JP2000357376A - ヘッドアクチュエータ機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、磁気ヘッドを粗動、微動させるために
は、粗動用と微動用の２種類のアクチュエータが必要で
あった。 【解決手段】 所定の交流電圧が印加される圧電体６
と、圧電体６の一方の面に貼り合わされている弾性体５
と接続している突起体１５と、突起体１５の運動と連動
する移動体１１と、移動体１１と接続している支持アー
ム２と、支持アーム２に設けられた磁気ヘッド３とを備
え、圧電体６に、その圧電体６面内の所定の点を実質上
中心とする円周方向に所定の定在波が形成されるように
電圧を印加し、突起体１５を介して、定在波の振動方向
に対して実質上垂直な面内において移動体１１回転運動
させ、磁気ヘッド３を移動体１１の回転運動とともに回
転させる。圧電体６に印加する交流電圧の振幅および／
または振動数のみを制御することによって、磁気ヘッド
３を粗動させることも微動させることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報記録媒体とし
てディスクを用いるハードディスク装置等のディスク装
置において、情報の記録再生を行うためのヘッドを移動
させるヘッドアクチュエータ機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報機器の精密化が進んでおり、
微小な距離の移動を制御することができるアクチュエー
タの需要が高まっている。例えば、光学系の焦点補正や
傾角制御、プリンタの印字装置、磁気ディスク装置のヘ
ッドの位置制御などにおいて、微小距離を移動制御する
ことができるアクチュエータが必要となっている。

【０００３】このような情報機器の中でも、磁気ディス
ク装置は、近年急激に市場拡大を遂げているマルチメデ
ィア機器のキーデバイスの１つである。マルチメディア
機器では、画像や音声等をより大量に、かつ高速に取り
扱うため、より記憶容量の多い装置の開発が望まれてい
る。そのような装置の一つとしての磁気ディスク装置の
大容量化は、一般に、ディスク１枚当たりの記憶容量を
増加させることで実現する。しかし、ディスクの直径を
変えずに磁気ディスク装置を高記録密度化するために
は、単位長さ当たりのトラックの数（ＴＰＩ）を大きく
する、つまり、トラックの幅を狭くすることが不可欠で
ある。このように記憶密度を急激に増加させるとトラッ
クピッチが急激に狭まるため、記録トラックに対する読
み書きを行うヘッド素子の位置決めを如何に正確に行う
かが技術的な問題となっており、位置決め精度の良いヘ
ッドアクチュエータが望まれている。

【０００４】従来、磁気ディスク装置においては、高精
度の位置決めを行うために、一般にキャリッジ等の可動
部の剛性を向上させ、面内方向の主共振点周波数を上げ
る試みがなされてきた。しかし、共振点の向上には限界
があり、仮に可動部の面内共振点を大幅に上げることが
できたとしても、可動部を支持する軸受けがばね特性を
示すことに起因する共振が発生してしまい、サーボ帯域
を高くすることが困難であった。

【０００５】これらの問題を解決する手段の１つとし
て、ヘッドアクチュエータのアームの先端にトラックフ
ォロー用の第２のアクチュエータを設けることが提案さ
れている。この第２のアクチュエータは、ヘッドアクチ
ュエータの動作とは独立に、アームの先端部に設けられ
たヘッドを微小移動させることができるものである。

【０００６】例えば、特開平３−６９０７２号公報に
は、図１９に示すように、ディスク装置２００のメイン
アクチュエータ２０１の他に、アーム２０２の先端に第
２のアクチュエータ２０３を設けたものが開示されてい
る。この第２のアクチュエータ２０３には、厚み方向に
変位する圧電素子を複数枚積層して構成される積層型の
圧電素子２０７がヘッド２０４の移動平面の中に２個設
けられており、それら２個の圧電素子２０７を使用する
ことによって、ヘッド２０４の移動平面の面内における
ヘッド２０４の微小な変位制御ができるようになってい
る。

【０００７】更に圧電素子２０７を説明すると、この第
２のアクチュエータ２０３では、積層型の圧電素子２０
７はアーム２０２の延長方向に２個配置されており、２
個の圧電素子２０７の間の部分には、図２０にその詳細
を示すように、揺動センタスプリング２０５が設けられ
ている。この揺動センタスプリング２０５は、センタア
ーム２０６の長手方向に対して垂直な方向にセンタアー
ム２０６の両側から内側に向かって複数本のスリット２
０８を交互に設けて構成される。この複数本のスリット
２０８により、センタアーム２０６はスプリングとして
機能し、積層型の圧電素子２０７を与圧すると、それに
ともなって伸縮動作を行う。なお、積層型の圧電素子２
０７とアーム２０２の間は絶縁材で電気的に絶縁されて
おり、また、図示していないが圧電素子２０７には電極
が設けられており、その電極からリード線が引出されて
これを介して積層型の圧電素子２０７に駆動電圧が与え
られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述のような構成のヘ
ッドの移動機構では、粗動用のロータリーアクチュエー
タと微動用の圧電アクチュエータの２種類のアクチュエ
ータが必要であること、さらに、これらの２つのアクチ
ュエータを同時に制御する必要があるという問題点があ
った。

【０００９】また、微動用の圧電アクチュエータを用い
るには、積層型の圧電素子２０７や、高精度に加工され
た与圧バネ機構（揺動センタスプリング２０５および複
数本のスリット２０８）や、圧電素子２０７に駆動電圧
を供与するためのリード線または線材等が必要になると
いう問題があった。また、圧電素子２０７の製造が困難
であるという問題もあった。

