JP2008213141A - 力学的に平衡の超小型可動子 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＥＭＳ駆動型の情報記憶システムに力学的平衡を与えるために、逆方向に動くように調整された複数の超小型可動子を提供する。
【解決手段】 板の各対（４１，４２，４３，４４）は、板の各対（４１，４２，４３，４４）の少なくとも一方の板が他方の板に対して動くように超小型可動子に関連付けられる。第１の板の対（４１）の第１の板（４１ａ）は、第１の運動量で第１の方向（Ｗ）に動かされる。第２の板の対（４２）の第２の板（４２ａ）は、第１の運動量に概ね等しい第２の運動量で第１の方向とは逆の方向（Ｅ）に動かされる。第１および第２の板の動きは、第１および第２の運動量を概ね相殺するように構成される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、情報記憶のための超小型可動子（micro-mover）の分野に関する。より詳細には、本発明は、超小型可動子のアレイの動きが力学的に平衡に調整される、平行板情報記憶装置のための超小型可動子に関する。

平行板を用いて、一方の板上に読出し−書込み変換器を、他方の板上に記録媒体を持たせたメモリ装置は、通常、互いに相対する板の平面的な動きを駆動するために超小型可動子を必要とする。板をＸおよびＹ方向に組み合わせて移動させることにより、記録媒体に対するデータ転送速度が改善される。超小型電気機械システム（micro electro mechanic system：ＭＥＭＳ）モータが、互いに対して板を移動させるために用いられる。そのようなＭＥＭＳモータは、１９９９年１１月１６日にHoen他に付与された米国特許第５，９８６，３８１号（特許文献１）に示されており、その特許では、駆動する側の電極のアレイが第１の部材の表面上に取り付けられ、もう一方の駆動される側の電極のアレイが第２の部材の相対する表面上に配置される。駆動する側の電極および駆動される側の電極上の電圧パターンによって、その部材は互いに対して移動できるようになる。電極の間隔、数、ピッチおよび電圧によって、一方の部材に対して他方の部材の動きが制御される。

現在の情報記憶システムから要求される高情報密度および高速度を達成するために、３つの全直交方向Ｘ、Ｙ、Ｚの動作範囲にわたって厳密に制御しながら、板を高精度、かつ高速度で移動させる必要がある。情報記憶システムで用いられる、そのような高速で厳密に制御された超小型可動子モータが、1998年11月10日にHesterman他に付与された米国特許第５，８３４，８６４号（特許文献２）に記載されている。このシステムは、少なくとも一対のシリコン板を提供し、一方の板は読出し−書込み素子を有し、他方の板は複数の情報記憶エリアを有する。一方の板あるいは両方の板が、Ｘ方向あるいはＹ方向における板の移動の範囲および弾性を制御する、エッチングされたシリコンばねからなる構造体を備える。他の実施形態は、１枚の板上にシリコンばねを用いて、ＸおよびＹの両方向の動きを制御する。

一般に、複数の超小型可動子が、直交するパターンに配置された１つのチップ上で一度に微細加工される。典型的には、１つのチップ上の超小型可動子のグループは１つの駆動制御部を用いており、同時に動くことができる。Hesterman他の特許に示されるような板が、ランダムにシーク（seek）を行う場合があるか、あるいはある方向において、１０００Ｈｚのような周波数で、共振あるいは概ね共振して振動する場合がある。典型的な板は、１００×１００のアレイとして１０，０００個までの変換器を有する場合がある。データは並列なバイトとして転送され、３００〜４００程度の板が５０Ｇｓまでの加速度で同時に移動する。各板が約３５ｍｇの移動質量を有する場合があるため、動作時にＭＥＭＳ駆動型記憶ユニットによって著しい振動が生成されるようになる。このような機械的な応力によって、ＭＥＭＳモータにおいて早々に摩損が生じる恐れがあり、データ転送時の精度の劣化を引き起こす可能性がある。

