JP2001327178A - 圧電アクチュエータおよび情報記憶装置 - Google Patents

圧電アクチュエータおよび情報記憶装置

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JP2001327178A
JP2001327178A JP2000140306A JP2000140306A JP2001327178A JP 2001327178 A JP2001327178 A JP 2001327178A JP 2000140306 A JP2000140306 A JP 2000140306A JP 2000140306 A JP2000140306 A JP 2000140306A JP 2001327178 A JP2001327178 A JP 2001327178A
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勝春 肥田
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剛 三田
Shigeyoshi Umemiya
茂良 梅宮
Michitoku Kuami
道徳 朽網
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  • Moving Of The Head To Find And Align With The Track (AREA)
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  • Adjustment Of The Magnetic Head Position Track Following On Tapes (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Moving Of Heads (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低電圧で大きな変位が得られ、小型軽量で、
製造コストが低い圧電アクチュエータ、およびそのよう
な圧電アクチュエータが組み込まれた、ヘッド駆動時の
慣性モーメントが小さい、高記録密度で小型軽量な情報
記憶装置を提供する。 【解決手段】 圧電アクチュエータ200は、中心体2
00aと2本の渦巻き形の腕200bとを有しており、
2本の腕200bは、全体として回転対称であるととも
に非線対称である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電アクチュエー
タ、および圧電アクチュエータが用いられた情報記憶装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、パーソナルコンピュータやワ
ードプロセッサ等といった電子機器に内蔵、あるいは接
続される情報記憶装置として、ハードディスクドライブ
が知られている。ハードディスクドライブには一般に、
情報記憶媒体としてのディスクと、ディスクに対し記録
ビットを読み書きするヘッドが備えられており、そのヘ
ッドをディスクに近接させて保持するアームと、そのア
ームを駆動することによってヘッドをディスクに沿って
移動させる電磁型のアクチュエータも備えられている。
【0003】このハードディスクドライブの記録密度
は、パーソナルコンピュータ等が発達するにつれて高密
度化しており、特に近年、画像や音楽をパーソナルコン
ピュータ等で取り扱う需要が高まるにつれて飛躍的に高
密度化している。そして、ハードディスクドライブの高
記録密度化に伴い、ディスク上の記録ビットが微細化
し、ディスク回転速度が増加しており、ヘッドの位置決
めの高精度化や高速化が要求されている。またハードデ
ィスクドライブの小型軽量化や省電力化も進んでいる。
【0004】このため、精密かつ高速にヘッドを位置決
めするため、従来の電磁型のアクチュエータとは独立の
圧電アクチュエータをアームの途中に備えたハードディ
スクドライブが提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来提
案されている圧電アクチュエータ、およびハードディス
クドライブは、充分な変位が得られない、駆動電圧が高
い、寸法や重量が大きい、ヘッド駆動時の慣性モーメン
トが大きい、製造コストが高いなどといった問題点を有
する。
【0006】このような問題点は、ハードディスクドラ
イブに限って生じるものではなく、ヘッドをアームで保
持して移動させる方式の情報記憶装置について一般に生
じるものである。
【0007】本発明は,上記事情に鑑み、低電圧で大き
な変位が得られ、小型軽量で、製造コストが低い圧電ア
クチュエータ、およびそのような圧電アクチュエータが
組み込まれた、ヘッド駆動時の慣性モーメントが小さ
い、高記録密度で小型軽量な情報記憶装置を提供するこ
とを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第1の圧電アクチュエータは、中心部と、その中心
部から外側へと回転対称かつ非線対称に延びた腕部群と
を有する2次元形状の、圧電材料からなる、層内方向に
圧縮伸長する圧電層と、圧電層を挟む複数の電極層とを
備えたことを特徴とする。
【0009】ここで、圧電層は、上記2次元形状を有す
る平面的な層であってもよく、上記2次元形状に湾曲し
た層であってもよい。
【0010】圧電層に電圧が印加されるとその圧電層は
層内方向に収縮する。このとき、腕部群を構成する各腕
部の先端を共通の剛体上に固定しておくと、上記2次元
形状に起因して中心部が低電圧で大きく回動することと
なる。また、本発明の第1の圧電アクチュエータの構造
は製造が容易な構造であるので、この第1の圧電アクチ
ュエータは小型軽量なアクチュエータとして安価に製造
することができる。
【0011】本発明の第1の圧電アクチュエータは、上
記腕部群を構成する腕部が、腕部と中心部が繋がる根本
に対してその中心部を挟んだ裏側に回り込んでなるもの
であることが望ましい。
【0012】また、本発明の第1の圧電アクチュエータ
は、上記圧電層を複数備えたものであることも望まし
い。
【0013】中心部の裏側に回り込んでいる腕部を備え
た圧電アクチュエータは、腕部の収縮量に対する中心部
の回動量が大きく、複数の圧電層を備えた圧電アクチュ
