JP2009158676A - Piezoelectric element, magnetic head assembly and magnetic recording device - Google Patents

Piezoelectric element, magnetic head assembly and magnetic recording device Download PDF

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剛 青木
Kazuaki Kurihara
和明 栗原
Shigeyoshi Umemiya
茂良 梅宮
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a piezoelectric element which has a relatively simple structure, can be easily manufactured and enables a magnetic head to be positioned at high speed and with high accuracy; a magnetic head assembly using the piezoelectric element; and a magnetic recording device. <P>SOLUTION: A slider provided with the magnetic head is joined to a suspension arm through a piezoelectric element 20. The piezoelectric element 20 includes an element body 30 made of a ferroelectric film and a plurality of buried electrodes 31a and 31b buried in grooves arrayed in the width direction of the element body 30 to section the element body 30 into a plurality of blocks. Axes of polarization of adjacent blocks are parallel to the width direction and in directions opposite from one another. Further, the adjacent blocks are applied with voltages which are parallel to the width direction and in directions opposite from each other by the buried electrodes 31a and 31b. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁気記録装置における磁気ヘッドの高精度な位置制御に好適な圧電素子、並びにその圧電素子を用いた磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置に関する。   The present invention relates to a piezoelectric element suitable for highly accurate position control of a magnetic head in a magnetic recording apparatus, and a magnetic head assembly and a magnetic recording apparatus using the piezoelectric element.

近年、磁気記録装置(ハードディスク装置)は、コンピュータだけでなくポータブル音楽プレーヤやハードディスクビデオレコーダ(HDDレコーダ)等の家電製品にも広く使用されるようになった。また、これらの機器の高性能化にともない、磁気記録装置の大容量化が要求されており、磁気ディスク1枚当たりの記録容量が著しく増大している。   In recent years, magnetic recording devices (hard disk devices) have been widely used not only for computers but also for home appliances such as portable music players and hard disk video recorders (HDD recorders). In addition, along with the improvement in performance of these devices, there is a demand for an increase in the capacity of the magnetic recording apparatus, and the recording capacity per magnetic disk is remarkably increased.

磁気ディスクの大きさを変えずに記録容量を増大するためには、単位長さ当たりのトラック数(track per inch:TPI)を多くすること、つまりトラック幅を狭くして高密度に配置することが必須である。また、トラックの狭幅化及び高密度化に対応して、磁気ディスクに対しデータの記録及び再生を行う磁気ヘッド(記録素子及び再生素子)の微細化も要求されている。   In order to increase the recording capacity without changing the size of the magnetic disk, the number of tracks per unit length (track per inch: TPI) must be increased, that is, the track width should be narrowed and arranged at a high density. Is essential. In response to the narrowing and high density of tracks, there is also a demand for miniaturization of magnetic heads (recording elements and reproducing elements) for recording and reproducing data on and from a magnetic disk.

磁気ヘッドは、スライダと呼ばれるほぼ直方体の形状の部材の端面に配置される。従来の磁気記録装置では、スライダを支持するサスペンションアームを電磁アクチュエータ(ボイスコイルモータ)により磁気ディスクの面に平行な方向に所定の角度範囲内で回転させて磁気ヘッドの位置決めを行っている。しかし、上述した理由によりトラック密度が高くなると、単に電磁アクチュエータでサスペンションアームを回転駆動するだけでは、磁気ヘッドの位置決めを精密に制御することが困難になってきた。そこで、ボイスコイルモータによる位置制御に加えて、マイクロアクチュエータを用いてスライダ(磁気ヘッド)の位置を微調整することが提案されている。   The magnetic head is disposed on an end face of a substantially rectangular parallelepiped member called a slider. In a conventional magnetic recording apparatus, a suspension arm that supports a slider is rotated by a magnetic actuator (voice coil motor) within a predetermined angle range in a direction parallel to the surface of the magnetic disk, thereby positioning the magnetic head. However, if the track density is increased for the reasons described above, it has become difficult to precisely control the positioning of the magnetic head by simply rotating the suspension arm with an electromagnetic actuator. Therefore, in addition to position control by a voice coil motor, it has been proposed to finely adjust the position of a slider (magnetic head) using a microactuator.

特許文献1には、静電アクチュエータによりスライダを微小変位させる磁気記録装置が記載されている。この特許文献1では、櫛歯状に形成された固定電極及び可動電極を組み合わせて構成された静電アクチュエータが開示されている。また、特許文献2には、スライダの両側部に接触する一対のアームにそれぞれ圧電素子を取り付け、これらの圧電素子によりアームを変形させてスライダを微小変位させる構造のアクチュエータが記載されている。更に、特許文献3には、せん断モード(d15モード)で駆動する圧電素子と導体層とを積層し、更にその上に可動部材(薄板)を貼合わせた構造のアクチュエータと、そのアクチュエータをサスペンションアームの途中に配置した構造の磁気記録装置とが開示されている。
特開平8−180623号公報 特開2002−74870号公報 特許第3420915号公報
Patent Document 1 describes a magnetic recording apparatus in which a slider is slightly displaced by an electrostatic actuator. In Patent Document 1, an electrostatic actuator configured by combining a fixed electrode and a movable electrode formed in a comb shape is disclosed. Patent Document 2 describes an actuator having a structure in which a piezoelectric element is attached to each of a pair of arms contacting both sides of a slider, and the slider is slightly displaced by deforming the arm by these piezoelectric elements. Further, Patent Document 3 discloses an actuator having a structure in which a piezoelectric element that is driven in a shear mode (d15 mode) and a conductor layer are stacked, and a movable member (thin plate) is further bonded thereon, and the actuator is a suspension arm. And a magnetic recording device having a structure arranged in the middle of the above.
JP-A-8-180623 JP 2002-74870 A Japanese Patent No. 3420915

しかしながら、特許文献1に記載された静電アクチュエータは、構造が複雑であるため、製造及び実装が難しく、磁気ヘッドアセンブリの製造コストが高くなったり、製造歩留まりが低下することが考えられる。特許文献2に記載されたアクチュエータも、接着箇所が多く構造が複雑であり、製造コストが高くなることが考えられる。   However, since the electrostatic actuator described in Patent Document 1 has a complicated structure, it is difficult to manufacture and mount it, and it is considered that the manufacturing cost of the magnetic head assembly increases and the manufacturing yield decreases. The actuator described in Patent Document 2 is also considered to have many adhesion points and a complicated structure, resulting in an increase in manufacturing cost.

特許文献3に記載されたアクチュエータでは、アクチュエータ自体の変位量が小さいという欠点がある。そのため、特許文献3ではサスペンションアームの途中にアクチュエータを配置して、スライダ(磁気ヘッド)の変位量を大きくしている。しかし、アクチュエータとスライダとの間隔が大きくなるため、高速応答性が低下する。   The actuator described in Patent Document 3 has a drawback that the displacement amount of the actuator itself is small. Therefore, in Patent Document 3, an actuator is arranged in the middle of the suspension arm to increase the displacement of the slider (magnetic head). However, since the distance between the actuator and the slider is increased, the high-speed response is reduced.

本発明の目的は、構造が比較的簡単であり、容易に製造することができて、磁気ヘッドを高速かつ高精度に位置決めすることができる圧電素子並びにその圧電素子を用いた磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a piezoelectric element that has a relatively simple structure, can be easily manufactured, and can position a magnetic head at high speed and high accuracy, and a magnetic head assembly and a magnetic element using the piezoelectric element. It is to provide a recording device.

本発明の一観点によれば、圧電体膜からなる素子本体と、前記素子本体の幅方向に配列した溝内に埋め込まれて前記素子本体を複数のブロックに区画する複数の埋め込み電極とを有し、隣り合うブロックの分極軸が前記素子本体の厚さ方向に平行かつ前記隣り合うブロックの分極方向が相互に逆方向であり、前記隣り合うブロックには前記埋め込み電極により前記幅方向に平行であって相互に逆方向の電圧が印加される圧電素子が提供される。   According to an aspect of the present invention, there is provided an element body made of a piezoelectric film, and a plurality of embedded electrodes embedded in grooves arranged in the width direction of the element body and dividing the element body into a plurality of blocks. The polarization axes of adjacent blocks are parallel to the thickness direction of the element body, and the polarization directions of the adjacent blocks are opposite to each other, and the adjacent blocks are parallel to the width direction by the embedded electrode. A piezoelectric element to which voltages in opposite directions are applied is provided.