【００１０】そこで、本発明は、前記従来の問題点を解
消し、ヘッドの粗動および微動の両方を一体で行うヘッ
ドアクチュエータ機構を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、第１の本発明（請求項１に対応）は、所定の電圧
が印加される圧電基板と、前記圧電基板の一方の面の運
動と連動する移動体と、前記移動体と接続しているアー
ム部材と、前記アーム部材に設けられたヘッドとを備
え、前記移動体が、前記電圧の印加による前記圧電基板
の振動方向に対して実質上垂直な面内において回転運動
し、前記ヘッドが、前記移動体の回転運動面において、
またはその回転運動面と実質上平行な面において運動す
ることを特徴とするヘッドアクチュエータ機構である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００１３】（第１の実施の形態）先ず、本発明の第１
の実施の形態のヘッドアクチュエータ機構の構成を、動
作とともに図面を参照しながら説明する。

【００１４】図１に、本発明の第１の実施の形態の磁気
ディスク装置の平面図を示す。図１において、１はヘッ
ドアクチュエータ、２はサスペンションを含む支持アー
ム、３は磁気ヘッド、４は磁気記録ディスクである。支
持アーム２の先端に取り付けられた磁気ヘッド３は、支
持アーム２の他端に取り付けられたヘッドアクチュエー
タ１の回転運動によって、磁気記録ディスク４上を矢印
の方向に移動し、所定の位置に情報を書き込んだり、所
定の位置に記録されている情報を読み出したりする。

【００１５】次に図２に、本発明の第１の実施の形態の
ヘッドアクチュエータ機構の断面を示す。同図におい
て、１はヘッドアクチュエータ、２はサスペンションを
含む支持アーム、３は磁気ヘッド、５は弾性体、６は圧
電セラミックよりなる圧電体、７は弾性体５に圧電体６
を貼り合わせて構成された振動体、８は支持体、９は摩
擦材、１０は弾性体、１１は摩擦材９と弾性体１０より
なる移動体、１２は加圧バネ、１３はベアリング、１４
は止め輪、１５は振動体７の表面に形成された突起体で
ある。

【００１６】振動体７は、ステンレス鋼などで作られた
円板形の弾性体５の円板面の一方に、圧電体６として円
板形の圧電セラミックを貼合せて構成されている。図２
では、圧電体６および弾性体５は左右に分離して表示さ
れているが、圧電体６および弾性体５は、いずれも中央
部に孔を有する円板である。また、振動体７は中央部を
支持体８により保持されている。なお、図２には図示し
ていないが、圧電体６の両面には電極が設けられてい
る。その電極については後に説明する。

【００１７】耐摩耗性材料で作られた摩擦材９とステン
レス鋼などで作られた弾性体１０により構成された移動
体１１は、加圧バネ１２により、摩擦材９を介して振動
体７上の突起体１５に加圧接触されている。加圧バネ１
２は止め輪１４により設定加圧力を得るように、設定た
わみ量を与えられた状態で固定されている。なお、移動
体１１に損失なく回転運動を伝えるため、ベアリング１
３を配している。

【００１８】次に図３に、図２に示したヘッドアクチュ
エータ機構の圧電体６の、弾性体５と対向しない側の面
に設けられた電極、および圧電体６の分極の一例を説明
するための平面図を示す。電極は、図３の扇形状の各領
域６１〜６６に配置されている。また、各領域６１〜６
６に記入されている「＋」と「−」の記号は、圧電体６
の分極の方向を示しており、各領域６１〜６６の分極
は、いずれも圧電体６の厚さ方向であるが、「−」領域
６１、６３、６５の分極の向きと、「＋」領域６２、６
４、６６の分極の向きとは、互いに逆向きであることを
意味している。なお、本一例は、圧電体６の点６０を実
質上中心とする円について、径方向に節円を持たない振
動モード（以下、０次モードと呼ぶ）、周方向に３波の
定在波が励起されるように設計された例である。また、
図示していないが、圧電体６の弾性体５との対向面に
は、実質上一面に電極が配置されている。

【００１９】次に図４を用いて、振動体７の表面に形成
された突起体１５が配置されている位置を説明する。そ
の図４は、図３に、突起体１５が配置される位置を説明
するためのものを加えた図である。突起体１５は、弾性
体５の、圧電体６と対向していない側の面にあって、図
４の破線で表示されている２個の同心円内の１５ａ〜１
５ｌと記述されている斜線領域に対向する位置に設けら
れている。つまり、各突起体１５ａ〜１５ｌは、上述し
た定在波の各節から、その定在波の１／４波長より短い
所定の長さだけ離れた位置に設けられている。

【００２０】以上のように構成されたアクチュエータ機
構の圧電体６の両面に配置された電極に、（数１）で表
される電圧Ｖ₁を印加すれば、振動体７には（数２）で
表される曲げ振動の定在波が励起される。

【００２１】

【数１】

【００２２】

【数２】 図５に、振動体７上に定在波を励起した場合の突起体１
５の運動する様子を示す。なお、同図は、定在波の周方
向１波長分の断面を表している。具体的には、図４の１
５ａと１５ｂに対応する位置に設けられた突起体１５ａ
と１５ｂの運動を示す周断面を表している。図５には、
説明の便宜上、突起体１５ｇと１５ｈは表示していな
い。

