JPWO2009054274A1 - 超音波アクチュエータ、及び磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

装置の複雑化と高価格化を招くことなく、優れた駆動性能を維持しつつ高い耐久性能を得ることが可能な超音波アクチュエータ、及び磁気記録装置を提供する。かかる超音波アクチュエータは、所定の振動を行う当接部を有する振動体と、当接部に加圧接触される被当接部を有して当接部の振動により、振動体に対して相対移動を生じる移動体と、を備えた超音波アクチュエータにおいて、振動体の当接部と移動体の被当接部との間には、ゲル化剤を配合した潤滑剤が介在されている。

Description

本発明は、超音波アクチュエータ、及び磁気記録装置に関し、特に移動体を振動体に加圧接触させて相対移動を発生させる超音波アクチュエータ、及び磁気記録装置に関する。

従来、様々な移動装置に超音波アクチュエータを用いることが試みられている。超音波アクチュエータは、通常、電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子を備えた振動体と、該振動体に加圧された状態で接触する被駆動体（移動体）等から構成される。超音波アクチュエータは、振動体に駆動信号を入力して振動体を伸縮運動させ、振動体の一部に楕円振動（以下、円振動を含む。）をさせることにより、振動体に加圧接触された被駆動体との間で摩擦力により相対運動を発生させるものである。

超音波アクチュエータは、小型、且つ静音性に優れ、また高速、高精度な位置決め制御が可能なことから、電子カメラ等の電子機器の駆動装置として利用されている。また、近年では、磁気記録装置（ＨＤＤ）の磁気ヘッドの駆動装置として用いることが検討され、その用途はさらに拡大しつつある。

ところで、ＨＤＤは、非常に高い耐久性、例えば通電２万時間以上の耐久性能が求められる。また、ＨＤＤのディスク室は、非常に高い清淨度が求められる。この為、このようなＨＤＤに超音波アクチュエータを用いる場合、耐久性能を高め、また、摺動部から発生する磨耗粉等のアクチュエータユニットの外部への飛散を厳しく規制することが必要とされる。

このような要求に応える方法として、振動体の当接部と該当接部に接触される移動体の摺動面との間に潤滑剤としてトラクションオイルを介在させることにより磨耗を抑え耐久性を高め、さらに、フッ素系の撥水撥油剤を摺動部以外の部分に浸漬塗布することによりトラクションオイルの漏洩を防止する方法が知られている（例えば、特許文献１）。また、摺動面にグリースを塗布する方法が従来より知られている。
特開２００４−３２９８５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている方法は、少なくとも以下１乃至３項に示す問題がある。

１．振動体、及び移動体（ロータ）をフッ素剤に浸漬した後に、摺動面のフッ素剤を除去する為に、摺動部を研磨、洗浄する必要があり工程の複雑化を招く。

２．撥油剤は、潤滑油をはじく作用はあるが、潤滑油の量が多いと漏洩する恐れがあるので、塗布量（膜厚）を厳密に管理する必要がある。

３．トラクションオイルは揮発性があり、トラクションオイルを含侵させたセーム皮等の布状部材をロータに当接させてオイルを供給している。このような構成では、布状部材は、いつもロータに当接している為、駆動負荷、特に双方向に駆動する場合の駆動負荷が大きくなる。また、ＨＤＤに用いた場合、オイルの揮発分そのものが磁気ヘッドの故障の原因となる。

また、潤滑剤としてグリースを用いる方法は、グリースは、通常状態で半固体状であるので、オイルに比べ保持性が高く、また、漏洩もし難い。しかしながら、粘性が高い為、振動体の振動が減衰し、出力が低下する恐れがある。また、ＨＤＤにおける磁気ヘッドの駆動のように、非常に短い周期で往復運動するような場合、摺動面の油膜が振動体の当接部によって掻き取られ、ロータの当接面の摺動領域外へ押し退けられる。粘性の低いオイルの場合は、浸透速度が速いので、往復動作よりも早く摺動面に復帰し適正な油膜が常に保たれるが、グリースのように粘性が高い場合には、往復運動よりも浸透速度が遅い為、油切れを起こし磨耗が生じる、といった問題がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、装置の複雑化と高価格化を招くことなく、優れた駆動性能を維持しつつ高い耐久性能を得ることが可能な超音波アクチュエータ、及び磁気記録装置を提供することを目的とする。

