JP3834483B2

JP3834483B2 - 磁気ディスク装置及びヘッド支持機構

Info

Publication number: JP3834483B2
Application number: JP2001104088A
Authority: JP
Inventors: 治彦 ▲吉▼川; 泰雄天野; 滋男中村; 修成澤
Original assignee: 株式会社日立グローバルストレージテクノロジーズ
Priority date: 2000-09-12
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2021-04-03
Also published as: JP2002163870A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置および磁気ディスク装置用ヘッド支持機構に係り、特に、情報の書き込みと読み出しを行うヘッドを情報が記憶される磁気円板上の所定の位置に高精度に位置決めするためのアクチュエータのコーティングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気ヘッドをディスク上の所望の位置に移動するためのアクチュエータとしては、ボイスコイルモータが用いられてきた。しかし、この方法では、位置決め精度の向上を図るには限界がある。そのため、より高精度な位置決め動作を行うための方法として、ボイスコイルモータと磁気ヘッドとの間に、磁気ヘッドの位置を微調整するための第２のアクチェエータを配置する構成が提案されている。
【０００３】
例えば特開平１２−１１３６１５号公報に記載された第２のアクチェエータの構造は、情報の書き込みと読み出しを行う磁気ヘッドと、情報が記憶される磁気円板と、前記ヘッドを支持する弾性部材と、前記弾性部材を支持する固定部材と、前記磁気ヘッドを磁気円板上の所定の位置に移動させるための粗動用第１のアクチュエータと、前記第１のアクチュエータと前記磁気ヘッドとの間に配置された微動用第２のアクチュエータとを有する磁気ディスク装置において、前記第２のアクチュエータが、上面と下面に電極を有し内部に２個以上の分極領域を有する一枚または積層された複数枚の圧電性平板から構成される板状構造体であり、前記固定部材と前記弾性部材の上面同士もしくは下面同士を前記板状構造体である第２のアクチュエータの上面もしくは下面を用いて架橋するように配置されるようにしたものである。
【０００４】
また、前記第２のアクチュエータが、圧電性を有する材料から構成され上面と下面に電極を有する一枚のまたは積層された複数枚の圧電性平板からなる板状構造体であって、前記上面と下面にある電極のうちの少なくとも一方の面の電極は２個以上に分離されており、前記圧電性平板は、分極されていない領域と、前記分極されていない領域の一部によって分離され前記圧電性平板の厚さ方向に分極された２個以上の分極領域とを内部に有し、前記圧電性平板内の２個以上の分極領域に、前記圧電性平板の上面と下面にある前記電極を用いて前記圧電性平板の厚さ方向に電界を印加することによって、前記圧電性平板が、前記圧電性平板の面内方向に変位するようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術における第２のアクチェエータは、圧電素子であるＰＺＴ等のセラミックスで出来ているため脆く、機械的強度に問題が生じていた。またこのアクチュエータは電極を付けるためＡｕ等でメタライズされており、電圧を印加して素子を伸縮させると、ＰＺＴやＡｕの微細な粒子が発塵する。そして、その粒子が磁気ヘッドやディスク上に付着したり、装置内を汚染し、情報の書き込みと読み出し時の信頼性低下の原因となる問題点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を改善するために、本発明者らが実験検討の結果、以下の手段により解決できることが判明した。
即ち、圧電素子からなる第２のアクチュエータを有する磁気ディスク装置において、第２のアクチュエータの表面を、液状の接着剤を塗布し硬化させて樹脂コーティングすることによって、電圧を印加時の素子が伸縮する際にアクチュエータの材質であるＰＺＴやメタライズされているＡｕの微細な粒子が発塵するのを防止できることを見出した。
【０００７】
以下、本発明について詳細に説明する。
