JP5630272B2 - 磁気記録再生装置およびそのコントローラ - Google Patents

Description

本発明は、磁気記録再生装置に関する。

現在のハードディスクドライブでは、磁気ヘッドと磁気記録媒体の特定の組み合わせにおいて出来るだけ記録密度を高めて大容量記録を実現するために、記録電流やトラック密度、さらには、磁気記録再生ヘッドの浮上高さ制御用のヒーターパワーなどの最適化処理が行われている。最適となる条件は、ヘッド浮上性の周速依存やスキュー依存、さらには磁気記録媒体の磁気特性の半径依存などによって、半径によって異なる。このため、一般には、半径に依存した最適化処理が磁気記録媒体の記録再生に対して行われる。具体的には、各半径において記録密度が最大となるように、書込み電流、トラック間の距離（以下「トラックピッチ」という。）及び線記録密度、並びに浮上高さ制御用のヒーターパワーを選択し、結果としてドライブ記憶容量が最適化される。

特許文献１には、記録信号及び再生波形の補正を行う磁気ディスク装置が開示されている。特許文献１記載の磁気ディスク装置は、その動作中、上位装置からのデータを受信すると、記録系が、当該データを記録信号に変換して磁気ヘッドに出力することで、当該記録信号を磁気ディスクに記録する。このとき、プレシフタは、記録信号を遅延させる等の補正をしている。このときの補正量は、記録時補正量算出手段が、再生波形のピーク位置に基づいて算出している。一方、当該装置の再生系は、磁気ヘッドが磁気ディスクから再生した再生波形をデータに変換して上位装置に出力する。このとき、フィルタは、当該再生波形の振幅等を補正している。このときの補正量は、再生時補正量算出手段が、再生波形のパルス幅に基づいて算出している（特許文献１段落［０００８］〜［０００９］）。当該装置によれば、補正量をトラック毎に算出しておくことで、磁気ディスクの製造時のばらつき等を吸収する補正量を算出することができる（特許文献１段落［００２１］、［００２６］〜［００２７］等）。

また、特許文献２には、再生信号出力の補償を行うために、磁気記録再生ヘッドの浮上量制御をヒーターを用いて行う機構が開示されている。

特開平８−４５００７号公報 特開２００９−１２９５３２号公報

実際の磁気記録媒体では、半径方向だけでなく周方向にも緩やかな特性分布をもつ場合がある。このような磁気記録媒体を使って半径方向のみに依存した記録再生の最適化処理を従来通りに行うと、周方向も含めて最適化が行われた場合に原理的に得られるはずの記憶容量に対して大きく劣る可能性がある。特に、書込み性能について周方向にムラがあった場合、周方向で一定の条件では、書込み性能が高い部分では広いライト幅となってトラックピッチを狭められず、逆に書込み性能が低い部分においては、書込み性能が高い部分で最適化された条件では書込み能力不足となる恐れがある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の最適化手法から大幅な資源追加を要することなく、周方向にも依存した記録再生の最適化処理を行うことのできる磁気記録再生装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、磁気記録再生機能および浮上制御機能を有する磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドにより記録再生が行われる磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体の各半径において記録密度が最大となるように選択された、書込み電流、トラックピッチ、線記録密度、及び浮上高さ制御用ヒーターパワーを記憶した不揮発性メモリと、前記書込み電流または前記浮上高さ制御用ヒーターパワーを書込み性能調整パラメーターとして、前記磁気記録媒体の複数の半径において前記書込み性能調整パラメーターに対するトラック平均書込み性能の傾きを導出し、前記傾きを前記磁気記録媒体の半径に関する多項式として近似した場合の第１の組のフィッティング係数を前記不揮発性メモリに記憶する第１の手段と、前記不揮発性メモリに記憶された前記書込み電流、トラックピッチ、線記録密度、及び浮上高さ制御用ヒーターパワーを用いて、前記磁気記録媒体の複数の半径において書込み性能の周方向依存性を取得し、前記周方向依存性を周期関数で近似することにより得られる第２の組のフィッティング係数を前記不揮発性メモリに記憶する第２の手段と、前記第１の組のフィッティング係数を用いて算出される、半径の関数であるトラック平均書込み性能変化率と、前記第２の組のフィッティング係数を用いて算出される、半径および周方向の関数である局所書込み性能関数とを用いて、各半径及び各方向における書込み性能調整パラメーターを、（局所書込み性能関数−トラック平均書込み性能）／トラック平均書込み性能変化率だけ減ずることより修正する修正手段とを備えることを特徴とする磁気記録再生装置である。

