JP4522070B2 - Piezoelectric ceramics for piezoelectric actuator, manufacturing method thereof, and hard disk device using the same - Google Patents

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Description

本発明は安定した圧電特性と十分な機械的強度が両立し、インクジェット記録ヘッド、ファン、超音波モーター、磁気ディスク装置等に利用可能な圧電アクチュエータ用圧電セラミックスおよびその製造方法に関し、特にこの圧電セラミックスの利用に効果がある磁気記録ヘッド駆動用の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスおよびこれを用いたハードディスク装置に関するものである。   The present invention relates to piezoelectric ceramics for piezoelectric actuators that have both stable piezoelectric characteristics and sufficient mechanical strength and can be used in ink jet recording heads, fans, ultrasonic motors, magnetic disk devices, and the like, and more particularly to the piezoelectric ceramics. In particular, the present invention relates to a piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator for driving a magnetic recording head and a hard disk device using the same.

近年、情報機器の精密化が進んでおり、サブミクロンオーダー或いはナノメーターオーダーの微少な移動距離が必要なアクチュエータ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、プリンタの印字装置、磁気ディスク装置のヘッドアクチュエータなどでは、微少距離を移動制御することができるアクチュエータが必要となっている。   In recent years, information devices have been refined, and there is an increasing demand for actuators that require minute movement distances on the order of submicrons or nanometers. For example, an actuator that can move and control a minute distance is required for focus correction and tilt angle control of an optical system, a printer of a printer, a head actuator of a magnetic disk device, and the like.

このような情報機器の中でも、磁気ディスク装置は、近年急激に市場拡大を遂げたマルチメディア機器のキーデバイスの1つである。マルチメディア機器では、画像や音声などをより大量に、かつ高速に取り扱うため、より記憶容量の多い装置の開発が望まれている。磁気ディスク装置の大容量化は一般に、ディスク一枚当たりの記憶容量を増加させることで実現する。しかし、ディスクの直径を変えずに磁気記録ディスク装置を高記録密度化するためには、単位長さ当たりのトラックの数を大きくする、つまりトラックの幅を狭くすることが不可欠である。そして、記憶密度を急激に増加させるとトラックの幅が急激に狭まるため、記録トラックに対する読み書きを行うヘッド素子の位置決めをいかに高精度に行うかが技術的な問題となっており、高精度の位置決めが可能なヘッドアクチュエータが望まれている。   Among such information devices, the magnetic disk device is one of the key devices of multimedia devices that have rapidly expanded in recent years. In multimedia devices, in order to handle a large amount of images and sounds at high speed, it is desired to develop a device with a larger storage capacity. Increasing the capacity of a magnetic disk device is generally realized by increasing the storage capacity per disk. However, in order to increase the recording density of the magnetic recording disk device without changing the diameter of the disk, it is essential to increase the number of tracks per unit length, that is, to narrow the track width. And if the storage density is increased rapidly, the track width will become narrower. Therefore, it is a technical problem how to accurately position the head element that reads and writes to the recording track. There is a demand for a head actuator that can be used.

この課題の解決策として、一般にキャリッジ等の可動部の剛性を向上させ、面内方向の主共振点周波数を上げる試みがなされてきた。しかし、共振点の向上には限界があり、仮に可動部の面内共振点を大幅に上げることができたとしても、可動部を支持する軸受けがばね特性を示すことに起因する共振が発生してしまい、サーボ帯域を高くすることは困難であった。   As a solution to this problem, attempts have been made to generally improve the rigidity of movable parts such as a carriage and raise the main resonance point frequency in the in-plane direction. However, there is a limit to the improvement of the resonance point, and even if the in-plane resonance point of the movable part can be significantly increased, resonance occurs due to the bearings supporting the movable part exhibiting spring characteristics. Therefore, it was difficult to increase the servo bandwidth.

従って、これらの問題を解決する手段の一つとして、磁気ディスク装置本体に取り付けられたボイスコイルモータ等からなる第1のアクチュエータにアーム(磁気記録ヘッド支持機構)を接続し、磁気記録ヘッドを駆動することが知られている。しかしながら、この第1のアクチュエータのみによる駆動では、磁気記録ヘッドをサブミクロンオーダーで駆動させることが非常に困難であった。そのために、磁気記録ヘッド支持機構の中間部分または先端に、トラック上での磁気記録ヘッド位置決めフォロー用の圧電素子からなる第2のアクチュエータを設け、これにより第1のアクチュエータでは困難であった微少駆動を行うことが行われている。第2のアクチュエータは、第1のアクチュエータの動作とは独立して、アームの先端部に設置された磁気記録ヘッドを微少移動させる。   Therefore, as one means for solving these problems, an arm (magnetic recording head support mechanism) is connected to a first actuator composed of a voice coil motor or the like attached to the magnetic disk device main body to drive the magnetic recording head. It is known to do. However, it is very difficult to drive the magnetic recording head on the submicron order by driving only with the first actuator. For this purpose, a second actuator composed of a piezoelectric element for positioning the magnetic recording head on the track is provided at the intermediate portion or the tip of the magnetic recording head support mechanism. Has been done. The second actuator slightly moves the magnetic recording head installed at the tip of the arm independently of the operation of the first actuator.

前述のような磁気記録ヘッド微小駆動用の第2のアクチュエータを設けた例は特許文献1に開示されている。すなわち、第1のアクチュエータと磁気記録ヘッドの間に第2のアクチュエータを設けて磁気記録ヘッドを微小駆動させる構造となっている。図3はこの第2のアクチュエータに設けられた圧電素子を示している。すなわち、磁気記録ディスクと、該磁気記録ディスクの情報記録面に情報を記録、再生する磁気記録ヘッドと、該磁気記録ヘッドを前記磁気記録ディスクの記録トラックに位置決めするために前記磁気記録ディスクの半径方向に移動させる第1のアクチュエータと、該第1のアクチュエータの一部に設けられ前記磁気記録ヘッドを第1のアクチュエータの動作とは独立して前記磁気記録ディスクの半径方向に微少距離だけ移動させる第2のアクチュエータとからなり、前記第2のアクチュエータは、先端に磁気記録ヘッドが保持された第1のアームと該第1のアームに圧電素子を介して接続した第2のアームとを有し、前記圧電素子の微少駆動により前記第1のアームを駆動させて前記磁気記録ヘッドを移動させるハードディスク装置において、2つの圧電素子13を第2のアーム15の長手方向に違いに逆行するように変位させる。2つの圧電素子13は、ばね機構14によって繋がっているため各々独立して圧電変位できるようになっている。これによって、磁気記録ヘッドを微小駆動させることができる。   An example in which the second actuator for fine driving of the magnetic recording head as described above is provided is disclosed in Patent Document 1. In other words, the second actuator is provided between the first actuator and the magnetic recording head to drive the magnetic recording head minutely. FIG. 3 shows a piezoelectric element provided in the second actuator. That is, a magnetic recording disk, a magnetic recording head for recording and reproducing information on the information recording surface of the magnetic recording disk, and a radius of the magnetic recording disk for positioning the magnetic recording head on a recording track of the magnetic recording disk A first actuator that moves in a direction, and the magnetic recording head that is provided in a part of the first actuator is moved a small distance in the radial direction of the magnetic recording disk independently of the operation of the first actuator. The second actuator comprises a first arm having a magnetic recording head held at the tip thereof and a second arm connected to the first arm via a piezoelectric element. A hard disk drive that moves the magnetic recording head by driving the first arm by a minute drive of the piezoelectric element; Displaces the two piezoelectric elements 13 so as to reverse the difference in the longitudinal direction of the second arm 15. Since the two piezoelectric elements 13 are connected by the spring mechanism 14, each can be independently piezoelectrically displaced. Thereby, the magnetic recording head can be finely driven.

また、前記特許文献1に示す例は前述のアクチュエータのアームの中間部分に第2のアクチュエータを設置した例であるが、同様の機能を有する機構を該アームの先端部分に設置している例も提案されている。   Moreover, although the example shown in the said patent document 1 is an example which installed the 2nd actuator in the intermediate part of the arm of the above-mentioned actuator, the example which has installed the mechanism which has the same function in the front-end | tip part of this arm is also possible. Proposed.

そして、これら磁気記録ヘッドの微少駆動に用いられる圧電素子としては、従来から多成分系のセラミックスが採用されており、特にその材料組成としてはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が広く用いられていた。   Multi-component ceramics have been conventionally used as piezoelectric elements used for micro driving of these magnetic recording heads, and lead zirconate titanate (PZT) has been widely used as the material composition. .

前記PZT材料を、前述した磁気記録ヘッド微少駆動用の圧電セラミックスとして用いる場合、従来の圧電セラミックスでは、その機械的特性、電気的特性、熱的特性等が圧電アクチュエータに用いられる圧電セラミックスの要求特性を満たしておらず、これを向上させるために、特定の化合物を添加したり、主成分を他の成分で置換したりすることが行われる。   When the PZT material is used as the above-mentioned piezoelectric ceramics for micro drive of the magnetic recording head, the mechanical characteristics, electrical characteristics, thermal characteristics, etc. of the conventional piezoelectric ceramics are required characteristics of the piezoelectric ceramic used for the piezoelectric actuator. In order to improve this, a specific compound is added, or the main component is replaced with another component.

例えば、圧電歪定数の高い圧電セラミックスを得るため、特許文献2〜5にはPbZrO3−PbTiOの2成分系組成物に対し、Pb(Mg1/3Nb2/3)O、Pb(Zn1/3Nb2/3)O、Pb(Ni1/3Nb2/3)O、Pb(Zn1/3Sb2/3)O等を第3成分として添加した複合ペロブスカイト型酸化物からなる多成分系セラミックスが開示されている。 For example, in order to obtain piezoelectric ceramics having a high piezoelectric strain constant, Patent Documents 2 to 5 disclose that Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 , Pb (PbZrO 3 —PbTiO 3) is a two-component composition. Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 , Pb (Ni 1/3 Nb 2/3 ) O 3 , Pb (Zn 1/3 Sb 2/3 ) O 3 and the like are added as a third component perovskite type A multi-component ceramic made of an oxide is disclosed.

また、セラミックス原料粉体の粉砕粒径や比表面積等を制御したり、成形、焼成条件を制御したりすることにより、多成分系セラミックスの機械的特性、電気的特性、熱的特性等を向上させることが行われている。   In addition, the mechanical properties, electrical properties, thermal properties, etc. of multi-component ceramics are improved by controlling the pulverized particle size, specific surface area, etc. of the ceramic raw material powder, and controlling the molding and firing conditions. Has been done.

また、特許文献6には、炭素を特定量含有させることによって電気機械結合係数と機械的強度を制御した圧電セラミックスが開示されている。
特開平3−69072号公報 特開昭53−62199号公報 特開昭49−21696号公報 特開昭48−97094号公報 特開昭49−27897号公報 特開2001−19542号公報
Patent Document 6 discloses a piezoelectric ceramic whose electromechanical coupling coefficient and mechanical strength are controlled by containing a specific amount of carbon.
Japanese Patent Laid-Open No. 3-69072 JP-A-53-62199 Japanese Patent Laid-Open No. 49-21696 JP 48-97094 A JP 49-27897 A JP 2001-19542 A

従来の圧電セラミックスは材料組成が制御された出発原料を用いて成形、焼成し、所望により加工等を行って、セラミックス焼結体として完成される。しかしながら、焼成時にセラミックス焼結体からその主成分であるPbやZnなどが蒸発することによって、焼成後の材料組成が出発原料時の材料組成から変化するため、圧電セラミックスの圧電歪定数などの特性が劣化したり変動したりする等の問題があった。   Conventional piezoelectric ceramics are formed and fired using a starting material having a controlled material composition, processed as desired, and completed as a ceramic sintered body. However, since the material composition after firing changes from the material composition at the starting material due to evaporation of Pb and Zn, which are the main components, from the ceramic sintered body during firing, characteristics such as piezoelectric strain constant of piezoelectric ceramics There were problems such as deterioration and fluctuation.

また、セラミックス原料粉体の粉砕粒径や比表面積等を制御したり、成形、焼成条件を制御したりする製造方法によって、得られるセラミックス焼結体の機械的特性、電気的特性、熱的特性等を向上させる場合、一般的にセラミックス原料粉体の粉砕粒径を細かく粉砕する必要がある。しかしながら、細かく粉砕された粉体はハンドリングしにくいという問題や、成形時にクラックが発生するといった問題があった。   In addition, the mechanical properties, electrical properties, and thermal properties of the resulting ceramic sintered body are controlled by the manufacturing method that controls the pulverized particle size, specific surface area, etc. of the ceramic raw material powder, and controls the molding and firing conditions. In general, it is necessary to finely grind the pulverized particle size of the ceramic raw material powder. However, the finely pulverized powder has a problem that it is difficult to handle and a problem that a crack occurs during molding.

また、前記特許文献6に記載されている圧電セラミックスは、圧電歪定数の値に大きな影響を及ぼす炭素が固体状態でのみ存在しているため、圧電歪定数が低下するという問題があった。これは、次のような理由によるものと考えられる。固体状態の炭素は、結晶内や結晶粒界に格子欠陥を発生させる。結晶内の格子欠陥は、圧電セラミックスの格子歪みを発生させたり、結晶格子の規則性を歪めたりするため、圧電特性、例えば圧電歪定数が低下する。   In addition, the piezoelectric ceramic described in Patent Document 6 has a problem in that the piezoelectric strain constant decreases because carbon that greatly affects the value of the piezoelectric strain constant exists only in the solid state. This is considered due to the following reasons. Solid-state carbon generates lattice defects within the crystal and at grain boundaries. Lattice defects in the crystal generate lattice distortion of the piezoelectric ceramics or distort the regularity of the crystal lattice, so that the piezoelectric characteristics, for example, the piezoelectric strain constant is lowered.

