JP4992036B2 - アクチュエータユニット、情報記録読出ヘッド駆動装置、情報記録読出装置、およびアクチュエータユニットの駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータユニット、情報記録読出ヘッド駆動装置、情報記録読出装置およびアクチュエータユニットの駆動方法に関し、特に、共振駆動モードと伸縮駆動モードとを有するアクチュエータユニット、情報記録読出ヘッド駆動装置、情報記録読出装置およびアクチュエータユニットの駆動方法に関する。

近年、ハードディスク装置や光ディスク装置等の情報記録読出装置における記録媒体の記録容量の増加に伴い、記録密度の高密度化およびデータの記録／読出に要するシークタイムの短縮が求められている。そのため、情報記録読出装置における情報記録読出ヘッド駆動装置（以下、ヘッド駆動装置と言う）にも、記録密度の高密度化のための高精度化とシークタイムの短縮のための高速化が求められている。

そこで、ヘッド駆動装置のアクチュエータとして圧電素子を用いた摩擦駆動型アクチュエータを使用し、高精度化と高速化を両立するための提案が行われている。例えば、圧電素子の共振を用いた変移量の大きい（数μｍ程度）高速駆動方法（以下、共振駆動と言う）と、圧電素子の伸縮を用いた変移量の小さい（数ｎｍ程度）高精度駆動方法（以下、伸縮駆動と言う）の２つの駆動方法を備えるヘッド駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。同様に、高速かつ高精度なアクチュエータの駆動方法として、共振駆動で目的とする位置の近くまで高速移動させてから、最後に伸縮駆動で高精度に位置決めする方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、特許文献１および２に提案された方法においては、伸縮駆動で高精度に位置決めするためには、伸縮駆動による移動可能距離が共振駆動による位置決め範囲よりも大きくなければならず、そのためにはアクチュエータにはある程度の大きさが求められ、アクチュエータの小型化に対する障害となる。

そこで、圧電素子を直流電圧で変位させて接触部材を微少に動かすことと、接触部材を反対方向に急激に動かすことによって、接触部材と被駆動体との間を滑らせることとを交互に行うことで、位置決め精度を下げずに伸縮駆動による移動範囲を広げる方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００１−２２２８６９号公報 特開２００４−２７４８３７号公報 特開２００４−３５０４１３号公報

特許文献３に提案された方法においては、図１０（ａ）に示すように、後述するトラス型アクチュエータの一方の圧電素子に電圧Ａが印加され、他方の圧電素子に電圧Ｂが印加される。これによって、トラス型アクチュエータの摩擦部材３３が楕円運動をし、図１０（ｂ）に示すように被駆動物２１に押圧Ｐで当接され、当接部３３ａで発生する摩擦部材３３と被駆動物２１との間の摩擦力によって被駆動物が移動される。

しかしながら、特許文献３に提案された方法では、図１０（ｃ）に示すように、この時の摩擦力の移動方向成分、つまり被駆動物を移動させるための駆動力Ｆｄは押圧Ｐに比例するので、押圧Ｐが低い場合には当接部３３ａが滑ってしまい、有効な駆動にはならない。結局、図１０（ｂ）に示すように、押圧Ｐが有効押圧Ｐｅ以上の領域Ｘの範囲にある場合しか有効な駆動力Ｆｄが得られず、効率的な駆動が行えないという課題が残る。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、摩擦駆動型アクチュエータの伸縮駆動時の摩擦部材と被駆動物との当接部での滑りの少ない、効率的な伸縮駆動が行えるアクチュエータユニット、情報記録読出ヘッド駆動装置、情報記録読出装置およびアクチュエータユニットの駆動方法を提供することを目的とする。

本発明の目的は、下記構成により達成することができる。

１．被駆動物に当接する摩擦部材を含み、該摩擦部材に取り付けられている複数の電気−機械変換素子を駆動源とし、共振周波数を有する摩擦駆動型アクチュエータと、
前記摩擦駆動型アクチュエータを駆動する駆動回路と、
前記駆動回路の動作を制御する制御回路とを備えたアクチュエータユニットにおいて、
前記駆動回路は、
複数の前記電気−機械変換素子に、第１の所定電位から第２の所定電位まで第１の所定の電位変化量で上昇する電位を印加する第１ステップと、
前記電気−機械変換素子の一つに前記第２の所定電位から第３の所定電位まで第２の所定の電位変化量で上昇する電位を印加するとともに、残りの前記電気−機械変換素子に前記第２の所定電位から第４の所定電位まで第３の所定の電位変化量で下降する電位を印加する第２ステップと、
複数の前記電気−機械変換素子の電位を前記第３の所定電位あるいは前記第４の所定電位から前記第１の所定電位へ戻す第３ステップとで構成される第１の伸縮駆動モードを有し、
前記制御回路は、前記駆動回路に、前記摩擦駆動型アクチュエータを前記共振周波数の周期とは異なる周期の前記第１の伸縮駆動モードで駆動させる第１駆動モードを有することを特徴とするアクチュエータユニット。

２．前記制御回路は、前記駆動回路に、前記摩擦駆動型アクチュエータを前記共振周波数の周期とは異なる周期の前記第１の伸縮駆動モードで、連続的に駆動させる第２駆動モードを有することを特徴とする１に記載のアクチュエータユニット。

３．前記第１の伸縮駆動モードの第２ステップにおける、前記第２の所定電位と前記第３の所定電位との差の絶対値と、前記第２の所定電位と前記第４の所定電位との差の絶対値とが同一であることを特徴とする１または２に記載のアクチュエータユニット。

