JPH0589484A

JPH0589484A - 光学素子の駆動装置

Info

Publication number: JPH0589484A
Application number: JP27488691A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Suzuki; 昭廣鈴木
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1993-04-09
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: JP2761989B2

Abstract

(57)【要約】【目的】光磁気ディスク装置などにおいて、圧電素子
などにより対物レンズを十分な変位量にて安定して駆動
できるようにする。【構成】固定部材２１に設けられた積層型圧電素子３
１の駆動力により、入力可動部２３は入力側支点２４を
中心として回動し、さらに入力可動部２３は連結体２９
を介して出力アーム２７を駆動する。出力アーム２７は
出力側支点２８を中心として回動し、各部のテコ比によ
り対物レンズ３６が大きな変位量にて駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光磁気ディスク装置など
の光学装置において対物レンズなどの光学素子を駆動で
きるようにした光学素子の駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光磁気ディスク装置などに設けられる光
学ヘッドは、記録媒体に対向する対物レンズが、板ばね
などの弾性部材に支持され、コイルとマグネットとによ
る磁気駆動機構により、対物レンズがフォーカス補正方
向へ駆動されるようになっている。さらに光ディスク装
置では光学ヘッド自体がリニアモータなどの駆動機構に
より記録媒体に沿うトラッキング方向へ駆動されるよう
になっている。この種の光学装置においては、まず高速
アクセス動作の必要性からリニアモータなどにより駆動
される光学ヘッドの軽量化が必要である。また光学ヘッ
ド内においては外乱による対物レンズの無駄な動作や副
共振の発生を防止するために、対物レンズを支持してい
る板ばねなどの弾性部材の剛性を高くすることが必要で
ある。さらにフォーカス補正動作を安定して実現するた
めには前記磁気駆動機構による対物レンズの駆動力を高
めることが必要である。

【０００３】しかしながら、上記のそれぞれの必要条件
は、互いに相反する要素をもっており、例えば光学ヘッ
ドを軽量化して高速アクセスを実現できるようにマグネ
ットおよびコイルの重量を減少させると、対物レンズに
対して適正な駆動力を発揮できなくなる。逆に対物レン
ズに対する駆動力を増大させるためにコイルとマグネッ
トの重量を大きくすると、光学ヘッドの重量が増加す
る。さらに大きな駆動力により対物レンズを駆動するた
めには、対物レンズを保持しているレンズホルダの剛性
を高めなくてはならなくなり、さらに光学ヘッドの重量
が増加する。また光学ヘッドの重量を大きくすることな
く、対物レンズに対する駆動力を大きくするためには、
コイルとマグネットの重量を大きくせずに対物レンズを
支持している板ばねなどの弾性部材の剛性を下げればよ
いが、この場合には外乱が対物レンズに影響を与えるこ
とになり、さらに副共振も生じやすくなる。

【０００４】そこで、光学ヘッド自体の重量を増大させ
ることなく、対物レンズに対してフォーカス方向の十分
な駆動力をあたえるものとして、圧電素子を使用した駆
動装置（アクチュエータ）が種々考えられている。

【０００５】図８（Ａ）（Ｂ）に示すものはバイモルフ
型の圧電素子を使用したものである。対物レンズ１を支
持している板ばね２は固定部５に対し片持ち状態に支持
されており、板ばね２の表裏両面にバイモルフ型の圧電
素子３と４が接着されている。この各圧電素子３と４の
曲げ変形（図８の左右方向の伸縮変形）により対物レン
ズ１が図示上下方向ヘ駆動され、これにより対物レンズ
１から集光されてディスクに送られる光のフォーカス補
正が行われる。

