JP4319616B2 - Actuator, slider unit, suspension and hard disk drive - Google Patents
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Description
本発明は、アクチュエータ、スライダユニット、サスペンション及びハードディスク装置に関するものである。 The present invention relates to an actuator, a slider unit, a suspension, and a hard disk device.
従来、この技術の分野におけるアクチュエータは、例えば、下記特許文献1に開示されている。この公報に記載のアクチュエータは、一対の可動部(アーム部)と、両可動部の一端部側で互いに連結する固定部(連結部)と、可動部の外側に配設された圧電/電歪素子とを備えている。そして、可動部の他端部側には、所定部品が挟持されるようにして取り付けられる。このアクチュエータにおいては、固定部の位置を所定の方法により固定すると共に、圧電/電歪素子を駆動させて可動部をたわませることにより、可動部の一端部側の移動に追従するように部品が変位する。なお、この部品の変位は、可動部の延在方向に対して直交する方向に沿った変位であり、略一直線状の変位である。
ここで、アクチュエータは、その変位量が大きければ大きい程、ヘッドスライダ等の部品を所定長さだけ変位させる際に要する駆動電力が少なくてすむ。そのため、省電力及び省エネルギの観点から、わずかな消費電力で大きな変位を得ることができるアクチュエータが待望されていた。 Here, the greater the amount of displacement of the actuator, the smaller the drive power required to displace a component such as the head slider by a predetermined length. Therefore, from the viewpoint of power saving and energy saving, there has been a demand for an actuator that can obtain a large displacement with little power consumption.
そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、ヘッドスライダの変位量の増大が図られたアクチュエータ、スライダユニット、サスペンション及びハードディスク装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an actuator, a slider unit, a suspension, and a hard disk device in which the displacement amount of the head slider is increased.
本発明に係るアクチュエータは、略平行に延びる一対のアーム部と、一対のアーム部を、アーム部それぞれの一端側において連結する連結部と、連結部からアーム部に対して略平行に延びて一対のアーム部の間に介在し、薄膜磁気ヘッドが形成されたヘッドスライダが取り付けられるスライダ搭載部と、各アーム部の外側面にそれぞれ取り付けられると共に、アーム部の延在方向に沿って延びる一対の圧電素子とを備えることを特徴とする。 The actuator according to the present invention includes a pair of arm portions extending substantially in parallel, a connecting portion connecting the pair of arm portions on one end side of each arm portion, and a pair extending substantially parallel to the arm portion from the connecting portion. And a pair of sliders mounted on the outer surface of each arm part and extending along the extending direction of the arm part. And a piezoelectric element.
このアクチュエータは、アーム部の外側面に取り付けられた圧電素子が駆動することにより、スライダ搭載部に取り付けられるヘッドスライダが変位するものである。なお、このアクチュエータにおいては、ヘッドスライダを変位させる際に、アーム部の他端部側、すなわち連結部から離れた側を固定する。そのため、圧電素子が駆動すると、連結部によって互いに連結されたアーム部の一端部側が変位する。そして、アーム部の一端部側の変位に伴って、連結部から延びるスライダ搭載部が変位することにより、ヘッドスライダの変位が実現される。すなわち、このアクチュエータは、連結部から離れた側のアーム部を固定した状態で、ヘッドスライダの駆動が可能である。このようなアクチュエータは、従来のアクチュエータに比べてヘッドスライダの変位量が大きい。 In this actuator, the head slider attached to the slider mounting portion is displaced when the piezoelectric element attached to the outer surface of the arm portion is driven. In this actuator, when the head slider is displaced, the other end portion side of the arm portion, that is, the side away from the connecting portion is fixed. Therefore, when the piezoelectric element is driven, the one end side of the arm portions connected to each other by the connecting portion is displaced. Then, the displacement of the head slider is realized by the displacement of the slider mounting portion extending from the connecting portion along with the displacement of the one end portion side of the arm portion. That is, this actuator can drive the head slider in a state where the arm portion on the side away from the connecting portion is fixed. Such an actuator has a larger displacement of the head slider than a conventional actuator.
また、一対のアーム部の外幅をW(mm)、各アーム部の長さをL(mm)としたとき、L/Wが、1.0〜3.0であることが好ましい。この場合、アクチュエータは、十分な変位量を得ることができる。 Further, when the outer width of the pair of arm portions is W (mm) and the length of each arm portion is L (mm), L / W is preferably 1.0 to 3.0. In this case, the actuator can obtain a sufficient amount of displacement.
また、圧電素子は、複数の圧電層と複数の電極層とを有しており、圧電層と電極層とが交互に積層されていることが好ましい。 The piezoelectric element preferably has a plurality of piezoelectric layers and a plurality of electrode layers, and the piezoelectric layers and the electrode layers are preferably laminated alternately.
また、アーム部及び連結部は、単結晶シリコンで構成されていてもよく、金属材料で構成されていてもよい。 Moreover, the arm part and the connection part may be made of single crystal silicon or may be made of a metal material.
