JPH0798894A

JPH0798894A - 記録再生装置

Info

Publication number: JPH0798894A
Application number: JP24407093A
Authority: JP
Inventors: Toshimitsu Kawase; 俊光川瀬; Akira Kuroda; 亮黒田; Takahiro Oguchi; 高弘小口; Akihiko Yamano; 明彦山野; Shunichi Shito; 俊一紫藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1995-04-11

Abstract

(57)【要約】【目的】高速トラック移動が可能になり、記録再生レ
ートを向上させる。【構成】記録媒体Ａに対向して複数のプローブ２が設
けられている。一体移動機構４は、プローブ駆動手段と
しての２つの圧電素子５ａ，５ｂにより複数のプローブ
２とトラッキング専用プローブ３を記録媒体Ａと平行し
て一体に所望量移動させるものであり、すなわち、この
一体移動機構４は、固定枠（固定部）５ｃと、複数のプ
ローブ２，３を搭載する可動部５ｄと、可動部５ｄと固
定枠５ｃとの間に挟まれた２つの圧電素子５ａ，５ｂと
で構成されている。２つの圧電素子５ａ，５ｂのうち、
圧電素子駆動回路１４により一方の圧電素子を伸ばし、
他方の圧電素子を縮ませるプッシュ−プル駆動方式によ
り、可動部５ｄを矢印Ｘ方向に移動させることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査型プローブ顕微鏡
を応用して高密度記録再生を行う装置において、複数の
プローブと回転するディスク型記録媒体との間の記録再
生の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、米国特許第４３４３９９３号明細
書に記載されているようなナノメートル以下の分解能で
導電性物質表面を観察可能な走査型トンネル顕微鏡（以
下、ＳＴＭと略す）が開発され、金属・半導体表面の原
子配列、有機分子の配向等の観察が原子・分子スケール
でなされている。また、ＳＴＭ技術を発展させ、絶縁物
質等の表面をＳＴＭと同様な分解能で観察可能な原子間
力顕微鏡（以下、ＡＦＭと略す）も開発されている（米
国特許第４７２４３１８号明細書参照）。そこで、この
ＳＴＭ，ＡＦＭ等の走査型プローブ顕微鏡（以下、ＳＰ
Ｍと略す）の原理を応用し、記録媒体に対してプローブ
を原子、分子スケールでアクセスし、記録再生を行うこ
とにより、高密度メモリーを実現するという提案がなさ
れている（米国特許第４５７５８２２号明細書参照，日
本国特開昭６３−１６１５５２号公報参照，日本国特開
昭６３−１６１５５３号公報参照）。

【０００３】ＳＰＭ応用の高密度メモリーにおいてアク
セスや記録再生の高速化を目的として、半導体プロセス
によって複数のプローブを基板上に形成し、これらを用
いて並列に記録再生動作を行う装置も提案されている
（日本国特開平０１−３５７４３号公報参照，日本国特
開平０１−３５７４４号公報参照，欧州特許公開ＥＰ０
第１１２４０１号明細書参照）。

【０００４】ＳＰＭ応用の高密度メモリーにおける記録
再生の際のプローブと記録媒体の相対走査法としては、
ＳＴＭ技術の延長上であるＸＹ方向に２次元走査を行う
ラスタースキャンが一般的である。一方、従来より実用
化されているハードディスク記録装置や光ディスク記録
装置における記録ヘッドと記録媒体の相対走査法である
回転スキャンにおいても、記録装置の高密度化及び小型
化をめざしたモーターや軸受けの高精度化、モーター回
転制御技術の高度化が進んでいる。

【０００５】そこで、ＳＰＭ応用の高密度メモリーにお
いても記録媒体をディスクタイプとし、プローブと記録
媒体との相対走査を回転スキャンで行った記録再生装置
に関する提案もなされている（日本国特願平０２−０５
６６７５号明細書参照）。

【０００６】また、記録媒体を回転させて、ＡＦＭカン
チレバーとレーザーアシストによる記録再生実験を行っ
た実施例もある（H.J.Mamin and D.Ruger.A.P.L.61(8),
24 August 1992）。

【０００７】この時、１ビット当たりの記録乃至再生に
要する時間は電気的記録で１μ秒（日本国特願平０２−
０５６６７５号明細書参照）、レーザー記録で数１００
ｎ秒（H.J.Mamin and D.Ruger.A.P.L.61(8),24 August
1992）程度であり、１本のプローブで記録再生を行う場
合、信号の転送レートは数Ｍｂｐｓが限界となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、記録再生装
置において、記録容量とアクセス速度は最も重要な性能
の一つである。記録容量の増大は単純に、１つの記録再
生プローブが担当する記録再生エリアの拡大に継がる。
既述した高密度・超大容量メモリの場合、上記のプロー
ブ担当エリアが拡大することによって、ナノメートルオ
ーダの高精度位置精度を保持したまま長ストローク移動
可能な機構が必須となる。また、プローブ移動距離が増
加しても、シークタイムなどのアクセス時間を犠牲にし
ないためには、上記の移動機構は、より高速動作可能で
あることも要求される。

【０００９】高速で長ストロークの移動を行うために、
移動機構が複雑化・大型化する。また、その結果、装置
の固有振動数の低下を招く。このため、振動に弱くな
り、装置信頼性が低下する。さらにまた、プローブ走査
で記録再生をするとき、記録再生レートの低下にもつな
がる。