４．前記第１の所定電位は負の電位であることを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載のアクチュエータユニット。

５．前記駆動回路は、前記摩擦駆動型アクチュエータを共振振動させる共振駆動モードを備え、
前記制御回路は、前記駆動回路に、前記摩擦駆動型アクチュエータを前記共振駆動モードと前記第１の伸縮駆動モードとを組み合わせて駆動させる第３駆動モードを有することを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載のアクチュエータユニット。

６．前記駆動回路は、複数の前記電気−機械変換素子の少なくとも１つに静的に電位を印加することによって前記摩擦駆動型アクチュエータを伸縮させる第２の伸縮駆動モードを備え、
前記制御回路は、前記駆動回路に、前記摩擦駆動型アクチュエータを前記第１の伸縮駆動モードと前記第２の伸縮駆動モードとを組み合わせて駆動させる第４駆動モードを有することを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載のアクチュエータユニット。

７．前記駆動回路は、前記摩擦駆動型アクチュエータを共振振動させる共振駆動モードと、
複数の前記電気−機械変換素子の少なくとも１つに静的に電位を印加することによって前記摩擦駆動型アクチュエータを伸縮させる第２の伸縮駆動モードとを備え、
前記制御回路は、前記駆動回路に、前記摩擦駆動型アクチュエータを前記共振駆動モード、前記第１の伸縮駆動モードおよび前記第２の伸縮駆動モードを組み合わせて駆動させる第５駆動モードを有することを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載のアクチュエータユニット。

８．前記電気−機械変換素子は、圧電素子であることを特徴とする１乃至７の何れか１項に記載のアクチュエータユニット。

９．１乃至８の何れか１項に記載のアクチュエータユニットを備えたことを特徴とする情報記録読出ヘッド駆動装置。

１０．９に記載の情報記録読出ヘッド駆動装置を備えたことを特徴とする情報記録読出装置。

１１．被駆動物に当接する摩擦部材を含み、該摩擦部材に取り付けられている複数の電気−機械変換素子を駆動源とし、共振周波数を有する摩擦駆動型アクチュエータと、
前記摩擦駆動型アクチュエータを駆動する駆動回路と、
前記駆動回路の動作を制御する制御回路とを備えたアクチュエータユニットの駆動方法において、
複数の前記電気−機械変換素子に、第１の所定電位から第２の所定電位まで第１の所定の電位変化量で上昇する電位を印加する第１ステップと、
前記電気−機械変換素子の一つに前記第２の所定電位から第３の所定電位まで第２の所定の電位変化量で上昇する電位を印加するとともに、残りの前記電気−機械変換素子に前記第２の所定電位から第４の所定電位まで第３の所定の電位変化量で下降する電位を印加する第２ステップと、
複数の前記電気−機械変換素子の電位を前記第３の所定電位あるいは前記第４の所定電位から前記第１の所定電位へと急激に変化させる第３ステップとで構成される第１の伸縮駆動工程を有し、
前記第１の伸縮駆動工程は、前記摩擦駆動型アクチュエータを前記共振周波数の周期とは異なる周期で駆動する工程であることを特徴とするアクチュエータユニットの駆動方法。

１２．前記第１の伸縮駆動工程は、前記摩擦駆動型アクチュエータを前記共振周波数の周期とは異なる周期で、連続的に駆動する工程であることを特徴とする１１に記載のアクチュエータユニットの駆動方法。

１３．前記第１の伸縮駆動工程の第２ステップにおける、前記第２の所定電位と前記第３の所定電位との差の絶対値と、前記第２の所定電位と前記第４の所定電位との差の絶対値とが同一であることを特徴とする１１または１２に記載のアクチュエータユニットの駆動方法。

１４．前記第１の所定電位は負の電位であることを特徴とする１１乃至１３の何れか１項に記載のアクチュエータユニットの駆動方法。

１５．前記摩擦駆動型アクチュエータを共振振動させる共振駆動工程を備え、
前記摩擦駆動型アクチュエータを、前記共振駆動工程と前記第１の伸縮駆動工程とを組み合わせて駆動することを特徴とする１１乃至１４の何れか１項に記載のアクチュエータユニットの駆動方法。

１６．複数の前記電気−機械変換素子の少なくとも１つに略静的に電位を印加することによって前記摩擦駆動型アクチュエータを伸縮させる第２の伸縮駆動工程を備え、
前記摩擦駆動型アクチュエータを、前記第１の伸縮駆動工程と前記第２の伸縮駆動工程とを組み合わせて駆動することを特徴とする１１乃至１４の何れか１項に記載のアクチュエータユニットの駆動方法。

１７．前記摩擦駆動型アクチュエータを共振振動させる共振駆動工程と、
複数の前記電気−機械変換素子の少なくとも１つに略静的に電位を印加することによって前記摩擦駆動型アクチュエータを伸縮させる第２の伸縮駆動工程とを備え、
前記摩擦駆動型アクチュエータを、前記共振駆動工程、前記第１の伸縮駆動工程および前記第２の伸縮駆動工程を組み合わせて駆動することを特徴とする１１乃至１４の何れか１項に記載のアクチュエータユニットの駆動方法。

本発明によれば、摩擦駆動型アクチュエータの駆動源である電気−機械変換素子に、所定のステップで構成される波形の電位を共振周波数の周期とは異なる周期で印加することで摩擦駆動型アクチュエータの伸縮駆動時の押圧を大きくしたので、該伸縮駆動時の摩擦部材と被駆動物との当接部での滑りの少ない、効率的な伸縮駆動が行えるアクチュエータユニット、情報記録読出ヘッド駆動装置、情報記録読出装置およびアクチュエータユニットの駆動方法を提供することができる。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

