JP5633599B2 - 圧電素子 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子に関する。

従来より、一対の圧電素子をスライダ駆動用のアクチュエータとして利用するハードディスク装置（ＨＤＤ）ヘッドサスペンションが知られている。

一対の圧電素子は、ＨＤＤヘッドサスペンションに搭載する際、それぞれの分極の向きが異なるように、たとえば表裏が互いに逆になるように搭載する必要があるため、素子の極性を外観から判別できることが好ましい。

たとえば下記特許文献１には、圧電素子の方向性を外観から判別する技術として、素子表面にマーキングを施す技術が開示されている。

特開２００２−１９０４５７号公報

しかしながら、上述した従来技術に係る圧電素子では、素子表面のマーキングからパーティクルが生じる虞があり、そのパーティクルが、磁気ヘッドやディスク内に付着したり、磁気ディスク内を汚染したりする。その結果、ＨＤＤの信頼性が低下してしまう。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、パーティクルを抑制しつつ、その外観から極性を判別可能な圧電素子を提供することを目的とする。

本発明に係る圧電素子は、互いに対向する一対の主面を有する圧電体と、圧電体の主面上に配置された電極と、圧電体の主面上に設けられ、電極で覆われた識別パターンとを備える。

この圧電素子においては、圧電体の主面上に設けられた識別パターンが、電極で覆われていることで、識別パターンに起因するパーティクルの発生が抑制されており、かつ、識別パターンにより圧電素子の極性をその外観から判別することができる。

また、識別パターンが導電材料で構成されている態様であってもよい。識別パターンが絶縁材料で構成されている場合には、識別パターン周辺の圧電体への印加電圧が部分的に低下する。そこで、識別パターンを導電材料で構成することにより、識別パターンが電極の一部として機能し、上記の印加電圧の低下が抑制される。なお、識別パターンが圧電材料で構成されている場合も、識別パターンが圧電体の一部として機能するため、上記の印加電圧の低下が抑制される。

本発明によれば、パーティクルを抑制しつつ、外観から極性を判別可能な圧電素子が提供される。

図１は、本発明の実施形態に係るサスペンションを示す概略平面図である。 図２は、図１に示すベースプレートの平面図である。 図３は、図１に示すヒンジ部品の平面図である。 図４は、図１のサスペンションに搭載される圧電素子の分解斜視図である。 図５は、図１のサスペンションに搭載される圧電素子のＶ−Ｖ線断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

以下に本発明の実施形態に係るディスク装置用サスペンション１０について、図１〜５を参照して説明する。

図１に示されたデュアル・アクチュエータ方式のサスペンション１０は、ロードビーム１１と、マイクロアクチュエータ部１２と、ベースプレート１３、ヒンジ部材１４を備えている。

ロードビーム１１は、厚さが例えば１００μｍ前後のばね性を有する金属板からなり、その先端部にロードビーム１１にフレキシャ１５が取付けられている。フレキシャ１５はロードビーム１１よりもさらに薄い金属製の薄板ばねからなる。フレキシャ１５の前端部に、磁気ヘッドを構成するスライダ１６が設けられている。

図２に示すようにベースプレート１３の基部２０に円形のボス孔２１が形成されている。ベースプレート１３の基部２０と前端部２２との間に、後述する圧電素子４０を収容可能な大きさの一対の開口部２３が形成されている。一対の開口部２３の間に、ベースプレート１３の前後方向（サスペンション１０の軸線方向）に延びる帯状の連結部２４が設けられている。連結部２４は、ベースプレート１３の幅方向（図１中に矢印Ｓで示すスウェイ方向）にある程度撓むことができる。

ベースプレート１３の基部２０は、図示しないボイスコイルモータによって駆動されるアクチュエータアームの先端部に固定され、ボイスコイルモータによって旋回駆動されるようになっている。ベースプレート１３は板厚が例えば２００μｍ前後のステンレス鋼などの金属板からなる。本実施形態の場合、ベースプレート１３とヒンジ部材１４とによって、アクチュエータベース２５が構成されている。

図３に示すようにヒンジ部材１４は、ベースプレート１３の基部２０に重ねて固定される基部３０と、ベースプレート１３の連結部２４と対応した位置に形成された帯状のブリッジ部３１と、ベースプレート１３の前端部２２と対応した位置に形成された中間部３２と、板厚方向に弾性変形可能な可撓性を有する一対のヒンジ部３３と、ロードビーム１１に固定される先端部３４などを有している。このヒンジ部材１４は、板厚が例えば５０μｍ前後のばね性を有する金属板からなる。

