(57)【要約】【課題】大きな変位量を維持しながら、かつその寿命を向上することができる圧電体アクチュエータの制御方法およびそれを用いた位置制御機構並びにディスク装置を提供する。【解決手段】圧電体アクチュエータ１２と、圧電体アクチュエータ１２に電圧を印加するための電源１４と、圧電体アクチュエータ１２に変位を生じさせて位置制御を行う状態である位置制御状態と位置制御が不要であるときの状態である待機状態とを識別して制御する位置制御部２０と、位置制御部２０が待機状態と識別したときに圧電体膜の分極方向と逆方向で、かつ抗電圧よりも低い電圧である逆低電圧と逆低電圧を印加する設定時間とを設定し、設定した逆低電圧と設定時間とを電源１４に対して発生させるため電源制御信号を送出する制御部２６とを備えた構成からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極膜により挟まれた圧電体膜により構成された圧電体アクチュエータが、電圧の印加により設定した変位量を生じて位置制御動作を行う位置制御状態と位置制御動作が不要な待機状態とを有し、
前記待機状態において、前記圧電体膜の分極方向と逆方向であって、かつ抗電圧よりも低い逆低電圧を前記圧電体アクチュエータに設定時間印加することを特徴とする圧電体アクチュエータの制御方法。
【請求項２】
前記位置制御状態と前記待機状態との少なくとも一方の状態において前記圧電体アクチュエータの物性値を測定し、前記物性値が設定した値からずれたことを検出した場合、前記逆低電圧を前記待機状態において前記設定時間印加することを特徴とする請求項１に記載の圧電体アクチュエータの制御方法。
【請求項３】
前記物性値が、前記圧電体アクチュエータの電気抵抗値であることを特徴とする請求項２に記載の圧電体アクチュエータの制御方法。
【請求項４】
前記圧電体アクチュエータに対して位置制御動作を行うための電圧の印加履歴情報を記憶し、前記印加履歴情報に基づき前記逆低電圧と前記設定時間とを設定し、設定した前記逆低電圧と前記設定時間とを前記圧電体アクチュエータに前記待機状態において印加することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の圧電体アクチュエータの制御方法。
【請求項５】
前記印加履歴情報に基づき設定する前記逆低電圧と前記設定時間とは、前記圧電体アクチュエータに対して位置制御を行うための前記電圧を印加する前記位置制御状態の継続時間に対応して設定することを特徴とする請求項４に記載の圧電体アクチュエータの制御方法。
【請求項６】
前記印加履歴情報に基づき設定する前記逆低電圧と前記設定時間とは、前記圧電体アクチュエータに対して位置制御を行うために印加する前記電圧の時間積分値に対応して設定することを特徴とする請求項４に記載の圧電体アクチュエータの制御方法。
【請求項７】
前記印加履歴情報に基づき設定する前記逆低電圧と前記設定時間とは、前記圧電体アクチュエータに対して位置制御を行うために印加する前記電圧と前記電圧を印加する時間との関数の時間積分値に対応して設定することを特徴とする請求項４に記載の圧電体アクチュエータの制御方法。
【請求項８】
前記逆低電圧と前記設定時間の少なくとも一方を制御しながら印加することを特徴とする請求項４から請求項７までのいずれかに記載の圧電体アクチュエータの制御方法。
【請求項９】
前記圧電体膜は、気相成膜方式またはゾル・ゲル方式により成膜され、分極方向が膜厚方向であることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれかに記載の圧電体アクチュエータの制御方法。
【請求項１０】
前記気相成膜方式としては、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、化学気相成膜（ＣＶＤ）法およびプラズマ化学気相成膜（ＰＣＶＤ）法のいずれかを用いることを特徴とする請求項９に記載の圧電体アクチュエータの制御方法。
【請求項１１】
一対の電極膜により挟まれた圧電体膜により構成された圧電体アクチュエータと、
前記圧電体アクチュエータに電圧を印加するための電源と、
前記圧電体アクチュエータに変位を生じさせて位置制御を行う状態である位置制御状態と位置制御が不要であるときの状態である待機状態とを識別して制御する位置制御部と、
前記位置制御部が前記待機状態と識別したときに、前記圧電体膜の分極方向と逆方向で、かつ抗電圧よりも低い電圧である逆低電圧と前記逆低電圧を印加する設定時間とを設定し、設定した前記逆低電圧と前記設定時間とを前記電源に対して発生させるため電源制御信号を送出する制御部とを備えたことを特徴とする位置制御機構。
【請求項１２】
前記圧電体アクチュエータに流れる電流値を検出する検出部と前記電流値が初期値から設定した値だけずれたことを算出するずれ算出部とをさらに備え、
前記制御部は、前記ずれ算出部からのずれ情報および前記位置制御部が前記待機状態と判別した情報に基づき、前記逆低電圧と前記設定時間との設定および前記電源制御信号の送出を行うことを特徴とする請求項１１に記載の位置制御機構。
【請求項１３】
前記電源制御信号の履歴を記憶する印加履歴記憶部をさらに有し、
前記制御部は、前記印加履歴記憶部で記憶した情報に基づき前記圧電体アクチュエータに対して、印加すべき前記逆低電圧と前記設定時間とを設定することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の位置制御機構。
【請求項１４】
