JP2002056635A - 記録/再生ヘッド位置決め用圧電アクチュエータ及びこれを用いた記録/再生ヘッド位置決め装置 - Google Patents
記録/再生ヘッド位置決め用圧電アクチュエータ及びこれを用いた記録/再生ヘッド位置決め装置Info
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- JP2002056635A JP2002056635A JP2000242512A JP2000242512A JP2002056635A JP 2002056635 A JP2002056635 A JP 2002056635A JP 2000242512 A JP2000242512 A JP 2000242512A JP 2000242512 A JP2000242512 A JP 2000242512A JP 2002056635 A JP2002056635 A JP 2002056635A
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- Moving Of The Head To Find And Align With The Track (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
わったり、繰り返し変位させても破損することのない記
録/再生ヘッド位置決め用圧電アクチュエータを提供す
る。 【解決手段】固定部12と可動部13とを有し、固定部
12と可動部13との間に、剪断モードで変位する3つ
の変位発生部14,15,16を並設してなり、上記各
変位発生部14,15,16を構成する圧電セラミック
スの分極方向が同じ方向となるように配置して記録/再
生ヘッド位置決め用圧電アクチュエータ11を構成す
る。
Description
外部記憶装置等に使用されている磁気記録装置又は光記
録装置に備える記録/再生ヘッド位置決め装置及びこれ
に用いる記録/再生ヘッド位置決め用圧電アクチュエー
タに関するものである。
速で回転する磁気ディスクや光ディスク(以下、単にデ
ィスクと称す)上に、記録/再生ヘッドを走査させ、記
録/再生ヘッドとディスクとの間で磁気作用又は光作用
によってディスク上に記録された情報を読み出したり、
ディスク上に情報を書き込むようになっており、上記記
録/再生ヘッドを所定位置に走査させる手段として記録
/再生ヘッド位置決め装置が用いられている。
装置の概略を示すように、このヘッド位置決め装置は、
回転軸5に嵌合された軸受部4を有し、該軸受部4に備
える支持アーム3に取着されたヘッドサスペンション2
の先端に記録/再生ヘッド1を備えたもので、不図示の
ボイスコイルモーターにより軸受部4を矢印の方向に駆
動させることで記録/再生ヘッド1をディスク6上の所
定位置まで移動させるようになっていた。
置の記録密度の向上に伴って、高BPI(Bit Pe
r Inch)化、高TPI(Track Per I
nch)化が要求されており、高BPI化のためには、
ディスク6の円周方向の記録密度を上げることが必要が
あり、また、高TPI化のためには、ディスク6の半径
方向の記録密度を上げることが必要となっている。そし
て、TPIの記録密度を上げるためには、記録/再生ヘ
ッド1の位置決め精度をトラックピッチの10%以下に
抑えることが求められている。
チは1μm以下であり、さらには0.5μm以下にまで
狭まる方向にあり、ボイスコイルモーターによる位置決
めでは、記録/再生ヘッド1の位置決め精度をトラック
ピッチの10%以下(トラックピッチ1μm以下の場
合、0.1μm以下)とすることが難しいものであっ
た。
記録/再生ヘッド1とヘッドサスペンション2との間に
圧電アクチュエータを配置し、この圧電アクチュエータ
を駆動させることにより記録/再生ヘッド1を微少移動
させ、記録/再生ヘッド1の位置決め精度を高めること
が提案されており、上記圧電アクチュエータとして、図
6に示すように、固定部22と可動部23とからなり、
固定部22と可動部23との間に縦振動(又は横振動)
する2つの変位発生部24,25を並設したものが開示
されている。そして、上記可動部23に記録/再生ヘッ
