JP2005174450A - リニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】トラック密度の向上、磁気ヘッドの応答性の向上を図る。
【解決手段】 磁気テープTとの主たる摺動面2Sを構成する摺動部2と、サーボ信号読み込み用のサーボ信号再生磁気ヘッド素子、データ書き込み用のデータ記録磁気ヘッド素子、データ読み込み用のデータ再生磁気ヘッド素子を有する磁気ヘッド素子3とが分離して形成され、トラッキング機構が、粗動追従機構4と微動追従機構5との2段トラッキング機構を有し前記磁気ヘッド素子チップ部3は、前記微動追従機構5に直接的に配置され、該微動追従機構5は、前記粗動追従機構4に配置され、前記粗動追従機構4は、前記磁気ヘッド素子チップ部3を、前記磁気テープTの幅方向に平行配列された全トラックの形成部の全幅に渡って移動させる構成を有するものであり、軽量化された磁気ヘッド素子チップ部3を微動追従機構4によってトラッキングサーボを行うことによってトラッキングの高速化、精度の向上を図り、トラックの高密度化をはかることができるようにする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、例えばコンピュータにおけるデータのバックアップに用いられる磁気テープを媒体とするリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置に関する。
最近、ハードディスクの大容量化に伴い、コンピュータシステムで取り扱うデータ量も、極めて多大化している。このため、バックアップ装置として、磁気テープを用いたデータストレージシステムの需要が大きくなっている。
現在、磁気テープを用いたデータストレージ装置には、回転ヘッドを使ったヘリカルシステム型、および固定ヘッドを使用したリニアシステム型がある。
このリニアシステム型の多くのフォーマットは、サーボバンド方式によるサーボを採用している(例えば特許文献1参照))。
図7に、リニアシステム型のフォーマットを模式的に例示する。図示の例では、磁気テープTの全幅が、5つのサーボバンドSB(SB1,SB2,SB3,SB4,SB5)で仕切られる4つのデータバンドDB(DB1,DB2,DB3,DB4)によって構成されている状態を示している。
また、それぞれのデータバンドDBは、図8に模式的に示すように、複数例えば96本のチャネルを構成するデータトラックDTで構成されている。これらデータトラックDTが、データ書き込みおよび読み込み(再生)の最小単位となる。
一方、図7に破線をもって示すように、通常においては、記録再生ヘッドHDは、テープ幅WTの約2倍の長さLHを持ち、中央部に、磁気ヘッド素子部101が設けられて成る。
この磁気ヘッド素子部101は、図9に示すように、各データバンドDBを挟んで隣り合う2本のサーボバンドSBにそれぞれ書き込まれたサーボ信号を読み込むサーボ信号再生磁気ヘッド素子GB(GB1およびGB2)と、これら間に、データバンドDBの複数のデータトラックDTに対応して、それぞれ磁気テープの長手方向に所要の間隔を保持して対をなすデータ信号を書き込むデータ記録磁気ヘッド素子となり、かつデータ信号を読み込む再生磁気ヘッドとなる記録・再生磁気ヘッド素子GD(GD1,GD1,GD2,GD2・・・GD8,GD8)が配列されて成る。
そして、リニアシステム型の場合、テープTは、図7に矢印aで示すように、双方向に走行され、例えば上述した各データバンドDBにおいて、磁気ヘッド素子GBが、所定選択された例えば8チャネルを組として12回の往復によって、記録・再生がなされる。
この記録・再生は、それぞれのチャネルすなわちデータトラックDTに、それぞれトラックの延長方向に所要の間隔を保持して上述した8組の対のデータ記録・再生磁気ヘッド素子GDによって、データ記録時においては、テープの往復によって各対の一方が記録磁気ヘッド素子として動作し、他方が記録状態をモニターする再生用の磁気ヘッド素子として動作するようになされる。
そして、データ再生時においては、対の記録・再生磁気ヘッド素子GDの各対の一方によって再生が行われる。
そして、これらデータ記録・再生において、サーボ信号再生磁気ヘッド素子GS1およびGS2によって得たサーボ信号によってトラッキングサーボがなされる。
