JP2008077742A - 磁気記録媒体の評価方法および評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気記録媒体の記録再生時のエラーレートを悪化させる原因となるサーマルアスペリティ現象やスペーシングロス等を引き起こす、磁性層表面の突起を簡便かつ実際の使用環境に即し、評価する方法を提供する
【解決手段】磁気記録媒体に信号を記録再生し、再生信号に基づいて磁気記録媒体の表面突起を評価する磁気記録媒体の評価方法であって、所定の周波数の信号を記録する記録工程と、前記信号を再生する再生工程と、前記再生信号の出力（Ｌ）と周波数（Ｈ）とをモニタするモニタ工程と、前記再生信号の出力と周波数とを所定の閾値（Ｌt，Ｈt）とそれぞれ比較演算する比較演算工程と、前記比較演算工程の結果に基づき、前記表面突起を分別し、前記表面突起に関連する情報とともに集計記録する集計記録工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気記録媒体の評価方法に関し、詳しくは、磁気録媒体を実際の再生時と同様な条件で磁性層の突起を評価できる評価方法および装置に関する。

磁気記録媒体は、オーディオテープ、ビデオテープ、コンピューターテープ、磁気ディスクなど種々の用途があるが、特にデータバックアップ用の磁気テープ（バックアップテープ）の分野ではバックアップ対象となるハードディスクの大容量化に伴い、１巻当たり数百ＧＢ以上の記憶容量のものが商品化されている。今後もハードディスクの更なる大容量化に対応するため、この種バックアップテープの高容量化は不可欠となっている。

バックアップテ−プ１巻当たりの高容量化のためには、テープ全厚を薄くして１巻あたりのテープ長さを長くすること、磁性層厚さを薄くすることで厚さ減磁を小さくして短波長出力を大きくすること、記録トラック幅を２５μｍ以下、特に１５μｍ以下と狭くして幅方向の記録密度を高くすることなどが必要である。

また、記録トラック幅を２５μｍ以下、特に１５μｍ以下と狭くして幅方向の記録密度を高くすると磁気テープからの漏れ磁束が小さくなるため、再生ヘッドに微小磁束でも高い出力が得られる磁気抵抗効果（ＭＲ）素子を利用したＭＲヘッドを使用するのが主流となっている。近年、データのバックアップ容量が急増していることに伴い、信号再生用にＭＲヘッドを搭載したデータバックアップ用テープドライブがデータストレージの分野で普及している。ＭＲヘッドはＭＲ素子により磁束の変化を抵抗値の変化に置き換えるものであり誘導コイルを有しないので、インダクティブヘッドに比較して高いＳ／Ｎが得られる。

しかし、磁気抵抗効果素子は、温度変化により特性が変化しやすく、再生中に磁気記録媒体の記録面に存在する突起と衝突すると、衝突の際に発生する熱で磁気抵抗効果素子の温度が急上昇し、抵抗値が変化して、これがノイズの原因となる。ＭＲヘッドは、ヘッドの磁性層との摺動面に対して、所定の深さ凹んだ部分にＭＲ素子を設けた構造になっており、通常、微小な突起に対してはＭＲ素子との衝突が起こらないように設計されている。

記録トラック幅が狭くなり、記録波長が短くなると再生信号の出力はテープ磁性層表面とＭＲ素子との距離（スペーシング）に対して敏感になる。例えば、磁気テープ磁性層表面に突起やへこみがあるとスペーシングロスによる出力の低下により、エラーレートが高くなる。また、ＭＲ素子は温度変化により特性（抵抗値）が変化しやすいため、磁気テープの記録データ再生中に、磁気テープ磁性層表面に存在する突起物と衝突すると、ＭＲ素子の温度が変化することで、ＭＲ素子から出力される電圧値の予期せぬ変動が発生し、いわゆるサーマルアスペリティ現象による読み取りエラーが発生する場合がある。