前記制御部は、前記印加履歴記憶部で記憶した情報に基づき前記位置制御状態の継続時間を算出し、算出した前記継続時間に対応して前記逆低電圧と前記設定時間とを設定し、前記逆低電圧と前記設定時間とを前記電源に対して発生させるための前記電源制御信号を送出することを特徴とする請求項１３に記載の位置制御機構。
【請求項１５】
前記制御部は、前記印加履歴記憶部で記憶した情報に基づき前記圧電体アクチュエータに印加した前記電圧の時間積分値を算出し、前記時間積分値に対応した前記逆低電圧と前記設定時間とを設定し、前記逆低電圧と前記設定時間とを前記電源に対して発生させるための前記電源制御信号を送出することを特徴とする請求項１３に記載の位置制御機構。
【請求項１６】
前記制御部は、前記印加履歴記憶部で記憶した情報に基づき前記圧電体アクチュエータに印加した前記電圧と前記電圧を印加した時間との関数の時間積分値を算出し、前記関数の時間積分値に対応した前記逆低電圧と前記設定時間とを設定し、前記逆低電圧と前記設定時間とを前記電源に対して発生させるための前記電源制御信号を送出することを特徴とする請求項１３に記載の位置制御機構。
【請求項１７】
前記圧電体膜は、気相成膜方式またはゾル・ゲル方式により成膜され、分極方向が膜厚方向であることを特徴とする請求項１１から請求項１６までのいずれかに記載の位置制御機構。
【請求項１８】
前記気相成膜方式としては、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、化学気相成膜（ＣＶＤ）法およびプラズマ化学気相成膜（ＰＣＶＤ）法のいずれかを用いることを特徴とする請求項１７に記載の位置制御機構。
【請求項１９】
情報の記録が可能なディスクと、
前記ディスクに対して記録と再生の少なくとも一方を行うヘッドと、
前記ディスク上において、前記ヘッドの位置を制御する位置制御機構とを含むディスク装置であって、
前記位置制御機構が請求項１１から請求項１８までのいずれかに記載の位置制御機構からなり、前記位置制御機構における前記位置制御状態は前記ヘッドにより前記ディスクに記録または再生を行っている状態であり、前記待機状態は前記ヘッドにより前記ディスクに記録および再生を行っていない状態であることを特徴とするディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位制御を行う圧電体アクチュエータの制御方法にかかり、特に長期的に大きな変位を保持可能な制御方法およびこれを用いた位置制御機構並びにディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電体素子をアクチュエータとして用いる場合、圧電体膜が受ける電圧により電気化学的変化を生じて特性が劣化し、ひいては圧電体アクチュエータとしての機能を損傷する場合があった。これは、特に変位量を大きくするために加える電圧を大きくすると生じやすく、このような劣化を生じさせないために圧電体アクチュエータの駆動方法には種々の制御方法が提案されている。
【０００３】
圧電体アクチュエータを制御する方法として、圧電体アクチュエータに印加する制御電圧の値をしきい値以下に制限する方法がある（例えば、特許文献１参照）。図７は、この従来の制御方法を説明するためのブロック図である。圧電体アクチュエータ２０２には、その駆動のための電源２０６、電流計２０４および電源２０６の電圧を制御して圧電体アクチュエータ２０２に設定した変位量を発生させるための位置制御部２０８が接続されている。電流計２０４により計測される電流値の情報は位置制御部２０８に伝達される。しきい値以上の制御電圧が圧電体アクチュエータ２０２に印加されると、圧電体アクチュエータ２０２を構成する圧電体膜の絶縁抵抗劣化が進行する。
【０００４】
このような絶縁抵抗の劣化を抑制するために、上記従来例では、印加する制御電圧をこのしきい値以下に制限するか、あるいは、しきい値を超える場合は、その超えている時間を制限する制御方法が行われている。また、しきい値の設定の仕方としては、圧電体膜の材料に応じて設定するか、あるいは圧電体アクチュエータへ印加する制御電圧と電流の特性を計測し、電流が指数関数的に急増するところをしきい値としていた。
【０００５】
また、別の圧電体アクチュエータの制御方法として、使用中に圧電体アクチュエータの絶縁抵抗を検知する手段を設けておき、絶縁抵抗が低下してきたことを検知した場合に、高電圧を印加することで絶縁抵抗を回復させる方法もある（例えば、特許文献２参照）。図８は、この従来の制御方法を説明するためのブロック図である。圧電体アクチュエータ２１０は、圧電体膜の両面に電極膜が形成された三層構成からなるが、このような圧電体アクチュエータ２１０の絶縁抵抗の劣化原因として、圧電体膜の抵抗が全体的に劣化するのではなく、圧電体膜の一部が局所的に劣化する場合がある。
【０００６】
そのような場合、電極膜間に高電圧を印加することにより、局所的に劣化して電気抵抗が低下している部分に集中的に大電流が流れる。その結果、その局所的に集中して大電流が流れることにより、その劣化部の周辺の電極膜に剥離が発生する等の破壊現象が発生する。この破壊現象により、局所的な低抵抗領域の電流経路が除去され、電極膜間の絶縁抵抗が回復する。具体的には、図８に示すように、圧電体アクチュエータ２１０に印加する位置制御電源２１６と高電圧電源２１４とを電流計２１２の電流値に基づく情報を劣化判定部２１８に入力して、この劣化判定部２１８で通常条件に比べて電流値が許容値より大きいか否かを判定する。この判定結果により許容値より大きいという結果がでると、切替信号が信号切替部２２０に入力され、圧電体アクチュエータ２１０に高電圧電源２１４からの電源が印加される。これにより、局所的な低抵抗領域の電流経路を除去することができる。