本発明に係るスライダユニットは、略平行に延びる一対のアーム部と、一対のアーム部を、アーム部それぞれの一端側において連結する連結部と、連結部からアーム部に対して略平行に延びて一対のアーム部の間に介在するスライダ搭載部と、各アーム部の外側面にそれぞれ取り付けられると共に、アーム部の延在方向に沿って延びる一対の圧電素子とを有するアクチュエータと、薄膜磁気ヘッドが形成されており、アクチュエータのスライダ搭載部に取り付けられるヘッドスライダとを備えることを特徴とする。 The slider unit according to the present invention includes a pair of arm portions extending substantially in parallel, a connecting portion connecting the pair of arm portions on one end side of each arm portion, and extending substantially parallel to the arm portion from the connecting portion. An actuator having a slider mounting portion interposed between the pair of arm portions, a pair of piezoelectric elements attached to the outer surface of each arm portion and extending along the extending direction of the arm portion, and a thin film magnetic head, And a head slider attached to the slider mounting portion of the actuator.
このスライダユニットにおいては、アクチュエータのアーム部の外側面に取り付けられた圧電素子が駆動することにより、スライダ搭載部に取り付けられたヘッドスライダが変位するものである。なお、このアクチュエータにおいては、ヘッドスライダを変位させる際に、アーム部の他端部側、すなわち連結部から離れた側を固定する。そのため、圧電素子が駆動すると、連結部によって互いに連結されたアーム部の一端部側が変位する。そして、アーム部の一端部側の変位に伴って、連結部から延びるスライダ搭載部が変位することにより、ヘッドスライダの変位が実現される。すなわち、このアクチュエータは、連結部から離れた側のアーム部を固定した状態で、ヘッドスライダの駆動が可能である。このようなアクチュエータを備えたスライダユニットは、従来のアクチュエータを備えたスライダユニットに比べてヘッドスライダの変位量が大きい。 In this slider unit, the head slider attached to the slider mounting portion is displaced by driving the piezoelectric element attached to the outer surface of the arm portion of the actuator. In this actuator, when the head slider is displaced, the other end portion side of the arm portion, that is, the side away from the connecting portion is fixed. Therefore, when the piezoelectric element is driven, the one end side of the arm portions connected to each other by the connecting portion is displaced. Then, the displacement of the head slider is realized by the displacement of the slider mounting portion extending from the connecting portion along with the displacement of the one end portion side of the arm portion. That is, this actuator can drive the head slider in a state where the arm portion on the side away from the connecting portion is fixed. A slider unit including such an actuator has a larger displacement of the head slider than a slider unit including a conventional actuator.
本発明に係るサスペンションは、薄膜磁気ヘッドが形成されたヘッドスライダと、略平行に延びる一対のアーム部と、一対のアーム部を、アーム部それぞれの一端側において連結する連結部と、連結部からアーム部に対して略平行に延びて一対のアーム部の間に介在し、ヘッドスライダが取り付けられるスライダ搭載部と、各アーム部の外側面にそれぞれ取り付けられると共に、アーム部の延在方向に沿って延びる一対の圧電素子とを有するアクチュエータと、アクチュエータが主面に搭載されると共に、アクチュエータの各アーム部の他端部側においてアーム部が固定されたスプリングプレートと、スプリングプレートから所定距離だけ離間した状態でスプリングプレートを片持支持するロードビームとを備えることを特徴とする。 The suspension according to the present invention includes a head slider on which a thin film magnetic head is formed, a pair of arm portions extending substantially in parallel, a connecting portion that connects the pair of arm portions on one end side of each arm portion, and a connecting portion. Extending substantially parallel to the arm part and interposed between the pair of arm parts, the slider mounting part to which the head slider is attached, and the outer side surface of each arm part, respectively, and along the extending direction of the arm part An actuator having a pair of extending piezoelectric elements, a spring plate on which the actuator is mounted on the main surface and the arm portion is fixed on the other end side of each arm portion of the actuator, and a predetermined distance from the spring plate And a load beam for cantilevering the spring plate.
このサスペンションにおいては、アクチュエータのアーム部の外側面に取り付けられた圧電素子が駆動することにより、スライダ搭載部に取り付けられるヘッドスライダが変位する。なお、このアクチュエータにおいては、アーム部の他端部側、すなわち連結部から離れた側がスプリングプレートに固定されている。そのため、圧電素子が駆動すると、連結部によって互いに連結されたアーム部の一端部側が変位する。そして、アーム部の一端部側の変位に伴って、連結部から延びるスライダ搭載部が変位することにより、ヘッドスライダの変位が実現されている。すなわち、このアクチュエータは、連結部から離れた側のアーム部を固定した状態で、ヘッドスライダの駆動が可能である。このようなアクチュエータを備えたサスペンションは、従来のアクチュエータを備えたサスペンションに比べてヘッドスライダの変位量が大きい。 In this suspension, the head slider attached to the slider mounting portion is displaced by driving the piezoelectric element attached to the outer surface of the arm portion of the actuator. In this actuator, the other end portion side of the arm portion, that is, the side away from the connecting portion is fixed to the spring plate. Therefore, when the piezoelectric element is driven, the one end side of the arm portions connected to each other by the connecting portion is displaced. Then, the displacement of the head slider is realized by the displacement of the slider mounting portion extending from the connecting portion along with the displacement of the one end portion side of the arm portion. That is, this actuator can drive the head slider in a state where the arm portion on the side away from the connecting portion is fixed. A suspension having such an actuator has a larger displacement of the head slider than a suspension having a conventional actuator.
