(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１乃至第４のアームと、
前記第1と第２のアームが鋭角を作る配置関係にあり、それぞれの一端部がそれぞれヒンジ部を介して結合した第1の連結部分と、
前記第３のアームと第４のアームが鋭角を作る配置関係であり、それぞれの一端部がそれぞれヒンジ部を介して結合した第２の連結部と、
前記第１のアームと前記第３のアームが鈍角を作る配置関係であり、それぞれの他端部がそれぞれヒンジ部を介して結合した第３の連結部分と、
前記第２のアームと前記第４のアームが鈍角を作る配置関係であり、それぞれの他端部がそれぞれヒンジ部を介して結合した第４の連結部と、
前記第１、第２の連結部を結ぶ線と、前記第３、第４の連結部を結ぶ線の交点を含む位置に配置された装置本体への取り付け部と、
この装置本体への取り付け部と前記第１の連結部との間に取り付けられた第１の圧電素子，前記装置本体への取り付け部と前記第２の連結部との間に取り付けられた第２の圧電素子とを具備し、
前記第１〜第４のアームは、長さが同じであり、前記第１と第２の圧電素子は、特性の等しいものが選択されており、
前記第３又は第４の連結部に被駆動体が取り付けられ、前記第１と第２の圧電素子に等しい電圧が供給されることで、前記交点に対して、前記第１、第２の連結部が互いに相反する方向へ駆動され、また前記第３、第４の連結部も互いに相反する方向へ移動制御され、
前記第１、第２の連結部を結ぶ線（Y軸）と、前記第３、第４の連結部を結ぶ線（X軸）に対して対称となる形状を機構全体として採用し、Y軸上の機構各部のX軸方向変位およびX軸上の機構各部のY軸方向変位は振動の節になっていることを特徴とする無反動型変位拡大位置決め装置。
【請求項２】
前記第３の連結部には、ヘッドジンバルアッセンブリが取り付けられ、前記第４の連結部には、カウンターウエイトが取り付けられて使用されることを特徴とする請求項１記載の無反動型変位拡大位置決め装置。
【請求項３】
前記第１乃至第４のアーム及び各ヒンジ部は、弾性を有することを特徴とする請求項１記載の無反動型変位拡大位置決め装置。
【請求項４】
第１乃至第４のアームと、
前記第1と第２のアームが鋭角を作る配置関係にあり、それぞれの一端部がそれぞれヒンジ部を介して結合した第1の連結部分と、
前記第３のアームと第４のアームが鋭角を作る配置関係であり、それぞれの一端部がそれぞれヒンジ部を介して結合した第２の連結部と、
前記第１のアームと前記第３のアームが鈍角を作る配置関係であり、それぞれの他端部がそれぞれヒンジ部を介して結合した第３の連結部分と、
前記第２のアームと前記第４のアームが鈍角を作る配置関係であり、それぞれの他端部がそれぞれヒンジ部を介して結合した第４の連結部と、
前記第１、第２の連結部を結ぶ線と、前記第３、第４の連結部を結ぶ線の交点を含む位置に配置された装置本体への取り付け部と、
この装置本体への取り付け部と前記第１の連結部との間に取り付けられた第１の圧電素子，前記装置本体への取り付け部と前記第２の連結部との間に取り付けられた第２の圧電素子とを具備し、
前記第１〜第４のアームは、長さが同じであり、前記第１と第２の圧電素子は、特性の等しいものが選択されており、
前記第３連結部に被駆動体が取り付けられ、前記第４の連結部に前記被駆動体と機構の動的な対称を保持するための部材が設けられ、前記第１と第２の圧電素子に等しい電圧が供給されることで、前記交点に対して、前記第１、第２の連結部が互いに相反する方向へ駆動され、また前記第３、第４の連結部も互いに相反する方向へ移動制御され、
前記第１、第２の連結部を結ぶ線（Y軸）と、前記第３、第４の連結部を結ぶ線（X軸）に対して対称となる形状を機構全体として採用し、Y軸上の機構各部のX軸方向変位およびX軸上の機構各部のY軸方向変位は振動の節になっていることを特徴とする無反動型変位拡大位置決め装置。
【請求項５】
第１乃至第４のアームと、
前記第1と第２のアームが鋭角を作る配置関係にあり、それぞれの一端部がそれぞれヒンジ部を介して結合した第1の連結部分と、
前記第３のアームと第４のアームが鋭角を作る配置関係であり、それぞれの一端部がそれぞれヒンジ部を介して結合した第２の連結部と、