また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記書込み性能調整パラメーターが書込み電流であることを特徴とする。

また、本発明の第３の態様は、第１の態様において、前記書込み性能調整パラメーターが浮上高さ制御用ヒーターパワーであることを特徴とする。

また、本発明の第４の態様は、第１から第３のいずれかの態様において、前記トラック平均書込み性能変化率の半径ｒの次数が３以上５以下であることを特徴とする。

本発明によれば、磁気ヘッドの磁気記録媒体に対する書込み性能の周方向依存性を周期関数で近似することにより得られる、半径および周方向の関数である局所書込み性能関数を用いて書込み性能調整パラメーター（書き込み電流または浮上高さ制御用ヒーターパワー）を修正することにより、従来の最適化手法から大幅な資源追加を要することなく、周方向にも依存した記録再生の最適化処理を行うことのできる磁気記録再生装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る磁気記録再生装置を示す図である。 オーバーライトの浮上制御用ヒーターパワー依存性を示す図である。 オーバーライトの周方向分布（周方向別浮上制御用ヒーターパワー調整前）を示す図である。 隣接トラックイレース時のセンタートラック信号残存強度周方向分布（周方向別浮上制御用ヒーターパワー調整前）を示す図である。 オーバーライトの周方向分布（周方向別浮上制御用ヒーターパワー調整後）を示す図である。 隣接トラックイレース時のセンタートラック信号残存強度周方向分布（周方向別浮上制御用ヒーターパワー調整後）を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１に、本発明の一実施形態に係る磁気記録再生装置を示す。コントローラ１は、磁気記録媒体６に接続された回転子１２の制御、コード変換・信号解析装置３に対する記録指示・再生指示、外部インターフェースとのデータ送受信等を行うほか、磁気ヘッド１１と磁気記録媒体６の組み合わせに対する最適化処理も担う。さらに、記録・再生位置に応じてヘッド浮上制御用電源９に指令を出す。不揮発メモリ２では、下記に述べるフィッティング係数を含む各種情報を保持する。

磁気ヘッド１１は、浮上制御用ヒーター（図示せず）、記録ヘッド５、及び再生素子７を有する。

記録信号発生装置４は、コード変換・信号解析装置３からの指示に基づいて記録ヘッド５に記録用信号を伝達し、記録ヘッド５から磁気記録媒体６に磁気記録が行われる。磁気記録媒体６に記録された情報は再生素子７を介して信号として取り出され、信号増幅器８を介してコード変換・信号解析装置３に送られ、記録した情報が復元されてコントローラ１に送られる。

以下、本実施形態に係る磁気記録再生装置の動作を説明する。なお、最適化処理にあたり、コントローラ１が種々の処理を行うことになるが、その際、コントローラ１を各処理を実行する手段として見ることができる。

はじめに、従来の最適化方法と同じく、半径方向のみに依存したトラックピッチ及び線記録密度、書込み電流、並びに浮上制御用ヒーターパワーの最適化をコントローラ１が行う（ステップ１０１）。これにより物理フォーマットが決定される。最適化により得られた各値を不揮発性メモリ２に記憶する。

