JP4755932B2 - 磁気記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハードディスク装置などの磁気記録装置に関する。

ハードディスク等の磁気記録装置では、円盤状の磁気記録媒体に同心円状に複数のトラックを形成し、このトラック内にデータを記録することが行なわれる。このとき、データの記録再生を行なう磁気ヘッドの位置を制御するため、各トラックに、その中心位置を規定するためのサーボ信号が形成される。

また磁気記録媒体を回転駆動する際に生じる繰り返し揺れ（リピータブル・ランアウト：Repeatable run-out、以下ＲＲＯという）を補償するための情報（ＲＲＯ補償情報）をこのサーボ信号の一部に書込んでおき、当該データを用いてＲＲＯを低減する技術がある。

このＲＲＯ補償情報は、シリンダ、ヘッドごとに異なり、一つの磁気記録媒体全体で生成するべきＲＲＯ補償情報の数は膨大になっている。そこで、このＲＲＯ補償情報を短時間でかつ高い精度で求める方法が望まれている。

従来、ＲＲＯ補償情報を生成する方式として、制御対象のモデルを用いてＲＲＯを補償する情報を推定する方式と、繰り返し制御を用いる方式とが知られている。これらのうち、制御対象のモデルを用いる方式では、ハードディスクのドライブごとに精度の高いモデルを設計する必要があり、ドライブごとにキャリブレーションを行うため、生産性が低下する。

一方、繰り返し制御を用いる方式では、ＲＲＯ補償の対象となる外乱の周波数範囲を広くするために、広い周波数範囲でサーボ系の特性に合致し、かつ位相安定な繰り返し制御系を設計する必要があるが、かかる繰り返し制御系が得られていないのが現状である。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、ＲＲＯ補償の対象となる外乱の周波数範囲を拡大可能なＲＲＯ補償情報を生成できる磁気記録装置を提供することをその目的の一つとする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は 同心円状ないしスパイラル状にトラックが形成され、各トラックに少なくとも一つのサーボ信号を記録した磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体を回転駆動するスピンドルモータと、前記磁気記録媒体の略半径方向に移動可能に設置され、前記磁気記録媒体上に形成されたトラックの一つに位置決めされ、当該位置にて前記サーボ信号を含む信号を読み出す磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドで読み出したサーボ信号による、磁気ヘッドのトラックへの位置決め誤差信号を、互いに異なる周波数特性を有する複数の繰り返し制御系の各々に入力して、各繰り返し制御系ごとに、それぞれの周波数特性に対応する、前記磁気記録媒体の回転駆動における繰り返し揺れ（リピータブル・ランアウト）を検出し、それぞれ検出したリピータブル・ランアウトを補償する個別補償情報を生成する補償情報生成回路と、を含み、前記各繰り返し制御系ごとに生成した個別補償情報に基づく補償情報を前記サーボ信号に含めて記録し、前記リピータブル・ランアウトの抑制制御に用いることを特徴とする磁気記録装置。

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。本発明の実施の形態に係る磁気記録装置は、図１に示すように、円盤状の磁気記録媒体１、磁気ヘッドユニット２、駆動部３、Ｒ／Ｗ（リード／ライト）回路４、制御回路５、及び記憶部６を含んで構成される。

磁気記録媒体１は、その中心を軸としてスピンドルモータＳＰＭによって回転駆動される。また、この磁気記録媒体１上には、同心円状に複数のトラックが形成され、このトラックに沿ってデータが記録される。

磁気ヘッドユニット２は、少なくとも一つのアーム２１を含んで構成される。図２にそれぞれのアーム２１の概略構成を示すように、アーム２１の先端部には磁気記録媒体１を磁化してデータを記録する記録ヘッド２２と、磁気記録媒体１の磁化状態を検出してデータを再生する再生ヘッド２３とを備える。この磁気ヘッドユニット２は、磁気記録媒体１の近傍に配置され、所定の回転中心を中心とした予め定めた角度の範囲で、駆動部３によって回転駆動され、これにより磁気記録媒体１の略半径方向に、記録ヘッド２２や再生ヘッド２３が移動可能となる。

駆動部３は、磁気ヘッドユニット２を、その回転中心を中心とした予め定めた角度範囲で回転駆動するボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を含む。そして駆動部３は、このＶＣＭを制御して、磁気ヘッドユニット２の回転角度を制御する。これにより制御回路５から入力される指示によって指定されるトラックの位置に、記録ヘッド２２や再生ヘッド２３を移動させる。