前記第１のアームと前記第３のアームが鈍角を作る配置関係であり、それぞれの他端部がそれぞれヒンジ部を介して結合した第３の連結部分と、
前記第２のアームと前記第４のアームが鈍角を作る配置関係であり、それぞれの他端部がそれぞれヒンジ部を介して結合した第４の連結部と、
前記第１、第２の連結部を結ぶ線と、前記第３、第４の連結部を結ぶ線の交点を含む位置に配置された装置本体への取り付け部と、
この装置本体への取り付け部と前記第１の連結部との間に取り付けられた第１の圧電素子，前記装置本体への取り付け部と前記第２の連結部との間に取り付けられた第２の圧電素子とを具備し、
前記第１〜第４のアームは、長さが同じであり、前記第１と第２の圧電素子は、特性の等しいものが選択されており、
前記第３又は第４の連結部に被駆動体が取り付けられ、前記第１と第２の圧電素子に等しい電圧が供給されることで、前記交点に対して、前記第１、第２の連結部が互いに相反する方向へ駆動され、また前記第３、第４の連結部も互いに相反する方向へ移動制御され、
前記第３連結部に被駆動体が取り付けられ、前記第４の連結部に前記被駆動体と機構の動的な対称を保持するウエイトが設けられることを特徴とする無反動型変位拡大位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、磁気ディスクへの磁気記録の評価を行う磁気記録評価装置に利用されて有効であり、この場合、磁気ヘッドを磁気ディスク上の所定のトラック位置へ高速・高精度で位置決めすることができる無反動型変位拡大位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブの著しい高記録密度化および高速化に伴い、磁気ディスクへの磁気記録の記録再生評価を行う磁気記録評価装置は、磁気ヘッドの高速・高精度な位置決め技術が要求されている。また、この磁気記録評価装置では、多様なヘッドジンバルスアッセンブリ（ＨＧＡ）に対応するためのアライメント機構が要求されるが、大きなシーク動作は必要とされていない。
【０００３】
これらの要求に対して、最大変位は小さいが高い応答性を有するＰＺＴ（圧電素子）と、ＰＺＴの変位を拡大する機構とで構成されるＰＺＴアクチュエータを搭載し、ＨＧＡ近傍でこのアクチュエータを駆動して制御帯域を上げることによって、トラック追従性を向上させる方式の変位拡大機構が採用されている。
【０００４】
図１には、従来の変位拡大機構を示している。１はＰＺＴ、２は取り付け部、３はＨＧＡ支持部、４は変位拡大部、５、６はアーム（リンク）、７、８はＰＺＴ支持部、９は切り欠き部である。
【０００５】
この機構は、平行リンク機構を採用したものである。装置本体への取り付けは、取り付け部２の二つの穴２ａ、２ｂにボルトなどを挿入して装置本体への取り付け部へ取り付ける。ＨＧＡ支持部３には、ＨＧＡがネジを利用して固定される。この機構は、平行リンク形状のバネにテコの機構を組み合わせたもので、弾性変形を応用したヒンジが採用されている。ＰＺＴ１の微小変位は、ＨＧＡ支持部３においてＡ／Ｂ倍に拡大されて現われる。しかし、この機構は以下に示す四つの問題点がある。
【０００６】
（１）ＰＺＴ１の伸縮力はアーム５の切り欠き部９の位置に集中して働く。アーム５の剛性はこの力に対して十分に高くとることができないため、アーム５は弾性変形する。また、ＰＺＴ１に伸縮力を直接受けるＰＺＴ支持部８の剛性も、ＰＺＴ支持部８が片持ち梁の形状をしているため、ＰＺＴ１の発生力に対して十分に高くとることができず、ＰＺＴ支持部８は弾性変形する。これにより、変位拡大率が想定した値Ａ／Ｂより小さくなってしまい、ＰＺＴ１の微小な変位を効率的に拡大することができない。
【０００７】
（２）ＰＺＴ１を高速に動作させると、ＰＺＴ取り付け部８は振動し、その反力が装置本体への取り付け部２を加振し、機構全体の振動を誘発し、高速・高精度な位置決めの大きな障害となる。
【０００８】
（３）ＰＺＴ１の伸縮力により運動するＨＧＡ支持部３へ作用する慣性力は、ＰＺＴ１を高速に動作させることにより極めて大きくなり、この慣性力を受ける装置本体の直動ステージへの取り付け部２は加振され，機構全体の振動を誘発し、高速・高精度な位置決めの大きな障害となる。