ド1を取着するとともに、固定部22にヘッドサスペン
ション2を取着し、上記圧電アクチュエータ21の一方
の変位発生部24を伸長させ、他方の変位発生部25を
縮長させることで可動部23を矢印Cの方向に変位さ
せ、各変位発生部24,25の伸縮を逆にすると、可動
部23を矢印Dの方向に変位させることができるように
なっていた。
数の圧電セラミック板の間に電極層を介在させて積層し
た板状体を用意し、サンドブラスト法によって図6に示
すような貫通孔を形成することにより一体的に形成する
ようになっていた(国際公開番号 WO98/1930
4号公報参照)。
示す圧電アクチュエータ21は、機械的強度の小さな圧
電セラミックスからなる2本の変位発生部24,25で
可動部23に取着された記録/再生ヘッド1を支持しな
ければならないことから、可動部23が変位する際に発
生する応力に屈して変位発生部24,25が破損した
り、あるいは外部から衝撃が加わると破損するといった
課題があった。
すことも考えられるが、上記圧電アクチュエータ21
は、例えば、一方の変位発生部24を圧電縦効果(又は
圧電横効果)によって伸長させ、他方の変位発生部25
を圧電縦効果(又は圧電横効果)によって縮長させる構
造であることから、3本目以上の変位発生部の変位量を
制御することが極めて難しく、実際には駆動させること
ができなかった。
数の圧電セラミック板の間に電極層を介在させて積層し
た板状体にサンドブラスト法によって貫通孔を形成する
ことにより製造するため、ブラスト処理時に、各変位発
生部24,25の幅が厚み方向において異なり、変位発
生部24,25の変位量にばらつきを生じる恐れもあっ
た。
題に鑑み、記録/再生ヘッド位置決め用圧電アクチュエ
ータを、固定部及び可動部と、該固定部と可動部との間
に並設され、剪断モードで変位する圧電セラミックスか
らなる少なくとも3つの変位発生部とから構成し、上記
各変位発生部を形成する圧電セラミックスの分極方向が
同じ方向となるように配置したことを特徴とする。
ミックスは、その圧電歪定数(d15)が600pm/V
以上であることが好ましく、また、圧電アクチュエータ
を構成する可動部及び/又は固定部は、各変位発生部と
接着剤にて接合したものが良い。
置決め用圧電アクチュエータを構成する可動部に、記録
/再生ヘッドを取着するとともに、上記記録/再生ヘッ
ド位置決め用圧電アクチュエータを構成する固定部に、
ヘッドサスペンションを取着して記録/再生ヘッド位置
決め装置を構成するか、あるいは上記記録/再生ヘッド
位置決め用圧電アクチュエータを構成する可動部に、記
録/再生ヘッドを備えたヘッドサスペンションを取着す
るとともに、上記記録/再生ヘッド位置決め用圧電アク
チュエータを構成する固定部に、支持アームを取着して
記録/再生ヘッド位置決め装置を構成したものである。
説明する。
決め用圧電アクチュエータの一例を示す斜視図で、この
記録/再生ヘッド位置決め用圧電アクチュエータ(以
下、単に圧電アクチュエータと言う)11は、圧電セラ
ミックスからなる固定部12と、絶縁セラミックスから
なる可動部13と、上記固定部12と可動部13との間
に所定の間隔を隔てて並設された圧電セラミックスから
なる3つの変位発生部14,15,16とからなり、上
記固定部12と上記各変位発生部14,15,16とは
一体的に形成するとともに、上記可動部13と上記各変
位発生部14,15,16とは接着剤にて接合してあ
る。
板状をなし、その側面にはそれぞれ電極17を備えると
ともに、各変位発生部14,15,16を形成する圧電
セラミックスには、矢印の方向に分極処理してある。
12を動かないように固定し、図2(a)(b)に示す
ように、各変位発生部14,15,16の右側に位置す
る電極17に正の電圧を、各変位発生部14,15,1
6の左側に位置する電極17に負の電圧をそれぞれ印加
すると、各変位発生部14,15,16を形成する圧電
セラミックスが、電極17間に印加された電界と、予め
分極処理によって付与された電界によって電極17間方
向に剪断モード変形を起こすため、可動部13を矢印A
の方向に変位させることができ、また、各変位発生部1
4,15,16の電極17間に印加する電圧の極性を反