Ｒ／Ｗ回路４は、制御回路５から。記録指示と記録の対象となるデータとの入力を受けて、この記録の対象となるデータを変調し、磁気ヘッドユニット２の記録ヘッド２２に出力して、当該データを磁気記録媒体１に記録させる。また、このＲ／Ｗ回路４は、再生ヘッド２３が出力する信号を復調し、それにより再生されたデータを制御回路５に出力する。

制御回路５は、例えばマイクロコンピュータであり、記憶部６に格納されるプログラムに従って動作する。この制御回路５の動作については、後で述べる。記憶部６は、ＲＡＭ（Random Access Memory）や、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）などの記憶素子を含んで構成され、制御回路５によって実行されるプログラムを保持している。またこの記憶部６は制御回路５のワークメモリとして動作する。

ここで制御回路５の動作について説明する。制御回路５は、製造時や出荷後の所定のタイミングで、予め記録されているサーボ信号（サーボアドレスやサーボバーストを含む）に、ＲＲＯ補償情報を追加的に記録し、再生する処理（ＲＲＯ補償情報生成処理）を実行する。

制御回路５は、こうしてサーボ信号として記録されたサーボアドレス、サーボバースト、及びＲＲＯ補償情報等を用いて、記録ヘッド２２と再生ヘッド２３との位置制御を行う。例えばこの制御回路５は、ホストとなるコンピュータからの再生または記録の要求に基づいて、記録ヘッド２２や再生ヘッド２３の位置を制御する信号を生成し、当該信号を駆動部３に対して出力する。このとき制御回路５は、磁気記録媒体１上に記録されているサーボ信号の一部に書き込まれたＲＲＯ補償情報を利用してＲＲＯによる記録ヘッド２２や再生ヘッド２３のトラックに対する位置ずれを補償する制御を行う。

つまり、制御回路５は、ホストから再生の要求を受けたときには、磁気記録媒体１上で、ホスト側が要求する情報の記録されているトラックへ再生ヘッド２３を移動する制御を行なうとともに、Ｒ／Ｗ回路４が出力する情報をホスト側へ出力する。またこの制御回路５は、ホストからの記録要求に従って駆動部３に対する指示を生成して出力し、情報を記録するトラックまで記録ヘッド２２を移動する制御を行なうとともに、Ｒ／Ｗ回路４に対して記録の対象となる情報を出力する。

以下、制御回路５によるＲＲＯ補償情報生成処理について説明する。なお、以下の説明では、磁気記録媒体１の各トラックには、予め磁気記録媒体１の周方向の所定角度ごとにサーボ信号が記録されているものとする。ここでサーボ信号には、図３に示すように、あるトラック（注目トラックと呼ぶ）の中心から注目トラックの外周側に隣接するトラックの中心までの範囲に記録されるバースト信号（Ａバースト）Ａと、注目トラックの中心から注目トラックの内周側に隣接するトラックの中心までの範囲に記録されるバースト信号（Ｂバースト）Ｂとを含む。

制御回路５は、ＲＲＯ補償情報生成処理を実行するにあたり、磁気記録媒体１上で予め記録されているバースト信号を用いて、トラックごと（シリンダ、及びヘッドごと）にＲＲＯ補償情報を生成する。制御回路５がこのＲＲＯ補償情報生成処理のためのプログラムを実行することで、本実施の形態の磁気記録装置は、機能的にＲＲＯ補償情報生成装置として動作し、図４に示すように、位置設定部３１と、位置誤差検出部３２と、繰り返しコントローラ３３と、コントローラ３４とを含んで構成される。また、繰り返しコントローラ（Repetitive Controller）３３は、第１コントローラ要素３５と、第２コントローラ要素３６とを含む。

位置設定部３１は、各トラック（ユニークなシリンダ、ヘッダ番号で特定される各トラック）に再生ヘッド２３を位置決めし、繰り返しコントローラ３３に対してＲＲＯ補償情報生成を行わせる処理を順次繰り返す。この位置設定部３１は、繰り返しコントローラ３３から、再生ヘッド２３が位置決めされているトラック（カレントトラックと呼ぶ）に含まれるサーボ信号に対するＲＲＯ補償情報の生成を完了した旨の信号が入力されると、次のトラックに再生ヘッド２３を位置決めする。

