JP7332542B2 - 共振改善のための多層アクチュエータ電極構成 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、ディスクドライブ用のサスペンションデバイスの分野に関する。より詳細には、本開示は、サスペンションデバイス用の多層アクチュエータ構成の分野に関する。

典型的なディスクドライブユニットは、磁気記憶媒体の１と０とのパターンを含む回転磁気ディスクを備える。この磁気記憶媒体の１と０とのパターンが、ディスクドライブに記憶されたデータを構成する。磁気ディスクは、駆動モータによって駆動される。ディスクドライブユニットはまた、磁気読取／書込ヘッドがロードビームの先端部に近接して取り付けられた、ディスクドライブサスペンションを備える。サスペンションまたはロードビームの「基」端部は、支持されている端部、すなわち、スエージ加工されているか他の方法によりアクチュエータアームに対し取り付けられているベースプレートに最も近い端部である。サスペンションまたはロードビームの「先」端部は、基端部の反対側にある端部であり、すなわち、「先」端部は片持ち支持された端部である。

サスペンションはアクチュエータアームに対し結合されており、このアクチュエータアームがボイスコイルモータに対し結合されている。ボイスコイルモータは、ヘッドスライダがデータディスク上の正しいデータトラック上に位置するように、サスペンションを円弧状に動かす。ヘッドスライダはジンバルに搭載されているため、ディスク上の適切なデータトラックに追従するようにスライダがピッチおよびロールすることを可能とし、ディスクの振動、バンピングなどの慣性イベント、およびディスクの表面における不規則性などの変動について余裕を持つ。

一段作動式ディスクドライブサスペンションと二段作動式（ＤＳＡ）サスペンションとの両方が知られている。一段作動式サスペンションでは、ボイスコイルモータしかサスペンションを動かさない。

ＤＳＡサスペンションでは、サスペンションにある小さいアクチュエータがヘッドスライダを動かして、ヘッドスライダを正しいデータトラック上に位置させる。アクチュエータは、ボイスコイルモータが行うよりも正確にヘッドスライダを位置決めし、ボイスコイルモータが提供するよりも高いサーボ帯域幅を提供する。アクチュエータは、特定のＤＳＡサスペンション設計に応じて、サスペンションのさまざまな場所にあり得る。典型的には、左側および右側のアクチュエータは、プッシュプル方式により作用し、ロードビームまたはロードビームの先端部を回転させる。

圧電アクチュエータアセンブリが記載される。圧電アクチュエータアセンブリは、第１、第２および第３能動圧電層を備える。第１層は、頂面および底面を備える。第２層は、頂面および第１層の頂面上に配置された底面を備える。第３層は、頂面および第２層の頂面上に配置された底面を備える。第１単一層および第２層によって、第１実効電極長が定められることが可能である。同様に、第２層および第３層によって、第１実効電極長よりも長いように構成されている第２実効電極長が定められることが可能である。

いくつかの実施形態では、第１電極が、第１単一能動圧電層の底面の少なくとも一部に配置される。第２電極が、第１単一能動圧電層の少なくとも一部と第２単一能動圧電層との間に配置される。第１電極と第２電極との共通の長さ部分によって、第１実効電極長が定められる。

いくつかの実施形態では、第３電極が、第２層の少なくとも一部と第３層との間に配置される。第４電極が、第３層の頂面の少なくとも一部に配置される。第３電極と第４電極との共通の長さ部分によって、第２実効電極長が定められる。

いくつかの実施形態では、第２実効電極長は、第１実効電極長よりも０．０２ｍｍ長い。いくつかの実施形態では、第１実効電極長は０．５９ｍｍである。いくつかの実施形態では、第２実効電極長は０．６１ｍｍである。