転させると、可動部13を矢印Bの方向に変位させるこ
とができる。
によれば、各変位発生部14,15,16を剪断モード
変形によって変位させるようにしてあることから、可動
部23が縦振動(又は横振動)する変位発生部24,2
5によって変位する従来の圧電アクチュエータ21と比
較して可動部13の変位量を大きくすることができる。
剪断モード変形によって同じ方向に変位させることがで
きるため、固定部12と可動部13との間に3本以上の
変位発生部14,15,16を設けることができるた
め、図6に示す従来の圧電アクチュエータ21と比較し
て圧電アクチュエータ11の機械的強度を向上させるこ
とができる。その為、外部から衝撃が加わったり、可動
部13を繰り返し変位させても変位発生部14,15,
16の破損がなく、長期間にわたり安定して可動部13
を変位させることができる。なお、機械的強度を向上さ
せるためには、変位発生部の数を5本以上とすることが
好ましい。
精度を高めるためには、大きな変位量が得られる圧電ア
クチュエータ11を用いる必要があり、可動部13を大
きく変位させるためには、各変位発生部14,15,1
6を形成する圧電セラミックスとして、圧電歪定数d15
ができるだけ高いものを用いれば良く、好ましくは圧電
歪定数d15が600pm/V以上、さらに好ましくは圧
電歪定数d15が800pm/V以上であるものを用いる
ことが良い。
隔が狭い場合、各変位発生部14,15,16が変位す
ることにより固定部12や可動部13に歪みが発生し、
可動部13の変位量がばらつく恐れがあるが、図1の圧
電アクチュエータ11では、可動部13と各変位発生部
14,15,16とを接着剤を介して接合してあること
から、各変位発生部14,15,16が変位することに
より作用する力を接着層で吸収し、両隣の変位発生部1
4,15,16に伝わることを防止し、可動部13にお
ける変位量のばらつきを低減することができる。なお、
図1では可動部13と各変位発生部14,15,16と
を接着にて接合した例を示したが、固定部12と各変位
発生部14,15,16とを接着にて接合したものでも
良く、さらには固定部12及び可動部13をそれぞれ各
変位発生部14,15,16と接着にて接合したもので
も構わない。ただし、接着層の厚みが厚くなり過ぎる
と、各変位発生部14,15,16が変位することによ
り作用する力が吸収され、可動部13の変位量が小さく
なることから、接着層の厚みは10μm以下とすること
が良く、さらに10μm以下の厚みを有する接着層中に
フィラーを混入させたものを用いれば接着層の剛性を高
めることができて好ましい。
位することにより作用する力によって可動部13が歪ま
ないようにするためには、剛性の高い絶縁セラミックス
により形成することが好ましく、例えば、アルミナ、ジ
ルコニア、フォルステライト、ステアタイト、チタニア
等を用いることができ、これらの中でもフォルステライ
ト、ステアタイト、チタニアは圧電セラミックスと同程
度の切削性を有することから、加工性の点で好ましい。
きを抑えるためには、可動部13だけでなく、固定部1
2も接着にて変位発生部14,15,16と接合するよ
うにし、かつ固定部12を上述したアルミナ、ジルコニ
ア、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素、フォルス
テライト、ステアタイト、チタニア、サファイア、Ti
C系サーメット、TiN系サーメット、TiC−TiN
系サーメット等の絶縁セラミックスにより形成すること
が好ましい。
の製造方法について説明する。
ラミック板を用意する。圧電セラミックスとしては、チ
タン酸ジルコン酸鉛(PZT系)、ランタンチタン酸鉛
(PLZT系)、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN
系)、ニッケルニオブ酸鉛(PNN系)又はこれらの複
合材を主体とする圧電セラミックスを用いることができ
る。
を板厚方向に押し当て、所定の間隔を隔てて2列の溝を
形成した後、上記回転刃を溝と直角な方向に押し当てて
圧電セラミック板を分断することにより、溝を仕切る圧
電セラミック部を変位発生部14,15,16、各変位