上記目的は、下記の１乃至７のいずれか１項に記載の発明によって達成される。

１．所定の振動を行う当接部を有する振動体と、
前記当接部に加圧接触される被当接部を有して前記当接部の振動により、前記振動体に対して相対移動を生じる移動体と、を備えた超音波アクチュエータにおいて、
前記振動体の当接部と前記移動体の被当接部との間には、ゲル化剤を配合した潤滑剤が介在されていることを特徴とする超音波アクチュエータ。

２．前記当接部の近傍の前記潤滑剤は、
前記当接部による超音波振動が印加されるにともない、液状化または粘性が低下し、該超音波振動の休止中にゲル化することを特徴とする前記１に記載の超音波アクチュエータ。

３．前記潤滑剤は、鉱物系または合成系の基油に、ワックスまたは高級脂肪酸を配合したものであることを特徴とする前記２に記載の超音波アクチュエータ。

４．前記潤滑剤の基油は、トラクションオイルであることを特徴とする前記３に記載の超音波アクチュエータ。

５．前記潤滑剤には、添加剤として極圧剤が配合されていることを特徴とする前記４に記載の超音波アクチュエータ。

６．前記振動体の当接部および前記移動体の被当接部またはそのいずれか一方の接触面には、前記潤滑剤を溜める複数の凹部または穴が形成されていることを特徴とする前記１乃至５のいずれか１項に記載の超音波アクチュエータ。

７．情報を記録する記録媒体と、
前記記録媒体に前記情報を読み書きする磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドを前記記録媒体に対して相対移動可能に支持するアームと、
前記１乃至６のいずれか１項に記載の超音波アクチュエータと、を有し、
前記アームは、前記超音波アクチュエータに設けられた前記移動体に固定されることを特徴とする磁気記録装置。

本発明によれば、振動体の当接部と移動体の被当接部との間に、ゲル化剤を配合した潤滑剤を介在させる構成とした。すなわち、振動体の当接部が当接し摺動する移動体の摺動面（被当接部）にゲル状潤滑剤を塗布することにより、良好な耐摩耗性が得られ、高い耐久性能を得ることができる。また、磨耗粉や潤滑剤を確実に保持でき、漏洩を防止することができるので、高い清淨度を得ることができる。

また、このような構成の超音波アクチュエータを磁気記録装置のヘッドの駆動に用いることにより、優れた駆動性能を維持しつつ高い耐久性能を得ることができる。

本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータの全体構成図である。 振動体の固定方法を示す図である。 振動体の構成を示す図である。 振動体の固有モードにおける変形の様子を示す模式図である。 駆動信号の位相差に対する楕円軌跡の変化の様子を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る磁気記録装置の概略を示す全体構成図である。 振動体のチップ部材が通過した後のゲル状潤滑剤の態様を示す模式図である。 移動体の摺動面の別例による構成を示す図である。

符号の説明

１Ａ 磁気記録装置（ＨＤＤ）
１ 筐体
２ ディスク
３ ヘッド
４ アーム
５ 超音波アクチュエータ
１０ 振動体
１０ａ 貫通穴
１０１ 圧電部材
１０１ａ Ａ相電極
１０１ｂ Ｂ相電極
１０１ｃ 共通電極
１０３ チップ部材
２０ ロータ（移動体）
２０ａ Ｖ字状溝
２０ｂ 摺動面
２０１ ゲル状潤滑剤
３０ ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）
４０ 固定部材
４０１ 固定ピン
４０３ ネジ
４０５ 接着剤

以下図面に基づいて、本発明に係る超音波アクチュエータ、及び磁気記録装置の実施の形態を説明する。尚、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。

