DE3234270A1

DE3234270A1 - Zweidimensionale aufhaengung

Info

Publication number: DE3234270A1
Application number: DE19823234270
Authority: DE
Inventors: Namio Hirakata Osaka Hirose; Shinichi Kyoto Tanaka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-09-17
Filing date: 1982-09-15
Publication date: 1983-04-07
Also published as: US4538882A; JPS6237265B2; GB2109148B; GB2109148A; JPS5850336A; FR2512905A1; DE3234270C2

Description

Zweidimensionale Aufhängung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine zweidimensionale Aufhängung für einen in einer Ebene bewegbaren Körper.

Eine zweidimensionale Aufhängung (im folgenden als 2D-Aufhängung bezeichnet) ist zweckmäßig für einen zweidimensional stellungsgesteuerten oder -geregelten bewegbaren Körper. Insbesondere bei einem Lesekopf für optisch gespeicherte Informationen muß der bewegbare Körper so aufgehängt werden, daß er unter der Spurführungs- und Fokussiersteuerung keine Drehschwingungen ausführt, da die optische Leistungsfähigkeit beeinträchtigt wird, wenn die optische Achse des bewegbaren Körpers unter derartigen Drehschwingungen kippt.

Es ist üblich, eine Parallelblattfederanordnung zum drehfreien Aufhängen eines bewegbaren Körpers zu verwenden. Diese Parallelblattfeder-Anordnung weist allgemein zwei gleichlange Blattfedern sowie zwei starre Wände auf, die die Enden der Blattfedern rechtwinklig zu- und beabstandet voneinander so festlegen, daß sie nicht in der gleichen Ebene liegen. Mit anderen Worten: In der Seitenansicht ist eine herkömmliche Parallelblattfeder-Anordnung rechteckig.

Eine der starren Wände ist an einem Fixblock, die andere am bewegbaren Körper befestigt. Die Parallelblattfeder-Anordnung hat für eine Bewegung in einer bestimmten Richtung eine hohe, für alle anderen aber eine geringe Nachgiebigkeit. Die Parallelblattfeder-Anordnung ist daher sinnvoll zum Aufhängen eines bewegbaren Körpers, der ohne Drehung sich auf einem Bogen bewegt. Bewegt ein bewegbarer Körper sich in einer Ebene, läßt der bewegbare Körper sich mit zwei herkömmlichen Parallelblattfeder-Anordnungen aufhängen, die in Reihe geschaltet sind.

Die oben erläuterte 2D-Aufhängung hat jedoch immer mindestens einen der folgenden Nachteile:

(i) Das die Parallelblattfedern verbindende Element ist so schwer, daß seine Resonanz die Bewegung des bewegbaren Körpers stört.

(ii) Die Verbindung der parallelen Blattfedern ist kompliziert.

(iii) Der bewegbare Körper bewegt sich auf einer gekrümmten Fläche, da der geometrische Ort der Bewegung der einzelnen Blattfedern ein Bogen ist.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine 2D-Aufhängung für einen bewegbaren Körper anzugeben, die brauchbar ist für eine Positionsstellanordnung insbesondere für den Lesekopf in einem optischen Informationsspeichersystem.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine 2D-Aufhängung für einen bewegbaren Körper anzugeben, die

hochstabil und ungestört von ihren Resonanzen arbeitet.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine 2D-Aufhängung für einen bewegbaren Körper anzugeben, die in der Lage ist, den bewegbaren Körper beidseitig symmetrisch zu haltern, so daß man eine hohe Stabilität erhält.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine 2D-Aufhängung für einen bewegbaren Körper anzugeben, die eine hohe Festigkeit, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Stabilität zeigt.