エータは、電極層間に印加される電圧に対する圧電層の
収縮量が大きいため、これらの圧電アクチュエータは、
より低電圧でより大きな変位が得られる。
【0014】本発明の第1の圧電アクチュエータは、圧
電層を複数備えている場合には、上記複数の電極層が、
同電位の電極層どうしがビアで接続されてなるものであ
ることが好ましい。
【0015】電極層どうしを接続する手段としてビアが
採用された圧電アクチュエータは、製造が容易であり製
造コストが低い。
【0016】また、本発明の第1の圧電アクチュエータ
は、上記圧電層が、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系
の圧電セラミックスからなるものであることが好まし
く、特に、PNN−PT−PZ系の圧電セラミックスか
らなるものであることが好ましい。
【0017】圧電層を形成する圧電材料としては、PZ
T系、PT系、チタン酸バリウム系、層状ペロブスカイ
ト系等といった圧電材料が利用可能であるが、PZT系
の圧電セラミックスは、安価であり、かつ圧電定数が大
きいので、圧電層を形成する圧電材料として適してい
る。特に,PNN−PT−PZ系の圧電材料は、PZT
系の圧電材料の中でも特に高い圧電定数を示し、焼結性
にも優れているので、圧電層を形成する圧電材料として
特に好ましい。
【0018】上記目的を達成する本発明の第2の圧電ア
クチュエータは、圧電材料からなる1つ以上の圧電層と
その圧電層を挟む複数の電極層とからなる積層構造を有
する、その積層構造の積層方向に圧縮伸長する駆動部
と、駆動部の複数を、所定の共通面内における、積層方
向も含めて回転対称かつ非線対称な配置に保持する保持
部とを備えたことを特徴とする。
【0019】本発明の第2の圧電アクチュエータは、保
持部によって保持されている複数の駆動部が揃って圧縮
伸長すると上記配置に起因して、低電圧で大きな回動変
位が生じる。また、本発明の第2の圧電アクチュエータ
の構造は製造が容易な構造であるので、この第1の圧電
アクチュエータは小型軽量なアクチュエータとして安価
に製造することができる。
【0020】本発明の第2の圧電アクチュエータは、典
型的には、2つの駆動部を備えており、その典型的な第
2の圧電アクチュエータは、上記駆動部に対し、その駆
動部が圧縮伸長する方向と交わる方向に隣接する不動部
を備え、上記保持部が、駆動部と不動部との対の2対
を、互いに、一方の対の駆動部が他方の対の不動部に対
してその駆動部の圧伸方向を向けて対向するように保持
するものであることを特徴とする。
【0021】また、この典型的な第2の圧電アクチュエ
ータは、上記保持部が、駆動部と不動部との対を2対保
持するに当たり、駆動部が空隙(スリット)を挟んで不
動部に対向するように保持するものであることが好まし
い。
【0022】このように駆動部が空隙(スリット)を挟
んで不動部に対向する圧電アクチュエータによれば、駆
動部の圧縮伸長が容易であり、より低電圧でより大きな
変位を得ることができる。
【0023】上記目的を達成する本発明の第1の情報記
憶装置は、所定の情報記憶媒体に対する情報記録および
情報再生のうち少なくとも何れか一方を行うヘッドが搭
載されたヘッド部と、ヘッド部に搭載されているヘッド
が情報記憶媒体に対して近接あるいは接触するようにヘ
ッド部を保持するアーム部と、アーム部を駆動すること
により、そのアーム部に保持されたヘッド部に搭載され
たヘッドを情報記憶媒体に沿って移動させるアーム部ア
クチュエータと、アーム部に対してヘッド部を、そのヘ
ッド部の重心を中心として回動させるヘッド部アクチュ
エータとを備え、上記ヘッド部アクチュエータが、中心
部と、その中心部から外側へと回転対称かつ非線対称に
延びた腕部群とを有する2次元形状の、圧電材料からな
る、層内方向に圧縮伸長する圧電層と、圧電層を挟む複
数の電極層とを備えたものであることを特徴とする。
【0024】ここで、ヘッドは、磁気ヘッドでもよくあ
るいは光学ヘッドでもよい。
【0025】本発明の第1の情報記憶装置は、上記ヘッ
ド部が、ヘッドと、ヘッドを搭載して情報記憶媒体上を
スライドするスライダとからなるものであり、上記アー
ム部が、アーム部アクチュエータによって駆動されるア
ームと、そのアームに接続されたサスペンションとから
なるものであり、上記ヘッド部アクチュエータが、サス
ペンションとスライダとの間に設けられたものであって
もよい。
【0026】あるいは、本発明の第1の情報記憶装置
は、上記ヘッド部が、ヘッドと、ヘッドを搭載して情報
記憶媒体上をスライドするスライダと、そのスライダを
保持するサスペンションとからなるものであり、上記ヘ
ッド部アクチュエータが、サスペンションと上記アーム
部スライダとの間に設けられたものであってもよい。
【0027】本発明の第1の情報記憶装置によれば、ヘ
ッド部アクチュエータによってヘッド部が重心を中心と
して回動されるのでヘッド駆動時の慣性モーメントが小
さく、ヘッド位置を高精度に制御することができる。ま
た、このヘッド部アクチュエータは、上述した第1の圧
電アクチュエータと同様の小型軽量なアクチュエータで
ある。このため、本発明の第1の情報記憶装置は、記録
密度が高くて小型軽量な装置として実現される。
【0028】また、本発明の第1の情報記憶装置は、上
記ヘッド部アクチュエータが、腕部群を構成する腕部
の、中心部から延びた先端に相当する部分でアーム部に
接合され、中心部に相当する部分でヘッド部に接合され
てなるものであることが好ましい。そして、このような
好ましい構成の情報記憶装置では、上記電極層は、ヘッ
ド部アクチュエータがアーム部に接合された部分におい
て電圧が印加されるものであることが好適である。この
ような好適な構成の情報記憶装置は製造が容易である。
【0029】上記目的を達成する本発明の第2の情報記
憶装置は、所定の情報記憶媒体に対する情報記録および
情報再生のうち少なくとも何れか一方を行うヘッドが搭
載されたヘッド部と、ヘッド部に搭載されているヘッド
が情報記憶媒体に対して近接あるいは接触するようにヘ
ッド部を保持するアーム部と、アーム部を駆動すること
により、そのアーム部に保持されたヘッド部に搭載され
たヘッドを情報記憶媒体に沿って移動させるアーム部ア
クチュエータと、アーム部に対してヘッド部を、そのヘ
ッド部の重心を中心として回動させるヘッド部アクチュ