サーマルアスペリティはデータの読み取り失敗につながるだけではなく、突起がＭＲ素子と衝突することで発生する急激な温度変化により、ＭＲ素子に損傷を与えるので、非常に好ましくない現象として認知されている。そのため、これまでに数多くのサーマルアスペリティの防止や低減方法、評価測定方法などが提案されている。例えば、特許文献１では、ＭＲ素子を利用したデータ再生方式において磁気テープ磁性層表面に存在する突起によるサーマルアスペリティ現象とその測定方法について開示されている。特許文献１の測定方法では、信号が記録されていない磁気テープを走行させ、前記磁気テープが走行する途中に、ＭＲ素子とシールド面の距離がそれぞれ異なる複数のＭＲヘッドを前記磁気テープの幅方向に並列に配置しておき、前記ＭＲヘッド毎に、前記磁気テープの再生時に出力された信号を周波数分析した結果と、非再生時に出力された信号を周波数分析した結果とを比較することによりサーマルアスペリティノイズを検出している。

特許文献２では、インダクティブ型磁気ヘッドによって検査用の信号を記録し、磁気抵抗効果型磁気ヘッドによって信号を再生し、この信号を、フィルタによって所定の周波数よりも低周波数の第１の信号成分と、高周波数の第２の信号成分とに分離し、低周波数の信号成分によって磁気ディスクの表面の突起を検出し、高周波数の信号成分によってエラーを検出する磁気ディスクの検査方法が開示されている。

一方、バックアップテープメディアの更なる高容量化に伴い、データ記録トラック幅が狭まり、テープ磁性層表面とＭＲ素子との距離（スペーシング）の最適値が小さくなっている。そのため、ＭＲ素子には衝突しないが、スペーシングロスを引き起こすような磁気テープ磁性層表面に存在する突起が、これまで以上にエラーレートに影響を与え始めており、突起によるスペーシングロス現象もサーマルアスペリティ同様にテープ使用時において無視できない状況となっている。

特開２００３−３４６３３１号公報 特開平１１−３２８６７０号公報

前述の特許文献１でのテープ磁性層表面の突起評価方法では、サーマルアスペリティを引き起こすものを対象としており、ＭＲ素子に衝突はせず、サーマルアスペリティを引き起こさないものの、スペーシングロスを引き起こして書き込みおよび読み取りエラーを発生させるような小さな突起については、評価の対象外になっていた。また、この評価方法では、ＭＲ素子とシールド面の距離が異なる複数のヘッドが必要であり評価装置が高価になる問題があった。

一方、ＭＲヘッドの機能に影響を与えるような磁性層表面の突起評価については、レーザー干渉型顕微鏡や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などを用いて行われてきたが、１回の観察可能範囲が非常に狭い範囲に限られており、実際のエラー発生との相関を得るためには、非常に多くの個所を観察する必要があり、その比較検証作業が困難となっている。

本発明では、磁気記録媒体の記録再生時のエラーレートを悪化させる原因となる、サーマルアスペリティ現象やスペーシングロス等を引き起こす磁性層表面の突起を簡便かつ実際の使用条件に即し、分別して評価する方法を提供することにある。

磁気記録媒体に信号を記録再生し、再生信号に基づいて磁気記録媒体の表面突起を評価する磁気記録媒体の評価方法であって、所定の周波数の信号を記録する記録工程と、
前記信号を再生する再生工程と、
前記再生信号の出力（Ｌ）と周波数（Ｈ）とをモニタするモニタ工程と、
前記再生信号の出力と周波数とを所定の閾値（Ｌｔ，Ｈｔ）とそれぞれ比較演算する比較演算工程と、
前記比較演算工程の結果に基づき、前記表面突起を分別し、前記表面突起に関連する情報とともに集計記録する集計記録工程と、を有することを特徴とする。

