(57)【要約】【課題】容易に実現することができ、磁気ヘッド浮上量を高速かつ高精度に制御できるアクチュエータ、磁気ヘッドアセンブリ及びその磁気ヘッドアセンブリを用いた磁気ディスク装置を提供する。【解決手段】アクチュエータ２０は、２つの圧電素子２１と連結板２２とを有する。圧電素子２１は、磁気ヘッド１３が設けられたスライダー１４の両側に配置される。連結板２２は、接着剤２３により圧電素子２１及びスライダー１４の上に接合される。圧電素子２１に電圧を印加すると、圧電素子２１は連結板２２の面に平行な方向に収縮する。この圧電素子２１の収縮により連結板２２が湾曲し、スライダー１４の磁気ヘッド１３側の端部を押し下げる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ディスク装置に使用される磁気ヘッドアセンブリにおいて、
磁気ディスクに対し情報の記録及び再生を行う磁気ヘッドを備えたスライダーと、
前記スライダーの両側にそれぞれ配置された圧電素子と、
弾力性を備え、前記スライダー及び前記圧電素子の前記磁気ディスクと反対側の面に共通接合された連結板とを有し、
前記圧電素子は前記連結板の面に平行な方向に伸縮することを特徴とする磁気ヘッドアセンブリ。
【請求項２】
前記圧電素子は、前記連結板の面に直交する方向に圧電体膜と層間電極膜とを交互に積層して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッドアセンブリ。
【請求項３】
前記連結板の前記スライダーが接合される領域と前記圧電素子が接合される領域との間には、前記磁気ヘッドと反対側の縁から前記磁気ヘッド側に延びる切り欠きが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気ヘッドアセンブリ。
【請求項４】
前記圧電素子の厚さが、前記スライダーの厚さと同じ又はそれ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気ヘッドアセンブリ。
【請求項５】
情報を磁気的に記録可能な磁気ディスクと、
前記磁気ディスクに対し情報の記録及び再生を行う磁気ヘッドが設けられたスライダーと、
印加電圧に応じて前記スライダーの前記磁気ヘッドが設けられた側の端部を前記磁気ディスクに向けて押し下げるアクチュエータと、
前記スライダー及び前記アクチュエータを支持するサスペンションアームと、
前記サスペンションアームを駆動して前記スライダーを前記磁気ディスクの半径方向に移動させる移動手段とを有し、
前記アクチュエータが、
前記スライダーの両側にそれぞれ配置された圧電素子と、
弾力性を備え、前記スライダー及び前記圧電素子の前記サスペンションアーム側の面上に共通接合される連結板とを有し、前記圧電素子は前記連結板の面に平行な方向に伸縮することを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項６】
支持部材と対象物との間に介在して前記対象物の先端部を前記支持部材から接離する方向に移動させるアクチュエータであって、
前記対象物の両側にそれぞれ配置される圧電素子と、
弾力性を備え、前記対象物及び前記圧電素子の前記支持部材側の面上に共通接合される連結板とを有し、
前記圧電素子は前記連結板の面に平行な方向に伸縮することを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスク装置に用いられる磁気ヘッドの浮上量制御に好適なアクチュエータ、そのアクチュエータを用いた磁気ヘッドアセンブリ及び磁気ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの情報機器には、小さな部品の微小距離の移動制御にアクチュエータが用いられている。例えば、光学系を備えた情報機器においては、焦点補正や傾角制御にアクチュエータが使用されている。また、インクジェットプリンタや磁気ディスク装置では、プリンタヘッド又は磁気ヘッドの移動制御にアクチュエータが使用されている。近年、これらの情報機器の小型化及び高性能化が促進されており、それにともなって微小距離の移動を高精度に制御可能なアクチュエータが要望されている。
【０００３】
磁気ディスク装置は、高速で回転する磁気ディスク（記録媒体）の表面を記録素子により磁化して情報を磁気的に記録する装置である。磁気ディスクに記録された情報は再生素子により読み取り、電気信号に変換して出力される。以下、記録素子及び再生素子をまとめて磁気ヘッドという。
【０００４】
磁気ディスク装置の大容量化の要求にともなって、磁気ディスク１枚当たりの記録容量が著しく増大している。磁気ディスクの大きさを変えずに記録容量を増大するためには、単位長さ当たりのトラック数（track per inch：ＴＰＩ）を多くすること、つまりトラック幅を狭くして高密度に配置することが必須である。