エータとを備え、上記ヘッド部アクチュエータが、圧電
材料からなる1つ以上の圧電層と該圧電層を挟む複数の
電極層とからなる積層構造を有する、その積層構造の積
層方向に圧伸する駆動部と、駆動部の複数を、所定の共
通面内における、積層方向も含めて回転対称かつ非線対
称な配置に保持する保持部とを備えたものであることを
特徴とする。
【0030】なお、本発明の情報記憶装置にいうヘッド
部アクチュエータについては、ここではその基本形態の
みを示すのにとどめるが、これは単に重複を避けるため
であり、本発明の情報記憶装置にいうヘッド部アクチュ
エータには、上記の基本形態のヘッド部アクチュエータ
のみではなく、前述した圧電アクチュエータの各形態に
対応する各種の形態のヘッド部アクチュエータが含まれ
る。
【0031】また、本発明の第2の情報記憶装置につい
ても、重複記載を避けるために基本形態のみを示すにと
どめるが、本発明の第2の情報記憶装置には、第1の情
報記憶装置の各形態に対応する各種の形態の第2の情報
記憶装置が含まれる。
【0032】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。
【0033】図1は、本発明に係る情報記録装置の第1
実施形態を示す図である。
【0034】この図1に示すハードディスクドライブ
(HDD)100は、本発明の情報記録装置の第1実施
形態に相当するものであり、本発明の圧電アクチュエー
タの第1実施形態が組み込まれている。このハードディ
スクドライブ100のハウジング101には、回転軸1
02に装着されて回転する磁気ディスク103と、磁気
ディスク103に対して情報記録と情報再生を行う磁気
ヘッドが搭載されたスライダ104と、スライダ104
を、後述する圧電アクチュエータを介して保持するサス
ペンション108と、サスペンション108が固着され
てアーム軸105を中心に磁気ディスク103表面に沿
って移動するキャリッジアーム106と、キャリッジア
ーム106を駆動するアームアクチュエータ107が収
容されている。この図1に示すハードディスクドライブ
100では、磁気ヘッドとスライダ104によって本発
明にいうヘッド部が構成されており、サスペンション1
08とキャリッジアーム106によって本発明にいうア
ーム部が構成されている。従って、アームアクチュエー
タ107は、本発明にいうアーム部アクチュエータに相
当する。
【0035】磁気ディスクへの情報の記録および磁気デ
ィスク103に記憶された情報の再生にあたっては、磁
気回路で構成されたアームアクチュエータ107によっ
てキャリッジアーム106が駆動され、後述する圧電ア
クチュエータによってスライダ104が駆動されて、磁
気ヘッドが、回転する磁気ディスク103上の所望のト
ラックに位置決めされる。スライダ104に搭載された
磁気ヘッドは、磁気ディスク103の回転に伴って、磁
気ディスク103の各トラックに並ぶ各微小領域に順次
近接する。情報の記録時には、このように磁気ディスク
103に近接した磁気ヘッドに電気的な記録信号が入力
され、磁気ヘッドにより、その記録信号に応じてそれら
の各微小領域に磁界が印加されて、その記録信号に担持
された情報が各微小領域の磁化方向として記録される。
また、情報の再生時には、磁気ヘッドによって、各微小
領域の磁化方向として記録された情報が、それらの磁化
それぞれが発生する磁界に応じた電気的な再生信号とし
て取り出される。ハウジング101の内部空間は、図示
しないカバーによって閉鎖される。
【0036】図2は、図1に示すサスペンション108
付近の拡大図である。
【0037】この図2には、図1に示すキャリッジアー
ム106の先端部分が示されており、上述したように、
そのキャリッジアーム106の先端部分にはサスペンシ
ョン108が固着されている。このサスペンション10
8は、磁気ディスクに対して接離する方向(図2の上下
方向)に曲がる板バネとして機能する。また、このサス
ペンション108は、圧電アクチュエータ200を介し
てスライダ104を保持しており、スライダ104には
磁気ヘッド109が搭載されている。圧電アクチュエー
タ200は、図1に示すアームアクチュエータとは独立
にスライダ104を駆動することにより磁気ヘッド10
9を微小移動させる。この圧電アクチュエータ200
は、本発明の圧電アクチュエータの第1実施形態である
と共に、本発明にいうヘッド部アクチュエータの一例で
もある。この圧電アクチュエータ200による磁気ヘッ
ド109の微小移動により、磁気ヘッド109が正確に
位置決めされる。
【0038】図3は、サスペンション108の先端部分
の拡大図である。
【0039】サスペンション108先端の取り付け部1
08aには、圧電アクチュエータ200が取り付けられ
ており、この取り付け部108aの周囲は、極狭い橋掛
け部108bを除いて溝108cで取り囲まれている。
これにより、取り付け部108aでは、サスペンション
108の板バネとしての機能が特に高められている。
【0040】圧電アクチュエータ200は、中心体20
0aと2本の渦巻き形の腕200bとを有しており、腕
200bの先端200cは取り付け部108aに固着さ
れ、中心体200aはスライダ104の重心に固着され
ている。また、圧電アクチュエータ200は、後述する
2次元形状を有する圧電層と、その圧電層を挟む電極層
とからなる積層構造を有している。
【0041】図4は、圧電層の形状を示す図であり、図
5は、電源電極層の形状を示す図であり、図6は、接地
電極層の形状を示す図である。
【0042】図4に示す圧電層201、図5に示す電源
電極層202、および図6に示す接地電極層203は、
電源電極層202,圧電層201,接地電極層203,
圧電層201,電源電極層202,圧電層201,…と
いう順序で積層されて、図3に示す圧電アクチュエータ
200を構成する。
【0043】図4に示す圧電層201は、中心部201
aと、その中心部201aから延びる2本の腕部201
bとを有している。これら中心部201aおよび腕部2
01bは、それぞれ、図3に示す圧電アクチュエータ2
00の中心体200aおよび腕200bに対応してい
る。
【0044】2本の腕部201bは本発明にいう腕部群
の一例を構成しており、2本の腕部201bからなる腕
部群は、全体として回転対称であるとともに非線対称で
ある。つまり、中心部201aに2回対称軸が存在し、