最初に、本発明に係る超音波アクチュエータ５の構成を図１を用いて説明する。図１（ａ）は、超音波アクチュエータ５の全体構成の概要を示す正面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ′断面図である。

超音波アクチュエータ５は、図１（ａ）に示す様に、振動体１０、ロータ２０、ＦＰＣ３０、固定部材４０等から構成される。

振動体１０は、正三角形状をなし、正三角形の各頂点に円筒形状のロータ２０が外接している。ロータ２０は、本発明における移動体に該当し、振動体１０に組み込まれる前は、各接触点の寸法が、振動体１０の寸法より小さく設定されており、組み込まれることにより接触部以外の部位が弾性変形して（組み込み状態で、ロータ２０は、わずかに三角形状になる）、振動体１０の各接触部には、ロータ２０により所定の押圧力が働く。

図１（ｂ）に示すように、ロータ２０の円周断面には、Ｖ字状の溝２０ａが形成されている。振動体１０の各頂点に設けられた後述の凸形状の３つのチップ部材（当接部）１０３がロータ２０のＶ字状の溝２０ａ嵌まり込むため、スラスト方向への揺動が規制され、ロータ２０は高精度に回転を行うことができる。また、振動体１０に設けられたチップ部材１０３が当接し摺動するロータ２０の摺動面（被当接部）２０ｂには、ゲル状潤滑剤２０１が塗布されている。尚、ゲル状潤滑剤２０１の詳細については後述する。

振動体１０は、後述するように振動の比較的小さい各辺の中央付近を、固定部材４０に設けられた３つの固定ピン４０１により保持される。保持は、圧入、または接着により行う。また、振動体１０の各辺の中央付近に切り欠きを設けて固定ピン４０１により保持することにより、固定部材４０に対する位置決めを行うようにしてもよい。固定部材４０を例えば、後述の磁気記録装置の筐体やフレームに固定することにより、超音波アクチュエータ５は位置決めされる。

図２に振動体１０の別例による固定方法を示す。図２（ａ）は、振動体１０の概要を示す正面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ′断面図である。

図２（ｂ）に示すように、振動体１０の重心位置に貫通穴１０ａを設け、ネジ４０３等を用いて固定してもよい。重心位置は、振動の節に当たるので、固定による振動への影響を最小限に抑えることができる。

ロータ２０の材料には、弾性の大きな材料が好ましく、ステンレス等の金属材料を用いる。また、磨耗を防ぐため、表面には、窒化処理などの硬化処理を行う。また、ＣｒＮやＴｉＣＮ等のセラミックコーティングを行ってもよい。

振動体１０には、ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）３０が接続され、図示しない駆動信号生成部から、ＦＰＣ３０を介して、後述する所定の駆動信号が入力される。

振動体１０に駆動信号が入力されると、振動体１０の各頂点に設けられた後述の３つのチップ部材１０３に、それぞれ同じ方向に回転する高周波の楕円振動が発生する。チップ部材１０３には、ロータ２０が所定の押圧力で接しているため、摩擦力によって、ロータ２０が回転を行う。図１（ａ）において、各頂点が時計回りに楕円振動を行う場合は、ロータ２０も時計方向に回転し、各頂点が反時計回りに楕円振動を行う場合は、ロータ２０も反時計方向に回転する。尚、楕円振動の大きさを変えることにより、速度やトルクを変化させることができる。

ロータ２０は、正三角形状の振動体１０の頂点に設けられた３つのチップ部材１０３により保持されるので、ラジアル方向の姿勢安定性が非常に高く、且つ、スラスト方向にはＶ字状の溝２０ａにより揺動を規制されているので、芯振れ等がなく非常に高精度に回転が可能である。また、ガタがないので、剛性が高く、モータの応答性を高めることができる。また、振動体１０の３つの頂点の他にロータ２０を保持する箇所を必要としないため、駆動ロスが抑制され高い駆動効率を得ることができる。

