JP2008131734A

JP2008131734A - 駆動装置およびそれを用いた光ディスク装置

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Publication number: JP2008131734A
Application number: JP2006313714A
Authority: JP
Inventors: ▲松▼田孝弘; Takahiro Matsuda; Koji Fujita; 藤田浩司
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi LG Data Storage Inc
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi LG Data Storage Inc
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2026-11-21
Also published as: JP5352050B2

Abstract

【課題】
圧電素子を動力源とするアクチュエータでは、圧電素子の温度によって移動速度が変化し制御性が悪化する問題がある。また、圧電素子の材質によって決まる温度まで素子温度が上昇すると、素子が劣化するという問題があり、高温状態では駆動による圧電素子の過熱を防止するという課題がある。
【解決手段】
圧電素子を動力源とするアクチュエータを駆動する駆動装置において、環境温度または圧電素子の温度を測定し、該測定結果によって圧電素子に印加する駆動信号を制御し、駆動信号の印加による圧電素子の発熱と、駆動信号を印加しない間の放熱によって、温度が所定の範囲内となるように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電素子を動力源として電気的な制御で動作する駆動装置を用いた光ディスク装置に関するものである。

圧電素子の収縮を動力源とするリニアアクチュエータが知られている。特許文献１および特許文献２では、圧電素子の伸び変位と縮み変位を異なる速さで行い、圧電素子に固着された駆動部材を異なる速度で往復移動させ、駆動部材に摩擦結合した移動体を任意方向に移動させるリニアアクチュエータが示されている。

特許文献２には、前述したアクチュエータの駆動速度の環境温度による特性変化を抑えるため、駆動パルスの駆動周波数を最適値に補正する方法が示されている。

特開２０００−２０５８０９号公報特開２００６−８７２１７号公報

圧電素子を動力源とするリニアアクチュエータでは、環境温度または圧電素子の温度によって移動体の移動速度が変化し、制御性が悪化することが問題となる。また、アクチュエータ駆動の際に、その発熱により圧電素子が過熱状態となる場合がある。圧電素子は材質によって決まる温度まで素子温度が上昇すると、素子が劣化するという問題があり、アクチュエータ駆動時に圧電素子の過熱を回避しなければならないという課題がある。

圧電素子を動力源とするアクチュエータを駆動する駆動装置において、環境温度または圧電素子の温度を測定し、該測定結果によって圧電素子に印加する駆動信号を制御し、駆動信号を印加する期間の圧電素子の発熱と、駆動信号を印加しない休止期間の放熱によって、動作時の温度が所定の範囲内となるように制御しこの駆動装置を用いた光ディスク装置とする。

本発明により、圧電素子を動力源とするアクチュエータの温度変動による影響を低減し、ユーザにとって良好な光ディスク装置が得られる。

以下に本発明の実施例を説明する。

図１は本発明による駆動装置の一実施の構成を図で示したものである。

図１において、101は電圧印加によって伸縮する圧電素子、102は移動部材、103は駆動軸、104は圧電素子を伸縮する駆動信号を発生する信号発生手段、105は104の信号発生手段を制御し圧電素子を制御する制御手段、106は環境温度または101の圧電素子の温度を取得する測定手段である。101の圧電素子に駆動信号を印加することで、102の移動体は103の駆動軸に沿って移動し、リニアアクチュエータとして機能する。

ここで101から103で構成され、圧電素子を動力源とするリニアアクチュエータ動作の一例を図２を用いて説明する。図２において、201a、201b、201cは圧電素子、202a、202b、202cは移動部材、203a、203b、203cは駆動軸、204a、204b、204cは固定部材である。

図２(a)において、201aの圧電素子は、一端を204aの固定部材と固定され、他端を203aの駆動軸と固定されている。202aの移動部材は、203aの駆動軸と接触しており、接触面の摩擦力により保持されている。図２(a)の圧電素子201aを低速で伸張させると、202aの移動部材は摩擦力により203aの駆動軸に保持され移動する。このように圧電素子を伸張した状態を図２(b)に示す。