また、特許文献6に記載された圧電セラミックスは圧電歪定数が低いため、前述の磁気記録ヘッド微少駆動用の第2のアクチュエータの構成部材として用いる次のような問題が発生していた。すなわち、例えば特許文献6の圧電セラミックスを用いた圧電素子は、微少駆動させるための圧電素子変位を高い電圧を印加することにより行わなければならないため、圧電素子からの発熱量が大きくなるという問題があった。このため、圧電素子が熱膨張し高精度な磁気記録ヘッドの微少駆動が困難であるという問題があった。   In addition, since the piezoelectric ceramic described in Patent Document 6 has a low piezoelectric strain constant, the following problem has occurred which is used as a constituent member of the second actuator for fine driving of the magnetic recording head described above. That is, for example, the piezoelectric element using the piezoelectric ceramic of Patent Document 6 has a problem that the amount of heat generated from the piezoelectric element increases because the piezoelectric element displacement for minute driving must be performed by applying a high voltage. there were. Therefore, there is a problem that the piezoelectric element is thermally expanded and it is difficult to finely drive the magnetic recording head with high accuracy.

さらに、特許文献6の圧電セラミックスを用いた場合、圧電歪定数が低いために例えば磁気記録ヘッドを微少駆動させるだけの十分な圧電変位が得られない場合があり、この場合にはハードディスク装置等に搭載される第2のアクチュエータ用途には使用困難であるという問題があった。   Further, when the piezoelectric ceramic of Patent Document 6 is used, there is a case where a piezoelectric displacement constant is low and, for example, a sufficient piezoelectric displacement enough to slightly drive the magnetic recording head cannot be obtained. There is a problem that it is difficult to use the second actuator mounted.

さらには、近年ではハードディスク装置の高記録密度化に伴って、磁気記録ヘッドと磁気記録ディスクの間の浮上隙間が30nm以下と非常に狭い間隔となってきており、ハードディスク装置に圧電セラミックスからなる部品を搭載する際には、圧電セラミックスから発生するパーティクルの量をなるべく少なくしたものが要求されていた。圧電セラミックスから発生するパーティクル量を少なくするためには圧電セラミックスの表面粗さを小さくする必要があった。このため、微小駆動用の第2のアクチュエータに用いられる圧電セラミックスは、その表面粗さを小さくするため加工される。しかしながら、従来の例えば特許文献6の圧電セラミックスは、焼成後に大きな閉気孔や大きな閉気孔率を有するため、これを加工すると加工の際に用いられる加工用砥粒や加工によって剥離した圧電セラミックスの結晶粒子片がパーティクルとして圧電セラミックスの表面に残留したり、加工後に圧電セラミックスの結晶粒子がパーティクルとして脱粒したりするという問題があった。このようなパーティクルは、磁気記録ヘッドと磁気記録ディスクの間に入り、磁気記録の誤作動を引き起こしたり、磁気記録ヘッドを破損したりする。   Furthermore, in recent years, with the increase in recording density of hard disk devices, the flying gap between the magnetic recording head and the magnetic recording disk has become very narrow as 30 nm or less. When mounting the battery, it is required to reduce the amount of particles generated from the piezoelectric ceramic as much as possible. In order to reduce the amount of particles generated from the piezoelectric ceramic, it was necessary to reduce the surface roughness of the piezoelectric ceramic. For this reason, the piezoelectric ceramic used for the second actuator for minute driving is processed to reduce the surface roughness. However, the conventional piezoelectric ceramic of Patent Document 6, for example, has large closed pores and a large closed porosity after firing. Therefore, when this is processed, the processing abrasive grains used in the processing and the piezoelectric ceramic crystals peeled off by the processing There is a problem that the particle pieces remain as particles on the surface of the piezoelectric ceramic, or crystal grains of the piezoelectric ceramic are separated as particles after processing. Such particles enter between the magnetic recording head and the magnetic recording disk, causing malfunction of magnetic recording or damaging the magnetic recording head.

そこで本発明は、上述の問題に鑑みて案出されたものであり、圧電歪定数が高く、ハードディスク装置用部品等の圧電アクチュエータとして用いた場合、圧電セラミックスに負荷される機械的応力による破損を防止可能な機械的強度の高い圧電セラミックスを提供することを目的とする。さらには、圧電セラミックスからのパーティクルの発生量の少ない圧電セラミッスを提供することを目的とする。また、本発明の圧電セラミックスを用いたハードディスク装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and has a high piezoelectric strain constant. When used as a piezoelectric actuator for a hard disk device component or the like, the present invention is not damaged by mechanical stress applied to the piezoelectric ceramic. An object of the present invention is to provide a piezoelectric ceramic with high mechanical strength that can be prevented. It is another object of the present invention to provide a piezoelectric ceramic that generates less particles from piezoelectric ceramics. It is another object of the present invention to provide a hard disk device using the piezoelectric ceramic of the present invention.

本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスは、アームにより支持された磁気記録ヘッドを圧電セラミックスにより微少駆動させる圧電アクチュエータ用圧電セラミックスにおいて、前記圧電セラミックスの閉気孔内にCOを含む気体が焼結体質量に対して炭素元素換算で40質量ppm未満含有されており、かつ、その表面粗さが中心線平均粗さRaで0.5μm以下であることを特徴とする。 The piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator according to the present invention is a piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator in which a magnetic recording head supported by an arm is micro-driven by the piezoelectric ceramic, and a gas containing CO 2 is contained in the closed pores of the piezoelectric ceramic. The carbon content is less than 40 ppm by mass, and the surface roughness is 0.5 μm or less in terms of the center line average roughness Ra.

また、閉気孔の平均気孔径が1〜5μm、閉気孔率が2体積%以下であることを特徴とする。   The average pore diameter of the closed pores is 1 to 5 μm, and the closed porosity is 2% by volume or less.

また、前記閉気孔内のCOを含む気体の量が炭素元素換算で5質量ppm以上であることを特徴とする。 The amount of gas containing CO 2 in the closed pores is 5 mass ppm or more in terms of carbon element.

また、本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスの製造方法は、圧電セラミックスの成形前の原料粉体と有機バインダーとを湿式混合してスラリーを作製する工程と、該スラリーをろ過する工程と、該ろ過後のスラリーを用いて成形体を成形する工程と、該成形体を酸素を含む雰囲気中で焼成する工程と、焼成後の焼結体を加工しこれを超音波洗浄する工程とを有することを特徴とする。   Further, the method for producing a piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator according to the present invention includes a step of wet-mixing raw material powder before forming a piezoelectric ceramic and an organic binder to prepare a slurry, a step of filtering the slurry, and the filtration A step of forming a molded body using a later slurry, a step of firing the molded body in an atmosphere containing oxygen, and a step of processing the sintered body after firing and ultrasonically washing the sintered body. Features.

また、成形体を焼成する工程において、雰囲気の酸素濃度が90体積%以上であることを特徴とする。   In the step of firing the compact, the oxygen concentration in the atmosphere is 90% by volume or more.

また、加工した焼結体を界面活性剤を1〜30質量%含む溶液中にて、超音波洗浄機で洗浄した後、さらに純水で洗浄することを特徴とする。   Further, the processed sintered body is washed with an ultrasonic cleaner in a solution containing 1 to 30% by mass of a surfactant, and further washed with pure water.

また、本発明のハードディスク装置は、磁気記録ディスクと、磁気記録ディスクの情報記録面に情報を記録、再生する磁気記録ヘッドと、磁気記録ヘッドを磁気記録ディスクの記録トラックに位置決めするために記録ディスクの半径方向に移動させる第1のアクチュエータと、第1のアクチュエータの一部に設けられ磁気記録ヘッドを第1のアクチュエータの動作とは独立して磁気ディスクの半径方向に微少距離だけ移動させる第2のアクチュエータとからなり、第2のアクチュエータは、先端に磁気記録ヘッドが保持された第1のアームと第1のアームに圧電素子を介して接続した第2のアームとを有し、圧電素子の微少駆動により第1のアームを駆動させて磁気記録ヘッドを移動させるハードディスク装置において、第2のアクチュエータに用いられる圧電素子に、前記の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスを用いることを特徴とする。   The hard disk device of the present invention also includes a magnetic recording disk, a magnetic recording head for recording and reproducing information on the information recording surface of the magnetic recording disk, and a recording disk for positioning the magnetic recording head on a recording track of the magnetic recording disk. A first actuator for moving the magnetic recording head in the radial direction of the magnetic disk, and a second actuator for moving the magnetic recording head provided in a part of the first actuator by a minute distance in the radial direction of the magnetic disk independently of the operation of the first actuator. The second actuator has a first arm having a magnetic recording head held at the tip and a second arm connected to the first arm via a piezoelectric element. In a hard disk drive that moves the magnetic recording head by driving the first arm with a minute drive, the second actuator A piezoelectric element used in, characterized by using a piezoelectric ceramic for the piezoelectric actuator.

アームにより支持された磁気記録ヘッドを微少駆動させる圧電アクチュエータ用圧電セラミックスにおいて、前記圧電セラミックスの閉気孔内にCOを含む気体を焼結体質量に対して炭素元素換算で40質量ppm未満含有させた圧電アクチュエータ用圧電セラミックスとしたことにより、前記圧電セラミックスの変位量、機械的強度を増すことが可能となる。従って、磁気記録ヘッドの微少駆動に用いた場合にも、機械的応力により破損することなく、また、従来よりも圧電セラミックスの変位量が広範囲に変位して磁気記録ヘッドを微小駆動させることが可能となる。また中心線平均表面粗さRaを0.5μm以下としたために、特に圧電セラミックスの加工面から発生するパーティクル量を低減でき、磁気記録ヘッドと磁気記録ディスク間にパーティクルが入り込んだために磁気記録ヘッドや磁気記録ディスクの記録層が傷つくことによって生じる情報の読み書きエラー等を防止することが可能となる。 In a piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator that slightly drives a magnetic recording head supported by an arm, a gas containing CO 2 is contained in the closed pores of the piezoelectric ceramic in an amount less than 40 ppm by mass in terms of carbon element with respect to the mass of the sintered body. By using the piezoelectric ceramic for the piezoelectric actuator, the displacement amount and mechanical strength of the piezoelectric ceramic can be increased. Therefore, even when used for micro drive of a magnetic recording head, it is possible to drive the magnetic recording head minutely without being damaged by mechanical stress and with the displacement of the piezoelectric ceramic being displaced in a wider range than before. It becomes. Further, since the center line average surface roughness Ra is set to 0.5 μm or less, the amount of particles generated particularly from the processed surface of the piezoelectric ceramic can be reduced, and the particles have entered between the magnetic recording head and the magnetic recording disk. In addition, it is possible to prevent information read / write errors caused by damage to the recording layer of the magnetic recording disk.

また、閉気孔の平均気孔径を1〜5μm、閉気孔率を2体積%以下とすることで、機械的強度をさらに向上させ、かつ圧電歪定数を向上させることができるとともに、パーティクルの原因となる加工用砥粒や加工によって離脱した圧電セラミックスの結晶粒子片が、圧電セラミックスの加工によって露出した表面の凹部に入り込むことを防止することが可能となる。   In addition, by making the average pore diameter of closed pores 1 to 5 μm and the closed porosity 2 volume% or less, the mechanical strength can be further improved and the piezoelectric strain constant can be improved. It becomes possible to prevent the processing abrasive grains and the piezoelectric ceramic crystal particle pieces separated by the processing from entering the concave portions of the surface exposed by the processing of the piezoelectric ceramic.

また、圧電セラミックスの成形前の原料粉体と有機バインダーとを湿式混合してスラリーを作製する工程と、スラリーをろ過する工程と、ろ過後のスラリーを用いて成形体を成形する工程と、成形体を酸素を含む雰囲気中で焼成する工程により圧電セラミックスを製造することにより、得られる圧電セラミックスに存在する閉気孔内のCOを含む気体を焼結体質量に対して炭素元素換算で40質量ppm未満含有させることができ、これによって、圧電歪定数と機械的特性を向上させた圧電セラミックスを製造することができる。さらに焼成後の焼結体を加工しこれを超音波洗浄することにより、パーティクルの発生を抑制した圧電セラミックスを製造することができる。 In addition, a process for producing a slurry by wet mixing raw material powder and an organic binder before forming a piezoelectric ceramic, a process for filtering the slurry, a process for forming a molded body using the slurry after filtration, and a molding By manufacturing piezoelectric ceramics by a process of firing the body in an atmosphere containing oxygen, the gas containing CO 2 in closed pores present in the obtained piezoelectric ceramics is 40 masses in terms of carbon element with respect to the mass of the sintered body. It can be contained in an amount of less than ppm, whereby a piezoelectric ceramic with improved piezoelectric strain constant and mechanical properties can be produced. Furthermore, by processing the sintered body after firing and ultrasonically washing the sintered body, it is possible to manufacture a piezoelectric ceramic in which generation of particles is suppressed.