また、ロードビームは、スプリングプレートの裏面と対面する面部を有し、面部のアクチュエータのスライダ搭載部に対応する位置には、スライダ搭載部に向けて突出する突起が形成されていることが好ましい。すなわち、アクチュエータが搭載されるスプリングプレートがたわんで、スライダ搭載部にロードビームに形成された突起から力が働いた場合であっても、このサスペンションにおいては、アーム部における応力集中の緩和が図られているため、アクチュエータが破損する事態が有意に低減されている。 Moreover, it is preferable that the load beam has a surface portion facing the back surface of the spring plate, and a protrusion protruding toward the slider mounting portion is formed at a position corresponding to the slider mounting portion of the actuator of the surface portion. That is, even if the spring plate on which the actuator is mounted is bent and force is applied from the protrusion formed on the load beam to the slider mounting portion, this suspension can reduce the stress concentration at the arm portion. Therefore, the situation where the actuator is damaged is significantly reduced.
本発明に係るハードディスク装置は、記録媒体と、記録媒体に対向する薄膜磁気ヘッドが形成されたヘッドスライダと、ヘッドスライダを駆動するアクチュエータとを備えるハードディスク装置であって、アクチュエータは、略平行に延びる一対のアーム部と、一対のアーム部を、アーム部それぞれの一端側において連結する連結部と、連結部からアーム部に対して略平行に延びて一対のアーム部の間に介在し、ヘッドスライダが取り付けられるスライダ搭載部と、各アーム部の外側面にそれぞれ取り付けられると共に、アーム部の延在方向に沿って延びる一対の圧電素子とを有することを特徴とする。 A hard disk device according to the present invention is a hard disk device including a recording medium, a head slider on which a thin film magnetic head facing the recording medium is formed, and an actuator for driving the head slider, and the actuator extends substantially in parallel. A pair of arm portions, a connecting portion for connecting the pair of arm portions on one end side of each arm portion, a head slider extending substantially parallel to the arm portion from the connecting portion and interposed between the pair of arm portions; And a pair of piezoelectric elements that are attached to the outer surface of each arm part and extend along the extending direction of the arm part.
このハードディスク装置においては、アクチュエータのアーム部の外側面に取り付けられた圧電素子が駆動することにより、スライダ搭載部に取り付けられたヘッドスライダが変位する。なお、このアクチュエータにおいては、ヘッドスライダを変位させる際に、アーム部の他端部側、すなわち連結部から離れた側を固定する。そのため、圧電素子が駆動すると、連結部によって互いに連結されたアーム部の一端部側が変位する。そして、アーム部の一端部側の変位に伴って、連結部から延びるスライダ搭載部が変位することにより、ヘッドスライダの変位が実現される。すなわち、このアクチュエータは、連結部から離れた側のアーム部を固定した状態で、ヘッドスライダの駆動が可能である。このようなアクチュエータを備えたハードディスク装置は、従来のアクチュエータを備えたハードディスク装置に比べてヘッドスライダの変位量が大きい。 In this hard disk device, the head slider attached to the slider mounting portion is displaced by driving the piezoelectric element attached to the outer surface of the arm portion of the actuator. In this actuator, when the head slider is displaced, the other end portion side of the arm portion, that is, the side away from the connecting portion is fixed. Therefore, when the piezoelectric element is driven, the one end side of the arm portions connected to each other by the connecting portion is displaced. Then, the displacement of the head slider is realized by the displacement of the slider mounting portion extending from the connecting portion along with the displacement of the one end portion side of the arm portion. That is, this actuator can drive the head slider in a state where the arm portion on the side away from the connecting portion is fixed. A hard disk device provided with such an actuator has a larger displacement of the head slider than a hard disk device provided with a conventional actuator.
本発明によれば、ヘッドスライダの変位量の増大が図られたアクチュエータ、スライダユニット、サスペンション及びハードディスク装置が提供される。 According to the present invention, there are provided an actuator, a slider unit, a suspension, and a hard disk device in which the displacement amount of the head slider is increased.
以下、添付図面を参照して本発明に係るアクチュエータ、スライダユニット、サスペンション及びハードディスク装置を実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments that are considered to be the best for carrying out an actuator, a slider unit, a suspension, and a hard disk device according to the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same or equivalent element, and the description is abbreviate | omitted when description overlaps.
