(57)【要約】【課題】磁気ディスク装置に於いて、高精度かつ簡易な位置決め精度の実現が可能な磁気ディスク装置用の２段アクチュエータ用のマイクロアクチュエータを提供する。【解決手段】本発明の磁気ディスク装置の位置決め用２段アクチュエータ用のマイクロアクチュエータは、薄膜抵抗体として形成される高発生力の熱アクチュエータがスライダの両方に配置され、スライダ及びヘッド素子をトラックの幅方向に駆動するための高剛性の平行平板バネを備えており、熱アシスト記録用のレーザダイオードをマウントする機能を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一段と第二段からなる２段アクチュエータ用のマイクロアクチュエータと、前記マイクロアクチュエータに取り付けられた磁気ディスクの記録と再生を行うヘッド素子を有するスライダとを備えた磁気ディスク装置において、
前記スライダを搭載するためのテーブルに熱アクチュエータとバネ部を設けるとともに、
前記熱アクチュエータは前記スライダに連結されていることを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気ディスク装置において、
前記熱アクチュエータと前記バネ部は前記テーブルと一体に形成されていることを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項３】
に
請求項１記載の磁気ディスク装置において、
熱アクチュエータはV字型の薄膜抵抗体にて構成されていることを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項４】
請求項１記載の磁気ディスク装置において、
前記バネ部は平行平板バネにて構成されていることを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項５】
請求項１記載の磁気ディスク装置において、
前記薄膜抵抗体はシリコン及び金属で形成されていることを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項６】
請求項１記載の磁気ディスク装置において、
前記熱アクチュエータは前記テーブルの両側に配置されていることを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項７】
請求項１記載の磁気ディスク装置において、
前記バネ部の表面に前記スライダと前記マイクロアクチュエータとを接続する配線が形成されていることを特徴とする磁気ディスク装置。
【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関し、特にヘッド素子及びスライダの磁気ディスク上のトラックへの位置決め精度を向上させるための２段アクチュエータ用マイクロアクチュエータを備えた磁気ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスク装置は、回転する磁気ディスク表面のトラックに情報を書き込んだり、或いは読み取ったりする装置である。  
この磁気ディスクに情報を書き込み及び読み取りのために用いられるヘッド素子は、磁気ディスクとABS（Air Bearing Surface）を形成するスライダに取り付けられている。スライダは、リジッドアーム(Rigid Arm)のフレキシブル サスペンション(Flexible Suspension)に取り付けられており、トラック間を移動するようになっている。
【０００３】
リジッドアームは、VCM(Voice Coil Motor)によって駆動され、サーボ機構によってヘッド素子を記録するトラックに移動させている。磁気ディスク装置の記録密度が高くなると、トラックの幅とピッチが狭くなり、VCM単一制御ではヘッド素子を記録トラックに高速で移動するのが難しくなる。  
例えば、VCM単一制御のサーボ機構では、２kHz以上の周波数帯域への対応が難しくなる。
【０００４】
このサーボ周波数帯域を向上するための解決策として、２段アクチュエータが提案されている。  
この2段アクチュエータは第一段でVCMを粗動アクチュエータとして使い、粗く位置決めする。その後、第二段で微細な位置決めを行うものである。  
この第二段はフレキシブルサスペンションとスライダとの間にスライダを駆動するマイクロアクチュエータを設置したものである。このマイクロアクチュエータを微小に変位させることで、ヘッド素子と記録トラックとを精密な位置決めを行って、高精度と高いサーボ周波数帯域の位置決め制御を実現するようにしたものである。
【０００５】
2段アクチュエータ用のマイクロアクチュエータの従来技術としては特許文献１、２があげられる。  
特許文献１に掲示されたマイクロアクチュエータは、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を利用し、静電引力を駆動源する微動アクチュエータを形成し、スライダを駆動するものである。
【０００６】
特許文献２では、圧電素子を駆動源にし、スライダを駆動するマイクロアクチュエータである。大きい力が発生できる圧電素子を採用することで、構造体の剛性を高くすることが可能となり、外乱に対する制御性を改善することを可能としたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】U.S. ５９９５３３４, “Rotary electrostatic micro actuator with area-efficient comb electrode arrangement”, Fan et al.