また、本発明の他の観点によれば、磁気記録媒体に対しデータの記録又は再生を行う磁気ヘッドが形成されたスライダと、前記スライダに接合された圧電素子とを有する磁気ヘッドアセンブリにおいて、前記圧電素子が、圧電体膜からなる素子本体と、前記素子本体の幅方向に配列した溝内に埋め込まれて前記素子本体を複数のブロックに区画する複数の埋め込み電極とにより構成され、隣り合うブロックの分極軸が前記素子本体の厚さ方向に平行かつ前記隣り合うブロックの分極方向が相互に逆方向であり、前記隣り合うブロックには前記埋め込み電極により前記幅方向に平行であって相互に逆方向の電圧が印加されるものである磁気ヘッドアセンブリが提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided a magnetic head assembly including a slider on which a magnetic head for recording or reproducing data on a magnetic recording medium is formed, and a piezoelectric element bonded to the slider. A piezoelectric element is composed of an element main body made of a piezoelectric film and a plurality of embedded electrodes embedded in grooves arranged in the width direction of the element main body and partitioning the element main body into a plurality of blocks. The polarization axes of the adjacent blocks are parallel to the thickness direction of the element body, and the polarization directions of the adjacent blocks are opposite to each other. The adjacent blocks are parallel to the width direction by the embedded electrodes and are opposite to each other. A magnetic head assembly is provided in which a directional voltage is applied.

更に、本発明の他の観点によれは、磁気記録媒体と、磁気ヘッドが形成されたスライダと、前記スライダを支持するサスペンションアームと、前記サスペンションアームを駆動して前記スライダを前記磁気記録媒体の半径方向に移動させるアクチュエータと、前記スライダと前記サスペンションアームとの間に配置され、前記スライダを前記磁気記録媒体の半径方向に変位させる圧電素子と、前記電磁アクチュエータ及び前記圧電素子を制御するとともに前記磁気ヘッドを介して前記磁気記録媒体に対しデータの記録及び再生を行う電子回路部とを有し、前記圧電素子が、圧電体膜からなる素子本体と、前記素子本体の幅方向に配列した溝内に埋め込まれて前記素子本体を複数のブロックに区画する複数の埋め込み電極とにより構成され、隣り合うブロックの分極軸が前記素子本体の厚さ方向に平行かつ前記隣り合うブロックの分極方向が相互に逆方向であり、前記隣り合うブロックには前記埋め込み電極により前記幅方向に平行であって相互に逆方向の電圧が印加されるものである磁気記録装置が提供される。   Further, according to another aspect of the present invention, a magnetic recording medium, a slider having a magnetic head formed thereon, a suspension arm that supports the slider, and the suspension arm is driven to move the slider to the magnetic recording medium. An actuator that moves in the radial direction; a piezoelectric element that is disposed between the slider and the suspension arm; and that displaces the slider in the radial direction of the magnetic recording medium; and controls the electromagnetic actuator and the piezoelectric element, and An electronic circuit unit that records and reproduces data to and from the magnetic recording medium via a magnetic head, and the piezoelectric element includes an element body made of a piezoelectric film, and grooves arranged in the width direction of the element body A plurality of embedded electrodes embedded in the element body and dividing the element body into a plurality of blocks. The polarization axes of the matching blocks are parallel to the thickness direction of the element body, and the polarization directions of the adjacent blocks are opposite to each other. The adjacent blocks are parallel to the width direction by the buried electrode and are mutually There is provided a magnetic recording apparatus to which a reverse voltage is applied.

本発明の圧電素子においては、圧電体膜が幅方向に配列した複数の埋め込み電極により複数のブロックに区画されている。隣り合うブロックには、厚さ方向に平行かつ相互に逆方向に分極処理がなされている。また、隣り合うブロックには、埋め込み電極により、幅方向に平行であって相互に逆方向の電圧が印加される。これにより、隣り合うブロックにはせん断的な応力が発生する。この場合、印加電圧が一定であるとすると、変位量は埋め込み電極間の間隔Lと、埋め込み電極の厚さ方向の長さTとの比に関係する。従って、埋め込み電極間の間隔Lと埋め込み電極の厚さ方向の長さTとの比を大きく設定することにより、変位量を大きくすることができる。   In the piezoelectric element of the present invention, the piezoelectric film is partitioned into a plurality of blocks by a plurality of embedded electrodes arranged in the width direction. Adjacent blocks are polarized in parallel to the thickness direction and in opposite directions. Adjacent blocks are applied with voltages in parallel with each other in the width direction and in opposite directions by the embedded electrodes. As a result, a shearing stress is generated in adjacent blocks. In this case, if the applied voltage is constant, the amount of displacement is related to the ratio between the distance L between the buried electrodes and the length T in the thickness direction of the buried electrodes. Therefore, the amount of displacement can be increased by setting a large ratio between the distance L between the embedded electrodes and the length T in the thickness direction of the embedded electrodes.

本発明に係る磁気ヘッドアセンブリは、磁気ヘッドが設けられたスライダに上述した構造の圧電素子を接合しているので、圧電素子とスライダとの間の距離が極めて短く、スライダ(磁気ヘッド)を高速かつ高精度に変位させることができる。これによりトラック幅が狭く高密度に配置された磁気ディスクにも対応することができ、磁気記録装置のより一層の大容量化が可能になる。   In the magnetic head assembly according to the present invention, the piezoelectric element having the above-described structure is bonded to the slider provided with the magnetic head. Therefore, the distance between the piezoelectric element and the slider is extremely short, and the slider (magnetic head) is moved at high speed. And it can be displaced with high accuracy. Accordingly, it is possible to deal with a magnetic disk having a narrow track width and a high density, and it is possible to further increase the capacity of the magnetic recording apparatus.

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る磁気記録装置(ハードディスク装置)の構成を示す平面図である。   FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a magnetic recording device (hard disk device) according to an embodiment of the present invention.

磁気記録装置10は、その筐体内に、円盤状の磁気ディスク(磁気記録媒体)11と、磁気ディスク11を回転させるスピンドルモータ(図示せず)と、磁気ヘッド(記録素子及び再生素子)が設けられたスライダ12と、スライダ12を支持するサスペンションアーム13と、サスペンションアーム13を駆動してスライダ12を磁気ディスク11の半径方向に移動させるボイスコイルモータ14と、スピンドルモータ及びボイスコイルモータ14を駆動制御するとともに磁気ヘッドを介して磁気ディスク11に対しデータの記録及び再生を行う電子回路部15とを有している。なお、スライダ12は、サスペンションアーム13の先端の磁気ディスク11側の面に配置されている。また、本実施形態の磁気記録装置においては、サスペンションアーム13とスライダ12との間に、後述するようにスライダ12の位置を磁気ディスク11の半径方向に微小変位させる圧電素子(アクチュエータ)が配置されている。   The magnetic recording apparatus 10 includes a disk-shaped magnetic disk (magnetic recording medium) 11, a spindle motor (not shown) that rotates the magnetic disk 11, and a magnetic head (recording element and reproducing element) in the housing. The slider 12, the suspension arm 13 that supports the slider 12, the voice coil motor 14 that drives the suspension arm 13 to move the slider 12 in the radial direction of the magnetic disk 11, and the spindle motor and the voice coil motor 14 are driven. An electronic circuit unit 15 that controls and records and reproduces data with respect to the magnetic disk 11 via the magnetic head is provided. The slider 12 is disposed on the surface of the suspension arm 13 on the magnetic disk 11 side. Further, in the magnetic recording apparatus of the present embodiment, a piezoelectric element (actuator) that slightly displaces the position of the slider 12 in the radial direction of the magnetic disk 11 is disposed between the suspension arm 13 and the slider 12 as will be described later. ing.

このように構成された磁気記録装置10において、スピンドルモータにより磁気ディスク11が高速で回転すると、磁気ディスク11の回転によって生じる空気流により、スライダ12は磁気ディスク11の表面から若干浮上する。そして、ボイスコイルモータ14によりスライダ12が磁気ディスク11の半径方向に移動し、更に圧電素子によりスライダ12の位置が微調整されて、磁気ヘッドが所望のトラックに対向して配置される。その後、磁気ヘッドを介して磁気ディスク11に対しデータの記録及び再生が行われる。   In the magnetic recording apparatus 10 configured as described above, when the magnetic disk 11 is rotated at a high speed by the spindle motor, the slider 12 slightly floats from the surface of the magnetic disk 11 due to the air flow generated by the rotation of the magnetic disk 11. Then, the slider 12 is moved in the radial direction of the magnetic disk 11 by the voice coil motor 14, and the position of the slider 12 is finely adjusted by the piezoelectric element, and the magnetic head is arranged to face a desired track. Thereafter, data is recorded on and reproduced from the magnetic disk 11 via the magnetic head.

