JPH058502B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明は電磁アクチユエータ、より具体的に言
えば、データ記憶装置に使われる二軸方向電磁ア
クチユエータに関する。

Ｂ 従来の技術 電磁アクチユエータは、情報保持媒体上の所望
のトラツクをアクセスし、次いで所定の精度でト
ラツクに追従するために、データ記憶装置の分野
で広く用いられている。例えば、光学的、又は磁
気光学的データ記憶装置は放射ビームを発生する
ためにレーザを使つている。ビームは、光学的媒
体ではピツト即ち穴により、磁気光学媒体では磁
化により渦巻状トラツク若しくは円状トラツクに
前もつて記録されている情報、又は記録されるべ
き情報を有する回転デイスク上へ、ビーム案内手
段によつて差し向けられる。

このような装置は、トラツクの所定の点に情報
を書き込むためか、あるいは、トラツク上のいず
れかの点に書込まれた情報を読みとるためにトラ
ツクへ迅速にアクセスさせる必要がある。レーザ
ビームがデイスク上の渦巻状又は円状トラツクの
半径方向位置に関して正しく位置付けられた後
に、ビーム案内手段は、レーザビームがトラツク
上で正しく集束するように、トラツク上の正しい
距離に位置付けられねばならない。このような装
置の詳細は、1983年１月のコンピユータデザイン
（Computer Design）のベル（A.E.Bell）による
「オプチカルデータ記憶技術の現状と将来の展望」
（Optical Data Storage Technology Status
And Prospects）と題する文献の133乃至146頁に
述べられている。

Ｃ 発明が解決しようとする問題点 従来の技術において、トラツクをアクセスする
こと、即ちレーザビーム案内手段の放射方向の位
置付け制御は、通常、ビームを案内する手段をデ
イスクと相対的に変位させるよう動作する電気−
機械的手段によつて達成されている回集束
（focusing）即ち垂直位置制御は光学素子を動か
す電磁コイルによつて得られる。このような装置
の大きな弱点は、集束アセンブリとは別個のトラ
ツク追跡（tracking）アセンブリが装置の大きさ
及び重量の両方を増加させ且つそれらを装着し整
列させることが複雑であることにある。

1984年１月23日に出願された米国特許出願番号
第573166号において、トラツク追跡及び集束用の
光学素子を迅速に動かすための二軸方向電磁アク
チユエータが記憶されている。このアクチユエー
タはバランスを保つて交差された電磁コイルが、
２組の板ばねによつて保持されている構造を持つ
ている。光学素子は交差したコイル構造に装着さ
れ、そして、アクチユエータの磁路中の２つの空
隙の間に置かれる。コイルが励起されると、板ば
ねは２つの垂直方向の運動のベクトル和である方
向に光学素子を移動させる。このようにして、ア
クチユエータは迅速なトラツク追跡及び集束の補
正をすることが出来る。

この二軸方向アクチユエータは良好に動作する
けれども、運動の軸方向に対する質量の不均衡に
より、そしてまた、トラツク追跡方向に沿つた動
きの間のスプリング力の変動によつて振動を起し
勝ちである。

Ｄ 問題点を解決するための手段 本発明は、キヤリヤの質量と、板ばね懸架
（Suspension）アセンブリのための交差枠の質量
とを、アクチユエータの運動方向の第１軸に集中
させることにより、そしてまた、アクチユエータ
の運動の間、この第１軸に関する運動方向の力
を、第１軸に直交する２つの方向でバランスさせ
ることによつて二軸方向アクチユエータを改良す
る。

本発明は懸架交差枠を主フレームに装着する板
ばねの数を減少させることによつて二軸方向アク
チユエータを改良している。板ばねの数を２個に
減少させることによつて、板ばねの長さが完全に
揃つていなくとも、懸架アセンブリはヒツチ
（hitch）又はトグル（toggle）せず振動を起さな
い。

本発明の二軸方向アクチユエータの実施例で
は、磁石に作用する力が第１軸に対してバランス
するように、磁界用磁石マウントの装着の方向を
決めることによつて改良されている。さらに、磁
気−光学的記録の場合には、キヤリヤ内の光学素
子の近辺の漂遊磁界が記録媒体と平行するよう
に、永久磁石自体の磁極の方向をマウント上で同
じ方向に向けるのがよい。

