JP2018137022A - 磁気ディスク装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】サーボパターンが配置されるゾーンを径方向に均等に分割する方法に比べて記憶容量を増大させる。【解決手段】磁気ディスク2は、径方向D1にゾーンZ1〜Z3に分割され、サーボエリアSSには、サーボパターン周波数が互いに異なるサーボパターンZS1〜ZS3がゾーンZ1〜Z3ごとに配置され、ゾーンZ1〜Z3のゾーン幅をそれぞれW1〜W3とすると、W1>W2>W3という関係が成り立ち、1.25≧W1/W2>1.05かつ1.25≧W2/W3>1.05という関係を満たす。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、一般的に、磁気ディスク装置に関する。
磁気ディスク装置では、ユーザデータがライトされるデータエリアを増やすために、磁気ディスクの内周から外周に向かってサーボパターンを複数のゾーンに分割し、内周側のゾーンに対して外周側のゾーンのサーボパターンの書き込み周波数(基準周波数)を高くする方法(ゾーンサーボ方式)がある。
本発明の一つの実施形態は、サーボパターンが配置されるゾーンを径方向に均等に分割する方法に比べて記憶容量を増大させることが可能な磁気ディスク装置を提供することを目的とする。
本発明の一つの実施形態によれば、径方向に分割されたN(Nは2以上の整数)個のゾーンを持つ磁気ディスクと、前記磁気ディスクに対して設けられた磁気ヘッドとを備える。サーボパターン周波数が互いに異なるサーボパターンが前記ゾーンごとに記録されている。前記磁気ディスクの外径側からK(Kは1以上N−1以下の整数)番目のゾーンのゾーン幅は、前記K番目のゾーンに内径側に隣接するK+1番目のゾーンのゾーン幅より広いという関係が、1以上N−1以下の全てのKで成り立つ。
以下に添付図面を参照して、実施形態に係る磁気ディスク装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る磁気ディスク装置の概略構成を示すブロック図である。
図1において、磁気ディスク装置には、磁気ディスク2が設けられ、磁気ディスク2はスピンドル10を介してベース1に支持されている。
図1は、第1実施形態に係る磁気ディスク装置の概略構成を示すブロック図である。
図1において、磁気ディスク装置には、磁気ディスク2が設けられ、磁気ディスク2はスピンドル10を介してベース1に支持されている。
図2(a)は、図1の磁気ディスクにおけるトラック配置を示す平面図、図2(b)は、サーボパターンが配置されるゾーンの分割方法を示す図、図2(c)は、図2(b)のサーボエリアの構成例を示す図である。図2(b)では、ゾーンサーボ方式においてゾーンが3分割された例を示す。
図2(a)〜図2(c)において、周方向D2に沿ってトラックTが設けられている。各トラックTには、ユーザデータがライトされるデータエリアDAおよびサーボデータがライトされたサーボエリアSSが設けられている。ここで、サーボエリアSSは放射状に配置され、周方向D2に沿ったサーボエリアSS間にデータエリアDAが配置されている。
ここで、図2(b)に示すように、磁気ディスク2は、径方向D1にゾーンZ1〜Z3に分割されている。そして、サーボエリアSSには、サーボパターン周波数が互いに異なるサーボパターンZS1〜ZS3がゾーンZ1〜Z3ごとに配置され、各サーボパターンZS1〜ZS3は周方向D2にずらして配置されている。
図2(a)〜図2(c)において、周方向D2に沿ってトラックTが設けられている。各トラックTには、ユーザデータがライトされるデータエリアDAおよびサーボデータがライトされたサーボエリアSSが設けられている。ここで、サーボエリアSSは放射状に配置され、周方向D2に沿ったサーボエリアSS間にデータエリアDAが配置されている。
ここで、図2(b)に示すように、磁気ディスク2は、径方向D1にゾーンZ1〜Z3に分割されている。そして、サーボエリアSSには、サーボパターン周波数が互いに異なるサーボパターンZS1〜ZS3がゾーンZ1〜Z3ごとに配置され、各サーボパターンZS1〜ZS3は周方向D2にずらして配置されている。
この時、外周側のゾーンZ1では内周側のゾーンZ2に比べてサーボパターン周波数を高くすることができる。例えば、ゾーンZ1ではサーボパターン周波数を200MHzに設定し、ゾーンZ2ではサーボパターン周波数を150MHzに設定し、ゾーンZ3ではサーボパターン周波数を100MHzに設定することができる。ここで、外周側では内周側に比べてサーボパターン周波数を高くすることにより、ゾーンZ1〜Z3のサーボパターン周波数を一定にした場合に比べて、サーボパターンZS1〜ZS3のスペースを縮小することができ、データエリアDAを増大させることができる。
ゾーンZ1〜Z3のゾーン幅をそれぞれW1〜W3とすると、W1>W2>W3という関係が成り立っている。この時、1.25≧W1/W2>1.05かつ1.25≧W2/W3>1.05という関係を満たすことができる。ここで、互いに径方向D1に隣接するゾーン間において外周側のゾーン幅を内周側のゾーン幅より大きくすることにより、ゾーン幅W1〜W3を均等に設定した場合に比べて、サーボパターンZS1〜ZS3の面積を小さくすることができ、データエリアDAを増大させることができる。
また、サーボパターンZS1、ZS2はギャップを隔てて端部が互いに重なるように配置され、サーボパターンZS2、ZS3はギャップを隔てて端部が互いに重なるように配置されている。ここで、サーボパターンZS1、ZS2間での重複領域およびサーボパターンZS2、ZS3間での重複領域を設けることにより、サーボパターンZS1〜ZS3間の切替時のタイミングに誤差がある場合においても、サーボパターンZS1〜ZS3間の切替の際に切替後のサーボパターンZS1〜ZS3が検出できなくなるのを防止することができ、サーボ処理を正常に行うことができる。