最初に、本発明のアクチュエータユニットを構成する要部である摩擦駆動型アクチュエータを用いた情報記録読出装置の一例であるハードディスク装置について、図１を用いて説明する。図１は、摩擦駆動型アクチュエータを用いたハードディスク装置の構成を示す模式図である。

図１において、ハードディスク装置１は、回転軸１１を中心にして回転する記録媒体１０、アーム２１および摩擦駆動型アクチュエータの一例であるトラス型アクチュエータ３０等で構成される。アーム２１は、先端に記録ヘッド２０を備え、他端に軸受け２２を備える。トラス型アクチュエータ３０は、アーム２１の軸受け２２側の端面に接触し、摩擦駆動でアーム２１を軸受け２２を中心に回動させる。摩擦駆動型アクチュエータの構成については、図２で詳述する。

後述する駆動方法によって摩擦駆動型アクチュエータ３０が駆動されることで、アーム２１が摩擦駆動型アクチュエータ３０により摩擦駆動されて軸受け２２を中心に回動して記録ヘッド２０を記録媒体１０の回転軸１１からの法線方向に略沿った方向に移動させ、記録媒体１０上の記録ヘッド２０の位置を移動させる。

次に、上述した摩擦駆動型アクチュエータの構成と動作について、図２乃至図４を用いて説明する。図２は、摩擦駆動型アクチュエータの構成の一例を示す模式図で、図２（ａ）はトラス型アクチュエータ３０、図２（ｂ）は分割電極型アクチュエータ３６である。

図２（ａ）において、トラス型アクチュエータ３０は、チップ３３、積層型もしくはロール型等の圧電素子３１および３２、ベース３４およびバネ３５等で構成される。チップ３３は、アーム２１等の被駆動物の端面に接触する摩擦部材である。圧電素子３１および３２は、一方の端面がチップ３３に対して所定の角度を持って接着等の方法で取り付けられ、他方の端面がベース３４に接着等の方法で取り付けられて支持されている。バネ３５は、ベース３４をアーム２１方向に押圧Ｐ１で付勢することにより、チップ３３をアーム２１の端面に押圧Ｐで付勢して接触させる付勢部材である。ここに、圧電素子３１および３２は、本発明における電気−機械変換素子である。

図３は、トラス型アクチュエータ３０の動作を説明するための模式図で、図３（ａ）は共振駆動モードでの駆動状態、図３（ｂ）および（ｃ）は伸縮駆動モードでの駆動状態を示す。

図３（ａ）において、トラス型アクチュエータ３０は、共振駆動モードにおいては、トラス型アクチュエータ３０を含む駆動系全体の共振周波数近傍の周波数で共振駆動されると、圧電素子３１が伸張すると同時に圧電素子３２が収縮する状態と、圧電素子３２が伸張すると同時に圧電素子３１が収縮する状態とが繰り返されて共振振動が起こる。その結果、チップ３３の先端は楕円運動を行う。この楕円運動が摩擦によって被駆動物に伝達され、被駆動物が移動される。上述した共振駆動モードは、本発明における共振駆動工程に相当する。

一方、伸縮駆動モードにおいては、例えば図３（ｂ）に示すように、圧電素子３２のみを伸張させる、あるいは圧電素子３２を伸張させるとともに圧電素子３１を収縮させることで、チップ３３の先端が図の左側に変位する。逆に圧電素子３１のみを伸張させる、あるいは圧電素子３１を伸張させるとともに圧電素子３２を収縮させることで、図３（ｃ）に示すように、チップ３３の先端が図の右側に変位する。この変位が摩擦によって被駆動物に伝達され、被駆動物が移動される。伸縮駆動による変位量は、共振駆動の振幅に比べて例えば１／１０００程度と非常に小さいので、高精度な移動に適している。図３（ｂ）および図３（ｃ）に示した伸縮駆動モードは、本発明における第２の伸縮駆動モードに相当するとともに、本発明における第２の伸縮駆動工程に相当する。

図２（ｂ）に戻って、分割電極型アクチュエータ３６は薄板状のアクチュエータであって、振動板３７、圧電素子３８、図示しない圧電素子３９およびバネ３５等で構成される。振動板３７は、一端にアーム２１等の被駆動物の端面に接触する摩擦部材であるチップ部３７ａを有する。圧電素子３８は、振動板３７の片面に接着等で取り付けられた薄板状のセラミックで、その面上に４つの領域に分割して設けられた電極３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄを持つ。圧電素子３９も同様に、振動板３７を挟んで圧電素子３８と向かい合う位置に接着等で取り付けられた薄板状のセラミックで、その面上に４つの領域に分割して設けられた電極３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄを持つ。

バネ３５は、振動板３７のチップ部３７ａと反対側の端部をアーム２１方向に押圧Ｐ１で付勢することにより、チップ部３７ａをアーム２１の端面に押圧Ｐ１で付勢して接触させる付勢部材である。

ここでは、１枚の圧電素子３８上に４つの分割電極３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄを設けた構成を例示したが、その代わりに、全面電極３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄを備えた４枚の小型の圧電素子を、図２（ｂ）と同様に振動板３７上に配置してもよい。圧電素子３９についても同様である。図２（ｂ）の例であれば、振動板３７の両面に合計８枚の板状の圧電素子が配置されることになる。

