JP2014078625A - 圧電素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】パーティクルの発生が抑制された圧電素子を提供する。
【解決手段】圧電素子40は、互いに対向する一対の主面(上面43aおよび下面43b)と、一対の主面間を連結するように延びる側面43c、43d、43e、43fと、を有する圧電体43と、圧電体43の側面を覆うとともに、圧電体43の主面と同一平面に存在する主面を有する樹脂44と、圧電体43の主面および樹脂44の主面を一体的に覆う電極42A、42Bと、を備える圧電素子であって、樹脂44の主面がRa0.02〜0.3μmの粗面化された面であるため、主面の表面積の拡大化が図られ、樹脂44と電極42Aとの密着性が向上している。それに伴い、圧電体43で発生したパーティクルが樹脂44と電極42A、42Bとの間から素子外部に排出されてしまう事態が抑制され、パーティクルの発生が抑制されている。
【選択図】図4
【解決手段】圧電素子40は、互いに対向する一対の主面(上面43aおよび下面43b)と、一対の主面間を連結するように延びる側面43c、43d、43e、43fと、を有する圧電体43と、圧電体43の側面を覆うとともに、圧電体43の主面と同一平面に存在する主面を有する樹脂44と、圧電体43の主面および樹脂44の主面を一体的に覆う電極42A、42Bと、を備える圧電素子であって、樹脂44の主面がRa0.02〜0.3μmの粗面化された面であるため、主面の表面積の拡大化が図られ、樹脂44と電極42Aとの密着性が向上している。それに伴い、圧電体43で発生したパーティクルが樹脂44と電極42A、42Bとの間から素子外部に排出されてしまう事態が抑制され、パーティクルの発生が抑制されている。
【選択図】図4
Description
本発明は、圧電素子に関する。
圧電素子として、互いに対向する一対の主面と、一対の主面を連結するように一対の主面の対向方向に延びる側面と、を有すると共に、圧電セラミック材料からなる圧電体と、該圧電体の一対の主面上にそれぞれ配置された一対の電極と、を備えているものが一般的に知られている。
そして、上述した圧電素子をスライダ駆動用のアクチュエータとして利用するハードディスク装置(HDD)ヘッドサスペンションが知られている。
下記特許文献1には、このようなHDDヘッドサスペンションにおいて、圧電素子の圧電体側面に樹脂をコーティングすることにより、側面から圧電セラミックの粒子が離脱(パーティクルが発生)することを抑制する技術が開示されている。
上述した従来の圧電素子においては、圧電体側面からパーティクルが発生されるだけでなく、圧電体主面からもパーティクルが発生され得る。
そこで、発明者らは、上述した従来の圧電素子において、圧電体主面と電極との密着性を向上させることでパーティクルの発生を効果的に抑制できるとの予見から、様々な検討を重ねてきた。その過程において、上記特許文献2に開示された技術を利用し、圧電体主面にレーザ光を照射して微細な凸形状および凹形状を形成して粗面化し、表面積の拡大に伴う密着性向上について検討してみた。
しかしながら、圧電体主面と電極との密着性が向上したとしても、圧電体を囲むようにして覆う樹脂と電極との密着性が十分に確保されていない場合には、圧電体で発生したパーティクルが樹脂と電極との間から素子外部に排出されてしまう。
上述した圧電素子において、樹脂と電極とでは熱膨張係数が大きく異なるため、その熱膨張係数の差に起因して、樹脂と電極との密着性が低下し、パーティクルが発生するおそれがある。このような密着性の低下に起因するパーティクルの発生は、圧電素子をHDDヘッドサスペンションに適用したときの熱サイクル時に、特に問題となる。
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、パーティクルの発生が抑制された圧電素子を提供することを目的とする。
本発明に係る圧電素子は、互いに対向する一対の主面と、一対の主面間を連結するように延びる側面と、を有する圧電体と、圧電体の側面を覆うとともに、圧電体の主面と同一平面に存在する主面を有する樹脂と、圧電体の主面および樹脂の主面を一体的に覆う電極と、を備える圧電素子であって、樹脂の主面がRa0.02〜0.3μmの粗面化された面である。
本発明の圧電素子においては、圧電体を囲むようにして覆う樹脂の主面(すなわち、樹脂の電極側の面)が粗面化された面であるため、樹脂主面の表面積の拡大化が図られ、樹脂と電極との密着性が向上している。したがって、この圧電素子においては、熱サイクル時であっても、パーティクルの発生を効果的に抑制することができる。