発生部14,15,16を連結する圧電セラミック部を
固定部12とする部材を製作する。
とにより各変位発生部14,15,16を形成すれば、
各変位発生部14,15,16の幅を厚み方向にわたっ
て一定の幅とすることができるため、各変位発生部1
4,15,16の変位ばらつきを抑えることができる。
形成する圧電セラミックスの側面に、印刷法、メッキ
法、真空蒸着法、スパッタリング法、PVD法、CVD
法等によって金属膜を被着して電極17を形成する。電
極17を形成する金属膜の材質としては、白金、金、パ
ラジウム、ロジウム、ニッケル、クロム、アルミニウム
等の金属、あるいは、白金−金、パラジウム−銀、白金
−パラジウム等を主体とする合金を用いることができ、
さらに上記金属膜を複数層積層したものでも構わない。
の端部に、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、窒化アル
ミニウム、炭化珪素、フォルステライト、ステアタイ
ト、チタニア、サファイア、TiC系サーメット、Ti
N系サーメット、TiC−TiN系サーメット等の絶縁
セラミックスからなる可動部13を接着剤にて接合する
ことにより得ることができる。
動部13とを接合する接着剤としては、エポキシ系、ポ
リイミド系、フェノール系の熱硬化性接着剤を用いるこ
とができ、中でも接着強度と耐熱性の点でエポキシ系の
熱硬化性接着剤を用いることが好ましい。
を用いた記録/再生ヘッド位置決め装置の一例を図2を
用いて説明する。
転軸5に嵌合された軸受部4に備える支持アーム3に取
着されたヘッドサスペンション2の先端に、上記圧電ア
クチュエータ11を介して記録/再生ヘッド1を取着し
たもので、圧電アクチュエータ11の固定部12をヘッ
ドサスペンション2の先端と取着するとともに、圧電ア
クチュエータ11の可動部13を記録/再生ヘッド1と
取着してある。
置を用いて記録/再生ヘッド1をディスク6上の所定位
置に位置決めするには、不図示のボイスコイルモーター
により軸受部4を回転させて記録/再生ヘッド1をディ
スク6上の所定位置近傍まで移動させた後、圧電アクチ
ュエータ11を変位させて記録/再生ヘッド1を微少移
動させることによりディスク6の所定位置に移動させる
ことができ、上記圧電アクチュエータ11は大きな変位
量を得られることから、トラックピッチが1μm以下で
あるディスク6に対しても記録/再生ヘッド1の位置決
め精度をトラックピッチの10%以下とすることができ
る。
アクチュエータ11は、固定部12と可動部13の間に
3本の変位発生部14,15,16を有し、高強度であ
ることから、外部から衝撃が加わったり、記録/再生ヘ
ッド1を支持した状態で可動部13を繰り返し変位させ
たとしても各変位発生部14,15,16を破損するこ
とがなく、長期間にわたって用いることができる。
1を用いた記録/再生ヘッド位置決め装置の他の例を図
3を用いて説明する。
転軸5に嵌合された軸受部4に備える支持アーム3の先
端に、上記圧電アクチュエータ11を介して記録/再生
ヘッド1を備えたヘッドサスペンション2を接合したも
ので、圧電アクチュエータ11の固定部12を支持アー
ム3の先端に取着するとともに、圧電アクチュエータ1
1の可動部13をヘッドサスペンション2の後端に取着
してある。
置を用いて記録/再生ヘッド1をディスク5上の所定位
置に位置決めするには、不図示のボイスコイルモーター
にて軸受部4を回転させて記録/再生ヘッド1をディス
ク6上の所定位置近傍まで移動させた後、圧電アクチュ
エータ11を変位させて記録/再生ヘッド1を備えたヘ
ッドサスペンション2を微少移動させることによりディ
スク6の所定位置に移動させることができ、上記圧電ア
クチュエータ11は大きな変位量を得られることから、
トラックピッチが1μm以下であるディスク6に対して
も記録/再生ヘッド1の位置決め精度をトラックピッチ
の10%以下とすることができる。
サスペンション2を支持する圧電アクチュエータ11
は、固定部12と可動部13の間に3本の変位発生部1
4,15,16を有し、高強度であることから、外部か
ら衝撃が加わったり、記録/再生ヘッド1を備えたヘッ
ドサスペンションを支持した状態で可動部13を繰り返