【００１０】本発明は、上記従来技術の有する問題点に
鑑みてなされたものであり、高速トラック移動が可能に
なり、記録再生レートを向上できる記録再生装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、回転型記録媒体と、それぞれ探針を有する
複数のプローブとが対向配置されて構成された記録再生
装置であって、前記回転型記録媒体を支持する回転体
と、該回転体の運動を回転方向に拘束する軸受けと、前
記回転体を回転駆動させる回転駆動手段と、前記回転体
の回転駆速度が一定になるように前記回転駆動手段を制
御する回転駆動制御手段と、前記複数のプローブを用い
て行う情報の記録再生を制御する記録再生制御手段と、
前記回転型記録媒体に記録または再生用の電圧を供給す
る電圧供給手段と、前記複数のプローブと前記回転型記
録媒体間の間隔を設定する間隔設定手段とで構成し、前
記複数のプローブが並列に１次元配列され、前記複数の
プローブのそれぞれの該探針が前記記録媒体の回転中心
を通る一直線上に位置するように前記複数のプローブを
配置し、前記回転駆動制御手段により、前記回転型記録
媒体を前記回転型記録媒体と前記複数のプローブとの相
対線速度が４００ｍｍ／秒以下で回転させることを特徴
とする記録再生装置である。

【００１２】また、前記複数のプローブの駆動手段と該
複数のプローブの駆動手段を制御する制御手段をもつト
ラック移動手段を有する。

【００１３】さらに、前記複数のプローブの少なくとも
一個がトラッキング専用のプローブである。

【００１４】そして、前記トラッキング専用のプローブ
を２次元走査可能なアクチュエータで構成した。

【００１５】また、前記複数のプローブが前記複数のプ
ローブを一体にトラック移動させる一体移動機構の可動
部上に搭載されている。

【００１６】さらに、前記複数のプローブと前記一体移
動機構を、単結晶基板に一体形成した。

【００１７】そして、複数のプローブが前記回転中心を
通る一直線上にあって、回転軸を中心に対称に配置され
たプローブ群のそれぞれのプローブが互いに異なるトラ
ックをアクセスする。

【００１８】また、前記複数のプローブがそれぞれに探
針を有する複数のカンチレバーである。

【００１９】さらに、前記複数のカンチレバーが回転中
心を通る一直線上にあって、回転軸を中心に対称に配置
されたカンチレバーの長手方向と回転方向を一致させ
る。

【００２０】そして、記録再生装置内に静圧力を発生さ
せる圧力発生装置を内蔵した。

【００２１】また、前記回転型記録媒体が前記回転体上
に複数備えられているものや、記録再生装置を複数同一
モジュール内に搭載したことを特徴とする。

【００２２】

【作用】高密度、大容量ディスク型記録再生装置を構成
するための手段として、複数のプローブを用い、複数の
プローブでは、一個のプローブが担当するエリアが小さ
くなり、プローブ移動量を少なくすることができる。さ
らに、記録媒体と複数のプローブの相対回転速度を低速
化した。記録媒体の回転速度は、記録ビットの大きさに
もよるが、直径４０ｍｍの記録媒体で例えば記録ビット
の大きさを０．１〜０．０１μｍとし、記録スペースを
ビットの大きさ分とって高密度記録をしようとすると、
記録媒体の線速度は、内周（半径＝５ｍｍ）で、２〜１
００ｍｍ／秒、外周（半径＝２０ｍｍ）で、８〜４００
ｍｍ／秒が要求される。記録媒体の線速度をこれ以上低
くすると、記録密度が低下するため記録媒体を大きくす
る必要性が生じる（プローブの記録再生レートは、数Ｍ
Ｈｚが現状であろうと考えられることを考慮してい
る）。これは、装置の大型化につながる。従来の１．３
インチ級のハードディスク装置にみられるように記録再
生装置の小型化が行われているなかで、装置の大型化
は、好ましくない。そして、プローブの大きさがμｍオ
ーダの寸法であるのでディスクを高速に回転させるとカ
ンチレバーと記録媒体間で動圧効果が生じて、カンチレ
バーが記録媒体から不規則に浮上し記録再生の信頼性を
低下させてしまう。４００ｍｍ／秒以下の線速度で回転
させるうえでは、動圧効果はほとんど生じない。

【００２３】また、高密度に記録したビットを再生する
場合、記録したビットと同一の場所に位置決め（記録媒
体半径方向）されなければならないことから、位置再現
性のよい高精度回転が要求されると同時に、温度ドリフ
トや機械精度で達成できない位置ずれを補正するトラッ
ク移動手段を必要とする。前者は、回転手段には、慣性
力の大きい磁気モータ、超音波モータ、静電モータ等
が、回転軸受けには、空気軸受け、流体軸受け、高精度
玉軸受け、スクィーズ軸受け等が好適に用いられる。後
者は、トラック移動手段とプローブヘッドの駆動手段で
対応し、駆動手段として圧電素子、複合型圧電素子（イ
ンチワーム）、リニア磁気モータ、リニア静電モータ、
リニア超音波モータ等が好適に用いられる。

【００２４】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２５】（第１実施例）図１は本発明のディスク回
転型記録再生装置の第１の実施例の全体構成を示す図、
図２は図１に示した記録再生装置の分解斜視図、図３は
図１の要部断面図である。