サーボバンドに記録されたサーボ信号は、例えば図11に、その記録パターンを示すように、いわゆるシェブロン(Chevron)構成、すなわち山形パターンによるサーボ信号による記録態様によるサーボ方式を用いることができる。
そして、目的とするデータバンドDBで、例えば上述した12回の往復記録もしくは再生を行うに際し、このデータバンドDBの両側に位置するサーボバンドSBにおいて、図11に示すように、それぞれ上述した対のサーボ信号再生磁気ヘッド素子GSが、図11のサーボ信号を横切る直線b1およびb2間に順次サーボバンドSBの幅方向に移動することによって、その移動位置に応じた信号間隔が相違するサーボ信号を得ることによって、磁気ヘッド素子部101の位置を検出することができ、その位置制御すなわちトラッキングサーボを行うことができるようになされている。
特開2000−48431号公報
ところで、現在のデータストレージの、テープカートリッジ当たりの容量は200MB程度である。
一方で、前述したように、ハードディスクの高容量化、更に、コンピュータの高速化に伴い、取り扱うデータが急速に増加しており、バックアップ装置としてのテープストレージ装置の高容量化の期待は大きい。
そして、この高容量化のためには、線記録密度の向上およびトラック密度の向上が必要となる。
現在市販されているテープストレージシステムのトラック密度は、1〜2kTPI(Track Per Inch)であるが、今後2〜4倍の容量を実現するには、2〜5kTPI、更にはそれ以上のトラック密度を実現することが要求されている。
ところが、現状のサーボシステムでは、2kTPI程度が限界といわれている。
この限界は、主に、サーボシステムの機械的可動部分の質量が大きすぎることからその移動の高速性および精度に起因している。
すなわち、リニアシステム用の上述した磁気ヘッドHDは、その磁気ヘッド素子の磁気ギャップ部とテープとが、均一な状態で接触する必要がある。更に、磁気ギャップ部はデータバンド間の移動が円滑になされ、また、均一な摺接状態が得られるように、良好な当たりを必要とし、このため前述したように、磁気ヘッドHDの長さLHは、テープ幅WTの2倍の長さに選定される。
このため、磁気ヘッドHDは、その大きさ、質量ともに大となる。
また、磁気ヘッドを目的のデータトラックに追従させるため、VCM(ボイス・コイル・モータ)等の駆動系を使用するが、上述したように、大型かつ大重量の磁気ヘッドを移動させるには、大きな力を必要とする。
したがって、大きな駆動力をもつVCMが必要となり、結果として、磁気ヘッドを含むサーボシステムの機械的可動部分は、更に大きくなってしまう。このため、VCMの駆動可能帯域は大きく制限され、サーボ帯域も数100Hzと低くなってしまい、実現できるTPIも、2kTPI程度になってしまうものである。
また、一方で、テープの走行スピードを高速化し、データの転送スピードを向上させることによるバックアップ時間短縮への期待も大きい。因みに、現在の代表的なシステムのテープスピードは5m/s前後であり、今後10〜20m/s程度のスピードも期待されている。このようなテープ走行の高速化は、データトラックを追従するサーボにも高速性を要求することになる。テープの振動の周波数も、テープスピードに比例して、高周波数成分が大きくなってくるからである。
このように、高トラック密度の実現、さらに高転送スピード実現のためにも、応答性のよいトラッキングシステムが要求されているという問題が生じている。
本発明は、上述した諸問題の解決を図り、トラック密度の向上、磁気ヘッドの応答性の向上を図ることができるようにしたリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置を提供するものである。
本発明によるリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置は、トラッキング機構を具備するリニア型磁気テープストレージ用磁気ヘッド装置であって、磁気ヘッド部が、前記磁気テープとの主たる摺動面を構成する摺動部と、サーボ信号読み込み用のサーボ信号再生磁気ヘッド素子、データ書き込み用のデータ記録磁気ヘッド素子、データ読み込み用のデータ再生磁気ヘッド素子を有する磁気ヘッド素子チップ部と有してなり、前記トラッキング機構が、粗動追従機構と微動追従機構との2段トラッキング機構を有し、前記磁気ヘッド素子チップ部は、前記微動追従機構に直接的に配置され、該微動追従機構は、前記粗動追従機構に配置され、前記粗動追従機構は、前記磁気ヘッド素子チップ部を、前記磁気テープの幅方向に平行配列された全トラックの形成部の全幅に渡って移動させる構成を有することを特徴とする。