図1は、本実施形態のハードディスク装置を示す概略構成図である。ハードディスク装置1は、その筐体10内に、記録媒体としてのハードディスク12と、ヘッドスライダ(以下、単にスライダと称する。)SLを有するヘッドスタックアセンブリ(HSA)20とを備えている。なお、スライダSLは、ハードディスク12から磁気記録情報を読み取り、またハードディスク12に磁気記録情報を記録するための部品であり、ハードディスク12からの浮上量を調整するためのスライダレール等の図示は省略している。また、ハードディスク装置1には、ハードディスク12への情報の記録及び再生等の各種制御をおこなう制御部14及びスライダSLをハードディスク12上から退避させておくためのランプ機構16が設けられている。さらに、ハードディスク12は、図示を省略しているスピンドルモータによって回転される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the hard disk device of the present embodiment. The
ヘッドスタックアセンブリ20は、ボイスコイルモータ(VCM)により支軸18周りに回転自在に支持されたアクチュエータアーム22と、このアクチュエータアーム22に接続されたサスペンション24とから構成される組立体を、図の奥行き方向に複数個重ねたものである。そして、このサスペンション24の先端に、ハードディスク12に対向するようにスライダSLが取り付けられている。
The
次に、このハードディスク装置1におけるスライダSLの保持状態を、図2〜図4を参照しつつ説明する。
Next, the holding state of the slider SL in the
スライダSLは、幅0.7mm×長さ0.85mm×厚さ0.23mmの略直方体形状を有しており、このスライダSL内に形成された薄膜磁気ヘッドHが、ハードディスク12に対面するエアベアリング面(ABS)に露出している。そして、本実施形態におけるスライダSLは、2段型サーボコントロール方式によって位置制御されており、VCMだけでなくアクチュエータ30によっても位置制御がおこなわれている。このアクチュエータ30は、VCMよりも微細にスライダSLの位置制御をおこなうデバイスであり、スライダSLをサスペンション24のロードビーム26に対して相対変位させるものである。すなわち、スライダSLを比較的大きく移動させる際はボイスコイルモータによってサスペンション24を回転させ、スライダSLの微小移動をおこなう際はアクチュエータ30を駆動させる。
The slider SL has a substantially rectangular parallelepiped shape with a width of 0.7 mm, a length of 0.85 mm, and a thickness of 0.23 mm, and the thin film magnetic head H formed in the slider SL faces the
このアクチュエータ30は、シリコンフレーム32と、一対の圧電素子34A,34Bによって構成されている。
The
シリコンフレーム32は、単結晶シリコンによって一体的に形成されており、直方体の一端面から平行な2本のスリットが形成された略E字状断面を有している。このシリコンフレーム32は、具体的には、平行に延びる一対のアーム部36A,36Bと、アーム部36A,36Bを連結する連結部38と、アーム部36A,36Bの間に介在するように連結部38から延びるスライダ搭載部40とから構成されている。
The
各アーム部36A,36Bは、長さ(L)1.5mm×幅0.1mm×厚さ0.2mmの短冊形状を有しており、その主面36a同士が対面している。そして、各アーム部36A,36Bの一端部36bの間に、幅0.75mm×長さ0.5mm×厚さ0.2mmの直方体形状を有する連結部38が介在し、この連結部38がアーム部36A,36Bの一端部36b,36b同士を連結している。幅0.45mm×長さ1.0mm×厚さ0.2mmの直方体形状を有するスライダ搭載部40は、この連結部38からアーム部36A,36Bの延在方向と同一方向に、アーム部36A,36Bの他端部36cまで延びている。そして、スライダSLは、このスライダ搭載部40の遊端からわずかに(例えば、0.3mm)はみ出すように、スライダ搭載部40の中央部から遊端よりの位置に搭載されると共に、接着剤によって固定されている。
Each
また、アクチュエータ30の圧電素子34A,34Bは、各アーム部36A,36Bの外側面(主面36aの反対面)36dに、アーム部36A,36Bの全長に亘って、その外側面36d全面を覆うようにエポキシ系、シリコーン系、アクリル系等の接着剤で接着されている。圧電素子34A,34Bは、幅0.15mm×長さ1.5mm×厚さ0.2mmの単板構造となっており、PZT等の圧電セラミック素体34aの表裏面にそれぞれ電極34b,34bが形成されている。また、圧電素子34A,34Bは一方向に延びて方形板状になっており、その長手方向がアーム部36A,36Bの延在方向(長手方向)に沿うように取り付けられている。それにより、電極34b,34b間に所定電圧を印加した際の圧電素子34A,34Bの変位を、アーム部36A,36Bに効果よく伝達することができる。
The
そして、アクチュエータ30にスライダSLが取り付けられたスライダユニット42は、図2及び図4に示すように、サスペンション24のロードビーム26に片持支持されたジンバル(スプリングプレート)28上に設置されている。より具体的には、スライダユニット42は、ジンバル28のタング部28aの搭載面28b上に搭載され、接着剤44によって固定されている。なお、接着剤44は、アーム部36A,36Bそれぞれの他端部36c及び他端部36c周辺の圧電素子34A,34Bの一部分にのみ塗布されている。そして、ジンバル28のタング部28aの裏面28cと、ロードビーム26のジンバル対向面部(面部)27とが、所定距離だけ離間した状態で対面しており、このジンバル対向面部27のスライダ搭載部40に対応する位置には、ジンバル28のタング部28aのロードビーム26方向への過度の変位を規制するためのディンプル(突起)26aが、スライダ搭載部40の向きに突出するように形成されている。
The
次に、図5を参照しつつ、アクチュエータ30の駆動について説明する。
Next, the driving of the
上述したように、アクチュエータ30は、アーム部36A,36Bの他端部36c側のアーム部36A,36B及び圧電素子34A,34Bが、ジンバル28に接続されている(図5(a)参照)。そして、一方の圧電素子34Aに対して伸長するように電圧を印加すると共に、他方の圧電素子34Bに対して短縮するように電圧を印加すると、アーム部36A,36Bの一端部36b側が同一方向(図中の矢印A方向)に変位する(図5(b)参照)。すると、シリコンフレーム32の連結部38には、圧電素子34Aから圧電素子34Bへ向かう方向の力が加わり、連結部38も、アーム部36A,36Bの変位方向と同じ方向に変位する。このとき、連結部38は、もとの状態に対して角度θだけ傾く。
As described above, in the
このように連結部38が傾くと、ジンバル28に接着されていないスライダ搭載部40が、連結部38の傾斜に合わせて角度θだけ傾く。それにより、スライダ搭載部40に搭載されたスライダSLが回動するように変位して、スライダSL先端の中心位置が点Pから点Qまで距離D1だけ移動する。このように、このアクチュエータ30においては、連結部38から離れた側(すなわち、他端部36c側)のアーム部36A,36Bを固定した状態にすることにより、ヘッドスライダSLの駆動が可能となる。
When the connecting
ここで、従来のアクチュエータの駆動について、図6及び図7を参照しつつ説明する。 Here, the driving of the conventional actuator will be described with reference to FIGS.