圧電素子３８において、電極３８ａと、圧電素子３８の面上で電極３８ａと対角の位置にある電極３８ｃとは電気的に接続され、同様に電極３８ｂと、圧電素子３８の面上で電極３８ｂと対角の位置にある電極３８ｄとも電気的に接続されている。圧電素子３９においても同様に、電極３９ａと、圧電素子３９の面上で電極３９ａと対角の位置にある電極３９ｃとは電気的に接続され、同様に電極３９ｂと、圧電素子３９の面上で電極３９ｂと対角の位置にある電極３９ｄとも電気的に接続されている。

さらに、電極３８ａと振動板３７を挟んで向かい合う位置にある電極３９ａとは電気的に接続され、同様に電極３８ｂと振動板３７を挟んで向かい合う位置にある電極３９ｂとは電気的に接続されている。

図４は、分割電極型アクチュエータ３６の動作を説明するための模式図で、図４（ａ）は共振駆動モードでの駆動状態、図４（ｂ）および（ｃ）は伸縮駆動モードでの駆動状態を示す。ここでは、図を見やすくするために、圧電素子３８を図示せず、チップ部３７ａを含む振動板３７と４つの分割電極３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄだけを図示する。

図４（ａ）において、分割電極型アクチュエータ３６は、共振駆動モードにおいては、分割電極型アクチュエータ３６を含む駆動系全体の共振周波数近傍の周波数で共振駆動されると、圧電素子３８の電極３８ａと３８ｃの下部の圧電素子および図示しない電極３９ａと３９ｃの下部の圧電素子が伸張すると同時に、電極３８ｂと３８ｄの下部の圧電素子および図示しない電極３９ｂと３９ｄの下部の圧電素子が収縮する状態と、その逆の状態とが繰り返されて共振振動する。その結果、チップ部３７ａの先端は楕円運動を行う。この楕円運動が摩擦によって被駆動物に伝達され、被駆動物が移動される。上述した共振駆動モードは、本発明における共振駆動工程に相当する。

一方、伸縮駆動モードにおいては、図４（ｂ）に示すように、圧電素子３８の電極３８ｂと３８ｄの下部の圧電素子および図示しない電極３９ｂと３９ｄの下部の圧電素子のみを伸張させる、あるいは圧電素子３８の電極３８ｂと３８ｄの下部の圧電素子および図示しない電極３９ｂと３９ｄの下部の圧電素子を伸張させるとともに、電極３８ａと３８ｃの下部の圧電素子および図示しない電極３９ａと３９ｃの下部の圧電素子を収縮させることで、チップ部３７ａの先端は図の左側に変位する。

逆に圧電素子３８の電極３８ａと３８ｃの下部の圧電素子および図示しない電極３９ａと３９ｃの下部の圧電素子のみを伸張させる、あるいは圧電素子３８の電極３８ａと３８ｃの下部の圧電素子および図示しない電極３９ａと３９ｃの下部の圧電素子を伸張させるとともに、電極３８ｂと３８ｄの下部の圧電素子および図示しない電極３９ｂと３９ｄの下部の圧電素子を収縮させることで、図４（ｃ）に示すように、チップ部３７ａの先端は図の右側に変位する。この変位が摩擦によって被駆動物に伝達され、被駆動物が移動される。伸縮駆動による変位量は、共振駆動の振幅に比べて例えば１／１０００程度と非常に小さいので、高精度な移動に適している。図４（ｂ）および図４（ｃ）に示した伸縮駆動モードは、本発明における第２の伸縮駆動モードに相当するとともに、本発明における第２の伸縮駆動工程に相当する。

なお、図２（ｂ）および図４に示した分割電極型アクチュエータ３６については、例えば「国際公開第ＷＯ２００３／０７５４４５号パンフレット」等にリニアアクチュエータ用振動体として詳述されている。

本発明は、図２に示したトラス型アクチュエータ３０および分割電極型アクチュエータ３６に限って適用できるものではなく、その他の摩擦駆動型アクチュエータ全般にも適用可能であるが、以後の説明においては、トラス型アクチュエータ３０を摩擦駆動型アクチュエータの代表例として説明する。

次に、本発明におけるアクチュエータユニットの構成について、図５を用いて説明する。図５は、本発明におけるアクチュエータユニットの構成の一例を示すブロック図である。

図５において、アクチュエータユニット３は、トラス型アクチュエータ３０、駆動回路１００および制御回路２００等で構成される。トラス型アクチュエータ３０については、図２（ａ）と同じである。トラス型アクチュエータ３０の積層型圧電素子３１および３２は、駆動回路１００および制御回路２００により駆動される。制御回路２００は、例えばマイクロコンピュータやメモリ等で構成され、トラス型アクチュエータ３０の駆動全般を制御する。

駆動回路１００は、圧電素子３１の駆動波形を生成する第１駆動波形生成部１１１と第１駆動波形生成部１１１で生成された駆動波形を電流増幅した駆動信号ＤＳ１を圧電素子３１に印加する第１電流増幅部１１３、および圧電素子３２の駆動波形を生成する第２駆動波形生成部１２１と第２駆動波形生成部１２１で生成された駆動波形を電流増幅した駆動信号ＤＳ２を圧電素子３２に印加する第２電流増幅部１２３等で構成されている。

次に、本発明における摩擦駆動型アクチュエータの駆動方法の第１の実施の形態について、図６および図７を用いて説明する。本第１の実施の形態は、本発明における第１の伸縮駆動モードの一例であるとともに、本発明における第１の伸縮駆動工程の一例である。図６は、本第１の実施の形態を説明するためのトラス型アクチュエータの駆動波形の模式図で、図６（ａ）は圧電素子３１および３２への印加電位Ｖｄの波形を、図６（ｂ）は摩擦部材３３と被駆動物２１との押圧Ｐを示す模式図である。

