JP4627818B2 - ヘッドアクチュエータ及び記録再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円盤状記録媒体に情報の記録及び／又は再生を行うヘッドを搭載し、上記ヘッドを上記円盤状記録媒体の径方向に移動させて、目標位置に位置決めするためのヘッドアクチュエータ及びこのヘッドアクチュエータを備えた記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円盤状記録媒体に情報の記録及び／又は再生を行う磁気ディスク装置や光ディスク装置は、小型化とともに高記録密度化が進められている。例えば、記録媒体であるディスクのトラック密度と記録密度を高めることにより、高記録密度化した大記憶容量のハードディスク装置が提供されている。
【０００３】
高記録密度化した大記憶容量のハードディスク装置では、ディスク上のアクセス対象である目標トラック位置に、ヘッドを高精度に位置決めする必要がある。
【０００４】
一般に、慣性モーメントＪの可動体が振幅Ａ、周波数ｆで正弦波状の運動
Ａ・ｓｉｎ（２πｆｔ）
を行っていると、その変位の時間に対する２次微分で与えられる角加速度の振幅は、
Ａ・（２πｆ）2
となり、さらに、角加速度と慣性モーメントの積で与えられる慣性力の振幅は、
Ｊ・Ａ・（２πｆ）2
となる。
【０００５】
したがって、慣性モーメントＪの可動体を運動させるために必要な駆動力Ｔは、
Ｔ∝慣性モーメント（Ｊ）
Ｔ∝振幅（Ａ）
Ｔ∝運動周波数（ｆ）の２乗
である。したがって、駆動力を一定にすると、可動体の振れる量（振幅）は運動周波数の２乗に反比例して小さくなる。
【０００６】
このような力学的性質から、慣性モーメントを持つ物体を運動させ、その位置を制御する系では、位置決め誤差は周波数が高くなるに従い、概ね周波数の２乗に比例して大きくなり、制御性能が劣化するといえる。
【０００７】
ヘッドの位置決め制御系のサーボ制御帯域を拡大するためには、ヘッド／トラック間相対オフセット量を許容サーボ残留誤差値内に収めるように、そのサーボループゲインを上げる必要がある。しかし、従来の一段のアクチュエータでは、その駆動電力を上げるしか方法はない。アクチュエータの駆動電力は、与えられた振動周波数に追従するためには、以下の理由により、その周波数の４乗に比例する値が必要になることがわかっている。
【０００８】
すなわち、駆動力Ｔと駆動電流ｉの関係は、
Ｋｔ・ｉ＝Ｔ＝Ｊ・Ａ・（２πｆ）2 ・・・（１）
で与えられる。ここで、Ｋｔはトルク定数である。
【０００９】
一方、駆動電力Ｐは、駆動電流ｉの２乗に比例するので、
Ｐ∝ｉ2＝（（Ｊ／Ｋｔ）・Ａ・（２πｆ）2）2 ・・・（２）
であるから、比例式で示すと、
Ｐ∝ｉ2∝ｆ4 ・・・（３）
となる。すなわち、駆動電力Ｐは運動周波数の４乗に比例する。
【００１０】
したがって、例えばヘッド／トラック間相対位置ずれ(TMR:Track Misregistration) を固定して、ディスクの回転数を２倍にした場合、ディスク上のトラックに付随した振動が全体的に高い方に２倍にシフトするので、アクチュエータの駆動電力はもとのディスク回転数の場合に対して４乗すなわち、１６倍になる。
【００１１】
ここで、アクチュエータのサイズが小さくなるほど慣性モーメントＪが小さくなるので、トルク定数と慣性モーメントとの比Ｋｔ／Ｊが大きくなることに着目すると、アクチュエータを粗動／微動の２段に分割し、微動駆動機構に関しては慣性モーメントができるだけ小さくなる構造をとることで、それに応じてＫｔ／Ｊを大きくすることができる。例えば、現状の１段のアクチュエータを粗動駆動機構として用いて、微動駆動機構のＫｔ／Ｊを粗動駆動機構の仮に３６倍にすると、制御できる最大周波数と駆動電力は、それぞれ次のようになる。
【００１２】
すなわち、制御帯域については、（１）式から
（Ｋｔ／Ｊ）・ｉ＝Ａ・（２πｆ）2
であるから、駆動電流ｉと振幅Ａを一定とすると
ｆ2∝Ｋｔ／Ｊ
となり、
ｆ∝√（Ｋｔ／Ｊ）
となる。したがって、微動駆動機構で制御できる最大周波数ｆ（fine）は、
ｆ（fine）＝ｆ（coarse）・√３６＝ｆ（coarse）・６
であって、粗動駆動機構で制御できる最大周波数ｆ（coarse）の６倍となる。
【００１３】
また、駆動電力については、（２）式から
Ｐ∝（（Ｊ／Ｋｔ）・Ａ・（２πｆ）2）2
であるから、振幅Ａと周波数をｆを一定とすると
Ｐ∝（Ｊ／Ｋｔ）2
となる。したがって、微動駆動機構に必要な駆動電力Ｐ（fine）は、
Ｐ（fine）＝Ｐ（coarse）・（１／３６）2＝Ｐ（coarse）・（１／１２９６）
であって、粗動駆動機構に必要な駆動電力Ｐ（coarse）の１２９６分の１となる。
【００１４】
また、トラックフォローモードの精度を向上させる上でもっとも難しい問題は、トラックフォローイングしている際にロータリーアクチュエータの角速度が非常に小さいという点である。角速度が非常に小さい場合、軸受けと玉軸との間で生じる摩擦力はころがり出し角変位程度の微小変位幅においては、一般的には、ころがり摩擦力と変位曲線がヒステリシスループを描くことがわかっている。このヒステリシスは温度や湿度に依存して不規則に変化する性質があり、摩擦力の非線形性により変位予想が極めて難しく微小変位になればなるほど位置決め制御が難しくなる。このように、従来の一段式アクチュエータの場合、上述した軸受けに絡む非線形性が高トラック密度化の阻害要因となる。
【００１５】
ハードディスク装置では、従来のボイスコイルモータ（ＶＣＭ）と協調して磁気ヘッドを高速、高トラック密度に追従させるために、粗動用ＶＣＭと微動用圧電素子（ＰＺＴ）を組み合わせた方式、粗動／微動ともにＶＣＭを用いたピギーバック方式、スライダを微動用圧電素子（ＰＺＴ）や静電アクチュエータで駆動する方式などの各種方式の２段サーボ用マイクロアクチュエータが提案されている。
