JP4080669B2 - ヘッド位置決め機構 - Google Patents
ヘッド位置決め機構 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4080669B2 JP4080669B2 JP2000084926A JP2000084926A JP4080669B2 JP 4080669 B2 JP4080669 B2 JP 4080669B2 JP 2000084926 A JP2000084926 A JP 2000084926A JP 2000084926 A JP2000084926 A JP 2000084926A JP 4080669 B2 JP4080669 B2 JP 4080669B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- suspension arm
- head
- slider
- electrostrictive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、位置決め機構および記憶装置に関し、更に詳しくは、高速および高分解能アクセスを実現でき、大量生産に適した微小位置決め機構および記憶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の記憶装置、例えば図９に示すような磁気ディスク装置７００は、サスペンションアーム７０１の先端に磁気ヘッド７０２を設けた浮動ヘッド機構７０３と、揺動軸７０４により軸支され前記浮動ヘッド機構７０３を取り付けるキャリッジ７０５と、磁気ヘッド７０２の反対側に設けたボイスコイルモータ７０６とを備えている。ボイスコイルモータ７０６に通電することにより、揺動軸７０４を中心として磁気ヘッド７０２が揺動する。磁気ヘッド７０２は、回転する磁気ディスク７０７上で浮上する。
【０００３】
ところで、現在では記憶装置における単位面積当たりの記録密度が加速度的に上昇している。これに伴い、高速および高分解能アクセスを可能とするヘッド位置決め機構が要求されている。これらの要求に対し、例えばボイスコイルモータを２つ用いることでピポット軸に作用する並進力を減少させる技術や、粗動・微動の２段アクチュエータを用いる技術がなどが開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高速および高分解能アクセスを実現するにあたり、上記の従来型の記憶装置７００では、シーク反力により装置全体が振動し、シーク時間を増大させるという問題点がある。また、一般に記憶装置では、高速シークおよび高精度フォローイングを実現するため、シーク制御系とフォローイング制御系とを切り換えて用いている。しかし、これら制御系の切り換えによりタイムロスが発生し、位置決め時間が増大するという問題点があった。
【０００５】
また、上記のような問題点を解決するため、サスペンションアームとキャリッジの間にボイスコイルモータを設けたピギーバック方式の磁気ディスクが提案されている（International Conference on Micromechatronics for Information and Precision Equipment, Tokyo,July,20-23,1997:MR-08 DEVELOPMENT OF INTEGRATED PIGGYBACK MILLI-ACTUATOR FOR HIGH DENSITY MAGNETIC RECORDING：Shinji KOGANEZAWA etc FUJITSU LIMITED）。
【０００６】
図１０に、その磁気ディスク装置の構造を示す。この磁気ディスク装置８００では、キャリッジ８０１とサスペンションアーム８０２との間に位置決め用のボイスコイルモータ８０３を設けた構成である。キャリッジ８０１の一端には、ステータ軸８０４が取り付けてある。また、キャリッジ８０１には、マグネット８０５を固定する。さらに、このマグネット８０５に対向するようにして、コイル８０６を配置する。コイル８０６は、ヘッドマウンティングブロック８０７に固定されている。ヘッドマウンティングブロック８０７は、サスペンションアーム８０２のクロスシェイプドスプリング８０８に固定してある。クロスシェイプドスプリング８０８は、極めて薄い鋼鈑によって製作してある。また、クロスシェイプドスプリング８０８の中央には、ステータシャフト８０４がスポット溶接してある。サスペンションアーム８０２の先端には、ジンバル８０９が形成してある。磁気ヘッドを設けたスライダ（図示省略）は、ジンバル８０９の下面に取り付けてある。この磁気ディスク装置８００では、前記ボイスコイルモータ８０３によるショートシーク動作により、シーク時間の短縮を実現している。
【０００７】
しかし、上記した従来の磁気ディスク装置は、磁気ヘッド、アームおよびコイルからなる質量の大きな構造体全体を揺動させる構成であり、また、弾性を有するサスペンションを介してスライダを移動させる構成であり、また、揺動の中心となるベアリングには摩擦抵抗や偏心などが必ず存在するため、位置決め精度、特に記録トラックの追従精度に限界があるという課題がある。更に、上記磁気ディスク装置８００は、部品点数が多く、また複雑かつ繊細で、組立調整が容易ではないため、大量生産に不向きであるという問題点がある。その上、上記磁気ディスク装置８００では、ヘッドマウンティングブロック８０７およびサスペンションアーム８０２を可動部分としているため、質量が増加し、シーク反力が大きくなる傾向がある。このため、シーク時間を短縮するには限界があるという問題点がある。更に、電磁力を用いたアクチュエータでは、漏れ磁束によるディスク状記憶媒体の磁気信号への影響が懸念される。
【０００８】
一方、従来の光ディスク装置においては、光ピックアップは、少なくともレンズを有する光学モジュールを備えた光ピックアップを利用するのが一般的であった。この光ピックアップでは、光ディスクの記録面に焦点が合うようにレンズ周辺にアクチュエータが構成され制御が行われるものである。しかし、最近、光ディスクの記録密度を飛躍的に高める方法として提案されているニア・フィールド記録では、浮上型スライダを用いる。この浮上型スライダは、ＳＩＬ（solid immersion lens）と呼ばれる半球状のレンズと、磁界変調記録用コイルと、プリフォーカスレンズとを有する光学モジュールをスライダ形状に組み込んだものであり、浮上型磁気スライダと同様のスライダが用いられる。このような浮上型スライダと組み合わせて用いられる光ディスクでは、記録トラック密度が極めて高いため、ディスク状記憶媒体の記録トラックに対する位置決めに際しては、上記に記述された浮上型磁気スライダと同様な各問題が生じる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、磁気ディスク装置や光ディスク装置等の記録／再生装置において、記録／再生ヘッドに設けられた電磁変換素子や光学モジュールの位置決めを、高精度かつ高速に行うことを可能とすることであり、大量生産に適する微小位置決め機構および記憶装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る第１の微小位置決め機構は、データを記録し且つ記憶媒体に記録したデータを再生する電磁変換素子または光学モジュールが設けられたスライダ形状のヘッド部と、ディスク状記憶媒体の半径方向に主となるアクチュエータにて揺動するサスペンションアームを介したヘッド位置決め機構部において、前記揺動を行うサスペンションアームは、前記スライダを保持する可動部及び前記揺動支持部を有する側の固定部からなり、これらを連結する少なくとも２つ梁部は、圧電・電歪材料と弾性材とから構成される板状体であり、前記少なくとも２つの梁部が、前記サスペンションアームの長手方向に対して平行に双璧を構成する平行バネ構造体からなり、前記各梁部には、長手方向に並列した少なくとも２つ以上の板状圧電・電歪材料を設け、微小位置決め機構が構成される。この微小位置決め機構に設けられた梁部の、少なくとも１つが逆圧電効果または電歪効果により、前記ヘッド部を保持したサスペンションアーム可動部の微小な揺動運動を可能とするものである。
【００１１】
圧電体は、特定の電圧を印加すると逆圧電効果により歪みが発生し圧電体自身の伸縮が行われる。圧電体を備えた少なくとも２つの梁部は、圧電体の伸縮に応じて梁部長手方向先端を撓ませる屈曲変位を行うこととなる。更に梁部はサスペンションアームの固定部側と可動部側を連結する平行バネ構造を形成することから、梁部に備えた圧電体の印可制御によって可動部の微小な揺動運動を可能とする。更に、前記各梁部に設けられた板状圧電・電歪材料は少なくとも２つ以上設けたことから、板状圧電・電歪材料が単独に設けられている構成に対して、外乱に対する制御が容易に可能となり、梁部走査方向に対して安定した微動運動が行える。そのため、サスペンションアームの可動部先端に設けられた電磁変換素子または光学モジュール機能を有するスライダ形状のヘッド部は、梁部に備えた圧電体への印可制御することにより、ヘッドの微小位置決めが容易となる。
