JP2007242222A - 回転型圧電マイクロアクチュエータ及びヘッドジンバルアセンブリ、ディスクドライブユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ヘッドジンバルアセンブリ及び当該ヘッドジンバルアセンブリを用いたディスクドライブユニットを提供する。
【解決手段】 本発明におけるマイクロアクチュエータ３２は、二つのサイドアーム３２２、３２３と、この二つのサイドアームのうち少なくても一つと連結して、当該一つ或は二つのサイドアーム３２２、３２３の選択的動作により相対的に回転し、且つスライダ３１を支持するロードプレート３２５と、各サイドアーム３２２、３２３間を連結する一対の圧電素子４０４ａ、４０４ｂと、サスペンション８に固定され、更にサイドアーム３２２、３２３間を連結し且つ圧電素子４０４ａ、４０４ｂの間に位置する支持シャフト３２４とを備える。一対の圧電素子４０４ａ、４０４ｂは、所定電圧により励起されてそれぞれ反対方向に移動して、サイドアーム３２２、３２３の選択的動作、及びロードプレート３２５とスライダ３１の回転運動を引き起こすことができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ディスクドライブユニットに係り、特に回転型圧電マイクロアクチュエータと、これを備えたディスクドライブユニットに関する。

ディスクドライブは、磁性媒体を利用してデータを記録する情報記録装置である。図１に示すように、従来のディスクドライブ（disk drive）の典型例としては、磁気ディスクと、ヘッドジンバルアセンブリ（head gimbal assembly, ＨＧＡ）２７７の駆動アーム（drive arm）とを備えた装置である。ここで、ヘッドジンバルアセンブリ２７７は、スライダ２０３を装着したサスペンション２１３を有している。磁気ディスクは、該ディスクを回転させるスピンドルモーターに装着されている。駆動アームは、駆動を制御するためのボイスコイルモーター（voice coil motor, ＶＣＭ）を備えており、これによりスライダ２０３は、磁気ディスク表面のトラック間を移動して、この磁気ディスクにデータを記録またはデータの再生を実行する。

しかしながら、ボイスコイルモーターは、それ自体の大きな慣性のため、有限の帯域幅（bandwidth）を有している。これにより、スライダ２０３は迅速で正確な位置制御を得ることができず、従ってスライダ２０３における磁気ディスクからのデータ再生能力及び磁気ディスクへのデータ記録能力に影響を及ぼすことになる。

以上の問題を解決するために、現在は圧電マイクロアクチュエータ（PZT micro-actuator）によって、スライダ２０３の位置を制御する装置を用いている。即ち圧電マイクロアクチュエータは、より小さい幅で、またボイスコイルモーターよりも高い周波数で、スライダ２０３の変位を補正する。従って、より小さな記録トラック幅（recording track width）の使用を可能とし、ＴＰＩ（tracks per inch，１インチ当たりのトラック数）値の５０％増加を実現している。更に、スライダのシーク時間と位置決め時間を短くして、磁気ディスク表面の記録密度及びディスク性能を高めることができる。

また図１（ｂ）に示すように、従来の圧電マイクロアクチュエータ２０５は、二つのセラミックサイドアーム２０７を有したＵ字形のセラミックフレーム２９７を備え、この各セラミックサイドアーム２０７が駆動（actuation）するための圧電片（図示せず）を含む構成である。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、圧電マイクロアクチュエータ２０５とサスペンション２１３は、物理的に接続しており、セラミックサイドアーム２０７の各辺において、複数（例えば三つ）の電気接続ボール２０９（金ボール接続又はハンダボール接続；gold ball bonding or solder ball bonding； GBB or SBB）を介して、圧電マイクロアクチュエータ２０５とサスペンショントレース２１０を連結している。また、記録／再生センサーと電気接続するように、複数（例えば四つ）の金属ボール２０８（金ボール接続又はハンダボール接続；GBB or SBB）を用いて、サスペンショントレース２１０にスライダ２０３を連結している。図１（ｃ）は、マイクロアクチュエータ２０５にスライダ２０３を挿入する場合の詳細な過程を示す図である。ここでスライダ２０３は、複数のエポキシドット（epoxy dot）２１２を介して、Ｕ字形フレームの開口部位にある二つのポイント２０６に接着され、これにより二つのセラミックサイドアーム２０７と連結する。そして、スライダ２０３とフレーム２９７は、相互に矩形の中空構造（rectangular hollow structure）を形成する。また、Ｕ字形のフレーム２９７の底部は、サスペンション上にあるサスペンションタング（図１（ｃ）には図示せず）に固定される。よって、スライダ２０３とサイドアーム２０７は、サスペンションに直接接続しないことになり、サスペンションに対して自在に移動することができる。

サスペンショントレース２１０を通して駆動力を印加した時、セラミックサイドアーム２０７に位置している圧電片は、拡張又は収縮されることになる。そして、このような拡張又は収縮現象によって、二つのセラミックサイドアーム２０７が同一の側面方向に湾曲される。従って、この湾曲現象によりフレーム２９７のせん断変形が発生する。これにより、フレームの形状が矩形から平行四辺形に略変形される。またスライダは、この平行四辺形の移動辺に装着されているため、側面方向の平行移動（lateral translation）にともなって移動する。これにより、スライダの正確な位置調整を実現することができる。

