TW501103B - Micro actuator - Google Patents

Description

501103 五、發明說明（1) 發明背景 1. 發明範圍 本發明有關一種微致動器，用以支撐及微移在記錄媒 體上記錄或再生資訊之磁頭器件。 2. 相關技術說明 通常，一種磁碟機，諸如硬碟機（H D D )，係包括一磁 頭懸承裝配件用以支撐一磁頭，使磁頭在可旋轉地安裝於 一殼體内的碟片磁執上記錄或再生資訊。 此種磁頭懸承裝配件包括一桿形樑，亦即一懸桿，一 常平架及一滑座。桿形樑係支撐在一致動臂之一端部，致 動臂則由一音圈馬達（VCM ) 樞轉。常平架係接設在懸桿之 一端部，滑座則由常平桿支撐並有一磁頭。懸桿與致動臂 受音圈馬達之驅動力作用而樞轉。懸桿於樞轉時，同時將 滑座移至橫跨碟片的預定位置。此處，由滑座支撐並與其 一同移動的磁頭，必須置於碟片上眾多磁執中的一預定磁 軌上，亦即要記錄或再生資訊的位置。磁頭循磁軌移動對 記錄或再生資訊的可靠度而言，極為重要。 由於在最新趨勢中，光碟機的儲存容量不斷增加，所 以碟片的磁軌密度（每英忖磁執數，Τ Ρ I ) 也在增加。然而 ，由於Τ Ρ I 與碟片的轉速增加，所以精密控制磁頭位置變 得更加困難。為了解決這個困難，曾採用額外具有精密循 跡馬達或微致動器的磁頭懸承裝配件。 圖1顯示美國專利號5, 8 5 7, 3 47 揭示的磁頭懸承裝配 件。如圖所示，此磁頭懸承裝配件包括一接設在一致動臂

8909003.ptd 第5頁 501103 五、發明說明（2) (圖中未示）一端部的桿形樑1 0、一接設在桿形樑1 0 一端部 的常平架17、一微致動器20、及一連接部30。 桿形樑1 0有一水平部1 5，設在一端部1 1與一中央端部 13之間。常平架17支撐一滑座（圖中未示），滑座上設有記 錄/再生用的磁頭（圖中未示）。微致動器2 〇有一第一線圈 單元2 1及一第二線圈單元2 3，此二線圈係連續安裝在桿形 樑1 0之上表面上方。連接部3 〇則彈性連接端部丨丨與中央端 部13。 在上述結構中，當第一及第二線圈單元21 、23之線圈 2 2、2 4有電流通過時，在各線圈單元2丨、2 3之間的電磁力 f t : ί ί U力二於是，當線圈單元21、23被該垂直排 平方向的力量Γ处連接部30的垂直軌部31、33接收到一水 向上柩夺亦:果，當端部11相對中央端部π在水平方 一起微調。 在磁執方向上樞轉，使磁頭連同滑座 然而，在上奸、 構複雜。因此，=的微致動器中，需要許多零件且結 力，但將線圈單元:形樑（包括該滑座）雖然須要大驅動 量的過程中，卻彳_-二生的垂直排斥力轉換成水平方向力 發明概要 M貝耗更多的功率。 為了解決上诚网 有改進結構之微致動，=t 2 *目的之一在於提供一種具 獲得大力量。 夯，八、、Ό構間化，因此可用低電功率 因此，為了、查4、 ·、 運成上述目的而提供的微致動器中，包括