不平衡および振動の問題は、漂遊粒子からの干渉を最小にするために、典型的には真空中で動作する応用形態において大きくなる。大気による減衰がないため、多数の同時に動作する超小型可動子から振動を受ける可能性が高くなる。原子分解能レベルでの動作および構造は細かいため、超小型でなければ問題にならない振動量でも、多大な影響を受けるようになる。したがって、ＭＥＭＳ超小型可動子に力学的な平衡を与えるために、同時に動く情報記憶素子を調整し、制御する必要がある。
米国特許第５，９８６，３８１号明細書 米国特許第５，８３４，８６４号明細書

本発明の目的は、ＭＥＭＳ駆動型の情報記憶システムに力学的平衡を与えるために、逆方向に動くように調整された複数の超小型可動子を提供することである。偶数個の超小型モータが互いに対して逆方向に移動し、システム内の慣性の不平衡を相殺することが好ましい。別法では、種々の板が異なる移動質量を有する場合に、移動質量に対して、逆方向に等しい運動量を与えるように超小型モータの動きが調整される。

板および超小型モータは典型的にはＸおよびＹの両方向に動くため、逆方向への板の動きはＸおよびＹ方向において調整されなければならない。同時の情報転送は、それぞれ４枚の板を利用することができる２つの４分領域（quadrant）を用いて、バイト単位で行われる。したがって、本発明の好ましい実施形態は、各超小型可動子によって駆動され、互いに逆方向に移動する４枚の板の組を用いる。望ましくないトルクを回避するために、第１の調整される板の対のうちの一方の板は、第２の調整される板の対の１枚の板との第１の共通軸上に配置される。第１の板の対の他方の板は、第３の調整される板の対の１枚の板との第２の共通軸上に配置される。アレイ内の他の板は、移動する板の運動量によって引き起こされるシステムの振動を最小にするために、同じように配置される。逆方向への板の動きに対応するために、論理回路がデータフローを変更し、データが連続して現れるようにする。

本発明による超小型可動子システムは、情報を交換できるように互いに近接した間隔で配置された第１の平行板の対を有する第１の情報記憶ユニットを含むことが好ましい。第１の超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）モータは、第１の平行板の対の少なくとも一方を、第１の対のうちの他方の板に平行な第１の面において移動させ、第１の板の対の間で情報の交換を容易にするように第１の情報記憶ユニットに関連付けられる。

第２の情報記憶ユニットは、互いからある一定の近接した間隔で配置され、互いに対して情報を交換できるように配置される第２の平行板の対を有する。第２の平行板の対は、逆方向において、第１の平行板の対に対して逆向きの動きをするように向けられる。第２のＭＥＭＳモータは、平行板の対の少なくとも一方を、逆方向の一方に沿って、第２の対のうちの他方の板に平行な第２の面において移動させ、第２の板の対の間で情報の交換を容易にするように第２の情報記憶ユニットに関連付けられる。

制御回路は、第１および第２の板の対の動きを調整し、その結果、逆方向の一方に沿った第２の平行板の組のうちの１つの動きが、第１の平行板の組のうちの１つの動きと同時、かつ逆方向に生じ、それにより超小型可動子システム内の動きから生じる実質的なレベルの全ての運動量を相殺するように、第１および第２のＭＥＭＳモータに関連付けられる。

本発明の別の好ましい実施形態では、第１のグループの選択された板の対が、第２のグループの選択された板の対における第２の板と共通軸に沿って位置合わせされた第１の方向に移動する第１の板を含む。第２の板は第１の板とは逆の方向に動き、その結果、第１および第２の板の相対する動きが、トルク力を防ぐように共通軸上で位置合わせされる。

本発明の別の好ましい実施形態は、板の複数の対を有するメモリ記憶システムに情報を格納する方法を含む。板の各対は、板の各対の少なくとも一方の板が他方の板に対して動くように超小型可動子に関連付けられる。第１の板の対の第１の板は、第１の運動量で第１の方向に動かされる。第２の板の対の第２の板は、第１の運動量に概ね等しい第２の運動量で第１の方向とは逆の方向に動かされる。第１および第２の板の動きは、第１および第２の運動量を概ね相殺するように構成される。

