1.3GB USB2.0 バスパワー駆動 3.5 型 MO ドライブの開発
Development of USB 2.0 BUS Powered 3.5 MO Drive with 1.3GB Storage Capacity

白 石 武 嗣＊

麻 生 浩 史＊国 本

Shiraishi, Takeshi

Aso, Hiroshi

Kunimoto, Akira

要旨

晃＊

影 山 将 史＊
Kageyama, Masashi

消費電流値を抑えつつ、1.3GB ディスクに対応するため

03年５月に640MBのUSB2.0バスパワー駆動MOドライ１）
このドライブをベースにさらに高容ブを発売している。にレーザーの高出力化と制御の高精度化を実現できたのでその技術を紹介する。

量化した1.3GBドライブを今回開発した。
本稿では、従来機と同様にUSB2.0バスパワー駆動であり、1.3GBディスクまでサポートしたドライブの開発の中でも、1.3GBディスク対応の技術とUSB2.0バスパワー駆動を実現した省電力化について解説する。

２ 技術開発内容
1.3GB USB2.0バスパワー駆動ドライブを実現するために、以下の技術開発を行った。
①1.3GBディスクへの対応

Abstractａ）スポットシミュレーションによる読み取りパワー

A high capacity 1.3GB MO drive has been developedの最適化

that is compact, light and USB2.0 bus powered. This driveｂ）データ記録条件の最適化

is based on 640MB MO drive that was released in Mayｃ）トラッキングサーボ制御の最適化

2003.

ｄ）セキュリティーディスクへの対応技術開発

This report describes the technologies to support 1.3GB②バスパワー駆動のための省電力化

disk and to save power supply, as follows : MSR (Magneti-ｅ）外部磁界発生装置（バイアスコイル）の省電力化

cally induced Super Resolution) technology to make it pos-ｆ）システムLSIクロックダウンを含む電気回路の省電sible to read recorded data mark smaller than laser spot
and to realize high disk storage capacity; the servo technology to comply with the narrow data track of 0.9[µm]力化
これらの技術開発の中から本稿では、ａ）〜ｃ）、ｅ）、ｆ）の５項目の技術について紹介する。

pitch; and the power saving technology to support USB2.0
bus powered.

３

1.3GB ディスクへの対応

３．１ MSRについて

１ はじめに1.3GB ディスクでは、容量を増やすために、640MBディ

本開発のMOドライブ最大の特徴は、小型軽量USB2.0のスクより、さらにトラックピッチが狭くなっている

バスパワー駆動という従来機の特徴を維持しながら、磁（Table １）。また、MSRという技術を採用することで、

気超解像（以下、MSR（Magnetically induced Super

レーザースポット径より小さい記録マークを読み書きすResolution））技術を利用した、1.3GBディスクに対応し高ることを可能にし、同じディスクサイズでありながら高容量化を実現したことである。

容量化を実現している。

バスパワー駆動は、外付けの電源が必要なくPCへの接続が非常に簡便であり、モバイル用途には最適である。

Table 1 Track pitch of MO disk

しかしながら、ドライブとしてUSBから得られる電流値は最大500［mA］（５Ｖ）である。一方、MSRを用いた1.3GBディスクは従来の640MBディスクと比較し、再生時にもここで、MSR技術について説明する。Fig.１に示すよう高出力のレーザパワーおよび外部磁界が必要である。にディスク上に記録マークが１〜５の様に並んでいる。

また、狭いトラックピッチ、小さな記録マークに対応する高速かつ高精度の制御が必要である。

再生スポット中にその記録マークの２と３が入っているが、レーザ照射によって生じる温度分布と外部磁界によって、フロントマスク領域（図中、水色の領域）、及＊コニカミノルタオプト㈱ オプティカルシステム事業部
ＳＤ事業ユニット 開発グループ

び、リヤマスク領域（図中、赤色の領域）が形成され、KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2（2005）

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記録マークの読み取りは開口領域（図中、黄緑色の領実験の初期値として4.5［mW］を設定した。実機による実域）で行われる。