また、図７は図６の各タイミングでのトラス型アクチュエータ３０の動作を示す模式図で、図７（ａ）は初期状態、図７（ｂ）は図６の第１ステップＳＴ１の状態、図７（ｃ）は図６の第２ステップＳＴ２の状態を示す模式図である。

本第１の実施の形態においては、駆動の初期に圧電素子３１および３２を同時に伸張させて被駆動体への押圧Ｐを大きくすることで、当接部３３ａが滑ることを防止して駆動力Ｆｄを大きくする方法を説明する。

図６（ａ）において、時間Ｔ１以前の圧電素子３１および３２への印加電位Ｖｄ＝０（ゼロ）の初期状態では、図７（ａ）に示すように、トラス型アクチュエータ３０の圧電素子３１および３２はいずれも伸縮しておらず、チップ３３はバネ３５による押圧Ｐ１で被駆動体２１に押しつけられて接触している。

時間Ｔ１から時間Ｔ２までの第１ステップＳＴ１で、圧電素子３１および３２の電位Ｖ３１およびＶ３２が第１の所定電位である０（ゼロ）から第２の所定電位である電位Ｖｍに達するまで、圧電素子３１および３２に第１の所定の電位変化量ΔＶ１で電位が印加される。この時、図７（ｂ）に示すように、圧電素子３１および３２は印加された電位により共に伸張し、チップ３３は圧電素子３１および３２の伸張による押圧Ｐ２で被駆動体２１に押しつけられる。押圧Ｐ２は十分に時間が経過すればバネ３５により吸収され、チップ３３と被駆動体２１との押圧はバネ３５による押圧Ｐ１に収束するが、バネ３５の応答時間以下の短い時間で考えれば、チップ３３と被駆動体２１との押圧Ｐ＝Ｐ１＋Ｐ２となり、チップ３３は被駆動体２１に押圧Ｐ２の分だけ強く押しつけられることになる。時間Ｔ２での押圧をＰｍとする。

図６（ａ）に戻って、時間Ｔ２から時間Ｔ３までの第２ステップＳＴ２で、圧電素子３１の電位Ｖ３１が第２の所定電位である電位Ｖｍから第３の所定電位である電位Ｖ１に達するまで第２の所定の電位変化量ΔＶ２で電位が印加されるとともに、圧電素子３２の電位Ｖ３２が第２の所定電位である電位Ｖｍから第４の所定電位である電位Ｖ２に達するまで第３の所定の電位変化量ΔＶ３で電位が印加される。この時、図７（ｃ）に示すように、圧電素子３１は伸張し、圧電素子３２は収縮するので、チップ３３は図の右方向に移動され、チップ３３と被駆動体２１との間に発生する摩擦力Ｆｄによって、被駆動体２１が距離Δｄだけ移動される。電位Ｖ３１と電位Ｖ３２との関係を逆にすると、被駆動体２１を逆方向（図の左方向）に移動させることができる。

このように、圧電素子３１および３２を共に伸張させて押圧Ｐを大きくした後に、一方を伸張させかつ他方を収縮させることで、図６（ｂ）に示したように、押圧Ｐ（＝Ｐ１＋Ｐ２）が有効押圧Ｐｅ以上となる、つまり当接部３３ａが滑らずに伸縮駆動できる領域Ｙは、図１０で従来技術の例として示した領域Ｘに比べて格段に広がり、効率的な伸縮駆動が実現できる。

第２ステップＳＴ２での圧電素子３１および３２の電位Ｖ３１およびＶ３２の変化量ΔＶｄ１（＝Ｖ１−Ｖｍ）とΔＶｄ２（＝Ｖ２−Ｖｍ）の絶対値は、略同一であることが望ましい。それによって、圧電素子３１の伸張量と圧電素子３２の収縮量とをほぼ同じにすることができ、時間Ｔ２での押圧Ｐｍを維持したままで摩擦力Ｆｄにより被駆動体２１を移動させることができる。

図６（ａ）に戻って、時間Ｔ３から時間Ｔ４までの第３ステップＳＴ３で、圧電素子３１および３２の電位Ｖ３１およびＶ３２が、初期状態と同じ第１の所定電位である０（ゼロ）に急激に戻される。この時、図７（ｄ）に示すように、圧電素子３１および３２は、バネ３５の応答時間以下の短い時間で急激に元の長さに戻るために、チップ３３と被駆動体２１との間に隙間が開いて接触が無くなり、かつチップ３３の位置が図７（ａ）と同じ位置に戻る。図７（ｄ）の状態は、バネ３５が応答して伸張すれば、図７（ａ）の状態に戻る。つまり、上述した第１ステップＳＴ１から第３ステップＳＴ３までの一連の動作によって、距離Δｄだけ被駆動体２１を移動させたことになる。

上述した第１ステップＳＴ１から第３ステップＳＴ３までの一連の動作を１回だけ行えば、距離Δｄの微少な距離の移動が可能であり（本発明における第１駆動モード）、複数回連続的に行えば、距離Δｄ毎の微少送りを連続的に行うことができる（本発明における第２駆動モード）。なお、本第１の実施の形態における駆動は、共振振動を起こさないために、共振周波数の周期とは異なる周期で行われることが望ましい。