また、圧電体の主面の表面粗さが、樹脂の主面の表面粗さと同一である態様であってもよい。一般的に、樹脂と圧電体とでは熱膨張係数が大きく異なり、その熱膨張係数の差のために、樹脂と圧電体との境界部分では電極の密着性が低下しやすい。そこで、圧電体の主面の表面粗さと樹脂の主面の表面粗さとを同一にして、圧電体主面と樹脂主面との表面状態を一様にすることにより、上記密着性の低下が抑制される。加えて、樹脂主面と同様に、圧電体主面の表面積の拡大化が図られ、圧電体と電極との密着性が向上する。
本発明によれば、パーティクルの発生が抑制された圧電素子が提供される。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
以下に本発明の実施形態に係るディスク装置用サスペンション10について、図1〜5を参照して説明する。
図1に示されたデュアル・アクチュエータ方式のサスペンション10は、ロードビーム11と、マイクロアクチュエータ部12と、ベースプレート13、ヒンジ部材14を備えている。
ロードビーム11は、厚さが例えば100μm前後のばね性を有する金属板からなり、その先端部にロードビーム11にフレキシャ15が取付けられている。フレキシャ15はロードビーム11よりもさらに薄い金属製の薄板ばねからなる。フレキシャ15の前端部に、磁気ヘッドを構成するスライダ16が設けられている。
図2に示すようにベースプレート13の基部20に円形のボス孔21が形成されている。ベースプレート13の基部20と前端部22との間に、後述する圧電素子40を収容可能な大きさの一対の開口部23が形成されている。一対の開口部23の間に、ベースプレート13の前後方向(サスペンション10の軸線方向)に延びる帯状の連結部24が設けられている。連結部24は、ベースプレート13の幅方向(図1中に矢印Sで示すスウェイ方向)にある程度撓むことができる。
ベースプレート13の基部20は、図示しないボイスコイルモータによって駆動されるアクチュエータアームの先端部に固定され、ボイスコイルモータによって旋回駆動されるようになっている。ベースプレート13は板厚が例えば200μm前後のステンレス鋼などの金属板からなる。本実施形態の場合、ベースプレート13とヒンジ部材14とによって、アクチュエータベース25が構成されている。
図3に示すようにヒンジ部材14は、ベースプレート13の基部20に重ねて固定される基部30と、ベースプレート13の連結部24と対応した位置に形成された帯状のブリッジ部31と、ベースプレート13の前端部22と対応した位置に形成された中間部32と、板厚方向に弾性変形可能な可撓性を有する一対のヒンジ部33と、ロードビーム11に固定される先端部34などを有している。このヒンジ部材14は、板厚が例えば50μm前後のばね性を有する金属板からなる。
マイクロアクチュエータ部12には、圧電アクチュエータとして、一対の圧電素子40が搭載されている。圧電素子40はいずれも長方形平板状であり、その長手方向がベースプレート13の前後方向(サスペンション10の軸線方向)に沿って互いにほぼ平行となるように、アクチュエータベース25の開口部23に収容されている。
ここで、圧電素子40の構成について、図4を参照しつつ説明する。なお、説明の便宜上、適宜、圧電素子40の長手方向をX方向、短手方向をY方向、厚さ方向をZ方向として説明する。
圧電素子40は、素子本体41と、素子本体41をその厚さ方向(Z方向)から覆う一対の電極42A、42Bとで構成されている。
素子本体41は、圧電体43と樹脂44とからなっている。
圧電体43は、長方形平板状であり、たとえばPZT等の圧電材料で構成されている。すなわち、圧電体43は、Z方向において互いに対向する上面43aおよび下面43b(一対の主面)と、上面43aおよび下面43bを連結するようにZ方向に延びる4つの側面(端面)43c、43d、43e、43fとを有する。4つの側面43c、43d、43e、43fは、Y方向で互いに対向する第1の側面対43c、側面43dと、X方向で互いに対向する第2の側面対43e、側面43fとに区別することができる。