次に、複数の半径において、ステップ１０１の最適化で決定した浮上制御用ヒーターパワーを中心として、書込み時の浮上制御用ヒーターパワーをずらしたときのトラック平均書込み性能を計測する（ステップ１０２）。この浮上制御用ヒーターパワーは、書込み性能を調整するパラメーターであり、「書込み性能調整パラメーター」と呼ぶ。図２は、垂直磁気記録における計測例であり、横軸は、半径方向のみに依存した最適化で得られた浮上制御用ヒーターパワー（ｍＷ）を中心とした書込み時の浮上制御用ヒーターパワー、縦軸は、書込み性能評価値として、高密度記録後に低密度記録を行い、高密度記録信号残存強度を初期記録信号強度との比で定義した「オーバーライト」である。

図２の関係を一次式でフィッティングし、書込み時の浮上制御用ヒーターパワーｐに対するオーバーライトの傾きΔｆ／Δｐを導出する（ステップ１０３）。これを各半径について行い、傾きΔｆ／Δｐを半径ｒに関する多項式として近似したときのフィッティング係数を求める（ステップ１０４）。この値を不揮発性メモリ２に記憶する。半径ｒにおいては、このフィッティング係数（「第１の組のフィッティング係数」に対応）を用いてトラック平均書込み性能変化率（Δｆ／Δｐ）（ｒ）を算出することができる。

次に、複数の半径において、各半径でのステップ１０１の最適化条件を用いて、オーバーライトの周方向依存性を取得する（ステップ１０５）。図３の実線は、ある半径でみた例を示す。ここで、横軸は、全周をＮ＝３２分割してみたときの各方向、縦軸は、その方向についてのみ計測されたオーバーライトを示す。

さらに、そのオーバーライト周方向依存を、１回転を周期とする周期関数でフィッティングする（ステップ１０６）。すなわち、ｊ番目の方向のオーバーライト測定結果をｆ（ｊ）としたとき、ｆ（ｊ）を
f(j) = a(0)/2 + Σ’a(k)cos(2πkj/N) +Σ’b(k)sin(2πkj/N) （１）
と近似する。ここで、Σ’はｋに関する１からの和である。但し、
a(k)=(2/N) Σf(j)cos(2πkj/N), b(k)=(2/N)Σf(j)sin(2πkj/N)
とした。ここで、Σはｊに関する０からＮ−１までの和である。

図３の破線は、ａ（０）〜ａ（３）及びｂ（１）〜ｂ（３）までの７パラメーターで近似した結果である。

上記測定およびフィッティングを、複数の半径について行う。半径ｒ＝ｒ（ｉ）におけるフィッティング係数ａ（ｋ）、ｂ（ｋ）をそれぞれａ（ｉ，ｋ）、ｂ（ｉ，ｋ）と表記する。このａ（ｉ，ｋ）及びｂ（ｉ，ｋ）とｒ＝ｒ（ｉ）との関係を半径ｒに関する多項式で近似したときのフィッティング係数（「第２の組のフィッティング係数」に対応）を求める（ステップ１０７）。この値を不揮発メモリ２に記憶する。記憶したフィッティング係数をもとに、半径ｒに関する関数ａ（ｒ，ｋ）、ｂ（ｒ，ｋ）を得る。

最終的に、局所的な書込み性能を表す局所書込み性能関数ｆ（ｒ，ｊ）の、半径ｒ、方向ｊにおけるトラック平均からのずれΔｆ（ｒ，ｊ）を式（１）の定数項を除いて
Δf(r,j) = Σ’a(r,k) cos(2πkj/N) +Σ’b(r,k) sin(2πkj/N) （２）
と算出する（ステップ１０８）。

半径方向で最適化されたヒーターパワーｐ（ｒ）に対し、ｊ方向でのヒーターパワーｐ（ｒ，ｊ）は、
p(r,j)=p(r)−Δf(r,j) /(Δf/Δp)(r) （３）
と修正して実際の記録を行う（ステップ１０９）。

なお、半径方向分布は通常なだらかであるため、多項式近似の次数はあまり高くしない方が望ましい。たとえば、３〜５程度の次数が望ましい。サンプリング数は（近似多項式次数＋１）を上回っていればよい。

