JP4908364B2 - Probe array type storage device - Google Patents
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Description
本発明は、複数のプローブアレイによる記録再生ヘッドを備えたストレージ装置に関し、平面内(X−Y面内)の移動に関して2方向の自由度を有するマイクロXYステージを備えたストレージ装置における回転ずれ補正のための機構に関する。 The present invention relates to a storage apparatus including a recording / reproducing head using a plurality of probe arrays, and to correcting rotational deviation in a storage apparatus including a micro XY stage having two degrees of freedom with respect to movement in a plane (in the XY plane). Related to the mechanism.
情報化社会の発展につれて、大容量メモリ化技術への要求がますます高まっている。近年、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(STM)が開発された。また、STM技術を発展させ、絶縁性物質等の表面をSTMと同様の分解能で観察可能な原子間力顕微鏡(AFM)や近接視野光学顕微鏡(NFOM)なども開発された。これらSTM、AFM、NFOM等の原理を応用し、プローブを用いて記録媒体を原子・分子スケールでアクセスして記録再生を行うことにより、高密度メモリを実現するという提案がなされている。 With the development of the information society, the demand for large capacity memory technology is increasing. In recent years, a scanning tunneling microscope (STM) capable of observing the surface of a conductive material with a resolution of nanometer or less has been developed. In addition, STM technology has been developed, and an atomic force microscope (AFM) and a near-field optical microscope (NFOM) that can observe the surface of an insulating material or the like with the same resolution as STM have been developed. A proposal has been made to realize a high-density memory by applying the principle such as STM, AFM, NFOM, etc., and performing recording / reproduction by accessing a recording medium on an atomic / molecular scale using a probe.
さらに、小型化を目的として、複数のプローブ電極を半導体基板上に形成し、これと対向する記録媒体を変位させて記録再生する装置も提案がなされている。 Further, for the purpose of downsizing, an apparatus has been proposed in which a plurality of probe electrodes are formed on a semiconductor substrate, and a recording medium facing the same is displaced to perform recording and reproduction.
複数のプローブ電極を有するプローブアレイヘッドで記録媒体を走査することにより記録を行う際は、記録媒体において記録がなされるべき方向とプローブ電極の実際の走査方向とが一致していなければならない。プローブアレイヘッドで記録媒体を走査することにより再生を行う際も同様である。しかし、温度のバラツキや経年劣化等により、記録媒体を支持する弾性支持部が影響を受け、記録媒体(記録メディア)にいわゆる「回転ずれ」が発生することがある。この場合、記録/再生時において、記録媒体において記録又は再生がなされるべき方向とプローブ電極の実際の走査方向とが一致しなくなってしまうという問題がある。例えば下記特許文献1には、この問題を解決するために、モータによる回転機構で補正を行うことについて記載されている。
しかしながら、上記特許文献1のモータによる回転機構には、装置全体のサイズが大きくなってしまうことや、回転機構の駆動に要する消費電力を低く抑えられないといった問題点がある。
However, the rotation mechanism using the motor of
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、簡素な構造を有し小型であり、消費電力の少ない回転補正機構を備えたプローブアレイ型ストレージ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a probe array type storage apparatus having a simple structure, a small size, and a rotation correction mechanism with low power consumption. .