ゾーンZ1、Z2に重なるトラック近傍にはゾーン境界ZAが設けられ、ゾーンZ2、Z3に重なるトラック近傍にはゾーン境界ZBが設けられる。また、ゾーン境界ZAに沿って無効領域EAが設けられ、ゾーン境界ZBに沿って無効領域EBが設けられている。無効領域EA、EBはデータエリアDAとしてアクセスできない領域である。
なお、図2(b)の例では、磁気ディスク2を3個のゾーンZ1〜Z3に分割する方法について説明したが、磁気ディスク2は径方向D1にN(Nは2以上の整数)個のゾーンに分割されていればよい。この時、磁気ディスク2の外径側からK(Kは1以上N−1以下の整数)番目のゾーンのゾーン幅は、K番目のゾーンに内径側に隣接するK+1番目のゾーンのゾーン幅より広いという関係が、1以上N−1以下の全てのKで成り立つ。また、K番目のゾーンのゾーン幅をWod、K+1番目のゾーンのゾーン幅をWidとすると、1.25≧Wod/Wid>1.05という関係が成り立つ。
ここで、図2(c)に示すように、サーボエリアSSには、プリアンブル20、サーボエリアマーク21、セクタ/シリンダ情報(グレイコード)22およびバーストパターン23が記録されている。なお、セクタ/シリンダ情報22は、磁気ディスク2の周方向D2および径方向D1のサーボ番地を与えることができ、磁気ヘッドを目標トラックまで移動させるシーク制御に用いることができる。バーストパターン23は、磁気ヘッドを目標トラックの範囲内に位置決めするトラッキング制御に用いることができる。このバーストパターン23は、ヌル型バーストパターン又は面積型バーストパターンであってもよいし、位相差型パターンであってもよい。
また、図1において、磁気ディスク装置には、ヘッドスライダHMが設けられ、ヘッドスライダHMには、磁気ヘッドとしてライトヘッドHWおよびリードヘッドHRが設けられている。ライトヘッドHWおよびリードヘッドHRは、磁気ディスク2に対向するように配置されている。ヘッドスライダHMは、サスペンションSUおよびキャリッジアームKAを介して磁気ディスク2上に保持されている。キャリッジアームKAは、シーク時などにおいてヘッドスライダHMを水平面内でスライドさせることができる。サスペンションSUは、磁気ディスク2が回転している時の空気流による磁気ヘッドの浮上力に対抗する押下力を磁気ヘッドに与えることで、磁気ディスク2上の磁気ヘッドの浮上量を一定に保つことができる。サスペンションSUは、板ばねにて構成することができる。
また、磁気ディスク装置には、キャリッジアームKAを駆動するボイスコイルモータ4が設けられるとともに、スピンドル10を中心として磁気ディスク2を回転させるスピンドルモータ3が設けられている。ボイスコイルモータ4およびスピンドルモータ3は、ベース1に固定されている。
また、磁気ディスク装置には、磁気ディスク装置の動作を制御する制御部5が設けられている。制御部5は、リードヘッドHRにて読み取られたサーボデータに基づいて、磁気ディスク2に対するライトヘッドHWおよびリードヘッドHRの位置を制御することができる。制御部5には、ヘッド制御部6、パワー制御部7、リードライトチャネル8およびハードディスク制御部9が設けられている。
ヘッド制御部6には、ライト電流制御部6Aおよび再生信号検出部6Bが設けられている。パワー制御部7には、スピンドルモータ制御部7Aおよびボイスコイルモータ制御部7Bが設けられている。
ヘッド制御部6は、記録再生時における信号を増幅したり検出したりする。ライト電流制御部6Aは、ライトヘッドHWに流れるライト電流を制御する。再生信号検出部6Bは、リードヘッドHRにて読み出された信号を検出する。
ヘッド制御部6は、記録再生時における信号を増幅したり検出したりする。ライト電流制御部6Aは、ライトヘッドHWに流れるライト電流を制御する。再生信号検出部6Bは、リードヘッドHRにて読み出された信号を検出する。
パワー制御部7は、ボイスコイルモータ4およびスピンドルモータ3を駆動する。スピンドルモータ制御部7Aは、スピンドルモータ3の回転を制御する。ボイスコイルモータ制御部7Bは、ボイスコイルモータ4の駆動を制御する。
リードライトチャネル8は、ヘッド制御部6とハードディスク制御部9との間でデータの受け渡しを行う。なお、データは、リードデータ、ライトデータおよびサーボデータを含む。例えば、リードライトチャネル8は、リードヘッドHRにて再生される信号をホストHSで扱われるデータ形式に変換したり、ホストHSから出力されるデータをライトヘッドHWにて記録される信号形式に変換したりする。このような形式変換としては、DA変換、符号化、AD変換、および復号化が含まれる。また、リードライトチャネル8は、リードヘッドHRにて再生された信号のデコード処理を行ったり、ホストHSから出力されるデータをコード変調したりする。
ハードディスク制御部9は、磁気ディスク装置の外部(例えば、ホストHS)からの指令に基づいて記録再生制御を行ったり、外部とリードライトチャネル8との間でデータの受け渡しを行ったりする。ハードディスク制御部9には、ゾーンサーボ切替部9Aが設けられている。ゾーンサーボ切替部9Aは、磁気ヘッドがどのゾーンZ1〜Z3にあるかに応じてサーボ処理を切り替えることができる。サーボ処理の切り替えでは、サーボ周波数の切り替え、サーボゲート発生タイミングの切り替え、フィルタ帯域の切り替えなどを行うことができる。
ハードディスク制御部9には、記録再生制御を行うプロセッサと、ホストHSとリードライトチャネル8との間でデータの受け渡しの制御を行うプロセッサとを、別個に設けるようにしてもよい。記録再生制御およびデータの受け渡しの制御に同一のプロセッサを用いるようにしてもよい。プロセッサとしてはCPUを用いることができる。
制御部5はホストHSに接続されている。ホストHSとしては、ライトコマンドやリードコマンドなどを磁気ディスク装置に発行するパーソナルコンピュータであってもよいし、サーバなどに接続可能なネットワークであってもよい。すなわち、磁気ディスク装置は、ホストHSの外部記憶装置として用いることができる。磁気ディスク装置は、ホストHSに外付けされていてもよいし、ホストHSに内蔵されていてもよい。