また、加工後の焼結体を界面活性剤を1〜30重量%含む溶液中にて、超音波洗浄機で洗浄した後、さらに純水で洗浄することにより、加工後の加工痕や、加工により圧電セラミックス磁器表面に現れた凹部中に残存するパーティクルを除去することが可能となり、圧電アクチュエータ用圧電セラミックスとして用いた場合に、パーティクルの発生をさらに低減した圧電セラミックスを製造することができる。   Moreover, after processing the sintered body in a solution containing 1 to 30% by weight of a surfactant with an ultrasonic cleaner, and further cleaning with pure water, processing marks and processing after processing This makes it possible to remove particles remaining in the recesses appearing on the surface of the piezoelectric ceramic porcelain, and when used as piezoelectric ceramics for piezoelectric actuators, it is possible to produce piezoelectric ceramics with further reduced generation of particles.

また、磁気記録ディスクと、磁気記録ディスクの情報記録面に情報を記録、再生する磁気記録ヘッドと、磁気記録ヘッドを磁気記録ディスクの記録トラックに位置決めするために記録ディスクの半径方向に移動させる第1のアクチュエータと、第1のアクチュエータの一部に設けられ磁気記録ヘッドを第1のアクチュエータの動作とは独立して磁気ディスクの半径方向に微少距離だけ移動させる第2のアクチュエータとからなり、第2のアクチュエータは、先端に磁気記録ヘッドが保持された第1のアームと第1のアームに圧電素子を介して接続した第2のアームとを有し、圧電素子の微少駆動により第1のアームを駆動させて磁気記録ヘッドを移動させるハードディスク装置において、第2のアクチュエータに用いられる圧電素子として上記の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスを用いることにより、圧電セラミックスの変位量を増すことが可能であり、従来よりも広範囲な微少駆動が可能なハードディスク装置とすることができる。また、ハードディスク装置の信頼性、寿命を高めることが可能となる。   A magnetic recording disk; a magnetic recording head that records and reproduces information on an information recording surface of the magnetic recording disk; and a magnetic recording head that moves in a radial direction of the recording disk in order to position the magnetic recording head on a recording track of the magnetic recording disk. And a second actuator that is provided in a part of the first actuator and moves the magnetic recording head by a minute distance in the radial direction of the magnetic disk independently of the operation of the first actuator. The actuator 2 has a first arm having a magnetic recording head held at the tip and a second arm connected to the first arm via a piezoelectric element, and the first arm is driven by a minute drive of the piezoelectric element. As a piezoelectric element used for the second actuator in a hard disk drive that moves the magnetic recording head by driving Of the use of the piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator, it is possible to increase the displacement amount of the piezoelectric ceramic can than conventional and extensive micro drive capable hard disk drive. In addition, the reliability and life of the hard disk device can be increased.

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図1は本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスを用いたハードディスク装置の一例の模式図である。図2(a)は、図1の一部である本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスを搭載した第2のアクチュエータの一例の模式図、図2(b)は図2(a)の一部を示す模式図、図2(c)は図2(b)のX−X線における断面図である。   FIG. 1 is a schematic view of an example of a hard disk device using the piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator of the present invention. 2A is a schematic diagram of an example of a second actuator equipped with the piezoelectric ceramic for piezoelectric actuator of the present invention, which is a part of FIG. 1, and FIG. 2B is a part of FIG. 2A. The schematic diagram shown in FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line XX in FIG.

図1のハードディスク装置7は、磁気記録ディスク12と、磁気記録ディスク12の情報記録面に情報を記録、再生する磁気記録ヘッド11と、磁気記録ヘッド11を磁気記録ディスク12の記録トラックに位置決めするために磁気記録ディスク12の半径方向に移動させる第1のアクチュエータ8と、第1のアクチュエータ8の一部に設けられ磁気記録ヘッド11を第1のアクチュエータ8の動作とは独立して磁気記録ディスク12の半径方向に微少距離だけ移動させる第2のアクチュエータ10とからなり、第2のアクチュエータ10は、先端に磁気記録ヘッド11が保持された第1のアーム9aと第1のアーム9aに圧電素子20を介して接続した第2のアーム9bとを有し、圧電素子20の微少駆動により第1のアーム9aを駆動させて磁気記録ヘッド11を移動させるハードディスク装置7において、第2のアクチュエータ10に用いられる圧電素子20は、後述する本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックス5を用いてなる。   1 includes a magnetic recording disk 12, a magnetic recording head 11 for recording and reproducing information on the information recording surface of the magnetic recording disk 12, and positioning the magnetic recording head 11 on a recording track of the magnetic recording disk 12. For this purpose, the first actuator 8 that moves in the radial direction of the magnetic recording disk 12 and the magnetic recording head 11 provided in a part of the first actuator 8 are operated independently of the operation of the first actuator 8. 12 includes a second actuator 10 that is moved by a minute distance in the radial direction. The second actuator 10 includes a first arm 9a having a magnetic recording head 11 held at the tip and a piezoelectric element on the first arm 9a. 20 and the second arm 9b connected via the piezoelectric element 20, and the first arm 9a is driven by the minute driving of the piezoelectric element 20. In the hard disk device 7 for moving the magnetic recording head 11 Te, the piezoelectric element 20 used in the second actuator 10 is formed by using a piezoelectric ceramic 5 for the piezoelectric actuators of the present invention to be described later.

第1のアクチュエータ8は磁気記録ディスク12本体に取り付けられたボイスコイルモータ34を含み、軸受け26で軸支された第2のアーム9bが回動することによって磁気記録ヘッド11を磁気記録ディスク12の半径方向に粗駆動させる。この第1のアクチュエータ8のみによる粗駆動のみでは、磁気記録ヘッド11を微小駆動させることは困難であるため、第1のアクチュエータ8とは独立して磁気記録ヘッド11を駆動させることができる第2のアクチュエータ10を設け、これにより第1のアクチュエータ8のみでは困難な磁気記録ヘッド11の微少駆動を行う。   The first actuator 8 includes a voice coil motor 34 attached to the main body of the magnetic recording disk 12, and the second arm 9 b supported by the bearing 26 rotates to move the magnetic recording head 11 to the magnetic recording disk 12. Drive roughly in the radial direction. Since it is difficult to finely drive the magnetic recording head 11 only by the rough drive only by the first actuator 8, the second can drive the magnetic recording head 11 independently of the first actuator 8. In this way, the magnetic recording head 11 is slightly driven, which is difficult with only the first actuator 8.

磁気記録ヘッド11を微小駆動する方法について図2(a)〜(c)を用いて説明する。圧電素子20は、圧電セラミックス5aおよび5bの両主面には形成された電極28からなる。圧電素子20の両主面の各々は、導電性接着材32を介して導電性の第1のアーム9a、導電性の第2のアーム9bと繋がっている。第1のアーム9aは、導電板4aと導電板4bとが絶縁性接着剤等の絶縁層36によって接続されたものからなり、導電板4aと導電板4bとは電気的に絶縁されている。第2のアーム9bは、導電板4cと導電板4dとが絶縁性接着剤等の絶縁層36によって接続されたものからなり、導電板4cと導電板4dとは電気的に絶縁されている。導電板4bと4dにはその外周表面に絶縁層が被覆された導線30が接続されており、導線30から直流電圧を印加することができる。圧電セラミックス5aと5bは、分極方向が互いに逆行する方向に配置されており、第1のアーム9aと第2のアーム9bから両電極28間に直流電圧を印加することによって、圧電素子20が第1のアーム9a、第2のアーム9bの長手方向にd15モードで圧電変位する。この圧電変位によって第1のアーム9aは矢印A、Bの方向に変形し、磁気記録ヘッド11が搭載された第1のアーム9aを矢印Cの方向に微少駆動させることができる。また矢印Cの逆方向への微小駆動は、圧電セラミックス5の伸縮が矢印A、Bとは逆方向となるように第1のアーム9aと第2のアーム9bに電圧を印可することによって行うことができる。なお、図2(c)においては、絶縁層36を第1のアーム9aおよび第2のアーム9bの両方に設けたが、どちらか少なくとも一方に設けても良い。 A method for minutely driving the magnetic recording head 11 will be described with reference to FIGS. The piezoelectric element 20 includes electrodes 28 formed on both main surfaces of the piezoelectric ceramics 5a and 5b. Each of the two main surfaces of the piezoelectric element 20 is connected to the conductive first arm 9a and the conductive second arm 9b through the conductive adhesive 32. The first arm 9a is formed by connecting the conductive plate 4a and the conductive plate 4b by an insulating layer 36 such as an insulating adhesive, and the conductive plate 4a and the conductive plate 4b are electrically insulated. The second arm 9b is composed of a conductive plate 4c and a conductive plate 4d connected by an insulating layer 36 such as an insulating adhesive, and the conductive plate 4c and the conductive plate 4d are electrically insulated. Conductive plates 4b and 4d are connected to a conductive wire 30 whose outer peripheral surface is coated with an insulating layer, and a DC voltage can be applied from the conductive wire 30. The piezoelectric ceramics 5a and 5b are arranged in directions in which the polarization directions are opposite to each other. By applying a DC voltage between the electrodes 28 from the first arm 9a and the second arm 9b, the piezoelectric element 20 is first arm 9a, which piezoelectric displacement in d 15 mode in the longitudinal direction of the second arm 9b. Due to this piezoelectric displacement, the first arm 9a is deformed in the directions of arrows A and B, and the first arm 9a on which the magnetic recording head 11 is mounted can be slightly driven in the direction of arrow C. Further, the minute drive in the reverse direction of the arrow C is performed by applying a voltage to the first arm 9a and the second arm 9b so that the expansion and contraction of the piezoelectric ceramic 5 is in the reverse direction to the arrows A and B. Can do. In FIG. 2C, the insulating layer 36 is provided on both the first arm 9a and the second arm 9b, but may be provided on at least one of them.

本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックス5は、閉気孔内にCOを含む気体を焼結体質量に対して炭素元素換算で40質量ppm未満含有している。これによって、圧電歪定数が高く、機械的強度の高い圧電セラミックスとすることができる。本発明の圧電セラミックス5は圧電歪定数が大きいので、圧電セラミックス5に直流電圧を印加した時の変位量が大きくなる。変位量が大きな圧電素子20を磁気記録ヘッド11の微小駆動用圧電アクチュエータに用いると、磁気記録ヘッド11を広範囲に微小駆動させることが可能となる。また、圧電セラミックス5は、機械的強度が高いので磁気記録ヘッド11が広範囲に微小駆動しても、圧電セラミッックス5にクラックが入ったり、破壊したりすることがない。 The piezoelectric ceramic 5 for a piezoelectric actuator of the present invention contains a gas containing CO 2 in closed pores in an amount of less than 40 ppm by mass in terms of carbon element with respect to the mass of the sintered body. Thereby, a piezoelectric ceramic having a high piezoelectric strain constant and high mechanical strength can be obtained. Since the piezoelectric ceramic 5 of the present invention has a large piezoelectric strain constant, the amount of displacement when a DC voltage is applied to the piezoelectric ceramic 5 increases. When the piezoelectric element 20 having a large displacement is used as a micro-driving piezoelectric actuator for the magnetic recording head 11, the magnetic recording head 11 can be micro-driven over a wide range. In addition, since the piezoelectric ceramic 5 has high mechanical strength, the piezoelectric ceramic 5 is not cracked or broken even if the magnetic recording head 11 is finely driven over a wide range.

ここで、本発明の圧電セラミックス5が高い圧電歪定数、高い機械的強度を有する理由は次のように考えられる。   Here, the reason why the piezoelectric ceramic 5 of the present invention has a high piezoelectric strain constant and a high mechanical strength is considered as follows.

本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスは多結晶焼結体からなる。多結晶焼結体からなる圧電セラミックス中に残留する炭素が固体状態で存在する場合、固体状態の炭素は結晶粒内に固溶したり、結晶粒界に析出したりして存在する。このような固体状態の炭素は、結晶内や結晶粒界に格子欠陥を発生させる。結晶内の格子欠陥は、圧電セラミックスの格子歪みを発生させたり、結晶格子の規則性を歪めたりするため、圧電特性、例えば圧電歪定数が低下する。また、結晶粒界の格子欠陥は線欠陥となり、粒界相の機械的強度を低下させるため、圧電セラミックスの機械的強度が低下する。このような圧電歪定数の低下や、機械的強度の低下を抑制するためには、圧電セラミックス中に存在する炭素を固体状態のみならず気体状態でも存在させることが重要である。   The piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator of the present invention is made of a polycrystalline sintered body. When carbon remaining in a piezoelectric ceramic made of a polycrystalline sintered body exists in a solid state, the solid state carbon exists as a solid solution in a crystal grain or precipitates at a crystal grain boundary. Such solid-state carbon generates lattice defects within the crystal and at grain boundaries. Lattice defects in the crystal generate lattice distortion of the piezoelectric ceramics or distort the regularity of the crystal lattice, so that the piezoelectric characteristics, for example, the piezoelectric strain constant is lowered. In addition, lattice defects at the crystal grain boundaries become line defects, and the mechanical strength of the grain boundary phase is lowered, so that the mechanical strength of the piezoelectric ceramic is lowered. In order to suppress such a decrease in piezoelectric strain constant and a decrease in mechanical strength, it is important that carbon present in the piezoelectric ceramic be present not only in a solid state but also in a gas state.

多結晶焼結体からなる圧電セラミックス中に炭素を気体状態で含有させることができれば、格子歪みや前記格子欠陥を著しく低減させることができるため、機械的強度が向上し、かつ圧電歪定数を向上させた圧電セラミックスを得ることができる。この理由は明確ではないが次のように考えられる。   If carbon can be contained in a piezoelectric ceramic made of a polycrystalline sintered body in a gaseous state, lattice strain and the lattice defects can be remarkably reduced, so that mechanical strength is improved and piezoelectric strain constant is improved. Piezoelectric ceramics can be obtained. The reason for this is not clear, but is considered as follows.