但し、スライダ２０３の平行移動によって側面方向への慣性が発生し、この側面方向の慣性が更にサスペンションの振動共鳴（suspension vibration resonance）を引き起こす。このような振動共鳴は、サスペンション基板の揺動と同じ共振効果を有することになる。このため、ヘッドジンバルアセンブリの動態性能に影響を及ぼし、またディスクドライブのサーボ帯域及び容量の増加を制限させることになる。図２Ｂに示すように、符号２０１は、サスペンション基板を揺動する場合の共振曲線を表し、符号２０２は図１（ｃ）及び図２Ａに示したマイクロアクチュエータ２０５を励起（exciting）する場合の共振曲線を表している。周波数が２０ＫＨｚになるまでに、サスペンションの周波数特性は幾つかの大きなピーク（peak）及び谷（valley）があり、これらピーク及び谷の存在は共振特性の悪さを表している。このように図において、以上の問題が明確に示されている。

また、図２Ａに示すように、Ｕ字形のマイクロアクチュエータ２０５はサスペンションタングに局部的に装着されている。マイクロアクチュエータ２０５が動作する際は、二つのサイドアーム２０７ａ及び２０７ｂが外に向かって湾曲する。そのうち、一方のサイドアーム２０７ａが方向２００ａに向かって湾曲する場合、それはサスペンションタングの下部アーム（bottom arm）に対して反作用力Ｆａを発生させる。この反作用力Ｆａは、サスペンションに伝達されて、サスペンション基板の揺動と同じ振動を発生させることになる。同様に、別のサイドアーム２０７ｂが方向２００ｂに向けて湾曲する場合、それは下部アームに反作用力Ｆｂを発生させ、この反作用力Ｆｂはサスペンションに伝達されて、サスペンション基板の揺動と同じ振動を発生させることになる。

以上のような問題点に鑑みて、この問題を解決するためのヘッドジンバルアセンブリ及びディスクドライブユニットを提供することが望まれいた。

本発明は、良好な共振性能及び位置調整性能を得ることができるヘッドジンバルアセンブリの提供を目的とする。
また本発明は、簡単な構造及び良好な位置調整性能を具備したマイクロアクチュエータの提供を目的とする。
さらに本発明は、広いサーボ帯域及び大きなストロークを有するディスクドライブユニットの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の実施形態に係るヘッドジンバルアセンブリは、スライダと、当該スライダの位置を調節するためのマイクロアクチュエータと、スライダ及びマイクロアクチュエータを搭載するサスペンションとを備える。そのうち、マイクロアクチュエータは、二つのサイドアームと、当該二つのサイドアームのうち少なくとも一つと連結し、且つスライダを支持するロードプレートと、各サイドアーム間を連結する一対の圧電素子と、サスペンションに固定され、更に各サイドアーム間を連結し且つ圧電素子の間に位置する支持シャフトとを備え、一対の圧電素子は、所定電圧により励起されてそれぞれ反対方向に移動して、サイドアームの選択的動作及びロードプレートとスライダの回転運動を引き起こすことを特徴とする。

本発明に係る実施形態において、ロードプレートは、スライダと連結する支持プレート（support plate）及び当該支持プレートを二つのサイドアームにそれぞれ連結させる二つの連結プレート（connecting plate）を備えている。この支持プレートは、二つの支持部（support portion）及び当該二つの支持部と接続している連結部（connecting portion）を備えている。また、二つの連結プレートは、支持プレートの重心に対して対称な位置にそれぞれ連結している。連結プレートは、支持プレートに対しより柔軟性を有した柔軟部（more flexible portion）を備え、この柔軟部は、より狭い幅、又はより小さい厚さや形状に形成することが好ましい。また、本発明に係る実施形態において、支持シャフトの両端に接近する位置には、少なくとも一つの狭部を形成することが好ましい。

そして、本発明の一つの実施形態において、支持シャフトとサイドアームは一体成形により形成される。また、スライダは、ロードプレートの二つの支持部に接続されるように、より局部的にロードプレートに固定されている。そして、本発明の別の実施形態においては、支持シャフトのみが、例えばレーザー溶接方式等を介してサスペンションに局部固定される。一つのサイドアームは別の一つのサイドアームと相互に並行している。ロードプレートは、スライダの空気接触面の反対面の中心に対して、対称となる位置に接続されている。また、ロードプレートとサスペンションの間、圧電素子とサスペンションの間には、それぞれ二つの隙間が形成されている。なお、サスペンションに電気接続されるように、圧電素子には複数の電気パッドが形成されている。

本発明に係るマイクロアクチュエータは、二つのサイドアームと、当該二つのサイドアームのうち少なくとも一つと連結するロードプレートと、一対の圧電素子とを備え、一対の圧電素子は、所定電圧により励起されてそれぞれ反対方向に移動して、サイドアームの選択的動作及びロードプレートとスライダの回転運動を引き起こすことを特徴とする。本発明において、各圧電素子はセラミック圧電素子、薄膜圧電素子、若しくはＰＭＮ−ＰＴ結晶等の何れか適当な構造を有している。また、これら圧電素子は、単層構造若しくは多層構造を有する圧電層を備えることができる。他の実施形態において、圧電素子は、圧電層と連結した基板層（substrate layer）を更に備えることができる。

なお、本発明におけるディスクドライブユニットは、ヘッドジンバルアセンブリと、ヘッドジンバルアセンブリに連結されている駆動アームと、磁気ディスクと、磁気ディスクを回転させるスピンドルモーターとを含む構成である。そのうち、ヘッドジンバルアセンブリはスライダと、スライダの位置を調節するためのマイクロアクチュエータと、スライダ及びマイクロアクチュエータを搭載するためのサスペンションとを備える。ここで、マイクロアクチュエータは、二つのサイドアームと、当該二つのサイドアームのうち少なくとも一つと連結し、且つスライダを支持するロードプレートと、各サイドアーム間を連結する一対の圧電素子と、サスペンションに固定され、更に各サイドアーム間を連結し且つ圧電素子の間に位置する支持シャフトとを備え、一対の圧電素子は、所定電圧により励起されてそれぞれ反対方向に移動して、サイドアームの選択的な動作及びロードプレートとスライダの回転運動を引き起こすことを特徴とする。