図2は、サスペンションアーム13とそのサスペンションアーム13に取り付けられるスライダ12及び圧電素子20(磁気ヘッドアセンブリ)を示す斜視図である。   FIG. 2 is a perspective view showing the suspension arm 13, the slider 12 attached to the suspension arm 13, and the piezoelectric element 20 (magnetic head assembly).

スライダ12はアルチック(アルミナー炭化チタン)等の材料により形成されるほぼ直方体形状の部材であり、圧電素子20を介してサスペンションアーム13の先端の磁気ディスク11側の面に取り付けられる。スライダ12の一端面には磁気ヘッド17が設けられている。   The slider 12 is a substantially rectangular parallelepiped member formed of a material such as Altic (alumina-titanium carbide), and is attached to the surface of the suspension arm 13 on the magnetic disk 11 side via the piezoelectric element 20. A magnetic head 17 is provided on one end surface of the slider 12.

なお、図2では磁気ヘッド17を模式的に示している。実際の磁気ヘッド17は、磁気ディスク11にデータを書き込む記録素子と、磁気ディスク11からデータを読み出す再生素子とにより構成される。記録素子はコイルと磁極とにより構成される一種の電磁石であり、コイルに供給される書き込み電流に応じた磁界を磁気ディスク11に向けて発生する。再生素子には、例えば磁気ディスク11から発生する磁場に応じて抵抗値が変化するMR(Magneto Resistive)素子、GMR(Giant Magneto Resistive)素子又はTMR(Tunnel Magneto Resistive)素子等の磁気抵抗素子が使用される。   In FIG. 2, the magnetic head 17 is schematically shown. The actual magnetic head 17 includes a recording element that writes data to the magnetic disk 11 and a reproducing element that reads data from the magnetic disk 11. The recording element is a kind of electromagnet composed of a coil and a magnetic pole, and generates a magnetic field corresponding to a write current supplied to the coil toward the magnetic disk 11. As the reproducing element, for example, a magnetoresistive element such as an MR (Magneto Resistive) element, a GMR (Giant Magneto Resistive) element, or a TMR (Tunnel Magneto Resistive) element whose resistance value changes according to the magnetic field generated from the magnetic disk 11 is used. Is done.

図2中の18は電極であり、これらの電極18は、スライダ12内に形成された配線を介して磁気ヘッド17(記録素子及び再生素子)に電気的に接続されている。また、これらの電極18は、金属細線(ボンディングワイヤ:図示せず)を介してサスペンションアーム13の表面に設けられた配線(図示せず)と電気的に接続される。   Reference numeral 18 in FIG. 2 denotes electrodes, and these electrodes 18 are electrically connected to the magnetic head 17 (recording element and reproducing element) via wiring formed in the slider 12. In addition, these electrodes 18 are electrically connected to wiring (not shown) provided on the surface of the suspension arm 13 through fine metal wires (bonding wires: not shown).

本実施形態においては、図2に示すように、スライダ12とサスペンションアーム13との間に圧電素子(マイクロアクチュエータ)20が配置される。この圧電素子20の電極(後述する一括電極)も、金属細線(図示せず)を介してサスペンションアーム13の表面に設けられた配線と電気的に接続される。後述するように、圧電素子20はd15モードで駆動され、スライダ12を磁気ディスク11の半径方向(図2に矢印で示す方向)に微小変位させる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a piezoelectric element (microactuator) 20 is disposed between the slider 12 and the suspension arm 13. An electrode (collective electrode described later) of the piezoelectric element 20 is also electrically connected to a wiring provided on the surface of the suspension arm 13 through a thin metal wire (not shown). As will be described later, the piezoelectric element 20 is driven in the d15 mode, and the slider 12 is slightly displaced in the radial direction of the magnetic disk 11 (direction indicated by an arrow in FIG. 2).

図3(a)は圧電素子20を示す平面図、図3(b)は図3(a)のI−I線における断面図である。   3A is a plan view showing the piezoelectric element 20, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 3A.

圧電素子20はPZT(チタン酸ジルコン酸鉛:Pb(Zr,Ti)O3)又はPLZT(チタン酸ジルコン酸ランタン鉛:(Pb,La)(Zr,Ti)O3)等の強誘電体材料からなる直方体形状の素子本体30の間に埋め込み電極31a,31bを櫛歯状に埋め込んだ構造を有している。また、素子本体30の外周には一括電極32a,32bが形成されており、図3(a)の右側から奇数番目の埋め込み電極31aは一方の一括電極32aに接続され、偶数番目の埋め込み電極31bは他方の一括電極32bに接続されている。一括電極32a,32bは、前述したように金属細線を介してサスペンションアーム13に設けられた配線に電気的に接続される。 The piezoelectric element 20 is a ferroelectric material such as PZT (lead zirconate titanate: Pb (Zr, Ti) O 3 ) or PLZT (lead lanthanum zirconate titanate: (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ). In this structure, embedded electrodes 31a and 31b are embedded in a comb-like shape between element bodies 30 having a rectangular parallelepiped shape. Collective electrodes 32a and 32b are formed on the outer periphery of the element body 30, and the odd-numbered embedded electrodes 31a from the right side of FIG. 3A are connected to one of the collective electrodes 32a, and the even-numbered embedded electrodes 31b. Is connected to the other collective electrode 32b. The collective electrodes 32a and 32b are electrically connected to the wiring provided on the suspension arm 13 through the fine metal wires as described above.

素子本体30の縦方向の長さL1は例えば800μm、横方向の長さW1は例えば700μm、厚さT1は例えば100μmである。また、埋め込み電極31a,31bの縦方向の長さL2は例えば650μm、幅W2は例えば20μm、厚さT2は例えば80μmである。更に、埋め込み電極31a,31b間の間隔L3は例えば60μmである。   The longitudinal length L1 of the element body 30 is, for example, 800 μm, the lateral length W1 is, for example, 700 μm, and the thickness T1 is, for example, 100 μm. Further, the vertical length L2 of the embedded electrodes 31a and 31b is, for example, 650 μm, the width W2 is, for example, 20 μm, and the thickness T2 is, for example, 80 μm. Furthermore, the distance L3 between the embedded electrodes 31a and 31b is, for example, 60 μm.

素子本体30の上には例えばアルミナ(Al23)からなる絶縁膜33が例えば5μmの厚さに形成されている。この絶縁膜33の上面に接着剤が塗布され、圧電素子20とサスペンションアーム13とが接合される。 An insulating film 33 made of alumina (Al 2 O 3 ), for example, is formed on the element body 30 to a thickness of 5 μm, for example. An adhesive is applied to the upper surface of the insulating film 33 to bond the piezoelectric element 20 and the suspension arm 13 together.

本実施形態では、圧電素子20をd15モード(せん断モード)で駆動する。d15モードとは、分極軸(分極処理時の方向)に対し垂直な方向に電圧を印加することにより、分極軸及び電圧印加方向の双方に直交する軸を中心として変位するモードである。   In the present embodiment, the piezoelectric element 20 is driven in the d15 mode (shear mode). The d15 mode is a mode in which a voltage is applied in a direction perpendicular to the polarization axis (direction at the time of polarization processing) to displace about an axis orthogonal to both the polarization axis and the voltage application direction.

図4(a)は電圧無印加時における圧電素子20を模式的に示す上面図、図4(b)は同じくその断面図である。また、図5(a)は電圧を印加した状態における圧電素子を模式的に示す上面図、図5(b)は同じくその断面図である。これらの図4,図5において、白抜き矢印は分極軸の方向を示し、黒矢印は電圧の印加方向を示している。また、これらの図4,図5において、図3と同一物には同一符号を付している。なお、以下の説明において、電極31a及び電極31bにより区切られた強誘電体のブロックを、それぞれ強誘電体ブロックと呼ぶ。   4A is a top view schematically showing the piezoelectric element 20 when no voltage is applied, and FIG. 4B is a cross-sectional view thereof. FIG. 5A is a top view schematically showing the piezoelectric element in a state where a voltage is applied, and FIG. 5B is a cross-sectional view thereof. In these FIG. 4 and FIG. 5, the white arrow indicates the direction of the polarization axis, and the black arrow indicates the voltage application direction. 4 and 5, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. In the following description, the ferroelectric blocks delimited by the electrode 31a and the electrode 31b are each called a ferroelectric block.