【特許文献２】U.S. ７３８２５８３ B２, ” Rotary Piezoelectric micro actuator and disk drive head-suspension assembly”, T.  Hirano et al.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、静電引力を利用するマイクロアクチュエータは、相対的に小さき力しか発生できず、その結果、構造体の剛性を小さくする必要があった。その結果、マイクロアクチュエータの機械的共振周波数の低下及ぶ衝撃などの外乱に弱い、位置決め精度が落ちる課題があった。
【０００９】
また、圧電素子を利用するマイクロアクチュエータは、磁気ディスクの使用中に圧電素子からの粉塵の発生、或いは、MEMS技術でアクチュエータを乗せる基板を製作した後、バルク材の圧電素子を組立するプロセスが複雑であり、製造コストが高などの課題があった。
【００１０】
本発明の目的は、高精度かつ簡易な位置決め精度の実現が可能な磁気ディスク装置用の2段アクチュエータ用マイクロアクチュエータを備えた磁気ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、第一段と第二段からなる２段アクチュエータ用のマイクロアクチュエータと、前記マイクロアクチュエータに取り付けられた磁気ディスクの記録と再生を行うヘッド素子を有するスライダとを備えた磁気ディスク装置において、前記スライダを搭載するためのテーブルに熱アクチュエータとバネ部を設けるとともに、前記熱アクチュエータは前記スライダに連結されていることにより達成される。
【００１２】
また上記目的は、前記熱アクチュエータと前記バネ部は前記テーブルと一体に形成されることにより達成される。
【００１３】
また上記目的は、熱アクチュエータはV字型の薄膜抵抗体にて構成されていることにより達成される。
【００１４】
また上記目的は、前記バネ部は平行平板バネにて構成されていることにより達成される。
【００１５】
また上記目的は、前記薄膜抵抗体はシリコン及び金属で形成されていることにより達成される。
【００１６】
また上記目的は、前記熱アクチュエータは前記テーブルの両側に配置されていることにより達成される。
【００１７】
また上記目的は、前記バネ部の表面に前記スライダと前記サスペンションとを接続する配線が形成されていることにより達成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高精度かつ簡易な位置決め精度の実現が可能な磁気ディスク装置用の２段アクチュエータ用マイクロアクチュエータを備えた磁気ディスク装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態による磁気ディスク装置のヘッド支持部の構造を表す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態による磁気ディスク装置のマイクロアクチュエータとスライダを表す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態による磁気ディスク装置のマイクロアクチュエータを表す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に関わる熱アクチュエータを表す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に関わる熱アクチュエータの駆動様子を表す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態による磁気ディスク装置のマイクロアクチュエータを表す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態による磁気ディスク装置のマイクロアクチュエータの平行平板バネによるテーブルの駆動様子を表す平面図である。
【図８】本発明の実施の形態による磁気ディスク装置のマイクロアクチュエータと熱アシスト記録用のレーザダイオードの構成例を表す斜視図である。
【図９】一般的な磁気ディスク装置の斜視図である。
【図１０】測定したマイクロアクチュエータの周波数応答を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態を説明する前に、一般的な磁気ディスク装置の概略を図９を用いて説明する。
【００２１】
図９は一般的な磁気ディスク装置の斜視図である。
【００２２】
図９において、磁気ディスク装置１は、筐体１０（ＤＥ：Disk Enclosure）内に、磁気ディスク２及びヘッド支持部６などを収納している。なお、同図おいては、筐体１０の一部であるカバーの図示は省略している。
【００２３】
磁気ディスク２は、ディスクアクチュエータとしてのスピンドルモータ３に取り付けられている。この磁気ディスク２には、同心円状に配列する複数のトラック（図示せず）が形成されており、各トラックには、所定の周期でアドレスデータ及びバースト信号を含むサーボデータが書き込まれている。
【００２４】
ヘッド支持部６は、磁気ディスク２の隣に支承されている。このヘッド支持部６の先端部には、本発明の一実施形態に係る磁気ヘッドスライダ４が支持されている。この磁気ヘッドスライダ４は、回転する磁気ディスク２上に近接浮上し、データの書き込み及び読み出しを行う。