【００２６】図１に示すように、符号Ａは回転ディスク
型の記録媒体を示し、この記録媒体Ａに対向して複数の
プローブ２が設けられている。この複数のプローブ２の
中の最外周のプローブはトラッキング専用プローブ３と
なっている。トラック移動手段としての一体移動機構４
は、プローブ駆動手段としての２つの圧電素子５ａ，５
ｂにより複数のプローブ２とトラッキング専用プローブ
３を記録媒体Ａと平行して一体に所望量移動させるもの
であり、すなわち、この一体移動機構４は、固定枠（固
定部）５ｃと、複数のプローブ２，３を搭載する可動部
５ｄと、可動部５ｄと固定枠５ｃとの間に挟まれた２つ
の圧電素子５ａ，５ｂとで構成されている。圧電素子５
ａ，５ｂには２つの溝５ｅがそれぞれ形成され、この溝
５ｅが固定枠５ｃおよび可動部５ｄにはまりこんでいる
ことで装着されている。２つの圧電素子５ａ，５ｂのう
ち、制御手段としての圧電素子駆動回路１４により一方
の圧電素子を伸ばし、他方の圧電素子を縮ませるプッシ
ュ−プル駆動方式により、可動部５ｄを矢印Ｘ方向に移
動させることができ、１つの圧電素子を用いた場合より
も装置全体の共振周波数を向上させることができる。一
体移動機構４の両端部と装置外装としてのハウジング８
との間には規定厚さの２つの間隔規定体６ａ，６ｂが設
けられていることで、複数のプローブ２，３と記録媒体
Ａ間の間隔が規定されている。バイアス電極７は記録媒
体Ａにバイアス電圧を供給する。符号９は、トラッキン
グ専用プローブ３の位置にくるようにして記録媒体Ａ上
に書き込まれたトラッキング溝である。符号１０は複数
のプローブ２における記録再生信号を並列化・多重化す
るための並列化・多重化電気回路であり、この並列化・
多重化電気回路１０は、中央制御回路１３からの指令に
より並列化・多重化制御回路１１により制御される。符
号１４は圧電素子５ａ，５ｂに電圧を与え一体移動機構
４にトラック間移動を行わせるための圧電素子駆動回路
であり、この圧電素子駆動回路１４は圧電素子制御回路
１５により制御される。符号１６はトラッキング専用プ
ローブ３より出力される信号を検出するトラッキング信
号検出制御回路、符号１７は記録媒体Ａにバイアス電極
７を介してバイアス電圧を供給するバイアス電圧回路、
符号１８は、回転駆動手段としての超音波モータ（不図
示）のステータ２３を低速駆動制御するモータ駆動制御
回路（回転駆動制御手段）、符号１９は、トラッキング
専用プローブ３を矢印Ｘ方向（記録媒体Ａの直径上に沿
う方向）に振動させるためのプローブＸ方向振動回路で
ある。

【００２７】図２及び図３に示すように、記録媒体Ａは
回転体としてのロータ２２ａ上に搭載されており、この
ロータ２２ａは、装置の組立後に、分割ＰＺＴを裏面に
張り付けた超音波モータ用ステータ２３により回転され
るもう一つのロータ２２ｂに接着される。符号２４はロ
ータ２２ｂを高精度に回転支持するための玉軸受けであ
り、これら玉軸受け２４、間隔規定体６ａ，６ｂ、バイ
アス電極７はハウジング８に組み込まれている。符号２
６はステータ２３を所望のばね力で押圧する弾性ばねで
あり、ステータ２３とロータ２２ｂとの圧接力を提供す
る。符号２７は弾性ばね２６とステータ２３を挟持させ
てハウジング８に押圧する裏板、符号２８は装置を密閉
する密閉板である。

【００２８】再び、図２に示すように、複数のプローブ
２と記録媒体Ａとの間の記録に関する記録制御信号は、
次に記述するようにやりとりされる。中央制御回路１３
から出力される制御信号に基づき、記録制御回路１２ａ
から記録制御信号が、切り替え回路１２を通して並列化
・多重化電気回路１０に入力される。さらに、中央制御
回路１３から出力される制御信号に基づき、並列化・多
重化制御回路１１から並列化制御信号が、並列化・多重
化電気回路１０に入力される。並列化・多重化電気回路
１０では並列化制御信号に基づき、記録制御信号の並列
化が行われ、複数のプローブ２に並列化された記録制御
信号が印加される。

【００２９】複数のプローブ２と記録媒体Ａとの間の再
生信号は、次に記述するようにやりとりされる。先ず、
複数のプローブ２から、並列に複数の再生信号が並列化
・多重化電気回路１０に入力される。さらに、中央制御
回路（制御用コンピュータ）１３から出力される制御信
号に基づき、並列化・多重化制御回路１１から多重化制
御信号が、並列化・多重化電気回路１０に入力される。
並列化・多重化電気回路１０では多重化制御信号に基づ
き、再生信号の多重化が行われる。多重化された再生信
号は切り替え回路１２及び再生信号回路１２ｂを通して
中央制御回路１３に送られる。なお、中央制御回路１
３、並列化・多重化制御回路１１、並列化・多重化電気
回路１０等により記録再生制御手段が構成されている。