本発明の一観点に係るプローブアレイ型ストレージ装置は、情報を記録する記録媒体と、前記記録媒体に対して書込み又は読出しを行う複数のプローブ電極を備え、前記記録媒体に対向して設けられるプローブアレイと、前記記録媒体の平面に平行な第1の方向に沿って前記記録媒体と前記プローブアレイとを相対的に移動させる第1の櫛歯電極アクチュエータと、前記第1の方向に交差する第2の方向に沿って前記記録媒体と前記プローブアレイとを相対的に移動させる、互いに独立して制御が可能な複数の第2の櫛歯電極アクチュエータと、前記記録媒体と前記プローブアレイとの間の位置ずれを解消するように、前記複数の第2の櫛歯電極アクチュエータのそれぞれの駆動を制御する制御手段と、を具備する。 A probe array type storage apparatus according to an aspect of the present invention includes a recording medium for recording information, and a plurality of probe electrodes for writing to or reading from the recording medium, and a probe provided to face the recording medium An array, a first comb electrode actuator that relatively moves the recording medium and the probe array along a first direction parallel to a plane of the recording medium, and a first crossing the first direction. A plurality of second comb electrode actuators that move the recording medium and the probe array relative to each other along two directions and can be controlled independently from each other; and between the recording medium and the probe array Control means for controlling the driving of each of the plurality of second comb electrode actuators so as to eliminate the positional deviation.
本発明によれば、簡素な構造を有し小型であり、消費電力の少ない回転補正機構を備えたプローブアレイ型ストレージ装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a probe array type storage apparatus having a simple structure, a small size, and a rotation correction mechanism with low power consumption.
以下、本発明の実施形態に係るプローブアレイ型ストレージ装置について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a probe array type storage apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態を図1から図6を用いて説明する。図1は、プローブアレイ型ストレージ装置の内部構造の概略を示す斜視図である。同図に示すように、本発明の実施形態に係るプローブアレイ型ストレージ装置は、複数のプローブ電極を備えたプローブアレイ1と、情報を記録する記録媒体(記録メディア)2と、記録媒体2の面に平行な少なくとも2つの軸方向に沿ってプローブアレイ1と記録媒体2とを相対移動させるために両者を駆動する静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3a,3bと、静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3a,3bにより駆動される記録媒体2を外部の枠5に対し弾性を利用して支持する弾性支持部(梁)4a、4bとを具備する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing an outline of the internal structure of the probe array type storage apparatus. As shown in the figure, a probe array type storage apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
プローブアレイ1と記録媒体2とを相対移動させる2つの軸方向において、第1の軸方向では、静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3aにより記録媒体2を駆動する。この第1の軸方向のことを「駆動軸方向」と称する。もう一方の第2の軸方向は、駆動軸方向に対して直交しており、この方向のことを「制御軸方向」と称する。制御軸方向では、静電駆動櫛歯電極アクチュエータ(制御軸)3bにより記録媒体2の送り駆動が行われる。
In the two axial directions in which the
記録媒体2と、静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3a、3bと、弾性支持部4a、4bとから構成される部分を「マイクロXYステージ」と称する。マイクロXYステージは、平面内(X−Y面内)の移動に関して2方向の自由度を有する。
A portion composed of the
書込み及び読出しを行うプローブアレイ1は記録媒体2に対向するように配置される。プローブアレイ1を用いて記録媒体2を走査して記録又は再生を行う際は、記録媒体2上で記録又は再生されるべき方向とプローブアレイ1の走査方向とを一致させ、記録媒体2に対して、プローブアレイ1の各ヘッド(各プローブの先端)を位置決めする必要がある。しかしながら、温度のバラツキや経年劣化等により、記録媒体2を支持する弾性支持部4a、4bが影響を受け、記録媒体2とプローブアレイ1の相対位置に回転ずれが発生し、図2に示すように記録媒体2へ記録又は再生されるべき方向とプローブアレイ1の走査方向が一致しないことがある。
The
そこで本発明の実施形態では、制御軸方向の送り駆動を担う静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3bが、互いに独立して駆動できるように少なくとも2つ以上に分割されており、分割された静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3bのそれぞれを適切に制御することにより、その駆動力によって記録媒体2を回転ずれ補正のために回転させることを特徴としている。
Therefore, in the embodiment of the present invention, the electrostatic drive