従来の技術と比べ、本発明に係るマイクロアクチュエータは、スライダの位置を調節するために、所定電圧が印加された時に、二つの圧電素子が反対方向に沿って移動する簡単な構造を利用しており、製造コストの低減と製造工程の簡易化を図ることができる。なお本発明において、二つのサイドアームは反対方向に回転する。これにより、スライダが単純な回転運動を行うことをできる。また、記録／再生センサーがスライダの端末に位置しているため、スライダの重心を変動させず維持することにより、マイクロアクチュエーション（micro-actuation）に必要な動力を減少させる。これにより、マイクロアクチュエーションの動力を増加させずに、スライダ位置の高調節能力を得ることができる。更に、本発明におけるマイクロアクチュエータは、より小さい力のモーメントを伝達し、且つサスペンションに慣性力を形成しない。これにより、マイクロアクチュエーションにより発生するサスペンションの共振現象を減少させる。従って、サーボ帯域幅が改善されるとともに、ディスクドライブの記録容量が増加された好ましい結果を得ることができる。

以下、図面に基いて本発明の実施形態をより詳細に説明する。
まず、図３に示すように、本発明の実施形態におけるヘッドジンバルアセンブリ（head gimbal assembly；ＨＧＡ）３は、スライダ３１と、マイクロアクチュエータ３２と、該スライダ３１とマイクロアクチュエータ３２を搭載するためのサスペンション８とを備えている。

同図に示すように、サスペンション８は、ロードビーム１７と、フレキシャ１３と、ヒンジ１５と、基板１１とを備えている。このうち、フレキシャ１３には複数の接続パッド３０８が形成してあり、この接続パッド３０８は一端が一つの制御システム（図示せず）と連結し、他端が複数の電気トレース３０９、３１１を有した構成である。図４（ａ）、（ｂ）及び図５に示すように、更にフレキシャ１３は、スライダ３１及びマイクロアクチュエータ３２を支持するためのサスペンションタング３２８を備えている。図６に示すように、ロードビーム１７には、サスペンションタング３２８を支持するディンプル（dimple）３２９が形成してある。

また図４（ｂ）及び図５に示すように、ロードビーム１７には、サスペンションタング３２８と係合する位置制限部材２０７が形成されている。これは、ディスクドライブの正常な稼働時や、ディスクドライブに様々な衝撃又は振動が伝えられた場合に、この位置制限部材２０７により、サスペンションタング３２８の過度な湾曲を防止するためである。これにより、ヘッドジンバルアセンブリ３は良好な防振性能を得ることができる。本発明において、サスペンションタング３２８上には、複数の電気接続パッド１１３、３３０ａ、３３０ｂが形成されている。このうち、電気接続パッド１１３は複数のトレース３０９と連結し、電気接続パッド３３０ａ及び３３０ｂは複数のトレース３１１と連結している。スライダ３１も、その一端に複数の電気接続パッド２０４を有しており、これら電気接続パッド２０４はサスペンションタング３２８の移動部材（moving part）１１４の電気接続パッド１１３に対応している。

図５、図７に示すように、本発明の実施形態におけるマイクロアクチュエータ３２は、二つのサイドアーム３２２、３２３と、スライダ３１を支持するためのロードプレート（load plate）３２５と、各サイドアーム３２２、３２３間を連結する一対の圧電素子４０４ａ、４０４ｂと、支持シャフト（support shaft）３２４と、を備えている。本発明の最良の実施形態としては、支持シャフト３２４は柔軟性材料から形成することが好ましい。本発明の実施形態において、ロードプレート３２５はサイドアーム３２２、３２３間を連結しており、また支持シャフト３２４も該サイドアーム３２２、３２３間を連結し、且つ圧電素子４０４ａと４０４ｂの間に配置されている。図６に示すように、支持シャフト３２４は、中央部で、例えばエポキシ（epoxy）、接着剤等のような従来の接続媒体３８０を介して、サスペンションタング３２８と局部的に連結固定されている。また、マイクロアクチュエータ３２とサスペンションタング３２８の間は、接続媒体３８０の介在により二つの隙間５０３、５０４を形成している。これら二つの隙間５０３、５０４は、接続媒体３８０の両側にそれぞれ位置している。本発明において、二つの隙間５０３、５０４が形成されたことにより、スライダ３１及び圧電素子４０４ａ、４０４ｂはサスペンション３２８上で吊られた状態となり、従ってマイクロアクチュエータ３２が励起される場合に、サスペンション８への付加振動を防止することができる。

本発明の第一の実施形態として、図５、図７に示すように、ロードプレート３２５は、スライダ３１と連結した支持プレート（support plate）３４５と、二つの連結プレート（connecting plate）４０１及び４０２とを備え、これら連結プレート４０１及び４０２は支持プレート３４５から延びて、二つのサイドアーム３２２、３２３とそれぞれ連結している。また、本発明の最良の実施形態として、二つの連結プレート４０１及び４０２は支持プレート３４５の重心に対して対称な位置にそれぞれ連結していることが好ましい。従って、特殊な連結方式に基いて、この連結プレート４０１及び４０２が圧力又は引張り力を受けた場合、支持プレート３４５は回転することとなる。なお、支持プレート３４５をより容易に回転させるために、本発明の実施形態においては、連結プレート４０１及び４０２を支持プレート３４５に対しより狭い幅に形成している。また支持プレート３４５についてより具体的に述べると、支持プレート３４５は、二つの支持部（support portion）４０３ａ、４０３ｂと、二つの支持部４０３ａ、４０３ｂと接続する連結部（connecting portion）４０５を備ている。このうち、連結部４０５は支持部４０３ａ、４０３ｂと比べてより狭い幅（若しくは、より小さい厚さ又は形状）を有している。勿論、本発明に係る支持プレート３４５は、上記の説明のような構造に限らず、同じ効果を奏する上で、何れか適当な構造に形成することができる。

