JP2005011407A

JP2005011407A - ハードディスクドライブ

Info

Publication number: JP2005011407A
Application number: JP2003172636A
Authority: JP
Inventors: Shoji Tanaka; 彰二田中; Yoshihiro Hino; 良宏日野; Yasuyuki Imai; 康之今井; Takeshi Sasa; 剛佐々; Masaru Itaya; 大板谷; Kazuya Suzuki; 一也鈴木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】所定の環境条件の下で所定以上の転送レートを保証する、特にＡＶ用途のハードディスクドライブを提供すること。
【解決手段】本発明に係るＨＤＤ１は、所定の温度、湿度、気圧、振動、または加速度の条件下で、動画のデータを書き込みまたは読み出すときの転送レートを所定以上維持する。例えば、前記所定の転送レートは、シングルストリームの転送レートをＡ（Ｍｂｐｓ）、当該ハードディスクドライブが読み出しまたは書き込みするストリーム数をＮ（本）とした場合、１．１×Ａ×Ｎ（Ｍｂｐｓ）とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば音声や動画等のデータを書き込み及び読み出しするＡＶ（ＡｕｄｉｏＶｉｓｕａｌ）用途向けのハードディスクドライブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からのハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）という。）の仕様書によれば、保存環境条件、動作環境条件などが厳密に定められている。かかる仕様書中には通常、動作環境条件において、ハードエラーが発生しないこと、あるいは永久的なダメージが起きないことが約束されている。
【０００３】
ＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）に用いられるＨＤＤは、データ読み出し、あるいは書き込み要求に対して、必ずしも実時間での応答を要求されるものではない。すなわち、一般的には何度リトライを繰り返してもデータを読み出せればよいし、書き込めればよい。
【０００４】
ＡＶ用途のＨＤＤでは、例えば、ディスクの欠陥が発生した場合でも動画データ等のディスクへの記録位置の連続性を維持し、再生時の蓄積手段のデータの転送レートが低下することを抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１８５９０９号公報（段落［００８０］等、図１３等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般のＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）に用いられるＨＤＤが動画等の大きなデータサイズの読み出し、書き込みを行う場合、すなわち連続的なＡＶストリームを行う場合には問題がある。例えば、動画像の再生時においては画像の動きが停止することを避けるため、常に読み出しが継続されなければならない。瞬時のエラーや誤動作に対応するためにはＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等のバッファを用いて、エラー部分を外部から隠すことはできる。しかし、この方法では継続的な振動などの条件下ではバッファがあふれてしまい、結局は画像の動きが停止してしまう。この原因はＨＤＤがあくまでも動作保証しかされていないためであり、性能保証されていないことに起因している。
【０００７】
また、ＨＤＤの仕様はドライブベンダー間の差もあり、ＰＣ用途としてはほぼ同じ仕様で仕様書等に記述されているにもかかわらず、ＡＶ用途での性能は保証されているものではなかった。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、所定の環境条件の下で所定以上の転送レートを保証する、特にＡＶ用途のハードディスクドライブを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るハードディスクドライブは、少なくとも動画を書き込み及び読み出し可能なハードディスクドライブであって、所定の温度、湿度、気圧、振動、または加速度の条件下で、前記動画のデータを書き込みまたは読み出すときの転送レートを所定以上維持する。例えば、前記所定の転送レートは、シングルストリームの転送レートをＡ（Ｍｂｐｓ）、当該ハードディスクドライブが読み出しまたは書き込みするストリーム数をＮ（本）とした場合、１．１×Ａ×Ｎ（Ｍｂｐｓ）とする。