Ｅ 実施例 第１図は、Ｘ座標軸及びＹ座標軸の方向の動き
を微細に制御することが出来る本発明の二軸方向
電磁アクチユエータの実施例を示す。或る光学式
データ記憶装置に使われているように、Ｘ軸方向
の運動は半径方向のアクセスと、所望のデータト
ラツクのトラツク追跡とを与え、そして、Ｙ軸方
向の運動は装置のビームをピンボケにするような
デイスクの動きに適応させる目的を持つている。
従つて、Ｘ軸はアクチユエータの主たる運動の方
向、即ち主要運動軸である。

第１図及び第２図において分るように、アクチ
ユエータはアーマチヤ、即ちキヤリヤ１と、懸架
アセンブリ２とで構成される。キヤリヤ１は、遂
行されるべき仕事を行うための任意の動作素子を
担持することが出来る。代表例では、キヤリヤは
上述のベルの文献に記載されているように光学式
データ記憶装置の読み取り／書き込みヘツドとと
もに使うためのミラー、プリズム又は対物レンズ
３のような光学素子を担持する。

懸架アセンブリ２は傾斜した平行四辺形の「対
称形」の交差枠（cross box）４を含み、交差枠
４は該枠の第１の２つの対向する隅部において、
板ばね６Ａ及び６Ｂの如き平行な弾性部材の第１
の組の部材によつてベース部材即ちフレーム部材
５に装着されている。これらのＸ軸板ばね６Ａ，
６Ｂはベース部材５に対して垂直に延びており、
そして、対物レンズ３を正しい半径方向の位置に
置くために、懸架アセンブリ２がキヤリヤ１をＸ
軸に沿つて動かせるようにする。

交差枠４は第２の二つの対向する隅部の処で、
板ばね７Ａ及び７Ｂの如き平行な弾性部材の第２
の組によつて、キヤリヤ１に装着されている。こ
れらのＹ軸板ばねはベース部材５に対して平行に
延びており、そして、対物レンズ３を位置決めす
ることにより焦点を合わせるために、キヤリヤ１
がＹ軸方向に動けるようにする。

第３Ａ図、第３Ｂ図及び第３Ｃ図を参照して理
解されるように、交差枠４のＸ軸及びY′軸に関
して、Ｘ軸板ばね６Ａ及び６Ｂを対称的にずらせ
ることによつて、Ｙ軸板ばね７Ａ及び７Ｂの運動
を可能にするために、交差枠４はキヤリヤ１に対
して傾斜されている。板ばね６Ａ，６Ｂ及び７
Ａ，７Ｂによつて、キヤリヤ１はＸ−Ｙ面内を自
由に動くことが出来るが、他の方向への動きは阻
止される。２個の板ばね６Ａ及び６Ｂをずらせて
装着することは交差枠のＸ，Y′及びＺ軸に対す
る質量及び作用力の対称性を維持させる。

ただ２個の板ばね６Ａ及び６Ｂしか使われてい
ないので、Ｘ軸方向に沿つた平滑な運動を達成す
るために、これらの板ばねの長さを完全に揃える
必要はない。換言すると、２個の板ばねだけを使
用することにより、懸架アセンブリがヒツチ又は
トグルする傾向即ち揺動（振動）の傾向をなくし
ている。４個の板ばねの使用によつて生ずるヒツ
チの問題を理解するためには、２点は線を特定
し、３点は面を特定し、そして、４つの点のすべ
てが同じ面上になければ、４つの点は一つの面と
１つの点を特定することを想起する必要がある。
従つて、Ｘ座標軸方向に４個の板ばねを有する、
上述の米国特許出願第573166号の二軸方向アクチ
ユエータは４個のばねのすべては長さが完全に揃
つていなければならない。若し長さが不揃であれ
ば、アクチユエータのＸ軸方向の運動は不規則な
ものになつてしまう。