【００１６】
２段サーボ用マイクロアクチュエータは、サスペンションの根元に取り付けてヘッド全体を駆動するタイプ、スライダを駆動するタイプ、ヘッド素子を駆動するタイプの３タイプに大別される。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようにヘッドを高精度に位置決めするための２段サーボ用マイクロアクチュエータでは、各種タイプのものにおいて、次のような問題点があった。
【００１８】
すなわち、サスペンションの根元に取り付けてヘッド全体を駆動するタイプものでは、サスペンションの質量及び振動特性によりサーボ帯域の広域化が困難である。
【００１９】
スライダを駆動するタイプのものでは、スライダの質量により、加速度（駆動力）で制限されるサーボ帯域がヘッド素子に比べると狭くなる。
【００２０】
ヘッド素子を駆動するタイプのものでは、アクチュエータの形成とヘッド素子の製作工程が一体化するため工程が複雑多岐になる。
【００２１】
従って、マイクロアクチュエータは、構造的には、スライダを駆動するタイプで、駆動する可動部がスライダより小型軽量でより小さい力で動かせるもので、かつ、ヘッド素子を駆動するタイプのもののように作成プロセスが複雑でなくバッチプロセスに適した構成が望ましい。
【００２２】
一方、光ディスク装置においては以前からトラッキング用２段アクチュエータが採用されているが、光ピックアップは磁気ディスクに比べてかなり大きく、光ピックアップのフォーカッシングはすべて電磁駆動で制御されており、磁気ヘッドのように浮上型ではない。通常、光ディスク装置は、１個の光ピックアップのみで構成されている。ハードディスク装置のように、複数ヘッド／複数ディスクを組み入れた構成の光ディスク装置を構成するためには、磁気ヘッド並に小型で軽量の光学ピックアップが必要となる。
【００２３】
そこで、本発明の目的は、スライダを駆動するタイプで、駆動する可動部がスライダより小型軽量でより小さい力で動かすことができ、かつ、ヘッド素子を駆動するタイプのもののように作成プロセスが複雑でなくバッチプロセスに適した構成のヘッドアクチュエータ及びこのヘッドアクチュエータを用いた記録再生装置を提供することにある。
【００２４】
また、本発明の他の目的は、小型軽量でフォーカスサーボを必要としない浮上型の光ディスク記録再生用のヘッドアクチュエータ及びこのヘッドアクチュエータを用いた記録再生装置を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円盤状記録媒体に情報の記録及び／又は再生を行うヘッドを搭載し、上記ヘッドを上記円盤状記録媒体の径方向に移動させて、目標位置に位置決めするためのヘッドアクチュエータであって、上記円盤状記録媒体に対向する媒体対向面が形成された基体部と、上記ヘッドが上記円盤状記録媒体に対向する状態に設けられた上記基体部より軽量なヘッド部と、上記円盤状記録媒体との対向面と平行な平面上に配置され互いに平行な２本のビームと、上記ヘッド部に接続する可動部、及び、上記基体部に接続される固定部とを備えるヘッドスライダが、上記円盤状記録媒体の径方向に移動可能な移動体に搭載され、上記２本のビームは、上記基体部の空気流出側に上記ヘッド部を連結する連結部として、一端が上記基体部に固定されるとともに、他端が上記ヘッド部を片持ち梁構造により支持しており、上記２本のビームを形成している電気機械変換素子は、供給される駆動信号に応じて長軸方向に一方が伸張、他方が収縮駆動され、上記ヘッドを上記円盤状記録媒体に対してトラッキング方向に微少移動させることを特徴とする。
【００２６】
本発明に係るヘッドアクチュエータは、上記ヘッドとして、例えば、光記録再生ヘッド、近接場光記録再生ヘッドあるいは磁気記録再生ヘッドを備える。
【００２７】
また、本発明に係るヘッドアクチュエータは、例えば、上記光記録再生ヘッドあるいは近接場光記録再生ヘッドにレーザ光を誘導するミラーを上記ヘッド部に設けることができる。
【００２８】
また、本発明に係るヘッドアクチュエータは、例えば、上記ヘッドとして光記録再生ヘッドと磁気記録再生ヘッドが一体形成されているものを備える。
【００３３】
また、本発明に係るヘッドアクチュエータは、例えば、上記基体部及びヘッド部に空気潤滑面が形成される。
【００３４】
さらに、本発明に係るヘッドアクチュエータにおいて、上記電気機械変換素子は、例えば圧電素子であり、駆動信号が供給されることで上記ヘッドを上記円盤状記録媒体に対してトラッキング方向にストローク移動させる。
【００３５】
また、本発明は、ヘッドを円盤状記録媒体の径方向に移動させて情報の記録及び／又は再生を行う記録再生装置であって、上記円盤状記録媒体に対向する媒体対向面が形成された基体部と、上記ヘッドが上記円盤状記録媒体に対向する状態に設けられた上記基体部より軽量なヘッド部と、上記円盤状記録媒体との対向面と平行な平面上に配置され互いに平行な２本のビームと、上記ヘッド部に接続する可動部、及び、上記基体部に接続される固定部とを備えるヘッドスライダが、上記円盤状記録媒体の径方向に移動可能な移動体に搭載され、上記２本のビームは、上記基体部の空気流出側に上記ヘッド部を連結する連結部として、端が上記基体部に固定されるとともに、他端が上記ヘッド部を片持ち梁構造により支持しており、上記２本のビームを形成している電気機械変換素子は、供給される駆動信号に応じて長軸方向に一方が伸張、他方が収縮駆動され、上記ヘッドを上記円盤状記録媒体に対してトラッキング方向に微少移動させて目標位置に位置決めするヘッドアクチュエータを備えることを特徴とする。
【００３６】
本発明に係る記録再生装置において、上記電気機械変換素子は、例えば圧電素子であり、上記制御手段は当該圧電素子に駆動信号を供給して上記ヘッドを上記円盤状記録媒体に対してトラッキング方向にストローク移動させる。
【００３７】
