(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
上記ハウジング内に位置し、第１と第２の端部と、その第１の端部に取り付けた少くとも１つのリード／ライトヘッドを有するアームと、
上記第２の端部において、該アームに固着され、アームに対し実質的に垂直に、上記ハウジングの１部を通して延在する、回転可能な軸と、
上記ハウジング外に位置し、そのエッジ部に取り付けたスペーサを有する少くとも１つの圧電プレートとを設け、
上記圧電プレートの少くとも１つのスペーサは、ハウジング外の上記軸の少くとも１つの部分に対し弾性的に付勢され、上記圧電プレートの励起により上記軸を回動させ、ハウジングの上記１部は、少くとも１つの圧電プレートと、ハウジングの内部との間で、実質的に防じんバリアを形成していることを特徴とするディスクドライブ。
【請求項２】
請求項１に記載のディスクドライブであって、更に、前記軸が、ハウジングの前記部分を貫通する所に、封止ベアリングを設けたことを特徴とするディスクドライブ。
【請求項３】
請求項１から２のいずれかに記載のディスクドライブであって、少くとも１つの圧電プレートの各々は、２つの長エッジ部と２つの端エッジ部を有し、前記スペーサは、短エッジ部の１つに取り付けられていることを特徴とするディスクドライブ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のディスクドライブであって、少くとも１つの圧電プレートは、少くとも２つの圧電プレートよりなり、２つの圧電プレートのスペーサは、２つの異なる位置で前記軸に係合及び離脱することを特徴とするディスクドライブ。
【請求項５】
請求項４に記載のディスクドライブであって、２つの圧電プレートのスペーサは、実質的に同時に、該軸に係合及び離脱することを特徴とするディスクドライブ。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のディスクドライブであって、２つの圧電プレートのスペーサは、実質的に反対方向から前記軸に係合及び離脱することを特徴とするディスクドライブ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のディスクドライブであって、前記少くとも１つの圧電プレートは、少くとも３つの圧電プレートよりなり、その少くとも３つの圧電プレートの各々のスペーサは、前記軸の少くとも３つの位置で、それぞれ係合することを特徴とするディスクドライブ。
【請求項８】
請求項７に記載のディスクドライブであって、前記少くとも３つの圧電プレートの少くとも２つは、前記軸に同時に係合及び離脱しないことを特徴とするディスクドライブ。
【請求項９】
ハウジングと、
それぞれが、第１と第２の離間した端部を有する第１と第２のアームと、
第１のアームの第１の端部に固着され、該第１のアームに対し、実質的に垂直に、上記ハウジングの１部を通して延在する、回転可能な第１の軸と、
第２のアームの第１の端部に固着され、該第１の軸と実質的に同軸に延在し、上記第２のアームに対し、実質的に垂直に、上記ハウジングの１部を通して延在する、回転可能な第２の軸と、
第１のアームの第２の端部に取り付けた少くとも１つのリード／ライトヘッドと、
第２のアームの第２の端部に取り付けた少くとも１つのリード／ライトヘッドと、
上記ハウジング外に位置し、そのエッジ部に、ハウジング外の上記第１の軸の少くとも１つの部分に対し弾性的に付勢されるスペーサを取り付けた、第１の圧電プレートと、
上記ハウジング外に位置し、そのエッジ部に、ハウジング外の上記第２の軸の少くとも１つの部分に対し弾性的に付勢されるスペーサを取り付けた、第２の圧電プレートとを設け、
上記第１の圧電プレートの励起により上記第１の軸を回動させ、上記第２の圧電プレートの励起により上記第２の軸を回動させ、
ハウジングの上記１部は、第１，第２圧電プレートと、ハウジングの内部との間で、実質的に防じんバリアを形成していることを特徴とするダブルディスクドライブ。
【請求項１０】
請求項９に記載のディスクドライブであって、更に、前記第１の軸と、ハウジングの前記部分との間に第１の封止ベアリングを設け、第１の軸と第２の軸との間に、第２の封止ベアリングを設けたことを特徴とするディスクドライブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロモータ、更に詳しくは圧電モータに関するものである。
【０００２】
なお、本出願は、米国においてなされた出願であって、１９９３年８月３日出願の米国特許出願番号第０８／１０１,１７４と、１９９４年７月８日出願の米国特許出願番号第０８／２７２,９２１と、１９９５年１月１９日出願の米国特許出願番号第０８／３７４,４３５の一部継続出願に対応する出願である。
【０００３】
【従来の技術】
直線及び回転運動を与えるのに共振圧電セラミックを用いることは公知である。このようなシステムの主な利点は、運動する機械部品を使用しないで極めて微細な運動を達成する能力である。一般に、このようなシステムは、開放ループ操作では、１マイクロメータの運動精度で、閉ループ操作では、５０ナノメータ精度に限定されている。又、移動されるプレートの目方が０．５kgの場合、速度は５〜１０mm／秒に限定される。このような状況の下では、運動方向でプレートに加えられる力は約５Ｎに限定される。これらのモータで、更に良好な解決策と、更に高い速度と、更に大きい運動駆動力を達成することは多くの状況において有用となるであろう。又、比較的高速で運動する能力も保たれるならば、改善された解決策は特に有用となるであろう。
【０００４】
ＳＵ６９３４９３は、実質的に、プレートの１つの大きな面(「バック」面)の全てを覆う１つの電極と、それぞれのフロント面の４分円を覆う４つの電極とを有する平坦な矩形圧電プレートよりなっている。バック電極は接地され、斜め電極が電気的に接続されている。２つのセラミックパッドがプレートの長エッジ部の１つに取り付けられ、これらのパッドは、他の長エッジ部を押圧するばね機構により動かされる物体に圧接されている。
【０００５】
長方向と短方向は、近接した共振周波数(異なるモードオーダに対して)を有し、接続された電極の１対が、セラミックが反応するＡＣ電圧で励磁されると、物体は一方向に移動し、他の対が励磁されと、物体は他の方向に移動する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明のいくつかの面(aspect)の目的とする所は、先行技術のマイクロモータより高速で、一層大きい駆動力と、より小さい最小ステップサイズを有するマイクロモータを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は１つの面(aspect)において、大きい面の１つに少なくとも１つの電極を有し、他の大きい面に複数の電極を有する薄い矩形の圧電セラミックよりなっている。硬い材料の単一スペーサを圧電セラミックの短エッジ部の中心部に取り付け、物体に圧接せしめるのが好ましい。少なくとも電極のいくつかが以下のように通電されると、圧電セラミックのエッジ部の長手方向に沿って、圧電セラミック又は物体のいずれかの運動を生じる。
【０００８】
本発明のこの面(aspect)の一実施の形態において、圧電セラミックがモードは異なっても、密接に間隔をあけたxとy(圧電セラミックの大きい矩形面の寸法)の共振を有するように、大きい矩形面の寸法を選ぶのが好ましい。又、共振は、オーバラップするリスポンスカーブを有するのが好ましい。
【０００９】
圧電セラミックの励起は、両方のモードが励起される周波数のＡＣ電圧を、複数の電極の選ばれた電極に接続することにより達成される。この実施の形態では、小さい移動量が要求される場合は、共振励起は少なくともいくらかの最小期間の間加えられ、一層大きい移動量が必要とされる場合は、更に長い期間加えることが出来る。
【００１０】
本発明のこの面の第２実施の形態では、励起は電圧の非共振非対称パルスを、複数の電極のあるものに加える。本発明者は、このようなパルス、例えば、下降時間より比較的高い立上り時間を有する三角パルスが用いられると、極めて小さい運動が達成されるということを発見した。このような励起は、運動の後、電極に残留電圧が残らないことが望まれる場合に特に有用である。
【００１１】
本発明のこの面の第３実施の形態では、比較的大きいステップに対する共振ＡＣ励起間で切り換えられ、小さいステップが要求される場合は、三角パルス励起が好ましい。
【００１２】
本発明によれば、いくつかの電極形状が可能である。１つの形状では、複数の電極は、それぞれ圧電セラミックの矩形表面の１つの半分を覆い、セラミックの大きい矩形面の長手方向に沿って延在する２つの矩形電極よりなっている。
【００１３】
第２の好ましい電極形状では、圧電セラミックの大きい面の４方を覆う４つの電極を設ける。これらの電極の１つ、２つ又は３つが励起され、その場合、励起のモード(ＡＣ又はパルス状)及び励起形状の違いが、モータにより起こされる運動の最小ステップの大小を生じる。
【００１４】
本発明のもう１つの面では、同じ共振周波数を有するが、その内の１つが他のものより実質的に柔らかい異なる圧電材料で作られるのが好ましい複数の積み重ね圧電材料の使用が含まれる。異なる硬度を有するセラミックは、同じ周波数で位相はずれ信号により駆動される。このようなシステムでは、一層硬い材料は、それが物体を駆動するサイクルの一部の間高い駆動力を与え、一層柔らかい材料は小さい力ではあるが、一層長い接触時間を与える。この組み合わせは、運動中の滑らかな作動と共に、慣性や静的摩擦力に打ち勝つ高い始動駆動力を考慮に入れている。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態は、希望するもの以外の共振モードを抑圧することによりマイクロモータの効率を増すモードサプレサの使用を含んでいる。
【００１６】
本発明の更に別の面によれば、アームがその一端で、スペーサ支持エッジ部と反対側の、圧電セラミックの短いエッジ部に取り付けられている。物体に対して付勢されるべきスペーサは、アームの第２端部に取り付けられている。作動中は２つのスペーサは動かすべき物体において、同様の位相はずれ運動を行い、圧電セラミックの両端の運動と力を利用してマイクロモータの力の出力を増し、スペーサに付勢されている物体に滑らかな運動を与える。
【００１７】
本発明の別の面では、長エッジ部に垂直な実質的に運動ゼロの点で、圧電プレートの長エッジ部に弾性力を与える弾性部材の使用が含まれる。このような部材は、圧電プレートの短エッジ部に平行な両方向で物体に対称的運動を与えるのに用いられる。
【００１８】
本発明の更に他の面では、本発明にかかる圧電モータがディスクドライブのオプチカル又はマグネテック読み取り／書き込みヘッドを運動させるのに利用される。
【００１９】
従って、本発明の好ましい一実施の形態では、物体を動かすマイクロモータであって、
長短エッジ部と第１と第２の面と、第１と第２の面に取り付けた電極と、好ましくは中心部で、かつ、短エッジ部でエッジ部の第１のものに取り付けたセラミックスペーサを有し、物体に対し押圧されるように作動する少なくとも１つの矩形圧電プレートと、
好ましくは、その中心部に対し、第１エッジ部と反対側の第２エッジ部に加えられ、セラミックスペーサを本体に対して押圧する弾性力源と、
少なくとも電極のいくつかに通電する電圧源とより構成されるマイクロモータが提供される。
【００２０】
本発明の好ましい一実施の形態では、電圧源は、少なくとも電極のいくつかを非対称単極パルス、又は、ＡＣ励起で通電する。
【００２１】
好ましくは、電圧源は、電極のいくつかを非対称単極パルス、又は、ＡＣ励起で選択的に通電するように作動する。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態では、電極は、圧電プレートの第１面上の複数の電極よりなり、好ましくは、その各４分円内の１電極と、第２の面に設けた少なくとも１つの電極より構成される。
【００２３】
又、本発明の一実施の形態では、プレートの第１面の一方の長エッジ部に沿う４分円内の電極は、第１極性の単極非対称パルス電圧で通電され、第１面の他の長エッジ部に沿う４分円の電極は、反対極性の単極非対称パルス電圧で通電される。
【００２４】
別の例として、セラミックスペーサに最も近い各４分円内の電極は、反対極性の単極非対称パルス電圧で通電され、又、セラミックスペーサから一層離れた各４分円内の電極は、反対極性の単極非対称パルス電圧で通電される。
【００２５】
本発明の好ましい一実施の形態では、斜めに位置する４分円の第１対の電極は、任意の極性の単極非対称パルス電圧で通電され、好ましくは、斜めに位置する４分円の第２対の電極は、与えられた極性と反対の極性の単極非対称パルス電圧で通電される。
【００２６】
本発明の一実施の形態においては、マイクロモータは複数の圧電プレートよりなり、各プレートのセラミックスペーサは物体の弾性的に圧接されている。複数のプレートの少なくとも１つは比較的硬い圧電材料で形成され、複数のプレートの少なくとも１つは比較的柔らかい圧電材料で形成するのが好ましい。本発明の更に別の一実施の形態では、電圧源は、互いに位相はずれの複数のプレートの少なくとも１つに通電するように作動する。
【００２７】
本発明の好ましい実施の形態によれば、物体を動かすためのマイクロモータであって、
長短エッジ部と第１と第２の面と、第１と第２の面に取り付けた電極とを有する少なくとも１つの矩形圧電プレートを設け、少なくとも電極のいくつかは、非対称単極パルス励起で通電し、
更に、エッジ部の１つ、又は、エッジ部の１つ、又は、それ以上の延長部を物体に対して弾性的に付勢する弾性圧力源とを設ける。
【００２８】
更に、本発明の好ましい実施の形態によれば、物体を動かすためのマイクロモータであって、
長短エッジ部と第１と第２の面と、第１と第２の面に取り付けた電極とを有する少なくとも１つの矩形圧電プレートと、
更に、エッジ部の１つ、又は、エッジ部の１つ、又は、それ以上の延長部を物体に対してに付勢する弾性力源と、
電極の少なくともいくつかを、非対称単極パルス励起、又は、ＡＣ励起で選択的に通電するように作動する電圧源とを設ける。
【００２９】
更に、本発明の好ましい実施の形態では、物体を動かすためのマイクロモータには、
長短エッジ部と第１と第２の面と、第１と第２の面に取り付けた電極とを有する複数の矩形圧電プレートを設け、少なくとも各プレートの電極のいくつかは通電し、
