JP2009050040A - 摩擦駆動アクチュエータおよびそれを用いるハードディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＤＤの磁気記録ヘッドの駆動などのために用いられる超音波モータにおいて、応答性を向上する。
【解決手段】面内振動を行う振動体２をロータ３に内包することで、前記振動体２の振動が摩擦接触するロータ３に伝達されて該ロータ３が回転する超音波モータ１において、前記ロータ３を上下一対の第１および第２の部材３１，３２の組合わせで構成し、それらを、円板部３１ａ，３２ａと、その外周縁が緩やかに立上がるテーパ部３１ｂ，３２ｂとを有するドーム状に形成する。そして、前記円板部３１ａ，３２ａに弾性変形を生じさせ、接触部分の加圧（摩擦）力をその弾性変形の復元力で発生させる。したがって、ロータ３の軸受けを不要にして応答性を向上することができるとともに、振動体（ステータ）２とロータ３との間の摩擦力をより安定させ、駆動性能を安定させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハードディスク装置（以下ＨＤＤ）の磁気記録ヘッド駆動用として好適に用いられ、超音波アクチュエータと称される摩擦駆動アクチュエータおよび前記ハードディスク装置に関する。

前記ＨＤＤの磁気記録ヘッド駆動用の超音波アクチュエータには、高精度な位置決め性や高速応答性が要求される。そこで、このような用途に適用できそうな典型的な従来技術が、特許文献１で示されている。図８は、その従来技術による超音波アクチュエータの断面図である。この超音波アクチュエータは、一般的な進行波型回転アクチュエータの典型例であり、円板状の振動体１０１に貼付けられた圧電素子１０２で発生された円板の周方向に進行する超音波振動が、ライナー１０３を介して移動体１０４（ロータ）に伝搬されることで該移動体１０４が回転するようになっている。

しかしながら、この従来技術では、移動体１０４は、ボールベアリングから成る軸受１０５で位置決めされる。したがって、ボールベアリングはボールと内輪および外輪との間にわずかではあるがガタを有するので、その分、ロータ（移動体１０４）の位置変動や不要な共振が生じ、高精度化、したがって前記ＨＤＤの場合には記録密度の向上に限界がある。また、それらのガタに、ボールベアリングの慣性質量、軸受の摩擦抵抗や軸受潤滑剤の粘性抵抗による軸受負荷が、応答性向上の制約になるという問題もある。詳しくは、ＨＤＤの磁気記録ヘッド駆動用の超音波アクチュエータとしての駆動応答性は、アーム部の共振周波数、軸受部の共振周波数、先端に取付けられるサスペンションの共振周波数などによって決定される。ＨＤＤのサイズの小型化に伴い、アーム部およびサスペンションの共振周波数は比較的高く設計できるようになっており、このため軸受け部における前記ガタ、慣性質量および軸受負荷が前記応答性の制約になっている。

そこで、このような問題を解決できる他の従来技術として、特許文献２が挙げられる。図９は、その従来技術の微小駆動装置を用いた情報記憶装置の平面図である。この情報記憶装置では、ヘッド・アーム１１１の基端側に円筒状の部材１１２を固着し、その部材１１２の周りに３個以上配置した圧電振動体１１３が、屈曲と伸縮とを組合わせた運動を行うことで楕円振動を行って前記部材１１２を回転させ、その部材１１２を回転軸として前記ヘッド・アーム１１１を揺動させている。これによって、前記ボールベアリングなどの軸受を用いずに、圧電振動体１１３のみでヘッド・アーム１１１の位置決めを行っているので、軸受によるガタがなく、また軸受の慣性および軸受負荷が低減されている。

しかしながら、この従来技術では、ヘッド・アーム１１１を加圧する圧電振動体１１３が、適度な加圧（摩擦）力を発生するために、バネ１１４によって加圧方向に可動となるように保持されており、これによって該圧電振動体１１３もヘッド・アーム１１１の回転方向に揺動可能であり、それが応答性を高める上での課題となる。すなわち、駆動側も動いてしまい、移動側の移動にオーバーシュートやアンダーシュートが生じて、なかなか目的位置に収束しない。

そこで、このような問題を解決できるさらに他の従来技術として、特許文献３が挙げられる。図１０は、その従来技術の超音波モータの断面図である。この超音波モータでは、円筒状の圧電体１２１の内外周に電極を設けてステータ１２２が構成され、その径方向に発生した凹凸が周方向に進行して進行波となり、そのステータの外周にロータ１２３，１２４，１２５が嵌め込まれている。この従来技術では、ロータ１２３，１２４，１２５の一部の低剛性部分１２３ａ，１２４ａ，１２５ａが外力によって弾性変形して、ステータ１２２に加圧接触するので、軸受ガタがなく、したがって回転中心ブレがなく、応答性も高いとなっている。