次に、振動体１０の構成を図３を用いて説明する。図３（ａ）は、振動体１０の構成を示す正面図、図３（ｂ）は、側面図、図３（ｃ）は、裏面図である。

図３（ａ）に示すように、振動体１０は、ロータ２０に当接する３つのチップ部材１０３と正三角形の頂点に平面部が形成された圧電部材１０１から構成される。チップ部材１０３は、圧電部材１０１に接着により結合される。接着には、接着強度が高く、剛性の高いエポキシ系接着剤を用いる。

チップ部材１０３の材料には、磨耗を防ぐため、硬度の高い、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス、あるいは超硬合金等を用いる。

圧電部材１０１は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電特性を示す圧電材料からなり、圧電部材ａ面には駆動用電極、ｂ面には共通薄膜電極（ＧＮＤ電極）１０１ｃが形成される。電極は、銀や銀パラジウムからなり、蒸着等により形成される。駆動用電極は、図３（ａ）に示すように、振動体１０の各頂点から対向する辺へ下ろした各垂線で分割される形状（６分割）で、各頂点に一対のＡ相電極領域、Ｂ相電極領域を有し、各Ａ相電極１０１ａ、各Ｂ相電極１０１ｂが、ＦＰＣ３０を介してそれぞれ共通接続されている。ＦＰＣ３０は、後述する振動の節である三角形重心位置付近で接続することにより振動への影響を最小限に抑えることができる。尚、接続には、ハンダ、または導電性接着剤等を用いる。

次に、このような構成の超音波アクチュエータ５の駆動方法について説明する。駆動方法の基本は、ロータ２０を回転させる為の共振を用いた楕円振動駆動である。共振を用いることにより振動体１０の各頂点に楕円振動を励起して駆動する方法であり、振幅を数十倍に拡大でき、低電圧で効率的に大きな楕円振動を得ることができる。以下に、その原理と駆動特性について説明する。

（固有モード）
最初に固有モードについて図４を用いて説明する。振動体１０の各頂点に同一回転方向の楕円振動を励起するために、本実施形態では、図４に示す２つの固有モードを用いる。図４（ａ）は、伸縮振動モード、図４（ｂ）は、屈曲振動モードによる振動体１０の変形の様子を示す模式図である。伸縮振動モードは、振動体１０の重心位置Ｇを振動の節とし、各頂点を含む３分割された領域が伸縮振動し、各頂点が同位相で放射状に往復運動を行う。屈曲振動モードは、振動体１０の重心位置Ｇを振動の節とし、各頂点を含む３分割された領域が屈曲振動し、各頂点が同位相で重心位置Ｇを中心とする振動体１０の外接円の円周の接線方向に往復運動を行う。伸縮振動モードは、各Ａ相電極１０１ａ、各Ｂ相電極１０１ｂに同位相、屈曲振動モードは、逆位相の各共振周波数と一致する駆動信号を入力することにより、それぞれ励起することができる。

（位相差駆動方法）
前述の２つの固有モードの共振周波数を略一致させ、Ａ相電極１０１ａ、Ｂ相電極１０１ｂに位相の９０度ずれた共振周波数と一致する周波数の駆動信号ＶＡ、ＶＢを入力することにより、２つの固有モードが励起・合成され、振動体１０の各頂点に同じ回転方向の楕円振動が生成される。駆動信号ＶＡ、ＶＢの位相を反転させることにより、楕円振動の回転方向が逆転する。また、駆動信号ＶＡ、ＶＢの振幅や位相を変化させることにより、楕円振動の軌跡形状や大きさを変えることができる。

