JP3608964B2

JP3608964B2 - 磁気ディスク装置

Info

Publication number: JP3608964B2
Application number: JP33880898A
Authority: JP
Inventors: 入三難波; 和恭佐藤; 高司山口; 憲一飯村; 利彦清水; 滋男中村; 幸守馬越
Original assignee: 株式会社日立グローバルストレージテクノロジーズ
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2018-11-30
Also published as: JP2000163892A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置等の回転型情報記憶装置に係り、特にヘッドの２段位置決め機構を有する磁気ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、２段位置決め機構及び圧電アクチュエータの構造に関して、特開平９−７３７４６号公報、及び特開平１０−１３６６６５号公報がある。
【０００３】
特開平９−７３７４６号公報に記載の２段位置決め機構に用いられている微動圧電アクチュエータは、ロードビームの一方の面上にその長手方向に、互いにほぼ平行に設けられる第１及び第２の圧電薄膜、並びに前記ロードビームの他方の面上にその長手方向に互いにほぼ平行で、前記第１及び第２の圧電薄膜にそれぞれ対向するように設けられる第３及び第４の圧電薄膜と、前記第１から第４の圧電薄膜へ、その厚み方向にそれぞれ電圧を印加するための第１から第４の電極対とを備えた構造になっている。前記第１及び第３の圧電薄膜と前記第２及び第４の圧電薄膜とがそれぞれ同位相で伸縮し、且つ前記第１及び第２の圧電薄膜と前記第３及び第４の圧電薄膜とがそれぞれ逆位相で伸縮するように前記第１から第４の電極対に電圧信号を与えることによって、高精度な微小変位が可能となる。
【０００４】
特開平１０−１３６６６５号公報に記載の微動圧電アクチュエータは、圧電材で構成される板状体の対向する側面に一対の切り欠きを設け、且つ両切り欠き間にスリット状孔部を設けることにより、固定部、可動部、及びこれらを接続する２本の棒状の梁部が形成された構造になっている。前記梁部の表側と裏側には、板状体の面内と平行となるように同様な電極層が存在する。前記梁部が伸縮するように前記電極に電圧信号を与えることによって、高精度な微小変位が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平９−７３７４６号公報に記載の２段位置決め機構に用いられている微動圧電アクチュエータは、自己変形しない板状のロードビーム上に圧電薄膜が接合されている。このため、圧電薄膜と一緒にロードビームを伸縮させることになり、圧電薄膜は大きな力を発生させる必要がある。そのため、ヘッドをロードビームの面内方向に０．３μｍ変位を得るのに、５０Ｖもの高電圧を印加する必要がある。また、自己変形しない薄い板状のロードビームの面上に変形する圧電薄膜が接合されているため、圧電薄膜が伸縮した場合、座屈によりたわみ（以下クロスアクション）及びねじれ（以下スキュー）が生じる恐れがある。このクロスアクション及びスキューは、位置決め精度に悪影響を及ぼす。
【０００６】
また、特開平１０−１３６６６５号公報に記載の微動圧電アクチュエータは、固定部と可動部が２本の梁部で接続された構造になっているので、面内方向に対して垂直な方向の剛性が弱く、また実際には、固定部を固定する方法によっては、大きなクロスアクション及びスキューを発生させる可能性がある。例えば、固定部の上面及び下面だけを拘束して固定した場合、クロスアクション及びスキューは大きくなる。
【０００７】
本発明の目的は、高精度な位置決めに悪影響を及ぼすクロスアクション及びスキューを低減させたＰＵＳＨ−ＰＵＬＬ方式の圧電アクチュエータを備えた磁気ディスク装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、圧電材料で構成される薄い四角形の板状体の圧電アクチュエータの対向する側端部に切り欠きを設け、かつ可動部と固定部の間に、その長手方向に平行な２つの変位発生部を有し、前記可動部の２つの変位発生部の間を通る長さ方向に平行な中心軸上と、固定部かつ変位発生部近傍に各々独立した孔を設けて、可動部と固定部の応力集中を緩和する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施例の圧電アクチュエータ１を表したものであり、図２は図１のＡＡ‘断面の図である。