ところが、一般に、応答性の高い回転駆動機構として有効な、振動体が直接ロータを半径方向に当接支持する軸受レスの摩擦駆動アクチュエータにおいては、駆動性能を安定化させるための加圧（摩擦）力の安定化が課題である。この点、特許文献３では、ロータ１２３，１２４，１２５の低剛性部分１２３ａ，１２４ａ，１２５ａが外力によって弾性変形してステータ１２２への加圧（摩擦）力を発生するとしているが、特に図１０（ａ）および図１０（ｂ）の構成では、実際は円筒部分１２３ｂ，１２４ｂの変形が必要であり、くびれ形状の前記低剛性部分１２３ａ，１２４ａの変形は前記加圧力にほとんど寄与しない上、円筒部分１２３ｂ，１２４ｂが円筒形状を保ったまま扁平とならず（潰れずに軸線方向断面が図１０（ｃ）の低剛性部分１２５ａのように円弧状）に変形する必要があるのに、実際はそのように上手く変形せず、加圧（摩擦）力を安定させることができないという問題がある。

また、図１０（ｃ）の構成でも、前記低剛性部分１２５ａは薄板であるので剛性が低いとされているが、前述のように扁平とならずに変形する必要があるため、実際の立体形状としては低剛性とはならない。すなわち、周方向に一部分を切り出せば、前記円弧状で撓み易いが、全周を繋げてしまうと、決して剛性は低くない。仮にその剛性に打ち勝って弾性変形させるほどの大きな外力を加えれば軸受ガタは排除できるが、このような高剛性部分の変形を伴う方式では加圧（摩擦）力が不安定となってしまい、駆動性能が不安定になるという問題がある。さらに、外力が大きいと、それを付与する機構も大型化し易いという問題もある。

そこで、他の従来技術として、特許文献４では、図１１で示すように、面内振動する振動体（ステータ）１３１を、上下一対のリング状のロータ１３２，１３３で挟み込み、かつ接触面１３２ａ，１３３ａをテーパ形状とすることで、上下の挟み込みによって振動体１３１に径方向の押圧を行っている。このような構成で、固定された振動体１３１にロータ１３２，１３３を押圧接触させるので、軸受ガタがなく、したがって回転中心にブレがなく、高い応答性も得ている。
特開平６−７８５７０号公報 特開２０００−２２４８７６号公報 特開平５−２６８７７９号公報 特開平６−２７６７６３号公報

上述の特許文献４では、上下２つのロータ１３２，１３３の結合にボルト１３４およびナット１３５を使用しており、ボルト１３４とロータ１３２，１３３に設けた孔とのガタが発生し、上下のロータ１３２，１３３が周方向にズレる遊びが存在する。そのため、応答性を高めにくいという問題がある。また、振動体１３１の押圧（挟み込み）は、円周上に等間隔に配置されているコイルバネ１３６で行われており、圧力分布にはらつきが生じ、結果としてロータ１３２，１３３の駆動に、速度ムラ、トルクムラが発生する。

この点、図１２で示す別の実施例では、ロータ１３２，１３３の枠部分と振動体１３１を挟持する部分との間に薄肉の弾性ヒンジ部１３７を設けることで、ロータ１３２，１３３の弾性を利用して押圧する構成が示されている。しかしこの構成では、肉厚の僅かな違いでバネ定数が大きく変化し、駆動トルクに差が生じるという問題がある。

本発明の目的は、面内振動を行う振動体（ステータ）をロータに内包し、前記振動体の振動が摩擦接触するロータに伝達されて該ロータが回転することで、ロータを軸受け不要に支持する摩擦駆動アクチュエータにおいて、前記振動体とロータとの間の摩擦力を安定させることができる摩擦駆動アクチュエータおよびそれを用いるハードディスク装置を提供することである。

本発明の摩擦駆動アクチュエータは、面内振動を行う振動体と、前記振動体を内包するロータとを備えて構成され、前記振動体の振動が摩擦接触するロータに伝達されて該ロータが回転する摩擦駆動アクチュエータにおいて、前記ロータは、前記振動体を、一方の表面側から覆う第１の部材と、他方の表面側から覆う第２の部材とを備えて構成され、前記第１および第２の部材の少なくとも一方は、円板部と、その外周縁が緩やかに立上がるテーパ部とを有するドーム状に形成され、前記ロータと振動体とは、互いの組込みによって前記テーパ部が前記振動体と接触しつつ、前記円板部に弾性変形を生じ、その復元力によって接触部分に加圧力を発揮させることを特徴とする。

上記の構成によれば、ＨＤＤの磁気記録ヘッド駆動用として好適に用いられ、超音波アクチュエータと称される摩擦駆動アクチュエータにおいて、先ず該摩擦駆動アクチュエータを、面内振動を行い、ステータとなる振動体と、前記振動体を内包するロータとを備えて構成し、前記振動体の振動が摩擦接触するロータに伝達されて該ロータが回転するようにする。