【０００７】
さらに、別の圧電体アクチュエータの制御方法として、圧電体膜に印加する印加電圧を±Ｘ（Ｖ）（Ｘは任意の正の値）の範囲とせずに、０〜Ｘ（Ｖ）の範囲として、０〜−Ｘ（Ｖ）の範囲の電圧を印加しないように電圧範囲を限定する制御方法も行われている（例えば、非特許文献１参照）。この場合、印加電圧は０〜＋Ｘ（Ｖ）のように片方の極性に限定され、しかもこの方向は分極の方向と同一方向に選択される。この結果、印加電圧は分極に対して逆方向になることがない。したがって、印加電圧により分極が反転されることはなくなり、分極は安定する。分極が安定であれば、圧電体アクチュエータの変位量の劣化も生じなくなる。
【特許文献１】特開２００２−２８８９５４号公報
【特許文献２】特開２００３−１４１８３２号公報
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，  ｖｏｌ．３５，  Ｎｏ．２  （１９９９）  ９８４ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、第１の例の圧電体アクチュエータの制御方法では、制御電圧の絶対値をある一定のしきい値以下とすることで素子の長期的な劣化を抑制しようとするものである。したがって、そのしきい値は圧電体アクチュエータが短期的に耐えられるだけの電圧よりも低い電圧が制御電圧として設定される。例えば、圧電体が短期的に耐えられる電圧の半分の電圧をしきい値としてアクチュエータを駆動する場合、圧電体素子の寿命はそのようなしきい値とすることで改善される。しかし、その場合、圧電体アクチュエータの変位可能な量もそのしきい値電圧により制約され、小さな変位量しか生じさせることができなくなる。つまり、この従来の方法によれば、圧電体アクチュエータの変位量と寿命の長さとは相反するようになっていた。
【０００９】
また、第２の例の圧電体アクチュエータの制御方法では、電極膜の局所的な破壊現象を利用するため、常に同じ結果が得られないことがあることが課題であった。すなわち、高電圧を印加した場合に、劣化していた電極膜の破壊範囲が一定でなく、広い面積にわたって破壊される場合や、逆に狭い範囲で破壊される場合が生じることがあった。広い面積で電極膜が破壊された場合、圧電体膜に対して電圧が印加される面積が大きく減少する。このため、圧電体アクチュエータの変位量が逆に低下する場合も生じることがあった。あるいは、高電圧の印加により圧電体素子が絶縁破壊してしまう場合もあった。さらに、高電圧印加により電極膜に破壊現象を生じさせると発塵が発生することが多い。このため、例えばハードディスク装置のヘッドスライダの位置制御にこの圧電体アクチュエータを用いる場合には、このような発塵によりハードディスク装置全体の故障を誘発することもあった。
【００１０】
また、第３の例の圧電体アクチュエータの制御方法では、印加される制御電圧の方向が完全に一方向とされているため、この制御電圧により生じる圧電体膜中のイオンの移動も一方向に偏ったものとなる。このイオンの移動が蓄積されると、絶縁抵抗劣化が引き起こされるという課題を有していた。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、圧電体アクチュエータに対して、大きな変位量を維持しながら、かつその寿命を向上することができる圧電体アクチュエータの制御方法およびそれを用いた位置制御機構並びに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】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明の圧電体アクチュエータの制御方法は、一対の電極膜により挟まれた圧電体膜により構成された圧電体アクチュエータが電圧の印加により設定した変位量を生じて位置制御動作を行う位置制御状態と位置制御動作が不要な待機状態とを有し、この待機状態において圧電体膜の分極方向と逆方向であって、かつ抗電圧よりも低い逆低電圧を圧電体アクチュエータに設定時間印加する方法からなる。
【００１３】
すなわち、本方法では、位置制御状態においては、その位置制御のために圧電体アクチュエータに電圧が印加される。このときに印加される電圧の極性は、長期的な時間平均をとった場合、圧電体膜の分極方向に偏ったものとなる。また、待機状態においては、圧電体膜の分極方向と逆方向であって抗電圧よりも低い逆低電圧を印加する。位置制御状態での電圧の極性が長期的にみて圧電体膜の分極方向に偏ってイオンマイグレーション等により絶縁抵抗の劣化が生じても、このような逆低電圧を印加することにより回復させることができる。この結果、長期間にわたり大きな変位を生じさせ、かつ長寿命にすることができる。
【００１４】
なお、この逆低電圧の絶対値は、位置制御状態で圧電体アクチュエータに分極方向と逆方向に印加される場合の電圧の最大値と同じか、あるいはそれ以下である。また、圧電体アクチュエータを用いた位置制御機構が組み込まれる装置、例えばディスク装置等においては位置制御を常に行っていることはなく、位置制御をする必要のない状態も存在する。このような状態を待機状態とすればよい。
【００１５】
さらに、上記方法において、位置制御状態と待機状態との少なくとも一方の状態において圧電体アクチュエータの物性値を測定し、この物性値が設定した値からずれたことを検出して逆低電圧を待機状態において設定時間印加する方法としてもよい。この場合、上記物性値が圧電体アクチュエータの電気抵抗値、特に絶縁抵抗値としてもよい。