【００１０】
本発明では、どのような環境条件下でも所定の転送レートを保証できることをハードディスクドライブの特性の基準とすることができる。これにより、所定の環境条件下でも、特にＡＶ用途のハードディスクドライブとしての性能保証をすることができ、アプリケーションシステムとしても動作及び性能を保証することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１２】
図１は、本実施の形態に係るＨＤＤの内部を概略的に示した平面図である。ＨＤＤ１は矩形箱状のケース３１を備えている。ケース３１内には、両面に磁気記録層がそれぞれ設けられたディスク状の記憶媒体であるディスク２３と、このディスク２３を支持および回転させるディスクの駆動機構としてのスピンドルモータ（ＳＰＭ）３２と、ＨＳＡ（ＨｅａｄＳｔａｃｋＡｓｓｅｍｂｌｙ）３３とが配置されている。ＨＳＡ３３は、ディスク２３に対する信号の読み書きを行う素子である磁気ヘッド３４と、磁気ヘッド３４を先端に支持した複数のアーム３５と、これらのアーム３５をディスク２３の面に沿って移動させるように回動自在に支持するピボット・ベアリング３６と、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）３７とで構成されている。また、ケース３１内には、スピンドルモータ（ＳＰＭ）３２、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）３７及びヘッドの制御を行うためのコントローラ、メモリ、ハードディスクコントローラ、その他の回路を搭載したプリント回路基板（図示せず）が装着されている。
【００１３】
このように構成されたＨＤＤ１がＡＶデータを読み書きするためには、まず、磁気ヘッド３４がＡＶデータが記録されているトラックに移動（シーク）し、次に、磁気ディスク２３が回転して磁気ヘッド３４の下に読み書きすべきセクタが来るまで待った後、ＡＶデータを読み出し、または、書き込みする。
【００１４】
さらに、隣接したセクタは磁気ヘッド３４の移動も回転待ちもなく続けて読み出すことができる。連続しない複数のセクタを読み出すためには、少なくとも磁気ヘッド３４の移動及び回転待ちという２つの工程を繰り返し行う必要があり、連続したセクタを読み出す場合に較べて、磁気ヘッド３４の移動する時間と回転待ちの時間がデータを読むことのできない時間として余分に必要になる。
【００１５】
すなわち、映像、音声等の時間的に継続して転送される大量のデータを記録再生する場合、データが複数のトラックにまたがって書き込まれる場合がある。そのため、読み書き中にトラックから別のトラックへのトラックジャンプ動作（シーク動作）や、回転待ちが必要となる。当然この間はデータの読み書きは一切行われない。
【００１６】
次に、ＨＤＤ１の転送レートについて説明する。
【００１７】
本実施の形態では、ＡＶ用途のＨＤＤとしての性能を規定するための転送レートを以下の通り規定する。
１．ＡＶストリームを想定してＸ（ＭＢ（メガバイト））の連続データの書き込みを行う。ストリームとは、動画等を読み書きする場合に、すべてのデータをバッファで受け取る前に読み書きを開始するものである。
２．書き込みコマンド発行後、書き込み完了フラグが立つまでの時間Ｔ１（ｓｅｃ）を計測する。
３．書き込み転送レートを８Ｘ／Ｔ１（Ｍｂｐｓ）と算出する（８ｂｉｔ＝１Ｂｙｔｅ）。
４．上記書き込みデータを読み出す。読み出しコマンド発行後読み出し完了フラグが立つまでの時間Ｔ２（ｓｅｃ）を計測する。
５．読み出し転送レートを８Ｘ／Ｔ２（Ｍｂｐｓ）と算出する。
ただし、この規定において、最初の書き込み位置、あるいは読み出し位置への磁気ヘッド３４の移動時間を測定対象から除くため、各々最初のヘッドアクセス時間は除いて算出するものとする。
【００１８】