本発明による情報を記憶するための別の好ましい方法は、複数の板を、少なくとも４対の板の矩形のアレイに配置するステップを含む。第１の板の対の上板は第２の板の対の第２の板と第１の共通軸上で位置合わせされる。第１の板の対の底板は第３の板の対の第３の板と第２の共通軸上で位置合わせされる。共通軸上でのそのような板の位置合わせは、望ましくないトルク力の生成を回避しつつ、運動量の相殺を可能にし、それにより記憶システムの振動を最小にする。

本発明の他の態様および利点は、添付の図面とともに本発明の原理を例を用いて示す、以下に記載される詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明によれば、ＭＥＭＳ駆動型の情報記憶システムに力学的平衡を与えるために、逆方向に動くように調整された複数の超小型可動子を実現することができる。

最初に図１を参照すると、互いに対して直交する動作軸を有する、互いに対して間隔をおいて平面的な関係にある一対の板１０および１１からなる従来技術の斜視図が与えられる。各板は、移動部材１２および１３を懸吊状態に保持するシリコンばね１４および１５の一方を備える。各移動部材は、記録媒体あるいは読出し／書込み装置が配置される場合がある表面を与える。

１つの方向、すなわち任意にＹ方向として示される方向に移動部材１２を移動させ、第２の直交する方向、すなわち任意にＸ方向として示される方向に移動部材１３を駆動させるために、磁気駆動部１６および１７がそれぞれ部材１２の下側および部材１３の上側に設けられる。

図２は別の実施形態を示しており、板２０が、それぞれ移動方向の一方に応答するように取り付けられるシリコンばね２４および２５によって、ＸおよびＹの両方向に移動するように構成される可動板２２を設けられる。中間板２６がＸ方向に移動するようにばね２４に接続され、内部可動板２２がＹ方向に移動するようにばね２５に接続される。

図３は、２対の板３０および３２が示されており、本発明の全般的な概念を示す。板３０および３２は、共通Ｘ軸に沿って位置合わせされ、互いに対して逆方向に移動するように構成される。板３０ａはＸ軸に沿って移動するように構成され、板３０ｂはＹ軸に沿って移動するように構成される。板３２ａは、板３０ａの移動方向とは逆の方向にＸ軸に沿って移動するように設定される。同様に、板３２ｂは、板３０ｂの移動方向とは逆の方向にＹ軸に沿って移動するように設定される。板３０の移動距離および移動時間は、板３２の移動距離および移動時間に一致することが好ましい。板３０および３２は、図１あるいは図２に示される構造にしたがって構成されるか、あるいは所望の動きを達成するのに適した他の構造で構成される場合がある。

図３に示される板の対は、逆方向に移動する板にある補償を与える。その構成は、Ｘ軸に沿った東西への移動を補償することに関して完全に動作する。しかしながら、板がＹ軸上で位置合わせされていないので、逆方向に作用するＹ軸上の力によって、Ｚ軸（紙面に垂直な軸）の周囲にトルク力あるいは回転力が確立される。同様に、Ｙ軸上で位置合わせされるが、Ｘ軸上で位置合わせされない板の対は、逆方向に作用するＸ軸上の力から望ましくないトルクを生み出すであろう。図３に示される板の対の構造は、トルク力を無視できるようにするために、そのトルク力に対してある補償あるいは柔軟性を与えることが好ましいであろう。

したがって、上記のような２つの板の対のグループ化は著しく振動の量を低減するが、少なくとも４つの板の対のグループがトルク力を除去することが好ましい。図４は、上記のように位置合わせされた４つの板のグループを用いる、本発明の好ましい実施形態の論理的な概念を示す。４対の板４１〜４４のアレイ４０は、個々の各板の逆方向への移動を有する。ある時点における各板の動きが、東西南北のためのコンパスの指示Ｅ、Ｗ、Ｎ、Ｓによって示される。指示される方向は任意であり、相対的な動きを示す目的のためにのみ用いられる。

