JP2001339966A - アクチュエータとこれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクチュエータを電子機器に組込んだ場合、
その上下面の弾性定数が異なる場合本来移動させるべき
方向と異なる方向への変動を抑制することのできるアク
チュエータを提供することを目的とする。 【解決手段】 板状の圧電素子１の一面に設けた第１及
び第２の電極２，３と、圧電素子１の他面に設けた第３
の電極４とを備え、圧電素子１の第１の電極２と第３の
電極４間に挟まれた部分と第２の電極３と第３の電極４
間に挟まれた部分の一方は分極時の印加電圧の極性と駆
動時の印加電圧の極性とが異なると共に、第１及び第２
の電極２，３と第３の電極４の厚みを変える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えばハードディス
クドライブのスイングアームに取付けられるアクチュエ
ータとこれを用いた電子機器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のアクチュエータは図１１に示すよ
うに、板状の二枚の圧電素子１０１ａ，１０１ｂのそれ
ぞれ一方の側面を内部電極１０２を介して貼り合わせ、
他方の側面に電極１０３ａ，１０３ｂを設けたものであ
った。

【０００３】また、図１２はパーソナルコンピュータの
ハードディスクドライブの模式図を示す。ボード１１０
の上にディスク１１１を設置し、このボード１１０に設
けたスピンドルモータ１１２によりディスク１１１を回
転させる。またボード１１０上には支持部１１３を有す
るアームアクチュエータ１１４が設けられている。さら
にスイングアーム１１５の一端側を支持部１１３に接続
し、他端側の先端に磁気ヘッド部１１６を取付けたもの
であった。そしてアームアクチュエータ１１４でスイン
グアーム１１５を介して磁気ヘッド部１１６を水平方向
に移動させて位置制御を行い、ディスク１１１への書き
込みを行うように構成されている。

【０００４】この磁気ヘッド部１１６は図１３に示すよ
うにスライダ１２０の上面に図１１に示すアクチュエー
タを接着すると共に、このアクチュエータの上面にサス
ペンション１２１を接着する。またスライダ１２０の一
側面に磁気ヘッド１２２を取付けたものであった。この
サスペンション１２１をスイングアームの先端に接続し
ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この構成によると、サ
スペンション１２１とスライダ１２０との弾性定数が異
なるため、アクチュエータを駆動させると水平方向だけ
でなく上下方向にも動くこととなる。

【０００６】また、磁気ヘッド１２２でディスク１１１
の磁気情報をできるだけ正確に読み取るために、ディス
ク１１１とスライダ１２０との距離は非常に短くなって
いる。

【０００７】従ってスライダ１２０が上下方向に移動す
るとディスク１１１を損傷してしまうという問題点を有
していた。

【０００８】そこで本発明は、電子機器に組込んだ場合
アクチュエータの電極を設けた面に接する物質の弾性定
数の違いにより生じる屈曲変位で本来移動させるべき方
向と異なる方向への変動を抑制することのできるアクチ
ュエータを提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のアクチュエータは、板状の圧電素子と、この
圧電素子の一面に設けた第１及び第２の電極と、前記圧
電素子の他面に設けた第３の電極とを備え、前記圧電素
子の前記第１の電極と前記第３の電極間に挟まれた部分
と前記第２の電極と前記第３の電極間に挟まれた部分の
一方は、分極時の印加電圧の極性と駆動時の印加電圧の
極性とが異なると共に、第１及び第２の電極と第３の電
極の厚みが異なるものであり、電子機器に取付ける際、
弾性定数の異なる二種類の部品で上下面を接着すること
により生じる上下方向の屈曲変位と、圧電素子の第１、
第２の電極と第３の電極との厚みを変えることにより生
じる屈曲変位とを相殺させることにより上記目的を達成
することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、板状の圧電素子と、この圧電素子の一面に設けた第
１及び第２の電極と、前記圧電素子の他面に設けた第３
の電極とを備え、前記圧電素子の前記第１の電極と前記
第３の電極間に挟まれた部分と前記第２の電極と前記第
３の電極間に挟まれた部分の一方は、分極時の印加電圧
の極性と駆動時の印加電圧の極性とが異なると共に、第
１及び第２の電極と第３の電極の厚みが異なるアクチュ
エータであり、電子機器に組込んだ場合、不要変動を抑
制し、精密な位置制御を行うことが可能となるものであ
る。

【００１１】請求項２に記載の発明は、第１、第２の電
極あるいは第３の電極は、電極とこの電極に接着した金
属板とを有する構成とした請求項１に記載のアクチュエ
ータであり、電極厚みを容易に変えることができる。