そして、板状の前記振動体がたとえば水平状態にあるとすると、前記ロータを上下一対の第１および第２の部材の組合わせで構成し、第１の部材は前記振動体を一方の表面側から覆い、第２の部材は他方の表面側から覆う。それらの第１および第２の部材の内、少なくとも一方を、円板部と、その外周縁が緩やかに立上がるテーパ部とを有するドーム状に形成して、前記振動体の先端（前記板状の端縁）部分に前記テーパ部が斜めに接触するようにし、さらに組込み前のロータの前記テーパ部における振動体との接触部分の直径を、振動体の接触部分の直径よりも小さくなるように設定しておくことで、組込みによって前記円板部に弾性変形を生じさせ、両者の接触部分の加圧（摩擦）力をその弾性変形の復元力で発生させる。

したがって、面内振動を行う振動体を、少なくとも一方にテーパ部を有する上下一対の第１および第２の部材で挟み込むことで、ロータの回転軸方向および軸直角方向への位置決め（センタリング）が共に行われて、該ロータの軸受けを不要にした構成とするとともに、接触部の加圧（摩擦）力を、円板部の弾性変形の復元力で発生させることで、振動体やロータに寸法上の製造誤差があっても、その誤差量に対する加圧力の変動を小さく抑えることがでる。また、温度変化や摩耗などによって振動体やロータに寸法変化が生じても、バネ定数が小さいので、加圧力の変動を小さく抑えることが可能となり、該加圧力が安定する。こうして、加圧力の寸法に対する誤差感度を低減でき、振動体（ステータ）とロータとの間の摩擦力をより安定させ、駆動性能を安定させることができる。

さらに、加圧力を発揮させるために特別な構成が要らず、構成の簡素化や小型化、薄型化にも寄与することが可能である。さらにまた、加圧力の調整工程も不要となり、生産性が向上する。

また、本発明の摩擦駆動アクチュエータでは、前記振動体は、振動の節となる前記ロータの回転軸の位置で固定部材に固着され、前記第１の部材は前記振動体の前記固定部材とは反対側を覆って前記ドーム状に形成され、前記円板部は中央部付近が隆起しており、その隆起部に有底円筒状の出力伝達部材の内底面が固着されることを特徴とする。

上記の構成によれば、振動体をその振動の節となるロータの回転軸（回転中心）の位置で、ねじ止めや接着などによって固定部材に固着すると、その固定部材側を覆う第２の部材の中央にはその固定のための開口部が形成されてしまうので、反対側の第１の部材を前記ドーム状に形成し、振動体が回転軸に対して対称な形であれば、該第１の部材の回転軸、すなわち中央部付近はほとんど変形をしない領域となることから、その中央部を１段隆起させて隆起部とし、その隆起部に有底円筒状（帽状）の出力伝達部材の内底面を固着する。

したがって、前記円筒の外周面や外底面にＨＤＤのヘッド・アームを取付けたりすることができ、出力の取出しが容易になる。

さらにまた、本発明の摩擦駆動アクチュエータでは、前記振動体は、矩形に形成され、前記第１および第２の部材には、直径線方向に前記振動体に対応した切り欠きが形成されており、前記切り欠き部分から前記振動体が嵌め込まれ、回転されることで前記振動体がロータに内包されることを特徴とする。

上記の構成によれば、振動体をロータの切り欠き部分から嵌め込み、回転させるだけで、前記振動体をロータに容易に組み込むことができる。

また、本発明の摩擦駆動アクチュエータでは、前記振動体は、振動の節となる前記ロータの回転軸の位置で固定部材に固着され、前記第１の部材は、剛性を有し、かつ前記振動体の前記固定部材とは反対側を覆って有底円筒状に形成されて出力伝達部材となり、前記第２の部材は、低剛性で、かつ前記振動体の前記固定部材側を覆ってドーム状に形成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、振動体をその振動の節となるロータの回転軸（回転中心）の位置で、ねじ止めや接着などによって固定部材に固着すると、その固定部材側を覆う第２の部材の中央には固定のための開口部が形成されてしまうので、該第２の部材を、低剛性で、かつ前記ドーム状に形成し、反対側の第１の部材を、剛性で、かつ有底円筒状（帽状）に形成する。

したがって、前記第１の部材は出力伝達部材となり、円筒の外周面や外底面にＨＤＤのヘッド・アームを取付けたりすることができ、出力の取出しが容易になる。

さらにまた、本発明のハードディスク装置は、前記の摩擦駆動アクチュエータを用いることを特徴とする。

上記の構成によれば、軸受けが不要で、振動体（ステータ）とロータとの間の摩擦力をより安定させることができるヘッドアクチュエータを有するハードディスク装置を実現することができる。

本発明の摩擦駆動アクチュエータは、以上のように、面内振動を行う振動体と、前記振動体を内包するロータとを備えて構成され、前記振動体の振動が摩擦接触するロータに伝達されて該ロータが回転する摩擦駆動アクチュエータにおいて、前記ロータを上下一対の第１および第２の部材の組合わせで構成し、それらの少なくとも一方を、円板部と、その外周縁が緩やかに立上がるテーパ部とを有するドーム状に形成して、前記振動体の先端部分に前記テーパ部が斜めに接触するようにし、さらに組込み前のロータの前記テーパ部における振動体との接触部分の直径を振動体の接触部分の直径よりも小さくなるように設定しておくことで、組込みによって前記円板部に弾性変形を生じさせ、両者の接触部分の加圧（摩擦）力をその弾性変形の復元力で発生させる。