中心部201aを中心とした180°の回転移動によっ
て2本の腕部201bが互いに重なり合うが、線対称軸
は存在しない。また、各腕部201bは、腕部201b
と中心部201aが繋がる根本に対して中心部201a
を挟んだ裏側に回り込んでいる。後述するように、この
構造により、低電圧で大きな変位が生じる。
【0045】2本の腕部201bそれぞれの先端には、
後述するビアが通る貫通孔201cが設けられている。
本実施形態では、このような圧電層201が複数備えら
れており、駆動電圧の低電圧化および変位量の増加が図
られている。
【0046】図5に示す電源電極層202と、図6に示
す接地電極層203は、いずれも、図4に示す2本の腕
部201bに対応する形状の電極であり、これら電源電
極層202および接地電極層203によって圧電層20
1が挟まれている。これらの電源電極層202と接地電
極層203との間に駆動電圧が印加されと2本の腕部2
01bが収縮し、駆動電圧が消失すると2本の腕部20
1bが伸長して元に戻る。
【0047】電源電極層202には、2つの貫通孔20
1cのうちの一方の貫通孔に対応する位置にビア204
が接続されており、このビア204によって電源電極層
202どうしが接続されている。また、接地電極層20
3には、上記一方の貫通孔に対する他方の貫通孔に対応
する位置にビア205が接続されており、このビア20
5によって接地電極層203どうしが接続されている。
【0048】図7は、サスペンションにおける配線を示
す図である。
【0049】サスペンション108には、サスペンショ
ン108の根本から橋掛け部108bを経て取り付け部
108aに至る、電源線108dおよび設置線108e
が設けられており、これら電源線108dおよび接地線
108eは絶縁膜で覆われている。また、電源線108
dおよび接地線108eそれぞれの先端には電源端子1
08fおよび接地端子108gが設けられており、これ
ら電源端子108fおよび接地端子108gそれぞれの
上に形成された導電性の接着剤の層108hによって、
図3に示す圧電アクチュエータ200の腕200bの先
端200cがサスペンション108に固着される。ま
た、導電性の接着剤の層108hを介して、電源端子1
08fおよび接地端子108gが、それぞれ、図5に示
す電源電極層202および図6に示す接地電極層203
と接続されており、これによって配線の手間が省かれ、
低コスト化が図られている。
【0050】電源線108dと接地線108eとの間に
駆動電圧が印加されると、電源端子108fと接地端子
108gとの間、および電源電極層202と接地電極層
203との間に駆動電圧が印加されて、図4に示す圧電
層201の腕部201bが層内方向に収縮する。この結
果、図3に示す腕200bが収縮する。
【0051】以下、図3を参照しながら説明を続ける。
【0052】電源電圧の印加によって圧電層の腕部が収
縮すると、上述したように、腕200bの先端200c
は取り付け部108aに固着されているので、図3の矢
印F1が示すように、圧電アクチュエータ200の各腕
200bを先端200c側へと引きつける力が生じる。
そして、それらの力によって圧電アクチュエータ200
が変形して中心体200aが矢印F2方向に回動し、ス
ライダ104が矢印F3方向に回動する。この結果、ス
ライダ104に搭載されている磁気ヘッドが移動するこ
ととなる。
【0053】このような作用は、図3に示すような滑ら
かな渦巻形の腕200bでなくても生じ、複数の腕が全
体として回転対称かつ非線対称に形成されていれば、腕
および腕部の形状は矩形を接合したような形状などでも
良い。従って、腕および腕部の形状の自由度は高い。
【0054】ところで、矢印F1が示すような、各腕2
00bを先端200c側へと引きつける力は、腕200
bと中心体200aとが繋がっている根本を先端200
cへと直線的に引きつける力であるが、上述した圧電層
の腕部と同様に、圧電アクチュエータ200の腕200
bは、中心体200aの裏側に回り込んでいるため、上
記根本が中心体200aを大きく迂回するように移動す
ることとなる。このため、腕200bがわずかに収縮し
ても中心体200aは大きな回転角度で回動するので、
低い駆動電圧でヘッド位置の大きな変位を生じることと
なる。なお、腕200bが更に(例えば中心体200a
を一周する位に)回り込むと中心体200aの回転角は
さらに大きくなる。但し、この場合には、圧電アクチュ
エータ200の剛性や加工性が落ちる。
【0055】上述したように、圧電アクチュエータ20
0の中心体200aはスライダ104の重心に固着され
ている。また、圧電アクチュエータ200は中心体20
0aを中心とする回動変位を生じ、圧電アクチュエータ
200自身の重心は中心体200aの位置に存在する。
このため、圧電アクチュエータ200が変位してスライ
ダ104および磁気ヘッドが駆動される際の慣性モーメ
ントが小さく、圧電アクチュエータ200とスライダ1
04と磁気ヘッドからなる複合体の共振周波数が高く、
その複合体は高速応答が可能である。
【0056】図8は、圧電アクチュエータの製造工程を
示す図である。
【0057】ここには、回路基板等で利用されているグ
リーンシート積層法により圧電アクチュエータを製造す
る製造工程が示されている。
【0058】先ずに示すように、PNN−PT−PZ系
圧電セラミックスの粉末を含む厚さ65μmのグリーン
シート210を、ドクタープレード法により、圧電アク
チュエータ複数個分の範囲に成形する(図8(A))。
【0059】次にに示すように、直径50μmのビア穴
211をグリーンシート211の所定位置に打ち抜く
(図8(B))。
【0060】その後に示すように、スクリーン印刷によ
り、Ag−Pd電極ペースト212をビア穴211に埋
めるとともに、Ag−Pd電極ペースト212を、図5
および図6に示す電極層の形状にパターン印刷する(図
8(C))。
【0061】上述した各工程を複数回(ここでは4回)
繰り返して積層体213を形成し、その積層体を加熱プ
レスにより一体化する(図8(D))。
【0062】そして、表面および裏面に電極ペーストを
印刷して表面電極214を形成し(図8(E))、打ち
抜きプレスにより渦巻形の外形を形成して各圧電アクチ
ュエータ200を個別化する(図8(F))。
【0063】最後に、大気中で脱脂し焼成して圧電アク