【０００５】
磁気ヘッドは、スライダーと呼ばれるほぼ直方体の形状の部材の端面に配置される。スライダーは板ばね状のサスペンションの先端部に支持されており、磁気ディスクの回転によって生じる空気流により磁気ディスクから若干浮上する。磁気ヘッドと磁気ディスクとの間隔は、磁気ディスクの回転により生じる空気流の強さとスライダーに対するサスペンションの付勢力とにより決定される。
【０００６】
近年、磁気ディスク装置の高記録密度化にともない、磁気ヘッドと磁気ディスクとの間隔のわずかな変動で書き込みエラー及び読み出しエラーが発生するようになった。そのため、磁気ヘッドと磁気ディスクとの間隔（以下、「浮上量」ともいう）をより高精度に制御することが求められるようになった。
【０００７】
このような要求に答えるべく、サスペンションの後端側に圧電素子（アクチュエータ）を配置し、この圧電素子によりサスペンションを湾曲させることによって浮上量を制御することが提案されている。また、磁気ヘッドの周辺に発熱体を配置し、熱膨張を利用して浮上量を制御することが提案されている。更に、スライダーの先端部に圧電素子を接着し、その圧電素子により浮上量を制御することも提案されている。その他、圧電素子を磁気ヘッドのトラッキング制御に使用することも提案されている。
【特許文献１】特開平０７−２６２７２６号公報
【特許文献２】特開２００５−１１４１３号公報
【特許文献３】特開２０００−３４８３２１号公報
【特許文献４】特許第３５５８２６６号公報
【特許文献５】特許第３２２５５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
サスペンションの後端側に圧電素子を配置した場合は、圧電素子とスライダーとの間の距離が大きいため、高速追従性が十分でないことが考えられる。また、熱膨張を利用して浮上量を制御する方法も、発熱体の応答特性や熱伝導を考慮すると高速追従性が十分でないと考えられる。特許文献３に記載された方法は、圧電素子をせん断モード（ｄ15モード）で使用するため、予め圧電素子を分極処理してからスライダーの端面に接合する必要がある。そのため、製造工程が煩雑になり、歩留まりの低下やコストの上昇のおそれがある。また、スライダーに圧電素子を接合した後に磁気ヘッド（記録素子及び再生素子）を形成するため、磁気ヘッド製造工程で圧電素子が高温に晒されて圧電特性が劣化するおそれもある。
【０００９】
以上から、容易に実現することができ、磁気ヘッド浮上量を高速かつ高精度に制御できるアクチュエータ、磁気ヘッドアセンブリ及びその磁気ヘッドアセンブリを用いた磁気ディスク装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的は、磁気ディスク装置に使用される磁気ヘッドアセンブリにおいて、磁気ディスクに対し情報の記録及び再生を行う磁気ヘッドを備えたスライダーと、前記スライダーの両側にそれぞれ配置された圧電素子と、弾力性を備え、前記スライダー及び前記圧電素子の前記磁気ディスクと反対側の面に共通接合された連結板とを有し、前記圧電素子は前記連結板の面に平行な方向に伸縮する磁気ヘッドアセンブリにより達成される。
【００１１】
また、上記した目的は、情報を磁気的に記録可能な磁気ディスクと、前記磁気ディスクに対し情報の記録及び再生を行う磁気ヘッドが設けられたスライダーと、印加電圧に応じて前記スライダーの前記磁気ヘッドが設けられた側の端部を前記磁気ディスクに向けて押し下げるアクチュエータと、前記スライダー及び前記アクチュエータを支持するサスペンションアームと、前記サスペンションアームを駆動して前記スライダーを前記磁気ディスクの半径方向に移動させる移動手段とを有し、前記アクチュエータが、前記スライダーの両側にそれぞれ配置された圧電素子と、弾力性を備え、前記スライダー及び前記圧電素子の前記サスペンションアーム側の面上に共通接合される連結板とを有し、前記圧電素子は前記連結板の面に平行な方向に伸縮する磁気ディスク装置により達成される。
【００１２】
上記した構成の磁気ヘッドアセンブリ及び磁気ディスク装置においては、スライダーの両側にそれぞれ配置された圧電素子と、スライダー及び圧電素子の一方の側の面（磁気ディスクと反対側の面）に接続された連結板とを有している。圧電素子は、例えば圧電体膜と層間電極膜とを交互に積層して形成されており、電圧の印加により連結板の面に平行な方向に収縮する。
【００１３】
