KR100724711B1 - 압전 액츄에이터, 구동 방법, 및 정보 기억 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소형 경량인 압전 액츄에이터, 이러한 압전 액츄에이터를 채용하여 저전압으로 큰 변위를 얻을 수 있는 구동 방법, 및 이러한 압전 액츄에이터를 내장하여 헤드 구동시의 관성 모멘트가 작고 기록 밀도가 높은 소형 경량의 정보 기억 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따른 압전 액츄에이터(110)는 4개의 막대 모양의 구동부(111＿1, 111＿2, 111＿3, 및 111＿4)를 가진다. 이들 4개의 막대 모양의 구동부(111＿1, 111＿2, 111＿3, 및 111＿4)중 대각선을 따라 위치하는 2개의 구동부(111＿2 및 111＿3)에 서로 같은 타이밍으로 전압이 인가되고, 다른 대각선을 따라 위치하는 2개의 구동부(111＿1 및 111＿4)에, 구동부 (111_2 및 111_3)에 대한 타이밍과는 다른 타이밍으로 전압이 인가됨으로써, 2개의 중앙부(112＿1 및 112＿2)가 2개의 단부(113＿1 및 113＿2)에 대하여 회전 구동된다.
Description
기술 분야
본 발명은 압전 액츄에이터, 압전 액츄에이터에 의한 구동 방법, 및 압전 액츄에이터가 내장된 정보 기억 장치에 관한 것이다.
배경 기술
종래부터, 퍼스널 컴퓨터나 워드 프로세서와 같은 전자 기기에 내장, 혹은 접속되는 정보 기억 장치로서 하드 디스크 드라이브가 알려져 있다. 하드 디스크 드라이브는 일반적으로, 정보 기억 매체로서 역할을 하는 디스크와, 디스크로부터 또는 디스크로 기록 비트를 판독 또는 기입하는 헤드와, 그 헤드를 디스크에 근접 시켜 유지하는 아암과, 그 아암을 구동함으로써 헤드를 디스크를 따라 이동시키는 전자기 액츄에이터를 포함한다.
이 하드 디스크 드라이브의 기록 밀도는 퍼스널 컴퓨터 등의 개발에 따라 고밀도화되어 가고 있다. 최근, 화상 데이터나 음악 데이터를 퍼스널 컴퓨터 등으로 처리하는 수요가 증가하고 있고 이에 따라서 하드 디스크 드라이브의 기록 밀도가 현저하게 고밀도화 되어 가고 있다. 하드 디스크 드라이브의 기록 밀도의 증가로 디스크상의 기록 비트가 미세화되고, 디스크의 회전 속도가 증가하고 있어, 헤드를 단시간에 보다 정확하게 위치 결정하는 것이 요구되어 있다. 또한, 하드 디스크 드라이브의 소형 경량화나 절전화도 진행되어 있다.
보다 정밀하게 고속으로 헤드를 위치 결정 하기 위해, 종래의 전자기 액츄에이터 외에 압전 액츄에이터를 아암의 중앙에 설치한 하드 디스크 드라이브가 제안되어 있다.
그러나, 종래에 제안된 압전 액츄에이터 및 하드 디스크 드라이브는, 충분한 헤드의 변위를 제공할 수는 있지만, 구동 전압이 높고, 치수나 중량이 크고, 헤드 구동시의 헤드의 관성 모멘트가 크고, 제조 비용이 비싸다는 문제점을 가진다.
이러한 문제점은 하드 디스크 드라이브에만 특정되는 것이 아니라, 헤드를 아암으로 유지하여 이동시키는 방식의 정보 기억 장치에 대해서 공통적으로 생긴다.
발명의 개시
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 고안한 것이다. 본 발명의 목적은 소형이면서 경량인 압전 액츄에이터와, 저전압으로 큰 변위를 제공할 수 있는 압전 액츄에이터를 채용한 구동 방법과, 이러한 압전 액츄에이터를 내장하고 헤드 구동시의 헤드의 관성 모멘트가 작고 기록 밀도가 높은 소형이면서 경량인 정보 기억 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제 1 압전 액츄에이터는,
전압이 인가 또는 개방(remove)되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 1 구동부,
상기 제 1 구동부에 대해서 평행하게 배치되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 2 구동부,
상기 제 1 구동부의 일단과, 상기 제 1 구동부의 일단 옆에 위치하는 상기 제 2 구동부의 일단의 양쪽에 접속되는 제 1 단부,
일단이 상기 제 1 단부에 접속된 상기 제 1 구동부의 타단에 접속되는 제 1 중앙부,
일단이 상기 제 1 단부에 접속된 상기 제 2 구동부의 타단에 접속되는 제 2 중앙부,
상기 제 1 중앙부로부터 상기 제 1 구동부와는 반대 방향으로 연장되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 3 구동부,
상기 제 2 중앙부로부터 제 2 구동부와는 반대 방향으로 연장되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 4 구동부, 및
상기 제 3 구동부의, 상기 제 1 중앙부에 접속된 일단에 대(對)한 타단과, 상기 제 4 구동부의, 상기 제 2 중앙부에 접속된 일단에 대한 타단에 접속되는 제 2 단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 제 2 압전 액츄에이터는,
각각 제 1 구동단 및 제 2 구동단을 포함하고, 상기 제 2 구동단을, 소정의 구동 방향에서 상기 제 1 구동단에 대하여 전후로 구동시키는 복수의 구동부, 및
상기 복수의 구동부의 상기 제 1 구동단이 고정되고, 상기 복수의 구동부를 전체로서 회전 대칭 및 비선대칭인 배열로 유지하는 베이스부를 포함하고,
상기 구동부는,
상기 제 1 구동단으로부터 상기 구동 방향으로 연장되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 1 구동체,
상기 제 2 구동단으로부터, 상기 제 1 구동체와 동일한 방향이면서 상기 제 1 구동체와 평행하게 연장되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 2 구동체, 및
상기 제 1 구동체의, 상기 제 1 구동단에 접속된 일단에 대한 타단과, 상기 제 2 구동체의, 상기 제 2 구동단에 접속된 일단에 대한 타단을 고정하는 고정체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 제 1 압전 액츄에이터의 제 1 중앙부와 제 2 중앙부는 서로 분리될 수도 있고, 혹은 서로 접속된 것일 수도 있다. 그리고, 제 1 구동부, 제 2 구동부, 제 3 구동부, 제 4 구동부, 제 1 구동체, 및 제 2 구동체는 전압이 인가되면 신장될 수도 있고 혹은 수축될 수도 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 구동 방법은, 상술한 본 발명의 제 1 압전 액츄에이터의 제 1 구동부와 제 4 구동부에 대해서 동시에 전압을 인가하고, 상기 제 1 및 제 4 구동부에 대한 타이밍과는 다른 타이밍에서 동시에 상기 압전 액츄에이터의 제 2 구동부와 제 3 구동부에 전압을 인가함으로써, 상기 제 1 중앙부와 상기 제 2 중앙부로 이루어지는 중앙부 쌍을 상기 제 1 단부 와 상기 제 2 단부로 이루어지는 단부 쌍에 대해서 회전 구동시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 압전 액츄에이터는 간단한 구조를 가지며, 소형 경량인 액츄에이터로서 구체화될 수 있다. 그리고, 본 발명의 구동 방법에 따르면, 구동 대상물이 회전 구동되기 때문에, 구동 대상물을 저전압으로 크게 변위시킬 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정보 기억 장치는,
소정의 정보 기억 매체에의 정보 기록 및 소정의 정보 기억 매체로부터의 정보 재생 중 적어도 어느 하나를 행하는 헤드가 탑재된 헤드부,
상기 헤드부에 탑재되어 있는 상기 헤드가 상기 정보 기억 매체에 근접하거나 접촉하는 방식으로 상기 헤드부를 유지하는 아암부,
상기 아암부를 구동하여, 상기 아암부에 의해서 유지되는 상기 헤드부에 탑재된 상기 헤드를 상기 정보 기억 매체를 따라 이동시키는 아암부 액츄에이터, 및
상기 아암부에 대해서 상기 헤드부의 무게 중심을 중심으로 상기 헤드부를 회전시키는 헤드부 액츄에이터를 포함하고,
상기 헤드부 액츄에이터는 본 발명의 제 1 또는 제 2 압전 액츄에이터인 것을 특징으로 한다.