本実施の形態では、このような規定にしたがって測定された転送レートを用いてあらゆる環境条件下での判断を行うものとする。ただし、評価基準となる数値についてはＡＶストリームの特性に応じたものとする必要があり、記録方式によって以下の転送レートが必要となる。
【００１９】
例えば、ＭＰＥＧ（ＭｏｔｉｏｎＰｉｃｔｕｒｅＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ）２であればＤＶＤ相当の画質で１０（Ｍｂｐｓ）程度、ＤＶ（ＤｉｇｉｔａｌＶｉｄｅｏ）方式の場合３０〜４０（Ｍｂｐｓ）程度必要である。また、ＨＤ（ＨｉｇｈＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）方式の場合１５０（Ｍｂｐｓ）、ＨＤ方式の場合であってＪＰＥＧ（ＪｏｉｎｔＰｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃＥｘｐｅｒｔＧｒｏｕｐ）であれば２５（Ｍｂｐｓ）程度（画質依存性あり）必要である。
【００２０】
このように、必要とされる転送レートは想定される信号によって変わる。また、アプリケーションとしての必要性があれば複数のストリームに対応しなければならず、この場合は上記数値の数倍の値が必要となる。例えば読み出しストリーム１本及び書き込みストリーム１本（シングルストリーム）を保証するには、シングルストリームの転送レート×２の転送レートが必要となるため、例えばＭＰＥＧ２を想定した場合２０（Ｍｂｐｓ）が上記転送レートの評価基準となる。
【００２１】
しかし、２本のストリームを順次記録再生するためには、上述したようにヘッド３４の移動等のための切り替え時間を必要とするため、マージンを見込む必要がある。ヘッド３４の移動時間は通常、上記転送レートの数パーセント相当と見積もることができる。
【００２２】
例えば、ディスク２３上のフルストローク時間（ディスク２３上のデータ記憶領域の最外周から最内周までヘッド３４が移動する時間）をＴｆ（ｍｓｅｃ）、必要とされるシングルストリームの転送レートをＡ（Ｍｂｐｓ）、必要とされるストリーム数をＮ（本）とすると、Ｎ本のストリームをすべてシークするのに必要な時間は、
Ｔｆ×Ｎ（ｍｓｅｃ）
であり、従ってこの時間内に、本来転送可能なデータ量は、
Ｔｆ×Ｎ×Ａ／１０００（Ｍｂｉｔｓ）
となる。したがって、この程度のマージンを予め見込んで仕様として設定する必要がある。
【００２３】
また、ディスク２３全面をヘッド３４がシークした場合、ディスクの回転数、ドライブサイズ等に依存はするが、概ね往復で３０（ｍｓｅｃ）程度は必要となるため、これを転送レートに換算すると、数パーセント程度である。したがって、１０％程度の余裕を見込む必要がある。
【００２４】
以上より、転送レートの評価基準としては、上記規定にしたがって測定された転送レートが常に満たすべき仕様として、
転送レート＞１．１×Ａ×Ｎ（Ｍｂｐｓ）・・・（式１）
となる。
【００２５】
次に上記転送レートの測定を実現するための測定システムについて説明する。
【００２６】
図２はその一実施の形態に係るシステムを示す図である。例えばＨＤＤ１をケーブル４によりＰＣ５に接続する。ＨＤＤ１は例えばＩＤＥ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＤｒｉｖｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）のＩ／Ｆ（インターフェース）、例えばＡＴＡ（ＡＴＡｔｔａｃｈｍｅｎｔ）を備えている。ＰＣ５はＨＤＤ１を動作させるためにＩＤＥのコマンドを発生させる。この機能は汎用のＩＤＥコマンドジェネレータなどを用いても実現可能である。また、ＩＤＥ信号を解析するためのバスアナライザ８がＰＣ５とＨＤＤ１との間に接続されている。これによって、コマンド発行後に実際のデータが転送されるのに必要な時間が正確に求められ、転送レートの算出が可能になる。
【００２７】
このようなシステムにおいて、ＰＣ５は必要な容量のデータを準備し、この書き込みコマンドを発行する。これに応じてＨＤＤ１はヘッド３４を所定の位置にシークさせ、データの書き込みを開始する。この際、データがＡＶデータである場合には、書き込みデータ量が大きいためヘッド３４はトラックジャンプも含めた動作を行う。このシステムによって、大きなデータの連続書き込みにおける実効的な転送レートが求められる。このように動作をさせた後、バスアナライザ８を用いて実際にコマンド終了までに要した時間を計測する。ここから、実効的な転送レートが算出できる。
