JPH05258481A - ２軸アクチュエーター機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２軸アクチュエーター機構に関する構造の簡
単化と不要振動の低減を図るとともに、低周波域におけ
る伝達特性の改善を図る。 【構成】 ハードディスク装置において磁気ヘッド４の
トラッキングに係る位置決めに２軸アクチュエーター機
構１を用いるにあたり、振動周波数帯域の高周波寄りの
領域において振幅が比較的大きい場合の位置決め制御を
粗動用アクチュエーター２２が受け持ち、低周波領域で
小振幅となる位置決め制御を微動用アクチュエーター２
４が受け持つように構成する。粗動用アクチュエーター
２２は、モータ（ＶＣＭ）部の駆動力によってヘッドア
ーム５を軸部１０の回りに回動させる。そして、この軸
部１０に圧電セラミック単体捩り振動子１４を設け、こ
れを低周波で駆動することによって生じる捩り力をヘッ
ドアーム５に対する回動力として利用することができる
ように微動用アクチュエーター２４を構成し、波形歪に
伴う非線形誤差を低減したヘッドの微小な位置決めを実
現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクチュエーター機構
において広い振動周波数帯域に亘る微小な位置決めを行
うために粗動用機構と微動用機構とからなる２軸構成を
採用するとともに、低周波域での駆動に係る微動用機構
に電気歪、磁気歪等を利用した弾性変形振動子を用いる
ことによって装置の小型化や不要振動の低減等を図り、
特に低周波域におけるアクチュエーターの特性を改善す
ることができるようにした新規な２軸アクチュエーター
機構を提供しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ハードディスク装置に対する高
トラック密度化には、トラッキング制御の高速化や精度
の向上が要求される。

【０００３】磁気ヘッドの所定トラックへの移動は、通
常磁気ヘッドを支持するヘッドアームの回動制御によっ
て行われ、回動型のアクチュエーター機構によって磁気
ヘッドのトラックに対する微小な位置決めがなされる。

【０００４】その際、アクチュエーターの制御に関して
は、アクチュエーターの特性上広帯域に亘る理想的な性
能を得ることが困難であるため、粗動、微動という２種
類の制御区分を採用し、粗動制御によってトラックに対
する磁気ヘッドのおおよその位置決めを行ってから微動
制御に移行させて精度の高い微小な位置決めを行うよう
にしている場合が多い。

【０００５】そして、このような位置決め精度の区分け
に対応した２軸アクチュエーターの構造としては、粗動
用アクチュエーターの上に微動用のアクチュエーターを
載置したものが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のアク
チュエーター機構にあっては、一般に構造が複雑になる
という問題や、制御上の支障となる不要な振動を低減す
るのに困難を伴う等の問題がある。

【０００７】例えば、前者の問題に関しては、粗動用ア
クチュエーターの上に微動用のアクチュエーターを載せ
た構造となるため、重量の増加を招くといった不都合
や、剛性に関する劣化が問題となる。

【０００８】また、後者の問題に関しては、アクチュエ
ーターが連成系を形成することに伴う連成振動の発生
や、共振が生じ易くなる等の不都合が挙げられる。

【０００９】さらに、従来の機構は以下に説明するよう
なトラッキング制御上の限界を抱えているため、高密度
化に対応した、微小かつ高精度の位置決め制御を実現す
る上で支障を来すことになる。

【００１０】図７に概念的に示すグラフ図は、アクチュ
エーター機構の特性を示す指標として入力トルクと変位
との関係を示したもの（ｉ−θ特性として知られてい
る。）であり、横軸が振動周波数の対数軸に選ばれ、縦
軸がゲイン軸に選ばれている。

【００１１】図７に実線で示すグラフ曲線ａがアクチュ
エーターの実際の特性を表しており、破線ｂで示す理想
的な特性（左上がりの直線状の特性）との対比から明ら
かなように、低周波域ｃ（１００Ｈｚ以下）における平
坦な部分ｄで理想特性からの隔たりが顕著となってお
り、これが非線形性を生み出す原因となっている。

【００１２】即ち、波形歪に伴う非線形誤差が、低周波
信号や小振幅の信号に関して特に顕著となり、これがト
ラッキングサーボ上の位置決めの限界となってしまう。

【００１３】図７に示すグラフ曲線ａに関する低域での
特性は、アクチュエーターの軸受内部の粘弾性体による
摩擦に起因しており、この問題を解消して理想に近い特
性を得ることが技術上の一つの鍵となっている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明２軸アク
チュエーター機構は上記した課題を解決するために、高
周波域における大振幅の駆動制御に用いられる粗動用ア
クチュエーターと、低周波域における小振幅の駆動制御
に用いられる微動用アクチュエーターからなる２軸アク
チュエーター機構であって、微動用アクチュエーターが
振動子を用いて構成され、該振動子を低周波で駆動する
際に生じる部材変形時の弾性力によって被制御物の位置
決め制御を行ようにしたものである。