そして、スピンドルモータ3により磁気ディスク2が回転されながら、磁気ヘッドを介して磁気ディスク2から信号が読み出され、再生信号検出部6Bにて検出される。再生信号検出部6Bにて検出された信号は、リードライトチャネル8にてデータ変換された後、ハードディスク制御部9に送られる。ハードディスク制御部9において、再生信号検出部6Bにて検出された信号に含まれるバーストパターン23に基づいて磁気ヘッドのトラッキング制御が行われる。
また、再生信号検出部6Bにて検出された信号に含まれるセクタ/シリンダ情報22に基づいて磁気ヘッドの現在位置が算出され、磁気ヘッドが目標位置に近づくようにシーク制御が行われる。ここで、磁気ヘッドについてシーク制御が行われると、磁気ヘッドがゾーン境界ZA、ZBを跨ぐかどうかが判定される。そして、ゾーン境界ZA、ZBの跨ぎがあると判断された場合、跨ぎ後のゾーンZ1〜Z3に対応するようにサーボ周波数やサーボゲート発生タイミングなどが変更される。
以下、サーボパターンが配置されるゾーンが2分割される場合において、サーボエリアの専有率が最小となる分割位置の算出方法を数式を用いて説明する。
図3(a)は、第1実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの2分割方法を示す図、図3(b)は、サーボパターンが配置されるゾーンを径方向に均等に2分割する方法を示す図である。
図3(a)は、第1実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの2分割方法を示す図、図3(b)は、サーボパターンが配置されるゾーンを径方向に均等に2分割する方法を示す図である。
図3(a)および図3(b)において、図2(b)の磁気ディスク2のデータエリアDAの最外周半径をRmax、最内周半径をRminとする。
この時、図3(b)に示すように、均等分割では、ゾーンZ11´、Z12´の分割位置r´は、(Rmax+Rmin)/2となる。この時、ゾーンZ11´のゾーン幅をWod´、Z12´のゾーン幅をWid´とすると、Wod´=Wid´となる。
この時、図3(b)に示すように、均等分割では、ゾーンZ11´、Z12´の分割位置r´は、(Rmax+Rmin)/2となる。この時、ゾーンZ11´のゾーン幅をWod´、Z12´のゾーン幅をWid´とすると、Wod´=Wid´となる。
一方、図3(a)に示すように、ゾーンZ11、Z12に配置されるサーボエリアの専有率が最小となる分割位置riは以下のように算出することができる。サーボエリアの専有率には、サーボゲートがオンである時間分の磁気ディスク2上の面積の他、磁気ヘッドのリード/ライトギャップ分およびリード/ライト切替無駄時間などによるデータエリアとして使えない面積も含まれる。ただし、サーボエリアの専有率が最小となる分割位置を算出する場合には、サーボゲートがオンである時間分の磁気ディスク2上の面積のみを考えればよい。以下、サーボゲートがオンである時間分の1サーボセクタ分のみの面積をサーボロスと言う。
サーボパターンが配置されるゾーンの2分割方法では、最外周半径Rmax、最内周半径Rminとの間にゾーン境界が1つしかない。この時、サーボロスSは、サーボゲートがオンである時間分の1サーボセクタ分の領域の外端部長L_odおよび内端部長L_idとした時の台形の面積から求めることができる。例えば、図2(b)において、1サーボセクタ分の最外周の1ゾーン分の台形の面積は、1個のサーボパターンZS1の面積Mで与えることができる。
2分割の場合は、この台形が2個あるので、サーボロスSは、半径位置rを用いて以下の(1)式で与えることができる。
S=(Rmax−r)*(L_od0+L_id0)/2
+(r−Rmin)*(L_od1+L_id1)/2 ・・・(1)
ただし、
L_od0=V(Rmax)*(T_SG/SFGrate)
L_id0=V(r)*(T_SG/SFGrate)
L_od1=V(r)*T_SG
L_id1=V(Rmin)*T_SG
S=(Rmax−r)*(L_od0+L_id0)/2
+(r−Rmin)*(L_od1+L_id1)/2 ・・・(1)
ただし、
L_od0=V(Rmax)*(T_SG/SFGrate)
L_id0=V(r)*(T_SG/SFGrate)
L_od1=V(r)*T_SG
L_id1=V(Rmin)*T_SG
ここで、Vは、半径位置での線速、T_SGは、内周側ゾーンのクロックでのサーボゲートがオンである時間、SFGrateは、最内周ゾーンのサーボ周波数に対する各ゾーンのサーボ周波数のクロック比である。なお、SFG(Servo Frequency Generation)は、単位時間当たりの磁極SNの反転率を表す。
内周FCI基準でサーボ周波数が設定されるとして、(1)式を変形すると、以下の(2)式が得られる。
S=fact*{(Rmax−r)*(Rmax+r)*Rmin/r
+(r−Rmin)*(r+Rmin)} ・・・(2)
ただし、
fact=π*T_SG/Tspm
S=fact*{(Rmax−r)*(Rmax+r)*Rmin/r
+(r−Rmin)*(r+Rmin)} ・・・(2)
ただし、
fact=π*T_SG/Tspm
なお、Tspmは、スピンドルモータ3の回転数である。FCI(Flux Change Per Inch)は、1インチ当たりの磁極SNの反転率を表す。内周FCI基準は、データエリアDAに成り得る最内周半径RminでのFCIをSN比(signal−noise ratio)の保証可能な最大FCIとみなし、各ゾーンの内周部のFCIが最大FCIとなるように、サーボ周波数を設定する方法を言う。
この時、ゾーンNの最内周半径をRid_Nとすると、ゾーンNのサーボ周波数SFG_Nは、以下の(3)式で与えることができる。
SFG_N=SFG_ID*Rid_N/Rmin ・・・(3)
ただし、SFG_IDは、最内周サーボ周波数である。
これにより、各ゾーンの内周FCIは、最大FCIとして常に一定に保つことができる。
SFG_N=SFG_ID*Rid_N/Rmin ・・・(3)
ただし、SFG_IDは、最内周サーボ周波数である。
これにより、各ゾーンの内周FCIは、最大FCIとして常に一定に保つことができる。