【０００９】
（４）機構の変位拡大率と共振周波数が二律背反の関係にあり、制御性の向上のための共振周波数の飛躍的向上が望めない。
【特許文献１】特開２００３−１５７６３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記したように従来の機構であると、アーム５、ＰＺＴ支持部８が弾性変形することがある。この場合、変位拡大率が想定した値Ａ／Ｂより小さくなってしまい、ＰＺＴ１の微小な変位を効率的に拡大することができない。ＰＺＴ１の高速で、ＰＺＴ取り付け部８の振動が、取り付け部２を加振し、機構全体の振動を誘発し、高速・高精度な位置決めの大きな障害となることがある。ＰＺＴ１を高速に動作させると、ＨＧＡ支持部３へ作用する慣性力が極めて大きくなり、装置本体の直動ステージへの取り付け部２が加振され，機構全体の振動を誘発し、高速・高精度な位置決めの大きな障害となることがある。機構の変位拡大率と共振周波数が二律背反の関係にあり、制御性の向上のための共振周波数の飛躍的向上が望めない。
【００１１】
そこでこの発明は、上記の問題点を解決すべくなされたもので、変位機構に対称性を持たせて、変位拡大率を向上し、且つ、不要な共振が発生しにくいようにし、高速・高精度の変位が可能な無反動型変位拡大位置決め装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、上記の課題を解決するために、第１乃至第４のアームと、前記第1と第２のアームが鋭角を作る配置関係にあり、それぞれの一端部がそれぞれヒンジ部を介して結合した第1の連結部分と、前記第３のアームと第４のアームが鋭角を作る配置関係であり、それぞれの一端部がそれぞれヒンジ部を介して結合した第２の連結部と、前記第１のアームと前記第３のアームが鈍角を作る配置関係であり、それぞれの他端部がそれぞれヒンジ部を介して結合した第３の連結部分と、前記第２のアームと前記第４のアームが鈍角を作る配置関係であり、それぞれの他端部がそれぞれヒンジ部を介して結合した第４の連結部と、前記第１、第２の連結部を結ぶ線と、前記第３、第４の連結部を結ぶ線の交点を含む位置に配置された装置本体への取り付け部と、この装置本体への取り付け部と前記第１の連結部との間に取り付けられた第１の圧電素子，前記装置本体への取り付け部と前記第２の連結部との間に取り付けられた第２の圧電素子とを具備し、前記第１〜第４のアームは、長さが同じであり、前記第１と第２の圧電素子は、特性の等しいものが選択されており、前記第３又は第４の連結部に被駆動体が取り付けられ、前記第１と第２の圧電素子に等しい電圧が供給されることで、前記交点に対して、前記第１、第２の連結部が互いに相反する方向へ駆動され、また前記第３、第４の連結部も互いに相反する方向へ移動制御され、前記第１、第２の連結部を結ぶ線（Y軸）と、前記第３、第４の連結部を結ぶ線（X軸）に対して対称となる形状を機構全体として採用し、Y軸上の機構各部のX軸方向変位およびX軸上の機構各部のY軸方向変位は振動の節になっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記の手段によると、第１と第２のＰＺＴの伸縮に応じて、前記第３と第４の連結部が拡大変位することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。図２（Ａ）、図２（Ｂ）はこの発明の一実施の形態である。図２（Ａ）は、平面図、図２（Ｂ）は外観斜視図である。図に示すように、第１〜第４のアーム２１，２２，２３，２４を有し、これらはほぼひし形の配置関係にある。そして、Ｘ軸，Ｙ軸に対称な形状である。
【００１５】
ここで、第1と第２のアーム２１、２２が鋭角（例えば３６．８７度）を作る配置関係にあり、それぞれの一端部がそれぞれヒンジ部３１，３２を介して第1の連結部分４１に結合している。また、第３のアーム２３と第４のアーム２４が鋭角（例えば３６．８７度）を作る配置関係であり、それぞれの一端部がそれぞれヒンジ部３３、３４を介して第２の連結部４２に結合している。
【００１６】