【００２３】上述したように、突起体１５は、振動体７
上で、振動体７を構成する圧電体６の円周方向の電極境
界部より、１／４波長分未満の距離で円周方向にずれた
位置に形成されているので、振動体７に励振されたたわ
み振動により、突起体１５の先端部は図中の黒矢印で示
した往復運動をする。この突起体１５に移動体１１が加
圧接触されているため、移動体１１は、圧電体６の振動
方向に対して実質上垂直な面内において、一定の方向
（図５の白矢印の方向）に運動する。つまり図３および
４の反時計回りに回転する。さらに、この移動体１１に
は、先端に磁気ヘッド３が取り付けられた支持アーム２
が取り付けられているため、磁気ヘッド３を移動させる
ことができる。

【００２４】ここまでは、図５を用いて、移動体１１の
一方向への回転について説明したが、図６に示すよう
に、突起体１５ｇと１５ｈは、黒矢印で示した往復運動
をするので、図５の白矢印とは逆の方向、つまり図３お
よび４の時計回りにも回転する。したがって、移動体１
１と接続している支持アーム２に取り付けられた磁気ヘ
ッド３は、図１のヘッドアクチュエータ１を実質上中心
として、磁気記録ディスク４と平行な面上を時計回りに
も、反時計回りにも回転運動することになる。なお、図
６には、説明の便宜上、突起体１５ａと１５ｂは表示し
ていない。

【００２５】ただし、突起体１５ａ〜１５ｆに移動体１
１を回転させようとするときに、突起体１５ｇ〜１５ｌ
にその回転をさせないようにするための、また、突起体
１５ｇ〜１５ｌに移動体１１を回転させようとするとき
に、突起体１５ａ〜１５ｆにその回転をさせないように
するための制御を行う必要がある。いいかえると、突起
体１５ａ〜１５ｆを移動体１１に接触させようとすると
き、突起体１５ｇ〜１５ｌを移動体１１に接触させない
ようにするための、また、突起体１５ｇ〜１５ｌを移動
体１１に接触させようとするとき、突起体１５ａ〜１５
ｆを移動体１１に接触させないようにするための制御を
行う必要がある。例えば、図３の、「＋」領域６２、６
４、６６に配置されている電極と、「−」領域６１、６
３、６５に配置されている電極に印加する電圧の大きさ
を、移動体１１を回転させようとする方向に応じて変え
たり、また例えばあるタイミングに、「＋」領域６２、
６４、６６に電圧を印加するが、そのタイミングには
「−」領域６１、６３、６５に電圧を印加しないように
するなどの電圧印加を制御する。また例えば、全ての突
起体１５ａ〜１５ｌを圧電体で形成し、そのうちの突起
体１５ａ〜１５ｆを移動体１１と接触させたいときに、
それら突起体１５ａ〜１５ｆの長さを長くして移動体１
１と接触させ、他方突起体１５ｇ〜１５ｌが移動体１１
と接触しないように、突起体１５ｇ〜１５ｌの長さを短
くする電圧印加制御を各突起体１５ａ〜１５ｌに行い、
同様に、突起体１５ｇ〜１５ｌを移動体１１と接触させ
たいときに、それら突起体１５ｇ〜１５ｌの長さを長く
して移動体１１と接触させ、他方突起体１５ａ〜１５ｌ
が移動体１１と接触しないように、突起体１５ａ〜１５
ｌの長さを短くする電圧印加制御を各突起体１５ａ〜１
５ｌに行う。

【００２６】上述した構成において、振動体７が移動体
１１を回転方向に押し出す押し出し量の最小値は、振動
体７や移動体１１の加工における表面粗さの仕上限界
や、移動体１１に用いている摩擦材９の弾性変形を考慮
すると、一般的に０．０１μｍ程度である。つまり、ヘ
ッドアクチュエータ１の最小回転角は０．００００４６
度となる。本構成では、ヘッドアクチュエータ１に支持
アーム２を取り付けているが、この支持アーム２の長さ
を４０ｍｍと仮定すると、支持アーム２先端に取り付け
た磁気ヘッド３の最小移動量は０．０３μｍ程度とな
り、非常に小さい分解能を持ったアクチュエータ機構を
実現することができる。

【００２７】また、本アクチュエータ機構は、連続的に
振動体７上に振動を励振することにより、２〜３０００
ｒｐｍの回転数も実現することができるため、１ｍｓで
８．３〜１２．４ｍｍ磁気ヘッド３を移動させるアクチ
ュエータとしても機能させることができる。

【００２８】以上のことより、微動、粗動を同時にこな
す高性能アクチュエータ機構を実現することができる。

【００２９】加えて、従来の圧電体を用いたアクチュエ
ータでは、磁気ヘッド３を移動させる方向のアクチュエ
ータの共振周波数が制御周波数を律束していたが、本発
明の第１の実施の形態のアクチュエータ機構では、磁気
ヘッド３を移動させる方向にアクチュエータの共振振動
が存在しないため、アクチュエータ機構の制御周波数を
律束するのは、支持アーム部２の共振周波数のみとな
り、本実施の形態のアクチュエータ機構は、高速シーク
を可能とする機能を有するものといえる。

【００３０】さらに、図１に示した磁気ヘッド３を、移
動体１１や圧電体６よりも鉛直上方に位置するように配
置した場合、つまり磁気記録ディスク４面を地表面と垂
直にするように設置した場合、支持アーム２および磁気
ヘッド３の重量により大きな回転モーメントが発生す
る。その場合、図１に示した第１の実施の形態のアクチ
ュエータ機構では、支持アーム２および磁気ヘッド３が
重力の影響を受けることによって発生する回転モーメン
トを考慮して、移動体１１を回転させるように対応する
必要がある。