位置誤差検出部３２は、再生ヘッド２３が読み出すバースト信号の強度を記録し、上記Ａバーストの読み出し強度Ｐａと、Ｂバーストの読み出し強度Ｐｂとを用いて、位置誤差ＰＥＳ＝（Ｐａ−Ｐｂ）／（Ｐａ＋Ｐｂ）を演算して出力する。

繰り返しコントローラ３３は、位置誤差ＰＥＳに、自己の出力信号（当初は「０」でよい）を加算した補償位置誤差信号ＣＰＥをコントローラ３４に出力するとともに、この補償位置誤差信号ＣＰＥを「０」にするよう、フィードバック制御を行い、出力信号を生成して出力する。この繰り返しコントローラ３３の動作については後に述べる。

コントローラ３４は、補償位置誤差信号ＣＰＥの入力を受けて、この信号が「０」となる位置に磁気ヘッドユニット２を移動させる信号を生成し、駆動部３に出力する。このコントローラ３４の動作は、一般的なサーボ制御の動作と同様のものであり、例えば位相補償フィルタを用いた演算を行って、磁気ヘッドユニット２の移動方向と加速度とを定める信号を生成して、駆動部３に出力するものである。

このようにして制御回路５は、再生ヘッド２３を、位置決めしたトラックに追従させるように動作しながら、繰り返しコントローラ３３にＲＲＯ補償情報を生成させる。

以下、繰り返しコントローラ３３の動作について説明する。本実施の形態では、繰り返しコントローラ３３は、互いに周波数特性の異なる２つの繰り返しコントローラをコントローラ要素として含む。本実施の形態では、第１コントローラ要素３５と、第２コントローラ要素３６とを含む例を示している。

第１コントローラ要素３５と第２コントローラ要素３６とは、カレントトラック上のサーボ信号の一つを順次、注目サーボ信号として選択し、所定の

の型のフィルタにより、選択した注目サーボ信号に対するＲＲＯ補償情報を生成して、当該生成したＲＲＯ補償情報を注目サーボ信号に書き込む。この処理をカレントトラック上の各サーボ信号について完了すると、位置設定部３１に対してカレントトラックに含まれるサーボ信号に対するＲＲＯ補償情報の生成を完了した旨の信号を出力する。

第１コントローラ要素３５は、注目サーボ信号が記録されているｋ番目のセクタにおける位置誤差ＰＥＳに、繰り返しコントローラ３３の出力を加算したＣＰＥ値、ＣＰＥ（ｋ）を用い、

により、ｋよりＮだけ以前のセクタ（（ｋ−Ｎ）番目のセクタ）における出力値β１（ｋ−Ｎ）を演算する。ここでＮは、（１）式の分子の次数であり、Ｍは、一つのトラックに形成されているサーボ信号の数である。またＰ，Ｑは、Ｑ−Ｐ＋１＝Ｎとなるよう定めた値である。例えば、Ｐ＝−１、Ｑ＝１、Ｎ＝３とすることができる。

第１コントローラ要素３５は、注目サーボ信号のサーボ識別子（サーボＩＤ）に、ここで演算したβ１（ｋ−Ｎ）を関連づけて、記憶部６に格納する。

以下、予め定めた周回数に亘って、位置設定部３１は、カレントトラックへの再生ヘッド２３の追従動作を継続して行わせる。これにより再生ヘッド２３が注目サーボ信号を複数回読み取ることになる。

第１コントローラ要素３５は、注目サーボ信号が読み取られるごとに、ＣＰＥ（ｋ）を得て、

にて、β１（ｋ−Ｎ）を再び演算する。ここで、β１（ｋ−Ｎ−Ｍ）は、演算の時点で記憶部６に格納されているβ１（ｋ−Ｎ）を意味する。そして、この（２）式によって演算された新たなβ１（ｋ−Ｎ）を、記憶部６に格納されたβ１（ｋ−Ｎ）、つまりβ１（ｋ−Ｎ−Ｍ）に上書きして、記憶部６の内容を更新する。

また、第２コントローラ要素３６もまた、注目サーボ信号が記録されているｋ番目のセクタにおける位置誤差ＰＥＳに、繰り返しコントローラ３３の出力を加算したＣＰＥ値、ＣＰＥ（ｋ）を用い、