本発明に係る記録再生装置は、例えば、上記ヘッドとして光記録再生ヘッドと磁気記録再生ヘッドが一体形成されており、磁気ディスクと光ディスクを選択的に用いて情報の記録及び／又は再生を行う。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３９】
本発明は、例えば図１に示すような構成の光ディスク記録／再生装置１０に適用される。
【００４０】
この光ディスク記録／再生装置１０は、光ディスク１の径方向にヘッドアクチュエータ２によりヘッドスライダ２１を移動させて情報の記録及び／又は再生を行うもので、上記光ディスク１を回転駆動するためのスピンドルモータ３やモータ駆動回路４、上記ヘッドアクチュエータ２を駆動制御するための粗動用ＶＣＭ駆動回路５、微動用ＰＺＴ駆動回路６やアクチュエータ制御部７や位置検出回路８、ディスクコントローラ９等を備えている。
【００４１】
上記ヘッドアクチュエータ２は、上記ヘッドスライダ２１が先端に設けられた支持バネ２２と、この支持バネ２２を上記光ディスク１と平行に回転駆動することにより、上記ヘッドスライダ２１を光ディスク１の径方向に移動させるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２３を備え、このＶＣＭ２３が上記粗動用ＶＣＭ駆動回路５によって駆動されるようになっている。
【００４２】
上記ヘッドスライダ２１は、その要部を拡大した平面図、側面図及び底面図を図２、図３及び図４に示してあるように、上記支持バネ２２の先端に、薄板状支持片２４からなるジンバル支持機構を介して支持された基体部２５と、光記録再生ヘッド３０が設けられたヘッド部２６と、上記基体部２５とヘッド部２６を連結する連結部２７を備えている。
【００４３】
上記基体部２５は、光ディスクとの対向面に、光ディスクが高速回転駆動されることによりディスク表面に生じる空気流の方向に沿って、２条のＡＢＳレール２５Ａが形成されている。各ＡＢＳレール２５Ａには、光ディスクとの対向面に例えば鏡面加工等が施された空気潤滑面２５Ｂが形成されているとともに、上記空気流の上流側の端部に段部２５Ｃが形成されている。
【００４４】
このような構造の基体部２５は、光ディスク１が高速回転駆動されることによりディスク表面に生じる空気流が、上記ディスク表面との対向面と当該ディスク表面の間に流入して、２条のＡＢＳレール２５Ａに沿って流れることによって、浮上力を発生する。
【００４５】
そして、上記ヘッド部２６は、上記基体部２５の空気流流出側に連結部２７を介して連結されている。このヘッド部２６には、ホルダ３１により支持されたコリメータレンズ３３とＳＩＭ（Solid Immersion Mirror: 反射と屈折の両方を兼ね備えたレンズ）３２からなる光記録再生ヘッド３０と、上記光記録再生ヘッド３０にレーザ光を誘導するミラー３４が設けられている。上記ＳＩＭ３２には、上記ディスク表面との対向するパッド部３５に上記レーザ光の出射口３６が埋め込まれており、さらに、上記ディスク表面との対向面に例えば鏡面加工等が施された空気潤滑面３７が形成され、また、上記空気流の上流側の端部に段部３８が形成されている。
【００４６】
また、上記連結部２７は、光ディスク１との対向面と平行な平面上に配置され互いに平行な２本のビーム２７Ａ，２７Ｂ、上記ヘッド部２６に接続する可動部と上記基体部２５に接続される固定部からなる。上記２本のビーム２７Ａ，２７Ｂは、一端が上記基体部２５に固定されており、他端に設けられた上記ヘッド部２６を片持ち梁構造により支持している。また、上記２本のビーム２７Ａ，２７Ｂは、駆動信号に応じて長軸方向Ａに伸縮する電気機械変換素子で形成されている。上記２本のビーム２７Ａ，２７Ｂは、一方の電気機械変換素子が伸張状態になるとともに、他方の電気機械変換素子が収縮状態になることにより、光ディスク１との対向面と略平行な平面上で上記長軸方向Ａと交差する方向Ｂに湾曲して、上記ヘッド部２６をトラッキング方向にミクロンオーダのストロークで移動させる微動アクチュエータとして機能する。上記電気機械変換素子としては、例えば、圧電材料からなる多層構造の圧電素子（ＰＺＴ）が用いられる。上記電気機械変換素子には、上記微動用ＰＺＴ駆動回路から互いに逆相の駆動信号が供給される。
【００４７】
ここで、上記スライダは、スペーシングがサブミクロン以下の領域にあるヘッド／ディスク界面でのトライポロジー（信頼性）を考慮して選択した材料例により作成される。すなわち、上記スライダ２の基体部２５及び／又はヘッド部２６は、例えばＳｉ、ＳｉＣあるいはＡｌ2Ｏ3−ＴｉＣにより形成される。なお、上記基体部２５及び／又はヘッド部２６は、屈折率１以上の透明材料により形成されてもよい。
【００４８】
そして、この記録／再生装置１０において、アクチュエータ制御部７は、ディスクコントローラから与えられる目標トラック情報と位置検出回路により検出される位置検出信号に基づいて、粗動用ＶＣＭ駆動回路５と微動用ＰＺＴ駆動回路６を制御して、トラッキングサーボをかける。
【００４９】
このように構成したヘッドアクチュエータ２を備える記録／再生装置１０では、スピンドルモータ３により光ディスク１が一定の速度で高速回転駆動されることにより、スライダ２のヘッド部２６に設けた光記録再生ヘッド３０がディスク表面から浮上した状態となる。上記光記録再生ヘッド３０の浮上量及び浮上姿勢は、上記スライダ２の基体部２５とヘッド部２６の空気潤滑面の構造で決まるので、フォーカスサーボをかけることなく、情報の記録／再生を行うことができる。
【００５０】
また、上記スライダ２の基体部２５に連結部２７を介して連結されているヘッド部２６は、スライダ寸法よりも小さく且つ軽量にできる。したがって、上記連結部２７の２本のビーム２７Ａ，２７Ｂをなす電気機械素子により上記ヘッド部２６を動かすことにより、トラッキングサーボ帯域を広帯域化することができる。
【００５１】