【００１６】
この方法により、圧電体膜の寿命に大きく影響するイオンマイグレーションを電気抵抗値から推定し、この電気抵抗値、特に絶縁抵抗値が設定した値からずれたときに逆低電圧を印加すれば効率よく絶縁抵抗の劣化を回復または抑制することができる。
【００１７】
さらに、上記方法において、圧電体アクチュエータに対して位置制御動作を行うための電圧の印加履歴情報を記憶し、この印加履歴情報に基づき逆低電圧と設定時間とを設定し、設定した逆低電圧と設定時間とを圧電体アクチュエータに待機状態において印加する方法としてもよい。
【００１８】
この方法により、変位動作を生じさせる電圧の印加履歴に対応して逆低電圧とその設定時間とを決めるので、イオンマイグレーション等による絶縁抵抗劣化に対応した電圧と時間とを適正に設定できる。
【００１９】
さらに、上記方法において、印加履歴情報に基づき設定する逆低電圧と設定時間とは、圧電体アクチュエータに対して位置制御を行うための電圧を印加する位置制御状態の継続時間に対応して設定してもよい。あるいは、圧電体アクチュエータに対して位置制御を行うために印加する電圧の時間積分値に対応して設定してもよい。さらに、圧電体アクチュエータに対して位置制御を行うために印加する電圧と電圧を印加する時間との関数の時間積分値に対応して設定してもよい。さらに、この逆低電圧と設定時間の少なくとも一方を制御しながら印加する方法としてもよい。
【００２０】
このような方法により、圧電体アクチュエータを位置制御する電圧に対応しながら、逆低電圧を印加することで発生する不良等を抑制し、かつイオンマイグレーション等による絶縁抵抗の劣化を確実に回復できる。
【００２１】
また、上記方法において、圧電体膜は気相成膜方式またはゾル・ゲル方式により成膜され、分極方向が膜厚方向である膜を用いる方法としてもよい。さらに、気相成膜方式としてはスパッタリング法、レーザーアブレーション法、化学気相成膜（ＣＶＤ）法およびプラズマ化学気相成膜（ＰＣＶＤ）法のいずれかを用いる方法としてもよい。このような薄膜を用いた圧電体アクチュエータの場合には、上記の逆低電圧の印加による絶縁抵抗の回復が特に有効に作用する。
【００２２】
また、本発明の位置制御機構は、一対の電極膜により挟まれた圧電体膜により構成された圧電体アクチュエータと、圧電体アクチュエータに電圧を印加するための電源と、圧電体アクチュエータに変位を生じさせて位置制御を行う状態である位置制御状態と位置制御が不要であるときの状態である待機状態とを識別して制御する位置制御部と、位置制御部が待機状態と識別したときに圧電体膜の分極方向と逆方向で、かつ抗電圧よりも低い電圧である逆低電圧と逆低電圧を印加する設定時間とを設定し、設定した逆低電圧と設定時間とを電源に対して発生させるため電源制御信号を送出する制御部とを備えた構成からなる。
【００２３】
この構成により、位置制御機構により圧電体アクチュエータを駆動して変位量の低下や絶縁抵抗の劣化が生じた場合に、逆低電圧を印加してこれらを回復させることができ、位置制御機構を長期間安定して使用することが可能となる。
【００２４】
また、上記位置制御機構において、圧電体アクチュエータに流れる電流値を検出する検出部とこの電流値が初期値から設定した値だけずれたことを算出するずれ算出部とをさらに備え、制御部はずれ算出部からのずれ情報および位置制御部が待機状態と判別した情報に基づき、逆低電圧と設定時間との設定および電源制御信号の送出を行う構成としてもよい。
【００２５】
このような構成とすることにより、圧電体アクチュエータに流れる電流値から絶縁抵抗の劣化度合を判別することができ、劣化度合に基づき逆低電圧を印加して回復させることができる。
【００２６】
さらに、上記構成において、電源制御信号の履歴を記憶する印加履歴記憶部をさらに有し、制御部は印加履歴記憶部で記憶した情報に基づき圧電体アクチュエータに対して、印加すべき逆低電圧と設定時間とを設定する構成としてもよい。
【００２７】
または、制御部は印加履歴記憶部で記憶した情報に基づき位置制御状態の継続時間を算出し、算出した継続時間に対応して逆低電圧と設定時間とを設定し、逆低電圧と設定時間とを電源に対して発生させるための電源制御信号を送出する構成としてもよい。あるいは、制御部は印加履歴記憶部で記憶した情報に基づき圧電体アクチュエータに印加した電圧の時間積分値を算出し、この時間積分値に対応した逆低電圧と設定時間とを設定し、逆低電圧と設定時間とを電源に対して発生させるための電源制御信号を送出する構成としてもよい。さらには、制御部は印加履歴記憶部で記憶した情報に基づき圧電体アクチュエータに印加した電圧と電圧を印加した時間との関数の時間積分値を算出し、この関数の時間積分値に対応した逆低電圧と設定時間とを設定し、逆低電圧と設定時間とを電源に対して発生させるための電源制御信号を送出する構成としてもよい。
【００２８】
このような構成とすることにより、圧電体アクチュエータに位置制御を行うための電圧の印加履歴や継続時間に対応した逆低電圧を印加できるので、絶縁抵抗の劣化や変位量の低下の回復を確実に行え、かつこのような逆低電圧を印加することで逆に圧電体膜を劣化させることがなくなる。
【００２９】
また、上記構成において、圧電体膜は気相成膜方式またはゾル・ゲル方式により成膜され、分極方向が膜厚方向である構成としてもよい。この気相成膜方式としては、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、化学気相成膜（ＣＶＤ）法およびプラズマ化学気相成膜（ＰＣＶＤ）法のいずれかを用いる構成としてもよい。このような薄膜を用いた圧電体アクチュエータの場合には、上記の逆低電圧の印加による絶縁抵抗の回復が特に有効に作用する。