(1)式のサーボロスSが最小となる半径位置rを求めるには、(1)式をrで微分した時の微分式D(r)=0となるrを求めればよい。この時、微分式D(r)は、以下の(4)式で与えることができる。
D(r)=fact*(2*r3−Rmin*r2−Rmax2*Rmin)/r2
・・・(4)
(4)式が0となるrは、以下の(5)式で与えることができる。
r=(x*Rmax+Rmin)/2 ・・・(5)
ただし、
Y(x)=x*(x+k)2−4*k=0 ・・・(6)
k=Rmax/Rmin
D(r)=fact*(2*r3−Rmin*r2−Rmax2*Rmin)/r2
・・・(4)
(4)式が0となるrは、以下の(5)式で与えることができる。
r=(x*Rmax+Rmin)/2 ・・・(5)
ただし、
Y(x)=x*(x+k)2−4*k=0 ・・・(6)
k=Rmax/Rmin
図3(a)のゾーンZ11、Z12に配置されるサーボエリアの専有率を最小とするには、(5)式で与えられる半径位置rを分割位置riとすればよい。この時、ゾーンZ11のゾーン幅をWod、Z12のゾーン幅をWidとすると、Wod>Widとなる。
図4(a)は、第1実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの2分割時の分割位置とサーボロスレートとの関係を示す図、図4(b)は、図4(a)の分割位置とサーボロスレートの微分値との関係を示す図である。なお、図4(a)のサーボロスレートは、非分割のサーボロスに対する(1)式のサーボロスSの比率である。
図4(a)において、図3(b)の均等分割の分割位置に対応したサーボロスレートは点P1となり、サーボロスレートは最小ではない。一方、図3(a)の分割の分割位置に対応したサーボロスレートは点P2となり、サーボロスレートは最小となる。
また、図4(b)において、図3(b)の均等分割の分割位置に対応した点P1´では、(4)式の微分式D(r)の値は0でない。一方、図3(a)の分割の分割位置に対応した点P2´では、(4)式の微分式D(r)の値は0となる。
図5(a)は、第1実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの2分割時の分割位置とFCIレートとの関係を示す図、図5(b)は、第1実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの2分割時の分割位置とSFGレートとの関係を示す図である。なお、サーボエリアの専有率が最小となるように分割する方法をサーボロス最小分割という。
図5(a)において、非分割のFCIレートL2Aは内周側から外周側に向かって徐々に低下する。均等分割のFCIレートL2Bは内周側から分割位置r´に向かって徐々に低下し、分割位置r´で上昇し、分割位置r´から外周側に向かって徐々に低下する。サーボロス最小分割のFCIレートL2Cは内周側から分割位置riに向かって徐々に低下し、分割位置riで上昇した後、分割位置riから外周側に向かって徐々に低下する。
また、図5(b)において、非分割のSFGレートL2A´は一定である。均等分割のSFGレートL2B´は最内周から分割位置r´まで一定で、分割位置r´で上昇し、分割位置r´から最外周まで一定である。サーボロス最小分割のSFGレートL2C´は最内周から分割位置riまで一定で、分割位置riで上昇し、分割位置riから最外周まで一定である。
図5(a)および図5(b)において、サーボロス最小分割では均等分割に比べて分割位置が内周側にシフトしている。このため、内周FCI基準で設定された外周側のサーボ周波数は、サーボロス最小分割では均等分割に比べて低くなる。このため、磁気ヘッドのスキュー角とSTW(Servo Track Write)との関係や外乱などに起因して外周側のSN比の品質が低下する場合においても、均等分割のように外周側でサーボ周波数を落とすことなく、外周FCIを緩和することができる。
(5)式に示すように、サーボエリアの専有率が最小となる分割位置riは、最外周半径Rmaxに依存する。このため、サーボエリアの専有率が最小となる分割位置riの分割比率は3.5インチ径メディアと2.5インチ径メディアとで異なる。
(6)式は、0<x<1の範囲に実数解が必ず存在する3次式である。このため、カルダノの公式からkの理論式として解を正確に求めることができる。ただし、この解は複雑な式となるため、実用性が低い。そこで、xを以下の(7)式で近似するようにしてもよい。
x=1−0.05*(k−1)3/2 ・・・(7)
x=1−0.05*(k−1)3/2 ・・・(7)
xを(7)式で近似した時の分割方法をサーボロス最小近似分割という。
図5(a)および図5(b)において、サーボロス最小近似分割のFCIレートL2DおよびSFGレートL2D´は、サーボロス最小分割のFCIレートL2CおよびSFGレートL2C´と一致していることが判る。
図5(a)および図5(b)において、サーボロス最小近似分割のFCIレートL2DおよびSFGレートL2D´は、サーボロス最小分割のFCIレートL2CおよびSFGレートL2C´と一致していることが判る。
図6(a)は、第1実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの2分割時の分割位置とサーボロスレートとの関係の微分式に対応した曲線をゾーン径の比をパラメータとして示す図、図6(b)は、図6(a)の微分式が0である時のゾーン径の比と内径に対する外径の重みとの関係を示す図である。
図6(a)において、横軸は(6)式のx、縦軸は(6)式のY(x)である。点x1はk=2.1の時にY(x)=0となるx、点x2はk=1.8の時にY(x)=0となるx、点x3はk=1.5の時にY(x)=0となるx、点x4はk=1.2の時にY(x)=0となるx3である。kが大きくなるほど、Y(x)=0となるxは小さくなる。すなわち、kが大きくなるほど、ゾーン幅比Wod/Widも大きくなる。このため、kの差異に起因して、3.5インチ径メディアと2.5インチ径メディアとでゾーン幅比Wod/Widも異なる。