図５及び図７（ａ）に示すように、マイクロアクチュエータ３２の実施形態におけるロードプレート３２５とサイドアーム３２２、３２３は、一体成形によって形成されている。支持シャフト３２４は、例えば溶接（soldering）、接着（adhesive bonding）又はレーザー接合（laser bonding）等の何れかの方法によって、サイドアーム３２２、３２３の相互間に連結してある。本発明の最良の実施形態としては、サイドアーム３２２、３２３が相互に並行し、支持シャフト３２４とサイドアーム３２２、３２３が垂直に連結していることが好ましい。また本発明の最良の実施形態として、圧電素子４０４ａ、４０４ｂは、二対のエポキシドット（epoxy dot）５９ａ、５９ｂを介して、その両端がサイドアーム３２２、３２３とそれぞれ連結することが好ましい。勿論、エポキシドット５９ａ、５９ｂの替わりに、接着剤（adhesive）、異方性導電膜（anisotropic conductive film）、或はその他の接続方式を利用しても良い。

そして、図７（ａ）乃至（ｃ）に示すように、圧電素子４０４ｂはｄ３３型（d33 model）の圧電材料を、圧電素子４０４ａは基板層（substrate）３３３を有したｄ３１型（d31 model）の圧電材料３３４を、それぞれ採用している。ここで、ｄ３３型とは延伸用モデルの圧電材料であり、ｄ３１型は収縮用モデルの圧電材料である。このため操作時において、マイクロアクチュエータは、圧電素子同士の相反する動作により、良好な動態及び静態性能（大きなストローク及び良好な共振性能）を持つことができる。

図７（ｂ）は、ｄ３３型材料の圧電素子４０４ｂの詳細な構造を示す図である。同図に示すように、二つの電極４５５、４５６は互いに積層され、且つ接続パッド３２０と接続するよう相互に離れている。これら二つの電極４５５、４５６により、ｄ３３型材料の圧電素子は延伸方向ｂを持つようになる。この延伸方向ｂは、電場及び極化方向ａと方向が同一である。圧電素子４０４ｂは、中間領域とサスペンションタングのサスペンショントレースが電気接続し、圧電素子４０４ｂの両端がサイドアーム３２２及び３２３に固定されており、電圧を印加すると、ｄ３３型材料の圧電素子４０４ｂは方向ｂに沿って延伸し、これにより圧電素子４０４ｂが片側に向って湾曲する。

また、図７（ｃ）は、ｄ３１型材料の圧電素子４０４ａの詳細な構造を示す図である。圧電素子４０４ａは、基板層３３３（金属、セラミック、シリコン、ポリマー）及び圧電材料層３３４を含む構成である。同図に示すように、二つの電極４５５’、４５６’は互いに積層され、且つ接続パッド３２０’と接続するよう相互に離れている。これら二つの電極により、ｄ３１型材料の圧電素子は収縮方向ｂ’を持つようになる。この収縮方向ｂ’は、電場及び極化方向ａ’と方向が互いに垂直となる。圧電素子４０４ａは、中間領域とサスペンションタングのサスペンショントレースが電気接続し、圧電素子４０４ａの両端がサイドアーム３２２及び３２３に固定されており、電圧を印加すると、ｄ３１型材料の圧電素子４０４ａは方向ｂ’に沿って収縮し、これにより圧電素子４０４ａが支持シャフト３２４に対して湾曲する。

図８Ａ（ａ）は、二つの圧電素子４０４ａ、４０４ｂ間の電気接続の関係を示す図である。これら二つの圧電素子は同じ接地端８００と、二つの入力端８０１、８０２を備える。

図８Ａ（ｂ）は、操作電圧を示す図であり、ここでは、マイクロアクチュエータを駆動するために、サイン波形８０５を入力している。

図８Ａ（ｃ）は、マイクロアクチュエータの初期状態を示す図であり、電圧を入力していない状態で、且つスライダが開始位置にある場合を示している。

また、図８Ｂ（ｄ）は、二つの圧電素子４０４ａ、４０４ｂに正電圧を印加した後のマイクロアクチュエータの状態を示す図である。ｄ３３型材料の圧電素子４０４ｂは、圧電素子の中間領域がサスペンションタングに固定されているため、支持シャフト３２４に向かって延伸し変形する。また、この圧電素子４０４ｂは、力Ｆ３、Ｆ４（図８Ｂ（ｅ）参照）を介して、両端からサイドアーム３２２及び３２３を外に向かって押圧する。これにより、支持シャフト３２４に変形を引き起こし、支持部４０３ａ、４０３ｂに装着されているスライダ３１を時計回りに回転させる（図７（ａ）参照）。

同じように、ｄ３１型材料の圧電素子４０４ａも印加される電圧に反応する。圧電素子４０４ａは、中間領域がサスペンションに固定されて、更に、基板層が支持シャフト３２４の片辺に重なっているため、この印加電圧により圧電素子４０４ａが収縮され、且つ支持シャフト３２４に向って変形されることになる。これにより、スライダ３１を時計回りに回転させ、且つ圧電素子４０４ｂとともに大きなストロークを形成させる。