【００１１】
圧電アクチュエータ１は、大きく分けて可動部２、変位発生部７、８、固定部４から成っている。固定部４とは、固定部材に接合され運動が拘束される部分であり、可動部２とは、変位発生部７、８が変形することにより伸縮する部分である。
【００１２】
図１中のＬは本圧電アクチュエータ１全体の長さ、Ｗは幅、Ｔは全体の厚さであり、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３はそれぞれ可動部２、変位発生部７、８、固定部４の長さであり、Ｗ１は切り欠き量、Ｗ２は変位発生部７、８の幅である。
【００１３】
ここでは、Ｌ＝６．３４ｍｍ、Ｗ＝５．３８ｍｍ、Ｔ＝０．１８ｍｍ、Ｌ１＝２．１ｍｍ、Ｌ２＝３ｍｍ、Ｌ３＝１．２４ｍｍ、Ｗ２＝１．３９ｍｍとした。切り欠き量Ｗ１は０．４ｍｍ間隔で、０ｍｍから１．２ｍｍまでのものを用いた。また、切り欠き部分の長さは、変位発生部７、８の長さと同じにした。
【００１４】
本実施例の圧電アクチュエータ１は図２に示すように、薄い圧電材を積層した構造になっている。各層間には電極９、１０及び電極１１、１２が存在する。各圧電材の上下両面から電極で挟まれた部分と、その電極で構成される部分が変位発生部７、８である。
【００１５】
通常、最上層１３と最下層１４には電極で挟まれた部分は存在しないが、最上層と最下層にも電極で挟まれた部分を設け、その外側を樹脂でコーティングすることも可能である。本実施例では積層構造になっているが、単層でも構わない。また、積層構造の場合、数層を変位センサとして利用することも可能である。
【００１６】
変位発生部において、圧電材の上下両面から電極で挟まれた部分には、その板厚方向に分極処理が施されている。図２中の矢印は分極の向きを表している。
【００１７】
例えば、電極９にはマイナスの電圧を印加するか接地を行い、電極１０にプラスの電圧を印加し、同様に、電極１２にマイナスの電圧を印加するか接地を行い、電極１１にプラスの電圧を印加した場合、分極の向きは、図２に示すようになる。電極９と電極１２は、一つにまとめて外部端子に接続することも可能である。同様に、電極１０と電極１１も一つにまとめて外部端子に接続することが可能である。
【００１８】
分極処理を施した後、電極に電圧を印加したときの電界の向きが分極の向きと一致する場合は、変位発生部はその板厚方向に伸び、その面内方向には縮む。逆に、電極に電圧を印加したときの電界の向きと分極の向きが逆の場合は、変位発生部はその板厚方向に縮み、その面内方向には伸びる。
【００１９】
図１の変位発生部に示されている太い矢印が、その面内方向の伸縮を表している。
【００２０】
本圧電アクチュエータ１は、この変位発生部の面内方向の伸縮を利用して、可動部２を面内方向に運動させる構造になっている。すなわち、変位発生部７が面内方向に伸び、変位発生部８が面内方向に縮んだ場合、可動部２はａの方向に動く。その逆の場合は、ｂの方向に動く。
【００２１】
本実施例では、変位発生部７と変位発生部８において各層での分極の向きを逆にしているが、分極の向きが同じ場合でも、加える電界の向きを変えれば同じ効果を得ることができる。
【００２２】
また、変位発生部７と変位発生部８の両方に、分極と同じ向きの電界が加わるようにバイアス電圧を印加し、その時の変位を中心にして、変位発生部７と変位発生部８に交互に伸縮が生じるような電圧を印加させて駆動させることも可能である。
【００２３】
図５は圧電アクチュエータの変位の状態を表したものであり、θは面内方向の変位、αはスキュー量を、そしてβはクロスアクションの量である。
【００２４】
本圧電アクチュエータ１には、スキュー及びクロスアクションの原因となるせん断応力集中の影響を緩和するために、可動部２と固定部４に孔３、５、６を施している。図１に示すように、圧電アクチュエータ１の可動部２に存在する孔３は、長さ方向に平行で、２つの変位発生部７、８の間を通る中心軸上にある。
【００２５】
