KR100570139B1

KR100570139B1 - 기계적 충격 민감성 저감 장치, 로컬 탐침 저장 장치 및 탐침 이미징 시스템

Info

Publication number: KR100570139B1
Application number: KR1020047002699A
Authority: KR
Inventors: 제르드 케이 비닝; 발터 해베를레; 마크 에이 란츠; 휴고 이 로투이쩬
Original assignee: 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2006-04-12
Also published as: EP1468205A2; JP4370165B2; DE60210821T2; CN1551956A; JP2005502006A; US7328446B2; WO2003021127A3; US20040245462A1; CN100562674C; EP1468205B1; KR20040036732A; DE60210821D1; WO2003021127A2; WO2003021127A8

Abstract

기계적 충격에 대한 제품의 민감성을 저감하기 위한 장치로서, 이 장치는 프레임과; 제1의 변위 축을 따라 프레임에 대해 양방향으로 움직이도록 프레임 내에 장착된 제1 및 제2 평면의 질량과; 상기 프레임에 고정된 제1 지레받침을 중심으로 피벗 가능한 제1 레버를 포함하며; 상기 레버는 상기 제1 질량에 연결된 일단부와 상기 제2 질량에 연결된 타단부를 구비하며, 상기 지레받침은 상기 레버의 단부들 사이에 배치되어 있으며; 상기 제1 질량에 의해 지레받침을 중심으로 가해진 토크는 사용시 상기 제1 질량에 의해 지지되는 제품의 충격에 대한 민감성을 저감시키도록 상기 변위 축을 따라 프레임에 가해진 기계적 충격에 반응하여 상기 제2 질량에 의해 지레받침을 중심으로 가해진 토크에 의해 상쇄된다.

Description

기계적 충격 민감성 저감 장치, 로컬 탐침 저장 장치 및 탐침 이미징 시스템{APPARATUS FOR REDUCING SENSITIVITY OF AN ARTICLE TO MECHANICAL SHOCK}

본 발명은 일반적으로 기계적 충격에 대한 제품의 민감성을 저감하기 위한 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로 말하면 기계적 충격에 대한 로컬 탐침 저장 장치(local probe storage device)의 민감성을 저감하기 위한 장치에 관한 것이다.

로컬 탐침 저장 장치의 일례는 2000년 5월, 피. 베티거(P. Vettiger) 등의 저서 IBM 저널 오브 리서치 앤드 디벨로프먼트(IBM Journal of Reseach and Development), 제44권 제3호의 "밀리페드-미래형 AFM 데이터 저장용 수 천개 이상의 팁(The "Millipede"-More than one thousand tips for future AFM data storage)" 에 개시되어 있다. 밀리페드 장치는 열 저항 센서 탐침 어레이(array of thermal resistance sensor probes)를 포함한다. 이러한 어레이는 표면 시각화 및 데이터 저장 등의 응용에서 표면의 분포형태(topography)의 검출에 이용될 수 있다. 데이터 저장 응용에 있어서, 표면 분포형태로 기록된 데이터는 상기 표면 위로 열 저항 센서를 이동시키고 센서와 표면 사이의 간격이 변화될 때 센서와 표면 사이의 열 컨덕턴스(thermal conductance)의 변화를 검출함으로써 판독될 수 있다. 전술한 베티거 저서의 문헌에 설명되어 있는 바와 같이, 밀리페드 장치는 실리콘 기판 상에 제작된 2차원 어레이의 외팔보 센서들을 포함한다. 각각의 외팔보는 기판의 일단부에 고정되어 있다. 각각의 외팔보의 타단부는 저항력이 있는 히터 부재와 외측으로 향하는 팁(tip)을 지지한다. 각각의 외팔보는 횡방향 전도체(row conductor) 및 종방향 전도체(column conductor)를 매개로 어드레스 가능하다. 상기 횡방향 전도체와 종방향 전도체는 외팔보 상의 가열 요소를 가열하기 위해 각각의 외팔보를 통해 전류를 선택적으로 통전시킨다. 읽기(reading) 및 쓰기(writing) 양자의 작동에 있어서, 상기 어레이의 팁은 표면 기판 상에 지지된 폴리머 필름 저장 표면을 포함하는 저장 매체와 접촉하고 그 매체에 대해 이동한다.

데이터는 각각의 팁을 매개로 상기 필름에 국부적인 힘을 가하는 것과, 필름을 국부적으로 변형시키고 벤 자국(indentation) 혹은 피트(pit)를 그곳에 남겨두기에 충분한 레벨까지 대응하는 횡방향 및 종방향 전도체를 통해 데이터 신호의 인가를 매개로 각각의 팁을 선택적으로 가열하는 것의 조합에 의해 저항 매체에 기록된다.

상기 각각의 가열 요소는 또한 온도에 종속하는 저항을 갖기 때문에 열적 리드 백 센서(thermal read back sensor)를 제공한다. 데이터 읽기 작동에 있어서, 가열 신호는 상기 어레이의 각 행에 순차적으로 인가된다. 상기 가열 신호는 필름을 변형시키기에 불충분한 온도까지 선택된 행에 있는 모든 가열 요소를 가열한다. 가열 요소와 표면 사이의 열 컨덕턴스는 가열 요소와 표면 사이의 간격을 따라 변한다. 상기 팁이 피트 속으로 이동하여 상기 어레이가 표면을 가로질러 스캐닝 될 때, 관련된 가열 요소와 저장 매체 사이의 간격은 줄어든다. 가열 요소와 표면 사이의 매체는 가열 요소와 저장 표면 사이로 열을 전달한다. 각각의 가열 요소와 표면 사이의 열 전달은 상기 관련되는 팁이 피트 속으로 이동할 때 더욱 효과적으로 된다. 따라서, 온도 그리고 나아가 가열 요소의 저항은 낮아진다. 연속적으로 가열되는 가열 요소의 온도 변화를 평행하게 모니터링 할 수 있으며, 이에 따라 기록된 비트의 검출이 용이해진다.

이러한 로컬 탐침 저장 장치가 안고 있는 문제점은 이들 장치가 기계적 충격에 민감하여 센서 어레이에 대한 저장 표면의 원하지 않는 변위를 초래한다는 점이다. 따라서, 신뢰성 있는 작동을 위해 이러한 민감성을 저감시키는 것이 바람직하다.

도 1은 로컬 탐침 저장 장치를 간략하게 도시한 평면도이며,

도 2는 상기 장치를 간략하게 도시한 측면도이고,

도 3은 상기 장치용의 전자기 구동 유닛의 일례를 나타내는 블록선도이며,

도 4는 도 3에 도시된 전자기 구동 유닛에 있어서 인가된 전류의 함수에 대한 변위를 나타내는 그래프이고,

도 5는 상기 장치용의 전자기 구동 유닛의 다른 예를 나타내는 블록선도이며,

도 6은 도 5에 도시된 전자기 구동 유닛에 있어서 인가된 전류의 함수에 대한 변위를 나타내는 그래프이고,

도 7은 도 3 및 도 5에 도시된 전자기 구동 유닛에 있어서 전력의 함수에 대한 변위를 나타내는 그래프이며,

도 8은 본 발명을 구체화하는 로컬 탐침 저장 장치의 일실시예의 일부를 도시한 평면도이고,

도 9는 본 발명을 구체화하는 내충격 시스템의 일례를 간략하게 도시한 평면도이며,

도 10은 본 발명을 구체화하는 로컬 탐침 저장 장치의 다른 예의 일부를 간략하게 도시한 평면도이고,

도 11은 본 발명을 구체화하는 내충격 시스템의 다른 예를 간략하게 도시한 평면도이며,

도 12는 도 11에 도시된 시스템을 선 A-A'를 따라 화살표 방향으로 보았을 때의 단면도이고,

도 13은 도 11에 도시된 시스템을 선 B-B'를 따라 화살표 방향으로 보았을 때의 단면도이며,

도 14는 본 발명을 구체화하는 로컬 탐침 저장 장치의 또 다른 예의 일부를 간략하게 도시한 평면도이다.

본 발명에 따르면, 기계적 충격에 대한 제품의 민감성을 저감하기 위한 장치가 제공되며, 이 장치는 프레임과; 제1의 변위 축을 따라 프레임에 대해 양방향으로 움직이도록 프레임 내에 장착된 제1 및 제2 평면의 질량과; 상기 프레임에 고정된 제1 지레받침을 중심으로 피벗 가능한 제1 레버를 포함하며; 상기 레버는 상기 제1 질량에 연결된 일단부와 상기 제2 질량에 연결된 타단부를 구비하며, 상기 지레받침은 상기 레버의 단부들 사이에 배치되어 있으며; 상기 제1 질량에 의해 지레받침을 중심으로 가해진 토크는 사용시 상기 제1 질량에 의해 지지되는 제품의 충격에 대한 민감성을 저감시키도록 상기 변위 축을 따라 프레임에 가해진 기계적 충격에 반응하여 상기 제2 질량에 의해 지레받침을 중심으로 가해진 토크에 의해 상쇄된다.