【００３０】
さらに、本発明のディスク装置は、情報の記録が可能なディスクと、ディスクに対して記録と再生の少なくとも一方を行うヘッドと、ディスク上においてヘッドの位置を制御する位置制御機構とを含む装置構成であって、位置制御機構が上記のいずれかに記載の位置制御機構からなり、この位置制御機構における位置制御状態は上記ヘッドによりディスクに記録または再生を行っている状態であり、待機状態はヘッドによりディスクに記録および再生を行っていない状態である構成からなる。
【００３１】
この構成により、ディスク装置に圧電体アクチュエータを用いてヘッドの位置制御を行う場合、位置制御をすることにより圧電体アクチュエータに絶縁抵抗の劣化や変位量の低下が発生しても発塵等を生じることなく確実に回復させることができ、ディスク装置の信頼性を大幅に改善できる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の圧電体アクチュエータの制御方法は、圧電体アクチュエータの位置制御状態においては広い範囲の電圧を印加することができ、より広い範囲の位置制御が行える。一方、待機状態においては、分極方向に対して逆方向の逆低電圧が印加されるので絶縁抵抗の経時的劣化を抑制することができる。なお、絶縁抵抗劣化の抑制のために印加される逆低電圧は、分極の乱れや破壊的な現象を引き起こさない程度の電圧に制限されている。したがって、広い位置制御範囲と高寿命とを両立した圧電体アクチュエータを得ることができる。
【００３３】
さらに、本発明の位置制御機構は、上記圧電体アクチュエータの制御方法を用いたものであり、また本発明のディスク装置はこの位置制御機構を搭載した構成である。また、位置制御が求められない時間帯を待機状態として、この待機状態において逆低電圧を印加することで劣化を回復できるので、位置制御機構あるいはディスク装置の通常の使用を阻害することがなく、変位量が大きく、かつ高信頼性の装置を実現できるという大きな効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。
【００３５】
図１は、本発明の実施の形態にかかる位置制御機構１０のブロック図を示す。圧電体アクチュエータ１２が伸縮等の変位をすることにより、この圧電体アクチュエータ１２に機械的に接続された被制御物（図示せず）の位置を制御することができる。この圧電体アクチュエータ１２の変位量は、圧電体アクチュエータ１２に接続された電源１４による電圧印加により制御される。電流計１６により、圧電体アクチュエータ１２に流れる電流が計測される。
【００３６】
この電源１４の電圧は、切替器１８から出力される電源制御信号により制御される。電源制御信号の発生源は、位置制御機構１０が積極的に位置制御を行う状態である位置制御状態にあるか、または積極的に位置制御を行わない状態である待機状態であるかによって異なる。位置制御状態にある場合、電源制御信号は位置制御部２０から切替器１８に対して出力される。また、位置制御部２０は、位置制御部２０自体が積極的に位置制御を行っているか否かを、状態識別信号として切替器１８に出力する。待機状態にある場合、電源制御信号は逆低電圧制御部２４から切替器１８に対して出力される。
【００３７】
電源１４が位置制御部２０の制御下となるか、それとも逆低電圧制御部２４の制御下となるかの切替は、前述した状態識別信号により切替器１８が行う。電源１４の制御を行う電源制御信号の履歴は、印加履歴記憶部２２に印加履歴情報として蓄積され、逆低電圧制御部２４はこの印加履歴情報を参照する。
【００３８】
なお、本実施の形態では、位置制御部２０と逆低電圧制御部２４とは制御部２６の一部であり、制御部２６はさらに位置制御機構１０と他の機器との信号の伝達および制御を行う。また、本実施の形態では、切替器１８は制御部２６の外部に設けた構成としているが、制御部２６の機能の一部としてもよい。この切替器１８はソフト的な構成としてもよいし、図示するようなハード的構成としてもよい。さらに、印加履歴記憶部２２はメモリを主体に構成されているが、これも制御部２６の一部として取り込んでもよい。
【００３９】
ここで、圧電体アクチュエータ１２と電源１４の部分についてのみ、さらに図２を用いて説明する。図２は、図１における圧電体アクチュエータ１２と電源１４との部分のみを抽出して示す図である。なお、圧電体アクチュエータ１２は斜視図で示しており、第１の電極膜３、第２の電極膜４およびこれらにより挟持された圧電体膜２から構成されている。なお、第１の電極膜３、第２の電極膜４および圧電体膜２は、スパッタリング等の薄膜技術により形成され、フォトリソグラフィーとドライエッチング等を用いて図示するような形状に加工される。この圧電体アクチュエータ１２の寸法は、例えば変位を主として利用する伸縮方向（図中、Ｙで示す方向）である長さ方向については２ｍｍ、厚さが約３μｍである。通常、圧電作用を利用するためには、圧電体膜２に対して初期分極を生じさせる必要がある。図２では、分極方向は図中矢印Ｐで示すように厚さ方向である。なお、分極ベクトルは必ずしも膜面に完全に垂直である必要はなく、斜めの場合はその垂直成分を考えればよい。また、圧電体アクチュエータ１２の形状は必ずしも図示するような直方体でなくてもよい。この圧電体アクチュエータ１２の第１の電極膜３と第２の電極膜４との間に電圧を印加するための電源１４が接続されている。
【００４０】