図3は記録媒体2と弾性支持部4a、4bと、静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3a、3bとを備えたマイクロXYステージをSOI基板により作製する場合の各層の構造を示している。このSOI基板は、Si上層6とSiO2層(絶縁層)7とSi下層8の3層構造となっている。記録媒体2については、Si上層6にさらに記録媒体として適した材料を成膜する必要がある。図3(a)から分かるように、静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3bは、それぞれ、静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3bUL,3bUR,3bDL,3bDRに分割されており、これらは独立して駆動可能である。
FIG. 3 shows the structure of each layer in the case where a micro XY stage including the
図4は、マイクロXYステージの構造的な関係を示す図である。Si下層8及びSiO2層7により、駆動軸用の静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3aと、サーペンタイン(蛇行)形状を持つ駆動軸用の弾性支持部4aとを構成している。静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3aにより駆動が行われると、図4(a)に示すように、固定部9,10に対する可動部11の相対的位置が駆動軸方向に沿って変化する。また、Si上層6及びSiO2層7により、制御軸用の静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3bと、サーペンタイン(蛇行)形状を持つ制御軸用の弾性支持部4bと、記録媒体2とを構成している。静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3bにより駆動が行われると、図4(b)に示すように、固定部11に対する可動部12の相対的位置が制御軸方向に沿って変化する。なお、制御軸用の静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3bは、その固定電極部を3bUL,3bUR,3bDL,3bDRに分割した構造となっている。
FIG. 4 is a diagram showing the structural relationship of the micro XY stage. The Si lower layer 8 and the SiO 2 layer 7 constitute an electrostatic drive
図5は、マイクロXYステージの電気的な関係(同電位)を示す図である。制御軸用の静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3bについては、図5(b)に示すように固定電極部が3bUL,3bUR,3bDL,3bDRに分割されていることから、これら固定電極部(以下、それぞれVUL電極、VUR電極、VDL電極、VDR電極という)のそれぞれに異なる電圧を印加して駆動することができる。
FIG. 5 is a diagram showing an electrical relationship (the same potential) of the micro XY stage. As for the electrostatic drive
図6は、マイクロXYステージにより回転補正を行う場合の各静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3bへの印加電圧の関係を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the voltages applied to the electrostatic drive
回転補正のための制御を行う図示しない制御部は、例えば記録媒体2を反時計回りに回転させるために、VUR電極とVDL電極に一定電圧をさらに加えて印加することにより、アクチュエータの駆動が行われるようにする。印加電圧が増量されることにより、VUR電極とVDL電極の静電駆動櫛歯電極アクチュエータは、より引きつけられ、これが回転力となる。図6では、これを(VUL,VUR,VDR,VDL)=(0,1,1,0)として示している。なお、VUL電極とVDR電極から一定電圧をさらに減じて印加することにより駆動しても同じ結果が得られる。
A control unit (not shown) performs control for the rotation correction, for example in order to rotate the
同様に、制御部は、記録媒体2を時計回りに回転させるときには、VUL電極とVDR電極に一定電圧をさらに加えて印加する。図6では、これを(VUL,VUR,VDR,VDL)=(1,0,0,1)として示している。なお、VUR電極とVDL電極から一定電圧をさらに減じて印加することにより駆動しても同じ結果が得られる。
Similarly, when rotating the
また、記録媒体2を制御軸方向に並進させるには、制御部はVUL電極とVUR電極、或いはVDL電極とVDR電極に一定電圧をさらに加えて駆動するか、一定電圧をさらに減じて駆動を行う。
In addition, in order to translate the
なお、回転ずれが生じたこと及びそのずれ量の検出は、任意の構成により行ってもよい。例えば、プローブアレイ1と記録媒体2とで重なり合う領域の面積変化を所定位置に配置した静電容量センサにより検出することにより行ってもよい(例えば特許文献1)。
It should be noted that the detection of the occurrence of rotational deviation and the amount of deviation may be performed by an arbitrary configuration. For example, it may be performed by detecting a change in the area of the overlapping area between the
あるいは、参考文献(M.A. Lantz, G. K. Binnig, M. Despont and Drechsler, "A micromechanical thermal displacement sensor with nanometer resolution", IBM Zurich Research Laboratory)に記載された熱変位センサによる検出を行ってもよい。 Alternatively, detection by a thermal displacement sensor described in a reference (M.A. Lantz, G.K. Binnig, M. Despont and Drechsler, "A micromechanical thermal displacement sensor with nanometer resolution", IBM Zurich Research Laboratory) may be performed.