【００１２】
上述の目的を達成するために、本発明に係る第２の微小位置決め機構は、データを記録し且つ記憶媒体に記録したデータを再生する電磁変換素子または光学モジュールが設けられたスライダ形状のヘッド部と、ディスク状記憶媒体の半径方向に主となるアクチュエータにて揺動するサスペンションアームを介したヘッド位置決め機構部において、前記揺動を行うサスペンションアームは、前記スライダを保持する可動部及び前記揺動支持部を有する側の固定部からなり、これらを連結する少なくとも２つ梁部は、圧電・電歪材料と弾性材とから構成される板状体であり、前記少なくとも２つの梁部が、前記サスペンションアームの長手方向に対して平行に双璧を構成する平行バネ構造体からなり、前記各梁部には、長手方向に分割する溝を設けた板状圧電・電歪材料を備え、微小位置決め機構が構成される。この微小位置決め機構に設けられた梁部の、少なくとも１つが逆圧電効果または電歪効果により、前記ヘッド部を保持したサスペンションアーム可動部の微小な揺動運動を可能とするものである。
【００１３】
前述した通り圧電体は、特定の電圧を印加すると逆圧電効果により歪みが発生し圧電体自身の伸縮が行われる。圧電体を備えた少なくとも２つの梁部は、圧電体の伸縮に応じて梁部長手方向先端を撓ませる屈曲変位を行うこととなる。圧電体自身の伸縮は、圧電素子形状の長手方向の有効長に比例することから、前記各梁部に設けられた板状圧電・電歪材料には長手方向に分割する溝が設けることで、圧電素子の長手方向の伸縮は、溝を設けない構成と同等に得られと同時に、長手方向と直交する伸縮の影響を押さえられる。そして梁部長手方向先端を撓ませる適性な屈曲変位動作を可能とする。更に梁部はサスペンションアームの固定部側と可動部側を連結する平行バネ構造を形成することから、梁部に備えた圧電体の印可制御によって可動部の微小な揺動運動を可能とし、梁部先端の走査方向に対して安定した微動制御が可能となる。そのため、サスペンションアームの可動部先端に設けられた電磁変換素子または光学モジュール機能を有するスライダ形状のヘッド部は、梁部に備えた圧電体への印可制御することにより、ヘッドの微小位置決めが容易となる。
【００１４】
上述の目的を達成するために、本発明に係る第３の微小位置決め機構は、データを記録し且つ記憶媒体に記録したデータを再生する電磁変換素子または光学モジュールが設けられたスライダ形状のヘッド部と、ディスク状記憶媒体の半径方向に主となるアクチュエータにて揺動するサスペンションアームを介したヘッド位置決め機構部において、前記揺動を行うサスペンションアームは、前記スライダを保持する可動部及び前記揺動支持部を有する側の固定部からなり、これらを連結する少なくとも２つ梁部は、圧電・電歪材料と弾性材とから構成される板状体であり、前記少なくとも２つの梁部が、前記サスペンションアームの長手方向に対して平行に双璧を構成する平行バネ構造体からなり、前記各梁部には、長手方向に分割する溝と複数の電極パターンが設けられ板状圧電・電歪材料からなる微小位置決め機構が構成される。この微小位置決め機構に設けられた梁部の、少なくとも１つが逆圧電効果または電歪効果により、前記ヘッド部を保持したサスペンションアーム可動部の微小な揺動運動を可能とするものである。
【００１５】
前述の通り梁部は、圧電体自身の特性から、前記各梁部に設けた長手方向に分割する溝からなる板状圧電・電歪材料により、梁部長手方向先端を撓ませる適性な屈曲変位動作を行い、複数の電極パターンを設けることで、梁部長手方向先端を撓ませる屈曲変位動作を選択的に制御可能とする。更に梁部先端の走査方向に対して安定した微動制御が可能となる。そのため、サスペンションアームの可動部先端に設けられた電磁変換素子または光学モジュール機能を有するスライダ形状のヘッド部は、梁部に備えた圧電体への印可制御することにより、ヘッドの微小位置決めが容易となる。
【００１６】
上述の目的を達成するために、本発明に係る記憶装置は、ヘッド位置決め機構部においては、サスペンションアームの固定側に設けられ磁気回路及びコイルを用いて前記ヘッド部を駆動する主となるアクチュエータの位置決め機構と、圧電・電歪素子を備え印可制御から前記ヘッド部の駆動を行う微小位置決め機構部を兼ね備えた構成からなる。主となるアクチュエータの位置決め機構は、磁気回路およびコイルを用いてヘッド部を駆動するので、大きな移動に適している。微小位置決め機構は、圧電体の伸縮よりヘッド部を駆動するので微小移動に適している。これら主となるアクチュエータの位置決め機構および微小位置決め機構を用いることで、シーク動作およびフォローイング動作を効率よく行うことができる。例えばシーク動作は主となるアクチュエータの位置決め機構により行い、フォローイング動作は微小位置決め機構により行う。また、主となるアクチュエータの位置決め機構と微小位置決め機構とを併用してシーク動作またはフォローイング動作をさせるようにしてもよい。さらに、主となるアクチュエータの位置決め機構と微小位置決め機構との２つのアクチュエータを用いて制御するので、シーク制御とフォローイング制御との切り換えが不要になる。また、微小位置決め機構はサスペンションアームと一体化構造であることから可動部分の質量が小さく、シーク反力を小さく抑えることができる。さらに、極めて単純な構造でピギーバック方式のアームを構成できるから、大量生産に適する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
図１は、この発明の実施の形態に係る磁気ディスク装置を示す斜視図である。この磁気ディスク装置１００は、磁気ディスクを回転させるスピンドル機構１と、磁気ヘッドの位置決めを行う主となるアクチュエータの位置決め機構２とを有する。前記スピンドル機構１と位置決め機構２とはベース３に組み込まれる。
【００１９】
スピンドル機構１は、ベース３に組み込んだＤＣモータの回転軸１２に磁気ディスク１１をボルト止めした構造である。磁気ディスク１１は、ディスク基盤表面に酸化物を塗布して磁気記録層を構成したもの、磁性体をスパッタしたもののいずれでもよい。磁気ディスク１１の磁性層としては、薄く且つ抗磁力が高いもの、磁性体の粒子が細かく表面が均一なものが好ましい。
【００２０】
キャリッジ２１は、揺動軸２２により回転支持されている。キャリッジ２１の端部には、ロータ２３が取り付けてある。ロータ２３はベース３側に設けたステータ２４と共にボイスコイルモータ２５を構成する。ロータ２３は、キャリッジ板の上下面に可動コイルを接着した構成である。ステータ２４は、永久磁石で構成され、前記ロータ２３を挟むように配置されている。また、前記可動コイルには、フレキシブルケーブル２６を介して電力が供給される。ベース３には、回路基板２７が設けてあり、回路上で、シーク・フォローイング制御部２８が形成されている。キャリッジ２１の端部には、サスペンションアーム５が連結され、更に位置決め機構４が設けてある。
【００２１】
図２は、微小位置決め機構４を示す組立図である。サスペンションアーム５は、揺動支持軸側の固定部とヘッド部を備えたスライダを保持した可動部に分割されている。少なくても２つの梁部４３は圧電・電歪材料と弾性材とから構成される板状体からなり、サスペンションアーム５を連結する構成となる。図中に示すサスペンションアーム５は、長手方向に平行バネ構造を形成し一体化した例である。梁部４３は圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂと弾性支持体４２からなり、圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂの撓み力及び撓み変位量に応じて長手方向に自由度をもつ弾性変形が行われる構造とした。サスペンションアーム５は、エッチング等のフォトファブリケーション技術を用いて薄板金属、例えばステンレス材又はベリリウム材から形成する。非機械加工プロセスを用いることで、形状精度を向上させると共に、加工形成時に発生する変形応力および機械的ストレスを排除でき、機能および再現性が安定する。更に、図２に示すサスペンションアーム５は、中央部を金型にて曲げ加工し長手方向の両側面に連結部を構成する。サスペンションアーム５の先端には、ジンバル５１が形成してあり、このジンバル５１にヘッド機能を備えたスライダを取り付ける。
【００２２】
梁部４３には圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂが接着してある。圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂは、印加された電圧に応じて応力ないし変位を生じ、更には印加電圧の周波数により共振現象を生じさせ、加えられた圧力に応じて電圧が発生する特性を示す材料である。本例の圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂには、圧電定数の高い薄膜ジルコンチタン酸鉛バルク材をダイシングにて矩形形状したもの用いて弾性支持板４２に接着してある。また圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂはチタン酸バリウム、ニオブ酸リチウムやジルコンチタン酸鉛などを用いても良い。また、これら圧電セラミックスの代わりに、傾斜機能材料やリチウムナイオベートを用いることもできる。