それゆえ、ロータの軸受けを不要にした構成とするとともに、振動体（ステータ）とロータとの間の摩擦力をより安定させ、駆動性能を安定させることができる。

さらにまた、本発明のハードディスク装置は、以上のように、前記の摩擦駆動アクチュエータを用いる。

それゆえ、軸受けが不要で、振動体（ステータ）とロータとの間の摩擦力をより安定させることができるヘッドアクチュエータを有するハードディスク装置を実現することができる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係る摩擦駆動アクチュエータである超音波モータ１の構造を示す縦断面図である。この超音波モータ１は、大略的に、面内振動を行う振動体２と、前記振動体２を内包するロータ３と、前記ロータ３に被せられる出力伝達部材４と、前記振動体２を支持する固定部材１５とを備えて構成される。

図２は、前記振動体２の一構成例である振動体２１，２２，２３の平面図である。これらの振動体２１，２２，２３は、単板の圧電素子の両面に電極２４，２５を貼付けて成る振動体本体２１ａ，２２ａ，２３ａ、または両面に電極を貼付けた薄板状の圧電素子を複数積層した振動体本体の端縁部に、図１で示すように、ロータ３の回転軸方向の断面が円弧形状の接触部分を有するチップ部材２１ｂ，２２ｂ，２３ｂが固着されて構成される。

前記チップ部材２１ｂ，２２ｂ，２３ｂには、耐磨耗性の材料、たとえばＷＣ（タングステンカーバイト）系の超硬合金、アルミナ等の硬度の高いセラミックを用いることができ、あるいはステンレスなどの金属の表面を、焼き入れ、窒化処理、または硬質セラミックコーティングなどで硬化処理を行った部材が使用される。これらのチップ部材２１ｂ，２２ｂ，２３ｂは、チップ部材２１ｂ，２３ｂのように３ヶ所設けられれば幾何学的には安定にロータ３を支えることができる。また、チップ部材２２ｂのように４ヶ所以上設けられることで、全体としての加圧力を保ったまま、１ヶ所当りで支える加圧力を小さくすることが可能になり、磨耗に対して有利になる。

前記振動体２１は、正三角形の頂点を削り落とした形状の振動体本体２１ａにおいて、その削り落とした頂点部分に前記チップ部材２１ｂが固着されて成り、振動の節となる重心位置が、前記固定部材１５に、ねじ止めまたは接着（図１の例では固定ねじ１６を用いて）などで固定される。単板の圧電素子から成る振動体２１の場合、その一方の表面には、図２（ａ）で示すように、前記重心から各頂点を結ぶ線に対して左右対称に前記電極２４が形成されており、他方の表面には共通電極が形成されており、これらの電極に図示しないＦＰＣを介して図示しない駆動信号生成部から所定の駆動信号が入力されると、該振動体２１の各頂点（チップ部材２１ｂの先端部分）には、圧電素子が伸縮および屈曲変位することで、ロータ３の軸直角断面において参照符号１７で示すような、それぞれ同じ方向に回転する高周波の楕円振動が励起され、定在波モータとして機能する。この三角形振動体３による振動生成過程は、本件出願人による特願２００７−１８４１７５号に詳しく説明されている。

また、前記振動体２２，２３は、矩形の振動体本体２２ａ，２３ａの隅角部または中央部に前記チップ部材２２ｂ，２３ｂが固着されて成り、同様に振動の節となる重心位置が前記固定部材１５に固定ねじ１６で固定される。そして、単板の圧電素子から成る振動体２２，２３の場合、その一方の表面には、図２（ｂ）および図２（ｃ）で示すように、前記重心から各辺の中央部を結ぶ線に対して左右対称に前記電極２５が形成されており、他方の表面には共通電極が形成されており、これらの電極に所定の駆動信号が入力されると、該振動体２２，２３の各頂点（チップ部材２２ｂ，２３ｂの先端部分）には、圧電素子が前記伸縮および屈曲変位することで、ロータ３の軸直角断面において前記参照符号１７で示すような、それぞれ同じ方向に回転する高周波の楕円振動が励起される。

前記楕円振動が時計回りであるときにはロータ３は時計回りに回転し、反時計回りであるときには反時計回りに回転し、こうして該超音波モータ１は定在波モータとして機能する。前記楕円振動の大きさを変えることでロータ３の回転速度やトルクを変化することができる。前記矩形の振動体２２，２３による振動生成過程は、本件出願人による特願２００７−４８７８７号に詳しく説明されている。