構成部材を配置する際の大切な配慮は、作用
力／反作用力をバランスさせ、且つ質量を整列
（alingning）させて、それらが相互に持つ影響を
最小化することである。その結果、第２図に示さ
れたヨーク部材８Ａ及び８Ｂの配列が重要にな
る。第２図に示したXA及びYAは作用力で、XR
及びYRは反作用力である。作用力のうち、XA
はアーマチヤ／コイルアセンブリに所定の運動を
行わせるための最大力である。XA方向の運動は
交差枠４の質量が追加されるのに反し、YA方向
の運動には交差枠４の質量は付加されていない。

ヨーク部材８Ａ及び８ＢはXR方向における反
作用点（磁石９Ａ及び９Ｂの質量の中心）に対し
て動的にバランスされているが、YR方向にはバ
ランスされていない、最大の作用力XAが平衡さ
れた反作用XRと同じ面にあるときに、アクチユ
エータは最高に良く動作する。

より大きな反作用力XRがフレーム部材１０を
捩ることなく、フレーム部材１０に平均して加わ
るように、ヨーク部材８Ａ及び８Ｂはフレーム部
材１０に装着されている。更に、XR力はＸ軸方
向に集中している。このようにヨーク部材を装着
することによつて、アクチユエータの振動を減ら
す。

キヤリヤの不要な振動を克服するのに最も重要
なことは、キヤリヤアセンブリ１Ａの質量の対称
性と、Ｘ軸に関する交差枠４の対称性である。キ
ヤリヤアセンブリの質量の中心と、交差枠の質量
の中心とをＸ軸上に配置することにより、そして
また、Ｘ方向の力をＸ軸に沿うよう集中させるこ
とによつて、Ｘ軸に沿つた運動を安定化し、Ｘ軸
方向の振動をなくす。

第３Ａ図、第３Ｂ図及び第３Ｃ図を参照する
と、キヤリヤアセンブリ１Ａの質量はＹ及びＺの
両方向におけるＸ軸に関してバランスされてい
る。キヤリヤ１に装着された電磁コイルの質量は
Ｘ軸についてバランスされており、且つ部材１３
はＸ軸に関して対物レンズ３の質量をバランスさ
せるように、キヤリヤ１に固定されている。ま
た、交差枠４の質量はY′及びＺ方向におけるＸ
軸に関してバランスされている。

第３Ａ図及び第３Ｂ図を参照すると、Ｘ軸に沿
つた運動により生じた板ばね７Ａ及び７Ｂ中のＸ
方向の力の成分はＹ及びＺ方向内のＸ軸に対して
バランスされていることが分る。同様に、Ｘ軸に
沿つた運動の結果生じた板ばね６Ａ及び６Ｂ中の
Ｘ方向の力の成分はＹ及びＺ方向内のＸ軸に関し
てバランスされている。その結果として、Ｘ方向
の運動のためのＸ方向の力の成分の合計成分力
は、キヤリヤアセンブリの質量及び交差枠の質量
の中心が存在する軸でもあるＸ軸に沿つて集中す
る。従つて、Ｘ軸に沿うキヤリヤアセンブリの運
動は滑らかであり、キヤリヤアセンブリの振動は
実質的にゼロである。

動作周波数において、Ｙ軸に沿うキヤリヤアセ
ンブリ１Ａの運動の安定性は板ばね７Ａ，７Ｂ及
び交差枠４とは実質的に無関係である。１乃至20
キロヘルツの動作周波数はキヤリヤ及び懸架アセ
ンブリの基本周波数よりも〓かに高い。基本周波
数はばね定数及びアセンブリ中の素子の質量に依
存し、典型的には100ヘルツである。キヤリヤア
センブリ１Ａの質量の中心はＹ軸上にある。Ｙ方
向に作用する電磁力はＹ軸に関してバランスされ
ている。従つて、質量の中心Ｙ軸上にあるととも
にＹ方向の力の成分はＹ軸に集中するから、キヤ
リヤアセンブリ１Ａの運動はＹ軸に沿つて滑らか
に行われる。

板ばね６Ａ及び６Ｂは同様のものであり、且つ
板ばね７Ａ及び７Ｂも同様のものである。これら
のばねは、グラフアイト−エポキシ複合材、ステ
ンレス鋼、チタン、ベリリウム或は他のスプリン
グ材で作られる。ばね材は、ばねの質量を小さく
しても以然として長さ方向の剛性を維持している
ような高い剛性対密度比を与えるものでなければ
ならない。これはシステムの共振に対するばねの
関与度合を減少する。