【００１５】

【作用】本発明によれば、微動用アクチュエーターを粗
動用アクチュエーターに載置する構造と採る必要がなく
なり、例えば、粗動用アクチュエーターが回動機構を有
する場合にはその軸部に微動用アクチュエーターの振動
子を設けてその弾性変形振動によって回動機構に対する
微調整を行うといった構造を採ることができるので、構
造の簡単化を図ることができ、機構の重量増加等の不都
合を解消し、連成系につきものの不要振動を抑えること
ができる。

【００１６】また、微動用アクチュエーターの振動子に
よる駆動力を粗動用アクチュエーターの移動（又は回
動）機構に直接的に伝達することができるので、軸受部
等での摩擦抵抗が大きいことに起因する低周波小振幅信
号に対する波形歪を低減することができる。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明２軸アクチュエーター機構を
ハードディスクドライブユニットにおけるトラッキング
機構に適用した実施例に従って説明する。

【００１８】図１は２軸アクチュエーター機構１の概要
を示す平面図であり、図２はその要部を示す概略的な断
面図である。

【００１９】図中２はディスクであり、図示しないモー
タによって回転されるようになっている。

【００２０】３はヘッドアームブロックであり、磁気ヘ
ッド４、４を支持するヘッドアーム５、５（図では１対
のみを示す。）、軸受ハウジング６、ボイスコイルモー
タ部（以下、「ＶＣＭ部」という。）７から構成されて
いる。

【００２１】ヘッドアーム５、５は、高さ方向において
互いにに平行な位置関係となるように軸受ハウジング６
に固定されている。そして、それらの一端寄りの部分に
ヘッド支持片５ａ、５ａが設けられ、これらは、側方か
ら見たときに磁気ヘッド４、４が設けられた先端部にい
くにつれて互いに近づくようにされ、このようにして対
向した状態で配置される磁気ヘッド４、４の間にディス
ク２が介在する高さ関係が成立している。

【００２２】軸受ハウジング６には、図２に示すように
ベアリング８、８の外輪が嵌挿されており、これらのベ
アリング８、８の内輪がシャーシ９に立設された軸部１
０に嵌挿されており、よって、ヘッドアームブロック３
がこの軸部１０を中心として回動し得るようになってい
る。尚、この軸部１０は後述するように圧電体素子を用
いて構成されており、単なる回動軸以上の機能（トラッ
キング制御に係る微小調整機能）を付与されている。

【００２３】ＶＣＭ部７は、コイル部１１と該コイル部
１１が取付けられる支持部１２、平面で見て円弧状をし
たヨーク１３等から構成されている。

【００２４】即ち、支持部１２は、軸部１０に関して磁
気ヘッド４、４の支持片５ａ、５ａとは反対側に位置す
る軸受ハウジング６の側面に固定されており、この支持
部１２に取付けられたコイル部１１の中空部をヨーク１
３が挿通するようにして該ヨーク１３がシャーシ９に固
定されている。

【００２５】尚、図示は省略するがコイル部１１を挟む
ようにして一対のステータマグネットが配置される。

【００２６】しかして、コイル部１１に電流が供給され
ることによって発生する駆動力によっヘッドアームブロ
ック３が軸部１０を中心として回動され、磁気ヘッド
４、４のディスクの半径方向に亘る移動制御が行われ
る。

【００２７】つまり、このＶＣＭ部７は２軸アクチュエ
ーター機構１のうちの１軸制御の駆動源であり、トラッ
キング制御の粗調整に関与する。

【００２８】残る１軸の制御、即ち、トラッキングの微
調整に関与するのは、上述した軸部１０であり、これに
は軸の外周面における捩れを外部信号によって制御し得
るように構成された素子、例えば、圧電セラミック単体
捩り振動子１４が用いられる。

【００２９】この圧電セラミック単体捩り振動子１４
は、図３に示すように、圧電セラミック単体の円筒１５
の外周面に交差指電極パターン１６、１６を設けたもの
であり、圧電縦効果と圧電横効果とを巧みに組み合わせ
ることで、円筒１５の外周面において捩れを誘起するこ
とができるように構成した素子である。

【００３０】図４はその動作原理を説明するための概略
図であり、弾性体からなる円筒１５´の外周面におい
て、周方向に互いに反対向きの力Ｆ、−Ｆを加えたとき
に生じる捩れ歪は、破線の矢印Ｅに示すように円筒軸に
対して＋４５゜（図４における時計回り方向を角度の正
方向にとる。）方向への伸び歪と、破線の矢印Ｃに示す
ように円筒軸に対して−４５゜方向への縮み歪との合成
であると考えられる。