し変位させたとしても各変位発生部14,15,16を
破損することがなく、長期間にわたって用いることがで
きる。
が、本発明はこれらの実施形態だけに限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良で変更で
きることは言う迄もない。
数d15が500pm/V、600pm/V、800pm
/Vである、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電
セラミック板を用意し、予め板厚方向に分極処理を施し
た後、ダイヤモンド砥粒を固着した回転刃を板厚方向に
押し当て、複数の溝を並設し、次いで上記回転刃を溝と
直角な方向に押し当てて圧電セラミック板を切断するこ
とにより、各溝を仕切る圧電セラミック部を変位発生
部、各変位発生部を連結する圧電セラミック部を固定部
としてなる部材を製作した。この時、各変位発生部の
幅、長さ、厚みは表1に示す寸法とした。
ミックスの側面に、スパッタリング法によって金からな
る金属膜を被着して電極を形成し、しかる後、各変位発
生部とチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミ
ックスからなる可動部をエポキシ系接着剤を介して接合
することにより圧電アクチュエータを製作した。
定し、各変位発生部の電極間に±20Vの電圧を印加し
て変位させ、可動部の変位量を上方よりレーザー変位計
を用いて測定した。
アクチュエータ11を、図3に示す記録/再生ヘッド位
置決め装置の支持アーム3とヘッドサスペンション2と
の間に配置し、圧電アクチュエータの電極に±20Vの
電圧を印加して可動部を1億回変位させた時の変位発生
部の破断の有無を双眼顕微鏡及びSEM写真で観察し、
圧電アクチュエータ11の耐久性について調べる実験を
行った。
ることで、圧電アクチュエータの破損を防止できた。
圧電セラミックスの圧電歪定数(d 15)を600pm/
V以上とすることで可動部の変位量を0.1μm以上と
大きな変位量が得られることが判る。 (実施例2)次に、実施例1の表1に示した試料No1
〜21の圧電アクチュエ―タを、図3に示す記録/再生
ヘッド位置決め装置のヘッドサスペンション2と記録/
再生ヘッド1との間に配置し、圧電アクチュエータの電
極に±20Vの電圧を印加して可動部を1億回変位させ
た時の変位発生部の破断の有無を双眼顕微鏡及びSEM
写真で観察し、圧電アクチュエータの耐久性について調
べる実験を行った。
の数を3つ以上とすることで、変位発生部の破損を防止
できた。
圧電セラミックスの圧電歪定数(d 15)を600pm/
V以上とすることで可動部の変位量を0.1μm以上と
大きな変位量が得られることが判る。 (実施例3)次に、表1の試料No4における圧電アク
チュエータのうち、可動部と固定部をそれぞれ変位発生
部に接着にて接合するとともに、可動部を形成するチタ
ン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミックスに換
え、アルミナ、ジルコニア、フォルステライト、ステア
タイト、チタニア、ガラス、エポキシ樹脂を用いた時の
可動部(試料No.43〜48,50,51)の変位量
とそのばらつき具合を測定するとともに、表1の試料N
o4における圧電アクチュエータのうち、固定部も別体
とし、該固定部をアルミナで形成するとともに、エポキ
シ系接着剤で変位発生部に接合した時の可動部(試料N
o.49)の変位量とそのばらつき具合について調べる
実験を行った。結果は表3に示す通りである。
一方にPZT(圧電セラミックス)、アルミナ、ジルコ
ニア、フォルステライト、ステアタイト、チタニア、ガ
ラスを用いれば、剛性が高く、軽量であることから、可
動部の変位量が大きく、また変位のばらつきも小さく優
れていた。
する際の回転刃による加工性を評価したところ、試料N
o.4,45〜50は回転刃の速度を換えることなく快
適に加工できるが、試料No.43,44は回転刃の速
度を若干遅くする必要があり、試料No.51は回転刃
の砥粒の目詰まりが多く、加工性はそれほど良くなかっ
た。
質で形成する場合、フォルステライト、ステアタイト、