【００３１】そこで、図７に示すように、支持アーム２
および磁気ヘッド３が重力の影響を受けることによって
発生する回転モーメントを抑制するためのバランサ１６
を、ヘッドアクチュエータ１の回転の実質上中心に対し
て、支持アーム２および磁気ヘッド３の合成重心と対称
な位置に配することにより、重量による回転モーメント
を著しく小さくすることができ、小さい起動トルク、保
持トルクしか有しないヘッドアクチュエータ１でも磁気
ヘッド３を移動することができる。また、これによっ
て、移動体１１を振動体７上に形成した突起体１５に加
圧接触させる加圧力を小さくすることができるため、突
起体１５の先端や移動体１１の摩擦材の摩耗も小さく押
さえられ、寿命を大きく延ばすことが可能である利点も
ある。

【００３２】なお、上述した第１の実施の形態では、図
３を用いて説明したように、振動体７に形成する波が径
方向に０次モードの波である場合について説明したが、
径方向に０次にこだわる必要はない。また、周方向も３
波にこだわる必要もない。

【００３３】また、上述した第１の実施の形態では、図
３の圧電体６の、「＋」の領域と「−」の領域では分極
の向きは逆向きであるとしたが、同じ向きであるとして
もよい。その場合、「＋」の領域に印加する交流電圧の
位相を、「−」の領域に印加する交流電圧の位相より１
８０度遅らせるまたは進ませる必要がある。そのように
しても、振動体７に定在波が発生する。要するに、圧電
体６には、その圧電体６の点６０を実質上中心とする円
周方向に所定の定在波が形成されるように電圧を印加
し、振動体７の円周方向に定在波を発生させさえすれば
よい。

【００３４】さらに、上述した第１の実施の形態では、
図４を用いて突起体１５の設置位置を説明したが、突起
体１５の設置位置は、図４を用いて説明した位置に限定
されない。また、突起体１５の個数や、形状や、材質も
限定されない。要するに、突起体１５は、振動体７に励
起される定在波に連動して移動体１１を回転させるもの
でありさえすればよい。

【００３５】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態のヘッドアクチュエータ機構の構成を、動
作とともに図面を参照しながら説明する。

【００３６】図８に、本発明の第２の実施の形態のヘッ
ドアクチュエータ機構の断面を示す。同図において、５
は弾性体、６は圧電セラミックよりなる圧電体、７は弾
性体５に圧電体６を貼り合わせて構成された振動体、８
は支持体、９は摩擦材、１０は弾性体、１１は摩擦材９
と弾性体１０よりなる移動体、１２は加圧バネ、１３は
ベアリング、１４は止め輪、１５は振動体７の表面に形
成された突起体である。なお、本発明の第２の実施の形
態のヘッドアクチュエータ機構の構成は、本発明の第１
の実施の形態のヘッドアクチュエータ機構の構成と同様
であるが、圧電体６の動作およびその動作の影響を受け
る部分の動作が第１の実施の形態で説明したものとは異
なる。

【００３７】振動体７は、ステンレス鋼などで作られた
円板形の弾性体５の円板面の一方に、圧電体６として円
板形の圧電セラミックを貼合せて構成されている。な
お、圧電体６および弾性体５は、いずれも中央部に孔を
有する円板である。また、振動体７は中央部を支持体８
により保持されている。また、図示していないが、圧電
体６の両面には電極が設けられている。

【００３８】耐摩耗性材料で作られた摩擦材９とステン
レス鋼などで作られた弾性体１０により構成された移動
体１１は、加圧バネ１２により、摩擦材９を介して振動
体７上に形成された突起体１５に加圧接触されている。
加圧バネ１２は止め輪１４により設定加圧力を得るよう
に、設定たわみ量を与えられた状態で固定されている。
なお、移動体１１に損失なく回転運動を伝えるため、ベ
アリング１３を配している。

【００３９】次に図９に、図８に示したヘッドアクチュ
エータ機構の圧電体６の、弾性体５と対向しない側の面
に設けられた電極、および圧電体６の分極の一例を説明
するための平面図を示す。電極は、図９の扇形状の各領
域９１〜１０２に配置されている。また、各領域９１〜
１０２に記入されている「＋」と「−」の記号は、図３
を用いて説明したものと同じ意味を有する記号である。
つまり圧電体６の領域９１〜１０２はそれぞれ、「＋」
の領域と「−」の領域の分極が圧電体６の厚さ方向に逆
向きになっている領域である。なお、同図は、圧電体６
の点９０を実質上中心とする円について、径方向に０
次、周方向に３次の弾性波が励起されるように設計され
た例を示す図であって、同図において、白地で表した電
極群Ａと、ハッチングを施した電極群Ｂとは円周方向に
１／４波長相当分位置ずれして配置されている。また、
図示していないが、圧電体６の弾性体５との対向面に
は、実質上一面に電極が配置されている。

【００４０】また、振動体７の表面に形成された突起体
１５は、弾性体５の、圧電体６と対向していない側の面
であって、図９の「＋」または「−」の記号が付されて
いる場所に対向する位置に設けられている。

【００４１】以上のように構成されたアクチュエータ機
構の圧電体６の、電極群Ａに（数１）で表される電圧Ｖ
₁を印加し、電極群Ｂに（数３）で表される電圧Ｖ₂を印
加すれば、振動体７には（数４）で表される円周方向に
進行する曲げ振動の進行波が励起される。

