JP4364075B2

JP4364075B2 - 圧電アクチュエータを用いた移動機構及びそのような移動機構を有する磁気ディスク装置

Info

Publication number: JP4364075B2
Application number: JP2004191472A
Authority: JP
Inventors: 勝春肥田; 茂良梅宮
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2024-06-29
Also published as: US20050285480A1; JP2006014557A; US7247973B2

Description

本発明は圧電アクチュエータを用いた移動機構に係り、特に圧電素子を用いた磁気ヘッド移動用アクチュエータを用いて磁気ヘッドを微小移動させる微小移動機構を備えた磁気ディスク装置に関する。

近年、情報機器の小型化、精密化が進んでおり、微小な移動を精度よく実現できるアクチュエータへの需要が高まっている。例えば、光学系の焦点補正や傾角制御、インクジェットプリンタ装置、磁気ディスク装置のヘッドアクチュエータ等では、微小距離を移動制御することができるマイクロアクチュエータが必要となっている。

このような状況の中で、磁気ディスク装置に関し、市場の拡大と装置の高性能化に伴い、記録容量の大容量化が益々重要となってきている。一般に磁気ディスク装置の大容量化はディスク1枚あたりの記憶容量を大きくすることで達成される。ディスクの大きさ、すなわち直径を変えずに高記録密度を達成するためには、単位長さあたりのトラック数（ＴＰＩ）を大きくすること、すなわち、トラックの幅を狭くすることが不可欠である。このため、トラックの幅方向におけるヘッドの位置精度を高くすることが必要であり、高位置決め精度が可能なヘッド用マイクロアクチュエータの開発が要望されている。

従来のヘッド位置決めには、ヘッド（スライダ）を保持しているサスペンションの固定部にあるコアースアクチュエータが用いられていた。従来はこの方式でも媒体の記録密度を十分カバーできていた。しかし、近年の記録装置の大容量化にともなう記録密度の高密度化により、従来方式ではヘッドの位置決め精度が不十分となり、ヘッドの読み取り、書き込み不良が発生するおそれがある。

そこで、ヘッド位置決め精度を改善する方法として、スライダを直接移動させるマイクロアクチュエータをスライダとサスペンションの間に配置する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。マイクロアクチュエータはコアアースアクチュエータの動作とは独立にアームの先端に取り付けられたヘッドを微小移動させることが可能である。
特開２００２−７４８７０号公報特開２００１−１６７５４５号公報特開２００１−８４７２３号公報

特許文献１に開示されているようなマイクロアクチュエータを有する構造では、スライダの微小移動にばらつきが生じるという問題がある。

本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、圧電素子−スライダ間および圧電素子-サスペンション間の接着部が常に一定の面積で接着される構成の圧電アクチュエータを用いた移動機構及びそのような移動機構を有する磁気ディスク装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、圧電アクチュエータを用いた移動機構であって、該圧電アクチュエータを構成する圧電素子と、該圧電アクチュエータにより移動される移動部と、該圧電アクチュエータを支持する支持部とを有し、前記移動部と前記支持部との少なくとも一方は、前記圧電素子に固定され、前記圧電素子、前記移動部及び前記支持部の少なくとも一つは、段差により画成された接着面を有し、前記圧電素子は、接着剤で前記移動部又は前記支持部に固定された固定部と、固定されずに変形可能な活性部とを有し、該固定部と該活性部との間に前記段差が設けられることにより、前記活性部の表面と前記移動部の表面又は前記支持部の表面との間の距離は、前記固定部の表面と前記移動部の表面又は前記支持部の表面との間の距離より大きいことを特徴とする圧電アクチュエータを用いた移動機構が提供される。

また、上述の圧電アクチュエータを用いた移動機構において、前記活性部は短冊形状であり、長手方向の両端に前記固定部が一体的に設けられたこととしてもよい。前記圧電アクチュエータは一対の前記圧電素子を用いた回転アクチュエータであって、該回転アクチュエータは前記移動部と前記支持部との間に設けられて前記移動部を前記支持部に対して回転させることとしてもよい。さらに、前記段差は１０μｍ〜２０μｍの範囲であることが好ましい。