また、請求項２に記載の磁気記録媒体の評価装置は、磁気記録媒体に信号を記録再生し、再生信号に基づいて磁気記録媒体の表面突起を評価する磁気記録媒体の評価装置であって、所定の周波数の信号を記録する記録手段と、
記録した信号を再生する再生手段と、
再生信号の出力（Ｌ）と周波数（Ｈ）とをモニタするモニタ手段と、
前記出力と前記周波数とを所定の閾値（Ｌｔ，Ｈｔ）とそれぞれ比較演算する比較演算手段と、
前記比較演算手段による結果に基づき、前記表面突起を分別し、前記表面突起に関連する情報とともに集計記録する集計記録手段と、を備えることを特徴とする。

なお、前述の特許文献２の評価方法は、インダクティブ型磁気ヘッドによって検査用の信号を記録し、磁気抵抗効果型磁気ヘッドによって信号を再生し、この信号を、フィルタによって所定の周波数よりも低周波数の第１の信号成分と、高周波数の第２の信号成分とに分離し、低周波数の信号成分によって磁気ディスクの表面の突起を検出し、高周波数の信号成分によってエラーを検出する磁気ディスクの検査方法であり、本発明の再生信号の出力（Ｌ）を閾値Ｌｔと比較し、出力（Ｌ）が閾値Ｌｔを超えた時に、突起であると判定し、同時に、前記周波数（Ｈ）が閾値Ｈｔを超えているか、以下であるかにより、前記表面突起を分別して検出する方法とは異なる。

本発明の評価方法によれば所定の周波数の信号を記録する工程と、前記信号を再生する工程と、前記再生信号の出力と周波数とをモニタする工程と、前記出力と周波数とを所定の閾値（Ｌｔ，Ｈｔ）とそれぞれ比較演算する工程とを有し、前記出力の閾値Ｌｔにより突起を検出し、前記周波数の閾値Ｈｔにより、前記突起がスペーシングロスによるものか、もしくはサーマルアスペリティ現象によるものかを区別し、それぞれの存在頻度を評価することができる。

さらに、前記比較演算工程の結果に基づき、表面突起を分別し、表面突起に関連する情報とともに集計記録する集計記録工程を備えているので、磁気記録媒体のエラーの原因となる表面突起の位置情報や種別情報、大きさ、高さなどを集計、記録することができる。

また、請求項２に記載の磁気記録媒体の評価装置によれば、所定の周波数の信号を記録する手段と、記録した信号を再生する手段と、再生信号の出力と周波数とをモニタする手段と、前記出力と周波数とを所定の閾値（Ｌｔ，Ｈｔ）とそれぞれ比較演算する手段とを備え、前記と同様に、閾値Ｌｔ、Ｈｔにより突起の検出と、突起がスペーシングロスによるものか、もしくはサーマルアスペリティ現象によるものかを区別し検出することができる。

さらに、前記比較演算手段の結果に基づき、表面突起を分別し、表面突起に関連する情報とともに集計記録する集計記録手段を備えているので、磁気記録媒体のエラーの原因となる表面突起の位置情報や種別情報、大きさ、高さなどを集計、記録することができる。

本発明は磁気記録媒体に関するものであるが、以下、磁気テープを例にとって本発明の評価方法および評価装置について、図面を用いて説明する。参照する図面において、図１は、本発明の一実施形態である磁気テープ評価装置の構成の一例を示す模式図である。

図１で示すように、本発明の評価装置は、磁気テープＴを送り出す巻き出しリール１と、送り出された磁気テープＴを巻き取る巻取りリール２、走行する磁気テープＴの走行方向を案内する複数の走行ガイド３、信号処理回路Ｃ、評価解析システムＤ、磁気ヘッド４、前記巻き出しリール１及び巻取りリール２を駆動する図示しない駆動装置から構成されている。磁気テープＴの走行系については、磁気テープＴを走行させる機能を有するのであればどのような走行系の装置であってもよい。磁気テープＴは構成する材料や表面状態等は特に限定されない。前記の信号処理回路Ｃや走行系はデータバックアップ用テープドライブに含まれているものを利用してもよい。

