(57)【要約】      （修正有）【課題】ディスクドライブの読み取り／書き込みヘッドを支持するためのヘッドサスペンション組立体を提供する。【解決手段】ヘッドサスペンション組立体は、第１のマイクロアクチュエータ４１０対に近接して、かつ、動作可能に接続されたベースプレート端部を含む。第１のマイクロアクチュエータ対は、コントローラに通信可能に結合されて、かつ、第２のマイクロアクチュエータ対に移動可能に接続するロードビーム４１４を含む。また、第２のマイクロアクチュエータ対に近接して動作可能に接続されたヘッドトランスデューサ端部４２０を含む。読み取り／書き込みヘッド４２４は、ヘッドトランスデューサ端部に近接して配置され、ロードビームに可撓的に接続される。コントローラは、読み取り／書き込みヘッドの追跡制御を改善するために、制御信号を第１及び第２のマイクロアクチュエータ対に選択可能に送信する。【選択図】図４
2019192323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な駆動アクチュエータアーム上に配置するディスクドライブの読み取り／書き込みヘッドを支持するためのヘッドサスペンション組立体であって、
第１のマイクロアクチュエータ対に近接して、かつ動作可能に接続されたベースプレート端部であって、前記第１のマイクロアクチュエータ対が、コントローラに通信可能に結合されている、ベースプレート端部と、
前記第１のマイクロアクチュエータ対を第２のマイクロアクチュエータ対に移動可能に接続するロードビームと、
前記第２のマイクロアクチュエータ対に近接して、かつ動作可能に接続されたヘッドトランスデューサ端部であって、前記第２のマイクロアクチュエータ対が、前記コントローラに通信可能に結合されている、ヘッドトランスデューサ端部と、を備え、
前記読み取り／書き込みヘッドが、前記ヘッドトランスデューサ端部に近接して配置され、前記読み取り／書き込みヘッドが、前記ロードビームに可撓的に接続され、
前記コントローラが、前記読み取り／書き込みヘッドの追跡制御を改善するために、制御信号を前記第１及び第２のマイクロアクチュエータ対に選択可能に送信するように構成されている、ヘッドサスペンション組立体。
【請求項２】
前記第１のマイクロアクチュエータ対が、バイアスマイクロアクチュエータである、請求項１に記載のヘッドサスペンション組立体。
【請求項３】
前記第２のマイクロアクチュエータ対が、併置マイクロアクチュエータである、請求項１に記載のヘッドサスペンション組立体。
【請求項４】
前記コントローラが、前記制御信号を前記第１及び第２のマイクロアクチュエータ対に選択可能に送信するために、読み取り／書き込みヘッド位置データを受信するように更に構成されている、請求項１に記載のヘッドサスペンション組立体。
【請求項５】
前記第１のマイクロアクチュエータ対が、サーボ感知のために更に構成されている、請求項１に記載のヘッドサスペンション組立体。
【請求項６】
前記コントローラが、所望されない共振を低減するために、前記第１及び第２のマイクロアクチュエータ対間で、ヘッド共振信号を選択可能に送信及び受信するように更に構成されている、請求項５に記載のヘッドサスペンション組立体。
【請求項７】
回転可能な駆動アクチュエータアーム上に配置されたディスクドライブの読み取り／書き込みヘッドを支持するためのヘッドサスペンション組立体であって、
第１のマイクロアクチュエータ対に近接して、かつ動作可能に接続されたベースプレート端部であって、前記第１のマイクロアクチュエータ対が、コントローラに通信可能に結合されている、ベースプレート端部と、
前記第１のマイクロアクチュエータ対を第２のマイクロアクチュエータ対に移動可能に接続するロードビームと、
前記第２のマイクロアクチュエータ対に近接して、かつ動作可能に接続されたヘッドトランスデューサ端部であって、前記第２のマイクロアクチュエータ対が、前記コントローラに通信可能に結合されている、ヘッドトランスデューサ端部と、を備え、
前記読み取り／書き込みヘッドが、前記ヘッドトランスデューサ端部に近接して配置され、前記読み取り／書き込みヘッドが、前記ロードビームに可撓的に接続され、
前記コントローラが、所望されない共振を低減するために、前記第１及び第２のマイクロアクチュエータ対間で、ヘッド共振信号を選択可能に送信及び受信するように構成されている、ヘッドサスペンション組立体。