【００３０】以下に各機構の作製方法及び設置方法等の
具体的な装置構成について説明する。

【００３１】複数のプローブ２および一体移動機構４
は、マイクロメカニクスと呼ばれる微細加工技術（例え
ば、Peterson, “Silicon as a Mechanical Materia
l”，Proceedings of the IEEE, 70 巻，420 頁，1982
年参照）やＬＳＩ等を作製する際のマイクロエレクトリ
ニクス技術を用いて、例えばＳｉ等の基板上に作製され
る。具体的には、先ず、フォロリソグラフィーにより、
複数のプローブの先端に設ける電圧印加及び再生信号検
出用の複数の導電性探針及び電気配線パターンをＳｉウ
エハー上に作製し、カンチレバー形状のパターニングを
行う。同時に並列化・多重化電気回路等の周辺電気回路
もＳｉウエハー上のカンチレバーの配線近傍に作製す
る。また、トラッキング専用プローブ３は、トラッキン
グを行うために矢印Ｘ方向に微小移動できかつ矢印Ｚ方
向にも移動できる２次元走査可能なカンチレバー型アク
チュエータの構成をもつように作製する。次に、ＫＯＨ
溶液による異方性エッチングを用いて、Ｓｉ基板上に複
数の一体移動機構４を形成し、個々に切断する。

【００３２】このように作製した一体移動機構４に積層
型の圧電素子５ａ，５ｂを固定枠５ｃと可動部５ｄ間に
挟持させる。この構成で一体移動機構４は圧電素子５
ａ，５ｂにより矢印Ｘ方向に移動することができる。

【００３３】一体移動機構４を間隔規定体６ａ，６ｂを
介してハウジング８に固定する。記録媒体Ａ面と一体移
動機構４の傾き量は、１×１０Ｅ^-4radであった。

【００３４】作製した複数のプローブの配置図を図１１
に示す。本実施例では、複数のプローブ２₁〜２₁₄，３
を両側（ＡブロックとＢブロック）に記録媒体Ａの回転
中心２５を通る一直線上に配置した。さらにＡブロック
とＢブロックは、プローブピッチの半分に対応する量を
プローブの並んでいる方向にずらして配置した。つま
り、Ａブロックのプローブが記録再生する領域とＢブロ
ックのそれとは、完全に分離した領域を記録再生するよ
うにした。

【００３５】図７に示した一直線上配置をとる理由を以
下に述べる。

【００３６】プローブが回転中心線上を通らない位置に
配置された状態で、一体移動機構４を動作させた場合に
は、回転中心線上の位置にないプローブは回転中心線上
にあるそれと比較して半径方向への移動距離が異なる。
このため移動距離を同一にするための、トラッキング機
構が必要とされる。このようなトラッキング機構をプロ
ーブそれぞれに設けることは、装置全体を複雑化するこ
とになる。高速化において複雑な機構にすることは避け
なければならない。本実施例では、装置構成を容易にす
るために一直線上に配置し、全プローブが半径方向へ同
一距離の移動を行うように構成配置した。

【００３７】電圧の供給については種々の方法が考えら
れる。本実施例では、導電性のブラシを記録媒体に接触
させて供給した。他の例として、非接触型の電気カップ
リング、水銀等の液体を使った供給方法が考えられる。

【００３８】記録媒体Ａとしては、プローブからの電圧
印加により、局所的に導電性が変化するようなもの、あ
るいは、記録媒体表面形状が凸や凹に変化するようなも
のを用いる。前者の例としては、例えば、前述の日本国
特開昭６３−１６１５５２号公報，同１６１５５３号公
報にあげられるような電気的スイッチングメモリ現象を
有するＳＯＡＺ等の有機分子からなるＬＢ膜がある。こ
れは、ＳＴＭ構成の装置において、探針からの電圧印加
により、ＬＢ膜を構成するＳＯＡＺ等の有機分子の導電
率が局所的に、導電率の高いＯＮ状態と低いＯＦＦ状態
の間を可逆的に遷移するようものである。

【００３９】また、別の記録媒体の例として、結晶状態
とアモルファス状態とで導電率が異なるＳｉ等の相転移
物質を用いることができる。これも、探針と媒体との間
を流れる電流による熱により、局所的に表面構造を結晶
状態からアモルファス状態に相変化させるものである。

【００４０】後者の記録媒体表面形状が凹凸に変化する
ことにより、記録を行うものの例として、例えば、探針
−記録媒体基板間の電圧印加の際の電界放射による探針
材料の基板への移動による凸ビット形成がある。この場
合に、基板として用いられるのは、例えば、Ａｕ，Ａ
ｇ，Ｐｔ等の貴金属基板やｎ−Ｓｉ，ｐ−Ｓｉ，Ｇｅ，
ＧａＡｓ，ＩｎＰ等の半導体基板である。探針材料とし
て用いられるには、例えば、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，ｎ−Ｓ
ｉ，ｐ−Ｓｉ等の比較的電界放射を起こす電界しきい値
が低いものである。

【００４１】別の凹凸変化による記録例として、上記と
は逆に、探針からの電圧印加による記録媒体基板材料の
電界蒸発による凹ビット形成がある。この場合に、基板
として用いられるのは、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ等の
貴金属基板やｎ−Ｓｉ，ｐ−Ｓｉ，ＭｏＳ₂ ，グラファ
イト等の半導体・半金属基板であり、比較的電界蒸発を
起こす電界しきい値が低いものである。探針材料として
用いられるのは、例えば、Ｗ，Ｉｒ，ＴｉＣ等の金属や
半導体である。

【００４２】プローブによる記録媒体からの再生方法と
して、上記記録媒体のうち、前者の導電率が変化するよ
うなものに対しては、ＳＴＭの原理を用い、バイアス電
圧印加回路により、プローブ先端の探針と記録媒体との
間に再生用の電圧を印加し、間に流れる電流を検出する
ことにより行う。