【００２３】
弾性支持板４２と圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂとを接着する際の接合界面は、非常に薄く硬いこと、強靭であること、また、接着後における共振周波数付近の抵抗値が小さいことが条件となる。例えば接着剤には、ホットメルトおよびエポキシ樹脂に代表される高分子接着材を用いる。なお、図２で示す設けた梁部４３は、ユニモルフ型であるが、２枚の圧電素子を用いるバイモルフ型、４枚以上の圧電素子を用いるマルチモルフ型及び積層型を用いても良い。また、梁部４３の形状は、図２に示すような口形状を並べた形状に限定されない。
【００２４】
電源は、配線を介して前記圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂに電力を供給する。また、シーク・フォローイング制御は、磁気ヘッドからのサーボ信号に基づき、前記供給電圧を制御する。
【００２５】
磁気ヘッドには、フェライトヘッド、ＭＩＧ（Metal In Gap）ヘッド、薄膜ヘッド、ＭＲ（Magneto Resistive）ヘッド、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）ヘッドのいずれを用いたスライダが良い。また、磁気ヘッドの代わりに、光ディスク記録再生用のモジュール、例えば近視野光を用いたヘッドスライダを用いてもよい。
【００２６】
つぎに、この磁気ディスク装置１００の動作について説明する。まず、圧電素子４１の屈曲変位の原理を図３に示す。ここで用いる逆圧電効果とは、圧電体に電圧を印加すると歪が発生する現象で、圧電体は伸縮を行うものである。この図３では、図２で示す梁部４３と同様な挙動を示す例として用いたもので、固定端側と自由端側からなる片持ち梁構造である。この片持ち梁は、補強材として弾性材を用い圧電素子と接合を行っている。この圧電体の分極方向に対してお互いに逆向きの電界がかかると一方の圧電体が長さ方向に伸びたとき、もう一方は縮み、補強材を中心にして厚み方向に曲がりが生じる。図３では、所定の印可電圧を供与することで梁部自由端側に撓みを発生させ、長手方向先端に屈曲変位dを発生させている状態を示している。
【００２７】
図２における梁部４３は、図３に示す挙動と同様に、サスペンションアーム５の固定部から、他端の可動部（スライダを支持する側）に対して揺動運動が行われることとなる。又、梁部４３長手方向に圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂを設けることで、スピンドル回転や外部からの振動、空気乱流等の外乱に対する適切制御が可能となる。更に、梁部４３においては可動部に対して平行バネ構造に構成されていることからサスペンションアーム５の可動部及び保持しているスライダに対して、安定した左右への平行運動と印可制御による微小変位量が得られる構成となる。
【００２８】
一般式から得られる梁部先端の変位量ｄの解は、圧電定数ｄ３１、印可電圧ｖ、及び梁部有効長ｌの２乗及び定数ｋに比例し、梁部の厚みｔの２乗に反比例する。このことから、本発明による微小位置決め機構においては、圧電体特性と弾性支持体の形状から印可電圧に対する変位の感度を求め、変位は印可電圧で制御から行う。低電圧で変位を得るには、圧電定数ｄ３１が大きい圧電素子を用いることが必要であり、微小位置決め機構の構造として共振周波数を考慮した上で圧電素子の厚みを薄くするか長手方向の有効長を長くするかを所望の仕様に応じて求めていく必要がある。
【００２９】
本実施の形態においては、圧電体の厚みを０．０５〜０．３ｍｍ、長手方向は０．５〜５ｍｍ、この長手方向と直交する幅は０．１〜０．５ｍｍの矩形形状寸法とし、圧電定数はｄ３１で１００〜７００×１０-12ｍ／vを目安とした仕様を用いる。また温度や電界に対して安定となる材料特性及び経時変化も考慮して選択が行われた。そのため、サスペンションアーム５の可動部において、入力電圧に応じて０〜１μｍの移動距離が得られ、印可制御にてサブμｍ以下の高い位置決め分解能を得ることが可能となった。
【００３０】
つぎに、ボイスコイルモータ２５の動作について説明する。図５は、ボイスコイルモータ２５の動作原理を示す説明図である。可動コイル（２３）に矢印Ｉ方向の電流を流すことにより、フレミングの左手の法則により力ｆ（矢印Ｆ）が発生する。位置決め制御は、この可動コイル（２３）に流す電流の方向と大きさとを制御して、目標の位置にサブμｍ単位で位置決めする。
【００３１】
通常、磁気ディスク装置における位置決め制御は、アクセス速度制御（シーク制御）と追従位置決め制御（フォローイング制御）とにより行われる。アクセス速度制御過程では、磁気ヘッドを現在のトラックから目標とするトラックに高速移動させる。追従位置決め制御過程では、トラックに磁気ヘッドを精密に追従させる。図６は、磁気ヘッドのアクセス運動速度と時間との関係を示すグラフ図である。このように、位置決め制御は、時間的にアクセス速度制御過程と追従位置決め制御過程とに分けることができる。
【００３２】
この磁気ディスク装置１００では、アクセス速度制御と追従位置決め制御とを並行して行うようにし、前記アクセス動作を主にボイスコイルモータ２５を用いて高速で行い、前記追従位置決め動作を主に微小位置決め機構４を用いて精密に行う。図７に、位置決め制御系のブロック線図を示す。シーク・フォローイング制御部２８では、シーク制御とフォローイング制御とを並行して行う。シーク制御系においては、まず、現在のヘッド位置を検出し、続いて当該検出したヘッド位置に基づいて操作量を求める。位相補償器では、前記操作量の信号の位相をコントロールする。パワーアンプでは位相コントローラした操作量の信号を増幅する。そして、この操作量に応じてボイスコイルモータ２５を駆動する。シーク制御系の制御量は、目標値信号と同種の信号に変換され、入力側にフィードバックされる。
【００３３】
一方、フォローイング制御系においては、まず、トラック誤差信号を検出し、続いて当該検出したトラック誤差信号から操作量を求める。位相補償器では、前記操作量の信号の位相をコントロールする。パワーアンプでは位相コントローラした操作量の信号を増幅する。そして、このトラック誤差信号の操作量に応じて微小位置決め機構４の圧電体４１に印加、駆動する。フォローイング制御系の制御量は、目標値信号と同種の信号に変換され、入力側にフィードバックされる。
【００３４】
図８は、前記シーク・フォローイング制御部２８による制御工程例を示すフローチャートである。ステップＳ１１０１では、目標トラック位置の入力を行う。ステップＳ１１０２では、ボイスコイルモータ２５による位置決め制御系をＯＮし、前記入力した目標トラック位置のデータに基づき位置決め制御を行う。ステップＳ１１０３では、ヘッド位置と目標トラック位置との差が梁部５１、５２の可動距離（梁部５１、５２による位置決めが有効な範囲）未満になったか否かを判断する。可動距離未満になるまでボイスコイルモータ２５による位置決め制御を行う。可動距離未満になったらステップＳ１１０４に進む。
【００３５】
ステップＳ１１０４では、微小位置決め機構４による位置決め制御系をＯＮする。ステップＳ１１０５では、ヘッド位置と目標トラック位置との差がトラック１〜３個分の幅未満になるまで、微小位置決め機構４の圧電体４１とボイスコイルモータ２５との両方で位置決め制御を行う。ボイスコイルモータ２５を併用するのは、トラック間移動のような比較的大きな移動が含まれるためである。ステップＳ１１０６では、ボイスコイルモータ２５による位置決め制御系をＯＦＦして、微小位置決め機構４のみで位置決め制御を行う。ステップＳ１１０７では、ヘッド位置と目標トラック位置との差がトラック位置決め精度を満たすか否かを判断する。満たすまで制御を続行し、満たしたときに微小位置決め機構４の位置決め制御系をＯＦＦする（ステップＳ１１０８）。
【００３６】
なお、ボイスコイルモータと微小位置決め機構４との分担を明確に分け、前記アクセス動作をボイスコイルモータ２５を用いて高速で行い、前記追従位置決め動作を微小位置決め機構４の揺動運動を用いて精密に行うようにしてもよい。
【００３７】
つぎに図４に、微小位置決め機構の他の組立図例を示す。サスペンショアーム５は図２と同様であるが、固定部と可動部を連結する梁部構成が異なる。梁部４３には長手方向に分割する溝が設けられた圧電素子４１ｃと弾性支持体４２を備えた構成からなる。溝を設けた圧電素子４１ｃは、同等な仕様で溝を設けない圧電素子比で、長手方向の伸縮は同等であるが、長手方向を直交した伸縮の影響が回避出来ることになる。
【００３８】