501103 五、發明說明（3) 一滑座，一第一磁心，一第二磁心，一第一磁線圈，及一 片簧。滑座係由一致動臂支撐，致動臂則沿橫跨記錄媒體 之磁軌的磁軌方向樞轉。滑座可在記錄媒體上方滑動，並 具有一面向記錄媒體的容置部。第一磁心可在容置部内移 動，用以支撐一磁頭器件。第二磁心安裝在容置部内，面 向第一磁心並與之分隔一預定距離，使第二磁心之中心在 磁場方向上（與磁執方向垂直’並相對記錄媒體表面為水 平）偏離第一磁心之中心。第一磁線圈係繞設在第一磁心 周緣，使第一磁線圈之軸線沿垂直方向行進，且於電流通 過時，在垂直記錄媒體表面的方向上產生一磁力。片簧係 在磁執方向上彈性連接第一磁心與容置部内側。其中，當 電流通過第*磁線圈時’弟一磁心受二磁心間產生的磁力 作用而沿磁執方向移動。 在本發明中，該微致動器較佳進一步包括一第二磁線 圈繞設在弟二磁心周緣，以於電流通過時，在磁場方向上 產生一磁力。 此外，在本發明中，該片簧與滑座較佳係用矽材料一 體形成。 此外，在本發明中，該片簧較佳包括與磁軌'方向平行 之第一平面部，以及從第一平面部垂直延伸並與磁場方向 平行之第二平面部。其中，第一及第二平面部係在磁執方 向上連續交錯形成。 此外，在本發明中，該片簧較佳係在磁執方向上形成 連續交錯彎曲，使其在磁場方向上的剛性係數值大於在磁

8909003.ptd 第7頁 501103 五、發明說明（4) 執方向上的剛性係數值。 此外，在本發明中，該第一磁心較佳包括一板型第一 磁場部及一第二磁場部，第一磁場部的一側可與垂直方向 垂直，第二磁場部從第一磁場部垂直延伸與彎曲，使第二 磁場部一側與磁軌方向垂直。其中，第一及第二磁場部係 沿磁執方向連續交錯形成。 此外，在本發明中，該第一磁線圈較佳是在磁執方向 上環繞第二磁場部反覆來回交織，且係環繞第二磁場部外 側。 根據本發明另一層面，其中提供的微致動器中，包括 一滑座，一第一磁心，一對第二磁心，一第一磁線圈，第 二磁線圈，及一片簧。滑座係由一致動臂支撐，致動臂則 在橫跨記錄媒體之磁執的磁軌方向上極轉。滑座可在記錄 媒體上方滑動，並具有一面向記錄媒體的容置部。第一磁 心可在容置部内移動，用以支撐一磁頭器件。一對第二磁 心在磁場方向上（與磁軌方向垂直，並相對記錄媒體表面 為水平）與第一磁心分隔一預定距離並面向第一磁心。第 二磁心係安裝在容置部内，其各自之中心係相對磁場方向 位於第一磁心中心的兩側。第一磁線圈係沿垂直方向繞設 在第一磁心周緣，以於電流通過時，在垂直記錄媒體表面 的方向上產生一磁力。第二磁線圈係沿垂直方向分別繞設 在母一第二磁心的周緣’以於電流通過時’在垂直方向上 產生一磁力。片簧在磁執方向上彈性連接第一磁心與容置 部内側。其中，藉由讓電流通過第一磁線圈，並選擇性地

8909003.ptd 第8頁 501103 五、發明說明（5) 讓電流分別通過二個第二磁線圈，可使第一磁心在二磁心 間產生的磁力作用下，沿磁執方向來回移動。 此外，在本發明中，片簧較佳是在磁執方向上形成連 續交錯的彎曲，以使其在磁場方向上的剛性係數值大於在 磁執方向上的剛性係數值。 本發明上述目的及優點，可經由參照附圖所作的較佳 實施例詳細說明而更加明確。圖式包括： 發明詳細說明 請參照圖2 ，根據本發明第一較佳實施例之微致動器 包括一滑座40，第一及第二磁心43、45，一第一磁線圈47 ，及一片簧49。滑座40可橫跨一記錄媒體碟片D 之磁軌， 沿磁執方向X 移動。第一及第二磁心4 3、4 5係安排在滑座 4 0之容置部4 1内。第一磁線圈4 7係繞設在第一磁心4 3上。 片簧49則係連接第一磁心43與滑座40。 滑座4 0係安裝在一預定致動臂（圖中未示）之一端部。 當一預定的音圈馬達（圖中未示）使致動臂在碟片D 上沿磁 軌方向X樞轉時，滑座4 0在碟片D上沿磁執方向X 滑動。滑 座4 0上形成的容置部4 1係穿透滑座4 0，以面對碟片D 的表 面。滑座4 0係使用石夕加工法製造的，包括在石夕材料上進行 沉積與蝕刻處理。 第一磁心4 3的安排方式，使其可在容置部4 1内移動。 此外，第一磁心4 3支撐一磁頭器件（圖中未示）。該磁頭器 件係位於第一磁心4 3的下部並面向碟片D，用以將資訊記 錄在碟片D上，或從碟片D再生資訊。此處，磁頭器件可為