楕円軌跡径は、振幅（電圧）に比例して変化する。また、駆動信号ＶＡ、ＶＢの位相差を変化させることにより、楕円形状を変化させることができる。図５は、駆動信号ＶＡ、ＶＢの位相差に対する楕円軌跡の変化の様子を示す模式図である。図５（ａ）は、駆動信号ＶＡとＶＢの位相差が４５°、図５（ｂ）は、９０°、図５（ｃ）は、１３５°の場合を示す。位相差が小さくなると、ロータ２０との接触点における法線方向Ｎの楕円径が大きくなり、位相差が大きくなると、接線方向Ｔの径が大きくなる。楕円軌跡形状を変化させることによって、後述する様に、駆動特性を変化させることができるので、速度制御や位置制御に応用することができる。また、２相の駆動信号ＶＡ、ＶＢで駆動する位相差駆動を行うことにより、低電圧で駆動できると伴に、位相差による駆動制御が可能である。

（単相駆動方法）
前述の２つの固有モードの共振周波数を所定値ずらし、その間の周波数の単相の駆動信号をＡ相電極１０１ａ、Ｂ相電極１０１ｂのいずれか一方に入力することにより、振動体１０の各頂点に同一回転方向の楕円振動が励起される。入力する電極を切り替えることにより、楕円の回転方向を逆転できる。各固有モードの共振周波数を所定値ずらすことにより、片方の電極駆動による加振力によって、２つの固有モードの位相がずれて励起され、楕円振動が生成される。単相の駆動信号によって駆動できるので、駆動回路が簡略化でき、コストを低減することができる。

（共振周波数の調整方法）
２つの固有モードの共振周波数は、チップ部材１０３の質量や、振動体１０の重心位置に穴を設けて、穴径を調整することにより、所定の関係に設定することができる。また、製造時の２つの固有モードの共振周波数の誤差を後加工などで調整することができる。

（楕円軌跡と駆動性能）
ここで、楕円軌道と駆動性能の関係について前述の図５を用いて説明する。チップ部材１０３に生じる楕円振動を、ロータ２０の接線方向Ｔと法線方向Ｎに分解した場合、ロータ２０の速度は、チップ部材１０３の楕円運動の方向Ｔの速度によって決まるため、楕円軌跡の方向Ｔの径Ｒｔと駆動周波数で決まり、Ｒｔが大きいほど速度が大きくなる。一方、駆動力は、加圧力と接触点の摩擦係数の積で決まるが、楕円軌跡の法線方向Ｎの径Ｒｎも関係する。これは、楕円軌跡の加圧方向の径Ｒｎに対して、加圧力が相対的に低い場合は、チップ部材１０３はロータ２０に対して接触、離脱を繰り返しながら、接触中に摩擦力により駆動を行うが、径Ｒｎに対して加圧力が相対的に大きくなると、ロータ２０や接触部表面の弾性変形や加圧力を受ける構造部材の弾性変形により、常時接触した状態で楕円振動を行うことになる。この状態では、チップ部材１０３が振動周期中の反駆動方向への移動時にも摩擦力が働きブレーキとなるため、加圧力を上げてもＲｎで決まる値以上の駆動力は発生しない。また、このような状態での駆動においては、速度ムラや再現性などの駆動状態が不安定になり、また、異音が発生する等の不具合が起きる場合もある。従って、楕円軌跡の加圧方向の径Ｒｎが大きいほど駆動力は大きくなり、安定した駆動が可能となる。

従って、図５（ａ）に示す楕円軌跡は、低速高トルク特性、図５（ｃ）に示す楕円軌跡は、高速低トルク特性となり、駆動信号ＶＡ、ＶＢの位相差を変化させることにより、駆動性能を制御することができ、等速制御や位置決め制御等の高精度な駆動を行うことができる。

（ＤＣ駆動）
次に、ＤＣ駆動について説明する。ＤＣ駆動は、ロータ２０を微小に揺動動作させるための駆動方法で、非常に高精度な位置決めが要求される場合に用いられ、ｎｍオーダーの位置決め分解能が得られる。前述の共振駆動により粗動（高速、広回転角駆動）を行った後、ＤＣ駆動により微動を行うことにより、広範囲、高速駆動、高精度位置決めが可能な駆動システムを実現できる。