本実施形態においては、図4(b)に白抜き矢印で示すように、隣り合う強誘電体ブロックの分極軸が厚さ方向に平行であって相互に逆方向になるように分極処理が施される。一括電極32a,32bに電圧を供給すると、図5(a),(b)に黒矢印で示すように、隣り合う強誘電体ブロックには、一括電極32a,32b及び埋め込み電極31a,31bを介して幅方向に平行かつ相互に逆方向の電圧が印加される。これにより、隣り合う強誘電体ブロックに逆方向の応力、すなわちせん断的な応力が発生し、圧電素子20は、図5(b)に示すように断面が平行四辺形となるように変形する。その結果、圧電素子20の下側に接合されたスライダ12が磁気ディスク11の直径方向(トラック幅方向)に移動する(図2参照)。   In this embodiment, as shown by the white arrow in FIG. 4B, the polarization process is performed so that the polarization axes of adjacent ferroelectric blocks are parallel to the thickness direction and opposite to each other. Is done. When a voltage is supplied to the collective electrodes 32a and 32b, as shown by black arrows in FIGS. 5A and 5B, adjacent ferroelectric blocks are connected to the collective electrodes 32a and 32b and the embedded electrodes 31a and 31b. Thus, voltages parallel to the width direction and opposite to each other are applied. As a result, stress in the opposite direction, that is, shearing stress is generated in the adjacent ferroelectric blocks, and the piezoelectric element 20 is deformed so that the cross section becomes a parallelogram as shown in FIG. As a result, the slider 12 bonded to the lower side of the piezoelectric element 20 moves in the diameter direction (track width direction) of the magnetic disk 11 (see FIG. 2).

図6,図7は、本実施形態の圧電素子20の製造方法を工程順に示す断面図である。   6 and 7 are cross-sectional views showing the method of manufacturing the piezoelectric element 20 of this embodiment in the order of steps.

最初に、図6(a),(b)に示す工程を説明する。まず、図6(a)に示すように、基板40の上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜41を形成する。基板40は表面が平坦なものであればよく、材質等は特に限定されない。また、フォトレジスト膜41の厚さは例えば100〜200μmとする。   First, the steps shown in FIGS. 6A and 6B will be described. First, as shown in FIG. 6A, a photoresist is applied on the substrate 40 to form a photoresist film 41. The substrate 40 only needs to have a flat surface, and the material and the like are not particularly limited. Further, the thickness of the photoresist film 41 is, for example, 100 to 200 μm.

その後、フォトレジスト膜41を所望の埋め込み電極31a,31bのパターン(図3(a)参照)で選択的に露光し、その後現像処理を施して、図6(b)に示すようにフォトレジストからなる突起42を形成する。図6(b)では、基板40が露出していないが、突起42間に基板40が露出してもよい。前述の埋め込み電極31a,31bの大きさに準じて、突起42の幅は例えば20μm、高さは例えば80μm、長さは例えば650μmとする。また、突起42間の間隔は例えば60μmとする。フォトレジスト膜41の露光には、例えばi線、KrFレーザ又はX線等を使用する。   Thereafter, the photoresist film 41 is selectively exposed with a desired pattern of the embedded electrodes 31a and 31b (see FIG. 3A), and then developed, and the photoresist film 41 is exposed from the photoresist as shown in FIG. 6B. A projection 42 is formed. In FIG. 6B, the substrate 40 is not exposed, but the substrate 40 may be exposed between the protrusions 42. In accordance with the size of the embedded electrodes 31a and 31b described above, the protrusion 42 has a width of, for example, 20 μm, a height of, for example, 80 μm, and a length of, for example, 650 μm. The interval between the protrusions 42 is set to 60 μm, for example. For example, i-line, KrF laser, or X-ray is used for exposure of the photoresist film 41.

次に、図6(c)の工程を説明する。上述の如く突起42を形成した後、基板40の上に強誘電体材料のスラリーを塗布して、突起42間の溝を埋める。この場合、突起42間にスラリーを隙間なく充填することが重要である。また、スラリーの塗布厚さは突起42の高さよりも厚くし、突起42が埋まるようにする。強誘電体材料としては、PZT又はPLZT等の圧電定数が大きな強誘電体材料を使用することが好ましく、その他の自発分極特性をもつ強誘電体材料を用いてもよい。   Next, the process of FIG.6 (c) is demonstrated. After the protrusions 42 are formed as described above, a ferroelectric material slurry is applied onto the substrate 40 to fill the grooves between the protrusions 42. In this case, it is important to fill the slurry between the protrusions 42 without any gap. Further, the coating thickness of the slurry is made thicker than the height of the protrusion 42 so that the protrusion 42 is buried. As the ferroelectric material, a ferroelectric material having a large piezoelectric constant such as PZT or PLZT is preferably used, and other ferroelectric materials having spontaneous polarization characteristics may be used.

その後、乾燥装置を用いてスラリーを乾燥させる。このようにして、強誘電体材料(前駆体)からなる素子本体30が形成される。   Thereafter, the slurry is dried using a drying apparatus. In this way, the element body 30 made of a ferroelectric material (precursor) is formed.

次に、図6(d)に示す工程を説明する。上記のようにして素子本体30を形成した後、有機溶剤によりフォトレジスト膜41を溶解して、素子本体30を基板40から分離する。分離後の素子本体30には、突起42に対応する溝30aが形成される。素子本体30を基板40から分離した後、素子本体30を例えば1200℃の温度に加熱して焼結する。   Next, the process shown in FIG. After the element body 30 is formed as described above, the photoresist film 41 is dissolved with an organic solvent to separate the element body 30 from the substrate 40. A groove 30a corresponding to the protrusion 42 is formed in the element body 30 after separation. After separating the element body 30 from the substrate 40, the element body 30 is heated to a temperature of 1200 ° C., for example, and sintered.

次に、図7(a)に示す工程を説明する。焼結処理後の素子本体30に対し、分極処理を施す。すなわち、スパッタ法等により、素子本体30の溝30a間の領域上に上側電極43を形成する。これと同様に、スパッタ法等により、素子本体30の下側全面に下側電極(共通電極)44を形成する。上側電極43及び下側電極44の材料としては、例えばAl(アルミニウム)を使用する。また、上側電極43及び下側電極44の厚さは例えば200nmとする。上側電極43の形成時には、溝30a内に金属が付着しないように、例えばメタルスルーマスクを用いて溝30aを覆う。   Next, the process shown in FIG. A polarization process is performed on the element body 30 after the sintering process. That is, the upper electrode 43 is formed on the region between the grooves 30a of the element body 30 by sputtering or the like. Similarly, a lower electrode (common electrode) 44 is formed on the entire lower surface of the element body 30 by sputtering or the like. As a material of the upper electrode 43 and the lower electrode 44, for example, Al (aluminum) is used. The thicknesses of the upper electrode 43 and the lower electrode 44 are, for example, 200 nm. When forming the upper electrode 43, the groove 30a is covered using, for example, a metal through mask so that metal does not adhere to the groove 30a.

次に、下側電極44を接地電位(0V)とし、奇数番目の上側電極43に+500Vの電圧を印加する。次に、偶数番目の上側電極43を接地電位とし、下側電極44に+500Vの電圧を印加する。このようにして、溝30aを挟んで隣り合う強誘電体ブロックに対し逆方向(反平行方向)に分極処理を実施する。なお、下側電極44を接地電位とし、奇数番目の上側電極43に+500Vの電圧を印加した後、偶数番目の上側電極43に−500Vの電圧を印加してもよい。   Next, the lower electrode 44 is set to the ground potential (0 V), and a voltage of +500 V is applied to the odd-numbered upper electrode 43. Next, the even-numbered upper electrode 43 is set to the ground potential, and a voltage of +500 V is applied to the lower electrode 44. In this way, the polarization process is performed in the opposite direction (anti-parallel direction) with respect to the adjacent ferroelectric blocks across the groove 30a. Alternatively, the lower electrode 44 may be set to the ground potential, and a voltage of +500 V may be applied to the odd-numbered upper electrodes 43, and then a voltage of -500V may be applied to the even-numbered upper electrodes 43.