8909003.ptd 第9頁 501103 五、發明說明（6) 硬碟機（圖中未示）中通常使用的磁頭或光學頭。同時，第 一磁線圈4 7係繞設在第一磁心4 3外部。第一磁線圈4 7繞設 在第一磁心4 3上時，係使其轴線相對碟片D沿垂直方向行 進。因此，當電流通過第一磁線圈4 7時，磁心4 3内沿垂直 方向z產生一磁力。 第二磁心4 5安裝在容置部4 1内。同時，第二磁心4 5面 向第一磁心43，並在垂直磁軌方向X之磁場方向y上，與第 一磁心4 3分隔一預定距離。安裝第二磁心4 5時，係使其中 心C 2在相對磁場方向y 上，偏離第一磁心4 3之中心C 1。此 處，第一磁心43與第二磁心45通常是用金屬形成的。第一 磁心4 3與第二磁心4 5都是在製造滑座4 0的過程中，使用例 如沉積與餘刻法製作的。 片簧49在磁執方向X 上將第一磁心43彈性支撐在容置 部41内。片簧49為成對設置，且每一片簧49係於磁執方向 X 上連接在第一磁心4 3側表面與容置部4 1内側之間。此外 ，片簧4 9於磁場方向y及垂直方向z上的剛性係數值大於在 磁軌方向X上的剛性係數值。因此，如圖4所示，片簧4 9之 截面為矩形，並沿磁執方向X 連續交錯彎曲。尤其是，片 簧49包括與磁軌方向X平行之第一平面部49a，以及從-第一 平面部49a 垂直彎曲與延伸且與磁場方向平行之第二平面 部49b。平面部49a、49b係於磁執方向X上連續交錯連接。 片簧49係用矽材料形成。因此，片簧49係在製造滑座40時 ，經由沉積與蝕刻處理法與滑座4 0 —體形成的。此外，片 簧49的連接係經由矽結合法，在高溫下將片簧49結合於第

國隱匯匯··_ 隱_瞧__隱 8909003.ptd 第10頁 501103 五、發明說明（7) 一磁心4 3之側表面。同時，片簧4 9可用製造滑座4 0的沉積 與蝕刻處理法而形成光滑的表面。由於片簧4 9具有上述結 構之特徵，第一磁心4 3只能在磁軌方向X 上移動，在磁場 方向y或在垂直方向z上則僅有極小移動。 根據本發明第一較佳實施例具有上述結構之微致動器 ，其操作如圖3所示。於初始狀態中磁心4 3、4 5之中心C 1 、C 2彼此偏離時，讓電流通過第一磁線圈4 7。於是，第一 磁心43變成一電磁鐵，並在第一磁心43近處產生一磁力。 第一磁心4 3被此磁力吸向金屬形成的第二磁心4 5。因此， 第一磁心4 3移動時，同時使片簧4 9在磁執方向X 上收縮或 膨脹。當第一磁心4 3移動時，如圖5所示，磁心4 3、4 5的 中心Cl 、C2幾乎相合。此處，中心Cl、C2為相合或彼此靠 近，係依通過第一磁線圈4 7的電流量而定。此外，第一磁 心4 3的移動速度係由通過第一磁線圈4 7的電流量控制。 當通過第一磁線圈4 7的電流強度在中心C 1 、C 2相合的 情況下逐漸降低或暫時切斷時，在第二磁心4 5内產生的磁 力會下降或消失。當磁力消失時，第一磁心4 3在片簣4 9之 彈性復原力下返回其初始位置。第一磁心4 3產生的移動， 與支撐滑座4 0之致動臂的移動無關。因此，藉由控制電流 的開啟與關斷及通過第一磁線圈4 7的電流強度，可以在磁 軌方向X 上，亦即，相對滑座4 0微移第一磁心4 3。因此， 由第一磁心4 3支撐之磁頭器件，其位置可以獲得精密的控 制。當磁頭器件可以獲得更精密的控制時，即有可能增加 硬碟機的密度，或實現近場記錄驅動器（N e a r F i e 1 d R e c 〇