孔３は可能な限り変位発生部７、８に近い場所に施されることが望ましいが、本実施例では、加工上の制約から、可動部２のほぼ中心、すなわち本アクチュエータの可動部側の端から、長さ方向にＬ１／２の点を通り幅方向に平行な軸と、幅方向にＷ／２の点を通り長さ方向に平行な軸との交点を中心とした半径０．４ｍｍの丸孔を施した。
【００２６】
固定部に存在する孔５、６は、せん断応力集中の影響を最大限緩和するためには、それぞれ変位発生部７、８に隣接していることが望ましいが、電極の短絡等の恐れがあるため、本実施例では、変位発生部から数十ミクロン程度離した位置に施した。また、孔の幅は変位発生部の幅と同程度、長さは０．２ｍｍ程度とした。
【００２７】
図１に示す圧電アクチュエータは孔３、５、６がない場合、面内方向の変位と同程度のスキュー及びクロスアクションが発生してしまう。孔３を設けることにより、スキュー及びクロスアクションを、孔がない場合に比べて約２割低減させることができた。さらに孔５、６を設けることにより、孔３だけの場合に比べてスキュー及びクロスアクションを約７割低減させることができた。
【００２８】
図４は、孔３を施したことによるスキュー低減の効果及び切り欠き量との関係を示すグラフである。図に示すように、孔３を設けない場合に比べて、孔３を設けた場合の方がスキュー量は小さくなることがわかる。また切り欠き量を大きくするとスキュー量が低減できることが分かる。
【００２９】
さらに、スキューとクロスアクションを低減させるため、最上層の不活性層１３と最下層の不活性層１４の総数を同じにするか、もしく不活性層１３、１４にも電極を施して活性層とし、さらに活性層１５の総数を偶数にして、上下対称構造となるようにした。
【００３０】
固定部の端面を拘束した場合、スキューとクロスアクションをほとんど無くすことができるが、実際にはアクチュエータの厚さが薄くなるにつれ、固定部の端面だけを拘束することは難しくなる。
【００３１】
以下、本圧電アクチュエータを磁気ディスク装置の２段位置決め機構の微動アクチュエータとして利用した場合の実施例を説明する。
【００３２】
高密度磁気ディスク装置には、高精度なヘッド位置決め機構が必要であるため、微動アクチュエータを位置決め機構に搭載することが考えられる。しかし、微動アクチュエータにスキューやクロスアクションが存在すると、ヘッドの位置決めに悪影響を及ぼすため、これらは可能な限り取り除かれる必要がある。
【００３３】
図３に本発明の第２の実施例を示す。本実施例は、図１に示した圧電アクチュエータを、磁気ディスク装置の２段位置決め機構の微動アクチュエータとしてサスペンションに搭載したものである。
【００３４】
図７は磁気ディスク装置の上蓋を取り除き、中身が見えるようにしたものの斜視図である。
【００３５】
図７において、ヘッド２８は、ディスク２７に情報を記録したり、ディスク２７から情報を読み出すものであり、スライダ１６に設けられている。サスペンション２９はスライダを支持し、キャリッジアーム３０はサスペンションを支持している。ボイスコイルモーター３１は、２段位置決め機構の粗動アクチュエータとして、キャリッジアームを回転運動させる。図では明示していないが、サスペンション２９には、先に説明した微動用の圧電アクチュエータ１が設けられてる。このように構成することにより、クロスアクション等を防止し、高精度に読み、書き可能なヘッド２８の位置決め制御が可能となる。
【００３６】
図３は、図７に示す磁気ディスク装置のサスペンション２９に、図１に示した圧電アクチュエータ１を搭載したものである。
【００３７】
簡単のため、粗動アクチュエータとなるボイスコイルモーター３１、キャリッジアーム３０等は省略し、圧電アクチュエータ１が搭載されるサスペンション２９の部分だけを示してある。
【００３８】
磁気ヘッド２８が搭載されているスライダ１６は、ロードビーム１７の先端に接合されている。ロードビーム１７の上面には、ダンパ材１８が接合されている。ロードビーム１７の後端の上面または下面または上下両面に、圧電アクチュエータ１の可動部２が接合されている。圧電アクチュエータ１の固定部４は、ベースロードビーム１９に接合されている。ベースロードビーム１９上には、ベースプレート２０が接合されている。
【００３９】