また、上記光記録再生ヘッド３０にレーザ光を誘導するためのミラー３４もホルダ３１に設けてあり、上記光記録再生ヘッド３０とともに上記ミラー３４も微動されるので、上記ミラー３４は可動タイプでなくてよい。従って、複雑なマイクロ加工(MEMS:Micro Electromechanical Machining System) の技術を導入する必要がない。
【００５２】
さらに、この実施の形態における光ディスク記録／再生装置１０は、上述のように上記スライダ２の基体部２５に連結部２７を介して連結されているヘッド部２６は、スライダ寸法よりも小さく且つ軽量にできるので、装置の小型化が可能であるばかりでなく、複数枚の光ディスクと、複数の光記録再生ヘッド３０を１つの筐体内に組み込む構成を採用することも可能である。
【００５３】
また、上記ヘッドアクチュエータ２のヘッド部２６には、光記録再生ヘッド３０として従来タイプの２群レンズ系あるいは近接場光記録再生ヘッドを設けるようにしてもよい。
【００５４】
また、上記光記録再生ヘッド３０に代えて磁気記録再生ヘッドをヘッドアクチュエータ２のヘッド部２６に設けるようにして、磁気ディスク記録再生装置を構成することもできる。
【００５５】
さらに、上記ヘッドアクチュエータ２のヘッド部２６に光記録再生ヘッドと磁気記録再生ヘッドを一体形成するようにして、磁気ディスクと光ディスクを選択的に用いて情報の記録及び／又は再生を行うリムーバルタイプの記録／再生を構成することも可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、スライダの基体部に連結部を介して連結されているヘッド部は、スライダ寸法よりも小さく且つ軽量にでき、上記連結部の２本のビームを形成している電気機械変換素子により小さい力で動かすことができる。
【００５７】
したがって、本発明によれば、スライダを駆動するタイプで、駆動する可動部がスライダより小型軽量でより小さい力で動かすことができ、かつ、ヘッド素子を駆動するタイプのもののように作成プロセスが複雑でなくバッチプロセスに適した構成のヘッドアクチュエータ及びこのヘッドアクチュエータを用いた記録再生装置を提供することができる。また、本発明によれば、小型軽量でフォーカスサーボを必要としない浮上型の光ディスク記録再生用のヘッドアクチュエータ及びこのヘッドアクチュエータを用いた記録再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光ディスク記録／再生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記光ディスク記録／再生装置に備えられたヘッドアクチュータのスライダを拡大して示した平面図である。
【図３】上記スライダを拡大して示した側面図である。
【図４】上記スライダを拡大して示した底面図である。
【符号の説明】
１ 光ディスク、２ ヘッドアクチュエータ、３ スピンドルモータ、４ モータ駆動回路、５ 粗動用ＶＣＭ駆動回路、６ 微動用ＰＺＴ駆動回路、７ アクチュエータ制御部、８ 位置検出回路、９ ディスクコントローラ、２１ ヘッドスライダ、２２ 支持バネ、２３ ＶＣＭ、２４ 薄板状支持片、２５ 基体部、２５Ａ ＡＢＳレール２５Ａ、２５Ｂ 空気潤滑面、２５Ｃ 段部２５Ｃ、２６ ヘッド部、２７ 連結部、２７Ａ，２７Ｂ ビーム、３０ 光記録再生ヘッド、３１ ホルダ、３２ ＳＩＭ、３４ ミラー、３５ パッド部、３６ 出射口、３７ 空気潤滑面、７０Ａ，７０Ｂ 電気機械変換素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、円盤状記録媒体に情報の記録及び／又は再生を行うヘッドを搭載し、上記ヘッドを上記円盤状記録媒体の径方向に移動させて、目標位置に位置決めするためのヘッドアクチュエータ及びこのヘッドアクチュエータを備えた記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円盤状記録媒体に情報の記録及び／又は再生を行う磁気ディスク装置や光ディスク装置は、小型化とともに高記録密度化が進められている。例えば、記録媒体であるディスクのトラック密度と記録密度を高めることにより、高記録密度化した大記憶容量のハードディスク装置が提供されている。
【０００３】
高記録密度化した大記憶容量のハードディスク装置では、ディスク上のアクセス対象である目標トラック位置に、ヘッドを高精度に位置決めする必要がある。
【０００４】
一般に、慣性モーメントＪの可動体が振幅Ａ、周波数ｆで正弦波状の運動
Ａ・ｓｉｎ（２πｆｔ）
を行っていると、その変位の時間に対する２次微分で与えられる角加速度の振幅は、
Ａ・（２πｆ）2
となり、さらに、角加速度と慣性モーメントの積で与えられる慣性力の振幅は、
Ｊ・Ａ・（２πｆ）2
となる。
【０００５】
したがって、慣性モーメントＪの可動体を運動させるために必要な駆動力Ｔは、
Ｔ∝慣性モーメント（Ｊ）
Ｔ∝振幅（Ａ）
Ｔ∝運動周波数（ｆ）の２乗
である。したがって、駆動力を一定にすると、可動体の振れる量（振幅）は運動周波数の２乗に反比例して小さくなる。
【０００６】
このような力学的性質から、慣性モーメントを持つ物体を運動させ、その位置を制御する系では、位置決め誤差は周波数が高くなるに従い、概ね周波数の２乗に比例して大きくなり、制御性能が劣化するといえる。
【０００７】
ヘッドの位置決め制御系のサーボ制御帯域を拡大するためには、ヘッド／トラック間相対オフセット量を許容サーボ残留誤差値内に収めるように、そのサーボループゲインを上げる必要がある。しかし、従来の一段のアクチュエータでは、その駆動電力を上げるしか方法はない。アクチュエータの駆動電力は、与えられた振動周波数に追従するためには、以下の理由により、その周波数の４乗に比例する値が必要になることがわかっている。
【０００８】
すなわち、駆動力Ｔと駆動電流ｉの関係は、