このような圧電素子は、圧電体膜の伸縮方向に直交する方向に電圧を印加して分極処理を行うので、層間電極膜を用いて分極処理することができる。従って、分極処理用電極を形成する工程、及び分極処理後に分極処理用電極を除去する工程が不要であり、製造が容易である。また、圧電素子と連結板とを構成要素とするアクチュエータにより直接スライダーの先端を押し下げて浮上量（磁気ヘッドと磁気ディスクとの間隔）を制御するので、浮上量を高速かつ高精度に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。本実施形態では、本発明に係るアクチュエータを磁気ディスク装置の磁気ヘッドアセンブリに適用した例について説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施形態に係る磁気ディスク装置の構成を示す平面図、図２は同じくその磁気ディスク装置の構成の概要を示すブロック図である。
【００１６】
図１，図２に示すように、本実施形態に係る磁気ディスク装置は、金属製の筐体１０と、この筐体１０内に収納された円盤状の磁気ディスク１１と、磁気ディスク１１を回転させるスピンドルモータ１２と、磁気ヘッド１３（記録素子１３ａ及び再生素子１３ｂ）が設けられたスライダー（対象物）１４と、スライダー１４を支持するサスペンションアーム１５と、サスペンションアーム１５を駆動するボイスコイルモータ１６と、浮上量制御用アクチュエータ２０と、磁気ヘッド１３を介して磁気ディスク１１に対し情報の書き込み（記録）及び読み出し（再生）を行うとともに、スピンドルモータ１２、ボイスコイルモータ１６及びアクチュエータ２０を制御する制御部（電子回路）１８とを有している。
【００１７】
磁気ディスク１１は、スピンドルモータ１２の回転軸１２ａに固定され、スピンドルモータ１２により高速で回転する。サスペンションアーム１５は、基端側のキャリッジアーム１５ａと、先端側の板ばね状のサスペンション１５ｂ（支持部材）とを有している。スライダー１４は、サスペンション１５ｂの先端のジンバルと呼ばれる部分の磁気ディスク１１側の面に配置される。
【００１８】
サスペンションアーム１５はボイスコイルモータ１６により駆動制御され、回転軸１６ａを中心として所定の角度範囲内を回転し、スライダー１４（磁気ヘッド１３）を磁気ディスク１１の半径方向に移動させる。
【００１９】
図３は、スライダー１４、アクチュエータ２０及びサスペンション１５ｂを示す分解図である。なお、図３中の矢印は磁気ディスク１１の移動方向（回転方向）を示しており、説明の便宜上、この矢印の先端側を先端側、その反対側を後端側という。
【００２０】
図３に示すように、本実施形態のアクチュエータ２０は、スライダー１４の幅方向の両側に配置された一対の圧電素子２１と、接着剤２３によって一対の圧電素子２１及びスライダー１４の上に共通接合される連結板２２とを有している。スライダー１４は、例えばアルチック（ＡｌＴｉＣ）等のセラミックスによりほぼ直方体形状に形成されている。
【００２１】
連結板２２は例えば厚さが２０μｍのステンレスにより形成されている。連結板２２の質量が大きいと磁気ヘッドの位置制御応答特性が低下するため、連結板２２は軽量であることが好ましい。連結板２２を、ステンレスよりも軽い材料、例えばジルコニアにより形成してもよい。但し、連結板２２には、適度の弾力性を有することが要求される。
【００２２】
連結板２２のスライダー１４が接合される領域と圧電素子２１が接合される領域との間には、連結板２２の後端側の縁から先端側の縁近傍まで延びる切り欠き２２ａが設けられている。圧電素子２１及びスライダー１４は、図３に示すように上面全体に接着剤２３が付着されて連結板２２に接合される。本実施形態では、アクチュエータ２０と、アクチュエータ２０に接続されたスライダー１４との構造体を磁気ヘッドアセンブリと呼んでいる。
【００２３】
磁気ヘッドアセンブリは、接着剤２４によりサスペンション１５ｂの先端部に設けられたジンバル１５ｃの下側に接合される。本実施形態では、後述するように浮上量の制御にともなって連結板２２が湾曲するので、ジンバル１５ｃにより連結板２２の湾曲が阻害されないように、アクチュエータ２０とジンバル１５ｃとを接合する接着剤２４は連結板２２の後端側の上面のみに付着させている。
【００２４】
なお、図３中の符号１３は、スライダー１４の端面に設けられた磁気ヘッドを模式的に示している。磁気ヘッド１３は、記録素子１３ａと再生素子１３ｂとを積層して形成されている。記録素子１３ａとしては例えば単磁極ヘッドが使用され、再生素子１３ｂとしては例えばＭＲ（Magneto Resistive）素子、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）素子又はＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistive）素子が使用される。これらの記録素子１３ａ及び再生素子１３ｂは、成膜工程とパターニング工程とを繰り返して作成される。
【００２５】
