(57)【要約】【課題】  記録容量がマルチテラバイト級のリニアテープを用いる磁気記録再生装置のトラッキング機構において、テープ幅方向変動の周波数成分をカバーするサーボ帯域とその可変量の関係を適切に選択することにより、記録再生不可能な領域、所謂バッドスポットの出現頻度を最小にする。【解決手段】  圧電素子を複数枚積層した積層セラミック２０に、電圧を印加した際の積層方向変位を、ベース２１を介して可動ヘッド２２に伝達するアクチュエータの、最大駆動可能振幅を２０ミクロンとし、機械的共振周波数を０〜２ＫＨZとし、マルチテラバイト級の磁気テープ２３（リニアテープ）に対するトラッキング動作を行う。【選択図】  図２
2006040330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録容量がマルチテラバイト級のリニアテープを用いる磁気記録再生装置のトラッキング機構において、
前記リニアテープの幅方向変動に追従するヘッドアクチュエータであって、最大駆動可能振幅が２０ミクロンであり、０〜２ＫＨZの機械的共振周波数を有したアクチュエータを備え、
前記マルチテラバイト級のリニアテープに対するトラッキング動作を行うことを特徴とする磁気記録再生装置のトラッキング機構。
【請求項２】
前記アクチュエータは、２枚の圧電素子を貼り合わせた圧電バイモルフ構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録再生装置のトラッキング機構。
【請求項３】
前記アクチュエータは、複数の圧電素子を積層した積層構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録再生装置のトラッキング機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録容量がマルチテラバイト級のリニアテープを用いる磁気記録再生装置のトラッキング機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
テープ長手方向に記録トラックを形成する所謂リニアテープ記録・再生装置ではテープ幅が1/2インチであるフォーマットが世界の主流を占め、その代表として、LTO（リニアテープオープン）、DLTの2つのフォーマットがある。
【０００３】
例えばLTOでGen2と呼ばれる第二世代のフォーマットでは、線記録密度は7.4Kbits/mm、最短記録波長にして0.27ミクロンである。記録トラック幅は20ミクロン、再生トラック幅は10ミクロンであり、テープスピードはmax 6.22m/sとなっている。
【０００４】
そのテープスピードでテープを走行させるとテープガイドやリールフランジのフランジに接触するとこれが励振源となりテープ幅方向に変動する。この周波数帯域はガイドのスパンやテープドライブの寸法に依存し、寸法が小さくなるにつれて振動数成分は高くなる。
【０００５】
LTOのGen2ではこのテープ幅方向の変動に追随出来るように、従来は例えばムービングコイル(Voice Coil)を磁気ヘッドの下に配置し、磁気ヘッド駆動用のアクチュエータとして用いており、200Hzまでの帯域を確保している。
【０００６】
尚通電によるコイルの電磁力を利用したアクチュエータによってトラッキングを行う装置は、例えば下記特許文献１に記載のものが提案されている。
【特許文献１】特開平０３−４４８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、記録容量増加の流れのなかでこのLTO Gen2の5倍の容量をもつものの実験室レベルの検討結果が発表されている。これの線記録密度は12.3Kbits/mm、最短記録波長にして0.16ミクロンであり、記録トラック幅は8ミクロン、再生トラック幅は5ミクロンである。
【０００８】
そしてテープスピードは前述の6.22m/sより高速になり10m/sに近くなることが予想される。テープスピードが増すにつれテープ幅方向の振動周波数成分は高くなり、もはや上記の200Hzまでの帯域では不十分になってくる。トラッキング出来ないところは周辺のトラッキング信号を使って補完または補正するがそれでも補正できないときはその部分をバッドスポットとして他のエリアに移動して再度、記録・再生を行う。
【０００９】
テープが長手方向に走行する頻度が高いリニアドライブシステムではテープエッジの走行に伴うダメージも大きくバッドスポットのエリアが広くなり、安定した記録・再生を行ううえでの大きな障害になってくる。
【００１０】