更に、エッジ部の１つ、又は、複数のプレートの各々のエッジ部の１つ、又は、それ以上の延長部を物体に対して付勢する弾性圧力源とを設ける。
【００３０】
更に又、本発明の好ましい実施の形態によれば、物体を動かすためのマイクロモータは、
長短エッジ部と、第１と第２の面と、第１と第２の面に取り付けた電極を有する少なくとも１つの矩形圧電プレートを設け、電極の１つは、実質的にプレートの１つのエッジ部のみへの力を生じる電圧で通電し、他の電極の少なくとも１つはエッジ部に沿った分力を有する少なくともエッジの部分の運動を起こす電圧で通電されるように構成される。
【００３１】
更に、本発明の好ましい実施の形態では、物体を動かすマイクロモータは、
２つの長エッジ部と２つの短エッジ部と、第１と第２の面と、第１と第２の面に取り付けた電極とを有する矩形圧電プレートと、
圧電プレートの所望共振モードを設定するために電極の少なくともいくつかに通電するための電力供給部と、
所望の共振モード以外の共振モードを抑制するモードサプレサとにより構成される。
【００３２】
本発明の好ましい実施の形態では、モードサプレサは所望の共振モード以外の共振モードにより起こされる圧電プレートの寸法的振動を押さえるようにした少なくとも１つの拘束部材よりなる。
【００３３】
本発明の好ましい実施の形態によれば、物体を動かすマイクロモータは、２つの長エッジ部と、２つの短エッジ部と、第１と第２の面と、圧電プレートの第１の短エッジ部の中心部に取り付けられ、物体に圧接するように作動する第１のセラミックスペーサと、その一端に取り付けられた第２のスペーサを有し、その第２の端部を、圧電プレートの第２の短エッジ部に取り付けたアームとよりなり、第１と第２のスペーサは隣接する平行な共平面(coplanar face)を有する構成とする。
【００３４】
本発明の好ましい実施の形態によれば、物体を動かすためのマイクロモータは、
長短エッジ部と、第１と第２の面を有し、第１と第２の面に取り付けた電極を有する複数の矩形圧電プレートを設け、各プレートの電極の少なくともいくつかは通電され、該矩形プレートは、その中央長手方向軸心に沿って間隔をあけた穴を内部に有し、
更に、一端を、穴内に回転自在に取り付けた少なくとも１つのレバを設ける構成とする。
【００３５】
レバの他端は、固定板上に回転自在に取り付けるか、又は、別の例として、その軸心方向のみに動くように拘束されているプレートに取り付けるのが好ましい。
【００３６】
上述の全ての実施の形態において、セラミックスペーサは、圧電プレートの短エッジ部の１つ、望ましくは、その短エッジ部の中心部に、プレートの長寸部が実質的に係合面に垂直になるように取り付けるのが好ましい。それは、最適駆動運動が、セラミックプレートの短エッジ部で生じるためである。係合面に垂直な利用可能なスペースが限られているシステムでは、本発明の実施の形態においては、圧電セラミックプレートの短エッジ部の運動が、長エッジ部と短エッジ部コーナーの近くで、プレートの長エッジ部に取り付けたスペーサを用いて、プレートの長エッジ部と並列に配設した物体を駆動するのに利用される構成の別の例として、セラミックマイクロモータが提供される。
【００３７】
本発明のこの面によれば、スペーサは、実質的に、短エッジ部での共振運動に従って動くが、係合面は、セラミックプレートの長手方向軸心に平行に駆動される。左右運動での非対称を避けるために、スペーサベアリングコーナ(spacer bearing corners)を互いに隣接せしめて、２つの並列圧電セラミックプレートを用いるのが好ましい。
【００３８】
本発明の好ましい実施の形態では、物体に対して運動を与える、対になった圧電マイクロモータであって、
それぞれ第１と第２の長エッジ部と、第１と第２の短エッジ部と、フロント及びバック面を有する第１と第２の矩形圧電プレートを設け、第１のプレートの第１の短エッジ部は、第２のプレートの第１の短エッジ部と並列に、実質的に平行に配設され、各プレートは、そのフロントとバック面に取り付けた電極を有し、かつ、第１の短エッジ部の近くで、その端部で第１の長エッジ部に取り付けたセラミックスペーサを有し、該セラミックスペーサは、物体の表面に係合するように構成し、
更に、セラミックスペーサを物体の表面に圧接するプレートに加えられる弾性力源と、
励起電圧で少なくとも電極のいくつかに通電する電圧源とよりなるマイクロモータを提供する。
【００３９】
本発明の好ましい一実施の形態では、弾性力源は第２の長エッジ部の少なくとも一部に加えられる。更に、又は、別の例として、弾性力源は表面に垂直な運動の振巾が、実質的にゼロとなる圧電プレート上の点に加えられる。
【００４０】
更に、本発明の好ましい実施の形態によれば、マイクロモータは、
互いに間隔をあけた第１と第２の実質的に矩形の圧力プレートを設け、各プレートは２つの長エッジ部と２つの短エッジ部と、第１と第２の面を有し、隣接するプレートの面は平行で互いに対向し、隣接するプレートの長エッジ部は平行とし、
更に、第１のプレートの第１の長エッジ部に係合する少なくとも１つの固定支持部材と、第１のプレートの第２の長エッジ部に係合する少なくとも１つの弾性支持部材と、第２のプレートの第１の長エッジ部に係合する少なくとも１つの弾性支持部材と、第２のプレートの第２の長エッジ部に係合する少なくとも１つの固定支持部材とを設け、第１プレートの第１の長エッジ部は、第２プレートの第１の長エッジ部が隣接するように構成する。
【００４１】
好ましくは、各支持部材は、長エッジ部に垂直方向で、実質的にゼロ運動の点で、各長エッジ部に係合し、かつ、長エッジ部に実質的に平行な方向に摺動自在とする。
【００４２】
更に、本発明の好ましい実施の形態によれば、マイクロモータには、長短エッジ部と第１と第２の面を有する少なくとも１つの実質的に矩形状の圧電プレートと、第１と第２の面に取り付けた電極と、長エッジ部に垂直な方向で実質的にゼロ運動の２点で、圧電プレートの長エッジ部の各々に対し弾性力を加える弾性部材を設け、更に、
短エッジ部に平行な第１の方向で短エッジ部に運動を与える１つのモードと、第１の方向と反対の第２の方向に運動を与える第２のモードとの２つのモードで少なくとも電極のいくつかに選択的に通電するための電力供給部とを設ける。
【００４３】
本発明の他の好ましい実施の形態では、マイクロモータは、更に、第１と第２の方向に対称的な運動と力を与えるようにした構成アセンブリを含む。この構成アセンブリには、弾性部材を組み込むのが好ましい。
【００４４】
又、本発明の好ましい一実施の形態では、電圧源は、ＡＣ励起で、少なくとも電極のいくつかに通電するようになっている。
【００４５】
更に、好ましい一実施の形態では、電極には各圧電プレートのフロント面上の複数の電極と、各圧電プレートのバック面の少なくとも１つの電極が含まれる。複数の電極は、フロント面の各４分円内に１つの電極を含み、電圧源は、ＡＣ励起で各フロント面の電極の少なくともいくつかに通電する構成とする。
【００４６】
更に、本発明の好ましい一実施の形態では、各プレートの斜めに位置する４分円の電極は、同じ極性の励起電圧で通電される。
【００４７】
更に、好ましい一実施の形態では、第１のプレートの第１の長エッジ部と第１の短エッジ部の間の４分円の電極は、第１極性の励起電圧で通電され、第２のプレートの第１の長エッジ部と第１の短エッジ部の間の４分円の電極は、第１極性と反対の第２極性の励起電圧で通電される。
【００４８】
又、本発明の好ましい一実施の形態では、電圧源は、ＡＣ励起の振巾より大きい絶対値を有するＤＣ電圧の間隔により分けられた、ＡＣ励起のパルスを含むパルス状励起で、電極の少なくともいくつかに通電する。パルス状励起電圧のパルス繰返数は、実質的に物体の自己共振周波数に対応するのが好ましい。
【００４９】
本発明の更に別の実施の形態では、第１と第２の矩形圧電プレートの各々は、その長エッジ部の少なくとも１つに取り付けた少なくとも１つの追加電極を有し、電圧源は、追加電極の少なくともいくつかに通電する。上記少なくとも１つの追加電極は、第１の短エッジ部の近傍に第１の長エッジ部上の電極を含んでいる。上記少なくとも１つの追加電極は、又、第２の短エッジ部の近くの第２の長エッジ部に１つの電極で含むのが更に好ましい。
【００５０】
電圧源は、物体の表面に大略垂直な方向にセラミックスペーサの運動を高めるような励起電圧で追加の電極に通電するのが好ましい。又、電圧源は、追加電極に隣接するフロント面４分円上の電極と同じ極性の励起電圧で各追加電極を励起するのが好ましい。
【００５１】
本発明の好ましい一実施の形態では、第１と第２の圧電プレートは、物体の表面に垂直な運動振巾が実質的にゼロであるプレート上の点で弾性的に支持されている。
【００５２】
又、本発明の好ましい一実施の形態では、弾性力源は調整自在である。
【００５３】
又、好ましい一実施の形態では、マイクロモータは、複数の第１圧電プレートと複数の第２圧電プレートを含み、プレートの各々のセラミックスペーサは、弾性的に物体に圧接されている。
【００５４】
本発明のいくつかの好ましい実施の形態では、マイクロモータは、更に、スペーサにより物体に加えられる力に対抗する力を与えるようにスペーサと係合される表面と反対の物体の表面と係合するカウンターベアリング装置を含む。このカウンターベアリング装置は、その少なくとも１つの平坦面に取り付け電極を有する圧電セラミックベアリングを含み、電圧源は、少なくともこれらの電極のいくつかに通電するように構成するのが好ましい。
【００５５】
更に、本発明の好ましい一実施の形態では、ディスクドライブは、
軸心を中心として回動自在のアームを設け、該アームは軸心より離間し、その両側に第１と第２の端部を有し、第１端部にはリード／ライトヘッドを取り付け、第２端部には剛性部材を取り付け、更に
該剛性部材に弾性的に付勢された少なくとも１つの圧電プレートマイクロモータを設ける。
【００５６】
本発明の好ましい実施の形態では、圧電プレートは静止している。又、本発明の別の例として、圧電プレートは、軸心に対して可動とする。
【００５７】
更に、本発明の好ましい一実施の形態では、ディスクドライブは、軸心を中心として回動自在のアームを設け、該アームは軸心から離間した第１と第２の端部と、第１の端部に取り付けたリード／ライトヘッドと、第２の端部に取り付け、アームと共に可動の圧電プレートを有する。
【００５８】
本発明の好ましい実施の形態では、軸心は、圧電プレートを介して延在する。
【００５９】
本発明の好ましい実施の形態では、マイクロモータは、更に、圧電プレートに対して付勢される剛性部材を含む。
【００６０】
更に、本発明の好ましい実施の形態では、物体を動かすマイクロモータは、各２つの長エッジ部と２つの短エッジ部を有する第１と第２の実質的に矩形の圧電プレートを有し、第１の圧電プレートは軸心を中心として回動自在とし、更に、第２の圧電プレートの短エッジ部に取り付けられ、第１の圧電プレートのエッジ部に対して付勢されるように作動するセラミックスペーサを設ける。
【００６１】
第２の圧電プレートに取り付けられたスペーサは、第１の圧電プレートの長エッジ部に対して付勢されるのが好ましい。
【００６２】
本発明のいくつかの好ましい実施の形態では、マイクロモータは更に、第２圧電プレートのスペーサと、スペーサが付勢される第１の圧電プレートのエッジ部との間に位置する剛性のアーク形部材を含む。
【００６３】
更に、本発明の好ましい一実施の形態では、ディスクドライブは、
ハウジングと、
第１と第２の端部と、その第１端部の近くに取り付けた少なくとも１つのリード／ライトヘッドとを有するアームと、
第２の端部の近くでアームに固定して接続され、アームに対して実質的に垂直に、かつ、ハウジングの一部を介して延在する軸と、
端部に取り付けたスペーサを有する少なくとも１つの圧電プレートとよりなり、
その少なくとも１つの圧電プレートのスペーサは、ハウジング外部の軸の少なくとも１つの各部に弾性的に付勢されていることを特徴としている。
【００６４】
本発明の好ましい一実施の形態では、ハウジングの一部分が、少なくとも１つの圧電プレートとハウジングの内部の間で実質的に防塵バリア(dust−proｏf barrier)を形成する。更に、ディスクドライブは、軸がハウジングの一部を貫通する封止ベアリングを含むことが望ましい。
【００６５】
本発明の好ましい実施の形態では、少なくとも１つの圧電プレートの各々は、２つの長エッジ部と２つの短エッジ部を含み、スペーサは、短エッジ部の１つに取り付けられる。
【００６６】
又、本発明の一実施の形態によれば、少なくとも１つの圧電プレートは、少なくとも２つの圧電プレートを含み、２つの圧電プレートのスペーサは、２つの違った位置で軸と係合及び離脱する。この好ましい実施の形態では、２つの圧電プレートのスペーサは、実質的に同時に、軸と係合及び離脱する。更に、又は、別の例として、本実施の形態では、２つの圧電プレートのスペーサは、実質的に反対方向から軸と係合及び離脱する。
【００６７】
本発明による、別の好ましい実施の形態では、少なくとも１つの圧電プレートは、少なくとも３つの圧電プレートを含み、少なくとも３つのプレートの各々のスペーサは、軸の少なくとも３つの各位置に係合する。この好ましい実施の形態では、少なくとも３つのプレートの少なくとも２つが、同時に軸に係合及び離脱しないことが好ましい。
【００６８】
更に、本発明の好ましい実施の形態では、ダブルディスクドライブは、
第１と第２の離間した位置を有する第１アームと、
第１のアームと実質的に平行で、第１と第２の離間した位置を有する第２アームと、
第１アームの第１位置に固定して接続され、アームに対して実質的に垂直に延在する第１の軸と、
第２アームの第１位置は固定して接続され、第１の軸と実質的に同軸に延在する第２の軸と、
第１のアームの第２位置に取り付けた少なくとも１つのリード／ライトヘッドと、
第２アームの第２位置に取り付けた少なくとも１つのリード／ライトヘッドと、
それぞれ、そのエッジ部に取り付けたスペーサを有する第１と第２の圧電プレートとよりなり、
第１の圧電プレートのスペーサは、第１の軸の一部に弾性的に付勢されると共に、第２の圧電プレートのスペーサは、第２の軸の一部に弾性的に付勢されていることを特徴としている。
【００６９】
本発明の好ましい一実施の形態では、ダブルディスクドライブは、更に、ハウジングを有し、第１と第２の軸は、第１と第２の圧電プレートが、ハウジングの外で第１と第２の軸に対して付勢されるように、ハウジングの一部を貫通している。
【００７０】
本発明の好ましい一実施の形態では、ディスクドライブは、更に、第１の軸とハウジングとの間に第１の封止ベアリングと、第１の軸と第２の軸との間に第２の封止ベアリングを設ける。