チタニア、ガラスを用いれば良いことが判る。
ド位置決め用圧電アクチュエータによれば、固定部及び
可動部と、該固定部と可動部との間に並設され、剪断モ
ードで変位する圧電セラミックスからなる少なくとも3
つの変位発生部とからなり、上記各変位発生部を構成す
る圧電セラミックスの分極方向が同じ方向となるように
配置して構成したことから、可動部を大きく変位させる
ことができるとともに、繰り返し可動部を変位させても
十分な強度を有することから変位発生部の破損がなく、
長期間にわたり使用することができる。
ミックスとして、その圧電歪定数(d15)が600pm
/V以上であるものを用いることで、より一層大きな変
位量が得られ好適である。
部及び/又は固定部を変位発生部と接着剤にて接合して
構成することにより、変位発生部が変位する際に可動部
や固定部が変形することを防止し、可動部の変位量が低
下したり、変位量がばらつくことを防止することができ
る。
決め用圧電アクチュエータを構成する可動部に、記録/
再生ヘッドを接合するとともに、上記記録/再生ヘッド
位置決め用圧電アクチュエータを構成する固定部に、ヘ
ッドサスペンションを接合して記録/再生ヘッド位置決
め装置を構成するか、あるいは上記記録/再生ヘッド位
置決め用圧電アクチュエータを構成する可動部に、記録
/再生ヘッドを備えたヘッドサスペンションを接合する
とともに、上記記録/再生ヘッド位置決め用圧電アクチ
ュエータを構成する固定部に、支持アームを接合して記
録/再生ヘッド位置決め装置を構成することにより、ボ
イスコイルモーターでは得られない記録/再生ヘッドの
微少移動が可能であることから、トラックピッチが1μ
m以下であるディスクに対しても記録/再生ヘッドの位
置決め精度をトラックピッチの10%以下とすることが
でき、ディスクへの確実な書き込みやディスクからの確
実な読み出しを行うことができる。
アクチュエータの一例を示す斜視図である。
位置決め用圧電アクチュエータの駆動原理を説明するた
めの平面図である。
生ヘッド位置決め装置の一例を示す斜視図である。
生ヘッド位置決め装置の他の例を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
ュエータを備えた記録/再生ヘッド位置決め装置の主要
部を示す斜視図である。
Claims (5)
- 【請求項1】固定部と可動部を有し、該固定部と可動部
との間に、剪断モードで変位する圧電セラミックスから
なる少なくとも3つの変位発生部を並設してなり、上記
各変位発生部を構成する圧電セラミックスの分極方向が
同じ方向となるように配置してあることを特徴とする記
録/再生ヘッド位置決め用圧電アクチュエータ。 - 【請求項2】上記変位発生部を構成する圧電セラミック
スの圧電歪定数(d15)が600pm/V以上であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の記録/再生ヘッド位置
決め用圧電アクチュエータ。 - 【請求項3】上記可動部及び/又は固定部が、上記各変
位発生部と接着にて接合してあることを特徴とする請求
項1又は請求項2に記載の記録/再生ヘッド位置決め用
圧電アクチュエータ。 - 【請求項4】請求項1乃至請求項3に記載の記録/再生
ヘッド位置決め用圧電アクチュエータを構成する可動部
に、記録/再生ヘッドを取着するとともに、上記記録/
再生ヘッド位置決め用圧電アクチュエータを構成する固
定部に、ヘッドサスペンションを取着したことを特徴と
する記録/再生ヘッド位置決め装置。 - 【請求項5】請求項1乃至請求項3に記載の記録/再生
ヘッド位置決め用圧電アクチュエータを構成する可動部
に、記録/再生ヘッドを備えたヘッドサスペンションを
取着するとともに、上記記録/再生ヘッド位置決め用圧
電アクチュエータを構成する固定部に、支持アームを取
着したことを特徴とする記録/再生ヘッド位置決め装
置。
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---|---|---|---|
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