樹脂コーティングに用いる液状の接着剤は、ディスペンサーやインクジェットなどの手段によって、膜厚を１０マイクロメートル以下で均一塗布するため、樹脂の硬化前の粘度が１０００ｍＰａｓ以下の低粘度樹脂が望ましい。塗布用の樹脂は、光硬化（ＵＶ、可視光）タイプでも可能であるが、熱硬化の場合は、圧電素子の耐熱温度以下の温度で硬化するタイプであることが必要である。圧電素子の耐熱温度以下の温度で硬化するタイプの場合、熱、光硬化併用タイプでも可能である。
【０００８】
また、塗布用の樹脂は、硬化後樹脂から揮発性の有機分子がアウトガスとして発生すると、磁気ヘッドやディスク上に付着したり、装置内を汚染し、情報の書き込みと読み出し時の信頼性低下の原因となるため、硬化後の樹脂のアウトガスが少ない接着剤でなくてはならない。また、メタライズされたＡｕに対しての接着強度が高く、電圧を印加した圧電素子の伸縮時にクラック等を生じないように、硬化後の樹脂が柔軟性のある、低弾性率、高伸び率、低硬度の接着剤でなければならない。
【０００９】
このような特性を満たす樹脂を本発明者らが検討した結果、低粘度エポキシ樹脂系接着剤が最適であることを見出した。低粘度エポキシ樹脂系接着剤は、含有量２０％未満のエポキシオリゴマーと含有量８０％以上のエポキシモノマーからなり、少なくとも熱または光で反応する重合開始剤、触媒、添加剤を含んでなるものである。
熱または光で反応する重合開始剤及び触媒は、アミン系、酸無水物系、カチオン系のいずれでも可能である。また、添加剤は、接着性やその他の特性に悪影響を及ぼさない範囲で添加可能であり、被着面の濡れ性を改善するための界面活性剤や、硬化物の物性を改善するためのフィラー等である。
【００１０】
このような低粘度エポキシ樹脂系接着剤としては、例えば協立化学産業製ワールドロックＸＯＣ−１１ＣＫＦ−３、ＸＯＣ−１１ＣＫＦ−３Ｈなどがある。しかし、これらに限定されるものではなく、含有量２０％未満のエポキシオリゴマーと含有量８０％以上のエポキシモノマー、更に、熱または光で反応する重合開始剤、触媒、添加剤から適宜調整してもよい。
【００１１】
一方、低粘度エポキシ樹脂系接着剤以外の接着剤は、本発明の樹脂としては不適である。例えば、一般的な低粘度のコーティング剤は溶媒を含有していたり、アクリル系の樹脂であるため、硬化後樹脂からアウトガスが多量に発生し好ましくない。
また、一般的な、エポキシ系の樹脂は、エポキシオリゴマーの含有量が多く、高粘度であり、膜厚を１０マイクロメートル以下で均一塗布することが難しい。また、硬化後の樹脂の柔軟性がなく硬いため、電圧を印加して圧電素子の伸縮時にクラック等を生じ、発塵の原因となり好ましくない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施例である磁気ディスク装置の構造を示す上面図である。本実施例では、磁性膜を表面に形成した情報が記憶される磁気記録円板３１０と、磁気記録円板３１０を回転させるためのスピンドルモータ３００とを備えている。更に、磁気記録円板３１０の情報の読み出しと書き込みを行う電磁変換素子からなる磁気ヘッド（図示せず）を備え、磁気円板上に一定の間隔で浮上させるためのスライダ（図示せず）とを備えている。
【００１３】
前記スライダは、磁気円板に対する姿勢を受動的に補正するジンバル２１０に設けられている。ジンバル２１０は、磁気ヘッド及びスライダを弾性的に支持する弾性部材であるサスペンション２００の一端側に接続されている。サスペンション２００の他端側は、固定部材であるサスペンション支持部材２３０に連接されている。サスペンション支持部材２３０には、磁気ヘッドを磁気円板上の所定の位置に移動させ、粗く位置決めするために、第１のアクチュエータが設けられている。
【００１４】
この第１のアクチュエータは、ボイスコイルモータ２５０と、ボイスコイルモータを構成する磁石２５１と、コイル２５２と、ボイスコイルモータで磁気ヘッドを位置決めするときの回転中心となるサスペンション支持部材回転軸２４１と、軸受け２４０とからなる。また、ボイスコイルモータと磁気ヘッドの間には、高精度に位置決めするために微動用第２のアクチュエータ１００が設けてあり、これをコーティング用樹脂１０１で表面をコーティングする。
【００１５】
図２（ａ）は、本発明の実施例のサスペンション支持部材２３０から磁気ヘッドまでの磁気ヘッド支持機構全体をさらに詳しく示した上面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）で示した磁気ヘッド支持機構全体のＡ断面を示す断面図である。第２のアクチュエータ１００は、後述する圧電性平板を積層した板状構造体になっている。