回転ずれの発生が検出されたら、その回転ずれ量がゼロとなるまで本実施形態の回転機構を制御することにより回転補正が実行される。 When the occurrence of rotation deviation is detected, rotation correction is executed by controlling the rotation mechanism of this embodiment until the amount of rotation deviation becomes zero.
あるいは、制御部は、プローブアレイ1と記録媒体2との間の位置決めを行うためのフィードバック情報に基づいて適切な回転補正を行ってもよい。
Alternatively, the control unit may perform appropriate rotation correction based on feedback information for positioning between the
したがって、記録媒体2とプローブアレイ1の相対位置に回転ずれが発生し、記録媒体2に対して記録又は再生を行うべき方向とプローブアレイ1の走査方向とが一致しない場合に、分割された制御軸用の静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3bを個別に電圧印加して記録媒体2を回転駆動し、これにより回転補正を行うことができる。しかも本実施形態の回転機構は、モータ等による回転機構よりも簡素な構造を有し小型であり、消費電力も少ないという利点がある。
Therefore, when the rotational deviation occurs in the relative position between the
なお、本実施形態では、記録媒体2を弾性支持し、アクチュエータにより駆動するとして説明したが、記録媒体2とプローブアレイ1とを相対移動させることが目的であるから、記録媒体2を駆動させる代わりにプローブアレイ1を弾性支持し、駆動するようにしてもよい。また、制御軸用のみならず、駆動軸用の静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3aについても分割を行い、独立して駆動できるようにしてもよい。
In the present embodiment, the
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態を図7を用いて説明する。第2の実施形態は図1乃至図6を用いて説明した第1の実施形態の変形例に係る。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment relates to a modification of the first embodiment described with reference to FIGS.
図7は、マイクロXYステージにより回転補正を行う場合の各静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3bへの印加電圧の関係を説明するための図である。第2の実施形態は、制御軸用の静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3bの固定電極部を3つに分割した構造となっており、それぞれの電極に異なる電圧を印加して駆動することができる。
FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship of the voltage applied to each electrostatically driven
例えば、図示しない制御部は、記録媒体2を反時計回りに回転させるときは、VUR電極とVDL電極に一定電圧をさらに加えて印加することにより駆動が行われるようにする。図7では、これを(VUL,VUC,VUR,VDL,VDC,VDR)=(0,0,1,1,0,0)として示している。なお、VUR電極とVDL電極から一定電圧を減じて印加することにより駆動しても同じ結果が得られる。
For example, when the control unit (not shown) rotates the
同様に、記録媒体2を時計回りに回転させるには、VUL電極とVDR電極に一定電圧をさらに加えて印加する。図7では、これを(VUL,VUC,VUR,VDL,VDC,VDR)=(1,0,0,0,0,1)として示している。なお、VUL電極とVDR電極から一定電圧を減じて印加することにより駆動しても同じ結果が得られる。
Similarly, in order to rotate the
また、制御軸方向に並進させる場合は、VUC電極、或いはVUR電極とVUC電極とVUL電極、或いはVDC電極、或いはVDR電極とVDC電極とVDL電極に一定電圧をさらに加えて駆動するか、一定電圧をさらに減じて駆動すればよい。 Also, when translating in the control axis direction, a constant voltage is further applied to the V UC electrode, V UR electrode, V UC electrode, V UL electrode, V DC electrode, or V DR electrode, V DC electrode, and V DL electrode. In addition, the driving may be performed or the constant voltage may be further reduced.