圧電アクチュエータ１の外部電極２４にリード線を直接つなぐ方法もあるが、振動特性を考慮して、本実施例では、図１に示すように、圧電アクチュエータ１の外部電極２４と、ベースロードビーム１９上に施されたプリント回路上の電極２５とを、超音波接合で接合した。
【００４０】
はんだやはんだボールもしくは導電性の接着剤で接合する方法も考えられるが、はんだを用いた場合は、その熱が圧電アクチュエータに悪影響を及ぼすと考えられ、また導電性の接着材を用いた場合は、抵抗が増大してしまうことを考慮して、本実施例では、超音波接合を用いた。
【００４１】
本実施例の磁気ディスク装置の２段位置決め機構の圧電アクチュエータ１は、５Ｖ以下でヘッドを１トラックピッチ以上移動させることができるため、昇圧回路を必要としない。
【００４２】
なお、上記実施例において、高速な信号処理を可能にするために、ヘッド２８から伝わる信号及びヘッド２８に伝える信号の処理を行う半導体チップ２１をロードビーム１７に搭載させることも考えられる。半導体チップは可能な限りヘッド２８に近い場所に搭載した方が、高速信号処理の観点からは有利であるが、ヘッド近辺、すなわちをロードビーム１７の先端は、スライダ１６の浮上量を数十ナノメートルという極微小な値に保つため、非常に繊細な構造になっているので、実際にはヘッドに近い場所に半導体チップを搭載させることは難しい。それ故、ロードビーム１７の後方、もしくはベースロードビーム１９側に半導体チップを搭載することも考えられる。
【００４３】
柔軟な中継回路（以下、ＦＰＣ）２２は、圧電アクチュエータ１を駆動させるためのものであり、ＦＰＣ２３は、半導体チップと本体の信号処理基板との間で、信号の送受信を行うためのものである。図３のように、ＦＰＣ２２と２３を離して配置したのは、全体的なバランス及び圧電アクチュエータへ供給する電圧が、信号にノイズ等の悪影響を及ぼさないことを考慮したためである。
【００４４】
次に、本実施例の組み立て方法について、図６を用いて説明する。
【００４５】
まず、ベースロードビームとロードビームを溶接する。次に、ロードビームの先端に搭載されているスライダを適当な力でディスクに押し付けるために、ロードビームを面内方向に対して垂直な方向に曲げる。その後、ベースロードビームの圧電アクチュエータの変位発生部と重なる部分に穴を開ける。最後に圧電アクチュエータをベースロードビーム、又はロードビームに接合する。このとき変位発生部はどこにも接合されないようにする。そしてベースロードビームの先端と後端を結ぶ部分２６を切り離す。この部分を残して、圧電アクチュエータのヒステリシス効果を低減させるためのばねとして利用することも考えられる。
【００４６】
また、圧電アクチュエータを２つ用いて、それらをベースロードビームもしくはロードビームを挟み込むように接合した場合、スキューとクロスアクションをほとんど無くすことができた。
【００４７】
図８に本発明の第３の実施例を示す。本実施例は、サスペンション２９部をエッチングにより形成したシーク方向には軟で、その垂直方向には剛である支持部材３２で構成したものである。この支持部材３２に、図１に示した圧電アクチュエータを両面から貼り付けて、磁気ディスク装置用２段アクチュエータとしたものである。
【００４８】
本実施例によれば、スキュー及びクロスアクションと圧電アクチュエータのヒステリシス効果を抑えることができる他、対衝撃性も向上させることができる。
【００４９】
なお前記圧電アクチュエータは、各層に２つの電極を有しているが、それに限る必要はなく、２つの電極の間で分離し、２枚に分けた構造でもよい。
【００５０】
また、本実施例では、前記圧電アクチュエータと前記支持部材を、接着により接合しているが、接着に限る必要はなく、物理的な接合、例えば、機械的にはめ込む方式で接合してもよい。
【００５１】
なお、上記実施例は、エッチング、蒸着、めっき等、フォトリソグラフィー等のマイクロマシニングプロセスを用いて、一括製作することも可能である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、高精度な位置決めを行う場合に、悪影響を及ぼすスキュー及びクロスアクションを大幅に低減させることができる。また、本発明を磁気ディスクの２段位置決め機構に用いた場合、５Ｖでヘッドを複数のトラックにまたがって移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の圧電アクチュエータの構造を表す斜視図である。