さらに第１のアーム２１と第３のアーム２３が鈍角を作る配置関係であり、それぞれの他端がそれぞれヒンジ部３１ａ，３３ａを介して第３の連結部分４３に結合している。そして、第２のアーム２２と第４のアーム２４が鈍角を作る配置関係であり、それぞれ一端部がそれぞれヒンジ部３２ａ，３４ａを介して第４の連結部４４に結合している。
【００１７】
第１、第２の連結部４１，４２を結ぶ線（Ｙ軸）と、第３、第４の連結部４３、４４を結ぶ線（Ｘ軸）の交点を含むように、装置本体への取り付け部５５が配置されている。この装置本体への取り付け部５５と第１の連結部４１との間には、第１のＰＺＴ５６が取り付けられ、装置本体への取り付け部５５と第２の連結部４２との間には、第２のＰＺＴ５７が取り付けられている。また、上記の装置で、長手方向の最大長は、例えば４９．９６ｍｍ、短辺方向の最大長は例えば２６．０ｍｍである。またヒンジ部を形成するために設けられた切り欠き幅は１ｍｍ程度である。アーム２１−２４の各長さは同じ長さである。
【００１８】
上記のようにこの実施の形態では、弾性変形を応用したヒンジを採用し、ＰＺＴ微動アクチュエータの形状として、機構全体が直交する対角軸Ｘ，Ｙに対して対称となる形状（菱形）を採用している点に特徴がある。装置本体への取り付け部５５の中心は、対角軸の交点の位置とし、装置本体への取り付け部５５の形状は直行するＸ，Ｙ軸に対して対称としている。
【００１９】
特性の等しい二つのＰＺＴ５６，５７は、Ｙ軸を中心線とし、装置本体への取り付け部５５を挟むように対向させて配置している。ＰＺＴ５６，５７の微小変位を拡大する変位拡大部（第１乃至第４のアーム及び第１乃至第４の連結部を結ぶ線で囲むエリア）の形状は，直行するＸ，Ｙ軸に対して対称な機構である。
【００２０】
これにより，特性の等しい二つのＰＴ５６，５７に等しい電圧を印加するとき、ＰＺＴ５６，５７の伸縮による機構各部の変位はＸ軸，Ｙ軸に対して対称となり，Ｙ軸上の機構各部のＸ軸方向変位およびＸ軸上の機構各部のＹ軸方向変位はそれぞれ振動の節となり、振動の節では現代制御理論で言うところの不可制御な点となっている（制御の影響を受けない）。したがって、ＰＺＴ５６，５７を高速に動作させても、（ＨＧＡ支持部（例えば第３の連結部４３）はＸ軸方向にのみ変位し、ＰＺＴ５６，５７の発生力や機構各部が発生する慣性力は相殺され、装置本体への取り付け部５５に不要な力を及ぼし難い機構となっており、上記した従来の変位拡大機構の問題点（２）、（３）を回避した機構になっている。
【００２１】
また，機構の対称性により成立する不可制御の実現により、ＰＺＴ５６，５７の曲げモードを伴うＸ，Ｙ軸に非対称な低次の振動モードをＰＺＴ５６，５７の発生力から不可制御にすることにより、機構の共振周波数を飛躍的に向上させた機構となっており、上記した従来の変位拡大機構の問題点（４）を回避した機構になっている．さらに，本発明の機構（軸対称（菱形）機構）は、ＰＺＴ５６，５７発生力を直接受ける部分５５，４１，４２に十分な剛性をもたせることができ，弾性変形による変位拡大率の減少を及ぼし難い機構となっており，上記した従来の変位拡大機構の問題点（１）を回避した機構になっている。
【００２２】
本発明の構成についてのさらに具体的な説明を行う。本発明は、装置本体への取り付け部５５、特性の等しい二つのＰＺＴ５６，５７、変位拡大部を有する。装置本体への取り付けは，Ｘ軸とＹ軸の交点付近で装置本体への取り付け部５５の二つの円形の穴にボルトなどを用いて行い、ＨＧＡ支持部（第３の連結部４３）にＨＧＡをネジで固定する。
【００２３】
この構成は、軸対称（菱形）リンク形状のバネにテコの機構を組み合わせたもので、弾性変形を応用したヒンジが採用されている。ＰＺＴ５６，５７は、電極にリード線を介して電圧を印加することにより、Ｙ軸方向に伸縮する。ＰＺＴ５６，５７の変位に対するＨＧＡの変位は，変位拡大部によりＡ／Ｂ倍に拡大される。本発明は、特性の等しい二つのＰＺＴ５６，５７が装置本体直動ステージへの取り付け部５５を挟んで直列に配置され、機構全体がＹ，Ｘ軸に対して対称な機構となっている。ＨＧＡ支持部（第３の連結部４３）にＨＧＡを取り付ける際には、Ｙ軸に対して質量の対称性を保つため、ＨＧＡと同質量のCounterweight（カウンターウエイト）をCounterweight取り付け部（第４の連結部４４）にネジで固定する。