従来のアクチュエータ50は、シリコンフレーム52と、上述した一対の圧電素子34A,34Bとによって構成されている。シリコンフレーム52は、略U字状に一体的に形成されており、平行に延びる一対のアーム部54A,54Bと、アーム部54A,54Bの一端部54a側において一対のアーム部54A,54Bを連結する連結部56とで構成されている。各アーム部54A,54Bは、長さ(L)1.5mm×幅0.05mm×厚さ0.2mmの短冊形状を有している。また、連結部56は、幅0.75mm×長さ0.5mm×厚さ0.2mmの直方体形状を有しており、その両側からアーム部54A,54Bが平行に突出した形になっている。そしてスライダSLは、アーム部54A,54Bの他端部54b側でスライダSLが挟持されるように、各アーム部54A,54Bの内側面54cに接着剤55によって固定されている。なお、このアクチュエータ50においては、スライダSLを駆動するために、連結部56にのみ接着剤44が塗布される(図7(a)参照)。
The
そして、一方の圧電素子34Aに対して短縮するように電圧を印加すると共に、他方の圧電素子34Bに対して伸長するように電圧を印加すると、アーム部54A,54Bに挟持されたスライダSLが、アーム部54A,54Bを図7の矢印C方向(2つのアーム部54A,54Bの配置面内でアーム部54A,54Bの長手方向に略直交する向き)に平行移動する。このとき、スライダSL先端の中心位置が点Rから点Sまで距離(変位量)D2だけ移動する。
When a voltage is applied to the one
発明者らは、鋭意研究の末、本実施形態に係るアクチュエータ30によるスライダSLの変位量が、従来のアクチュエータ50によるスライダSLの変位量よりも増大可能なことを見出した。すなわち、圧電素子34A,34Bに所定電圧を印加した場合に、アクチュエータ30の変位量D1の方が、アクチュエータ50の変位量D2よりも大きくなるとの知見を得た。具体的には、図8に示すように寸法の異なるアクチュエータ30A〜30Dと、従来のアクチュエータ50とを用いて、スライダSL変位量の比較試験をおこなった。ここで、図8(a)に示すアクチュエータ30A、図8(b)に示すアクチュエータ30B、図8(c)に示すアクチュエータ30C及び図8(d)に示すアクチュエータ30Dはいずれも、各アーム部36A,36Bの長さLが1.50mmである。また、アクチュエータ30Aとアクチュエータ30Bは、連結部38の長さが0.30mmで、アクチュエータ30Cとアクチュエータ30Dは、連結部38の長さが0.50mmである。さらに、アクチュエータ30Aとアクチュエータ30Cは、圧電素子34A,34Bの外側面の離間距離(外幅)Wが1.05mmで、スライダ搭載部40の幅が0.35mmであるのに対し、アクチュエータ30Bとアクチュエータ30Dは、圧電素子34A,34Bの外幅Wが0.90mmで、スライダ搭載部40の幅が0.20mmである。
The inventors have found that the amount of displacement of the slider SL by the
さらに、図9の表に示すように、圧電素子34A,34Bの外幅W、アーム部36A,36Bの長さ(L)及び連結部長さを様々に変えて計12個のアクチュエータサンプルを準備し、アクチュエータ50である比較サンプルと変位量の比較をおこなった。具体的には、それぞれのサンプルに同じだけの電圧を印加し、スライダSL先端の中心位置(点P、点S)の変位量を測定した。その結果は図9の表及び図10のグラフに示すとおりである。ここで、図10は、各アクチュエータの上記変位量と、アーム長さLと、圧電素子34A,34Bの外幅との比(L/W)との関係を示したグラフである。この図10のグラフにおいては、縦軸が変位量(μm)で、横軸がL/W比である。
Further, as shown in the table of FIG. 9, a total of 12 actuator samples are prepared by varying the outer width W of the
図9の表及び図10のグラフより、上述したアクチュエータ30と同様のアクチュエータ(すなわち、サンプル1〜12)の方が、(たとえL/W比が同じであっても)従来のアクチュエータ50に比べて大きい変位量を示すことがわかる。また、L/W比が高いアクチュエータ30の方が、より大きい変位を示すことがわかる。これは、アーム長さLに比例する微小伸び量ΔLを圧電素子の外幅Wで割った値がsinθであって、このsinθとスライダSLの変位量D1とが比例関係にあるために、この変位量D1とL/W比とが近似的に比例関係となっているためである。従って、変位量を増大する上では、L/W比を高くすることが好ましく、より好ましくは1.0〜3.0の範囲である。すなわち、L/W比が1.0〜3.0の範囲内である場合には、上記寸法のアクチュエータの変位が0.50μm以上となり、トラック密度50KPTI(1インチ幅に5万トラック)への対応が可能なアクチュエータとなる。
From the table of FIG. 9 and the graph of FIG. 10, an actuator similar to the
なお、図10のグラフにおいては、連結部長さが0.5mmであるサンプルの近似線を実線で示し、連結部長さが0.3mmであるサンプルの近似線を破線で示している。この2本の近似線より、連結部長さが短いほうが傾きが大きい(すなわち、L/W比に対する変位量の増加率が高い)ことがわかる。 In the graph of FIG. 10, an approximate line of a sample having a connecting portion length of 0.5 mm is indicated by a solid line, and an approximate line of a sample having a connecting portion length of 0.3 mm is indicated by a broken line. From these two approximate lines, it can be seen that the shorter the connecting portion length, the larger the inclination (that is, the rate of increase of the displacement amount with respect to the L / W ratio is higher).