【００４３】また、記録媒体表面形状が凹凸に変化する
ものに関する再生は、ＡＦＭの原理を用い、記録媒体表
面との間に働く原子間力や分子間力により弾性変形を生
じるカンチレバーのたわみ量を検出することにより行
う。この場合、複数プローブチップのセンシング構造が
前述の説明とは異なり、複数のプローブのたわみ量をそ
れぞれ検出する手段を付加し、このたわみ量検出手段か
らの出力を再生信号とする。複数のプローブのたわみ量
をそれぞれ検出する手段としては、例えば日本国特開平
０４−３２１９５５号公報に示したような光てこ方式
のカンチレバー（本実施例ではプローブにあたる）のた
わみ量検出手段において、たわみ量検出用の光ビームを
複数のカンチレバーに対して走査し、複数のカンチレバ
ーのたわみ量を順次検出するものや、カンチレバーの
たわみ量検出手段を複数個集積化したものを用いること
ができる。

【００４４】以上のディスク型情報記録再生装置の記録
容量・記録再生速度等の諸元は次のとおりである。

【００４５】記録媒体の外径４２ｍｍ最内周記録領域の半径（＝回転中心からの距離）２．
５ｍｍ最外周記録領域の半径２０ｍｍ記録領域数＝プローブ数２０００個記録領域幅＝プローブ間隔３．３μｍプローブ形状幅：１０μｍ，長さ：１００μｍ一記録領域中のトラック数０．６７Ｍ個トラック幅０．０２μｍビット径０．０１μｍ一トラック中の記録容量１．５Ｍｂｉｔ一記録領域中の記録容量５０２．５Ｍｂｉｔ全記録容量１Ｔｂｉｔ記録媒体回転速度４ｒｐｍ一プローブの記録再生レート１００ｋｂｉｔ／秒装置記録再生レート２００Ｍｂｉｔ／秒トラック間移動量６．７μｍ以下に具体的な動作例について説明する。

【００４６】モータ駆動制御回路１８から位相を９０度
ずらした２つの交流電圧を超音波モータ用ステータ２３
の下に取り付けた圧電素子（不図示）に印加し、ステー
タ２３に定在波を発生させ矢印ω方向に進行波を発生さ
せる。超音波モータは、低速回転で安定に動作する特徴
をもつ回転用モータに適する。ステータ２３上に摩擦接
触されているロータ２２ｂは、高精度の玉軸受け２４に
拘束されているので回転運動する。速度は、モータ駆動
制御回路１８から超音波モータに送る交流電圧を変える
ことで任意に設定できる。本実施例での速度は、４回転
／分とした。玉軸受け２４の精度は、ラジアル振れ（半
径方向振れ）が０．８μｍ、回転再現性が０．０８μｍ
であった。玉軸受け２４で拘束されて回転運動をするロ
ータ２２ｂの回転精度は、ラジアル振れが１μｍ、回転
再現性が０．１μｍであった（回転再現性の定義は、複
数回転させた時の振れ幅とした）。

【００４７】ロータ２２ａの回転で複数のプローブ２
は、ロータ２２ａ上に接着固定されている記録媒体Ａの
表面をならうように動作し（記録媒体が破壊する力より
プローブの弾性力が十分に小さい）、ロータ２２ａの回
転速度と同じ速度で記録媒体Ａに対し相対移動する。複
数のプローブ２の最外側に設けたトラッキング専用プロ
ーブ（アクチュエータ型プローブ）３を、プローブＸ方
向振動回路１９にて横方向に最小振動させる。アクチュ
エータ型プローブ３の下には、トラッキング溝９が位置
する。トラッキング溝９は、フォトリソグラフィー技術
とエッチングプロセス技術で図９のような幅３μｍ、深
さ０．０１μｍの溝を形成した。

【００４８】図４及び図５を用いてトラッキング機構を
説明する。

【００４９】記録媒体Ａがそのラジアル方向（半径方
向）に振れ（記録媒体のラジアル移動速度よりもプロー
ブの微小振動周波数の方が十分に速い）を生じた場合
に、トラッキング専用プローブ（アクチュエータ型プロ
ーブ）３の矢印θ方向の微小振動で、記録媒体Ａの移動
量がトラッキング信号検出制御回路１６で検出演算され
圧電素子駆動回路１４にフィードバックし、上記したよ
うに圧電素子５ａ，５ｂが一体移動機構４の可動部５ｄ
を移動量分だけ動かすことで振れを補正する。記録媒体
Ａが移動した時のセンシングは、アクチュエータ型プロ
ーブ３の先端部に設置した導電性探針２９で行われる。
この動作は、記録再生装置の動作中常に行われる。これ
により、上述の回転再現性量を補正することが可能とな
る。

【００５０】図１及び図６を用いて記録再生の実施例に
ついて以下に記述する。

【００５１】図６は、プローブと記録媒体部の拡大模式
図である。例えば、プローブ３とプローブ２₁₁の下に位
置するトラック１とトラック１₃₃₆上に情報を記録せよ
という指令を、中央制御回路１３から切り替え回路１
２、並列化・多重化制御回路１１１、並列化・多重化電
気回路１０を通じて送り、プローブ３及び２₁₁に電圧を
印加させて所望の位置に記録する。記録媒体Ａには、＋
１００ｍＶの電圧がバイアス電圧回路１７より印加され
ている。記録媒体Ａには、前述の日本国特開昭６３−１
６１５５２号公報，同１６１５５３号公報に挙げられる
ような電気的スイッチングメモリー現象を有するＳＯＡ
Ｚ２層ＬＢ膜をｐ型Ｓｉウエハ上に累積させたものを用
いた。探針からの電圧印加により、ＬＢ膜を構成するＳ
ＯＡＺ等の有機分子の導電率が局所的に、導電率の高い
ＯＮ状態と低いＯＦＦ状態の間を可逆的に遷移するよい
うものである。記録位置のみが導電率が変化している。

