JP2001503552A - バイモルフ圧電マイクロアクチュエータのヘッドとフレクシャとの組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 アクチュエータアーム１６とヘッドサスペンション１８とを有するディスクドライブシステム１０内の回転可能なディスク３０の選択トラック３４上方に変換ヘッド２５を位置決めするためのヘッドとフレクシャとの組立体４０は、第１と第２の端部を有するバイモルフ圧電マイクロアクチュエータ４６を含んでいる。マイクロアクチュエータ４６の第１端部は、アクチュエータアーム１６に取付けられ、フレクシャ２２は、マイクロアクチュエータ４６の第２端部に取付けられている。フレクシャ２２には、変換ヘッド２５を保持するスライダ２４が取付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】 バイモルフ圧電マイクロアクチュエータのヘッドとフレクシャとの組立体 発明の背景 本発明は、ディスクドライブシステム用のマイクロアクチュエータに関し、よ り詳しく言えば、ヘッドとフレクシャとの組立体に組込まれたバイモルフ圧電マ イクロアクチュエータ・モータに関するものである。 高性能ディスクドライブに対して要求される半径方向データトラックの記録密 度は、高くなり続けており、このため、トラックピッチの減少に適応するために 、ヘッド・マイクロポジショニング装置には、より高い分解能が必要とされてい る。例えば音声コイルモータ（VCM）を用いた従来のアクチュエータには、要求 される分解能を達成する精度が欠けている。このため、高精度の半径方向の数ト ラックを横切ってヘッドの位置を調節可能な付加的なマイクロアクチュエータを 、ディスクドライブ内に備えねばならない。 変換ヘッドの精密な運動を生じさせるために、いくつかの解決策が提案されて いる。マイクロアクチュエータに関する提案には、スライダに直接取付けられた マイクロモータや、ヘッドサスペンションをアクチュエータアームに結合するヘ ッド取付けブロックに備えられた圧電マイクロアクチュエータを含むいくつかの 形式がある。しかし、簡単に製造できることと、高い運動／印加電圧比、所定運 動用の十分な力、マイクロアクチュエータの十分な周波数応答を含む優れた性能 特性とを兼ね備えた広く受入れられるマイクロアクチュエータ設計は得られてい ない。 したがって、製造が簡単で、優れた性能特性を有するマイクロアクチュエータ 設計が、技術的に必要である。 発明の要約 本発明は、アクチュエータアームとヘッドサスペンションとを有するディスク ドライブシステムの回転可能なディスクの選択されたトラックの上方への変換ヘ ッド位置決め用のヘッドとフレクシャ(若しくはたわみ部材)との組立体である。 ヘッドとフレクシャとの組立体には、第１と第２の端部を有するバイモルフ圧電 マイクロアクチュエータが含まれている。マイクロアクチュエータの第１端部は 、ヘッドサスペンションに取付けられ、フレクシャはマイクロアクチュエータの 第２端部に取付けられている。変換ヘッドを保持するスライダはフレクシャに取 付けられている。 一実施例の場合、マイクロアクチュエータの第１端部が、スエージ板のスエー ジ加工フラップによってクランプされている。スエージ板自体はヘッドサスペン ションに取付けられている。この実施例の一形式では、フレクシャはマイクロア クチュエータ第２端部に結合されたスエージ加工フラップを有している。 本発明の別の態様によれば、バイモルフ圧電マイクロアクチュエータは、第１ と第２の圧電層と、圧電層の間に配置された金属シムとを有している。第１の導 体層は第１の圧電層を覆い、第１の絶縁被覆が第１の導体層を覆っている。第２ の導体層は第２の圧電層を覆い、第２の絶縁被覆が第２の導体層を覆っている。 簡単な図面の説明 図１は、ディスクのトラック上方でのスライダ位置決め用のディスクドライブ システムの平面図。 図２は、本発明によるスエージ加工されたバイモルフ圧電マイクロアクチュエ ータを有するヘッドとフレクシャとの組立体の斜視図。 図３は、図２に示したバイモルフ圧電マイクロアクチュエータの平面図。 図４は、図２に示したバイモルフ圧電マイクロアクチュエータの別の実施例の 平面図。 図５は、図２に示したスエージ加工されたバイモルフ圧電マイクロアクチュエ ータを有するヘッドとフレクシャとの組立体と、更に変換ヘッドと圧電マイクロ アクチュエータへの接続用の可撓性電線の配線例とを示す平面図。 