Eine 2D-Aufhängung nach der vorliegenden Erfindung besteht aus in Reihe geschalteten Rhombus-Parallelblattfeder-Anordnungen (im folgenden als RPLS bezeichnet). Eine derartige RPLS-Anordnung besteht jeweils aus mehreren beabstandeten Blattfedern sowie zwei starren Wänden, in denen die Blattfedern unter einem anderen als einem rechten Winkel festgelegt sind. Mit anderen Worten: In der Seitenansicht handelt es sich bei einer RPLS um einen Rhombus. Eine einzelne RPLS übt dabei die gleiche Funktion aus wie eine herkömmliche Prallelblattfeder-Anordnung. Mehrere RPLS lassen sich in Reihe schalten, indem man die starren Wände so anordnet, daß die Seitenflächen sämtlicher Blattfedern rechtwinklig zu einer gedachten Ebene liegen und die Fixierwinkel der Blattfedern der über eine Wand aneinandergrenzenden RPLS bezüglich der Ebene unterschiedlich sind, so daß sie nicht auf einer Geraden liegen. Da sämtliche Blattfedern der RPLS im rechten Winkel zur gedachten Ebene liegen, bewegt der geometrische Ort des bewegbaren Körpers sich in einer zur gedachten parallelen Ebene.

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Die 2D-Aufhängung nach der vorliegenden Erfindung besteht aus mindestens zwei in Reihe geschalteten RPLS. Bei höherer Anzahl der in Reihe geschalteten RPLS läßt die Ausdehnung der 2D-Aufhängung sich in einer Richtung verringern.

Die RPLS hat mindestens zwei Blattfedern. Bei zunehmender Anzahl der Blattfedern in der RPLS nimmt die Gesamtquerschnittsfläche der Blattfedern bei konstanter Nachgiebigkeit und Länge proportional zur Anzahl der Blattfedern zu. Es ist daher zweckmäßig, die Anzahl der Blattfedern zu erhöhen, um die Wärmeleitfähigkeit und Festigkeit der 2D-Aufhängung nach der vorliegenden Erfindung zu steigern.

Weiterhin kann die 2D-Aufhängung nach der vorliegenden Erfindung einen bewegbaren Körper beidseitig symmetrisch bezüglich seines Schwerpunkts ohne Störung der einen durch die andere Seite haltern, indem man die RPLS-Reihenschaltung beiderseits des bewegbaren Körpers so anordnet, daß die genannten gedachten Ebenen parallel zueinander liegen. Diese symmetrische 2D-Aufhängung ist wegen ihrer extrem guten Stabilität besonders zweckmäßig.

Wie oben kurz beschrieben, läßt sich nach der vorliegenden Erfindung eine 2D-Aufhängung erreichen, die besonders gut geeignet ist für eine Stellungsregelung.

Diese sowie weitere Ziele, Besonderheiten und Vorteile ergeben sich ausführlicher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsformen bzw. -beispielen der Erfindung unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung.

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naohqereiohtJ

Fig. 1A, 1B und 1C zeigen seitliche Schnittdarstellungen einer 2D-Aufhängung nach der vorliegenden Erfindung ohne externe Kraft, mit (in der Zeichnung) nach rechts gerichteter externer Kraft bzw. (in der Zeichnung) abwärts gerichteter . Kraft;

Fig. 2, 3, 4 und 5 zeigen Schnitte durch weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6A und 6B sind Draufsichten auf weitere Ausführungsformen der 2D-Aufhängung nach der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 7 zeigt eine Schrägprojektion einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Stellanordnung für den Lesekopf eines optischen Informationsspeichersystems.

Die Fig. 1A zeigt einen Seitenschnitt durch eine 2D-Aufhängung mit zwei Rhombus-Parallelblattfeder-Anordnungen (RPLS). Die erste RPLS besteht aus zwei Blattfedern 2a, 2b der gleichen Länge, einer starren Wand 4 und einem Fixblock 1, der als die andere starre Wand fungiert. Die zweite RPLS besteht aus den beiden Blattfedern 2c, 2d der gleichen Länge, der starren Wand 4 und einem bewegbaren Körper 3, der die andere starre Wand bildet. Der Fixblock 1 legt ein Ende jeweils der beiden Federn 2a, 2b unter dem gleichen Fixierwinkel O₁ fest; die starre Wand legt entsprechend das jeweils andere Ende der Blattfedern 2a, 2b fest. Die erste RPLS bildet dann einen Rhombus, wenn keine externe Kraft aufgebracht wird. Wirkt auf die erste RPLS eine externe Kraft, biegen die Blattfedern 2a, 2b