サスペンションが記載される。サスペンションは、ロードビームに対し取り付けられているフレクシャと、フレクシャに対し取り付けられている電気回路と、電気回路に対し接続されている多層圧電マイクロアクチュエータＰＺＴとを備える。多層圧電マイクロアクチュエータＰＺＴは、第１、第２および第３能動圧電層を備える。第１層は、頂面および底面を備える。第２層は、頂面および第１層の頂面上に配置された底面を備える。第３層は、頂面および第２層の頂面上に配置された底面を備える。第１単一層および第２層によって、第１実効電極長が定められることが可能である。同様に、第２および第３層によって、第１実効電極長よりも長いように（例えば、０．０１ｍｍ～０．０５ｍｍ長いように）構成された第２実効電極長が定められることが可能である。

上記の概要は、本開示の各実施形態またはすべての態様を表すことを意図するものではない。むしろ、前述の概要は、本明細書において説明される新規の態様および特徴のうちのいくつかの一例を提供するに過ぎない。上記の特徴および利点、ならびに本開示の他の特徴および利点は、添付の図面および付属の請求項を併せたときに、本発明を実施するための代表的な実施形態およびモードに関する以下の詳細な説明から容易に明らかとなる。

本開示の利点および特徴が得られる方法を記載するように、本開示の実施形態は、添付の図面に示される特定の実施例を参照して記載される。これらの図面は、本開示の実施形態の例示的な態様しか示しておらず、したがって、その範囲を限定するものとはみなされない。原理は、以下の図面を用いることによって、さらに具体的かつ詳細に記載および説明される。

変形を受けるマイクロアクチュエータを示す図。 図１のマイクロアクチュエータを有するサスペンションのねじり関連モードを示す図。 図１のマイクロアクチュエータを有するサスペンションのロードビームねじりモードとジンバルフレクシャねじりモードとを示す。 本開示の一実施形態に従うアクチュエータを備えるサスペンションを示す図。 本開示の一実施形態に従う多層圧電マイクロアクチュエータ（ＰＺＴ）の断面図。 １ボルトの作動下における本開示の一実施形態に従う多層ＰＺＴの垂直プロファイルのグラフ表示。 １ボルトの作動下における本開示の一実施形態に従う多層ＰＺＴの共振周波数（ＦＲＦ）のグラフ表示。 １ボルトの作動下における、既知の、多層ＰＺＴの共振周波数（ＦＲＦ）のグラフ表示。

本開示の実施形態は、添付の図面を参照して記載され、同様の参照符号は、同様または同等の要素を示すように図面全体にわたって用いられる。図面は、縮尺通りに描かれておらず、例示的な説明として提供される。実施形態のいくつかの態様は、例示的な用途を参照して以下に記載されるが、これらは本開示の範囲を限定することを意図するものではない。実施形態の十分な理解を提供するように、多くの特定の詳細、関係、および方法が説明されることが理解される。

本明細書に記載される実施形態は、現在のマイクロアクチュエータに伴う問題を克服する、多層マイクロアクチュエータを対象とする。例えば、左側および右側のマイクロアクチュエータは、プッシュプル方式により作用し、ロードビームまたはロードビームの先端部を回転させ、両方のマイクロアクチュエータが垂直方向に曲がる。

図１は、マイクロアクチュエータ１１０および１２０の変形を示す。マイクロアクチュエータ１１０は押し出されて凸状に曲がり、一方、マイクロアクチュエータ１２０は引き戻されて凹状に曲がる。そうしたパドリング面外運動は、ロードビームねじりモードおよびジンバルフレクシャねじりモードなどのサスペンション全体のねじり関連モードを容易に励起させることが可能である。

図２Ａは、サスペンション２全体のねじり関連モードを示す。図２Ｂは、サスペンション２全体のロードビームねじりモードとジンバルフレクシャねじりモードとを示す。これらのねじりモードの励起は、ヘッドスライダに側方方向の運動をさせ、読取／書込動作に対するオフトラックの問題を生じることがある。例えば、従来の多層ＰＺＴの共振周波数（ＦＲＦ）は、補足の図３に示されるように、＋／－０．２ｍｍのｚ－ｈｔ変化において、１１ｋＨｚにて～３ｄＢの高いＴ１ＦＸモード（ジンバルフレクシャねじりモード）ピークを有する。そうした低周波数ピークは、Ｔ１ＦＸモード周波数におけるノッチフィルタを配置するためのドライブサーボ設計を必要とし、次いで、その設計がドライブサーボ帯域幅に影響を与える。本開示は、この面外運動を低減するための多層アクチュエータの構成を提供し、現在の多層アクチュエータについてより良い性能特性を可能とする。