圧電セラミックス中に固体状態でのみ炭素が存在する場合に比べて、固体状態と気体状態の両方で炭素を存在させると、圧電セラミックスに電圧を印加して圧電セラミックスを分極する場合、圧電セラミックス中の分極が均一になされるよう、固体状態の炭素と炭素を含む気体とが分極中に電気的に結合する。この電気的な結合は、分極中に圧電セラミックス中の結晶の自発分極の方向を極めて均一に揃わせる作用をなす。これによって、分極後の圧電歪定数等の圧電特性を向上させることができる。   Compared to the case where carbon exists only in the solid state in the piezoelectric ceramic, when carbon is present in both the solid state and the gas state, when the piezoelectric ceramic is polarized by applying a voltage to the piezoelectric ceramic, Solid state carbon and carbon-containing gas are electrically coupled during polarization so that the polarization is uniform. This electrical coupling serves to make the direction of spontaneous polarization of crystals in the piezoelectric ceramic very uniform during polarization. Thereby, the piezoelectric characteristics such as the piezoelectric strain constant after polarization can be improved.

また、前記格子欠陥や前記格子歪が少ないほど圧電セラミックスの機械的強度は向上する。この理由は、圧電セラミックス中に炭素が固体状態のみならず気体状態でも存在すると、圧電セラミックス中に分極前に存在した格子欠陥や格子歪が分極によって低減し、その結果圧電セラミックスの機械的強度が向上する。   Further, the mechanical strength of the piezoelectric ceramic is improved as the lattice defects and the lattice strain are reduced. The reason for this is that when carbon is present in the piezoelectric ceramics in a gas state as well as in a solid state, lattice defects and lattice strains existing in the piezoelectric ceramics before polarization are reduced by the polarization, and as a result, the mechanical strength of the piezoelectric ceramics is reduced. improves.

本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスは、閉気孔内に、炭素を含む気体としてCOを含む気体が、焼結体質量に対して炭素元素換算で40質量ppm未満含有している。40質量ppm以上では、上述の格子歪みや格子欠陥を著しく低減させることができいため、機械的強度を著しく向上させたり、圧電歪定数を著しく向上させたりすることができない。このため、40質量ppm以上では圧電アクチュエータを高精度に微小駆動できないからである。前記炭素を含む気体は炭素元素を含む気体、例えばCO、COを意味する。 In the piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator of the present invention, a gas containing CO 2 as a gas containing carbon is contained in the closed pores in an amount of less than 40 ppm by mass in terms of carbon element with respect to the mass of the sintered body. If it is 40 mass ppm or more, the above-mentioned lattice strain and lattice defects cannot be remarkably reduced, so that the mechanical strength cannot be remarkably improved and the piezoelectric strain constant cannot be remarkably improved. For this reason, it is because a piezoelectric actuator cannot be minutely driven with high accuracy at 40 mass ppm or more. The gas containing carbon means a gas containing carbon element, for example, CO 2 or CO.

また、前記COを含む気体中にはCOを実質的に含まないことが好ましい。COは低温例えば室温では電気化学的に不安定なため、閉気孔内にCOを多く含む圧電セラミックスは、圧電歪定数を著しく向上させることができないため、圧電アクチュエータを著しく高精度に微小駆動できないからである。 Further, it is preferable that the gas containing CO 2 does not substantially contain CO. Since CO is electrochemically unstable at a low temperature, for example, room temperature, piezoelectric ceramics containing a large amount of CO in closed pores cannot significantly improve the piezoelectric strain constant, so that the piezoelectric actuator cannot be micro-driven with extremely high accuracy. It is.

本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスの閉気孔に含まれる気体の種類およびその含有量は例えば次のように測定する。焼結体を密閉容器に入れてこの容器内を真空とした後、O、COおよびCOを実質的に除去した、高純度の不活性ガスまたは窒素ガスをこの容器内にパージする。引き続いて容器内に焼結体を入れたまま焼結体を粉砕し、焼結体の閉気孔内に含まれる気体を容器内に拡散させる。その後、容器内の気体に含まれるCO濃度をCOセンサーやガスクロマトグラフにより測定する。CO濃度測定値、焼結体の質量および容器内の体積、容器内にパージした気体の量を用いて、焼結体の閉気孔に含まれる、焼結体質量に対するCOの含有量を炭素元素換算で求める。さらには、炭素分析装置または荷電粒子放射化分析の少なくとも一方を併用し焼結体の閉気孔中に含まれるCO量をさらに正確に測定することもできる。 The kind and content of the gas contained in the closed pores of the piezoelectric ceramic for piezoelectric actuator of the present invention are measured, for example, as follows. After putting the sintered body in a sealed container and evacuating the inside of the container, high purity inert gas or nitrogen gas from which O 2 , CO and CO 2 are substantially removed is purged into the container. Subsequently, the sintered body is pulverized while the sintered body is put in the container, and the gas contained in the closed pores of the sintered body is diffused into the container. Thereafter, the CO 2 concentration contained in the gas in the container is measured by a CO 2 sensor or a gas chromatograph. Using the measured value of CO 2 concentration, the mass of the sintered body and the volume in the container, and the amount of gas purged in the container, the content of CO 2 with respect to the sintered body mass contained in the closed pores of the sintered body is calculated. Calculated in terms of carbon element. Furthermore, the amount of CO 2 contained in the closed pores of the sintered body can be measured more accurately by using at least one of a carbon analyzer and a charged particle activation analysis.

さらに、本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスは、その表面粗さを中心線平均粗さRaで0.5μm以下とする。これによって、特に圧電セラミックス5の加工面から発生するパーティクル量を低減でき、磁気記録ヘッド11と磁気記録ディスク12間にパーティクルが入り込んだために磁気記録ヘッド11や磁気記録ディスク12の記録層が傷つくことによって生じる情報の読み書きみエラー等を防止することが可能となる。この理由は次の通りである。   Furthermore, the piezoelectric ceramic for piezoelectric actuator of the present invention has a surface roughness of 0.5 μm or less in terms of centerline average roughness Ra. As a result, the amount of particles generated particularly from the processed surface of the piezoelectric ceramic 5 can be reduced, and the recording layers of the magnetic recording head 11 and the magnetic recording disk 12 are damaged because particles enter between the magnetic recording head 11 and the magnetic recording disk 12. It is possible to prevent information read / write errors and the like caused by this. The reason is as follows.

前記Raを0.5μm以下としたのは、Raが0.5μmより大きいと、圧電セラミックスを加工する際に使用する加工用砥粒や加工によって剥離した圧電セラミックスの結晶粒子片がパーティクルとして圧電セラミックスの表面に残留したり、加工後に圧電セラミックスの結晶粒子がパーティクルとして圧電セラミックスから脱粒したりする。このようなパーティクルを有したり、発生したりする圧電セラミックスを例えば圧電アクチュエータ例えば磁気記録ヘッド微少駆動用アクチュエータ用の圧電素子としてハードディスク内に設置すると、長時間ハードディスクを駆動させた際の微少振動や、ハードディスク装置を内蔵したパーソナルコンピュータ等を移動させた時等に生じる振動や衝撃によって、ハードディスク装置内の磁気記録ディスク上にパーティクルが落下する。そして、落下したパーティクルが磁気記録ヘッドと磁気記録ディスクの間に入って情報記録を阻害したり、場合によっては磁気記録ヘッドや磁気記録ディスク上の記録層を傷つけ、情報の記録、取り出しができなくなったりしてしまう。特に前記Raが0.3μm以下であることが好ましく、これによって圧電セラミックスから発生するパーティクルの量をさらに低減することができる。   The reason why Ra is 0.5 μm or less is that when Ra is larger than 0.5 μm, the abrasive grains used for processing the piezoelectric ceramic and the crystal particle pieces of the piezoelectric ceramic separated by the processing are used as the particles. Or crystal grains of the piezoelectric ceramic are separated from the piezoelectric ceramic as particles after processing. If a piezoelectric ceramic having such particles is generated in a hard disk, for example, as a piezoelectric element for a piezoelectric actuator, for example, a magnetic recording head micro-drive actuator, The particles fall on the magnetic recording disk in the hard disk device due to vibration or impact generated when a personal computer or the like with a built-in hard disk device is moved. Then, the fallen particles enter between the magnetic recording head and the magnetic recording disk to inhibit information recording, or in some cases damage the recording layer on the magnetic recording head or the magnetic recording disk, making it impossible to record or take out information. I will. In particular, the Ra is preferably 0.3 μm or less, whereby the amount of particles generated from the piezoelectric ceramic can be further reduced.

また、本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスは、前記閉気孔の平均気孔径が1〜5μm、閉気孔率が2体積%以下であることが好ましい。この理由は、これにより機械的強度と圧電歪定数が向上するからである。前記閉気孔の平均気孔径が1〜5μm、閉気孔率が2体積%以下である圧電セラミックス5を第1のアーム9aを微小駆動させるための圧電素子20として用いると、さらに高精度に磁気記録ヘッド11を微小駆動できる。   In the piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator of the present invention, it is preferable that the average pore diameter of the closed pores is 1 to 5 μm and the closed porosity is 2% by volume or less. This is because this improves the mechanical strength and the piezoelectric strain constant. When the piezoelectric ceramic 5 having an average pore diameter of 1 to 5 μm and a closed porosity of 2% by volume or less is used as the piezoelectric element 20 for minutely driving the first arm 9a, magnetic recording is performed with higher accuracy. The head 11 can be finely driven.

一方、閉気孔率が2体積%を越えた場合や、平均気孔径が1μm未満または5μmを越えた場合は、機械的強度や圧電歪定数が著しく向上しないので、磁気記録ヘッド11を著しく高精度に微小駆動させることができない。また、平均気孔径が5μmを超えると、前記閉気孔が圧電セラミックス5の加工によって、大きな開気孔(凹部)として磁器表面に現れ、この凹部にパーティクル(圧電セラミックス5を加工した際に用いる加工用砥粒や加工の際に発生した圧電セラミックス5の結晶粒子片など)が入り込み残留する場合があるので好ましくない。また、閉気孔率が2体積%より多いと、圧電セラミックス5の加工によって、閉気孔が磁気表面に開気孔(凹部)となって現れる確率が高くなる。パーティクルがこの凹部に入り込むと、ハードディスク装置7内に振動や衝撃が与えられた場合、パーティクルが磁気記録ディスク12上に落下し、磁気記録ヘッド11や磁気記録ディスク12上に成膜された記録層を傷つける場合があるので好ましくない。特に、前記平均気孔径の下限1.5μm、上限が3μmであることが好ましい。また、閉気孔率が1体積%以下であることが特に好ましい。   On the other hand, when the closed porosity exceeds 2% by volume, or when the average pore diameter is less than 1 μm or exceeds 5 μm, the mechanical strength and the piezoelectric strain constant are not significantly improved. Cannot be driven minutely. Further, when the average pore diameter exceeds 5 μm, the closed pores appear as large open pores (recesses) on the ceramic surface due to the processing of the piezoelectric ceramics 5, and particles (processing for use when the piezoelectric ceramics 5 are processed) are formed in the recesses. Abrasive grains or crystal particle pieces of the piezoelectric ceramic 5 generated during processing may enter and remain, which is not preferable. Further, when the closed porosity is more than 2% by volume, the probability that the closed pores appear as open pores (concave portions) on the magnetic surface is increased by the processing of the piezoelectric ceramic 5. When the particles enter the recess, when a vibration or impact is applied to the hard disk device 7, the particles fall on the magnetic recording disk 12, and the recording layer formed on the magnetic recording head 11 or the magnetic recording disk 12. May be hurt. In particular, the lower limit of the average pore diameter is preferably 1.5 μm, and the upper limit is preferably 3 μm. Further, the closed porosity is particularly preferably 1% by volume or less.

また、本発明のアクチュエータ用圧電セラミックス5は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とすることが好ましい。この理由は、これによってさらに圧電歪定数を高くすることができるため、例えば圧電セラミックス5を磁気記録ヘッド微少駆動用等のアクチュエータ用圧電セラミックスに用いると、変位が大きく高精度に変位を制御可能な圧電素子が得られるため、磁気記録ヘッド11の位置を±1μmの範囲内で高精度に制御することができるからである。   Moreover, it is preferable that the piezoelectric ceramic 5 for actuators of this invention has lead zirconate titanate as a main component. The reason for this is that the piezoelectric strain constant can be further increased. Therefore, for example, when the piezoelectric ceramic 5 is used as a piezoelectric ceramic for an actuator such as a magnetic recording head micro drive, the displacement is large and the displacement can be controlled with high accuracy. This is because since the piezoelectric element is obtained, the position of the magnetic recording head 11 can be controlled with high accuracy within a range of ± 1 μm.

さらに好ましくは、圧電セラミックス5は、AサイトとBサイトとを有する複合ペロブスカイト型酸化物からなり、前記AサイトがPbを主成分とし、さらにSr及び/又はBaを含有し、前記BサイトがZrとTiを主成分とする。これによって、圧電セラミックス合成時のPbの蒸発が防止され、圧電特性がさらに向上した圧電セラミックス5を得ることができる。Pbの蒸発が抑制されるのは、Pbがペロブスカイト型酸化物の結晶格子内を移動するための化学ポテンシャルが大きくなり、その圧電セラミックス5中のPbが焼結体内部から焼結体外部へ拡散する速度が小さくなるためと考えられる。   More preferably, the piezoelectric ceramic 5 is made of a composite perovskite oxide having an A site and a B site, the A site contains Pb as a main component, and further contains Sr and / or Ba, and the B site contains Zr. And Ti are the main components. Thereby, the evaporation of Pb during the synthesis of the piezoelectric ceramic is prevented, and the piezoelectric ceramic 5 having further improved piezoelectric characteristics can be obtained. Pb evaporation is suppressed because the chemical potential for moving Pb in the crystal lattice of the perovskite oxide increases, and Pb in the piezoelectric ceramic 5 diffuses from the inside of the sintered body to the outside of the sintered body. This is thought to be because the speed at which it is performed decreases.

特に好ましくは、前記BサイトがZn、Sb、Ni、Te、希土類元素、NbおよびTaのうち少なくとも一種を含有する。これによって、チタン酸ジルコン酸鉛のPbサイトで空孔が形成し、この空孔を介してドメイン壁の移動がし易くなって分極が容易になるため、高い圧電歪定数を有する圧電セラミックス5を得ることができる。最も好ましくは、圧電歪定数を特に向上させるために、前記BサイトがZr、Ti、ZnおよびNbを必須元素として含有する。   Particularly preferably, the B site contains at least one of Zn, Sb, Ni, Te, rare earth elements, Nb and Ta. As a result, vacancies are formed at the Pb sites of lead zirconate titanate, and domain walls can be easily moved through the vacancies to facilitate polarization. Therefore, the piezoelectric ceramic 5 having a high piezoelectric strain constant can be obtained. Obtainable. Most preferably, the B site contains Zr, Ti, Zn and Nb as essential elements in order to particularly improve the piezoelectric strain constant.

また、本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスは、閉気孔内に、炭素を含む気体としてCOを含む気体が、炭素元素換算で焼結体質量に対して5質量ppm以上含有することが好ましい。5質量ppm未満では、圧電セラミックス5の機械的強度と圧電歪定数が著しく向上しないからである。 In the piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator of the present invention, it is preferable that a gas containing CO 2 as a gas containing carbon is contained in the closed pores in an amount of 5 mass ppm or more with respect to the sintered body mass in terms of carbon element. This is because if it is less than 5 ppm by mass, the mechanical strength and piezoelectric strain constant of the piezoelectric ceramic 5 are not significantly improved.

次に本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスの製造方法について説明する。   Next, a method for producing a piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator according to the present invention will be described.

本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスの製造方法は、圧電セラミックスの成形前の原料粉体と有機バインダーとを湿式混合してスラリーを作製する工程と、該スラリーをろ過する工程と、該ろ過後のスラリーを用いて成形体を成形する工程と、該成形体を酸素を含む雰囲気中で焼成する工程と、焼成後の焼結体を加工しこれを洗浄する工程とを有することが重要である。これによって、機械的強度、圧電歪定数が高く、さらにパーティクルの発生の少ない圧電セラミックス5を得ることができる。   The method for producing a piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator according to the present invention includes a step of wet-mixing raw material powder and an organic binder before forming a piezoelectric ceramic to produce a slurry, a step of filtering the slurry, and a step after the filtration It is important to have a step of forming a formed body using the slurry, a step of firing the formed body in an atmosphere containing oxygen, and a step of processing and washing the sintered body after firing. Thereby, it is possible to obtain the piezoelectric ceramic 5 having high mechanical strength and high piezoelectric strain constant and less generation of particles.

本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスの製造方法において、圧電セラミックスの成形前の原料粉体と有機バインダーとを湿式混合してスラリーを作製するのは、成形前の原料粉体と有機バインダーとを均一に混合できるため、得られる成形体中における有機バインダーの偏析を低減することができるからである。有機バインダーの偏析の少ない成形体を焼成すると、得られるセラミックス焼結体の気孔の大きさを小さくかつ均一に分散させることができるため、セラミックス焼結体に機械的応力が加わっても気孔を起点として亀裂が生じたり、割れたりすることを抑制でき、結果として機械的強度の高い圧電セラミックスを製造することができる。   In the method for manufacturing a piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator according to the present invention, a raw material powder before forming a piezoelectric ceramic and an organic binder are wet mixed to produce a slurry. This is because segregation of the organic binder in the resulting molded body can be reduced. By firing a compact with little segregation of the organic binder, the pore size of the resulting ceramic sintered body can be reduced and evenly dispersed. Therefore, even if mechanical stress is applied to the ceramic sintered body, As a result, it is possible to suppress cracking or cracking, and as a result, it is possible to manufacture a piezoelectric ceramic having high mechanical strength.

一方、圧電セラミックスの成形前の原料粉体と有機バインダーを乾式混合後に成形すると、得られる成形体中に有機バインダーの偏析が発生するため、この成形体の焼成中に、偏析した有機バインダーが蒸散して大きな気孔が発生する。この大きな気孔を有する圧電セラミックスに機械的応力が加わると、この大きな気孔を起点として亀裂が生じたり、割れたりする。更には、このように大きな気孔が存在すると、加工後の圧電セラミックス5の表面に大きな開気孔(凹部)が現れるため、パーティクルがこの凹部に入り込みやすくなり好ましくない。   On the other hand, when the raw material powder before forming the piezoelectric ceramic and the organic binder are molded after dry mixing, segregation of the organic binder occurs in the resulting molded body. Therefore, the segregated organic binder is evaporated during firing of the molded body. Large pores are generated. When mechanical stress is applied to the piezoelectric ceramics having large pores, cracks are generated or cracked starting from the large pores. Furthermore, when such large pores exist, large open pores (concave portions) appear on the surface of the processed piezoelectric ceramic 5, which is not preferable because particles easily enter the concave portions.

また、本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスの製造方法において、該スラリーをろ過する工程と、該ろ過後のスラリーを用いて成形体を成形する工程とを有するのは、第1に有機バインダーの偏析を特に低減させて機械的強度の高い圧電セラミックス5を製造でき、第2に成形前の原料粉体に含まれる大きな圧電セラミックスの粒子を除去した後成形することによって、得られる圧電セラミックス5の圧電歪定数を向上できるからである。また、本発明の製造方法において、圧電セラミックスの成形体を、酸素を含む雰囲気中で焼成するのは、得られる焼結体中の閉気孔内に、炭素を含む気体としてCOを含む気体を焼結体質量に対して炭素元素換算で40質量ppm未満含有させるためである。 Further, in the method for producing a piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator of the present invention, the step of filtering the slurry and the step of forming a molded body using the slurry after the filtration are primarily segregation of an organic binder. The piezoelectric ceramic 5 having a high mechanical strength can be manufactured with a particular reduction, and secondly, the piezoelectric ceramic 5 obtained by removing the large piezoelectric ceramic particles contained in the raw material powder before forming and then forming the piezoelectric ceramic 5 is obtained. This is because the strain constant can be improved. Further, in the manufacturing method of the present invention, the piezoelectric ceramic molded body is fired in an atmosphere containing oxygen. A gas containing CO 2 as a gas containing carbon is contained in the closed pores in the obtained sintered body. This is for containing less than 40 mass ppm in terms of carbon element with respect to the mass of the sintered body.

焼結体からなる本発明の圧電セラミックスの閉気孔中に含まれる炭素を含む気体(COを含む気体)は、主に圧電セラミックスの出発原料である炭酸塩、有機バインダーに含まれる炭素が気体状態(CO)で残留したものである。機械的強度が高く、圧電歪定数の大きい本発明の圧電セラミックスを製造するには、成形前の原料粉体と有機バインダーを均一に混合し、さらに成形体中の大きな圧電セラミックス粒子を除去し、かつ得られる圧電セラミックス中の閉気孔に炭素を含む気体を生成させるよう、酸素を含む雰囲気中で焼成することが重要である。 A gas containing carbon (a gas containing CO 2 ) contained in the closed pores of the piezoelectric ceramic of the present invention made of a sintered body is mainly a carbonate, which is a starting material of the piezoelectric ceramic, and carbon contained in an organic binder. It remains in the state (CO 2 ). In order to produce the piezoelectric ceramic of the present invention having a high mechanical strength and a large piezoelectric strain constant, the raw material powder before molding and an organic binder are uniformly mixed, and further, the large piezoelectric ceramic particles in the molded body are removed, In addition, it is important to perform firing in an atmosphere containing oxygen so that a gas containing carbon is generated in the closed pores in the obtained piezoelectric ceramic.

また、本発明の製造方法において、焼成後の焼結体を加工しこれを洗浄するのは、パーティクル(圧電セラミックス5を加工した際に用いる加工用砥粒や加工の際に発生した圧電セラミックス5の結晶粒子片など)を圧電セラミックス5の表面から取り除くためである。これにより、本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスを磁気記録ヘッド11の微少駆動用の圧電素子20に用いた場合にパーティクルの発生が抑えられる。   Further, in the manufacturing method of the present invention, the sintered body after firing is cleaned and cleaned (particles for processing used when processing the piezoelectric ceramic 5 or piezoelectric ceramics 5 generated during processing). This is for removing the crystal particle pieces from the surface of the piezoelectric ceramic 5. As a result, the generation of particles can be suppressed when the piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator according to the present invention is used for the piezoelectric element 20 for minute driving of the magnetic recording head 11.

次に、本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスの製造方法をさらに具体的に説明する。   Next, the method for producing a piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator according to the present invention will be described more specifically.

本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスは例えば次のように製造される。   The piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator of the present invention is manufactured as follows, for example.

出発原料として、酸化鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化アンチモン等の各粉末を用いて、所望の割合となるように秤量後、純水を加え、混合原料の平均粒径が2.0μm以下となるまで10〜30時間、ジルコニアボール等を使用したミルにより湿式混合・粉砕を行う。この混合物を乾燥後、800〜1000℃で1〜10時間仮焼する。得られた仮焼粉100重量部(成形前の原料粉体)に対して、3〜8重量部の有機バインダーと70〜200重量部の純水を加えてボールミル等で湿式混合する。得られた湿式混合後のスラリーを100〜400メッシュのステンレスメッシュでろ過して、透過したスラリーを噴霧乾燥法等の公知の方法で造粒する。得られた造粒体を所望の成形手段、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレス、押し出し成形等により成形し成形体を得る。得られた成形体を、大気中もしくは酸素を含む雰囲気中にて有機バインダーが燃焼分解する温度、すなわち500〜800℃で加熱することによって、有機バインダーの大部分を除去する。この加熱による有機バインダー除去処理においては、圧電セラミックス成形体をこう鉢内に載置し、500〜800℃でこう鉢の蓋を開放して処理することが、得られる圧電セラミックスの閉気孔内の炭素を含む気体の量を焼結体質量に対して炭素元素換算で40ppm質量未満に高精度に制御できるために好ましい。次いで、有機バインダー除去処理して得られた仮焼体をこう鉢内に収納し、こう鉢を密閉した状態で、大気中もしくは酸素気流中にて、1000〜1200℃程度で焼成することによって本発明の圧電セラミックスが得られる。焼成中にこう鉢を密閉するのは、圧電セラミックスに含有される金属元素の蒸発を抑制し、圧電歪定数を向上させるために好ましいからである。   Using each powder of lead oxide, zirconium oxide, titanium oxide, strontium carbonate, barium carbonate, zinc oxide, niobium oxide, antimony oxide, etc. as a starting material, after weighing to a desired ratio, add pure water, Wet mixing and pulverization are performed by a mill using zirconia balls or the like for 10 to 30 hours until the average particle size of the mixed raw material becomes 2.0 μm or less. The mixture is dried and calcined at 800 to 1000 ° C. for 1 to 10 hours. 3 to 8 parts by weight of an organic binder and 70 to 200 parts by weight of pure water are added to 100 parts by weight of the obtained calcined powder (raw material powder before molding) and wet-mixed with a ball mill or the like. The obtained slurry after wet mixing is filtered through a stainless mesh of 100 to 400 mesh, and the permeated slurry is granulated by a known method such as spray drying. The obtained granulated body is molded by a desired molding means such as a die press, cold isostatic pressing, extrusion molding and the like to obtain a molded body. Most of the organic binder is removed by heating the obtained molded body at a temperature at which the organic binder burns and decomposes in the air or in an atmosphere containing oxygen, that is, 500 to 800 ° C. In the organic binder removal treatment by heating, the piezoelectric ceramic molded body is placed in the mortar and the treatment is performed by opening the lid of the mortar at 500 to 800 ° C. In the closed pores of the obtained piezoelectric ceramic. This is preferable because the amount of gas containing carbon can be controlled with high accuracy to less than 40 ppm in terms of carbon element with respect to the mass of the sintered body. Next, the calcined body obtained by removing the organic binder is housed in a mortar, and the mortar is sealed and baked at about 1000 to 1200 ° C. in the atmosphere or in an oxygen stream. The inventive piezoelectric ceramic is obtained. The reason why the mortar is sealed during firing is that it is preferable in order to suppress evaporation of the metal element contained in the piezoelectric ceramic and to improve the piezoelectric strain constant.

また、有機バインダー除去処理した仮焼体に残留する炭素成分を、焼成中に閉気孔内へ炭素を含む気体として残留させるためには、特に好ましくは、90体積%以上の酸素を含む雰囲気下で焼成する。この理由は、有機バインダー除去処理した仮焼体内の気孔を高酸素濃度の酸素で置換しつつ焼成することによって、焼結途中で、閉気孔内の気体が一旦高酸素濃度となり、次に焼結が進行すると、結晶内や結晶粒界に含まれる炭素が閉気孔内へ拡散して、この炭素が閉気孔内に存在した酸素と結合し、閉気孔内に炭素を含む気体が生成するからである。閉気孔内に存在する炭素を含む気体にCOを含有させるためには、焼成工程において、十分な酸素、具体的には、得られる焼結体の体積の1000倍以上の体積の酸素ガスを供給する。また、特に好ましくは、焼成炉から排出されるガスの排気をスムースに行う必要がある。一方、酸素を実質的に含まない雰囲気中で仮焼体を焼成すると、得られる圧電セラミックス中の閉気孔内には炭素を含む気体は実質的に生成せず、炭素は結晶内と結晶粒界に固体状態で存在するため本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスを製造することができない。また、出発原料としては、酸化物や炭酸塩以外に、酢酸塩、硝酸塩、水酸化物等のように、酸化性雰囲気での熱処理によって酸化物を生成し得る化合物を用いても良い。 In order to leave the carbon component remaining in the calcined body subjected to the organic binder removal treatment as a gas containing carbon in the closed pores during firing, particularly preferably in an atmosphere containing 90% by volume or more of oxygen. Bake. The reason for this is that by firing while replacing the pores in the calcined body after the removal of the organic binder with oxygen having a high oxygen concentration, the gas in the closed pores once becomes a high oxygen concentration during sintering, and then sintered. As the process proceeds, the carbon contained in the crystal and grain boundaries diffuses into the closed pores, and this carbon combines with the oxygen present in the closed pores, producing a gas containing carbon in the closed pores. is there. In order to contain CO 2 in the gas containing carbon present in the closed pores, in the firing step, sufficient oxygen, specifically, oxygen gas having a volume 1000 times or more the volume of the obtained sintered body is used. Supply. Moreover, it is particularly preferable to smoothly exhaust the gas discharged from the firing furnace. On the other hand, when the calcined body is fired in an atmosphere substantially free of oxygen, a gas containing carbon is not substantially generated in the closed pores in the obtained piezoelectric ceramic, and the carbon is separated from the crystal and grain boundaries. Therefore, the piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator of the present invention cannot be manufactured. In addition to oxides and carbonates, starting materials such as acetates, nitrates, hydroxides, and the like may be used as compounds that can generate oxides by heat treatment in an oxidizing atmosphere.

そして、前記工程により焼結体を得た後に、研削等により圧電セラミックス5を加工する。加工を研削加工により行う場合は、湿式の平面研削盤、万能研削盤、フライス盤等の研削機械により実施するのがよく、所定の形状、厚さとなるまで加工を行う。その後必要によって研磨加工を施すが、研磨方法としてはラップ盤等の研磨機械を使用する。このとき、仕上げ面の表面粗さはJIS B 0601−1992で0.5μm以下とするのが良い。   And after obtaining the sintered compact by the said process, the piezoelectric ceramic 5 is processed by grinding etc. FIG. When the processing is performed by grinding, the processing is preferably performed by a grinding machine such as a wet surface grinder, a universal grinder, or a milling machine, and the processing is performed until a predetermined shape and thickness are obtained. Thereafter, polishing is performed if necessary, but a polishing machine such as a lapping machine is used as a polishing method. At this time, the surface roughness of the finished surface is preferably 0.5 μm or less according to JIS B 0601-1992.

さらに、前記加工後の圧電セラミックスを洗浄する。洗浄は、界面活性剤を含んだ水を超音波洗浄機の水槽に入れ、これに圧電セラミックスを浸して行う。その後、超音波洗浄機から圧電セラミックスを取り出し、水槽中の洗浄液を純水と入れ換え、さらに圧電セラミックスを純水に浸し、超音波洗浄を行う。   Further, the processed piezoelectric ceramic is washed. Cleaning is performed by putting water containing a surfactant into a water tank of an ultrasonic cleaning machine and immersing the piezoelectric ceramics in the water tank. Thereafter, the piezoelectric ceramic is taken out from the ultrasonic cleaner, the cleaning liquid in the water tank is replaced with pure water, and the piezoelectric ceramic is immersed in pure water to perform ultrasonic cleaning.

ここで、前記界面活性剤は、水と界面活性剤の合計に対して1〜30質量%含有させるのがよい。前記界面活性が1質量%より少ないと圧電セラミックス表面に付着したパーティクルを取り去ることができず、30質量%より多いと圧電セラミックスの気孔内に界面活性剤が浸透して除去しにくくなり、界面活性剤が圧電セラミックス内に残留する場合がある。界面活性剤が残留した圧電セラミックスを用いて作製した圧電素子を含むハードディスク装置をコンピュータの製造過程で搭載すると、このコンピュータの製造工程で界面活性剤がガス化してコンピュータに悪影響を及ぼす可能性があり好ましくない。   Here, the surfactant is preferably contained in an amount of 1 to 30% by mass with respect to the total of water and the surfactant. If the surface activity is less than 1% by mass, particles adhering to the surface of the piezoelectric ceramic cannot be removed. If the surface activity exceeds 30% by mass, the surfactant penetrates into the pores of the piezoelectric ceramic and is difficult to remove. The agent may remain in the piezoelectric ceramic. If a hard disk drive that includes a piezoelectric element made using piezoelectric ceramics with residual surfactant is installed in the computer manufacturing process, the surfactant may gasify during the computer manufacturing process, which may adversely affect the computer. It is not preferable.

また、前記超音波洗浄機については、10〜100kHzの電波法で割り当てられた周波数帯のものを使用し、前記純水はイオン交換水等を使用することが好ましい。   Moreover, about the said ultrasonic cleaner, it is preferable to use the thing of the frequency band allocated by the 10-100kHz radio wave method, and the said pure water uses ion-exchange water etc ..

前述の製造方法により製造された、本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスは、図2に示すように矩形形状の薄板とし、第2のアクチュエータ10の圧電素子20としてハードディスク装置7に組み込む。この第2のアクチュエータ10に例えば周波数20kHzを電圧20Vで印可し、10の10乗回駆動を付加して駆動試験を実施すると、駆動試験実施後と駆動試験初期とで変位量、圧電歪定数の各々の変化量を極めて少なくするかまたは変化をなくすことができる。また、このような駆動試験の後にも第2のアクチュエータ10に搭載した本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスは破損することがない。   The piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator of the present invention manufactured by the above-described manufacturing method is a rectangular thin plate as shown in FIG. 2 and is incorporated in the hard disk device 7 as the piezoelectric element 20 of the second actuator 10. For example, when a driving test is performed by applying a frequency of 20 kHz to the second actuator 10 at a voltage of 20 V and adding a 10 10th driving, a displacement amount and a piezoelectric strain constant are measured after the driving test and at the initial stage of the driving test. Each change can be very small or no change. Even after such a driving test, the piezoelectric ceramic for piezoelectric actuator of the present invention mounted on the second actuator 10 is not damaged.

更には、本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスにより作製された圧電素子20からは、振動、衝撃等によってハードディスク装置7内の磁気記録ディスク12上に落下するパーティクルが少ない。このため、磁気記録ヘッド11や磁気記録ディスク12に成膜された磁性層がパーティクルによって傷が付きにくく、ハードディスク装置7を長寿命化することが可能となる。   Furthermore, the piezoelectric element 20 made of the piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator of the present invention has few particles that fall on the magnetic recording disk 12 in the hard disk device 7 due to vibration, impact, or the like. Therefore, the magnetic layer formed on the magnetic recording head 11 and the magnetic recording disk 12 is not easily damaged by particles, and the life of the hard disk device 7 can be extended.

以下、本発明の実施例について説明する。   Examples of the present invention will be described below.

まず、出発原料として、Pb、ZrO、TiO、ZnO、Nb、Yb、SrCO、BaCO、Sb、NiO、TeO、Luの各粉末を表1に示す組成となるよう秤量し、ジルコニア製のボールを用いてボールミルにて水を溶媒として、平均粒径が0.3〜1μmとなるまで、混合粉砕を行った。次いでこの混合粉砕物を脱水し、乾燥後、850〜950℃で1〜3時間仮焼後、ジルコニア製ボールを用いてボールミルにて水を溶媒として、湿式で解砕、粉砕を粉体の平均粒径が0.4〜1μmとなるまで行った。その後、この粉砕物のスラリーに水性のアクリルエマルジョン樹脂バインダーを添加、混合後、ステンレス製の325メッシュでろ過し、メッシュを透過したスラリーを噴霧乾燥法により造粒し、得られた造粒粉を金型内に充填し、成形圧1.5×10N/mにて直径60mm、厚み13mmの円盤状の成形体を数枚プレス成形した。この際、添加するバインダーの量を表1に示す様に変化させた。 First, Pb 3 O 4 , ZrO 2 , TiO 2 , ZnO, Nb 2 O 5 , Yb 2 O 3 , SrCO 3 , BaCO 3 , Sb 2 O 5 , NiO, TeO 2 , Lu 2 O 3 are used as starting materials. Each powder was weighed to have the composition shown in Table 1, and mixed and ground using a zirconia ball in a ball mill using water as a solvent until the average particle size became 0.3 to 1 μm. Next, this mixed pulverized product was dehydrated, dried, calcined at 850 to 950 ° C. for 1 to 3 hours, and then crushed by pulverization using a zirconia ball in a ball mill with water as a solvent, and pulverization was average The process was performed until the particle size became 0.4 to 1 μm. Thereafter, an aqueous acrylic emulsion resin binder is added to the slurry of the pulverized product, mixed, filtered through a stainless steel 325 mesh, the slurry that has passed through the mesh is granulated by spray drying, and the resulting granulated powder is obtained. The mold was filled, and several disk-shaped compacts having a diameter of 60 mm and a thickness of 13 mm were press-molded at a molding pressure of 1.5 × 10 8 N / m 2 . At this time, the amount of the binder to be added was changed as shown in Table 1.

得られた成形体をマグネシア製こう鉢内に載置したまま、大気中、こう鉢の蓋を開けた状態で、600〜800℃で3時間有機バインダーの大部分を除去するための仮焼処理を行った。得られた仮焼体をマグネシアこう鉢内に載置し、こう鉢内に密閉した状態で、焼成雰囲気中の酸素濃度を表1に示した濃度(体積%)に制御しつつ、1150℃で3時間保持して焼成した。   A calcining treatment for removing most of the organic binder at 600 to 800 ° C. for 3 hours in the atmosphere with the lid of the mortar open while the molded body is placed in a magnesia mortar. Went. The obtained calcined body was placed in a magnesia mortar and sealed in the mortar, while the oxygen concentration in the firing atmosphere was controlled to the concentration (volume%) shown in Table 1 at 1150 ° C. Baked for 3 hours.

得られた焼結体の両表面を平面研削盤にて、約0.2mm程研磨した後、電極として銀を主成分とするペーストを塗布し、500〜600℃で30分間保持して焼き付けを行い、シリコンオイル中50〜200℃で0.5〜1.5kV/mmの電界強度の電圧を印可することにより分極処理し、圧電セラミックスを得た。   After polishing both surfaces of the obtained sintered body with a surface grinder by about 0.2 mm, a paste containing silver as a main component is applied as an electrode and held at 500 to 600 ° C. for 30 minutes for baking. And applying a voltage of electric field strength of 0.5 to 1.5 kV / mm at 50 to 200 ° C. in silicon oil to obtain a piezoelectric ceramic.

次いで日本電子材料工業界規格EMAS−6100に準拠し、および電気機械結合係数k15の測定用の素子を作製するため、10mm×2.5mm×0.25mmの形状の圧電セラミックスを研削及びダイシングにより切り出した。この素子の両主面に、約0.1μm厚みの金電極を蒸着し、電気機械結合係数k15、を測定した。また、誘電率、ヤング率を測定し、圧電歪定数d15を計算した。 Next, in order to produce an element for measuring the electromechanical coupling coefficient k 15 in accordance with Japan Electronic Materials Industry Standard EMAS-6100, a piezoelectric ceramic having a shape of 10 mm × 2.5 mm × 0.25 mm is ground and diced. Cut out. A gold electrode having a thickness of about 0.1 μm was vapor-deposited on both main surfaces of this element, and an electromechanical coupling coefficient k 15 was measured. Further, the dielectric constant, the Young's modulus was measured and calculated the piezoelectric strain constant d 15.

機械的強度は、日本工業規格JIS B R1601に準拠し、分極処理後の圧電セラミックスから40mm×4mm×3mmの試験片を研削により切り出した試料を用いて測定した。   The mechanical strength was measured in accordance with Japanese Industrial Standard JIS B R1601, using a sample obtained by cutting a 40 mm × 4 mm × 3 mm test piece by grinding from a piezoelectric ceramic after polarization treatment.

また、直径50mm×10mmの焼結体をワイヤーソーにて0.8mm厚みに切断後、ラップ加工を行い、両主面を鏡面状態とした後、実体顕微鏡を用いて、圧電セラミックスの閉気孔径(長径)、閉気孔数を測定した。   In addition, after cutting a sintered body having a diameter of 50 mm × 10 mm to a thickness of 0.8 mm with a wire saw, lapping is performed to make both main surfaces into a mirror state, and then using a stereomicroscope, the closed pore diameter of the piezoelectric ceramics (Long diameter), the number of closed pores was measured.

また、焼結体の閉気孔に含まれる気体中のCOおよびCOの濃度を次のように測定した。焼結体を密閉容器に入れてこの容器内を真空とした後、この容器内にCOおよびCOを除去した高純度のArガスをパージした。引き続いて容器内に焼結体を入れたまま焼結体を粉砕し、焼結体の閉気孔内に含まれる気体を容器内のArガス中に拡散させた。その後、容器内の気体に含まれるArを除く炭素を含む気体の濃度Pを次のガスセンサーにより250〜550℃で測定した。 Further, the concentrations of CO and CO 2 in the gas contained in the closed pores of the sintered body were measured as follows. The sintered body was put in a sealed container and the inside of the container was evacuated, and then the container was purged with high-purity Ar gas from which CO and CO 2 had been removed. Subsequently, the sintered body was pulverized while the sintered body was put in the container, and the gas contained in the closed pores of the sintered body was diffused into the Ar gas in the container. Thereafter, the concentration P 2 of the gas containing carbon, except for Ar contained in the gas in the container was measured at 250 to 550 ° C. The following gas sensor.

まず、濃度PのうちCOの濃度P2CO2は、MRS Bulletin、1999年6月号、37〜43ページ、Gas Sensors Using Solid Electrolytesに記載された方法と同様の方法で、固体電解質としてNaイオン導電体であるNASICON(例:NaZrSiPO12)に補助層(NaCO−BaCO、LiCO−BaCO、LiCO−BaCOのいずれか)を設けてネルンストの法則により発生する起電力を測定し、CO濃度に換算した。濃度P2CO2が測定限界に近い場合は、起電力とCO濃度の関係から外挿して濃度を求めた。 First, the CO 2 concentration P 2 CO 2 of the concentration P 2 is the same as that described in MRS Bulletin, June 1999, pages 37 to 43, Gas Sensors Using Solid Electrolytes. a conductor NASICON (eg: Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12) to the auxiliary layer (NaCO 3 -BaCO 3, Li 2 CO 3 -BaCO 3, Li 2 CO 3 either -BaCO 3) the provided Nernst The electromotive force generated according to the above law was measured and converted into CO 2 concentration. If the concentration P 2CO2 is close to the measurement limit was determined concentration by extrapolation from the relationship between the electromotive force and the CO 2 concentration.

また、濃度PのうちCOの濃度P2COは、P2CO2濃度測定とは別に、株式会社ラウンドサイエンス製微量還元性ガス分析計TRA−1またはTRA−1000により測定した。 The concentration P 2CO of CO of concentration P 2, apart from the P 2CO2 concentration measurement were determined by Co. Round Science Ltd. trace reducing gas analyzer TRA-1 or TRA-1000.

そして、濃度P(P2CO2、P2CO)の測定値、焼結体の質量、容器内の体積および容器内にパージしたArの量を用いて、焼結体の閉気孔に含まれる炭素を含む気体の量を焼結体質量に対する炭素元素換算で求めた。 The measure of the concentration P 2 (P 2CO2, P 2CO ), the mass of the sintered body, using the amount of Ar purged in volume and container in the container, the carbon contained in the closed pores of the sintered body The amount of gas contained was determined in terms of carbon element relative to the mass of the sintered body.

また、各試料の結晶相をX線回折法により同定した。   Moreover, the crystal phase of each sample was identified by the X-ray diffraction method.

次に、圧電素子20を次のように作製し評価した。すなわち得られた焼結体から1.8×1.4×0.16mmの焼結体をワイヤーソーにより切り出し、切り出した後の試料の表面の表面粗さを調整するため、必要に応じてラップ盤を用いて研磨加工した。その後、水温20℃のイオン交換水に界面活性剤を15質量%混合した洗浄液を超音波洗浄機の水槽内に投入し、この水槽内で周波数100kHzの超音波を印加しながら10分間試料の超音波洗浄を行う第1洗浄と、第1洗浄後に試料に付着した洗浄液を洗い落とすために、前記超音波洗浄機にてイオン交換水中で更に10分間洗浄を行う第2洗浄を実施した。洗浄後の試料を乾燥した。乾燥後の各試料の両主面に電極28としてNi−Cr層を蒸着後さらにAuを蒸着し、圧電素子20を作製した。その後、得られた圧電素子20の電極28間に3kHz、20Vの直流電圧を印加し、圧電素子20をd15モードで圧電変位させ、その変位量をレーザードップラー変位計で計測した。 Next, the piezoelectric element 20 was produced and evaluated as follows. That is, a 1.8 × 1.4 × 0.16 mm sintered body is cut out from the obtained sintered body with a wire saw, and the surface roughness of the sample after cutting is adjusted as necessary. Polishing was performed using a board. Thereafter, a cleaning liquid in which 15% by mass of a surfactant is mixed with ion exchange water having a water temperature of 20 ° C. is put into a water tank of an ultrasonic cleaning machine, and an ultrasonic wave of a frequency of 100 kHz is applied in this water tank for 10 minutes. In order to wash off the cleaning liquid adhering to the sample after the first cleaning, the first cleaning that performs sonic cleaning and the second cleaning in which cleaning is further performed in ion-exchanged water for 10 minutes was performed. The sample after washing was dried. A Ni—Cr layer was deposited as an electrode 28 on both main surfaces of each sample after drying, and then Au was further deposited to produce the piezoelectric element 20. Then, 3 kHz between the electrodes 28 of the resultant piezoelectric element 20 by applying a DC voltage of 20V, the piezoelectric element 20 is a piezoelectric displacement d 15 mode, and measuring the displacement of a laser Doppler displacement meter.

その結果、表2に示すように、本発明の試料であるNo.1〜11はすべて閉気孔内に炭素を含む気体を含有し、強度が80MPa以上、k15が70%以上、d15が850pm/V以上、変位量が100〜114nmと高く安定していた。特に閉気孔内のCO量を炭素元素に換算した量が焼結体質量に対して5〜39ppmである試料No.2〜9はd15が900pm/Vと高くなった。また平均気孔径1〜5μmの試料No.3〜9は強度が100MPa以上と高くなった。また、試料No.1〜11の結晶相は複合ペロブスカイト型酸化物からなっていた。 As a result, as shown in Table 2, the sample No. 1 of the present invention. Nos. 1 to 11 all contained a gas containing carbon in the closed pores, the strength was 80 MPa or more, k 15 was 70% or more, d 15 was 850 pm / V or more, and the displacement amount was 100 to 114 nm and was highly stable. In particular, Sample No. 2 in which the amount of CO 2 in the closed pores was converted to carbon element was 5 to 39 ppm relative to the mass of the sintered body. 2-9 d 15 was as high as 900pm / V. Sample No. 1 having an average pore diameter of 1 to 5 μm was used. The strength of 3 to 9 was as high as 100 MPa or more. Sample No. The crystal phases 1 to 11 consisted of complex perovskite oxides.

次に、圧電素子20を用いて図1、2のハードディスク装置7を次のように作製し、駆動試験を行った。   Next, the hard disk device 7 of FIGS. 1 and 2 was manufactured as follows using the piezoelectric element 20, and a drive test was performed.

圧電素子20の一方の主面と第1のアーム9a(導電板4aと導電板4bとを絶縁性のエポキシ系接着剤で接合したもの)、圧電素子20の他方の主面と第2のアーム9b(導電板4cと導電板4dとを絶縁性のエポキシ系接着剤で接合したもの)をそれぞれ導電性のエポキシ樹脂系接着剤32を用いて図2(b)、(c)のように接合した。ここで、導電板4a、4b、4dはSUS製とした。また、導電板4cは圧電素子20側がSUS製、軸受26側がMg合金製とした。また、導電板4bと導電板4dにそれぞれ導線30を接続し、第1のアーム9aと第2のアーム9bに直流電圧を印加可能なようにした。次いでハードディスク装置7を下記のように作製した。   One main surface of the piezoelectric element 20 and the first arm 9a (the conductive plate 4a and the conductive plate 4b are joined with an insulating epoxy adhesive), the other main surface of the piezoelectric element 20 and the second arm 9b (the conductive plate 4c and the conductive plate 4d joined together with an insulating epoxy adhesive) are joined together using the conductive epoxy resin adhesive 32 as shown in FIGS. 2B and 2C. did. Here, the conductive plates 4a, 4b, and 4d are made of SUS. The conductive plate 4c was made of SUS on the piezoelectric element 20 side and made of an Mg alloy on the bearing 26 side. Further, the conductive wires 30 are connected to the conductive plate 4b and the conductive plate 4d, respectively, so that a DC voltage can be applied to the first arm 9a and the second arm 9b. Next, the hard disk device 7 was manufactured as follows.

磁気記録ディスク12:2.5インチ径
スピンドルモータ22:7200rpm
1トラック当たりの記憶容量:20480バイト
記憶容量(1トラック当たりの記憶容量×1セクタの記憶容量×1トラック当たりのセクタ数):360Mバイト
磁気記録ディスク12と磁気記録ヘッド11の距離:20〜25nm
圧電素子20への印加電圧:−30〜30V
作製したハードディスク装置7を用い、ハードディスク駆動試験として、情報の読み書きを行った。情報の読み書きの際に第1のアクチュエータ8の動きが停止した状態での第2のアクチュエータ10を微小駆動させた。
Magnetic recording disk 12: 2.5 inch diameter spindle motor 22: 7200 rpm
Storage capacity per track: 20480 bytes Storage capacity (storage capacity per track x storage capacity per sector x number of sectors per track): distance between 360 Mbyte magnetic recording disk 12 and magnetic recording head 11: 20 to 25 nm
Applied voltage to the piezoelectric element 20: -30 to 30V
Using the produced hard disk device 7, information was read and written as a hard disk drive test. The second actuator 10 was finely driven in a state where the movement of the first actuator 8 was stopped when reading and writing information.

その結果、本発明の圧電セラミックス5の試料を用いて作製したハードディスク装置7は、電極28間の印加電圧を制御することにより磁気記録ヘッド11の変位量を磁気記録ディスク12の半径方向で±0.4μm以内の範囲に制御することができた。また、本発明の圧電セラミックス5を用いて作製した図2に示すハードディスク装置7は、磁気記録ディスク12の高密度化により、そのトラック間の隙間が0.2〜0.3μmの場合でも、磁気記録ヘッド11を微少駆動させ、各種データの読み書きが可能であった。また、圧電セラミックスの機械的強度が増加したことから、ハードディスク装置7の信頼性が大きく向上した。さらには、500時間以上ハードディスク装置7を駆動(データの読み書きを連続して行うこと)させてもこの間データ読み書きの際のエラーが発生することがなかった。   As a result, in the hard disk device 7 manufactured using the sample of the piezoelectric ceramic 5 of the present invention, the displacement amount of the magnetic recording head 11 is ± 0 in the radial direction of the magnetic recording disk 12 by controlling the voltage applied between the electrodes 28. It was possible to control within the range of 4 μm. The hard disk device 7 shown in FIG. 2 manufactured using the piezoelectric ceramic 5 of the present invention is magnetic even when the gap between the tracks is 0.2 to 0.3 μm due to the high density of the magnetic recording disk 12. It was possible to read and write various data by slightly driving the recording head 11. Further, since the mechanical strength of the piezoelectric ceramic has increased, the reliability of the hard disk device 7 has been greatly improved. Further, even when the hard disk device 7 was driven for 500 hours or longer (data reading / writing was performed continuously), no error occurred during data reading / writing during this time.

これに対して、成形前の原料粉体と有機バインダーとを乾式、即ち溶媒を添加せずに解砕、粉砕したり、成形前の原料粉体に溶媒を加えてスラリーとした後にこのスラリーをろ過しなかったり、酸素を含まない雰囲気中で焼成したりした試料No.12〜15の圧電セラミックスは、閉気孔内に炭素を含む気体を含有していなかった。また、試料No.12〜15は強度が65MPa以下、k15が65%以下と低く、d15が750pm/V未満と低くかった。 In contrast, the raw material powder before molding and the organic binder are dried, that is, pulverized and pulverized without adding a solvent, or a slurry is added to the raw material powder before molding to form a slurry. Sample No. which was not filtered or baked in an oxygen-free atmosphere The 12-15 piezoelectric ceramics did not contain carbon-containing gas in the closed pores. Sample No. 12-15 strength 65MPa or less, k 15 following the low 65%, d 15 was bought low as less than 750 pM / V.

また、試料No.12〜15の圧電セラミックスを用いて実施例と同様にハードディスク装置を作製した。その結果、試料No.12〜15の圧電セラミックスを搭載したハードディスク装置においては、圧電素子の変位量が小さいため、磁気記録ディスク上のトラックに磁気記録ヘッドの位置決め精度を±0.2μm以内の範囲でしか制御することができなかった。また、1〜2時間ハードディスク装置を駆動させるとデータ書き込みエラーが発生した。

Figure 0004522070
Figure 0004522070
Sample No. A hard disk device was fabricated using 12 to 15 piezoelectric ceramics in the same manner as in the example. As a result, sample no. In a hard disk drive equipped with 12 to 15 piezoelectric ceramics, since the displacement of the piezoelectric element is small, the positioning accuracy of the magnetic recording head can be controlled within a range of ± 0.2 μm or less on the track on the magnetic recording disk. could not. Further, when the hard disk drive was driven for 1 to 2 hours, a data write error occurred.
Figure 0004522070
Figure 0004522070

次に実施例1で良好な特性を示したDの組成について、その表面粗さと洗浄方法により、パーティクル量がどのようになるか評価した。   Next, with respect to the composition of D, which showed good characteristics in Example 1, it was evaluated how the particle amount would be according to the surface roughness and the cleaning method.

なお、焼結体の表面は平面研削盤で加工し、その後表面粗さを調整するため必要に応じてラップ盤を用いて研磨加工した。   The surface of the sintered body was processed with a surface grinder and then polished with a lapping machine as necessary to adjust the surface roughness.

また、加工後の試料の洗浄については、水温20℃のイオン交換水に界面活性剤を15質量%混合した洗浄液を超音波洗浄機の水槽内に投入し、この水槽内で周波数100kHzの超音波を印加しながら1〜10分間超音波洗浄を行う第1洗浄と、第1洗浄後に試料に付着した洗浄液を洗い落とすために、前記超音波洗浄機にてイオン交換水中で更に10分間洗浄を行う第2洗浄を実施した。表3の洗浄時間は前記第1洗浄の時間を示している。   For cleaning the sample after processing, a cleaning liquid in which 15% by mass of a surfactant is mixed with ion-exchanged water having a water temperature of 20 ° C. is put into a water tank of an ultrasonic cleaning machine, and an ultrasonic wave having a frequency of 100 kHz is put in the water tank. First cleaning is performed for 1 to 10 minutes while applying pressure, and cleaning is further performed in ion-exchanged water for 10 minutes in the ultrasonic cleaning machine in order to wash off the cleaning solution adhering to the sample after the first cleaning. Two washes were performed. The cleaning time in Table 3 indicates the time for the first cleaning.

洗浄後の試料から発生するパーティクルは次のように測定した。圧電セラミックスを細い金属線を用いてビーカーに入れた純水中に吊し、その状態で超音波洗浄機にて超音波を1分間かけた。その後、ビーカーから金属線に吊した圧電セラミックスをとりだして、純水中のパーティクルをパーティクルカウンター(BRANSON社製DHA−1000)で測定した。表3のパーティクル量は、測定したパーティクル数を圧電セラミックスの表面積1cm当たりの数に換算した値である。 Particles generated from the washed sample were measured as follows. The piezoelectric ceramic was suspended in pure water in a beaker using a thin metal wire, and in that state, ultrasonic waves were applied for 1 minute with an ultrasonic cleaner. Then, the piezoelectric ceramics hung on the metal wire from the beaker were taken out, and the particles in the pure water were measured with a particle counter (DHA-1000 manufactured by BRANSON). The amount of particles in Table 3 is a value obtained by converting the measured number of particles into the number per 1 cm 2 of the surface area of the piezoelectric ceramic.

また、パーティクルについては、0.5μm以下のパーティクルと、2μm以下のパーティクルを測定し、2μm以下のパーティクル量が0個/cm、0.5μm以下のパーティクル量が2000個/cm以下のものを特に良好なものと判断した。 As for particles, 0.5 μm or less particles and 2 μm or less particles are measured, and the particle amount of 2 μm or less is 0 / cm 2 , and the particle amount of 0.5 μm or less is 2000 / cm 2 or less. Was judged to be particularly good.

表3から、試料No.21〜23、No.25〜27については、その表面粗さ(Ra)が0.5μm以下と良好な仕上げ面を有しており、2μm以下のパーティクル量が0個/cm、0.5μm以下のパーティクル量が1880個/cm以下と少なく良好であった。更には、洗浄時間が長いほどパーティクル発生は少なくなった。また、表面粗さ(Ra)が小さい試料は、表面粗さが粗いものと比較して、洗浄時間が同じでもパーティクルの発生量が少なかった。 From Table 3, Sample No. 21-23, no. The surface roughness (Ra) of Nos. 25 to 27 has a good finished surface with a surface roughness (Ra) of 0.5 μm or less, the particle amount of 2 μm or less is 0 / cm 2 , and the particle amount of 0.5 μm or less is 1880. The number / cm 2 or less was good. Furthermore, the generation of particles decreased as the cleaning time increased. In addition, the sample having a small surface roughness (Ra) produced less particles even when the cleaning time was the same as that of the sample having a large surface roughness.

また、試料21〜23、25〜27について、実施例1と同様にd15モードで駆動する圧電素子20を作製し、実施例1と同様にハードディスク駆動試験を行った。その結果、磁気記録ヘッド11の変位量を±0.4μmの範囲で制御することができた。また、トラック間の隙間が0.2〜0.3μmの場合でも、磁気記録ヘッド11を微少駆動させ、各種データの読み書きが可能であった。さらには、500時間以上ハードディスク装置7を駆動させても、その間データ読み書きの際のエラーが発生しなかった。 Also, the samples 21~23,25~27, to produce a piezoelectric element 20 for driving the same to d 15 mode as in Example 1, was subjected to the same hard disk drive test as in Example 1. As a result, the displacement amount of the magnetic recording head 11 could be controlled within a range of ± 0.4 μm. Further, even when the gap between tracks was 0.2 to 0.3 μm, the magnetic recording head 11 was slightly driven, and various data could be read and written. Furthermore, even when the hard disk device 7 was driven for 500 hours or more, no error occurred during data read / write during that time.

これに対して、本発明の範囲外の試料として、実施例の試料と作製条件は同様にし、次の条件を変えた試料を作製した。すなわち、比較例として加工後のRaを0.6μmと大きくした試料、超音波洗浄を行わずにその代わりにイオン交換水で水洗(イオン交換水を流量2ml/秒の速度で10秒間試料に流した)のみを行った試料、およびRaを0.6μmとしかつ超音波洗浄を行わなかった試料を作製した。これらの試料から発生するパーティクル量を実施例と同様に測定した。その結果、Raが大きな試料No.16〜19は2μm以下のパーティクル量が0〜260個/cm、0.5μm以下のパーティクル量が2500個/cm以上となった。また、超音波洗浄を行わなかった試料No.16、20、24は、2μm以下のパーティクル量が10〜260個/cm、0.5μm以下のパーティクル量が8500〜25000個/cmとなった。特に、Raを0.6μmとしかつ超音波洗浄を行わなかった試料No.16は、2μm以下のパーティクル量が260個/cm、0.5μm以下のパーティクル量が25000個/cmと多くのパーティクルが発生した。 On the other hand, as a sample out of the scope of the present invention, the sample was prepared in the same manner as in the example and the sample was manufactured under the following conditions. That is, as a comparative example, a sample in which Ra after processing was increased to 0.6 μm, and ultrasonic cleaning was performed instead of washing with ion-exchanged water (flowing ion-exchanged water to the sample for 10 seconds at a flow rate of 2 ml / second). And a sample in which Ra was 0.6 μm and ultrasonic cleaning was not performed. The amount of particles generated from these samples was measured in the same manner as in the examples. As a result, sample No. In 16-19, the amount of particles of 2 μm or less was 0 to 260 particles / cm 2 , and the amount of particles of 0.5 μm or less was 2500 particles / cm 2 or more. Sample No. which was not subjected to ultrasonic cleaning was used. In 16, 20, and 24, the amount of particles of 2 μm or less was 10 to 260 particles / cm 2, and the amount of particles of 0.5 μm or less was 8500 to 25000 particles / cm 2 . In particular, the sample No. 1 in which Ra was 0.6 μm and ultrasonic cleaning was not performed. In No. 16, many particles were generated with a particle amount of 2 μm or less of 260 particles / cm 2 and a particle amount of 0.5 μm or less of 25000 particles / cm 2 .

また、比較例の圧電セラミックス試料を用いて、実施例と同様にハードディスク駆動試験を行った。その結果、試料No.16〜20、24を用いた場合は、パーティクルの発生が多いために1〜5分間ハードディスク装置を駆動させるとデータ書き込みエラーが発生した。

Figure 0004522070
Moreover, the hard disk drive test was done like the Example using the piezoelectric ceramic sample of a comparative example. As a result, sample no. In the case of using 16-20, 24, since many particles were generated, a data write error occurred when the hard disk drive was driven for 1-5 minutes.
Figure 0004522070

本発明の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスを用いたハードディスク装置の模式図である。1 is a schematic diagram of a hard disk device using piezoelectric ceramics for a piezoelectric actuator of the present invention. 図2(a)は、図1のハードディスク装置の一部である第2のアクチュエータの模式図、図2(b)は図2(a)の一部を示す模式図、図2(c)は図2(b)のX−X線における断面図である。2A is a schematic diagram of a second actuator that is a part of the hard disk device of FIG. 1, FIG. 2B is a schematic diagram showing a part of FIG. 2A, and FIG. It is sectional drawing in the XX line of FIG.2 (b). 従来のハードディスク装置に搭載された圧電素子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the piezoelectric element mounted in the conventional hard disk drive.

符号の説明Explanation of symbols

4a、4b、4c、4d:導体板
5、5a、5b:圧電セラミックス
7:ハードディスク装置
8:第1のアクチュエータ
9a:第1のアーム
9b:第2のアーム
10:第2のアクチュエータ
11:磁気記録ヘッド
12:磁気記録ディスク
13、20:圧電素子
14:ばね機構
15:アーム
22:スピンドルモータ
24:ケース
26:軸受
28:電極
30:導線
32:導電性接着剤
34:ボイスコイルモータ
36:絶縁層
4a, 4b, 4c, 4d: Conductor plates 5, 5a, 5b: Piezoelectric ceramics 7: Hard disk device 8: First actuator 9a: First arm 9b: Second arm 10: Second actuator 11: Magnetic recording Head 12: Magnetic recording disk 13, 20: Piezoelectric element 14: Spring mechanism 15: Arm 22: Spindle motor 24: Case 26: Bearing 28: Electrode 30: Conductor 32: Conductive adhesive 34: Voice coil motor 36: Insulating layer

Claims (7)

アームにより支持された磁気記録ヘッドを圧電セラミックスにより微少駆動させる圧電アクチュエータ用圧電セラミックスにおいて、前記圧電セラミックスの閉気孔内にCOを含む気体が焼結体質量に対して炭素元素換算で40質量ppm未満含有されており、かつ、その表面粗さが中心線平均粗さRaで0.5μm以下であることを特徴とする圧電アクチュエータ用圧電セラミックス。 In a piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator in which a magnetic recording head supported by an arm is micro-driven by piezoelectric ceramic, the gas containing CO 2 in the closed pores of the piezoelectric ceramic is 40 mass ppm in terms of carbon element with respect to the mass of the sintered body. Piezoelectric ceramics for a piezoelectric actuator, characterized in that the surface roughness is 0.5 μm or less in terms of centerline average roughness Ra. 前記閉気孔の平均気孔径が1〜5μm、閉気孔率が2体積%以下であることを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータ用圧電セラミックス。 2. The piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the closed pores have an average pore diameter of 1 to 5 μm and a closed porosity of 2% by volume or less. 前記閉気孔内のCOを含む気体の量が炭素元素換算で5質量ppm以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の圧電アクチュエータ用圧電セラミックス。 3. The piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the amount of gas containing CO 2 in the closed pores is 5 mass ppm or more in terms of carbon element. 前記圧電セラミックスの成形前の原料粉体と有機バインダーとを湿式混合してスラリーを作製する工程と、該スラリーをろ過する工程と、該ろ過後のスラリーを用いて成形体を成形する工程と、該成形体を酸素を含む雰囲気中で焼成する工程と、焼成後の焼結体を加工しこれを超音波洗浄する工程とを有する請求項1〜3のいずれかに記載の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスの製造方法。 A step of wet-mixing the raw material powder before forming the piezoelectric ceramic and an organic binder to prepare a slurry; a step of filtering the slurry; and a step of forming a molded body using the slurry after the filtration; The piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 3, comprising a step of firing the molded body in an atmosphere containing oxygen and a step of processing the sintered body after firing and ultrasonically cleaning the sintered body. Manufacturing method. 前記成形体を焼成する工程において、前記雰囲気の酸素濃度が90体積%以上であることを特徴とする請求項4に記載の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスの製造方法。 5. The method for producing a piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator according to claim 4, wherein in the step of firing the compact, the oxygen concentration in the atmosphere is 90% by volume or more. 前記加工した焼結体を界面活性剤を1〜30質量%含む溶液中にて、超音波洗浄機で洗浄した後、さらに純水で洗浄することを特徴とする請求項5に記載の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスの製造方法。 6. The piezoelectric actuator according to claim 5, wherein the processed sintered body is washed with an ultrasonic cleaner in a solution containing 1 to 30% by mass of a surfactant and then further washed with pure water. Method for manufacturing piezoelectric ceramics for use in automobiles. 磁気記録ディスクと、該磁気記録ディスクの情報記録面に情報を記録、再生する磁気記録ヘッドと、該磁気記録ヘッドを前記磁気記録ディスクの記録トラックに位置決めするために前記磁気記録ディスクの半径方向に移動させる第1のアクチュエータと、該第1のアクチュエータの一部に設けられ前記磁気記録ヘッドを第1のアクチュエータの動作とは独立して前記磁気記録ディスクの半径方向に微少距離だけ移動させる第2のアクチュエータとからなり、前記第2のアクチュエータは、先端に磁気記録ヘッドが保持された第1のアームと該第1のアームに圧電素子を介して接続した第2のアームとを有し、前記圧電素子の微少駆動により前記第1のアームを駆動させて前記磁気記録ヘッドを移動させるハードディスク装置において、前記第2のアクチュエータに用いられる圧電素子に、請求項1〜3のいずれかに記載の圧電アクチュエータ用圧電セラミックスを用いることを特徴とするハードディスク装置。 A magnetic recording disk, a magnetic recording head for recording and reproducing information on the information recording surface of the magnetic recording disk, and a radial direction of the magnetic recording disk for positioning the magnetic recording head on a recording track of the magnetic recording disk A first actuator that is moved, and a second actuator that is provided in a part of the first actuator and moves the magnetic recording head by a small distance in the radial direction of the magnetic recording disk independently of the operation of the first actuator. The second actuator has a first arm having a magnetic recording head held at the tip and a second arm connected to the first arm via a piezoelectric element, In the hard disk drive that moves the magnetic recording head by driving the first arm by minute driving of a piezoelectric element, the first arm A piezoelectric element used in the actuator, a hard disk drive, which comprises using a piezoelectric ceramic for a piezoelectric actuator according to claim 1.
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