図３は、この圧電体アクチュエータ１２の分極Ｐと電圧Ｖとの関係のヒステリシスループを示す図である。縦軸は分極Ｐであり、横軸は電圧Ｖである。図２に示す圧電体アクチュエータ１２の分極Ｐは、図３において縦軸の正の側にあるものとする。また、図３において、正の電圧を印加した場合、図２に示す分極Ｐと同一方向に電界が加わる方向とする。さらに、図３に示すＶｃは抗電圧とよばれ、図２に示す分極Ｐの状態の圧電体膜２に対して、電界の方向が逆方向となる−Ｖｃを印加すると分極が消失してしまうことを意味する。
【００４１】
経験則的には、図３に示すように概略−Ｖｃ／３程度の電圧を区切りとして、それよりも正側の電圧を印加すれば、たとえ分極と逆方向である負の電圧を印加しても分極状態が乱されることがなく、長期的に安定して圧電体アクチュエータ１２を駆動できることが知られている。正の電圧、つまり図２に示す分極Ｐと同一方向の電圧であれば、分極は安定であるのでその値に上限はない。しかしながら、圧電体膜２も誘電体材料であり、耐電圧によりその上限が制限される。一般的な圧電体膜においては、この耐電圧Ｖｉの絶対値は抗電圧Ｖｃの絶対値よりも大きい。したがって、圧電体アクチュエータ１２を短期的に安定駆動できる電圧Ｖｓの範囲は、−Ｖｃ／３＜Ｖｓ＜Ｖｉの範囲となる。その範囲は、図３に示すように電圧軸の０点よりも正方向に偏っている。したがって、Ｖｓの範囲内を最大限使用して圧電体アクチュエータを制御すると、位置制御を行うための時間を平均したとき、正の電圧が実質的に印加された状態と等価となる場合が多く生じやすい。
【００４２】
このような状態となると、イオンマイグレーションが生じやすくなり、絶縁抵抗の劣化が発生しやすい。これに対して、位置制御が求められない待機状態のときに−Ｖｃ／３＜Ｖｍ＜０の範囲内の電圧Ｖｍを印加する。これにより、時間平均でみたときに正の電圧が実質的に印加された状態となる位置制御状態で生じたイオンマイグレーションによるイオンの移動を補償することができる。その結果、圧電体膜２中の絶縁抵抗劣化を低減し、絶縁抵抗劣化を抑制あるいは回復させることができる。
【００４３】
なお、−Ｖｃ＜Ｖｈ＜−Ｖｃ／３の範囲の電圧Ｖｈを印加することによってもイオンマイグレーションを低減することは可能である。しかし、この範囲の電圧Ｖｈを印加すると、圧電体膜２の分極が乱れやすくなり、圧電体アクチュエータ１２の変位量が小さくなる現象が生じやすい。このため、このＶｈの電圧範囲を印加することは好ましくない。
【００４４】
上述したような時間平均的にみて正の電圧が印加される場合の補償を行うための電圧印加は、位置制御機構１０が組み込まれた装置が位置制御機構１０による位置制御を必要としていないときに行えばよい。例えば、ハードディスクドライブ装置等のディスク装置においては、情報の記録または再生を行っている状態であるビジー状態と、情報の記録と再生とを行っていないアイドル状態の２つの状態が存在する。ビジー状態であることを使用者に示すためのＬＥＤを備えたハードディスクドライブ装置は広く用いられており、ビジー状態か否かの信号はディスク装置から容易に取り出すことが可能である。また、アイドル状態においては情報の記録および再生を行っていないため、精密なヘッド位置制御は不要である。本実施の形態の位置制御機構１０により、例えばディスク装置のヘッド位置を制御する場合には、このアイドル状態の期間の全部あるいは一部を待機状態として逆低電圧を印加すれば、ディスク装置の使用を妨げずに圧電体アクチュエータに生じた絶縁抵抗の劣化を回復させることができる。
【００４５】
以下、本実施の形態にかかる圧電体アクチュエータの制御方法に関して、具体的な例をもとに説明する。図２に示す圧電体アクチュエータ１２の圧電体膜２としては、厚さが３μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＴｉＸＺｒ１−Ｘ）Ｏ３）の薄膜を用いた。圧電体膜２の形成はスパッタリング法により行った。第１の電極膜３と第２の電極膜４は、白金（Ｐｔ）をスパッタリング法により形成した。これらの薄膜を圧電体アクチュエータ１２の形状に加工する方法としては、一般的なフォトリソグラフィーとドライエッチングの技術を用いた。このようにして作製した圧電体アクチュエータ１２に関して、図３に示す抗電圧Ｖｃは９Ｖ、耐電圧Ｖｉは５０Ｖであった。この圧電体アクチュエータ１２を用いて、図１に示す構成の位置制御機構１０を作製した。
【００４６】
位置制御部２０に対して、４秒間の位置制御状態と１０秒間の待機状態を交互にとるようにプログラムを行い、試験を実施した。また、位置制御状態の際は、電源１４が０〜１０Ｖの間で正弦波電圧を発生するような電源制御信号を送出した。その際の電圧の極性は、その電界が分極方向と同一となるようにした。
【００４７】
印加履歴記憶部２２には、圧電体アクチュエータ１２に対して過去４秒間に印加された電圧の時間積分値が記憶されるものとした。また、逆低電圧制御部２４は、状態識別信号が位置制御状態から待機状態に変更された瞬間の印加履歴記憶部２２の記憶内容の値の１０％の値を出力するようにした。ただし、その１０％が絶対値として３Ｖを超える場合は、３Ｖを絶対値として上限とした。絶対値の上限を３Ｖに設定したのは、以下の理由による。すなわち、この圧電体膜２の場合、抗電圧がＶｃ＝９Ｖで、このＶｃの１／３であり、これ以上絶対値の大きな電圧が分極と逆方向に印加されると、圧電体膜２の分極状態が乱れてしまい、圧電作用が低下する可能性があるからである。
【００４８】