図に示されるように、各板は、逆方向への動きを有する、同じ軸上の対応する板を有する。したがって、板の対４１および４２は、第１のＸ軸４５上に位置合わせされ、板の対４３および４４は第２のＸ軸４８上に位置合わせされる。同様に、板の対４１および４４は第１のＹ軸４６上に位置合わせされ、板の対４２および４３は第２のＹ軸４７上に位置合わせされる。板の各対の逆方向への動きは、同じ質量の場合に、同じ時点で、同じ速度で同じ時間および同じ距離（全運動量）を移動させ、それによって、運動量を完全に相殺して、各板の動きによって個別に引き起こされる任意の振動を最小することが好ましい。

具体的には、板４１ａは、板４２ａが板４１ａの方向とは逆方向（東）において受ける同じ全運動量で西に移動する。したがって、板４１ａおよび４２ａはＸ軸４５に沿って位置合わせされるため、板４１ａおよび４２ａの全ての動きが互いの全運動量を相殺し、Ｘ軸４５上の振動を除去する。同じように、北の方向における板４１ｂの全運動量は、南に動く板４４ｂの全運動量によって相殺される。なぜなら、その２枚の板はＹ軸４６上に位置合わせされるためである。

同様に、北に向かう板４２ｂの全運動量は、第２のＹ軸４７に沿って南に向かう板４３ｂの全運動量によって相殺される。同じように、東に向かう板４３ａの全運動量は、第２のＸ軸４８に沿って西に向かう板４４ａの全運動量によって相殺される。

図５は、本発明による力学的に平衡状態にするための別の類似の構成を示す。アレイ５０は、個々の各板の逆方向への動きを有する４対の板５１〜５４を示す。板の各対は、他の２つの板の対と共通軸ＸおよびＹ軸上で位置合わせされる。板の各対は、隣接する板の各対に対して、一致する動きと逆方向への動きとを有する。

具体的には、板の対５１ａおよび５１ｂは、板の対５２ａおよび５２ｂがそれぞれ東および南に移動しているのと同じ時間および同じ運動量で、それぞれ西および北に移動する。板の対５３ａおよび５３ｂは、板の対５４ａおよび５４ｂがそれぞれ東および南に移動しているのと同じ全運動量で、それぞれ西および北に移動する。

したがって、板５１ａおよび５２ａの全運動量は、それらの板が第１のＸ軸５５上で位置合わせされるため、互いに相殺される。同様に、板５３ａおよび５４ａの全運動量は、それらが第２のＸ軸５８上で位置合わせされるため、互いに相殺される。同じように、板５１ｂおよび５４ｂの全運動量は第１のＹ軸５６に沿って互いに相殺され、板５２ｂおよび５３ｂの全運動量は第２のＹ軸５７に沿って互いに相殺される。

板の対の他の類似のグループ化は、その状況に応じて達成することができる。たとえば、板の対の中の１つの板が、図２に示されるように、ＸおよびＹ軸の両方に移動する能力を有する場合があり、一方、その対のうちの他の板もＸおよびＹ軸に沿って移動するか、あるいは静止していることができる。そのような構成では、板の対の移動は、動きの範囲および能力に応じて、隣接する板の対の動きを相殺するように設計される必要があるであろう。

上記の板の対の動きを達成するために必要とされる回路は、標準的な板の動きとは異なる場合がある方向への板の動きに対応するように構成されなければならないことを理解されたい。そのような変更は、当分野の技術者によってなされることができ、それは、逆方向に進行する板のための逆転ワイヤと同程度に簡単にすることができる。したがって、そのような回路設計は従来の回路の範囲内にあり、ここでさらに開示される必要はない。