次に、図7(b),(c)に示す工程を説明する。上述のようにして素子本体30に対し分極処理を実施した後、図7(b)に示すように上側電極43及び下側電極44をリン酸及び硝酸をエッチャントとするウェットエッチングにより除去する。   Next, the steps shown in FIGS. 7B and 7C will be described. After the polarization process is performed on the element body 30 as described above, the upper electrode 43 and the lower electrode 44 are removed by wet etching using phosphoric acid and nitric acid as etchants as shown in FIG.

次に、埋め込み電極31a,31b及び一括電極32a,32bを形成する。すなわち、フォトレジスト等の有機保護膜(図示せず)により、所定の領域(埋め込み電極31a,31b及び一括電極32a,32bを形成する領域以外の領域)をマスクする。その後、スパッタ法等により、全面にCu/Crからなるめっきシード膜(図示せず)を300nmの厚さに形成する。次いで、溶剤により、有機保護膜をその上に付着したシード膜とともに除去する。   Next, buried electrodes 31a and 31b and collective electrodes 32a and 32b are formed. That is, a predetermined region (a region other than the region where the buried electrodes 31a and 31b and the collective electrodes 32a and 32b are formed) is masked by an organic protective film (not shown) such as a photoresist. Thereafter, a plating seed film (not shown) made of Cu / Cr is formed to a thickness of 300 nm on the entire surface by sputtering or the like. Next, the organic protective film is removed together with the seed film deposited thereon by a solvent.

次に、電解めっき法により、シード膜の上にCu(銅)を例えば50μmの厚さでめっきする。これにより、図7(c)に示すように、溝30a内にCuが埋め込まれて、埋め込み電極31a,31bが形成される。また、素子本体30の側面に付着したCuにより一括電極32a,32bが形成される。なお、素子本体30の上にはCu膜45が50μmの厚さに形成される。   Next, Cu (copper) is plated on the seed film to a thickness of, for example, 50 μm by electrolytic plating. As a result, as shown in FIG. 7C, Cu is embedded in the groove 30a to form embedded electrodes 31a and 31b. Further, the collective electrodes 32 a and 32 b are formed by Cu adhering to the side surface of the element body 30. A Cu film 45 is formed on the element body 30 to a thickness of 50 μm.

次に、図7(d)に示すように、ラッピング研磨等により、素子本体30上のCu膜45を除去して、素子本体30の上面を露出させる。その後、バフ研磨により素子本体30の上面を平坦化する。   Next, as shown in FIG. 7D, the upper surface of the element body 30 is exposed by removing the Cu film 45 on the element body 30 by lapping polishing or the like. Thereafter, the upper surface of the element body 30 is flattened by buffing.

次いで、図7(e)に示す工程を説明する。上述の工程において埋め込み電極31a,31b及び一括電極32a,32bを形成した後、スパッタ法により素子本体30の上にアルミナ(Al23)を堆積させて絶縁膜33を形成する。絶縁膜33の厚さは例えば5μmとする。この場合、一括電極32a,32bの上に絶縁膜が付着しないように、メタルスルーマスクにより絶縁膜33の形成領域以外を覆う。このようにして、本実施形態に係る圧電素子20が完成する。 Next, the process shown in FIG. After the embedded electrodes 31a and 31b and the collective electrodes 32a and 32b are formed in the above-described process, the insulating film 33 is formed by depositing alumina (Al 2 O 3 ) on the element body 30 by sputtering. The thickness of the insulating film 33 is 5 μm, for example. In this case, a region other than the region where the insulating film 33 is formed is covered with a metal through mask so that the insulating film does not adhere to the collective electrodes 32a and 32b. Thus, the piezoelectric element 20 according to the present embodiment is completed.

図8は、本実施形態の圧電素子20の変位量を有限要素法を用いてシミュレーション計算した結果を示す図である。但し、素子本体30はPZTからなるものとしている。また、素子本体30の縦方向の長さL1は800μm、横方向の長さW1は700μm、厚さT1は100μmとしている(図3参照)。更に、埋め込み電極31a,31bの縦方向の長さL2は650μm、幅W2は20μm、厚さT2は80μmとし、埋め込み電極31a,31b間の間隔L3は60μmとしている。更にまた、一括電極32a,32b間に供給する駆動電圧は駆動電圧は30Vとしている。   FIG. 8 is a diagram showing the result of simulation calculation of the displacement amount of the piezoelectric element 20 of the present embodiment using the finite element method. However, the element body 30 is made of PZT. The longitudinal length L1 of the element body 30 is 800 μm, the lateral length W1 is 700 μm, and the thickness T1 is 100 μm (see FIG. 3). Further, the vertical length L2 of the embedded electrodes 31a and 31b is 650 μm, the width W2 is 20 μm, the thickness T2 is 80 μm, and the distance L3 between the embedded electrodes 31a and 31b is 60 μm. Furthermore, the drive voltage supplied between the collective electrodes 32a and 32b is 30V.

その結果、本実施形態の圧電素子は、最大42nm変位することが明らかになった。すなわち、本実施形態に係る圧電素子は、±30Vの範囲の電圧を印加することにより、スライダ(磁気ヘッド)を磁気ディスクの半径方向(トラック幅方向)に±42nmの範囲内で変位させることができる。   As a result, it has become clear that the piezoelectric element of the present embodiment is displaced by a maximum of 42 nm. That is, the piezoelectric element according to this embodiment can displace the slider (magnetic head) in the radial direction (track width direction) of the magnetic disk within a range of ± 42 nm by applying a voltage in the range of ± 30 V. it can.

本実施形態では、図2に示すように圧電素子20(マイクロアクチュエータ)がサスペンションアーム13とスライダ12との間に配置されており、圧電素子20とスライダ12との距離が極めて短い。このため共振周波数が高く、圧電素子20の圧電変異はマイクロ秒以下の応答を示すこととあいまって、磁気ヘッドの位置決めを高速かつ高精度に行うことができる。   In this embodiment, as shown in FIG. 2, the piezoelectric element 20 (microactuator) is disposed between the suspension arm 13 and the slider 12, and the distance between the piezoelectric element 20 and the slider 12 is extremely short. For this reason, the resonance frequency is high, and coupled with the fact that the piezoelectric variation of the piezoelectric element 20 shows a response of microseconds or less, the magnetic head can be positioned at high speed and with high accuracy.

なお、本実施形態に係る圧電素子20の変位量は、埋め込み電極31a,31b間の強誘電体ブロックのアスペクト比(縦横比)に関係する。上述した例では強誘電体ブロックのアスペクト比(T2/L3:図3参照)を1.3(=80μm/60μm)としているが、磁気ヘッド17(スライダ12)の変位量を十分に確保するために、強誘電体ブロックのアスペクト比は1以上とすることが好ましい。   The displacement amount of the piezoelectric element 20 according to this embodiment is related to the aspect ratio (aspect ratio) of the ferroelectric block between the embedded electrodes 31a and 31b. In the example described above, the aspect ratio of the ferroelectric block (T2 / L3: see FIG. 3) is 1.3 (= 80 μm / 60 μm). However, in order to ensure a sufficient amount of displacement of the magnetic head 17 (slider 12). In addition, the aspect ratio of the ferroelectric block is preferably 1 or more.

以下、本実施形態に係る圧電素子を用いた磁気ヘッドの位置制御方法について、図9,図10に示すフローチャートを参照して説明する。   Hereinafter, a magnetic head position control method using the piezoelectric element according to the present embodiment will be described with reference to flowcharts shown in FIGS.

ます、ステップS11において、変数nの値を初期化(n=1)する。このとき、圧電素子20は電圧無印加状態とする。次に、ステップS12に移行して、電子回路部15は、コンピュータ等の外部装置からの信号に応じてボイスコイルモータ(VCM)14を駆動し、サスペンションアーム13を回転させてスライダ12(磁気ヘッド)を磁気ディスク11の所定のトラックの位置に移動(ロード)する。   First, in step S11, the value of the variable n is initialized (n = 1). At this time, the piezoelectric element 20 is not applied with a voltage. In step S12, the electronic circuit unit 15 drives the voice coil motor (VCM) 14 in accordance with a signal from an external device such as a computer, and rotates the suspension arm 13 to move the slider 12 (magnetic head). ) Is moved (loaded) to a predetermined track position on the magnetic disk 11.