験の結果、内周側の読み取り最適照射条件は4.0〜5.0［mW］

従って、Fig.１の状態で読み取ることが出来る記録マーとなり、シミュレーション結果と一致した。他のディスクは２のみとなる。MSRディスクを安定して再生するた

ク領域に対しても同様にして最適照射条件を求めた。

めには、開口領域の大きさが、記録マークとほぼ同じ大きさとなるレーザ照射条件を見いだす必要がある｡

Fig.1 Scheme diagram of MSR

３．２

スポットシミュレーション２）

MSRによる再生時の定量的なレーザ照射条件は実験により求めるが､実験の手助けとなる定性的な照射条件を知るために､有限要素法を用いて、スポット領域内の熱分布シミュレーションを行った。簡略化のため、φ1.15［µm］の真円スポットとし、ディスク記録層の構造を多層ではなく単層として近似した。スポットサイズに対して必要な大きさとしてディスクモデルサイズを４×1 7 ×2 . 2 8（X,Y,Z） とし、スポット照射によりモデルに加え［µm］られた熱はモデル境界面を通してすべて外部に発散するものとした。
Fig.２にシミュレーション結果の一例を示す。これは、本ドライブの内周側（ディスク線速7.67［m/s］）において、Fig.2 Temperature distribution of recording layer in spot area

照射パワーを 1.5 〜 ６［mW］の条件で変化させた場合のスポット領域内温度分布の変化を表している。図中の格３．３

記録条件である。MSRの各領域の境界温度は子のピッチは0.1［µm］

1.3GBディスクの記録において記録膜の熱伝達の影響を記録膜の物性値によって異なるため、以下のように設定抑え安定した記録マークを得るために、ディスク線速度した。の異なる内周と外周とで異なる形状のレーザ発光パルス

フロントマスク領域（図中、水色の領域）＜150［℃］

ストラテジを検討した（Fig.３）。

150［℃］≦ 開口領域（同、黄緑色の領域）＜200［℃］
200［℃］≦ リヤマスク領域（同、赤色の領域）
レーザ照射パワー 1.5 〜2.25 [mW] では開口領域が発生しておらず、読み取りができない。また、３［mW］
では1.3GBディスクの最小記録マーク長 約0.38［µm］に対して開口部領域が約0.7［µm］と大きくなり、開口領域に複数のマークが入ってしまうため、正しい記録情報を読み取ることができない。3.75［mW］
では 開口領域がド−ナツ状になり、同様に複数のマークが入ってしまうため、正しい記録情報を読み取ることができない。
4.5［mW］になると、開口領域の形状がドーナツ状にならず、かつ、大きさが約0.2［µm］と記録マークに対して小さくなるため、読み取りが可能になると予想される。
以上の結果から、内周側の最適読み取り条件を求める

166Fig.3 Write power pulse strategy

Pr ：再生パワー

Pa ：アシストパワー

Pw1：記録パワー１

PW2：記録パワー２

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2（2005）

そして、ディスクの各領域に対して、これらのパラメータを最適化したことにより、従来640MBで使用していたパルスストラテジで記録した場合に比べ、エラーレートマージンを大きく向上することができた。
Fig.４にその一例を示す。

Fig.5 The disk for adjustment of 3-beams

３．４．２

プリピット領域の影響についての対策

ＭＯディスクにはプリピットと呼ばれるディスク上のアドレスなどの情報をエンボスにより記録した領域がある。３ビーム法を用いてこのプリピット領域へ進入・通過する場合、TE検出スポットＦ，Ｒの配置上、片側のスポットのみがプリピット領域に入った状態が生じる（Fig.６）。この時、プリピット領域とデータ領域との反射率の違いからT E 信号にヒゲ状のノイズが発生する（Fig.７）。このノイズは特に1.3GB ディスクで大きく、Fig.4 Result of pulse strategy optimization

トラッキングエラー成分の２倍程度となり、サーボを不安定にする原因となる。これを電気的に取り除く（マスクする）ことで、トラッキングサーボ系の安定化及び騒３．４音の抑制を実現した。

トラッキングサーボ制御

トラッキングサーボの方式として、主スポットの他に生成された副ビームによってトラックを追尾する３ビーム法を用いているが、1.3GB ディスクに本方式を適用する
場合、次に挙げる理由から解決すべき課題が生じた。
〇トラックピッチが狭く、ディスク反射率が高い・トラッキングエラー信号(以下、TE信号)振幅が小さい。
・オフトラックに対する絶対的なマージンが少ない。
・隣接トラックとの干渉を引き起こしやすい。
・プリピット領域の影響を受けやすい。