図４（ａ）は磁気ヘッドアセンブリの正面図、図４（ｂ）は同じくその上面図、図４（ｃ）は同じくその右側面図である。図４（ａ）〜（ｃ）において、図３と同一物には同一符号を付している。
【００２６】
前述したように、磁気ヘッドアセンブリは、磁気ヘッド１３が設けられたスライダー１４と、スライダー１４の両側に配置された一対の圧電素子２１と、これらのスライダー１４及び圧電素子２１の上に接合された連結板２２とを有している。本実施形態では、図４（ａ）に示すように圧電素子２１の底面がスライダー１４の底面と同じ平面上に位置しているが、圧電素子２１の底面がスライダー１４の底面よりも高い位置にあってもよい。
【００２７】
圧電素子２１は、図４（ｃ）に示すように、複数の圧電体膜３１の間に層間電極膜３２を挟んで形成されている。圧電素子２１の先端側端面及び後端側端面には、それぞれ一括電極３５が形成されている。一方の側（図４（ｃ）では左側）の一括電極３５は上から数えて奇数番目の層間電極膜３２に電気的に接続され、他方の側（図４（ｃ）では右側）の一括電極３５は偶数番目の層間電極膜３２に電気的に接続されている。これらの一括電極３５は、金属細線（ボンディングワイヤ）を介してサスペンション１５ｂの面上に絶縁膜を介して形成された配線に電気的に接続される。
【００２８】
図５（ａ），（ｂ）は、本実施形態の磁気ヘッドアセンブリの動作を示す模式側面図である。但し、図５（ａ），（ｂ）では、説明の便宜上、スライダー１４の先端側の位置と圧電素子２１の先端側の位置とをずらして示している。
【００２９】
圧電素子２１に電圧を印加しない場合、磁気ディスク１１を回転させると、磁気ディスク１１の回転にともなって発生する空気流により、図５（ａ）に示すようにスライダー１４は磁気ディスク１１から若干浮上し、スライダー１４と磁気ディスク１１とはほぼ平行になる。
【００３０】
この状態で一括電極３５を介してアクチュエータ２０の圧電素子２１に所定の電圧を供給すると、圧電素子２１はその長手方向（連結板２２の面に平行な方向）に伸長又は収縮する。本実施形態では、スライダー１４を挟んで配置された２つの圧電素子２１に同一の電圧が供給されるものとする。圧電素子２１が伸長又は収縮する割合は印加された電圧に関係する。本実施形態では、圧電素子２１が収縮するように電圧を印加する。
【００３１】
この圧電素子２１への電圧の印加により圧電素子２１は収縮するが、圧電材料ではないステンレス等からなる連結板２２の長さは変化しない。そのため、アクチュエータ２０は、図５（ｂ）に示すように、圧電素子２１を内側、連結板２２を外側とする円弧状に湾曲する。この連結板２２の湾曲にともなって、連結板２２に接合されたスライダー１４の先端側が磁気ディスク１１に向けて押し下げられる。その結果、磁気ヘッド１３と磁気ディスク１１との間隔（浮上量）が減少する。
【００３２】
なお、浮上量を一定に制御するためには浮上量の変化を検出することが必要である。スライダー１４の浮上にともなってサスペンション１５ｂが湾曲するので、例えばサスペンション１５ｂの湾曲量に応じて出力が変化する歪みセンサを用いて浮上量の変化を検出することができる。また、予め磁気ディスク１１に記録した所定のデータを再生素子１３ｂにより読み出して、再生素子１３ｂの出力の変化により浮上量の変化を検出してもよい。これらの歪みセンサ又は再生素子１３ｂの出力に応じて圧電素子２１に供給する電圧を制御部１８により制御することで、浮上量を一定に維持することができる。
【００３３】
以下、本実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリの製造方法について、図３，図４を参照して説明する。
【００３４】
まず、図４に示す圧電素子２１の材料として、例えばＰＮＮ（ニッケル酸ニオブ酸鉛）−ＰＴ（チタン酸鉛）−ＰＺ（ジルコン酸鉛）セラミックスグリーンシートを用意する。ＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺセラミックスグリーンシートに替えて、ＰＺＴ等の圧電材料のシートを用いてもよい。ＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺセラミックスグリーンシートは、後述する焼成後の厚さが例えば２０μｍとなるものを使用する。
【００３５】
次に、ＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺセラミックスグリーンシートの表面に、層間電極膜３２となる導電ペーストをスクリーン印刷する。導電ペーストは、例えばＰｔ（白金）を主成分とするものを使用し、後述する焼成後の厚さが２μｍとなるように導電ペーストの厚さを調整する。
【００３６】