【００７１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の好ましい一実施の形態に従いモータに用いられる比較的薄い矩形圧電セラミック１０の１つの大きな面を示す。４つの電極１４,１６,１８と２０は、それぞれ実質的な第１面の１／４を覆う矩形のチェッカボードパターンを形成するように、圧電セラミックの面(以下「第１面」と呼ぶ)にメッキされるか、又は、取り付けられる。圧電セラミックの反対側の面(以下「第２面」と呼ぶ)は、実質的に単一電極(図示せず)により全面的に覆われるのが好ましい。斜めに位置する電極(１４と２０;１６と１８)は、４つの電極の交点に設けるのが好ましい電線２２と２４によって電気的に接続される。第２面上の電極は、接地するのが好ましい。別の例として、電極は、電極を形成するのに用いる技術と同様の印刷回路技術により接続することができる。
【００７２】
比較的硬いセラミックスペーサ２６が、例えば、セメントで、好ましくは、エッジ部の中心部で、圧電セラミック１０の短エッジ部２８に取り付けられる。
【００７３】
圧電セラミック１０は、多数の共振をもっている。特に、圧電セラミック１０の寸法は、△xと△yの共振が密に間隔をあけられ、図６に示すような重なった励起カーブを有するように選定される。特に、本発明では好ましい共振は、図２と４に示すように△yに対しては1/2モード共振で、△xに対しては１ 1/2モード共振である。しかし、セラミック１０の寸法によっては他の共振を用いることができる。
【００７４】
圧電セラミック１０が、図６でω0として示されるバンド内の周波数で励起される場合、△xと△yの両共振が励起される。図３は、ある電極に通電し、それによって、２つの共振を励起するための一形状を示している。電極１６と１８が通電され電極１４と２０が浮いた状態(又は、それほど好ましくないが、接地された状態)である上記の形状の場合、モード振巾は図２に示すようである。この形状で励起すると、△yが＋の場合△xは−となり、圧電セラミック１０が動かないように拘束されている場合は、圧電セラミック１０に押し付けられている物体３０は左方向に動く結果となる。物体３０の表面は、回転されようとするシリンダの表面のように、カーブ状に示される一方、それは又、直線運動が望まれる場合は平坦にもなり得る。
【００７５】
電極１４と２０が通電され、電極１６と１８が浮いた状態のまま(又は、それほど好ましくはないが、接地状態)である図５に示す励起形状では、△yモードは同じであるが、△xモードは位相が反転され右方への運動を生じる。
【００７６】
本発明の望ましい一実施の形態では、圧電セラミック１０は１対の固定サポート３２と３４と、２つのばね付サポート３６と３８によって、運動を拘束されている。サポート３２−３８は、セラミックの１対の長エッジ部４０と４２に沿ったx方向でゼロ運動の点で圧電セラミック１０に接している。これらのサポートは、y方向に摺動するように設計されている。
【００７７】
このような、ばねによる荷重は摩耗効果を減じ、圧電セラミックに対し、ある程度のショック保護を与えるために設けられている。
【００７８】
ばね付サポート４４は、短エッジ部２８と反対側の圧電セラミック１０の第２の短エッジ部４３の中央部に対して圧接されるのが好ましい。サポート４４は、セラミック２６と、セラミック２６の運動を物体３０に伝達するように、物体３０との間に圧力を供給する。ばね付サポート４４は、圧電セラミック１０が励起される周波数のサイクルよりも、ずっと遅い時間応答を有する点を理解すべきである。このようにして、物体３０に押圧されるセラミック２６の面は、セラミック２６が、物体３０に加えられる運動の方向と反対に動いている場合、サイクルの一部の間、実際には物体から離れて移動する。
【００７９】
本発明の好ましい実施の形態では、ばね付サポート３６,３８と４４は、好ましくは、ショアＡ硬度(shore Ａ hardness)約６０を有するシリコンラバの、堅い中実のゴムシリンダ(ばね)である。実際には、このような「ばね」は、Ｏ−リング(例えば、パーカ−ハニフイン社(Ｐarker−Ｈannifin)で市販のもの)の一部を所望のサイズに切り取って製造できる。ばねの共振は、使用される圧電セラミックのそれから遠いことが好ましい。本発明の好ましい実施の形態では、硬い球状又は半球状の部材が、ばね部材とセラミックの間に置かれる。
【００８０】
本発明の好ましい一実施の形態では、圧電セラミック１０の寸法は、モーガン・マトロック社(Ｍargan  Ｍatroc  Ｉnc)製造のＰ２Ｔ圧電材料が用いられる場合は、３０mm×７．５mmで、厚さ２と５mmの間である。この形状に対しては、所望速度、物体３０の重さ(及び／又は、ばね４４の圧力)及び要求されるパワに応じて、圧電セラミック１０を励起するのに用いてもよい。このような装置は、２０−１００ＫＨzの範囲の周波数で作動し、１０ナノメータ(nm)の範囲の最小ステップサイズと、約１５−３５０mm／秒(又はそれ以上)の最大速度を有している。これらは、呼称範囲のみで、圧電セラミック１０に用いる材料、寸法、選定される共振モード及び他のファクタによって変動してもよい。
【００８１】
実際上は、セラミックの更に大きい寸法範囲は２０mmと８０mmの間、更に小さい寸法範囲は、３mmか２０mmとすることができる。例えば、非常に長い薄い装置(例えば、３mm×８０mm)は、結果として極めて高速のモータとなるであろう。
【００８２】
物体３０に付勢された圧電セラミック１０の短エッジ部２８に取り付けたスペーサ２６を用いると、短エッジ部２８が直接物体３０に係合し、スペーサが取り付けられていない、同サイズのマイクロモータと比較して、与えられたサイズのマイクロモータの力の出力を増加する。このような改善された作動状態は、励起中に圧電セラミック内に作られる共振モードエネルギーの、スペーサ内への集中により生じる。
【００８３】
スペーサ２６は、システムの共振モードに影響しないのが好ましい。更に、与えられたパワ出力のx方向運動に対して得られる最大振巾を達成するのが望ましい。これらの目標は、極めて薄いスペーサを用いることにより達成される。しかし、共振周波数の点で薄いスペーサは、実用にするには、しばしば物理的に薄すぎる場合がある。
【００８４】
本発明の好ましい１実施の形態による、更に実用的な解決方法は、スペーサの共振モードの２,３又は４半波長に長さが、極めて殆ど著しいスペーサを利用することである。スペーサ２６は、９９％アルミナで製造されるのが好ましい。セラミックとスペーサとの材料の違いにより、スペーサの共振モードの半波長は、同じ周波数のセラミックでの半波長より約３倍短い。実用上、約４−５mmの長さを有するセラミックスペーサが適当と分っている。
【００８５】
図１−５と６に関連して上記した実施の形態では、図１の圧電セラミック１０の励起は、圧電セラミックの共振の近傍のＡＣ電圧により行われる。図７と８に示す方法では、励起はパルス状単極電圧による。本発明のこのパルス状励起の実施の形態では、電極１４,１６,１８と２０は、図１の実施の形態の様に固定状で、共に接続されていないで、下記する様に、必要な最小ステップに応じて、違った方法で接続される。
【００８６】
パルス方法が作動する原理が、図７に示される。この図では、電極１４と１８は、＋のＤＣ電圧で励起され、電極１６と２０は、圧電セラミック１０の第２面の電極に対し、一のＤＣ電圧で励起される。この励起では、圧電セラミック１０の左側は、右側(図７では大巾に誇張して示す)より長くなり、セラミック２６は右側へ動く。勿論、電圧が取り去られると、セラミックは、その元の位置に戻る。
【００８７】
しかし、本発明者は、図８に示す様な非対称電圧パルスが電極に加えられると、その場合、ゼロに戻る間に、物体は、セラミック２６と共に出発点には戻らないということを発見した。パルスの下降時間は、立ち上り時間の少くとも４倍も長いことが好ましい。１０から５０ミリセコンドの合計パルス時間が望ましいが、正確な時間は、圧電セラミックにより動かされる質量と、ばね４４の力に依存する。実験状態では、１ミリセコンドの立上り時間と、１５ミリセコンドの下降時間が、すばらしい結果をもたらした。この形状に対する最小ステップは、パルス電圧に依存し、３０−１００ボルトのピーク電圧に対し２−６nmから変動でき、質量の特性増加により、１そう大きい質量には、１そう大きい最小ステップを用いる。このモードは、大きな運動には、一般に用いられないが、動かすべき物体の最終設置には最も有用である。励起の極性を逆転したり、立ち上り時間が遅く下降時間の早いパルスを適用すると、結果として反対方向の移動が生じる。このモードでの物体の作動は良く分っていないが、極めて小さい最小ステップが達成される。
【００８８】
別の例として、電極のペアの１つのみが通電され、他のペアは接地されるか、又は、浮いた状態とされる。
【００８９】
モータのパルス状作動の別の例として、電極１４と１６は、同じ電圧に通電され、電極１８と２０は、反対極性を有する電圧に通電される。(又は、接地されるか、浮いた状態とされる)。この様な通電も又、結果として非常に小さい運動を生じる。
【００９０】
この様なパルス状電圧で電極を励起する他の形状では、他の最小ステップ値が与えられる。例えば、電極１４を＋パルスで励起し、電極１６を−のパルスで励起すると(１方で電極１８と２０を接地するが、それらを浮いた状態にする)、結果として最小ステップは約２−５nmとなる。電極１８と２０を、それぞれ＋と−のパルスで励起し(１方、好ましくは、電極１４と１６は、浮いた状態とする)すると、最小ステップは、５−８nmとなる。電極１４と１８に１つの極性でパルスを与え、電極２０は、反対極性でパルスを与えると(電極１６は浮いた状態とする)同様な値の最小ステップが達成される。
【００９１】
別の例として、浮いた状態として上記した電極は、接地できるが、しかし、この場合は、能率は低下する。
【００９２】
特に有用な差動モードでは、電極１４と２０は＋のパルスを与えられ、電極１６と１８は接地されるか、浮いた状態にされるか、又は、−のパルスを与えられる。このモードでは、０.１−２nmの範囲の非常に小さい最小運動が得られる。斜めの電極は、同じか、又は、異なる振巾の電圧でパルスを与えられてもよい。
【００９３】
パルス状励起は、図８に示す形状で利用されるのが好ましいが、前述のＳＵ６９３４９４の様な先行技術の形状に応用しても有用なものである。このＳＵ６９３４９４では、電極の各々は、別々に励起できる。
【００９４】
本発明によるモータの好ましい実施の形態では、圧電セラミック１０は、先ず目標位置の近傍迄速い運動を生じる様に、図１−５と６に関して説明した如くＡＣ電圧で励起され、次いで、図７と８で述べた様にパルス状電圧により励起される。この様な励起設備を含むモータシステムの１実施の形態を９図のブロック図に示す。
【００９５】
９図に示す様に、コントロールシステム５０は、コントローラ、例えば、１対の調整された電力供給源５４と５６の通電をそれぞれ制御するマイクロコントローラ５２と、４つのスイッチ／モジュレータ回路５８,６０,６２,６４を含む。各スイッチモジュレータは、電極１４,１６,１８又は２０の１つに接続される。第２面の電極は、好ましくは、チューニングインダクタ６６を介して接地される。
【００９６】
マイクロコントローラ５２は、物体３０の位置を示し、マイクロコントローラ５２へフィードバックする位置インディケータ６８から、位置信号を受け取るのが好ましい。マイクロコントローラ５２も又、ユーザインタフェース７０から位置(又は運動)及び任意に速度コマンドを受けるのが好ましい。
【００９７】
作動中は、マイクロコントローラ５２は、ユーザインタフェース７０から位置コマンドを受け、それをインディケータ６８により示される実際の位置と比較する。コマンドが運動コマンドの場合は、位置は、後で比較する為にノートされるのみである。
【００９８】
マイクロコンピュータ５２は、要求される運動の量をノートし、所定の最適化基準に基づいて、ＡＣ又はパルスモードが適切か否かや、物体がどの方向に主として動くかを決定する。適切な信号がスイッチ／モジュレータへ送られ、圧電セラミック１０が前述の様に適切な励起形状で作動する様に、各電極へのＡＣ又はパルス電圧(又は電圧なし又は接地)が発生される。移動すべき残りの距離が適当なレベル以下に減じられると、マイクロコントローラ５２は、図７と８に関して前述した様に適切なパルス励起を用いて高分解能(high resolution)低速モードに切りかわる。高い位置精度が望まれる場合、励起状態(excitation regime)における数回の変化が適切であろう。物体３０が目標部位に到着すると、電極の励起が終了する。
【００９９】
インダクタ６６は、圧電セラミック１０とその関連配線の電気的共振を、圧電セラミック１０の機械的共振と同じ周波数に同調するのに用いられる。電気回路は、圧電セラミック１０の第１と第２面上の電極により大部分なりたっているので、このキャパシタンスを「チューン−アウト」(Ｔune−out)し、システムの能率を改善する為にインダクタを加えるのが望しい。
【０１００】
以上システムの運動制御を閉ループシステムについて述べたが、１層低い精度では、開放ループ作動も可能である。閉ループ作動では、システムは約０.５nmより高い精度を達成できると信じられる。開放ループ作動では、運動の量は、かなり近接して見積りが可能で、位置は、運動の合計量の約０.１％から１％以内に制御される。
【０１０１】
本発明の好ましい実施の形態では、所望の共振モード以外の共振モードを抑制することによりマイクロモータの効率を上げる為に少くとも１つの拘束部材が用いられる。図３２は、２つの拘束部材が用いられる形状を示し、図３３は、所望のモードに対するセラミック１０の誇張した寸法変形を示す図３２における様な形状を図示するものである。圧電セラミック１０のプロフイルにしっかりと適合するようにした拘束部材３００と３０２は、糸又はワイヤで作られ、圧電セラミックに、のり付けされてもよい。別の例として、部材３００と３０２は、プラスチック又は金属の成型物(molding)を含んでもよい。部材３００と３０２は、所望の作動モードに対するＸ方向でゼロ寸法変動の点、即ち、セラミック１０の長さの約１／６と約５／６の点に位置するのが好ましい。他のモードは、これらの点の１つ、又は、両方で、寸法の変動を有し、したがって、抑圧される。この様な形状では、スペーサ２６の運動巾は、拘束部材を有しないマイクロモータで同じ入力パワに対して得られる振巾と比較して、３０％迄増加することができる。別の例として、一つの拘束部材、３００か３０２のみを用いる場合もある。
【０１０２】