好適実施例の詳細な説明 図１の平面図には、ディスク３０のトラック３４の上方にスライダ２４を位置 決めするディスクドライブ作動システム１０が示されている。作動システム１０ は、軸線１４を中心として作動アーム１６を旋回させるように構成された音声コ イルモータ(VCM)１２を有している。ヘッドサスペンション１８は、ヘッド取付 けブロック２０のところで作動アーム１６に結合されている。フレクシャ(若し くはたわみ部材)２２がヘッドサスペンション１８の端部に結合されて、スライ ダ２４をディスク３０から上方の僅かな間隔のところで浮動させるようになって いる。スライダ２４は、ディスク３０のトラック３４に対するデータの読出しお よび／または書込み用の変換ヘッド（図１には図示せず）保持している。ディス ク３０は、軸線３２を中心として回転し、それによってスライダ２４はあおりを 受け、ディスク３０の表面上方に維持される。 VCM１２は選択的に操作されて、軸１４を中心として作動アーム１６を運動さ せ、それによりディスク３０の複数トラック３４の間でスライダ２４を移動させ る。しかし、高いトラック密度を有するディスクドライブシステムの場合、VCM １２には、ディスク３０の選択されたトラック３４上方に変換ヘッドを位置決め するための十分な分解能が欠けている。したがって、高分解能のマイクロアクチ ュエータも必要である。 図２は、本発明のスライダ２４とフレクシャ２２との斜視図である。スエージ 板４２は、作動アーム１６（図１）の遠位端に取付けるための穴４４を有してい る。圧電層４６ａ，４６ｃを有するバイモルフ圧電マイクロアクチュエータ４６ は、一端がスエージ板４２のスエージ加工フラップ４５によってクランプされ、 他端がスエージ加工フラップ４７によってフレクシャ２２に固定されている。ス エージ加工はマイクロアクチュエータ４６を取付ける１例として挙げたものであ る。他の取付け形式を用い得ることは、当業者には明らかだろう。スエージ板４ ２は、穴４４を介して、または類似の結合機構を介してアクチュエータアーム１ ６に結合されている。スライダ２４は、技術上公知の形式でフレクシャ２２に取 付けられている。図２に示した好適実施例では、スライダ２４の後縁がジンバル 点４８で舌状部４９に取付けられている。スライダ２４は、その遠位端に変換へ ッド２５を有している。スエージ板４２と、マイクロアクチュエータ４６と、フ レクシャ２２と、スライダ２４とを組立てる工程は、製造効率を改善するために 、自動化できる。 作動時、電圧がバイモルフ圧電マイクロアクチュエータ４６の圧電層４６ａ， ４６ｃに印加されることで、圧電層の一方が膨張し、他方がスエージ板４２とフ レクシャ２２との間の長さに沿って収縮する。それにより、マイクロアクチュエ ータ４６が矢印５１の方向に曲げられる。マイクロアクチュエータ４６の曲げが 矢印５１の方向に生じるのは、スエージ板４２に結合されている箇所で、マイク ロアクチュエータが拘束されるからである。図１に概略的に示した形式でディス クドライブシステムにスライダとフレクシャとが備えられている場合、マイクロ アクチュエータ４６の運動の結果、対応してフレクシャ２２およびスライダ２４ の運動が生じ、それによりディスクのトラックに対する変換ヘッド２５の位置が 選択的に変化せしめられる。 図３は、スエージ板４２のスエージ加工フラップ４５により一端が拘束された 圧電マイクロアクチュエータ４６の拡大図である。マイクロアクチュエータ４６ は、第１圧電層４６ａと、第２圧電層４６ｃと、導電性接着剤により圧電層間に 接着された中央の金属シム４６ｂとを有している。図３に示した「並列」配列で は、圧電層４６ａ，４６ｃは矢印５２ａ，５２ｃの方向に極性を与えられている 。第１の電圧が、端子５４ａからは圧電層４６ａに印加され、端子５４ｃからは 圧電層４６ｃに印加される。第２の電圧は、端子５４ｂから金属シム４６ｂに印 加される。このため、「並列」配列では、端子に印加された第１と第２の電圧に 応じて、圧電層４６ａは収縮し、圧電層４６ｃは膨張する。その結果、圧電マイ クロアクチュエータ４６の曲げ運動（破線で示す）が生じる。これは、スエージ 板４２がマイクロアクチュエータ４６の一端を拘束しているためである。