また、本発明は、上述の本発明装置において、前記微動追従機構は、前記サーボ信号再生磁気ヘッド素子からの前記磁気テープに記録されたサーボ信号によって駆動され、前記磁気ヘッドチップ部を前記磁気テープの幅方向に微動させて、高速トラッキングを実現するようになされ、前記粗動追従機構は、所要トラックの選定を行う構成とされたことを特徴とする。
また、本発明は、同様に、上述の本発明装置において、前記微動追従機構は、500Hz以上の共振周波数を有することを特徴とする。
また、本発明は、同様に、上述の本発明装置において、前記微動追従機構が、一対の圧電セラミック板から成るバイモルフ素子によって構成され、前記サーボ信号再生磁気ヘッド素子からのサーボ信号に対応した電圧を前記バイモルフ素子に印加して、前記磁気ヘッド素子チップ部を前記磁気テープの幅方向に微動させて高速トラッキングを実現することを特徴とする。
また、本発明は、同様に、上述の本発明装置において、前記磁気テープとの摺動部を構成する磁気テープ走行ガイドブロックが設けられ、該磁気テープ走行ガイドブロックの前記磁気テープとの摺動面に開口が形成され、前記磁気ヘッド素子チップ部が、前記磁気テープ走行ガイドブロック部の背部に、前記開口を通じて前記摺動面に磁気ギャップを臨ませて配置され、前記磁気ヘッド素子チップ部の少なくとも前記微動追従機構による移動が、前記開口内でなされる構成としたことを特徴とする。
上述した本発明構成によるリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置においては、トラッキング機構を、微動追従機構と粗動追従機構との2段トラッキング機構とし、かつ磁気ヘッド部を、摺動部と磁気ヘッド素子チップ部とによって構成し、粗動追従機構によって磁気ヘッド素子チップを、例えば摺動部と共に、粗調整を行い、そのデータ記録再生の各磁気ヘッド素子が所要のデータバンドの所要のデータトラックに持ち来たされ、サーボ信号再生磁気ヘッド素子がこのデータバンドに対応するサーボバンドに持ち来たすトラッキング選定がなされる。
そして、このトラックの選定がなされた状態で、微動追従機構によって、磁気ヘッド素子チップのみを、サーボ信号再生磁気ヘッドによるサーボバンドからのサーボ信号によって、微動追従機構の駆動によって、磁気ヘッド素子チップのみをデータトラックにおいて、サーボ信号再生磁気ヘッド素子で読み出したサーボ信号による微動制御によって各データ記録再生磁気ヘッドのトラッキングサーボ駆動がなされる。
上述したように、本発明によるリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置においては、粗動追従機構によってトラックの選定がなされ、微動追従機構によって、磁気ヘッド素子及びチップのみによる軽量部を、トラッキングサーボの微動調整を行うことから、トラッキングサーボは、磁気ヘッド素子チップ部の軽量部分について行うことができるようにしたことから、微動追従機構に掛かる機械的負荷は、従来に比して格段に軽減できる。
したがって、サーボ信号による追従性、高速性が高められ、高速トラッキングを行うことができ、正確なトラッキングを行うことができる。
また、このようにして、トラッキングの精度が高められることにより、トラック密度を充分高めることができ、記録密度を高めることができる。
また、この構成とすることによって、ヘッドの共振周波数が、冒頭に述べた従来構造による場合、100Hz程度であったものを、500Hz以上例えば数kHz以上に高める構成とするものであり、これによって、トラッキングヘッド周波数の応答性を広範にすることができるものである。
本発明による実施の形態を説明する。図面を参照して本発明の実施の形態例を説明するが、本発明は、これらの例に限定されるものではない。
本発明によるリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置は、例えば図7〜図11で説明したように、複数のサーボバンドSBとデータバンドDBとがテープの幅方向に交互に配置される磁気テープTに対して、記録再生がなされるリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置であり、各データバンドDBの各データトラックDTに対し、各データバンドDBの両側に配置されたサーボバンドSBに記録されたサーボ信号によって記録・再生がなされる。