【０００６】次に図９は積層型圧電素子を使用した駆動
装置（アクチュエータ）を示している。この装置では、
樹脂などにより形成されたホルダ６に積層型圧電素子７
が保持されている。ホルダ６と一体に形成された１段ア
ーム８はヒンジ８ａを支点とし、駆動点８ｂを介して前
記圧電素子７により駆動される。さらに２段アーム９は
ヒンジ９ａを支点とし連結点９ｂを介して前記１段アー
ム８により駆動される。そして２段アーム９とこれと平
行なアーム１０とにより、対物レンズ１１が平行リンク
駆動される。圧電素子７の変位量は１段アーム８のテコ
比と２段アーム９によるテコ比とにより拡大されて、対
物レンズ１１が光軸方向へ駆動され、これによりフォー
カス補正動作が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記図８に示したバイ
モルフ型の圧電素子３と４を使用した駆動装置では、圧
電素子による変位量をある程度大きくできるが、圧電素
子により発生される駆動力が小さいため、板ばね２の剛
性を小さくしなくてはならない。そのため、フォーカス
補正駆動の際の板ばね２の振動特性に問題が生じ、また
外乱による対物レンズ１の振動が生じやすく、さらに板
ばね２が正規の変形方向以外に変形する副共振が生じや
すくなる。また振動特性を向上させるために、振動モー
ド抑制用の別の圧電素子を設ける構造も提案されている
が、各圧電素子の駆動制御が非常に複雑になる。

【０００８】次に図９に示す積層型の圧電素子７を使用
した駆動装置では、圧電素子の発生駆動力は大きいが、
変位量が非常に小さい。そのため、１段アーム８や２段
アーム９を使用してそのテコ比により変位量を拡大する
ことが必要になる。しかしながら、実際の機器では、各
アーム８ならびに９の連結ヒンジ（８ａ，８ｂ，９ａ，
９ｂなど）を小さく形成するには限界があり装置全体が
大型化する。また各アーム８ならびに９などの剛性を高
くすることが必要であるため、さらに大型化して重量も
大きなものとなる。そして剛性の高いアームを剛性の高
いヒンジを介して駆動するために、圧電素子７を大型の
ものにしなくてはならなくなり、さらに大型で重量の大
きなものとなってしまう。

【０００９】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、小型化でき且つ十分な変位拡大機能を有する光学
素子の駆動装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による光学素子の
駆動装置は、固定部材に出力側支点を介して支持された
出力アームと、この出力アームの先部に支持された光学
素子と、前記出力支点を挟んで光学素子支持側と逆の位
置にて固定部に設けられた入力側支点と、固定部材と重
なった位置に設けられ且つ前記入力側支点により固定部
材に支持された入力可動部と、前記出力側支点よりも光
学素子側にて前記入力可動部と出力アームとを連結する
連結支点と、固定部材に支持されて前記入力可動部に対
し入力側支点を中心とするモーメントを与える駆動素子
とが設けられていることを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】上記手段では、固定部材に入力可動部が重ねら
れた状態で、且つ固定部から出力アームが伸びた形状で
あり、２段構成により小型な構造となっている。固定部
材に設けられた駆動素子の駆動力により入力可動部には
入力側支点を中心とするモーメントが作用し、このモー
メントによる変位量はテコ比により拡大されて連結支点
に作用する。出力アームには前記連結支点における集中
荷重及び曲げモーメントにより曲げ力が与えられ、出力
アームは出力側支点を中心として駆動される。そして出
力アーム自体のテコ比により対物レンズなどの光学素子
は大きな変位量にて駆動される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明による光学素子の駆動装置を示す側面
図、図２はその動作モードを説明するための機能説明
図、図３は駆動装置の上部側からの斜視図、図４は駆動
装置の下部側からの斜視図である。図１ならびに図３と
図４に示す駆動装置は、光ディスク装置の光ヘッドにお
いて対物レンズをフォーカス補正駆動するために使用さ
れる。符号２１は固定部材である。この固定部材２１は
図１に示すように、ヘッドシャーシ２０に固定される。
このヘッドシャーシ２０はリニアモータなどの駆動機構
により、光ディスクの記録面に沿ってトラッキング方向
へ駆動されるようになっている。固定部材２１の前端に
は連結部材２２が固定されている。符号２３は入力可動
部である。この入力可動部２３は、ブロック部２３ａ
と、このブロック部２３ａから一体に延びるアーム２３
ｂとから構成されている。