前記信号処理回路Ｃは、信号を記録する手段の一部である信号発生回路５、信号を再生する手段の一部である信号再生回路６、再生信号の出力と周波数とをモニタする手段である出力・周波数検出回路７、出力と周波数とを所定の閾値（Ｌｔ，Ｈｔ）とそれぞれ比較演算する手段である比較演算回路８から構成される。

集計記録手段である前記評価解析システムＤは、前記比較演算手段の結果に基づき、表面突起を分別し、表面突起に関連する情報とともに集計記録するコンピュータＰ、評価解析プログラムＲ、ディスプレイ９、記録用メモリ１０から構成される。

まず、信号を記録する手段である信号発生回路５、磁気ヘッド４に配設されている図示しない記録ヘッド（インダクティブヘッド）により、所定の周波数（Ｈ_０）の信号が走行する磁気テープＴに記録される。Ｈ_０の値は特に制限されないが、１〜５０ＭＨｚの範囲が好ましい。通常、データバックアップ用テープドライブで使用されている記録周波数を用いることが好ましい。磁気テープＴに記録された信号は、信号を再生する手段である磁気ヘッド４に配設されている図示しない再生ヘッド（ＭＲヘッド）、信号再生回路６により再生され図２から図４で示したような再生信号の波形が得られる。図２（ａ−１）は磁気テープＴの正常部の波形、図３（ｂ−１），図４（ｃ−１）はそれぞれ、磁気テープＴ表面の突起部（サーマルアスペリティなし）、サーマルアスペリティを起こした突起部の波形を示す。

前記再生信号を再生信号の出力（Ｌ）と周波数（Ｈ）とをモニタする手段である出力・周波数検出回路７は図示しない波形二乗回路、ノイズ除去回路、ピークホールド回路を含み、例えば図２（ａ−２）で示すような再生波形の一定区間（図では２００μｓ）から極性が正の二乗信号波形を取り出す。この二乗信号波形の示す出力の値Ｌと閾値Ｌｔとを後述の比較演算回路８により比較する。図２（ａ−２）は磁気テープＴの正常部の二乗信号波形、図３（ｂ−２），図４（ｃ−２）はそれぞれ、磁気テープＴ表面の突起部（サーマルアスペリティなし）、サーマルアスペリティを起こした突起部の二乗信号波形を示す。

また、出力・周波数検出回路７は、図示しない周波数カウント回路を含み再生信号のベースラインでの極性変化により再生波形の一定区間（図では２００μｓ）から周波数（Ｈ）を取り出す。図２（ａ−３）は磁気テープＴ正常部の拡大波形、図３（ｂ−３）、図４（ｃ−３）は磁気テープＴ表面のサーマルアスペリティなしおよびサーマルアスペリティを起こした突起部の時間軸の拡大波形を示す（図では５μｓ区間）。図３（ｂ−３）のサーマルアスペリティなし突起部の拡大波形では正常部と比べて周波数の変化はみられない。しかし、図４（ｃ−３）のサーマルアスペリティ突起部拡大波形では、ベースラインでの極性変化の無い、周波数無カウント部分が存在するためカウント周波数Ｈの値が正常部の３０から１３に減少する。

出力（Ｌ）と周波数（Ｈ）とを所定の閾値（Ｌｔ、Ｈｔ）とそれぞれ比較演算する手段としての比較演算回路８は、前記の二乗信号波形の出力（Ｌ）の値が所定の閾値Ｌｔを超えると、磁性層に突起が在ったとものと判定する。なお、この二乗信号波形の出力値は、例えば図４（Ｃ−２）で示すように、波形取込み（サンプリング）区間での二乗信号波形の出力の最大値である。それと同時に、前記周波数（Ｈ）の値が所定の閾値Ｈｔを超えているか、以下であるかを比較し、Ｈｔを超えているとサーマルアスペリティは起こさないがスペーシングロスを起こす突起、Ｈｔ以下であるとサーマルアスペリティを起こす突起であると判定する。これにより、突起を、引き起こすエラーの種類別に区別することが可能となる。比較演算回路８のフローチャートを図５に示す。