マイクロアクチュエータ部１２には、圧電アクチュエータとして、一対の圧電素子４０が搭載されている。圧電素子４０はいずれも長方形平板状であり、その長手方向がベースプレート１３の前後方向（サスペンション１０の軸線方向）に沿って互いにほぼ平行となるように、アクチュエータベース２５の開口部２３に収容されている。

ここで、圧電素子４０の構成について、図４および図５を参照しつつ説明する。なお、説明の便宜上、適宜、圧電素子４０の長手方向をＸ方向、短手方向をＹ方向、厚さ方向をＺ方向として説明する。

圧電素子４０は、圧電体４１と、圧電体４１の対向する一対の主面４１ａ、４１ｂ上に配置された一対の電極４２Ａ、４２Ｂとで構成されている。圧電素子４０の寸法は、一例として、長手方向長さ１．０ｍｍ、短手方向長さ０．３ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍである。

圧電体４１は、長方形平板状であり、たとえばＰＺＴ等の圧電材料で構成されている。圧電体４１は、その上面４１ａが正極に、その下面４１ｂが負極になるように分極処理されている。

圧電体４１の主面（上面４１ａおよび下面４１ｂ）にはそれぞれの中央付近に、識別パターン４３Ａ、４３Ｂが形成されている。各識別パターン４３Ａ、４３Ｂは、Ａｇ、ＡｇＰｂ合金、Ａｕ等の導電材料で構成されている。上面側の識別パターン４３Ａは、上面４２ａが正極側であることを示すプラス（＋）状パターンであり、一方、下面側の識別パターン４３Ｂは、下面４２ｂが負極側であることを示すマイナス（−）状パターンである。識別パターン４３Ａ、４３Ｂの寸法は、一例として、厚さ０．００１ｍｍ、線幅０．０５ｍｍである。

このような識別パターン４３Ａ、４３Ｂを有する圧電体４１は、一例として、以下のようにして形成することができる。

まず、圧電体４１となるべき圧電体グリーンシートを準備する。そして、この圧電体グリーンシートの表面に、識別パターンとなるべき導電ペーストを印刷する。そして、圧電体グリーンシートを焼結させ、それと同時に導電ペーストも焼結させる（いわゆる、同時焼成）。それにより、主面４１ａ、４１ｂ上に、識別パターン４３Ａ、４３Ｂが形成された圧電体４１が得られる。この圧電体４１においては、その上下面４１ａ、４１ｂは自然面（焼結後の表面状態が維持されている面）である。

一対の電極４２Ａ、４２Ｂは、圧電体４１の主面４１ａ、４１ｂの全域を覆うように設けられている。一対の電極４２Ａ、４２Ｂのうち、圧電体４１の上面４１ａ側を覆う電極４２Ａは正極電極であり、一方、圧電体４１の下面４１ｂ側を覆う電極４２Ｂは負極電極である。各電極４２Ａ、４２は、Ａｕで構成されており、めっきや蒸着、スパッタ等の真空製膜法によって形成される。このような真空製膜法によれば、焼結に比べて、より緻密な表面状態の電極を形成することができ、パーティクルが生じにくい。

このような圧電素子４０をサスペンション１に搭載するときには、図５に示すように、圧電素子４０の長手方向（Ｘ方向）が、ベースプレート１３の前後方向（サスペンション１０の軸線方向）に沿うようにして、ベースプレート１３の開口部２３に収容する。このとき、圧電素子４０の前端部はヒンジ部材１４の中間部３２に支持されるようにして接着剤５０で接着固定され、同様に、圧電素子４０の後端部はヒンジ部材１４の基部３０に支持されるようにして接着剤５０で固定される。

なお、圧電素子４０の一対の電極４２Ａ、４２Ｂ間に電圧を印加するために、電極４２Ａ、４２Ｂにはそれぞれ図示しない電気配線が設けられる。なお、上述した接着剤５０に導電性接着剤を用い、この接着剤５０を電気配線の一部として利用してもよい。

一対の圧電素子４０をサスペンション１０に搭載したときに、一対の圧電素子４０に印加する電圧を制御することにより、一方の圧電素子４０を長手方向に所定長さだけ伸張させるとともに、他方の圧電素子４０を長手方向に所定長さだけ収縮させることができる。このように、サスペンション１０においては、一対の圧電素子４０の各々の伸縮を制御することで、ロードビーム１１側を幅方向（スウェイ方向Ｓ）に所望量だけ変位させることができる。

ここで、一対の圧電素子４０をサスペンション１０に搭載する際には、図１に示すように、それぞれの分極の向きが異なるように、表裏が互いに逆になるように搭載する必要がある。