本実施の形態には、前記特許文献４のように、円板状の振動体１３１（図１１および図１２で示す）を有し、その振動体１３１の周方向に振動が回転してゆく進行波モータとしての構成も用いることができる。

図３はロータ３の構造を示す図であり、図３（ａ）は上面図であり、図３（ｂ）は前記振動体２を収容しない状態での縦断面図である。注目すべきは、本実施の形態では、このロータ３は、前記振動体２を、一方の表面側から覆う第１の部材３１と、他方の表面側から覆う第２の部材３２とを備えて構成され、それぞれ、大略的に、円板部３１ａ，３２ａと、その外周縁が緩やかに立上がるテーパ部３１ｂ，３２ｂとを有するドーム状に形成されることである。第１の部材３１および第２の部材３２に、共にテーパ部３１ｂ，３２ｂが形成されている必要はなく、少なくとも一方に形成されていればよい。

前記円板部３１ａ，３２ａの中央には開口部３１ｃ，３２ｃを有し、前記テーパ部３１ｂ，３２ｂの外周縁からはフランジ部３１ｄ，３２ｄが延設されている。さらに本実施の形態では、前記円板部３１ａ，３２ａには、前記開口部３１ｃ，３２ｃとテーパ部３１ｂ，３２ｂとの間に、周方向に均等に孔３１ｅ，３２ｅが形成されており、これによって前記開口部３１ｃ，３２ｃの周囲が環状部３１ｆ，３２ｆとなり、テーパ部３１ｂ，３２ｂに連なる部分が環状部３１ｇ，３２ｇとなり、それらを連結部３１ｈ，３２ｈが連結することになる。

そして、図３（ｂ）で示すように、振動体２を組込んでいない状態では、前記円板部３１ａ，３２ａもドーム状に傾斜しており、その組込み前の前記テーパ部３１ｂ，３２ｂにおける振動体２との接触部分３１ｉ，３２ｉ（図１の回転軸方向の断面で、円弧形状のチップ部材２１ｂ，２２ｂ，２３ｂとテーパ部３１ｂ，３２ｂとの接点）の直径Ｄ１が、振動体２の接触部分２ｃの直径Ｄ２よりも小さくなるように設定されていることで、振動体２を組込むと、図１で示すように、前記テーパ部３１ｂ，３２ｂと振動体２との接触部分３１ｉ，３２ｉ；２ｃが互いに接触しつつ、前記連結部３１ｈ，３２ｈが半径方向に延伸されるように弾性変形を生じ、その復元力によって接触部分３１ｉ，３２ｉに振動体２に対する加圧力が発揮させられている。このとき、振動体２に対するロータ３の加圧力は、前記円弧形状のチップ部材２１ｂ，２２ｂ，２３ｂの接触部分２ｃで法線方向に働くが、このうち半径方向へ向く分力が摩擦駆動に働くことになる。

したがって、ロータ３には、弾性を有するステンレスなどの金属材料が用いられる。本実施の形態では、ばね用ステンレス鋼帯を使用することで、よりばねとしての機能を発揮させ、その板材をプレス等で前記ドーム状に加工するとともに、孔３１ｅ，３２ｅを形成している。さらに、前記ステンレス鋼帯には、振動体２との接触による磨耗を防ぐために、事前に表面には焼き入れ、窒化処理などの硬化処理が施されている。また、ＣｒＮやＴｉＣＮなどのセラミックコーティングが行われてもよい。

また、ばねの力量は、ロータ３の板厚、連結部３１ｈ，３２ｈの幅などで設計時に調整することが可能である。こうして低剛性の連結部３１ｈ，３２ｈの弾性変形を利用することで、前記環状部３１ｆ，３２ｆ、テーパ部３１ｂ，３２ｂ、環状部３１ｇ，３２ｇおよびフランジ部３１ｄ，３２ｄの剛性を確保しながら、ばね定数を小さくして、温度変化や、製造時の振動体２およびロータ３の寸法ばらつきなどに対しても加圧力を安定させ、駆動力を安定化させることができる。

前記振動体２の組込みは、前記第１の部材３１と第２の部材３２とが相互に分離した状態で、それらの内部に該振動体２を収容し、前記のように連結部３１ｈ，３２ｈに弾性変形させた状態で、前記フランジ部３１ｄ，３２ｄを互いに密着させ、該フランジ部３１ｄ，３２ｄを、接着、かしめ、溶接等（図１の例では接着剤１８による接着）によって、周方向の各部において、接合力がばらつかないように接合することで行われる。なお、前記振動体２１，２２，２３の電極２４，２５に対するＦＰＣは、適宜接続され、第２の部材３２の円板部３２ａの中央において、固定部材１５との接続のために形成された前記開口３２ｃから引出されている。

