JP4173968B2 - 力学的に平衡の超小型可動子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
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。
【0002】
【従来の技術】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【0007】
【課題を解決するための手段】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
【発明の実施の形態】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
【発明の効果】
上記のように、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。
【図面の簡単な説明】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】2枚の板の対の逆方向への動きを示す概略図である。
【図4】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。
【図5】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。
【図6】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 (9)
- 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
を備え、前記板の対の各々の一方の板が、隣接する板の対の一方の板と一つの軸に沿って位置合わせされて移動され、かつ前記板の対の各々の他方の板が、隣接する板の対の一方の板と該一つの軸とは方向が異なる他の軸に沿って位置合わせされて移動される超小型可動子システム。 - 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1に記載の超小型可動子システム。
- 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1に記載の超小型可動子システム。
- 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1に記載の超小型可動子システム。
- 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1に記載の超小型可動子システム。
- 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1に記載の超小型可動子システム。
- 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1に記載の超小型可動子システム。
- 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1に記載の超小型可動子システム。
- 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1に記載の超小型可動子システム。
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