チュエータ200が完成する(図8(G))。必要に応
じて焼成後に加工を施しても良い。
【0064】このような製造工程を経て製造される圧電
アクチュエータは、圧電セラミックスの一体物であり、
加工や組立がほとんどなく、安価に製造することができ
る。
【0065】また、ビアにより層間が容易かつ安価に接
続され、表面電極214によりサスペンション上の端子
と容易に接続される。
【0066】なお、ここでは、積層体213の形成後に
打ち抜きプレスによって圧電アクチュエータ200の外
形を形成して個別化するが、圧電アクチュエータ200
の外形は、ビア穴を打ち抜く際に形成されてもよい。ま
た、圧電アクチュエータ200は、図8(D)に示す積
層体213を焼成し、表面研磨および表面電極形成を行
った後で、超音波加工、プラスト加工、レーザ加工、水
ジェット加工等によって個別化されても良い。
【0067】また、ここでは圧電層はグリーンシート法
で形成されるが、圧電層は印刷多層法で形成されても良
い。
【0068】また、表面電極214は、上述したように
一体焼成するのがコスト的に有利であるが、表面電極2
14の形成前に積層体213を焼成し、その後で印刷法
や気相法等で表面電極214を形成しても良い。
【0069】ここで、図3に示す圧電アクチュエータ2
00を、図8に示す製造工程により以下に示す仕様で製
造した。 外形寸法 : 1.0×1.0×0.16mm 重量 : 0.8mg 駆動層(圧電層)数: 4層 駆動層(圧電層)厚: 40μm 圧電材料 : PNN−PT−PZ系セラミックス (圧電定数d31=300pm/V) 電極材料 : Ag−Pd このような仕様の圧電アクチュエータ200を、図3に
示すようにサスペンション108およびスライダ104
に固着して動作特性を評価したところ、磁気ヘッドの可
動距離は、12Vの駆動電圧で1.5μmであり、磁気
ヘッドの位置決め精度は0.03μmであり、機械的な
共振の周波数は12kHzであった。
【0070】一方、圧電アクチュエータを用いない、電
磁型のアクチュエータのみによる動作特性を、本実施形
態との比較のために評価したところ、位置決め精度は
0.12μmであり、機械的な共振の周波数は600H
zであった。
【0071】つまり、第1実施形態の圧電アクチュエー
タが用いられたハードディスクドライブでは、高い位置
決め精度で高速に磁気ヘッドを移動させることができ、
記録密度の高密度化や読書きの高速化を図ることができ
る。
【0072】以上で情報記憶装置および圧電アクチュエ
ータの第1実施形態についての説明を終了し、以下で
は、情報記憶装置および圧電アクチュエータそれぞれの
第2実施形態について説明する。但し、第2実施形態と
第1実施形態との相違点を中心に説明し、重複説明は省
略する。
【0073】図9は、本発明の圧電アクチュエータの第
2実施形態を示す図である。
【0074】この第2実施形態の圧電アクチュエータ3
00は、中心体300aと、4本の腕300bとを有し
ている点を除き、上述した第1実施形態の圧電アクチュ
エータ200と同様なアクチュエータであり、この第2
実施形態の圧電アクチュエータ300も、圧電層と電源
電極層と接地電極層で構成されている。そして、この圧
電層は、中心体300aに対応する中心部と、4本の腕
300bに相当する4本の腕部を有しており、電源電極
層と接地電極層との間に駆動電圧が印加されると、第1
実施形態の圧電アクチュエータ200と同様の原理によ
って、中心体300aが回動する。
【0075】図10は、本発明の情報記憶装置の第2実
施形態におけるサスペンション付近の分解斜視図であ
る。
【0076】情報記憶装置の第2実施形態は、サスペン
ション110とキャリッジアーム111との間に圧電ア
クチュエータ300が備えられて点を除き、上述した情
報記憶装置の第1実施形態と同様の装置である。
【0077】圧電アクチュエータ300の中心体300
aは、図示しない磁気ヘッドを搭載したスライダ112
と、サスペンション110とからなるヘッド部の重心に
固着されており、圧電アクチュエータ300の各腕30
0bの先端は、キャリッジアーム111上の各固定場所
111aに固定されている。サスペンション110の長
さによる変位拡大効果が働くため、圧電アクチュエータ
300の変位量は、図2に示す圧電アクチュエータ20
0の変位量よりも小さくてよい。
【0078】第2実施形態の圧電アクチュエータ300
を、図8に示す製造工程により以下に示す仕様で製造し
た。 外形寸法 : 4.0×4.0×0.16mm 重量 : 15mg 駆動層(圧電層)数 : 4層 駆動層(圧電層)厚 : 40μm 圧電材料 : PNN−PT−PZ系セラミックス (圧電定数d31=300pm/V) 電極材料 : Ag−Pd そして、このような仕様の圧電アクチュエータ300
を、図10に示すようにキャリッジアーム111および
サスペンション110に固着して動作特性を評価したと
ころ、磁気ヘッドの可動距離は、12Vの駆動電圧で
1.0μmであり、磁気ヘッドの位置決め精度は0.0
7μmであり、機械的な共振の周波数は8kHzであっ
た。従って、第2実施形態圧電アクチュエータが組み込
まれたハードディスクも、高い位置決め精度で高速に磁
気ヘッドを移動させることができ、記録密度の高密度化
や読書きの高速化を図ることができる。
【0079】なお、上述した第1実施形態および第2実
施形態では、圧電アクチュエータの中心体が磁気ヘッド
側に固着され、圧電アクチュエータの腕の先端がアーム
側に固着されており、このように固着すると慣性モーメ
ントを小さくするという点で有利である。しかし、本発
明にいうヘッドアクチュエータの固着形態としては、こ
のような形態に限定されるものではなく、例えば、圧電
アクチュエータの中心体がアーム側に固着され、圧電ア
クチュエータの腕の先端が磁気ヘッド側に固着されても
よい。
【0080】また、上述した第1実施形態および第2実
施形態では、圧電層の腕部が2回対称および4回対称に
設けられているが、本発明にいう腕部は、3回対称に設
けられてもよく、あるいは5回対称に設けられてもよ
い。
【0081】また、上述した第1実施形態および第2実
施形態では、圧電層の層数が4層であるが、本発明にい
う圧電層は、単層でも多層でもよい。多層化するほど、
低電圧化、高変位化、高剛性化に有利であるがコストは
高くなる。