【００２８】
一般的にＨＤＤ１は内周から外周にわたっていくつかのゾーンに分割されている。各ゾーンは信号の周波数を調整することによって概略同程度の線記録密度となるようになっている。このため、各ゾーンにおいて上記特性の測定を行う必要がある。
【００２９】
各ゾーンの測定結果をまとめると、例えば図３のような結果となる。この図では一般的な結果を示している。ディスク２３の外周側での転送レートが高く内周側へ行くに従って転送レートが低くなって行く。従って、最も低い最内周での転送レートが上記転送レート（式１）を満たすか否かによって判断することができる。
【００３０】
上記測定システムを用いて実際にＨＤＤ１の評価を行った。評価の実例を図４に示す。本測定では２．５インチＨＤＤ１を用いて、常温（２０°Ｃ〜３０°Ｃ）で実測を行った。この測定結果では最内周の転送レートで１００（Ｍｂｐｓ）を確保しており、この場合、ＭＰＥＧ２の１０（Ｍｂｐｓ）のストリームの記録を考えても、十分余裕があると考えられる。
【００３１】
例えば１０（Ｍｂｐｓ）のストリームを３本の書き込み要求があれば、少なくとも３０（Ｍｂｐｓ）以上が必要となる。またあるいは、１０（Ｍｂｐｓ）のストリームを３本それぞれの書き込み及び読み出し要求が３０×２（Ｍｂｐｓ）以上が必要となる。本実施の形態ではこのような転送レートをあらゆる環境条件下でこの特性を確保できるようにしなければならない。
【００３２】
次に、各環境下での測定方法について述べる。
【００３３】
まず温度環境について説明する。図５に示すように、恒温恒湿槽７内に評価対象のＨＤＤ１を例えば複数並べ、それぞれのＨＤＤ１からＩＤＥのインターフェースを有するケーブル４を引き出し、恒温恒湿槽７の外部に設置したＰＣ５または図示しないＩＤＥコマンドジェネレータに接続する。また、それぞれのケーブル４にバスアナライザ８を接続する。この状態で、各ＨＤＤ１へ所定の信号を書き込み、必要時間を実測する。また、書き込んだ信号を読み出し必要時間を実測する。
【００３４】
以下、この恒温恒湿槽７の温湿度条件の例を示す。
１．動作条件
（１）「６５°Ｃ、３０％」、（２）「３５°Ｃ、９０％」、（３）「２０°Ｃ、２０％」、（４）「−５°Ｃ」
２．非動作条件（ＨＤＤ１が通電していないとき、あるいは保存時の条件）
（１）「−４０°Ｃ、９６時間」（低温保存）、（２）「６５°Ｃ、８０％、９６時間」（高温保存）、（３）「−４０°Ｃ、２時間」と、「８０°Ｃ、２時間」とを繰り返し２５サイクル（ヒートショック）
【００３５】
次に、振動環境について説明する。図６に示すように、評価対象のＨＤＤ１を振動装置１０に固定し、それぞれのＨＤＤ１からケーブル４を引き出しＰＣ５に接続する。また、それぞれのケーブル４にバスアナライザ８を接続する。この状態で、各ＨＤＤ１へ所定の信号を書き込み、必要時間を実測する。また、書き込んだ信号を読み出し必要時間を実測する。
【００３６】
以下、この振動装置１０の振動条件の例を示す。
１．動作条件
（１）実効加速度０．７６（Ｇ）、２０分以上加振（ランダム振動、帯域１２５（Ｈｚ））、（２）５００（Ｈｚ）までの単一周波数振動（最大１（Ｇ））
２．非動作条件（ＨＤＤ１が通電していないとき、あるいは保存時の条件）
実効加速度１．５（Ｇ）、１時間加振（ランダム振動、帯域１２５（Ｈｚ））
【００３７】
次に減圧環境について説明する。図７に示すように、評価対象のＨＤＤ１を例えば減圧チャンバー１１内に複数設置し、それぞれのＨＤＤ１からＩＤＥのインターフェースを有するケーブル４を引き出し、減圧チャンバー１１の外部に設置したＰＣ５または図示しないＩＤＥコマンドジェネレータに接続する。ＰＣ５は減圧チャンバー１１内に設置するようにしてもよい。また、それぞれのケーブル４にバスアナライザ８を接続する。この状態で、各ＨＤＤ１へ所定の信号を書き込み、必要時間を実測する。また、書き込んだ信号を読み出し必要時間を実測する。
【００３８】
以下、減圧チャンバー１１の減圧条件の例を示す。
（１）動作条件
高度３０００（ｍ）以上（約７×１０^４（Ｐａ）以下）
（２）非動作条件（ＨＤＤ１が通電していないとき、あるいは保存時の条件）
高度１００００（ｍ）以上（約２．５×１０^４（Ｐａ）以下）
【００３９】