【００４２】

【数１】

【００４３】

【数３】

【００４４】

【数４】 図１０に、振動体７上に励起された進行波により移動体
１１が摩擦力を介して駆動されて運動する様子を示す。

【００４５】曲げ振動の進行波により振動体７の任意の
表面のＣ点は、長軸２ｗ、短軸２ｕの楕円運動をする。
この振動体７の上に加圧して設置された移動体１１が楕
円の頂点近傍で接触することにより、移動体１１は、波
の進行方向とは逆の方向にω×ｕの速度で回転運動す
る。この楕円運動の長軸短軸比は振動体７の厚さと突起
体１５の高さで制御することができるため、突起体１５
を高くすることにより、移動体１１の移動速度を向上さ
せることができる。さらに、この移動体１１には、先端
に磁気ヘッド３が取り付けられた支持アーム２が取り付
けられているため、磁気ヘッド３を移動させることがで
きる。

【００４６】なお、移動体１１の回転方向を反転させる
には、振動体７に形成される進行波の進行方向を反転さ
せるように、圧電体６の各部分に電圧を印加すればよ
い。

【００４７】上述したように、本実施の形態では、第１
の実施の形態と同じ効果が得られるのに加えて、振動体
７上に進行波を励振しているため、移動体１１の回転を
スムーズにすることができる。したがって、磁気ヘッド
３の移動をよりスムーズにすることができ、より高性能
なヘッドアクチュエータ機構を提供することができる。

【００４８】さらに、第１の実施の形態と同様にバラン
サを配することによっても、第１の実施の形態と同様の
効果、つまり磁気記録ディスク４面が鉛直方向となるよ
うな場合であっても、支持アーム２および磁気ヘッド３
が重力の影響を受けることによって発生する回転モーメ
ントを抑制することができる。

【００４９】また、この実施の形態では、振動体７に形
成する波が径方向に０次モードの進行波である場合につ
いて説明したが、径方向に０次モードにこだわる必要は
ない。また、周方向も３波にこだわる必要ないことも同
様である。要するに、圧電体６には、その圧電体６の点
９０を実質上中心とする円周方向に所定の進行波が形成
されるように電圧を印加し、振動体７の円周方向に進行
波を発生させさえすればよい。

【００５０】また、上述した第２の実施の形態では、振
動体７に設けた突起体１５によって移動体１１を回転さ
せるとしたが、振動体７と移動体１１との間隔を適切な
間隔にすれば、突起体１５を設ける必要はない。なぜな
ら、振動体７に進行波が励起された場合、振動体７の全
ての点がタイミングを異ならせて同様な楕円運動をし、
振動体７の全ての点を周期的に移動体１１と接触させる
ことができるからである。

【００５１】さらに、上述した第２の実施の形態では、
振動体７の表面に形成された突起体１５は、弾性体５
の、圧電体６と対向していない側の面であって、図９の
「＋」または「−」の記号が付されている場所に対向す
る位置に設けられているとしたが、突起体１５の設置位
置は、図９を用いて説明した位置に限定されない。ま
た、突起体１５の個数や、形状や、材質も限定されな
い。要するに、突起体１５は、振動体７に励起される進
行波に連動して移動体１１を回転させるものでありさえ
すればよい。

【００５２】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態のヘッドアクチュエータ機構の構成を、動
作とともに図面を参照しながら説明する。

【００５３】図１１に、本発明の第３の実施の形態のヘ
ッドアクチュエータ機構の断面を示す。同図において、
５は弾性体、６は圧電セラミックよりなる圧電体、７は
弾性体５に圧電体６を貼り合わせて構成された振動体、
８は支持体、９は摩擦材、１０は弾性体、１１は摩擦材
９と弾性体１０よりなる移動体、１２は加圧バネ、１３
はベアリング、１４は止め輪、１５は振動体７に表面に
形成された突起体である。なお、本発明の第３の実施の
形態のヘッドアクチュエータ機構の構成は、本発明の第
１または第２の実施の形態のヘッドアクチュエータ機構
の構成と同様であるが、圧電体６の動作およびその動作
の影響を受ける部分の動作が第１または第２の実施の形
態で説明したものとは異なる。

【００５４】振動体７は、ステンレス鋼などで作られた
円板形の弾性体５の円板面の一方に、圧電体６として円
板形の圧電セラミックを貼合せて構成されている。な
お、圧電体６および弾性体５は、いずれも中央部に孔を
有する円板である。また、振動体７は中央部を支持体８
により保持されている。また、図示していないが、圧電
体６の両面には電極が設けられている。

【００５５】耐摩耗性材料で作られた摩擦材９とステン
レス鋼などで作られた弾性体１０により構成された移動
体１１は、加圧バネ１２により、摩擦材９を介して振動
体７上に形成された突起体１５に加圧接触されている。
加圧バネ１２は止め輪１４により設定加圧力を得るよう
に、設定たわみ量を与えられた状態で固定されている。
なお、移動体１１に損失なく回転運動を伝えるため、ベ
アリング１３を配している。

【００５６】次に図１２に、図１１に示したヘッドアク
チュエータ機構の圧電体６の、弾性体５と対向しない側
の面に設けられた電極、および圧電体６の分極の一例を
説明するための平面図を示す。電極は、図１２の扇形状
の各領域１２１〜１３２に配置されている。第２の実施
の形態とは異なり、本実施の形態では、電極は圧電体６
の実質上全面を覆うようには設けられておらず、圧電体
６には、電極が配置されていない外周無電極部５０が設
けられている。つまり、外周無電極部５０には電圧は実
質上印加されない。また、各領域１２１〜１３２に記入
されている「＋」と「−」の記号は、図３や９を用いて
説明したものと同じ意味を有する記号である。つまり圧
電体６の領域１２１〜１３２はそれぞれ、「＋」の領域
と「−」の領域の分極が圧電体６の厚さ方向に逆向きに
なっている領域である。なお、同図は、圧電体６の点１
２０を実質上中心とする円について、径方向に１つの節
円を持つ振動モード（以下、１次モードと呼ぶ）、周方
向に３次の弾性波が励起されるように設計された例を示
す図であって、同図において、白地で表した電極群Ａ
と、ハッチングを施した電極群Ｂとは円周方向に１／４
波長相当分位置ずれして配置されている。また、図示し
ていないが、圧電体６の弾性体５との対向面には、実質
上一面に電極が配置されている。