【００１３】上記入力可動部２３は固定部材２１と別体
のものである。固定部材２１と連結部材２２ならびに入
力可動部２３は、金属、樹脂、セラミックなどにより制
作されるが、それぞれの部材は剛性をある程度高くする
ことが好ましく、また特に軽量であることが望ましい。
よって前記材料のうちセラミック材を使用するのが最適
である。

【００１４】固定部材２１と入力可動部２３とは、固定
部材２１の後端（図１における下部左端）にて２枚の板
ばね２４，２４により連結されている。この２枚の板ば
ね２４，２４が入力可動部２３の動作支点（入力側支
点）となっている。図４に示すように、２枚の板ばね２
４，２４のそれぞれは、固定部材２１の両側部下面に対
し押え板とねじとによる固定機構２５，２５により固定
されている。同様に２枚の板ばね２４，２４のそれぞれ
は、入力可動部２３のブロック部２３ａの底面におい
て、押え板とねじとによる固定機構２６，２６により固
定されている。

【００１５】固定部材２１の上部前端には出力アーム２
７が連結されている。この出力アーム２７は、他の部材
と同様に、金属、樹脂またはセラミック材などにより形
成されている。図３に示すように、固定部材２１と出力
アーム２７とは、２枚の板ばね２８，２８により連結さ
れている。この２枚の板ばね２８，２８が出力アーム２
７の動作支点（出力側支点）となっている。この２枚の
板ばね２８，２８の一端は、固定部材２１の上面に接着
されており、且つ板ばね２８，２８の他端は出力アーム
２７の上面に接着されている。

【００１６】入力可動部２３のアーム２３ｂの前端面２
３ｃは傾斜面になっており、この傾斜面に板ばねなどか
らなる連結体２９が接着されている。この連結体２９の
先端２９ａは出力アーム２７の上面に連結されている。
すなわち連結体２９の先端２９ａは、出力アーム２７の
上面に接着剤により固着され、あるいは連結体２９の先
端２９ａは折り曲げられ、この折り曲げ片が出力アーム
２７の上面に接着固定されている。この連結体２９の先
端と出力アーム２７との連結部が連結支点となってい
る。

【００１７】図１に示すように、入力可動部２３のアー
ム２３ｂの前端面２３ｃはこのアーム２３ｂの右端面２
３ｄの面、すなわちアーム２３ｂの上面に垂直な面に対
しθの角度を有している。このθの角度は出力アーム先
端の拡大変位出力が最大になるように適宜設定される。
望ましくはθの角度は５０度〜７０度が最適である。

【００１８】固定部材２１には駆動素子として積層型圧
電素子３１が収納されている。この積層型圧電素子３１
の一端３１ａは連結部材２２の内面に接着などにより固
着されている。すなわち、固定部材２１の前端に固定さ
れた連結部材２２は、前記積層型圧電素子３１を支持す
る部材として機能している。図４に示すように、積層型
圧電素子３１の他端にはホルダ３２が設けられ、ホルダ
３２の先端に駆動体３３が設けられている。この駆動体
３３は板ばねなどであり、その先端は入力可動部２３の
ブロック部２３ａの内面に接着またはねじ止めなどによ
り固着されている。

【００１９】図１に示すように、ディスクに対向する対
物レンズ３６が保持されたレンズホルダ３５は前記出力
アーム２７の先端に支持される。実際の装置では、図１
にて破線で示すように、出力アーム２７と平行なアーム
３７が設けられ、このアーム３７が板ばね３８により固
定部材２１に支持される。そしてレンズホルダ３５は板
ばねあるいはヒンジ３９，４０を介して出力アーム２７
ならびにアーム３７に連結される。この平行リンク構成
により、対物レンズ３６は光軸Ｏ方向へ平行駆動され
る。