8909003.ptd 第11頁 501103 五、發明說明（8) rdingDrive，NFRD)° 圖6顯示根據本發明第二較佳實施例之微致動器。此 處，凡與圖2所示元件具有相同功能之元件，均以相同參 考標號指示之。 請參照圖6 ，根據本發明第二較佳實施例之微致動器 除了前述第一較佳實施例的結構外，尚包括安裝在第二磁 心4 5外部的第二磁線圈4 8。第二磁線圈4 8係繞設在第二磁 心4 5周緣，而其軸線沿垂直方向z 行進，與第一磁線圈4 7 相同。同時，第二磁線圈4 8可在製造滑座4 0時，使用沉積 與蝕刻處理法設在第二磁心4 5外部。當第二磁線圈4 8有電 流通過時，會在垂直方向z 上產生一磁力。因此，藉由最 初只在第一磁線圈4 7或第二磁線圈4 8通過電流時，可以移 動第一磁心4 3。隨後，在第一及第二磁線圈4 7、4 8上施以 相反方向之電流，可以移動第一磁心4 3。在此情況時，磁 心4 3及4 5中產生的N極與S極係彼此相向。 圖7顯示根據本發明第三較佳實施例之微致動器。此 處，凡與圖2所示元件具有相同功能之元件，均以相同參 考標號指示之。 請參照圖7 ，根據本發明_第三較佳實施例之微致動器 ，其特徵在於，一對應第二磁心4 5安裝的第一磁心4 4包括 一第一磁場部44a及一第二磁場部44b。第一磁場部44a 之 一側面與垂直方向z垂直。第二磁場部4 4 b之一側面與磁執 方向X垂直。因此，第二磁場部4 4 b係從第一磁場部4 4 a 沿 垂直方向z 垂直延伸。亦即，在第一磁心4 4之結構中，第

8909003.ptd 第12頁 501103 五、發明說明（9) 一磁場部4 4a及一第二磁場部4 4b係連續交錯連接。第一磁 心4 4上安裝的第一磁線圈4 7 ’ ，其捲繞方式為沿著第二磁 場部4 4 b連續通過第二磁場部4 4 b。亦即，如圖8概要顯示 ，第一磁線圈47’係在磁軌方向X 上環繞第二磁場部44b反 覆來回交織。因此，第一磁線圈4 7 ’具有立體的三維結構 ，它既環繞每一第二磁場部4 4 b繞捲，亦與垂直方向z同軸 。由於第一磁心4 4與第一磁線圈4 7 係以三維立體結構安 裝，所以，當電流通過第一磁線圈4 7 ’時，在第一磁心4 4 周緣產生的磁力強度，大於習式技術中產生的磁力強度。 因此，與習式技術比較時，本發明使用較低電功率即可產 生較大力量。此外，因電磁場的產生而在致動器周緣形成 的作用，亦可進一步減少。 圖9顯示根據本發明第四較佳實施例之微致動器。此 處，凡與圖2所示元件具有相同功能之元件，均以相同參 考標號指示之。 請參照圖9 ，滑座4 0之容置部4 1内，對應第一磁心安 裝有一對第二磁心5 1、5 3。第二磁心5 1、5 3彼此分隔，且 於磁場方向y 上與第一磁心4 3分隔一預定距離。此外，如 圖10所示，第二磁心51、53於安裝時，其中心C3、C4在磁 場方向y 上係分別位於第一磁心4 3之中心C 1的兩側。亦即 ，第二磁心5 1、5 3都安裝在同一高度並彼此分隔一預定距 離。此外，第二磁心5 1、5 3上分別繞設第二線圈5 5、5 7。 第二線圈5 5、5 7繞設在第二磁心5 1、5 3周緣時，其軸線係 沿垂直方向z行進，且當電流通過時，會在垂直方向z上產