により、ｋよりＮだけ以前のセクタ（（ｋ−Ｎ）番目のセクタ）における出力値β２（ｋ−Ｎ）を演算する。

第２コントローラ要素３６は、注目サーボ信号のサーボ識別子（サーボＩＤ）に、ここで演算したβ２（ｋ−Ｎ）を関連づけて、記憶部６に格納する。

以下、予め定めた周回数に亘って、注目サーボ信号が読み取られるごとに、第２コントローラ要素３６はＣＰＥ（ｋ）を得て、

にて、β２（ｋ−Ｎ）を再び演算する。ここで、β２（ｋ−Ｎ−Ｍ）は、演算の時点で記憶部６に格納されているβ２（ｋ−Ｎ）を意味する。そして、この（３）式によって演算された新たなβ２（ｋ−Ｎ）を、記憶部６に格納されたβ２（ｋ−Ｎ）、つまりβ２（ｋ−Ｎ−Ｍ）に上書きして、記憶部６の内容を更新する。

この結果、記憶部６には、図５に示すようなテーブルが格納された状態となる。上記予め定めた周回数分だけ、カレントトラックに含まれる各サーボ信号についてのＲＲＯ補償情報β１、β２が更新されると、繰り返しコントローラ３３は、カレントトラックに含まれる各サーボ信号に対応して記録されているＲＲＯ補償情報β１（ｋ−Ｎ），β２（ｋ−Ｎ）（本発明における個別補償情報に相当する）に基づいて、書き込むべきＲＲＯ補償情報β（ｋ−Ｎ）を、
β（ｋ−Ｎ）＝β１（ｋ−Ｎ）＋β２（ｋ−Ｎ）
として算出し、このβ（ｋ−Ｎ）を、対応するサーボ信号（ｋ番目のセクタにおけるサーボ信号）に追記する。

そして繰り返しコントローラ３３は、位置設定部３１に対してカレントトラックに含まれるサーボ信号に対するＲＲＯ補償情報の生成を完了した旨の信号を出力する。

ここで、（２）式によって特徴づけられる第２コントローラ要素３６の周波数特性は、基本的に、磁気記録媒体１の回転周波数の整数倍（１，２，３…倍）においてピークを有するピークフィルタの特性と、ローパスフィルタとしての特性とを乗じたものであり、回転周波数の整数倍に位置するピークの値が低周波数ほど高くなるように構成される。具体的な例としてこの第２コントローラ要素３６の特性は図６のボード線図（Bode Diagram）に示すように、キロヘルツオーダーを超える高周波領域でのゲインが低下するように設計されている。

また、（３）式によって特徴づけられる第１コントローラ要素３５の周波数特性は、基本的に、磁気記録媒体１の回転周波数の整数倍（１，２，３…倍）においてピークを有するピークフィルタの特性を有し、高周波数領域でゲインがほぼ１．０となり、かつ回転周波数の整数倍の周波数では、位相が「０」となるフィルタ特性を有する。具体的な例として、この第１コントローラ要素３５の特性は図７のボード線図に示すように、メガヘルツオーダー未満の低周波領域において、ゲインが直線的に低下する特性を有する。

つまり本実施の形態において第１コントローラ要素３５は、ＲＲＯのうち、比較的低周波領域の成分に対応するＲＲＯ補償情報を生成するのに対して、第２コントローラ要素３６は、比較的高周波領域の成分に対応するＲＲＯ補償情報を生成する。また本実施の形態において特徴的なことの一つは、この第２コントローラ要素３６の特性が、高周波領域においてゲイン「１」に漸近するよう設定され、高周波領域ではＰＥＳがそのまま出力されるように設計されることである。これによりサーボ系のモデルに合わせたＲＲＯ補償情報が生成される。

このように本実施の形態によると、現実に発生するＲＲＯについて、互いに異なる周波数領域の範囲ごとに部分的な個別のＲＲＯ補償情報を生成し、これらを組み合わせてＲＲＯ補償情報を生成する。これにより、ＲＲＯ補償の対象となる外乱の周波数範囲を拡大可能なＲＲＯ補償情報を生成できる。

なお、位置誤差検出部３２は、位置誤差ＰＥＳ＝（Ｐａ−Ｐｂ）／（Ｐａ＋Ｐｂ）をそのまま出力するのに代えて、ピークフィルタを適用して出力してもよい。ここでピークフィルタは、キロヘルツオーダー以上の、比較的高周波の領域におけるゲインが、キロヘルツオーダー未満の、比較的低い周波数領域におけるゲインに比べて小さくなるよう設定されることが好ましい。これによりサーボマージン（すなわちサーボ制御のロバスト性）を向上できる。これはＲＲＯの成分が主として上記低周波領域に含まれているからである。