図８Ｂ（ｅ）に示すように、圧電素子４０４ａは両端から２つのサイドアーム３２２、３２３を引っ張って、二つの引張り力Ｆ１、Ｆ２を発生する。また、力Ｆ１／Ｆ２／Ｆ３／Ｆ４は、Ｘ軸及びＹ軸においてＦ１ｘ、Ｆ１ｙ、Ｆ２ｘ、Ｆ２ｙ、Ｆ３ｘ、Ｆ３ｙ、Ｆ４ｘ、Ｆ４ｙに分解することができ、これらの力はエネルギーの大きさが同じで、その方向が相反しているため、力Ｆ１ｘで力Ｆ２ｘを中和し、力Ｆ３ｘで力Ｆ４ｘを中和し、力Ｆ１ｙ、Ｆ２ｙで力Ｆ３ｙ、Ｆ４ｙを中和する。従って、マイクロアクチュエータの二つの圧電素子４０４ａ及び４０４ｂの動作時は、大きなストロークを達することができるとともに、サスペンションに対しては影響力（affected force）を与えることがない。これにより、例えば共振性能及びストローク性能（stroke performance）等が向上し、良好な静態及び動態性能を得ることができる。

図８Ｃ（ｆ）は負電圧を印加した後のマイクロアクチュエータの状態を示す図である。ｄ３３型材料の圧電素子４０４ｂは、圧電素子の中間領域がサスペンションタングに固定されているため、支持シャフト３２４に対して収縮し外側へ変形する。また、この圧電素子４０４ｂは、二つの引張り力Ｆ３’、Ｆ４’（図８Ｃ（ｇ））を介して、両端でサイドアーム３２２及び３２３を引っ張る。これにより、支持シャフト３２４の変形を引き起こし、且つ支持部４０３ａ、４０３ｂに装着されているスライダ３１を反時計回りに回転させる。
同じように、ｄ３１型材料の圧電素子４０４ａも印加される電圧に反応する。圧電素子４０４ａは、中間領域がサスペンションに固定され、更に、基板層が支持シャフト３２４の片辺に重なっているため、この印加電圧により少しだけ延伸し、且つ支持シャフト３２４に向かって変形されることになる。これにより、スライダを反時計回りに回転させ、また圧電素子４０４ｂとともに大きなストロークを形成させる。圧電素子４０４ａは両端から二つのサイドアーム３２２、３２３を押圧する二つの押圧力Ｆ１’、Ｆ２’を発生する。また、力Ｆ１／Ｆ２／Ｆ３／Ｆ４は、Ｘ軸及びＹ軸においてＦ１ｘ’、Ｆ１ｙ’、Ｆ２ｘ’、Ｆ２ｙ’、Ｆ３ｘ’、Ｆ３ｙ’、Ｆ４’ｘ、Ｆ４ｙ’に分解することができ、これらの力はエネルギーの大きさが同じで、その方向が相反しているため、力Ｆ１ｘ’で力Ｆ２ｘを中和し、力Ｆ３ｘ’で力Ｆ４ｘ’を中和し、力Ｆ１ｙ’とＦ２ｙ’で力Ｆ３ｙ’とＦ４ｙ’を中和する。従って、マイクロアクチュエータの二つの圧電素子４０４ａ及び４０４ｂの動作時は、大きなストロークを達することができるとともに、サスペンションに対しては影響力を与えることがない。これにより、例えば共振性能及びストローク性能（stroke performance）等が向上し、良好な静態及び動態性能を得ることができる。

図９（ａ）、（ｂ）は本発明におけるヘッドジンバルアセンブリ３の共振性能のテスト結果を示す図である。この図において、符号７０２はマイクロアクチュエータの操作時（圧電素子の励起時）の位相７０３を持つ共振増幅率曲線を示し、符号７０１は基板が励起された時の位相７０４を持つ共振増幅率曲線を示している。同図に示すように、周波数が低い（捻り作用及び揺動作用が無い）時には、サスペンションの共振を発生させず、マイクロアクチュエータ３２を励起する際の周波数が高い範囲にある時に、マイクロアクチュエータだけの共振を発生させる。このためサーボ帯域が増加し、ディスクドライブの記録容量を高め、且つスライダのシーク時間と位置決め時間を減少させることができる。

図１０（ａ）は、本発明の変形例を示す図である。本実施形態における圧電素子４０４ａ１はｄ３３型材料であり、他の圧電素子４０４ｂ１は基板層を有するｄ３１型材料である。電圧を印加すると、圧電素子４０４ａ１は延伸し、且つサイドアーム３２２、３２３を押圧するが、圧電素子４０４ａ１は中間領域とサスペンションタングが電気接続しているため、これにより圧電素子がスライダの片側に向かって変形する。また、他の圧電素子４０４ｂ１は、基板層３３３ａが一側辺に重ねられており、且つその中間領域とサスペンションタングが連結しているため、電圧を印加すると、圧電素子４０４ｂ１は収縮され、且つ支持シャフト３２４の片側に向かって変形する（図１０（ｂ）参照）。以上の説明のように、圧電素子の運動によって、スライダの回転を引き起こし、このような運動がサスペンションに対する反作用力や振動共鳴の発生を抑止することができる。

図１１（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るマイクロアクチュエータの他の実施形態を示す図である。同図に示すように、支持シャフト３２４には二つの狭い又は弱い部位（narrow or weak point）５０７が形成されている。圧電素子の動作時には、これら弱い部位５０７により支持シャフト３２４が変形し易くなる。図１１（ａ）は、ｄ３１型材料の圧電素子４０４ａが支持シャフト３２４の内側に位置しており、ｄ３３型材料の圧電素子４０４ｂが支持シャフト３２４の外側に位置している状態を示している。また、図１１（ｂ）は、別の実施形態としてのｄ３１型材料の圧電素子４０４ａが支持シャフト３２４の外側に位置しており、ｄ３３型材料の圧電素子４０４ｂが支持シャフト３２４の内側に位置している状態を示している。ここで、図１１（ａ）、（ｂ）に示した実施形態と上記の実施形態の動作原理は同じである。