閾値Ｌｔは、正常部の出力をＬ_０としたとき、Ｌ_０より大きな値を設定すればよいが、あまりにＬ_０に近すぎると、エラーにならない小さな突起まで検出することになり、また大きすぎると、エラーになる突起が検出されなくなるので、データバックアップ用テープドライブの条件に応じて適宜設定するのが好ましいが、通常、１．２≦（Ｌｔ／Ｌ_０）≦５の範囲に設定するのが好ましく、１．５≦（Ｌｔ／Ｌ_０）≦３がより好ましい。閾値Ｈｔは、記録周波数をＨ_０としたとき、Ｈ_０より小さな値を設定すればよいが、あまりにＨ_０に近すぎると、ノイズや走行速度変動の影響を受けて正しい検出ができなくなり、また、小さすぎると、小さなサーマルアスペリティを検出できなくなるので、データバックアップ用テープドライブの条件に応じて適宜設定するのが好ましいが、通常、５≦（Ｈ_０−Ｈｔ）≦５０の範囲に設定するのが好ましく、１０≦（Ｈ_０−Ｈｔ）≦３０がより好ましい。周波数をカウントする区間は、通常１００〜５００μｓの区間の周波数をカウントすればよい。図２では、２００μｓ区間でのデータを示す。

（Ｌｔ／Ｌ_０）値は基本的に前項で述べたように設定されるが、正常部の出力のＬｏ値も突起評価結果に大きな影響を与える。表面突起の検出精度を高めるためにＬ_０値を以下の方法で求めることが好ましい。この一例を図６のフローチャートで示す。表面突起評価を開始する前に、図６で示すような方法で磁気テープＴを一定時間走行させながら正常値Ｌｏのサンプリングを実施して、収集データの処理等を経てＬｏ値を算出する。通常、正常値のサンプリング数（Ｎ）は１００〜１００００の範囲で適宜設定するのが好ましい。サンプリングデータを統計的に処理し、必要に応じて取得したサンプリングデータを間引く処理を行っても良い。図６ではＮを１２００としている。サンプリングを行う時間幅は通常５〜１０００μｓが好ましく、１００〜５００μｓがより好ましい。

正常値Ｌｏのサンプリングについては、カートリッジに巻き取る前のテープが表面突起の評価対象ならばカートリッジに巻き取られない余剰部分、カートリッジ形態で本評価を行う場合はデータ記録領域でない部分を利用して、正常値Ｌｏのサンプリングを実施すれば測定可能長さの損失を最小限に抑えることができる。

また、図３（ｂ−２）、図４（ｃ−２）の突起部の出力波形、（ｃ−３）の周波数無カウント幅を詳細に観察すると、本発明の評価方法（装置）をもとに、さらに、以下の突起に関連する情報が分る。すなわち、突起部の出力の値は、突起の高さと相関があり、また、出力がＬ_０以下になる時から突起部を過ぎてＬ_０以上に回復するまでの時間幅（Ｗ）は、突起の磁気テープＴ長手方向の大きさと相関があり、周波数無カウント幅は、突起の磁気抵抗効果素子当たる部分の大きさと相関するので、これらの情報を元に、突起を分別集計して磁気テープＴの表面突起の状況を分析することが可能である。

本評価装置では表面突起に関連する情報をさらに詳細に解析するため、具体的には以下の項で述べる機能を有している。

＜突起個数の集計及び表示＞
本評価装置は、磁気記録媒体上に存在するスペーシングロスを起こす表面突起をサーマルアスペリティを起こすものとそうでないものとに区別することが可能であるが、個々の突起個数を評価中もしくは評価後にそれらを確認するためにディスプレイ９と集計結果を保存するためのデータ記憶メモリ１０とを有する。前記集計および前記表示作業はコンピュータＰに導入されている評価解析プログラムＲの処理に従って行われる。プログラムＲの処理の一例を図７に示す。