この導電ペーストが印刷されたＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺセラミックスグリーンシートを所定の枚数積層した後、大気中で１０５０℃の温度で焼成して圧電体積層セラミックスシートを形成する。次いで、この圧電体積層セラミックスシートを所望のサイズに切断して、圧電素子２１を得る。その後、圧電素子２１の両端面上にＰｔ等の導電体膜を形成し、一括電極３５とする。
【００３７】
一方、ステンレス板を所望の形状に加工して連結板２２とする。そして、磁気ヘッド１３が形成されたスライダー１４を挟んで２つの圧電素子２１を配置し、それらのスライダー１４及び圧電素子２１の上に連結板２２を接着剤２３により接合する。このようにして、磁気ヘッドアセンブリが完成する。
【００３８】
なお、圧電素子２１には分極処理が必要である。本実施形態では圧電素子２１をｄ31モード（電極面に沿った方向に伸縮させるモード）で使用するので、分極処理は圧電体膜が伸縮する方向に対し直交する方向に電圧を印加することになる。このため、層間電極膜３２を使って分極処理を行うことができ、分極処理用電極を形成する工程、及び分極処理後に分極処理用電極を除去する工程が不要である。例えば、磁気ヘッドアセンブリを組み立てた後、一括電極３５を介して層間電極膜３２に所定の電圧を印加して分極処理すればよい。また、１０〜３０Ｖ程度の電圧で圧電素子２１を駆動する場合、この駆動用電圧の印加により分極処理が行われるので、磁気ディスク装置に組み込む前に分極処理を実施しなくてもよい。
【００３９】
以下、本実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリの磁気ヘッドの変位量を調べた結果について説明する。図６に示すように、長さＬ１が８５０μｍ、幅Ｗ１が２００μｍ、厚さが２４０μｍの圧電素子２１を形成した。そして、スライダー１４を挟んで２つの圧電素子２１を配置し、その上に厚さが２０μｍのステンレス板からなる連結板２２（図３参照）を接合した。スライダー１４の大きさは、長さＬ２が８５０μｍ、幅Ｗ２が７００μｍ、高さが２４０μｍである。
【００４０】
この磁気ヘッドアセンブリに対し、シミュレーション計算を行って、スライダー１４の端面に配置された磁気ヘッドの変位量を計算した。但し、圧電素子２１に印加する電圧は１０Ｖとした。図７は、シミュレーション計算の結果を示す図である。このシミュレーションの結果、磁気ヘッドの変位量は６５ｎｍとなった。
【００４１】
本実施形態では、圧電素子２１と連結板２２とを構成要素とするアクチュエータにより直接スライダー１４の先端を押し下げて浮上量（磁気ヘッドと磁気ディスクとの間隔）を制御するので、浮上量を高速かつ高精度に制御することができる。また、本実施形態では、磁気ヘッドアセンブリとして組み立てた後に圧電素子２１が有する層間電極膜３２を用いて圧電体膜３１の分極処理を行うことができる。従って、分極処理用電極の形成工程、及び分極処理後の分極処理用電極除去工程が不要であり、製造が容易である。
【００４２】
更に、本実施形態においては、圧電素子２１がスライダー１４の両側に配置されているので、高さ方向（磁気ディスクの表面に直交する方向）のスペースが少なくてすむ。これにより、磁気ディスクを複数枚搭載する磁気ディスク装置においても、ディスクの搭載枚数を削減する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る磁気ディスク装置の構成を示す平面図である。
【図２】図２は、同じくその磁気ディスク装置の構成の概要を示すブロック図である。
【図３】図３は、スライダー、アクチュエータ及びサスペンションを示す分解図である。
【図４】図４（ａ）は磁気ヘッドアセンブリの正面図、図４（ｂ）は同じくその上面図、図４（ｃ）は同じくその右側面図である。
【図５】図５（ａ），（ｂ）は、本実施形態の磁気ヘッドアセンブリの動作を示す模式側面図である。
【図６】図６は、磁気ヘッドアセンブリの各部の大きさを示す図である。
【図７】図７は、磁気ヘッドの変位量をシミュレーション計算した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…筐体、１１…磁気ディスク、１２…スピンドルモータ、１３…磁気ヘッド、１３ａ…記録素子、１３ｂ…再生素子、１４…スライダー、１５…サスペンションアーム、１５ａ…キャリッジアーム、１５ｂ…サスペンション、１５ｃ…ジンバル、１６…ボイスコイルモータ、１８…制御部、２０…アクチュエータ、２１…圧電素子、２２…連結板、２３，２４…接着剤、３１…圧電体膜、３２…層間電極膜、３５…一括電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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