以上に述べたように、本発明における摩擦駆動型アクチュエータの駆動方法の第１の実施の形態によれば、圧電素子３１および３２を共に伸張させて押圧Ｐを大きくした後に、一方を伸張させかつ他方を収縮させることによって、摩擦駆動型アクチュエータの伸縮駆動時の摩擦部材と被駆動物との当接部での滑りを少なくすることができ、効率的な伸縮駆動を実現することができる。

さらに、上述した第１ステップＳＴ１から第３ステップＳＴ３までの一連の動作を複数回連続的に行うことで、微少送りを連続的に行うことができ、高精度な送り動作を実現することができる。また、上述した第２ステップＳＴ２での圧電素子３１および３２の電位の変化量の絶対値を略同一にすることで、押圧Ｐを維持したままで被駆動体２１を移動させることができ、効率的な伸縮駆動方法を実現することができる。

次に、本発明における摩擦駆動型アクチュエータの駆動方法の第２の実施の形態について、図８を用いて説明する。本第２の実施の形態は、本発明における第１の伸縮駆動モードの他の例に相当するとともに、本発明における第１の伸縮駆動工程の他の例に相当する。図８は、本第２の実施の形態を説明するためのトラス型アクチュエータの駆動波形の模式図で、図８（ａ）は圧電素子３１および３２への印加電位Ｖｄの波形を、図８（ｂ）は摩擦部材３３と被駆動物２１との押圧Ｐを示す模式図である。本第２の実施の形態においては、駆動前に圧電素子３１および３２に負の電位を印加しておくことで駆動時の押圧Ｐを更に大きくし、駆動力Ｆｄを大きくする方法を説明する。

図８（ａ）において、時間Ｔ１以前の初期状態で、圧電素子３１および３２には負の電位−Ｖｂが印加され、圧電素子３１および３２は、図７（ａ）に示したよりも更に収縮した状態となっている。この状態で、トラス型アクチュエータ３０のチップ３３は、バネ３５による押圧Ｐ１で被駆動体２１に押しつけられて接触している。負の電位−Ｖｂは、圧電素子３１および３２の逆方向耐圧以内の電位である。

時間Ｔ１から時間Ｔ２までの第１ステップＳＴ１で、圧電素子３１および３２の電位Ｖ３１およびＶ３２が電位Ｖｍに達するまで、圧電素子３１および３２に第１の所定の電位変化量ΔＶ１２で電位が印加される。この時、図７（ｂ）に示したと同様に、圧電素子３１および３２は印加された電位により共に伸張し、チップ３３は圧電素子３１および３２の伸張による押圧Ｐ２で被駆動体２１に押しつけられる。時間Ｔ２での押圧Ｐｍ２は、図６（ｂ）に示した第１の実施の形態での押圧Ｐｍよりも圧電素子３１および３２に印加されていた負の電位−Ｖｂの分大きくなり、図６に示した第１の実施の形態よりも更に強い押圧を実現することができ、摩擦力Ｆｄをさらに強くすることができる。

第２ステップＳＴ２での動作は、第１の実施の形態での動作とほぼ同等である。第３ステップＳＴ３においては、圧電素子３１および３２の電位Ｖ３１およびＶ３２が、時間Ｔ１と同じ負の電位−Ｖｂに急激に戻される。

以上に述べたように、本第２の実施の形態によれば、初期状態で圧電素子３１および３２に負の電位−Ｖｂを印加しておくことで、駆動時に図６の第１の実施の形態よりも更に強い押圧を実現することができ、摩擦力Ｆｄをさらに強くすることができる。また、押圧Ｐｍ２が図６の第１の実施の形態における押圧Ｐｍと同じでよいのであれば、圧電素子３１および３２への印加電位Ｖｄを低く抑えることができ、トランジスタ等の駆動用素子の耐圧を低くすることができるので、回路の小型化とコストダウンに寄与することができる。

次に、本発明における摩擦駆動型アクチュエータの駆動方法の第３の実施の形態について、図９を用いて説明する。図９は、本発明における摩擦駆動型アクチュエータの駆動方法の第３の実施の形態を説明するためのフローチャートである。ここでは、図１に示したハードディスク装置１を例にとって、図３および４で説明した共振駆動モードと第２の伸縮駆動モードと、第１または第２の実施の形態で説明した第１の伸縮駆動モードとを適宜組み合わせた記録ヘッド２０を駆動する方法の動作の流れを説明する。

図９において、ステップＳ１０１で、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等からの指示により、情報を記録あるいは読み出す記録媒体１０上のトラックの位置が決定される。ステップＳ１０３で、記録ヘッド２０の現在位置とステップＳ１０１で決定されたトラックの位置とから記録ヘッド２０の送り量が算出される。ステップＳ１０５で、ステップＳ１０３で算出された記録ヘッド２０の送り量が大きいか否かが確認される。

記録ヘッド２０の送り量が大きい場合（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、ステップＳ１１１（共振駆動工程）で、トラス型アクチュエータ３０が図３（ａ）に示した共振駆動モードで駆動されて、記録ヘッド２０が目的のトラック位置の近傍まで高速で送られた後、ステップＳ１１３に進む。記録ヘッド２０の送り量が大きくない場合（ステップＳ１０５；Ｎｏ）も、ステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１３（第１の伸縮駆動工程）で、トラス型アクチュエータ３０が第１または第２の実施の形態で説明した第１の伸縮駆動モードで駆動されて、記録ヘッド２０が目的のトラック位置まで高精度に送られる。ステップＳ１１５で、ステップＳ１１３での記録ヘッド２０の位置が目的のトラック位置に達しているか、あるいは更に微調整が必要かが確認される。目的のトラック位置に達している場合（ステップＳ１１５；Ｎｏ）にはステップＳ１２３に進む。