【請求項８】
前記第１のマイクロアクチュエータ対が、サーボ追跡制御のために構成されている、請求項７に記載のヘッドサスペンション組立体。
【請求項９】
前記第１のマイクロアクチュエータ対が、サーボ感知のために構成されている、請求項７に記載のヘッドサスペンション組立体。
【請求項１０】
前記第１のマイクロアクチュエータ対が、サーボ作動のために構成されている、請求項７に記載のヘッドサスペンション組立体。
【請求項１１】
前記第１及び第２のマイクロアクチュエータ対が、センサアクチュエータ対を形成する、請求項７に記載のヘッドサスペンション組立体。
【請求項１２】
前記第１のマイクロアクチュエータ対が、感知のために構成され、前記第２のマイクロアクチュエータ対が、前記第１のマイクロアクチュエータ対における前記感知に基づく作動のために構成されている、請求項１１に記載のヘッドサスペンション組立体。
【請求項１３】
前記第２のマイクロアクチュエータ対が、前記第１のマイクロアクチュエータ対と比較して、前記読み取り／書き込みヘッドの運動の範囲の増加を可能にする、請求項７に記載のヘッドサスペンション組立体。
【請求項１４】
前記コントローラが、サーボ制御回路である、請求項７に記載のヘッドサスペンション組立体。
【請求項１５】
記憶デバイスであって、
回転可能な記憶ディスクと、
回転可能な駆動アクチュエータアームと、
前記回転可能な駆動アクチュエータアーム上に配置された読み取り／書き込みヘッドと、
コントローラと、
ヘッドサスペンション組立体であって、
第１のマイクロアクチュエータ対に近接して、かつ動作可能に接続されたベースプレート端部であって、前記第１のマイクロアクチュエータ対が、前記コントローラに通信可能に結合されている、ベースプレート端部と、
前記第１のマイクロアクチュエータ対を第２のマイクロアクチュエータ対に移動可能に接続するロードビームと、
前記第２のマイクロアクチュエータ対に近接して、かつ動作可能に接続されたヘッドトランスデューサ端部であって、前記第２のマイクロアクチュエータ対が、前記コントローラに通信可能に結合されている、ヘッドトランスデューサ端部と、を備える、ヘッドサスペンション組立体と、を備え、
前記読み取り／書き込みヘッドが、前記ヘッドトランスデューサ端部に近接して配置され、前記読み取り／書き込みヘッドが、前記ロードビームに可撓的に接続され、
前記コントローラが、前記読み取り／書き込みヘッドの追跡制御を改善するために、制御信号を前記第１及び第２のマイクロアクチュエータ対に選択可能に送信するように構成されている、記憶デバイス。
【請求項１６】
前記第１のマイクロアクチュエータ対が、バイアスマイクロアクチュエータである、請求項１５に記載の記憶デバイス。
【請求項１７】
前記第２のマイクロアクチュエータ対が、併置マイクロアクチュエータである、請求項１５に記載の記憶デバイス。
【請求項１８】
前記コントローラが、前記制御信号を前記第１及び第２のマイクロアクチュエータ対に選択可能に送信するために、読み取り／書き込みヘッド位置データを受信するように更に構成されている、請求項１５に記載の記憶デバイス。
【請求項１９】
前記第１のマイクロアクチュエータ対が、サーボ感知のために更に構成されている、請求項１５に記載の記憶デバイス。
【請求項２０】
前記コントローラが、所望されない共振を低減するために、前記第１及び第２のマイクロアクチュエータ対間で、ヘッド共振信号を選択可能に送信及び受信するように更に構成されている、請求項１９に記載の記憶デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ヘッドをディスクドライブ内で移動可能に支持するために利用されるヘッドサスペンション組立体の態様に関し、具体的には、細かいヘッド移動及び制御のための圧電マイクロアクチュエータを含むヘッドサスペンション組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）は、磁気読み取り／書き込みトランスデューサヘッドを経由してデータが書き込まれ、読み取られる、１つ以上の回転可能なディスクを含む、データ記憶デバイスの例であり、ヘッドは、ヘッドジンバル組立体（ＨＧＡ）のヘッドスタック組立体を共に形成することができる、対応する数のＨＧＡによってディスクの表面に関して移動可能に支持されている。