【００２４】
上記の装置のさらに具体的動作、具体的作用について説明する。今、Ａ／Ｂ＝３として作製した本アクチュエータの静特性の測定結果として、ＰＺＴ５６，５７に周波数１００Ｈｚで入力電圧５０Ｖの台形波を入力した際のＰＺＴ５６，５７の発生力を直接受ける部分（第１の連結部４１又は第２の連結部４２）のＹ方向変位を図３（Ａ）に示し、ＨＧＡ支持部（第３の連結部４３）のＸ方向変位を図３（Ｂ）に示す。
【００２５】
ＰＺＴ５６，５７の発生力を直接受ける部分（第１の連結部４１又は第２の連結部４２）のＹ方向変位は２μｍであり、ＨＧＡ支持部（第３の連結部４３）のＸ方向変位は５．８μｍであった。これにより変位拡大率は２．９であり、想定した値Ａ／Ｂとほぼ等しい値となった。
【００２６】
図４は、また、本アクチュエータの動特性の測定結果として、図２中のＰＺＴ５６，５７への入力電圧からＨＧＡ支持部（第３の連結部４３）のＸ方向変位までの伝達関数の周波数特性を示している。共振周波数９．９ｋＨｚの典型的な１自由度２次遅れ要素の性質を有していることがわかる。図４の上の段は、周波数対位相特性であり、下の段は周波数対振幅特性である。
【００２７】
ＰＺＴ５６，５７には、５０Ｖのオフセット電圧を加えた状態で、周波数１００Ｈｚ−５０ｋＨｚでスイープする振幅±５Ｖの正弦波を入力したときの振幅±５Ｖの１／１００の値を入力信号とし、ＨＧＡ支持部のＸ軸方向変位（μｍ）の１／１７．５の値を出力信号としたときの入出力間の周波数応答である。
【００２８】
図５には、本発明の装置の使用例を示している。ＰＺＴ５６，５７としては、積層型のものが使用されている。リード線６１、６２、６３、６４を介して入力信号が与えられ、ＨＧＡ支持部（第３の連結部４３）のＸ方向変位が得られる。ＨＧＡ支持部４３には、ＨＧＡ７１が取り付けられ、この先端に磁気ヘッド７２が取り付けられている。この磁気ヘッド７２は、磁気ディスク７４の記録トラック７５上に対向している。取り付け部５５は、ネジ８１、８２により装置本体の固定部に取り付けられている。
【００２９】
上記したように本実施例は、従来の平行リンク機構の共振周波数が３．３ｋＨｚなのに対して、本実施例の軸対称（菱形）機構の共振周波数は従来の３倍と飛躍的な向上を実現した。本実施例によると、先に述べたようにヘッドを高速駆動した際に，運動部が発生する全ての慣性力は、機構の完全な対称性により、機構内部で全てキャンセルされ（合力がゼロとなる）、装置本体への取り付け部には、駆動による力は一切作用しないという無反動駆動が実現されている。
【００３０】
なおこの発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能であるが、この変形の範囲も本発明の範疇である。例えば、必ずしも完全なＹ軸対称の形状をとらなくてもよい。拡大率、カウンターウエイト、使用条件などにより対称性が完全になるとはかぎらない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の変位拡大機構を示す図。
【図２】本発明の一実施の形態を示す図であり、図２（Ａ）が平面図、図２（Ｂ）が斜視図。
【図３】本発明の装置の機能を説明するために、連結部４１と連結部４３の変位を測定して示す図。
【図４】本発明の装置の動特性の測定結果を示す図。
【図５】本発明の装置に一使用例を示す説明図。
【符号の説明】
【００３２】
２１−２４…第１〜第４のアーム、３１，３１，３３，３４，３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ…ヒンジ部、４１−４４…第１〜第４の連結部、５５…装置本体への取り付け部、５６，５７…ＰＺＴ（圧電素子）。
【図１】
0004623547.tif 000002
【図２】
0004623547.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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