以上で詳細に説明したように、アクチュエータ30及びアクチュエータ30A〜30Dにおいては、アーム部36A,36Bの他端部36c側をジンバル28に固定し、アーム部36A,36Bの外側面36dに取り付けられた圧電素子34A,34Bを駆動することにより、スライダ搭載部40に取り付けられるヘッドスライダSLが変位する。そして、このようなアクチュエータ30,30A〜30Dは、上述したように、従来のアクチュエータ50に比べて、スライダSLの変位量を増大することができる。この理由としては、従来のアクチュエータ50における変位が、主に平行移動によるものであるのに対し、本実施形態に係るアクチュエータ30,30A〜30Dにおける変位が、主に連結部38付近を回転中心とする回転移動によるものであるためと考えられる。すなわち、圧電素子34A,34Bの微小駆動を連結部38の回転駆動に転換することで、連結部38と連動するスライダ搭載部40上に連結部38から離して搭載されたスライダSLが大きく変位する。そのため、適宜、スライダSLのスライダ搭載部40からのはみだし量を増やすことによって、より変位量を増大させることも可能である。
As described in detail above, in the
ところで、従来のアクチュエータ50には、以下に示す技術的課題もあった。
Incidentally, the
すなわち、従来のアクチュエータ50は、アーム部54A,54Bの内側面54cにスライダSLを接着固定させる構造を取っているため、その接着に用いる接着剤の量がばらついたり、接着剤の塗布位置がばらついたりすると、アクチュエータ50の動特性がばらつくため、アクチュエータ50を高精度に制御することが難しかった。そのため、高精度のアクチュエータ50を得るためには、精度のよいディスペンサを備えたロボットシステムが必要となり、その設置には多大な手間と費用を要する。一方、アクチュエータ30においては、スライダ搭載部40上への搭載という取り付け方法が採用されているため、アーム部の内側面に接着する従来の取り付け方法に比べて、接着剤の供給量による影響を小さく、上記ロボットシステムなどの高精度の接着剤供給装置を必ずしも用いる必要がなくなった。
That is, since the
また、図4及び図11(a)に示すように、ジンバル28の下面28cに対面するロードビーム26のジンバル対向面部27には、スライダSLの浮上を安定させるディンプル26aが形成されている。そして、ABS側からスライダSLに衝撃が加わった場合には、スライダSLがロードビーム26の方向に変位する。このとき、スライダSLのディンプル26a対応部分には、ディンプル26aに起因する大きな力が働き、スライダSLを接着固定しているアーム部54A,54Bの端部に曲げモーメントが発生して、アーム部54A,54Bがロードビーム26側に反る(図11(b)参照)。すなわち、従来のアクチュエータ50においては、ABS側からスライダSLに衝撃が加わった場合、アーム部54A,54Bはディンプル26aを支点とした曲げ状態となり、スライダSLとアーム部54A,54Bとの接着部分付近に非常に大きな応力が発生して、場合によってはアーム部54A,54B及び圧電素子34A,34Bが破壊されることがあった。なお、アーム部54A,54Bや圧電素子34A,34Bの厚みを増すことによって、アーム部54A,54B内の応力を緩和させることも考えられるが、剛性の増大に伴うスライダSLの変位量低下を招いてしまう。一方、アクチュエータ30では、ディンプル26aに対応するスライダ搭載部40部分に力が働いても、図12に示すように、拘束されていない連結部38側が浮くため、アーム部36A,36Bにはほとんど曲げモーメントが発生しない。そのため、衝撃時におけるアーム部36A,36B内の応力集中が十分に緩和されており、アクチュエータ30が破損する事態が有意に低減されている。また、アーム部36A,36Bの最大応力の発生部は、アーム部36A,36Bと連結部38との境界部分となり、ディンプル26aからの位置が遠くなる。そのため、従来に比べて、スライダ搭載部40に発生する応力が小さくなる。すなわち、アクチュエータ30は、従来に比べて大幅に耐衝撃性が向上している。
As shown in FIGS. 4 and 11A, a
以上で説明したアクチュエータ30は、例えば、以下に示す製造方法によって作製することができる。
The
まず、アクチュエータ30を作製するにあたり、単結晶シリコン基板60を準備する(図13(a)参照)。このシリコン基板60は、上述したシリコンフレーム32となるべきものであり、表面60aの面方位は(110)面である。なお、説明の簡便化のために、シリコン基板60は一部分のみを図で示している。次に、シリコン基板60の表面60a及び裏面60bに、熱酸化法、CVD法及びスパッタリングのいずれかを用いて、SiN膜62を成膜する(図13(b)参照)。なお、このSiN膜62を成膜する前に、表面60a及び裏面60bにSiO2膜を成膜してもよい。
First, in manufacturing the
そして、公知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、シリコン基板60の表面60a上に形成されたSiN膜62を部分的に除去し、(111)面に平行な方向に延びるスリット64A〜64Dを形成する(図13(c)参照)。なお、内側の2本のスリット64B,64Cの離間距離によってスライダ搭載部40の幅が規定され、2本のスリット64B,64Cのそれぞれの幅によってスライダ搭載部40とアーム部36A,36Bとの間の離間距離が規定される。また、内側の2本のスリット64B,64Cと外側の2本のスリット64A,64Dとの離間距離によって、アーム部36A,36Bの幅が規定される。続いて、SiN膜62をマスクにして、濃度40%、温度60℃のKOH溶液でシリコン基板60をエッチングし、スリット64A〜64Dに対応した領域に溝66A〜66Dを形成する(図13(d)参照)。
Then, using a known photolithography technique and etching technique, the