１つのＨＧＡは、典型的に、それぞれのディスク表面に対して移動可能に支持されているので、磁気読み取り／書き込みヘッドをディスク表面のデータトラックに対して選択可能に位置決めすることができる。このような磁気ヘッドは、典型的に、ディスクが回っている間に、ディスク表面上数ナノメートルのいわゆる「浮上高さ」で、ディスク表面に接近して浮上するように空気力学的に設計されたスライダ上に設けられる。各ＨＧＡは、典型的に、データの書き込み及び読み取りのために、ディスク表面にわたって、フレクシャ又はジンバルを含む読み取り／書き込みヘッド及びスライダを移動させるための回転可能な駆動アクチュエータアームに接続されている。各アクチュエータアームは、ボイスコイル駆動アクチュエータサーボ機構デバイスによって駆動されるように接続されている。このような組立体は、各磁気読み取り／書き込みヘッドがディスク表面の具体的なデータトラックに対する位置決めのために独立して制御されることを可能にする。
【０００３】
ＨＤＤデータ記憶ニーズが増加するにつれて、所与のディスク表面区域内により大きなデータ記憶を得るために、ディスク表面上の典型的なデータトラック密度も着実に増加している。このディスク表面密度は、一般には面密度と称される。具体的には、ディスク面密度を増加させるために、データトラック自体が狭くなり、トラック間の半径方向の間隔が狭くなっている。
【０００４】
ＨＧＡのスライダに提供されるような磁気読み取り／書き込みヘッドの細かい移動を改善し、より高いデータ分解能を得るために、様々なサーボアクチュエータが開発され、ＨＤＤ用途に採用されてきた。概して、ボイスコイル駆動アクチュエータは、磁気読み取り／書き込みヘッドをデータトラックに位置決めするための粗い移動を提供する。より細かい移動も所望される場合、マイクロアクチュエータは、高密度ＨＤＤ内のデータトラックの解像度に対して第２のより細かい移動を提供することができる。このようなシステムは、二段サーボ作動サスペンションシステムと称される。
【０００５】
現在、二段作動を使用するドライバは、サーボ故障、「バズ」状態、工場ボード掃引などのような状態の間に、ヘッドレベルのマイクロ作動を利用することができる。ヘッドレベルのマイクロ作動は、併置マイクロ作動とも称される。マイクロアクチュエータをＨＧＡ内に配置することは、設計、性能及び製造可能性の点で課題をもたらすことが多い。ヘッドレベルの併置マイクロ作動はまた、剛性ロードビームを通じて関節式マイクロアクチュエータアームに可撓的に接続することができる、スライダ及び／又は周囲構造の独立した作動を含むことができる。
【０００６】
マイクロアクチュエータは、典型的に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電結晶材料からなる１つ以上の要素を含み、それらを利用する。他のこのような要素は、ＨＧＡに沿った１つ以上の場所に戦略的に設けることができ、ＨＧＡ又はその一部を偏向及び変形させるのに使用するために、対称的な対として設けられてもよい。ＨＧＡは、典型的に、アクチュエータアームと接続するためのベースプレート、ベースプレート部を含むロードビーム、ばね部及び剛性領域、並びにスライダを磁気読み取り／書き込みヘッドで支持し、ヘッドがロードビーム上の窪みの周りで縦揺れ及び横揺れすることを可能にするフレクシャ（又は、代替的にジンバル）を含む。フレクシャとロードビームとの相互接続により、回るディスクによって形成されたエアベアリング上をスライダが浮上するときに、回っているディスク表面に対して空気力学的に設計されたスライダの縦揺れ及び横揺れ移動が可能になる。
【０００７】
マイクロアクチュエータは、ベースプレート、ロードビーム、及び屈曲体のような様々なＨＧＡコンポーネントと併せて動き、構造的に接続されるように開発されてきた。マイクロアクチュエータは、概して、圧電材料の１つ以上の固定要素にかかる電場を供給することによって、材料、典型的にはステンレス鋼を歪ませるように構成されている。ＰＺＴなどの圧電マイクロアクチュエータにかかる電圧差を印加することを制御すると、ベースプレート、ロードビーム、又はフレクシャを歪ませるために、圧電マイクロアクチュエータを拡張又は収縮させ、したがって、ディスク上の具体的なデータトラックに関してスライダ及びヘッドの細かい移動を制御可能とする。ＰＺＴに電気信号を印加すると変形が生じ、逆にＰＺＴが変形すると電気信号が生じる。