【００１２】請求項３に記載の発明は、第１あるいは第
２の電極の少なくとも一方を二つ以上に分割した請求項
１に記載のアクチュエータであり、電圧を印加する電極
の数で変位量を制御することが可能なため、定電圧で変
位量を制御することが可能になる。

【００１３】請求項４に記載の発明は、第１の電極より
も第２の電極を大きくした請求項１に記載のアクチュエ
ータであり、電子機器に組込んだ場合、このアクチュエ
ータの電極を設けた面に接する物質の弾性定数が上下方
向に加えて水平方向でも異なったとしても、不要な変動
を抑制することができる。

【００１４】請求項５に記載の発明は、圧電素子の内部
に電極を設けた請求項１に記載のアクチュエータであ
り、屈曲変位量を大きくすることができ、電子機器に組
込んだ場合、アクチュエータの電極を設けた面に接する
物質の弾性定数の違いにより生じる不要な変動を抑制で
きる範囲が大きくなる。

【００１５】請求項６に記載の発明は、支持部を有する
駆動手段と、この支持部に一端側を接続した支持体と、
この支持体の他端側に接続した被移動体と、この被移動
体に設置した請求項１から請求項５のいずれか一つに記
載のアクチュエータと、前記被移動体の下方に設けた被
検知体とを備え、前記被移動体は少なくとも二つの部品
で構成するとともに、この二つの部品で前記アクチュエ
ータを挟み込むようにしたものであり、前記アクチュエ
ータは電極の厚みの薄い方の面を前記部品の弾性定数の
小さい方と接するようにした電子機器であり、これら部
品の弾性定数の違いに起因する上下方向の屈曲変位と、
アクチュエータの電極の厚みの違いから生じる屈曲変位
とを相殺させることにより、被移動体により被検知体が
損傷するのを防止できる。

【００１６】請求項７に記載の発明は、支持部を有する
駆動手段と、この支持部に一端側を接続した支持体と、
この支持体の他端側に接続した被移動体と、この被移動
体に設置した請求項１から請求項５のいずれか一つに記
載のアクチュエータと、前記被移動体の下方に設けた被
検知体とを備え、前記アクチュエータは電極厚みの薄い
方の面を前記被移動体に固定したものである電子機器で
あり、被移動体により生じる屈曲変位とアクチュエータ
の電極の厚みの違いから生じる屈曲変位とを相殺させる
ことにより、被移動体により被検知体が損傷するのを防
止できる。

【００１７】以下本発明の実施の形態について図面を参
照しながら説明する。

【００１８】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１におけるアクチュエータの斜視図、図２は図１に示
すアクチュエータの断面図、図３は図１に示すアクチュ
エータの上面図であり、１は板状の圧電素子、２は第１
の電極、３は第２の電極、４は第３の電極である。

【００１９】また、図２においては第１〜第３の電極
２，３，４に電圧を印加する時の極性を示すと共に、矢
印で分極方向を示しており、図３においては、図２のよ
うに電圧を印加した時のアクチュエータの伸縮方向を矢
印で示している。

【００２０】さらに図４はパーソナルコンピュータ等の
ハードディスクドライブの模式図であり、１０はボー
ド、１１はアームアクチュエータ、１２はアームアクチ
ュエータ１１に設けた支持部、１３はその一端を支持部
１２に接続したスイングアーム、１４はスイングアーム
１３の他端部に取付けた磁気ヘッド部、１５はディス
ク、１６はディスク１５の中央部に設けたスピンドルモ
ータである。

【００２１】また、図５は図４に示す磁気ヘッド部１４
の斜視図、図６は図４に示す磁気ヘッド部１４の側面図
であり、２０はスライダ、２１はスライダ２０に取付け
た磁気ヘッド、２２はスライダの上面に設けたアクチュ
エータ、２３はサスペンションである。

【００２２】さらにまた図７は本実施の形態１における
ハードディスクドライブにおける動作を説明するための
フローチャートである。

【００２３】まずチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミッ
ク粉体を用いて形成した大板状の圧電基板の一面に、銀
ペースト等を印刷してから焼付けることにより厚膜の第
３の電極４を形成する。

【００２４】次に圧電基板の他面に銀蒸着などで薄膜の
第１及び第２の電極２，３を所定の間隔を設けて形成す
る。

【００２５】この圧電基板を切断することにより圧電素
子１の一面側に中央部の電極非形成部を挟んで第１、第
２の電極２，３を有すると共に他面全体に第３の電極４
を有するアクチュエータを得る。ここで第１、第２の電
極２，３は第３の電極４よりも薄く形成したものであ
る。次に図２に矢印で示すような分極極性となるように
アクチュエータを分極する。