Ｋｔ・ｉ＝Ｔ＝Ｊ・Ａ・（２πｆ）2 ・・・（１）
で与えられる。ここで、Ｋｔはトルク定数である。
【０００９】
一方、駆動電力Ｐは、駆動電流ｉの２乗に比例するので、
Ｐ∝ｉ2＝（（Ｊ／Ｋｔ）・Ａ・（２πｆ）2）2 ・・・（２）
であるから、比例式で示すと、
Ｐ∝ｉ2∝ｆ4 ・・・（３）
となる。すなわち、駆動電力Ｐは運動周波数の４乗に比例する。
【００１０】
したがって、例えばヘッド／トラック間相対位置ずれ(TMR:Track Misregistration) を固定して、ディスクの回転数を２倍にした場合、ディスク上のトラックに付随した振動が全体的に高い方に２倍にシフトするので、アクチュエータの駆動電力はもとのディスク回転数の場合に対して４乗すなわち、１６倍になる。
【００１１】
ここで、アクチュエータのサイズが小さくなるほど慣性モーメントＪが小さくなるので、トルク定数と慣性モーメントとの比Ｋｔ／Ｊが大きくなることに着目すると、アクチュエータを粗動／微動の２段に分割し、微動駆動機構に関しては慣性モーメントができるだけ小さくなる構造をとることで、それに応じてＫｔ／Ｊを大きくすることができる。例えば、現状の１段のアクチュエータを粗動駆動機構として用いて、微動駆動機構のＫｔ／Ｊを粗動駆動機構の仮に３６倍にすると、制御できる最大周波数と駆動電力は、それぞれ次のようになる。
【００１２】
すなわち、制御帯域については、（１）式から
（Ｋｔ／Ｊ）・ｉ＝Ａ・（２πｆ）2
であるから、駆動電流ｉと振幅Ａを一定とすると
ｆ2∝Ｋｔ／Ｊ
となり、
ｆ∝√（Ｋｔ／Ｊ）
となる。したがって、微動駆動機構で制御できる最大周波数ｆ（fine）は、
ｆ（fine）＝ｆ（coarse）・√３６＝ｆ（coarse）・６
であって、粗動駆動機構で制御できる最大周波数ｆ（coarse）の６倍となる。
【００１３】
また、駆動電力については、（２）式から
Ｐ∝（（Ｊ／Ｋｔ）・Ａ・（２πｆ）2）2
であるから、振幅Ａと周波数をｆを一定とすると
Ｐ∝（Ｊ／Ｋｔ）2
となる。したがって、微動駆動機構に必要な駆動電力Ｐ（fine）は、
Ｐ（fine）＝Ｐ（coarse）・（１／３６）2＝Ｐ（coarse）・（１／１２９６）
であって、粗動駆動機構に必要な駆動電力Ｐ（coarse）の１２９６分の１となる。
【００１４】
また、トラックフォローモードの精度を向上させる上でもっとも難しい問題は、トラックフォローイングしている際にロータリーアクチュエータの角速度が非常に小さいという点である。角速度が非常に小さい場合、軸受けと玉軸との間で生じる摩擦力はころがり出し角変位程度の微小変位幅においては、一般的には、ころがり摩擦力と変位曲線がヒステリシスループを描くことがわかっている。このヒステリシスは温度や湿度に依存して不規則に変化する性質があり、摩擦力の非線形性により変位予想が極めて難しく微小変位になればなるほど位置決め制御が難しくなる。このように、従来の一段式アクチュエータの場合、上述した軸受けに絡む非線形性が高トラック密度化の阻害要因となる。
【００１５】
ハードディスク装置では、従来のボイスコイルモータ（ＶＣＭ）と協調して磁気ヘッドを高速、高トラック密度に追従させるために、粗動用ＶＣＭと微動用圧電素子（ＰＺＴ）を組み合わせた方式、粗動／微動ともにＶＣＭを用いたピギーバック方式、スライダを微動用圧電素子（ＰＺＴ）や静電アクチュエータで駆動する方式などの各種方式の２段サーボ用マイクロアクチュエータが提案されている。
【００１６】
２段サーボ用マイクロアクチュエータは、サスペンションの根元に取り付けてヘッド全体を駆動するタイプ、スライダを駆動するタイプ、ヘッド素子を駆動するタイプの３タイプに大別される。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようにヘッドを高精度に位置決めするための２段サーボ用マイクロアクチュエータでは、各種タイプのものにおいて、次のような問題点があった。
【００１８】
すなわち、サスペンションの根元に取り付けてヘッド全体を駆動するタイプものでは、サスペンションの質量及び振動特性によりサーボ帯域の広域化が困難である。
【００１９】
スライダを駆動するタイプのものでは、スライダの質量により、加速度（駆動力）で制限されるサーボ帯域がヘッド素子に比べると狭くなる。
【００２０】
ヘッド素子を駆動するタイプのものでは、アクチュエータの形成とヘッド素子の製作工程が一体化するため工程が複雑多岐になる。
【００２１】
従って、マイクロアクチュエータは、構造的には、スライダを駆動するタイプで、駆動する可動部がスライダより小型軽量でより小さい力で動かせるもので、かつ、ヘッド素子を駆動するタイプのもののように作成プロセスが複雑でなくバッチプロセスに適した構成が望ましい。
【００２２】
一方、光ディスク装置においては以前からトラッキング用２段アクチュエータが採用されているが、光ピックアップは磁気ディスクに比べてかなり大きく、光ピックアップのフォーカッシングはすべて電磁駆動で制御されており、磁気ヘッドのように浮上型ではない。通常、光ディスク装置は、１個の光ピックアップのみで構成されている。ハードディスク装置のように、複数ヘッド／複数ディスクを組み入れた構成の光ディスク装置を構成するためには、磁気ヘッド並に小型で軽量の光学ピックアップが必要となる。
【００２３】
そこで、本発明の目的は、スライダを駆動するタイプで、駆動する可動部がスライダより小型軽量でより小さい力で動かすことができ、かつ、ヘッド素子を駆動するタイプのもののように作成プロセスが複雑でなくバッチプロセスに適した構成のヘッドアクチュエータ及びこのヘッドアクチュエータを用いた記録再生装置を提供することにある。
【００２４】