【０００８】
マイクロアクチュエータは、制御された偏向のために、対称的な横方向の対で構造的に設けることができる。マイクロアクチュエータ対は、圧電要素対の場所及び配置に応じて、関連する圧電要素対に同じ大きさであるが反対の極性の電界を印加することによって、一緒に作用することができる。典型的に、マイクロアクチュエータ対は、ＰＺＴ要素の対を含む。２つの対合されたＰＺＴ要素は、分極方向を除いて、互いに同一である。したがって、両方のＰＺＴに正の電圧が印加されると、一方の要素が拡長又は延長し、他方の要素が収縮又は短縮して、横方向の運動をヘッドに伝達する。
【０００９】
このような圧電マイクロアクチュエータを制御可能に作動させるために、圧電マイクロアクチュエータの対の各々には、概して、正及び負の電気的接続が設けられている。導体は、典型的に、ＨＧＡに沿って設けられ、読み取り／書き込み機能性のために、そして二段作動ヘッドサスペンションの圧電マイクロアクチュエータにかかる電圧を供給するためにヘッドまで伸長している。
【００１０】
マイクロアクチュエータの場所及び位置決めに応じて、サスペンション（例えば、ＨＧＡ）は、概して、「ロードビームバイアス」マイクロアクチュエータベースのサスペンション、又は「併置」マイクロアクチュエータサスペンションとして分類される。ロードビームバイアス型マイクロアクチュエータＨＧＡにおいて、マイクロアクチュエータは、ベースプレートの近くのロードビーム上に配置される。併置型マイクロアクチュエータＨＧＡにおいて、マイクロアクチュエータはＨＧＡのスライダ端の区域内に配置されている。マイクロアクチュエータからの力によって引き起こされるモーメントは、ロードビームを通じてスライダに伝達される。
【００１１】
併置マイクロアクチュエータベースのＨＧＡレイアウトにおいて、マイクロアクチュエータの対は、典型的に、スライダの近くに配置され、フレクシャ（例えば、ジンバル）に接続される。マイクロ作動からのモーメント力は、フレクシャを通じてスライダに伝達される。対の各マイクロアクチュエータへの電気的入力は、それらの間に等しい逆の移動を生成し、スライダにおいて横方向の移動をもたらし、フレクシャを通って伝達される。
【００１２】
上述のマイクロ作動構成の各々は、それぞれ利点と課題を有しており、マイクロ作動構成の選択は、サーボ作動システムによって使用される駆動及び制御方式に大きく影響を及ぼす可能性がある。ロードビームバイアスマイクロアクチュエータベースのサスペンションは、通常、単位入力当たりの変位が大きいという利点を提供する。しかしながら、アクチュエータアームに逆方向に伝達される大きな反力は、所望されない共振及び追跡性能の劣化を励起又は引き起こすことがある。併置マイクロアクチュエータベースのサスペンションは、概して、ロードビーム上の窪みの周りにピボットを設けることによって、（典型的な追跡周波数で）アクチュエータアームにかかる反力を最小化する利点を提供するが、単位入力電圧当たりの変位が小さいという課題を有する。結果として、アクチュエータアームを通じて望ましい程度の反力フィードバックを維持しながら比較的広い範囲のヘッド運動を必要とする設計で実装することは困難である。
【００１３】
共振は、システムの固有振動周期と同じ又はほぼ同じ周期の比較的小さな周期的刺激によって引き起こされるか、又はそれに寄与される、機械的又は電気的システムにおける大きな振幅の振動、及びその調整を含むことができる。様々な周波数での振動及び共振を変位において測定することができ、対応する合成電圧を生成することができる。既存の構成の欠点として、ヘッドにおける所望されない共振又は他の振動が、磁気媒体の書き込み又は読み取りに関して様々な非効率性を引き起こす可能性がある。例えば、所望されない共振は、オフトラックエラーを引き起こし、又はサーボ性能を妨害する可能性がある。いくつかの場合において、所望されない共振は、スライダとディスクの接触を引き起こし、ディスクやドライブの壊滅的な故障につながる可能性がある。既存のマイクロ作動構造は、ＨＧＡに関連するマイクロアクチュエータの組を使用して、感知と作動のどちらかを選択する。したがって、ＨＤＤのＨＧＡ内の所望されない共振を制御したいという要望がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本開示は、二段ヘッドジンバル組立体（ＨＧＡ）において複数組のマイクロアクチュエータを使用することを通じて、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）内のヘッドのサーボ追跡性能を改善することによって、先行技術のディスクドライブ技術の様々な不利な点及び欠点を克服する。