駆動方法としては、Ａ相電極１０１ａにのみ直流電圧を印可することにより、振動体１０の各頂点を含む３等分した領域が、図４（ｂ）に示すように、ＣＣＷ方向に屈曲し、チップ部材１０３の先端がＣＣＷ方向に倒れる。チップ部材１０３に摩擦接触したロータ２０は、摩擦力により同じ量だけ移動（回転）を行い、電圧印可を停止すると、元の状態に戻る。同様に、Ｂ相電極１０１ｂにのみ直流電圧を印可することにより、ロータ２０をＣＷ方向に微少量移動することができる。また、Ａ相電極１０１ａに直流電圧印加時、Ｂ相電極１０１ｂにマイナス電圧を印可することにより、振動体１０の屈曲量が大きくなり、ロータ２０の回転量を大きくすることができる。

このような構成の超音波アクチュエータ５において、本発明は、振動体１０のチップ部材１０３とロータ２０の摺動面２０ｂとの磨耗を抑えることにより耐久性を高め、さらに、摺動部から発生する磨耗粉や潤滑油等のアクチュエータユニットの外部への漏洩を防止することにより清淨度を高める為に、ロータ２０の摺動面２０ｂにゲル状潤滑剤２０１を塗布するものである。以下にその詳細を説明する。

（ゲル状潤滑剤の動作）
ゲル状潤滑剤２０１は、ロータ２０の摺動面２０ｂに充分な量塗布される。特に正確な膜厚に塗布する必要がないため、工程が非常に簡略である。

振動体１０がロータ２０に組み込まれ、駆動を開始すると、チップ部材１０３に踏みつけられたゲル状潤滑剤２０１は、楕円振動により液化し、余分なゲル状潤滑剤２０１は、摺動面２０ｂの摺動領域外に押し退けられる。図７に、振動体１０のチップ部材１０３が通過した後のゲル状潤滑剤２０１の態様を示す。押し退けられたゲル状潤滑剤２０１は、図７に示すように、摺動領域Ｓの側方にゲル状のまま土手状の盛り上がり部２０１ｂを形成する。液化したゲル状潤滑剤２０１ａは、この盛り上がりにより外部に漏洩することなく、摺動面２０ｂに留まることができる。液化することにより、非常に高速な往復動作であっても、ゲル状潤滑剤２０１ａの浸透速度が速いため、常に良好な油膜を形成して駆動することができ、磨耗を抑えることができる。また、粘性が低いので、振動体１０の振動の減衰も抑えられ、高い駆動性能を確保することができる。駆動を停止すると、摺動面２０ｂの液化したゲル状潤滑剤２０１ａは、徐々にゲル化を開始するため、液化による揮発分は最低限に抑えることが可能である。再び駆動を開始すると、摺動面２０ｂのゲル状潤滑剤２０１は再び液化し良好な油膜を形成する。

尚、ロータ２０の摺動面２０ｂには、図８に示すように、凹凸形状を設けてもよい。図８（ａ）は、ロータ２０の摺動面２０ｂの展開図、図８（ｂ）は、図８（ａ）におけるＢ−Ｂ′断面図である。

凹凸形状は、凸部２０ｄが中心線平均粗さで０．５μｍ以下程度の平坦面で凹部２０ｃは１０μｍ以上の深さに形成することが好ましい。この場合、振動体１０のチップ部材１０３は、凸部２０ｄの平面との間で潤滑膜を形成しながら駆動を行い、一部の液化したゲル状潤滑剤２０１ａが凹部２０ｃに溜まる。従って、チップ部材１０３により掻き取られるゲル状潤滑剤２０１が、浸透し摺動面２０ｂに復帰するまでの時間が、オイル溜まりが近いことから単一平面の場合よりも短くなる。従って、より高速な往復動作であっても良好な潤滑膜が形成できる。凹凸形状は、ロータ２０製造時にプレス金型面に凹凸形状を成型し、プレス転写することで形成できる。また、凹部２０ｃの代わりに微小な穴を設けても、同様の効果を得ることができる。