Fig.6 3beam spot layout on a disk

その課題解決の例として、以下の２点について説明する。
３．４．１

３ビームスポット調整方法

TE振幅小対策のために、３ビームスポット調整方法について検討を行った。MOディスクは、Table １に示すように容量（128〜1.3GB）によってトラック幅が1.6〜0.9［µm］と大きく異なるため、３ビームスポット位置の調整に応じてそれぞれのディスクに対するTE信号の特性が大きく変化する。128MB 〜1.3GBのすべてのディスクにこれに対し、良質なTE信号を得るためには、３ビームスポット位置の調整精度が重要になる。
しかしながら、製造工程において、多種のディスクを用いた調整は、煩雑かつコストアップにつながる。そこで、独自の調整用メディア（Fig.５）を開発し、容易に最適な位置調整を実現した。
Fig.7 Tracking error signal in passing through the pre-pit area

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４．２

４ 省電力化についてクロックダウン

上記磁界発生装置の改善のほかに回路構成や定数を見USBバスパワー駆動を行うためには、ドライブ全体の消費電流を500［mA］（５Ｖ）以下に抑える必要がある。
本開発の1.3GB MOドライブでは、従来の640MB MOドライブに対して下記の要因で消費電力が増加する。

直すことでさらに約13［mA］の削減も実現できたが、バスパワー駆動の電流値規格に対するマージンが不足となり、システムLSI のクロック周波数も下げることとした。
システムLSI 内部のクロック周波数は、機能ブロックごと・MSR方式再生時にも磁界が必要に設定可能となっており、性能劣化を起こさないぎりぎ・記録時のレーザパワーと磁界の増加りの組み合わせを選択することとした。

・追加回路部品の消費電力増加

その結果、さらに約10［mA］の電流削減を実現でき、バ

特に1.3GBディスクの記録時に消費電力が最大約15%も上がってしまうことが課題であった。

スパワー駆動を実現できた。640MB ディスクでは、逆に消費電流の余裕ができたのを利用し、ディスクの回転速

本開発では、バイアス磁界発生装置の更なる効率アッ度を上げ、従来機を上回る高速化を実現した。

プやシステムL S I の消費電力削減などを行うことで、1.3GB USBバスパワー駆動ドライブを実現した。
４．１ バイアス磁界発生装置

５ まとめ
上記の技術を適用することによって、従来機と同じ筐データを再生/記録/消去するときのバイアス磁界を印体サイズのままで、高容量化した1.3GB USB2.0バスパ加するための機構（以下、BCユニット）は、主に電磁石ワー駆動MOドライブを開発した。外観写真をFig.８に示を使用するタイプと永久磁石を使用するタイプに分けらす。

れる。近年では、コスト、静粛性などの理由から電磁石

このドライブの回転速度は、1 . 3 G B ディスクで3 2 4 0タイプが多く用いられている。電磁石は電流を流して磁［min−1］・640MB以下のディスクでは、4628［min−1］とUSB界を発生しているため、少ない電流で必要磁界を発生さバスパワー駆動ドライブとして業界最高速を達成した。

せることがポイントになる。
1.3GB対応において、バイアス磁界発生装置の設計目標は以下の３項目とした。
¡）発生磁界をディスク記録面上で従来の1.33倍とする
こと。
™）従来のモデルとの部品変更を最小限にするため、従来機のBCユニットとほぼ同サイズとすること（変更部品はBCユニットのみとし、周辺部品は変更しない）£）USBバスパワー実現のため、BCユニットで消費するドライブ換算の電流増加を30［mA］以下にすること。
コイル巻線の導体径15種類についてスペースにおさまる巻線条件(線径、巻数)及び、ドライブ換算電流を計算し、電流増加が30［mA］以下の条件に適合する物を選び、それらの発生磁界強度を、有限要素法シミュレーション

Fig.8 Appearance of developed MO driveを用いて算出し、目標磁界を満たす巻き線条件を採用した。その結果1.33倍の磁界を、ドライブ換算電流増加28［mA］で達成することができた。

６ 謝辞

また、さらに消費電流を抑えるために、BCユニットを本機の開発・生産立ち上げに際し、御助言・ご協力いディスクに接近させた。それに伴いBCユニットの高さ調ただいた関係者の皆様に深く感謝し、お礼を申し上げま

整ばらつきによるディスクとの接触が懸念されたため、す。

調整精度を向上させ、ディスクとBCユニットが平行になるように高さ調整を行うことでばらつきを従来の1/3に押●参考文献さえ、接触を回避した。その結果、消費電流をさらに５%

１）麻生浩史、白石武嗣、川島久典、江黒孝一：KONICA MINOLTA削減することができた。

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Tech. Rep., 1,91（2004）
２）白石武嗣：Konica Tech. Rep., 13,71（2000）

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