この位置制御機構１０を、温度８０℃、湿度８０％の環境下で動作させた。ことのときの電源１４の電圧波形は図４に示すようになる。図４は、圧電体アクチュエータ１２に印加する位置制御のための電圧と逆低電圧との電圧波形を示す図で、縦軸が電圧Ｖ（Ｖ）で、横軸は時間ｔ（ｓ）である。図４において、正弦波部分が位置制御の行われている時間帯である。また、電圧Ｖ＝−２Ｖで一定となっている部分は待機状態で、逆低電圧制御部２４が作動して圧電体アクチュエータ１２に対して逆低電圧が印加されている時間帯である。この動作を１０００時間継続したところ、圧電体アクチュエータ１２の絶縁抵抗の劣化はみられなかった。
【００４９】
比較対照として、本発明の特徴である逆低電圧制御部２４の作動を中止して、逆低電圧を印加しない場合について同様な試験を行った。そのときの電源１４の電圧波形は図５に示すようになる。図５は図４の場合との比較のために、位置制御のための電圧は図４と同じとし、かつ逆低電圧を印加しない場合の電圧波形を示す図で、縦軸が電圧Ｖ（Ｖ）で、横軸は時間ｔ（ｓ）である。図５において、正弦波部分が位置制御の行われている時間帯である。また、待機状態では、逆低電圧制御部２４は作動させていないので圧電体アクチュエータ１２に対して電圧は印加されていない。この動作方法において１０００時間後に圧電体アクチュエータ１２の絶縁抵抗を測定したところ、第１の電極膜３と第２の電極膜４との間で短絡が発生し、圧電体アクチュエータ１２としての機能が失われることが見出された。
【００５０】
以上の結果から、本実施の形態の圧電体アクチュエータの制御方法によれば、圧電体アクチュエータ１２の大きな変位量を保持しながら、かつ高寿命とすることができることが確認された。
【００５１】
なお、本実施の形態では、逆低電圧として−２Ｖの一定電圧を印加したが、本発明はこれに限定されない。例えば、印加履歴記憶部２２の記憶内容と併用、あるいはその代わりに、圧電体アクチュエータ１２に流れる電流値を検出器により検出し、その電流値情報を用いて逆低電圧制御部２４が電源制御信号を決定する方式をとることもできる。この電流値は圧電体アクチュエータ１２の物性値の一つである絶縁抵抗を測定するものであり、交流電圧ではなく、直流電圧が圧電体アクチュエータ１２に印加されているときに測定することが望ましい。この電流値と、そのとき圧電体アクチュエータ１２に印加されていた電圧をもとに、圧電体アクチュエータ１２の絶縁抵抗を求めることができる。これが設定した値に比べて一定値ずれていたことを検出した場合、逆低電圧制御部２４は、そのずれた値に応じた大きさの電源制御信号を送出する。
【００５２】
具体的には、圧電体アクチュエータ１２に流れる電流値を検出する検出部と、この電流値が初期値から設定した値だけずれたことを算出するずれ算出部とを設けておき、制御部はずれ算出部からのずれ情報をもとに逆低電圧制御部２４からずれた値に応じた大きさの電源制御信号の送出を行う。
【００５３】
これにより圧電体アクチュエータ１２の実際の抵抗劣化に応じた回復措置を実施することが可能となる。また、このように電流値をモニターすることにより、過度に逆低電圧を印加した場合に生じる絶縁抵抗劣化も測定可能となるので、そのような場合には、逆低電圧制御部２４からの電源制御信号の送出を停止する。
【００５４】
あるいは、印加履歴情報に基づき設定する逆低電圧と設定時間とは、圧電体アクチュエータに対して位置制御を行うための電圧を印加する位置制御状態の継続時間、電圧の時間積分値、電圧の関数の時間積分値に対応して設定してもよい。さらに、この逆低電圧と設定時間との少なくとも一方を制御しながら印加する方法としてもよい。例えば、逆低電圧を図４に示したような一定電圧ではなく、時間とともに変動する電圧を印加してもよい。
【００５５】
なお、本実施の形態の圧電体膜２としては、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、ゾル・ゲル法、ＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法のいずれかにより形成することが望ましい。これらにより形成される圧電体膜２は、焼結方式により形成する圧電体に比べて、より緻密な膜が得られるため耐電圧が高く、図３に示すグラフにおいては、より正方向側に電圧を印加することができる。その結果、より大きな変位量を実現できる。しかし、より正方向側に偏った電圧が印加される結果、それに伴う絶縁抵抗劣化もより深刻となる。このような圧電体膜２に対して、本発明の制御方法はより有効に作用し、絶縁抵抗劣化を顕著に回復あるいは抑制できる。
【００５６】
次に、本実施の形態にかかる位置制御機構をディスク装置のヘッドの微動位置制御に適用した例について説明する。
【００５７】
図６は、ハードディスクドライブ装置（以下、ＨＤＤ装置とよぶ）の平面図と位置制御機構のブロック図を示す。ＨＤＤ装置は、情報を記録するためのディスク１０８、このディスク１０８を回転駆動するための駆動手段１０６、記録再生を行うためのヘッド１００、ヘッド１００が取り付けられてディスク１０８上をスイングするサスペンション１０２、サスペンション１０２を粗く駆動するためのボイスコイル１０４およびヘッド１００の近傍に取り付けられた圧電体アクチュエータ１２とが筐体１１０の所定の位置に配置されて構成されている。
【００５８】
圧電体アクチュエータ１２が変位することによりヘッド１００をディスク１０８の目標とするトラック位置に正確に微調整することができる。なお、位置制御機構は図１に示す構成と同じであるので詳細な説明は省略する。
【００５９】