記録ヘッド２０の位置の微調整が必要な場合（ステップＳ１１５；Ｙｅｓ）、ステップＳ１２１（第２の伸縮駆動工程）で、トラス型アクチュエータ３０が図３（ｂ）および（ｃ）に示した第２の伸縮駆動モードで駆動されて記録ヘッド２０の位置が微調整され、目的のトラック位置に高精度に位置決めされる。

ステップＳ１２３で、情報の記録あるいは読み出しの動作を終了するか否かが確認される。終了する場合（ステップＳ１２３；Ｙｅｓ）、そのまま動作を終了する。終了しない場合（ステップＳ１２３；Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻って、上述した各ステップを繰り返す。

以上に述べたように、本発明における摩擦駆動型アクチュエータの駆動方法の第３の実施の形態によれば、要求される被駆動物の送り量によって、共振駆動モード、第１の伸縮駆動モードおよび第２の伸縮駆動モードを適宜組み合わせて駆動することで、高速かつ高精度な駆動を実現することができる。

例えば送り量が大きい場合には、共振駆動モードで目的位置の近傍まで高速で送ってから第１の伸縮駆動モードで高精度に送り（本発明における第３駆動モード）、更に微調整が必要な場合には第２の伸縮駆動モードで高精度に位置決めを行うことができる（本発明における第５駆動モード）。また、送り量があまり大きくない場合には、第１の伸縮駆動モードで高精度に送り、更に微調整が必要な場合には第２の伸縮駆動モードで高精度に位置決めを行うことができる（本発明における第４駆動モード）。

以上に述べたように、本発明によれば、摩擦駆動型アクチュエータの駆動源である電気−機械変換素子に、所定のステップで構成される波形の電位を共振周波数の周期とは異なる周期で印加することで摩擦駆動型アクチュエータの伸縮駆動時の押圧を大きくしたので、該伸縮駆動時の摩擦部材と被駆動物との当接部での滑りの少ない、効率的な伸縮駆動が行えるアクチュエータユニット、情報記録読出ヘッド駆動装置、情報記録読出装置およびアクチュエータユニットの駆動方法を提供することができる。

尚、本発明に係るアクチュエータユニット、情報記録読出ヘッド駆動装置、情報記録読出装置およびアクチュエータユニットの駆動方法を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

摩擦駆動型アクチュエータを用いたハードディスク装置の構成を示す模式図である。 摩擦駆動型アクチュエータの構成の一例を示す模式図である。 トラス型アクチュエータの動作を説明するための模式図である。 分割電極型アクチュエータの動作を説明するための模式図である。 アクチュエータユニットの構成の一例を示すブロック図である。 本発明における摩擦駆動型アクチュエータの駆動方法の第１の実施の形態を説明するための模式図である。 第１の実施の形態におけるトラス型アクチュエータの動作を示す模式図である。 本発明における摩擦駆動型アクチュエータの駆動方法の第２の実施の形態を説明するための模式図である。 本発明における摩擦駆動型アクチュエータの駆動方法の第３の実施の形態を説明するためのフローチャートである。 従来技術を示す模式図である。

符号の説明

１ ハードディスク装置
３ アクチュエータユニット
１０ 記録媒体
１１ 回転軸
２０ 記録ヘッド
２１ アーム
２２ 軸受け
３０ アクチュエータ
３１ 圧電素子
３１ａ、３１ｂ 駆動電極
３２ 圧電素子
３３ チップ（摩擦部材）
３４ ベース
３５ バネ（付勢部材）
３６ 分割電極型アクチュエータ
３７ 振動板
３８、３９ 圧電素子
３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ 電極
１００ 駆動回路
１１１ 第１駆動波形生成部
１１３ 第１電流増幅部
１２１ 第２駆動波形生成部
１２３ 第２電流増幅部
２００ 制御回路
ＤＳ１ 駆動信号
ＤＳ２ 駆動信号

Claims (17)