又、上記圧電素子４１ｃに複数の電極パターンを設ける事で、上記圧電素子４１ｃの伸縮動作をオンオフ制御から選択的に制御することが可能となる。
【００３９】
記録装置可動時において、サスペンションアーム５に発生する外乱、例えばヘッド機能を有するスライダのピッチング、ヨーイング及びローリング時に対する微細制御を可能とする構成例である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、データを記録し且つ記憶媒体に記録したデータを再生する電磁変換素子または光学モジュールが設けられたスライダ形状のヘッド部と、ディスク状記憶媒体の半径方向に主となるアクチュエータにて揺動するサスペンションアームを介したヘッド位置決め機構部において、前記揺動を行うサスペンションアームは、前記スライダを保持する可動部及び前記揺動支持部を有する側の固定部からなり、これらを連結する少なくとも２つ梁部は、圧電・電歪材料と弾性材とから構成される板状体であり、前記少なくとも２つの梁部が、前記サスペンションアームの長手方向に対して平行に双璧を構成する平行バネ構造体からなり、前記各梁部に設けられた板状圧電・電歪材料は少なくとも２つ以上設けられた構成の微小位置決め機構により、シーク動作およびフォローイング動作を効率よく行うことができる。
【００４１】
同様に、本発明によれば、データを記録し且つ記憶媒体に記録したデータを再生する電磁変換素子または光学モジュールが設けられたスライダ形状のヘッド部と、ディスク状記憶媒体の半径方向に主となるアクチュエータにて揺動するサスペンションアームを介したヘッド位置決め機構部において、前記揺動を行うサスペンションアームは、前記スライダを保持する可動部及び前記揺動支持部を有する側の固定部からなり、これらを連結する少なくとも２つ梁部は、圧電・電歪材料と弾性材とから構成される板状体であり、前記少なくとも２つの梁部が、前記サスペンションアームの長手方向に対して平行に双璧を構成する平行バネ構造体からなり、前記各梁部には、長手方向に分割する溝板状圧電・電歪材料を有する構成からなる微小位置決め機構により、シーク動作およびフォローイング動作を効率よく行うことができる。
【００４２】
また、本発明によれば、前記記載の板状圧電・電歪材料に複数の電極パターンが備わる微小位置決め機構により、シーク動作およびフォローイング動作を効率よく行うことができる。
また、サスペンションアーム先端に設けたヘッド部の微細な移動が可能になるから、ヘッド位置決め精度が高くなる。さらに、シーク制御とフォローイング制御との切り換えが不要にできるので、切り換えによるタイムロスを減少できる。
【００４３】
また本発明によれば、このような微小位置決め機構を有する記録／再生装置は、ヘッドの高速かつ高分解能アクセスを実現できるようになる。さらに、比較的単純な構成で、最小部品にてサスペンションアームを構成できるから、大量生産に適したものになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る微小位置決め機構を示す斜視図である。
【図２】図１に示した微小位置決め機構の一部を示す組立図である。
【図３】梁部の撓みにて自由端（可動部）が揺動する例を示す説明図である。
【図４】位置決め機構の一部を示す他の組立図である
【図５】ボイスコイルモータの動作原理を示す説明図である。
【図６】磁気ヘッドのアクセス運動速度と時間との関係を示すグラフ図である。
【図７】微小位置決め制御系を示すブロック線図である。
【図８】シーク・フォローイング制御部による制御工程例を示すフローチャートである。
【図９】従来の磁気ディスク装置の一例を示す斜視図である。
【図１０】従来磁気ディスク装置の他の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１００ 磁気ディスク装置
１ スピンドル機構
２ 位置決め機構
２１ キャリッジ
２２ 揺動軸
２３ ロータ
２４ ステータ
２５ ボイスコイルモータ
２６ フレキシブルケーブル
２７ 回路基板
２８ シーク・フォローイング制御部
３ ベース
４ 微小位置決め機構
４１ａ 圧電素子
４１ｂ 圧電素子
４１ｃ 圧電素子
４２ 弾性支持体
４３ 梁部
４４ 単層梁部
５ サスペンション
５１ ジンバル
７００ 従来の記憶装置
７０１ サスペンションアーム
７０２ 磁気ヘッド
７０３ 浮動ヘッド機構
７０４ 揺動軸
７０５ キャリッジ
７０６ ボイスコイルモータ
７０７ 磁気ディスク
８００ 磁気ディスク装置
８０１ キャリッジ
８０２ サスペンションアーム
８０３ ボイスコイルモータ
８０４ ステータ軸
８０５ マグネット
８０６ コイル
８０７ ヘッドマウンティングブロック
８０８ クロスシェイプドスプリング
８０９ ジンバル
【発明の属する技術分野】
この発明は、位置決め機構および記憶装置に関し、更に詳しくは、高速および高分解能アクセスを実現でき、大量生産に適した微小位置決め機構および記憶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の記憶装置、例えば図９に示すような磁気ディスク装置７００は、サスペンションアーム７０１の先端に磁気ヘッド７０２を設けた浮動ヘッド機構７０３と、揺動軸７０４により軸支され前記浮動ヘッド機構７０３を取り付けるキャリッジ７０５と、磁気ヘッド７０２の反対側に設けたボイスコイルモータ７０６とを備えている。ボイスコイルモータ７０６に通電することにより、揺動軸７０４を中心として磁気ヘッド７０２が揺動する。磁気ヘッド７０２は、回転する磁気ディスク７０７上で浮上する。
【０００３】
ところで、現在では記憶装置における単位面積当たりの記録密度が加速度的に上昇している。これに伴い、高速および高分解能アクセスを可能とするヘッド位置決め機構が要求されている。これらの要求に対し、例えばボイスコイルモータを２つ用いることでピポット軸に作用する並進力を減少させる技術や、粗動・微動の２段アクチュエータを用いる技術がなどが開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高速および高分解能アクセスを実現するにあたり、上記の従来型の記憶装置７００では、シーク反力により装置全体が振動し、シーク時間を増大させるという問題点がある。また、一般に記憶装置では、高速シークおよび高精度フォローイングを実現するため、シーク制御系とフォローイング制御系とを切り換えて用いている。しかし、これら制御系の切り換えによりタイムロスが発生し、位置決め時間が増大するという問題点があった。
【０００５】
また、上記のような問題点を解決するため、サスペンションアームとキャリッジの間にボイスコイルモータを設けたピギーバック方式の磁気ディスクが提案されている（International Conference on Micromechatronics for Information and Precision Equipment, Tokyo,July,20-23,1997:MR-08 DEVELOPMENT OF INTEGRATED PIGGYBACK MILLI-ACTUATOR FOR HIGH DENSITY MAGNETIC RECORDING：Shinji KOGANEZAWA etc FUJITSU LIMITED）。
【０００６】
図１０に、その磁気ディスク装置の構造を示す。この磁気ディスク装置８００では、キャリッジ８０１とサスペンションアーム８０２との間に位置決め用のボイスコイルモータ８０３を設けた構成である。キャリッジ８０１の一端には、ステータ軸８０４が取り付けてある。また、キャリッジ８０１には、マグネット８０５を固定する。さらに、このマグネット８０５に対向するようにして、コイル８０６を配置する。コイル８０６は、ヘッドマウンティングブロック８０７に固定されている。ヘッドマウンティングブロック８０７は、サスペンションアーム８０２のクロスシェイプドスプリング８０８に固定してある。クロスシェイプドスプリング８０８は、極めて薄い鋼鈑によって製作してある。また、クロスシェイプドスプリング８０８の中央には、ステータシャフト８０４がスポット溶接してある。サスペンションアーム８０２の先端には、ジンバル８０９が形成してある。磁気ヘッドを設けたスライダ（図示省略）は、ジンバル８０９の下面に取り付けてある。この磁気ディスク装置８００では、前記ボイスコイルモータ８０３によるショートシーク動作により、シーク時間の短縮を実現している。
【０００７】
しかし、上記した従来の磁気ディスク装置は、磁気ヘッド、アームおよびコイルからなる質量の大きな構造体全体を揺動させる構成であり、また、弾性を有するサスペンションを介してスライダを移動させる構成であり、また、揺動の中心となるベアリングには摩擦抵抗や偏心などが必ず存在するため、位置決め精度、特に記録トラックの追従精度に限界があるという課題がある。更に、上記磁気ディスク装置８００は、部品点数が多く、また複雑かつ繊細で、組立調整が容易ではないため、大量生産に不向きであるという問題点がある。その上、上記磁気ディスク装置８００では、ヘッドマウンティングブロック８０７およびサスペンションアーム８０２を可動部分としているため、質量が増加し、シーク反力が大きくなる傾向がある。このため、シーク時間を短縮するには限界があるという問題点がある。更に、電磁力を用いたアクチュエータでは、漏れ磁束によるディスク状記憶媒体の磁気信号への影響が懸念される。