【００２６】次いでこのアクチュエータを組込んだハー
ドディスクドライブについて説明する。

【００２７】図４に示すハードディスクドライブはボー
ド１０の上にディスク１５を設置し、このディスク１５
の中央部に設けたスピンドルモータ１６によりディスク
１５を回転させる。またボード１０上には支持部１２を
有するアームアクチュエータ１１が設けられている。さ
らにスイングアーム１３の一端側を支持部１２に接続
し、他端側の先端に磁気ヘッド部１４を取付けたもので
ある。

【００２８】この磁気ヘッド部１４は、図５、図６に示
すように、側面に磁気ヘッド２１を有するスライダ２０
の上面にアクチュエータ２２を固定すると共に、アクチ
ュエータ２２の上面にサスペンション２３を固定したも
のであり、アクチュエータ２２はスライダ２０とサスペ
ンション２３とで挟まれた構造となっている。またアク
チュエータ２２は電極の薄い方の面すなわち第１、第２
の電極２，３の形成面をスライダ２０に固定している。

【００２９】さらに磁気ヘッド部１４のサスペンション
２３を図６に示すハードディスクドライブのスイングア
ーム１３に接続固定している。

【００３０】このような構成において図２に示すように
アクチュエータ２２の第１の電極２と第２の電極３の印
加電圧の極性が同一になるように第１の電極２と第３の
電極４間、及び第２の電極３と第３の電極４間に電圧を
印加し、屈曲変位を発生させる。この屈曲変位は図３に
示すように第１、第２の電極２，３と第３の電極４間の
圧電素子１において分極極性と印加電圧の極性が同一の
場合収縮し、逆に分極極性と印加電圧の極性が異なる場
合伸びることとなる。このように変位させることにより
磁気ヘッド２１を左右に移動させることができるのであ
る。

【００３１】次にこのハードディスクドライブにおいて
ディスクに情報を書き込む場合の動作について図７を参
照しながら説明する。

【００３２】磁気ヘッド２１の位置制御を行う場合、ま
ずディスク１５に書き込まれているサーボパターンとい
う位置情報を磁気ヘッド２１で読み込み（図７の６
１）、トラックの中心と磁気ヘッド２１が相対的にどの
程度ずれているかを検知する（図７の６２）。

【００３３】このずれが大きい場合はまずアームアクチ
ュエータ１１で磁気ヘッド２１を水平方向に移動させて
およその位置修正を行い（図７の６３）、再び磁気ヘッ
ド２１の位置情報を読み込み（図７の６１）、トラック
の中心と磁気ヘッド２１が相対的にどの程度ずれている
か検知する（図７の６２）。この時のずれは先におよそ
の位置調整を行っているため、微少なものとなる。

【００３４】次いでアクチュエータ２２による磁気ヘッ
ド２１の位置の修正方法及び修正条件を演算し（図７の
６４）、アクチュエータ２２により磁気ヘッド２１を水
平方向に移動させることにより位置修正を行う（図７の
６５）。再び磁気ヘッド２１の位置を読み込み（図７の
６６）、トラックの中心と磁気ヘッド２１が相対的にど
の程度ずれているか検知する（図７の６７）。この時ず
れが存在する場合は再び図７の６４〜６６に示す動作を
行うこととなる。ずれが無くなれば、すなわち磁気ヘッ
ド２１の位置が決定した後、ディスク１５への書き込み
を行うこととなる（図７の６８）。

【００３５】また、最初からずれが小さい場合は、アク
チュエータ２２のみで位置調整を行い、磁気ヘッド２１
の位置が決定した後、ディスク１５への書き込みを行う
こととなる（図７の６２〜６８）。

【００３６】以上のようにアームアクチュエータ１１と
アクチュエータ２２とを用いて磁気ヘッド２１を水平方
向に移動させて位置決めを行うことにより、磁気ヘッド
２１の精密な位置制御が可能となる。

【００３７】このような動作を行うハードディスクドラ
イブにおいては、アクチュエータ２２の上下面を挟んだ
弾性定数の異なるスライダ２０とサスペンション２３に
起因する上下方向の屈曲変位が生じることとなる。また
本実施の形態１のアクチュエータ２２は第１、第２の電
極２，３と第３の電極４の厚みを変えたことによる分極
方向の不均一性から上下面方向の屈曲変位が発生する。
従ってこの屈曲変位とスライダ２０とサスペンション２
３に起因する屈曲変位と相殺させることにより上下方向
の変動を抑制し、安定した姿勢で磁気ヘッド部１４を動
作させることができるのである。