また、本発明の他の目的は、小型軽量でフォーカスサーボを必要としない浮上型の光ディスク記録再生用のヘッドアクチュエータ及びこのヘッドアクチュエータを用いた記録再生装置を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円盤状記録媒体に情報の記録及び／又は再生を行うヘッドを搭載し、上記ヘッドを上記円盤状記録媒体の径方向に移動させて、目標位置に位置決めするためのヘッドアクチュエータであって、上記円盤状記録媒体に対向する媒体対向面が形成された基体部と、上記ヘッドが上記円盤状記録媒体に対向する状態に設けられた上記基体部より軽量なヘッド部と、上記円盤状記録媒体との対向面と平行な平面上に配置され互いに平行な２本のビームと、上記ヘッド部に接続する可動部、及び、上記基体部に接続される固定部とを備えるヘッドスライダが、上記円盤状記録媒体の径方向に移動可能な移動体に搭載され、上記２本のビームは、上記基体部の空気流出側に上記ヘッド部を連結する連結部として、一端が上記基体部に固定されるとともに、他端が上記ヘッド部を片持ち梁構造により支持しており、上記２本のビームを形成している電気機械変換素子は、供給される駆動信号に応じて長軸方向に一方が伸張、他方が収縮駆動され、上記ヘッドを上記円盤状記録媒体に対してトラッキング方向に微少移動させることを特徴とする。
【００２６】
本発明に係るヘッドアクチュエータは、上記ヘッドとして、例えば、光記録再生ヘッド、近接場光記録再生ヘッドあるいは磁気記録再生ヘッドを備える。
【００２７】
また、本発明に係るヘッドアクチュエータは、例えば、上記光記録再生ヘッドあるいは近接場光記録再生ヘッドにレーザ光を誘導するミラーを上記ヘッド部に設けることができる。
【００２８】
また、本発明に係るヘッドアクチュエータは、例えば、上記ヘッドとして光記録再生ヘッドと磁気記録再生ヘッドが一体形成されているものを備える。
【００３３】
また、本発明に係るヘッドアクチュエータは、例えば、上記基体部及びヘッド部に空気潤滑面が形成される。
【００３４】
さらに、本発明に係るヘッドアクチュエータにおいて、上記電気機械変換素子は、例えば圧電素子であり、駆動信号が供給されることで上記ヘッドを上記円盤状記録媒体に対してトラッキング方向にストローク移動させる。
【００３５】
また、本発明は、ヘッドを円盤状記録媒体の径方向に移動させて情報の記録及び／又は再生を行う記録再生装置であって、上記円盤状記録媒体に対向する媒体対向面が形成された基体部と、上記ヘッドが上記円盤状記録媒体に対向する状態に設けられた上記基体部より軽量なヘッド部と、上記円盤状記録媒体との対向面と平行な平面上に配置され互いに平行な２本のビームと、上記ヘッド部に接続する可動部、及び、上記基体部に接続される固定部とを備えるヘッドスライダが、上記円盤状記録媒体の径方向に移動可能な移動体に搭載され、上記２本のビームは、上記基体部の空気流出側に上記ヘッド部を連結する連結部として、端が上記基体部に固定されるとともに、他端が上記ヘッド部を片持ち梁構造により支持しており、上記２本のビームを形成している電気機械変換素子は、供給される駆動信号に応じて長軸方向に一方が伸張、他方が収縮駆動され、上記ヘッドを上記円盤状記録媒体に対してトラッキング方向に微少移動させて目標位置に位置決めするヘッドアクチュエータを備えることを特徴とする。
【００３６】
本発明に係る記録再生装置において、上記電気機械変換素子は、例えば圧電素子であり、上記制御手段は当該圧電素子に駆動信号を供給して上記ヘッドを上記円盤状記録媒体に対してトラッキング方向にストローク移動させる。
【００３７】
本発明に係る記録再生装置は、例えば、上記ヘッドとして光記録再生ヘッドと磁気記録再生ヘッドが一体形成されており、磁気ディスクと光ディスクを選択的に用いて情報の記録及び／又は再生を行う。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３９】
本発明は、例えば図１に示すような構成の光ディスク記録／再生装置１０に適用される。
【００４０】
この光ディスク記録／再生装置１０は、光ディスク１の径方向にヘッドアクチュエータ２によりヘッドスライダ２１を移動させて情報の記録及び／又は再生を行うもので、上記光ディスク１を回転駆動するためのスピンドルモータ３やモータ駆動回路４、上記ヘッドアクチュエータ２を駆動制御するための粗動用ＶＣＭ駆動回路５、微動用ＰＺＴ駆動回路６やアクチュエータ制御部７や位置検出回路８、ディスクコントローラ９等を備えている。
【００４１】
上記ヘッドアクチュエータ２は、上記ヘッドスライダ２１が先端に設けられた支持バネ２２と、この支持バネ２２を上記光ディスク１と平行に回転駆動することにより、上記ヘッドスライダ２１を光ディスク１の径方向に移動させるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２３を備え、このＶＣＭ２３が上記粗動用ＶＣＭ駆動回路５によって駆動されるようになっている。
【００４２】
上記ヘッドスライダ２１は、その要部を拡大した平面図、側面図及び底面図を図２、図３及び図４に示してあるように、上記支持バネ２２の先端に、薄板状支持片２４からなるジンバル支持機構を介して支持された基体部２５と、光記録再生ヘッド３０が設けられたヘッド部２６と、上記基体部２５とヘッド部２６を連結する連結部２７を備えている。
【００４３】
上記基体部２５は、光ディスクとの対向面に、光ディスクが高速回転駆動されることによりディスク表面に生じる空気流の方向に沿って、２条のＡＢＳレール２５Ａが形成されている。各ＡＢＳレール２５Ａには、光ディスクとの対向面に例えば鏡面加工等が施された空気潤滑面２５Ｂが形成されているとともに、上記空気流の上流側の端部に段部２５Ｃが形成されている。
【００４４】
このような構造の基体部２５は、光ディスク１が高速回転駆動されることによりディスク表面に生じる空気流が、上記ディスク表面との対向面と当該ディスク表面の間に流入して、２条のＡＢＳレール２５Ａに沿って流れることによって、浮上力を発生する。
【００４５】