상기 제1 및 제2 질량은 동일 평면상에 있어도 좋다. 변형례로서, 상기 제1 질량은 상기 제2 질량에 평행한 평면 내에 배치되고 상기 제2 질량으로부터 변위될 수 있다. 그러한 것으로서, 상기 제1 질량 및 제2 질량은 적어도 부분적으로 서로 중첩되어도 좋다.

상기 제2 질량은 상기 변위 축을 따라 프레임에 대해 제2 질량을 이동시켜 상기 변위 축을 따라 프레임에 대해 제1 질량의 대응하는 운동을 발생시키기 위한 입력 자극에 반응하는 액츄에이터 요소를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 액츄에이터 요소는 상기 변위 축에 평행한 자화 축을 구비하고, 프레임 상에 장착된 전기적으로 도전성의 코일과 협동하여 코일에 흐르는 전기 전류인 입력 자극에 반응하는 영구 자석 수단의 자화 축과 동일 축의 자기장을 발생시키는 영구 자석 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 이 영구 자석 수단은 동일한 전극이 서로 대항하도록 배치된 한 쌍의 영구 자석을 포함하고 상기 코일은 상기 영구 자석들 사이에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 양호한 실시예는 제3 질량과; 상기 프레임에 고정된 제2 지레받침을 중심으로 피벗 가능한 제2 레버를 더 포함하며; 상기 제3 질량과 상기 제1 질량은 상기 프레임에 의해 형성되고 상기 제1의 변위 축에 수직인 평면에서 제2의 변위 축을 따라 프레임에 대해 양방향으로 움직이도록 프레임 내에 장착되어 있으며; 상기 제2 레버는 상기 제1 질량에 연결된 일단부와 상기 제3 질량에 연결된 타단부를 구비하며, 상기 제2 지레받침은 상기 제2 레버의 단부들 사이에 배치되어 있으며; 상기 제1 질량에 의해 제2 지레받침을 중심으로 가해진 토크는 상기 제2 변위 축을 따라 프레임에 가해진 기계적 충격에 반응하여 상기 제3 질량에 의해 상기 제2 지레받침을 중심으로 가해진 토크에 의해 상쇄된다.

상기 제1, 제2 및 제3 질량은 동일 평면상에 있어도 좋다. 변형례로서, 상기 제1, 제2 및 제3 질량은 각각 서로 이격되어 있는 별도의 평행한 평면 내에 배치될 수 있다. 그러한 것으로서, 상기 제1, 제2 및 제3 질량은 적어도 부분적으로 서로 중첩되어도 좋다.

양호하게는, 상기 제2 질량은 상기 제1 변위 축을 따라 프레임에 대해 제2 질량을 이동시켜 상기 제1 변위 축을 따라 프레임에 대해 제1 질량의 대응하는 운동을 발생시키기 위한 입력 자극에 반응하는 제1 액츄에이터 요소를 포함하며, 상기 제3 질량은 상기 제2 변위 축을 따라 프레임에 대해 제3 질량을 이동시켜 상기 제2 변위 축을 따라 프레임에 대해 제1 질량의 대응하는 운동을 발생시키기 위한 입력 자극에 반응하는 제2 액츄에이터 요소를 포함한다. 상기 제1 액츄에이터 요소는 상기 제1 변위 축에 평행한 자화 축을 구비하고, 프레임 상에 장착된 제1의 전기적으로 도전성의 코일과 협동하여 제1의 코일에 흐르는 전기 전류인 입력 자극에 반응하는 제1 영구 자석 수단의 자화 축과 동일 축의 자기장을 발생시키는 제1 영구 자석 수단을 포함하며, 상기 제2 액츄에이터 요소는 상기 제2 변위 축에 평행한 자화 축을 구비하고, 프레임 상에 장착된 제2의 전기적으로 도전성의 코일과 협동하여 제2의 코일에 흐르는 전기 전류인 입력 자극에 반응하는 제2 영구 자석 수단의 자화 축과 동일 축의 자기장을 발생시키는 제2 영구 자석 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제1 영구 자석 수단은 동일한 전극이 서로 대항하도록 배치된 한 쌍의 제1 영구 자석을 포함하고 상기 제1 코일은 제1 영구 자석들 사이에 배치되며, 상기 제2 영구 자석 수단은 동일한 전극이 서로 대항하도록 배치된 한 쌍의 제2 영구 자석을 포함하고 상기 제2 코일은 상기 제2 영구 자석들 사이에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 특히 양호한 실시예는 상기 제1의 변위 축을 따라 프레임에 대해 양방향으로 움직이도록 프레임 내에 장착된 제4 평면의 질량과; 상기 프레임에 고정된 제3 지레받침을 중심으로 피벗 가능한 제3 레버와; 상기 제2의 변위 축을 따라 프레임에 대해 양방향으로 움직이도록 프레임 내에 장착된 제5 평면의 질량과; 상기 프레임에 고정된 제4 지레받침을 중심으로 피벗 가능한 제4 레버를 더 포함하며; 상기 제3 레버는 상기 제1 질량에 연결된 일단부와 상기 제4 질량에 연결된 타단부를 구비하며, 상기 제3 지레받침은 상기 제3 레버의 단부들 사이에 배치되어 있으며; 상기 제4 레버는 상기 제1 질량에 연결된 일단부와 상기 제5 질량에 연결된 타단부를 구비하며, 상기 제4 지레받침은 상기 제4 레버의 단부들 사이에 배치되어 있으며; 상기 제1 질량에 의해 제3 지레받침을 중심으로 가해진 토크는 상기 제1 변위 축을 따라 프레임에 가해진 기계적 충격에 반응하여 상기 제4 질량에 의해 상기 제3 지레받침을 중심으로 가해진 토크에 의해 상쇄되고; 상기 제1 질량에 의해 제4 지레받침을 중심으로 가해진 토크는 상기 제2 변위 축을 따라 프레임에 가해진 기계적 충격에 반응하여 상기 제5 질량에 의해 상기 제4 지레받침을 중심으로 가해진 토크에 의해 상쇄된다.

양호하게는, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 질량은 동일 평면상에 있으며, 상기 제4 질량은 상기 제2 질량으로부터 멀리 떨어진 제1 질량 측의 프레임 내에 장착되어 있고, 상기 제5 질량은 상기 제3 질량으로부터 멀리 떨어진 제1 질량 측의 프레임 내에 장착되어 있다. 변형례로서, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 질량은 각각 서로 이격되어 있는 별도의 평행한 평면 내에 배치될 수 있다. 그러한 것으로서, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 질량은 적어도 부분적으로 서로 중첩되어도 좋다.

전술한 바와 같이, 상기 제2 질량은 상기 제1 변위 축을 따라 프레임에 대해 제2 질량을 이동시켜 상기 제1 변위 축을 따라 프레임에 대해 제1 질량의 대응하는 운동을 발생시키기 위한 입력 자극에 반응하는 제1 액츄에이터 요소를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 제3 질량은 상기 제2 변위 축을 따라 프레임에 대해 제3 질량을 이동시켜 상기 제2 변위 축을 따라 프레임에 대해 제1 질량의 대응하는 운동을 발생시키기 위한 입력 자극에 반응하는 제2 액츄에이터 요소를 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 추가적으로 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 제4 질량은 상기 제1 변위 축을 따라 프레임에 대해 제4 질량을 이동시켜 상기 제1 변위 축을 따라 프레임에 대해 제1 질량의 대응하는 운동을 발생시키기 위한 입력 자극에 반응하는 제3 액츄에이터 요소를 포함하며, 상기 제5 질량은 상기 제2 변위 축을 따라 프레임에 대해 제5 질량을 이동시켜 상기 제2 변위 축을 따라 프레임에 대해 제1 질량의 대응하는 운동을 발생시키기 위한 입력 자극에 반응하는 제4 액츄에이터 요소를 포함한다. 상기 제3 액츄에이터 요소는 상기 제1 변위 축에 평행한 자화 축을 구비하고, 프레임 상에 장착된 제3의 전기적으로 도전성의 코일과 협동하여 제3의 코일에 흐르는 전기 전류인 입력 자극에 반응하는 제3 영구 자석 수단의 자화 축과 동일 축의 자기장을 발생시키는 제3 영구 자석 수단을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 제4 액츄에이터 요소는 상기 제2 변위 축에 평행한 자화 축을 구비하고, 프레임 상에 장착된 제4의 전기적으로 도전성의 코일과 협동하여 제4의 코일에 흐르는 전기 전류인 입력 자극에 반응하는 제4 영구 자석 수단의 자화 축과 동일 축의 자기장을 발생시키는 제4 영구 자석 수단을 포함한다. 상기 제3 영구 자석 수단은 동일한 전극이 서로 대항하도록 배치된 한 쌍의 제3 영구 자석을 포함하고 상기 제3 코일은 상기 제3 영구 자석들 사이에 배치되며, 상기 제4 영구 자석 수단은 동일한 전극이 서로 대항하도록 배치된 한 쌍의 제4 영구 자석을 포함하고 상기 제4 코일은 상기 제4 영구 자석들 사이에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 로컬 탐침 저장 장치를 제공하며, 이 장치는 저장 표면과; 상기 표면으로부터 데이터의 읽기 및 상기 표면에 데이터의 쓰기 중 하나 이상을 행하는 적어도 하나의 탐침과; 상기 탐침을 상기 표면을 가로질러 스캐닝 하기 위해 상기 탐침과 상기 표면을 서로에 대해 이동시키기 위한 스캐너와; 기계적 충격에 대한 상기 저장 표면 및 상기 탐침 혹은 각각의 탐침 중 하나의 민감성을 저감시키도록 상기 스캐너와 상기 저장 표면 및 상기 탐침 혹은 각각의 탐침 중 하나에 결합된 전술한 장치를 포함한다. 상기 탐침 혹은 각각의 탐침은 제1 질량에 의해 지지될 수 있다. 변형례로서, 상기 저장 표면은 제1 질량에 의해 지지되어도 좋다.