図6(b)において、L1の横軸は(6)式のk、縦軸は(6)式のY(x)=0となるxである。L2は(6)式のkとxの関係を示す。磁気ディスク装置に用いられる実用上のkの範囲では、L1とL2はほぼ一致することが判る。このため、(6)式の代わりに(7)式を用いてxを算出しても、サーボロスSが最小となる分割位置の算出精度を維持することができる。
(6)式の代わりに(7)式を用いてxを算出した時のゾーン幅比a=Wod/Widは、以下の(8)式で与えることができる。
a=Wod/Wid=(Rmax−r)/(r−Rmin)
={(k−1)−k(x−1)/(k−1)+k(x−1)} ・・・(8)
(8)式の高次項は打ち消し合うので、(k−1)に比例する直線近似が可能である。
(8)式の一次直線近似は、以下の(9)式で与えることができる。
a=Wod/Wid=1−0.22(k−1) ・・・(9)
a=Wod/Wid=(Rmax−r)/(r−Rmin)
={(k−1)−k(x−1)/(k−1)+k(x−1)} ・・・(8)
(8)式の高次項は打ち消し合うので、(k−1)に比例する直線近似が可能である。
(8)式の一次直線近似は、以下の(9)式で与えることができる。
a=Wod/Wid=1−0.22(k−1) ・・・(9)
図7(a)は、図6(a)の微分式の内径に対する外径の重みをゾーン幅の比に置き換えた時の曲線をゾーン径の比をパラメータとして示す図、図7(b)は、図7(a)の微分式が0である時のゾーン径の比とゾーン幅の比との関係を示す図である。
図7(a)において、横軸は(8)式のa、縦軸は(6)式のY(x)をY(a)とした値である。点a1はk=1.2の時にY(a)=0となるa、点a2はk=1.5の時にY(a)=0となるa、点a3はk=1.8の時にY(a)=0となるa、点a4はk=2.1の時にY(a)=0となるa、点a5はk=2.4の時にY(a)=0となるaである。kが大きくなるほど、Y(a)=0となるaは大きくなる。
図7(a)において、横軸は(8)式のa、縦軸は(6)式のY(x)をY(a)とした値である。点a1はk=1.2の時にY(a)=0となるa、点a2はk=1.5の時にY(a)=0となるa、点a3はk=1.8の時にY(a)=0となるa、点a4はk=2.1の時にY(a)=0となるa、点a5はk=2.4の時にY(a)=0となるaである。kが大きくなるほど、Y(a)=0となるaは大きくなる。
図7(b)において、L11の横軸は(8)式のk、縦軸は(8)式のaである。L12は(9)式のkとaの関係を示す。磁気ディスク装置に用いられる実用上のkの範囲では、L11とL12はほぼ一致することが判る。このため、(8)式の代わりに(9)式を用いてaを算出しても、サーボロスSが最小となる分割位置の算出精度を維持することができる。
(第2実施形態)
図8は、第2実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの3分割時の分割位置とサーボロスレートとの関係を示す図である。
図8において、PBは均等分割における分割位置、PCはサーボロス最小分割における分割位置を示す。すなわち、均等分割では、図2(b)のゾーン境界ZAの半径位置が分割位置ra´に設定され、ゾーン境界ZBの半径位置が分割位置rb´に設定される。サーボロス最小分割では、ゾーン境界ZAの半径位置が分割位置raに設定され、ゾーン境界ZBの半径位置が分割位置rbに設定される。3分割においても、内径側に比べて外径側のゾーンのゾーン幅が広くなるように分割位置を設定した方がサーボロスが小さくなることが判る。
図8は、第2実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの3分割時の分割位置とサーボロスレートとの関係を示す図である。
図8において、PBは均等分割における分割位置、PCはサーボロス最小分割における分割位置を示す。すなわち、均等分割では、図2(b)のゾーン境界ZAの半径位置が分割位置ra´に設定され、ゾーン境界ZBの半径位置が分割位置rb´に設定される。サーボロス最小分割では、ゾーン境界ZAの半径位置が分割位置raに設定され、ゾーン境界ZBの半径位置が分割位置rbに設定される。3分割においても、内径側に比べて外径側のゾーンのゾーン幅が広くなるように分割位置を設定した方がサーボロスが小さくなることが判る。
図9(a)は、第2実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの3分割時の分割位置とFCIレートとの関係を示す図、図9(b)は、第2実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの3分割時の分割位置とSFGレートとの関係を示す図である。
図9(a)および図9(b)において、3分割時においても、サーボロス最小分割では、隣接ゾーン間の分割位置ra、rbが均等分割の分割位置ra´、rb´に比べて内周側にシフトしている。このため、内周FCI基準で設定された外周側のサーボ周波数は、サーボロス最小分割では均等分割に比べて低くなる。このため、外周側のSN比の品質が低下する場合においても、均等分割のように外周側でサーボ周波数を落とすことなく、外周FCIを緩和することができる。
図9(a)および図9(b)において、3分割時においても、サーボロス最小分割では、隣接ゾーン間の分割位置ra、rbが均等分割の分割位置ra´、rb´に比べて内周側にシフトしている。このため、内周FCI基準で設定された外周側のサーボ周波数は、サーボロス最小分割では均等分割に比べて低くなる。このため、外周側のSN比の品質が低下する場合においても、均等分割のように外周側でサーボ周波数を落とすことなく、外周FCIを緩和することができる。
(第3実施形態)
以上、2分割と3分割について、サーボロス最小分割となる分割位置を解析的に求める方法について説明した。ただし、3分割以上では、サーボロス最小分割となる分割位置を解析的に求めると、解が複雑化する。このため、以下、サーボロス最小分割となる分割位置に極めて近い分割位置を簡易的に求める分割方法を説明する。