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analog zueinander aus, während die starre Wand 4 eine
translatorische Bewegung erfährt entsprechend einer herkömmlichen Blattfederanordnung. Der bewegbare Körper 3
wird dann in der in der Zeichnung mit X bezeichneten Richtung bewegt.

Andererseits legen der bewegbare Körper 3 und die starre Wand 4 entsprechend die Blattfedern 2c, 2d unter dem
gleichen Fixierwinkel ©2 fest. Wirkt auf die zweite RPLS eine externe Kraft, wird der bewegbare Körper 3 translatorisch in der in der Zeichnung mit Y bezeichneten Richtung bewegt, wie oben erläutert.

Die einzelnen RPLS bewegen den bewegbaren Körper nicht
auf einer Geradon, sondern auf einem Bogen. Trotz dieser Nichtlinearität der einzelnen RPLS wird der bewegbare
Körper dabei in einer Ebene verschoben, die parallel zur Zeichenebene liegt, da sämtliche Blattfedern 2a, 2b, 2c, 2d rechtwinklig zu einer gedachten Ebene verlaufen, die
parallel zur Zeichenebene liegt.

Die Fig. 1B und 1C zeigen jeweils den tatsächlichen Zustand der in Fig. 1A gezeigten 2D-Aufhängung, wenn auf diese eine externe Kraft wirkt. Die Fig. 1A zeigt den Fall, daß die Winkel Θ« und 0„ entgegengesetzte Vorzeichen haben. Wenn in diesem Fall eine externe Kraft F in der Waagerechten wirkt (Fig. 1B), biegen beide RPLS analog aus; wirkt die externe Kraft F in der Vertikalen (Fig. 1C), biegen die erste und die zweite RPLS gegeneinander durch.

S 7 ^ Λ 7 7 Π J-

^'^g j NACHQERBCHT

Die Nachgiebigkeit C der in Fig. 1A gezeigten 2D-Aufhängung gegenüber der externen Kraft F auf den bewegbaren Körper 3 wirkenden läßt sich ausdrücken zu

C_Q = C₁.cos²(O₀-G₁) + C₂.cos²(0_o-O₂) ... (1)

wobei C₁ und C₁ die Nachgiebigkeiten der ersten bzw. zweiten RPLS in der Richtung X bzw. Y, θ der Winkel externen Kraft F bezüglich des Normalvektors η auf der starren Wand 4 sind,
geht Gl. (1) über in

zweiten RPLS in der Richtung X bzw. Y, θ der Winkel der

ttc starren Wand 4 sind. Gilt C₁ = C„ = C sowie Θ. - θ_ = + "/2,

= C_r ... (2]

Die Beziehung (2) bedeutet, daß die Gesamt-Nachgiebigkeit der 2D-Aufhängung unabhängig von der Richtung in der zur gedachten parallelen Ebene ist, wenn die Nachgiebigkeit der ersten gleich der der zweiten RPLS und der Winkel zwischen einer Blattfeder der ersten RPLS und einer Blattfeder der zweiten RPLS ein rechter ist. Die Fig. 2 zeigt ein Beispiel der 2D-Aufhängung, die richtungsunabhängig ist, wie oben erläutert.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer 2D-Aufhängung mit vier RPLS, die über die starren Wände 4a> 4b, 4c in Reihe geschaltet sind. Diese 2D-Aufhängung läßt sich mit kleineren Bauhöhen ausführen als eine 2D-Aufhängung aus nur zwei RPLS. Da die Funktion dieser 2D-Aufhängung theoretisch gleich der der Fig. 1A ist, ist eine ausführlichere Beschreibung überflüssig.