【0082】また、圧電アクチュエータの電極と、サス
ペンションやアーム上の配線との導通形態は、導電性接
着剤による接合に限定されるものではなく、ハンダによ
る接合や単なる接触により導通されてもよい。
【0083】また、圧電アクチュエータの内層電極とし
ては、PZT系圧電セラミックスとの一体焼成が可能
な、Ag−Pd電極やPt電極等が適しているが、圧電
材料によってはAg電極やNi電極等も利用可能であ
る。一方、表面電極としては、内層電極と同じ系統の材
料の電極を用いることが適しているが、焼成後に表面電
極を形成する場合は、蒸着など各種の電極形成法が利用
でき、幅広い材料が利用可能である。そして、電極層ど
うしの接続としては、ビアによる接続のみでなく、圧電
アクチュエータの側面伝いの接続も利用可能である。
【0084】次に、本発明の圧電アクチュエータの第
3、第4および第5実施形態について説明する。これら
第3、第4および第5実施形態の圧電アクチュエータ
は、上述した第1実施形態の情報記憶装置に組み込まれ
ている圧電アクチュエータに代えて情報記憶装置に組み
込まれるものであり、これら第3、第4および第5実施
形態の圧電アクチュエータが組み込まれた情報記憶装置
は、本発明の情報記憶装置の第3、第4および第5実施
形態に相当する。以下では、圧電アクチュエータの第
3、第4および第5実施形態のみについて説明する。
【0085】図11は、本発明の圧電アクチュエータの
第3実施形態を示す図である。
【0086】この図11に示す第3実施形態の圧電アク
チュエータ250は、中心部251aと2本の腕部25
1bとを有した圧電層251と、その圧電層251を挟
んだ電源電極層252および接地電極層253を備えて
いる。この圧電アクチュエータ250は、圧電層251
が、本発明にいう2次元形状に湾曲したものである。従
って圧電層251、電源電極層252、および接地電極
層253の積層方向は、第1実施形態の圧電アクチュエ
ータにおける積層方向とは異なっているが、電源電極層
252と接地電極層253との間に電源電圧が印加され
ると、第1実施形態の圧電アクチュエータと同様に、圧
電層251が層内方向に収縮して中心部251aが回動
する。
【0087】図12は、第3実施形態の圧電アクチュエ
ータの製造工程を示す図である。
【0088】この製造工程では、先ず、図11に示す2
次元形状と同じ形状の開口が設けられた口がねによって
圧電材料が押し出し形成されることにより、断面形状
が、図11に示す2次元形状である長尺体260が形成
される(図12(A))。
【0089】次に、長尺体260の周面に電源電極層2
52および接地電極層253が形成され(図12
(B))、最後に、長尺体260がスライス加工され
て、圧電アクチュエータ250が得られる。
【0090】このような製造工程により、多量の圧電ア
クチュエータ250が安価に製造される。
【0091】図13は、本発明の圧電アクチュエータの
第4実施形態を示す図であり、図14は、本発明の圧電
アクチュエータの第5実施形態を示す図である。
【0092】図13に示す圧電アクチュエータ400
は、圧電材料からなる圧電層401と、電源電極層40
2と、接地電極層403とを含む積層構造を有してい
る。電源電極層402どうしおよび接地電極層403ど
うしは、圧電アクチュエータ400の側面に沿った外部
電極により互いに接続されている。
【0093】また、この圧電アクチュエータ400に
は、圧電層401が電源電極層402と接地電極層40
3に挟まれた層構造の駆動部400aと、圧電層401
が接地電極層403どうしに挟まれた不動部400bが
設けられており、駆動部400aは、電源電極層402
と接地電極層403との間に駆動電圧が印加されると積
層方向(図の左右方向)に伸長し、印加電圧が消失する
と圧縮して元に戻る。また、圧電アクチュエータ400
のうち、駆動部400aおよび不動部400bを除く他
の部分は、駆動部400aおよび不動部400bを保持
する保持部として機能しており、この保持部は、2つの
駆動部400aを、全体として回転対称かつ非線対称な
配置に保持することにより、圧電アクチュエータの一体
構造を保っている。
【0094】圧電アクチュエータ400は、2つの端部
接合体405によってサスペンションに接合されてお
り、3つの中部接合体406によってスライダに接合さ
れている。そして、駆動部400aが伸長することによ
り、3つの中部接合体406が、圧電アクチュエータ4
00の中央を回動中心として回動する。駆動部400a
は、複数の圧電層を含む多層構造を有するので、低電圧
で大きな変位を生じることとなる。
【0095】また、この圧電アクチュエータ400で
は、駆動部400aと不動部400bが、積層構造の積
層方向に、スリット(間隙)404を挟んで対向してお
り、このスリット404が設けられていることにより、
駆動部400aが伸長したときに生じる力が逃げて、十
分に大きな回動変位が生じる。このスリット404は、
圧電アクチュエータ400の側面から中へと延びてお
り、圧電アクチュエータ400の中央部分で圧電アクチ
ュエータ400の一体構造が保たれている。
【0096】図14に示す圧電アクチュエータ500
は、スリット501の構造が、図13に示すスリット4
04の構造と相違する点を除いて、図13に示す圧電ア
クチュエータ400と同等のアクチュエータである。図
14に示す圧電アクチュエータ500の構成要素のう
ち、図13に示す圧電アクチュエータ400の構成要素
と同等な構成要素については、図13に示す符号と同一
の符号を付して説明を省略する。
【0097】図14に示す圧電アクチュエータ500の
スリット501は、圧電アクチュエータ500の中央部
分に存在し、圧電アクチュエータ500の側面部分で圧
電アクチュエータ500の一体構造が保たれている。こ
のように側面部分の2箇所でで一体構造が保たれている
ため、図14に示す圧電アクチュエータ500は、図1
3に示す圧電アクチュエータ400に較べて剛性が高
い。
【0098】図15は、第4実施形態の圧電アクチュエ
ータの積層構造を形成する工程を示す図であり、図16
は、第5実施形態の圧電アクチュエータの積層構造を形
成する工程を示す図である。
【0099】図15および図16には、それぞれ、図1
3に示す圧電アクチュエータ400および図14に示す
圧電アクチュエータ500の積層構造の6つ分を一度に