【０００８】
一方、従来の光ディスク装置においては、光ピックアップは、少なくともレンズを有する光学モジュールを備えた光ピックアップを利用するのが一般的であった。この光ピックアップでは、光ディスクの記録面に焦点が合うようにレンズ周辺にアクチュエータが構成され制御が行われるものである。しかし、最近、光ディスクの記録密度を飛躍的に高める方法として提案されているニア・フィールド記録では、浮上型スライダを用いる。この浮上型スライダは、ＳＩＬ（solid immersion lens）と呼ばれる半球状のレンズと、磁界変調記録用コイルと、プリフォーカスレンズとを有する光学モジュールをスライダ形状に組み込んだものであり、浮上型磁気スライダと同様のスライダが用いられる。このような浮上型スライダと組み合わせて用いられる光ディスクでは、記録トラック密度が極めて高いため、ディスク状記憶媒体の記録トラックに対する位置決めに際しては、上記に記述された浮上型磁気スライダと同様な各問題が生じる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、磁気ディスク装置や光ディスク装置等の記録／再生装置において、記録／再生ヘッドに設けられた電磁変換素子や光学モジュールの位置決めを、高精度かつ高速に行うことを可能とすることであり、大量生産に適する微小位置決め機構および記憶装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る第１の微小位置決め機構は、データを記録し且つ記憶媒体に記録したデータを再生する電磁変換素子または光学モジュールが設けられたスライダ形状のヘッド部と、ディスク状記憶媒体の半径方向に主となるアクチュエータにて揺動するサスペンションアームを介したヘッド位置決め機構部において、前記揺動を行うサスペンションアームは、前記スライダを保持する可動部及び前記揺動支持部を有する側の固定部からなり、これらを連結する少なくとも２つ梁部は、圧電・電歪材料と弾性材とから構成される板状体であり、前記少なくとも２つの梁部が、前記サスペンションアームの長手方向に対して平行に双璧を構成する平行バネ構造体からなり、前記各梁部には、長手方向に並列した少なくとも２つ以上の板状圧電・電歪材料を設け、微小位置決め機構が構成される。この微小位置決め機構に設けられた梁部の、少なくとも１つが逆圧電効果または電歪効果により、前記ヘッド部を保持したサスペンションアーム可動部の微小な揺動運動を可能とするものである。
【００１１】
圧電体は、特定の電圧を印加すると逆圧電効果により歪みが発生し圧電体自身の伸縮が行われる。圧電体を備えた少なくとも２つの梁部は、圧電体の伸縮に応じて梁部長手方向先端を撓ませる屈曲変位を行うこととなる。更に梁部はサスペンションアームの固定部側と可動部側を連結する平行バネ構造を形成することから、梁部に備えた圧電体の印可制御によって可動部の微小な揺動運動を可能とする。更に、前記各梁部に設けられた板状圧電・電歪材料は少なくとも２つ以上設けたことから、板状圧電・電歪材料が単独に設けられている構成に対して、外乱に対する制御が容易に可能となり、梁部走査方向に対して安定した微動運動が行える。そのため、サスペンションアームの可動部先端に設けられた電磁変換素子または光学モジュール機能を有するスライダ形状のヘッド部は、梁部に備えた圧電体への印可制御することにより、ヘッドの微小位置決めが容易となる。
【００１２】
上述の目的を達成するために、本発明に係る第２の微小位置決め機構は、データを記録し且つ記憶媒体に記録したデータを再生する電磁変換素子または光学モジュールが設けられたスライダ形状のヘッド部と、ディスク状記憶媒体の半径方向に主となるアクチュエータにて揺動するサスペンションアームを介したヘッド位置決め機構部において、前記揺動を行うサスペンションアームは、前記スライダを保持する可動部及び前記揺動支持部を有する側の固定部からなり、これらを連結する少なくとも２つ梁部は、圧電・電歪材料と弾性材とから構成される板状体であり、前記少なくとも２つの梁部が、前記サスペンションアームの長手方向に対して平行に双璧を構成する平行バネ構造体からなり、前記各梁部には、長手方向に分割する溝を設けた板状圧電・電歪材料を備え、微小位置決め機構が構成される。この微小位置決め機構に設けられた梁部の、少なくとも１つが逆圧電効果または電歪効果により、前記ヘッド部を保持したサスペンションアーム可動部の微小な揺動運動を可能とするものである。
【００１３】
前述した通り圧電体は、特定の電圧を印加すると逆圧電効果により歪みが発生し圧電体自身の伸縮が行われる。圧電体を備えた少なくとも２つの梁部は、圧電体の伸縮に応じて梁部長手方向先端を撓ませる屈曲変位を行うこととなる。圧電体自身の伸縮は、圧電素子形状の長手方向の有効長に比例することから、前記各梁部に設けられた板状圧電・電歪材料には長手方向に分割する溝が設けることで、圧電素子の長手方向の伸縮は、溝を設けない構成と同等に得られと同時に、長手方向と直交する伸縮の影響を押さえられる。そして梁部長手方向先端を撓ませる適性な屈曲変位動作を可能とする。更に梁部はサスペンションアームの固定部側と可動部側を連結する平行バネ構造を形成することから、梁部に備えた圧電体の印可制御によって可動部の微小な揺動運動を可能とし、梁部先端の走査方向に対して安定した微動制御が可能となる。そのため、サスペンションアームの可動部先端に設けられた電磁変換素子または光学モジュール機能を有するスライダ形状のヘッド部は、梁部に備えた圧電体への印可制御することにより、ヘッドの微小位置決めが容易となる。
【００１４】
上述の目的を達成するために、本発明に係る第３の微小位置決め機構は、データを記録し且つ記憶媒体に記録したデータを再生する電磁変換素子または光学モジュールが設けられたスライダ形状のヘッド部と、ディスク状記憶媒体の半径方向に主となるアクチュエータにて揺動するサスペンションアームを介したヘッド位置決め機構部において、前記揺動を行うサスペンションアームは、前記スライダを保持する可動部及び前記揺動支持部を有する側の固定部からなり、これらを連結する少なくとも２つ梁部は、圧電・電歪材料と弾性材とから構成される板状体であり、前記少なくとも２つの梁部が、前記サスペンションアームの長手方向に対して平行に双璧を構成する平行バネ構造体からなり、前記各梁部には、長手方向に分割する溝と複数の電極パターンが設けられ板状圧電・電歪材料からなる微小位置決め機構が構成される。この微小位置決め機構に設けられた梁部の、少なくとも１つが逆圧電効果または電歪効果により、前記ヘッド部を保持したサスペンションアーム可動部の微小な揺動運動を可能とするものである。
【００１５】
前述の通り梁部は、圧電体自身の特性から、前記各梁部に設けた長手方向に分割する溝からなる板状圧電・電歪材料により、梁部長手方向先端を撓ませる適性な屈曲変位動作を行い、複数の電極パターンを設けることで、梁部長手方向先端を撓ませる屈曲変位動作を選択的に制御可能とする。更に梁部先端の走査方向に対して安定した微動制御が可能となる。そのため、サスペンションアームの可動部先端に設けられた電磁変換素子または光学モジュール機能を有するスライダ形状のヘッド部は、梁部に備えた圧電体への印可制御することにより、ヘッドの微小位置決めが容易となる。
【００１６】
上述の目的を達成するために、本発明に係る記憶装置は、ヘッド位置決め機構部においては、サスペンションアームの固定側に設けられ磁気回路及びコイルを用いて前記ヘッド部を駆動する主となるアクチュエータの位置決め機構と、圧電・電歪素子を備え印可制御から前記ヘッド部の駆動を行う微小位置決め機構部を兼ね備えた構成からなる。主となるアクチュエータの位置決め機構は、磁気回路およびコイルを用いてヘッド部を駆動するので、大きな移動に適している。微小位置決め機構は、圧電体の伸縮よりヘッド部を駆動するので微小移動に適している。これら主となるアクチュエータの位置決め機構および微小位置決め機構を用いることで、シーク動作およびフォローイング動作を効率よく行うことができる。例えばシーク動作は主となるアクチュエータの位置決め機構により行い、フォローイング動作は微小位置決め機構により行う。また、主となるアクチュエータの位置決め機構と微小位置決め機構とを併用してシーク動作またはフォローイング動作をさせるようにしてもよい。さらに、主となるアクチュエータの位置決め機構と微小位置決め機構との２つのアクチュエータを用いて制御するので、シーク制御とフォローイング制御との切り換えが不要になる。また、微小位置決め機構はサスペンションアームと一体化構造であることから可動部分の質量が小さく、シーク反力を小さく抑えることができる。さらに、極めて単純な構造でピギーバック方式のアームを構成できるから、大量生産に適する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