【００１５】
従来、ＨＤＤヘッドサスペンション組立体においては、ロードビームバイアス型又は併置型のいずれかの単一の対合されたマイクロアクチュエータの組が、ヘッドの移動を制御するために採用されている。二段サスペンションにおける追加の第２のマイクロアクチュエータの組は、ロードビームバイアスベース及び併置ヘッド組立体の両方において、以前に見出されたそれぞれの利点を提供することができる。
【００１６】
ロードビームバイアスベース及び併置ヘッドサスペンション組立体の両方を採用することにより、組立体は共に、より広い作動範囲、より高い追跡精度及び制御、並びに単一のロードビーム上で両方の型のマイクロアクチュエータを使用して反力及び所望されない共振及び／又は振動を低減する能力を含む、多くの利益を有する。記載された二段及び可逆ＨＧＡ構成の１つの利点は、増加したヘッド位置の回転範囲、制御性の両方を有する能力、並びに既存の構成と比較したときに精度及び共振ベースの改善を有する能力である。特に、ＨＧＡの同じロードビーム上で、ロードビーム及び併置マイクロアクチュエータを使用することにより、単一の組立体内でより大きなストローク（即ち、ロードビームの移動の回転範囲）及びより高い共振周波数を可能にすることができる。ロードビームベースのマイクロアクチュエータ及び併置マイクロアクチュエータの主要な欠点は、それぞれ、より低い共振モード及びより低いストロークである。両方を同じサスペンションに有することで、各組のアクチュエータの最高の機能を組み合わせたサーボ制御方式が可能になる。
【００１７】
ロードビームバイアス及び併置マイクロアクチュエータの両方を備えた、記載された二段及び可逆ＨＧＡ構成の別の利点には、同時に感知及び作動機能の両方が含まれ、これは、ＨＤＤ媒体の読み取り及び／又は書き込み中の所望されない共振を補正するための制御を実装するために使用することができる。２つの組のマイクロアクチュエータを使用することによって、第１の組をスライダの作動に使用することができ、一方、第２の組は第１の組での作動に基づいてＨＧＡの使用中に同時にオフトラック応答をピックアップする。更に、ヘッドでの所望されない共振を制御するために、ＨＧＡ内のヘッドの変位の形態での偏向が分析され、検出されたオフトラック利得と一緒に使用することができる。
【００１８】
記載された方法及び構造は、二段作動ＨＧＡシステムの一部として、ディスクデータトラックに対する磁気読み取り／書き込みヘッドの細かい移動及び位置決めのための、サーボマイクロアクチュエータ作動の改善された制御性及び／又は共振緩和を提供する。
【００１９】
本開示の第１の態様によれば、回転可能な駆動アクチュエータアーム上に配置するディスクドライブの読み取り／書き込みヘッドを支持するためのヘッドサスペンション組立体が開示されている。ヘッドサスペンション組立体は、第１のマイクロアクチュエータ対に近接して、かつ動作可能に接続されたベースプレート端部であって、第１のマイクロアクチュエータ対が、コントローラに通信可能に結合されている、ベースプレート端部を含む。ヘッドサスペンション組立体はまた、第１のマイクロアクチュエータ対を第２のマイクロアクチュエータ対に移動可能に接続するロードビームを含む。ヘッドサスペンション組立体はまた、第２のマイクロアクチュエータ対に近接して、かつ動作可能に接続されたヘッドトランスデューサ端部であって、第２のマイクロアクチュエータ対が、コントローラに通信可能に結合されている、ヘッドトランスデューサ端部を含む。第１の態様によれば、読み取り／書き込みヘッドは、ヘッドトランスデューサ端部に近接して配置され、読み取り／書き込みヘッドが、ロードビームに可撓的に接続され、コントローラは、読み取り／書き込みヘッドの追跡制御を改善するために、制御信号を第１及び第２のマイクロアクチュエータ対に選択可能に送信するように構成されている。