【００３１】交差指電極パターン１６、１６の電極指１
６ａ、１６ａ、・・・が、図３に示すように円筒１５の
中心軸に対して＋４５゜の角度をもって配置されるよう
にして、対向する一対の電極指１６ａ、１６ａ間に分極
時と同じ電圧を加えると、圧電縦効果により電極指１６
ａの長手方向に直角な方向に伸び歪が生じ、同時に圧電
横効果により電極指１６ａの長手方向に縮み歪が生じる
ことになり、円筒１５に捩りが発生する。

【００３２】従って、電極指に加える交流電圧によって
捩り振動を制御することができる。

【００３３】つまり、圧電セラミック単体捩り振動子１
４に所定の電圧を印加する事によって軸部１０の外周面
における周方向に捩りが生じるように圧電セラミック単
体を予め分極させておき、図２に示すように軸部１０と
そのシャーシ９への取付部との間に交流電圧を印加する
と、これに応じて軸部１０に微小な捩り振動を発生させ
ることができる。

【００３４】この捩り力を駆動力としてヘッドアームブ
ロック３の微小な回動制御に利用することによって、ト
ラッキング制御に係る微調整を行うことができる。

【００３５】即ち、外乱による磁気ヘッドの微小な位置
ズレを修正するために、軸部１０の圧電セラミック単体
捩り振動子１４の低周波駆動によって磁気ヘッド４を微
小振幅で振動させて磁気ヘッドを適正な位置へと導くよ
うにすれば良い。

【００３６】図５は２軸アクチュエーター機構１のサー
ボ制御系の構成を示すものである。

【００３７】ＣＰＵ等の指令部１７から発せられるヘッ
ド位置の目標値信号と、磁気ヘッド４からのヘッド位置
信号が位置誤差検出部１８に送られると、両者間の誤差
信号が後段のフィルター回路１９、２０に送出される。

【００３８】一方のフィルター回路１９は、誤差信号の
高周波信号成分を抽出するＨＰＦ（ハイパスフィルタ
ー）回路であり、その出力はアンプ２１を介して粗動用
アクチュエーター２２に送出される。この粗動用アクチ
ュエーター２２は、上述したＶＣＭ部７で発生する駆動
力によってヘッドアームブロック３を軸部１０の回りに
回動させる機構に相当し、高周波で比較的振幅の大きい
場合の位置決め制御を行う。

【００３９】他方のフィルター回路２０は、誤差信号の
低周波信号成分を抽出するＬＰＦ（ローパスフィルタ
ー）回路であり、その出力はアンプ２３を介して微動用
アクチュエーター２４に送出される。この微動用アクチ
ュエーター２４は、上述した軸部１０での捩り力によっ
てヘッドアームブロック３を軸部１０の回りに微小振幅
の振動を惹き起こして磁気ヘッドの位置決めを行う機構
に相当し、低周波かつ小振幅の場合の位置決め制御を行
う。

【００４０】そして、磁気ヘッド４によって再生させる
ヘッド位置の検出信号がサーボアンプ２５を介して位置
誤差検出部１８にフィードバックされる。

【００４１】図７において説明したように、アクチュエ
ーターの特性において特に問題となる低周波域での伝達
特性であり、これは主として軸受部における摩擦抵抗が
低周波や微小振幅の信号に対して極めて大きくなること
に依っている。

【００４２】そこで、２軸アクチュエーター機構１で
は、ＶＣＭ部７を駆動源とする粗動用アクチュエーター
２２が高周波域において理想に近い特性を有するという
利点は温存しままで、軸部材の変形（圧電効果や電気歪
や磁気歪等）を利用した捩り振動子を微動用アクチュエ
ーター２４に使用することによって、低周波域における
特性が軸受部での摩擦に多大な影響を被ることがないよ
うに軸部１０の変形作用によって磁気ヘッドの位置決め
精度を保証している。

【００４３】よって、このような高周波域と低周波域で
の役割分担によって、全体として略理想に近い特性（図
７の破線ｂを参照。）が得られ、残留誤差の少ないトラ
ッキング制御を実現することが可能となる。

【００４４】尚、上記の実施例では本発明を回動型の２
軸アクチュエーター機構に適用した例を示したが、直動
型の２軸アクチュエーター機構に適用することも可能で
ある。

【００４５】その場合には、粗動用アクチュエーターに
リニアーモータ等を用いて位置決め対象物を直線的に移
動させることができるような機構を用い、さらに微動用
アクチュエーターには、矩形板状振動子の縦振動又は横
振動を利用して位置決め対象物の微小な位置決め制御を
振動子の低周波駆動によって行うように構成すれば良
い。