本発明によるリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置にあっては、図1にその一例の概略構成図を示すように、図1においては紙面と直交する磁気テープTを安定に磁気ヘッドの作動部に摺動させるための所要の幅および面積、形状を有する磁気テープTとの主たる摺動面2Sを構成する摺動部2と、サーボ信号読み込み磁気ヘッド素子(すなわちサーボ信号再生用磁気ヘッド素子)、データ書き込み磁気ヘッド素子(すなわちデータ信号記録用磁気ヘッド素子)、データ読み込み磁気ヘッド素子(すなわちデータ信号再生用磁気ヘッド素子)を有する磁気ヘッド素子チップ部3とを分離して構成する。
そして、トラッキング機構として、粗動追従機構4と微動追従機構5との2段トラッキング構成とする。
磁気ヘッド素子チップ部3は、微動追従機構5に直接的に配置され、この微動追従機構5は、粗動追従機構4に配置結合される。
粗動追従機構4は、磁気ヘッド素子チップ部3を、磁気テープの幅方向に平行配列された全データバンドDBおよびサーボバンドSBの配置部の全幅に渡って移動させる構成とする。
磁気ヘッド素子チップ部3は、例えば図2にその一例の正面図を示すように、例えば2枚のAlTiC等より成る薄板状ヘッド基板31および32上にそれぞれ磁気ヘッド素子が配列され、これら基板31および32が、貼りあわされた構成とすることができる。
この場合、例えば一方の基板31には、図2において上下両端に、例えば図7における1本のデータバンドDBを挟んで配置される2本のサーボバンドSBに対してそのサーボ信号を読み込むサーボ信号再生磁気ヘッド素子GS1およびGS2が配置され、両基板31および32の互いに対向する位置に、それぞれデータトラックに対する記録再生がなされるデータ記録・再生磁気ヘッド素子GD(GD1,GD2,・・・)が配列形成される。
サーボ信号再生磁気ヘッドGS1およびGS2は、例えばMR(磁気抵抗)素子による再生磁気ヘッド素子によって構成することができ、データ記録・再生磁気ヘッド素子GDは、例えばMR素子による再生磁気ヘッド素子MRと電磁誘導型の薄膜磁気ヘッド素子TFが積層形成された構成とすることができる。
そして、これら磁気ヘッド素子の配列部上に、例えばAlTiC基板による保護基板を配置して磁気ヘッド素子チップ部3が構成される。
微動追従機構5は、例えば図3に示すように、一端がベース基板2に固定された圧電セラミック板による圧電素子によって構成し、その遊端に磁気ヘッド素子チップ部3が配置される。そして、圧電素子の両面に形成した電極層5aおよび5b間に、サーボ信号再生磁気ヘッド素子から得たトラッキングサーボ信号に対応する信号電圧源10からのサーボ信号電圧を印加することによって、圧電素子を、その一方と他方の面側の逆向きのが圧縮、伸長によって撓曲し、その先端に配置された磁気ヘッド素子チップ部3のデータ記録再生磁気ヘッド素子の、それぞれのデータトラックに対するトラッキング制御がなされる。
また、図4に示すように、2枚の圧電セラミック板51および52が重ね合わされてバイモルフ50が形成され、中央の共通の電極5cに対し、両外側の電極5aおよび5bに互いに極性を異にするトラッキングサーボ信号に対応する信号電圧を印加するようにして、両セラミック基板51および52の撓曲によって、安定して、その先端に配置された磁気ヘッド素子チップ部3を、サーボ信号によって微小移動によるトラッキング制御がなされる。図4において図3と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
一方、例えば図5に示すように、摺動部2を構成するガイドブロック7が構成される。このガイドブロック7は、例えば円筒面をなす磁気テープTとの摺動面2Sが前方面に形成されたシールドケースによって構成することができる。その摺動面2Sを形成する前方面には、開口2Wが穿設される。ガイドブロック7の背部、すなわち内部には、磁気ヘッド素子チップ部3が配置され、その各ヘッド素子GS,GDが、開口2Wを通じて磁気テープTに向って突出して全磁気ヘッド素子が、磁気テープTに摺動するように為される。すなわち全磁気ヘッド素子が磁気テープTとの同一摺動面に配列されるようになされる。