【００２５】
一方、ヘッド支持部６の後端部には、ヘッドアクチュエータとしてのボイスコイルモータ７が設けられている。ボイスコイルモータ７は、ヘッド支持部６を揺動駆動し、磁気ヘッドスライダ４を磁気ディスク２の略半径方向に移動させるものである。
【００２６】
これら磁気ヘッドスライダ４及びボイスコイルモータ７は、ヘッド支持部６に取り付けられたＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）８を介して、筐体１０の裏側に設けられた回路基板（図示せず）と電気的に接続されている。
【００２７】
さて、上述したように記録密度が上昇しトラックごとの記録密度が高い状態でヘッドを正確にワンポイントで位置決めすることは難しくなっている。つまり、ディスクが7000RPMもの高速で回転している状態でヘッドをワンポイントで正確に位置決めすることは極めて困難である。
【００２８】
このように位置決めが困難な状況の中、上述した特許文献１、２のように第二に静電駆動アクチュエータを取り付けたものや圧電素子による駆動を行うものがある。しかしながらこれらの構造は外乱に弱いことや、製造コスト的に不利な面を備えていた。
【００２９】
そこで本発明の発明者らは熱アクチュエータを用いることを考えたものである。すなわち、熱アクチュエータは電流を通じて発熱させるとその近傍が熱膨張することでヘンド位置の微調整ができるというものである。  
以下、本発明の一実施例を図にしたがって説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１は本発明の一実施例を備えた2段アクチュエータ用マイクロアクチュエータの斜視図である。
【００３１】
図１において、図９に示した磁気ディスク装置１はフレキシブルサスペンション２１とマイクロアクチュエータ１２とスライダ１１及びヘッド素子１０を備えている。フレキシブルサスペンション２１の先端にはマイクロアクチュエータ１２とスライダ１１が取り付けられている。電気信号は、磁気ディスク装置１のコントローラーから２段アクチュエータ用マイクロアクチュエータ１２まで、フレキシブル基板配線２２によって伝わる。
【００３２】
スライダ１１及びヘッド素子１０は、マイクロアクチュエータ１２の駆動により、トラック幅方向（矢印方向）に微小に変位するようになっている。
【００３３】
図２は本発明の一実施例を備えたスライダの斜視図である。
【００３４】
図２において、図１に示したマイクロアクチュエータ１２にはスライダ１１を乗せるテーブル１８（図３に示す）と、このテーブル１８を動かすための熱アクチュエータ１３（１３Ａ、１３Ｂ）が取り付けられている。平行平板バネ１４（１４Ａ、１４Ｂ）はテーブル１８を支持するとともにテーブル１８をトラック幅方向（矢印方向）に動かすためのものである。
【００３５】
マイクロアクチュエータ１２の基板１５の先端には、図１に示したフレキシブル サスペンション２１との電気信号接続用の電極１７が形成されている。テーブル１８の先端には、スライダ１１とヘッド素子１０間のための電極１６が形成されている。基板先端の電極１７Ａ、１７Ｂとテーブルの電極１６は、平行平板バネ１４Ａ、１４Ｂ上に形成される薄膜配線によって連結されている。
【００３６】
テーブル１８の先端に形成される８個の電極１７のうち、６個はスライダ１１と連結されており、ヘッド素子１０の書き込み及び読み取りの信号として使用される。残りの２本の電極１７はマイクロアクチュエータ１２の熱アクチュエータ１３駆動用の電極として使用される。マイクロアクチュエータ１２のテーブル１８に設置されているスライダ１１には、ヘッド素子１０が設置されており、その下部に熱アシスト記録用のレーザダイオード１９が設置されている。
【００３７】
マイクロアクチュエータ１２の寸法は、現在使用されているFemtoスライダ（０.７ mm×０.８ mm×０.２mm）のサイズより少し大きい、１.５mm×１.５mm×０.４mm程度である。
【００３８】
図３は本発明一実例を備えたマイクロアクチュエータの斜視図である。  
図３において、マイクロアクチュエータ２の基板１５後部には熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂが二つ設置されており、熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂは両側のアンカーで基板１５に固定されている。熱アクチュエータ１３Ａ、１３ＢはV字型の抵抗体となる５本のアレイ状として形成されており、基板と０.５μm~１μmの間隔で分離されている。熱アクチュエータ１３のサイズは、長さが４００μm程度で、断面サイズが１５μm×１０μmである。熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂが駆動されると、中央部のテーブル１８を押す（右上側）とともに引っ張る（右下側）ことでテーブル１８を動かすことになる。熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂの材質は、シリコン及び Ni,Cu,Alなどの薄膜で付けられる金属を用いることが可能である。
【００３９】