【００２０】
本開示の第２の態様によれば、回転可能な駆動アクチュエータアーム上に配置されるディスクドライブの読み取り／書き込みヘッドを支持するための別のヘッドサスペンション組立体が開示される。ヘッドサスペンション組立体は、第１のマイクロアクチュエータ対に近接して、かつ動作可能に接続されたベースプレート端部であって、第１のマイクロアクチュエータ対が、コントローラに通信可能に結合されている、ベースプレート端部を含む。ヘッドサスペンション組立体はまた、第１のマイクロアクチュエータ対を第２のマイクロアクチュエータ対に移動可能に接続するロードビームを含む。ヘッドサスペンション組立体はまた、第２のマイクロアクチュエータ対に近接して、かつ動作可能に接続されたヘッドトランスデューサ端部であって、第２のマイクロアクチュエータ対が、コントローラに通信可能に結合されている、ヘッドトランスデューサ端部を含む。第２の態様によれば、読み取り／書き込みヘッドは、ヘッドトランスデューサ端部に近接して配置され、読み取り／書き込みヘッドが、ロードビームに可撓的に接続され、コントローラは、所望されない共振を低減するために、第１及び第２のマイクロアクチュエータ対に対してヘッド共振信号を選択可能に送信及び受信するように構成されている。
【００２１】
本開示の第３の態様によれば、記憶デバイスが開示される。記憶デバイスは、回転可能な記憶ディスクと、回転可能な駆動アクチュエータアームと、回転可能な駆動アクチュエータアーム上に配置された読み取り／書き込みヘッドと、コントローラと、ヘッドサスペンション組立体とを含む。第３の態様によれば、ヘッドサスペンション組立体は、第１のマイクロアクチュエータ対に近接して、かつ動作可能に接続されたベースプレート端部であって、第１のマイクロアクチュエータ対が、コントローラに通信可能に結合されている、ベースプレート端部を含む。ヘッドサスペンション組立体はまた、第１のマイクロアクチュエータ対を第２のマイクロアクチュエータ対に移動可能に接続するロードビームを含む。ヘッドサスペンション組立体はまた、第２のマイクロアクチュエータ対に近接して、かつ動作可能に接続されたヘッドトランスデューサ端部であって、第２のマイクロアクチュエータ対が、コントローラに通信可能に結合されている、ヘッドトランスデューサ端部を含む。第３の態様によれば、読み取り／書き込みヘッドは、ヘッドトランスデューサ端部に近接して配置され、読み取り／書き込みヘッドが、ロードビームに可撓的に接続され、かつコントローラは、読み取り／書き込みヘッドの追跡制御を改善するために、制御信号を第１及び第２のマイクロアクチュエータ対に選択可能に送信するように構成されている。
【００２２】
本開示の他の重要な目的及び利点は、添付の図面に関連して取り入れられる以下の本開示の詳細な説明から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】様々な実施形態による、各アームがヘッドサスペンション組立体を有する、複数の積み重ねられたアクチュエータアームを含むヘッドスタック組立体の斜視図である。
【図２】様々な実施形態による、ヘッドサスペンション組立体のベースプレート領域に配設され、電気的接続コンポーネントを含むマイクロアクチュエータの対を含むヘッドサスペンション組立体の斜視図である。
【図３】様々な実施形態による、ベースプレートでアクチュエータアームに取り付けられたヘッドサスペンション組立体の斜視図である。
【図４】本開示の様々な実施形態による、二段ＨＧＡ構成を示す。
【図５】様々な実施形態による、単一のマイクロアクチュエータ対についての例示的な範囲の周波数スペクトルにわたってグラフ化された利得を示すグラフである。
【図６Ａ】オフトラックスライダ利得でグラフ化されたロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対のｘ方向変位を含むグラフを示す。
【図６Ｂ】オフトラックスライダ利得でグラフ化されたロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対のｚ方向変位を含む第２のグラフを示す。
【図６Ｃ】オフトラックスライダ利得でグラフ化されたロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対のｙ方向変位を含む第３のグラフを示す。