次に衝撃環境について説明する。図８に示すように、衝撃試験機１２のテーブル１４にＨＤＤ１を設置し所定の衝撃を与える。符号１３はアンビルを示す。この衝撃はＨＤＤ１に対して例えば６方向から加えられるようにＨＤＤ１の設置方向を変えて試験するものとする。各方向に対して所定の衝撃を加えた後、試験機１２からＨＤＤ１を取り外し、正常に設置された状態においてＨＤＤ１を、バスアナライザ８を介してＰＣ５に接続する。そして、この状態で、ＨＤＤ１へ所定の信号を書き込み、必要時間を実測する。また、書き込んだ信号を読み出し必要時間を実測する。
【００４０】
以下、衝撃試験機１２の衝撃条件の例を示す。
（１）動作時衝撃
衝撃加速度＞１８０（Ｇ）（持続時間＜２（ｍｓｅｃ））
（２）非動作時衝撃
衝撃加速度＞８００（Ｇ）（持続時間＜２（ｍｓｅｃ））
【００４１】
衝撃以外の保存または非動作環境においては、本動作環境における試験と同様の設置をし、保存または非動作環境条件下においた後一般環境下でドライブへ所定の信号を書き込み必要時間を実測する。また、書き込んだ信号を読み出し必要時間を実測する。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、どのような環境条件下でも所定の転送レートを保証できることをＨＤＤの特性の基準とすることができる。これにより、所定の環境条件下でも、特にＡＶ用途のＨＤＤとしての性能保証をすることができ、アプリケーションシステムとしても動作及び性能を保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るハードディスクドライブの内部を概略的に示した平面図である。
【図２】転送レートの測定を実現するための測定システムを示す図である。
【図３】転送レートの各ゾーンごとの測定結果を示す一般的なグラフである。
【図４】ディスク全面上での転送レートの実験結果を示すグラフである。
【図５】所定の温湿度条件下で転送レートを測定するためのシステムを示す図である。
【図６】所定の振動条件下で転送レートを測定するためのシステムを示す図である。
【図７】所定の減圧条件下で転送レートを測定するためのシステムを示す図である。
【図８】所定の衝撃条件下で転送レートを測定するためのシステムを示す図である。
【符号の説明】
Ａ…シングルストリームの転送レート
Ｎ…ストリーム本数
１…ＨＤＤ

Claims

少なくとも動画のデータを書き込み及び読み出し可能なハードディスクドライブであって、
所定の温度、湿度、気圧、振動、または加速度の条件下で、前記動画のデータを書き込みまたは読み出すときの転送レートを所定以上維持することを特徴とするハードディスクドライブ。
請求項１に記載のハードディスクドライブであって、
シングルストリームの転送レートをＡ（Ｍｂｐｓ）、当該ハードディスクドライブが読み出しまたは書き込みするストリーム数をＮ（本）とした場合、前記所定の転送レートは１．１×Ａ×Ｎ（Ｍｂｐｓ）とすることを特徴とするハードディスクドライブ。
請求項１に記載のハードディスクドライブであって、
前記所定の温度及び湿度条件は、当該ハードディスクドライブの動作時に、６５°Ｃで３０％、３５°Ｃで９０％、２０°Ｃで２０％、または−５°Ｃであり、
当該ハードディスクドライブの非動作時に、−４０°Ｃで９６時間保存、６５°Ｃ及び８０％で９６時間保存、または、−４０°Ｃで２時間保存と、８０°Ｃで２時間保存とを２５サイクルであること特徴とするハードディスクドライブ。
請求項１に記載のハードディスクドライブであって、
前記所定の気圧条件は、当該ハードディスクドライブの動作時に、７×１０^４（Ｐａ）以下であり、
当該ハードディスクドライブの非動作時に、２．５×１０^４（Ｐａ）以下であることを特徴とするハードディスクドライブ。
請求項１に記載のハードディスクドライブであって、
前記所定の振動条件は、当該ハードディスクドライブの動作時に、実効加速度０．７６（Ｇ）で２０分以上のランダム振動、または５００（Ｈｚ）までの単一周波数振動であり、
当該ハードディスクドライブの非動作時に、実効加速度１．５（Ｇ）で１時間以上のランダム振動であることを特徴とするハードディスクドライブ。
請求項１に記載のハードディスクドライブであって、
前記所定の加速度条件は、当該ハードディスクドライブの動作時に、衝撃加速度が１８０（Ｇ）以上であり、
当該ハードディスクドライブの非動作時に、衝撃加速度が８００（Ｇ）以上であることを特徴とするハードディスクドライブ。