ここで図６を参照すると、本発明の別の好ましい実施形態による、１６枚の板からなる４×４のアレイ７０の平面図が示される。各板７２は、エミッタのアレイのような書込みユニットか、あるいは情報記憶エリアのアレイのような記録ユニットのいずれかである可動部分７３を含む。各板７２は、ＸおよびＹの両方向に板７２の可動部分７３を移動させるために、超小型可動子を装備される。Ｘ軸屈曲部７４はＸ軸に沿った部分７３の動きに応答し、Ｙ軸屈曲部７６はＹ軸に沿った部分７３の動きに応答する。ＸＹ駆動のための入力および出力回路のための電源パッド７８が、アレイの周辺に延在する。

図６に示されるアレイ７０は、板７２の機能に応じて、書込みユニットか記録ユニットとして機能するために、板７２の下側に、板７２と対をなす少なくとも１枚の板を備えることが好ましい。板７２は、ＸおよびＹの両方向に移動することができるため、板の各対の中の他の板は静止していることが好ましい。各板７２の下側に、相当の数の板の層が配置され、各板は、上記のように、本発明にしたがって機能する板の対に関連付けられる場合があることを理解されたい。

本発明の他の実施形態は、本明細書に開示される本発明の仕様および実施を検討することから当業者には明らかになるであろう、その仕様および実施例は、単なる例示として見なされ、本発明の真の範囲および精神は併記の特許請求の範囲によって示されることを意図している。

本発明の１つの好ましい実施形態の板を示す従来技術の組立分解斜視図である。 本発明の第２の好ましい実施形態にしたがって用いられる別の板を示す従来技術の平面図である。 ２枚の板の対の逆方向への動きを示す概略図である。 本発明にしたがって逆方向に動くように調整された４枚の板のアレイの１つの好ましい動きを示す概略図である。 本発明にしたがって逆方向に動くように調整された４枚の板のアレイの別の好ましい動きを示す概略図である。 本発明によるＸ−Ｙ面上で移動する１６対の板のアレイの好ましい実施形態を示す平面図である。

符号の説明

１２，１３データ記憶媒体
１６，１７超小型可動子
４１，４２，４３，４４一対の板（板の対）
４５，４６共通軸

Claims (15)