以上、2分割と3分割について、サーボロス最小分割となる分割位置を解析的に求める方法について説明した。ただし、3分割以上では、サーボロス最小分割となる分割位置を解析的に求めると、解が複雑化する。このため、以下、サーボロス最小分割となる分割位置に極めて近い分割位置を簡易的に求める分割方法を説明する。
図10(a)は、第3実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの3分割方法を示す図である。
図10(a)において、最外周半径Rmaxと最内周半径Rminとの間を均等に3分割することで外周側の仮分割位置Rodを設定する(S1)。
図10(a)において、最外周半径Rmaxと最内周半径Rminとの間を均等に3分割することで外周側の仮分割位置Rodを設定する(S1)。
次に、S1で求めた仮分割位置Rodを2分割時の最外周半径Rod、最内周半径Rminを2分割時の最内周半径Ridとする。
そして、以下の(10)式および(11)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S2)。
r=(x*Rod+Rid)/2 ・・・(10)
k=Rod/Rid
x=(2*k1/2−1)/k ・・・(11)
そして、以下の(10)式および(11)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S2)。
r=(x*Rod+Rid)/2 ・・・(10)
k=Rod/Rid
x=(2*k1/2−1)/k ・・・(11)
次に、S2で求めた分割位置Rmdを2分割時の最内周半径Rid、最外周半径Rmaxを2分割時の最外周半径Rodとする。
そして、(10)式および(7)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S3)。
そして、(10)式および(7)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S3)。
この分割方法をサーボロス最小複合分割という。図8に示すように、サーボロス最小分割における分割位置PCと、サーボロス最小複合分割における分割位置PDとはほぼ一致していることが判る。
なお、(11)式から分割位置を求める方法を、FCI変化一定分割と呼ぶ。FCI変化一定分割は、ゾーン境界においてFCI変化が一定となる分割方法である。FCI変化一定分割では、分割位置rは、以下の(12)式で与えることができる。
r=(Rod+Rid)1/2
=(x*Rod+Rid)/2 ・・・(12)
(12)式をxについて解くと、(11)式を得ることができる。
r=(Rod+Rid)1/2
=(x*Rod+Rid)/2 ・・・(12)
(12)式をxについて解くと、(11)式を得ることができる。
この時、S1で求めた仮分割位置Rodは、S3で求めた分割位置Rmdより外周側にくる。しかし、FCI変化一定分割はサーボロス最小分割よりも、過剰に外周ゾーン幅を広げる傾向がある。よって、この2つの逆作用が打ち消しあって、ほぼ正しい分割位置が導出される。
2分割処理で分割できない場合は、この均等分割分で偶数分割可能な状態を仮設定することができる。そして、FCI変化一定分割にて、分割位置の逆作用の傾向が打ち消されるようにして分割位置を導出することで、サーボロス最小分割に近づけることができる。
図11(a)は、第3実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの3分割時の分割位置とFCIレートとの関係を示す図、図11(b)は、第3実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの3分割時の分割位置とSFGレートとの関係を示す図である。
図11(a)において、サーボロス最小複合分割における外周側ゾーン境界のFCI変化分をEa、内周側ゾーン境界のFCI変化分をEbとすると、Ea<Ebとなる。均等分割における外周側ゾーン境界のFCI変化分をEa´、内周側ゾーン境界のFCI変化分をEb´とすると、Ea´<Eb´となる。FCI変化一定分割における外周側ゾーン境界のFCI変化分をEa´´、内周側ゾーン境界のFCI変化分をEb´´とすると、Ea´´=Eb´´となる。
FCI変化一定分割は、サーボロス最小分割よりも、更に過剰に外周側のゾーン幅を広げる傾向がある。FCI変化一定分割は、サーボロス最小分割よりも、サーボ面積占有率が大きくなるが、サーボロスはほぼ差がなく、均等分割よりもサーボロスは小さい。特に、外周FCIがかなり低くでき、サーボロス最小分割でも、STW後のサーボ再生信号品質が不足するような場合、外周サーボ周波数を下げるくらいなら、FCI変化一定分割を選択した方が、サーボ面積占有率を下げることが可能になる。2分割および3分割ではサーボロス最小分割が良いが、外周FCIが高くなる4分割以上においては、むしろFCI変化一定分割の方が望ましい。
なお、FCI変化一定分割では、(12)式の簡易な理論式から分割半径を求めることができる。N分割に対しても分割半径を容易に求めることができる。N分割の分割半径をR(n)とすると、R(n)は、以下の(13)式で与えることができる。
R(n)=(Rmax/Rmin)(N−n/N)*Rmin ・・・(13)
ただし、n=1、2、・・・、(N−1)
R(n)=(Rmax/Rmin)(N−n/N)*Rmin ・・・(13)
ただし、n=1、2、・・・、(N−1)
図10(b)は、第3実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの4分割方法を示す図である。
図10(b)において、4分割では、2分割を繰り返すことで3つの分割位置を求めることができる。すなわち、最外周半径Rmaxを2分割時の最外周半径Rod、最内周半径Rminを2分割時の最内周半径Ridとする。そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S11)。(10)式において、x=1の場合が均等分割である。(10)式において、(7)式からxを求めると、サーボロス最小近似分割となる。(10)式において、(11)式からxを求めると、FCI変化一定分割となる。