次に、ステップS13に移行し、電子回路部15は磁気ヘッド17を介して磁気ディスク11から磁気記録信号を読み取り、オントラック信号が確認できたか否かを判定する。オントラック信号が確認できた場合(YESの場合)、すなわち磁気ヘッド17が所定のトラックの位置にあるときは、ステップS22に移行して、所定のトラックに対しデータの書き込み又は読み出しを行う。一方、ステップS12でオントラック信号が確認できない場合(NOの場合)、すなわち磁気ヘッドが所定のトラックの位置にない場合は、ステップS14に移行する。   In step S13, the electronic circuit unit 15 reads the magnetic recording signal from the magnetic disk 11 via the magnetic head 17, and determines whether the on-track signal has been confirmed. When the on-track signal is confirmed (in the case of YES), that is, when the magnetic head 17 is at the position of the predetermined track, the process proceeds to step S22 and data is written to or read from the predetermined track. On the other hand, if the on-track signal cannot be confirmed in step S12 (in the case of NO), that is, if the magnetic head is not located at a predetermined track, the process proceeds to step S14.

ステップS14において、電子回路部15は圧電素子20にプラスの電圧(プラスの初期電圧)を印加する。ここでは、圧電素子20にプラスの電圧を印加すると、スライダ12(磁気ヘッド17)は磁気ディスク11の中心側に移動するものとする。   In step S <b> 14, the electronic circuit unit 15 applies a positive voltage (positive initial voltage) to the piezoelectric element 20. Here, when a positive voltage is applied to the piezoelectric element 20, the slider 12 (magnetic head 17) moves to the center side of the magnetic disk 11.

ステップS14において圧電素子20にプラスの電圧を印加した後、ステップS15において、磁気ヘッド17により磁気ディスク11から磁気記録信号を読み取り、オントラック信号が確認できたか否かを判定する。オントラック信号が確認できた場合(YESの場合)はステップS22に移行し、所定のトラックに対しデータの書き込み又は読み出しを行う。一方、ステップS15においてオントラック信号が確認できない場合(NOの場合)は、ステップS16に移行する。   After applying a positive voltage to the piezoelectric element 20 in step S14, in step S15, the magnetic recording signal is read from the magnetic disk 11 by the magnetic head 17, and it is determined whether or not the on-track signal has been confirmed. When the on-track signal can be confirmed (in the case of YES), the process proceeds to step S22, and data is written to or read from a predetermined track. On the other hand, when the on-track signal cannot be confirmed in step S15 (in the case of NO), the process proceeds to step S16.

ステップS16では、圧電素子20への印加電圧が予め設定されたプラス側の上限印加電圧(例えば+30V)に到達したか否かを判定する。そして、圧電素子20への印加電圧が予め設定されたプラス側の上限印加電圧よりも小さい場合は、ステップS17に移行して印加電圧を所定の値だけ増加させた後、ステップS15に戻る。このようにしてステップS15からステップS17までの工程を実施し、スライダ12(磁気ヘッド17)を磁気ディスク11の中心側に徐々に移動させてオントラック信号を確認し、オントラック信号が確認できた場合はステップS22に移行してデータの書き込み又は読み出しを行う。   In step S16, it is determined whether or not the voltage applied to the piezoelectric element 20 has reached a preset upper limit applied voltage (for example, +30 V). When the applied voltage to the piezoelectric element 20 is smaller than the preset upper limit applied voltage, the process proceeds to step S17 to increase the applied voltage by a predetermined value, and then returns to step S15. In this way, the processes from step S15 to step S17 were performed, and the on-track signal was confirmed by gradually moving the slider 12 (magnetic head 17) toward the center of the magnetic disk 11, and the on-track signal was confirmed. In this case, the process proceeds to step S22, where data is written or read.

ステップS15からステップS17までの工程を実施してもオントラック信号が確認できない場合、すなわちステップS16でYESの場合は、ステップS18に移行する。   If the on-track signal cannot be confirmed even after performing the processes from step S15 to step S17, that is, if YES in step S16, the process proceeds to step S18.

ステップS18では、圧電素子20にマイナスの電圧(マイナスの初期電圧)を印加する。その後、ステップS19において、磁気ヘッド17により磁気ディスク11から磁気記録信号を読み取り、オントラック信号が確認できたか否かを判定する。オントラック信号が確認できた場合(YESの場合)はステップS22に移行し、所定のトラックに対しデータの書き込み又は読み出しを行う。一方、ステップS19においてオントラック信号が確認できない場合(NOの場合)は、ステップS20に移行する。   In step S18, a negative voltage (negative initial voltage) is applied to the piezoelectric element 20. Thereafter, in step S19, the magnetic recording signal is read from the magnetic disk 11 by the magnetic head 17, and it is determined whether or not the on-track signal is confirmed. When the on-track signal can be confirmed (in the case of YES), the process proceeds to step S22, and data is written to or read from a predetermined track. On the other hand, when the on-track signal cannot be confirmed in step S19 (in the case of NO), the process proceeds to step S20.

ステップS20では、圧電素子20への印加電圧が予め設定されたマイナス側の上限印加電圧(例えば−30V)に到達したか否かを判定する。そして、圧電素子20への印加電圧が予め設定されたマイナス側の上限印加電圧よりも小さい場合は、ステップS21に移行して印加電圧を所定の値だけ増加させた後、ステップS19に戻る。このようにしてステップS19からステップS21までの工程を実施し、スライダ12(磁気ヘッド17)を磁気ディスク11の外周側に徐々に移動させてオントラック信号を確認し、オントラック信号が確認できた場合はステップS22に移行してデータの書き込み又は読み出しを行う。   In step S20, it is determined whether or not the applied voltage to the piezoelectric element 20 has reached a preset negative upper limit applied voltage (for example, −30 V). If the applied voltage to the piezoelectric element 20 is smaller than the preset negative upper limit applied voltage, the process proceeds to step S21 to increase the applied voltage by a predetermined value, and then returns to step S19. In this way, the processes from step S19 to step S21 were performed, and the on-track signal was confirmed by gradually moving the slider 12 (magnetic head 17) to the outer peripheral side of the magnetic disk 11, and the on-track signal was confirmed. In this case, the process proceeds to step S22, where data is written or read.

ステップS19からステップ21までの工程を実施してもオントラック信号が確認できない場合、すなわちステップS20でYESの場合は、ステップS23に移行する。ステップS23では、nの値を調べる。ステップS23においてnの値が1の場合は、ステップS24に移行する。ステップS24において、電子回路部15はボイスコイルモータ14を制御し、スライダ12(磁気ヘッド17)を磁気ディスク11の中心側に若干移動させる。その後、ステップS25に移行してnの値に1を加算して得た値を新たにnとした後、ステップS13に戻り、前述した処理を実施する。   If the on-track signal cannot be confirmed even after performing the processes from step S19 to step 21, that is, if YES in step S20, the process proceeds to step S23. In step S23, the value of n is examined. If the value of n is 1 in step S23, the process proceeds to step S24. In step S <b> 24, the electronic circuit unit 15 controls the voice coil motor 14 to slightly move the slider 12 (magnetic head 17) to the center side of the magnetic disk 11. Thereafter, the process proceeds to step S25, a value obtained by adding 1 to the value of n is newly set to n, and then the process returns to step S13 to perform the above-described processing.

ステップS23においてnの値が2の場合は、ステップS26に移行する。ステップS26において、電子回路部15はボイスコイルモータ14を制御し、スライダ12(磁気ヘッド17)を磁気ディスク11の外周側に若干移動させる。その後、ステップS27に移行してnの値に1を加算して得た値を新たにnとした後、ステップS13に戻り、前述した処理を実施する。   If the value of n is 2 in step S23, the process proceeds to step S26. In step S <b> 26, the electronic circuit unit 15 controls the voice coil motor 14 to slightly move the slider 12 (magnetic head 17) to the outer peripheral side of the magnetic disk 11. Thereafter, the process proceeds to step S27, and a value obtained by adding 1 to the value of n is newly set to n. Then, the process returns to step S13, and the above-described processing is performed.