本発明の好ましい１実施の形態では、図３４に示す様に、マイクロモータの出力を増し、スペーサに付勢される本体の運動をなめらかにする為に、剛性のアーム３１０が、スペーサベアリングエッジと反対の圧電セラミック１０の短エッジ部に取りつけられる。アーム３１０は、圧電セラミック１０の面に実質的に平行に取り付けられ、アーム３１０の１端は、垂直部材３１４を介してセラミック１０の短エッジ部４３に取り付けるのが好ましい。物体３０に対し付勢される様になっているスペーサ３１２は、スペーサ２６が取り付けられるセラミック１０のエッジ部の近くでアーム３１０の他端に取り付けられる。
【０１０３】
図３４の実施の形態の可能な好ましい変形例の形状はいくつかある。この変形例の１つでは、スペーサ３１２は、セラミックが好ましく、１方、垂直部材３１４は、アルミニュームで作られるのが好ましい。この様な形状では、垂直部材３１４が、圧電セラミック１０の第１面上の電極をショートしない様に特に注意を払う必要がある。別の例として、垂直部材３１４はセラミックとする。上述の形状では、垂直部材３１４は、短エッジ部４３全体にそって取り付けるが、例えばセラミックスペーサによって、短エッジ部４３の中央部だけに取り付けてもよい。
【０１０４】
図３又は５に示す形状において、ＡＣ電圧による圧電セラミック１０の励起に関して上述した形状の１つを利用すると、図３５に示す様にスペーサ２６(１８０°位相差)に対するスペーサ３１２の位相外れ運動を結果として生じる。その結果、物体３０に加わる力は増加され、物体３０の運動は、この様なアームを用いないマイクロモータに比べてスムースになる。
【０１０５】
別の例として、ここで述べる部材１０の他の励起及び形状を、図３２−３５に示す装置に用いてもよい。
【０１０６】
本発明によるモータの好ましい１実施の形態では、複数の圧電セラミックを、モータの力を増加し、異なるユニットの間に存在する何らかの変動を減じる様に形成することができる。図１０に示すこれらの形状の１つは、２つの圧電セラミック１０と１０'をタンデム形状、即ち、２つのセラミックを、圧電セラミック１０と１０'により誘起される運動方向にタンデム状に取り付けた形状を含んでいる。２つの圧電セラミックは、図９に示す制御システム５０の様な共通制御システム、又は、別個の制御システムにより駆動される。明確化の為に、制御システムと電気接続は図１０に示されていない。
【０１０７】
図１０に示す様に、圧電セラミック１０と１０'の中間に位置するスペーサユニット７４は、圧電セラミックを支持し、かつ、分離する。４つのばね付側部サポート７６と、２つのばね付端部サポート７８は、図１−５の実施の形態で述べたのと大体同じ方法で圧電セラミックの対を支持する。実際上、圧電セラミック１０と１０'も又、好ましくは、スペーサユニット７４の延長部と、ばね付サポート７６と７８によって、圧電セラミックの面から垂直に移動することから拘束されている。この様な拘束は、図１１に示されている。
【０１０８】
図１１は、２×３ユニットタンデム／パラレル形状に形成された６つの圧電セラミックを示している。図面的制約の為に、ばね付サポート及びスペーサユニット７４を圧電セラミックに圧着する機構は示されていないが、好ましいサポート機構は、図１０に示すものである。２×４タンデム／パラレル形状の様な他の形状も有用である。
【０１０９】
本発明にかかるモータの好ましい１実施の形態では、図１０と１１に示す実施の形態に用いられる圧電セラミックは、全て同じではない。この実施の形態では、圧電セラミックの１つ、又は、それ以上は、ＰＺＴ−８(モーガンマトロック社(Ｍorgan  Ｍatroc  Ｉnc．)製)であり、そして、１つ、又は、それ以上の圧電セラミックはＰＺＴ−５Ｈ(モーガンマトロック社製)の様な一層柔かい材料で作られる。この２つのタイプの材料は、それらが同じxとy寸法を有し、各種圧電セラミックの厚さを調節することにより、同じ共振や共振周波数が得られる様に物理的に形成することができる。別の例として、両材料に対して、同じ厚さを用いることもできる。この様な形状では、ソフト材料の一層広いＱにより、一層硬い材料でも一層柔い材料でも両者共、同じ周波数で適当に励起されることが保証される様になる。
【０１１０】
一層柔い圧電セラミックが通電されると、共振の振巾は、△xと△y両方で更に大きくなり、セラミック２６が物体に接触する期間の部分(時間)は、一層硬い圧電セラミックの場合よりも大きくなる。しかし、その性質上、一層柔いセラミックが加える起動力の量は、一層低く、又、運動の不均一性も低くなる。
【０１１１】
本発明の１実施の形態では、前のパラグラフで述べた様に、両タイプの圧電セラミックが用いられる場合、硬い圧電セラミックは静的摩擦や他の慣性力に打ち勝つ様に作動し、柔い圧電セラミックは、硬い圧電セラミックが用いられる時よりも、なめらかな停止及び始動で、更になめらかで、正確な運動を与える様に作動する。
【０１１２】
本発明の好ましい１実施の形態では、２つのタイプのセラミックは、互いに位相がずれる様に励起される(１８０°位相差)。この様にして、２つのタイプの圧電セラミックは、実質的に独立して(励起サイクルの違った部分で)作用し、２つのタイプの圧電セラミックの異なる運動による摩擦は最小となる。本発明の好ましい実施の形態では、位相反転は、両セラミックに対し、逆極性方向を有するセラミックスを用いることにより達成できる。別の例として、電圧は位相がずれる様に加えることができる。セラミックスの反転位相操作は、同一特性の２つの圧電セラミックスが用いられる時にも有用である。
【０１１３】
本発明の全ての利点を有するＸ−Ｙ運動も又、可能である。
【０１１４】
図１２に、Ｘ−Ｙ運動を生じさせる１つの形状を示す。
【０１１５】
完全なＸ−型断面９０は、圧電セラミック材料で形成され、断面の大きい方の平坦内面上に形成されたフロント及びバック電極を有する。図示しない内部面(全部又は部分的に示される面に対する)は、面全体に延びる単１電極を与えられている。これらの単１電極は、本発明の好ましい実施の形態では、接地(又は、別の例として、システムパワーサプライ共通リターンに接続)されていて、図示されている電極は、前述の案にしたがって作動される。この様な装置でＸ−Ｙテーブルを構成するには、図１−５と１１に従って前述の様にセラミックを保持し、セラミック２６に接触する平坦なテーブルを追加すればよい。同じ、又は、異なるセラミックの、いくつかのこの様なＸ−型断面は、図１０と１１に関して前述の平行−タンデム形状で用いてもよい。
【０１１６】
図１３は、視覚的には、更に簡単ではあるが、それ程コンパクトではない第２の形状を示し、その中では、図１−５で示した様な２つの圧電セラミックが、１端でx運動と他端でy運動を達成する様に互にセメント付されている。
【０１１７】
本発明の実施の形態により構成され、図１３の形状を用いるx−yテーブル１００は、図１４に簡素化した形で示される。テーブル１００は、固定ベース１０２とトップ１０４との間に、はさまれた、図１３の形状の２つの圧電セラミックス１０よりなっている。サポート１０６,１０８,１１０,１１２,１１４,と１１６,１１８と１２０は、形は同様なもので、図１のサポート３２,３４,３６と３８との作用をする。全てのサポート１０６から１２０は、取付部材(明瞭化の為図示せず)上に共に取り付けられるが、ベース１０２には取り付けられない。しかし、取付部材とベース１０２の間でx方向への摺動運動(矢印１２２で示す)を考慮に入れたスライダは設けられ、取付部材に取り付けるのが望ましい。
【０１１８】
１セットのスライダ１２４,１２６,と１２８が、矢印１３０で示すy方向に、トップ１０４を、取付部材に対し運動させる為に設けられる。スライダ１２４−１２８は、取付部材に取り付けられるのが好ましい。
【０１１９】
要約すると、取付部材は、上部及び下部圧電セラミック１０用のサポートと、取付部材をベース１０２に対しx方向に摺動させ、トップ１０４を取付部材に対しy方向に摺動させるスライダを有する。
【０１２０】
操作中は、下記圧電セラミックを作動させると、それがx方向に動かされる。トップ１０４は、取付部材に対するx方向の運動から、取付部材によって拘束されているので、トップ１０４は、Ｘ方向に取付部材と同じ量だけ移動する。この様にして、下部圧電セラミックの作動により、トップ１０４のx方向運動が起される。上部圧電セラミックが作動されると、トップ１０４は取付部材に対しy方向に動く。取付部材は、ベースに対して、y方向のいかなる運動からも拘束されているので、トップ１０４は、ベース１０２に対して動く。
【０１２１】
上部と下部の圧電セラミックの選択的作動により、ベース１０２に対するトップ１０４のｘ−ｙ運動が生じ、図１〜１１の実施の形態に対する上述の直線運動の実施の形態の全ての利点を有することになる。圧電セラミックの唯１つの作動は、結果として唯１つの方向の運動を生じる。
【０１２２】
以上に概説した原理を用いることにより、x,y,z運動又は、x,y,θ運動又は、複数の非直交軸に沿う運動が、各軸に沿う運動を与える為に違ったセラミックを用いて、可能となる。
【０１２３】
更に、異なるか、又は、同じ硬度の圧電セラミックのタンデム及びシリーズ構成を用いると、直線運動装置に関し、この様なタンデム機構に対し、図１０と１１に関し述べたのと同様の改良が結果として得られる。
【０１２４】
回転運動を達成するため本発明による圧電セラミックの使用が図１５に示され、その中で、図１０に示すのと同様な圧電セラミック１５０のタンデム形状が、シリンダ１５２に従い、それを回転させる様になっている。この様な形状では、セラミックスペーサ２６の表面は、シリンダ１５２の表面に１致する凹形形状を有するのが望ましい。図１−５に示すのと同様の単１圧電セラミック、又は、どの様な数の円形に配設した圧電セラミックでも、形状１５０のかわりに用いることができる。
【０１２５】
円形運動及び球形の３軸心位置決めが必要な場合、図１５のそれの様な形状が球体を回転し位置決めするために、形状１５０と同様な３つの直交して配置したセラミック構成体により変形して用いられる。もし、回転のみ(３軸心位置決めはなし)が要求される場合、２つの直交ドライバで充分であろう。この実施の形態では、セラミック２６の外部表面は、球体の面にしたがう様に形成される。
【０１２６】
本発明を利用して、速度、精度、及び駆動力の組合せの改良が可能である。唯単１のセラミックパッド２６を利用することにより、過度の力が用いられた場合割れが発生する先行技術に対し、一度大きな力を、セラミックを物体３０に圧接するのに用いることができる。タンデム状セラミックスを用いると、駆動力や速度の大きい上昇が思いがけなく結果として生じることがある。一般的には、本発明では、圧電セラミックの同じ容積に対して、一層大きい速度と駆動力が同時に得られる。
【０１２７】
本発明者は、上述の実施の形態に示す様に矩形の電極が用いられた場合、運動は完全に直線的ではない、即ち、セラミック２６の運動の回転的性質のために、セラミックの１部のみが、作動中物体３０に接触するということを発見した。直線性は、例えば図１６に示す様に電極を形成することにより改良できる。そして、その場合、１４',１６',１８'及び２０'は、前の図に示されるダッシュ無しの電極の直線用のものである。図１６にサイン形の変動を示す１方、装置の直線性を改善する為に、他の電極形状を用いることも可能である。
【０１２８】
本発明の好ましい１実施の形態では、図３６にその１例を示す様に、x軸にそって反対方向の物体３０の運動に対し対称的運動を与える為に、複数の圧電セラミックを有する構成が用いられる。この構成を用いると、実質的に同じ力と振巾がxと−x方向に加えられる。図３６に示す構成は、図中xとy方向で示すx−y平面で同１の方位を有する２つの平行な圧電セラミック１０と１０'を含む。
【０１２９】
図３６に示す様に、圧電セラミック１０と１０'の各々は、１対の固定サポート３２と３４と、１対の弾性サポート３６と３８によって運動を拘束されている。サポート３２−３８は、x軸にそって実質的にゼロ運動の点で、それぞれセラミックの長エッジ部４０と４２及び４０'と４２'にそって、セラミック１０,１０'と係合している。サポート３２−３８は、y軸にそって摺動自在とするのが好ましい。
【０１３０】
固定サポート３２と３４は、長エッジ部４０にそって圧電セラミック１０と係合し、一方、圧電セラミック１０'では、固定サポート３２と３４が、長エッジ部４２'と係合する。弾性サポート３６と３８は、長エッジ部４２に沿って圧電セラミック１０と係合し、一方、圧電セラミック１０'では、弾性サポート３６と３８が、長エッジ部４０'にそって圧電セラミック１０'と係合する。この構成では、１つの圧電セラミックにより与えられるＸと−Ｘ運動の間のどの様な差も、他の同一ではあるが逆転された圧電セラミックにより補償されるであろう。
【０１３１】
本発明の好ましい実施の形態によるＸ軸にそった対称運動を与える為の別の構成は、図３７に示されている。図３７は、２つの実質的に同一の、つり合いアセンブリ３２０と３４０を含む構成を図示する。アセンブリ３２０は、ヒンジ３２６によりリンクされ、それぞれヒンジ３２８と３２９により固定ベース(図示せず)に取りつけられた２つの剛性部材３２２と３２４よりなっている。対応するアセンブリ３４０が、それぞれヒンジ３２７,３４１及び３４２により固定ベースに取り付けられている。
【０１３２】
ヒンジ３２６と３２７は、セラミックの面に垂直な、圧電セラミック１０内の穴を貫通している。ヒンジ３２６と３２７の穴は、短エッジ部にそって２つの電極の間、即ち、Ｘ軸にそって実質的にゼロ運動の点で、それぞれ、電極１４と１６の間及び電極１８と２０の間のスペース内に位置するのが好ましい。本発明の好ましい実施の形態では、ヒンジ３２６と３２７は、それぞれ、セラミック１０の長さの１／６と５／６だけ、短エッジ部２８から離れている。
【０１３３】
各部材３２２は、セラミック１０の両面に、２つのアーム３３０と３３１を有するのが好ましく、各部材３２４は、セラミック１０の両面に２つのアーム３３４と３３５を含むのが好ましく、したがって、セラミック１０はアーム３３０と３３１と、アーム３３４と３３５の間に位置することになる。好ましくは、弾性部材３３７と３３８は、部材３２２のアーム３３０と３３１の間と、部材３２４のアーム３３４と３３５の間に、それぞれ配置される。アセンブリ３２０の弾性部材３３７と３３８は、セラミックの長さの約１／６の所で圧電セラミック１０に対し弾性力を与え、アセンブリ３４０の対応部材は、セラミック１０の長さの約５／６の所でこの様な力を加える。
【０１３４】