そして、上記ヘッド部２６は、上記基体部２５の空気流流出側に連結部２７を介して連結されている。このヘッド部２６には、ホルダ３１により支持されたコリメータレンズ３３とＳＩＭ（Solid Immersion Mirror: 反射と屈折の両方を兼ね備えたレンズ）３２からなる光記録再生ヘッド３０と、上記光記録再生ヘッド３０にレーザ光を誘導するミラー３４が設けられている。上記ＳＩＭ３２には、上記ディスク表面との対向するパッド部３５に上記レーザ光の出射口３６が埋め込まれており、さらに、上記ディスク表面との対向面に例えば鏡面加工等が施された空気潤滑面３７が形成され、また、上記空気流の上流側の端部に段部３８が形成されている。
【００４６】
また、上記連結部２７は、光ディスク１との対向面と平行な平面上に配置され互いに平行な２本のビーム２７Ａ，２７Ｂ、上記ヘッド部２６に接続する可動部と上記基体部２５に接続される固定部からなる。上記２本のビーム２７Ａ，２７Ｂは、一端が上記基体部２５に固定されており、他端に設けられた上記ヘッド部２６を片持ち梁構造により支持している。また、上記２本のビーム２７Ａ，２７Ｂは、駆動信号に応じて長軸方向Ａに伸縮する電気機械変換素子で形成されている。上記２本のビーム２７Ａ，２７Ｂは、一方の電気機械変換素子が伸張状態になるとともに、他方の電気機械変換素子が収縮状態になることにより、光ディスク１との対向面と略平行な平面上で上記長軸方向Ａと交差する方向Ｂに湾曲して、上記ヘッド部２６をトラッキング方向にミクロンオーダのストロークで移動させる微動アクチュエータとして機能する。上記電気機械変換素子としては、例えば、圧電材料からなる多層構造の圧電素子（ＰＺＴ）が用いられる。上記電気機械変換素子には、上記微動用ＰＺＴ駆動回路から互いに逆相の駆動信号が供給される。
【００４７】
ここで、上記スライダは、スペーシングがサブミクロン以下の領域にあるヘッド／ディスク界面でのトライポロジー（信頼性）を考慮して選択した材料例により作成される。すなわち、上記スライダ２の基体部２５及び／又はヘッド部２６は、例えばＳｉ、ＳｉＣあるいはＡｌ2Ｏ3−ＴｉＣにより形成される。なお、上記基体部２５及び／又はヘッド部２６は、屈折率１以上の透明材料により形成されてもよい。
【００４８】
そして、この記録／再生装置１０において、アクチュエータ制御部７は、ディスクコントローラから与えられる目標トラック情報と位置検出回路により検出される位置検出信号に基づいて、粗動用ＶＣＭ駆動回路５と微動用ＰＺＴ駆動回路６を制御して、トラッキングサーボをかける。
【００４９】
このように構成したヘッドアクチュエータ２を備える記録／再生装置１０では、スピンドルモータ３により光ディスク１が一定の速度で高速回転駆動されることにより、スライダ２のヘッド部２６に設けた光記録再生ヘッド３０がディスク表面から浮上した状態となる。上記光記録再生ヘッド３０の浮上量及び浮上姿勢は、上記スライダ２の基体部２５とヘッド部２６の空気潤滑面の構造で決まるので、フォーカスサーボをかけることなく、情報の記録／再生を行うことができる。
【００５０】
また、上記スライダ２の基体部２５に連結部２７を介して連結されているヘッド部２６は、スライダ寸法よりも小さく且つ軽量にできる。したがって、上記連結部２７の２本のビーム２７Ａ，２７Ｂをなす電気機械素子により上記ヘッド部２６を動かすことにより、トラッキングサーボ帯域を広帯域化することができる。
【００５１】
また、上記光記録再生ヘッド３０にレーザ光を誘導するためのミラー３４もホルダ３１に設けてあり、上記光記録再生ヘッド３０とともに上記ミラー３４も微動されるので、上記ミラー３４は可動タイプでなくてよい。従って、複雑なマイクロ加工(MEMS:Micro Electromechanical Machining System) の技術を導入する必要がない。
【００５２】
さらに、この実施の形態における光ディスク記録／再生装置１０は、上述のように上記スライダ２の基体部２５に連結部２７を介して連結されているヘッド部２６は、スライダ寸法よりも小さく且つ軽量にできるので、装置の小型化が可能であるばかりでなく、複数枚の光ディスクと、複数の光記録再生ヘッド３０を１つの筐体内に組み込む構成を採用することも可能である。
【００５３】
また、上記ヘッドアクチュエータ２のヘッド部２６には、光記録再生ヘッド３０として従来タイプの２群レンズ系あるいは近接場光記録再生ヘッドを設けるようにしてもよい。
【００５４】
また、上記光記録再生ヘッド３０に代えて磁気記録再生ヘッドをヘッドアクチュエータ２のヘッド部２６に設けるようにして、磁気ディスク記録再生装置を構成することもできる。
【００５５】
さらに、上記ヘッドアクチュエータ２のヘッド部２６に光記録再生ヘッドと磁気記録再生ヘッドを一体形成するようにして、磁気ディスクと光ディスクを選択的に用いて情報の記録及び／又は再生を行うリムーバルタイプの記録／再生を構成することも可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、スライダの基体部に連結部を介して連結されているヘッド部は、スライダ寸法よりも小さく且つ軽量にでき、上記連結部の２本のビームを形成している電気機械変換素子により小さい力で動かすことができる。
【００５７】
したがって、本発明によれば、スライダを駆動するタイプで、駆動する可動部がスライダより小型軽量でより小さい力で動かすことができ、かつ、ヘッド素子を駆動するタイプのもののように作成プロセスが複雑でなくバッチプロセスに適した構成のヘッドアクチュエータ及びこのヘッドアクチュエータを用いた記録再生装置を提供することができる。また、本発明によれば、小型軽量でフォーカスサーボを必要としない浮上型の光ディスク記録再生用のヘッドアクチュエータ及びこのヘッドアクチュエータを用いた記録再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光ディスク記録／再生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記光ディスク記録／再生装置に備えられたヘッドアクチュータのスライダを拡大して示した平面図である。