テープ幅方向の変動成分はテープガイドやリールフランジに接触して周波数成分が高くなることを既に述べたがこのガイディングにより変動振幅を抑える効果は大きく、アクチュエータを設計するうえでアクチュエータの最大可変量は先の応答周波数特性とならんで重要である。
【００１１】
前述したLTO Gen2におけるムービングコイルを用いたアクチュエータでは、機械的剛性をヘッドを支持しているバネに依存しており、機械的剛性を上げようとするとコンプライアンスが上がるため駆動力の増加即ち消費電力の増加や発熱の問題を生ずる。逆に機械的剛性を下げれば応答周波数が下がりトラッキング性能の低下を招くという欠点を有する。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものでその目的は、テープ幅方向変動の周波数成分をカバーするサーボ帯域とその可変量の関係を適切に選択することにより、記録再生不可能な領域、所謂バッドスポットの出現頻度を最小にすることができる磁気記録再生装置のトラッキング機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明は、記録容量がマルチテラバイト級のリニアテープを用いる磁気記録再生装置のトラッキング機構において、前記リニアテープの幅方向変動に追従するヘッドアクチュエータであって、最大駆動可能振幅が２０ミクロンであり、０〜２ＫＨZの機械的共振周波数を有したアクチュエータを備え、前記マルチテラバイト級のリニアテープに対するトラッキング動作を行うことを特徴としている。
【００１４】
また前記アクチュエータは、２枚の圧電素子を貼り合わせた圧電バイモルフ構造を有していることを特徴としている。
【００１５】
また前記アクチュエータは、複数の圧電素子を積層した積層構造を有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
（１）本発明のアクチュエータの最大駆動可能振幅は２０ミクロンであるので、例えばLTO Gen2のフォーマットの５倍の容量をもつマルチテラバイト級のリニアテープにおける記録トラック幅８ミクロン、再生トラック幅５ミクロンに十分に対応することができる。
【００１７】
また前記マルチテラバイト級のリニアテープのテープスピードは、ほぼ１０ｍ／ｓ近くまで高速化し、この高速化にともなってテープ幅方向の振動周波数成分は高くなり、２ＫＨZ近くまで広がる。本発明のアクチュエータの機械的共振周波数は０〜２ＫＨZであるので、前記テープ幅方向の振動周波数に十分対応してトラッキングを行うことができる。
【００１８】
このため記録・再生が不可能な領域、所謂バッドスポットの出現頻度を最小にしてメディアの信頼性向上に寄与出来る。またシステム全体の信頼性向上にも寄与できることはもちろんである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。本実施形態例では、アクチュエータその物の剛性が高い圧電素子を採用してトラッキング機構を構成し、振動振幅と応答周波数の関係を適切に選択することにより前述したバッドスポットの出現頻度を最小にすることが出来るようにした。
【００２０】
図１は、先端にヘッドチップを載せた場合の圧電素子の例を表し、図１（ａ）は二枚の圧電素子を張り合わせて所謂バイモルフ構造にした場合のアクチュエータを示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）のアクチュエータを途中で印加する極性を反転させるように電極を分断した場合の構造を示している。
【００２１】
図１において、１、１０はバイモルフ、２はバイモルフ１、１０の変位端に搭載されたヘッド（磁気ヘッドチップ）、３はバイモルフ１０に印加する交流電源を各々示している。
【００２２】
まず図１（ａ）のようなバイモルフ構造の片持ち梁を考える。振幅Xを例えばX=20μmとし、圧電定数d31（分極方向に直交する方向のひずみ）を、d31= ―287(pm/V) (NEC-TOKIN N-10の場合)とし、一枚の圧電素子の厚みΔRを、ΔR=0.25mmとし、電界強度EをE=200V/0.25mmとする。
【００２３】
空中放電する電界強度は一般に10KV/cmであるので、前記電界強度E（E=200V/0.25mm=8KV/cm）は安全に動作できるほぼ限界強度である。
【００２４】
バイモルフ１（１０）の側面は空中の湿度の影響を受けないよう絶縁ワニス等を塗り空中放電しないような処置を施す。
【００２５】
電歪ε=d31×E= ―287×200×103/0.25= ―2.3×10-4…(1)