このエッチング処理は、シリコン基板60の面方位によってエッチング速度が異なる、いわゆる異方性エッチングとなり、(110)面におけるエッチング速度が(111)面におけるエッチング速度に比べて格段に高い。そのため、上述のエッチング処理によって、シリコン基板60の厚さ方向のエッチングが、比較的に速い速度で進行する。それにより、SiN膜62が形成されていない領域のシリコン基板60が、その厚さ方向にエッチング除去される。一方、溝66A〜66Dに直交する面である(111)面におけるエッチング速度は非常に遅いため、その(111)面が各溝66A〜66Dの側壁面となる。
This etching process is so-called anisotropic etching in which the etching rate varies depending on the plane orientation of the
次に、ダイシングソー、スライサー、ワイヤーソー等を用いて、外側の2本の溝66A,66Dの内側面に沿ってシリコン基板60を切断し、シリコン基板60から断面形状がE字形状であるブロック68を切り出す(図13(e)参照)。そして、ブロック68の両側の外壁面68aに、細長い短冊状の圧電素子長尺体70をエポキシ系接着剤を用いて貼り付け、加熱硬化する(図13(f)参照)。最後に、ワイヤーソー、ダイシングソー等を用いて、圧電素子長尺体70が取り付けられたブロック68を、溝66B,66Cに直交する方向に切り分けることにより、上述したアクチュエータ30の作製が完了する(図13(g)参照)。すなわち、ブロック68の切断によって、圧電素子長尺体70がアクチュエータ30の圧電素子34A,34Bとなり、この圧電素子34A,34Bが取り付けられた部分がアーム部36A,36Bとなり、溝66B,66Cに挟まれた部分がスライダ搭載部40となり、残りの部分が連結部38となる。
Next, using a dicing saw, a slicer, a wire saw or the like, the
上述した製造方法のように、アクチュエータ30の構成材料に単結晶シリコンを用いることにより、アーム部36A,36B内には結晶欠陥が少なくなっており、それによりアーム部36A,36Bを高精度で制御することができる。また、単結晶シリコンは、ハードディスク装置の使用温度範囲では塑性変形せずに弾性変形することから、制御性が高いアクチュエータを実現することができる。
By using single crystal silicon as the constituent material of the
また、このアクチュエータ30は、半導体製造プロセス等に利用される微細加工が可能なフォトリソグラフィ技術や、マイクロマシニング技術を利用するため、アクチュエータ30の小型化が可能であり、ピコスライダ、フェムトスライダ等に用いることできる。さらに、フォトリソグラフィ技術を利用することにより、シリコンフレーム32を一体成形することができるため、製造が容易である。しかも、金属フレームアクチュエータを一体成形する場合とは異なり、アーム部の折り曲げ加工が不要である点からも、製造が容易といえる。
In addition, the
また、この構造をシリコンの単結晶基板のエッチング加工で作製することで、非常に高精度、且つ、安価となる。シリコンの<110>面方位の基板であると、これに垂直な方向に<111>面が存在する。そのため、この面がアーム部36A,36Bの側壁面となるように、エッチング用のマスクをパターニングし、KOHやTMAHでエッチングすると、高精度なアクチュエータ30を得ることができる。
Further, by manufacturing this structure by etching a single crystal substrate of silicon, it becomes very high precision and inexpensive. If the substrate has a <110> plane orientation of silicon, the <111> plane exists in a direction perpendicular thereto. Therefore, by patterning an etching mask so that this surface becomes the side wall surface of the
また、金属ブロックを用いた金属フレームにより、アクチュエータ30と同様のアクチュエータ30Eを作製することもできる。この場合、まず、アクチュエータ30Eを作製するにあたり、ステンレス(SUS430)等の金属ブロック80を準備する(図14(a)参照)。次に、この金属ブロック80を、エッチング、切削等によって断面凸状のブロック82に加工する(図14(b)参照)。そして、このブロック82の両側面に、アーム部36A,36Bとなるステンレス製の細長い短冊状の薄板84(厚さ50μm)及び圧電素子34A,34Bとなる圧電素子長尺体70をエポキシ系接着剤で貼り付け、加熱硬化する(図14(c)参照)。最後に、ワイヤーソー等を用いて、薄板84及び圧電素子長尺体70が取り付けられたブロック82を切り分けることにより、アクチュエータ30Eの作製が完了する(図14(d)参照)。
Moreover, the actuator 30E similar to the
金属フレームを有するアクチュエータ30Eは、バネ性に優れているため、スライダSLの変位量増大に適している。また、ステンレス等の金属は、他の材料に比べて加工性がよいため、作製が容易である。 Since the actuator 30E having a metal frame is excellent in springiness, it is suitable for increasing the displacement amount of the slider SL. In addition, metals such as stainless steel are easy to manufacture because they have better workability than other materials.