第２図において、２つの空隙を画定するヨーク
部材８Ａ，８Ｂの外側脚部２０Ａ，２０Ｂの端部
付近に装着された永久磁石９Ａ，９Ｂと、ヨーク
部材８Ａ，８Ｂとによつて、２つの磁気回路が形
成されている。ヨーク部材８Ａ，８Ｂは１つの片
に形成され、ベース部材５から延びる全体として
Ｕ字形のフレーム部材１０に装着されている。

キヤリヤ１に装着されている２個のコイル１１
Ａ及び１１Ｂはコイルの内側に空洞を作るように
巻かれている。この空洞によつて、コイル中の
個々の巻線導体が薄いウエブを形成し且つ空隙の
領域でＹ軸に沿つた方向に向くようにコイルがヨ
ーク部材８Ａ及び８Ｂの内側の脚部を取り囲める
ようになる。これらのコイルの空洞は、ヨーク部
材８Ａ及び８Ｂのまわりのコイル１１Ａ及び１１
ＢのＹ軸に沿つた運動を可能にするよう充分に大
きくされなければならない。

４個のコイル、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ及び１
２Ｄは、それらのコイルの個々の巻線導体が薄い
ウエブを形成し且つ空隙の領域においてＸ軸に沿
つた方向に向くように、コイル１１Ａ及び１１Ｂ
の近くに置かれる。空隙の外側で、導体は束を形
成する。

第４図はコイル１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２
Ｂ，１２Ｃ及び１２Ｄの配置と、コイル相互に関
する位置付けの方法を示している。コイル１１
Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ及び１２Ｄ
は特殊形状のマンドレルの周囲にこれらを巻き、
且つ個々の巻線導体を接着（bonding）すること
によつて所望の形状が与えられる。次に、コイル
アセンブリは第１図及び第２図に示されるよう
に、キヤリヤ１に接着される。

２つの磁気回路を通る磁路は第１図の矢印１４
及び１５によつて示されている。コイル１１Ａ及
び１１Ｂに電流を流すと、電流の向きに従つた方
向で、コイル１１Ａ及び１１Ｂの巻線方向と垂直
方向に力を発生する態様で磁束が生ずる。Ｘ方向
におけるこの力はキヤリヤ１の質量の中心に対し
てバランスされ、そして、あたかもすべての力が
Ｘ軸に沿つて差し向けられたかのように作用す
る。

同様に、コイル１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ及び１
２Ｄへ電流が印加されると、コイル１２Ａ，１２
Ｂ，１２Ｃ及び１２Ｄの方向と垂直方向の力を発
生する態様で磁路が生じる。この力はキヤリヤ１
に作用し、その結果、電流の向きに従つた方向
に、Ｙ軸に沿つてキヤリヤ１を動かす。力はキヤ
リヤ１の質量の中心に関してバランスされ、そし
て、あたかもすべての力がＹ軸に沿つて差し向け
られたかの如くに作用する。

Ｘ及びＹ軸に沿つた運動の距離及び方向はコイ
ル１１Ａ，１１Ｂと、コイル１２Ａ，１２Ｂ，１
２Ｃ及び１２Ｄとを通る電流の大きさと方向に比
例する。従つて、対物レンズの半径方向及び垂直
方向の位置付けは、適当な大きさと適当な方向の
電流をコイル１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，
１２Ｃ及び１２Ｄへ印加することによつて達成す
ることが出来る。運動はＸ及びＹ軸に沿つた同時
運動のベクトル和である。一方の軸に沿う運動を
開始する前に、他方の軸に沿う運動が完成するま
で待機する必要はない。

通常の場合、コイルの駆動電流の大きさと向き
は光学系の集束エラーとトラツクの位置付けエラ
ーを表わす信号に従つて制御される。そのような
信号を発生させる手段は公知である。