(R+ΔR)θ―Rθ=Rθε…(2)
(1),(2)より 
R=ΔR/ε=0.25mm/(2.3/10-4)=1087mm…(3)
R(1―cosθ)=X…(4)
cosθ=1―X/R
θ=cos-(1-X/R)=cos-(9.999816×10-1)=6.07×10-3(rad)…(5)。
【００２６】
そしてバイモルフの長さRθは、
Rθ=1087×6.07×10-3=6.59mm…(6)
であり、バイモルフ先端のヘッド２の厚みを2mmとすると、2×sinθ=12.13μmとなり、ヘッド２の上下端で12.13μm突き出し量の差が生じてしまい、良好なテープヘッドコンタクトが出来ない欠点がある。これを解決するためには図１（ｂ）のS型ベンディング構造をとらなければならない。
【００２７】
寸法的には上記の梁の変位量を半分にし、対称にする。すなわち図１（ａ）でX=10μmにすると、
前記(5)式は、
θ'=cos-(1-0.01/1087)=4.29×10-3、
前記(6)式は、
R'θ'=1087×4.29×10-3=4.66mm…(7)
となる。
【００２８】
図１（ｂ）ではこの倍の                                                  2×4.66=9.32mm…(8)
となり、この場合のヘッド２の突き出し量の変化は、
2×R'(θ'―sinθ')=2.86×10-5mm
となり、何ら問題は無い。
【００２９】
次に線膨張係数に注目してみる。圧電材料の線膨張係数は金属に比べ一桁低く例えば上記のTOKIN N-10では14×10-7(1/℃)である。アルミではこれが23×10-6(1/℃)である。
【００３０】
上記の寸法のバイモルフ片持ち梁では30℃の環境変化で
(23-1.4)×30×9.32×10-6mm=6.04×10-3mm…(9)
となってしまう。
【００３１】
バイモルフ先端のヘッド２が単体で磁気テープに接触する分には問題は少ないがヘッド２以外にガード材等を配置する場合には突き出し段差がこれだけ生じることになりこれは問題となる数字である。
【００３２】
圧電定数は、分極方向に直交する方向のひずみ d31定数よりも分極方向のひずみd33定数のほうが大きい。例えばNEC-TOKIN N-10ではd33=635(pm/V)である。そこで、電界強度を確保しつつひずみ量を20μm確保するには、例えば図２のような積層構造にするのがベターである。
【００３３】
図２（ａ）は圧電素子（圧電振動子）を複数枚積層した積層セラミック２０を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）の積層セラミック２０を用いたアクチュエータの一例を示している。
【００３４】
例えばトラッキング制御用の電圧を積層セラミック２０に印加した際の積層方向（分極方向）の変位（振幅）は、ベース２１を介して可動ヘッド２２（磁気テープ２３との摺動面に複数の磁気ヘッドが所定間隔で配設されたヘッドスタック）に伝達され、これによって可動ヘッド２２の磁気ヘッドが磁気テープ２３の幅方向変動に追従し、記録・再生トラックにオンする。
【００３５】
図２において、分極方向の歪み（電歪）は、
ε=d33×E=635×10-12×200×103/0.25=5.08×10-4…(10)
であり、20μmの振幅を確保するための積層セラミック２０の厚さtは、Δt=t×ε=20×10-3から、
ｔ=39.4mm…(11)
となる。
【００３６】
ところが最近圧電単結晶が実用化されd33定数は飛躍的に大きくなり、例えば川鉄鉱業のPZN-PTではd33=2200〜2500に達する。これを利用すれば前記(11)式の厚さtはわずか
ｔ=10〜11.4mm…(12)
となる。
【００３７】
この柱状の積層セラミックは変位を稼ぐためには長くならざるを得ず、前記(11)式より(12)式のほうが不要な変位が小さくなり好ましい。
【００３８】
次にこの系の縦振動の共振周波数および反共振周波数を求める。圧電振動子の等価回路は図３のように表され、次の（１３）式、（１４）式となる。
【００３９】
【数１】
2006040330.tif 000003
【００４０】
【数２】
2006040330.tif 000004
【００４１】
川鉄鉱業の棒状積層セラミックを用いた場合、4×4×12mmの棒状素子で共振周波数40KHz、反共振周波数 118KHzが得られる。これはサーボ特性上十分なf特が得られる数値である。
【００４２】
また、NEC-TOKINのN-10を用いた場合でも、