ステップS23においてnの値が3の場合は、ステップS28に移行して、電子回路部15はコンピュータ等の外部装置に異常信号を出力する。外部装置は、この異常信号により、例えば表示部に磁気記録装置の異常を示すメッセージを表示する。   When the value of n is 3 in step S23, the process proceeds to step S28, and the electronic circuit unit 15 outputs an abnormal signal to an external device such as a computer. The external device displays a message indicating an abnormality of the magnetic recording device, for example, on the display unit by the abnormality signal.

上記の磁気ヘッドの位置制御方法によれば、図2,図3に示す圧電素子20を用いてスライダ12(磁気ヘッド17)の位置を微調整するので、磁気ヘッド17の位置を高精度で制御することができ、トラック密度が高い磁気ディスクに対してもデータの書き込み又は読み出しを確実に行うことができる。   According to the above magnetic head position control method, the position of the slider 12 (magnetic head 17) is finely adjusted using the piezoelectric element 20 shown in FIGS. Thus, data can be written or read reliably even on a magnetic disk having a high track density.

以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。   Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.

(付記1)圧電体膜からなる素子本体と、
前記素子本体の幅方向に配列した溝内に埋め込まれて前記素子本体を複数のブロックに区画する複数の埋め込み電極とを有し、
隣り合うブロックの分極軸が前記素子本体の厚さ方向に平行かつ前記隣り合うブロックの分極方向が相互に逆方向であり、前記隣り合うブロックには前記埋め込み電極により前記幅方向に平行であって相互に逆方向の電圧が印加されることを特徴とする圧電素子。
(Appendix 1) An element body made of a piezoelectric film;
A plurality of embedded electrodes embedded in grooves arranged in the width direction of the element body and dividing the element body into a plurality of blocks;
The polarization axes of adjacent blocks are parallel to the thickness direction of the element body, and the polarization directions of the adjacent blocks are opposite to each other, and the adjacent blocks are parallel to the width direction by the embedded electrode. A piezoelectric element, wherein voltages in opposite directions are applied to each other.

(付記2)前記埋め込み電極間の間隔をL、前記埋め込み電極の前記厚さ方向の長さをTとしたときに、T/Lの値が1以上であることを特徴とする付記1に記載の圧電素子。   (Additional remark 2) The value of T / L is 1 or more, when the space | interval between the said embedded electrodes is set to L and the length of the said thickness direction of the said embedded electrode is set to T, The additional value 1 characterized by the above-mentioned. Piezoelectric element.

(付記3)前記素子本体が、強誘電体からなることを特徴とする付記1又は2に記載の圧電素子。   (Additional remark 3) The said element main body consists of ferroelectrics, The piezoelectric element of Additional remark 1 or 2 characterized by the above-mentioned.

(付記4)前記素子本体の側面に、奇数番目の埋め込み電極に共通接続された第1の一括電極と、偶数番目の埋め込み電極に共通接続された第2の一括電極とを有することを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の圧電素子。   (Additional remark 4) It has the 1st collective electrode commonly connected to the odd-numbered embedded electrode, and the 2nd collective electrode commonly connected to the even-numbered embedded electrode on the side of the element main body, The piezoelectric element according to any one of supplementary notes 1 to 3.

(付記5)磁気記録媒体に対しデータの記録又は再生を行う磁気ヘッドが形成されたスライダと、前記スライダに接合された圧電素子とを有する磁気ヘッドアセンブリにおいて、
前記圧電素子が、
圧電体膜からなる素子本体と、前記素子本体の幅方向に配列した溝内に埋め込まれて前記素子本体を複数のブロックに区画する複数の埋め込み電極とにより構成され、隣り合うブロックの分極軸が前記素子本体の厚さ方向に平行かつ前記隣り合うブロックの分極方向が相互に逆方向であり、前記隣り合うブロックには前記埋め込み電極により前記幅方向に平行であって相互に逆方向の電圧が印加されるものであることを特徴とする磁気ヘッドアセンブリ。
(Additional remark 5) In the magnetic head assembly which has the slider in which the magnetic head which records or reproduces | regenerates data with respect to a magnetic recording medium was formed, and the piezoelectric element joined to the said slider,
The piezoelectric element is
An element main body made of a piezoelectric film and a plurality of embedded electrodes embedded in grooves arranged in the width direction of the element main body to partition the element main body into a plurality of blocks, and the polarization axes of adjacent blocks are The polarization directions of the adjacent blocks that are parallel to the thickness direction of the element body are opposite to each other, and the adjacent blocks have voltages that are parallel to the width direction and opposite to each other by the embedded electrode. A magnetic head assembly which is applied.

(付記6)磁気記録媒体と、
磁気ヘッドが形成されたスライダと、
前記スライダを支持するサスペンションアームと、
前記サスペンションアームを駆動して前記スライダを前記磁気記録媒体の半径方向に移動させるアクチュエータと、
前記スライダと前記サスペンションアームとの間に配置され、前記スライダを前記磁気記録媒体の半径方向に変位させる圧電素子と、
前記電磁アクチュエータ及び前記圧電素子を制御するとともに前記磁気ヘッドを介して前記磁気記録媒体に対しデータの記録及び再生を行う電子回路部とを有し、
前記圧電素子が、
圧電体膜からなる素子本体と、前記素子本体の幅方向に配列した溝内に埋め込まれて前記素子本体を複数のブロックに区画する複数の埋め込み電極とにより構成され、隣り合うブロックの分極軸が前記素子本体の厚さ方向に平行かつ前記隣り合うブロックの分極方向が相互に逆方向であり、前記隣り合うブロックには前記埋め込み電極により前記幅方向に平行であって相互に逆方向の電圧が印加されるものであることを特徴とする磁気記録装置。
(Appendix 6) Magnetic recording medium;
A slider on which a magnetic head is formed;
A suspension arm that supports the slider;
An actuator that drives the suspension arm to move the slider in a radial direction of the magnetic recording medium;
A piezoelectric element disposed between the slider and the suspension arm and displacing the slider in a radial direction of the magnetic recording medium;
An electronic circuit unit that controls the electromagnetic actuator and the piezoelectric element and performs recording and reproduction of data with respect to the magnetic recording medium via the magnetic head;
The piezoelectric element is
An element main body made of a piezoelectric film and a plurality of embedded electrodes embedded in grooves arranged in the width direction of the element main body to partition the element main body into a plurality of blocks, and the polarization axes of adjacent blocks are The polarization directions of the adjacent blocks that are parallel to the thickness direction of the element body are opposite to each other, and the adjacent blocks have voltages that are parallel to the width direction and opposite to each other by the embedded electrode. A magnetic recording apparatus which is applied.

(付記7)前記電子回路部は、前記アクチュエータを駆動して前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体の所定のトラック位置に配置した後、前記磁気ヘッドにより前記磁気記録媒体からトラックオン信号を検出するように前記圧電素子を駆動することを特徴とする付記4に記載の磁気記録装置。   (Supplementary Note 7) The electronic circuit unit drives the actuator to place the magnetic head at a predetermined track position of the magnetic recording medium, and then detects a track-on signal from the magnetic recording medium by the magnetic head. The magnetic recording apparatus according to appendix 4, wherein the piezoelectric element is driven.

(付記8)基板上に樹脂膜を形成する工程と、
前記樹脂膜をパターニングして一定の間隔で配列したストライプ状の突起を形成する工程と、
前記樹脂膜の上に強誘電体材料のスラリーを塗布して前記突起間の領域を前記スラリーで埋める工程と、
前記スラリーを乾燥して前記突起に対応する溝を有する素子本体を形成する工程と、
前記樹脂膜を溶解して前記素子本体と前記基板とを分離する工程と、
前記素子本体を焼結する工程と、
前記素子本体を分極処理する工程と、
前記素子本体の溝内に導電体材料を埋め込む工程とを有し、
前記分極処理する工程では、前記溝により区画された領域のうち隣り合う領域に対し、厚さ方向に平行かつ相互に逆方向に分極処理を施すことを特徴とする圧電素子の製造方法。
(Appendix 8) A step of forming a resin film on a substrate;
Patterning the resin film to form stripe-shaped protrusions arranged at regular intervals;
Applying a slurry of a ferroelectric material on the resin film and filling a region between the protrusions with the slurry;
Drying the slurry to form an element body having grooves corresponding to the protrusions;
Dissolving the resin film to separate the element body and the substrate;
Sintering the element body;
Polarizing the element body;
Embedding a conductor material in the groove of the element body,
The method for manufacturing a piezoelectric element characterized in that, in the step of performing the polarization treatment, polarization treatment is performed in parallel to the thickness direction and in opposite directions to adjacent regions among the regions partitioned by the grooves.