第５Ａ図及び第５Ｂ図は永久磁石からの漂遊磁
界を示す。第５Ａ図において、永久磁石９Ａ及び
９Ｂは磁極が反対方向になるように配置されてお
り、第５Ｂ図では、それらの永久磁石は磁極が同
方向となるように配置されている。光学的記録を
走査する場合は何れの構成でも使うことが出来
る。然しながら、若し記録が磁気光学的であれ
ば、第５Ｂ図の構成の方が好ましい。

磁気−光学的記録においては、集束されたレー
ザスポツトとともに、デイスク上の小さなスポツ
トの磁化方向を切換えるためにバイアス磁界が使
われる。使われるバイアス磁界は代表的に言え
ば、デイスク面に垂直な方向で役300エルステツ
ドである。バイアス磁界以外の磁気源から来る同
じ方向又は逆方向のあらゆる磁界はデイスクの正
味磁界を所望の値とは異なつた値にさせる。

レンズ３の近くにある第５Ａ図のアクチユエー
タにより発生される漂遊磁界は光路軸と平行なの
で、それは磁気−光学的媒体の表面に垂直であ
る。このような漂遊磁界がバイアス磁界を分裂さ
せて、磁気−光学的媒体の消去又は書き込みを妨
害することがありうる。

第５Ｂ図は永久磁石を平行に配置した結果生じ
た磁界を示している。レンズ３の近辺の漂遊磁界
は光路軸と垂直であり、従つて磁気−光学的媒体
の面と平行である。磁気−光学的媒体を消去又は
書き込みの際に、この磁界は所要のバイアス磁界
に殆ど影響を与えない。

Ｆ 発明の効果 本発明のアクチユエータは、迅速な動作の下で
トラツク追跡や焦点合わせの二方向でキヤリヤを
制御することに伴う振動の問題を解決する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従つた二軸方向電磁アクチユ
エータの実施例の斜視図、第２図は第１図の二軸
方向電磁アクチユエータの分解図、第３Ａ図、第
３Ｂ図及び第３Ｃ図は第１図のキヤリヤを動かす
構造を示す側面図、平面図及び背面図、第４図は
第１図のアクチユエータのコイル及び光学素子キ
ヤリヤの配列を示す斜視図、第５Ａ図及び第５Ｂ
図は永久磁石の磁極の向きを変えた２つの異なつ
た二軸方向電磁アクチユエータにより生ずる漂遊
磁界を説明するための斜視図である。 １……キヤリヤ、２……懸架アセンブリ、４…
…交差枠、６Ａ，６Ｂ……第１の組の板ばね、７
Ａ，７Ｂ……第２の組の板ばね、９Ａ，９Ｂ……
永久磁石、１０……フレーム部材、１１Ａ，１１
Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ……コイ
ル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ データ記憶装置の記憶媒体上に衝突する放射
   ビームを偏向させ、または収束させる光学素子を
   変位させる記憶装置用アクチユエータにおいて、 上記光学素子を担持する可動キヤリアと、 上記キヤリアを二方向に動かすため、上記キヤ
   リアの質量の中心に実質的に集中する力を上記キ
   ヤリアに加える電磁手段と、 質量の中心が上記キヤリアの質量の中心を通る
   第１軸に沿つた位置にあり、１対の懸架装着位置
   を２組有し、各対の上記装着位置が上記第１軸に
   関して反対方向に等距離ずらされている懸架アセ
   ンブリと、 上記第１軸に実質的に垂直な第２軸に沿つた上
   記キヤリアの運動を許容するため、上記懸架アセ
   ンブリ上の一方の組の１対の装着位置と上記可動
   キヤリアの間を接続するための上記第１軸と平行
   な第１ばね手段と、 上記第１軸に沿つた上記キヤリアの運動を許容
   するため、上記懸架アセンブリ上の他の組の１対
   の装着位置とベース部材との間を接続するための
   上記第２軸と平行な第２ばね手段とを有し、且つ 上記第１ばね手段若しくは上記第２ばね手段
   が、上記キヤリアの運動を許容するよう変位され
   る際、互いに接触しないよう上記第１軸及び上記
   第２軸の少なくとも一方に対し上記懸架アセンブ
   リを斜めに配設したことから成る記憶装置用アク
   チユエータ。