【００５２】一個のプローブが受け持つトラック数は、
３３５トラックである。総トラック数は、３３５トラッ
ク／個×２０００個（複数のプローブの数）＝６．７Ｍ
個である。

【００５３】次に、トラック移動を行い隣のトラックに
移動する例を図６を用いて説明する。プローブ３とプロ
ーブ２₁₁の下にトラック１₁及びトラック１₃₃₆が位置す
るように一体移動機構４を移動させる。実際には、一体
移動機構４の移動により２０００個のプローブ（不図
示）が同時に移動する。一体に移動することで、トラッ
ク移動用のアクチュエータが移動する距離が数μｍでよ
く、用いるアクチュエータを小型化でき装置固有振動数
の向上がはかれる。中央制御回路１３から圧電素子制御
回路１５、圧電素子駆動回路１４を通して圧電素子５
ａ，５ｂに所望の電圧を与え一体移動機構４を移動させ
る方法をとった。移動したトラック位置で前述と同様に
所望位置に情報を記録した。

【００５４】再生情報は、一体移動機構４を所望の位置
に移動させて、記録により導電率が変化している箇所の
情報を並列化・多重化電気回路１０、切り替え回路１２
を通して中央制御回路１３、再生処理回路２０に送る。

【００５５】記録再生信号のやりとりが並列化処理され
ることで、２０００個のプローブに対し高速の記録再生
が可能である。

【００５６】ハードディスク装置では、高速回転のため
ヘッドが浮上する現象が生じる本実施例では、プローブ
が動圧効果により浮上するような現象は起きなかった。

【００５７】以上の構成及び方法で、前述した記録姿勢
装置の諸元を達成することができる。

【００５８】上述の実施例では、回転速度を４回転／分
に設定して記録再生を行ったが、その他の回転速度につ
いて実施した例について以下に記述する。

【００５９】記録容量・記録再生速度等の諸元を次の通
り設定して実施した。（１）１Ｔビットの記録容量、記録媒体回転速度を４０
回転／分、プローブ個数２００個、プローブの再生レー
トを１Ｍビット／秒として、以下の諸元通りに設定し
て、記録再生を実施したところ、安定した記録再生が可
能であった。

【００６０】記録媒体の外径４２ｍｍ最内周記録領域の半径（＝回転中心からの距離）２．
５ｍｍ最外周記録領域の半径２０ｍｍ記録領域数＝プローブ数２００個記録領域幅＝プローブ間隔３．３μｍプローブ形状幅：１０μｍ，長さ：１００μｍ一記録領域中のトラック数０．６７Ｍ個トラック幅０．０２μｍビット径０．０１μｍ一トラック中の記録容量１．５Ｍｂｉｔ一記録領域中の記録容量５０２．５Ｍｂｉｔ全記録容量１Ｔｂｉｔ記録媒体回転速度４０ｒｐｍ一プローブの記録再生レート１Ｍｂｉｔ／秒装置記録再生レート２００Ｍｂｉｔ／秒トラック間移動量６．７μｍ（２）１Ｔビットの記録容量、記録媒体回転速度を８０
回転／分、プローブ個数１００個、プローブの再生レー
トを２Ｍビット／秒として、以下の諸元通りに設定し
て、記録再生を実施したところ、安定した記録再生が可
能であった。

【００６１】記録媒体の外径４２ｍｍ最内周記録領域の半径（＝回転中心からの距離）２．
５ｍｍ最外周記録領域の半径２０ｍｍ記録領域数＝プローブ数１００個記録領域幅＝プローブ間隔３．３μｍプローブ形状幅：１０μｍ，長さ：１００μｍ一記録領域中のトラック数０．６７Ｍ個トラック幅０．０２μｍビット径０．０１μｍ一トラック中の記録容量１．５Ｍｂｉｔ一記録領域中の記録容量５０２．５Ｍｂｉｔ全記録容量１Ｔｂｉｔ記録媒体回転速度４０ｒｐｍ一プローブの記録再生レート１Ｍｂｉｔ／秒装置記録再生レート２００Ｍｂｉｔ／秒トラック間移動量６．７μｍ（３）１００Ｇビットの記録容量、記録媒体回転速度を
２００回転／分、プローブ個数２００個、プローブの再
生レートを１Ｍビット／秒として、以下の諸元通りに設
定して、記録再生を実施したところ、安定した記録再生
が可能であった。なお、トラック移動機構の圧電素子の
変位を１０倍に拡大している。

【００６２】記録媒体の外径４２ｍｍ最内周記録領域の半径（＝回転中心からの距離）２．
５ｍｍ最外周記録領域の半径２０ｍｍ記録領域数＝プローブ数２００個記録領域幅＝プローブ間隔３．３μｍプローブ形状幅１０μｍ，長さ１００μｍ一記録領域中のトラック数６７０００個トラック幅０．０２μｍビット径０．１μｍ一トラック中の記録容量１５００００ｂｉｔ全記録容量１００Ｇｂｉｔ記録媒体回転速度２００ｒｐｍ一プローブの記録再生レート１Ｍｂｉｔ／秒装置記録再生レート２００Ｍｂｉｔ／秒トラック間移動量６７μｍ回転速度を２００回転／分以上に設定して、記録再生実
験したところ、記録媒体とプローブ間が動圧効果により
浮上し、記録再生が不安定になった。