8909003.ptd 第13頁 501103 五、發明說明（ίο) 生一磁力。 操作具有上述結構之微致動器時，首先，讓電流通過 第二磁線圈55，此時會在第二磁心51產生一磁力。當前述 磁力產生時，第一磁心4 3被吸引朝向產生磁力的第二磁心 51 ，並沿磁軌方向X移動，如圖1 〇所示。 在上述情況中，當通往第二磁線圈5 5的電流被切斷， 且讓電流通過另一第二磁線圈5 7時，會在繞設第二磁線圈 57的第二磁心53近處產生一磁力。因此，第一磁心43被第 二磁心5 3周緣產生的磁力吸引而朝相反方向移動，如圖1 1 所示。此處，由於第一磁心43是在磁力及片簣49的彈性回 復力作用下而移動，所以可獲得精密且快速的控制。 如上所述，藉由選擇性地對第二磁線圈5 5、5 7施以電 流，可以自由控制第一磁心43的移動方向。此外，電流不 僅通過第二磁線圈5 5、5 7，也通過第一磁線圈4 7。在此情 況時，藉由增加第一磁心4 3與第二磁心5 1、5 3之間的磁力 ，可以獲得較大的驅動力。亦即，當電流以相反方向通過 第二磁心51 、53時，由第二磁心51、53所產生的磁力，其 方向彼此相反。在此情況時，藉由選擇性地控制第一磁線 圈4 7内的電流方向，可輕易而快速地控制第一磁心4 3的移 動方向。 同時，在電流通過第一磁豫圈4 7的情況中，藉由僅讓 電流通過第二磁線圈55與57之一，以於第二磁心51與53之 一產生磁力時，可以移動第一磁心4 3。 如上所述，根據本發明較佳實施例之微致動器，具有

8909003.ptd 第14頁 501103 五、發明說明（11) 簡單的結構，因此可輕易製成小巧的尺寸。此外，與習用 技術比較時，由於可用較低電功率獲得較大驅動力，所以 可降低電力消耗。 此外，根據本發明之微致動器，可使致動器周緣因產 生磁場所生的作用減至最小。同時，若在靜電驅動力之應 用受高度限制時（例如在含塵空氣中）、需要大驅動範圍時 、以及必須避免或不能獲得高驅動電壓時，亦可應用根據 本發明之微致動器。

8909003.ptd 第15頁 501103 圖式簡單說明 簡單圖式說明 圖1為具有習用微致動器之磁頭懸承裝配件之立體外 觀圖； 圖2為根據本發明第一較佳實施例之微致動器之立體 外觀圖； 圖3為圖2所示微致動器之平面圖； 圖4為圖2所示片簧之局部立體外觀圖； 圖5為一平面圖，顯示第一磁心離開圖3所示初始位 置之狀態； 圖6為根據本發明第二較佳實施例之微致動器之立體 外觀圖； 圖7為根據本發明第三較佳實施例之微致動器之立體 外觀圖； 圖8為一立體圖，顯示第一磁線圈繞捲圖7所示第一 磁心之狀態； 圖9為根據本發明第四較佳實施例之微致動器之立體 外觀圖； 圖1 0為圖9所示微致動器之平面圖；及 圖1 1為一平面圖，顯示第一磁心沿磁軌方向離開圖 1 0所示初始位置之狀態。 圖式元件符號表 1 0桿形樑 1 1端部 1 3中央端部

8909003.ptd 第16頁 501103 圖式簡單說明 1 5水平部 1 7常平架 2 0微致動器 2 1第一線圈單元 2 2 、2 4線圈 2 3第二線圈單元 3 0連接部 3 1、3 3垂直軌道 4 0滑座 4 1容置部 4 3第一磁心 4 4第一磁心 4 4 a第一磁場部 4 4 b第二磁場部 4 5第二磁心 4 7第一線圈單元 4 7 ’第一磁線圈 4 8第二線圈單元 4 9_片簧 4 9 a第一平面部 4 9 b第二平面部 5 1 、5 3第二磁心 5 5、5 7第二磁線圈