また、上述の各処理は、最終的にヒーターパワーｐ（ｒ，ｊ）を修正することができれば、その順序は問わない。

上述の説明では、書込み性能調整パラメーターとして、書込み時の浮上制御用ヒーターパワーを採用したが、書込み電流を採用してもよい。微小変化に関する限り、浮上高さ制御用ヒーターパワーを増大させることと、書込み電流を増加させることは同様の作用をもたらす。すなわち書込み能力を増大させる（これにより線記録密度を上げられる）とともに、書込み幅を増大させる（トラックピッチが悪化する）というトレードオフが生じるため、以下に示すような周方向を含めた最適化を行うことによって記録密度の高密度化を実現できる。

本手法による最適化では、以下のとおり記録密度の高密度化が実現できる。図４は、図１に示した磁気記録再生装置において、トラックセンターに矩形波を記録し、トラックセンターからトラックピッチだけ離れた位置においてイレースを行った後、もとのトラックセンターにおける信号残存強度の周方向依存を測定したものである。この値が一定値以上（一般に８０％程度）維持できないと隣接トラックでの記録によってもとのトラックに記録された信号が正常に復元できなくなる。

図５及び図６は、それぞれ、式（３）に従って角度別に書込み時ヒーターパワー調整したときのオーバーライト周方向分布および隣接トラックイレース時信号残存強度の周方向分布である。具体的には、各方向における浮上制御用ヒーターパワーを、調整前のヒーター設定値に対して
（その方向のオーバーライト測定値−オーバーライト周方向平均値）／１．６
だけ減じた値に設定した。

式（３）に示した制御によって、オーバーライトだけでなく隣接トラックイレース時信号残存強度の周方向依存性も低減している。図６において、実線は、ステップ１０１の従来の最適化法が行われた結果として得られたトラックピッチで測定したもの、破線は、トラックピッチを９５％に縮小して測定したものである。図６の破線と図４における最小値がほぼ一致しており、このことは、式（３）による制御によってトラックピッチの５％縮小（トラック密度５％増大）が可能となったことを示している。

本手法では、従来の半径別最適化に加えて角度別の制御とそのための記憶容量が必要となるが、記憶すべきデータはフィッティング係数のみのわずかな容量でよく、従来の最適化手法から大幅な資源追加を必要としない。

以上のように、本手法を適用して最適化を行うと、書込み性能の周方向分布に伴うマージンを減らして最適化を行うことができるため、同じ磁気ヘッドと磁気記録媒体を組み合わせて最適化する場合でも従来の最適化法と比べてより高密度化することができる。

１ コントローラ
２ 不揮発メモリ
３ コード変換・信号解析装置
４ 記録信号発生装置
５ 記録ヘッド
６ 磁気記録媒体
７ 再生素子
８ 信号増幅器
９ ヘッド浮上制御用電源
１０ ヘッド位置決め機構
１１ 磁気ヘッド
１２ 回転子

Claims (7)