323427Q , . -

j naohqer©cht|

_ 1 Λ _ ·—— -J

- 10 -

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer 2D-Aufhängung mit zwei RPLS, die jeweils vier Blattfedern 2 · aufweisen. Allgemein gilt für die Nachgiebigkeit C eines frei auskragenden Elements mit Rechteckquerschnitt:

C = 4 ?/(Ebh³)

wobei E der Elastizitätsmodul, die Länge, b die Querschnittsbreite und h die Querschnittshöhe sind. Da jede Blattfeder 2 der RPLS an beiden Seiten festliegt, ergibt sich die Nachgiebigkeit C der Blattfeder 2 in den RPLS zu

C = ³/(Ebh³)
und damit die Nachgiebigkeit C der RPLS zu

C = ³/(NEbh³) ... (3)

wobei N die Anzahl der Blattfedern in den RPLS ist. Die

1 /3 Gl. (3) zeigt, daß h umgekehrt proportional zu N ist, sofern C , E, . und b konstant bleiben. In diesem Fall ist also der gesamte Querschnitt der Blattfedern 2 pro-

2/3

portional zu N .Da die Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit einer RPLS proportional dem Gesamtquerschnitt sind, ist die in Fig. 4 gezeigte RPLS nützlich, wenn eine höhere Festigkeit verlangt ist oder wenn der bewegbare Körper eine Wärmequelle enthält, deren Wärme abgeführt werden muß.

Die Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer 2D-Aufhängung, die den bewegbaren Körper beidseitig symmetrisch haltern. Liegen die gedachten Ebenen der reihengeschalteten RPLS parallel zueinander, behindern diese sich gegenseitig nicht, da eine Reihe von RPLS den bewegbaren

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-Vl-

NAOHQEREICHTI

Körper in einer Ebene führt, die nicht gekrümmt ist. In diesem Fall liegt der Mittelpunkt der Haltekraft im Schwerpunkt, so daß zwischen der Haltekraft und der Trägheitskraft ein nur schwaches Drehmoment auftritt. Die 2D-Aufhängung in Fig. 5 kann also sehr stabil arbeiten.

Die Fig. 6A zeigt eine weitere Ausführungsform einer 2D-Aufhängung mit zwei RPLS. Beide RPLS weisen zwei Blattfedern auf (Fig. 6A). Diese Blattfedern überdecken einander nicht, wenn im rechten Winkel zu ihnen betrachtet. Die Fig. 6B zeigt eine Modifikation der Anordnung der Fig. 6A. In diesem Fall sind die Blattfedern 2b, 2d der Fig. 6A jeweils zu zwei Hälften unterteilt, die symmetrisch angeordnet sind. In diesen Fällen läßt die 2D-Aufhängung sich leicht mit einer zweiteiligen Metallform ausbilden. Wie ersichtlich, lassen sich anstelle der Blattfedern 2b, 2d auch die Blattfedern 2a, 2c in Fig. 6A aufteilen.

Auf diese Weise erhält man erfindungsgemäß eine 2D-Aufhängung für einen in einer Ebene bewegbaren Körper, die kaum eine mechanische Resonanz, eine hohe Festigkeit, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Stabilität zeigt. Insbesondere ist die 2D-Aufhängung nach der vorliegenden Erfindung brauchbar für einen Lesekopf für optisch gespeicherte Informationen, da die Spurnachführung im allgemeinen ein Stellelement erfordert, das den bewegbaren Körper 2-dimensional translatorisch mit nur schwacher Resonanz und hoher Stabilität bewegt.