【００２０】次に上記構成の光学素子の駆動装置の動作
について説明する。上記の駆動装置では、積層型圧電素
子３１の図１，図２の左右方向の伸縮動作により入力可
動部２３が駆動され、さらに入力可動部２３により出力
アーム２７が駆動される。図２は上記の駆動動作を説明
するためのものであるが、ここでは圧電素子３１が伸び
た場合について説明する。図２において積層型圧電素子
３１の伸びにより入力可動部２３に対し図示左方向の駆
動力Ｆが与えられると、この駆動力の作用点と入力側支
点となる板ばね２４の支持部との距離をＬ１とした場合
に、入力可動部２３にはモーメントＭ（＝Ｆ×Ｌ１）が
作用する。このモーメントＭにより連結体２９ならびに
その先端の連結支点を介して出力アーム２７に集中荷重
による駆動力が作用する。前記板ばね２４による支持部
からこの駆動力Ｆ１が作用する位置への長さはＬ２であ
り、Ｌ１とＬ２の長さ比により駆動力Ｆよりも小さい駆
動力Ｆ１が作用するが、逆に変位量は｛（Ｌ２／Ｌ１）
・δ｝に拡大される。ただしδは圧電素子３１の変位量
である。

【００２１】連結体２９の先端２９ａと出力アーム２７
との連結支点には、Ｆ１のθによる分力（Ｆ１・ｃｏｓ
θ）が作用する。また出力アーム２７に与えられる駆動
変位量は｛（Ｌ２／Ｌ１）・δ・ｃｏｓθ｝である。Ｆ
１・ｃｏｓθの集中荷重により、出力アーム２７は出力
側支点である板ばね２８の支持部を中心に駆動される。
この駆動変位量は出力側支点から作用点までの距離Ｌ３
と、出力側支点から対物レンズ３６の光軸Ｏまでの距離
Ｌ４との比により決まり、対物レンズ３６の光軸方向へ
の変位量は｛（Ｌ２／Ｌ１）・δ・ｃｏｓθ・（Ｌ４／
Ｌ３）｝に拡大される。

【００２２】ここで前記各支点を、回転可能なものと
し、また入力可動部２３や出力アーム２７を剛体とし、
さらに入力可動部２３の回転中心まわりのモーメントを
一定と仮定して、出力アーム２７に加えられる分力ｆ
（＝Ｆ１・ｃｏｓθ）をθの関数ｆ（θ）として求める
と図６における（ａ）のようになる。また、前記板ばね
２４による支持部から駆動力Ｆ１が作用する位置への長
さＬ２はθによって変化するので、このＬ２をθの関数
Ｌ２（θ）として求めると、図６における（ｂ）のよう
になる。

【００２３】図２に示す駆動装置を不静定組み合わせは
りとみなし、連結体２９の傾斜角θに対して、駆動力Ｆ
の入力可動部２３に対する作用点の変位に対する出力ア
ーム２７の先端の変位の比を図７（ａ）に、駆動力Ｆの
入力可動部２３の作用点におけるばね定数、すなわち駆
動力ＦをそのＦによる作用点の変位量で割った値を図７
（ｂ）に、積層型圧電素子３１に一定電圧を印加したと
きに得られる出力荷重、出力変位、出力アーム２７の先
端の変位をそれぞれ図７の（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）
に示す。

【００２４】以上の結果から、本発明による駆動装置で
は、θが０〜９０度の範囲で最大変位量が得られ、さら
に望ましくは３０〜７５度、よりさらに望ましくは５０
〜７０度の範囲で設定されるのが望ましい。このよう
に、本駆動装置において、連結体２９の傾斜角度は、大
きな変位を得る上で、重要な役割を果たしている。なお
積層型圧電素子３１が収縮したときの動作も上記と同じ
である。

