JP2004180496A - 圧電体アクチュエータの駆動方法および圧電体アクチュエータ並びにこれを用いたディスク記録再生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧電体素子1が正の抗電界EC2と負の抗電界EC1との値の絶対値が異なる非対称な分極−電界ヒステリシス特性を有し、その膜厚方向で、かつ抗電界の絶対値が小さい方向に分極しており、膜厚方向に対して直交する方向に圧電体素子1を変位させて位置制御を行うための位置制御電圧Q1として、抗電界の絶対値が大きな方向に対しては、この抗電界の値の0.4以下の電界に相当する電圧を圧電体素子1の膜厚方向に印加する。さらに、分極の劣化を回復させる分極回復電圧Q2を、位置制御電圧Q1に重畳して印加、位置制御電圧Q1と切り換えて印加、または位置制御電圧Q1を印加しないときに印加することで分極の劣化を回復させる。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の第1の実施の形態の圧電体アクチュエータの制御回路ブロック図である。圧電体素子1は、第1の導電体3、第2の導電体4およびこれらによって挟まれた圧電体薄膜2から構成されている。なお、第1の導電体3、第2の導電体4および圧電体薄膜2は、スパッタリング等の薄膜技術により形成され、フォトリソとエッチングにより図示するような直方体形状に加工される。この圧電体素子1の寸法は、例えば変位が生じる方向(図1中、Yで示す方向)である長さ方向については2mmで、その厚さは約3μmである。通常、圧電作用を利用するためには圧電体素子1に初期分極を生じさせる必要がある。図1では、分極方向は図中矢印Pで示すように厚さ方向である。また、ヒステリシス特性としては、正の抗電界EC2の絶対値が負の抗電界EC1より小さい特性を有している。
図5は、本発明の第2の実施の形態の圧電体アクチュエータおよびこの圧電体アクチュエータを搭載したヘッド支持機構をディスク装置に応用した例を示す主要部の斜視図である。このディスク装置は、従来のVCMからなるアクチュエータに、さらに本発明の圧電体アクチュエータを付加した2段アクチュエータ構成であることが特徴である。
本発明の第1の実施例においては、上記の圧電体アクチュエータに用いられる圧電体素子の構造と、それを用いて分極回復電圧を印加しない駆動方法による結果について、単層構造の圧電体素子を例にして説明する。
本発明の第2の実施例においては、第1の実施例で説明した製造方法により作製した圧電体素子1、この圧電体素子1の分極方向を反転させた圧電体素子50、および対称なヒステリシス特性を有する圧電体素子55を用いて、分極回復電圧を印加する場合の駆動方法による結果について説明する。
2,30,33,1082 圧電体薄膜
3,28,31,1083 第1の導電体
4,29,32,1084 第2の導電体
8,8A,8B スイッチ回路
9,13 入力端子
10 位置制御電圧回路
11 分極回復電圧回路
12,12A,12B 制限回路
26 第一層の圧電体素子
27 第二層の圧電体素子
40 信号増幅器
41 レベル検出回路
42 スイッチ信号発生器
43 位相反転回路
45 信号処理回路
50,107 接着層
60 積層圧電体素子
100 ヘッド支持機構
101 ヘッド
102 ヘッドスライダ
103 フレクシャー
103A 電極パッド
103B 圧電体電極配線
103C ヘッド電極配線
104 サスペンション
105 板バネ部
106 アーム
109 ワイヤリード
110 軸受部
112 ボイスコイル
200 ディスク
220 回転駆動手段
Claims (23)
- 圧電体素子が、正の電界側の抗電界と負の電界側の抗電界との値の絶対値が異なる非対称な分極−電界ヒステリシス特性を有し、前記圧電体素子の膜厚方向で、かつ前記抗電界の絶対値が小さい方向に分極しており、