本実施例では、第２のアクチュエータ１００の下面を用いて、サスペンション支持部材２３０とサスペンション２００の上面同士を架橋するように配置している。第２のアクチュエータ１００の下面とサスペンション２００の上面とは、接着剤層５０１で固定している。同様に、第２のアクチュエータ１００の下面とサスペンション支持部材２３０の上面とは接着剤層５０２で固定されている。
【００１６】
本実施例において、上記した接着はエポキシ系の接着剤を用いている。なお、ここでは、サスペンション２００に対して前記したスライダ２２０が固定されている側を下面、その反対側を上面として定義している。第２のアクチュエータ１００の下面には、第２のアクチュエータに電力を供給するための接続用電極１１１、１１２が形成されており、サスペンション支持部材２３０上面に形成された引き出し電極２６１、２６２とはんだを用いて電気的に接続される。はんだによる接続は、第２のアクチュエータとサスペンション保持アームとの機械的接続にも寄与している。
【００１７】
さらに、第２のアクチュエータ１００の表面をコーティング樹脂１０１でコーティングする。コーティング樹脂は、低粘度エポキシ樹脂系接着剤をディスペンサー、インクジェット等の方法で１０マイクロメートル以下の膜厚で均一に塗布し、光照射（ＵＶ、可視光）または、オーブン炉やホットプレートなどで加熱することによって硬化し形成する。なお、熱、光硬化併用タイプでも可能である。
【００１８】
図３（ａ）は、本実施例に用いる第２のアクチュエータ１００の詳細な構造を示す上面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）で示した第２のアクチュエータのＢ断面を示す断面図である。
本実施例の第２のアクチュエータは、圧電性を有する材料で形成された板状構造の圧電性平板１０５となっている。圧電性平板１０５は、上面に２個の電極１１８ａ、１１８ｂを下面に２個の電極１１８ｃ、１１８ｄを備えている。なお、ここでは、圧電性平板の厚さ方向で図３（ｂ）の左側を上面側、右側を下面側とする。圧電性平板１０５は、電極１１８ａと１１８ｃに挟まれた領域に分極された領域６０１を、また電極１１８ｂと１１８ｄに挟まれた領域に分極された領域６０２を有している。すなわち、一枚の圧電性平板の中に２個の分極領域を有している。このように、本実施例の第２のアクチュエータは、上面と下面に電極を備え、内部に２個の分極領域を有する圧電性平板１０５からなる板状構造体となっている。
【００１９】
次に、本実施例における第２のアクチュエータの動作について説明する。
図４は、第２のアクチュエータを構成する圧電性平板内の分極の向きと、本アクチュエータを駆動するときの電界の状態の一例を示す断面図である。圧電性平板１０５の２個の分極領域の分極の向きは、圧電性平板の厚さ方向で、かつ互いに反対向きである。このような分極状態にある圧電性平板に、図４に示すように電界を印加する。すなわち、分極領域６０１には、分極の向きと電界の向きが同じ向きになるように電界を印加し、分極領域６０２には、分極の向きと電界の向きが反対向きになるように電界を印加する。
【００２０】
図５（ａ）は、このような電界を印加したときの、第２のアクチュエータ１００の面内（位置決め方向）の変位の様子を示す上面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）で示した第２のアクチュエータの厚さ方向（アクチュエータ上面に対し垂直方向）の変位を示すＣ断面図である。分極領域６０１は、分極の向きと電界の向きが同じなので、面内方向には縮み厚さ方向には伸びるように変位する。一方、分極領域６０２は、分極の向きと電界の向きが反対なので、面内方向には伸び厚さ方向には縮むように変位する。
【００２１】
従って、第２のアクチュエータに上記した電界を印加することによって、第２のアクチュエータ１００に固定されたサスペンション２００を、サスペンション支持部材２３０に対し面内に（位置決め方向に）変位させることができる。印加する電界の強さと向きを変えることにより、サスペンション２００の先端に固定された磁気ヘッドを高精度に位置決め方向に微動させることが可能となる。なお、このとき第２のアクチュエータ１００は、図５（ｂ）に示すように、アクチュエータの厚さ方向へも変位している。
【００２２】
本実施例の磁気ディスク装置は、サスペンションとサスペンション支持部材の間に第２のアクチュエータを固定するだけでよいので、生産性の高い磁気ディスク装置とすることができ、信頼性が高いだけでなく、磁気ヘッドの読み出しや、書き込みが安定した磁気ディスク装置とすることもできる。