中央部のテーブル１８は、６本の平行平板バネ１４Ａ。１４Ｂで周辺基板に支持されている。熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂより力を受けると、平行平板バネ１４Ａ、１４Ｂによってテーブル１８は回転せずにトラック幅方向を変位することが可能となる。平行平板バネ１４Ａ、１４Ｂは、マイクロアクチュエータの全体の共振周波数が１６kHz以上になるよう設計されており、長さが２００~６００μm, 幅が１０〜５０μm程度である。平行平板バネ１４Ａ、１４Ｂは、基板１５と一括製造プロセスで製作されており、材質はシリコン及びNi,Cu,Alなどの金属を用いることが可能である。
【００４０】
そして、テーブル１８に熱アシスト記録用のレーザダイオード１９のマウント機能として、テーブルに四角のスペースが形成されており、ここのレーザダイオード１９を設置する。このレーザダイオード１９のスペースサイズは使用するレーザダイオード１９によって異なる。
【００４１】
図４は本発明の一実施例に関わる熱アクチュエータの概略を説明するための斜視図である。  
図４において、熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂはテーブル１８を駆動するための駆動源となるものであり、薄膜抵抗体３１で形成されている。薄膜抵抗体３１の材質は、シリコン、Ni,Cu,Alなど金属などを用いることが可能である。この薄膜抵抗体３１はV字型に形成されており、両側をアンカー３２Ａ、３２Ｂで基板に固定されている。
【００４２】
両側のアンカー３２Ａ、３２Ｂを通して電圧を印加すると、Ｖ字型の薄膜抵抗体３１に電流が流れジュール熱が発生する。ジュール熱が発生すると、温度上昇により薄膜抵抗体３１が熱膨張し、アンカー３２Ａ、３２Ｂが拘束されているため薄膜抵抗体３１がV字型に形成されていることで、図４の右上方向に変位する。電圧印加を止めると、薄膜抵抗体３１は基板との熱伝導に及び周囲の大気との対流で放熱され、元の温度に戻り、最少の状態に戻る。
【００４３】
熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂの磁気ディスク装置の位置決めに於いて、もっとも懸念されているのは周波数応答特性である。熱アクチュエータの帯域幅は、要求される位置決めの周波数帯域幅の約３倍になる必要がある。例えば、４kHzの位置決めの周波数帯域の場合、熱アクチュエータの熱アクチュエータの帯域幅はその３倍の１２kHzにならなければならない。これは、時定数(time constant) が１３μsになる必要があることを意味する。
【００４４】
【数１】
2011248960.tif 000003
【００４５】
しかし、この時定数を実現する熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂを実現することは非常に難しい。熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂの寸法を縮小し、放熱効率を高めることで時定数を小さくし周波数帯域幅に対応することは可能であるが、その場合はマイクロアクチュエータ１２を駆動するに必要な力が発生しなくなる。
【００４６】
従って、熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂを使う場合は制御系にLead compensation機構を導入することで対応することになる。制御理論では、Lead Compensation機構を入れることで、帯域幅を約１０倍大きくすることが可能とされている。従って、この熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂは、時定数が１３０μs(=１３μs *１０)になるように設計し、Lead compensatorを制御系に導入することで、４kHzの位置決めの周波数帯域を可能となる。
【００４７】
図５（Ａ）〜（Ｄ）は熱アクチュエータが駆動する様子を段階的に示した図である。  
図５において、図５（Ａ）に、電圧を印加する前の熱アクチュエータの変形の様子を示す。図５（Ｂ）に、電圧を印加したとき、発熱による熱膨張で動く様子を示す。また、マイクロアクチュエータ１２の共振周波数を１６kHz以上にするために、テーブル１８を支持する平行平板バネ１４Ａ。１４Ｂの剛性を高める必要がある。その場合、必要な変位を得るために必要なアクチュエータの発生力を高めなければならない。従って、図５（Ｃ）（Ｄ）に示すように、抵抗体を並列でアレイ状に配置し、発生力を増強する必要がある。矢印は変位方向を示す。
【００４８】
図６と図７を用いて、平行平板バネの機能について説明する。  
図６は２段アクチュエータ用マイクロアクチュエータ１２の平面図である。  
図７は熱アクチュエータの駆動によるマイクロアクチュエータ１２が駆動する様子を示す図である。  