본 발명은 또한 탐침 이미징 시스템을 제공하며, 이 시스템은 표면의 이미지를 검출하기 위한 하나 이상의 탐침과; 상기 탐침 혹은 각각의 탐침을 상기 표면을 가로질러 스캐닝 하기 위해 상기 탐침과 상기 표면을 서로에 대해 이동시키기 위한 스캐너와; 기계적 충격에 대한 상기 표면 및 상기 탐침 혹은 각각의 탐침 중 하나의 민감성을 저감시키도록 상기 스캐너와 상기 표면 및 상기 탐침 혹은 각각의 탐침 중 상기 하나에 결합된 전술한 장치를 포함한다. 상기 탐침 혹은 각각의 탐침은 제1 질량에 의해 지지될 수 있다. 변형례로서, 이미지화될 상기 표면은 제1 질량에 의해 지지되어도 좋다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 위치 설정 트랜스듀서가 제공되며, 이 트랜스듀서는 변위 축을 따라 프레임에 대해 이동하도록 프레임 상에 장착된 셔틀과; 자석의 동일한 전극들이 서로 대항하고 자석의 대응하는 자화 축들이 서로 동일 축상에서 상기 변위 축과 평행하게 되도록 상기 셔틀 상에 장착된 영구 자석과; 상기 셔틀이 코일에 흐르는 전류에 따라 상기 프레임에 대해 변위되도록 상기 프레임 상에 장착되는 동시에 상기 자석들 사이에 배치된 코일을 포함한다.

본 발명의 양호한 실시예들은 단지 예로서 첨부 도면을 참조하여 이하에서 설명될 것이다.

도 1 및 도 2를 조합하여 참조하면, 로컬 탐침 데이터 저장 장치의 일례는 실리콘 기판(90) 상에 배치된 2차원 어레이의 외팔보 센서(10)를 포함한다. 횡방향 전도체(30)와 종방향 전도체(40)가 또한 상기 기판 상에 배치되어 있다. 각각의 센서(10)는 횡방향 전도체(30)와 종방향 전도체(40)의 상이한 조합에 의해 어드레스(address)되어 있다. 한 쌍의 종방향 전도체(40)들이 각각의 종방향 센서(10)와 결합되어 있고, 하나의 횡방향 전도체는 각각의 횡방향 센서(10)와 결합되어 있다. 각각의 센서(10)는 약 70마이크로미터의 길이와 마이크로 두께를 지닌 실리콘 외팔보 구조체를 포함한다. 이 외팔보의 팔은 그 말단부에서 기판(90)에 고정되어 있다. 상기 외팔보의 정점은 기판(90)의 직각 방향으로 자유롭게 움직일 수 있다. 외팔보는 그 정점에서 저항성이 있는 헤더 요소와 기판(90)으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 실리콘 팁(tip)을 지지하고 있다. 외팔보의 팔은 전도성 전류 경로(current path)를 제공하기 위해 고도로 도핑 처리되어 있다. 상기 헤더 요소는 외팔보의 정점을 보다 적게 도핑 처리하여 외팔보를 통하는 전류 흐름에 증가된 전류 저항 영역을 유도시킴으로써 형성된다. 외팔보를 통한 전류 경로는 관련된 횡방향 전도체와 관련된 종방향 전도체 사이를 연장한다. 종방향 전도체의 하나는 중간 다이오드(D)를 매개로 외팔보에 연결되어 있다. 보다 구체적으로 말하면, 다이오드(D)의 음극이 종방향 전도체에 연결되어 있다. 나머지 종방향 전도체는 구동 회로(60)를 매개로 외팔보에 연결되어 있다. 다이오드(D)의 양극과 구동 회로(60)로의 입력은 히터 요소를 매개로 대응하는 횡방향 전도체에 연결되어 있다. 횡방향 전도체(30), 종방향 전도체(40), 다이오드(D) 및 드라이버(60)는 또한 기판(90) 상에 배치되어 있다. 외팔보는 그 팁이 기판(90)으로부터 멀어지는 방향으로 탄성적으로 편향되도록 미리 응력이 가해져 있다.

작동에 있어서, 외팔보의 팁은 약 40nm 두께의 폴리메틸메타아크릴레이트 (PMMA) 필름 등의 폴리머층으로 형태의 평평한 저장 매체를 포함하는 저장 표면(70)에 반하여 힘이 가해진다. 상기 폴리머층은 실리콘 기판에 의해 지지되어 있다.

데이터는 팁을 매개로 저장 표면(70)에 국부적인 힘을 인가하는 것과, 외팔보를 통해 해당하는 횡방향 전도체(30)로부터 해당하는 종방향 전도체(40)로 라이트 전류(write current)를 통전시킴으로써 상기 팁을 가열시키는 것의 조합에 의해 저장 매체에 기록된다. 외팔보를 통해 전류를 통전시키면 히터 요소가 가열된다. 열 에너지는 열 컨덕턴스를 매개로 히터 요소로부터 팁으로 흐른다. 라이트 전류는 저장 표면(70)을 국부적으로 변형시켜 약 40nm 직경의 피트(20)를 그곳에 남겨두기에 충분한 레벨까지 팁을 가열시키도록 선택된다. 예컨대, PMMA 필름의 국부적인 변형은 팁을 섭씨 700도의 온도로 가열함으로써 달성 가능한 것으로 밝혀졌다.

가열 요소는 또한 온도에 종속하는 저항을 갖기 때문에 열적 리드 백 센서(thermal read back sensor)를 제공한다. 데이터 읽기 작동에 있어서, 가열 전류는 해당하는 횡방향 전도체(30)로부터 해당하는 종방향 전도체(40)로 외팔보를 통해 흐른다. 따라서, 가열 요소는 다시 가열되지만 저장 표면(70)을 변형시키기 불충분한 온도까지만 가열된다. 섭씨 400도의 읽기 온도는 예컨대 PMMA 필름을 변형시키기 불충분하지만 그럼에도 불구하고 허용 가능한 읽기 작동을 제공한다. 가열 요소와 저장 표면(70) 사이의 열 컨덕턴스는 가열 요소와 저장 표면(70) 사이의 간격에 따라 변한다. 상기 팁이 피트(20) 속으로 이동하여 상기 어레이가 저장 표면(70)을 가로질러 스캐닝 될 때, 가열 요소와 저장 표면(70) 사이의 간격은 줄어든다. 가열 요소와 저장 표면(70) 사이의 매체는 가열 요소와 저장 표면(70) 사이로 열을 전달한다. 가열 요소와 저장 표면(70) 사이의 열 전달은 상기 팁이 피트(20) 속으로 이동할 때 더욱 효과적으로 된다. 온도 그리고 나아가 가열 요소의 저항은 낮아진다. 연속적으로 가열되는 가열 요소의 온도 변화를 모니터링 할 수 있으며, 이에 따라 기록된 비트의 검출이 용이해진다.

전술한 가열 전류는 가열 전압 펄스를 해당하는 횡방향 전도체(30)에 인가함으로써 생성된다. 따라서, 가열 전류는 가열 전방 펄스가 인가되는 횡방향 전도체(30)에 연결된 각각의 센서(10)를 통해 흐른다. 따라서, 상기 어레이의 해당하는 행에 있는 모든 가열 요소들이 가열된다. 그 다음, 기록된 데이터는 가열된 센서의 행으로부터 평행하게 읽히게 된다. 따라서, 어레이의 각 행은 다중 처리 방식에 따라 순차적으로 읽히게 된다.

상기 어레이는 각각의 팁이 저장 표면(70)의 해당하는 필드(80) 위로 스캐닝될 수 있도록 저장 표면(70)에 평행한 평면에서 저장 표면(70)에 대해 이동 가능하다. 각각의 필드(80)는 복수 개의 피트(20)를 수용할 수 있다. 읽기 및 쓰기 양자의 작동에 있어서, 상기 어레이의 팁은 저장 매체의 표면을 가로질러 이동한다. 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 어레이는 서로 수직 방향으로 각각 작동하는 한 쌍의 액츄에이터를 매개로 저장 표면(70)에 대해 이동할 수 있다. 본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 상기 액츄에이터는 전자기 구동 유닛을 포함한다. 이러한 전자기 구동 유닛은 인가된 구동 신호의 함수에 따라 선형 운동을 제공하고 전력 소모가 낮다는 점에서 바람직하다.

도 3을 참조하면, 전술한 예의 로컬 탐침 저장 장치용 전자기 구동 유닛은 저장 표면(70)과 상기 어레이를 지지하는 기판(90) 사이의 운동을 작동시키는 셔틀(120) 상에 장착된 영구 자석(110)을 포함한다. 상기 셔틀(120)은 평행한 탄성 부재(100)를 경유하여 상기 장치의 프레임(130) 상에 장착된다. 상기 탄성 부재(100)는 셔틀(120)의 운동을 저장 표면에 평행한 평면에 구속시킨다. 구체적으로 말하면, 상기 탄성 부재(100)는 셔틀(120)의 평면 운동을 벗어나는 운동에 순응하지 않는다. 자석(110)의 자화 축(140)은 프레임(130) 상에 장착된 코일(160)에 의해 발생되는 자기장(150)과 동축을 이룬다. 코일(160)에 의해 생성된 자기장(150)과 자석(110)의 자화 축(140)은 셔틀(120)의 변위 축(170)과 동일선상에 놓인다. 변위 방향(170)은 코일(160)을 흐르는 전류의 방향을 역류시킴으로써 역전될 수 있다. 작동에 있어서, 코일(160)에 흐르는 주어진 전류에 대해 셔틀(120)에 가해지는 힘은 코일(160)과 자석(110) 사이의 간격과 함수 관계에 있다. 셔틀(120)의 작동 중에, 코일(160)과 자석(110) 사이의 간격은 변하기 때문에 코일(160)에 인가되는 전류에 대해 비선형 운동이 발생한다. 예컨대, 셔틀(120)이 코일(160)을 향해 끌리게 될 경우 자석(110)과 코일(160) 사이의 간극 크기는 감소한다. 이러한 감소는 셔틀(120)이 코일(160)로부터 멀어지는 방향으로 밀릴 때 나타나는 것보다 더 큰 힘과 변위를 발생시킨다. 도 4는 코일(160)에 흐르는 전류에 대한 상기 셔틀(120)의 변위를 나타내는 그래프이다. 성능에 있어서의 이러한 비선형성은 전력 요구에 있어서의 비선형성으로 이어지기 때문에 바람직하지 못한 것으로 이해될 것이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 특히 양호한 실시예에 따라 전술한 비선형성은 한 쌍의 유사한 영구 자석(111, 112)을 셔틀(120) 상에 장착하고 코일(160)을 이들 사이에 위치시킴으로써 해소된다. 상기 자석(111, 112)은 이들의 자화 방향(141, 142)이 서로 반대이지만 코일(160)에 의해 유도된 자기장의 방향으로 동일 축상에 남게 되도록 셔틀(120) 상에 장착된다. 더욱이, 코일(160)은 프레임(130) 상에 장착된다. 간략하게 설명된 바와 같이, 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 서로 직각 방향으로 각각 작동하는 2개의 전술한 전자기 구동 유닛이 제공된다.

상기 장치의 두께를 최소화시키기 위해서는 상기 장치의 부품들을 평면상으로 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 달성하기 위해 평면의 배치(batch) 제작, 사출 성형 및 고온 엠보싱 처리(hot embosssing)를 포함하는 다양한 기술을 이용할 수 있다. 이러한 기술을 기초로 하여, 프레임(130)은 실리콘, 금속 혹은 포토 플라스틱(photo plastic) 등의 플라스틱과 같은 상이한 재료들 중에 임의의 것으로 제조될 수 있다. 상기 자석(111, 112) 및 코일(160)은 상기 장치의 두께 내에 매립되어도 좋다. 이는 상기 장치의 평면에서 벗어나게 작용하는 힘과 토크를 최소화시키는데 유리하다.

작동에 있어서, 코일(160)에 전류가 흐를 때, 자석(111, 112) 중 하나는 코일(160)을 향해 끌어당겨지게 되고 자석(111, 112) 중 나머지 하나는 코일(160)로부터 튀겨나가게 되어 셔틀(120)의 변위를 일으킨다. 코일(160)에 전류가 인가되어 셔틀(120)이 변위될 때, 코일(160)과 상기 자석(111, 112)들 중 끌어당겨지는 자석 사이의 간극이 감소함에 따라 끌어당기는 힘의 증가는 상기 자석(111, 112)들 중 튀겨나가는 자석과 코일(160) 사이의 증가된 간격으로부터 유발되는 반발력의 감소에 의해 균형을 이루게 된다. 이러한 배열은 대칭적이기 때문에 코일(160)에 흐르는 전류가 역전될 경우 동일한 크기의 힘과 변위가 반대방향으로 발생하게 된다. 도 6에는 이러한 배치의 변위가 코일(160)에 인가된 전류의 함수로서 나타나 있다. 도 7을 참조하면, 이러한 배치의 추가적인 장점은 주어진 변위를 얻기 위해 요구되는 전력이 단일의 자석을 구비하는 전술한 실시예의 경우에 비해 현저하게 감소된다는 점이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 양호한 실시예에 따라 2개의 셔틀(121, 122)이 제공된다.

셔틀(121)은 한 쌍의 평행한 부재(101, 102)를 매개로 프레임(130)에 연결된다. 이와 유사하게, 셔틀(122)은 한 쌍의 평행한 가요성 부재(103, 104)를 매개로 프레임에 연결된다. 작동에 있어서, 상기 부재(101, 102)는 프레임(130)에 의해 형성된 평면에 평행한 축을 따라 프레임(130)에 의해 형성된 평면에서 탄성의 편향에 반하여 프레임(130)에 대한 셔틀(121)의 병진 운동을 허용한다. 구체적으로 말하면, 상기 부재(101, 102)는 프레임(130)에 의해 형성된 평면 내에서의 움직임에는 유연하지만 프레임(130)에 의해 형성된 평면을 벗어나게 연장하는 방향으로는 유연하지 않기 때문에 프레임(130)에 의해 형성된 평면을 벗어나는 셔틀(121)의 움직임은 억제된다. 본 명세서에서는 설명의 간략화를 위해, 프레임(130)에 대한 셔틀(121)의 허용된 운동의 축을 이하에서는 y축으로 언급할 것이다. 상기 부재(101, 102)에 의해 강제된 탄성의 편향은 상기 y축을 따라 어느 한 방향으로 프레임(130)에 대해 셔틀(121)의 움직임에 반하여 작동하므로 상기 셔틀(121)은 프레임(130) 내에서 형성된 진행 범위의 중간인 평형 위치로 편향된다. 전술한 바와 같이 전자기 구동 유닛(202)의 영구 자석 부품은 셔틀(121) 상에 장착된다. 구동 유닛(202)의 코일은 프레임(130) 상에 장착된다. 작동에 있어서, 구동 유닛(202)은 코일에 흐르는 전류의 공급에 의해 작동되어 상기 y축을 따라 부재(101, 102)에 의해 강제된 편향에 반하여 셔틀(121)을 이동시킨다. 상기 움직임은 코일에 흐르는 전류의 방향에 따라 어느 한 방향으로 정해질 수 있다.

이와 유사하게, 상기 부재(103, 104)는 작동시 프레임(130)에 의해 형성된 평면에 평행한 축을 따라 프레임(130)에 의해 형성된 평면에서 탄성의 편향에 반하여 프레임(130)에 대한 셔틀(122)의 병진 운동을 허용한다. 그러나, 셔틀(122)의 허용된 운동의 축은 상기 셔틀(121)의 것에 대해 직각이다. 상기 부재(103, 104)는 프레임(130)에 의해 형성된 평면 내에서의 움직임에는 유연하지만 프레임(130)에 의해 형성된 평면을 벗어나게 연장하는 방향으로는 유연하지 않기 때문에 프레임(130)에 의해 형성된 평면을 벗어나는 셔틀(122)의 움직임은 억제된다. 본 명세서에서는 설명의 간략화를 위해, 프레임(130)에 대한 셔틀(122)의 허용된 운동의 축을 이하에서는 x축으로 언급할 것이다. 상기 부재(103, 104)에 의해 강제된 편향은 상기 x축을 따라 어느 한 방향으로 프레임(130)에 대해 셔틀(122)의 움직임에 반하여 작동하므로 상기 셔틀(122)은 프레임(130) 내에서 형성된 진행 범위의 중간인 평형 위치로 편향된다. 전술한 바와 같이 전자기 구동 유닛(201)의 영구 자석 부품은 셔틀(122) 상에 장착된다. 구동 유닛(201)의 코일은 프레임(130) 상에 장착된다. 작동에 있어서, 구동 유닛(201)은 코일에 흐르는 전류의 공급에 의해 작동되어 상기 x축을 따라 부재(103, 104)에 의해 강제된 편향에 반하여 셔틀(122)을 이동시킨다. 더욱이, 상기 움직임은 코일에 흐르는 전류의 방향에 따라 어느 한 방향으로 정해질 수 있다. 상기 코일은 도 8에 도시 생략되어 있다.

저장 표면(70)을 지지하는 기판(210)은 요크(220)를 매개로 프레임(130)에 연결된다. 상기 프레임(130), 기판(210) 및 요크(220)는 실질적으로 동일 평면상에 있다. 상기 요크(220)는 한 쌍의 평행한 가요성 부재(105, 106)를 매개로 프레임(130)에 고정된다. 상기 부재(105, 106)는 x축을 따라 그리고 프레임(130)에 의해 형성된 평면에 평행한 평면 내에서 프레임에 대해 요크의 병진 운동을 허용한다. 상기 요크(220)는 프레임(130) 내에서 형성된 진행 범위의 중간인 평형 위치를 향해 상기 부재(105, 106)에 의해 탄성적으로 편향된다. 상기 부재(105, 106)는 프레임(130)에 의해 형성된 평면 내에서의 움직임에는 유연하지만 프레임(130)에 의해 형성된 평면을 벗어나게 연장하는 방향으로는 유연하지 않기 때문에 프레임(130)에 의해 형성된 평면을 벗어나는 요크(220)의 움직임은 억제된다. 상기 기판(210)은 한 쌍의 평행한 가요성 부재(107, 108)에 의해 요크(220)에 고정되어 있다. 상기 부재(107, 108)는 y축을 따라 그리고 프레임(130)에 의해 형성된 평면에 평행한 평면 내에서 요크(220)에 대해 기판(210)의 병진 운동을 허용한다. 상기 기판(210)은 요크(220)와 프레임(130)에 의해 형성된 진행 범위의 중간인 평형 위치를 향해 상기 부재(107, 108)에 의해 탄성적으로 편향된다. 상기 부재(107, 108)는 프레임(130)에 의해 형성된 평면 내에서의 움직임에는 유연하지만 프레임(130)에 의해 형성된 평면을 벗어나게 연장하는 방향으로는 유연하지 않기 때문에 프레임(130)에 의해 형성된 평면을 벗어나는 셔틀(121)의 움직임은 억제된다.

셔틀(121)은 레버(241)와 받침대(251, 252)를 매개로 기판(210)에 결합되어 있다. 이와 유사하게, 셔틀(122)은 레버(242)와 받침대(253, 254)를 매개로 기판(210)에 결합되어 있다. 상기 레버(241)는 프레임(130)에 고정된 지레받침(232)을 중심으로 피벗될 수 있다. 한 쌍의 탄성적인 가요성 부재(261, 262)는 프레임(130)에 대한 지레받침(232)의 위치를 형성한다. 이와 마찬가지로, 레버(242)는 프레임(130)에 고정된 지레받침(231)을 중심으로 피벗될 수 있다. 한 쌍의 탄성적으로 가요성 부재(263, 264)는 프레임(130)에 대한 지레받침(231)의 위치를 형성한다. 상기 부재(101-108), 받침대(251-254), 부재(261-264)는 인장의 팽창 및 수축에 실질적으로 저항이 있다. 그러나, 상기 부재(261-264)는 해당하는 지레받침(231, 232)을 중심으로 한 해당하는 레버(241, 242)의 피벗을 용이하게 하기 위해 탄성적으로 변형될 수 있다.

작동에 있어서, 구동 유닛(202)의 작동시 셔틀(121)의 변위는 받침대(251)에 의해 레버(241)로 전달된다. 상기 부재(101, 102)는 이러한 변위를 수용하기 위해 프레임(130)에 의해 형성된 평면 내에서 구부러진다. 레버(241)는 이러한 변위에 응답하여 지레받침(232)을 중심으로 피벗된다. 따라서, 프레임(130)에 대한 셔틀(121)의 병진 변위는 레버(241)의 회전 변위로 변환된다. 그 다음, 레버(241)의 회전 변위는 받침대(252)에 의해 기판(210)으로 전달된다. 구체적으로 말하면, 받침대(252)는 프레임(130)에 대해 셔틀(121)의 변위 방향에 따라 기판(210)을 밀거나 당긴다. 따라서, 기판(210)은 셔틀(121)의 변위에 응답하여 y축의 방향으로 요크(220)에 대해 변위된다. 상기 부재(107, 108)는 이러한 변위를 수용하기 위해 프레임(130)에 의해 형성된 평면 내에서 구부러진다.

작동에 있어서, 구동 유닛(201)의 작동시 셔틀(122)의 변위는 받침대(254)에 의해 레버(242)로 전달된다. 상기 부재(103, 104)는 이러한 변위를 수용하기 위해 프레임(130)에 의해 형성된 평면 내에서 구부러진다. 레버(242)는 이러한 변위에 응답하여 지레받침(231)을 중심으로 피벗된다. 따라서, 프레임에 대한 셔틀(122)의 병진 변위는 레버(242)의 회전 변위로 변환된다. 그 다음, 레버(242)의 회전 변위는 받침대(253)에 의해 기판(210)으로 전달된다. 구체적으로 말하면, 받침대(253)는 프레임(130)에 대해 셔틀(122)의 변위 방향에 따라 기판(210)을 밀거나 당긴다. 받침대(253)를 매개로 기판(210) 상에 강제된 밀고 당기는 힘은 부재(107, 108)를 매개로 요크(220)로 전달된다. 따라서, 상기 요크(220)와 기판(210)은 셔틀(121)의 변위에 응답하여 프레임(130)에 대해 x축의 방향으로 변위된다. 상기 부재(105, 106)는 이러한 변위를 수용하기 위해 프레임(130)에 의해 형성된 평면 내에서 구부러진다.

상기 요크(220)는 구동 유닛(201, 202)의 제어 하에서 프레임(130)에 의해 형성된 평면에 평행한 수직 방향으로 프레임(130)에 대해 기판(210)의 독립적인 운동을 허용한다. 이는 기판(210) 상에 배치된 저장 표면(70)이 상기 어레이에 대해 이동 가능하게 해주기 때문에 전술한 바와 같이 저장 표면 위로 어레이 팁의 스캐닝이 용이해진다. 셔틀(121)이 y축을 따라 일방향으로 이동할 때, 이에 상응하는 y 축에 따른 기판(210)의 움직임은 반대 방향이 되는 것으로 이해되어야 한다. 이와 마찬가지로, 셔틀(122)이 x축을 따라 일방향으로 이동할 때, 이에 상응하는 x 축에 따른 기판의 움직임은 다른 방향이 된다.

셔틀(121), 기판(210), 레버(241), 지레받침(232) 및 연결용 받침대(251, 252)는 y축 방향으로 병진 운동의 충격에 저항하는 균형을 집합적으로 형성한다. 구체적으로 말하면, 셔틀(121)의 질량은 기판(210)의 질량과 레버(241)의 길이에 따른 지레받침(232)의 위치에 대해 선택되므로 지레받침(232)을 중심으로 셔틀(121)에 의해 강제된 선회 운동은 지레받침(232)을 중심으로 기판(210)에 의해 강제된 선회 운동에 의해 균형이 잡히게 된다.

이와 유사하게, 셔틀(122), 기판(210), 요크(220), 레버(242), 지레받침(231) 및 연결용 받침대(253, 254)는 x축 방향으로 병진 운동의 충격에 저항하는 균형을 집합적으로 형성한다. 구체적으로 말하면, 셔틀(122)의 질량은 레버(242)의 길이에 따른 지레받침(231)의 위치와 요크(220)와 기판(210)을 조합한 집합적인 질량에 대해 선택되므로 지레받침(231)을 중심으로 셔틀(122)에 의해 강제된 선회 운동은 지레받침(231)을 중심으로 기판(210)과 요크(220)의 조합에 의해 강제된 선회 운동에 의해 균형이 잡히게 된다.

그 다음, 셔틀(122)은 기판(210)과 요크(220)의 조합된 질량을 보상하기 위해 셔틀(121)보다 더 대규모일 수 있다는 것으로 이해해야 한다. 변형례로서, 레버(242)에 대한 지레받침(231)의 위치는 셔틀(121)이 셔틀(122)의 질량과 유사한 질량을 갖는 것이 바람직한 선회 운동에서 균형을 얻기 위해 레버(241)에 대한 지레받침(232)의 위치와 상이할 수 있다.

셔틀(121)과 기판(210) 사이의 선회 운동에서의 균형은 y축 방향으로의 병진 운동의 충격에 대한 상기 장치의 민감성을 저감한다. y축을 따라 기판(210)에 가해진 충격은 레버(241)를 매개로 셔틀(121)에 의해 그리고 그 반대로 상쇄된다. 보다 구체적으로, 순간적인 병진 운동의 힘이 y축을 따라 어느 한 방향으로 상기 장치에 가해질 경우, 셔틀(121)과 기판(210) 양자는 동일한 방향으로 가속될 것이다. 그러나, 지레받침(232) 상에 셔틀(121)과 기판(210)에 의해 가해진 합성적인 토크들은 서로 대향하고, 이에 따라 지레받침(232)에 대한 셔틀(121)의 선회 운동이 지레받침(232)에 대한 기판(210)의 선회 운동과 실질적으로 동등해질 경우에 상쇄된다.

이와 마찬가지로, 셔틀(122)과, 기판(210)을 지지하는 요크(220) 사이의 선회 운동에서의 균형은 x축 방향으로의 병진 운동의 충격에 대한 상기 장치의 민감성을 저감한다. x축을 따라 요크(220) 및/또는 기판(210)에 가해진 충격은 셔틀(122)에 의해 그리고 그 반대로 상쇄된다. 보다 구체적으로, 순간적인 병진 운동의 힘이 x축을 따라 어느 한 방향으로 상기 장치에 가해질 경우, 셔틀(122)과 기판(210) 및 요크(220) 양자는 동일한 방향으로 가속될 것이다. 그러나, 지레받침(231) 상에 셔틀(122)과 기판(210) 및 요크(220)의 조합에 의해 가해진 합성적인 토크들은 서로 대향하고, 이에 따라 지레받침(231)에 대한 셔틀(122)의 선회 운동이 지레받침(231)에 대한 기판(210) 및 요크(220)의 선회 운동과 실질적으로 동등해질 경우에 상쇄된다.

레버(241, 242)는 셔틀(121), 셔틀(122), 요크(220) 및 기판(210)의 질량에 대해 무시할 정도의 질량이 되는 것이 바람직하다. 또한, 지레받침(232)을 중심으로 레버(241) 만의 단부들의 선회 모멘트는 순간적인 힘이 x축 혹은 y축을 따라 가해질 경우에 서로 상쇄되는 것이 바람직하다. 이와 유사하게, 지레받침(231)을 중심으로 레버(242) 만의 단부들의 선회 모멘트는 순간적인 힘이 x축 혹은 y축을 따라 가해질 경우에 서로 상쇄되는 것이 바람직하다. 본 발명의 특히 양호한 실시예에 따르면, 레버(241, 242)의 형상은 이들의 질량 중심이 지레받침(231, 232)의 상응하는 질량 중심이 되도록 선택된다. 이는 충격에 대한 저항을 향상시킨다.

받침대(251-254)는 레버(241, 242), 셔틀(121, 122), 요크(220), 기판(210)이 서로 근접해지도록 붕괴시키기 때문에 회전 운동 및 충격에 대한 상기 장치의 민감성은 저감된다.

이하에는 본 발명을 구체화하는 일반화된 균형 시스템(generalized balance system)이 도 9를 참조하여 설명될 것이다. 상기 일반화된 균형 시스템은 프레임(300)에 고정된 지레받침(360)을 중심으로 피벗 가능한 레버(330)와 한 쌍의 질량(M1, M2)을 포함한다. M1은 받침대(350)를 매개로 레버(330)의 일단부에 연결된다. 이와 유사하게, M2는 받침대(340)를 매개로 레버(330)의 타단부에 연결된다. M2는 지레받침(360)으로부터 간격 d2를 두고 받침대(340)에 의해 레버(330)에 연결된다. 이와 유사하게, M1은 지레받침으로부터 간격 d1을 두고 받침대(350)에 의해 레버(330)에 연결된다. M1은 한 쌍의 평행하고 탄성적으로 편향된 부재(320)를 매개로 프레임(300)에 연결된다. 이와 유사하게, M2는 상기 부재(320)의 치수와 특성이 유사한 한 쌍의 평행하고 탄성적으로 편향된 부재(310)를 매개로 프레임(300)에 연결된다. 상기 부재(310, 320) 쌍들의 각각은, 지레받침(360)인 회전축에 수직인 평면에서 관련된 탄성 편향에 반하는 양방향 움직임에는 유연하지만 상기 평면을 벗어난 움직임에서는 유연하지 않다. 따라서, M1 및 M2는 상기 부재(310, 320)에 의해 강제된 집합적인 탄성의 편향에 반하여 지레받침의 회전축에 직각인 평면에서 평행한 축 y1, y2 각각을 따른 양방향 병진 운동에는 자유롭게 된다. M1, M2, 레버(330), 부재(310, 320) 및 받침대(340, 350)는 균형 시스템의 두께를 최소화시키기 위해 동일 평면상에 있을 수 있다는 것으로 이해되어야 한다.

만약 상기 레버(330), 받침대(340) 및 받침대(350)의 질량이 질량(M1)과 질량(M2) 양자에 비해 개별적으로 그리고 집합적으로 무시할 수 있다면, 상기 시스템은 지레받침(360)을 중심으로 M1과 관련된 선회 모멘트가 지레 받침을 중심으로 M2와 관련된 선회 모멘트와 균등해질 때 즉,

M1d1 = M2d2

일 때 균형을 잡게 된다.

따라서, y1 혹은 y2에 평행한 양방향 중 어느 한 방향으로 상기 시스템에 가해진 순간적인 병진 운동의 힘은 질량 M1 및 M2를 동일한 방향으로 가속시킨다. 그러나, 지레받침(360) 상에서 질량(M1, M2)에 의해 가해진 합성적인 토크들은 서로 대향한다. 만약 토크의 크기가 동일, 즉 상기 수학식 1을 만족할 경우, 이들은 서로 상쇄되어 프레임(300)에 대한 질량(M1, M2)의 변위가 존재하지 않게 된다. 그러나, 만약 병진 운동의 힘이 전술한 예와 같이 압전 트랜스듀서(piezoelectric transducer) 혹은 전자기 구동 유닛 등의 위치 설정 액츄에이터를 매개로 질량(M1, M2)의 단지 하나에 가해질 경우, 상기 가해진 힘은 레버(330)를 매개로 질량(M1, M2)의 다른 하나로 전달되어 2개의 질량은 양방향으로 가속된다. 따라서, 양자의 질량(M1, M2)은 프레임(300)에 대해 양방향으로 변위된다.

도 8을 참조하여 전술한 바와 같이, 도 9를 참조하여 설명한 일반화된 시스템은 공동의 평면을 포함하는 수직 방향으로 제어된 운동을 하도록 장착된 부재를 구비하는 장치에서 내충격을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 도 8을 참조하여 전술한 본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 프레임(130)에 의해 형성된 평면 내에서 2개의 수직 방향으로 이동 가능한 기판(210)과, 양방향 중 해당하는 한 방향으로 상기 기판을 각각 상쇄시키는 한 쌍의 셔틀(121, 122)이 제공된다. 그러나, 본 발명은 이러한 구조에만 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 4개의 레버(440-470) 중 해당하는 하나를 매개로 기판(210)에 각각 결합되어 있는 4개의 셔틀(400-430)을 포함하는 로컬 탐침 저장 장치가 제공된다. 각각의 레버(440-470)는 프레임(130)에 고정된 4개의 지레받침(480-510) 중 해당하는 하나를 중심으로 피벗 가능하다. 기판(210)이 평행한 탄성의 편향 부재(520, 530)를 매개로 연결되고 또 프레임(130)이 평행한 탄성의 편향 부재(540, 550)를 매개로 연결되어 있는 요크(220)는 파선으로 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 상기 편향 부재(520-550)는 수직 방향 x, y로 프레임에 의해 형성된 평면 내에서 기판(210)의 편향에 반하는 움직임을 허용하지만 평면을 벗어나는 셔틀의 움직임은 억제한다. 각각의 지레받침(480-510)은 셔틀(400-430)들 중 해당하는 하나와, 중앙에 배치된 기판(210)의 연결부에 대해 레버(440-470)들 중 해당하는 하나 상에서 중심적으로 배치된다. 따라서, 기판(210)이 질량 M이고, 셔틀(430, 410)이 질량 M/2일 경우, 상기 장치는 x축을 따라 가해진 순간적인 힘에 반하여 나아가 저항하여 균형이 잡히게 된다. 이와 유사하게, 셔틀(400, 420)이 또한 M/2일 경우, 상기 장치는 y축을 따라 가해진 순간적인 힘에 반하여 나아가 저항하여 균형이 잡히게 된다. 추가적으로, 상기 장치는 질량 분포 관점에서 대칭적이므로, 회전 운동 및 충격에 대한 상기 장치의 민감성은 최소화된다.