また、本発明によれば、上述の圧電アクチュエータを用いた移動機構を有する磁気ディスク装置であって、前記移動部は磁気ヘッドを有するスライダであり、前記支持部は該スライダを支持するサスペンションに形成されたジンバル部であり、前記圧電アクチュエータは前記スライダと前記ジンバル部との間に設けられて前記スライダを前記ジンバル部に対して移動させることを特徴とする磁気ディスク装置が提供される。

さらに、本発明よれば、圧電アクチュエータを構成する圧電素子の形成方法であって、電極と圧電セラミックス原料シートとを積層してシート状の積層体を形成し、該積層体に複数の貫通開口を整列して形成し、前記積層体を焼成し、前記貫通開口の列に沿って所定の深さの溝を形成し、前記溝により段差が形成され、段差の低い部分が圧電素子の変形部である活性部となり、段差の高い部分が他の部材に接着剤にて固定される固定部となるように、前記積層体を切断して圧電素子を個片化することを特徴とする圧電素子の形成方法が提供される。上述の圧電素子の形成方法において、前記所定の深さの溝を形成する前に前記積層体を研磨して厚みを調整することが好ましい。また、前記溝の形成は、ダイシングブレードによる切削又は超音波工具を用いた研磨により行なうことができる。

また、本発明によれば、圧電アクチュエータを構成する圧電素子の形成方法であって、電極と圧電セラミックス原料シートとの積層体上に、整列した開口を有する所定の厚みのセラミックスシートをさらに積層してシート状の開口付き積層体を形成し、該開口付き積層体にパンチング加工により貫通開口を形成することにより、前記開口の列に沿って前記所定の厚みに等しい深さの溝を形成し、前記開口付き積層体を焼成し、前記溝により段差が形成され、段差の低い部分が圧電素子の変形部である活性部となり、段差の高い部分が他の部材に接着剤にて固定される固定部となるように、前記積層体を切断して圧電素子を個片化することを特徴とする圧電素子の形成方法が提供される。

本発明によれば、圧電素子−移動部間および圧電素子−支持部間の接着部が常に一定の面積となるように接着させるためには、僅かに多めの接着剤を塗布し、接着面積が狭くなることを防止する。この際、接着剤が多過ぎる場合に、余分な接着剤を逃がすために、圧電素子の接着部分（固定部）と非接着部分（活性部）との間に段差を設け、余分な接着剤を段差で形成された比較的幅の大きな隙間へ逃がすことで正確な接着面積を確保することができる。したがって、本発明によれば、高密度磁気ディスクに対応した高精度の位置決めを達成することのできる圧電アクチュエータを得ることができる。

次に、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明を適用可能な磁気ディスク装置の平面図である。図１に示す磁気ディスク装置２は、回転可能な磁気ディスク４と、磁気ディスク４から情報を読み出したり磁気ディスク４に情報を書き込むための磁気ヘッドを有するスライダ６とを有する。

スライダ６はサスペンション８の先端（図２におけるジンバル部８ａ）に取り付けられており、サスペンション８の根元部分はキャリッジアーム１０に固定されている。キャリッジアーム１０は電磁アクチュエータ１２によりアーム軸１４を中心として回転される。これにより、スライダ６は磁気ディスク４の半径方向（図中矢印で示す）に移動可能である。

以上のような構成の磁気ディスク装置２において、図２に示すように、スライダ６とサスペンション８のジンバル部８ａとの間に、微小移動機構としてマイクロアクチュエータ２０が設けられる。マイクロアクチュエータ２０は、第１の圧電素子２２と第２の圧電素子２４とよりなり、接着剤２６によりジンバル部８ａ及びスライダ６に固定される。ここで、マイクロアクチュエータ２０は圧電アクチュエータであり、ジンバル部８aは圧電アクチュエータが固定され支持される支持部に相当し、スライダ６は圧電アクチュエータにより移動又は回転される移動部に相当する。