前記第１および第２の部材３１，３２において、内側の環状部３１ｆ，３２ｆは、前記連結部３１ｈ，３２ｈから１段隆起しており、したがってその隆起した筒状の部分３１ｊ，３２ｊによって、前記開口３１ｃ，３２ｃを有する平坦部分３１ｋ，３２ｋの剛性が確保されている。また、第２の部材３２では、前記開口３２ｃ部分は、前記平坦部分３２ｋが外方（固定部材１５）側に折り曲げられて、係止部３２ｍとなっている。前記係止部３２ｍは、閉塞板１９の開口１９ａ部分に嵌め込まれ、前記振動体２を挟み込んだことに対する該係止部３２ｍの拡径変化が阻止されている。すなわち、前記閉塞板１９は前記係止部３２ｍの止め輪として機能する。前記閉塞板１９の開口１９ａと第２の部材３２の係止部３２ｍとの間は、接着剤２０ａで接着される。

前記閉塞板１９が取付けられ、振動体２を内包するロータ３は、剛性を有する材料で有底円筒状（帽状）に形成される前記出力伝達部材４内に収容され、前記第１の部材３１において、中央部の弾性変形の少ない前記平坦部分３１ｋがその内底面に接着されるとともに、前記閉塞板１９の外周縁部が前記出力伝達部材４の内周面において周方向に形成された溝４ａに嵌り込み、接着剤２０ｂで接着されることで、ロータ３と出力伝達部材４とが一体化する。その後、前記出力伝達部材４の底部の中央に形成された開口４ｂから前記第１の部材３１の開口３１ｃを連通した固定ねじ１６が固定部材１５に螺着されることで、該超音波モータ１が固定部材１５に固定されて、図１で示すように完成する。

このようにロータ３をテーパ部３１ｂ，３２ｂを有する第１および第２の部材３１，３２から構成し、前記テーパ部３１ｂ，３２ｂで構成する円環状のＶ字形状の溝内に振動体２のチップ部材２１ｂ，２２ｂ，２３ｂの先端部分が嵌まり込むようにして、振動体２の組込み前で、その接触部分３１ｉ，３２ｉの直径Ｄ１が振動体２の接触部分２ｃの直径Ｄ２よりも小さくなるように形成しておくことで、振動体２を組込んだ状態では、該ロータ３の連結部３１ｈ，３２ｈが弾性変形し、その復元力が前記接触部分３１ｉ，３２ｉ；２ｃに加圧（摩擦）力として作用するので、ロータ３は振動体２に対して、回転軸方向および半径方向の移動が、共にガタなく規制され（センタリングが共に行われて）、回転のみが可能となる。このようにして、従来のボールベアリングなどの軸受不要にしても、半径方向および軸線方向共に、ガタを生じることなくロータ２を回転支持することが可能になり、応答性を向上することができる。なお、前記振動体２におけるチップ部材２１ｂ，２２ｂ，２３ｂの先端部分は、図１で示すような円弧状断面（Ｒ形状）に形成されていなくてもよいが、直角断面の場合、ロータ３との接触で摩耗が生じ易くなる。

また、前記弾性の発生を、前記連結部３１ｈ，３２ｈの弾性変形で行うことで、該連結部３１ｈ，３２ｈを加圧（摩擦）力を発生するバネとしてみたときのバネ定数を小さくすることができ、振動体２や該ロータ３に寸法上の製造誤差があっても、その誤差量に対する加圧力の変動を小さく抑えることがでる。また、温度変化などによって振動体２やロータ３に寸法変化が生じても、バネ定数が小さいので、加圧力の変動を小さく抑えることが可能となり、該加圧力が安定する。このようにして、加圧力の寸法に対する誤差感度を低減でき、振動体（ステータ）２とロータ３との間の摩擦力をより安定させ、その結果駆動性能も安定させることができる。さらに、加圧力を発揮させるために特別な構成が要らず、構成の簡素化や小型化、薄型化にも寄与することが可能であるとともに、加圧力の調整工程も不要となり、生産性を向上することができる。

図４は、前記図１で示す超音波モータ１をＨＤＤ磁気記録ヘッド１１の駆動に応用したＨＤＤ装置１２の概略構成図である。従来のＨＤＤ磁気記録ヘッド駆動アクチュエータの構成としては、前記磁気記録ヘッド１１が取付けられたヘッド・アーム１３をピボットベアリングで回転支持し、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）で駆動を行っている。これに対して、本実施の形態では、前記ヘッド・アーム１３を前記超音波モータ１で回転支持するとともに、駆動も行う。

具体的には、回転駆動されるディスク１４の側方に前記超音波モータ１が配置されており、この超音波モータ１を回転軸として、前記有底円筒状（帽状）に形成されて剛性を有する前記出力伝達部材４の外周面や、前記円筒の端部に前記ヘッド・アーム１３が固着され、そのヘッド・アーム１３の先端に取付けられたＨＤＤ磁気記録ヘッド１１が前記回転駆動されるディスク１４上を周方向に走行することで、記録内容の書込み、消去、読出し等が行われる。このように有底円筒状（帽状）で剛性を有する出力伝達部材４を用いることで、外周面が前記Ｖ型になるロータ３に直接ヘッド・アーム１３を取付ける場合に比べて、出力の取出しが容易になる。