【図３】上記スライダを拡大して示した側面図である。
【図４】上記スライダを拡大して示した底面図である。
【符号の説明】
１ 光ディスク、２ ヘッドアクチュエータ、３ スピンドルモータ、４ モータ駆動回路、５ 粗動用ＶＣＭ駆動回路、６ 微動用ＰＺＴ駆動回路、７ アクチュエータ制御部、８ 位置検出回路、９ ディスクコントローラ、２１ ヘッドスライダ、２２ 支持バネ、２３ ＶＣＭ、２４ 薄板状支持片、２５ 基体部、２５Ａ ＡＢＳレール２５Ａ、２５Ｂ 空気潤滑面、２５Ｃ 段部２５Ｃ、２６ ヘッド部、２７ 連結部、２７Ａ，２７Ｂ ビーム、３０ 光記録再生ヘッド、３１ ホルダ、３２ ＳＩＭ、３４ ミラー、３５ パッド部、３６ 出射口、３７ 空気潤滑面、７０Ａ，７０Ｂ 電気機械変換素子
Claims (13)
- 円盤状記録媒体に情報の記録及び／又は再生を行うヘッドを搭載し、上記ヘッドを上記円盤状記録媒体の径方向に移動させて、目標位置に位置決めするためのヘッドアクチュエータであって、
上記円盤状記録媒体に対向する媒体対向面が形成された基体部と、
上記ヘッドが上記円盤状記録媒体に対向する状態に設けられた上記基体部より軽量なヘッド部と、
上記円盤状記録媒体との対向面と平行な平面上に配置され互いに平行な２本のビームと、上記ヘッド部に接続する可動部、及び、上記基体部に接続される固定部とを備えるヘッドスライダが、上記円盤状記録媒体の径方向に移動可能な移動体に搭載され、
上記２本のビームは、上記基体部の空気流出側に上記ヘッド部を連結する連結部として、
一端が上記基体部に固定されるとともに、他端が上記ヘッド部を片持ち梁構造により支持しており、
上記２本のビームを形成している電気機械変換素子は、供給される駆動信号に応じて長軸方向に一方が伸張、他方が収縮駆動され、上記ヘッドを上記円盤状記録媒体に対してトラッキング方向に微少移動させることを特徴とするヘッドアクチュエータ。 - 上記ヘッドが光記録再生ヘッドであ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。
- 上記ヘッドが近接場光記録再生ヘッドであることを特徴とする請求項２記載のヘッドアクチュエータ。
- 上記ヘッド部には、上記光記録再生ヘッドにレーザ光を誘導するミラーが設けられていることを特徴とする請求項２記載のヘッドアクチュエータ。
- 上記ヘッド部には、上記近接場光記録再生ヘッドにレーザ光を誘導するミラーが設けられていることを特徴とする請求項３記載のヘッドアクチュエータ。
- 上記ヘッドが磁気記録再生ヘッドであ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。
- 上記ヘッドとして光記録再生ヘッドと磁気記録再生ヘッドが一体形成されてい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。
- 上記基体部及びヘッド部に空気潤滑面が形成されてい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。
- 上記電気機械変換素子は圧電素子であり、当該圧電素子は駆動信号が供給されることで上記ヘッドを上記円盤状記録媒体に対してトラッキング方向にストローク移動させ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。
- ヘッドを円盤状記録媒体の径方向に移動させて情報の記録及び／又は再生を行う記録再生装置であって、
上記円盤状記録媒体に対向する媒体対向面が形成された基体部と、
上記ヘッドが上記円盤状記録媒体に対向する状態に設けられた上記基体部より軽量なヘッド部と、
上記円盤状記録媒体との対向面と平行な平面上に配置され互いに平行な２本のビームと、
上記ヘッド部に接続する可動部、及び、上記基体部に接続される固定部とを備えるヘッドスライダが、上記円盤状記録媒体の径方向に移動可能な移動体に搭載され、
上記２本のビームは、上記基体部の空気流出側に上記ヘッド部を連結する連結部として、
一端が上記基体部に固定されるとともに、他端が上記ヘッド部を片持ち梁構造により支持しており、
上記２本のビームを形成している電気機械変換素子は、供給される駆動信号に応じて長軸方向に一方が伸張、他方が収縮駆動され、
上記ヘッドを上記円盤状記録媒体に対してトラッキング方向に微少移動させて目標位置に位置決めするヘッドアクチュエータを備えることを特徴とする記録再生装置。 - 上記電気機械変換素子は圧電素子であり、上記制御手段は当該圧電素子に駆動信号を供給して上記ヘッドを上記円盤状記録媒体に対してトラッキング方向にストローク移動させることを特徴とする請求項１０に記載の記録再生装置。
- 上記ヘッドとして光記録再生ヘッドと磁気記録再生ヘッドが一体形成されており、磁気ディスクと光ディスクを選択的に用いて情報の記録及び／又は再生を行うことを特徴とする請求項１０記載の記録再生装置。
- 上記ヘッドとして光再生ヘッドと磁気記録再生ヘッドが一体形成されており、磁気ディスクと光ディスクを選択的に用いて情報の記録及び／又は再生を行うことを特徴とする請求項１０記載の記録再生装置。
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|---|---|---|---|
| JP35630398A JP4627818B2 (ja) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | ヘッドアクチュエータ及び記録再生装置 |
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