fa=N3/t(Hz)…(15)
から、N3=1370(Hzm) ,t=12mmとして、前記(15)式は、
fa=114KHz
となり、前記と同様の数値が得られる。
【００４３】
次に、図４にバイモルフ構造のアクチュエータの一例を示す。図４において、キャリアー３０の上下端にはバイモルフ３１ａ，３１ｂの固定端が各々取り付けられている。
【００４４】
バイモルフ３１ａ，３１ｂの各変位端には、連結片としてチップベース３２ａ，３２ｂが取り付けられ、該チップベース３２ａと３２ｂの間には、ヘッドスタック３３が接着されている。
【００４５】
ヘッドスタック３３の、磁気テープ（図示省略）との摺動面には、複数の磁気ヘッドが所定間隔で配設されている。３４はフレキシブル基板である。
【００４６】
前記キャリアー３０は、図示省略の駆動手段によって磁気テープの幅方向に駆動制御されて、所謂粗動追従動作が行われ、バイモルフ３１ａ，３１ｂへの電圧印加による変位（振動）によってヘッドスタック３３が磁気テープ幅方向に駆動制御されて、所謂微動追従動作が行われる。
【００４７】
前記(8)式よりバイモルフの長さ（R'θ'）は約9mm、川鉄鉱業の棒状積層セラミックの辺の長さは4mm必要である。図４のアクチュエータでは8mmの長さで駆動して共振周波数850Hz、振幅20ミクロンを得ている。さらに、粘弾性体のダンパーを付加することにより共振周波数1.5ＫＨZまで達することができる。
【００４８】
前記の計算では長さ10mmで振幅20ミクロンを得ているが、先端にチップベース３２ａ，３２ｂというエポキシ樹脂を含浸させたカーボン繊維を使用してコンプライアンスを若干下げており変位が確保出来るので、8mmの長さで振幅20ミクロンを実現している。
【００４９】
一方磁気テープを走行させるドライブでのテープ幅方向の変動の振幅や周波数成分は、ガイド形式(固定、回転、エアー)、ガイド間距離、テープのスティッフネス、スリッター精度、ガイドフランジ幅、カートリッジのフランジ間距離によって異なる。
【００５０】
回転ローラーはテープスピードが増すにつれて振動数が比例して高くなるが、他のガイド形式に比較して一回転中に数Hzの振動成分をもつこと及び回転振れ精度により振幅が大きく左右される欠点をもち、回転方向に溝を入れたりしてテープ幅方向の変動分の抑制に考慮しなければならない。
【００５１】
従ってマルチテラバイトシステムのようなテープスピードが速く、テープ幅方向の振動の周波数成分が高くなる場合には、ローラーガイドのような高周波成分を生ずるようなシステムは好ましくない。
【００５２】
次に図５に、例えばガイドリングに巻き付けた磁気テープの走行時に生じる空気層により磁気テープを浮上させてガイドを行うエアーガイド方式を採用した場合のテープ変動成分に関するデータを示す。
【００５３】
図５は、ガイドリングに設けたテーパにより負圧を発生させてテープとの摩擦力を増加させ、テープ幅方向への変動を規制したドライブ装置により評価を行ったものであり、（ａ）、（ｂ）はテープスピードが１ｍ／ｓ、（ｃ）、（ｄ）は４ｍ／ｓ、（ｅ）、（ｆ）は１０ｍ／ｓの場合の周波数対振幅の特性を示している。
【００５４】
尚図中のＬＴＭは、テープの幅方向変動（ラテラルテープモーション）を示している。
【００５５】
LTO-2の5倍の記録容量をもつフォーマットでは、テープスピードは図５（ｅ）、（ｆ）のように10m/sに達することが予想される。このテープスピード領域では、振幅が大きい振動成分の周波数帯域は1KHz以下であるが、2KHz近くまで振動成分が分布していることが容易に分かる。従って、本発明のようにヘッドアクチュエータの機械的共振周波数を０〜２ＫＨZとすることは非常に重要である。
【００５６】
エアーガイド方式においては、ガイドフランジとのテープエッジの摺動による摩擦で振動が起こり、テープを弦の様に仮定するとそのスパンとテンションやテープの物理常数で決定される振動数で振動する。
【００５７】
ガイドフランジで振幅を抑えるように規制すると振幅の抑圧とひきかえに周波数の増加という弊害を伴う。またガイドフランジでのテープエッジの規制はテープの耐久性の観点からも好ましくなく、その選択はドライブの性能を左右する大きな設計事項である。
【００５８】
リールのフランジ間距離はテープ幅0.498インチに対して0.51インチで300ミクロンテープ幅より広い。このリールから供給されるテープの走行高さがヘッドのところまでそのまま進入することはないがこの300ミクロンの間隙の中でテープ高さが変動し、その影響がヘッド近傍まで影響する。
【００５９】