図10(b)において、4分割では、2分割を繰り返すことで3つの分割位置を求めることができる。すなわち、最外周半径Rmaxを2分割時の最外周半径Rod、最内周半径Rminを2分割時の最内周半径Ridとする。そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S11)。(10)式において、x=1の場合が均等分割である。(10)式において、(7)式からxを求めると、サーボロス最小近似分割となる。(10)式において、(11)式からxを求めると、FCI変化一定分割となる。
次に、最外周半径Rmaxを2分割時の最外周半径Rod、S11で求めた分割位置Rmdを2分割時の最内周半径Ridとする。そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S12)。
次に、S11で求めた分割位置Rmdを2分割時の最外周半径Rod、最内周半径Rminを2分割時の最内周半径Ridとする。そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S13)。
サーボ面積占有率を下げるという観点からは、サーボロス最小分割が望ましい。ただし、分割数が4以上では外周FCIが高くなりすぎ、外周のSTW時のSN比が低下すると、十分なサーボ品質の確保が困難となる。そこで、分割数が大きい場合には、FCI変化一定分割に近づくように重みxを調整し、外周FCIを下げるようにしてもよい。
なお、2分割を繰り返すことで、2m分割(mは1以上の整数)を容易に実現することが可能となる。
分割数が3、5、7などの素数Hの場合、最初の分割位置を求める時に分割数が2m個になるように、均等にH分割した1分割分を外周側に引いたり足したりする。そして、分割数が2m個になるように調整されたエリアに対して分割位置を求めることができる。
図10(c)は、第3実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの5分割方法を示す図である。
図10(c)において、最外周半径Rmaxと最内周半径Rminとの間を均等に5分割することで最外周半径Rodから内側に1分割分だけシフトした仮分割位置Rodを設定する(S21)。
図10(c)において、最外周半径Rmaxと最内周半径Rminとの間を均等に5分割することで最外周半径Rodから内側に1分割分だけシフトした仮分割位置Rodを設定する(S21)。
次に、S21で求めた仮分割位置Rodを2分割時の最外周半径Rod、最内周半径Rminを2分割時の最内周半径Ridとする。
そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S22)。
そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S22)。
次に、S22で求めた分割位置Rmdを2分割時の最外周半径Rod、最内周半径Rminを2分割時の最内周半径Ridとする。
そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S23)。
そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S23)。
次に、最外周半径Rmaxを2分割時の最外周半径Rod、S23で求めた分割位置Rmdを2分割時の最内周半径Ridとする。そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S24)。
次に、最外周半径Rmaxを2分割時の最外周半径Rod、S24で求めた分割位置Rmdを2分割時の最内周半径Ridとする。そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S25)。
次に、S24で求めた分割位置Rmdを2分割時の最外周半径Rod、S23で求めた分割位置Rmdを2分割時の最内周半径Ridとする。そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S26)。
図10(d)は、第3実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの7分割方法を示す図である。
図10(d)において、最外周半径Rmaxと最内周半径Rminとの間を均等に7分割することで最外周半径Rodから外側に1分割分だけシフトした仮分割位置Rodを設定する(S31)。
図10(d)において、最外周半径Rmaxと最内周半径Rminとの間を均等に7分割することで最外周半径Rodから外側に1分割分だけシフトした仮分割位置Rodを設定する(S31)。
次に、S31で求めた仮分割位置Rodを2分割時の最外周半径Rod、最内周半径Rminを2分割時の最内周半径Ridとする。
そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S32)。
そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S32)。
次に、S32で求めた分割位置Rmdを2分割時の最外周半径Rod、最内周半径Rminを2分割時の最内周半径Ridとする。
そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S33)。
そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S33)。
次に、S33で求めた分割位置Rmdを2分割時の最外周半径Rod、最内周半径Rminを2分割時の最内周半径Ridとする。そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S34)。
次に、S32で求めた分割位置Rmdを2分割時の最外周半径Rod、S33で求めた分割位置Rmdを2分割時の最内周半径Ridとする。そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S35)。