以下、このＨＤＤ装置のヘッド位置制御に用いた場合の具体的動作について説明する。まず、ＨＤＤ装置が情報の記録再生を行っている場合、切替器１８に対して位置制御部２０から状態識別信号が出力され、電源１４は位置制御部２０の制御下におかれる。それに伴い、位置制御部２０から切替器１８を介して電源１４に電源制御信号が出力され、ヘッド１００がディスク１０８上の所定のトラック位置にくるように位置制御する。このとき、電源制御信号の印加履歴情報が印加履歴記憶部２２に記憶される。
【００６０】
その後、ＨＤＤ装置が記録再生を行わないアイドル状態に移行すると、ヘッド１００の精密な位置制御は必要なくなる。このときに位置制御部２０は、待機状態であることを示す状態識別信号を切替器１８に送出する。これにより電源１４は位置制御部２０の制御下から、逆低電圧制御部２４の制御下に移行する。このとき、逆低電圧制御部２４は印加履歴記憶部２２の印加履歴情報を参照し、過去の一定期間の間に圧電体アクチュエータ１２に印加された電圧の極性がどの程度偏ったものであったかを算出する。
【００６１】
この算出方法としては、例えば過去の所定の時間間隔の電圧の時間積分値、あるいは、電圧の関数、例えば電圧の３乗の時間積分値であってもよい。なお、電圧の関数を用いるのは、以下の理由による。すなわち、圧電体アクチュエータ１２中のイオンの移動は電圧が高くなると指数関数的に促進される。このため、単純な電圧の時間積分値を用いるよりも、電圧に関する２次以上の関数や指数関数等を用いた方が、より有効な逆低電圧と設定時間とを算出することが可能だからである。
【００６２】
続いて、この算出結果に基づき、逆低電圧制御部２４は、電源１４が圧電体アクチュエータ１２の分極と反対方向の電界に相当する電圧を発生するように電源制御信号を送出する。ただし、分極状態が乱されないように、印加する逆低電圧の絶対値は圧電体アクチュエータ１２の抗電圧以下とする。さらに好ましくは、逆低電圧の絶対値として、抗電圧の１／３以下とする。
【００６３】
このときの逆低電圧の大きさおよび逆低電圧を印加する設定時間は、前述した印加履歴情報の評価に基づき決定される。すなわち、過去一定期間、圧電体アクチュエータ１２に印加された電圧が分極方向に偏ったものであれば、その偏りの強さに応じて逆低電圧を高くするか、あるいは設定時間を長くする。これにより、逆低電圧制御部２４が過度に圧電体アクチュエータ１２に逆方向の電圧を印加して絶縁抵抗を逆に低下させる現象を防止することができる。
【００６４】
なお、逆低電圧制御部２４が電源制御信号を発生中であっても、ＨＤＤ装置が再び記録再生を行うビジー状態に移行した場合は、位置制御部２０から位置制御状態を示す状態識別信号が切替器１８に送出されるようにしてもよい。これにより、電源１４は逆低電圧制御部２４から位置制御部２０の制御下に移行する。これに伴い、位置制御機構は待機状態から位置制御状態に移行する。この場合、逆低電圧制御部２４による逆低電圧を印加する動作は途中で中断される、再び待機状態となったときに再度印加履歴情報をもとに逆低電圧を印加する動作を再開すればよい。
【００６５】
また、仮に、ＨＤＤ装置が常時記録再生を継続している場合には、逆低電圧制御部２４が作動することができなくなり、逆低電圧を印加することができなくなる。しかし、ＨＤＤ装置を含むディスク装置において、連続的かつ継続的に記録再生を行うことはなく、間欠的な使用形態が主体である。したがって、本発明の制御方法はほとんどのディスク装置に対して有効に作用する。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明にかかる圧電体アクチュエータの制御方法により位置制御機構の制御範囲を大きくしながら、かつ高寿命を実現でき、ヘッドの精密位置決め制御が要求されるディスク装置分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態にかかる位置制御機構を説明するためのブロック図
【図２】図１に示す圧電体アクチュエータと電源との部分のみを抽出して示す図
【図３】同実施の形態の圧電体アクチュエータの分極Ｐと電圧Ｖとの関係のヒステリシスループを示す図
【図４】同実施の形態の圧電体アクチュエータに印加する位置制御のための電圧と逆低電圧との電圧波形を示す図
【図５】同実施の形態における比較のために、位置制御のための電圧は図４と同じとし、逆低電圧を印加しない場合の電圧波形を示す図
【図６】同実施の形態の位置制御機構をＨＤＤ装置に適用した場合の平面図と位置制御機構のブロック図
【図７】従来の制御方法を説明するためのブロック図
【図８】従来の別の制御方法を説明するためのブロック図
【符号の説明】
【００６８】
２    圧電体膜
３    第１の電極膜
４    第２の電極膜
１０    位置制御機構
１２，２０２，２１０    圧電体アクチュエータ
１４，２０６    電源
１６，２０４，２１２    電流計
１８    切替器
２０，２０８    位置制御部
２２    印加履歴記憶部
２４    逆低電圧制御部
２６    制御部
１００    ヘッド
１０２    サスペンション
１０４    ボイスコイル
１０６    駆動手段
１０８    ディスク
１１０    筐体
２１４    高電圧電源
２１６    位置制御電源
２１８    劣化判定部
２２０    信号切替部
【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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【図８】
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