図６において、平行平板バネ１４Ａ、１４Ｂはテーブル１８の周辺に３本の梁で形成されており、テーブル１８をマイクロアクチュエータ１２の基板１５に支持している。平行平板バネ１４Ａ、１４Ｂは記録トラックと平行に形成されており、熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂの駆動により、ヘッド素子・スライダが微小変位するとき、トラックに幅方向に動く。また、平行平板バネ１４Ａ、１４Ｂは、テーブル１８の全体の共振周波数が１６kHz以上になるよう設計されており、長さが２００~６００μm, 幅が１０〜５０μm程度である。平行平板バネ１４Ａ、１４Ｂは、基板１５と同じ厚さで形成されており、その厚さは１００〜２５０μm程度である。平行平板バネ１４Ａ、１４Ｂは、基板１５と一括製造プロセスで製作されており、材質はシリコン及びNi,Cu,Alなどの金属を用いることが可能である。
【００４９】
熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂは、マイクロアクチュエータ１２の基板１５の左上と左下に配置されており、電圧が印加されると、左上の熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂがテーブル１８を引っ張り、左下の熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂがテーブル１８を押すことになる。
【００５０】
図７（Ａ）に示すように熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂに電圧が印加されると、図７（Ｂ）のように両側の熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂ変位してスライダ１１が乗るテーブル１８が平行平板バネ１４Ａ、１４Ｂの変形により上方向（矢印方向）に移動する。この移動によってスライダ１１はトラック幅方向に微小変位する。電圧印加を止めると、熱アクチュエータ１３Ａ、１３Ｂとなる薄膜抵抗体３１は基板１５との熱伝導に及び周囲の大気との対流で放熱さによって元の温度に戻り、テーブル１１は最少の状態に戻る。
【実施例２】
【００５１】
図８は本発明の実施の形態による磁気ディスク装置のマイクロアクチュエータ１２と熱アシスト記録用のレーザダイオードの構成例を表す斜視図である。  
図８において、マイクロアクチュエータ１２のレーザダイオード１９のマウント構造について説明すると、磁気ディスク装置１の記録密度を高めるために、磁気ディスク表面の記録する部分を局所的に加熱するためのレーザダイオード１９が設けられている。普段はスライダ１１に六面体の構造物を付けて、そこにレーザダイオード１９を固定（マウント）する構造が採用されている。
【００５２】
本発明は、マイクロアクチュエータ１２のテーブル１８にレーザダイオード１９が入るようなスペースを設け、そのスペースにレーザダイオードをマウントするようになっている。マイクロアクチュエータ１２をレーザダイオードマウント１９として併用することで、磁気ディスク装置１の内部の限られた空間にマイクロアクチュエータ１２と共にレーザダイオード１９をマウントすることができる効果が得られる。
【００５３】
以上説明した通り、本発明は磁気ディスク装置のスライダを駆動するマイクロアクチュエータ１２に於いて、高い力を発生する熱アクチュエータを採用することで、高剛性の構造の実現が可能となり、共振周波数を高くすることと、高精度かつ簡易な位置決め精度の実現が可能になる。
【００５４】
また、平行平板バネを採用することで、ヘッド素子・スライダがトラック横方向に微小変位し、位置決め精度の実現が可能になる。
【００５５】
さらに本発明は、平行平板バネは、高い剛性を備えていることから、マイクロアクチュエータ１２が高い共振周波数を持ち、外乱に対する制御性が高い。
【００５６】
図10に測定したマイクロアクチュエータの周波数応答を示す。
【００５７】
LDV(Laser Doppler Vibrometer)を利用し，マイクロアクチュエータ評価を行った。LDVのレーザをマイクロアクチュエータのテーブルに焦点を合わせて，0~100kHz周波数帯域の入力信号に対する出力変位を測定した。入力信号として，V_pp=7V,  V_offset= 3.5Vを印加した。そして，測定したマイクロアクチュエータの熱アクチュエータの電気抵抗は21kΩであった。このマイクロアクチュエータの消費電力は5.8mWであった。
【００５８】
【数２】
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【００５９】
そして、仕様の１６kHz より高い33kHzの機械的共振周波数が観測された。
【符号の説明】
【００６０】
１０・・・ヘッド素子、１１・・・スライダ、１２・・・２段アクチュエータ用マイクロアクチュエータ、１３・・・熱アクチュエータ、１４・・・平行平板バネ、１５・・・マイクロアクチュエータの基板、１６・・・電極、１７・・・電極、１８・・・テーブル、１９・・・レーザダイオード、２０・・・マウントスペース、２１・・・フレキシブルサスペンション、２２・・・フレキシブル基板配線、３１・・・薄膜抵抗体、３２・・・アンカー。
【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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【図９】
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【図１０】
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