マイク ロアクチュエータ４６の曲げ量、ひいては、フレクシャ２２を介してマイクロア クチュエータ４６に結合されているスライダ２４の変位量（図２）は、端子５４ ａ，５４ｂ，５４ｃへ印加される電圧によって精密に制御される。したがって、 マイクロアクチュエータ４６は、ディスクの選択トラック上方でスライダ２４の 高分解能位置決めを行うことができる。 図４に示した別の実施例では、圧電マイクロアクチュエータ４６は、「直列」 配列で構成されている。圧電層４６ａは矢印５６ａの方向に、また圧電層４６ｃ は矢印５６ｃで示した反対方向に、それぞれ極性を与えられている。第１電圧は 、端子５４ａから圧電層４６ａへ、また第２電圧は、端子５４ｃから圧電層４６ ｃへ、それぞれ印加される。その結果、圧電マイクロアクチュエータ４６は、破 線 で示したように曲げられる。これは、マイクロアクチュエータ４６の一端がスエ ージ板４２によって拘束されているからである。「直列」配列は、最も簡単かつ 最も経済的である。なぜなら、圧電層４６ａ，４６ｃの外側面に２つだけ接続部 を設ければよいからである。しかし、「直列」配列は、図３に示した「並列」配 列より、印加電位の電圧当りのたわみが小さい。「並列」配置は、より複雑であ り、３つの電気接続部を必要とし、追加接続部が中央のシムに設けられる。図３ と図４に示した配列のどちらもが、ディスクの選択トラック上方にスライダ２４ の高分解能での位置決めをするのに使用し得るものである。 図５は、図２に全体を示した本発明によるヘッドとフレクシャとの組立体４０ の平面図である。図５には、ほかにマイクロアクチュエータ層４６ａ〜４６ｃお よび変換ヘッド２５のそれぞれへの接続用の可撓性の導電線６０，６２の配線例 が示されている。変換ヘッド２５への導電線６２は、好ましくはヘッドとフレク シャとの組立体４０の側部に沿って配設され、スエージ加工フラップ４７ｂ、圧 電層４６ｃ、スエージ板４２の外周のそれぞれに沿って延在し、ディスクドライ ブシステム内の他の箇所にある制御回路に接続されている。端子５２ａ，５４ｂ ，５２ｃへの接続用導電線６０は、概して、スエージ加工フラップ４７ａ、圧電 層４６ａ、スエージ板４２の外周のそれぞれに沿って延び、ディスクドライブシ ステムの他の箇所にある制御回路に接続されている。端子５４ａ，５４ｂ，５４ ｃは、好ましくはマイクロアクチュエータ層４６ａ，４６ｂ，４６ｃの遠位端を 覆う絶縁層５８内に設けられる。 図５に示した配線は一例に過ぎず、他の配線も採用できることは当業者には明 らかだろう。例えば、圧電マイクロアクチュエータ用の制御回路を直接にフレク シャ２２、マイクロアクチュエータ層４６ａ〜４６ｃ、スエージ板４２、絶縁層 ５８のいずれか上に配置し、マイクロアクチュエータ層４６ａ〜４６ｃへ適当に 配線することも可能である。スエージ板４２自体は、接地され、金属シム４６ｂ または電極６６ａ，６６ｂへ接続できる。導電線６０，６２が、バイモルフ圧電 マイクロアクチュエータ４６ａ〜４６ｃと、変換ヘッド２５を保持するスライダ ２４との運動および位置決めを妨害することの無い配線であればよい。 導電電極６６ａ，６６ｂは、それぞれ圧電層４６ａ，４６ｃに隣接配置されて いる。導電電極６６ａ，６６ｂは、更にそれぞれ絶縁層６８ａ，６８ｂによって 絶縁されている。絶縁層６８ａ，６８ｂは、好ましくは付加的なエポキシ被覆を 有しており、絶縁層６８ａとスエージ加工フラップ４５ａ，４７ａとの機械的結 合、並びに絶縁層６８ｂとスエージ加工フラップ４５ｂ，４７ｂとの機械的結合 は、エポキシ接着剤によってなされている。電極６６ａ，６６ｂは、したがって スエージ板４２およびフレクシャ２２に関連する電圧からは電気的に絶縁されて いる。スエージ板４２の電圧が電極６６ａ，６６ｂに印加されるように、端子を 配置するには、導電バイアまたは導電線により、電極６６ａ，６６ｂをスエージ 加工フラップ４５ａ，４５ｂにそれぞれ電気接続する。本発明を実施するには、 種々の端子および接続部の配置、構成が可能であることは、当業者には明らかだ ろう。 本発明のバイモルフ圧電マイクロアクチュエータでは、マイクロアクチュエー タ内に誘起される比較的小さい力に応じて、ディスクドライブシステム内でスラ イダが比較的大きな、高分解能の変位が可能になる。例えば、0.3インチ（7.62m m）長さのマイクロアクチュエータの場合、マイクロアクチュエータの先端での 変位は、10ボルトDCの場合、僅か約５ミリニュートンの力で41.5マイクロインチ （1.0541μｍ）である（フレクシャの長さが加わるため、変換ヘッドの変位は、 さらに大きくなる）。