여기서, 아암부는 헤드부를 직접 유지할 수도 있고, 또는, 헤드부 액츄에이터 등을 통하여 간접적으로 유지할 수도 있다. 그리고, 헤드부 액츄에이터로서 제 2 압전 액츄에이터가 채용되는 경우에는, 제 2 구동단은 헤드부에 직접 고정될 수도 있고, 혹은 지그 등을 통하여 헤드부에 간접적으로 고정될 수도 있다.
본 발명에 따른 정보 기억 장치에 의하면, 헤드부가 무게 중심을 중심으로 회전하기 때문에 헤드 구동시의 관성 모멘트가 작다. 그리고, 본 발명의 정보 기억 장치에 내장된 헤드 액츄에이터는 소형 경량이고 헤드를 고정밀도로 위치 결정할 수 있으므로, 본 발명의 정보 기억 장치는 기록 밀도가 높은 소형 경량인 장치로서 구체화될 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정보 기록 장치를 나타낸 도면.
도 2는 제 1 실시예에 따른 서스펜션의 선단과 그 부근 구성 요소를 나타낸 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 액츄에이터를 나타낸 사시도.
도 4는 서스펜션의 선단과 그 부근 구성 요소를 나타낸 정면도.
도 5는 제 1 실시예에 따른 압전 액츄에이터를 구동하는 원리를 나타낸 설명도.
도 6은 제 1 실시예에 따른 압전 액츄에이터에 대한 전압 인가 타이밍의 일례를 나타낸 그래프.
도 7은 제 2 실시예에 따른 서스펜션의 선단과 정보 기록 장치의 부근 구성요소를 나타낸 분해 사시도.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압전 액츄에이터를 나타낸 사시도.
도 9는 제 2 실시예에 따른 압전 액츄에이터에 전압을 인가하는 타이밍의 일례를 나타낸 그래프.
도 10은 제 2 실시예에 따른 압전 액츄에이터의 구동 원리의 설명도.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예를 나타낸 도면.
도 12는 압전 액츄에이터를 제조하는 방법의 전반을 나타낸 도면.
도 13은 공통 전극층과 개별 전극층이 겹쳐진 것을 나타낸 도면.
도 14는 압전 액츄에이터를 제조하는 방법의 후반을 나타낸 도면.
도 15는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 압전 액츄에이터를 나타낸 도면.
도 16은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 압전 액츄에이터를 나타낸 도면.
도 17은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 압전 액츄에이터를 나타낸 도면.
도 18은 돌기를 가진 압전 액츄에이터를 제조하는 제 1 제조 방법의 전반 부분을 나타낸 도면.
도 19는 돌기를 가진 압전 액츄에이터를 제조하는 제 2 제조 방법의 전반 부분을 나타낸 도면.
도 20은 제 1 및 제 2 제조 방법의 후반 부분을 나타낸 도면.
도 21은 비어를 통해서 전극층이 상호 접속된 압전 액츄에이터를 제조하는 방법의 전반 부분을 나타낸 도면.
도 22는 비어를 통해서 전극층이 상호 접속된 압전 액츄에이터를 제조하는 방법의 후반 부분을 나타낸 도면.
도 23은 본 발명의 제 7실시예에 따른 서스펜션의 선단 및 그 부근 구성 요소를 나타낸 도면.
도 24는 제 7실시예에 따른 구동부의 배열을 나타낸 도면.
도 25는 서스펜션의 선단 및 그 부근 구성 요소의 배열을 나타낸 도면.
도 26은 제 1 구동체가 신장한 상태를 나타낸 도면.
도 27은 제 2 구동체가 신장한 상태를 나타낸 도면.
도 28은 제 1 구동체 및 제 2 구동체의 제조 방법의 전반을 나타낸 도면.
도 29는 제 1 구동체 및 제 2 구동체의 제조 방법의 후반을 나타낸 도면.
도 30은 본 발명의 제 8 실시예를 나타낸 도면.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정보 기록 장치를 나타낸 도면이다.
도면에 나타낸 하드 디스크 드라이브HDD(100)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정보 기록 장치에 상당하는 것이다. 이 하드 디스크 드라이브(100)의 하우징(housing)(101)은, 회전축(102)에 장착되어 회전하는 자기 디스크(103)와, 자기 디스크(103)에 또는 자기 디스크(103)로부터 정보를 기록 또는 재생하는 자기 헤드가 탑재된 슬라이더(104)와, 슬라이더(104)를 유지하는 서스펜션(108)과, 서스펜션(108)이 고착되어 아암축(105)을 중심으로 자기 디스크(103)의 표면을 따라 이동하는 캐리지 아암(106)과, 캐리지 아암(106)을 구동하는 아암 액츄에이터(107)를 수용하고 있다. 도 1에 나타낸 하드 디스크 드라이브(100)에서는, 자기 디스크(103)가 본 발명의 정보 기억 매체의 일례이다. 그리고, 자기 헤드와 슬라이더(104)에 의해서 본 발명의 헤드부가 구성되어 있고, 서스펜션(108)과 캐리지 아암(106)에 의해서 본 발명의 아암부가 구성되어 있다. 따라서, 아암 액츄에이터(107)는 본 발명의 아암부 액츄에이터에 상당한다. 그리고, 서스펜션(108)의 선단에는 후술할 압전 액츄에이터가 설치되고, 그 압전 액츄에이터는 본 발명의 헤드부 액츄에이터의 일례이고 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 액츄에이터에 상당한다.
자기 디스크의 정보를 기록하거나 또는 자기 디스크(103)에 기억된 정보를 재생시, 자기 회로로 구성된 아암 액츄에이터(107)는 캐리지 아암(106)을 구동하고, 후술할 압전 액츄에이터는 슬라이더(104)를 구동하여, 자기 헤드를 회전 자기 디스크(103) 상의 소정의 트랙에 위치 결정시킨다. 슬라이더(104)에 탑재된 자기 헤드는, 자기 디스크(103)의 회전에 수반하여, 자기 디스크(103)의 각 트랙의 각 미소 영역에 순차적으로 근접된다. 자기 디스크에 정보를 기록시에는 자기 디스크(103)에 근접한 자기 헤드에 전기적인 기록 신호가 입력되고, 자기 헤드가 그 기록 신호에 따른 자계를 대응하는 미소 영역에 인가함으로써, 그 기록 신호에 실린 정보가 각 미소 영역의 자화 방향으로 기록된다. 자기 디스크로부터 정보의 재생시에는 각 미소 영역의 자화 방향의 형태로 기록된 정보를, 자화에 의해서 생성된 자계와 연관된 전기 재생 신호의 형태로 자기 헤드로 추출한다. 하우징(101)의 내부 공간은 도시하지 않았지만 커버에 의해서 폐쇄된다.
후술하는 모든 실시예에서는, 서스펜션(108)의 선단 및 그 부근 구성 요소의 배열을 제외하고 도 1에 나타낸 구조와 같은 구조를 가진다. 이하에서, 서스펜션(108)의 선단 및 그 부근 구성 요소의 배열에 대해서만 설명한다.
이하 설명하는 실시예는 2개의 타입으로 나눌 수 있다. 우선, 제 1 타입의 실시예에 대해서 설명한다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 서스펜션의 선단 및 그 부근 구성 요소를 나타내는 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 액츄에이터를 나타내는 사시도이다. 도 4는 서스펜션의 선단 및 그 부근 구성 요소를 나타내는 정 면도이다. 이하, 이들 도면을 참조하여 설명한다.
서스펜션(108)은 본체부(108a)와 유지부(108b)로 구성되어 있고, 유지부(108b)는 본체부(108a)와 접속되는 부분(108c)에서 탄성 변형될 수 있기 때문에 판 스프링로서 역할을 한다.
슬라이더(104)의 단면에는 자기 헤드(104a)가 탑재되어 있다.
서스펜션(108)의 유지부(108b)에 압전 액츄에이터(110)가 에폭시계 접착제 등으로 고착되고, 압전 액츄에이터(110)에는 슬라이더(104)가 고착된다.
이 압전 액츄에이터(110)는 후술할 일체 유닛으로서 형성된다. 그러나 기능에 있어서, 압전 액츄에이터(110)는 4개의 막대 모양의 구동부(111＿1, 111＿2, 111＿3 및 111＿4), 2개의 중앙부(112＿1 및 112＿2), 및 2개의 단부(113＿1 및 113＿2)로 나눌 수 있다.
4개의 구동부(111＿1, 111＿2, 111＿3 및 111＿4)의 각각은, 도전성 재료로 이루어지는 공통 전극층(114)과, 도전성 재료로 이루어지는 개별 전극층(115)과, 이들의 전극층(114 및 115) 사이에 낀 압전성 재료로 이루어지는 압전층으로 구성된 다층 구조를 갖는다. 따라서, 4개의 구동부(111＿1, 111＿2, 111＿3 및 111＿4)는 소위 활성부이다. 공통 전극층(114)과 개별 전극층(115) 사이에 전압이 인가되면, 압전 가로 효과(31 모드)에 의해서 각 구동부(111＿1, 111＿2, 111＿3 및 111＿4)가 길이 방향으로 수축하고, 인가된 전압이 개방되면 길이 방향으로 신장한다. 공통 전극층(114)은 4개의 구동부(111＿1, 111＿2, 111＿3 및 111＿4)에 대해서 공통의 전위를 가지며, 개별 전극층(115)은 4개의 구동부(111＿1, 111＿2, 111＿3 및 111＿4)의 각각에 대하여 상이한 전위가 설정된다.
한편, 2개의 중앙부(112＿1 및 112＿2) 및 2개의 단부(113＿1 및 113＿2)의 각각은 공통 전극층(114)과 개별 전극층(115) 중 하나와, 압전층이 교대로 적층된 구조이다. 따라서, 2개의 중앙부(112＿1 및 112＿2) 및 2개의 단부(113＿1 및 113＿2)는 소위 불활성부이고, 공통 전극층(114) 또는 개별 전극층(115)이 임의의 전위를 갖는 경우 수축하거나 신장하지 않는다. 그리고, 압전 액츄에이터(110)의 측면에, 공통 전극층(114)에 접속된 공통 전극 단자(116)와, 개별 전극층(115)에 접속된 개별 전극 단자(117)가 설치된다. 이들 공통 전극 단자(116) 및 개별 전극 단자(117)를 통하여 공통 전극층(114)과 개별 전극층(115) 사이에 전압이 인가된다. 이하의 설명에서는, 단지 "구동부에 전압이 인가된다"라고 기술하는 것은 구동부의 공통 전극층과 개별 전극층 사이에 전압이 인가되는 것을 의미할 수도 있다.
압전 액츄에이터(110) 중, 서스펜션(108)과 슬라이더(104)로 고착되는 부분으로서는, 한 쌍의 중앙부, 즉 2개의 중앙부(112＿1 및 112＿2)가 될 수도 있고, 한 쌍의 단부, 즉 2개의 단부(113＿1 및 113＿2)가 될 수도 있다. 즉, 서스펜션(108)에 중앙부 쌍이 고착될 수도 있고, 슬라이더(104)에 단부 쌍이 고착될 수도 있다. 그 역으로, 서스펜션(108)에 단부 쌍이 고착될 수도 있고, 슬라이더(104)에 중앙부 쌍이 고착될 수도 있다. 이하에서는, 서스펜션(108)의 유지부(108b)에 단부 쌍이 고착되고, 슬라이더(104)의 고착부(104b)에 중앙부 쌍이 고착되는 것으로 하여 설명한다.
압전 액츄에이터(110)는 이하 설명하는 원리에 따라 서스펜션(108)에 대해서 슬라이더(104)를 회전 구동한다.
도 5는 제 1 실시예에 따라 압전 액츄에이터를 구동하는 원리를 설명하는 도면이다.
이 도면에서, 4개의 구동부(111＿1, 111＿2, 111＿3 및 111＿4) 중, 한 대각선을 따라 위치하는 제 2구동부(111＿2)와 제 3구동부(111＿3)가 동시에 수축하고, 다른 대각선을 따라 위치하는 제 1 구동부(111＿1) 및 제 4 구동부(111＿4)는 수축하지 않는다. 따라서, 2개의 중앙부(112＿1 및 112＿2)로 이루어지는 중앙부 쌍은 2개의 단부(113＿1 및 113＿2)로 이루어지는 단부 쌍에 대해서 회전 구동된다. 그 결과, 중앙부 쌍에 고착된 슬라이더(104)가, 단부 쌍에 고착된 서스펜션(108)에 대해서 회전 구동됨으로써 자기 헤드가 크게 변위한다. 중앙부 쌍은 슬라이더(104)의 중앙에 고착되고 있으므로, 슬라이더(104)는 무게 중심을 중심으로 하여 회전 구동되므로, 헤드 구동시의 관성 모멘트가 작다. 그리고, 서스펜션에 단부 쌍이 고착되고, 슬라이더에 중앙부 쌍이 고착되어 있으므로, 압전 액츄에이터(110)자신은 회전하지 않아, 관성 모멘트가 억제될 수 있다.
제 1 구동부(111＿1) 및 제 4 구동부(111＿4)가 동시에 수축하고, 제 2 구동부(111＿2) 및 제 3 구동부(111＿3)는 수축하지 않는 경우, 도 5에 나타낸 회전 구동의 방향과는 역의 방향으로 아주 빠르게 슬라이더(104)를 회전 구동시킬 수 있다.
도 6은 제 1 실시예에 따른 압전 액츄에이터에 전압을 인가하는 타이밍의 일례를 나타낸 그래프이다.
이 그래프는 4개의 구동부의 각각에 대하여 공통 전극층과 개별 전극층 사이에 인가되는 전압을 나타낸다. 이 그래프에서 가로축은 시간, 세로축은 인가 전압을 나타내고 있다.
시간 t1 내지 시간 t2의 기간에서, 제 1 구동부와 제 4 구동부에 30V의 전압이 인가되고, 제 2 구동부와 제 3 구동부는 전압이 개방되어 있다. 시간 t3 내지 시간 t4의 기간에서, 제 2 구동부와 제 3 구동부에 30V의 전압이 인가되고, 제 1 구동부와 제 4 구동부는 전압이 개방되어 있다. 이는 도 5에 나타낸 바와 같이 압전 액츄에이터(110)가 슬라이더(104)를 회전 구동시키게 한다.
나머지 기간에서는, 4개의 구동부 모두에 15V의 전압이 인가되어, 4개의 구동부가 동일한 힘으로 수축하려 한다. 그 결과, 슬라이더(104)는 도 4에 나타낸 위치(홈 포지션)에 강제적으로 남게 된다. 또한, 4개의 구동부 모두에 동일한 전압이 인가되어 슬라이더를 홈 포지션에 유지하는 것은 본 발명에서는 필수가 아니며, 단순히 모든 구동부의 전압을 개방할 수도 있다. 또한, 서로 다른 대각선을 따라 위치된 구동부의 각 쌍은 상기 그래프에 나타낸 것과 역 타이밍으로 전압이 인가될 수도 있고, 혹은, 서로 어긋난 타이밍으로 전압이 인가될 수도 있다. 또한, 인가 전압은 상기 그래프에 나타낸 바와 같은 구형 펄스의 형태가 될 수도 있고, 혹은, 완만하게 변할 수도 있다.
이하, 상술한 제 1 실시예의 성능을 유한 요소법(Finite Element Method：FEM)에 의해서 해석한 결과에 대해서 설명한다.
길이가 1.25mm, 폭이 0.12mm, 두께가 0.08mm(각각 20㎛의 두께를 갖는 4개의 압전층)인 압전 액츄에이터에서, 30V의 저전압을 인가해도 슬라이더 상의 자기 헤드는 0.5㎛의 큰 변위가 있었다. 이 압전 액츄에이터에 슬라이더가 고착되어 있을 때의 공진 주파수는 15.6kHz로 높은 주파수이었고, 고속 구동이 가능한 것이 판명됐다. 고기록 밀도로 고속으로 정보를 판독/기입할 수 있는 정보 기억 장치를 실현하기 위해서는, 압전 액츄에이터는 30V이하의 인가 전압으로 0.5㎛정도의 변위량을 얻을 수 있어야 하고, 공진 주파수는 10kHz이상이어야 한다. 상술한 제 1실시예의 해석 결과는 이 요구를 충분히 만족시키고 있다. 실제로 상술한 치수의 압전 액츄에이터를 표준으로 한 경우, 주기적인 전압이 인가되는 동안에 레이저 도플러 속도계를 이용하여 구동 속도를 측정하였고, 상술한 공진 주파수가 확인되었다. 상기 제 1 실시예에 따른 압전 액츄에이터를 채용한 정보 기억 장치는 20Gbit/in2 이상의 고기록 밀도로 고속으로 정보를 판독/기입할 수 있다.
지금까지 본 발명의 제 1 실시예에 대하여 기술 하였다. 이하, 본 발명의 다른 실시예에 대해서 기술한다. 도 1에 나타낸 배열은 이하 설명하는 각 실시예에도 공통이므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정보 기억 장치의 서스펜션의 선단 및 그 부근 구성 요소를 나타내는 분해 사시도이고, 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압전 액츄에이터를 나타내는 사시도이다.
도 7에 나타낸 서스펜션(108) 및 슬라이더(104)는 도 2에 나타낸 서스펜션(108) 및 슬라이더(104)와 동일하다.
도 7 및 도 8에 나타낸 압전 액츄에이터(120)는, 도 2에 나타낸 압전 액츄에이터(110)와 동일한 구성 요소를 각각 가지는 2개의 구동단이 겹쳐진 구조이고, 구동단 사이에는 슬릿(121)이 설치되어 있다. 2개의 구동단이 있기 때문에, 압전 액츄에이터(120)는 8개의 구동부(122＿1, …, 122＿8)와, 4개의 중앙부(123＿1, …, 123＿4)와, 2개의 단부(124_1 및 124_2)를 가지며, 단부(124_1 및 124_2) 각각은 도 2에 나타낸 2개의 적층된 단부(113＿1)와 2개의 적층된 단부(113＿2)에 각각 상당한다. 그리고, 압전 액츄에이터(120)의 측면에 공통 전극 단자(125)와 개별 전극 단자(126)가 설치되어 있다. 공통 전극 단자(125) 및 개별 전극 단자(126)를 통해서 8개의 구동부(122＿1, …, 122＿8)에 전압이 인가된다.
4개의 중앙부(123＿1, …, 123＿4) 중 서스펜션(108)을 향하여(상측 단에) 위치된 중앙부(123＿1 및 123＿2)는, 서스펜션(108)의 유지부(108a)에 고착되고, 슬라이더(104)를 향하여(하측 단에) 위치된 중앙부(123＿3(도시하지 않음) 및 123＿4)는 슬라이더(104)의 고착부(104b)에 고착된다.
도 9는 제 2 실시예에 따른 압전 액츄에이터에 전압을 인가하는 타이밍의 일례를 나타낸 그래프이다. 도 10은 제 2 실시예에 따른 압전 액츄에이터를 구동하는 원리를 설명한 설명도이다.
이 그래프는 8개의 구동부 각각에 인가되는 전압을 나타내고 있다. 그래프에서, 가로축은 시간, 세로축은 인가 전압을 나타내고 있다.
시간 t1 내지 시간 t2의 기간에서, 제 1, 제 4, 제 6 및 제 7 구동부에 30V의 전압이 인가되고, 제 2, 제 3, 제 5 및 제 8 구동부는 전압이 개방되어 있다. 시간 t3 내지 시간 t4의 기간에서, 제 2, 제 3, 제 5 및 제 8 구동부에 30V의 전압이 인가되고, 제 1, 제 4, 제 6 및 제 7 구동부는 전압이 개방되어 있다. 특히, 상측 단에서의 4개의 구동부(제 1 ∼ 제 4 구동부)중, 한 대각선을 따라 위치하는 2개의 구동부에 전압이 인가되고, 동시에, 하측 단에서의 4개의 구동부(제 5 ∼ 제 8 구동부)중, 다른 대각선을 따라 위치하는 2개의 구동부에도 전압이 인가된다. 이는 상측 단의 2개의 구동부(예를 들면 제 2 및 제 3 구동부)가 도 10의 화살표 f1 및 f2에 의해서 나타낸 바와 같이 수축하고, 하측 단의 2개의 구동부(예를 들면 제 5 및 제 8 구동부)가 도 10의 화살표 f3 및 f4에 의해서 나타낸 바와 같이 수축하게 한다. 이 결과, 쌍을 이루는 단부(124＿1 및 124＿2)에 대하여 상측 단 및 하측 단의 중앙부가 반대 방향으로 회전 구동된다. 상측 단에서의 2개의 중앙부(123＿1 및 123＿2)가 고정되면, 2개의 단부(124＿1 및 124＿2)는 화살표 f5 및 f6에 의해서 각각 나타낸 바와 같이 회전 구동되고, 하측 단에서의 2개의 중앙부(123＿3, 123＿4)는 화살표 f7에 의해서 나타낸 바와 같이 회전 구동한다. 즉, 상측 단의 2개의 중앙부(123＿1 및 123＿2)에 대한 하측 단의 2개의 중앙부(123＿3 및 123＿4)의 회전량은 단일 구동단에 의해 제공되는 회전량의 약 2배가 된다. 중앙부의 회전량은 적층된 구동 단의 증가 수만큼 증가한다.
도 9에서 나머지 기간에, 즉 시간 t1 내지 시간 t2의 기간 및 시간 t3 내지 시간 t4의 기간을 제외한 기간에, 8개의 구동부 모두에 15V의 전압이 인가되어, 슬라이더를 홈 포지션에 강제적으로 유지시킬 수 있다.
이하, 제 2 실시예의 성능을 FEM에 의해서 해석한 결과에 대해서 설명한다.
길이가 1.25mm, 폭이 0.3mm, 두께가 0.16mm(20㎛의 두께를 각각 갖는 4개의 압전층의 2단)인 압전 액츄에이터에서, 30V라는 낮은 인가 전압하에서도, 슬라이더 상의 자기 헤드가 0.51㎛로 크게 변위하였다. 그리고, 이 압전 액츄에이터에 슬라이더가 고착되어 있을 때의 공진 주파수는 24.7kHz로 매우 높은 주파수이다. 즉, 제 2 실시예에 따르면, 압전 액츄에이터의 폭이 상기 제 1실시예의 압전 액츄에이터의 폭보다 넓은 경우에도, 적층된 2개의 구동단에 기인하여 제 1 실시예와 동일한 변위량을 얻을 수 있다. 그리고, 이러한 경우에는, 폭이 넓어짐에 따라 공진 주파수가 상승되는 것을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예를 나타낸 도면이다.
제 3실시예에서도, 서스펜션(108)과 슬라이더(104)는 도 2에 나타낸 서스펜션(108)과 슬라이더(104)와 동일하다.
이 도 11에 나타낸 압전 액츄에이터(130)는 6개의 구동단(131)이 적층된 구조를 가지며, 각 구동단은 도 2에 나타낸 압전 액츄에이터와 동일한 구성 요소를 가진다. 구동단(131)은 단부(132) 혹은 중앙부(133)에서 서로 접속 되어 있다. 단부(132)에서의 접속과 중앙부(133)에서의 접속이 교대로 행해지고 있다. 즉, 2N번째 단과 2N－1번째 단은 단부(132)에서 서로 접속 되어 있고, 2N번째 단과 2N＋1번째 단은 중앙부(133)에서 서로 접속되어 있다(문자 N은 정수를 나타냄).
각 구동단(131)의 중앙부(133)는 도 5에 나타낸 원리에 의해 단부(132)에 대해서 회전 구동한다. 그리고, 각 구동단(131)에서의 회전 구동의 방향은 교대로 역전하고 있다. 이에 의해, 도 10에 나타낸 원리에 의해서 중앙부의 회전 구동량은 단일 구동단에 의한 것보다 약 6배로 증가된다.
이하, 상기 제 1 ∼ 제 3 실시예에 따른 대표적인 압전 액츄에이터로서, 제 2 실시예에 따른 압전 액츄에이터를 제조하는 방법을 설명한다. 여기에서는, 제조 방법의 일례로서, 소위 그린 시트법(green sheet method)이 채용되어 있다.
도 12는 압전 액츄에이터의 제조 방법의 전반을 나타낸다.
여기에서, 후술하는 층이 적층되어 다층 구조를 형성한다. 여기에서는 6개의 압전 액츄에이터를 동시에 제조하는 공정이 나타나 있고, 도 12에서 일점쇄선에 의해서 구분된 각 열은 하나의 압전 액츄에이터에 상당한다.
우선, 압전재료로 이루어진 그린 시트(201)가 형성되고, 그 그린 시트(201)상에, 도전성 재료로 이루어지는 공통 전극층(202)이 스크린 인쇄된다. 압전재료로서는, PZT계 재료, PT계 재료, 티탄산바륨계 재료, 층상 페로브스카이트계 재료(layered-perovskite-based material) 등이 될 수 있다. 도전성 재료로서는, Ag－Pd 페이스트나 Pt 페이스트 등이 될 수 있다.
다음에, 공통 전극층(202) 상에 다른 그린 시트(201)가 형성되고, 그 그린 시트(201) 상에, 도전성 재료로서 예를 들면 Pt로 이루어진 개별 전극층(203)이 스크린 인쇄된다. 그린 시트(201), 공통 전극층(202), 및 개별 전극층(203)이 소망한 적층수로 반복 적층되어, 하나의 구동단을 형성한다.
그 후, 그린 시트(201) 사이에 바인더층(204)이 형성된다. 이 바인더층(204)에 의해서 후술하는 바와 같이 슬릿이 형성된다.
또, 상술한 바와 동일한 방식으로, 그린 시트(201), 공통 전극층(202), 및 개별 전극층(203)이 소망한 적층수로 반복하여 적층된다.
도 13은 서로 겹쳐진 공통 전극층과 개별 전극층을 나타낸 도면이다.
공통 전극층(202)과 개별 전극층(203)은 부분적으로 서로 겹치고, 공통 전극층(202)은 2개의 분리된 개별 전극층(203)을 상호 접속한다.
도 14는 압전 액츄에이터의 제조 방법의 후반을 나타낸 도면이다.
도 12 및 도 13을 참조하여 설명한 바와 같이 적층된 층을 구성하는 적층체에 샌드 블레스트 가공에 의해서 구멍(205)이 형성되고, 이 적층체는 1050℃의 대기중에서 소성된다. 이 소성에 의해서, 상술한 바인더층이 소실되고, 상술한 슬릿이 형성된다. 바인더층을 구성하는 재료로서는, PVB 바인더나, 소성으로 소실될 수 있는 다른 바인더가 될 수 있다. 소성된 적층체는, 도 12 및 도 13에 나타낸 일점쇄선에 의해서 6개의 반제품(206)으로 분할된다. 각 반제품(206) 위에는, 도 8에 나타낸 바와 같이 공통 전극 단자(125)와 개별 전극 단자(126)가 형성된다.
상술한 각 실시예에 따른 압전 액츄에이터는 이러한 공정에 의해서 제조된다.
도 15는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 압전 액츄에이터를 나타낸 도면이다.
도 3에 나타낸 제 1 실시예에 따른 압전 액츄에이터(110)의 경우에서와 마찬가지로, 도 15에 나타낸 본 발명의 제 4실시예에 따른 압전 액츄에이터(140)는 4개의 막대 모양의 구동부(141)를 가지고 있다. 이들 4개의 구동부(141)는 압전층 및 전극층이 구동부의 길이 방향으로 적층되어 구성되어 있고, 전극간에 전압이 인가되면 압전 세로 효과(33 모드)에 의해서 구동부가 신장한다.
이 제 4 실시예에 따른 압전 액츄에이터(140)로 제 1 실시예에 따른 압전 액 츄에이터를 바꾸어, 상술한 바와 같이 슬라이더를 회전 구동할 수 있다.
또, 압전 가로 효과(31 모드)에 기초한 압전 액츄에이터에는, 제조가 용이하다고 하는 이점이 있고, 압전 세로 효과(33 모드)에 기초한 압전 액츄에이터에는, 회전량이 크다고 하는 이점이 있다.
도 16은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 압전 액츄에이터를 나타낸 도면이다.
도 3에 나타낸 제 1 실시예에 따른 압전 액츄에이터(110)의 경우에서와 같이, 도 16에 나타낸 제 5실시예에 따른 압전 액츄에이터(145)도 4개의 막대 모양의 구동부(146)를 가지고 있다. 이들 4개의 구동부(146)의 각각에, 구동부(146)의 길이 방향에 수직인 방향이면서, 또한 제 1 실시예에 따른 압전 액츄에이터(110)에서 층이 적층되는 방향에 수직인 방향으로, 압전층과 전극층이 적층된다.
이러한 방향으로 층이 적층되면, 압전 액츄에이터(145)의 중앙에 구멍(147)을 가진 구조가, 상술한 바인더층을 이용하여 형성될 수 있어, 압전 액츄에이터(145)를 매우 용이하게 제조할 수 있다.
도 17은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 압전 액츄에이터를 나타낸 도면이다.
제 6 실시예에 따른 압전 액츄에이터(148)는 6개의 돌기(149)를 가지는 점을 제외하고, 도 16에 나타낸 제 5 실시예에 따른 압전 액츄에이터(145)와 동일하다.
도 5를 참조하여 기술한 구동 원리에 따라 압전 액츄에이터가 슬라이더 등을 회전 구동 하기 위해서, 4개의 막대 모양의 구동부(146)는 충분히 좁으면서 가요성일 필요가 있다. 그리고, 충분한 회전량을 제공하기 위해서는, 서로 평행한 구동부(146)를 서로 충분히 접근하여 배치시킬 필요가 있다.
그러나, 도 16에 나타낸 폭이 좁은 압전 액츄에이터(145)에, 예를 들면 도 2에 나타낸 서스펜션(108)과 슬라이더(104)와 같은 구동 대상물이 고착되면, 고착 시에 그 구동 대상물이 기울어질 우려가 있다.
따라서, 이 제 6실시예에 따른 압전 액츄에이터(148)는, 막대 모양의 구동부(146)가 나란히 배치되는 방향으로 뻗은 돌기(149)를 가지고, 이 돌기(149)에 의해서 구동 대상물의 기울어짐을 막을 수 있다. 그리고, 이 돌기(149)는 구동부(146)의 측면 외의 영역에 형성되어 있기 때문에 구동부(146)는 자유롭게 압축 또는 신장할 수 있다.
이러한 돌기(149)를 가지는 압전 액츄에이터(148)의 제조 방법에 대해서 이하 설명한다.
도 18은 돌기를 가지는 압전 액츄에이터를 제조하는 제 1 방법의 전반 부분을 나타낸 도면이고, 도 19는 그 압전 액츄에이터를 제조하는 제 2 방법의 전반 부분을 나타내는 도면이다.
이들 제 1 및 제 2 방법에 의해서 거의 동일한 압전 액츄에이터가 제조된다.
도 18에 나타낸 제 1 제조 방법에 따르면, 전극층의 패턴에 도전성 재료(220)가 프린트된 그린 시트(221)와, 바인더(222)가 도포된 그린 시트(221)가 각각 필요한 매수를 적층하고, 저압으로 이 적층를 가압하여 제 1 가(假)적층체(223)를 형성한다. 그리고, 필요한 매수의 그린 시트를 가압하여 후판(厚板)(224)을 형성하고, 후판(224)의 소정 위치에 구멍을 형성하고, 그 구멍을 바인더(222)로 충전함으로써, 제 2 가적층체(225)를 형성한다.
상기에 의해서 형성된 하나의 제 1 가적층체(223)와 2개의 제 2 가적층체(225)를 적층하고 고압으로 가압하여 완성된 적층체(226)를 형성한다. 그 후, 완성된 적층체를 탈지(脫脂)하고 소성하여 소성체(227)를 형성한다. 탈지 및 소성에 의해 바인더(222)가 소실되어, 슬릿(228)과 돌기(229)가 형성된다.
도 19에 나타낸 제 2 제조 방법에 따르면, 전극층의 패턴에 도전성 재료(220)가 프린트된 그린 시트(221)를 필요한 매수로 2세트를 준비하고, 그 후 그 2세트를, 그 사이에 바인더(222)를 삽입하여 적층하여 제 1 가적층체(223)을 형성한다. 제 2 가적층체는 상술한 제 1 제조 방법과 동일한 방법으로 형성한다.
그 후, 상술한 제 1 제조 방법에서와 같이, 1개의 제 1 가적층체(223)와 2개의 제 2 가적층체(225)를 적층하고 고압으로 가압하여 완성된 적층체(226)를 형성하고, 이 완성된 적층체(226)를 탈지 및 소성하여 소성체(227)를 형성한다.
이 제 2 제조 방법으로 형성된 소성체(227)는 슬릿(228)의 측면이 전극층(230)으로 덮여지기 때문에 내구성이 높다.
도 20은 제 1 및 제 2 제조 방법의 후반 부분을 나타낸 도면이다.
상술한 소성체(227)는 일반적으로 압전 액츄에이터의 적층 구조의 복수개분을 모은 형태로 형성한다. 그 소성체(227)를 톱(300)으로 절단하여 중간체(231)를 형성한다. 각 중간체(231)를 톱(300)으로 분할 절단하고, 절단편의 절단면 위에 측면 전극(232) 등을 증착에 의해서 형성하여 압전 액츄에이터의 완제품(233)을 제조한다.
상술한 실시예의 전극층의 상호 접속 수단은 압전층을 관통하는 비어가 될 수도 있다.
도 21은 비어에 의해서 전극층이 접속된 압전 액츄에이터를 제조하는 방법의 전반 부분을 나타낸 도면이고, 도 22는 그 제조 방법의 후반 부분을 나타내는 도면이다.
도 21 및 도 22는 도 16에 나타낸 적층 구조를 가지며 비어를 통해서 상호 접속되는 전극층을 가진 압전 액츄에이터를 제조하는 방법을 나타낸 도면이다. 도 16에 나타낸 적층 구조와는 다른 적층 구조를 가지며 비어를 통해 상호 접속되는 전극층을 가지는 압전 액츄에이터를, 도 21 및 도 22에 나타낸 제조 방법과 동일한 제조 방법에 의해서 형성할 수 있다.
이 제조 방법에 따르면, 도 21에 나타낸 바와 같이, 전극층의 패턴에 도전성 재료(220)가 프린트되어 있으며, 소정 개소에 형성되어 도전성 재료(220)로 충전된 관통홀을 갖는 그린 시트(221)와, 각각 바인더(222)를 가진 그린 시트(221)를 필요한 매수로 적층하고 가압하여 적층체(234)를 형성한다. 하나의 그린 시트에서의 관통홀을 충전하는 도전성 재료(220)는 이 가압에 의해서 다른 그린 시트에서의 도전성 재료(220)에 압착되어 비어(235)를 형성한다. 그 후, 적층체(234)를 탈지 및 소성하여 소성체(236)를 얻을 수 있다.
도 22에 나타낸 바와 같이, 소성체(236)의 표면에는 비어(235)의 단면이 노출되어 있고, 그 표면에 증착에 의해 전극(237)이 형성된다. 이 증착의 공정은 각 소성체에 1회만 실시되면 좋기 때문에, 비어가 아닌 측면 전극을 사용하는 경우에 비하여 전극을 형성하는데 필요한 증착 공정의 수가 감소하고 제조 비용이 낮아진 다.
그 후, 전극(237)이 증착에 의해 형성된 소성체(236)를 톱(300)으로 절단하여 압전 액츄에이터의 제품(238)을 완성한다.
지금까지 제 1 타입의 실시예에 대하여 설명을 했다. 이하, 제 2 타입의 실시예에 대해서 설명한다.
도 23은 본 발명의 제 7실시예를 나타낸 도면이다.
도 23의 (a)는 서스펜션의 선단 및 그 부근 구성 요소의 정면도를 나타내고 있고, 도 23의 (b)는 그의 측면도이다.
이 제 7실시예에서, 서스펜션(108)의 일부는 압전 액츄에이터(150)의 베이스부로서도 역할을 하고 있다. 판 상의 서스펜션(108)의 일측에 압전 액츄에이터(150)가 배치되고, 판상 서스펜션(108)의 타측에는 슬라이더(104)가 배치되어 있다.
압전 액츄에이터(150)는 2개의 구동부(151)가 회전 대칭 및 비선대칭으로 배열되어 있다. 후술하는 바와 같이, 이들 2개의 구동부(151)는 슬라이더(104)를 무게 중심을 중심으로 회전 구동한다.
도 24는 구동부의 배열을 나타낸 도면이다.
구동부(151)는 막대 모양의 제 1 구동체(152)와, 막대 모양의 제 2 구동체(153)와, 구동체(152 및 153)의 각각의 일단을 고정하는 고정체(154)를 구비하고 있다. 여기에서 사용되는 고정체(154)는 서스펜션과 동일한 재료로 이루어지는 판이다.
제 1 구동체(152)와 제 2 구동체(153)는 서로 평행하게 배치되고, 각각 전극층(155)과 압전층(156)으로 이루어지는 적층 구조를 가지고 있다. 전극층(155)과 압전층(156)은 제 1 구동체(152) 및 제 2 구동체(153)의 길이를 따라 적층된다. 제 1 구동체(152) 및 제 2 구동체(153)의 각각은, 압전층(156)이 사이에 끼워진 인접하는 전극층(155) 사이에 전압이 인가되면 압전 세로 효과(33 모드)에 의해 길이 방향으로 신장한다. 그리고, 인가 전압이 개방되면, 제 1 구동체(152) 및 제 2 구동체(153)의 각각은 길이 방향으로 수축한다. 여기서, 예를 들면, 제 1구동체(152)가 33층, 제 2 구동체(153)가 13층인 것으로 한다. 1층이 20㎛의 두께이면 제 1 구동체는 660㎛의 두께이고,제 2 구동체는 260㎛의 두께를 가지며, 인가 전압이 30V인 경우 제 1 구동체는 564nm로 신장하고, 제 2 구동체는 222nm로 신장한다. 이 방법에서는, 수백 nm의 고정밀도로 위치 결정을 행할 수 있다. 여기에서, 제 1 구동체(152)의 양단 중, 고정체(154)에 고정된 일단에 대한 타단이 제 1 구동단(152a)을 구성하고, 제 2 구동체의 양단 중, 고정체(154)에 고정된 일단에 대한 타단이 제 2 구동단(153a)을 구성한다. 제 1 구동체(152)와 제 2 구동체(153)가 신장함으로써 제 2 구동단(153a)이 제 1 구동단(152a)에 대하여 구동되게 된다.
도 25는 서스펜션의 선단 및 그 부근 구성 요소의 배열을 나타낸 도면이다.
서스펜션(108)은 본체부(108a)와 유지부(108b)와 슬라이더 고착부(108d)로 구성되어 있다. 유지부(108b)는 본체부(108a)와 접속되는 부분(108c)에서 탄성 변형될 수 있기 때문에 판 스프링으로서 역할을 한다. 슬라이더 고착부(108d)에는 슬라이더가 고착되어 2개의 세선부(細線部)(108e)를 개재하여 환상(環狀)의 유지부(108b)에 의해서 회전가능하게 유지된다. 이 유지부(108b)는 본 발명의 압전 액츄에이터의 베이스부로서도 역할을 하며, 유지부(108b)의 구동단 고착부(108f)에, 도 24에 나타낸 구동부(151)의 제 1 구동단(152a)이 고착된다. 그리고, 슬라이더 고착부(108d)의 구동단 고착부(108g)에, 제 2 구동단(153a)이 고착되고, 이에 의해서 제 2 구동단(153a)이 슬라이더 고착부(108d)를 개재하여 슬라이더에 고정된다.
이하, 도 23으로 다시 돌아가서 설명을 계속한다.
슬라이더(104)는 서스펜션(108)에 의해 직접 유지 되고, 서스펜션(108)의 슬라이더 고착부를 통해 2개의 구동부(151)에 고정된다. 따라서, 슬라이더(104)의 무게나, 슬라이더(104)가 자기 디스크에 대하여 근접하거나 멀어질 때의 응력이 견고한 서스펜션(108)에 의해서 주로 수용되고, 취약한 구동부(151)에는 부하가 경감하여 액츄에이터의 내구성이 높아진다.
그리고, 슬라이더(104)는 서스펜션(108)에 고착된 2개의 구동부(151)에 의해서 슬라이더 고착부와 일체로 구동된다.
도 26 및 도 27은 제 7 실시예에 따른 구동 원리를 설명한 도면이다.
도 26은 2개의 구동부(151)의 제 1 구동체(152)의 각각에 전압이 인가되어, 제 1 구동체(152)가 신장된 상태를 나타내고 있다. 도 27은 2개의 구동부(151)의 각각의 제 2 구동체(153)에 전압이 인가되어 제 2 구동체(153)가 신장한 상태를 나타내고 있다.
제 1 구동단(152a)이 서스펜션(108)에 고정되어 있기 때문에, 제 1 구동체(152)에 전압이 인가되면, 제 1 구동체(152)는 도 26의 화살표 f8에 의해서 지시되는 바와 같이 신장하고, 제 2 구동단(153a)은 고정체(154) 및 제 2 구동체(153)를 통해 화살표 f9에 의해서 지시된 바와 같이 구동된다. 따라서, 슬라이더(104)는 화살표 f10에 의해서 지시된 바와 같이 구동된다.
한편, 제 2 구동체(153)에 전압이 인가되면, 제 2 구동체(153)는 도 27의 화살표 f11에 의해서 지시된 바와 같이 신장하고, 제 2 구동단(153a)은 화살표 f12에 의해서 지시된 바와 같이 구동된다. 따라서, 슬라이더(104)는 화살표 f13에 의해서 지시된 바와 같이 회전 구동된다.
이와 같이, 제 1 구동체(152)와 제 2구동체(153)에 대해서 서로 다른 타이밍으로 전압이 인가되는 것에 의해, 슬라이더(104)는 좌우로 회전 구동되는 것으로 된다. 더욱, 큰 회전 구동량을 얻기 위해서는, 제 2 구동단(153a)이 슬라이더(104)의 무게 중심의 근처에 고정되는 것이 바람직하다.
이하, 압전 액츄에이터의 제 7실시예의 제조 방법에 대해서 설명한다.
우선, 구동부를 구성하는 제 1구동체 및 제 2구동체가 제조된다. 제 1구동체나 제 2구동체는 여러 가지 방법으로 제조할 수 있지만, 여기에서는 일례로서, 그린 시트법에 의해서 제조되는 것으로서 이하 설명한다.
도 28은, 제 1구동체 및 제 2구동체의 제조 방법의 전반을 나타낸 도면이다.
여기에서는, 이하 설명하는 바와 같은 각층이 적층되어 다층 구조가 형성된다.
우선, 압전재료로 이루어지는 그린 시트(210)의 층이 원하는 수만큼 반복 적층되어 제 1구동체나 제 2구동체의 일단에 상당하는 부분이 형성된다.
다음에, 그린 시트(210)상에, 도전성 재료로 이루어지는 소정의 패턴의 제 1 전극층(211)이 스크린 인쇄되며, 그 위에 그린 시트(210)의 층이 더 형성된다. 이 그린 시트(210)상에는, 제 1 전극층(211)의 패턴과는 반대되는 패턴의 제 2 전극층(212)이 스크린 인쇄되고, 그 위에 그린 시트(210)의 층이 더 형성된다. 이러한 그린 시트(210)의 층, 제 1 전극층(211), 제 2 전극층(212)이 원하는 층수만큼 반복 적층되어 구동 부분이 형성된다.
게다가, 그린 시트(210)의 층이 원하는 수만큼 반복 적층된다.
이와 같이 각층이 적층된 적층체는, 그 후, 대기중에서 탈지 및 소성이 이루어져 소성체가 생성된다.
도 29는 제 1 구동체 및 제 2 구동체의 제조 방법의 후반을 나타내는 도면이다.
상술한 바와 같이 생성된 소성체(213)는, 톱(300)에 의해서, 도 28의 일점 쇄선이 나타낸 바와 같이 분할되어, 중간체(214)를 얻을 수 있다. 이 중간체(214)의 측면에는, 제 1 전극층을 상호 접속하는 측면 전극(215)과, 제 2 전극층을 상호 접속하는 측면 전극(도시하지 않음)이 설치된다. 이들의 측면 전극을 개재하여 제 1 구동체 및 제 2 구동체에 전압이 인가된다.
이와 같이 측면 전극(215)이 설치된 중간체(214)가 톱(300)으로 더 분할되어, 제 1구동체(152)와 제 2구동체(153)가 제조된다.
이와 같이 제조된 제 1 구동체(152)와 제 2 구동체(153)가 고정체로 고정되어, 도 24에 나타낸 구동부(151)가 제조되고, 이 구동부(151)가 도 25에 나타낸 서스펜션(108)상에 고착됨으로써, 상술한 제 7실시예의 압전 액츄에이터가 제조된다.
도 30은 본 발명의 제 8실시예를 나타낸 도면이다.
이 도 30의 부분(A)에는 정면도가 나타나 있고, 도 30의 부분(B)에는 측면도가 나타나 있다.
이 제 8실시예에서는, 압전 액츄에이터(150)가 서스펜션(108)에 고착되고, 슬라이더(104)가 압전 액츄에이터(150)에 고착되어 있다. 상술한 제 7실시예와 같은 원리로 슬라이더(104)가 구동된다. 이 제 8실시예는, 제 7실시예와 비교하면, 서스펜션(108)의 구조가 단순하고 제조가 용이한 장점이 있다.
상기 설명에서는, 정보 기억 장치의 일례로서 하드 디스크 장치를 나타내고 있지만, 본 발명의 정보 기억 장치는, 헤드를 아암으로 유지해 이동시키는 방식의 장치이면, 광디스크 장치나 광자기 디스크 장치일 수도 있다.
이상 설명한 것처럼, 본 발명의 압전 액츄에이터는 소형 경량이고, 본 발명의 구동 방법에 의해 저전압으로 큰 변위를 얻을 수 있다. 그리고, 본 발명의 정보 기억 장치는, 헤드 구동시의 관성 모멘트가 작고, 고기록 밀도를 가지는 소형 경량의 장치로서 구체화될 수 있다.
Claims (10)
- 한 평면의 4 점상에 배치되는 구동부들을 포함하고, 상기 각각의 구동부는 전압이 인가 또는 개방(remove)되는 경우, 신장 또는 수축하며, 상기 구동부들은 서로 평행한 방향으로 신장 또는 수축 가능한 압전 액츄에이터로서,전극 부재와 압전 부재를 일체화하여 형성한 적층 구조를 갖는 것을 특징으로하는 압전 액츄에이터.
- 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 1 구동부,상기 제 1 구동부에 대해서 평행하게 배치되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 2 구동부,상기 제 1 구동부의 일단과, 상기 제 1 구동부의 일단 옆에 위치하는 상기 제 2 구동부의 일단의 양쪽에 접속되는 제 1 단부,일단이 상기 제 1 단부에 접속된 상기 제 1 구동부의 타단에 접속되는 제 1 중앙부,일단이 상기 제 1 단부에 접속된 상기 제 2 구동부의 타단에 접속되는 제 2 중앙부,상기 제 1 중앙부로부터 상기 제 1 구동부와는 반대 방향으로 연장되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 3 구동부,상기 제 2 중앙부로부터 상기 제 2 구동부와는 반대 방향으로 연장되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 4 구동부, 및상기 제 3 구동부의, 상기 제 1 중앙부에 접속된 일단에 대(對)한 타단과, 상기 제 4 구동부의, 상기 제 2 중앙부에 접속된 일단에 대한 타단에 접속되는 제 2 단부를 포함하는 압전 액츄에이터로서,전극 부재와 압전 부재를 일체화하여 형성한 적층 구조를 갖는 것을 특징으로하는 압전 액츄에이터.
- 제 2 항에 있어서,각각 평면상으로 배치되고, 상기 제 1 구동부, 상기 제 2 구동부, 상기 제 1 단부, 상기 제 1 중앙부, 상기 제 2 중앙부, 상기 제 3 구동부, 상기 제 4 구동부, 및 상기 제 2 단부를 가지는 복수의 적층된 구동단을 포함하고, 상기 복수의 구동단의 2N번째 구동단(N은 정수)과, 2N＋1번째 구동단은 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부로 이루어지는 단부 쌍과, 상기 제 1 중앙부와 상기 제 2 중앙부로 이루어지는 중앙부 쌍 중 하나에서 서로 접속되고, 상기 복수의 구동단 중 2N번째 단의 구동단과 2N－1번째 구동단은 상기 단부 쌍과 상기 중앙부 쌍 중 다른 하나에서 서로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 단부, 상기 제 1 중앙부, 상기 제 2 중앙부, 상기 제 2 단부 중 적어도 어느 하나로부터, 상기 제 1 구동부와 상기 제 2 구동부가 나란히 옆으로 배치된 방향으로 연장되는 돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 구동부, 상기 제 2 구동부, 상기 제 3 구동부, 및 상기 제 4 구동부의 각각이, 압전재료로 이루어지는 복수의 압전층, 상기 압전층 사이에 끼워지며 도전재료로 이루어지는 복수의 전극층, 상기 압전층을 관통하여 동일 전위로 상기 전극층을 상호 접속하는 비어를 포함하는 것인 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터.
- 각각 제 1 구동단 및 제 2 구동단을 포함하고, 상기 제 2 구동단을, 소정의 구동 방향에서 상기 제 1 구동단에 대하여 전후로 구동시키는 복수의 구동부, 및상기 복수의 구동부의 상기 제 1 구동단이 고정되고, 상기 복수의 구동부를 전체로서 회전 대칭 및 비선대칭인 배열로 유지하는 베이스부를 포함하고,상기 구동부는,상기 제 1 구동단으로부터 상기 구동 방향으로 연장되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 1 구동체,상기 제 2 구동단으로부터, 상기 제 1 구동체와 동일한 방향이면서 상기 제 1 구동체와 평행하게 연장되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 2 구동체, 및상기 제 1 구동체의, 상기 제 1 구동단에 접속된 일단에 대한 타단과, 상기 제 2 구동체의, 상기 제 2 구동단에 접속된 일단에 대한 타단을 고정하는 고정체를 포함하는 것인 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터.
- 한 평면상의 4 점상에 배치되며, 각각 전압이 인가 또는 개방되는 경우 서로 평행한 방향으로 신장 또는 수축하는 구동부로 이루어지는 압전 액츄에이터의 구동 방법으로서, 대각선을 따라 위치하는 1 쌍의 구동부를 동시에 구동하고, 다른 쌍의 구동부는 상기 1 쌍의 구동부와는 다른 타이밍에서 구동하는 것을 특징으로 하는 구동 방법.
- 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 1 구동부, 상기 제 1 구동부에 대해서 평행하게 배치되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 2 구동부, 상기 제 1 구동부의 일단과, 상기 제 1 구동부의 일단 옆에 위치하는 상기 제 2 구동부의 일단의 양쪽에 접속되는 제 1 단부, 상기 제 1 구동단의 타단에 접속되는 제 1 중앙부, 상기 제 2 구동부의 타단에 접속되는 제 2 중앙부, 상기 제 1 중앙부로부터 상기 제 1 구동부와는 반대 방향으로 연장되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 3 구동부, 상기 제 2 중앙부로부터 상기 제 2 구동부와는 반대 방향으로 연장되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 4 구동부, 및 상기 제 3 구동부의, 상기 제 1 중앙부에 접속된 일단에 대한 타단과, 상기 제 4 구동부의, 상기 제 2 중앙부에 접속된 일단에 대한 타단의 양쪽에 접속되는 제 2 단부를 포함하는 압전 액츄에이터를 구동하는 방법으로서,상기 압전 액츄에이터의 제 1 구동부와 제 4 구동부에 대해서 동시에 전압을 인가하고, 상기 제 1 및 제 4 구동부에 대한 타이밍과는 다른 타이밍에서 동시에 상기 압전 액츄에이터의 제 2 구동부와 제 3 구동부에 전압을 인가함으로써, 상기 제 1 중앙부와 상기 제 2 중앙부로 이루어지는 중앙부 쌍을 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부로 이루어지는 단부 쌍에 대해서 회전 구동시키는 것을 특징으로 하는 구동 방법.
- 소정의 정보 기억 매체에의 정보 기록 및 소정의 정보 기억 매체로부터의 정보 재생 중 적어도 어느 하나를 행하는 헤드가 탑재되는 헤드부,상기 헤드부에 탑재되어 있는 상기 헤드가 상기 정보 기억 매체에 근접하거나 접촉하는 방식으로 상기 헤드부를 유지하는 아암부,상기 아암부를 구동하여, 상기 아암부에 의해서 유지되는 상기 헤드부에 탑재된 상기 헤드를 상기 정보 기억 매체를 따라 이동시키는 아암부 액츄에이터, 및상기 아암부에 대해서 상기 헤드부의 무게 중심을 중심으로 상기 헤드부를 회전시키는 헤드부 액츄에이터를 포함하고,상기 헤드부 액츄에이터는,전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 1 구동부,상기 제 1 구동부에 대해서 평행하게 배치되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 2 구동부,상기 제 1 구동부의 일단과, 상기 제 1 구동부의 일단 옆에 위치하는 상기 제 2 구동부의 일단의 양쪽에 접속되는 제 1 단부,상기 제 1 구동부의 타단에 접속되는 제 1 중앙부,상기 제 2 구동부의 타단에 접속되는 제 2 중앙부,상기 제 1 중앙부로부터 상기 제 1 구동부와는 반대의 방향으로 연장되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 3 구동부,상기 제 2 중앙부로부터 상기 제 2 구동부와는 반대의 방향으로 연장되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 4 구동부, 및상기 제 3 구동부의, 상기 제 1 중앙부에 접속된 일단에 대한 타단과, 상기 제 4 구동부의, 상기 제 2 중앙부에 접속된 일단에 대한 타단의 양쪽에 접속되는 제 2 단부를 포함하는 것인 것을 특징으로 하는 정보 기억 장치.
- 소정의 정보 기억 매체에의 정보 기록 및 소정의 정보 기억 매체로부터의 정보 재생 중 적어도 어느 하나를 행하는 헤드가 탑재되는 헤드부,상기 헤드부에 탑재되어 있는 상기 헤드가 상기 정보 기억 매체에 근접하거나 접촉하는 방식으로 상기 헤드부를 유지하는 아암부,상기 아암부를 구동하여 상기 아암부에 의해서 유지되는 상기 헤드부에 탑재된 상기 헤드를 상기 정보 기억 매체를 따라 이동시키는 아암부 액츄에이터, 및상기 아암부에 대해서 상기 헤드부의 무게 중심을 중심으로 상기 헤드부를 회전시키는 헤드부 액츄에이터를 포함하고,상기 헤드부 액츄에이터는,상기 아암부에 고정된 제 1 구동단과 상기 헤드부에 고정된 제 2 구동단을 각각 포함하고, 상기 제 2 구동단을, 상기 제 1 구동단에 대하여 소정의 구동 방향으로 구동하며, 전체로서 회전 대칭 및 비선대칭인 배열로 유지되는 복수의 구동부를 포함하고,상기 구동부는,상기 제 1 구동단으로부터 상기 구동 방향으로 연장되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 1 구동체,상기 제 2 구동단으로부터, 상기 제 1 구동체와 동일한 방향이면서 상기 제 1 구동체와 평행하게 연장되고, 전압이 인가 또는 개방되는 경우 길이 방향으로 수축 또는 신장하는 막대 모양의 제 2 구동체, 및상기 제 1 구동체의, 상기 제 1 구동단에 접속된 일단에 대한 타단과, 상기 제 2 구동체의, 상기 제 2 구동단에 접속된 일단에 대한 타단을 고정하는 고정체를 포함하는 것인 것을 특징으로 하는 정보 기억 장치.
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