樹脂44は、圧電体43の4つの側面43c、43d、43e、43fを囲むようにして全体的に覆っている。樹脂44の厚さ(Z方向長さ)は、圧電体43の厚さと同一であり、そのため、樹脂44の上下面44a、44bは圧電体43の上下面43a、43bと同一平面内に存在する。樹脂44は、圧電体43の短手方向(Y方向)に直交する側面43c、43dを覆う樹脂45Aと、圧電体43の長手方向(X方向)に直交する側面43e、43fを覆う樹脂45Bとで構成されている。樹脂45Aと樹脂45Bとは、後述する製造方法において説明するとおり、異なるタイミングで形成される。樹脂45Aおよび樹脂45Bはエポキシ系樹脂で構成されており、樹脂45Aの材料と樹脂45Bの材料とは同一であってもよく異なっていてもよい。
そして、素子本体41の上下面(すなわち、圧電体43の上下面43a、43bおよび樹脂44の上下面)は一様に粗面化されており、圧電体43の上下面43a、43bの表面粗さと樹脂44の上下面44a、44bの表面粗さはいずれもRa0.02〜0.3μmとなっている。この表面粗さは、株式会社東京精密の表面粗さ形状測定機(SURFCOM)を用い、カットオフ波長0.025mmで測定した。
一対の電極42A、42Bは、金属等の導電材料からなる。電極材料としては、Au、Ag、Cu、Pt、Cr、Ni、Wなどの金属を使うことができる。各電極42A、42Bは、素子本体41の上下面(すなわち、圧電体43の上下面および樹脂44の上下面)を一体的に覆うように形成されている。
このような圧電素子40によれば、一対の電極42A、42B間に電圧を印加することで、圧電体43が長手方向(X方向)および短手方向(Y方向)に伸縮し、それに伴い、圧電素子40全体が長手方向(X方向)および短手方向(Y方向)に伸縮する。
続いて、圧電素子40のサスペンション10への搭載態様について、図5を参照しつつ説明する。
圧電素子40をサスペンション1に搭載するときには、圧電素子40の長手方向(X方向)が、ベースプレート13の前後方向(サスペンション10の軸線方向)に沿うようにして、ベースプレート13の開口部23に収容する。このとき、圧電素子40の前端部はヒンジ部材14の中間部32に支持されるようにして接着剤50で接着固定され、同様に、圧電素子40の後端部はヒンジ部材14の基部30に支持されるようにして接着剤50で固定される。
なお、圧電素子40の電極42A、42B間に電圧を印加するために、電極42A、42Bにはそれぞれ図示しない電気配線が設けられる。なお、上述した接着剤50として導電性接着剤を用い、接着剤50を電気配線の一部として利用してもよい。
一対の圧電素子40をサスペンション10に搭載したときに、一対の圧電素子40に印加する電圧を制御することにより、一方の圧電素子40を長手方向に所定長さだけ伸張させるとともに、他方の圧電素子40を長手方向に所定長さだけ収縮させることができる。このように、サスペンション10においては、一対の圧電素子40の各々の伸縮を制御することで、ロードビーム11側を幅方向(スウェイ方向S)に所望量だけ変位させることができる。
次に、圧電素子40を作製する手順について、図6〜10を参照しつつ説明する。
圧電素子40を作製する際には、まず、板状またはテープ状の基体60上に圧電体43となるべき圧電基板62を保持した状態で、図6に示すように、圧電基板62の上面に、同一間隔G1で並列する複数の溝62aを形成する。複数の溝62aの延在方向が、作製される圧電素子40の長手方向(X方向)に相当し、溝62aの間隔G1が圧電体43の短手方向長さ(Y方向長さ)に相当する。溝62aの形成には、一般に利用される切削工具(ダイシングソー等)を用いることができ、圧電基板62の下面に達しない深さまで切削される。なお、圧電基板62は、0.05〜3mmの厚みの基板を使い、当該基板は、シート工法、あるいは焼結体から切り出すなどによって用意する。
次に、図7に示すように、圧電基板62の上面を、印刷工法等により樹脂45Aとなるべき熱硬化性の樹脂64で覆う。それにより、圧電基板62の上面に形成された複数の溝62aそれぞれに樹脂64が充填される。充填後、所定の熱硬化温度(たとえば、80℃)で加熱して、樹脂64を硬化させる。
続いて、図8に示すように、樹脂64で覆われた圧電基板62の上面に、溝62aの延在方向に対して直交する方向(Y方向)に沿って、同一間隔G2で並列する複数の溝62bを形成する。複数の溝62bの延在方向が、作製される圧電素子40の短手方向(Y方向)に相当し、溝62bの間隔G2が圧電体43の長手方向長さ(X方向長さ)に相当する。溝62bの形成も、溝62aの形成同様、一般に利用される切削工具を用いることができ、溝62aと略同じ深さまで切削される。その際、図8に示すように、圧電基板62と樹脂64とが一体的に切削される。