そして、図示しない制御手段によって前記超音波モータ１が駆動され、ＨＤＤ磁気記録ヘッド１１がディスク１４の径方向に移動されることでサーチ動作が実現され、所望とする記録位置へ前記書込み、消去、読出し等が行われる。

このようなＨＤＤヘッド駆動の場合、高速で回転するディスク１４上のトラックのうねりなど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。本実施の形態のように前述の超音波モータ１を磁気記録ヘッド１１の駆動に使用すると、軸受ガタに軸受慣性や軸受負荷が全くなく、振動体（ステータ）２とロータ３との間の摩擦力をより安定させられるので、高い応答性を得ることができ、記録密度を向上することができる。

［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の他の形態に係る摩擦駆動アクチュエータである超音波モータ４５，４６，４７の構造を示す縦断面図である。これらの超音波モータ４５，４６，４７は、ロータ５，６，７の構造が異なるだけで、他の部分は前述の超音波モータ１と同一であり、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、ロータ５，６，７は、剛性を有し、かつ前記振動体２の固定部材１５とは反対側を覆って有底円筒状に形成されて出力伝達部材となる第１の部材５１，６１，７１と、低剛性で、かつ前記振動体２の前記固定部材１５側を覆う第２の部材５２，６２，７２とを備えて構成されることである。

具体的には、図５（ａ）で示すロータ５、図５（ｂ）で示すロータ６および図５（ｃ）で示すロータ７において、前記第１の部材５１，６１，７１は、前記剛性を有する材料で前記有底円筒状に形成され、さらにその内面側において、側壁５１ａ，６１ａ，７１ａと底板５１ｂ，６１ｂ，７１ｂとの間にテーパ面５１ｃ，６１ｃ，７１ｃが形成されて前記振動体２の接触部分２ｃと接触し、前記側壁５１ａ，６１ａ，７１ａの外周面や端面あるいは底板５１ｂ，６１ｂ，７１ｂに前記ヘッド・アーム１３が取付けられて前記出力伝達部材となる。前記底板５１ｂ，６１ｂ，７１ｂに振動体２の上面を支持する突起或いは環状の凸条が形成されて該第１の部材５１，６１，７１の内面と振動体２との接触抵抗が低減されているときには、前記テーパ面５１ｃ，６１ｃ，７１ｃは形成されていなくてもよい。

一方、図５（ａ）で示すロータ５では、第２の部材５２は前記第２の部材３２におけるフランジ部３２ｄを取り除いたような形状を有し、前記テーパ部３２ｂの外周は固定されておらず、内周側の前記係止部３２ｍが前記閉塞板１９に接着剤２０ａで接着されるだけである。前記閉塞板１９の外周縁部は、前記第１の部材５１の側壁５１ａの内周面において周方向に形成された溝５１ｄに嵌り込み、接着剤２０ｂで接着されることで、第１の部材５１と第２の部材５２とが一体化する。

また、図５（ｂ）で示すロータ６では、第２の部材６２は、固定部材１５のための開口６２ｅを有する円板部６２ａと、その外周縁から緩やかに立上がるテーパ部６２ｂと、前記テーパ部６２ｂの終端側が前記側壁６１ａと平行に折り返される筒状部６２ｃと、前記筒状部６２ｃの終端が該超音波モータ４６の半径方向外方側に折り曲げられて成る係止部６２ｄとを備えて構成される。前記係止部６２ｄが、前記第１の部材６１の側壁６１ａの内周面において周方向に形成された溝６１ｄに嵌り込み、接着剤２０ｃで接着されることで、第１の部材６１と第２の部材６２とが一体化する。

さらにまた、図５（ｃ）で示すロータ７では、第２の部材７２は、前記第２の部材６２と同様に、固定部材１５のための開口部７２ｅを有する円板部７２ａと、その外周縁から緩やかに立上がるテーパ部７２ｂとを備えるとともに、前記テーパ部７２ｂの終端側が前記円板部７２ａと平行となるように、すなわち該超音波モータ４７の半径方向外方側に折り曲げられて成るフランジ部７２ｃを備えて構成される。前記フランジ部７２ｃが、前記第１の部材７１の側壁７１ａの内周面において周方向に形成された溝７１ｄに嵌り込むことで、第１の部材７１と第２の部材７２とが一体化する。

このように構成することで、第１の部材５１，６１，７１をそのまま出力伝達部材として使用することができる。

［実施の形態３］
図６は、本発明の実施のさらに他の形態に係る摩擦駆動アクチュエータである超音波モータ４８の構造を示す縦断面図である。この超音波モータ４８は、ロータ８の構造が異なるだけで、他の部分は前述の超音波モータ１と同一であり、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この超音波モータ４８では、振動体２としては、前述の図２（ｂ）で示す振動体２２や、図２（ｃ）で示す振動体２３のように矩形の振動体が用いられ、ロータ８を構成する第１および第２の部材８１，８２には、図７で示すように、直径線方向に前記振動体２２，２３に対応した切り欠き８１ａ，８２ａが形成されていることである。図７はロータ８の構造を示す図であり、図７（ａ）は上面図であり、図３（ｂ）は前記振動体２を収容しない状態での縦断面図である。そして、前記切り欠き８１ａ，８２ａ部分から前記振動体２２，２３が嵌め込まれ、回転されることで前記振動体２２，２３がロータ８に内包される。