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Claims (1)

1. 501103 六、申請專利範圍 1. 一種微致動器，包括： 一滑座，係由一致動臂支撐，該致動臂在橫跨記錄 媒體之磁執的磁軌方向上樞轉，該滑座可在記錄媒體上 方滑動，並具有面向記錄媒體之容置部； 一第一磁心，可在該容置部内移動，用以支撐一磁 頭器件； 一第二磁心，與該第一磁心分隔一預定距離，並面 向該第一磁心，該第二磁心係安裝在該容置部内，使該 第二磁心之中心於磁場方向上，亦即與磁執方向垂直並 相對記錄媒體表面為水平之方向上，偏離該第一磁心之 中心； 一第一磁線圈，繞設在該第一磁心周緣，使該第一 磁線圈之軸線沿垂直方向行進，並於電流通過時在垂直 記錄媒體表面之方向產生一磁力；以及 一片簣，在磁軌方向上彈性連接該第一磁心與該容 置部内側； 其中，當電流通過該第一磁線圈時，該第一磁心受 磁心間產生的磁力作用而在磁執方向上移動。 2. 如申請專利範圍第1項之微致動器_，進而包括一第二磁 線圈，繞設在該第二磁心周緣，因此，當電流通過該第 二磁線圈時，在磁場方向上產生一磁力。 3. 如申請專利範圍第1項之微致動器，其中該片簧及該滑 座為矽材料一體形成。 4. 如申請專利範圍第1項之微致動器，其中該片簧包括：

   8909003.ptd 第18頁 501103 六、申請專利範圍 一第一平面部，與該磁執方向平行；以及 一第二平面部，從該第一平面部垂直延伸而與該磁 場方向平行； 其中，各該平面部係在磁執方向上形成連續交錯。 5. 如申請專利範圍第1項之微致動器，其中該片簧係在磁 軌方向上形成連續交錯彎曲，使其在磁場方向上的剛性 係數值大於其在磁軌方向上的剛性係數值。 6. 如申請專利範圍第1項之微致動器，其中該第一磁心包 括： 一板型第一磁場部，其中一側可與該垂直方向垂直 ;以及 一第二磁場部，從該第一磁場部垂直延伸與彎曲， 使該第二磁場部的一側與該磁軌方向垂直； 其中，該第一及第二磁場部係在磁執方向上行成連 續交錯。 7. 如申請專利範圍第6項之微致動器，其中該第一磁線圈 係在磁軌方向上反覆來回交織於該第二磁場部周緣，並 環繞該第二磁場部之外側。 8. —種微致動器，包括： 一滑座，係由一致動臂支撐，該致動臂在橫跨記錄 媒體之磁軌的磁軌方向上樞轉，該滑座可在記錄媒體上 方滑動，並具有面向記錄媒體之容置部； 一第一磁心，可在該容置部内移動，用以支撐一磁 頭器件；

   8909003.ptd 第19頁 501103 六、申請專利範圍 一對第二磁心’在磁場方向上’亦即與磁軌方向垂 直並相對記錄媒體表面為水平之方向上，與該第一磁心 分隔一預定距離並面向該第一磁心；該二第二磁心係安 裝在該容置部内，使其各自之中心在磁場方向上分別位 於該第一磁心中心的兩側； 一第一磁線圈，在垂直方向上繞設於該第一磁心周 緣，以於電流通過時，在垂直記錄媒體表面之方向上， 產生一磁力； 第二磁線圈，在垂直方向上分別繞設於該第二磁心 周緣，以於電流通過時，在該垂直方向上產生一磁力； 以及 一片簧，在該磁軌方向上彈性連接該第一磁心與該 容置部内側； 其中，藉由讓電流通過該第一磁線圈並選擇性地讓 電流通過每一第二磁線圈，該第一磁心可在磁心間產生 的電磁力作用下，在磁執方向上來回移動。 9.如申請專利範圍第8項之微致動器，其中該片簧係在磁 執方向上連續交錯彎曲形成，使其在磁軌方向上的剛性 係數值大於其在磁場方向上的剛性係數值。

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