도 8, 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한 전술한 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 질량들은 두께를 최소화시키기 위해 동일 평면상에 있다. 그러나, 본 발명은 상기 질량들이 평행한 평면에 배치되는 시스템에도 균등하게 적용할 수 있다. 이는 상기 질량들이 서로에 대해 중첩을 허용하여 회전 충격에 대한 전술한 시스템의 민감성을 저감하고 또한 표면적을 줄이는 점에서 유리하다. 예컨대, 도 11, 도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명을 구체화하는 전술한 시스템의 일례는 서로에 대해 중첩된 한 쌍의 질량(600, 610)을 포함한다. 상기 질량(610)은 한 쌍의 평행한 탄성 부재(650)를 매개로 프레임(640)에 연결되어 있다. 이와 유사하게, 질량(600)은 제2의 한 쌍의 탄성 부재(660)를 매개로 프레임에 연결되어 있다. 탄성 부재(650, 660) 상의 작동은 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하다. 질량(610)은 프레임(640)에 고정된 지레받침(630)을 중심으로 피벗 가능한 레버(620)의 일단부에 받침대(680)를 매개로 연결되어 있다. 이와 유사하게, 질량(600)은 레버(620)의 타단부에 받침대(670)를 매개로 연결되어 있다. 작동에 있어서, y축에 평행한 방향으로 상기 시스템에 가해진 순간적인 병진 운동의 힘은 질량(600, 610)을 동일한 방향으로 가속시킨다. 그러나, 지레받침(630) 상에서 질량(600, 610)에 의해 가해진 합성적인 토크들은 서로 대향한다. 만약 토크의 크기가 동일, 즉 상기 공식 (1)을 만족할 경우, 이들은 서로 상쇄되어 프레임(640)에 대한 질량(600, 610)의 변위가 존재하지 않게 된다. 그러나, 만약 병진 운동의 힘이 질량(600, 610)의 단지 하나에 가해질 경우, 상기 가해진 힘은 레버(620)를 매개로 질량(600, 610)의 다른 하나로 전달되어 2개의 질량(600, 610)은 양방향으로 가속된다. 따라서, 양자의 질량(600, 610)은 프레임(640)에 대해 양방향으로 변위된다.

도 14를 참조하면, 도 8을 참조하여 전술한 본 발명의 양호한 실시예의 변형례에 있어서, 기판(210)과 셔틀(121, 122)은 서로 중첩된 평행한 평면 내에 배치되어 있다. 이러한 구조는 x, y 양자의 축을 따라 도 11을 참조하여 전술한 것과 실질적으로 동일하게 작동하는 것으로 이해되어야 한다. 더욱이, 기판(210)과 셔틀(121, 122)을 중첩시킴으로써, 회전 운동 및 충격에 대한 장치의 민감성은 저감된다.

도 8, 도 10 및 도 14를 참조하여 전술한 본 발명의 실시예에 따르면, x축을 따라 이동 가능한 셔틀은 기판에 직접 결합되어 있다. 그러나, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 x축을 따라 이동 가능한 셔틀은 요크를 매개로 기판에 결합될 수 있다는 것으로 이해되어야 한다. 도 8, 도 10 및 도 14를 참조하여 전술한 본 발명의 실시예에 따르면, 저장 표면(70)은 기판(210) 상에 배치된다. 그러나, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 상기 어레이는 기판(210) 상에 배치될 수 있다는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 저장 표면(70) 위로 스캐닝된 센서가 단지 하나만 존재하는 저장 장치에도 동등하게 적용할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 본 발명은 또한 표면의 이미지를 검출하기 위한 하나 혹은 그 이상의 탐침들이 이미지화될 표면을 가로질러 스캐닝되는 이미징 시스템에도 적용할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

기계적 충격에 대한 제품의 민감성을 저감하기 위한 기계적 충격 민감성 저감 장치로서, 프레임과; 제1의 변위 축을 따라 프레임에 대해 양방향으로 움직이도록 프레임 내에 장착된 제1 및 제2 평면의 질량과; 상기 프레임에 고정된 제1 지레받침을 중심으로 피벗 가능한 제1 레버를 포함하며; 상기 레버는 상기 제1 질량에 연결된 일단부와 상기 제2 질량에 연결된 타단부를 구비하며, 상기 지레받침은 상기 레버의 단부들 사이에 배치되어 있으며; 상기 제1 질량에 의해 지레받침을 중심으로 가해진 토크는 사용시 상기 제1 질량에 의해 지지되는 제품의 충격에 대한 민감성을 저감시키도록 상기 변위 축을 따라 프레임에 가해진 기계적 충격에 반응하여 상기 제2 질량에 의해 지레받침을 중심으로 가해진 토크에 의해 상쇄되며; 상기 제2 질량은 상기 변위 축을 따라 프레임에 대해 제2 질량을 이동시켜 상기 변위 축을 따라 프레임에 대해 제1 질량의 대응하는 운동을 발생시키기 위한 입력 자극에 반응하는 액츄에이터 요소를 포함하는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 질량은 동일 평면상에 있는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 질량은 상기 제2 질량에 평행한 평면 내에 배치되고 상기 제2 질량으로부터 변위되는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 질량 및 제2 질량은 적어도 부분적으로 서로 중첩되는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제1항에 있어서, 상기 액츄에이터 요소는 상기 변위 축에 평행한 자화 축을 구비하고, 프레임 상에 장착된 전기적으로 도전성의 코일과 협동하여 코일에 흐르는 전기 전류인 입력 자극에 반응하는 영구 자석 수단의 자화 축과 동일 축의 자기장을 발생시키는 영구 자석 수단을 포함하는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제5항에 있어서, 상기 영구 자석 수단은 동일한 전극이 서로 대항하도록 배치된 한 쌍의 영구 자석을 포함하고, 상기 코일은 상기 영구 자석들 사이에 배치되는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제1항에 있어서, 제3 질량과; 상기 프레임에 고정된 제2 지레받침을 중심으로 피벗 가능한 제2 레버를 더 포함하며; 상기 제3 질량과 상기 제1 질량은 상기 프레임에 의해 형성되고 상기 제1의 변위 축에 수직인 평면에서 제2의 변위 축을 따라 프레임에 대해 양방향으로 움직이도록 프레임 내에 장착되어 있으며; 상기 제2 레버는 상기 제1 질량에 연결된 일단부와 상기 제3 질량에 연결된 타단부를 구비하며, 상기 제2 지레받침은 상기 제2 레버의 단부들 사이에 배치되어 있으며; 상기 제1 질량에 의해 제2 지레받침을 중심으로 가해진 토크는 상기 제2 변위 축을 따라 프레임에 가해진 기계적 충격에 반응하여 상기 제3 질량에 의해 상기 제2 지레받침을 중심으로 가해진 토크에 의해 상쇄되는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제7항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 질량은 동일 평면상에 있는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제7항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 질량은 각각 서로 이격되어 있는 별도의 평행한 평면 내에 배치되는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제9항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 질량은 적어도 부분적으로 서로 중첩되는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제7항에 있어서, 상기 제2 질량은 상기 제1 변위 축을 따라 프레임에 대해 제2 질량을 이동시켜 상기 제1 변위 축을 따라 프레임에 대해 제1 질량의 대응하는 운동을 발생시키기 위한 입력 자극에 반응하는 제1 액츄에이터 요소를 포함하며, 상기 제3 질량은 상기 제2 변위 축을 따라 프레임에 대해 제3 질량을 이동시켜 상기 제2 변위 축을 따라 프레임에 대해 제1 질량의 대응하는 운동을 발생시키기 위한 입력 자극에 반응하는 제2 액츄에이터 요소를 포함하는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 액츄에이터 요소는 상기 제1 변위 축에 평행한 자화 축을 구비하고, 프레임 상에 장착된 제1의 전기적으로 도전성의 코일과 협동하여 제1의 코일에 흐르는 전기 전류인 입력 자극에 반응하는 제1 영구 자석 수단의 자화 축과 동일 축의 자기장을 발생시키는 제1 영구 자석 수단을 포함하며, 상기 제2 액츄에이터 요소는 상기 제2 변위 축에 평행한 자화 축을 구비하고, 프레임 상에 장착된 제2의 전기적으로 도전성의 코일과 협동하여 제2의 코일에 흐르는 전기 전류인 입력 자극에 반응하는 제2 영구 자석 수단의 자화 축과 동일 축의 자기장을 발생시키는 제2 영구 자석 수단을 포함하는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제12항에 있어서, 상기 제1 영구 자석 수단은 동일한 전극이 서로 대항하도록 배치된 한 쌍의 제1 영구 자석을 포함하고 상기 제1 코일은 상기 제1 영구 자석들 사이에 배치되며, 상기 제2 영구 자석 수단은 동일한 전극이 서로 대항하도록 배치된 한 쌍의 제2 영구 자석을 포함하고 상기 제2 코일은 상기 제2 영구 자석들 사이에 배치되는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제7항에 있어서, 상기 제1의 변위 축을 따라 프레임에 대해 양방향으로 움직이도록 프레임 내에 장착된 제4 평면의 질량과; 상기 프레임에 고정된 제3 지레받침을 중심으로 피벗 가능한 제3 레버와; 상기 제2의 변위 축을 따라 프레임에 대해 양방향으로 움직이도록 프레임 내에 장착된 제5 평면의 질량과; 상기 프레임에 고정된 제4 지레받침을 중심으로 피벗 가능한 제4 레버를 더 포함하며; 상기 제3 레버는 상기 제1 질량에 연결된 일단부와 상기 제4 질량에 연결된 타단부를 구비하며, 상기 제3 지레받침은 상기 제3 레버의 단부들 사이에 배치되어 있으며; 상기 제4 레버는 상기 제1 질량에 연결된 일단부와 상기 제5 질량에 연결된 타단부를 구비하며, 상기 제4 지레받침은 상기 제4 레버의 단부들 사이에 배치되어 있으며; 상기 제1 질량에 의해 제3 지레받침을 중심으로 가해진 토크는 상기 제1 변위 축을 따라 프레임에 가해진 기계적 충격에 반응하여 상기 제4 질량에 의해 상기 제3 지레받침을 중심으로 가해진 토크에 의해 상쇄되고; 상기 제1 질량에 의해 제4 지레받침을 중심으로 가해진 토크는 상기 제2 변위 축을 따라 프레임에 가해진 기계적 충격에 반응하여 상기 제5 질량에 의해 상기 제4 지레받침을 중심으로 가해진 토크에 의해 상쇄되는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제14항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 질량은 동일 평면상에 있으며, 상기 제4 질량은 상기 제2 질량으로부터 멀리 떨어진 제1 질량 측의 프레임 내에 장착되어 있고, 상기 제5 질량은 상기 제3 질량으로부터 멀리 떨어진 제1 질량 측의 프레임 내에 장착되어 있는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제14항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 질량은 각각 서로 이격되어 있는 별도의 평행한 평면 내에 배치되는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제16항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 질량은 적어도 부분적으로 서로 중첩되는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제4항에 있어서, 상기 제2 질량은 상기 제1 변위 축을 따라 프레임에 대해 제2 질량을 이동시켜 상기 제1 변위 축을 따라 프레임에 대해 제1 질량의 대응하는 운동을 발생시키기 위한 입력 자극에 반응하는 제1 액츄에이터 요소를 포함하며, 상기 제3 질량은 상기 제2 변위 축을 따라 프레임에 대해 제3 질량을 이동시켜 상기 제2 변위 축을 따라 프레임에 대해 제1 질량의 대응하는 운동을 발생시키기 위한 입력 자극에 반응하는 제2 액츄에이터 요소를 포함하는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제18항에 있어서, 상기 제1 액츄에이터 요소는 상기 제1 변위 축에 평행한 자화 축을 구비하고, 프레임 상에 장착된 제1의 전기적으로 도전성의 코일과 협동하여 제1의 코일에 흐르는 전기 전류인 입력 자극에 반응하는 제1 영구 자석 수단의 자화 축과 동일 축의 자기장을 발생시키는 제1 영구 자석 수단을 포함하며, 상기 제2 액츄에이터 요소는 상기 제2 변위 축에 평행한 자화 축을 구비하고, 프레임 상에 장착된 제2의 전기적으로 도전성의 코일과 협동하여 제2의 코일에 흐르는 전기 전류인 입력 자극에 반응하는 제2 영구 자석 수단의 자화 축과 동일 축의 자기장을 발생시키는 제2 영구 자석 수단을 포함하는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제19항에 있어서, 상기 제1 영구 자석 수단은 동일한 전극이 서로 대항하도록 배치된 한 쌍의 제1 영구 자석을 포함하고 상기 제1 코일은 상기 제1 영구 자석들 사이에 배치되며, 상기 제2 영구 자석 수단은 동일한 전극이 서로 대항하도록 배치된 한 쌍의 제2 영구 자석을 포함하고 상기 제2 코일은 상기 제2 영구 자석들 사이에 배치되는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제20항에 있어서, 상기 제4 질량은 상기 제1 변위 축을 따라 프레임에 대해 제4 질량을 이동시켜 상기 제1 변위 축을 따라 프레임에 대해 제1 질량의 대응하는 운동을 발생시키기 위한 입력 자극에 반응하는 제3 액츄에이터 요소를 포함하며, 상기 제5 질량은 상기 제2 변위 축을 따라 프레임에 대해 제5 질량을 이동시켜 상기 제2 변위 축을 따라 프레임에 대해 제1 질량의 대응하는 운동을 발생시키기 위한 입력 자극에 반응하는 제4 액츄에이터 요소를 포함하는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제21항에 있어서, 상기 제3 액츄에이터 요소는 상기 제1 변위 축에 평행한 자화 축을 구비하고, 프레임 상에 장착된 제3의 전기적으로 도전성의 코일과 협동하여 제3의 코일에 흐르는 전기 전류인 입력 자극에 반응하는 제3 영구 자석 수단의 자화 축과 동일 축의 자기장을 발생시키는 제3 영구 자석 수단을 포함하며, 상기 제4 액츄에이터 요소는 상기 제2 변위 축에 평행한 자화 축을 구비하고, 프레임 상에 장착된 제4의 전기적으로 도전성의 코일과 협동하여 제4의 코일에 흐르는 전기 전류인 입력 자극에 반응하는 제4 영구 자석 수단의 자화 축과 동일 축의 자기장을 발생시키는 제4 영구 자석 수단을 포함하는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
제22항에 있어서, 상기 제3 영구 자석 수단은 동일한 전극이 서로 대항하도록 배치된 한 쌍의 제3 영구 자석을 포함하고 상기 제3 코일은 상기 제3 영구 자석들 사이에 배치되며, 상기 제4 영구 자석 수단은 동일한 전극이 서로 대항하도록 배치된 한 쌍의 제4 영구 자석을 포함하고 상기 제4 코일은 상기 제4 영구 자석들 사이에 배치되는 것인 기계적 충격 민감성 저감 장치.
저장 표면과; 상기 표면으로부터 데이터의 읽기 및 상기 표면에 데이터의 쓰기 중 하나 이상을 행하는 적어도 하나의 탐침과; 상기 탐침을 상기 표면을 가로질러 스캐닝하기 위해 상기 탐침과 상기 표면을 서로에 대해 이동시키기 위한 스캐너와; 기계적 충격에 대한 제품의 민감성을 저감하기 위한 기계적 충격 민감성 저감 장치를 구비하고,

상기 기계적 충격 민감성 저감 장치는 프레임과; 제1의 변위 축을 따라 프레임에 대해 양방향으로 움직이도록 프레임 내에 장착된 제1 및 제2 평면의 질량과; 상기 프레임에 고정된 제1 지레받침을 중심으로 피벗 가능한 제1 레버를 포함하며; 상기 레버는 상기 제1 질량에 연결된 일단부와 상기 제2 질량에 연결된 타단부를 구비하며, 상기 지레받침은 상기 레버의 단부들 사이에 배치되어 있으며; 상기 제1 질량에 의해 지레받침을 중심으로 가해진 토크는 사용시 상기 제1 질량에 의해 지지되는 제품의 충격에 대한 민감성을 저감시키도록 상기 변위 축을 따라 프레임에 가해진 기계적 충격에 반응하여 상기 제2 질량에 의해 지레받침을 중심으로 가해진 토크에 의해 상쇄되며;

상기 스캐너는, 상기 변위 축을 따라 프레임에 대해 제2 질량을 이동시켜 상기 변위 축을 따라 프레임에 대해 제1 질량의 대응하는 운동을 발생시키기 위한 입력 자극에 반응하도록 제2 질량에 구비되는 액츄에이터 요소를 포함하고;

상기 기계적 충격 민감성 저감 장치는 기계적 충격에 대한 상기 저장 표면 및 상기 탐침 혹은 각각의 탐침 중 하나의 민감성을 저감시키도록 상기 스캐너와 상기 저장 표면 및 상기 탐침 혹은 각각의 탐침 중 하나에 결합되는 것인 로컬 탐침 저장 장치.
제24항에 있어서, 상기 탐침 혹은 각각의 탐침은 제1 질량에 의해 지지되는 것인 로컬 탐침 저장 장치.
제24항에 있어서, 상기 저장 표면은 제1 질량에 의해 지지되는 것인 로컬 탐침 저장 장치.
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표면의 이미지를 검출하기 위한 하나 이상의 탐침과; 상기 탐침 혹은 각각의 탐침을 상기 표면을 가로질러 스캐닝하기 위해 상기 탐침과 상기 표면을 서로에 대해 이동시키기 위한 스캐너와; 기계적 충격에 대한 상기 표면 및 상기 탐침 혹은 각각의 탐침 중 하나의 민감성을 저감시키도록 상기 스캐너와 상기 표면 및 상기 탐침 혹은 각각의 탐침 중 상기 하나에 결합된 제1항에 따른 장치를 포함하는 것인 탐침 이미징 시스템.
제29항에 있어서, 상기 탐침 혹은 각각의 탐침은 제1 질량에 의해 지지되는 것인 탐침 이미징 시스템.
제29항에 있어서, 이미지화될 표면은 제1 질량에 의해 지지되는 것인 탐침 이미징 시스템.