【図７】ｘ軸に周波数、ｙ軸に利得でグラフ化されたロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対の励起でプロットされた、併置マイクロアクチュエータ対の励起を含むグラフを示す。
【図８】様々な実施形態による、能動的な減衰及び／又は変調の相殺を実装するための制御方式の概略図である。
【図９】様々な実施形態による、作動ストローク、共振特性、及びヘッドの制御性を改善するために、併置アクチュエータ及びバイアスアクチュエータの両方で作動を直列に実装するための制御方式の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本明細書で述べている本開示の前述の具体的な実施形態は、例示目的のみのためのものである。その主なテーマから逸脱することなく、本開示の精神及び範囲内で様々な逸脱及び修正を行うことができる。
【００２５】
図１は、ヘッドスタック組立体１００及び媒体１０２を含む、データ記憶デバイス（例えば、ハードディスクドライブ「ＨＤＤ」）の例示的なコンポーネントの斜視図である。一実施形態において、磁気媒体１０２は、データディスク上の複数の円形の同心円状のデータトラック内に情報をドメインとして格納するが、そのようなディスクは、媒体１０２を回転させ、そのデータ表面をそれぞれのベアリングスライダ表面の下を通過させることができる、スピンドルモータ組立体（図示せず）に従来どおり装着可能である。図示のように、媒体１０２の各表面は、関連するスライダ１０４を有し、各スライダ１０４は、媒体１０２の表面のデータトラックと通信する読み書き変換器を含む磁気読み取り／書き込みヘッドを担持する。
【００２６】
各スライダ１０４は、ヘッドサスペンション組立体のヘッドジンバル組立体（ＨＧＡ）１０８によって支持され、ヘッドジンバル組立体は、アクチュエータ機構１１６の回転駆動アクチュエータアーム１１２に取り付けられて、ヘッドスタック組立体１００を形成する。アクチュエータ機構１１６は、ボイスコイル駆動アクチュエータ１２０によってシャフト１１８を中心に回転することができ、ボイスコイル駆動アクチュエータ１２０は、従来どおりサーボ制御回路（又は本明細書で使用されるような「コントローラ」）によって制御することができる。ボイスコイル駆動アクチュエータ１２０は、回っているディスクの表面にわたってＨＧＡ１０８を、したがって、媒体１０２の内径１２２と外径１２４との間の所望のデータトラックに対するスライダ１０４のヘッドを、制御可能に位置決めするために、いずれかの回転方向にアクチュエータ機構１１６を回転させることができる。また、周知のように、スライダ１０４自体は、ディスク回転中に各ディスク表面に隣接して形成されるエアベアリング上に浮上するように空気力学的に設計されている。
【００２７】
図２は、本開示の態様による例示的なＨＧＡ１０８の拡大斜視図である。図３は、図１に示したヘッドスタック組立体１００の部分斜視図＜２５４＞ｗ＜／２５４＞であり、図２に示し、かつディスク表面に対する移動のためにアクチュエータアーム１１２（図１に示した）に接続されたＨＧＡ１０８を含んでいる。ＨＧＡ１０８は、ロードビーム１２６と、フレクシャ１２７と、マウント若しくはベースプレート１３２と、スライダ１０４とを含む。ロードビーム自体は、レーザ溶接などによってベースプレート１３２と接続されるベース部と、ばね又はヒンジ領域１３１と、ばね領域からＨＧＡ１０８の先端に至る剛性領域１２９とを含む。ロードビーム１２６は、別々に形成され取り付けられたフレクシャ１２７を介して、トランスデューサを担持するスライダ１０４（図１に示す）を支持する。代替的に、周知のように、フレクシャ１２７の代わりに、一体型ジンバルを利用することができる。例えば、ジンバルは、典型的に、ロードビーム１２６に一体化されているが、フレクシャは、ロードビーム１２６にレーザ溶接することができ、かつ、図示されているように、ロードビーム１２６上の窪みの周りに旋回可能な、ロードビーム１２６の剛性領域１２９の端部から提供されるスライダ装着部を提供することができる、別個のコンポーネントである。種類に関係なく、ジンバル又はフレクシャ１２７は、スライダがディスク表面に対して浮上しながら、変形に応じて少なくとも縦揺れ及び横揺れ方向に移動できるように、スライダ１０４が取り付けられる移動可能なスライダ装着パッドを提供する。