【００３８】（実施の形態２）図８（ａ）は本発明の実
施の形態２におけるアクチュエータの横断面図、図８
（ｂ）は同縦断面図である。

【００３９】実施の形態１と異なる点は圧電素子１の第
１及び第２の電極２，３側の内部に交互に相対向する両
側面に露出するように複数の内部電極３２を設けたこと
である。そして第１、第２、第３の電極２，３，４を圧
電素子１の相対向する側面まで延長して形成することに
より、内部電極３２とそれぞれ電気的に接続している。

【００４０】このような内部電極３２を設けることによ
り、アクチュエータ２２の上下方向の屈曲変位量を更に
大きくすることができるので、図４に示すハードディス
クドライブに用いた場合、アクチュエータ２２を挟み込
むスライダ２０とサスペンション２３との弾性定数が大
きく異なったとしても磁気ヘッド部１４の上下方向の変
動を抑制し、安定した姿勢で精密な位置制御を行うこと
ができる。

【００４１】なお、内部電極３２を圧電素子１の第３の
電極４側にも設けることにより、アクチュエータ２２の
水平方向の屈曲変位量を大きくすることができ、図４に
示すハードディスクドライブに用いた場合、磁気ヘッド
２１による位置制御範囲を大きくすることができる。

【００４２】また、本実施の形態２においては第１、第
２、第３の電極２，３，４を圧電素子１の両主面に設け
ずに内部電極３２の露出した両側面のみに設けても構わ
ない。

【００４３】（実施の形態３）図９は本発明の実施の形
態３におけるアクチュエータの上面図である。

【００４４】実施の形態１と異なる点は、第１及び第２
の電極２，３を複数個に分割したことである。この構成
とした場合、一定の電圧を印加したとしても、この電圧
を印加する第１及び第２の電極２，３の数でアクチュエ
ータの屈曲変位量を制御することができる。

【００４５】従って、図４に示すハードディスクドライ
ブにこのアクチュエータを用いた場合、スライダ２０及
びサスペンション２３の弾性定数の違いによる屈曲変位
量に応じて圧電を印加する第１及び第２の電極２，３の
数を設定すれば良い。

【００４６】なお、第１及び第２の電極２，３を分割す
る時は、それぞれ任意の数に分割すれば良い。また分割
後のそれぞれの電極面積も任意に設定すれば良い。

【００４７】以下本発明のポイントについて記載する。

【００４８】（１）圧電素子１はほぼ直方体であるの
で、第１及び第２の電極２，３において電極不形成部を
圧電素子１の端部と平行に設けることにより、最も効率
的に電気エネルギーを機械エネルギーに変換することが
でき、図４に示すようなハードディスクドライブにおい
て磁気ヘッド２１の位置制御可能な範囲を大きくするこ
とができる。

【００４９】（２）第１及び第２の電極２，３はほぼ同
じ大きさに形成した。しかしながら図４に示すようなハ
ードディスクドライブにおいて、スライダ２０とサスペ
ンション２３に起因する屈曲変位が圧電素子１の短手方
向の両端部で異なる場合がある。このような場合は、電
極不形成部をずらして第１及び第２の電極２，３の大き
さを変えることにより、短手方向の屈曲変位量を変え
る。さらにこのアクチュエータをスライダ２０に固定す
る時にスライダ２０とサスペンション２３に起因する屈
曲変位が大きい方の側に第１及び第２の電極２，３の大
きい方が固定されるようにする。その結果、磁気ヘッド
部１４の上下方向の不要な変動も抑制することができ
る。

【００５０】（３）第１、第２の電極２，３よりも第３
の電極４を厚くするために、電極の形成方法を変えた。
電極厚みを変えるための方法として、例えば第１、第
２、第３の電極２，３，４を同様に形成し、第３の電極
４上に金属板を接着しても構わない。

【００５１】（４）第１、第２の電極２，３よりも第３
の電極４を厚くしたが、第１、第２の電極２，３を第３
の電極４よりも厚くしても構わない。すなわち屈曲変位
が生じるように圧電素子１の対向する両面に設けた電極
の厚みを変えることが必要なのである。

【００５２】（５）実施の形態１から実施の形態３にお
いては、図２に示すように第１と第３の電極２，４間と
第２と第３の電極３，４間の分極極性を変えて、駆動時
の印加電圧が同じ場合のアクチュエータについて説明し
たが、図１０に示すように第１と第３の電極２，４間と
第２と第３の電極３，４間の分極極性は同じで、駆動時
に第３の電極４をアース電極とし、第１、第２の電極
２，３の印加電圧の極性を変えることにより圧電素子１
の厚み方向の屈曲変位を発生させるようにしても同様の
効果が得られる。