1. 情報を交換できるように互いに近接した間隔でかつ互いに相対して配置される第１の平行板の対を含む第１の情報記憶ユニットと、
   前記第１の板の対間での情報の交換を容易にするために、前記第１の平行板の対の少なくとも一方を前記第１の対のうちの他方の板に平行な第１の面において移動するように前記第１の情報記憶ユニットと関連付けられる第１の超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）モータと、
   情報を交換できるように互いに近接した間隔でかつ互いに相対して配置される第２の平行板の対を含み、該第２の平行板の対は、前記第１の平行板の対に関して反対方向に対向移動するように向けられる第２の情報記憶ユニットと、
   前記第２の板の対の間での情報の交換を容易にするために、前記第２の平行板の対の少なくとも一方の板を前記互いに反対方向の内の一方に沿って且つ前記第２の対の内の他方の板に平行な第２の面において移動するように前記第２の情報記憶ユニットと関連付けられる第２のＭＥＭＳモータと、
   前記第２の平行板の組の内の一方の移動が、前記第１の平行板の組の内の一方の移動と同時かつ逆方向に生じるように前記第１と第２の板の対の移動を調節し、それによって超小型可動子システム内での移動から生じる全運動量をほぼ相殺するように前記第１と第２のＭＥＭＳモータと関連付けられる制御アクチュエータと、
   前記逆方向への板の動きに対応するためにデータフローを変更し、データが連続して現われるようにする論理回路と
   を備える超小型可動子システム。
2. 前記制御アクチュエータは、前記第１の平行板の対が前記第２の平行板の対と略同じ距離だけ反対方向へ移動するように前記第１と第２のＭＥＭＳモータを起動する距離制御要素を含む請求項１に記載の超小型可動子システム。
3. 前記制御アクチュエータは、前記第１の平行板の対が前記第２の平行板の対と同時に移動するように前記第１と第２のＭＥＭＳモータを起動するタイミング制御要素を含む請求項１に記載の超小型可動子システム。
4. 平行板の各対の一方の板は、情報記憶デバイスを備え、この情報記憶デバイスは、当該情報記憶デバイスに情報を記憶するための媒体を有し、かつ平行板の各対の他方の板は、読み出し／書込みデバイスを備え、この読み出し／書込みデバイスは、当該読み出し／書込みデバイスに関連付けられる情報記憶デバイスに情報を提供するとともに、当該関連付けられた情報記憶デバイスから情報を得るものである請求項１に記載の超小型可動子システム。
5. 前記第１と第２の板の対の各々は、各それぞれの板を支持するための一体懸吊ばねを有する請求項１に記載の超小型可動子システム。
6. 多数の板の対のアレイであって、前記各対の板は情報を格納するためのデータ記憶媒体を有し、互いに対して平行に、かつ互いに間隔をおいて近接して配置され、前記各対の少なくとも一方の板が他方の板に対して移動可能であるアレイと、
   前記情報の交換を容易にするために、前記各対の板の移動可能な板を前記対の前記他方の板に平行な方向に移動させるための超小型可動子と、
   第１の数の移動可能な板を第１の方向に集団で移動させ、第２の数の移動可能な板を、前記第１の数の移動可能な板の移動と同時に、前記第１の方向とは逆方向の第２の方向に集団で移動させることにより、前記第１の方向に移動する板による全運動量を、前記第２の方向に移動する板による全運動量によって相殺させるように前記板の各対内の前記板の移動を制御する、前記超小型可動子に関連付けられる制御アクチュエータと、
   前記逆方向への板の動きに対応するためにデータフローを変更し、データが連続して現われるようにする論理回路と
   を備える超小型可動子システム。
7. 前記第１の方向への第１の数の移動板は、前記第２の方向への第２の移動板と数が同じである請求項６に記載の超小型可動子システム。
8. 前記第１の数の移動板と第２の数の移動板は、板の対よりなり、各板の対は、共通軸に沿って互いに反対方向へ移動する請求項６に記載の超小型可動子システム。
9. 前記制御アクチュエータは、前記第２の方向に移動する板と同じ距離だけ、前記第１の方向に移動する板を移動させる距離判定制御部を含む請求項６に記載の超小型可動子システム。
10. 前記制御アクチュエータは、前記第２の方向に移動する板と同じ時間だけ、前記第１の方向に移動する板を移動させる時間判定制御部を含む請求項６に記載の超小型可動子システム。
11. 前記第１の方向に移動する板および第２の方向に移動する板はそれぞれ、前記移動可能な板の半分である請求項６に記載の超小型可動子システム。
12. 前記アレイは、情報記憶板の対が各頂点に配置された矩形のアレイを含み、前記頂点における対のそれぞれは、前記矩形の辺において隣接する他の対における一方の板と同じ方向に移動する第１の板と、前記他の対との共通軸に沿って前記他の対における他方の板の移動方向と逆の方向に移動する第２の板とを備える、請求項６に記載の超小型可動子システム。
13. 前記アレイは、情報記憶板の対が各頂点に配置された矩形のアレイを含み、前記頂点における対のそれぞれは、前記矩形の辺において隣接する他の対における一方の板と逆の方向に移動する第１の板と、前記他の対との共通軸に沿って前記他の対における他方の板の移動方向と逆の方向に移動する第２の板とを備える、請求項６に記載の超小型可動子システム。
14. 前記アレイは、情報記憶板の対が各頂点に配置された矩形のアレイを含み、前記頂点における対のそれぞれは、静止した第１の板と、前記矩形のアレイの各辺において隣接する他の対における一方の板とは逆の方向に移動する第２の板とを備える、請求項６に記載の超小型可動子システム。
15. 前記板の対の各々の一方の板は、隣接する板の対の一方の板と軸に沿って位置合わせされ、かつ前記板の対の各々の他方の板は、隣接する板の対の一方の板と他の軸に沿って位置合わせされる請求項６に記載の超小型可動子システム。

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