【００４６】図６は、圧電セラミックの矩形板の表面に
交差指電極を設け、その分極及び励振を可能とした振動
子の構成を概略的に示すものである。

【００４７】図６の（ａ）に示す振動子２６は、矩形板
２７の表面に電極指パターン２８、２８、・・・を矩形
板２７の長手方向に対して直角に配置したもので、矢印
ＶＤ１に示すように電極指の長手方向に直角な方向に伸
縮振動が生じ（主として圧電縦効果による。）、図６の
（ｂ）に示す振動子２９は矩形板３０の表面に電極指パ
ターン３１、３１、・・・を矩形板３０の長手方向に沿
って配置したもので、矢印ＶＤ２に示すように電極指の
長手方向に伸縮振動が生じる（圧電横効果による。）。

【００４８】このような振動子を、例えば、駆動用ガイ
ドとなる部材の取付部に用いることによって、移動対象
物の直線方向における微小な位置決めを行うことができ
る。

【００４９】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、本発明によれば、微動用アクチュエーターを粗動用
アクチュエーターに載置する構造を回避して、例えば、
粗動用アクチュエーターが回動機構を有する場合にはそ
の軸部に微動用アクチュエーターの振動子を設けてその
弾性変形振動による力を回動機構に対する微調整に利用
するといった構造を採ることができるので、構造の簡単
化を図ることができる。

【００５０】よって、従来の機構において構造の複雑化
に伴って問題になっていた機構の重量増加や連成系に固
有の不要振動の発生を低減することができる。

【００５１】また、微動用アクチュエーターの振動子に
よる弾性変形力を粗動用アクチュエーターの移動機構に
直接的に伝達することで、特に振動周波数の低周波域で
の特性を改善することができるので、従来、軸受部等の
摩擦抵抗が著しい箇所があることに起因して技術的な課
題とされていた低周波小振幅信号に対する波形歪の発生
を抑え、非線形誤差の低減を図ることができる。

【００５２】尚、前記した実施例は、本発明の実施の一
例にすぎず、この例のみによって、本発明の技術的範囲
が狭く解釈されてはならず、ハードディスク装置の磁気
ヘッドの位置決め機構に限らず各種の用途に本発明を広
く適用し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る２軸アクチュエーター機構の構成
を概略的に示す平面図である。

【図２】本発明に係る２軸アクチュエーター機構の要部
を示す断面図である。

【図３】軸部に用いられる圧電セラミック単体捩り振動
子の構成を示す概略図である。

【図４】圧電セラミック単体捩り振動子の動作原理につ
いて説明するための図である。

【図５】本発明に係るサーボ制御系の構成を示すブロッ
ク図である。

【図６】直線的な変位が可能な振動子の一例を示すもの
で、（ａ）は振動方向が交差指電極に直角な方向となる
振動子を示し、（ｂ）は振動方向が交差指電極に沿う方
向となる振動子を示す。

【図７】従来の問題点を説明するためにアクチュエータ
ーの特性について示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ ２軸アクチュエーター機構 ４ 被制御物 ５、６、１０ 回動機構 １０ 軸部 １４ 捩り振動子 ２２ 粗動用アクチュエーター ２４ 微動用アクチュエーター ２６、２９ 振動子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波域における大振幅の駆動制御に用
   いられる粗動用アクチュエーターと、低周波域における
   小振幅の駆動制御に用いられる微動用アクチュエーター
   からなる２軸アクチュエーター機構であって、微動用ア
   クチュエーターが振動子を用いて構成され、該振動子を
   低周波で駆動する際に生じる部材変形時の弾性力によっ
   て被制御物の位置決め制御を行ようにしたことを特徴と
   する２軸アクチュエーター機構。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の２軸アクチュエーター
   機構において、微動用アクチュエーターの振動子とし
   て、電磁気的に誘起される歪に伴って弾性力を発生する
   効果素子を用いたことを特徴とする２軸アクチュエータ
   ー機構。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の２軸アク
   チュエーター機構において、粗動用アクチュエーターが
   軸部を中心として部材を回動させる回動機構を備えると
   ともに、微動用アクチュエーターの振動子として捩り振
   動子を軸部に設けることによって、軸部の外周面におけ
   る周方向への捩り力によって被制御物の位置決め制御を
   行うようにしたことを特徴とする２軸アクチュエーター
   機構。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２に記載の２軸アク
   チュエーター機構において、粗動用アクチュエーター
   が、被制御物を直線的に移動させる移動機構を備えると
   ともに、微動用アクチュエーターの振動子の縦振動又は
   横振動によって被制御物の位置決め制御を行うようにし
   たことを特徴とする２軸アクチュエーター機構。