【００５７】また、振動体７の表面に形成された突起体
１５は、弾性体５の、圧電体６と対向していない側の面
であって、図１２の「＋」または「−」の記号が付され
ている場所に対向する位置に設けられている。

【００５８】以上のように構成されたアクチュエータ機
構の圧電体６ので電極群ＡおよびＢに、第２の実施の形
態と同様に電圧を印加すれば、振動体７には円周方向に
進行波が励起される。このように、図１１のアクチュエ
ータ機構においても、第２の実施の形態と同様の動作原
理によって磁気ヘッド３を移動させる。ところで、本ア
クチュエータ機構では、支持体８が振動体７の中央部の
みを支持していることにより、０次モードを励起するこ
とが可能である。さらに、振動体７を構成している圧電
体６は、半径方向に１次モードが励振されやすい電極構
成となっている。つまり、半径方向０次モードと１次モ
ードの両モードを励振できる構成となっている。それ
は、振動体７が中央部のみで支持されていることと、電
極が外周無電極部５０に設けられていないことに起因す
る。

【００５９】第１、２の実施の形態のアクチュエータ機
構では、駆動効率を向上させるために、最も励振されや
すい振動モードの共振周波数で振動体７を駆動すること
になる。ところが、最も励振されやすい振動モードの共
振はＱm（機械品質係数）が大きいため、駆動信号をＯ
ＦＦにした際の高調波成分により、振動体７が共振状態
になってしまう現象があった。これにより、駆動信号を
ＯＦＦにした際に、移動体１１の応答に大きな遅れが発
生し、高分解能化には大きな妨げとなっていた。

【００６０】そこで、本実施の形態では、２つの共振モ
ードを励振出来る構成とし、それらの共振モードのう
ち、Ｑmの小さい振動モードを微動用に、もう一方の振
動モードを粗動用に利用するものである。

【００６１】図１３に、２つの振動モードを同時に励振
する振動体７の振動特性の一例を示す。同図は、直径が
２５ｍｍの弾性体５に直径が２０ｍｍの圧電体６を貼り
合わせて、振動体７を形成し、支持体８で中央部を支持
した場合の共振特性である。ここには、４つの共振が観
察されるが、周波数１４ｋＨｚの共振が０次モードの共
振で、周波数５５．３ｋＨｚの共振が１次モードの共振
であり、同時に励振されている。なお、それら以外の２
つの共振は、移動体１１を回転させるためには不要な振
動（不要共振）である。

【００６２】この構成により、第１、第２の実施の形態
のアクチュエータ機構の分解能をより向上させた特性を
実現することができる。

【００６３】なお、定在波を振動体７に起こす場合は、
第１の実施の形態例と同様の効果が得られ、進行波を振
動体７に起こす場合は、第２の実施の形態例と同様の効
果が得られることは言うまでもない。つまり、振動体７
に定在波を励起する場合も、振動体７を中央部のみで支
持し、図３のように圧電体６の実質上全面に電極を配置
するのではなく、圧電体６に、電極が配置されない外周
無電極部を設けることによって高分解能化することがで
きる。

【００６４】ここでは、Ｑmの大きさから判断して０次
モードを微動用として、１次モードを粗動用として利用
する場合について説明したが、振動体７上に０次モード
をメイン振動として励振できるように、振動体７と圧電
体６、そしてその支持方法を適切に選択することによっ
て、０次モードを粗動用に、１次モードを微動用に使用
しても同様の効果を得ることができることは言うまでも
ない。

【００６５】なお、上述した第３の実施の形態では、圧
電体６の一方の面おいて、領域１２１〜１３２に電極を
配置し、その面に外周無電極部５０を設けるとしたが、
圧電体６の一方の面には、図９に示すように、電極が実
質上配置されない領域を設けず、圧電体６の他方の面の
外周部に電極が配置されない領域を設けてもよい。また
は圧電体６の両面の外周部に、電極を配置しない領域を
設けてもよい。または、図１２に示す外周無電極部５０
の分だけ圧電体６を小さくしてもよい。要するに、圧電
体６への電極の配置の仕方や、圧電体６の大きさや、圧
電体６への電圧印加の方法を適宜調整することによっ
て、振動体７の半径方向に、０次モードと１次モードの
２種類のモード、もしくは３種類以上のモードを励起さ
せさえすればよい。

【００６６】また、第１の実施の形態と同様にバランサ
を配することによっても、第１の実施の形態と同様の効
果、つまり磁気記録ディスク４面が鉛直方向となるよう
な場合であっても、支持アーム２および磁気ヘッド３が
重力の影響を受けることによって発生する回転モーメン
トを抑制することができる。

【００６７】また、上述した第３の実施の形態では、振
動体７に形成する波が径方向に０次と１次モードの進行
波である場合について説明したが、径方向に０次と１次
モードにこだわる必要はない。また、周方向も３波にこ
だわる必要ないことも同様である。要するに、圧電体６
には、振動体７の円周方向に所定の２種類以上の進行波
が形成されるように電圧を印加しさえすればよい。