1. 磁気記録再生装置であって、
   磁気記録媒体に対する磁気記録再生機能および浮上制御機能を有する磁気ヘッドと、
   前記磁気記録媒体の複数の周方向位置で前記磁気ヘッドのトラック書き込み性能を測定し、前記磁気ヘッドによる書込み性能の周方向依存性を前記周方向位置を変数として取得することによりフィッティング係数の組を導出するコントローラと、
   前記フィッティング係数の組に基づいて前記周方向位置に応じて調整パラメーターを調整して前記磁気ヘッドの浮上高さを制御するヘッド浮上制御用電源と、
   を備えることを特徴とする磁気記録再生装置。
2. 磁気記録再生装置であって、
   磁気記録媒体に対する磁気記録再生機能および浮上制御機能を有する磁気ヘッドと、
   前記磁気記録媒体の複数の周方向位置で前記磁気ヘッドのトラック書き込み性能を測定し、前記磁気ヘッドによる書込み性能の周方向依存性を前記周方向位置を変数として取得することによりフィッティング係数の組を導出するコントローラと、
   前記フィッティング係数の組に基づいて前記周方向位置に応じて調整パラメーターを調整して前記磁気ヘッドの書き込み電流を制御する記録信号発生装置と、
   を備えることを特徴とする磁気記録再生装置。
3. 前記フィッティング係数の組は、前記書き込み性能と前記変数の関係を周期関数で近似した式のフィッティング係数の組であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の磁気記録再生装置。
4. 前記フィッティング係数の組は、前記磁気記録媒体の半径方向位置の関数であることを特徴とする請求項３に記載の磁気記録再生装置。
5. 前記関数は、多項式であることを特徴とする請求項４に記載の磁気記録再生装置。
6. 磁気記録再生機能および浮上制御機能を有する磁気ヘッドと、
   前記磁気ヘッドにより記録再生が行われる磁気記録媒体と、
   前記磁気記録媒体の各半径において記録密度が最大となるように選択された、書込み電流、トラックピッチ、線記録密度、及び浮上高さ制御用ヒーターパワーを記憶した不揮発性メモリと、
   前記書込み電流または前記浮上高さ制御用ヒーターパワーを書込み性能調整パラメーターとして、前記磁気記録媒体の複数の半径において前記書込み性能調整パラメーターに対するトラック平均書込み性能の傾きを導出し、前記傾きを前記磁気記録媒体の半径に関する多項式として近似した場合の第１の組のフィッティング係数を前記不揮発性メモリに記憶する第１の手段と、
   前記不揮発性メモリに記憶された前記書込み電流、トラックピッチ、線記録密度、及び浮上高さ制御用ヒーターパワーを用いて、前記磁気記録媒体の複数の半径において書込み性能の周方向依存性を取得し、前記周方向依存性を周期関数で近似することにより得られる第２の組のフィッティング係数を前記不揮発性メモリに記憶する第２の手段と、
   前記第１の組のフィッティング係数を用いて算出される、半径の関数であるトラック平均書込み性能変化率と、前記第２の組のフィッティング係数を用いて算出される、半径および周方向の関数である局所書込み性能関数とを用いて、各半径及び各方向における書込み性能調整パラメーターを、（局所書込み性能関数−トラック平均書込み性能）／トラック平均書込み性能変化率だけ減ずることより修正する修正手段と
   を備えることを特徴とする磁気記録再生装置。
7. 磁気記録再生機能および浮上制御機能を有する磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドにより記録再生が行われる磁気記録媒体とを備えた磁気記録再生装置に用いるコントローラであって、
   前記磁気記録媒体の各半径において記録密度が最大となるように選択された、書込み電流、トラックピッチ、線記録密度、及び浮上高さ制御用ヒーターパワーを記憶した不揮発性メモリと、
   前記書込み電流または前記浮上高さ制御用ヒーターパワーを書込み性能調整パラメーターとして、前記磁気記録媒体の複数の半径において前記書込み性能調整パラメーターに対するトラック平均書込み性能の傾きを導出し、前記傾きを前記磁気記録媒体の半径に関する多項式として近似した場合の第１の組のフィッティング係数を前記不揮発性メモリに記憶する第１の手段と、
   前記不揮発性メモリに記憶された前記書込み電流、トラックピッチ、線記録密度、及び浮上高さ制御用ヒーターパワーを用いて、前記磁気記録媒体の複数の半径において書込み性能の周方向依存性を取得し、前記周方向依存性を周期関数で近似することにより得られる第２の組のフィッティング係数を前記不揮発性メモリに記憶する第２の手段と、
   前記第１の組のフィッティング係数を用いて算出される、半径の関数であるトラック平均書込み性能変化率と、前記第２の組のフィッティング係数を用いて算出される、半径および周方向の関数である局所書込み性能関数とを用いて、各半径及び各方向における書込み性能調整パラメーターを、（局所書込み性能関数−トラック平均書込み性能）／トラック平均書込み性能変化率だけ減ずることより修正する修正手段と
   を備えることを特徴とする磁気記録再生装置のコントローラ。
   

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