【００２５】上記の動作において、圧電素子３１による
駆動力Ｆは、板ばね２４に対して平行に作用し、入力可
動部２３に対してモーメントＭを与えている。よってこ
の板ばね２４は剛性が高くても入力可動部２３の動作を
許容できる。よってこの板ばね２４による支持部による
副共振などは生じにくい。一方出力アーム２７は板ばね
２８により支持され、前記集中荷重（Ｆ１・ｃｏｓθ）
は板ばね２８と垂直方向に作用しているため、この板ば
ね２８の剛性は板ばね２４よりも弱く設定するのが好ま
しい。

【００２６】また板ばね２４と２８はそれぞれ２枚使用
して幅方向に間隔を配置されているため、入力可動部２
３と出力アーム２７のそれぞれのねじり剛性や板ばねの
幅方向の剛性が高くなっているので、この点でも副共振
が生じにくくなっている。また入力可動部２３が固定部
材２１と重なる位置に設けられているので、図１の左右
方向の寸法が小さくなっている。さらに重量が固定部材
２１側に集中しているため、例えば固定部材２１を図１
の上下方向の軸を中心として回転させ、アーム回動によ
るトラッキング補正動作などを行わせる際に、回転によ
る慣性力を小さくできる。また共通の固定部材２１に対
して入力可動部２３と出力アーム２７とが支持されてい
るため、対物レンズ３６の支持系の剛性が高くなってお
り、外乱による振動ノイズが対物レンズに影響を与えに
くくまた副共振も生じにくい構造となっている。

【００２７】図５は本発明の他の実施例を示している。
この実施例では、固定部材２１、入力可動部２３、入力
側支点２４、出力アーム２７、出力側支点２８、連結体
２９、圧電素子３１のホルダ３２ならびに駆動体３３が
全て同一材料により一体に形成されている。これらは例
えば樹脂材料により一体に成型されるが、ヒンジ部以外
の高い剛性を必要とする部分には、金属やセラミックの
剛体を埋設しあるいは接着などすることが好ましい。こ
の実施例では、全体を一体成型できるので、製造コスト
の低減を図ることができる。なお図５に示す駆動装置に
より対物レンズの補正駆動装置を構成する場合には、図
１にて３７で示したアームやレンズホルダ３５を一体に
設けることが必要である。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、固定部材
と入力可動部とが重ねられた構成であるため、全体とし
て小型化と薄型化が可能である。また駆動素子の変位量
は入力可動部の連結点などのテコ比により拡大され、対
物レンズなどを十分な変位量にて駆動することが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学素子の駆動装置の実施例を示
す側面図、

【図２】図１に示す駆動装置の動作を説明するための動
作機能図、

【図３】図１の駆動装置を上方から見た斜視図、

【図４】図１の駆動装置を下方から見た斜視図、

【図５】本発明の他の実施例による駆動装置の上方斜視
図、

【図６】連結体の角度θの変動に対する、出力アームに
作用する力の分力ｆならびにＬ２の変化を示す線図、

【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）はそれぞれ駆
動装置の動作機能を説明する線図、

【図８】（Ａ）（Ｂ）は従来のバイモルフ型圧電素子を
使用した駆動装置の側面図、

【図９】従来の積層型圧電素子を使用した駆動装置の側
面図、

【符号の説明】

２０ヘッドシャーシ２１固定部２３入力可動部２４板ばね、入力側支点２７出力アーム２８板ばね、出力側支点２９連結体、連結支点３１積層型圧電素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定部材に出力側支点を介して支持され
た出力アームと、この出力アームの先部に支持された光
学素子と、前記出力支点を挟んで光学素子支持側と逆の
位置にて固定部に設けられた入力側支点と、固定部材と
重なった位置に設けられ且つ前記入力側支点により固定
部材に支持された入力可動部と、前記出力側支点よりも
光学素子側にて前記入力可動部と出力アームとを連結す
る連結支点と、固定部材に支持されて前記入力可動部に
対し入力側支点を中心とするモーメントを与える駆動素
子とが設けられていることを特徴とする光学素子の駆動
装置。