【００６８】また、上述した第３の実施の形態では、振
動体７に設けた突起体１５によって移動体１１を回転さ
せるとしたが、振動体７と移動体１１との間隔を適切な
間隔にすれば、突起体１５を設ける必要はない。なぜな
ら、振動体７に進行波が励起された場合、振動体７の全
ての点がタイミングを異ならせて同様な楕円運動をし、
振動体７の全ての点を周期的に移動体１１と接触させる
ことができるからである。

【００６９】さらに、上述した第３の実施の形態では、
振動体７の表面に形成された突起体１５は、弾性体５
の、圧電体６と対向していない側の面であって、図１２
の「＋」または「−」の記号が付されている場所に対向
する位置に設けられているとしたが、突起体１５の設置
位置は、図１２を用いて説明した位置に限定されない。
また、突起体１５の個数や、形状や、材質も限定されな
い。要するに、突起体１５は、移動体１１を回転させる
ものでありさえすればよい。

【００７０】（第４の実施の形態）以下、本発明の第４
の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

【００７１】図１４は、本発明の第４の実施の形態の駆
動方法を第１〜３の実施の形態のアクチュエータに適用
した際の駆動回路ブロック図である。

【００７２】同図において、１はヘッドアクチュエー
タ、１７は発信器、１８は９０度の移相器、１９ａと１
９ｂは電力増幅器、２０は演算器、２１は発振制御器で
ある。

【００７３】発信器１７によって基準周波数の信号を発
生させ、基準周波数信号を分岐し、一方を９０度の移相
器１８に入力する。そして、これらの２つの信号をそれ
ぞれ電力増幅器１９ａ、１９ｂに入力し駆動電圧まで増
幅して、アクチュエータ１の２つの電極に印加する。さ
らに、磁気記録ディスク上の信号を磁気ヘッドで検出し
ながら、現在のヘッド位置と目標位置の誤差を演算器２
０で計算し、その差分を発振制御器２１にフィードバッ
クし、発振器１７の周波数を変動させる構成となってい
る。

【００７４】図１５は、第１、２の実施の形態のアクチ
ュエータ機構に本実施の形態の駆動方法を適用した駆動
信号の概略図である。Ｆ点より、以前では粗動が行われ
ている。そして、磁気ヘッドからえられる情報を演算器
２０で演算した結果、目標位置が近づいたことが分か
り、駆動信号が微動用に切り替わっている。なお、この
周波数の切り替えは発振制御器２１によって行われてい
る。そして、磁気ヘッドが目標位置に達すると駆動信号
の印加が終了される。

【００７５】また、第３の実施の形態についての駆動信
号の概略図も図１６に示す。第１、２の実施の形態で
は、粗動周波数＜微動周波数であったが、第３の実施の
形態では、粗動周波数＞微動周波数となっている点が異
なっているだけである。

【００７６】本構成では、粗動と微動の変更を周波数の
変更のみで実現することができる。この駆動方法は、ア
クチュエータに高電圧を印加することが困難な状況では
有効な手段である。

【００７７】また、増幅器のゲインを小さくする事がで
きるため、低グレードの増幅器や回路素子の使用も可能
となり駆動回路の低コスト化の効果も発揮することがで
きる。また、アクチュエータの伝達効率をさらに向上さ
せる事により、増幅器なしでも駆動が可能となり、さら
に低コスト化の効果を期待することができる。

【００７８】（第５の実施の形態）以下、本発明の第５
の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

【００７９】図１７は、本発明の第５の実施の形態の駆
動方法を第１〜３の実施の形態のアクチュエータに適用
した際の駆動回路ブロック図である。

【００８０】同図において、１はヘッドアクチュエー
タ、１７は発信器、１８は９０度の移相器、１９ａと１
９ｂは電力増幅器、２０は演算器、２１は発振制御器で
ある。

【００８１】発信器１７によって基準周波数の信号を発
生させ、基準周波数信号を分岐し、一方を９０度の移相
器１８に入力する。そして、これらの２つの信号をそれ
ぞれ電力増幅器１９ａ、１９ｂに入力し駆動電圧まで増
幅して、アクチュエータ１の２つの電極に印加する。さ
らに、磁気記録ディスク上の信号を磁気ヘッドで検出し
ながら、現在のヘッド位置と目標位置の誤差を演算器２
０で計算し、その差分を発振制御器２１にフィードバッ
クし、発振器１７の周波数を変動させる。さらに、その
差分よりアンプのゲインを変更し、駆動周波と同時に駆
動電圧も変更する構成となっている。

【００８２】図１８には、第３の実施の形態のアクチュ
エータに本実施の形態の駆動方法を適用した駆動信号の
概略図である。Ｈ点より、以前では粗動が行われてい
る。そして、磁気ヘッドからえられる情報を演算器２０
で演算した結果、目標位置が近づいたことが分かり、駆
動信号が微動用に切り替り、同時に駆動電圧も変化して
いる。なお、この周波数の切り替えは発振制御器２１に
よって行われている。そして、磁気ヘッドが目標位置に
達すると駆動信号の印加が終了される。

【００８３】第４の実施の形態の駆動方法では、一定電
圧で駆動していたため、ヘッド移動に時間がかかる課題
があったが、本実施の形態では、駆動電圧を変化させる
ことにより、振動体上に振動の励振時間を短くしたり、
粗動スピードをより向上したりすることが可能となり、
ヘッド駆動に要する時間を著しく小さくすることができ
き、ヘッドを高速で移動させるヘッドアクチュエータ機
構を提供することができる。

【００８４】なお、第４の実施の形態と同様に、第１、
２の実施の形態に本実施の形態の駆動方法を適用して
も、微動と粗動の周波数関係が変わるだけで同様の効果
があることは言うまでもない。