通常この影響を出来るだけ小さくするために様々な工夫がなされているが先に述べたように変動の規制と変動周波数の増加、エッジ耐久性の劣化等、様々な設計要素がある。
【００６０】
図５ではテーパ形状のエアーガイドを採用した場合のテープ幅方向変動の代表的な例をあげたが、テーパガイドとエアーガイドを採用しない場合は当然テープ幅方向の規制力は減少する。
【００６１】
その場合の代表的な例を図６に示す。図６は、全長６２５ｍの磁気テープを往復走行させたときのテープ長とテープ幅方向変動分との関係を表している。図６によれば、テープ幅方向の変動はおよそ20ミクロン近くまで達し、先の5ミクロンレベルに比較すると規制力が下がっていることが推察される。これに前述したリール間フランジの影響を考慮すると20ミクロンの振幅のアクチュエータ性能が必要となる。
【００６２】
以上のことから、マルチテラバイトシステムのリニアテープドライブのヘッドアクチュエータを、振幅20ミクロン、サーボ帯域2KHzとすることにより、良好なトラッキングが行える。
【００６３】
そしてアクチュエータの剛性の高さ、応答性の良さ、低電力、信頼性の観点から圧電素子を用いるのが好ましい（但し圧電素子に限定するものではない）。
【００６４】
前記図４で述べた、バイモルフ構造の圧電素子を二枚上下に配置した構造では、機械的共振周波数1.5KHz、振幅20ミクロンを実現している。そしてその可動部の長さは8mmという数字で実現している。バイモルフを固定するための支持部の長さは5mm、ヘッド部の寸法は3mm、トータル16mmである。
【００６５】
また図２で述べた、セラミック積層構造のアクチュエータでは、40mmの高さで4mm四方の柱状構造で20ミクロンの振幅、1.5KHzの共振周波数を得ている。10mmの高さでは2KHzは容易である。
【００６６】
前記図４のバイモルフ構造の共振周波数は目標の2KHzに若干届かないもののほぼ近い1.5KHzを実現している。先端質量を出来るだけ軽減するために先端のヘッドベースの一部をヘッドそのもので兼ねることにより軽量化を実現している。それでもこの構造ではヘッドスタック３３をテープ幅の約2倍の24mmという寸法を採用しているため先端質量が重くなり、これをさらに軽量化するためヘッド高さを2mmまで低減することにより2KHzを実現することは可能である。
【００６７】
これらのことから、バイモルフ構造のアクチュエータでも積層構造のアクチュエータでも、振幅20ミクロン、機械的共振周波数2KHzというパラメータがマルチテラバイトシステムのリニアテープドライブのヘッドアクチュエータとして振幅20ミクロン、サーボ帯域2KHzという数字に非常に合うパラメータであることが言える。
【００６８】
そしてそのアクチュエータの寸法がテープドライブの90mmという高さ寸法にも十分対応出来、設計的に十分余裕がある素子であることが言える。したがって本実施形態例によれば、振幅20ミクロン、サーボ帯域2KHzという数値を実現することができるので、マルチテラバイトシステムのリニアテープドライブに最適なヘッドアクチュエータが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の原理を説明するための圧電バイモルフを表し、（ａ）はシングルバイモルフの説明図、（ｂ）はＳ型ベンディング構造の説明図。
【図２】本発明の一実施形態例を表し、（ａ）は積層セラミックの説明図、（ｂ）は積層セラミック構造のアクチュエータの構成図。
【図３】圧電振動子の等価回路図。
【図４】本発明の他の実施形態例を表し、（ａ）はバイモルフ構造のアクチュエータの構成図、（ｂ）は（ａ）の要部斜視図。
【図５】エアーガイドを採用したドライブによるテープ変動成分を表し、各テープスピード毎の周波数対振幅の関係を示す特性図。
【図６】エアーガイドを採用しないドライブにより磁気テープを往復走行させたときのテープ長と幅方向変動分との関係を示す特性図。
【符号の説明】
【００７０】
１，１０，３１ａ，３１ｂ…バイモルフ、２…ヘッド、３…交流電源、２０…積層セラミック、２１…ベース、２２…可動ヘッド、２３…磁気テープ、３０…キャリアー、３２ａ，３２ｂ…チップベース、３３…ヘッドスタック、３４…フレキシブル基板。
【図１】
2006040330.tif 000005
【図２】
2006040330.tif 000006
【図３】
2006040330.tif 000007
【図４】
2006040330.tif 000008
【図６】
2006040330.tif 000009
【図５】
2006040330.tif 000010