このように制御軸用の静電駆動櫛歯電極アクチュエータ3bの固定電極部を3つに分割した第2の実施形態では、回転のための静電駆動櫛歯電極アクチュエータと並進のための静電駆動櫛歯電極アクチュエータを分けることが可能であるので、制御性が良好なものとなることが期待できる。
Thus, in the second embodiment in which the fixed electrode portion of the electrostatic drive
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1・・・プローブアレイ;
2・・・記録媒体(記録メディア);
3a・・・静電駆動櫛歯電極アクチュエータ(駆動軸);
3b・・・静電駆動櫛歯電極アクチュエータ(制御軸);
4a・・・弾性支持部(梁)(駆動軸);
4b・・・弾性支持部(梁)(制御軸);
5・・・外部の枠
1 ... Probe array;
2 ... Recording medium (recording medium);
3a: electrostatic drive comb electrode actuator (drive shaft);
3b: Electrostatically driven comb electrode actuator (control axis);
4a: elastic support (beam) (drive shaft);
4b ... elastic support part (beam) (control axis);
5 ... External frame
Claims (6)
前記記録媒体に対して書込み又は読出しを行う複数のプローブ電極を備え、前記記録媒体に対向して設けられるプローブアレイと、
向かい合う電極を有し、前記記録媒体の平面に平行な第1の方向に沿って前記記録媒体と前記プローブアレイとを相対的に移動させる第1の櫛歯電極アクチュエータと、
前記第1の櫛歯電極アクチュエータが配置される面とは異なるz軸上の面内に配置され、前記記録媒体又は前記プローブアレイの中心を挟んで対向する2つの辺のそれぞれに複数の電極を同数有し、前記第1の方向に交差する第2の方向に沿って前記記録媒体と前記プローブアレイとを相対的に移動させる複数の第2の櫛歯電極アクチュエータと、
前記記録媒体と前記プローブアレイとの間の位置ずれを解消するように、前記複数の第2の櫛歯電極アクチュエータのそれぞれの駆動を制御する制御手段と、を具備し、
前記第1の櫛歯電極アクチュエータの電極の方向と前記第2の櫛歯電極アクチュエータの電極の方向が交差し、
前記記録媒体と前記プローブアレイとを相対的に回転可能であるプローブアレイ型ストレージ装置。 A recording medium for recording information;
A plurality of probe electrodes for writing to or reading from the recording medium, and a probe array provided facing the recording medium;
A first comb electrode actuator having electrodes facing each other and relatively moving the recording medium and the probe array along a first direction parallel to a plane of the recording medium;
A plurality of electrodes are arranged on each of two sides facing each other across the center of the recording medium or the probe array, which are arranged in a plane on the z axis different from the plane on which the first comb electrode actuator is arranged. many have a first second along said direction of the recording medium and the second multiple of the probe array Ru is relatively moved comb electrodes actuator intersecting direction,
Control means for controlling the driving of each of the plurality of second comb electrode actuators so as to eliminate the positional deviation between the recording medium and the probe array ;
The direction of the electrode of the first comb electrode actuator intersects the direction of the electrode of the second comb electrode actuator,
A probe array type storage device capable of relatively rotating the recording medium and the probe array .
前記左側及び右側の櫛歯電極アクチュエータは前記記録媒体と前記プローブアレイとを相対的に回転させるために用いられ、前記中央の櫛歯電極アクチュエータは前記記録媒体と前記プローブアレイとを相対的に並行移動させるために用いられる請求項1記載のプローブアレイ型ストレージ装置。 The plurality of second comb electrode actuators include a left comb electrode actuator, a center comb electrode actuator, and a right side on one of two sides facing each other across the center of the recording medium or the probe array. The comb electrode actuator is divided into
The left and right comb electrode actuators are used to relatively rotate the recording medium and the probe array, and the center comb electrode actuator is configured to relatively parallel the recording medium and the probe array. The probe array type storage apparatus according to claim 1, which is used for movement.
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