しかしながら、当業者は、本発明が特定の詳細のうちの１つまたは複数を伴わずに、または他の方法を伴って実施されることが可能であることを容易に認識する。他の例では、周知の構造または動作は、実施形態を不明瞭にすることを避けるため、詳細に図示されない。本開示の実施形態は、いくつかの作用が異なる順序にておよび／または同時に他の作用またはイベントとともに生じてよいため、作用またはイベントの示される順序によって限定されるものではない。さらに、すべての示される作用またはイベントが、本発明に従う方法を実装するのに必要ではない。

図３は、本開示の一実施形態に従うアクチュエータを備えるサスペンション１０を示す。サスペンションの実施形態は、二段作動式（ＤＳＡ）サスペンション、三段作動式サスペンション、およびサスペンションにおけるアクチュエータの他の構成が含まれるが、これらに限定されない。サスペンション１０は、ロードビーム１２に対し取り付けられているフレクシャ２０を備える。さらに、フレクシャ２０は、銅接触パッド２４を備える電気回路２２を備える。さらに、ＤＳＡサスペンション１０は、ジンバルの近くに取付けられている２つの多層圧電マイクロアクチュエータ（ＰＺＴ）１４を備える。銅接触パッド２４は、駆動電圧を多層ＰＺＴ１４に対し搬送するように構成されている。さらに、サスペンション１０は、接地された銅接触パッド２８を各多層ＰＺＴ１４について備える。

ジンバルは、ディスク上の適切なデータトラックに追従するようにスライダがピッチおよびロールすることを可能とし、ディスクの振動、バンピングなどの慣性イベント、およびディスクの表面における不規則性などの変動についての余裕を持つ。多層ＰＺＴ１４は、フレキシブルコネクタを通じてジンバルに直接作用する。そうしたサスペンションは、ジンバルＤＳＡサスペンション、または単にＧＳＡサスペンションと呼ばれることがある。ＧＳＡサスペンションは、一種のＤＳＡサスペンションである。多層ＰＺＴ１４の他の配置が、サスペンションを作動させるように用いられることが可能であり、そのサスペンションは、三段作動式サスペンションを含むがこれに限定されない。駆動電圧の下では、一方の多層ＰＺＴ１４が伸びることになり、他方は縮むことになるため、回転ディスク上にヘッドスライダ書込／読取ヘッドが位置するように、ジンバルがロードビームのディンプルの周りを回転する。図３における多層ＰＺＴ１４は、断面Ａ－Ａ’により注釈が付され、以下において図４を参照してより詳細に説明される。

図４は、本開示の実施形態に従う多層マイクロアクチュエータ（ＰＺＴ）１４の断面図（Ａ－Ａ’）を示す。静電マイクロアクチュエータおよび他の種類のマイクロアクチュエータモータが提案されており用いられているが、しかしながら、多くの場合、圧電素子がマイクロアクチュエータモータとして用いられる。一般に用いられる圧電材料は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）であるが、他の圧電材料も用いられており知られている。以下の開示では、単純化のためマイクロアクチュエータである圧電デバイスが略記として単に“ＰＺＴ”として参照されることがあり、圧電材料はチタン酸ジルコン酸鉛を必要としないことが認識される。したがって、本明細書において用いられるように、用語“ＰＺＴ”は、任意の圧電材料または任意の圧電材料から形成される任意の圧電デバイスを参照し得る。

多層ＰＺＴ１４は、図３に示される構成以外の構成を有するサスペンションに配置されることが可能であることが理解される。多層ＰＺＴ１１４は、第１ＰＺＴ層１３１の底面の少なくとも一部に配置された第１電極１３１Ａを備えることが可能である。第２電極１３２Ａは、第１ＰＺＴ層１３１の少なくとも一部と第２ＰＺＴ層１３２との間に配置されることが可能である。第３電極１３３Ａは、第２ＰＺＴ層１３２の少なくとも一部と第３ＰＺＴ層１３３との間に配置されることが可能である。最後に、第４電極１３４Ａは、第３ＰＺＴ層１３３の頂面の少なくとも一部に配置されることが可能である。第１電極１３１Ａと第２電極１３２Ａとの共通の長さ部分によって、実効電極長１３１Ｄが定められることが可能である。さらに、第３電極１３３Ａと第４電極１３４Ａとの共通の長さ部分によって、実効電極長１３３Ｄが定められることが可能である。

第１ＰＺＴ層１３１の実効電極長１３１Ｄは、０．５９ｍｍであることが可能である。いくつかの実施形態では、電極長は、任意の所望の長さを有するように構成されることが可能であることが理解される。第３ＰＺＴ層１３３の実効電極長１３３Ｄは、いくつかの実施形態によれば、０ｍｍと０．０５ｍｍとの間において増加することが可能である。この場合、第３ＰＺＴ層１３３の実効電極長１３３Ｄは、０．０２ｍｍ～０．６１ｍｍ増加することが可能である。この場合、電極デッドゾーン１３３Ｃは、第３ＰＺＴ層１３３の実効電極長１３３Ｄを増加させるように減少している。したがって、記載される実施形態は、作動電圧が印加されたときに多層ＰＺＴ１１４の曲げを減少させることによって、ｚ－ｈｔ変化におけるＴ１ＦＸモードの利得を減少させるように構成される。

図５は、１ボルトの作動下における本明細書に記載される実施形態に係る多層ＰＺＴの垂直プロファイルのグラフ表示である。図５に示されるように、より短い電極デッドゾーン１３３Ｃは、ヒンジ端におけるＰＺＴの曲げを約１２．５％減少させる。例えば、Ｔ１ＦＸモードにおける多層ＰＺＴの共振周波数（ＦＲＦ）は、現在の多層マイクロアクチュエータと比較したとき、＋／－０．２０ｍｍのｚ－ｈｔ変化において～２ｄＢ減少する。Ｔ１ＦＸ利得が低周波範囲にて改善すると、ドライブサーボ帯域幅にも利益がある。

図６は、１ボルトの作動下における、本明細書に記載される実施形態に係る多層ＰＺＴのＦＲＦを示す。図７は、１ボルトの作動下における既知の多層ＰＺＴのＦＲＦを示す。既知の多層ＰＺＴと比較すると、＋／－０．２０ｍｍのｚ－ｈｔ変化におけるＴ１ＦＸピークは、１ｄＢ未満にまで減少している。結果として、この低周波範囲に位置するためにノッチフィルタを必要とせず、高いサーボ帯域幅を達成することが可能である。

本開示は、当業者が本開示を行うか用いることができるようにするように提供される。本開示に対する様々な変更は、当業者には容易に明らかであり、本明細書において定義される一般的な原理は、本開示の範囲から逸脱することなく他の変形形態に適用することが可能である。したがって、本開示は、本明細書において記載される実施例および設計に限定されることを意図するものではなく、本開示には、本明細書において開示される原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲が与えられる。

Claims (14)

1. 圧電アクチュエータアセンブリであって、
   頂面および底面を備える第１単一能動圧電層と、
   頂面および前記第１単一能動圧電層の前記頂面上に配置された底面を備える第２単一能動圧電層と、
   頂面および前記第２単一能動圧電層の前記頂面上に配置された底面を備える第３単一能動圧電層と、を備え、
   前記第１単一能動圧電層および前記第２単一能動圧電層は第１実効電極長を有し、
   前記第２単一能動圧電層および前記第３単一能動圧電層の第２実効電極長は、前記第１実効電極長よりも長いように構成されており、
   第１電極が、前記第１単一能動圧電層の前記底面の少なくとも一部に配置され、
   前記圧電アクチュエータアセンブリの第１端部は、前記第１電極にてサスペンションアセンブリの第１接触パッドに対し接続されており、
   前記圧電アクチュエータアセンブリの第２端部は、前記第１電極にて前記サスペンションアセンブリの第２接触パッドに対し接続されている、圧電アクチュエータアセンブリ。
2. 第２電極が、前記第１単一能動圧電層の少なくとも一部と前記第２単一能動圧電層との間に配置され、
   前記第１電極と前記第２電極との共通の長さ部分によって、前記第１実効電極長が定められる、請求項１に記載の圧電アクチュエータアセンブリ。
3. 第３電極が、前記第２単一能動圧電層の少なくとも一部と前記第３単一能動圧電層との間に配置され、
   第４電極が、前記第３単一能動圧電層の頂面の少なくとも一部に配置され、
   前記第３電極と前記第４電極との共通の長さ部分によって、前記第２実効電極長が定められる、請求項１に記載の圧電アクチュエータアセンブリ。
4. 前記第２実効電極長は、前記第１実効電極長よりも０．０２ｍｍ長い、請求項１に記載の圧電アクチュエータアセンブリ。
5. 前記第１実効電極長は０．５９ｍｍである、請求項１に記載の圧電アクチュエータアセンブリ。
6. 前記第２実効電極長は０．６１ｍｍである、請求項１に記載の圧電アクチュエータアセンブリ。
7. サスペンションであって、
   ロードビームに対し取り付けられているフレクシャと、
   前記フレクシャに対し取り付けられている電気回路と、
   前記電気回路に対し接続されている圧電アクチュエータアセンブリであって、前記圧電アクチュエータアセンブリは、
   頂面および底面を備える第１単一能動圧電層と、
   頂面および前記第１単一能動圧電層の前記頂面上に配置された底面を備える第２単一能動圧電層と、
   頂面および前記第２単一能動圧電層の前記頂面上に配置された底面を備える第３単一能動圧電層と、を備え、
   前記第１単一能動圧電層および前記第２単一能動圧電層は第１実効電極長を有し、
   前記第２単一能動圧電層および前記第３単一能動圧電層の第２実効電極長は、前記第１実効電極長よりも長いように構成されており、
   第１電極が、前記第１単一能動圧電層の前記底面の少なくとも一部に配置され、
   前記圧電アクチュエータアセンブリの第１端部は、前記第１電極にて第１接触パッドに対し接続されており、
   前記圧電アクチュエータアセンブリの第２端部は、前記第１電極にて第２接触パッドに対し接続されている、圧電アクチュエータアセンブリと、を備える、サスペンション。
8. 第２電極が、前記第１単一能動圧電層の少なくとも一部と前記第２単一能動圧電層との間に配置され、
   前記第１電極と前記第２電極との共通の長さ部分によって、前記第１実効電極長が定められる、請求項７に記載のサスペンション。
9. 第３電極が、前記第２単一能動圧電層の少なくとも一部と前記第３単一能動圧電層との間に配置され、
   第４電極が、前記第３単一能動圧電層の頂面の少なくとも一部に配置され、
   前記第３電極と前記第４電極との共通の長さ部分によって、前記第２実効電極長が定められる、請求項７に記載のサスペンション。
10. 前記第２実効電極長は、前記第１実効電極長よりも０．０２ｍｍ長い、請求項７に記載のサスペンション。
11. 前記第１実効電極長は０．５９ｍｍである、請求項７に記載のサスペンション。
12. 前記第２実効電極長は０．６１ｍｍである、請求項７に記載のサスペンション。
13. 前記第２実効電極長は、前記第１実効電極長よりも０．０１ｍｍ～０．０５ｍｍ長い、請求項１に記載の圧電アクチュエータアセンブリ。
14. 前記第２実効電極長は、前記第１実効電極長よりも０．０１ｍｍ～０．０５ｍｍ長い、請求項７に記載のサスペンション。