形成する工程が示されており、図15および図16の一
点鎖線で分割された各列が1つの積層構造に相当する。
【0100】図15に示す形成工程および図16に示す
形成工程の双方において、先ず、PNN−PT−PZ系
セラミックスの粉末が使用されたグリーンシート410
aが形成され、そのグリーンシート410a上に、図1
3および図14に示す接地電極層403に相当する第1
パターンのPtペースト411が印刷される。この第1
パターンのPtペースト411は積層構造の2つ分に跨
っている。
【0101】次に、第1パターンのPtペースト411
上にグリーンシート410bが形成され、そのグリーン
シート410b上に、図13および図14に示す電源電
極層402に相当する第2パターンのPtペースト41
2が印刷される。この第2パターンのPtペースト41
1も積層構造の2つ分に跨っていが、跨る位置は、第1
パターンのPtペースト411が跨る位置とは異なって
いる。
【0102】その後、グリーンシート410a,410
bの形成と、第1パターンあるいは第2パターンのPt
ペースト411,412の印刷とが必要な回数繰り返さ
れ、その後、印刷されたPtペーストを覆うグリーンシ
ート410cが形成される。
【0103】次に、図15に示す形成工程では、図13
に示すスリット404に相当する第3パターンを有す
る、PVBバインダを主成分とするペースト413が印
刷される。この第3パターンは、電源電極層402に相
当する第2パターンと同じパターンであり、このPVB
バインダを主成分とするペースト413は、後で脱脂お
よび焼成が行われる際に消失するものである。第3パタ
ーンのペースト413が印刷された後、第3パターンの
ペースト413を覆うグリーンシート410dが形成さ
れる。図15に示す形成工程では、このグリーンシート
410dは、積層構造の真ん中であり、このグリーンシ
ート410dから後は、上述した工程が逆順で繰り返さ
れる。従って、第3パターンのペースト413を覆うグ
リーンシート410d上には、第3パターンとは互い違
いの第4パターンを有するPVBバインダのペースト4
14が印刷される。
【0104】一方、図16に示す形成工程では、上述し
たグリーンシート410cが形成された後には、上述し
た、第3パターンのペースト413、グリーンシート4
10d、第4パターンのペースト414に代えて、図1
4に示すスリット501に相当する第5パターンを有す
る、PVBバインダのペースト415が印刷される。
【0105】その後は、図15および図16に示す形成
工程の双方において、グリーンシート410eが形成さ
れ、その後、第2パターンとは互い違いの第6パターン
のPtペースト416の印刷とグリーンシート410f
の形成、および接地電極層に相当する第7パターンのP
tペースト417の印刷とグリーンシート410gの形
成が必要な回数繰り返される。
【0106】このようにして積層体が形成され、この積
層体が大気中で脱脂され、その後、焼成されることによ
り所望の積層構造を有する焼成体が得られる。
【0107】図17は、焼成体を圧電アクチュエータに
加工する工程を示す図である。
【0108】図17(A)には、図15および図16に
示す形成工程で得られた焼成体420が示されており、
焼成体420の積層構造の積層方向は、矢印F4が示す
方向である。この焼成体420は、ダイシングソー等に
より、点線で示すように、図15および図16に示す一
点鎖線に相当する位置で帯状に切断される。これによ
り、積層構造の1つ分に相当する角柱421が得られる
(図17(B))。この角柱421の切断面421aに
は、電源電極層および接地電極層のそれぞれの断面が、
電源電極層および接地電極層のそれぞれに分かれた状態
で露出しており、図17(C)に示すように外部電極4
22が蒸着等で形成されることにより、同電位の電極ど
うしが接続される。
【0109】その後、ダイシングソー等により、図17
(D)に点線で示されるように角柱421が個別切断さ
れる。これにより圧電素子400,500が完成する
(図17(E))。
【0110】以上説明したように、第4実施形態および
第5実施形態の圧電アクチュエータは、図15〜図17
に示す工程によって容易かつ低コストで製造することが
できる。
【0111】なお、図15〜図17に示す工程では、ス
リットを形成するためにPVBバインダのペーストが用
いられるが、脱脂や焼成で消失する他のバインダのペー
ストなどが用いられてもよい。あるいは、スリットは、
焼成体を得た後でダイシングソー等によって形成されて
もよい。
【0112】ここで、図15〜図17に示す工程によ
り、駆動部の厚さが20μmであり、駆動層(圧電層)
数が20層である、第4実施形態および第5実施形態の
圧電アクチュエータを作成した。そして作成した圧電ア
クチュエータの源電極層と接地電極層との間に30Vの
駆動電圧を印加して、スリット付近での変位量を測定し
たところ、いずれの実施形態でも250nm以上という
大きな変位量を示した。従って、この圧電アクチュエー
タを上述した第1実施形態の圧電アクチュエータに代え
て採用した場合には、磁気ヘッドを数百nmという高い
精度で位置決めすることが可能である。
【0113】なお、本発明の圧電アクチュエータでは、
駆動層(圧電層)は20層に限定されるものではなく、
何層であってもよいことは当然である。
【0114】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低コストで高性能な圧電アクチュエータが得られる。ま
た、そのような圧電アクチュエータが組み込まれること
により、情報記憶装置における情報読み書きの精度が大
幅に向上し、小型軽量で高記録密度の情報記憶装置が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る情報記録装置のだい1実施形態を
示す図である。
【図2】サスペンション付近の拡大図である。
【図3】サスペンションの先端部分の拡大図である。
【図4】圧電層の形状を示す図である。
【図5】電源電極層の形状を示す図である。
【図6】接地電極層の形状を示す図である。
【図7】サスペンションにおける配線を示す図である。
【図8】圧電アクチュエータの製造工程を示す図であ
る。
【図9】本発明の圧電アクチュエータの第2実施形態を
示す図である。