図１は、この発明の実施の形態に係る磁気ディスク装置を示す斜視図である。この磁気ディスク装置１００は、磁気ディスクを回転させるスピンドル機構１と、磁気ヘッドの位置決めを行う主となるアクチュエータの位置決め機構２とを有する。前記スピンドル機構１と位置決め機構２とはベース３に組み込まれる。
【００１９】
スピンドル機構１は、ベース３に組み込んだＤＣモータの回転軸１２に磁気ディスク１１をボルト止めした構造である。磁気ディスク１１は、ディスク基盤表面に酸化物を塗布して磁気記録層を構成したもの、磁性体をスパッタしたもののいずれでもよい。磁気ディスク１１の磁性層としては、薄く且つ抗磁力が高いもの、磁性体の粒子が細かく表面が均一なものが好ましい。
【００２０】
キャリッジ２１は、揺動軸２２により回転支持されている。キャリッジ２１の端部には、ロータ２３が取り付けてある。ロータ２３はベース３側に設けたステータ２４と共にボイスコイルモータ２５を構成する。ロータ２３は、キャリッジ板の上下面に可動コイルを接着した構成である。ステータ２４は、永久磁石で構成され、前記ロータ２３を挟むように配置されている。また、前記可動コイルには、フレキシブルケーブル２６を介して電力が供給される。ベース３には、回路基板２７が設けてあり、回路上で、シーク・フォローイング制御部２８が形成されている。キャリッジ２１の端部には、サスペンションアーム５が連結され、更に位置決め機構４が設けてある。
【００２１】
図２は、微小位置決め機構４を示す組立図である。サスペンションアーム５は、揺動支持軸側の固定部とヘッド部を備えたスライダを保持した可動部に分割されている。少なくても２つの梁部４３は圧電・電歪材料と弾性材とから構成される板状体からなり、サスペンションアーム５を連結する構成となる。図中に示すサスペンションアーム５は、長手方向に平行バネ構造を形成し一体化した例である。梁部４３は圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂと弾性支持体４２からなり、圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂの撓み力及び撓み変位量に応じて長手方向に自由度をもつ弾性変形が行われる構造とした。サスペンションアーム５は、エッチング等のフォトファブリケーション技術を用いて薄板金属、例えばステンレス材又はベリリウム材から形成する。非機械加工プロセスを用いることで、形状精度を向上させると共に、加工形成時に発生する変形応力および機械的ストレスを排除でき、機能および再現性が安定する。更に、図２に示すサスペンションアーム５は、中央部を金型にて曲げ加工し長手方向の両側面に連結部を構成する。サスペンションアーム５の先端には、ジンバル５１が形成してあり、このジンバル５１にヘッド機能を備えたスライダを取り付ける。
【００２２】
梁部４３には圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂが接着してある。圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂは、印加された電圧に応じて応力ないし変位を生じ、更には印加電圧の周波数により共振現象を生じさせ、加えられた圧力に応じて電圧が発生する特性を示す材料である。本例の圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂには、圧電定数の高い薄膜ジルコンチタン酸鉛バルク材をダイシングにて矩形形状したもの用いて弾性支持板４２に接着してある。また圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂはチタン酸バリウム、ニオブ酸リチウムやジルコンチタン酸鉛などを用いても良い。また、これら圧電セラミックスの代わりに、傾斜機能材料やリチウムナイオベートを用いることもできる。
【００２３】
弾性支持板４２と圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂとを接着する際の接合界面は、非常に薄く硬いこと、強靭であること、また、接着後における共振周波数付近の抵抗値が小さいことが条件となる。例えば接着剤には、ホットメルトおよびエポキシ樹脂に代表される高分子接着材を用いる。なお、図２で示す設けた梁部４３は、ユニモルフ型であるが、２枚の圧電素子を用いるバイモルフ型、４枚以上の圧電素子を用いるマルチモルフ型及び積層型を用いても良い。また、梁部４３の形状は、図２に示すような口形状を並べた形状に限定されない。
【００２４】
電源は、配線を介して前記圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂに電力を供給する。また、シーク・フォローイング制御は、磁気ヘッドからのサーボ信号に基づき、前記供給電圧を制御する。
【００２５】
磁気ヘッドには、フェライトヘッド、ＭＩＧ（Metal In Gap）ヘッド、薄膜ヘッド、ＭＲ（Magneto Resistive）ヘッド、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）ヘッドのいずれを用いたスライダが良い。また、磁気ヘッドの代わりに、光ディスク記録再生用のモジュール、例えば近視野光を用いたヘッドスライダを用いてもよい。
【００２６】
つぎに、この磁気ディスク装置１００の動作について説明する。まず、圧電素子４１の屈曲変位の原理を図３に示す。ここで用いる逆圧電効果とは、圧電体に電圧を印加すると歪が発生する現象で、圧電体は伸縮を行うものである。この図３では、図２で示す梁部４３と同様な挙動を示す例として用いたもので、固定端側と自由端側からなる片持ち梁構造である。この片持ち梁は、補強材として弾性材を用い圧電素子と接合を行っている。この圧電体の分極方向に対してお互いに逆向きの電界がかかると一方の圧電体が長さ方向に伸びたとき、もう一方は縮み、補強材を中心にして厚み方向に曲がりが生じる。図３では、所定の印可電圧を供与することで梁部自由端側に撓みを発生させ、長手方向先端に屈曲変位dを発生させている状態を示している。
【００２７】
図２における梁部４３は、図３に示す挙動と同様に、サスペンションアーム５の固定部から、他端の可動部（スライダを支持する側）に対して揺動運動が行われることとなる。又、梁部４３長手方向に圧電素子４１ａと圧電素子４１ｂを設けることで、スピンドル回転や外部からの振動、空気乱流等の外乱に対する適切制御が可能となる。更に、梁部４３においては可動部に対して平行バネ構造に構成されていることからサスペンションアーム５の可動部及び保持しているスライダに対して、安定した左右への平行運動と印可制御による微小変位量が得られる構成となる。
【００２８】
一般式から得られる梁部先端の変位量ｄの解は、圧電定数ｄ３１、印可電圧ｖ、及び梁部有効長ｌの２乗及び定数ｋに比例し、梁部の厚みｔの２乗に反比例する。このことから、本発明による微小位置決め機構においては、圧電体特性と弾性支持体の形状から印可電圧に対する変位の感度を求め、変位は印可電圧で制御から行う。低電圧で変位を得るには、圧電定数ｄ３１が大きい圧電素子を用いることが必要であり、微小位置決め機構の構造として共振周波数を考慮した上で圧電素子の厚みを薄くするか長手方向の有効長を長くするかを所望の仕様に応じて求めていく必要がある。
【００２９】
本実施の形態においては、圧電体の厚みを０．０５〜０．３ｍｍ、長手方向は０．５〜５ｍｍ、この長手方向と直交する幅は０．１〜０．５ｍｍの矩形形状寸法とし、圧電定数はｄ３１で１００〜７００×１０-12ｍ／vを目安とした仕様を用いる。また温度や電界に対して安定となる材料特性及び経時変化も考慮して選択が行われた。そのため、サスペンションアーム５の可動部において、入力電圧に応じて０〜１μｍの移動距離が得られ、印可制御にてサブμｍ以下の高い位置決め分解能を得ることが可能となった。
【００３０】
つぎに、ボイスコイルモータ２５の動作について説明する。図５は、ボイスコイルモータ２５の動作原理を示す説明図である。可動コイル（２３）に矢印Ｉ方向の電流を流すことにより、フレミングの左手の法則により力ｆ（矢印Ｆ）が発生する。位置決め制御は、この可動コイル（２３）に流す電流の方向と大きさとを制御して、目標の位置にサブμｍ単位で位置決めする。
【００３１】
通常、磁気ディスク装置における位置決め制御は、アクセス速度制御（シーク制御）と追従位置決め制御（フォローイング制御）とにより行われる。アクセス速度制御過程では、磁気ヘッドを現在のトラックから目標とするトラックに高速移動させる。追従位置決め制御過程では、トラックに磁気ヘッドを精密に追従させる。図６は、磁気ヘッドのアクセス運動速度と時間との関係を示すグラフ図である。このように、位置決め制御は、時間的にアクセス速度制御過程と追従位置決め制御過程とに分けることができる。