【００６３】以上説明したように、本実施例では、（１）トラッキング専用プローブを用いた回転振れ量及
び温度ドリフトの補正をすることで、安定な位置での記
録再生を行うことができる。（２）複数のプローブを一体移動機構に構成すること
で、一個のアクチュエータで２０００個のプローブを任
意の位置に移動させることができ、多くのアクチュエー
タを用いる必要はなく機構の簡素化と鮮魚の単純化を達
成できる。同時に高速処理・高速移動を可能にしてい
る。さらに、小型化も可能にしている。（３）超音波モータを用いた低速回転の記録再生によ
り、プローブが動圧効果により浮上することなく安定に
かつ高密度に記録再生することができる。という長所をもつ装置を提示できた。

【００６４】（第２実施例）第１実施例で示した記録再
生装置の構成で、軸受け部分をものにて実施した例につ
いて、図８及び図９を用いて説明する。図８はその全体
構成を、また図９は軸受け部分の拡大説明図を示す。

【００６５】図８に示すように、符号３１は圧縮空気を
発生させるマイクロＤＣサーボモータと渦巻ファン等で
構成されるマイクロポンプ、このマイクロポンプ３１で
発生された圧縮空気３７（図９参照）は流路としてのチ
ューブ３４を介して後述する空気軸受け３３に供給され
る。空気軸受け３３はグラファイト等の多孔質材料を精
密加工して作製した軸受け部である。上述のマイクロポ
ンプは、例えばマイクロメカニクスの技術を駆使した超
小型機構のポンプでもよく、限定されるものではない。

【００６６】本実施例と第１実施例で説明した記録再生
装置と相違するところは、記録再生装置の中にマイクロ
ポンプ３１を内蔵していることである。マイクロポンプ
３１にて圧縮された空気がチューブ３４を通して、空気
軸受け３３に供給される。空気軸受け３３では、チュー
ブ３４より送られてきた圧縮空気が無秩序に多孔質材料
内を流れロータ３２を浮上させる静圧力が図９中の矢印
で示された位置に作用する。空気軸受け３３とロータ３
２間の隙間ｄは、３μｍに設定している。ロータ３２
の、静圧力が作用する面は、ラップ加工と電界研磨で超
平面に加工形成している。

【００６７】上述の装置構成で、第１実施例と同様に記
録装置を動作させたところ、回転位置再現性がきわめて
良好で、位置補正のためのトラッキング移動量がきわめ
て小さく、トラッキングの制御性が向上した。また、空
気軸受けは、ロータの軸受け部が非接触であり低振動を
可能にした。さらに、空気軸受けと電磁モータを組み合
わせることで、完全非接触で駆動可能で超音波モータ駆
動に対してさらなる低振動を実現できる。軸受けには、
その他磁性流体等の流体軸受けが適用可能であり、本実
施例に限られない。

【００６８】（第３実施例）第１実施例で示した記録再
生装置の構成で、記録媒体を複数構成して実施した例に
ついて説明する。図１０は図３と同様な、複数記録媒体
を搭載した装置断面図である。

【００６９】図１０に示すように、超音波モータ用ステ
ータ４５によって回転されるロータ４８には、軸４４を
有する別のロータ４９が連結されている。記録媒体４１
ａはロータ４９に搭載され、一体移動機構４２はこの記
録媒体４１ａと平行して複数のプローブ４６を記録媒体
４１の中心軸上を移動させる。さらに、軸４４の先端に
は、軸４４によって回転される別の記録媒体４１ｂ、及
び複数のプローブ４７を記録媒体４１ｂの中心軸上を移
動させる回転しない一体移動機構４２ｂがあり、複数の
記録媒体を記録再生可能なものである。符号４３はハウ
ジングを示し、その他は第２実施例と同様の構成とし
た。

【００７０】第３実施例では、複数の記録媒体４１ａ，
４１ｂを軸４４の同一軸に配置したことで、一個の回転
機構で記録容量を２倍にすることができた。なお、記録
媒体を３個用意すれば、記録容量が３倍になることはい
うまでのもない。

【００７１】（第４実施例）第１実施例で示した記録再
生装置の構成で、機構部を複数構成して実施した例につ
いて説明する。図１１は、記録再生装置を複数搭載した
外観斜視図である。

【００７２】符号５５ａ，５５ｂ，５５ｃは第１実施例
で説明した記録再生装置と同様の機構部（カセット）で
あり、これらの機構部５５ａ，５５ｂ，５５ｃは外部電
気回路部とを接続する端子５６ａ，５６ｂ，５６ｃによ
ってそれぞれ駆動制御される。符号５７は、複数の機構
部５５ａ，５５ｂ，５５ｃを収納するローディング機構
と複数の機構部５５ａ，５５ｂ，５５ｃを駆動する駆動
制御回路で構成される複数記録再生装置駆動ユニットで
ある。本実施例では、複数の機構部を設ける簡単な構成
で記録容量を３倍にすることができた。さらに記録容量
を増やすには、機構部（カセット）を増やせばよいこと
はいうまでもない。

【００７３】上記各実施例において、記録または再生の
みの装置、および走査型プローブ顕微鏡装置について
も、本発明は適用可能であることは言うまでもない。

【００７４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したとおりに構成さ
れているので、以下に記載するような効果を奏する。