そして、図9に示すように、樹脂64で覆われた圧電基板62の上面を、印刷工法等により樹脂45Bとなるべき熱硬化性の樹脂66で覆う。それにより、上述した複数の溝62bそれぞれに樹脂66が充填される。充填後、所定の熱硬化温度(たとえば、80℃)で加熱して、樹脂66を硬化させる。
さらに、圧電基板62を、研磨加工により、厚さ方向に直交する面(X−Y面)に沿って薄板化し、図10に示す厚さDの薄板68を取り出す。このときに得られる薄板68の厚さDが、作製される圧電素子40の素子本体41の厚さに相当する。上記研磨加工には、たとえば100〜1500番手の砥石が用いられ、その結果、素子本体41の上下面(すなわち、圧電体の上下面および樹脂の上下面)はいずれもRa0.02〜0.3μmの粗面化された面となる。
薄板68は、圧電基板62に形成された溝62aおよび溝62bよりも浅い位置において取り出されるため、薄板68では、圧電基板62が樹脂64および樹脂66によって格子状に区切られる。
その後、薄板68の上下面を、スパッタリングあるいはメッキ等により、電極42A、42Bとなるべき電極膜(図示せず)を形成するとともに、樹脂64の中間線L1および樹脂66の中間線L2に沿って格子状に切断してチップ化する。それにより、図4に示した圧電素子40が得られる。電極形状はスパッタ、メッキ、焼付けなどの方法を適宜選択する。電極を形成後は、分極する。用途によっては、圧電素子アレイとすることもできる。
以上、詳細に説明したとおり、本実施形態に係る圧電素子40は、互いに対向する一対の主面(上面43aおよび下面43b)と、一対の主面間を連結するように延びる側面43c、43d、43e、43fと、を有する圧電体43と、圧電体の側面を覆うとともに、圧電体43の主面と同一平面に存在する主面を有する樹脂44と、圧電体43の主面および樹脂44の主面を一体的に覆う電極42A、42Bと、を備える圧電素子であって、樹脂44の主面が粗面化された面である。
すなわち、図11に示すように、樹脂44の上面44aが粗面化された面である場合には、上面44aの表面積の拡大化が図られ、樹脂44と電極42Aとの密着性が向上する。図示はしていないが、樹脂44の下面44bも同様に、粗面化された面である場合には表面積の拡大化が図られ、樹脂44と電極42Bとの密着性が向上する。圧電素子40においては、樹脂44と電極42A、42Bとの密着性向上に伴い、圧電体43で発生したパーティクルが樹脂44と電極42A、42Bとの間から素子外部に排出されてしまう事態が抑制され、パーティクルの発生が抑制されている。特に、圧電素子40を、上述したHDDヘッドサスペンションに適用したときの熱サイクル時に、パーティクルの発生を効果的に抑制される。
その上、上述したように、樹脂44の上下面44a、44bの表面粗さを、樹脂44の上下面44a、44bと同一平面に存在する圧電体43の上下面43a、43bの表面粗さと同一にしている。このように、互いの表面状態を一様にすることで、樹脂44と圧電体43との境界部分Bにおける表面状態の急激な変化を防止している。そのため、たとえ樹脂44の熱膨張係数と圧電体43の熱膨張係数が大きく異なっていたとしても、樹脂44と圧電体43との境界部分Bにおける電極42A、42Bの密着性低下が抑制される。
また、圧電体43の上下面43a、43bを粗面化することで、上下面43a、43bの表面積の拡大化が図られ、圧電体43と電極42A、42Bとの密着性が向上する。それにより、圧電体43の上下面43a、43bからパーティクルが発生する事態が抑制される。
10…サスペンション、40…圧電素子、42A、42B…電極、43…圧電体、43a…上面、43b…下面、43c、43d、43e、43f…側面、44、45A、45B…樹脂、44a…上面、44b…下面。
Claims (2)
- 互いに対向する一対の主面と、前記一対の主面間を連結するように延びる側面と、を有する圧電体と、
前記圧電体の前記側面を覆うとともに、前記圧電体の主面と同一平面に存在する主面を有する樹脂と、
前記圧電体の主面および前記樹脂の主面を一体的に覆う電極と、
を備える圧電素子であって、
前記樹脂の主面が、Ra0.02〜0.3μmの粗面化された面である、圧電素子。 - 前記圧電体の主面の表面粗さが、前記樹脂の主面の表面粗さと同一である、請求項1に記載の圧電素子。
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