【００３２】
この磁気ディスク装置１００では、アクセス速度制御と追従位置決め制御とを並行して行うようにし、前記アクセス動作を主にボイスコイルモータ２５を用いて高速で行い、前記追従位置決め動作を主に微小位置決め機構４を用いて精密に行う。図７に、位置決め制御系のブロック線図を示す。シーク・フォローイング制御部２８では、シーク制御とフォローイング制御とを並行して行う。シーク制御系においては、まず、現在のヘッド位置を検出し、続いて当該検出したヘッド位置に基づいて操作量を求める。位相補償器では、前記操作量の信号の位相をコントロールする。パワーアンプでは位相コントローラした操作量の信号を増幅する。そして、この操作量に応じてボイスコイルモータ２５を駆動する。シーク制御系の制御量は、目標値信号と同種の信号に変換され、入力側にフィードバックされる。
【００３３】
一方、フォローイング制御系においては、まず、トラック誤差信号を検出し、続いて当該検出したトラック誤差信号から操作量を求める。位相補償器では、前記操作量の信号の位相をコントロールする。パワーアンプでは位相コントローラした操作量の信号を増幅する。そして、このトラック誤差信号の操作量に応じて微小位置決め機構４の圧電体４１に印加、駆動する。フォローイング制御系の制御量は、目標値信号と同種の信号に変換され、入力側にフィードバックされる。
【００３４】
図８は、前記シーク・フォローイング制御部２８による制御工程例を示すフローチャートである。ステップＳ１１０１では、目標トラック位置の入力を行う。ステップＳ１１０２では、ボイスコイルモータ２５による位置決め制御系をＯＮし、前記入力した目標トラック位置のデータに基づき位置決め制御を行う。ステップＳ１１０３では、ヘッド位置と目標トラック位置との差が梁部５１、５２の可動距離（梁部５１、５２による位置決めが有効な範囲）未満になったか否かを判断する。可動距離未満になるまでボイスコイルモータ２５による位置決め制御を行う。可動距離未満になったらステップＳ１１０４に進む。
【００３５】
ステップＳ１１０４では、微小位置決め機構４による位置決め制御系をＯＮする。ステップＳ１１０５では、ヘッド位置と目標トラック位置との差がトラック１〜３個分の幅未満になるまで、微小位置決め機構４の圧電体４１とボイスコイルモータ２５との両方で位置決め制御を行う。ボイスコイルモータ２５を併用するのは、トラック間移動のような比較的大きな移動が含まれるためである。ステップＳ１１０６では、ボイスコイルモータ２５による位置決め制御系をＯＦＦして、微小位置決め機構４のみで位置決め制御を行う。ステップＳ１１０７では、ヘッド位置と目標トラック位置との差がトラック位置決め精度を満たすか否かを判断する。満たすまで制御を続行し、満たしたときに微小位置決め機構４の位置決め制御系をＯＦＦする（ステップＳ１１０８）。
【００３６】
なお、ボイスコイルモータと微小位置決め機構４との分担を明確に分け、前記アクセス動作をボイスコイルモータ２５を用いて高速で行い、前記追従位置決め動作を微小位置決め機構４の揺動運動を用いて精密に行うようにしてもよい。
【００３７】
つぎに図４に、微小位置決め機構の他の組立図例を示す。サスペンショアーム５は図２と同様であるが、固定部と可動部を連結する梁部構成が異なる。梁部４３には長手方向に分割する溝が設けられた圧電素子４１ｃと弾性支持体４２を備えた構成からなる。溝を設けた圧電素子４１ｃは、同等な仕様で溝を設けない圧電素子比で、長手方向の伸縮は同等であるが、長手方向を直交した伸縮の影響が回避出来ることになる。
【００３８】
又、上記圧電素子４１ｃに複数の電極パターンを設ける事で、上記圧電素子４１ｃの伸縮動作をオンオフ制御から選択的に制御することが可能となる。
【００３９】
記録装置可動時において、サスペンションアーム５に発生する外乱、例えばヘッド機能を有するスライダのピッチング、ヨーイング及びローリング時に対する微細制御を可能とする構成例である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、データを記録し且つ記憶媒体に記録したデータを再生する電磁変換素子または光学モジュールが設けられたスライダ形状のヘッド部と、ディスク状記憶媒体の半径方向に主となるアクチュエータにて揺動するサスペンションアームを介したヘッド位置決め機構部において、前記揺動を行うサスペンションアームは、前記スライダを保持する可動部及び前記揺動支持部を有する側の固定部からなり、これらを連結する少なくとも２つ梁部は、圧電・電歪材料と弾性材とから構成される板状体であり、前記少なくとも２つの梁部が、前記サスペンションアームの長手方向に対して平行に双璧を構成する平行バネ構造体からなり、前記各梁部に設けられた板状圧電・電歪材料は少なくとも２つ以上設けられた構成の微小位置決め機構により、シーク動作およびフォローイング動作を効率よく行うことができる。
【００４１】
同様に、本発明によれば、データを記録し且つ記憶媒体に記録したデータを再生する電磁変換素子または光学モジュールが設けられたスライダ形状のヘッド部と、ディスク状記憶媒体の半径方向に主となるアクチュエータにて揺動するサスペンションアームを介したヘッド位置決め機構部において、前記揺動を行うサスペンションアームは、前記スライダを保持する可動部及び前記揺動支持部を有する側の固定部からなり、これらを連結する少なくとも２つ梁部は、圧電・電歪材料と弾性材とから構成される板状体であり、前記少なくとも２つの梁部が、前記サスペンションアームの長手方向に対して平行に双璧を構成する平行バネ構造体からなり、前記各梁部には、長手方向に分割する溝板状圧電・電歪材料を有する構成からなる微小位置決め機構により、シーク動作およびフォローイング動作を効率よく行うことができる。
【００４２】
また、本発明によれば、前記記載の板状圧電・電歪材料に複数の電極パターンが備わる微小位置決め機構により、シーク動作およびフォローイング動作を効率よく行うことができる。
また、サスペンションアーム先端に設けたヘッド部の微細な移動が可能になるから、ヘッド位置決め精度が高くなる。さらに、シーク制御とフォローイング制御との切り換えが不要にできるので、切り換えによるタイムロスを減少できる。
【００４３】
また本発明によれば、このような微小位置決め機構を有する記録／再生装置は、ヘッドの高速かつ高分解能アクセスを実現できるようになる。さらに、比較的単純な構成で、最小部品にてサスペンションアームを構成できるから、大量生産に適したものになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る微小位置決め機構を示す斜視図である。
【図２】図１に示した微小位置決め機構の一部を示す組立図である。
【図３】梁部の撓みにて自由端（可動部）が揺動する例を示す説明図である。
【図４】位置決め機構の一部を示す他の組立図である
【図５】ボイスコイルモータの動作原理を示す説明図である。
【図６】磁気ヘッドのアクセス運動速度と時間との関係を示すグラフ図である。
【図７】微小位置決め制御系を示すブロック線図である。
【図８】シーク・フォローイング制御部による制御工程例を示すフローチャートである。
【図９】従来の磁気ディスク装置の一例を示す斜視図である。
【図１０】従来磁気ディスク装置の他の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１００ 磁気ディスク装置
１ スピンドル機構
２ 位置決め機構
２１ キャリッジ
２２ 揺動軸
２３ ロータ
２４ ステータ
２５ ボイスコイルモータ
２６ フレキシブルケーブル
２７ 回路基板
２８ シーク・フォローイング制御部
３ ベース
４ 微小位置決め機構
４１ａ 圧電素子
４１ｂ 圧電素子
４１ｃ 圧電素子
４２ 弾性支持体
４３ 梁部
４４ 単層梁部
５ サスペンション
５１ ジンバル
７００ 従来の記憶装置
７０１ サスペンションアーム
７０２ 磁気ヘッド
７０３ 浮動ヘッド機構
７０４ 揺動軸
７０５ キャリッジ
７０６ ボイスコイルモータ
７０７ 磁気ディスク
８００ 磁気ディスク装置
８０１ キャリッジ
８０２ サスペンションアーム
８０３ ボイスコイルモータ
８０４ ステータ軸
８０５ マグネット
８０６ コイル
８０７ ヘッドマウンティングブロック
８０８ クロスシェイプドスプリング
８０９ ジンバル
Claims (4)
- データを記録し且つ記憶媒体に記録したデータを再生する電磁変換素子または光学モジュールが設けられたスライダ形状のヘッド部と、
ディスク状記憶媒体の半径方向に主となるアクチュエータにて揺動するサスペンションアームを介したヘッド位置決め機構部において、
前記揺動を行うサスペンションアームは、前記スライダを保持する可動部及び前記揺動支持部を有する側の固定部からなり、
これらを連結する少なくとも２つ梁部は、圧電・電歪材料と弾性材とから構成される板状体であり、
前記少なくとも２つの梁部が、前記サスペンションアームの長手方向に対して平行に双璧を構成する平行バネ構造体からなり、