次に図２(b)の状態から、201bの圧電素子を急速に縮めると、202bの移動部材は慣性力によりその場にとどまるため、202bの移動部材と203bの駆動軸との間の摩擦部がすべり、202bの移動部材がほぼそのままの位置にとどまることになる。このようにして圧電素子を縮めた状態を図(c)に示す。

圧電素子の低速での伸張と、急速に縮めることを繰り返すことで、移動部材は駆動軸に沿って長い距離を移動することができる。また圧電素子に印加する駆動信号の極性を反転し、低速で縮めることと急速に伸張することを繰り返すことで、移動部材を逆の方向に駆動することができる。

図２で説明した圧電素子に対する駆動信号の生成方法を説明する。図１において、105の制御手段により、104の信号発生手段からの駆動信号が101の圧電素子に印加され、素子を収縮させる。106の測定手段は装置の周囲温度あるいは圧電素子の温度を取得し、105の制御手段は該温度情報によって、該駆動信号を制御する。

図３は圧電素子に対する駆動信号の印加期間と圧電素子の温度との関係の一例を示している。図３において、301は圧電素子に印加される駆動信号を示し、302は圧電素子の温度を示す。駆動信号を印加して、圧電素子を収縮させると、印加期間ｔ_d3において圧電素子の温度が△Ｔ₃上昇する。

制御手段105は、102の移動部材の移動前に、106の測定手段からの温度情報が下限温度Ｔ_minよりも低い場合、104の信号発生手段からの駆動信号を101の圧電素子に印加する。101の圧電素子は駆動信号の印加により素子の伸縮が起こり、素子温度が上昇する。

一方で圧電素子を動力源とするリニアアクチュエータは、102の移動部材の移動速度が圧電素子の素子温度によって変化する特性がある。素子温度が下限温度Ｔ_minから上限温度Ｔ_maxの間となるようにアクチュエータを駆動すると、下限温度での駆動速度ｖ₁と上限温度での駆動速度ｖ₂に対して、駆動速度変化量△ｖ(△ｖ＝ｖ₂−ｖ₁)と見積もることができる。上限温度と下限温度の差(Ｔ_max−Ｔ_min)を小さくすると、駆動速度の変化△ｖも小さくなり、より制御性が改善する。

従って下限温度Ｔ_minよりも温度の低い場合に101の圧電素子に駆動信号を印加して、圧電素子の収縮により温度をＴ_min以上まで上昇させてから102の移動部材の移動を制御することで、速度変化を低減しアクチュエータの制御性を改善することができる。

なお圧電素子の素子温度を上昇させるために印加される駆動信号のパルスデューティ、周波数、信号振幅、信号波形、極性は図３に限られたものではなく、連続的に信号を印加している途中でこれらが変化したり、連続的に駆動信号を印加することに対して、複数回に分けて印加したりすることも考えられる。また、駆動信号の印加によって必ずしも102の移動部材の移動を伴う必要はなく、アクチュエータの駆動条件に合わない駆動信号を素子に印加することも考えられる。

また、リニアアクチュエータの動作は図２に限るものではない、圧電素子を動力源とするアクチュエータであれば本発明の駆動方法を適用可能である。

また、図１に示すように、107の表示手段を持った構成であってもよく、106の測定手段によって取得した温度Ｔが、上限温度Ｔ_maxあるいは素子の劣化する温度を超えた場合、107の表示手段によって警告を表示する。

106の測定手段には、圧電素子周囲の温度を測定する方法が考えられるが、それ以外にも直接圧電素子の温度を測定する方法も考えられる。

また、図６のような光ディスク装置において、レーザ行路中の可動レンズを前記リニアアクチュエータによって光軸方向に駆動する構成も考えられる。

本発明における第二の実施の構成を示す。

第二の実施例は前記実施例１と同じく、図１に示される構成を持つ駆動装置に適用される。105の制御手段は102の移動部材を移動させる際に、106の測定手段からの温度情報に対し、104の信号発生手段が101の圧電素子に対して駆動信号を連続的に印加できる最大の駆動期間を設定する。最大の駆動期間の後、一定時間は駆動信号印加を停止する休止期間を設定する。

図４に、圧電素子を動力源とするリニアアクチュエータを駆動する際の駆動信号と圧電素子の温度の関係について示す。図４(a)は、駆動信号をt_d(4a)の期間連続的に印加し圧電素子を収縮させると、圧電素子の温度が△Ｔ_(4a)上昇することを示している。

それに対して図４(b)は、t_d(4b)( t_d(4b)＜t_d(4a))の駆動期間に連続的に信号を印加した後、信号の印加を停止し、期間t_s(4b)の圧電素子を駆動しない休止期間とする。休止期間中には、駆動期間に上昇した温度が放熱によって低下する。休止期間t_s(4b)の後、再度駆動信号を印加して圧電素子を駆動する。休止期間後、(t_d(4a)―t_d(4b))の期間の駆動により、図４(a)と同等の駆動量を得る。

このように、休止期間によって温度上昇の最大値は△Ｔ_(4b)（△Ｔ_(4b)＜△Ｔ_(4a)）となり、温度上昇を抑制することができる。

また、素子温度の変化が抑制されるため、アクチュエータの駆動速度の変化量△ｖは小さくなり、制御性が改善できる。

アクチュエータの駆動速度の変化を所定の範囲内(下限温度Ｔ_min、上限温度Ｔ_max)とするため、105の制御手段で行われる駆動信号の印加期間、休止期間について説明する。

駆動前の温度Ｔ₀がＴ₀＜Ｔ_maxであれば、連続的に駆動信号を印加する駆動期間t_d(4b)における温度上昇△Ｔ_d(4b)によって上限温度を超えないよう(△Ｔ_d(4b)≦(Ｔ_max−Ｔ₀))にする。

また、休止期間の直後に再度アクチュエータを駆動する場合には、休止期間t_s(4b)の放熱で低下する温度△Ｔ_s(4b)によって下限温度を下回らないよう(△Ｔ_s(4b)≦((△Ｔ_d(4b)＋Ｔ₀)−Ｔ_min))にする。上記の条件を満足すれば、駆動期間と休止期間の長さは一定でなくとも、駆動前温度Ｔ₀によって可変とすることも考えられる。

以上説明した駆動期間と休止期間を制御し、所定の温度範囲内でアクチュエータを駆動することにより、圧電素子の過熱を防ぎ、素子劣化を避けることができる。これは、特に装置の周囲温度が高い場合に有効である。

本発明における第三の実施の構成を示す。

第三の実施例は前記実施例１と同じく、図１に示される構成を持つ駆動装置に適用される。105の制御手段は、104の信号発生手段を制御し、101の圧電素子に駆動信号を印加する駆動期間と、駆動信号を印加しない休止期間とを周期的に繰り返して102の移動部材を段階的に移動させる駆動装置であり、106の測定手段からの温度によって、駆動期間と休止期間を制御することを特徴とする。

図５に圧電素子を動力源とするリニアアクチュエータを駆動する際に、駆動期間と休止期間を周期的に繰り返す駆動信号を用いた場合の圧電素子の温度変化の一例について示す。図５(a)に示すように、一定の周期t_p(5a)で駆動期間t_d(5a)と休止期間t_s(5a)を繰り返して圧電素子を収縮し、リニアアクチュエータを構成する移動部材を移動させる。圧電素子の温度は駆動期間では上昇し、休止期間では放熱により冷却されるため、駆動前の温度Ｔ₀に対し△Ｔ_(5a)の温度範囲で動作する。

駆動前温度Ｔ₀が高い場合、圧電素子劣化と、102の移動部材の制御性が損なわれることが懸念される。従ってリニアアクチュエータ駆動温度の下限Ｔ_minと上限Ｔ_maxを用い、107の測定手段からの温度ＴがＴ_min＜Ｔ＜Ｔ_maxの範囲となるように前期駆動期間と休止期間の長さを制御する。圧電素子駆動前の温度Ｔ₀と上限温度の温度差(Ｔ_max−Ｔ₀)が小さい場合には、駆動期間t_d(5a)を時間ｔ_aだけ短くし、休止期間t_s(5a)を時間ｔ_aだけ長くすることで、温度上昇△Ｔ_(5a)を抑制する。ｔ_aの長さが温度Ｔ₀に比例する場合も考えられる。

以上説明した駆動期間、休止期間１周期辺りの割合の調整による温度上昇抑制方法とは別の抑制方法を説明する。図５(b)では、図５(a)に対して短い周期ｔ_p(5b)(t_p(5b) ＜t_p(5a))によって、駆動期間t_d(5b)(t_d(5b) ＜t_d(5a))と休止期間t_s(5b)を繰り返して圧電素子を駆動する。駆動期間t_d(5b)の休止期間t_s(5b)に対する比率t_d(5b)／t_s(5b)を図５(a)の比率t_d(5a)／t_s(5a)以下にすることで、温度の上昇を低減できる(△Ｔ_(5b)＜△Ｔ_(5a))。

圧電素子駆動前の温度Ｔ₀が十分に低く、上限温度との温度差(Ｔ_max−Ｔ₀)が大きい場合には図５(c)のような制御を用いる。図５(c)では、図５(a)に対して長い周期ｔ_p(5c)(t_p(5c) ＞t_p(5a))によって、駆動期間t_d(5c)と休止期間t_s(5c)を繰り返して圧電素子を駆動する。駆動期間ｔ_d(5c)に上昇する温度△Ｔ_(5c)は図５(a)における温度上昇△Ｔ_(5a)より大きくなる(△Ｔ_(5c)＞△Ｔ_(5a))が、△Ｔ_(5c)≦(Ｔ_max−Ｔ₀)であればよい。

図５(c)の駆動方法では、長い周期により移動部材の停止状態からの起動回数が減少するため、起動毎の加速時間の影響を低減できる。

従って、周期的に駆動期間と休止期間を繰り返して圧電素子を駆動する装置において、高温時には短い周期の駆動により素子劣化を防ぎ、低温時には長い周期の駆動により駆動速度を得る。

本発明によれば、圧電素子を動力源とするリニアアクチュエータは小型であることから、カメラや光ディスク装置などの小型レンズを駆動するために用いられている。これらの機器において、本発明の温度変化の影響を低減する制御方法を用いることで、多様な温度環境下での動作安定性を向上することができる。

圧電素子を動力源とするリニアアクチュエータとその駆動手段の構成図。圧電素子を動力源とするリニアアクチュエータの構成と駆動動作の一例を示す図である。圧電素子への駆動信号の印加と温度変化の一例を示す説明図。実施例２における圧電素子へ印加する駆動信号の制御方法と圧電素子の温度変化の一例を示す説明図。実施例３における圧電素子へ印加する駆動信号の制御方法と圧電素子の温度変化の一例を示す説明図。圧電素子を動力源とするリニアアクチュエータをレンズの変位に用いる光ディスク装置の構成図。

符号の説明

101、601…圧電素子、 102、602…移動部材、 103、603…駆動軸、
104、604…信号発生手段、 105、605…制御手段、 106、606…測定手段、
107、607…表示手段、 201a、201b、201c…圧電素子、 202a、202b、202c…移動部材、
203a、203b、203c…駆動軸、 204a、204b、204c…固定部材、
608…光ディスク、 609…レーザ、 610…可動レンズ、 611…対物レンズ、
612…回転モータ。

Claims

電圧が印加されることにより伸縮する圧電素子と、
前記圧電素子に対する駆動信号を生成する信号発生手段と、
前記信号発生手段を制御し圧電素子に対する駆動信号印加を制御する制御手段と、
周囲温度または前記圧電素子の温度を測定する測定手段を有し、
前記制御手段は該測定結果に従い
前記駆動信号の印加期間を制御し、
駆動時の周囲温度または圧電素子の温度を
下限温度Ｔ_minから上限温度Ｔ_max(Ｔ_min＜Ｔ_max)の
範囲となるように制御することを特徴とする駆動装置。
請求項１に記載の駆動装置であって、
圧電素子による移動部材の駆動前に
前記測定手段によって測定された温度Ｔが
前記下限温度Ｔ_min＞Ｔの関係の場合、
前記制御手段は
一定の駆動期間ｔ_hだけ駆動信号を生成することで、
下限温度Ｔ_min以上まで温度を上昇させることを特徴とする駆動装置。
請求項１に記載の駆動装置であって、
前記制御手段は前記測定手段から得られる駆動前の温度Ｔに対し、
駆動期間ｔ₁の連続的な駆動信号印加による
温度上昇△Ｔ₁と駆動装置における上限温度Ｔ_maxとの関係が
((Ｔ＋△Ｔ₁)≦Ｔ_max)となるように、
駆動信号の連続駆動期間ｔ₁の
上限値ｔ_maxを制限(ｔ₁≦ｔ_max)することを特徴とする駆動装置。
請求項１に記載の駆動装置であって、
前記制御手段は前記測定手段から得られる駆動前の温度Ｔに対し、
駆動期間ｔ₁の連続的な駆動信号印加による
温度上昇△Ｔ₁と駆動装置における上限温度Ｔ_maxとの関係が
((Ｔ＋△Ｔ₁)≦Ｔ_max)となるように、
駆動信号の連続駆動期間ｔ₁の
上限値ｔ_maxを制限(ｔ₁≦ｔ_max)し、
駆動期間ｔ₁の後、
駆動信号を印加しない休止期間ｔ₂の温度変化量△Ｔ₂が、
△Ｔ₂≧△Ｔ₁の関係である
休止期間ｔ₂を有することを特徴とする駆動装置。
請求項１に記載の駆動装置であって、
前記制御手段は前記測定手段から得られる駆動前の温度Ｔに対し、
第一の駆動期間ｔ₁の連続的な駆動信号印加による温度変化量△Ｔ₁と、
休止期間ｔ₂の温度変化量△Ｔ₂と
第二の駆動期間ｔ₃の温度変化量△Ｔ₃と
駆動装置における上限温度Ｔ_maxとの関係が、
((Ｔ＋△Ｔ₁)≦Ｔ_max)かつ(((△Ｔ₃＋△Ｔ₁)−(Ｔ_maxーＴ))≦△Ｔ₂)であり、
第一の駆動期間ｔ₁、休止期間ｔ₂、第二の駆動期間ｔ₃によって
順序的に制御される駆動装置。
請求項１に記載の駆動装置であって、
装置の異常を示す表示手段を備え、
前記測定手段によって測定された温度Ｔと、
前記圧電素子の劣化温度Ｔ_cとが(Ｔ＞Ｔ_c) の関係である場合、
前記表示手段に装置の異常を表示することを
特徴とする駆動装置。
請求項１に記載の駆動装置であって、
前記制御手段は前記信号発生手段を制御して
前記圧電素子へ駆動信号を印加する駆動期間と、
駆動信号を印加しない休止期間とを
周期的に繰り返して圧電素子を駆動し、
前記測定手段による測定温度が高い場合に、
駆動期間と休止期間との比率は保ったまま
早い周期の繰り返しによって駆動することを
特徴とする駆動装置。
請求項１に記載の駆動装置であって、
前記制御手段は前記信号発生手段を制御して
前記圧電素子へ駆動信号を印加する駆動期間と、
駆動信号を印加しない休止期間とを
周期的に繰り返して圧電素子を駆動し、
前記測定手段による測定温度が低い場合に、
駆動期間と休止期間との比率は保ったまま
遅い周期の繰り返しによって駆動することを
特徴とする駆動装置。
請求項１乃至請求項８に記載の駆動装置を、
光学レンズの変位に用いる光ディスク装置。