具体的には、第１の圧電素子２２の一端部の表面がジンバル部８ａに接着され、第１の圧電素子２２の他端部の裏面がスライダ６に接着される。また、第２の圧電素子２４の一端部の表面がジンバル部８ａに接着され、第２の圧電素子２４の他端部の裏面がスライダ６に接着される。

第１の圧電素子２２は電圧が印加されると図２中矢印Ａ方向に収縮するように構成されている。一方、第２の圧電素子２４は電圧が印加されると図２中矢印Ｂ方向に収縮するように構成されている。したがって、第１及び第２の圧電素子２２，２４に同時に電圧が印加されると、第１の圧電素子２２が収縮すると同時に第２の圧電素子も収縮するため、スライダ６の先端側は図２中矢印Ｃで示す方向に移動し、後端側は図２中矢印Ｄで示す方向に移動する。すなわち、スライダ６は圧電素子２２，２４よりなるマイクロアクチュエータ２０の中心を軸として僅かな角度だけ回転する。

上記回転移動によりスライダ６に組み込まれている磁気ヘッドを微小変位させることで、スライダ６に組み込まれた磁気ヘッッドの微細な位置合わせを行なうことができる。スライダ６の移動量は、マイクロアクチュエータ２０の大きさや印加する電圧に依存するが、磁気ヘッドの微小移動を実現するには、例えば、スライダ６の角部（図２中６Ａ及び６Ｂで示す）において１μｍ〜８００ｎｍに設定される。

すなわち、ヘッドが搭載されているスライダを、スライダの重心を中心として回転させることにより、磁気ディスクのトラックの幅方向へ微小移動させている。発明者らは、この微小移動をさせる際、圧電素子とスライダとの間および圧電素子とサスペンションとの間の接着面積が一定でないとスライダの微小移動にバラツキが生じるという問題があることを見出した。

圧電素子の接着剤塗布面積は非常に狭いため、接着剤量が僅かに少ないだけでも接着面積が狭くなり、接着強度が減少するためである。接着剤面積が設計値より少ない場合、スライダの変位量にばらつきが生じるという問題がある。一方、僅かに多いだけでも、圧電素子の活性部（変形する部分）まで接着されてしまい、スライダの変位量が減少するという問題がある。

ここで、接着剤２６の塗布量がばらつくと、ジンバル部８ａと圧電素子２２，２４との間の接着面積、及びスライダ６と圧電素子２２，２４との間の接着面積が一定ではなくなり、マイクロアクチュエータ２０の移動量や移動方向が一定ではなくなるという問題がある。例えば、接着面積が一定であれば、スライダ６の角部６Ａが８５０ｎｍだけ移動し、角部６Ｂが対称に８５０ｎｍだけ移動する設計となっていても、スライダ６に対する圧電素子２２，２４の接着面積がばらついて異なっていると、例えば、スライダ６の角部６Ａは８５０ｎｍだけ移動するが、角部６Ｂは７５０ｎｍしか移動しないといった結果となる。

そこで、本実施例では、圧電素子２２，２４の接着面積が接着剤２６の塗布量が変動しても一定となるように、圧電素子２２，２４の表面及び裏面に段差を設けている。すなわち、図３に示すように、各圧電素子２２，２４の両端の固定部を、固定部の間の活性部（電圧を印加することにより収縮又は伸長する部分）より僅かに高くして段差を設けている。

図３はスライダ６と圧電素子２２，２４とを分離した状態で示す拡大斜視図である。マイクロアクチュエータ２０を構成する圧電素子２２，２４の各々は、その長手方向の両端に固定部２２ａ，２２ｂ；２４ａ，２４ｂを有している。固定部２２ａと２２ｂとの間には細長い短冊形状の活性部２２ｃが延在しており、活性部２２ｃが収縮することで固定部２２ａと２２ｂとは互いに接近する方向に移動する。また、固定部２４ａと２４ｂとの間には細長い短冊形状の活性部２４ｃが延在しており、活性部２４ｃが収縮することで固定部２４ａと２４ｂとは互いに近接する方向に移動する。