本発明の実施形態において、組み立てる場合は、まず図７（ａ）に示すように、支持シャフト３２４と、圧電素子４０４ａ及び４０４ｂと、二つのサイドアーム３２２、３２３とロードプレート３２５が一体成形されたフレームと、を相互に組み立ててマイクロアクチュエータ３２を形成する。この時、圧電素子の二つの電気接続パッド３２０、３２０’は外面に露出している。次に図５に示すように、二つのエポキシドット５２を介して、スライダ３１をマイクロアクチュエータ３２のロードプレート３２５に局部的に連結させる。この時、スライダ３１は、その中心がロードプレート３２５の中心とちょうど一致する。また次に、図４（ａ）、（ｂ）、図５及び図６に示すように、ロードプレート３２５の中間部位は、エポキシ、接着剤或は異方性導電膜を介して、サスペンションタング３２８に局部的に接続することで、マイクロアクチュエータ３２、スライダ３１及びサスペンション８が共に組み立てられるようになる。この時、スライダ３１の中心はロードビーム１７のディンプル３２９とちょうど一致させて、スライダ３１が磁気ディスク（図示せず）上を浮上する際に、サスペンション８の荷重を常にスライダ３１の中心に印加させるようにする。また、スライダ３１の電気接続パッド２０４、及び圧電素子４０４ａ、４０４ｂの電気接続パッド３２０、３２０’は、サスペンションタング３２８の電気接続パッド１１３、３３０にそれぞれ対応して位置決めされる。その後、複数の金属ボール９０５（金ボール接続又はハンダボール接続；GBB,SBB）を用いて、スライダ３１の電気接続パッド２０４とサスペンションタング３２８の電気接続パッド１１３とを接続すると共に、複数の金属ボール２１９（金ボール接合又はハンダボール接合又はハンダペースト）を用いて、圧電素子４０４ａ、４０４ｂの電気接続パッド３２０、３２０’と、サスペンションタング３２８の電気接続パッド３３０とを接続する。これにより、マイクロアクチュエータ３２とサスペンション８の二つの電気マルチトレース（electric multi-traces）３１１を電気接続させ、またスライダ３１とサスペンション８の二つの電気マルチトレース３０９を電気接続させる。従って、電気マルチトレース３０９、３１１及び接続パッド３０８を介して、スライダ３１及びマイクロアクチュエータ３２を制御システム（図示せず）に電気接続し、その制御を受けることが可能となる。

本発明のその他の実施形態において、支持シャフト３２４は、サスペンションタング３２８の中間部位に対するレーザー溶接方式等を通して、局部的に連結されてもよい。レーザー溶接工程を経由することによって、支持シャフト３２４とサスペンションタング３２８の間に対する連結をより堅固にし、更に製造中の振動も減少させることができる。

本発明において、図８Ａ（ｃ）に示すように、スライダ３１の幅は、サイドアーム３２２、３２３間の間隔と比べ、より小さな幅であることが好ましい。これにより、スライダ３１と二つのサイドアーム３２２、３２３間に平行隙間６０１、６０２が形成されて、二つのサイドアーム３２２、３２３を自在に運動させることができる。また、スライダ３１とサイドアーム３２２、３２３が局部的に連結しているため、マイクロアクチュエータ３２によって駆動する際に、スライダ３１は自在に移動することができる。

なお本発明に最良な実施形態として、サイドアーム３２２、３２３のうち何れか一方が他のサイドアームと平行になることが好ましい。勿論、サイドアーム３２２、３２３のうち何れか一方が他方に平行していなくても問題はなく、この場合でもマイクロアクチュエータ３２を用いてスライダの位置を調節することができる。なお、連結プレート４０１、４０２のうち何れか一方が欠けていても問題はなく、この場合でもマイクロアクチュエータ３２を用いてスライダの位置を調節することができる。

従来技術と比べ、本発明に係るマイクロアクチュエータは、簡単な二つの構造の圧電素子だけで、スライダの位置を調節することができるため、製造コストを低減でき、且つ製造工程の簡易化を図ることができる。また、従来技術に係るマイクロアクチュエータが揺動する（swing）だけで、スライダの後縁（前縁は固定される）を移動させていたことと比べ、本マイクロアクチュエータは、スライダの後縁（trailing side）及び前縁（leading side）を異なる方向に回転させることができる。このため、従来技術と比べ、本発明においてスライダは、後縁と前縁がすべて移動することができ、更なる揺動運動を行うことができる。従って、より大きなスライダの位置調節能力を得ることができる。また、マイクロアクチュエータは支持シャフトだけでサスペンションに固定されるため、サスペンションとスライダの間、またサスペンションと圧電素子の間に、それぞれ二つの隙間を形成する。このため、サスペンションに反作用力を伝達させることがなく、マイクロアクチュエータの励起時における共振性能を著しく向上させることができる。マイクロアクチュエータを稼働する場合、低周波数の部分においてはサスペンションの共振が向上し（共振ピークを低減）、高周波数の部分においてはマイクロアクチュエータだけの共振が発生する。従って、サーボ帯域を拡大することができ、ディスクドライブの記録容量を高めることができる。