次に、最外周半径Rmaxを2分割時の最外周半径Rod、S35で求めた分割位置Rmdを2分割時の最内周半径Ridとする。そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S36)。
次に、最外周半径Rmaxを2分割時の最外周半径Rod、S36で求めた分割位置Rmdを2分割時の最内周半径Ridとする。そして、(10)式から最外周半径Rodと最内周半径Ridとの間の分割位置Rmdを求める(S37)。
なお、6分割では、2ゾーンを1ゾーンと見なして3分割処理を行い、その後、2分割すればよい。
ゾーン幅比は、Nを大きくするほど1に近づくが、実用上は3〜8分割までで考えると、ゾーン幅比の最小値は、8分割時の1.0488となる。上限は、3分割時で1.1961となる。ただし、4分割ではFCI変化一定分割の採用もありうるので、(Rmax/Rmin)1/4=1.22428をゾーン幅比の上限とすることができる。
ゾーン幅比は、Nを大きくするほど1に近づくが、実用上は3〜8分割までで考えると、ゾーン幅比の最小値は、8分割時の1.0488となる。上限は、3分割時で1.1961となる。ただし、4分割ではFCI変化一定分割の採用もありうるので、(Rmax/Rmin)1/4=1.22428をゾーン幅比の上限とすることができる。
図12(a)から図16(a)は、第3実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの4分割、5分割、7分割、6分割および8分割時の分割位置とFCIレートとの関係をそれぞれ示す図、図12(b)から図16(b)は、第3実施形態に係るサーボパターンが配置されるゾーンの4分割、5分割、7分割、6分割および8分割時の分割位置とSFGレートとの関係をそれぞれ示す図である。
図12(a)から図16(a)において、4分割、5分割、7分割、6分割および8分割時においても、サーボロス最小繰り返し分割およびサーボロス最小複合分割では、隣接ゾーン間の分割位置が均等分割の分割位置に比べて内周側にシフトしている。このため、内周FCI基準で設定された外周側のサーボ周波数は、サーボロス最小分割では均等分割に比べて低くなる。このため、外周側のSN比の品質が低下する場合においても、均等分割のように外周側でサーボ周波数を落とすことなく、外周FCIを緩和することができる。
図17は、サーボパターンが配置されるゾーン分割数と、サーボロス率およびエリアゲインとの関係を示す図である。なお、サーボロス率は、磁気ディスクにライト可能な全体の面積に対してサーボゾーンが占める割合である。エリアゲインは、非分割に対するデータエリアの増加率である。
図17において、ゾーン境界無効幅=0μmの場合、分割数が5→6→7→8と増えるに従って若干ではあるが、サーボロス率が減少する。
これに対して、ゾーン境界無効幅=10μmの場合、分割数が5→6→7→8と増えても、サーボロス率はほとんど減少せず、分割数が5以上で飽和する。
一方、分割数が増大すると、ゾーンサーボ方式におけるパラメータのデータ量が増大する。このため、ゾーンサーボ方式における分割数は、3または4に設定するのが好ましい。
図17において、ゾーン境界無効幅=0μmの場合、分割数が5→6→7→8と増えるに従って若干ではあるが、サーボロス率が減少する。
これに対して、ゾーン境界無効幅=10μmの場合、分割数が5→6→7→8と増えても、サーボロス率はほとんど減少せず、分割数が5以上で飽和する。
一方、分割数が増大すると、ゾーンサーボ方式におけるパラメータのデータ量が増大する。このため、ゾーンサーボ方式における分割数は、3または4に設定するのが好ましい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
HW ライトヘッド、HR リードヘッド、HM ヘッドスライダ、SU サスペンション、KA キャリッジアーム、1 ベース、2 磁気ディスク、3 スピンドルモータ、4 ボイスコイルモータ、5 制御部、6 ヘッド制御部、6A ライト電流制御部、6B 再生信号検出部、7 パワー制御部、7A スピンドルモータ制御部、7B ボイスコイルモータ制御部、8 リードライトチャネル、9 ハードディスク制御部、9A ゾーンサーボ切替部、HS ホスト
Claims (5)
- 径方向に分割されたN(Nは2以上の整数)個のゾーンを持つ磁気ディスクと、
前記磁気ディスクに対して設けられた磁気ヘッドとを備え、
サーボパターン周波数が互いに異なるサーボパターンが前記ゾーンごとに記録され、
前記磁気ディスクの外径側からK(Kは1以上N−1以下の整数)番目のゾーンのゾーン幅は、前記K番目のゾーンに内径側に隣接するK+1番目のゾーンのゾーン幅より広いという関係が、1以上N−1以下の全てのKで成り立つ磁気ディスク装置。 - K番目のゾーンのゾーン幅をWod、K+1番目のゾーンのゾーン幅をWidとすると、
1.25≧Wod/Wid>1.05という関係が成り立つ請求項1に記載の磁気ディスク装置。 - K番目のゾーンのゾーン幅をWod、K+1番目のゾーンのゾーン幅をWid、K番目のゾーンの外周半径をRod、K+1番目のゾーンの内周半径をRidとすると、
Wod/Wid=1−0.22(Rod/Rid−1)という関係が成り立つ請求項1に記載の磁気ディスク装置。 - K番目のゾーンの外周半径をRod、K+1番目のゾーンの内周半径をRid、K番目のゾーンとK+1番目のゾーンとの分割半径をr、xを重みとすると、
r=(x*Rod+Rid)/2、
2*(Rid/Rod)1/2−Rid/Rod≦x<1という関係が成り立つ請求項2に記載の磁気ディスク装置。 - K番目のゾーンとK+1番目のゾーンとの分割半径をr、xを重みとすると、
r=(x*Rod+Rid)/2、
x=1−0.05*(Rod/Rid−1)3/2という関係が成り立つ請求項3に記載の磁気ディスク装置。
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