圧電素子４０においては、圧電体４１の主面４１ａ、４１ｂのうち、正極に分極された上面４１ａにプラス状の識別パターン４３Ａが設けられ、負極に分極された下面４１ｂにマイナス状の識別パターン４３Ｂが設けられているため、圧電素子４０の極性をその外観から容易に判別することができる。

その上、各識別パターン４３Ａ、４３Ｂは、電極４２Ａ、４２Ｂによって完全に覆われているため、各識別パターン４３Ａ、４３Ｂから構成材料がパーティクルとして脱離する事態が防止されている。

以上で説明したとおり、圧電素子４０においては、圧電体４１の主面４１ａ、４１ｂ上に設けられた識別パターン４３Ａ、４３Ｂが、電極４２Ａ、４２Ｂで覆われていることで、識別パターン４３Ａ、４３Ｂに起因するパーティクルの発生が抑制されており、かつ、識別パターン４３Ａ、４３Ｂにより圧電素子４０の極性をその外観から判別することができる。

また、圧電素子４０においては、各識別パターン４３Ａ、４３Ｂが導電材料で構成されている。識別パターンが絶縁材料（圧電材料以外の絶縁材料）で構成されている場合には、識別パターン周辺の圧電体への印加電圧が部分的に低下し、その結果、圧電素子としての機能（上述した伸縮）が低下する虞がある。しかしながら、圧電素子４０では、各識別パターン４３Ａ、４３Ｂを導電材料で構成しているため、識別パターン４３Ａ、４３Ｂが電極４２Ａ、４２Ｂの一部として機能し、そのような印加電圧の低下が抑制されている。

なお、本発明は上述した実施形態に限らず、様々な変形が可能である。

たとえば、識別パターンを、導電材料ではなく圧電材料で構成しても、上述した効果と同様の効果を奏する。このような識別パターンは、圧電体グリーンシートの表面に、上述した導電ペーストの代わりに圧電体ペースト（たとえばＰＺＴペースト）を印刷して焼成することで得ることができる。この場合、識別パターンが圧電体の一部として機能するため、識別パターンが導電材料で構成されている場合と同様に、上述した印加電圧の低下が抑制される。なお、識別パターンを構成する圧電材料は、圧電体４１と同じ組成の圧電材料（たとえばＰＺＴ）であることが好ましい。

また、識別パターンの形状は、互いに異なる形状であれば、プラス形状やマイナス形状に限らず、その他の形状に適宜変更可能である。また、識別パターンは、必ずしも圧電体の上下面の両方に設ける必要はなく、上下面の一方にのみ設けてもよい。さらに、識別パターンは、識別性を有するその他の形状や文字、模様等であってもよい。

また、圧電体は、単層の圧電体に限らず、圧電層と内部電極層とが交互に積層された圧電積層体であってもよい。圧電体が圧電積層体である場合、応力の低減等の観点から、識別パターンの構成材料を内部電極層の構成材料と同じにすることが好ましい。

電極は、必ずしも識別パターンを全体的に覆う必要はなく、識別パターンの一部分が電極から露出していても構わない。この場合でも、電極に覆われた箇所においては識別パターンからのパーティクルの発生が抑制される。また、電極は、必ずしも圧電体の主面の全域を覆うように設ける必要はなく、主面の一部に設けるようにしてもよい。

１０…サスペンション、４０…圧電素子、４１…圧電体、４２Ａ、４２Ｂ…電極、４３Ａ、４３Ｂ…識別パターン。

Claims (4)

1. 互いに対向する一対の主面を有する圧電体と、
   前記圧電体の主面上に配置された電極と、
   前記圧電体の主面から突出するように設けられ、導電材料で構成されるとともに前記電極で覆われた識別パターンと
   を備える圧電素子。
2. 互いに対向する一対の主面を有する圧電体と、
   前記圧電体の主面上に配置された電極と、
   前記圧電体の主面から突出するように設けられ、圧電材料で構成されるとともに前記電極で覆われた識別パターンと
   を備える圧電素子。
3. 互いに対向する一対の主面を有する圧電体と、
   前記圧電体の主面上に配置された電極と、
   前記圧電体の主面から突出するように設けられ、絶縁材料で構成されるとともに前記電極で覆われた識別パターンと
   を備える圧電素子。
4. 前記識別パターンは、前記一対の主面のそれぞれに設けられており、
   一方の前記主面に設けられた前記識別パターンの形状と、他方の前記主面に形成された前記識別パターンの形状とが異なる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電素子。

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