このように構成することで、振動体２２，２３をロータ８の切り欠き８１ａ，８２ａ部分から嵌め込み、回転させるだけで前記振動体２２，２３をロータ８に容易に組み込むことができる。

本発明の実施の一形態に係る摩擦駆動アクチュエータである超音波モータの構造を示す縦断面図である。 超音波モータにおける振動体の一構成例の平面図である。 前記図１で示す超音波モータにおけるロータの構造を示す図である。 図１で示す超音波モータをＨＤＤ磁気記録ヘッドの駆動に応用したＨＤＤ装置の概略構成図である。 本発明の実施の他の形態に係る摩擦駆動アクチュエータである超音波モータの構造を示す縦断面図である。 本発明の実施のさらに他の形態に係る摩擦駆動アクチュエータである超音波モータの構造を示す縦断面図である。 前記図６で示す超音波モータにおけるロータの構造を示す図である。 ＨＤＤの磁気記録ヘッド駆動用の典型的な従来技術による超音波アクチュエータの断面図である。 他の従来技術の平面図である。 さらに他の従来技術の超音波モータの断面図である。 他の従来技術の平面図である。 他の従来技術の一部を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１，４５，４６，４７，４８ 超音波モータ
２，２１，２２，２３ 振動体
２ｃ，３１ｉ，３２ｉ 接触部分
３，５，６，７，８ ロータ
４ 出力伝達部材
１１ 磁気記録ヘッド
１２ ＨＤＤ装置
１３ ヘッド・アーム
１４ ディスク
１５ 固定部材
１６ 固定ねじ
１９ 閉塞板
２４，２５ 電極
２１ａ，２２ａ，２３ａ 振動体本体
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ チップ部材
３１，５１，６１，７１，８１ 第１の部材
３１ａ，３２ａ，７２ａ 円板部
３１ｂ，３２ｂ，６２ｂ，７２ｂ テーパ部
３１ｃ，３２ｃ，６２ｅ，７２ｅ 開口部
３１ｄ，３２ フランジ部
３１ｆ，３１ｇ，３２ｆ，３２ｇ 環状部
３１ｈ，３２ｈ 連結部
３２，５２，６２，７２，８２ 第２の部材
３２ｍ，６２ｄ 係止部
５１ａ，６１ａ，７１ａ 側壁
５１ｂ，６１ｂ，７１ｂ 底板
５１ｃ，６１ｃ，７１ｃ テーパ面
６２ｃ 筒状部
８１ａ，８２ａ 切り欠き

Claims (5)

1. 面内振動を行う振動体と、前記振動体を内包するロータとを備えて構成され、前記振動体の振動が摩擦接触するロータに伝達されて該ロータが回転する摩擦駆動アクチュエータにおいて、
   前記ロータは、前記振動体を、一方の表面側から覆う第１の部材と、他方の表面側から覆う第２の部材とを備えて構成され、前記第１および第２の部材の少なくとも一方は、円板部と、その外周縁が緩やかに立上がるテーパ部とを有するドーム状に形成され、前記ロータと振動体とは、互いの組込みによって前記テーパ部が前記振動体と接触しつつ、前記円板部に弾性変形を生じ、その復元力によって接触部分に加圧力を発揮させることを特徴とする摩擦駆動アクチュエータ。
2. 前記振動体は、振動の節となる前記ロータの回転軸の位置で固定部材に固着され、
   前記第１の部材は前記振動体の前記固定部材とは反対側を覆って前記ドーム状に形成され、前記円板部は中央部付近が隆起しており、その隆起部に有底円筒状の出力伝達部材の内底面が固着されることを特徴とする請求項１記載の摩擦駆動アクチュエータ。
3. 前記振動体は、矩形に形成され、
   前記第１および第２の部材には、直径線方向に前記振動体に対応した切り欠きが形成されており、前記切り欠き部分から前記振動体が嵌め込まれ、回転されることで前記振動体がロータに内包されることを特徴とする請求項２記載の摩擦駆動アクチュエータ。
4. 前記振動体は、振動の節となる前記ロータの回転軸の位置で固定部材に固着され、
   前記第１の部材は、剛性を有し、かつ前記振動体の前記固定部材とは反対側を覆って有底円筒状に形成されて出力伝達部材となり、
   前記第２の部材は、低剛性で、かつ前記振動体の前記固定部材側を覆って前記ドーム状に形成されることを特徴とする請求項１記載の摩擦駆動アクチュエータ。
5. 前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の摩擦駆動アクチュエータを用いることを特徴とするハードディスク装置。

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