前記圧電体素子の膜厚方向に対して直交する方向に前記圧電体素子を変位させて位置制御を行うための位置制御電圧として、前記抗電界の絶対値が大きな方向に対しては、前記抗電界の値の0.4以下の電界に相当する電圧を前記圧電体素子の膜厚方向に印加することを特徴とする圧電体アクチュエータの駆動方法。 - 圧電体素子が、正の電界側の抗電界と負の電界側の抗電界との値の絶対値が異なる非対称な分極−電界ヒステリシス特性を有し、前記圧電体素子の膜厚方向で、かつ前記抗電界の絶対値が小さい方向に分極しており、
前記圧電体素子の膜厚方向に対して直交する方向に前記圧電体素子を変位させて位置制御を行うための位置制御電圧として、前記抗電界の絶対値が大きな方向に対しては、正の電界側の前記抗電界と負の電界側の前記抗電界とで規定される幅の中心値と電界零点との差の電界に相当する電圧以下の電圧を印加することを特徴とする圧電体アクチュエータの駆動方法。 - 膜厚方向に分極した圧電体素子に対して位置制御電圧を前記圧電体素子の膜厚方向に印加して、膜厚方向に対して直交する方向に変位させて位置制御を行うとともに、
分極の劣化を回復させる分極回復電圧を、前記位置制御電圧に重畳して印加、前記位置制御電圧と切り換えて印加、または前記位置制御電圧を印加しないときに印加することで、位置制御動作中または位置制御動作の中止期間中に分極の劣化を回復させることを特徴とする圧電体アクチュエータの駆動方法。 - 前記圧電体素子が、正の電界側の抗電界と負の電界側の抗電界との値の絶対値が異なる非対称な分極−電界ヒステリシス特性を有し、前記圧電体素子の膜厚方向で、かつ前記抗電界の絶対値が小さい方向に分極していることを特徴とする請求項3に記載の圧電体アクチュエータの駆動方法。
- 前記分極回復電圧の印加時間は0.01秒以上、60秒以下であることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の圧電体アクチュエータの駆動方法。
- 前記分極回復電圧を間欠的に印加することを特徴とする請求項3または請求項4に記載の圧電体アクチュエータの駆動方法。
- 前記圧電体素子の変位量の変動を検出する検出手段をさらに有し、前記変位量があらかじめ設定されたレベル以下となったときに前記分極回復電圧を前記圧電体素子に印加することを特徴とする請求項3または請求項4に記載の圧電体アクチュエータの駆動方法。
- 前記圧電体素子は、第1の導電体と、第2の導電体と、前記第1の導電体と前記第2の導電体とにより挟まれた圧電体薄膜とからなることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかに記載の圧電体アクチュエータの駆動方法。
- 前記圧電体素子は、第1の導電体と、第2の導電体と、前記第1の導電体と前記第2の導電体とにより挟まれた圧電体薄膜とを2個用いて前記第2の導電体同士を接着した積層圧電体構成からなることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかに記載の圧電体アクチュエータの駆動方法。
- 正の電界側の抗電界と負の電界側の抗電界との値の絶対値が異なる非対称な分極−電界ヒステリシス特性を有し、圧電体素子の膜厚方向で、かつ前記抗電界の絶対値が小さい方向に分極した圧電体素子と、
前記圧電体素子を膜厚方向に対して直交する方向に変位させて位置制御するための位置制御電圧として、前記抗電界の絶対値が大きな方向に対しては、前記抗電界の値の0.4以下の電界に相当する電圧に制限して前記圧電体素子の膜厚方向に印加する位置制御電圧回路を含む制御回路とを有することを特徴とする圧電体アクチュエータ。 - 前記制御回路は、さらに前記圧電体素子の分極を回復させるための分極回復電圧を印加する分極回復電圧回路を備えることを特徴とする請求項10に記載の圧電体アクチュエータ。
- 膜厚方向に分極した圧電体素子と、
前記圧電体素子を膜厚方向に対して直交する方向に変位させて位置制御するための位置制御電圧を印加する位置制御電圧回路と、
前記圧電体素子の分極を回復させるための分極回復電圧を印加する分極回復電圧回路と、
