JP2001339967A - 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の他面側の内部に第
１、第２の電極２，３と対向するように設けた第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ものである。

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
を行うこととなる。

【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が上下方向に変動す
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
電素子の他面側内部に前記第１、第２の電極に対向する
ように設けた第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
なるものであり、第３の電極を内部に設けることによ
り、圧電素子の分極方向の変位量の不均一性から生じる
屈曲変位と、このアクチュエータを電子機器に組込んだ
場合のアクチュエータ上下面の弾性定数の違いにより生
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側内部に前記
第１、第２の電極に対向するように設けた第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。

【００１２】請求項３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。

【００１３】請求項４に記載の発明は、圧電素子の第
１、第２の電極側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。

【００１４】請求項５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４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、前記アクチュエータは第１、第
２の電極側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、第３の電極を内部に設け
ることにより、圧電素子の分極方向の変位量の不均一性
から生じる屈曲変位と、このアクチュエータを電子機器
に組込んだ場合のアクチュエータの上下面の弾性定数の
違いにより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。

【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４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第１、第２の電
極側の面のみを前記被移動体に固定したものである電子
機器であり、第３の電極を内部に設けることにより圧電
素子の分極方向の変位量の不均一性から生じる屈曲変位
と、このアクチュエータを電子機器に組込んだ場合のア
クチュエータの上下面の弾性定数の違いにより生じる屈
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】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。

【００１７】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態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、５は外部電
極、６は接続電極である。

【００１８】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ときのアクチュエータの伸縮方向を
矢印で示している。

【００１９】さらに図４は例えば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の他端部に接続した磁気ヘッド部、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。

【００２０】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に取り付
けた磁気ヘッド、２２はスライダ２０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。

【００２１】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。

【００２２】まず、ＰＺＴ（ＰｂＴｉＺｒＯ₃）を主成
分とした圧電セラミック粉体(チタン酸ジルコン酸鉛系
圧電セラミックス材料)に有機結合材、可塑剤、有機溶
媒を所定量配合し、スラリー混合を行い、シート成形用
スラリーを得る。

【００２３】その後、ドクターブレード法によってシー
ト成形を行い、所定厚みのセラミックグリーンシートを
得る。

【００２４】次に、このセラミックグリーンシートに、
第３の電極４と外部電極５の電気的接続を得るためのホ
ールを形成した後、ホール部分のみに金属ペーストを充
填して接続電極６を設ける。

【００２５】次いで、金属ペーストを用いて前記セラミ
ックグリーンシート上に第３の電極４を形成する。

【００２６】その後第３の電極４の上にセラミックグリ
ーンシートを積層し焼成し圧電基板を得る。

【００２７】次いでこの圧電基板のホール形成面及びこ
のホール形成面と対向する面に、第１、第２の電極２，
３を形成すると共に、第３の電極４と電気的に接続され
た外部電極５を形成し、アクチュエータを得る。

【００２８】その後図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。

【００２９】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。

【００３０】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を設けたものであ
る。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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
の場合は収縮し、逆に分極極性と印加電圧の極性が異な
る場合は伸びることとなる。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。

【００３４】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。

【００３５】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）。

【００３６】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。

【００３７】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）。

【００３８】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）。

【００３９】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。

【００４０】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。本発
明のアクチュエータでは、分極方向の変位量の分布の不
均一性から上下面方向の屈曲変位が発生する。

【００４１】従ってこの屈曲変位とスライダ２０とサス
ペンション２３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。

【００４２】（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。

【００４３】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こ
とである。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】（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。

【００４７】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。

【００４８】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
量に応じて電圧を印加する第１及び第２の電極２，３の
数を設定すれば良い。

【００４９】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。

【００５０】以下本発明のポイントについて記載する。

【００５１】（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。

【００５２】（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２２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。

【００５３】（３）本発明のように第３の電極４を圧電
素子１の内部に設ける場合、外部電極５を圧電素子１の
表面に形成し電気的に接続することにより、電子機器に
組込む場合の電気的接続を容易にとることができる。ま
た第３の電極４と外部電極５との接続方法は、実施の形
態１に示すように圧電素子１の内部に接続電極６を設け
る方法でも、実施の形態３に示すように外部電極５を圧
電素子１の側面に至るように設けることによる方法でも
いずれの方法でも構わない。

【００５４】（４）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。

【００５５】（５）ハードディスクドライブにアクチュ
エータ２２を取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２２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２２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。

【００５６】（６）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。

【００５７】

【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 ５ 外部電極 ６ 接続電極 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 (6)

【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側
   内部に前記第１、第２の電極に対向するように設けた第
   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ように構成
   したアクチュエータ。
2. 【請求項２】 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。
3. 【請求項３】 第１の電極は第２の電極よりも小さい請
   求項１に記載のアクチュエータ。
4. 【請求項４】 圧電素子の第１、第２の電極側の内部に
   電極を設けた請求項１に記載のアクチュエータ。
5. 【請求項５】 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４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、
   前記アクチュエータは第１、第２の電極側の面を前記部
   品の弾性定数の小さい方と接するようにした電子機器。
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４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
   クチュエータは第１、第２の電極側の面のみを前記被移
   動体に固定した電子機器。