図１２に示すように、本発明に係るディスクドライブユニットは、ケース９０１と、磁気ディスク９０２と、磁気ディスクの駆動主軸９０３と、マイクロアクチュエータアセンブリ９０５を制御するためのボイスコイルモーター（ＶＣＭ）９０４と、ボイスコイルモーターとフレキシブルプリントの取付（ＰＣＢＡ）に用いられるフレキシブルプリント回路９０７と、上述したヘッドジンバルアセンブリ３と、を組み立てて形成したものである。ここで、ディスクドライブユニットの構造または組立過程は、当業者に周知されている技術であるため、これに対する更なる説明は省略する。

以上、本発明について好ましい実施形態を説明したが、上記の実施形態に限定されず、本発明の精神から逸脱せずに様々な変形が可能であり、そして本発明は本明細書に記載した細部に限定されるものではないことは勿論である。

従来のヘッドジンバルアセンブリの図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は図１（ａ）に示した構造の局部拡大図であり、（ｃ）は（ａ）に示したヘッドジンバルアセンブリのマイクロアクチュエータの中にスライダを挿入する過程を示す詳細なフローである。 図１（ａ）に示したヘッドジンバルアセンブリのスライダ及び圧電素子マイクロアクチュエータの斜視図である。 図１（ａ）及び図２（ａ）に示したヘッドジンバルアセンブリの共振曲線である。 本発明の第一実施形態におけるヘッドスタックアセンブリの斜視図である。 図３に示したヘッドスタックアセンブリを異なる角度から観察した場合の局部拡大斜視図である。 図４（ａ）に示した構造の分解図である。 図３に示したヘッドジンバルアセンブリのマイクロアクチュエータの局部側面図である。 図３に示すヘッドジンバルアセンブリの図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は（ａ）に示したマイクロアクチュエータの第一圧電素子の拡大平面図、（ｃ）は（ａ）に示したマイクロアクチュエータの第二圧電素子の拡大平面図である。 （ａ）は図７（ｂ）（ｃ）に示した第一圧電素子と第二圧電素子間の電気接続の関係を表す図であり、（ｂ）は図７（ａ）に示したマイクロアクチュエータの圧電素子に印加される電圧の波形図であり、図７（ａ）に示したマイクロアクチュエータに電圧を印加しない初期状態を示す拡大平面図である。 （ｄ）は正電圧を第一及び第二圧電素子に印加した後の図７（ａ）に示したマイクロアクチュエータの状態を示す図であり、（ｅ）は正電圧を印加した後圧電素子に印加される力を示す図である。 （ｆ）は負電圧を第一及び第二圧電素子に印加した後の図７（ａ）に示したマイクロアクチュエータの状態を示す図であり、（ｇ）は負電圧を印加した後圧電素子に印加される力を示す図である。 図３に示したヘッドジンバルアセンブリの共振曲線である。 本発明の第二実施形態におけるマイクロアクチュエータの図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は（ａ）に示したマイクロアクチュエータの拡大平面図であって、正電圧が第一及び第二圧電素子に印加した後のマイクロアクチュエータの状態を示す図である。 本発明における他の二つの実施形態におけるマイクロアクチュエータの斜視図である。 本発明の実施形態におけるディスクドライブユニットの斜視図である。

符号の説明

３：ヘッドジンバルアセンブリ、８：サスペンション、
１１：基板、１３：フレキシャ、１５：ヒンジ、１７：ロードビーム、
３１：スライダ、３２：マイクロアクチュエータ、
２０７：位置制限部材、
３０８：接続パッド、３０９、３１１：電気トレース、
３２２、３２３：サイドアーム、３２４：支持シャフト、３２５：ロードプレート、３２８：サスペンションタング、３２９：ディンプル、
３３３：基板層、３３４：圧電材料層
３４５：支持プレート、
４０１、４０２：連結プレート、４０３：支持部、４０４：圧電素子、４０５：連結部

Claims (30)