（ゲル状潤滑剤の液化現象）
本実施例における振動体１０の楕円振動の周波数は、約２００ｋＨｚであり、チップ部材１０３は、２００ｋＨｚもの速度でロータ２０に衝突、離反を繰り返す。その結果、振動体１０のチップ部材１０３とロータ２０の摺動面２０ｂの間には、局所的、瞬間的に数百度もの熱が発生する。そのときの熱および駆動時のせん断力によりゲル状潤滑剤２０１が液化する。また、潤滑油がない場合は、そのときに発生する熱がロータ２０の金属面を酸化させ磨耗の原因の一つになるが、本実施例の場合、熱がゲル状潤滑剤２０１に吸収されるため磨耗の低減にもつながる。

このように、チップ部材１０３の近傍のゲル状潤滑剤２０１は、チップ部材１０３による超音波振動が印加されるにともない、液状化または粘性が低下し、該超音波振動の休止中にゲル化する。尚、ゲル状潤滑剤２０１の粘度は、ゲル状態から液状化すると１／１０以下に低下する。

（ゲル状潤滑剤の材料）
本実施例に用いるゲル状潤滑剤２０１は、液状の基油として、ナフテン系などの鉱物油、ＰＡＯ（合成炭化水素）やエステルなどの合成油を用い、ワックスや高級脂肪酸などのゲル化剤を１０〜３０％程度配合したものである。ゲル化剤は、数１０〜１５０℃程度の融点を有し、ゲル状潤滑剤２０１は、その前後の温度において、ゲルと液体とが可逆的に変化する。

基油にナフテン系のトラクションオイルを用いることにより、摩擦係数を高めることができ、超音波アクチュエータ５の推力を向上させることができる。また、エステルは、揮発性が低いので、蒸発量をさらに低減させることができる。

また、超音波アクチュエータ５の潤滑駆動においては、圧力が高く、速度が比較的遅いため、完全な油膜を形成する流体潤滑や弾性流体潤滑状態を得ることは困難であり、接触面の微小な凹凸の一部が互いに接触する境界潤滑状態になる。従って、潤滑剤の添加剤として、硫黄やリン系、または、モリブデンなどの極圧剤を配合することで、耐摩耗性がさらに向上する。ただし、若干の磨耗粉が発生する場合もあるが、オイル中に拡散されるため、外部に排出されることはない。また、必要に応じて、酸化防止剤などの添加剤を配合してもよい。

次に、このような構成の超音波アクチュエータ５を磁気記録ヘッドの駆動に用いた磁気記録装置の実施の形態について説明する。

従来の磁気記録装置（以下、ＨＤＤと記する）の磁気記録ヘッド（以下、ヘッドと略称する）の駆動に用いられるアクチュエータは、ヘッドが取り付けられたアームをピボットベアリングで回転支持する構成で、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）を用いて駆動を行っている。ＨＤＤのヘッドを駆動する場合、高速で回転するディスク上のトラックのうねり等に追従しながら位置決め制御を行う必要があり、アクチュエータには、非常に高い応答性と分解能が要求される。応答性が上がることにより、記録密度が高まるので、ＨＤＤの記録容量を増加させることができる。

しかしながら、従来のアクチュエータの構成は、ベアリングを使用しているため、揺動動作の周波数を上げていくと、ベアリングガタに起因する不要な振動が励起され、その共振周波数以上に応答性を上げられないという問題がある。本実施形態による超音波アクチュエータ５をＨＤＤのヘッドの駆動に用いることにより、このような課題に対応することができる。

図６に、本発明の実施形態に係るＨＤＤ１Ａの概略構成を示す。ＨＤＤ１Ａは、記録用のディスク（記録媒体）２、超音波アクチュエータ５により矢印Ａの方向（トラッキング方向）に回転可能に設けられたアーム４、アーム４の先端に取り付けられたヘッド３、及びディスク２を矢印Ｂの方向に回転させる図示しないモータ等を筐体１の中に備えており、ヘッド３がディスク２に対して相対的に移動しうるように構成されている。