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、アクチュエータのアーム部と連結部とは、必ずしも一体である必要はなく、適宜別体にしてもよい。また、圧電素子は、適宜、単板構造の圧電素子から多層積層構造の圧電素子に変更してもよい。すなわち、図15に示すように、多層構造の各圧電素子35A,35Bは、圧電セラミック素体35aの内部に、内部電極35b,35cが交互に積層されている。圧電セラミック素体35aの一方の端面には各内部電極35bの端部が露出しており、これらは外部電極35dに接続されている。一方、圧電セラミック素体35aの他方の端面には各内部電極35cの端部が露出しており、これらは外部電極35eに接続されている。さらに、アクチュエータのフレームは、シリコンフレームや金属フレームに限らず、ジルコニアフレーム等であってもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, the arm portion and the connecting portion of the actuator are not necessarily integrated, and may be separated as appropriate. In addition, the piezoelectric element may be appropriately changed from a single-plate structure piezoelectric element to a multilayer stacked structure piezoelectric element. That is, as shown in FIG. 15, in each of the
1…ハードディスク装置、12…ハードディスク、24…サスペンション、26…ロードビーム、26a…ディンプル、27…ジンバル対向面部、28…ジンバル、30,30A,30B,30C,30D,30E…アクチュエータ、34A,34B,35A,35B…圧電素子、36A,36B…アーム部、38…連結部、40…スライダ搭載部、42…スライダユニット、H…薄膜磁気ヘッド、SL…ヘッドスライダ。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記一対のアーム部を、前記アーム部それぞれの一端側において連結する連結部と、
前記連結部から前記アーム部に対して略平行に延びて前記一対のアーム部の間に介在し、薄膜磁気ヘッドが形成されたヘッドスライダが取り付けられるスライダ搭載部と、
前記各アーム部の外側面にそれぞれ取り付けられると共に、前記アーム部の延在方向に沿って延びる一対の圧電素子とを備えるアクチュエータ。 A pair of arm portions extending substantially in parallel;
A connecting portion for connecting the pair of arm portions on one end side of each of the arm portions;
A slider mounting portion to which a head slider on which a thin film magnetic head is formed is attached, extending between the pair of arm portions and extending substantially parallel to the arm portion from the coupling portion;
An actuator comprising a pair of piezoelectric elements attached to the outer surface of each arm part and extending along the extending direction of the arm part.
薄膜磁気ヘッドが形成されており、前記アクチュエータの前記スライダ搭載部に取り付けられるヘッドスライダとを備えるスライダユニット。 A pair of arm portions extending substantially in parallel, a connecting portion connecting the pair of arm portions on one end side of each of the arm portions, and the pair of arms extending substantially parallel to the arm portion from the connecting portion. An actuator having a slider mounting part interposed between the parts and a pair of piezoelectric elements attached to the outer surface of each arm part and extending along the extending direction of the arm part,
A slider unit having a thin film magnetic head and a head slider attached to the slider mounting portion of the actuator.
略平行に延びる一対のアーム部と、前記一対のアーム部を、前記アーム部それぞれの一端側において連結する連結部と、前記連結部から前記アーム部に対して略平行に延びて前記一対のアーム部の間に介在し、前記ヘッドスライダが取り付けられるスライダ搭載部と、前記各アーム部の外側面にそれぞれ取り付けられると共に、前記アーム部の延在方向に沿って延びる一対の圧電素子とを有するアクチュエータと、
前記アクチュエータが主面に搭載されると共に、前記アクチュエータの前記各アーム部の他端部側において前記アーム部が固定されたスプリングプレートと、
前記スプリングプレートから所定距離だけ離間した状態で前記スプリングプレートを片持支持するロードビームとを備えるサスペンション。 A head slider on which a thin film magnetic head is formed;
A pair of arm portions extending substantially in parallel, a connecting portion connecting the pair of arm portions on one end side of each of the arm portions, and the pair of arms extending substantially parallel to the arm portion from the connecting portion. An actuator having a slider mounting portion to which the head slider is attached and a pair of piezoelectric elements attached to the outer side surfaces of the arm portions and extending along the extending direction of the arm portions. When,
A spring plate on which the actuator is mounted on a main surface and the arm portion is fixed on the other end side of each arm portion of the actuator;
A suspension comprising a load beam that cantilever-supports the spring plate in a state of being separated from the spring plate by a predetermined distance.
前記アクチュエータは、
略平行に延びる一対のアーム部と、
前記一対のアーム部を、前記アーム部それぞれの一端側において連結する連結部と、
前記連結部から前記アーム部に対して略平行に延びて前記一対のアーム部の間に介在し、前記ヘッドスライダが取り付けられるスライダ搭載部と、
前記各アーム部の外側面にそれぞれ取り付けられると共に、前記アーム部の延在方向に沿って延びる一対の圧電素子とを有する、ハードディスク装置。 A hard disk device comprising: a recording medium; a head slider on which a thin film magnetic head facing the recording medium is formed; and an actuator for driving the head slider,
The actuator is
A pair of arm portions extending substantially in parallel;
A connecting portion for connecting the pair of arm portions on one end side of each of the arm portions;
A slider mounting portion that extends substantially parallel to the arm portion from the connecting portion, is interposed between the pair of arm portions, and to which the head slider is attached;
A hard disk device having a pair of piezoelectric elements attached to the outer surface of each arm part and extending along the extending direction of the arm part.
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