【００７５】複数のプローブを記録媒体の回転中心を通
る一直線上に配置し、回転型記録媒体を前記回転型記録
媒体と前記複数のプローブとの相対線速度が４００ｍｍ
／秒以下で回転させることにより、高速トラック移動が
可能になり、高密度記録再生装置の記録再生レートを向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のディスク回転型記録再生装置の第１実
施例の全体構成を説明するための図である。

【図２】図１の分解斜視図である。

【図３】図１の要部断面図である。

【図４】図１に示した記録再生装置のトラッキング動作
を説明するための図である。

【図５】記録媒体のトラッキング溝部の拡大図である。

【図６】情報記録を説明するための図である。

【図７】複数のプローブの配置図である。

【図８】本発明のディスク回転型記録再生装置の第２実
施例の概略斜視図である。

【図９】図８の要部断面図である。

【図１０】本発明のディスク回転型記録再生装置の第３
実施例の概略断面図である。

【図１１】本発明のディスク回転型記録再生装置の第４
実施例の外観図である。

【符号の説明】

Ａ記録媒体１，１₃₃₅，１₃₃₆，１₆₇₁ トラック２，２₁〜２₁₁ プローブ３トラッキング専用プローブ４一体移動機構５ａ，５ｂ圧電素子５ｃ固定枠（固定部）５ｄ可動部５ｅ溝６ａ，６ｂ間隔規定体７バイアス電極８ハウジング９トラッキング溝１０並列化・多重化電気回路１１並列化・多重化制御回路１２切り替え回路１２ａ記録制御回路１２ｂ再生信号回路１３中央制御回路１４圧電素子駆動回路１５圧電素子制御回路１６トラッキング信号検出制御回路１７バイアス電圧回路１８モータ駆動制御回路１９プローブＸ方向振動回路２０再生処理回路２１記録ビット２２ａ，２２ｂロータ２３超音波モータ用ステータ２４玉軸受け２５中心軸２６弾性ばね２７裏板２８密閉板２９導電性探針３１マイクロポンプ３２ロータ３３空気軸受け３４チューブ３５ハウジング３６一体移動機構３７圧縮空気４０玉軸受け４１ａ，４１ｂ記録媒体４２ａ，４２ｂ一体移動機構４３ハウジング４４軸４５超音波モータ用ステータ４６，４７プローブ４８，４９ロータ５５ａ，５５ｂ，５５ｃ機構部５６ａ，５６ｂ，５６ｃ端子５７複数記録再生装置駆動ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山野明彦東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者紫藤俊一東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転型記録媒体と、それぞれ探針を有す
る複数のプローブとが対向配置されて構成された記録再
生装置であって、前記回転型記録媒体を支持する回転体と、該回転体の運
動を回転方向に拘束する軸受けと、前記回転体を回転駆
動させる回転駆動手段と、前記回転体の回転駆速度が一
定になるように前記回転駆動手段を制御する回転駆動制
御手段と、前記複数のプローブを用いて行う情報の記録
再生を制御する記録再生制御手段と、前記回転型記録媒
体に記録または再生用の電圧を供給する電圧供給手段
と、前記複数のプローブと前記回転型記録媒体間の間隔
を設定する間隔設定手段とで構成し、前記複数のプロー
ブが並列に１次元配列され、前記複数のプローブのそれ
ぞれの該探針が前記記録媒体の回転中心を通る一直線上
に位置するように前記複数のプローブを配置し、前記回
転駆動制御手段により、前記回転型記録媒体を前記回転
型記録媒体と前記複数のプローブとの相対線速度が４０
０ｍｍ／秒以下で回転させることを特徴とする記録再生
装置。
【請求項２】前記複数のプローブの駆動手段と該複数
のプローブの駆動手段を制御する制御手段をもつトラッ
ク移動手段を有する請求項１に記載の記録再生装置。
【請求項３】前記複数のプローブの少なくとも一個が
トラッキング専用のプローブである請求項１に記載の記
録再生装置。
【請求項４】前記トラッキング専用のプローブを２次
元走査可能なアクチュエータで構成した請求項３に記載
の記録再生装置。
【請求項５】前記複数のプローブが前記複数のプロー
ブを一体にトラック移動させる一体移動機構の可動部上
に搭載されている請求項１に記載の記録再生装置。
【請求項６】前記複数のプローブと前記一体移動機構
を、単結晶基板に一体形成した請求項５に記載の記録再
生装置。
【請求項７】前記複数のプローブが前記回転中心を通
る一直線上にあって、回転軸を中心に対称に配置された
プローブ群のそれぞれのプローブが互いに異なるトラッ
クをアクセスする請求項１に記載の記録再生装置。
【請求項８】前記複数のプローブがそれぞれに探針を
有する複数のカンチレバーである請求項１に記載の記録
再生装置。
【請求項９】前記複数のカンチレバーが回転中心を通
る一直線上にあって、回転軸を中心に対称に配置された
カンチレバーの長手方向と回転方向を一致させる請求項
１及び７に記載の記録再生装置。
【請求項１０】請求項１に記載の記録再生装置内に静
圧力を発生させる圧力発生装置を内蔵した記録再生装
置。
【請求項１１】前記回転型記録媒体が前記回転体上に
複数備えられている請求項１に記載の記録再生装置。
【請求項１２】請求項１に記載の記録再生装置を複数
同一モジュール内に搭載したことを特徴とする記録再生
装置。