前記位置制御電圧回路と前記分極回復電圧回路とを制御する制御回路とを備えることを特徴とする圧電体アクチュエータ。 - 前記圧電体素子が、正の電界側の抗電界と負の電界側の抗電界との値の絶対値が異なる非対称な分極−電界ヒステリシス特性を有し、前記圧電体素子の膜厚方向で、かつ前記抗電界の絶対値が小さい方向に分極していることを特徴とする請求項12に記載の圧電体アクチュエータ。
- 前記制御回路は、さらに前記位置制御電圧回路と前記分極回復電圧回路とを切り換えるスイッチ回路を備えることを特徴とする請求項11または請求項12に記載の圧電体アクチュエータ。
- 前記制御回路は、さらに前記位置制御電圧に前記分極回復電圧を重畳する重畳回路を備えることを特徴とする請求項11または請求項12に記載の圧電体アクチュエータ。
- 前記制御回路は、さらに前記重畳回路から出力される出力電圧をあらかじめ設定した電圧に制限する制限回路を備えることを特徴とする請求項15に記載の圧電体アクチュエータ。
- 前記圧電体素子は、第1の導電体と、第2の導電体と、前記第1の導電体と前記第2の導電体とにより挟まれた圧電体薄膜とからなることを特徴とする請求項10または請求項12に記載の圧電体アクチュエータ。
- 前記圧電体素子は、第1の導電体と、第2の導電体と、前記第1の導電体と前記第2の導電体とにより挟まれた圧電体薄膜とを2個用いて前記第2の導電体同士を接着した積層圧電体構成からなることを特徴とする請求項10または請求項12に記載の圧電体アクチュエータ。
- 前記圧電体素子は、第1の導電体と、第2の導電体と、前記第1の導電体と前記第2の導電体とにより挟まれた圧電体薄膜とを一対とした構成からなり、それぞれの前記第1の導電体と、前記第2の導電体と、前記第1の導電体と前記第2の導電体とにより挟まれた前記圧電体薄膜とを同一面上で、かつ前記同一面に直交する面を基準として鏡面対称に配置した構成からなることを特徴とする請求項10または請求項12に記載の圧電体アクチュエータ。
- 前記圧電体素子は、第1の導電体と、第2の導電体と、前記第1の導電体と前記第2の導電体とにより挟まれた圧電体薄膜とを2個用いて前記第2の導電体同士を接着した積層圧電体構成を一対用いてなり、それぞれの前記積層圧電体構成を同一面上で、かつ前記同一面に直交する面を基準として鏡面対称に配置した構成からなることを特徴とする請求項10または請求項12に記載の圧電体アクチュエータ。
- 記録と再生の少なくとも一方を行うヘッドと、
前記ヘッドが搭載されたヘッドスライダと、
前記ヘッドスライダが取り付けられたフレクシャーと、
前記ヘッドスライダに隣接して前記フレクシャー上に固定された圧電体素子と前記圧電体素子を伸縮させて位置制御する制御回路とを備えた圧電体アクチュエータとを有し、
前記圧電体アクチュエータが請求項19または請求項20に記載の圧電体アクチュエータであることを特徴とするヘッド支持機構。 - ディスク状記録媒体と、
前記ディスク状記録媒体に記録と再生の少なくとも一方を行うヘッドと、
前記ヘッドが搭載されたヘッドスライダと、
前記ヘッドスライダが取り付けられたフレクシャーと、
前記ヘッドスライダに隣接して前記フレクシャー上に固定された圧電体素子と前記圧電体素子を伸縮させて前記ヘッドを位置制御する制御回路とを備えた圧電体アクチュエータと、
前記フレクシャーを支持するアームと、
前記アームを回転自在に軸支する軸受部と、
前記アームを前記ディスク状記録媒体の半径方向に回動させる回動手段とを有し、
前記圧電体アクチュエータが請求項19または請求項20に記載の圧電体アクチュエータであるであることを特徴とするディスク記録再生装置。 - 前記ヘッドにより前記ディスク状記録媒体に記録されたサーボ情報を読みだすときに、前記ディスク状記録媒体の記録トラックの中央位置の出力レベルと、あらかじめ設定された位置制御電圧を圧電体素子に印加したときの出力レベルとの差を検出するレベル検出回路とをさらに備え、
前記出力レベルの差があらかじめ設定されたレベル値以下になったときに前記制御回路により分極回復電圧を前記圧電体素子に印加することを特徴とする請求項22に記載のディスク記録再生装置。
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