【図２】図１に示した圧電アクチュエータのＡ−Ａ’断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す図である。
【図４】圧電アクチュエータによるクロスアクションの低減を示すグラフである。
【図５】圧電アクチュエータの面内方向の変位、スキュー、及びクロスアクションの状態を示す図ある。
【図６】第２の実施例の実装方法を示す図である。
【図７】蓋をとった磁気ディスク装置全体の斜視図である。
【図８】本発明の第３の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１…圧電アクチュエータ、２…可動部、３…可動部側孔、４…固定部、５、６…固定部側孔、７、８…変位発生部、９、１０、１１、１２…電極、１３…最上層、１４…最下層、１５…活性層、１６…スライダ、１７…ロードビーム、１８…ダンパ、１９…ベースロードビーム、２０…ベースプレート、２１…半導体チップ、２２…中継ＦＰＣ、２３…ＦＰＣ、２４…外部電極、２５…電極、２６…バイアスばね、２７…ディスク、２８…ヘッド、２９…サスペンション、３０…キャリッジアーム、３１…ボイスコイルモータ、３２…支持部材。

Claims

情報を記録するディスクと、前記ディスクに情報の書き込みと読み出しを行うヘッドと、前記ヘッドを支持するスライダと、前記スライダを支持するサスペンションと、前記サスペンションを支持するキャリッジと、前記ヘッドを所望の位置に移動させるための第１アクチュエータと、前記ヘッドと前記第１アクチュエータとの間に微動用の第２アクチュエータを設けた磁気ディスク装置において、
前記第２アクチュエータは、圧電材料で構成された薄い四角形の板状体の対向する側端部に切り欠きを設け、可動部と固定部の間に平行な２つの変位発生部を有し、前記可動部の２つの変位発生部の間を通る長さ方向に平行な中心軸上に孔を設け、前記固定部の２つの変位発生部の各々の近傍に孔を設けた構成としたことを特徴とする磁気ディスク装置。
請求項１記載のディスク装置において、
前記第２アクチュエータに略５Ｖ以下の電圧を印加して、ヘッドを１トラック以上にまたがって移動させることを特徴とする磁気ディスク装置。
情報を記録するディスクと、前記ディスクに情報の書き込みと読み出しを行うヘッドと、前記ヘッドを支持するスライダと、前記スライダを支持するサスペンションと、前記サスペンションを支持するキャリッジと、前記ヘッドを所望の位置に移動させるための第１アクチュエータと、前記ヘッドと前記第１アクチュエータとの間に微動用の第２アクチュエータを設けた磁気ディスク装置において、
前記第２アクチュエータは可動部と変位発生部と固定部部とから構成され、前記可動部に孔を設ける供に、前記変位発生部と固定部の境界付近の固定部側にも孔を設け、前記サスペンションを第１の部材と第２の部材に分け、前記第１の部材に前記第２アクチュエータの可動部の孔を含む部分を接合し、前記第２の部材に前記前記第２アクチュエータの固定部の孔を含む部分を接合し、かつ、前記第２のアクチュエータの固定部の側端部に設けた電極と、前記ベースロードビームに設けたプリント回路上の電極とが接合されていることを特徴とする磁気ディスク装置。
情報を記録するディスクと、前記ディスクに情報の書き込みと読み出しを行うヘッドと、前記ヘッドを支持するスライダと、前記スライダを支持するサスペンションと、前記サスペンションを支持するキャリッジと、前記ヘッドを所望の位置に移動させるための第１アクチュエータと、前記ヘッドと前記第１アクチュエータとの間に微動用の第２アクチュエータを設けた磁気ディスク装置において、
前記第２アクチュエータは、圧電材料で構成された圧電アクチュエータであり、薄い四角形の板状体の対向する側端部に切り欠きを設け、かつ可動部と固定部の間に平行な２つの変位発生部を有し、前記可動部の２つの変位発生部の間を通る長さ方向に平行な中心軸上に孔を設け、固定部の２つの変位発生部近傍に各々孔を設け、前記サスペンションに穴を開け、前記穴を架橋するように、前記サスペンションの上下両面に前記圧電アクチュエータを配置するか、または前記サスペンションを固定部材と可動部材の２つに分け、前記固定部材と前記可動部材の上下両面にそれぞれ前記圧電アクチュエータが配置されていることを特徴とする磁気ディスク装置。