＜再生出力波形データの保存及び表示＞
また、前記記憶録用メモリには、図３のフローチャートで示した出力値Ｌが閾値Ｌｔを超えた再生出力波形、例えば、図３（ｂ−１）のような波形をデータ保存することができる。保存される波形データには、付属情報として評価開始位置を基準点として走行方向に沿ったテープ長さ位置、突起種別（サーマルアスペリティの有無）、時間幅Ｗ、出力値Ｌなどの表面突起に関連する情報を付加することができる。この関連情報は前記記録用メモリ１０に保存することができる。正常部の再生出力波形も使用者の選択により波形データを前記記録用メモリ１０に保存することができる（が、先に述べた関連情報の突起種別や時間幅Ｗは保存の対象とならない）。評価中もしくは評価後に、正常部や突起起因による再生出力波形や前記集計記録データをディスプレイ９で表示を行うことができる。データ保存および表示作業は前記評価解析プログラムＲの指示（例：図７）に従って行われる。

前記データ記憶メモリの種類は、特に書き込み時間が迅速なものが選択されハードディスクドライブやフラッシュメモリが好ましく、データ保存の更なる効率化のため、これらを共用してもよい。

本発明の一実施形態である磁気テープ評価装置の構成の一例を示す模式図 波形図 （ａ−１）正常部波形図 （ａ−２）正常部の二乗信号波形図 （ａ−３）正常部の拡大波形図 波形図 （ｂ−１）突起部（サーマルアスペリティなし）波形図 （ｂ−２）突起部（サーマルアスペリティなし）の二乗信号波形図 （ｂ−３）突起部（サーマルアスペリティなし）の拡大波形図 波形図 （ｃ−１）突起部（サーマルアスペリティ）波形図 （ｃ−２）突起部（サーマルアスペリティ）の二乗信号波形図 （ｃ−３）突起部（サーマルアスペリティ）の拡大波形図 比較演算回路８のフローチャート Ｌｏのサンプリング及び算出方法のフローチャート 評価解析プログラムＲの処理例のフローチャート

符号の説明

Ｔ 磁気テープ
Ｃ 信号処理回路
Ｄ 評価解析システム
Ｐ コンピュータ
Ｒ 評価解析プログラム
１ 巻き出しリール
２ 巻取りリール
３ 走行ガイド
４ 磁気ヘッド（ＭＲヘッド、インダクティブヘッドを含む）
５ 信号発生回路
６ 信号再生回路
７ 出力・周波数検出回路
８ 比較演算回路
９ ディスプレイ
１０ 記録用メモリ

Claims (2)

1. 磁気記録媒体に信号を記録再生し、再生信号に基づいて磁気記録媒体の表面突起を評価する磁気記録媒体の評価方法であって、所定の周波数の信号を記録する記録工程と、
   前記信号を再生する再生工程と、
   前記再生信号の出力（Ｌ）と周波数（Ｈ）とをモニタするモニタ工程と、
   前記再生信号の出力と周波数とを所定の閾値（Ｌt，Ｈt）とそれぞれ比較演算する比較演算工程と、
   前記比較演算工程の結果に基づき、前記表面突起を分別し、前記表面突起に関連する情報とともに集計記録する集計記録工程と、を有することを特徴とする磁気記録媒体の評価方法。
2. 磁気記録媒体に信号を記録再生し、再生信号に基づいて磁気記録媒体の表面突起を評価する磁気記録媒体の評価装置であって、所定の周波数の信号を記録する記録手段と、
   記録した信号を再生する再生手段と、
   再生信号の出力（Ｌ）と周波数（Ｈ）とをモニタするモニタ手段と、
   前記出力と前記周波数とを所定の閾値（Ｌｔ，Ｈｔ）とそれぞれ比較演算する比較演算手段と、
   前記比較演算手段による結果に基づき、前記表面突起を分別し、前記表面突起に関連する情報とともに集計記録する集計記録手段と、を備えることを特徴とする磁気記録媒体の評価装置。

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