前記各梁部には、少なくとも長手方向に並列した２つ以上の板状圧電・電歪材料が設けられ、
前記梁部の少なくとも１つが逆圧電効果または電歪効果により、前記可動部が前記固定部に対して微小な揺動運動を可能とすることを特徴とする微小位置決め機構。 - データを記録し且つ記憶媒体に記録したデータを再生する電磁変換素子または光学モジュールが設けられたスライダ形状のヘッド部と、
ディスク状記憶媒体の半径方向に主となるアクチュエータにて揺動するサスペンションアームを介したヘッド位置決め機構部において、
前記揺動を行うサスペンションアームは、前記スライダを保持する可動部及び前記揺動支持部を有する側の固定部からなり、
これらを連結する少なくとも２つ梁部は、圧電・電歪材料と弾性材とから構成される板状体であり、
前記少なくとも２つの梁部が、前記サスペンションアームの長手方向に対して平行に双璧を構成する平行バネ構造体からなり、
前記各梁部には、長手方向に分割する溝が設けた板状圧電・電歪材料を備え、
前記梁部の少なくとも１つが逆圧電効果または電歪効果により、前記可動部が前記固定部に対して微小な揺動運動を可能とすることを特徴とする微小位置決め機構。 - 請求項２に記載の板状圧電・電歪材料には、複数の電極パターンが設けられていることを特徴とする微小位置決め機構。
- 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の微小位置決め機構を有することを特徴とする記録／再生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000084926A JP4080669B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | ヘッド位置決め機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000084926A JP4080669B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | ヘッド位置決め機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001266516A JP2001266516A (ja) | 2001-09-28 |
| JP4080669B2 true JP4080669B2 (ja) | 2008-04-23 |
Family
ID=18601334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000084926A Expired - Fee Related JP4080669B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | ヘッド位置決め機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4080669B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100430063B1 (ko) * | 2001-10-23 | 2004-05-03 | 한국과학기술원 | 정보저장기기용 미세구동기 |
-
2000
- 2000-03-24 JP JP2000084926A patent/JP4080669B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001266516A (ja) | 2001-09-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6246552B1 (en) | Read/write head including displacement generating means that elongates and contracts by inverse piezoelectric effect of electrostrictive effect | |
| Soeno et al. | Piezoelectric piggy-back microactuator for hard disk drive | |
| US6297936B1 (en) | Integral load beam push-pull microactuator | |
| US6542326B1 (en) | Microactuator-induced reactive forces for fine positioning a sensor | |
| US7068473B2 (en) | Piezoelectric microactuator for improved tracking control of disk drive read/write heads | |
| US6038104A (en) | Rotating disk type information storage apparatus having a movable member integrated with a support member | |
| JP3739268B2 (ja) | マイクロアクチュエータ | |
| JPH08180623A (ja) | 磁気ディスク装置 | |
| US7038888B2 (en) | Piezo-electric microactuator for dual stage actuator | |
| JP3002984B1 (ja) | 微小駆動装置および微小位置決め装置および記憶装置 | |
| JP2001126422A (ja) | ヘッド位置決め機構 | |
| JPH06259905A (ja) | 記録再生装置用アクチュエータ及びこれを用いた記録再生装置 | |
| JP4080669B2 (ja) | ヘッド位置決め機構 | |
| JP4137334B2 (ja) | ヘッド位置決め機構 | |
| JPH1153854A (ja) | ヘッド支持機構とそれを備えた磁気ディスク装置 | |
| JP3764815B2 (ja) | 記憶装置および微小位置決め装置 | |
| JP2001297546A (ja) | ヘッド位置決め機構 | |
| JP2000322847A (ja) | 記憶装置および微小位置決め装置 | |
| US6760195B2 (en) | Intrinsically excitable actuator assembly | |
| JP3026194B2 (ja) | 記録装置および微小位置決め装置 | |
| JP2000182342A (ja) | ヘッドアクチュエータ及び記録再生装置 | |
| JP3130503B2 (ja) | 記憶装置 | |
| JP2001052456A (ja) | サスペンションとそれを用いた情報記録再生装置および情報記録再生装置の駆動方法 | |
| JP3041052B2 (ja) | 記録／再生ヘッド、記録／再生ヘッド位置決め機構および記録／再生装置 | |
| JP3338359B2 (ja) | 記憶装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040303 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061108 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080131 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080205 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080207 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110215 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20091108 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110215 Year of fee payment: 3 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D03 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110215 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120215 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130215 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |