JP5598997B2 - ジンバルアセンブリおよびその製造方法 - Google Patents

Description

概要
本発明のさまざまな実施例は一般的には、小型マイクロアクチュエータ構成を有するヘッドジンバルアセンブリを作製および使用するための装置および方法に関する。

例示的な実施例によると、ヘッドジンバルアセンブリは、ジンバルアイランドが開口部内のジンバルプレートから機械的に分離されるようにジンバルプレートの開口部に配されるジンバルアイランドを有する。ジンバルアイランドとジンバルプレートとの間には、ジンバルプレートと独立してジンバルアイランドの回転を可能にするよう圧電アクチュエータが取付けられる。ヘッドジンバルアセンブリは、ジンバルアイランドから延在するディンプルから吊るされる。

本発明のさまざまな実施例を特徴付けるこれらおよびその他の特徴および局面は、以下の詳細な説明および添付の図面を考慮すると、理解することが可能である。

例示的なデータ記憶装置の分解図を与える図である。 図１のデータ記憶装置の例示的なサスペンション部分を示す図である。 本発明の実施例に従ったヘッドジンバルアセンブリの例示的な動作を示す図である。 本発明の実施例に従ったヘッドジンバルアセンブリの例示的な構造を与える図である。 本発明の実施例に従ったヘッドジンバルアセンブリの例示的な構造を与える図である。 本発明の実施例に従ったヘッドジンバルアセンブリの例示的な構造を与える図である。 本発明の実施例に従ったヘッドジンバルアセンブリの例示的な構造を与える図である。 図４Ａ−図４Ｄの例示的なヘッドジンバルアセンブリの側面平面図を示す図である。 図４Ａ−図４Ｄのヘッドジンバルアセンブリの例示的な動作を示す図である。 本発明のさまざまな実施例に従ったヘッドジンバルアセンブリの例示的な構造を与える図である。 本発明のさまざまな実施例に従ったマイクロアクチュエータの例示的な動作を示す図である。 本発明の実施例に従ったヘッドジンバルアセンブリ上で用いられるマイクロアクチュエータの例示的な構造を与える図である。 本発明の実施例に従ったヘッドジンバルアセンブリ上で用いられるマイクロアクチュエータの例示的な構造を与える図である。 本発明の実施例に従ったヘッドジンバルアセンブリ上で用いられるマイクロアクチュエータの例示的な構造を与える図である。 本発明の実施例に従ったヘッドジンバルアセンブリ上で用いられるマイクロアクチュエータの例示的な構造を与える図である。 本発明の実施例に従ったヘッドジンバルアセンブリ上で用いられるマイクロアクチュエータの例示的な構造を与える図である。 本発明の実施例に従ったヘッドジンバルアセンブリ上で用いられるマイクロアクチュエータの例示的な構造を与える図である。 さまざまな実施例に従って実行されるステップを示すヘッドジンバルアセンブリ手順を与える図である。

詳細な説明
本開示はマイクロアクチュエータベースのヘッドジンバルアセンブリ（head gimbal assembly（ＨＧＡ））に関する。当業者ならば認識するであろうように、データ記憶装置には、データが多数の同心トラックに沿って格納される回転可能な媒体が設けられ得る。ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）は、トラックに隣接してデータ読込／書込変換器を正確に位置決めすることを可能にする。この位置決めは、変換器が媒体表面のトポグラフィに追随するよう複数の軸に沿ってジンバルで支持することによってなされる。

マイクロアクチュエータは、アセンブリの共振モードを低減するとともに第二の位置制御能力（second order positional control capabilities）を提供するよう、ＨＧＡとの使用のために提案されている。マイクロアクチュエータは、ＨＧＡ変換器の制御された回転を引き起こすために圧電（ＰＺＴ）材料または他の材料から形成され得る。動作可能ではあるが、現在のマイクロアクチュエータ設計に関連する限界には、ＨＧＡ積重ね高さの増加の必要性、非対称的な駆動および共振特性の導入、ＨＧＡ予荷重力集中の増加、ならびに電気制御信号をマイクロアクチュエータおよびスライダに別個に経路付けするためのＨＧＡにおける付加的なインタポーザ構造の必要性が含まれ得る。

したがって、本発明のさまざまな実施例はマイクロアクチュエータＨＧＡ構造の向上に向けられる。以下に説明されるように、この向上された構造は、製造および操作が容易であり、上述したような現在の設計の欠点の多くを低減または除去するよう構成され得る。

図１は、ディスクドライブデータ記憶装置１００の上面斜視図を提供する図である。この装置１００は、本発明のさまざまな実施例が有利に実施され得る例示的な環境を示すよう与えられる。しかしながら、特許請求される発明はこれに限定されないということが理解されるであろう。

装置１００は、基部デッキ１０４および上部カバー１０６から形成される封止された筐体１０２を含む。内部に配されたスピンドルモータ１０８は、多くの記憶媒体１１０を回転させるよう構成される。媒体１１０は、各々がヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）１１２によって支持されるデータ変換器の対応するアレイによってアクセスされる。図１は２つの磁気記録ディスクおよび４つの対応するヘッドの使用を示しているが、代替的には他のヘッド数およびディスク数（たとえば単一のディスクなど）ならびに他のタイプの媒体（たとえば光学媒体など）が所望のように用いられ得る。

各ＨＧＡ１１２は、好ましくは柔軟なサスペンションアセンブリ１１６を含むヘッドスタックアセンブリ１１４（「アクチュエータ」）により支持される。サスペンションアセンブリ１１６は剛性のアクチュエータアーム１１８によって支持される。アクチュエータ１１４は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１２２への電流の適用によりカートリッジ軸受アセンブリ１２０の周りを旋回するのが好ましい。これにより、ＶＣＭ１２２の制御された動作によってＨＧＡ１１２の変換器が媒体表面上に規定されるトラック（図示せず）に整列してデータを当該トラックに格納するか、または当該トラックからデータを抽出する。

アクチュエータ１１４と外部に配された装置のプリント回路基板（ＰＣＢ）１２６上の装置制御電子機器との間の電気通信をプリント回路ケーブル１２４が促進する。プリント回路ケーブル１２４は、データ記憶装置１００のいくつかの異なる構成要素とＰＣＢ１２６との通信を可能にする複数の回路を含み得る。

図２は、図１のデータ記憶装置において用いられ得る例示的なサスペンションアセンブリ１３０の等角図である。サスペンションアセンブリ１３０は、ロードビーム１３４を予荷重屈曲部１３６を介して支持する基部１３２を有する。ＨＧＡ１３８はロードビーム１３４の遠位端にて支持され、ピッチ（ｘ軸）およびロール（ｙ軸）方向に沿った多軸回転のためにジンバルプレート１４２およびディンプル（別個には示されない）を介してジンバルによって支持されるデータ変換器（ヘッド）１４０を含む。

ヘッド１４０は、関連する媒体表面に面する軸受面を有するスライダを含む。この軸受面は、スライダを媒体表面に隣接して流体力学的に支持するよう、媒体表面の高速回転によってもたらされる流体の流れと相互作用する。このような軸受面は、大気とは別の異なる流体（たとえば、ヘリウムのような不活性ガス）が筐体１０２内に保持される場合であっても、しばしば「空気軸受」表面と呼ばれる。読込および書込データ変換素子は、データを媒体表面から／媒体表面に変換するよう、スライダにたとえばその後縁に沿って搭載される。

マイクロアクチュエータをＨＧＡ１３８に統合することにより、ヘッド１４０の制御された調節が実施され得る。たとえば、直接駆動のマイクロアクチュエータ構成は、サスペンションアセンブリ１３０上に構築され得、これによりヘッド１４０の偏向を所定方向に引き起こす。このような偏向は、ヘッド１４０がロードビーム１３４の運動を引き起こすことなく回転することを可能にする回転運動を含み得る。

回転偏向を引き起こすよう、活性化の際に変形する圧電素子がヘッドとロードビーム１３４との間においてヘッド１４０の上に位置決めされ得る。しかしながらこれは、ＨＧＡの垂直方向の高さの増加といった多くの問題へとつながり得る。理解されるであろうように、記録可能媒体からＨＧＡの運動軸までの垂直方向の距離の増加は、オフトラックモーションと、偏流によって引き起こされる振動とに寄与し得る。マイクロアクチュエータのこのような配置および動作はさらに、サスペンションの周りに共振モードを引き起こす非対称的な特性を作り出す。

さらに、マイクロアクチュエータをＨＧＡの中に含むことにより、動作における衝撃のような場合にマイクロアクチュエータ素子自身に大きな荷重がかかり、破損することになり得る。マイクロアクチュエータとの接続を促進するのにインタポーザのような別個の電気的な相互接続部材が必要とされ得るが、これによって、偏流振動および共振モード励起が加えられるため、組付けおよび動作の両方においてＨＧＡにさらなる複雑性が付与され得ることになる。

したがって、図３Ａ−図３Ｃは一般的に本発明のさまざまな実施例に従った新規なマイクロアクチュエータ構造を有するＨＧＡ１５０のブロック図を示す。図３Ａ−図３Ｃは簡略化された概略図であるということが理解されるであろう。ＨＧＡ内におけるマイクロアクチュエータ構造の相互接続に関するさらなる詳細は以下に提示する。

各々が下にある構造（図示せず）に取付けられる複数の部分を有する第１および第２のマイクロアクチュエータ素子１５４および１５６の間には、スライダ１５２が配置される。マイクロアクチュエータ素子１５４および１５６が活性化されないとき、スライダは図３Ａに示されるようにデフォルト位置に位置することになる。このデフォルト位置は、図２のロードビーム１３４のような取付けられるロードビームとの所定の角関係にあり得る。

図３Ｂに示されるように、マイクロアクチュエータ素子１５４および１５６は第１の所定方向に偏向するよう活性化され得る。このような偏向は、マイクロアクチュエータのデフォルト位置を示す線分によって示されるように、第１のマイクロアクチュエータ素子１５４を収縮させると同時に第２のマイクロアクチュエータ素子１５６を伸張させることにより作り出され得る。マイクロアクチュエータ素子のこの偏向は、スライダ１５２の回転（この場合は時計回り方向の回転）を引き起こす。図３Ｃは、図３Ｂの第１の方向とは反対の第２の所定方向におけるスライダ１５２の偏向を示す図である。素子１５４は伸張され、素子１５６は収縮される。

なおマイクロアクチュエータ素子１５４および１５６の活性化は、独立してなされ得るか、または所定の量の電圧を素子に加えることにより組合せでなされ得る。いくつかの実施例では、第１のマイクロアクチュエータ素子は正極性を有するよう構成される一方、第２のマイクロアクチュエータ素子は負極性を有する。これらの反対の極性により、マイクロアクチュエータ素子１５４および１５６の各々に、伸張および伸縮といった反対の作用を引き起こし得るよう共通電圧を送ることが可能になる。

他の実施例では、マイクロアクチュエータ素子１５４および１５６の各々に独立した電圧が送られ、これによりスライダ１５２に対して異なる量の回転偏向が引き起こされる。すなわち、第２のマイクロアクチュエータ素子１５６と比較して、図３Ｃにおける第１のマイクロアクチュエータ素子１５４への電圧を増加させると、第２の素子１５６の収縮が低減され、スライダ１５２の角回転がより小さくなり得る。したがって、スライダ１５２の回転は、マイクロアクチュエータ素子１５４および１５６へ送られる電子信号のさまざまな設定により正確に操作され得る。

マイクロアクチュエータ素子１５４および１５６に加えられる電圧の極性により、さらにスライダ１５２の回転を操作するための手段が提供され得る。たとえば、第１のマイクロアクチュエータ素子１５４の上面に正電圧が加えられる一方、当該素子の底面に負電圧が加えられるように、電圧が第１のマイクロアクチュエータ素子１５４に加えられ得、これにより所定の伸張または収縮が作り出される。第２のマイクロアクチュエータ素子１５６は、底面に正電圧が加えられ、上面に負電圧が加えられる反対の構成を有してもよい。このようなさまざまな可能な接続および活性化手段はさらに、マイクロアクチュエータ素子１５４および１５６に単に信号を送信するだけで、スライダ１５２の複雑な調節が可能になる。

スライダ１５２のさまざまな回転調節が図３Ａ−図３Ｃにおいて与えられるが、マイクロアクチュエータ素子１５４、１５６およびスライダ１５２は、データを変換するよう、回転する記憶媒体の上に浮遊するように構成されるＨＧＡの構成要素である。図４Ａ−図４Ｄにおいて、図３Ａ−図３Ｃのマイクロアクチュエータ素子およびスライダを記憶媒体に隣接して浮遊させることが可能であるとともにスライダの正確な回転動作を可能にする例示的なＨＧＡ１６０が構成される。

図４Ａは、さまざまな実施例に従って構成される例示的なＨＧＡ１６０構造を示す図である。ジンバルプレート１６２は、当該プレート１６２の厚みを通って延在する開口部１６４を有するよう構成される１つの構造的構成要素である。ジンバルプレート１６２の開口部１６４の中にはジンバルアイランド１６６が配置される。ジンバルアイランド１６６は、プレート１６２に機械的に結合されない別個の部材である。すなわち、以下で論じるように、ジンバルアイランド１６６はジンバルプレート１６２から機械的に分離され、これによりプレート１６２から独立してアイランド１６６が動くことを可能にする。

なおこの点において、本願明細書において用いられる「分離される」という文言は、別個の部材が他の部材から物理的に取り外されて非接触関係となるとともにそれぞれの部材の独立した移動を可能にすることを意味する。たとえば、別個の構成要素として図４Ａにおけるジンバルアイランド１６６は、プレート１６２上に応力を引き起こすことなく回転および偏向を可能にするようにジンバルプレート１６２から分離される。

なお、図４Ａ−図４Ｄに示されるジンバルアイランド１６６およびジンバルプレート１６２のサイズおよび形状は必須ではなく、またこれらに限定されない。さまざまな実施例では、アイランド１６６は、アイランド１６６の中心の最大回転運動を可能にするよう構成される。他の実施例では、ジンバルプレート１６２の部分が、ジンバルアイランド１６６の最大回転運動を可能にするようにされる。

さらに図４Ｂでは、ＨＧＡ１６０はさらに、ジンバルアイランド１６６上の電極１７０に電気信号を転送することが可能なフレックス回路１６８を取付けることにより構成される。ジンバルアイランド１６６は、ジンバルプレート１６２からは分離されたままで、フレックス回路１６８によって吊るされた状態にされる。したがって、ジンバルアイランド１６６が動くと、フレックス回路１６８の少なくとも一部が対応して動くことになる。いくつかの実施例では、フレックス回路１６８の全長は弾性があり、独立した回路および相互接続された回路に対応し得る複数の回路経路を維持し得る。これらの回路は、１つ以上の電極１７０によってＨＧＡ１６０の構成要素に接続される。

示されるように、６つの独立した回路がフレックス回路１６８上に配置され、６つの対応する電極１７０を有する。これらの電極１７０は、データ変換ヘッドのような単一の構成要素、またはマイクロアクチュエータのような複数の構成要素に電気的に相互接続され得る。ジンバルアイランド１６６は第１の取付パッド１７２を有し得る。第１の取付パッド１７２は、アイランド１６６の所定の部分上の複数の第２の取付パッド１７４同士の間に配される。第３の取付パッド１７６の対が、ジンバルプレート１６２上において第２の取付パッド１７４と整列するよう位置決めされる。

アイランド１６６の所定の部分の構成ならびに取付パッドの数およびタイプは、図４Ｂ−図４Ｄに示される実施例に限定されず、本開示の精神から逸脱することがなければ所望のように修正され得る。たとえば、第１の取付パッド１７２は、エポキシまたは他の誘電性の接着剤材料であり得るとともに、第２および第３の取付パッド１７４および１７６は、磁気的または物理的な留め具であり得る。

図４Ｃでは、ＨＧＡ１６０は、ジンバルアイランド１６６の第２の取付パッド１７４とジンバルプレート１６２の第３の取付パッド１７６とに接続されるマイクロアクチュエータ１７８を有する。さまざまな実施例では、各マイクロアクチュエータ１７８は圧電材料から構成され、ジンバルプレート１６２上のノード１８０を介してフレックス回路１６８の一部に接続される。マイクロアクチュエータ１７８のサイズ、組成、および構成は限定されないが、ジンバルアイランド１６６およびプレート１６２の両方へのマイクロアクチュエータ１７８の取付によって、マイクロアクチュエータ１７８の１つまたは両方が対応して運動することによりアイランド１６６が偏向することが可能になり得る。

ジンバルアイランド１６６は、ジンバルプレート１６２から分離されたままであるが、マイクロアクチュエータ１７８により、プレート１６２に対して片持ち梁の態様で接続される。マイクロアクチュエータ１７８が活性化されると、ジンバルアイランド１６６は、図３Ａ−図３Ｃに示されるように、ジンバルプレート１６２との機械的に分離された関係を維持しつつ回転および偏向することになる。

さらにこのような分離された関係は、ジンバルプレート１６２上に位置決めされるノード１８０により、各マイクロアクチュエータ１７８を直接的にフレックス回路１６８に接続することにより維持される。図４Ｂ−図４Ｄのフレックス回路１６８の構成によると、フレックス回路１６８は、プレート１６２に対するジンバルアイランド１６６の運動がマイクロアクチュエータ１７８によって引き起こされると変形し得る。しかしながら、フレックス回路１６８の変形は、アイランド１６６とプレート１６２との間の分離された関係により、ノード１８０を圧迫したり偏向したりしない。したがって、マイクロアクチュエータ１７８との必要な電気的な相互接続を確立するのにインタポーザのような別個の支持構成要素は必要なくなる。上で論じたように、マイクロアクチュエータの活性化により、伸張および／または短縮が引き起こされる。

いくつかの実施例では、マイクロアクチュエータ１７８は活性化の間には、伸張モードで動作するよう位置決めされる。このような伸張により、マイクロアクチュエータを高さ表面が取付パッドに当接するように側上に配置する以前の方向付けと比較して、ジンバルアイランド１６６の活性化がより安定かつ正確になり得る。

図４Ｄはさらにジンバルアイランド１６６の第１の取付パッド１７２に取付けられた変換器を含み、さまざまな電極１７０（図示せず）をスライダ１８２に接続するＨＧＡ１６０を示す。理解され得るように、この変換器は、空気軸受面を有するスライダ１８２を含み、記憶媒体からデータを読出すおよび／または記憶媒体にデータを書込む能力を有する多くの磁気的および／または光学的変換構成要素を含み得る。

スライダ１８２をさまざまな電極１７０に取付け、かつジンバルプレート１６２の如何なる部分にも取付けないことにより、スライダがプレート１６２との機械的に分離された関係で回転および偏向することが可能になる。このような分離される構成により、マイクロアクチュエータ１７８は、ジンバルプレート１６２に機械的に結合される支持フレームが存在していた場合に乗り越えなければならないばね力抵抗または慣性が存在しないので、迅速かつ容易にジンバルアイランド１６６およびスライダ１８２を偏向させることができる。

すなわち、ジンバルアイランド１６６は、マイクロアクチュエータ１７８が引き起こす運動への抵抗を、たとえあったとしても、ほとんどなくす。対照的に、アイランド１６６をプレート１６２に機械的に結合させる支持フレームまたは相互接続構成要素が存在すると、マイクロアクチュエータ１７８の偏向力によって克服されなければならない付加的な力が含まれることになる。

図５は、本発明のさまざまな実施例に従った例示的なＨＧＡ１９０の側面図を一般的に示す図である。ＨＧＡ１９０は、プレート１９２内の線分に示されるように、ジンバルアイランド１９４が中に配置される開口部（図示せず）を有するジンバルプレート１９２を有する。当該ジンバルプレート１９２およびアイランド１９４に隣接してフレックス回路１９６が位置決めされる。フレックス回路１９６は、電気トレース１９８の形態にある独立した回路を提供する。

ジンバルプレート１９２およびアイランド１９４の両方にマイクロアクチュエータ２００が取付けられる。上部マイクロアクチュエータ電極２０２および底部マイクロアクチュエータ電極２０３は各々、フレックス回路１９６の１つ以上のトレース１９８に電気的に接続される。上部電極は、ノード２０４を介して電気的に接続され得るとともに、底部電極はノード２０５を介して電気的に接続され得る。ノード２０５は、導電材料から構成され、ジンバルプレート１９２の上に位置決めされる。しかしながら、このような構成は必須ではなく、これに限定されない。

スライダ２０６はさらに、複数のマイクロアクチュエータ２００の間のジンバルアイランド１９４に取付けられ、フレックス回路１９６の少なくとも１つの電気トレース１９８に接続される。ＨＧＡ１９０は、ジンバルアイランド１９４から延在するとともに、複数の軸に沿ったＨＧＡ１９０全体の移動を可能にするディンプル２０８によって吊るされる。上部電極２０２および底部電極２０３の電気的接続により、電極の各々の独立した動作でスライダの正確な調節が促進され得る。

ディンプル２０８に直接的に接続される機械的に分離されるジンバルアイランド１９４上のマイクロアクチュエータ２００にスライダ２０６が横方向に隣接する構成によって、ディンプル２０８からスライダ２０６の底部まで計測される全体のＨＧＡ高さ２１０が低くなることが可能になる。図５に示されるこの低いＨＧＡ高さ２１０は、図１の装置１００のようなデータ記憶装置において、より多くの記憶媒体を設置するよう用いられ得る垂直方向の空間を保持する。比較すると、構成要素同士を相互接続するとともにマイクロアクチュエータをスライダの上に位置決めする支持フレームは、ＨＧＡ高さを増加させるとともに、偏流によって引き起こされる振動および共振モードのような望まれない結果を作り出す。

ディンプル２０８によってＨＧＡ１９０、具体的にはジンバルアイランド１９４を吊るすことによりスライダ２０６の荷重を直接的に保持することによって、マイクロアクチュエータ２００上への予荷重の圧迫がさらに低減される。このような予荷重の圧迫の低減により、劣化を起こすような弊害または破損につながることなくマイクロアクチュエータ２００が動作における衝撃に耐えることが可能になる。低いＨＧＡ高さ２１０がさらに、ジンバルアイランド１９４の偏向の際に変形するフレックス回路１９６を介するマイクロアクチュエータ２００およびスライダ２０６の直接的な電気的接続に寄与する。すなわち、マイクロアクチュエータ２００およびスライダ２０６へのこの直接的な接続により、ＨＧＡ高さ２１０を増加させ得る相互接続構成要素の除去が可能になる。

図６Ａ−図６Ｃは、本発明のさまざまな実施例に従ったＨＧＡ２２０の例示的な動作を示す図である。図６Ａは、ジンバルプレート２２２とジンバルアイランド２２４との間の角関係に規定されるデフォルトのスライダ位置を示す。このような角関係は、多くの態様で特徴づけられ得る。この態様には、スライダの長軸とジンバルプレート２２２の側壁との並行関係、およびマイクロアクチュエータ２２６とのスライダの長軸の連続的な並行関係が含まれるが、これらに限定されない。

マイクロアクチュエータ２２６が活性化されると、図６Ｂに示されるようにジンバルアイランドは、１つのマイクロアクチュエータの長さが収縮する一方、対向するマイクロアクチュエータの長さが伸張することにより、ジンバルプレート２２２における開口部内において偏向されることになる。理解され得るように、マイクロアクチュエータ２２６を取付け部分２３０を介してジンバルアイランド２２４およびプレート２２２の両方に取付けたことにより、ジンバルアイランド２２４は偏向が引き起こされるにもかかわらずジンバルプレート２２２から機械的に分離されたままである。

図６Ｃは、図６Ａ−図６Ｂの動作を作り出すよう用いられる信号を一般的に示す、例示的なマイクロアクチュエータの制御グラフ２３２を提供する図である。いくつかの実施例では、マイクロアクチュエータ２２６は、共通電圧がマイクロアクチュエータの伸張および収縮（短縮）を同時に引き起こすように用いられ得るように、反対の極性を有するようセットされる。正電圧がマイクロアクチュエータ２２６に提供されると、右といったような所定方向に同時に収縮および伸張が発生し、この収縮および伸張は所定のスライダ偏向および電圧２３４が達成されるまで続く。

連続的な電圧によってスライダが所定のスライダ方向および偏向にいつまでも留まる場合は、正電圧の除去により、ＨＧＡ２２０がデフォルト位置に戻るとともにゼロ電圧２３６に戻り得る。所望のように、正電圧２３４がマイクロアクチュエータへ再導入され得るか、または負電圧２３８が反対の所定方向（図示せず）のスライダ偏向を引き起こすよう導入され得る。

なお、所定方向、右、および左、は単に明瞭さのためだけに与えられたものであり、必ずこのようでなければならないわけではない。たとえば、図６Ｃにおいては負電圧が引き起こしたように、正電圧が左方向への偏向を引き起こし得る。なお、スライダ偏向および電圧は、所定の最大レベルを達成する必要はない。すなわち、図６Ｃに示される右および左についての所望の電圧よりも小さい電圧がマイクロアクチュエータ２２６に適用され得る。より低い電圧の適用により、比例して所定方向に偏向がより小さくなる。

したがって、マイクロアクチュエータ２２６には共通電圧が適用され得、これによりジンバルプレート２２２の開口部２２８の構成によって許される最大偏向内の任意数の位置にスライダを偏向させる。さまざまなスライダ位置は、望まれない動作特性を作り出し得る共振モードを低減させるＨＧＡ２２０の対称的な構成によって安定化される。

図７は、さまざまな実施例に従って構成される例示的なＨＧＡ２４０構造を示す図である。ジンバルプレート２４２は、当該プレート２４２の厚みを通って延在する開口部２４４を有するよう構成される１つの構造的構成要素である。ジンバルプレート２４２の開口部２４４内には、ジンバルアイランド２４６が配置される。ジンバルアイランド２４６は、プレート２４２に機械的に結合されない別個の部材である。ＨＧＡ２４０は、ジンバルアイランド２４６上の電極（図示せず）に電気信号を転送することが可能なフレックス回路２４８を含む。ジンバルアイランド２４６は、ジンバルプレート２４２から分離されたままで、フレックス回路２４８によって吊るされる。ＨＧＡ２４０は、圧電材料２５２および非圧電材料２５４から構成されるマイクロアクチュエータ２５０を有する。マイクロアクチュエータ２５０が活性化されると、ジンバルアイランド２４６は図３Ａ−図３Ｃに示されるように、ジンバルプレート２４２との機械的に分離された関係を維持しつつ回転および偏向することになる。

図８は、圧電層２６２および非圧電層２６４を有するマイクロアクチュエータ２６０を示す図である。マイクロアクチュエータ２６０が活性化されていないときは、マイクロアクチュエータ２６０は、幻像線で示されるデフォルト位置に存在することになる。図８に示されるように、マイクロアクチュエータ２６０を活性化すると、マイクロアクチュエータ２６０は伸張するだけでなく屈曲もする。なぜならば非圧電層２６４は圧電層２６２と同じ割合で伸張し得ないからである。マイクロアクチュエータ２６０は圧電層の中立軸２６６の周りに屈曲し得る。屈曲の結果、マイクロアクチュエータ２６０は、寸法Ｄで示される付加的な直線変位を得る。この付加的な直線変位Ｄは、マイクロアクチュエータ２６０に付加的な回転作動能力を与える。

図９は、圧電層２８２および非圧電層２８４を有する、ＨＧＡ上での使用のためのマイクロアクチュエータ２８０を示す図である。非圧電層２８４は、接着または粘着層２８６によって圧電層２８２に接着または粘着される。マイクロアクチュエータ２８０は、ＨＧＡ（図示せず）に接続されるフレックス回路２８８に接続される。マイクロアクチュエータ２８０は、活性化されると、屈曲および伸張し得る。

図１０は、圧電層３０２および非圧電層３０４を有する、ＨＧＡ上での使用のためのマイクロアクチュエータ３００を示す図である。圧電層３０２は非圧電層３０４に対して配される。マイクロアクチュエータ３００は、ＨＧＡ（図示せず）に接続されるフレックス回路３０６に接続される。圧電層３０２と非圧電層３０４との間には、薄型電極およびシード層（図示せず）が存在し得る。

図１１は、第１の圧電層３２２および第２の圧電層３２４と、非圧電層３２６と、接着または粘着層３２８とを有する、ＨＧＡ上での使用のためのマイクロアクチュエータ３２０を示す図である。第１の圧電層３２２および第２の圧電層３２４は、接着または粘着層３２８によって一緒になるよう接着または粘着される。第２の圧電層３２４は非圧電層３２６に対して配される。マイクロアクチュエータ３２０は、ＨＧＡ（図示せず）に接続されるフレックス回路３３０に接続される。第２の圧電層３２４および非圧電層３２６の間には、薄型電極およびシード層（図示せず）が存在し得る。

上述した実施例の各々において、非圧電層はシリコンまたは任意の他の好適な非圧電材料であってもよい。圧電層は厚さが１μｍ〜１５０μｍであり、非圧電層は厚さが５０μｍ〜２００μｍであってもよい。さらに、非圧電層は、圧電層のディスクに面する表面全体をカバーすることに限定されない。たとえば、非圧電材料はパターニングされてもよい。図１２Ａ−図１２Ｃに示されるように、マイクロアクチュエータ３４０は、圧電材料３４４上にパターニングされた非圧電材料３４２を含む。

図１３は、本発明のさまざまな実施例に従ったヘッドジンバルアセンブリ手順２４０についてのフローチャートを与える図である。この手順はステップ２４２において、ジンバルプレートに、当該プレートの領域範囲に包囲された開口部を設けることから始まる。すなわち、開口部は、ジンバルプレートの表面領域を通り過ぎて延在することなく開口部を連続的に取り囲むジンバルプレートの環状の側壁を有する。しかしながら、開口部は円形状に限定されず、図４Ａ−図４Ｄおよび図６Ａ−図６Ｂに示される開口部のように線形の境界を有し得る。

ステップ２４４において、ジンバルアイランドがジンバルプレートから機械的に分離されるように開口部内に位置決めされる。したがって、ジンバルアイランドは、ジンバルプレートにおいて運動を引き起こすことなく、回転、偏向、および振動することが可能である。その後、ステップ２４６において、ジンバルプレートおよびアイランドの両方の上に位置決めされる少なくとも１つの取付パッドと組み合わせて、フレックス回路がジンバルアイランドおよびジンバルプレートに隣接して位置決めされる。いくつかの実施例では、フレックス回路は、その全長に沿って連続的に弾性的であり、同時に電極を介してジンバルアイランド上で終端する複数の独立した回路を収容する。

さらに、さまざまな実施例では、マイクロアクチュエータ取付パッドは、別個のスライダ取付パッドおよびジンバルアイランドがジンバルプレートの開口部の中心に存在するように線形に整列される。ステップ２４８では、マイクロアクチュエータは取付パッドによって固定され、ジンバルプレートとジンバルアイランドとの間に取付けられる。したがって、マイクロアクチュエータは、ジンバルプレートの運動を引き起こすことなく、ジンバルアイランドを偏向させ得る。いくつかの実施例では、ステップ２４８は、マイクロアクチュエータを、マイクロアクチュエータの活性化の間に変形しないフレックス回路の部分に電気的に接続させることを含み得る。

ステップ２５０において、ジンバルアイランドの所定の部分にスライダが取付けられ、これによりジンバルプレートによる運動とは独立して回転および偏向を可能にする。その後、ジンバルアイランドおよびジンバルプレートがフレックス回路を介して位置決めおよび電気的に接続された状態で、ステップ２５２において、ジンバルアイランドから延在するディンプルでジンバルアイランドを吊るすことによりヘッドジンバルアセンブリが形成される。すなわち、ジンバルアイランドおよびジンバルアイランドに固定されるスライダは、スライダの回転中心がディンプルの回転中心に対応するようにディンプルによって直接的に接続および吊るされる。さまざまな実施例では、ディンプルはさらにジンバルプレートとアイランドとの間のマイクロアクチュエータ接続を介してジンバルプレートを吊るす。

ステップ２５２においてジンバルヘッドアセンブリが完全に形成されると、スライダおよびジンバルアイランドの偏向が決定されるステップ２５４が実行される。スライダ偏向が望まれない場合、手順２４０はステップ２５６において終了することになる。しかしながら、偏向が望まれる場合は、ステップ２５８において所定の信号がマイクロアクチュエータを活性化し、ジンバルプレート開口部における所定方向への伸張を引き起こすことになる。上で論じたように、スライダの偏向の方向および大きさは限定されず、ステップ２５８の間に所望のように正確に操作され得る。

当業者ならば理解し得るように、本願明細書において例示されたさまざまな実施例は、有用な動作特性を提供する小型のＨＧＡ構成を提供し得る。スライダに横方向に隣接して位置決めされるマイクロアクチュエータを有するＨＧＡの対称的な構成により、スライダの分解能を増加させつつ共振振動モードが低減され得る。機械的に分離されるジンバルアイランドがディンプルへの直接的な接続によって吊るされ、相互接続構成要素の除去が可能になるとともにＨＧＡ高さが小さくなる。小さいＨＧＡ高さにより、偏流および動作における衝撃についての特性が向上する。本願明細書において論じられたさまざまな実施例には、多くの可能性のある用途があり、ある分野の電子媒体またはあるタイプのデータ記憶装置に限定されないということが理解されるであろう。

上記の説明において本発明のさまざまな実施例の多くの特性および利点を本発明のさまざまな実施例の構造および機能の詳細とともに記載してきたが、この詳細な説明は単に例示目的であって、特に部分の構造および構成において、添付の特許請求の範囲が表現される文言の広く一般的な意味によって示される全範囲に対する本発明の原理内で詳細が変更されてもよいということは理解されるべきである。

１４２，１６２，１９２，２２２，２４２ ジンバルプレート、１６４，２２８，２４４ 開口部、１６６，１９４，２２４，２４６ ジンバルアイランド、１５４，１５６ マイクロアクチュエータ素子、２０８ ディンプル。

Claims (13)

1. ジンバルプレートの開口部内に、前記ジンバルプレートとは機械的に分離されて配されるジンバルアイランドを設けるステップと、
   前記ジンバルプレートとは独立して前記ジンバルアイランドの回転を可能にするように、前記ジンバルアイランドと前記ジンバルプレートとに、第１および第２のマイクロアクチュエータ素子を取付けるステップと、
   前記第１および第２のマイクロアクチュエータ素子の間の位置の、前記ジンバルアイランドに、空気軸受面および１対の対向する側部を有するスライダを取付けるステップと、
   前記ジンバルアイランドから延在するディンプルによりジンバルアセンブリを吊るすステップとを含み、
   前記第１および第２のマイクロアクチュエータ素子を取付ける前記ステップは、
   前記第１および第２のマイクロアクチュエータ素子を、前記スライダの前記１対の側部のそれぞれが後に配置される位置に沿うように配置するとともに、
   前記第１および第２のマイクロアクチュエータ素子のそれぞれの第１の端部を、前記スライダの１つの端部の両側端に近接して、前記ジンバルアイランドに接続し、
   前記第１および第２のマイクロアクチュエータ素子のそれぞれの、前記第１の端部とは反対側の第２の端部を、前記ジンバルプレートに接続するステップを含む、ジンバルアセンブリの製造方法。
2. 前記開口部は、前記ジンバルアイランドを取囲む連続的に延在する側壁を有する、請求項１に記載のジンバルアセンブリの製造方法。
3. 前記ジンバルアイランドの回転中心は前記ディンプルの回転中心に対応する、請求項１または２に記載のジンバルアセンブリの製造方法。
4. 前記第１および第２のマイクロアクチュエータ素子は圧電層と非圧電層とを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のジンバルアセンブリの製造方法。
5. 複数の独立した回路を前記ジンバルアイランドに提供するようフレックス回路が前記開口部に亘る、請求項１〜４のいずれか１項に記載のジンバルアセンブリの製造方法。
6. 前記フレックス回路は前記ジンバルアイランドの偏向に応じて変形する、請求項５に記載のジンバルアセンブリの製造方法。
7. 前記第１および第２のマイクロアクチュエータ素子の活性化により、前記ジンバルプレートとは独立して前記ジンバルアイランドの運動が引き起こされる、請求項１〜６のいずれか１項に記載のジンバルアセンブリの製造方法。
8. ジンバルプレートと、
   前記ジンバルプレートの開口部内に、前記ジンバルプレートから分離されて配されるジンバルアイランドと、
   前記ジンバルアイランドに取り付けられる、空気軸受け面および１対の対向する側部を有するスライダと、
   前記ジンバルプレートとは独立して前記ジンバルアイランドの回転を可能にするように、前記ジンバルアイランドと前記ジンバルプレートとの間に各々が取付けられる、間隔を空けた第１および第２のマイクロアクチュエータ素子と、
   ジンバルアセンブリを吊るすよう前記ジンバルアイランドから延在するディンプルとを含み、
   前記第１および第２のマイクロアクチュエータ素子は、前記スライダの前記１対の側部のそれぞれに沿って配置され、
   前記第１および第２のマイクロアクチュエータ素子のそれぞれの第１の端部が、前記スライダの１つの端部の両側端に近接して、前記ジンバルアイランドに接続され、
   前記第１および第２のマイクロアクチュエータ素子のそれぞれの、前記第１の端部とは反対側の第２の端部が、前記ジンバルプレートに接続される、ジンバルアセンブリ。
9. 前記第１および第２のマイクロアクチュエータ素子は、フレックス回路に電気的に接続され、圧電層と非圧電層とを含む、請求項８に記載のジンバルアセンブリ。
10. 前記第１のマイクロアクチュエータ素子は第１の極性を有するように構成され、前記第２のマイクロアクチュエータ素子は前記第１の極性とは反対の第２の極性を有するよう構成される、請求項８または９に記載のジンバルアセンブリ。
11. 活性化の際には、前記第１のマイクロアクチュエータ素子はその長さを増加させるよう伸張するとともに、前記第２のマイクロアクチュエータ素子はその長さを減少させるよう収縮する、請求項１０に記載のジンバルアセンブリ。
12. 前記第１および第２のマイクロアクチュエータ素子は、適用される共通電圧によって同時に活性化される、請求項８〜１１のいずれか１項に記載のジンバルアセンブリ。
13. 前記非圧電層は前記第１および第２のマイクロアクチュエータ素子を圧電中立軸周りに屈曲させる、請求項９に記載のジンバルアセンブリ。

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