固定部２２ａ，２２ｂ；２４ａ，２４ｂの各々の表面及び裏面側には、段差により画成された接着面を有する接着剤塗布部３０が形成されている。接着剤塗布部３０の接着面に接着剤２６を塗布して圧電素子２２，２４の上にスライダ６を搭載することにより、圧電素子２２，２４の固定部２２ｂ，２４ａをスライダ６に固定する。一方、圧電素子２２，２４の固定部２２ａ，２４ｂは接着されずにスライダ６に対して移動できるようになっている。接着されない固定部２２a，２４ｂは、接着される固定部２２ｂ，２４ａと同じ段差で形成されており、例えば接着するときにスライダ６が搭載された際に、スライダ６が圧電素子２２，２４に対して略平行となるように構成されている。

図３にはスライダ６と圧電素子２２，２４との取り付け構造しか示されていないが、ジンバル部８ａと圧電素子２２，２４との取り付け構造も同様である。ただし、圧電素子２２，２４をジンバル部８ａに取り付ける際は、スライダ６に接着された固定部２２ｂ，２４ａとは反対側の固定部２２ａ，２４ｂの接着剤塗布部３０の接着面に接着剤２６が塗布され、固定される。

図４は圧電素子２４とスライダ６との間の接着を示す断面図である。圧電素子２４の接着剤塗布部３０の接着面に液体状の接着剤２６をディスペンサにより塗布し、スライダをその上に搭載する。接着剤２６として、ＵＶ硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、あるいはそれらを混合した接着剤を用いることができる。接着剤２６の塗布量は、接着剤塗布部３０の表面（接着面）全体に接着剤２６が行き渡るだけの量よりも僅かに多い量としておく。したがって、接着剤２６は接着剤塗布部３０とスライダ６の対向面との間全体に行き渡り、且つ余分な接着剤２６は接着剤塗布部３０とスライダ６との間から流れ出して、例えば図５に示すように活性部２４ｃの表面と接着剤塗布部３０の側面とにより形成される角部に溜まることとなる。

スライダ６と接着剤塗布部３０との間において、接着剤２６の厚みＴは約５μｍとなる。接着剤塗布部３０の表面（接着面）と活性部２４ｃの表面との段差Ｈは１０μｍ〜５０μｍの範囲に設定され、好ましくは１０μｍ〜２０μｍの範囲となるように設定される。この程度の段差Ｈがあると接着剤２６は下側の活性部２４ｃの表面側に流れ、スライダ６の表面で接着剤２６が付着する部分は、接着剤塗布部３０に対向する部分だけとなる。

なお、図４では接着剤塗布部３０の段差の側面は接着剤塗布部３０の表面に対して垂直であるが、垂直に限ることなく、傾斜面であってもよい。ただし、流れ出た接着剤２６がスライダ６の表面から直ちに離間するようにするためには、接着剤塗布部３０の段差の側面は接着剤塗布部３０の表面に対して垂直であることが好ましい。

上述の接着部の構成は、圧電素子２２とスライダ６との間にも同様な接着部の構成が適用され、また、圧電素子２２，２４とジンバル部８ａとの間にも同様な接着部の構成が適用される。

さらに、本実施例では、圧電素子に段差を設けて接着剤塗布部３０の接着面を設けているが、図５に示すように、段差により画成された接着面又は接着剤塗布部をジンバル部８a又はスライダ６に設けることとしてもよい。

上述の構成によれば、接着剤２６を多めに塗布して接着面積が小さくなることを防止した場合に、余分な接着剤２６が接着部から流れ出ても非接着部である活性部２４ｃとスライダ６とを接着・固定してしまうことはなく、接着剤塗布部３０のみがスライダ６に接着・固定されることとなる。これにより、圧電素子２２，２４とスライダ６との間の接着面積を一定にすることができ、接着面積のばらつきによるマイクロアクチュエータ２０の移動距離のばらつきを抑制することができる。その結果、安定して精度良くマイクロアクチュエータ２０を駆動して、磁気ヘッドを位置合わせすることができる。マイクロアクチュエータ２０を用いて磁気ヘッドを補助的に駆動することにより、高密度記録用の記録媒体（磁気ディスク）に対応して、磁気ヘッドを精度良く位置決めすることができる。