1. スライダと、当該スライダの位置を調節するためのマイクロアクチュエータと、前記スライダ及び前記マイクロアクチュエータを搭載するサスペンションとを備えるヘッドジンバルアセンブリであって、
   前記マイクロアクチュエータは、二つのサイドアームと、当該二つのサイドアームのうち少なくとも一つと連結して、当該一つ或は二つのサイドアームの選択的動作により相対的に回転し、且つ前記スライダを支持するロードプレートと、前記各サイドアーム間を連結する一対の圧電素子と、前記サスペンションに固定され、更に前記各サイドアーム間を連結し且つ前記各圧電素子の間に位置する支持シャフトと、を備え、
   前記一対の圧電素子は、所定電圧により励起されてそれぞれ反対方向に移動して、前記サイドアームの選択的な動作及び前記ロードプレートとスライダの回転運動を引き起こすことを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
2. 前記ロードプレートは、前記スライダと連結する支持プレート及び当該支持プレートを前記二つのサイドアームにそれぞれ連結させる二つの連結プレートを備えることを特徴とする請求項１に記載のヘッドジンバルアセンブリ。
3. 前記二つの連結プレートは、前記支持プレートの重心に対して対称な位置にそれぞれ連結していることを特徴とする請求項２に記載のヘッドジンバルアセンブリ。
4. 前記連結プレートは、前記支持プレートに対しより柔軟性を有するものであることを特徴とする請求項２に記載のヘッドジンバルアセンブリ。
5. 前記支持シャフトには、柔軟性を高めるために、少なくとも一つの狭部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のヘッドジンバルアセンブリ。
6. 前記支持シャフトは、その両端に接近する位置に、二つの狭部が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のヘッドジンバルアセンブリ。
7. 前記支持シャフトと前記サイドアームは、一体成形により形成されたことを特徴とする請求項１に記載のヘッドジンバルアセンブリ。
8. 前記二つの連結プレートは、前記ロードプレートにおける中心に対して点対称の位置にそれぞれ連結していることを特徴とする請求項1に記載のヘッドジンバルアセンブリ。
9. 前記支持シャフトのみが前記サスペンションに固定されることを特徴とする請求項１に記載のヘッドジンバルアセンブリ。
10. 前記圧電素子のうち一つは、所定電圧が印加された場合に延伸モデルを示し、他の圧電素子は、所定電圧が印加された場合に収縮モデルを示すことを特徴とする請求項１に記載のヘッドジンバルアセンブリ。
11. 前記圧電素子のうち、一つがｄ３１型材料の圧電素子であり、もう一つがｄ３３型材料の圧電素子であることを特徴とする請求項１０に記載のヘッドジンバルアセンブリ。
12. 前記各圧電素子は、セラミック圧電素子、薄膜圧電素子、若しくはＰＭＮ−ＰＴ結晶であることを特徴とする請求項１０に記載のヘッドジンバルアセンブリ。
13. 前記各圧電素子は、単層構造若しくは多層構造であることを特徴とする請求項１２に記載のヘッドジンバルアセンブリ。
14. 前記圧電素子は、前記サイドアームに力を発生し、これらの力が相互に中和されて、前記サスペンションにかかる力が減少することを特徴とする請求項１に記載のヘッドジンバルアセンブリ。
15. 二つのサイドアームと、当該二つのサイドアームのうち少なくとも一つと連結して、当該一つ或は二つサイドアームの選択的動作により相対的に回転するロードプレートと、前記各サイドアーム間を連結する一対の圧電素子と、前記各サイドアーム間を連結し且つ前記圧電素子の間に位置する支持シャフトと、を備え、
    前記一対の圧電素子は、所定電圧により励起されてそれぞれ反対方向に移動して、前記サイドアームの選択的な動作及び前記ロードプレートとスライダの回転運動を引き起こすことを特徴とするマイクロアクチュエータ。
16. 前記ロードプレートにはスライダが装着していることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロアクチュエータ。
17. 前記ロードプレートは、前記スライダと連結する支持プレート及び当該支持プレートを前記二つのサイドアームにそれぞれ連結させる二つの連結プレートを備えることを特徴とする請求項１６に記載のマイクロアクチュエータ。
18. 前記二つの連結プレートは、前記支持プレートの重心に対して対称な位置にそれぞれ連結していることを特徴とする請求項１７に記載のマイクロアクチュエータ。
19. 前記連結プレートは、前記支持プレートに比べてより大きな柔軟性を有することを特徴とする請求項１７に記載のマイクロアクチュエータ。
20. 前記支持シャフトには、柔軟性を増加させるために、少なくとも一つの狭部が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のマイクロアクチュエータ。
21. 前記支持シャフトは、その両端に接近する位置に、二つの狭部が形成されていることを特徴とする請求項２０に記載のマイクロアクチュエータ。
22. 前記圧電素子のうち一つは、所定電圧が印加された場合に延伸モデルを示し、他の圧電素子は、所定電圧が印加された場合に収縮モデルを示すことを特徴とする請求項１５に記載のマイクロアクチュエータ。
23. 前記圧電素子のうち、一つがｄ３１型材料の圧電素子であり、もう一つがｄ３３型材料の圧電素子であることを特徴とする請求項２２に記載のマイクロアクチュエータ。
24. 前記各圧電素子は、セラミック圧電素子、薄膜圧電素子、若しくはＰＭＮ−ＰＴ結晶であることを特徴とする請求項２２記載のマイクロアクチュエータ。
25. 前記各圧電素子は、単層構造若しくは多層構造であることを特徴とする請求項２４に記載のマイクロアクチュエータ。
26. 前記各圧電素子は、前記単層構造若しくは多層構造と連結した基板層を更に備えることを特徴とする請求項２５に記載のマイクロアクチュエータ。
27. 前記圧電素子に所定電圧が印加されていない場合、当該圧電素子は前記支持シャフトと実質的に平行にあり、且つ前記圧電素子及び前記支持シャフトの両端は、前記サイドアームと実質的に垂直状態にあることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロアクチュエータ。
28. 前記支持プレートは、二つの支持部及び当該二つの支持部と接続している連結部を備えることを特徴とする請求項１７に記載のマイクロアクチュエータ。
29. ヘッドジンバルアセンブリと、当該ヘッドジンバルアセンブリに連結した駆動アームと、磁気ディスクと、当該磁気ディスクを駆動するためのスピンドルモーターとを備えるディスクドライブユニットであって、
    前記ヘッドジンバルアセンブリは、スライダと、当該スライダの位置を調節するためのマイクロアクチュエータと、前記スライダ及び前記マイクロアクチュエータを搭載するサスペンションとを備え、そのうち、
    前記マイクロアクチュエータは、二つのサイドアームと、当該二つのサイドアームのうち少なくとも一つと連結して、当該一つ或は二つのサイドアームの選択的動作により相対的に回転し、且つ前記スライダを支持するロードプレートと、前記各サイドアーム間を連結する一対の圧電素子と、前記サスペンションに固定され、更に前記各サイドアーム間を連結し且つ前記圧電素子の間に位置する支持シャフトと、を備え、ここで、
    前記一対の圧電素子は、所定電圧により励起されてそれぞれ反対方向に移動して、前記サイドアームの選択的な動作及び前記ロードプレートとスライダの回転運動を引き起こすことを特徴とするディスクドライブユニット。
30. 前記ロードプレートは、前記スライダと連結する支持プレート及び当該支持プレートを前記二つのサイドアームにそれぞれ連結させる二つの連結プレートを備えることを特徴とする請求項２９に記載のディスクドライブユニット。

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