【００５３】（６）ハードディスクドライブにアクチュ
エータを取り付ける場合スライダ２０とサスペンション
２３を挟み込むようにしたが、アクチュエータの一方の
面のみを磁気ヘッド部１４に固定しても構わない。この
時アクチュエータの第１、第２の電極２，３を設けた面
を例えばサスペンション２３あるいはスライダ２０など
の被移動体側にくるようにすることにより、磁気ヘッド
部１４の上下方向における不要変動を抑制することがで
きる。

【００５４】（７）上記各実施の形態においては電子機
器の一例としてハードディスクドライブを用いて説明し
たが、他にもＤＶＤ、ＣＣＤカメラ、ビデオカメラな
ど、被検知物に対してアクチュエータを取付けた検知体
を相対的に水平方向に移動させる際、微少移動制御と共
に姿勢制御が重要な電子機器において同様の効果を有す
るものである。

【００５５】

【発明の効果】以上本発明によると、アクチュエータを
電子機器に組込んだ場合、本来移動させるべき方向と異
なる方向への不要な変動を抑制することのできるアクチ
ュエータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるアクチュエータ
の斜視図

【図２】図１に示すアクチュエータの断面図

【図３】図１に示すアクチュエータの上面図

【図４】本発明の一実施の形態におけるハードディスク
ドライブの模式図

【図５】図４に示す磁気ヘッド部の斜視図

【図６】図４に示す磁気ヘッド部の側面図

【図７】図４に示すハードディスクドライブの動作を説
明するためのフローチャート

【図８】（ａ）本発明の実施の形態２におけるアクチュ
エータの横断面図 （ｂ）同縦断面図

【図９】本発明の実施の形態３におけるアクチュエータ
の上面図

【図１０】本発明の他の実施の形態におけるアクチュエ
ータの断面図

【図１１】従来のアクチュエータの斜視図

【図１２】従来のハードディスクドライブの模式図

【図１３】図１２に示す磁気ヘッド部の斜視図

【符号の説明】 １ 圧電素子 ２ 第１の電極 ３ 第２の電極 ４ 第３の電極 １０ ボード １１ アームアクチュエータ １２ 支持部 １３ スイングアーム １４ 磁気ヘッド部 １５ ディスク １６ スピンドルモータ ２０ スライダ ２１ 磁気ヘッド ２２ アクチュエータ ２３ サスペンション ３２ 内部電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5D042 LA01 MA15 5D059 AA01 BA01 CA14 CA25 DA19 EA08 5D096 NN03 NN07

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状の圧電素子と、この圧電素子の一面
   に設けた第１及び第２の電極と、前記圧電素子の他面に
   設けた第３の電極とを備え、前記圧電素子の前記第１の
   電極と前記第３の電極間に挟まれた部分と前記第２の電
   極と前記第３の電極間に挟まれた部分の一方は、分極時
   の印加電圧の極性と駆動時の印加電圧の極性とが異なる
   とともに前記第１、第２の電極と前記第３の電極とは厚
   みが異なる構成としたアクチュエータ。
2. 【請求項２】 第１、第２の電極あるいは第３の電極
   は、電極とこの電極に接着した金属板とを有する構成と
   した請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 【請求項３】 第１あるいは第２の電極の少なくとも一
   方を二つ以上に分割した請求項１に記載のアクチュエー
   タ。
4. 【請求項４】 第１の電極は第２の電極よりも小さくし
   た請求項１に記載のアクチュエータ。
5. 【請求項５】 圧電素子の内部に電極を設けた請求項１
   に記載のアクチュエータ。
6. 【請求項６】 支持部を有する駆動手段と、この支持部
   に一端側を接続した支持体と、この支持体の他端側に接
   続した被移動体と、この被移動体に設置した請求項１か
   ら請求項５のいずれか一つに記載のアクチュエータと、
   前記被移動体の下方に設けた被検知体とを備え、前記被
   移動体は少なくとも二つの部品で構成するとともに、前
   記二つの部品で前記アクチュエータを挟み込むように
   し、前記アクチュエータは電極の厚みの薄い方の面を前
   記部品の弾性定数の小さい方と接するようにした電子機
   器。
7. 【請求項７】 支持部を有する駆動手段と、この支持部
   に一端側を接続した支持体と、この支持体の他端側に接
   続した被移動体と、この被移動体に設置した請求項１か
   ら請求項５のいずれか一つに記載のアクチュエータと、
   前記被移動体の下方に設けた被検知体とを備え、前記ア
   クチュエータは電極厚みの薄い方の面を前記被移動体に
   固定した電子機器。