次に、上述のマイクロアクチュエータ２０を構成する圧電素子２２，２４の製造方法について説明する。圧電素子２２，２４の製造方法として、ダイシング加工を用いる方法と、超音波加工を用いる方法と、圧電素子の積層段階でパンチング加工を用いる方法が考えられる。

まず、ダイシング加工を用いる方法について、図６を参照しながら説明する。

まず、ＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺセラミックスグリーンシート（圧電セラミックス原料シート）上にＰｔ電極を所望の枚数スクリーン印刷して積層し、シート状の積層体であるセラミックス積層シート４０を形成する。積層シート４０に整列した長方形の貫通開口４２をパンチング加工により形成した後、積層シート４０を焼成して圧電素子の集合体とする。続いて、積層シート４０を研磨して所定の厚さにする。その後、セラミックス積層シート４０の貫通開口の列に沿って、ダイシングブレード４４を用いて切削して切り込みをいれ（図６（ａ）参照）、積層シート４０の表面に所定の深さ（例えば１０μｍ〜２０μｍ）の溝４６を形成する（図６（ｂ）参照）。この溝４６の深さが、出来上がった圧電素子の接着剤塗布部の段差Ｈに相当する。

溝を形成したら、次に、溝と溝の間で切断して、一列に並んだ開口を有する短冊状部分４０ａに分割する（図６（ｃ）参照）。その後、圧電素子の駆動電極となる部分を短冊状部分４０ａの側面に形成し、短冊状部分４０ａの開口の中央と開口と開口の間の部分の中央で切断して圧電素子とする（図６（ｄ）参照）。

超音波加工を用いる方法は、上述のダイシング加工を用いる方法と基本的に同じであり、溝４６を形成する際にダイシングブレードを用いるのではなく、超音波加工による研磨により溝４６を形成する点が異なる。

次に、圧電素子の積層段階でパンチング加工を用いる方法について、図７を参照しながら説明する。

まず、ＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺセラミックスグリーンシート上にＰｔ電極を所望の枚数スクリーン印刷して積層し、且つその積層シートの上に、予めパンチング加工により複数の開口５２を整列して形成したグリーンシート５０を更に積層し、開口付き積層体である積層シート５４を形成する（図７（ａ），７（ｂ）参照）。ここで、グリーンシート５０の厚みは、出来上がった圧電素子の段差Ｈに相当する。

その後、開口５２の列において、開口５２と同じ幅で隣接した開口５２の間の部分をパンチング加工により除去して積層シート５６とする。これにより、段差Ｈに相当する溝が形成された積層シート５６が形成される。次に、積層シート５６を脱脂してから焼成した後、開口部が短冊状になるように帯状に切断し、電極を形成する。（図７（ｄ）参照）。そして、図６（ｄ）に示す方法と同様に圧電素子を個片化する（図７（ｅ）参照。）。

以上のように、接着剤塗布部３０を有する圧電素子２２，２４は様々な方法で形成することができる。本発明者は、上述の方法にて接着剤塗布部３０を有する圧電素子２２，２４を形成し、実際にスライダ６とジンバル部８ａとの間に設けてマイクロアクチュエータ２０を作成し、３０Ｖの電圧を印加してスライダ６の移動量を測定した。測定の結果、移動量のばらつきが減少し、改良されたマイクロアクチュエータを実現できることが確認できた。

本発明を適用可能な磁気ディスク装置の平面図である。図１に示すサスペンションの先端部分の構成を示す分解斜視図である。スライダと圧電素子とを分離した状態で示す拡大斜視図である。スライダと圧電素子との間の接着部を拡大して示す断面図である。スライダ又はジンバル部に段差を設けて接着面を画成した場合を示す断面図である。ダイシング加工を用いて圧電素子を製作する工程を説明するための図である。パンチング加工を用いて圧電素子を製作する工程を説明するための図である。