【００８５】以上説明したように、振動体７上にたわみ
振動を励振し、それを移動体１１に伝達する構成の微
動、粗動を両立した高性能アクチュエータ機構を提供す
ることができ、これにより、磁気記録ディスク装置の高
密度化と低コスト化を実現することができる。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、ヘッドの粗動および微動の両方を一体で
行うヘッドアクチュエータ機構を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の磁気ディスク装置
の平面図

【図２】本発明の第１の実施の形態のヘッドアクチュエ
ータ機構の断面図

【図３】本発明の第１の実施の形態のヘッドアクチュエ
ータ機構の圧電体６の、弾性体５と対向しない側の面に
設けられた電極、および圧電体６の分極の一例を説明す
るための平面図

【図４】本発明の第１の実施の形態のヘッドアクチュエ
ータ機構の振動体７の表面に形成された突起体１５が配
置されている位置を説明するための図

【図５】本発明の第１の実施の形態における振動体７上
に定在波を励起した場合の突起体１５の運動する様子を
示す図

【図６】図５とは別の、本発明の第１の実施の形態にお
ける振動体７上に定在波を励起した場合の突起体１５の
運動する様子を示す図

【図７】図１の本発明の第１の実施の形態の磁気ディス
ク装置の応用構造を示す平面図

【図８】本発明の第２の実施の形態のヘッドアクチュエ
ータ機構の断面図

【図９】本発明の第２の実施の形態のヘッドアクチュエ
ータ機構の圧電体６の、弾性体５と対向しない側の面に
設けられた電極、および圧電体６の分極の一例を説明す
るための平面図

【図１０】本発明の第２の実施の形態における振動体７
上に励起された進行波により移動体１１が摩擦力を介し
て駆動されて運動する様子を示す図

【図１１】本発明の第３の実施の形態のヘッドアクチュ
エータ機構の断面図

【図１２】本発明の第３の実施の形態のヘッドアクチュ
エータ機構の圧電体６の、弾性体５と対向しない側の面
に設けられた電極、および圧電体６の分極の一例を説明
するための平面図

【図１３】本発明の第３の実施の形態のヘッドアクチュ
エータ機構の振動体７の振動特性の一例を示す図

【図１４】本発明の第４の実施の形態の駆動方法を説明
するための駆動回路ブロック図

【図１５】第４の実施の形態の駆動方法を第１、２の実
施の形態のアクチュエータ機構に適用した駆動信号の概
略図

【図１６】第４の実施の形態の駆動方法を第３の実施の
形態のアクチュエータ機構に適用した駆動信号の概略図

【図１７】本発明の第５の実施の形態の駆動方法を説明
するための駆動回路ブロック図

【図１８】第５の実施の形態の駆動方法を第３の実施の
形態のアクチュエータ機構に適用した駆動信号の概略図

【図１９】微動用の第２のアクチュエータを備えた従来
のヘッドアクチュエータの平面図

【図２０】図１９の微動用の第２のアクチュエータの拡
大図

【符号の説明】 １ ヘッドアクチュエータ ２ サスペンションを含む支持アーム ３ 磁気ヘッド ４ 磁気記録ディスク ５ 弾性体 ６ 圧電体 ７ 振動体 ８ 支持体 ９ 摩擦材 １０ 弾性体 １１ 移動体 １２ 加圧バネ １３ ベアリング １４ 止め輪 １５ 突起体 １６ バランサ １７ 発信器 １８ ９０度の移相器 １９ａ、１９ｂ 電力増幅器 ２０ 演算器 ２１ 発振制御器

フロントページの続き (72)発明者 川▲さき▼ 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5D096 NN03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の電圧が印加される圧電基板と、前
   記圧電基板の一方の面の運動と連動する移動体と、前記
   移動体と接続しているアーム部材と、前記アーム部材に
   設けられたヘッドとを備え、 前記移動体は、前記電圧の印加による前記圧電基板の振
   動方向に対して実質上垂直な面内において回転運動し、 前記ヘッドは、前記移動体の回転運動面において、また
   はその回転運動面と実質上平行な面において運動するこ
   とを特徴とするヘッドアクチュエータ機構。
2. 【請求項２】 前記圧電基板の前記一方の面と接続して
   いる突起体を備え、 前記移動体は前記突起体の運動と連動し、 前記圧電基板には、その圧電基板面内の所定の点を実質
   上中心とする円周方向に所定の定在波が形成されるよう
   に、電圧が印加されることを特徴とする請求項１記載の
   ヘッドアクチュエータ機構。
3. 【請求項３】 前記圧電基板には、その圧電基板面内の
   所定の点を実質上中心とする円周方向に所定の進行波が
   形成されるように、電圧が印加されることを特徴とする
   請求項１記載のヘッドアクチュエータ機構。
4. 【請求項４】 前記圧電基板には、前記実質上中心とす
   る円周の半径方向に周波数の異なる２以上の振動波が形
   成されるように、電圧が印加されることを特徴とする請
   求項２または３記載のヘッドアクチュエータ機構。
5. 【請求項５】 前記圧電基板が印加される電圧は交流電
   圧であって、その交流電圧の周波数および／または振幅
   は、時間の経過とともに変化することを特徴とする請求
   項１から４のいずれかに記載のヘッドアクチュエータ機
   構。
6. 【請求項６】 前記ヘッドは、前記圧電基板の設置位置
   より鉛直上方に設置され、 前記ヘッドが重力の影響を受けることによって発生する
   回転モーメントを抑制するバランサを備えたことを特徴
   とする請求項１から５のいずれかに記載のヘッドアクチ
   ュエータ機構。