そして、微動追従機構5による磁気ヘッド素子チップ部3の移動による磁気ヘッド素子GS,GDの移動は、開口2W内においてなされる。
また、例えば図1に示すように、磁気ヘッド素子チップ部3を有する微動追従機構5のベース6と摺動部2すなわちガイドブロック7とが、粗動追従機構4によって磁気テープTの幅方向に粗動移動するようになされる。
粗動追従機構4は、例えばステップモータ等の駆動モータ8によって回転する螺杆9が設けられ、これに、螺合する移動体9が設けられ、この移動体9に、ガイドブロック7と微動追従機構5のベース6が取着される。この場合、螺杆9が磁気テープTの幅方向に配置され、駆動モータ8による螺杆9の回転によってその軸方向に移動体9が移動するようになされる。このようにして、駆動モータ8の駆動によって移動体9を所定位置に移動させ、磁気ヘッド素子チップ部3を、磁気テープTの幅方向に移動し、磁気テープTの所要のデータバンドDBの所要のデータトラックにデータ記録再生磁気ヘッド素子GDが対向させるようになされる。
上述したように、本発明においては、磁気ヘッド素子チップ部3の軽量部が微動追従機構5によって、トラッキング制御を行う構成とするものであり、これによってトラッキング制御の高速性を図ることができる。
すなわち、磁気ヘッド素子チップ部3における各記録再生磁気ヘッド素子GDは、具体テープには、例えば厚さ1〜2mm程度であり、その縦横の大きさも数mm程度とすることができることから、冒頭に述べた磁気テープTの幅の2倍に選定された磁気ヘッド構造による場合のトラッキングサーボに比し格段に小型軽量が図られ、従来構造に比し格段にトラッキングサーボの高速駆動が図られるものである。
また、微動追従機構5を圧電板によって構成する場合、冒頭に述べたVCMなどと比較して、格段に高速動作が可能である。
バイモルフによる微動追従機構5を具備する磁気ヘッド素子チップ部3(ダイナミックトラッキングヘッドと呼称する)はその共振周波数が500Hz以上である。図6中破線曲線および実線曲線は、それぞれ、ダイナミックトラッキングヘッドついての振幅および位相の周波数特性の測定結果である。この場合、バイモルフの長さが約3mmの場合であり、振幅・位相の周波数特性は高域(5kHz以上)まで平坦で、従来における数百Hz程度に比し、格段に大とすることができる。
テープスピード10m/s程度で、2〜5kTPIを実現するに必要といわれている1kHz程度のサーボ帯域を十分実現できる性能を得ることができる。
圧電素子による微動追従機構5は、高速動作が可能ではあるが、その追従駆動範囲は数10μmである。
これに対し、磁気テープの幅は、例えば8〜12.7mm、あるいはそれ以上であるが、本発明においは、粗動追従機構4よって磁気テープTの全トラックに渡って移動が可能とされていることによって、この粗動追従機構4によって対応するデータ記録再生磁気ヘッド素子を持ちきたすことができ、微動追従機構5によって、各トラックについてトラッキングサーボを行うことができることになる。
本発明装置によれば、2段トラッキング構成として、粗動追従機構によって、磁気ヘッド素子を、目的とするデータバンドのデータトラックに持ち来す粗調整を行い、微動追従機構によるトラッキングサーボは、磁気ヘッド素子チップ部の軽量部分について行うことができるようにしたことから、微動追従機構に掛かる機械的負荷は、従来に比して格段に軽減できる。これにより、サーボ信号による追従性が高められ、高速トラッキングを行うことができ、正確なトラッキングを行うことができる。
尚、本発明は、例えば粗動追従機構4は、VCMによって構成することができるなど、上述した例に限定されるものではないことは言うまでもなく、種々の構成によることができる。
本発明によるリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置の一例の概略断面図である。 本発明によるリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置の磁気ヘッド素子チップ部の一例の正面図である。 本発明によるリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置の一例の要部の概略構成図である。 本発明によるリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置の他の例の要部の概略構成図である。 