１例としての構成では、圧電セラミック１０は、長さ３０mm、巾７mm及び厚さ３mmのＰＺＴ−４で作られる。この構成での弾性部材３３７と３３８は、６０−７０のショアＡ硬度を有する長さ５mmで直径２．５−３mmのシリコンシリンダである。弾性部材４４は長さ５mm、直径２．５mmで、圧電セラミック１０の短エッジ部４３に約５Ｎの力を加えることができる。図３又は５に示す様に、ＡＣ２００−３００ボルトによる圧電セラミックの励起に関連して上記の構成を用いると、０．１−０．２マイクロメータの分解能と約４００mm／秒の最大速度が与えられる。
【０１３５】
本発明の好ましい一実施の形態では、図１７に示す電極構成が用いられる。この実施の形態では、電極１４,１６,１８及び２０に加えて、追加電極１５０が、圧電セラミック１０に加えられる。セラミック１０の実質的に全長にわたって延在するのが好ましい電極１５０は、ＤＣ電圧又は、他の電極に用いられる電圧のハーモニックにより通電される。この様な通電の効果はセラミック１０を伸ばし、動かすべき物体に対してのモータの事前ローディング(pre−loading)を行うことである。ハーモニック励起を用いることにより、この事前ローディングは、セラミック２６と動かされる物体の間での接触時間を増す為に、他の電極の励起と同期することができる。原理上では、この様なシステムから、ばね４４を除くことが可能である一方、実際上は、何らかの弾性ローディング(圧電セラミックよりもずっと応答がゆっくりしているもの)を用いるのが有用であり、それが要求される場合さえある。図１８と１９の実施の形態からも、同様な作動が得られる。
【０１３６】
単一及び多重セラミックモータの両方に適した、別の取り付け方法が、図２０に示される。この取り付け方法では、セラミックの中央部と、セラミック１０の長手方向の１／６と５／６の点で、圧電セラミック１０に穴が形成されている。これらの穴は、セラミック１０の巾の２０％と３０％の間の直径を有するのが好ましい。約±１００マイクロメータのクリアランスを有するピン１５２は、その穴内に設置され、少なくとも一端をレバ１５４,１５６及び１５８の一端に取り付けられている。ピンは、セラミック１０内の速度に著しい音速を有する材料で作られるのが望ましい。ピンは、金属又はセラミック又は、他のどの様な適当な材料であってもよい。
【０１３７】
本発明の好ましい実施の形態で用いられるセラミック１０の共振モードに対して、セラミックは、穴において、その長軸の方向でのみ運動できればよい。中央の穴は、事実上、実質的に何ら運動をうけない。もしレバの他端が固定物体１６０に回転自在に取り付けられていると、セラミック１０は、その長手方向の軸心沿ってのみ動く様に拘束される。このため、ばね３６と３８は省略することが可能となる。更に、ばね４４は、レバの１つを、物体の動く方向に付勢し、モータを動かすべき物体に対して負荷する、ばね４４'と取りかえてもよい。レバの他のものを負荷するのは複数のこの様なばねを用いてもよい。
【０１３８】
図２１に示す様な、２つの並列した圧電セラミック部材１０と１０'の簡略化した取り付けに同じ原理を適用することができる。この形状では、圧電セラミック１０と１０'が、上述の方法を用いて５本のレバ１６２,１６４,１６６,１６８及び１７０に取り付けられる。レバ１７０は、好ましくは、両セラミックの中央に取り付けられ、その中心部がプレート１７２に固着された単一のレバである点に注意すべきである。他のレバは、一端が、セラミックの１つの内の穴に回動自在に取りつけられ、他端は、プレート１７２に回動自在に取りつけられている。セラミック１０と１０'は、それぞれ、その下端で、ばね４４により別々に負荷されている。
【０１３９】
別の形状では、セラミック１０と１０'は、ばねで負荷されていない。しかし、垂直方向のみに動く様に拘束されるプレート１７２は、セラミック１０と１０'を動かすべき物体に対して負荷するために、その下端で、ばね(図示せず)により負荷されている。これらの好ましい実施の形態のレバの原理を用いて、多くの種類の取り付け方法が当業者により考えられるのは勿論である。
【０１４０】
上述の様に、ピンに圧電セラミックを取り付ける事の主要な利点は、セラミックの温度を有意義に減少させることが出来る点で、それは、好ましい操作モードでも熱い部位である取り付け点からの熱の伝導により達成されるものである。特に、この方法を用いることによりこれらの点の温度を、５０−８０℃から約３０℃に迄減じることができることが発見されている。
【０１４１】
セラミックからピンへの熱の伝導が良好な場合、ピンの冷却効果が高められる。この様な状態を確保する為に、ピンは穴の内壁をコートするエラストマの様な熱伝導性で、比較的柔らかい材料内に、はめ込むべきである。この様な適切な材料の１つは、硬化剤を不充分な量しか用いていないエポキシである。これらの材料は、穴内でピンのわずかな部分的回転を吸収するのに充分なだけ弾力性がある。本発明の好ましい一実施の形態では、エポキシは、約４０％のＰＺＴ粉末(圧電セラミック自体と同じ材料)と共に充填される。この様な充填は、エポキシの音速を、圧電セラミックの音速にマッチさせる助けとなる。
【０１４２】
又、動かされるべき装置の運動は、セラミック２６が、動かされる物体と接触している時間の量に基づいて見積もることができるということが、発見されている。この様な測定を容易にする為に、動かすべき物体に面しているセラミックの面は、金属でコートされ、この目的の為に、セラミック２６の側部迄のびているこのコーティングに電極が取り付けられている。動かされるべき物体は、金属(又は、金属コーティングを持つもの)で、接触時間は、セラミック２６の金属コーティングと動かされるべき物体との間に短絡がある間の時間として計測される。
【０１４３】
図２２,２３と２４は、ＣＤリータ等のオプチカルディスクリーダで用いられる様に、セラミックモータのステージの運動への応用を示している。この様な装置では、ステージ１６０は、ロッド１６２の様な、少なくとも１つのレールに取り付けられている。ステージ１６０には、ステージ１６０に取り付けられたオプチカルリーダ(簡略化の為図示せず)が、それを通してオプチカルディスクを見る(そして読む)穴１６４が形成されている。
【０１４４】
図２２では、ステージ１６０は、２本のレール１６２に取り付けられ、本明細書で述べるタイプの１つであることが好ましいセラミックモータ１６６は、レールにそってステージを移動させる様に、ステージ１６０のエッジの１つと作動可能に連係している。
【０１４５】
図２３と２４で、ステージ１６０の一側は、レールに載置され他の側は、ラック１７０を介してウォーム１６８に取り付けられている。ここで述べているタイプの１つであることが好ましいセラミックモータ１７２は、ウォームの一端に取り付けたホイール１７４を駆動する。図２３と２４は、モータがホイールを駆動する方法が異なっている。
【０１４６】
上述の全ての実施の形態において、セラミックプレートとマイクロモータが係合している面との間のスペーサは、プレートの長い方の寸法が実質的に係合面に垂直になる様に、セラミックプレートの短エッジ部の１つに、好ましくは、短エッジ部の中心部に取り付けられている。最適化駆動運動は、セラミックプレートの短エッジ部で生じるので、この構成は好ましいものである。しかし、ある応用では、例えば、モータがスライドと、スライドのハウジングの間に設置される時は、係合表面に垂直な使用できないスペースは限られ、セラミックプレートの長い寸法よりも短い場合もある。この問題をさける為に、本発明者は、セラミックプレートの長い寸法が実質的に係合面に平行で、一方、セラミックプレートの短エッジで作り出される最適化運動が、尚利用される、別のセラミックマイクロモータを工夫した。
【０１４７】
本発明のこの面によれば、セラミックスペーサが、圧電プレートの長いエッジの一端に取り付けられ、長いエッジ部に実質的に平行な面に係合している。その様に取り付けたスペーサは、セラミックプレートの短エッジ部近くにあるので、スペーサは、実質的に、短エッジ部の共振運動によって動く。このスペーサの運動は、結果として、２者のどちらが拘束されているかによって、スペーサにより係合している面、又は、マイクロモータの、セラミックプレートの長軸に平行な運動となる。しかし、エッジ部の中央よりは、むしろ、プレートの長エッジ部の端又は、その近くのスペーサの位置は、スペーサに非対称的な運動を与え、それにより、係合表面、又は、マイクロモータの一方向への運動は、異なり、例えば、他の方向への対応する運動よりも、強さが減じるか、又は、おそくなる。この様な、非対称性をさけるために、圧電セラミックプレートは、以下に詳述する様に、対になって用いるのが好ましい。
【０１４８】
表面２１０に係合するペア圧電マイクロモータ２００の概略を示す図２５を参照する。前述のペアをなしていない実施の形態における様に、表面２１０、又は、マイクロモータ２００の運動は、他方の運動を可能とする様に、用途に応じて拘束されている。マイクロモータ２００は、好ましくはアルミニュームのハウジング２２０内に取り付けた２つの圧電セラミックプレート２１２と２１４を有している。ハウジング２２０は、表面２１０に押圧されているのが好ましい。プレート２１２と２１４の外部短エッジ部、即ち、図２５のプレート２１２の右エッジ部と、プレート２１４の圧エッジ部は、セラミック材料等の比較的硬質の材料で形成するのが望ましい水平サポート２２２によって支持されている。プレート２１２と２１４の内方短エッジ部、即ち、プレート２１２の左エッジと、プレート２１４の右エッジ部は、硬質ゴム又はプラスチック材料で形成されるのが好ましい弾性接続部材２２６によって支持されるのが望ましい。プレート２１２と２１４は、部材２２６と同じ材料、又は、好ましくは一層硬い材料で形成してもよい底部サポート２２４によって底部から支持される。
【０１４９】
本発明の好ましい実施の形態では、好ましくは、セラミックスペーサ２１６が、その左端部でプレート２１２のトップ表面に取り付けられ、同様のスペーサが、その右端部で、プレート２１４のトップ表面に取り付けられている。スペーサ２１２と２１４は、マイクロモータ２００が、表面２１０に圧接されると、表面２１０に作動可能に係合する。本発明の好ましい一実施の形態では、ハウジング２２０は、少なくともスペーサ２１６と２１８と係合した表面２１０の部位を孤立せしめ表面２１０にダスト等の望ましくない堆積が生じるのを防止するテフロン等の低摩擦材料で形成されるか、又は、被覆されるのが好ましい保護フレーム２１５を有している。
【０１５０】
４つの電極が、圧電セラミックプレート２１２と２１４の各々の表面にメッキ付け、又は、取り付けられ、矩形のチェッカーボードパターンを形成し、その各々は、図１の電極１４,１６,１８と２０に関して前述した様に実質的にフロント面の１／４を覆っている。各圧電セラミックプレートのバック面は、図１に関して前述の様に単一の電極(図示せず)で実質的に全面を覆われている。図１の実施の形態の様に、斜めに位置する電極は、４つの電極の交点の近傍に設置されるのが望ましいワイヤ２３０によって電気的に接続されている。各セラミックプレートのバック面は、接地されるのが望ましい。別の例では、電極は、電極を形成するのに用いられるものと同様な印刷回路技術で接続することができる。
【０１５１】
プレート２１２と２１４の電極は、ブロック図で図２５に示す励起回路によって駆動されるのが望ましい。励起回路は、コントローラ、例えば、調整パワサプライ２４２スイッチ／モジュレータ回路２４０の通電を制御するマイクロコントローラ２４４を含む。スイッチ／モジュレータ２４０内のスイッチは、ワイヤ２３４と２３６、又は、それに相当する印刷回路部分を介して、プレート２１２と２１４のフロント面上の電極の前もって選ばれた各グループに接続される。セラミックプレート２１２と２１４のバック面の電極は、好ましくは、増幅器２４６とコイル２４８を含む同調回路を介して接地される。
【０１５２】
以下に述べる特定の励起モードとは別に、各セラミックプレート２１２と２１４上の電極は、与えられた応用面により所望の特徴をもつマイクロモータ２００を提供する為に相当に接続され、本発明のペアになっていない実施の形態で説明したいずれかのモードにより励起される様にしてもよい。同様に、セラミックスペーサ２１４と２１６は、前述の実施の形態における様に、比較的柔らかいか、又は、比較的硬いセラミックで形成してもよい。しかし、プレート２１２上の電極の励起は、以下に述べる様に、表面２１０に対して同じ水平方向にスペーサ２１６と２１８の運動を得る様に、プレート２１４上の電極の励起に対し反転する必要がある。
【０１５３】
圧電セラミックプレート２１２と２１４の好ましいx−y共振モードを示す、マイクロモータ２００の簡略化した概略図を示す図２６を参照する。図２６に示す様に、プレート２１２と２１４の電極は、２つのグループの電極、即ち、電極２５４と２５６に分けられる。電極２５４に加えられる励起電圧は、一般に電極２５６に加えられる電圧と反対極性のものである。即ち、電極２５６が負の電圧に帯電されると電極２５４は正の電圧に帯電され、逆も又同様である。
【０１５４】
スペーサ２１６は、プレート２１２の左端に取り付けられ、一方、スペーサ２１８は、プレート２１４の右端に取り付けられているので、図２６の様な励起方法は、スペーサ２１６と２１８の、Ｘ軸にそって同方向への移動、即ち、２つのスペーサがＹ軸にそって同じ方向へ、即ち上又は下へ動く場合、左又は右への移動となる。この様に、スペーサ２１６と２１８は、希望通り表面２１０に対して、常に同じ方向に移動することになる。この励起方法に応答する圧電セラミック２１２と２１４のＸとＹ共振モードの大略のグラフをプレート２１２と２１４の下に略式に示す。図２６に更に示す様に、底部サポート２２４は、Ｙ軸に沿う運動、即ち、△yが実質的にゼロである、プレート２１２と２１４上の点の下に位置するのが好ましい。これにより、マイクロモータ２００の安定性は改善され、y軸にそってマイクロモータ２００により得られる振幅は最大となる。
【０１５５】
本発明の好ましい一実施の形態による、電極２５４と２５６に設けられマイクロコントローラ２４４(図２５)により制御されるパルス状励起信号を略式に示す図２７を参照する。図２７の励起信号は、スペーサの、表面２１０との接触を解除する様に作動する、所定のＤＣ電圧の間隔により分けられた駆動励起電圧のパルスからなっている。図２７では、励起電圧の最高ピークと最低ピークの間の電圧の差は“Ａ"で示され、パルス間のＤＣ電圧は“Ｂ"で示される。上述のペアでないマイクロモータにも有用な、本発明のこの実施の形態では、励起信号のパルスレートも実質的に、マイクロモータに係合する物体の自己共振周波数によるものである。
【０１５６】
マイクロモータにより駆動される物体の代表的共振周波数、例えば、３００Ｈz程度の周波数は、一般に、使用される駆動ＡＣ周波数よりもずっと低いので、各パルスは、実質的に、いくつかの駆動ＡＣピリオドを含む。パルス間で電極２５４と２５６(図２５)に加えられたＤＣ電圧Ｂは、電極２５４か２５６のどちらが駆動されるかによって一般に駆動周波数のボトムピークより低いか、又は、駆動周波数のトップピークより高いので、スペーサ２１６と２１８は、パルス間で、表面２１０から引きはなされる。この様にして、駆動された物体は、パルス間で自律的に動く。励起信号のパルスレートと、係合物体の自己共振との間の相互関係は、駆動パルスと、それに対する駆動物体の応答の間の破壊的干渉を防止する。かくして、最適の駆動効果が得られる。
【０１５７】
セラミックプレート２１２と２１４上の、別の電極形状を略式に示す図２８を参照する。本発明によるこの実施の形態では、追加的電極２６０が、プレート２１２と２１４の上部及び下部エッジに設けられる。電極２６０は、駆動電極２５６(図２６)で用いられたのと同じ励起電圧により励起されるのが好ましい。この形状では、Ｙ軸に沿うスペーサ２１６と２１８の運動振幅は、スペーサの上に略示する様に、Ｘ軸にそうスペーサの運動振幅よりも高いということを理解する必要がある。この多少角度のついた楕円状の運動は、図２６のスペーサの実質的な円形運動に比して(スペーサ上に略図的に示す)、この様な運動は、スペーサ２１６,２１８間の、面２１０との接触時間を増すので、スペーサと表面２１０との間の、一層大きい駆動力と索引力をマイクロモータ２００に与える。
【０１５８】
圧電セラミックプレート２１２と２１４の、別の例として、取り付け構成を図示する図２９を参照する。水平サポート２２２と、接続部材２２６に加えて、プレート２１２と２１４が、プレート２１２と２１４の下で、その間にあるハウジング２２０(図２５)に取り付けたベース２６６に支持されている。プレート２１２と２１４も又、複数の、好ましくは弾力性のホルダ２６２により支持されている。各ホルダ２６２の一端は、ハウジング２２０に固着した各マウント２６５に回動自在に取り付けられ、一方、各ホルダ２６２の他端は、プレート２１２又は、２１４の各穴を貫通する各ピン２６４に回動自在に取り付けられている。４つのピン２６４が、Ｙ軸に沿う振幅が、上述の様に実質的にゼロである点で、各プレートに２本ずつ、プレート２１２と２１４に取り付けられるのが望ましい。好ましい実施の形態では、２つのホルダ２６２が、プレート２１２又は、２１４の各側に１つ、各ピン２６４に取り付けられる。弾力性のある底部サポート２６３が、各ホルダ２６２の下端とプレート２１２又は、プレート２１４の底部エッジとの間に取りつけられるのが好ましい。上述の様な最適の位置にプレート２１２と２１４を支持するホルダ２６２を設けると、マイクロモータ２００の安定性が改良される。スペーサ２６２は、Ｙ軸にそう圧電プレート２１２と２１４との駆動運動を許す為に、図２９に示す様に、角度をつけて曲げるのが好ましい。
【０１５９】
プレート２１２と２１４の別の取り付け構成を示す図３０を参照する。この構成では、図２９のピン２６４と同様な複数のピン２６８が、上述の様に運動の振巾が実質上ゼロである位置でプレート２１２と２１４に取り付けられている。この様に、上述の共振モードによれば、３本のピン２６８を各プレートに取り付けてもよい。スチールばねであるのが好ましい、少くとも１つのばね２７０が図３０に示す様にピン２６８に取り付られている。ばね２７０の端部は、ばね７０が、水平サポート２２２に取り付けられるのが好ましいボビン２７２の間に伸張される様に、ハウジング２２０内で、ねじ２７４の調節用に接続されるのが好ましい。このばねの伸張は、又、水平サポート２２２をプレート２１２と２１４の外部短エッジ部に付勢し、圧電プレートを更に良好に支持する。ねじ２７４を用いて調整できる、ばね７０の張力は、y軸に沿う運動に対してプレート２１２と２１４の弾力を制御する。この様にして、マイクロモータ２００のけん引力、速度及び力が制御できる。
【０１６０】
マイクロモータ２００を、比較的薄い物体２７８と動作可能に係合する為の好ましい１実施の形態を概略図で示す図３１を参照する。一般に、マイクロモータが薄い物体に係合する場合、モータにより物体に加えられるパルス力は、係合部位で物体に僅かに損傷を与えるが曲げることが認められる。そこで、本発明者は、この問題を最小化するカウンタベアリング構成２８０を工夫した。この本発明の好ましい１実施の形態では、カウンタベアリング構成２８０は、コネクタ２９０を介して、マイクロモータ２００のハウジング２２０に固着されるのが好ましいハウジング２８２を含む。ハウジング２８２内の少くとも１つのベアリング２８４が、スペーサ２１６と２１８により、物体２７８のフロント面に加えられる力に対して、物体２７８のバック面(即ち、マイクロモータ２００により係合していない表面)に対して、剛直な支持を与える。ベアリング２７８は、当業者に公知のどの様なベアリング、例えば、金属シリンダであってもよい。
【０１６１】
カウンタベアリング構成２８０の特に好ましい１実施の形態では、ベアリング２８４は、プレート２１２及び２１４と同様な圧電セラミックを有する。この実施の形態では、接地電極(図示せず)が、実質的にベアリング２８４の１平坦面を覆い、一方、ベアリング２８４の他の表面が、それぞれ実質的に表面の１／２を覆っている２つの別々の電極２８６と２８８を有している。電極２８６と２８８が、図３１に示す様に、即ち、互に重ねて形成され、前述の様にＡＣ電圧で励起されている場合、ベアリング２８４は、y軸に沿う共振周波数で発振する。ベアリング２８４が、プレート２１２と２１４のy軸周波数で適切な方向、即ち、スペーサ２１６と２１８が下の場合は上へ、そして、スペーサが上の場合は下へ駆動される場合、それは、マイクロモータ２００により加えられる力に対し、極めて能率的なカウンタベアリングを提供する。適切な構造上の調整をもつ本発明のこの実施の形態は、上述のペアでないマイクロモータにも同様に適当なものであることを理解すべきである。
【０１６２】
マイクロモータ２００は、１つのプレート２１２と、１つのプレート２１４を有するのみであると述べたが、複数対の圧電プレート２１２と２１４を用いる図２５−３１の実施の形態の変形も、本発明の範囲内にあることを了解すべきである。この様な場合、対のプレートは、互に平行に取り付けるのが好ましい。
【０１６３】
本発明のいくつかの好ましい実施の形態では、圧電セラミック１０がそのリード／ライトヘッドを動かしたり位置決めするのにディスクドライブにおいて利用される。この様な形状は、図３８−４１に示される。図３８は、リード／ライトヘッドを働かす為の圧電マイクロモータを含むディスクドライブの略式ブロック図である。ディスクドライブ３５０は軸心３５４を中心とした回転自在のディスク３５２とリード／ライトアセンブリ３６０とを収容している。リード／ライトアセンブリ３６０は、シャフト３７２を中心として回動自在のアーム３７０と、アーム３７０をシャフト３７２を中心として回動せしめるのに利用する圧電セラミック１０よりなる。ディスク３５２のスキヤニングは、アーム３７０を軸３７２を中心として回転させると共に、ディスク３５２を軸３５４を中心として回転させることにより行われる。ディスク３５２上の読み取り又は、書き込みは、当業者に公知のどの様なリード／ライトヘッドであってもよく、アーム３７０の端部に取り付けたリード／ライトヘッド３７４を介して行われる。
【０１６４】
図３９は、リード／ライトヘッド３６０の詳細図である。図３９に示す様に、上述の形状のいずれの形状でも取ることができる圧電セラミック１０は、１対のスルーマウント３８５と３８６を介して、固定ベース(図示せず)に摺動自在に取り付けた部材に固着した取りつけるのが好ましい。圧電セラミック１０は、固定ベース(図示せず)内の固定部材に押圧するのが好ましい弾性部材４４を介してアーム３７０の剛性部材３８０に対して弾性的に付勢される。上述の励起形状の１つにより励起されると、圧電セラミック１０は、剛性部材３８０に対して付勢されているスペーサ２６を、通電形状によって、Ｘ又は−Ｘ方向に動かす。剛性部材３８０を介してのスペーサ２６とアーム３７０との間の相対運動は、アーム３７０のシャフト３７２を中心とする回動を生じる。その結果、リード／ライトヘッド３７４は、大略ディスク３５の半径に接線をなすθ又は−θ方向に動く。
【０１６５】
マウント３８５と３８６は、それぞれセラミック１０の長さの約１／６と５／６の所で、電極の間でセラミック１０の長軸に沿って位置するのが望ましい圧電セラミック１０内の穴を貫通する。これらの点で、x軸に沿うセラミック１０の寸法の変動は、実質的にゼロになる。
【０１６６】
図４０と４１は、圧電セラミック１０が固定ベースに取りつけられる方法が、図３９と異なる。図４０に示す様に、圧電セラミック１０は、セラミックの長さの約１／６と５／６の所で、圧電セラミック１０と係合するのが好ましい、１対のしめつけ部材３９０と３９１を介して、固定ベースに取り付けることができる。圧電セラミック１０は、セラミック１０を、その長軸に垂直な運動から拘束する一方、その長軸に沿って運動を可能にする様に、部材３９０と３９１内に形成された案内スロット内に位置せしめてもよい。
【０１６７】
別の例として、図４１に示す様に、圧電セラミック１０は、弾性支持部材３９２により固定ベースに取りつけてもよい。支持弾性は、支持部材３９２が構成される材料の堅さによって決定される。支持部材３９２は、固定ベース(図示せず)に取りつけられセラミックの長さの約１／６と５／６の所でセラミックの長エッジ部にそってセラミック１０と係合するのが好ましい。
【０１６８】
支持部材３９２の短部３９５と３９６は、部材３８０の上に堆積するダストを除去する様に、アーム３７０の部材３８０に係合するのが好ましい。スペーサ２６と端部３９５と３９６のそれぞれの間で部材３８０のスペーサに面する側に位置するのが好ましい突起３９７と３９８は、アーム３７０の角変位の範囲を制限し、更に、スペーサ２６の近傍でのダストの堆積を更に抑制する。
【０１６９】
実用的実施の形態では、シャフト３７２に対する部材３８０の上の点の回転半径Ｒ１と、シャフト３７２に対するリード／ライトヘッド３７４上の点の回転半径との間に比は、１対３又は１対５程度である。それ故、ディスク３５２上のリード／ライトヘッド３７４の直線変位は、それぞれ与えられた角変位Δθに対し、スペーサ２６の直線変位よりも約３から５倍大きい。
【０１７０】
本発明の好ましい実施の形態では、複数の圧電セラミックが、ディスクドライブの読み取り又は書き込み能力を高める為に用いられる。この様な構成の１例は、シャフト４００上に取り付けた２つの平行圧電セラミック１０と１０'を示す図４２に図示される。この構成は、単一ディスクの両面で同時に読み取ったり、書き込んだりする為、又は、別の例として、１つ以上のディスクで同時に読み取ったり、書き込んだりするのに利用される。しかし、片面のみのディスクで読み取り又は、書き込みを行う為には、１０又は１０'がいずれかの１つの圧電セラミックのみが用いられる。
【０１７１】
図４２に示す構成では、アーム３７０と３７０'も両方とも圧電セラミック１０と１０'の穴を貫通する軸４００を中心として回動自在とする。
【０１７２】
セラミック１０と１０'の各々に対し、穴は、各短エッジ２８に沿って隣接する電極間のスペース内に位置し、セラミックの長さの約１／６だけ各短エッジ部より離れているのが好ましい。圧電セラミック１０と１０'は、回動可動のシャフト４００に固着され、回転するシャフト４００により協働して動かされる様にしてもよい。別の例として、圧電セラミック１０と１０'は、各圧電セラミック１０,１０'の各々を独立的に動かす様に、保持部材４０４と４０５の間に固定して保持されるシャフト４００に回転自在に取りつけてもよい。保持部材４０４と４０５は、固定ベース(図示せず)に取り付けるのが好ましい。
【０１７３】
圧電セラミック１０と１０'は、それぞれ、接続部材４０８と４０８'を介してリード／ライトヘッド３７４と３７４'に取り付けられる。部材４０８は、長エッジ部４０と４２に沿って圧電セラミック１０に取り付けられるが、セラミック１０を締めつける。部材４０８は、セラミックの長さの約１／２と５／６だけ短エッジ部２８からはなれた点で、圧電セラミックと係合するのが好ましい。対応する部材４０８'は、長エッジ部４０'と４２'に沿う１／２と５／６の点で圧電セラミック１０'に係合するのが好ましい。１／２と５／６の点では、Ｘ方向に、セラミック１０と１０'の運動や寸法変動は実質的にゼロとなる。剛性部材４１０は、好ましくは弾性部材４１１を用いて、それぞれセラミック１０と１０'のスペーサ２６と２６'に対して付勢されるのが望ましい。
【０１７４】
図４２に示す様な実用的構成では、シャフト４００に対する部材４１０の点の回転半径と、シャフト４００に対するリード／ライトヘッド３７４の点の回転半径の間の比は１対５及び１対１０の間である。したがって、与えられた角変位Δθに対し、ディスク３５２上のリード／ライトヘッド３７４の直線変位は、それぞれスペーサ２６の直線変位より５から１０倍大きい。
【０１７５】
圧電セラミック１０と１０'を組み込んだシステムは、書き込みヘッドの位置を決める為に、ディスクドライブ  トラックコントローラ(図示せず)を内蔵する、閉ループモードで作動される。
【０１７６】
本発明の好ましい１実施の形態によれば、同調能力を高め、リード／ライトヘッドの全体としての角変位を増加する為に、複数の圧電セラミックが用いられる。図４３は、３つの圧電セラミックが用いられる、この様な構成の１つを示す。１対の圧電セラミック１０'と１０"が、固定ベース(図示せず)に取り付けられるのが好ましい、軸４２０を中心として圧電セラミック１０を回転するのに利用される。圧電セラミック１０に取り付けられているスペーサ２６は、アーム３７０のエッジ４４０に対して付勢されている。スペーサ２６により、アーム３７０のエッジ４４０に働く力は、スペーサ２６の運動により、アーム３７０と、それに取り付けられたリード／ライトヘッド３７４のシャフト３７０を中心とする回転を生じる。
【０１７７】
本発明の好ましい１実施の形態によると、圧電セラミック１０'と１０"は、軸４２０に対し静止し、図２９に関して前述した様に、固定ベースに摺動自在に載置した部材に取り付けたシャフトによって固定したベースに取り付けてもよい。別の例として、セラミック１０'と１０"は、図４０に示す様に又は、ここに述べる他の方法で、締め付け部材により、固定ベースに取り付けてもよい。シャフト４２０は、セラミックの４つの電極の間のスペースの交点に位置するのが好ましい圧電セラミック１０の中心の穴を貫通する。圧電セラミック１０'に取り付けたスペーサ２６'は、中実のアーク型部材４２６の凹部側に付勢されている。部材４２６の凸側は、長エッジ部４０の中央部で圧電セラミック１０の長エッジ部４０に取り付けるのが好ましい。圧電セラミック１０'を励起すると、通電電圧によって、ｙ又は−ｙ方向に、スペーサ２６'が動かされる。スペーサ２６'により、部材４２６に働く力は、スペーサ２６'の運動により、部材４２６の運動を起こす。
【０１７８】
部材４２６により、圧電セラミック１０に働く力は、それぞれθ又は−θ方向にセラミックの回転を生じる。部材４２６と同様のアーク型の部材４２７は、部材４２６について前述した様に、圧電セラミック１０"のスペーサ２６"の運動と、圧電セラミック１０の回転を結合する様に、圧電セラミック１０の長エッジ４２に対して付勢されるのが好ましい。スペーサ２６"のｙ又は−ｙ方向への運動は、圧電セラミック１０を実質的に、スペーサ２６'と同じ変位Δyで、圧電セラミック１０'により誘起された方向とは反対に、それぞれ−θ又は、θ方向に回転させる。更に、ｘ又は−ｘ方向に物体の直線変位を誘起するスペーサ２６の運動は、圧電セラミック１０を直接励起することにより達成される。
【０１７９】
圧電セラミック１０,１０',１０"は、それらに、それぞれ取り付けたスペーサ２６,２６',２６"の運動を相互に関連させる為に、電気的にリンクされるのが好ましい。スペーサ２６の全体の運動と、結果としてのリード／ライトヘッド３７４の運動は、各圧電セラミック１０,１０',１０"により別々に作り出される運動の重ね合せよりなっている。図４３に示され、上記した通電モードに関して述べた装置を利用すると、角変位及直線変位の範囲の広さリード／ライトヘッド３７４が提供され、一方、この様な形状を用いていないディスクドライブと比較して、その全移動範囲にわたって、リード／ライトヘッドの微調整能力が高められる。圧電セラミック１０,１０',１０"の励起は、リード／ライトヘッド３７４の広い範囲の種々の運動プロフィルを達成できる様に形成することができる。
【０１８０】
原則として、図３８−４３を参照して上記した圧電マイクロモータ構成は、コンピユータディスクドライブのリード／ライトヘッドを駆動するのに適当である。それでも、圧電マイクロモータの作動中に、マイクロモータのセラミックスペーサが、ディスクの表面に達する可能性のあるセラミックダストを発生する。このセラミックダストは、リード／ライトヘッドの作動に干渉を与えるかもしれない。そこで、本発明の、更に別の実施の形態では、リード／ライトヘッドを駆動するセラミックモータは、読み取りや書き込みが行われる地域から、以下に詳述する様に孤立している。
【０１８１】
本発明の好ましい１実施の形態により構成され作動する、孤立した圧電マイクロモータ装置５０２を用いたディスクドライブ５００の概略を示す４４図を参照する。ディスクドライブ５００は、強化底部５２１を有するハウジング５２０と、シャフト５１６を用いるディスク５１４、好ましくは両面磁気ディスクを駆動するＤＣモータ５１８とよりなる。ディスクドライブは、更に、当業者に知られている様に、ディスク５１４の両面に作動可能に連係した第１と第２のリード／ライトヘッド５１０と５１２とを支持するアーム５０８を含む。アーム５０８は、軸５０６に取り付けられ、矢印５３２にて示す様に軸５０６を中心として回動自在となっている。当業者に知られる様に、軸５０６を中心とするアーム５０８の回動の結果として、大略ディスク５１４の半径に沿うヘッド５１０及び５１２の運動を生じる。本発明の好ましい１実施の形態では、軸５０６はハウジング５２０の強化底部５２１を介して、マイクロモータ構成５０２のケーシング５０４内に延在する。軸５０６を軸心５６０を中心として低摩擦で回転せしめ、ハウジング５２０の内部を、ケーシング５０４内に堆積するダストから孤立させる為に、軸５０６と強化部５２１との間に封止ベアリング５２２を設けるのが好ましい。
【０１８２】
次に、マイクロメータ構成５０２の底部断面図を１略示する図４５と、マイクロモータ構成５０２の１部の斜視概略図を示す図４６を参照する。図４４,４５及び４６に示す様に、マイクロモータ構成５０２は、短エッジ部の１つに取り付けられ、軸５０６の表面に係合する好ましくは、セラミックのスペーサ５３０を有する圧電プレート５２８を含む。セラミックスペーサ５３０の作動エッジは、図４５と４６に明らかに示す様に、軸５０６の表面の曲率にしたがって湾曲させるのが好ましい。スペーサ５３０の巾bは、軸５０６の半径Ｒの約１／３から１／２倍に等しくするのが好ましい。この比率は、スペーサ５３０と軸５０６との間の最適の相互作用を与える。スペーサ５３０は、上述のどのセラミック材料で形成してもよいが、本発明の他の好ましい実施の形態では、アルミナＦＧ−９９５が、スペーサ５３０に対する特に適当な材料である。
【０１８３】
圧電プレート５２８は、プレート５２８を、ケーシング５０４の内面に、強く支持する弾性支持構造体５２６に取り付けるのが好ましい。この様な取り付けにより、プレート５２８が、その長い寸法の方向に動くことが可能となり、一方、プレート５２８の短い寸法方向に沿う運動は、以下に述べる様に、実質的に圧電変位のみに制限される。サポート構造体５２６は、ゴム又はプラスチック材等の、どの様な適切な材料で形成してもよいが、望ましくは、ショアＡ硬度８０を有するシリコンで形成するのが望ましい。プレート５２８のバックエッジ部、即ち、スペーサ５３０のそれと反対のエッジは、好ましくは、シリコン及び／又は金属で形成され、スペーサ５３０を有するプレート５２８を軸５０６の表面に対して付勢する弾性部材５２４により支持されるのが望ましい。本発明の好ましい１実施の形態では、弾性部材５２４によりプレート５２８に加えられた力は、調節ばね５３４を用いて調整できる。
【０１８４】
マイクロモータの作動が長くなると、腐食を生じ、スペーサと軸５２６との間の機械的相互作用によりスペーサ５３０が短かくなることが了解される。しかし、支持構造体５２６は、その長い方の寸法にそってプレート５２８の運動を許すので、スペーサ５３０が、どの様に短くなっても、弾性材料５２４により軸心５０６の方向に付勢されているプレート５２８の、対応する前方への移動により補償される。この機構は、マイクロモータ構成５０２の有用寿命が、セラミックスペーサ５３０の腐食により、かなり短くならないことを補償している。又、スペーサの腐食の間、スペーサ５３０の作動エッジに適当な曲率が維持されていることを了解すべきである。
【０１８５】
圧電プレート５２８は、セラミックスペーサ５３０の所望の運動を与える様に、本発明の好ましい他の実施の形態も参照して、上述のいずれの励起モードで駆動してもよい。
【０１８６】
本発明の他の好ましい実施の形態により構成され作動する、孤立した、ダブル圧電セラミック構成を用いるディスクドライド６００を略示する図４７を参照する。ディスクドライド６００は、ハウジング６２０と、シャフト６１６を用いて、ディスク６１４、好ましくは、両面磁気ディスクを駆動するＤＣモータ６１８よりなる。ディスクドライドは、更に、当業者に知られる様に、ディスク６１４の両面に作動可能に連係する第１と第２のリード／ライトヘッド６１０と６１２を支持するアーム６０８を含む。アーム６０８は、軸６０６に取り付けられ、矢印６３２にて示す様に、軸６０６の回転により軸心６６０を中心として回動可能である。当業者に明らかな様に、軸心６６０を中心とするアーム６０８の回動は、結果として、大略ディスク６１４の半径に沿うヘッド６１０と６１２の運動を生じる。本発明の好ましい１実施の形態では、軸６０６は、ハウジング６２０の強化底部６２１を介して、マイクロモータ構成６０２のケーシング６０４内に延在する。軸心６０６を中心とする軸６０６の低摩擦回転を可能とし、ケーシング６０４内に堆積するダストから、ハウジング６２０の内部を孤立せしめる為に、軸６０６と強化部６２１の間に封止ベアリング６２２を設けるのが好ましい。
【０１８７】
マイクロモータ構成６０２の底部断面図を略示する図４８を参照する。図４７と４８に示す様に、マイクロモータ構成６０２は、第１と第２の圧電プレート６２８と６３８を含む。第１の好ましくはセラミック材のスペーサ６３０が、プレート６２８の短エッジ部の１つに取り付けられ、軸６０６の表面の第１の部分に係合する。第２の好ましくは、セラミック材のスペーサ６４０が、プレート６３８の短エッジの１つに取り付けられ、軸６０６の表面の第１の部分と反対の、第２の部分に係合する。セラミックスペーサ６３０と６４０の作動エッジは、図４８に明示する様に、軸６０６の表面の曲率にしたがって湾曲するのが好ましい。スペーサ６３０と６４０の巾Ｗは、軸６０６の半径Ｒの約１／３−１／２倍に等しくするのが好ましい。この比率によりスペーサ６３０と６４０と、軸６０６間の最適の相互作用が与えられる。スペーサ６３０と６４０は、どの様な適当なセラミック材料で形成してもよいが、アルミナＦＧ−９９５は、特に、スペーサ６３０と６４０に適当な材料である。
【０１８８】
圧電プレート６２８と６３８は、それらを、それぞれケーシング６０４の内面に、しっかりと支持する弾性支持構造体６２６に取り付けるのが好ましい。この様な取り付けは、プレート６２８と６３８をその長い寸法の方向にそって運動可能とする一方、その短い寸法方向にそっての運動は、以下に述べる様に、実質的に圧電変位のみに限られる。支持構造体６２６は、ゴム又はプラスチック等の適当な材料で形成してもよいが、好ましくは、ショアＡ硬度８０のシリコンで形成するのが望ましい。プレート６２８と６３８のバックエッジ、即ち、スペーサ６３０と６４０のエッジに対するエッジは、スペーサを有するプレート６２８と６３８を、それぞれ、軸６０６の表面の対抗部分に付勢する、図４４−４６の弾性材５２４と同様な弾性部材６２４により支持されるのが好ましい。本発明の好ましい実施の形態では、弾性部材により、プレート６２８と６３８に加えられる力は、各調整ねじ６３４を用いて調整できる。
【０１８９】
図４４−４６の単一マイクロモータ実施の形態に示す様に、スペーサ６３０と６４０が、少しでも短くなると、弾性部材６２４により軸６０６の方へ付勢されている各プレート６２８と６３８の、対応する前方への移動により補償される。これにより、スペーサの有用寿命が長くなる。スペーサ６３０と６４０の作動エッジの適当な曲率は、スペーサの腐食の間維持されるということを理解すべきである。
【０１９０】
圧電プレート６２８と６３８は、セラミックスペーサ６３０と６４０に所望の運動を与える為に、本発明の他の好ましい実施の形態を参照して、上述の励起モードのいずれによって駆動されてもよい。しかし、本発明の好ましい１実施の形態では、プレート６２８と６３８の励起モードは、スペーサ６３０と６４０が、実質的に同時に、軸６０６と係合及び離間する様に、同一で、かつ、同期化されている。この様に、マイクロモータの作動中は、スペーサ６３０により軸６０６に加わる力は、スペーサ６４０により加えられ対応する、反対の力により中和されている。これにより、ダブルマイクロモータのバランスのとれた、更に能率的な作動が確保される。
【０１９１】
軸７０６に回転運動を与える様にした、本発明の別の好ましい実施の形態による、トリプルマイクロモータ構成７０２の底部断面図を略示する図５０を参照する。軸７０６は、軸５０６(図４４と４５)又は、軸６０６(図４７と４８)より類推して、ディスクドライブのリード／ライトヘッドのアームに接続するのが好ましい。図４９に示す様に、マイクロモータ構成７０２は、それぞれ、その短エッジ部に取り付けたセラミックスペーサ７３０,７４０と７５０を有する３つの圧電プレート７２８,７３８と７４８を含む。スペーサ７３０,７４０,７５０は、軸心７０６の表面の、３つの各部分に係合する。セラミックスペーサ７３０,７４０,７５０の作動エッジは、軸７０６の表面の曲率によって湾曲されるのが好ましい。各スペーサ７３０,７４０,７５０の巾Ｃは、軸７０６の半径Ｒの約１／３−１／２倍に等しくするのが望ましい。この比率は、スペーサ７３０,７４０,７５０と軸７０６間の最適の相互作用を与える。スペーサ７３０,７４０,と７５０は、どの様な適当なセラミック材料で形成してもよいが、本発明の好ましい１実施の形態では、３つのスペーサの内２つ、例えば、スペーサ７３０と７４０は、アルミナＡＤ−９６で形成し、一方、第３のスペーサ、例えば、スペーサ７５０はシリコンカーバイドで形成される。
【０１９２】
圧電プレート７２８は、プレート７２８,７３８,７４８をそれぞれ、トリプルマイクロモータケーシング７０４の内面に、しっかりと支持する弾性支持構造体７２６に取り付けるのが好ましい。この様な取り付けは、プレートの長い寸法方向にそって、プレート７２８、７３８,７４８の運動を可能とする一方、プレートの短い寸法方向に沿う運動は、以下に述べる様に、実質的に圧電変位のみに限られる。支持構造体７２６は、ゴム又は、プラスチック等のどの様な適当な材料で形成してもよいが、好ましくはショアＡ硬度８０を有するシリコンで形成するのが望ましい。プレート７２８,７３８,７４８のバックエッジ、即ち、それぞれスペーサ７３０,７４０,７５０のエッジ部に対するエッジは、スペーサ７３０,７４０,７５０を有するプレート７２８,７３８,７４８を、それぞれ、軸７０６の表面の各部分に付勢する、弾性部材７２４により支持されるのが好ましい。本発明の好ましい実施の形態では弾性部材により、プレート７２８,７３８,７４８に加えられる力は、各調整ねじ７３４を用いて調整できる。
【０１９３】
図４４−４８の単一マイクロモータの実施の形態に示す様に、スペーサ７３０,７４０,７５０が、少しでも短くなると、弾性部材７２４により軸７０６の方へ付勢されている各プレート７２８,７３８,７４８の対応する前方への移動により補償される。これにより、スペーサの有用寿命が長くなる。スペーサ７３０,７４０,７５０の作動エッジの適当な曲率は、スペーサの腐食の間維持されるということを理解すべきである。
【０１９４】
圧電プレート７２８,７３８,７４８は、セラミックスペーサ７３０,７４０,７５０に所望の運動を与える為に、本発明の他の好ましい実施の形態を参照して、上述の励起モードのいずれによって駆動されてもよい。しかし、個々のマイクロモータは、更に均一な回転力を与える為に位相はずれで駆動されてもよい。この様にして、マイクロモータの２つは、同じ位相で駆動し、一方、第３のマイクロモータは、他の２つのマイクロモータに対して１８０°位相外れで駆動してもよい。更に、３つのモータは、１２０°位相間隔で駆動され、結果として軸７０６に加えられる駆動力の高い「使用率」を得る様にしてもよい。更に、少くとも１つの比較的柔らかな圧電プレートを適当に選択すると、結果として、更にスムーズで、一層連続的な駆動を得られる。最後に、圧電マイクロモータは、複合ハード／ソフトマイクロモータに関連して上述した利点を生じる異なった硬度を有してもよい。マイクロモータに異なる励起及び／又は圧電特性が用いられた場合、何らかの半径方向の力を結果として生じる。
【０１９５】
本発明の好ましい１実施の形態では、圧電プレート７２８,７３８,及び７４８は同一ではなく、むしろ、圧電プレート７２８と７３８は、プレート７４８に用いられる材料よりも硬い材料で形成されるのが望ましい。フイリップス社、オランダ(Phillips Ltd．,the Netherlands)から入手できるＰＺＴ−５を各プレート７２８と７３８に用い、同じくフイリップス社、オランダから得られるＰＺＴ−４のプレートをプレート７４８に用いるのが好ましい。ＰＺＴ−４プレートよりも硬いＰＺＴ−５のプレートも、一層高い機械的振巾を与える。この様にして、この形状では、全駆動力の２／３以上が、プレート７２８と７３８により与えられ、一方、プレート７４８は、更にスムーズで、正確な運動を与える。コンピュータディスクドライブに用いられた場合、上述のトリプルマイクロモータ構成は、デイィスク表面にそって運動中は、５−８メータ毎秒の線速度と、１ナノメータ(nanometer)より良好な位置精度を有するディスクドライブのリード／ライトヘッドを提供する。この本発明の好ましい１実施の形態によるマイクロモータは、上述のいずれの励起モードでも駆動できる。
【０１９６】
本発明の追加の実施の形態による孤立圧電マイクロモータ構成８０２を利用するダブルディスクドライブ８００の側部断面図を略示する図５０と、図５０の孤立マイクロモータ構成の１部の斜視図を示す図５１を参照する。ダブルディスクドライブ８００は、ハウジング８２０と、ディスク８１４と８１５、好ましくは、シャフト８１６を用いて両面磁気ディスクを駆動するＤＣモータ８１８を含む。ディスクドライブは、更に、当業者に知られている様に、ディスク８１４の２つの対抗面と並列に配置された第１と第２のリード／ライトヘッド８１０と８１２を支持するトップアーム８０８と、ディスク８１５の２つの対抗面に並列に配置された第１と第２のリード／ライトヘッド８１１と８１３を支持するボトムアーム８０９によりなる。本発明の好ましい１実施の形態では、アーム８０８と８０９は、以下に述べる様に同軸的に回動自在となっている。
【０１９７】
トップアーム８０８は、内部軸８０６上に取り付けられるのが好ましく、矢印８３２により示す様に軸８０６の回転により、軸心８６０を中心として回動可能としてもよい。ボトムアーム８０９は、軸８０６と同軸の外部中空軸８０７に取り付けられ、矢印８３２で示す様に、軸８０７の回転により、軸心８６０を中心として回動可能としてもよい。軸心８６０を中心とするアーム８０８の回動は、結果として、大略ディスク８０４の半径に沿う、ヘッド８１０と８１２の運動を生じる。軸心８６０を中心とするアーム８０９の回動は、大略ディスク８１５の半径に沿うヘッド８１１と８１３の運動を生じる。本発明の好ましい実施の形態では、軸８０７は、ハウジング８２０の強化部８２１を介して、下方に、マイクロモータ構成８０２のケーシング８０４内へ延在する。軸８０７の軸心８６０を中心とする低摩擦回転を可能とし、ハウジング８２０の内部をケース８０４内に堆積するダストから分離する為に、軸８０７とハウジング８２０の強化部８２１との間に、封止ベアリング８２２を設けるのが好ましい。軸８０６は、下方へ、軸８０７の中空の内部を介して、ケーシング８０４の内部に延在するのが好ましい。又、軸心８６０を中心として軸８０６の低摩擦回転を可能とし、更に、ハウジング８２０の内部を、ケーシング８０４内に堆積したダストから分離する為に、軸８０６と軸８０７との間に、ベアリング８４２と封止ベアリング８４４とを設けるのが好ましい。
【０１９８】
図５０と５１に示す様に、マイクロモータ構成８０２は、短エッジ部に取りつけた、好ましくはセラミックスペーサ８３０と８４０を、それぞれ有する２つの圧電プレート８２８と８３８とを含む。スペーサ８３０は、軸８０７の外表面の１部と係合し、一方、スペーサ８４０は、軸８０６の表面の１部と係合する。セラミックスペーサ８３０と８４０の作動エッジは、図５１に明示する様に、軸８０７と８０６のそれぞれの表面曲率により湾曲するのが望ましい。スペーサ８３０の巾Ｗ１は、軸８０７の半径Ｒ１の約１／５倍に等しく、スペーサ８４０の巾Ｗ２は、軸８０６の半径Ｒ２の約１／４−１／２倍に等しくするのが好ましい。これらの比率は、それぞれ、スペーサ８３０と８４０及び軸８０７と８０６の間の最適の相互作用を与える。スペーサ８３０と８４０は、どの様な適当なセラミック材料で形成してもよいが、アルミナＦＧ−９９５は、特に、スペーサ８３０と８４０に適当な材料である。
【０１９９】
圧電プレート８２８と８３８は、それらを、それぞれケーシング８０４の内面に、しっかりと支持する弾性支持構造体８２６に取り付けるのが好ましい。この様な取り付けは、プレート８２８と８３８をその長い寸法の方向にそって運動可能とする一方、プレートの短い寸法方向にそっての運動は、以下に述べる様に、圧電変位のみに限られる。支持構造体８２６は、ゴム又は、プラスチック等の適当な材料で形成してもよいが、好ましくは、ショアＡ硬度８０のシリコンで形成するのが望ましい。プレート８２８と８３８のバックエッジ、即ち、スペーサ８３０と８４０のエッジに対するエッジは、スペーサを有するプレート８２８と８３８を、それぞれスペーサ８３０と８４０と共に、軸８０７と８０６の表面に付勢する、弾性部材８２４により支持されるのが好ましい。本発明の好ましい実施の形態では弾性部材８２４により、プレート８２８と８３８に加えられる力は、各調整ねじ８３４を用いて調整できる。
【０２００】
図４４−４９の単一のマイクロモータの実施の形態に示す様に、スペーサ８３０と８４０が、少しでも短くなると、弾性部材８２４により軸８０７と８０６の方へ付勢されている各プレート８２８と８３８の対応する前方への移動により補償される。これにより、スペーサの有用寿命が長くなる。スペーサ８３０と８４０の作動エッジの適当な曲率は、スペーサの腐食の間維持されるということを理解すべきである。
【０２０１】
圧電プレート８２８と８３８は、セラミックスペーサ８３０と８４０の所望の運動を与える為に、本発明の他の好ましい実施の形態を参照して、上述の励起モードのいずれによって駆動されてもよい。
【０２０２】
上述の、図４４−５１を参照する全ての実施の形態において、圧電プレートの好ましい寸法は、約５ミリメータ×２．５ミリメータ×２．５ミリメータである。この様なプレートのセラミックスペーサは、プレートの２．５ミリ×２．５ミリ面の１つに取り付けるのが好ましい。
【０２０３】
図４４−５１の実施の形態は、磁気リード／ライトヘッドを用いる磁気ディスクドライブに関連して述べられている。しかし、本発明は、光学リード／ライトヘッドを用いるオプチカルディスクドライブにも適用できることを了解すべきである。
【０２０４】
又、本発明は、以上に特に示され、ここに記述された点に限定されるものではない事を当業者は了解されるであろう。本発明の範囲は、以下に述べる請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい一実施の形態によるモータにおいて有用な圧電セラミック部材の概略図である。
【図２】図１−５の部材の本発明にかかる一実施の形態による第１励起形状のモードの振巾波形図である。
【図３】図２の波形が得られる第１励起形状を示した図である。
【図４】図１−５の部材の本発明にかかる一実施の形態による第２励起形状のモードの振巾波形図である。
【図５】図４の波形が得られる第２励起形を示した図である。
【図６】本発明の一実施の形態による図１−５の部材の２つの密接に離間した共振モードの共振カーブを示す図である。
【図７】本発明の一実施の形態によるモータで有用な圧電部材の双形態変異運動(bi−morphological movement)を示す図である。
【図８】図７に示す部材の電極に加えられた場合、部材と接触している物体の制御された運動を起こす電圧パルスを示す図である。
【図９】本発明の好ましい一実施の形態による制御された運動を達成するためのマイクロモータの一部概略図、一部ブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態によるモータに有用な圧電セラミック部材のタンデム形状を示す概略図である。
【図１１】本発明の実施の形態によるモータに有用な圧電セラミック部材のタンデムパラレル形状を示す概略斜視図である。
【図１２】本発明の一実施の形態によるx−y運動に適応する形状とした圧電セラミック部材の概略斜視図である。
【図１３】本発明の別の例として的実施の形態によるx−y運動に適応する形状とした圧電セラミック部材の概略斜視図である。
【図１４】図１３の実施の形態を利用したx−yテーブルの概略部分斜視図である。
【図１５】シリンダ又は球体を回転させる形状とした、本発明の一実施の形態による圧電セラミック部材を示す図である。
【図１６】本発明の好ましい実施の形態による圧電セラミックの別の例として的電極形状を示す図である。
【図１７】本発明の一実施の形態による、動かすべき物体に、圧電セラミックの予荷重力(preloading force)を加えるのに適した電極形状を示す図である。
【図１８】本発明の一実施の形態による、動かすべき物体に、圧電セラミックの予荷重力(preloading force)を加えるのに適した電極形状変形例の別のを示す図である。
【図１９】本発明の一実施の形態による、動かすべき物体に、圧電セラミックの予荷重力(preloading force)を加えるのに適した電極形状を示す図である。
【図２０】本発明の好ましい実施の形態による、圧電セラミック取り付けの別の例として的方法を示す図である。
【図２１】本発明の一実施の形態による、２つの圧電セラミックの取り付けに、図２０に示す取り付け原理の適用を示す図である。
【図２２】本発明の好ましい実施の形態による、ＣＤリーダのステージにセラミックモータを用いるための形状を示す斜視図である。
【図２３】本発明の好ましい実施の形態による、ＣＤリーダのステージにセラミックモータを用いるための形状の変形状を示す斜視図である。
【図２４】本発明の好ましい実施の形態による、ＣＤリーダのステージにセラミックモータを用いるための形状の別の変形例を示す斜視図である。
【図２５】本発明の更に、別の好ましい実施の形態により構成及び作動されるペア圧電マイクロモータの一部概略、一部ブロック図である。
【図２６】マイクロモータの圧電セラミックの好ましいx−y共振モードを示す、図２５のマイクロモータの概略説明図である。
【図２７】本発明の一実施の形態による図２５のマイクロモータの圧電セラミックを駆動するためのパルス励起信号を示す概略図である。
【図２８】異なるxとy励起振巾で駆動されるペア圧電マイクロモータの概略図である。
【図２９】図２５のペア圧電マイクロモータのセラミックプレートの別の例として的取り付け構成を示す概略図である。
【図３０】図２５のペア圧電マイクロモータのセラミックプレートの別の別の例として的取り付け構成を示す概略図である。
【図３１】図２５、２６、２８−３０のマイクロモータを物体に作動可能に結合するための好ましい構成を示す概略図である。
【図３２】本発明の好ましい一実施の形態による、不要の共振モードを抑圧するために拘束部材を用いる圧電マイクロモータの概略斜視図である。
【図３３】図３２のマイクロモータでの振動運動を誇張して示す斜視図である。
【図３４】本発明の好ましい一実施の形態による、出力上昇と滑らかな運動を与えるために剛性アームを用いる圧電マイクロモータの概略斜視図である。
【図３５】選択された励起形状に対し、図３４のマイクロモータにより用いられるが好ましい２つのスペーサの相対的運動を質的に示す図である。
【図３６】本発明の好ましい実施の形態による圧電セラミックの短エッジ部に平行な対称運動を与えるようにしたマイクロモータ構成の概略斜視図である。
【図３７】本発明の好ましい実施の形態による圧電セラミックの短エッジ部に平行な対称運動を与えるようにしたマイクロモータ構成の変形例の概略斜視図である。
【図３８】リード／ライトヘッドを動かすのに圧電マイクロモータを用いる、本発明の好ましい一実施の形態によるディスクドライブの概略図である。
【図３９】本発明の好ましい実施の形態による、図３８のディスクドライブのリード／ライトアームの形状を示す概略図である。
【図４０】本発明の好ましい実施の形態による、図３８のディスクドライブのリード／ライトアームの形状の変形例を示す概略図である。
【図４１】本発明の３つの好ましい実施の形態による、図３８のディスクドライブのリード／ライトアームの３つの別の例として的形状を示す概略図である。
【図４２】本発明の好ましい実施の形態による二重ディスクドライブを示す概略図である。
【図４３】本発明の実施の形態による、角変位及び直線変位範囲を増加すると共に、リード／ライトヘッドの運動の微調整を可能とする３枚圧電プレート構成の概略斜視図である。
【図４４】本発明の更に別の一実施の形態による、孤立圧電マイクロモータ構成を利用するディスクドライブの側部概略断面図である。
【図４５】図４４の孤立圧電マイクロモータ構成の概略底面図である。
【図４６】図４４と４５の圧電マイクロモータ構成の一部の詳細概略斜視図である。
【図４７】本発明の別の実施の形態による、孤立ダブル圧電マイクロモータ構成を利用するディスクドライブの側部概略断面図である。
【図４８】図４７の孤立マイクロモータ構成の一部の底面概略図である。
【図４９】本発明の別の実施の形態による孤立する圧電マイクロモータ構成の一部を示す底部概略断面図である。
【図５０】本発明の更に別の実施の形態による、孤立圧電マイクロモータ構成を利用する二重ディスクドライブの側部概略断面図である。
【図５１】図５０の孤立マイクロモータ構成の概略斜視図である。
【符号の説明】
１０・・・圧電セラミック
１４、１６、１８、２０・・・電極
２２、２４・・・電線
２６・・・セレミックスペーサ
３０・・・物体
３２、３４・・・固定サポート
３６、３８・・・バネ付サポート
２８、４３・・・短エッジ部
４０、４２・・・長エッジ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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