【００２３】
また、本実施例では圧電性平板を積層することで一層当たりの圧電性平板の厚さを薄くできるので、圧電性平板に印加される電界の強さ（第２のアクチュエータに印加される電圧／圧電性平板の厚さ）を大きくすることができる。第２のアクチュエータの変位は上記した電界の強さに比例するので、低い電圧で大きな変位を得ることができる。
さらに、第２のアクチュエータは樹脂コーティングされているため、電圧印加時の素子が伸縮する際にアクチュエータの材質であるＰＺＴやメタライズされているＡｕの微細な粒子が発塵するのを防止できる。実際に発塵をパーティクルカウンターで計測すると、装置内に１マイクロメートル以上の粒子は検出されず、情報の書き込み／読み出しエラーは発生しなかった。
【００２４】
また、本実施例に記載された方法によりコーティングした樹脂の硬化後の膜厚は５マイクロメートル以下の均一な膜であり、硬化後の膜の弾性率は７００ＭＰａ、伸び率は５０％、ショアーＤ硬度は７０で柔軟性がある。従って、５Ｖ電圧を印加して圧電素子を１００億回伸縮してもクラックは生じなかった。
【００２５】
一方、硬化後の樹脂をＧＣ−ＭＳで分析すると、アウトガス（揮発性の有機分子）は樹脂１ミリグラムあたり０．００５マイクログラム検出されたが、アウトガス量は低レベルであり情報の書き込み／読み出しエラーは発生しなかった。
なお、上記した実施例のほかにも、圧電性平板内の２個の分極領域に電界を印加する方法は多数考えられる。２個の分極領域に異なる電界を印加すれば、すべて同様な面内変位を発生させることができる。また、圧電性平板内の分極領域は2個であったが、3個以上設けてもよい。
【００２６】
また、上記した実施例では、第２のアクチュエータは、サスペンションとサスペンション支持部材の上面同士を架橋するように配置されるが、下面同士を架橋するように配置されていてもよい。
また、第２のアクチュエータとして圧電性平板である１個の素子をサスペンションとサスペンション支持部材の上面同士を架橋するように固定しているが、２個の素子でサスペンションとサスペンション支持部材の上面同士と下面同士を架橋するように固定してもよい。この場合、１個の素子はサスペンションとサスペンション支持部材の上面同士を架橋するように固定され、もう１個の素子は、サスペンションとサスペンション支持部材の下面同士を架橋するように固定される。
【００２７】
更にまた、上記した実施例では、サスペンションとサスペンション支持部材の間に第２のアクチュエータを配置しているが、サスペンション支持部材内に配置してもよいし、サスペンション内に配置してもよい。
また、上記の実施例はすべて磁気ディスク装置に関するものであるが、複数の磁気ディスク装置をならべた磁気ディスクアレイ装置に用いても良いし、磁気ディスク以外の回転記録媒体を用いた記憶装置、例えば、光ディスク装置、光磁気記録装置などに用いてももちろん良い。
【００２８】
次に、本発明の別の実施例について、図面を用いて説明する。
上記した第1の実施例に記載した第２のアクチュエータの樹脂コーティングを電気学会誌１２０巻１１号（２０００年１１月）の６９１頁図３に記載されている様なヘッド支持機構（図６）に適用した。即ち、水平に配置された２個の素子１００ａ、１００ｂとφ型ヒンジ７００でサスペンション２００とサスペンション支持部材２１０を接続する構造の磁気ヘッド支持機構（図６）及び上記の磁気ヘッド支持機構を用いた磁気ディスク装置、及び磁気ディスク以外の回転記録媒体を用いた記憶装置に用いても先に述べた第1の実施例と同様な効果がある。
【００２９】
この場合、樹脂コーティングは２個の素子１００ａ、１００ｂをサスペンション２００とサスペンション支持部材２１０とに電気的及び機械的に接続した後、樹脂コーティングを施す。その際、φ型ヒンジ７００と２個の素子１００ａ、１００ｂの間の隙間８００が樹脂で埋まる可能性が僅かにある。しかしながら、仮に隙間が樹脂で埋まった場合でも、第２のアクチュエータ１００、すなわち２個の素子１００ａ、１００ｂにより発生できるヘッドの変位には影響がない。
【００３０】
実験の結果では、第1の実施例で用いた樹脂（硬化後の弾性率７００ＭＰａ）で隙間が充填された場合の変位は、隙間８００が樹脂で充填されていない場合の変位量の９９．９％以上であった。
【００３１】
次に、上記した実施例と対比するための比較例を説明する。