本発明によるリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置の一例の斜視図である。 本発明装置のトラッキングヘッド周波数応答特性の測定曲線図である。 本発明および従来のリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置の説明に供するリニア型テープストレージのデータフォーマットを示す模式的平面図である。 従来のリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置の磁気ヘッド素子部の模式的正面図である。 図7で示したデータフォーマットのデータトラックの説明図である。 サーボバンドにおけるサーボ信号のパターン図である。
符号の説明
2・・・摺動部、2S・・・摺動面、2W・・・開口、3・・・磁気ヘッド素子チップ部、4・・・粗動追従機構、5・・・微動追従機構、6・・・ベース、7・・・ガイドブロック、8・・・駆動モータ、10・・・信号電圧源、31,32・・・ヘッド基板、50・・・バイモルフ、51,52・・・圧電セラミック基板、T・・・磁気テープ、 SB(SB1,SB2,・・・SB5)・・・サーボバンド、DB(DB1,DB2,・・・DB4)・・・データバンド、DT・・・データトラック、GS(GS1,GS2)・・・サーボ用再生磁気ヘッド素子、GD(GD1,GD2・・・GD8)・・・データ用記録・再生磁気ヘッド素子、HD・・・磁気ヘッド、101・・・磁気ヘッド素子部

Claims (5)

  1. トラッキング機構を具備するリニア型磁気テープストレージ用磁気ヘッド装置であって、
    磁気ヘッド部が、前記磁気テープとの主たる摺動面を構成する摺動部と、サーボ信号読み込み用のサーボ信号再生磁気ヘッド素子、データ書き込み用のデータ記録磁気ヘッド素子、データ読み込み用のデータ再生磁気ヘッド素子を有する磁気ヘッド素子チップ部とを有し成り、
    前記トラッキング機構が、粗動追従機構と微動追従機構との2段トラッキング機構を有し、
    前記磁気ヘッド素子チップ部は、前記微動追従機構に直接的に配置され、
    該微動追従機構は、前記粗動追従機構に配置され、
    前記粗動追従機構は、前記磁気ヘッド素子チップ部を、前記磁気テープの幅方向に平行配列された全トラックの形成部の全幅に渡って移動させる構成を有することを特徴とするリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置。
  2. 前記微動追従機構は、前記サーボ信号再生磁気ヘッド素子からの前記磁気テープに記録されたサーボ信号によって駆動され、前記磁気ヘッド素子チップ部を、前記磁気テープの幅方向に微動させて、高速トラッキングを実現するようになされ、
    前記粗動追従機構は、所要トラックの選定を行う構成とされたことを特徴とする請求項1に記載のリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置。
  3. 前記微動追従機構は、500Hz以上の共振周波数を有することを特徴とする請求項1に記載のリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置。
  4. 前記微動追従機構が、一対の圧電セラミック板から成るバイモルフ素子によって構成され、
    前記サーボ信号読み込み磁気ヘッド素子からのサーボ信号に対応した電圧を前記バイモルフ素子に印加して、前記磁気ヘッド素子チップ部を前記磁気テープの幅方向に微動させて、高速トラッキングを実現することを特徴とする請求項1に記載のリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置。
  5. 前記磁気テープとの摺動部を構成する磁気テープ走行ガイドブロックが設けられ、
    該磁気テープ走行ガイドブロックの前記磁気テープとの摺動面に開口が形成され、
    前記磁気ヘッド素子チップ部が、前記磁気テープ走行ガイドブロック部の背部に、前記開口を通じて前記摺動面に磁気ギャップを臨ませて配置され、
    前記磁気ヘッド素子チップ部の少なくとも前記微動追従機構による移動が、前記開口内でなされる構成としたことを特徴とする請求項1に記載のリニア型テープストレージ用磁気ヘッド装置。
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