図1は、本発明の実施形態に係る磁気記録装置(ハードディスク装置)の構成を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a magnetic recording device (hard disk device) according to an embodiment of the present invention. 図2は、サスペンションアームとそのサスペンションアームに取り付けられるスライダ及び圧電素子(磁気ヘッドアセンブリ)を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a suspension arm, a slider attached to the suspension arm, and a piezoelectric element (magnetic head assembly). 図3(a)は圧電素子を示す平面図、図3(b)は図3(a)のI−I線における断面図である。3A is a plan view showing the piezoelectric element, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 3A. 図4(a)は電圧無印加時における圧電素子を模式的に示す上面図、図4(b)は同じくその断面図である。4A is a top view schematically showing the piezoelectric element when no voltage is applied, and FIG. 4B is a cross-sectional view thereof. 図5(a)は電圧を印加した状態における圧電素子を模式的に示す上面図、図5(b)は同じくその断面図である。FIG. 5A is a top view schematically showing the piezoelectric element in a state where a voltage is applied, and FIG. 5B is a cross-sectional view thereof. 図6は、実施形態の圧電素子の製造方法を工程順に示す断面図(その1)である。FIG. 6 is a cross-sectional view (part 1) illustrating the method of manufacturing the piezoelectric element according to the embodiment in the order of steps. 図7は、実施形態の圧電素子の製造方法を工程順に示す断面図(その2)である。FIG. 7 is a cross-sectional view (part 2) illustrating the method of manufacturing the piezoelectric element of the embodiment in the order of steps. 図8は、実施形態の圧電素子の変位量を有限要素法を用いてシミュレーション計算した結果を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a result of simulation calculation of the displacement amount of the piezoelectric element according to the embodiment using a finite element method. 図9は、実施形態に係る圧電素子を用いた磁気ヘッドの位置制御方法を示すフローチャート(その1)である。FIG. 9 is a flowchart (No. 1) showing the magnetic head position control method using the piezoelectric element according to the embodiment. 図10は、実施形態に係る圧電素子を用いた磁気ヘッドの位置制御方法を示すフローチャート(その2)である。FIG. 10 is a flowchart (part 2) illustrating the position control method of the magnetic head using the piezoelectric element according to the embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10…磁気記録装置、
11…磁気ディスク、
12…スライダ、
13…サスペンションアーム、
14…ボイスコイルモータ、
15…電子回路部、
17…磁気ヘッド、
18…電極、
20…圧電素子、
30…素子本体、
30a…溝、
31a,31b…埋め込み電極、
32a,32b…一括電極、
33…絶縁膜、
40…基板、
41…フォトレジスト膜、
42…突起、
43…上側電極、
44…下側電極、
45…Cu膜。
10: Magnetic recording device,
11 ... Magnetic disk,
12 ... slider,
13 ... Suspension arm,
14 ... Voice coil motor,
15 ... electronic circuit part,
17 ... Magnetic head,
18 ... electrode,
20: Piezoelectric element,
30 ... element body,
30a ... groove,
31a, 31b ... buried electrodes,
32a, 32b ... collective electrodes,
33. Insulating film,
40 ... substrate,
41 ... Photoresist film,
42 ... protrusions,
43 ... Upper electrode,
44 ... lower electrode,
45: Cu film.

Claims (5)

圧電体膜からなる素子本体と、
前記素子本体の幅方向に配列した溝内に埋め込まれて前記素子本体を複数のブロックに区画する複数の埋め込み電極とを有し、
隣り合うブロックの分極軸が前記素子本体の厚さ方向に平行かつ前記隣り合うブロックの分極方向が相互に逆方向であり、前記隣り合うブロックには前記埋め込み電極により前記幅方向に平行であって相互に逆方向の電圧が印加されることを特徴とする圧電素子。
An element body made of a piezoelectric film;
A plurality of embedded electrodes embedded in grooves arranged in the width direction of the element body and dividing the element body into a plurality of blocks;
The polarization axes of adjacent blocks are parallel to the thickness direction of the element body, and the polarization directions of the adjacent blocks are opposite to each other, and the adjacent blocks are parallel to the width direction by the embedded electrode. A piezoelectric element, wherein voltages in opposite directions are applied to each other.
前記埋め込み電極間の間隔をL、前記埋め込み電極の前記厚さ方向の長さをTとしたときに、T/Lの値が1以上であることを特徴とする請求項1に記載の圧電素子。   2. The piezoelectric element according to claim 1, wherein a value of T / L is 1 or more, where L is an interval between the embedded electrodes and T is a length of the embedded electrodes in the thickness direction. . 前記素子本体が、強誘電体からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の圧電素子。   The piezoelectric element according to claim 1, wherein the element body is made of a ferroelectric material. 磁気記録媒体に対しデータの記録又は再生を行う磁気ヘッドが形成されたスライダと、前記スライダに接合された圧電素子とを有する磁気ヘッドアセンブリにおいて、
前記圧電素子が、
圧電体膜からなる素子本体と、前記素子本体の幅方向に配列した溝内に埋め込まれて前記素子本体を複数のブロックに区画する複数の埋め込み電極とにより構成され、隣り合うブロックの分極軸が前記素子本体の厚さ方向に平行かつ前記隣り合うブロックの分極方向が相互に逆方向であり、前記隣り合うブロックには前記埋め込み電極により前記幅方向に平行であって相互に逆方向の電圧が印加されるものであることを特徴とする磁気ヘッドアセンブリ。
In a magnetic head assembly having a slider on which a magnetic head for recording or reproducing data on a magnetic recording medium is formed, and a piezoelectric element bonded to the slider.
The piezoelectric element is
An element main body made of a piezoelectric film and a plurality of embedded electrodes embedded in grooves arranged in the width direction of the element main body to partition the element main body into a plurality of blocks, and the polarization axes of adjacent blocks are The polarization directions of the adjacent blocks that are parallel to the thickness direction of the element body are opposite to each other, and the adjacent blocks have voltages that are parallel to the width direction and opposite to each other by the embedded electrode. A magnetic head assembly which is applied.
磁気記録媒体と、
磁気ヘッドが形成されたスライダと、
前記スライダを支持するサスペンションアームと、
前記サスペンションアームを駆動して前記スライダを前記磁気記録媒体の半径方向に移動させるアクチュエータと、
前記スライダと前記サスペンションアームとの間に配置され、前記スライダを前記磁気記録媒体の半径方向に変位させる圧電素子と、
前記電磁アクチュエータ及び前記圧電素子を制御するとともに前記磁気ヘッドを介して前記磁気記録媒体に対しデータの記録及び再生を行う電子回路部とを有し、
前記圧電素子が、
圧電体膜からなる素子本体と、前記素子本体の幅方向に配列した溝内に埋め込まれて前記素子本体を複数のブロックに区画する複数の埋め込み電極とにより構成され、隣り合うブロックの分極軸が前記素子本体の厚さ方向に平行かつ前記隣り合うブロックの分極方向が相互に逆方向であり、前記隣り合うブロックには前記埋め込み電極により前記幅方向に平行であって相互に逆方向の電圧が印加されるものであることを特徴とする磁気記録装置。
A magnetic recording medium;
A slider on which a magnetic head is formed;
A suspension arm that supports the slider;
An actuator that drives the suspension arm to move the slider in a radial direction of the magnetic recording medium;
A piezoelectric element disposed between the slider and the suspension arm and displacing the slider in a radial direction of the magnetic recording medium;
An electronic circuit unit that controls the electromagnetic actuator and the piezoelectric element and performs recording and reproduction of data with respect to the magnetic recording medium via the magnetic head;
The piezoelectric element is
An element main body made of a piezoelectric film and a plurality of embedded electrodes embedded in grooves arranged in the width direction of the element main body to partition the element main body into a plurality of blocks, and the polarization axes of adjacent blocks are The polarization directions of the adjacent blocks which are parallel to the thickness direction of the element body are opposite to each other, and voltages adjacent to the width direction and opposite to each other are applied to the adjacent blocks by the embedded electrode. A magnetic recording apparatus which is applied.
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