Ein Beispiel für eine Stellanordnung in einem Lesekopf für optisch gespeicherte Informationen mit einer 2D-Auf-

hängung nach der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 7 gezeigt. Diese Stellanordnung bewegt eine Fokussierlinse 6, die einen Lese-Lichtpunkt auf der Informationsspur eines Informationsträgers ausbildet. Die Fokussierlinse 6 ist in einem Linsenhalter 5 gehaltert, an dem die Spurführungsspulen 7a, 7b und eine Fokussierspule 10 befestigt sind. Der bewegbare Körper besteht hier aus der Fokussierlinse 6, dem Linsenhalter 5, den Spurführungsspulen 7a, 7b und der Fokussierspule 10 und ist mit einer 2D-Aufhängung aus zwei Paaren von RPLS aufgehängt. Ein Paar RPLS besteht aus den Blattfedern 2a und den starren Wänden 4a, 4b, 4c, das andere Paar RPLS aus den Blattfedern 2b und den starren Wänden 4d, 4e, 4f. Die starren Wände 4a, 4d sind am Linsenhalter 5 befestigt, während die starren Wände 4c, 4f mit einem Fixblock (nicht gezeigt) gehaltert sind. Die Spurführungsspule 7a liegt im Luftspalt eines magnetischen Flußkreises aus den Magnetjochs 8a und den Magneten 9a, die andere Spurführungsspule 7b im Luftspalt des magnetischen Flußkreises mit den Magnetjochs 8b und den Magneten 9b. Die Spurführungsspulen 7a, 7b treiben den bewegbaren Körper mit Hilfe der magnetischen Flußkreise an. Die Fokussierspule 10 liegt im Luftspalt von zwei magnetischen Flußkreisen mit den Magnetjochs 11a, 1-1b und einem Magnet 12a, 12b, um den bewegbaren Körper in der Fokussierrichtung anzutreiben. Die 2D-Aufhängung in Fig. erlaubt, den bewegbaren Körper parallel zur Spurnachführ- und zur Fokussierrichtung zu bewegen; andere Bewegungen sind unterdrückt.

Da diese Stellanordnung rotationssymmetrisch um die optische Achse der Fokussierlinse aufgebaut ist, arbeitet sie extrem stabil. Die Stabilität der Stellanordnung läßt sich

3 2 3 k 2 7 Q j NACHGEREICHT

auch verbessern, wenn man sie mit ebener Symmetrie aufbaut; eine maximale Stabilität erhält man, wenn man sie sowohl rotations- als auch ebensymmetrisch aufbaut.

Claims

MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL COMPANY LTD.,

1006 Kadoma, Osaka, Japan

Patentansprüche

11 ./ Zweidimensionale Aufhängung aus einer Reihe von Rhombus-Parallelblattfeder-Anordnungen mit jeweils mehreren gleichlangen und beabstandeten Blattfedern, zwei starren Wänden zum Festlegen beider Enden der Blattfedern unter einem Fixierwinkel, der kein rechter Winkel und ungleich den anderen Fixierwinkeln in den anderen Rhombus-Parallelblattfedor-Anordnungen ist, wobei die Rhombus-Parallelblattfeder-Anordnungen in Reihe geschaltet sind, indem man die starren Wände so einfügt, daß die Seiten sämtlicher Blattfedern fast rechtwinklig zu einer gedachten Ebene liegen.-
2. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Rhombus-Parallelblattfeder-Anordnungen mit fast der gleichen Rückstellkraft bzw. Nachgiebigkeit in Reihe geschaltet sind und die Blattfedern der einen rechtwinklig zu denen der anderen Anordnung verlaufen.

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NACHGEREICHT
3. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Rhombus-Parallelblattfeder-Anordnungen in Reihe geschaltet sind und die Fixierwinkel der Blattfedern jeweils zweier aneinandergrenzender Anordnungen bezüglich der Normalen auf der starren Wand invers sind.
4. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rhombus-Parallelblattfeder-Anordnung mindestens drei
Blattfedern enthält.
5. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßrechtwinklig auf eine von ihnen gesehen die Blattfedern
einander nicht überdecken.
6. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reihengeschalteten Rhombus-Parallelblattfeder-Anordnungen einen bewegbaren Körper beidseitig symmetrisch zu dessen Schwerpunkt haltern.