符号の説明

２磁気ディスク装置
４磁気ディスク
６スライダ
８サスペンション
８ａジンバル部
１０キャリッジアーム
１２電磁アクチュエータ
１４アーム軸
２０マイクロアクチュエータ
２２，２４圧電素子、
２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂ固定部
２２ｃ、２４ｃ活性部
２６接着剤
３０接着剤塗布部

Claims

圧電アクチュエータを用いた移動機構であって、
該圧電アクチュエータを構成する圧電素子と、該圧電アクチュエータにより移動される移動部と、該圧電アクチュエータを支持する支持部とを有し、
前記移動部と前記支持部との少なくとも一方は、前記圧電素子に固定され、
前記圧電素子、前記移動部及び前記支持部の少なくとも一つは、段差により画成された接着面を有し、
前記圧電素子は、接着剤で前記移動部又は前記支持部に固定された固定部と、固定されずに変形可能な活性部とを有し、該固定部と該活性部との間に前記段差が設けられることにより、前記活性部の表面と前記移動部の表面又は前記支持部の表面との間の距離は、前記固定部の表面と前記移動部の表面又は前記支持部の表面との間の距離より大きいことを特徴とする圧電アクチュエータを用いた移動機構。
請求項１記載の圧電アクチュエータを用いた移動機構であって、
前記活性部は短冊形状であり、長手方向の両端に前記固定部が一体的に設けられたことを特徴とする圧電アクチュエータを用いた移動機構。
請求項２記載の圧電アクチュエータを用いた移動機構であって、
前記圧電アクチュエータは一対の前記圧電素子を用いた回転アクチュエータであって、該回転アクチュエータは前記移動部と前記支持部との間に設けられて前記移動部を前記支持部に対して回転させることを特徴とする圧電アクチュエータを用いた移動機構。
請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の圧電アクチュエータを用いた移動機構であって、
前記段差は１０μｍ〜２０μｍの範囲であることを特徴とする圧電アクチュエータを用いた移動機構。
請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の圧電アクチュエータを用いた移動機構を有する磁気ディスク装置であって、
前記移動部は磁気ヘッドを有するスライダであり、
前記支持部は該スライダを支持するサスペンションに形成されたジンバル部であり、
前記圧電アクチュエータは前記スライダと前記ジンバル部との間に設けられて前記スライダを前記ジンバル部に対して移動させることを特徴とする磁気ディスク装置。
圧電アクチュエータを構成する圧電素子の形成方法であって、
電極と圧電セラミックス原料シートとを積層してシート状の積層体を形成し、
該積層体に複数の貫通開口を整列して形成し、
前記積層体を焼成し、
前記貫通開口の列に沿って所定の深さの溝を形成し、
前記溝により段差が形成され、段差の低い部分が圧電素子の変形部である活性部となり、段差の高い部分が他の部材に接着剤にて固定される固定部となるように、前記積層体を切断して圧電素子を個片化する
ことを特徴とする圧電素子の形成方法。
請求項６記載の圧電素子の形成方法であって、
前記所定の深さの溝を形成する前に前記積層体を研磨して厚みを調整することを特徴とする圧電素子の形成方法。
請求項６又は７記載の圧電素子の形成方法であって、
前記溝の形成は、ダイシングブレードによる切削又は超音波工具を用いた研磨により行なうことを特徴とする圧電素子の形成方法。
圧電アクチュエータを構成する圧電素子の形成方法であって、
電極と圧電セラミックス原料シートとの積層体上に、整列した開口を有する所定の厚みのセラミックスシートをさらに積層してシート状の開口付き積層体を形成し、
該開口付き積層体にパンチング加工により貫通開口を形成することにより、前記開口の列に沿って前記所定の厚みに等しい深さの溝を形成し、
前記開口付き積層体を焼成し、
前記溝により段差が形成され、段差の低い部分が圧電素子の変形部である活性部となり、段差の高い部分が他の部材に接着剤にて固定される固定部となるように、前記積層体を切断して圧電素子を個片化する
ことを特徴とする圧電素子の形成方法。