記録層２２、１３の信号を同時に読み込む（図４のステップ４１）。読み込まれた信号は、制御回路３５において、例えばコードや帯域周波数の違いにより分離する（ステップ４２）。分離した上下部記録層２２、１３の信号について、並列処理を行う。
【００３８】
上部記録層２２の検出信号（ステップ４３）により、サンプリング制御の位置補正（ステップ４６）、およびデータの再生／記録を行う（ステップ４８）。ここで、磁気ヘッド３３の位置決め精度は、トラック幅の１／１０程度の高精度とし、磁気ヘッド３３をトラック中心に位置補正する。
【００３９】
下部記録層１３は、全てサーボ領域であるため、位置検出→位置補正を繰り返し、ほぼ連続でサーボ動作を行う（ステップ４４→４５、４７→４９、４４→４５、…）。この時、上下部記録層２２、１３のサーボ動作を連携しており、ステップ４６の上部記録層２２によるサーボ動作が完了して、ステップ４８のデータ領域のデータ再生／記録の開始となるタイミングで、上部記録層２２によるサーボ動作を補完するように、ステップ４９での下部記録層１３によるサーボ動作を行う。その後、ステップ４１の信号一括読込みに再び戻り、上述の動作を繰り返す。
【００４０】
図５は上記の本発明のサーボ動作と比較するために、従来のサーボ動作を示すフローチャートである。まず、クロックパターンを読込み（ステップ５１）、クロックパターンの信号により、例えばＰＬＬを用いてサーボタイミングクロックを生成し（ステップ５２）、サーボタイミングクロックを基に位置検出パターンを読込み（ステップ５３）、位置検出パターンの信号からＡ相−Ｂ相、Ｃ相−Ｄ相の信号振幅値を算出し（ステップ５４）、目標トラックに対して磁気ヘッドの位置がずれていた場合には、Ａ相・Ｂ相、Ｃ相・Ｄ相の信号に振幅差が現れるため、これら振幅値から目標トラックに対する相対位相を検出し（ステップ５５）、サーボパターンのトラック番号の検出、または基準トラックからトラックが移り変わる毎にカウンタを増減させることで、トラック位置を検出し（ステップ５６）、磁気ヘッド６３の絶対位置を検出し（ステップ５７）、これら検出値を基に磁気ヘッド６３の位置を補正してから（ステップ５８）、データの再生／記録を行っている（ステップ５９）。その後、再びクロックパターンの読込みのステップ５１に戻り、上述の動作を繰り返す。
【００４１】
このように、図６〜図１０に示したような従来の磁気ディスク６１では、データ領域において実質的なサーボ動作は行われていなかったため（ステップ５９）、アクチュエータ６４への最終指令値による加速度や、ノイズの影響により磁気ヘッド６３の位置がずれる可能性があった。従って、図１１のパターンドメディア１２１で磁気ヘッド６３の位置ずれが起きて、ビット１０１が存在しない領域に位置してしまうと、位置情報が全く得られなくなってしまうため、最悪の場合、制御不能になることが考えられる。
【００４２】
それに対し、本発明では上下部記録層２２、１３により連続でサーボがかかっているので（図４のステップ４３、４６、およびステップ４４、４５、４７、４９）、ビット２３を見失うことが防止でき、安定した高精度の位置決めが可能である。
【００４３】
（他の実施形態）
また、上下部記録層２２、１３による本発明のサーボ動作の分担について、別の実施形態が可能である。この場合は、下部記録層１３のサーボ領域により、フィードフォワード制御を行う。位置決め精度はやや粗めとし、例えばトラック幅程度まで偏芯を圧縮する。そして、上部記録層２２のサーボ領域により、フィードバック制御を行う。この時、下部記録層１３のサーボ動作により圧縮された誤差を、上部記録層２２のサーボ動作によって、さらにトラック幅の１／１０程度まで圧縮し、高精度の位置決めを行う。この協調動作により、トータルでのサーボゲインを増加することが可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、データ領域とサーボ領域とを備えたパターンドメディアである上部記録層と、全面をサーボ領域とした従来の磁気ディスクと同等の下部記録層と、上部記録層と下部記録層との磁気的な干渉を防ぐ分離層とを基板の片面に堆積させた構造を有する磁気ディスクを用いてサーボ動作を行うので、一つの磁気ヘッドにより複数の記録層のデータを同時に再生し、下部記録層のデータによる連続サーボ動作と、上部記録層のデータによる離散サーボ動作とを協調動作させることができ、これにより安定した精密位置決めを行うことができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する２層の記録層を持つ２層記録媒体（磁気ディスク）の構成を示し、（Ａ）はその上面図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ切断線に沿う断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における２層パターンドメディア（２層パターンド媒体）の構成を示し、（Ａ）はその上面図、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ切断線に沿う断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における２層パターンドメディアを搭載したＨＤＤの外観構成を一部切り欠きで示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態における２層パターンドメディアに対するサーボ動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明のサーボ動作と比較するために、従来のサーボ動作を示すフローチャートである。
【図６】従来のＨＤＤの外観構成を示す斜視図である。
【図７】従来のデータ面サーボ方式による媒体とＨＤＤの外観構成を示す斜視図である。
【図８】従来のサーボ面サーボ方式による媒体とＨＤＤの外観構成を示す斜視図である。
【図９】従来のハイブリッドサーボ方式による媒体とＨＤＤの外観構成を示す斜視図である。
【図１０】一般的なサーボ信号の配列構成を示す模式図である。
【図１１】従来の磁気ディスクの磁性体の微視的な結晶粒と磁化されたビットの形状の一例を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその一部拡大図である。
【図１２】本発明に利用可能なパターンドメディアの構成を説明する図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその一部拡大図、（Ｃ）はそのＣ−Ｃ切断線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１１ ２層記録媒体（磁気ディスク）
１２ 上部記録層
１３ 下部記録層
１４ 分離層
１５ 基板
２１ ２層パターンドメディア（２層パターンド媒体）
２２ 上部記録層
２３ ビット
３２、６２ スピンドルモータ
３３、６３ 磁気ヘッド
３４、６４ アクチュエータ
３５、６５ 制御回路
３６、６６ ＨＤＤ
６１、６１ａ，６１ｂ 磁気ディスク
７１、７１ａ，７１ｂ サーボ信号
７２ データ
１０１ ビット
１０２ クロックパターン
１０３ トラック
１０４ Ａ相
１０５ Ｂ相
１０６ Ｃ相
１０７ Ｄ相
１０８ 位置検出パターン
１０９ トラック番号検出信号
１１０ トラックピッチ
１１１ 結晶粒
１２１ パターンドメディア（パターンド媒体）