【図10】本発明の情報記憶装置の第2実施形態におけ
るサスペンション付近の分解斜視図である。
【図11】本発明の圧電アクチュエータの第3実施形態
を示す図である。
【図12】第3実施形態の圧電アクチュエータの製造工
程を示す図である。
【図13】本発明の圧電アクチュエータの第4実施形態
を示す図である。
【図14】本発明の圧電アクチュエータの第5実施形態
を示す図である。
【図15】第4実施形態の圧電アクチュエータの積層構
造を形成する工程を示す図である。
【図16】第5実施形態の圧電アクチュエータの積層構
造を形成する工程を示す図である。
【図17】焼成体を圧電アクチュエータに加工する工程
を示す図である。
【符号の説明】
100 ハードディスクドライブ 101 ハウジング 102 回転軸 103 磁気ディスク 104,112 スライダ 105 アーム軸 106,111 キャリッジアーム 107 アームアクチュエータ 108,110 サスペンション 108a 取り付け部 108b 橋掛け部 108d 電源線 108e 設置線 108f 電源端子 108g 接地端子 108h 導電性の接着剤の層 109 磁気ヘッド 200,250,300 圧電アクチュエータ 200a,300a 中心体 200b,300b 腕 201,251 圧電層 201a,251a 中心部 201b,251b 腕部 202,252 電源電極層 203,253 接地電極層 204 ビア 205 ビア 210 グリーンシート 211 ビア穴 212 Ag−Pd電極ペースト 213 積層体 214 表面電極 400,500 圧電アクチュエータ 400a 駆動部 400b 不動部 401 圧電層 402 電源電極層 403 接地電極層 404,501 スリット(間隙) 405 端部接合体 406 中部接合体 410a,…,410g グリーンシート 411,412,416,417 Ptペースト 413,414,415 PVBバインダのペースト 420 焼成体 421 角柱 421a 切断面 422 外部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 41/09 H01L 41/08 U 41/187 41/18 101D (72)発明者 三田 剛 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 (72)発明者 梅宮 茂良 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 (72)発明者 朽網 道徳 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 Fターム(参考) 5D042 MA15 5D059 AA01 BA01 CA14 DA16 EA08 5D096 NN03 NN07

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中心部と、該中心部から外側へと回転対
    称かつ非線対称に延びた腕部群とを有する2次元形状
    の、圧電材料からなる、層内方向に圧縮伸長する圧電層
    と、 前記圧電層を挟む複数の電極層とを備えたことを特徴と
    する圧電アクチュエータ。
  2. 【請求項2】 圧電材料からなる1つ以上の圧電層と該
    圧電層を挟む複数の電極層とからなる積層構造を有す
    る、その積層構造の積層方向に圧縮伸長する駆動部と、 前記駆動部の複数を、所定の共通面内における、積層方
    向も含めて回転対称かつ非線対称な配置に保持する保持
    部とを備えたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
  3. 【請求項3】 前記駆動部に対し、該駆動部が圧縮伸長
    する方向と交わる方向に隣接する不動部を備え、 前記保持部が、前記駆動部と前記不動部との対の2対
    を、互いに、一方の対の駆動部が他方の対の不動部に対
    してその駆動部の圧伸方向を向けて対向するように保持
    するものであることを特徴とする請求項2記載の圧電ア
    クチュエータ。
  4. 【請求項4】 所定の情報記憶媒体に対する情報記録お
    よび情報再生のうち少なくとも何れか一方を行うヘッド
    が搭載されたヘッド部と、 前記ヘッド部に搭載されているヘッドが前記情報記憶媒
    体に対して近接あるいは接触するように該ヘッド部を保
    持するアーム部と、 前記アーム部を駆動することにより、そのアーム部に保
    持されたヘッド部に搭載されたヘッドを前記情報記憶媒
    体に沿って移動させるアーム部アクチュエータと、 前記アーム部に対して前記ヘッド部を、該ヘッド部の重
    心を中心として回動させるヘッド部アクチュエータとを
    備え、 前記ヘッド部アクチュエータが、 中心部と、該中心部から外側へと回転対称かつ非線対称
    に延びた腕部群とを有する2次元形状の、圧電材料から
    なる、層内方向に圧縮伸長する圧電層と、 前記圧電層を挟む複数の電極層とを備えたものであるこ
    とを特徴とする情報記憶装置。
  5. 【請求項5】 所定の情報記憶媒体に対する情報記録お
    よび情報再生のうち少なくとも何れか一方を行うヘッド
    が搭載されたヘッド部と、 前記ヘッド部に搭載されているヘッドが前記情報記憶媒
    体に対して近接あるいは接触するように該ヘッド部を保
    持するアーム部と、 前記アーム部を駆動することにより、そのアーム部に保
    持されたヘッド部に搭載されたヘッドを前記情報記憶媒
    体に沿って移動させるアーム部アクチュエータと、 前記アーム部に対して前記ヘッド部を、該ヘッド部の重
    心を中心として回動させるヘッド部アクチュエータとを
    備え、 前記ヘッド部アクチュエータが、 圧電材料からなる1つ以上の圧電層と該圧電層を挟む複
    数の電極層とからなる積層構造を有する、その積層構造
    の積層方向に圧縮伸長する駆動部と、 前記駆動部の複数を、所定の共通面内における、積層方
    向も含めて回転対称かつ非線対称な配置に保持する保持
    部とを備えたものであることを特徴とする情報記憶装
    置。
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