本実施の形態において生成されるＲＲＯ補償情報を用いた場合の、ＲＲＯの周波数成分ごとの累積強度を図８に示す。図８では、比較のため、ＲＲＯ補償をまったく行わない場合（Ａ）と、従来のＲＲＯ補償を行う場合（Ｂ）と、本実施の形態の磁気記録装置によるＲＲＯ補償情報を用いたＲＲＯ補償を行った場合（Ｃ）とを示している。

図８に示すように、従来のものでも、約３キロヘルツまではＲＲＯが抑制されているものの、１０キロヘルツオーダーの領域ではＲＲＯが効果的に抑制されていない。一方、本実施の形態のものによれば、１０キロヘルツオーダーを超える領域においてもＲＲＯが比較的効果的に抑制されている。

本発明の実施の形態に係る磁気記録装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る磁気記録装置の磁気ヘッドユニットの一部構造例を表す概略図である。 サーボ信号に含まれるバースト信号の例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る磁気記録装置のＲＲＯ補償情報を生成する際の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る磁気記録装置でのＲＲＯ補償情報の生成過程で記録される情報の例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る磁気記録装置の繰り返しコントローラに含まれる複数の要素のうち一つの周波数特性を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る磁気記録装置の繰り返しコントローラに含まれる複数の要素のうち別の一つの周波数特性を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る磁気記録装置の動作例を表す説明図である。

符号の説明

１ 磁気記録媒体、２ 磁気ヘッドユニット、３ 駆動部、４ Ｒ／Ｗ回路、５ 制御回路、６ 記憶部、２１ アーム、２２ 記録ヘッド、２３ 再生ヘッド、３１ 位置設定部、３２ 位置誤差検出部、３３ 繰り返しコントローラ、３４ コントローラ、３５ 第１コントローラ要素、３６ 第２コントローラ要素。

Claims (4)

1. 同心円状ないしスパイラル状にトラックが形成され、各トラックに少なくとも一つのサーボ信号を記録した磁気記録媒体と、
   前記磁気記録媒体を回転駆動するスピンドルモータと、
   前記磁気記録媒体の略半径方向に移動可能に設置され、前記磁気記録媒体上に形成されたトラックの一つに位置決めされ、当該位置にて前記サーボ信号を含む信号を読み出す磁気ヘッドと、
   前記磁気ヘッドで読み出したサーボ信号による、磁気ヘッドのトラックへの位置決め誤差信号を、互いに異なる周波数特性を有する複数の繰り返し制御系の各々に入力して、各繰り返し制御系ごとに、それぞれの周波数特性に対応する、前記磁気記録媒体の回転駆動における繰り返し揺れ（リピータブル・ランアウト）を検出し、それぞれ検出したリピータブル・ランアウトを補償する個別補償情報を生成する補償情報生成回路と、
   を含み、
   前記各繰り返し制御系ごとに生成した個別補償情報に基づく補償情報を、前記サーボ信号に含めて記録し、前記リピータブル・ランアウトの抑制制御に用いることを特徴とする磁気記録装置。
2. 請求項１に記載の磁気記録装置であって、
   前記補償情報生成回路は、前記位置決め誤差信号に前記磁気記録媒体の回転周波数の整数倍にピークを有するピークフィルタを適用して、前記複数の繰り返し制御系の各々に入力することを特徴とする磁気記録装置。
3. 請求項１に記載の磁気記録装置であって、
   前記繰り返し制御系には、前記磁気記録媒体の回転周波数の整数倍にピークを有するピークフィルタの特性と、高周波領域に向かうほどゲインが低下するローパスフィルタの特性とを乗じた特性を有する系と、
   前記磁気記録媒体の回転周波数の整数倍にピークを有するピークフィルタの特性と、低周波領域に向かうほどゲインが低下する特性とを有する系と、を含むことを特徴とする磁気記録装置。
4. 請求項１に記載の磁気記録装置であって、
   前記繰り返し制御系には、前記磁気記録媒体の回転周波数の整数倍にピークを有するピークフィルタの特性と、高周波領域に向かうほどゲインが低下するローパスフィルタの特性とを乗じた特性を有する系と、
   前記磁気記録媒体の回転周波数の整数倍にピークを有するピークフィルタの特性と、高周波領域においてゲインが１に漸近する特性とを有する系と、を含むことを特徴とする磁気記録装置。

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