前記マイクロアクチュエータ構成の場合、5キロヘルツ以 上の周波数が可能である。バイモルフ圧電マイクロアクチュエータの長さは、変 換ヘッドの変位、電圧、力、マイクロアクチュエータ周波数の間の所望の関係に 応じて、変更できる。本発明では、製造が簡単な設計で優れた性能特性が得られ る。 以上、本発明を好適実施例については説明したが、当業者には、本発明の精神 および範囲を逸脱することなしに、形式および細部に種々の変更を加え得ること が分かるであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バリナ，ジェフリー，ジー. アメリカ合衆国カリフォルニア，ソミス, ラカンブル ロード 6433 (72)発明者 モハジェラニ，クホスロウ アメリカ合衆国カリフォルニア，ニューベ リィ パーク，カルレ ロマ ビスタ 3911

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. アクチュエータアームとヘッドサスペンションとを有するディスクドライ ブシステム内の回転可能なディスクの選択されたトラック上方に変換ヘッドを位 置決めするためのヘッドとフレクシャとの組立体において、前記組立体が、 第１端部と第２端部とを有するバイモルフ圧電マイクロアクチュエータと、 マイクロアクチュエータの第１端部をアクチュエータアームに取付ける取付け 手段と、 バイモルフ圧電マイクロアクチュエータの第２端部に取付けられたフレクシャ と、 フレクシャに取付けたスライダとを含み、該スライダが変換ヘッドを保持して いる、ヘッドとフレクシャとの組立体。 2. 前記取付け手段が、バイモルフ圧電マイクロアクチュエータの第１端部を クランプするようにスエージ加工されたフラップを有するスエージ板を含んでい る、請求項１に記載されたヘッドとフレクシャとの組立体。 3. 前記フレクシャが、バイモルフ圧電マイクロアクチュエータの第２端部に 連結されたスエージ加工フラップを含んでいる、請求項１に記載されたヘッドと フレクシャとの組立体。 4. 前記バイモルフ圧電マイクロアクチュエータに、 第１の圧電層が含まれ、該圧電層が、第１方向への極性を与えられ、かつ第１ 電位を受取るための第１端子を有しており、また 第２の圧電層が含まれ、該圧電層が、第１方向への極性を与えられ、かつ第１ 電位を受取るための第２端子を有しており、更に 金属シムが含まれ、該金属シムが第１と第２の圧電層間に配置され、かつ第２ の電位を受取るための第３端子を有している、請求項１に記載されたヘッドとフ レクシャとの組立体。 5. 前記バイモルフ圧電マイクロアクチュエータに、更に 第１導電層が含まれ、該第１導電層が、第１圧電層を覆い、かつ第１端子に電 気接続されており、また 第１導電層を覆う第１絶縁被覆が含まれており、更に 第２導電層が含まれ、該第２導電層が、第２圧電層を覆い、かつ第２端子に電 気接続されており、更にまた 前記第２導電層を覆う第２絶縁被覆が含まれている、請求項４に記載されたヘ ッドとフレクシャとの組立体。 6. 前記第１と第２の絶縁被覆が、前記取付け手段にエポキシ接着剤で接着さ れている、請求項５に記載されたヘッドとフレクシャとの組立体。 7. 前記バイモルフ圧電マイクロアクチュエータに、 第１圧電層が含まれ、該圧電層が、第１方向に極性を与えられ、かつ第１電位 を受取るための第１端子を有しており、また 第２圧電層が含まれ、該導電層が、第１方向と反対の第２方向に極性を与えら れ、かつ第２電位を受取るための第２端子を有しており、更に 第１と第２の圧電層間に取付けられた金属シムが含まれている、請求項１に記 載されたヘッドとフレクシャとの組立体。 8. 前記バイモルフ圧電マイクロアクチュエータに、 第１導電層が含まれ、該導電層が、第１圧電層を覆い、かつ第１端子に電気接 続されており、また 第１導電層を覆う第１絶縁被覆が含まれており、更に 第２導電層が含まれ、該導電層が、第２圧電層を覆い、かつ第２端子に電気接 続されており、更にまた 前記第２導電層を覆う第２絶縁被覆が含まれている、請求項７に記載されたヘ ッドとフレクシャとの組立体。 9. 前記第１と第２の絶縁層が、前記取付け手段にエポキシ接着剤で接着され ている、請求項８に記載されたヘッドとフレクシャとの組立体。