1. 被駆動物に当接する摩擦部材を含み、該摩擦部材に取り付けられている複数の電気−機械変換素子を駆動源とし、共振周波数を有する摩擦駆動型アクチュエータと、
   前記摩擦駆動型アクチュエータを駆動する駆動回路と、
   前記駆動回路の動作を制御する制御回路とを備えたアクチュエータユニットにおいて、
   前記駆動回路は、
   複数の前記電気−機械変換素子に、第１の所定電位から第２の所定電位まで第１の所定の電位変化量で上昇する電位を印加する第１ステップと、
   前記電気−機械変換素子の一つに前記第２の所定電位から第３の所定電位まで第２の所定の電位変化量で上昇する電位を印加するとともに、残りの前記電気−機械変換素子に前記第２の所定電位から第４の所定電位まで第３の所定の電位変化量で下降する電位を印加する第２ステップと、
   複数の前記電気−機械変換素子の電位を前記第３の所定電位あるいは前記第４の所定電位から前記第１の所定電位へ戻す第３ステップとで構成される第１の伸縮駆動モードを有し、
   前記制御回路は、前記駆動回路に、前記摩擦駆動型アクチュエータを前記共振周波数の周期とは異なる周期の前記第１の伸縮駆動モードで駆動させる第１駆動モードを有することを特徴とするアクチュエータユニット。
2. 前記制御回路は、前記駆動回路に、前記摩擦駆動型アクチュエータを前記共振周波数の周期とは異なる周期の前記第１の伸縮駆動モードで、連続的に駆動させる第２駆動モードを有することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータユニット。
3. 前記第１の伸縮駆動モードの第２ステップにおける、前記第２の所定電位と前記第３の所定電位との差の絶対値と、前記第２の所定電位と前記第４の所定電位との差の絶対値とが同一であることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータユニット。
4. 前記第１の所定電位は負の電位であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のアクチュエータユニット。
5. 前記駆動回路は、前記摩擦駆動型アクチュエータを共振振動させる共振駆動モードを備え、
   前記制御回路は、前記駆動回路に、前記摩擦駆動型アクチュエータを前記共振駆動モードと前記第１の伸縮駆動モードとを組み合わせて駆動させる第３駆動モードを有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のアクチュエータユニット。
6. 前記駆動回路は、複数の前記電気−機械変換素子の少なくとも１つに静的に電位を印加することによって前記摩擦駆動型アクチュエータを伸縮させる第２の伸縮駆動モードを備え、
   前記制御回路は、前記駆動回路に、前記摩擦駆動型アクチュエータを前記第１の伸縮駆動モードと前記第２の伸縮駆動モードとを組み合わせて駆動させる第４駆動モードを有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のアクチュエータユニット。
7. 前記駆動回路は、前記摩擦駆動型アクチュエータを共振振動させる共振駆動モードと、
   複数の前記電気−機械変換素子の少なくとも１つに静的に電位を印加することによって前記摩擦駆動型アクチュエータを伸縮させる第２の伸縮駆動モードとを備え、
   前記制御回路は、前記駆動回路に、前記摩擦駆動型アクチュエータを前記共振駆動モード、前記第１の伸縮駆動モードおよび前記第２の伸縮駆動モードを組み合わせて駆動させる第５駆動モードを有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のアクチュエータユニット。
8. 前記電気−機械変換素子は、圧電素子であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のアクチュエータユニット。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載のアクチュエータユニットを備えたことを特徴とする情報記録読出ヘッド駆動装置。
10. 請求項９に記載の情報記録読出ヘッド駆動装置を備えたことを特徴とする情報記録読出装置。
11. 被駆動物に当接する摩擦部材を含み、該摩擦部材に取り付けられている複数の電気−機械変換素子を駆動源とし、共振周波数を有する摩擦駆動型アクチュエータと、
    前記摩擦駆動型アクチュエータを駆動する駆動回路と、
    前記駆動回路の動作を制御する制御回路とを備えたアクチュエータユニットの駆動方法において、
    複数の前記電気−機械変換素子に、第１の所定電位から第２の所定電位まで第１の所定の電位変化量で上昇する電位を印加する第１ステップと、
    前記電気−機械変換素子の一つに前記第２の所定電位から第３の所定電位まで第２の所定の電位変化量で上昇する電位を印加するとともに、残りの前記電気−機械変換素子に前記第２の所定電位から第４の所定電位まで第３の所定の電位変化量で下降する電位を印加する第２ステップと、
    複数の前記電気−機械変換素子の電位を前記第３の所定電位あるいは前記第４の所定電位から前記第１の所定電位へと急激に変化させる第３ステップとで構成される第１の伸縮駆動工程を有し、
    前記第１の伸縮駆動工程は、前記摩擦駆動型アクチュエータを前記共振周波数の周期とは異なる周期で駆動する工程であることを特徴とするアクチュエータユニットの駆動方法。
12. 前記第１の伸縮駆動工程は、前記摩擦駆動型アクチュエータを前記共振周波数の周期とは異なる周期で、連続的に駆動する工程であることを特徴とする請求項１１に記載のアクチュエータユニットの駆動方法。
13. 前記第１の伸縮駆動工程の第２ステップにおける、前記第２の所定電位と前記第３の所定電位との差の絶対値と、前記第２の所定電位と前記第４の所定電位との差の絶対値とが同一であることを特徴とする請求項１１または１２に記載のアクチュエータユニットの駆動方法。
14. 前記第１の所定電位は負の電位であることを特徴とする請求項１１乃至１３の何れか１項に記載のアクチュエータユニットの駆動方法。
15. 前記摩擦駆動型アクチュエータを共振振動させる共振駆動工程を備え、
    前記摩擦駆動型アクチュエータを、前記共振駆動工程と前記第１の伸縮駆動工程とを組み合わせて駆動することを特徴とする請求項１１乃至１４の何れか１項に記載のアクチュエータユニットの駆動方法。
16. 複数の前記電気−機械変換素子の少なくとも１つに略静的に電位を印加することによって前記摩擦駆動型アクチュエータを伸縮させる第２の伸縮駆動工程を備え、
    前記摩擦駆動型アクチュエータを、前記第１の伸縮駆動工程と前記第２の伸縮駆動工程とを組み合わせて駆動することを特徴とする請求項１１乃至１４の何れか１項に記載のアクチュエータユニットの駆動方法。
17. 前記摩擦駆動型アクチュエータを共振振動させる共振駆動工程と、
    複数の前記電気−機械変換素子の少なくとも１つに略静的に電位を印加することによって前記摩擦駆動型アクチュエータを伸縮させる第２の伸縮駆動工程とを備え、
    前記摩擦駆動型アクチュエータを、前記共振駆動工程、前記第１の伸縮駆動工程および前記第２の伸縮駆動工程を組み合わせて駆動することを特徴とする請求項１１乃至１４の何れか１項に記載のアクチュエータユニットの駆動方法。

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