超音波アクチュエータ５は、前述の様に、ロータ２０の弾性で振動体１０を保持しながら回転駆動するガタのない構成であり、また、振動体１０の正三角形の各頂点でロータ２０を保持できるので非常に保持安定性が高い。従って、超音波アクチュエータ５の共振周波数を高くすることができ、従来の場合に比べて、非常に高い応答性を得ることができる。

また、ディスク２上の記録領域は、アーム４の駆動角度にして約３０°度程度ある一方、トラックのうねりは、数ｎｍ〜数十μｍであり、広範囲を高速駆動しながら、非常に高精度、高応答の位置決め性が要求される。本実施形態による超音波アクチュエータ５では、前述の共振駆動による粗動とＤＣ駆動による微動を組み合わせることにより、これらの要求に応えることができ、さらに、非常に簡単な構成であるため、生産性を高め、製造コストを低減できる。

また、ＨＤＤ１Ａの図示しないディスク室は、非常に高い清浄度が保たれており、コンタミ（ごみ）や部材のアウトガスなど厳密に管理されている。従って、アクチュエータユニットから磨耗粉やオイルが漏れ出すことは厳禁であり、また、オイルの揮発分も極力抑える必要がある。本実施形態による超音波アクチュエータ５を用いることにより、これらの要求を、容易に且つ安価に満たすことができる。

また、オイルが漏れ出さないので、ＨＤＤ１Ａに有害と考えられる極圧材などの添加剤を配合することが可能となり、耐久性を飛躍的に向上させることができる。従来のオイルやグリースでこのような機能を実現しようとすると、ユニットに排出防止用の磁性流体シールなどの高価な部品が必要となる上、組み立てが複雑になる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は前述の実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、適宜変更、改良が可能であることは勿論である。例えば、前述の実施形態においては、円筒形状のロータ２０に三角形状の振動体１０を内接させて相対的に円運動を生じさせる構成としたが、振動体を一対の平行に配設されたガイドで移動可能に支持し、相対的に直線移動を生じさせる、所謂リニア駆動構成であってもよい。

また、ゲル状潤滑剤２０１は、前述の材料に限定されるものではなく、同様の挙動を示すものであればよい。

また、本実施形態による超音波アクチュエータ５の用途としては、ＨＤＤ１Ａに限られるものではなく、例えば、レンズ駆動装置などのオイル漏れやごみの混入に敏感な装置に用いることにより同様の効果を得ることができる。

Claims (7)

1. 所定の振動を行う当接部を有する振動体と、
   前記当接部に加圧接触される被当接部を有して前記当接部の振動により、前記振動体に対して相対移動を生じる移動体と、を備えた超音波アクチュエータにおいて、
   前記振動体の当接部と前記移動体の被当接部との間には、ゲル化剤を配合した潤滑剤が介在されていることを特徴とする超音波アクチュエータ。
2. 前記当接部の近傍の前記潤滑剤は、
   前記当接部による超音波振動が印加されるにともない、液状化または粘性が低下し、該超音波振動の休止中にゲル化することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の超音波アクチュエータ。
3. 前記潤滑剤は、鉱物系または合成系の基油に、ワックスまたは高級脂肪酸を配合したものであることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の超音波アクチュエータ。
4. 前記潤滑剤の基油は、トラクションオイルであることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の超音波アクチュエータ。
5. 前記潤滑剤には、添加剤として極圧剤が配合されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の超音波アクチュエータ。
6. 前記振動体の当接部および前記移動体の被当接部またはそのいずれか一方の接触面には、前記潤滑剤を溜める複数の凹部または穴が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１項に記載の超音波アクチュエータ。
7. 情報を記録する記録媒体と、
   前記記録媒体に前記情報を読み書きする磁気ヘッドと、
   前記磁気ヘッドを前記記録媒体に対して相対移動可能に支持するアームと、
   請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか１項に記載の超音波アクチュエータと、を有し、
   前記アームは、前記超音波アクチュエータに設けられた前記移動体に固定されることを特徴とする磁気記録装置。