Claims (3)

1. 形状・大きさを人工的に揃え、離散化した磁気ビットを規則的に配置したパターンドメディアであって、サーボ領域とデータ領域の両方を備えた上部記録層と、
   全面を連続サーボ領域とした連続的な磁性体からなる下部記録層と、
   前記上部記録層と前記下部記録層との間に介在して両記録層の磁気的な干渉を防ぐ分離層と
   を基板の片面側に堆積させた構造を有することを特徴とする磁気ディスク。
2. 請求項１に記載の磁気ディスクにおいて、前記下部記録層へのサーボ動作用のデータの書込みは磁気転写技術を用いて行われることを特徴とする磁気ディスク。
3. 請求項１に記載の磁気ディスクと、該磁気ディスクを回転させるスピンドルモータと、該磁気ディスクのデータを再生／記録する磁気ヘッドと、該磁気ヘッドを駆動するアクチュエータと、該磁気ヘッドの位置決めやデータ処理を行う制御回路とを含むハードディスクドライブのサーボ方式であって、
   一つの前記磁気ヘッドにより前記磁気ディスクの前記上部記録層のデータと前記下部記録層のデータとを同時に再生し、
   前記下部記録層に書き込まれたデータによる連続サーボ動作と前記上部記録層の前記サーボ領域のデータによる離散サーボ動作の協調動作により、上部記録層のサーボ領域では離散サーボ動作を行い、上部記録層のデータ領域では連続サーボ動作を行うことで前記磁気ヘッドの位置決めを行う
   ことを特徴とするサーボ方式。

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