比較例１として、特開平１２−１１３６１５号公報に記載された方法により、樹脂コーティングを行なわずに作製した磁気ディスク装置は、装置内に１マイクロメートル以上の発塵がパーティクルカウンターで計測すると１３１個検出され、情報の書き込み／読み出しエラーが発生した。
【００３２】
比較例２として、本実施例に記載された方法により、樹脂コーティング１０１を一般的な粘度１００００ｍＰａｓのエポキシ接着剤で行なおうとしたが、粘度が高く塗布、硬化後の膜厚が１０マイクロメートル以下の均一な膜にならなかった。また、硬化後の膜の弾性率は２０００ＭＰａ、伸び率は３％、ショアーＤ硬度は９０で硬く、５Ｖ電圧を印加して圧電素子を１万回伸縮したところクラックが生じた。
【００３３】
比較例３として、本実施例に記載された方法により、樹脂コーティングを一般的な粘度８０００ｍＰａｓのアクリル接着剤で行なったところ、硬化後の樹脂から揮発性の有機分子がアウトガスとして発生し、ＧＣ−ＭＳで分析すると樹脂１ミリグラムあたり１．１マイクログラムが検出され、情報の書き込み／読み出しエラーが発生した。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、低い電圧でアクチュエータの駆動が可能になる。そして、駆動時にアクチュエータ上面に対し垂直方向の変位がないため、また発塵することがないため磁気ヘッドの書き込み／読み出し信頼性が高く、かつ生産性の高い磁気ディスク装置を提供することが出来る。それによって、回転ディスク型情報記憶装置の記録密度の向上を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である磁気ディスク装置の構造を示す上面図である。
【図２】本発明の磁気ディスク装置に用いる磁気ヘッド支持機構全体を示す上面図および断面図である。
【図３】第２のアクチュエータの構造を示す上面図および断面図である。
【図４】第２のアクチュエータの分極領域を示す断面図である。
【図５】第２のアクチュエータの変位を示す上面図および断面図である。
【図６】別の実施例である磁気ヘッド支持機構全体を示す斜視図である。
【符号の説明】
１００、１００ａ、１００ｂ…第２のアクチュエータ、１０１…コーティング樹脂、１１１、１１２…接続用電極、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄ…電極、１０５…圧電性平板、２００…サスペンション、２１０…ジンバル、２２０…スライダ、２３０…サスペンション支持部材、２４０…軸受け、２４１…サスペンション支持部材回転軸、２５０…ボイスコイルモータ、２５１…永久磁石、２５２…コイル、３００…スピンドルモータ、２６１、２６２…引き出し電極、３１０…磁気円板、５０１、５０２…接着剤層、６０１、６０２…分極領域、７００…φ型ヒンジ、８００…隙間

Claims

情報の書き込みと読み出しを行う磁気ヘッドと、情報が記憶される磁気円板と、前記磁気ヘッドを支持する弾性部材と、該弾性部材を支持する固定部材と、前記磁気ヘッドを前記磁気円板上の所定の位置に移動させるための第１のアクチュエータと、該第１のアクチュエータと前記磁気ヘッドとの間に配置された第２のアクチュエータとを備え、該第２のアクチュエータを構成する圧電素子の電極を含む表面がエポキシ樹脂で被覆され、該エポキシ樹脂の硬化後の弾性率が７００ＭＰａ以下なることを特徴とする磁気ディスク装置。
前記エポキシ樹脂が、含有量２０％未満のエポキシオリゴマーと含有率８０％以上のエポキシモノマーとを含む前駆体を硬化して得られてなることを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
前記エポキシ樹脂の硬化後のショアーＤ硬度が７０以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
前記エポキシ樹脂の硬化後の伸び率が５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
情報の書き込みと読み出しを行う磁気ヘッドと、該磁気ヘッドを支持する弾性部材と、該弾性部材を支持する固定部材と、前記弾性部材と前記固定部材との間に前記磁気ヘッドを位置決めするアクチュエータを配したヘッド支持機構であって、前記アクチュエータを構成する圧電素子の電極を含む表面がエポキシ樹脂で被覆され、該エポキシ樹脂の硬化後の弾性率が７００ＭＰａ以下なることを特徴とするヘッド支持機構。
前記エポキシ樹脂が、含有量２０％未満のエポキシオリゴマーと含有率８０％以上のエポキシモノマーとを含む前駆体を硬化して得られてなることを特徴とする請求項５に記載のヘッド支持機構。