【００２８】
ばね又はヒンジ領域１３１は、空気力学的スライダがディスク表面に対して浮上するときに、その揚力作用に抗して作用する予荷重力をロードビーム１２６に提供する。この予荷重力は、所望の浮上高さを維持するために、浮上中にスライダ１０４を媒体の表面に向かって付勢する。いくつかの実施形態においては、ヒンジ１３１は、ロードビーム１２６とは別個のコンポーネントであり、レーザ溶接によってロードビーム１２６に接続することができる。他の実施形態において、ヒンジ１３１は、単一部品としてロードビーム１２６と一体化され、かつ隣接している。マウントプレート又はベースプレート１３２は、アクチュエータアーム１１２をＨＧＡ１０８に結合するための取り付け構造を提供する。一実施形態においては、ベースプレート１３２は、ロードビーム１２６のベースプレート部１２８にレーザ溶接されている。図２に示すように、取り付け構造は、アクチュエータアーム１１２の開口部（図示せず）に挿入し、ボール加締めのような加締めプロセスを経てアクチュエータアーム１１２をＨＧＡ１０８に結合するように構成されるベースプレート１３２の突起塔１３６であってもよい。突起塔１３６は、ベースプレート１３２と一体に形成されているのが好ましく、同じ材料で作られていてもよい。例えば、ベースプレート１３２は、ステンレス鋼などのフェライト、又はアルミニウム、工業用プラスチックなどの他の好適な材料で作製することができる。
【００２９】
示されるように、ＨＧＡ１０８はマイクロアクチュエータ１４０及び１４１の対も含む。ボイスコイル駆動アクチュエータ１２０（図１参照）が、媒体１０２（図１参照）の内径１２２と外径１２４との間の所望のデータトラックに対して、スライダ１０４を位置決めするようにアクチュエータ機構１１６を回転させる間、マイクロアクチュエータ１４０及び１４１は、内径１２２と外径１２４との間の所望のデータトラックに対するスライダ１０４の細かい若しくは精密型の位置決めをＨＧＡ１０８に提供する。
【００３０】
好ましい一態様においては、マイクロアクチュエータ１４０及び１４１は圧電マイクロアクチュエータである。圧電マイクロアクチュエータは、制御された物理的変位に電気信号を変換するので、圧電マイクロアクチュエータは、壊れやすい材料でできている。例示的な材料は、セラミック及び金属電極箔である。一般的なマイクロアクチュエータ材料及び設計は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電結晶材料の１つ以上の要素を含むが、そのような要素はＨＧＡ１０８に沿った１つ以上の場所に戦略的に設けられる。マイクロアクチュエータは、他の作動方法のうちの熱アクチュエータ、形状記憶合金を使用することもできる。マイクロアクチュエータは、圧電材料の固定要素にかかる電場を供給することによって、材料、典型的にはロードビーム又はフレクシャのステンレス鋼を歪ませることにより、ベースプレート、ロードビーム及びフレクシャに影響を与えるように開発されてきた。
【００３１】
ＰＺＴなどの圧電マイクロアクチュエータにかかる電圧差を制御して印加すると、圧電マイクロアクチュエータは、ベースプレート、ビーム負荷、又はフレクシャを歪ませ、したがってスライダ及びヘッドを具体的なデータトラックに関して制御可能に細かく移動させるために拡長又は収縮させる。図１〜図３のＨＧＡ１０８によれば、マイクロアクチュエータ１４０及び１４１は、そのベースプレート領域内でＨＧＡ１０８を制御可能に歪ませるために対として設けられている。この場合、マイクロアクチュエータ１４０及び１４１は、圧電要素対の場所及び配置に応じて圧電要素対に同極性又は反対極性の電界を印加することによって、一緒に作用する制御された偏向のための対として設けられる。
【００３２】
図２に示すように、マイクロアクチュエータ１４０及び１４１の対は、ベースプレート１３２の輪郭内に設けられ、かつベースプレート１３２の高さと実質的に同じかそれより低い高さを有する入口１４３内に配置されている。これにより、ベースプレート１３２の剛性材料は、マイクロアクチュエータ１４０及び１４１の壊れやすい材料に保護を提供する。マイクロアクチュエータ１４０及び１４１は各々、好ましくは、ベースプレート１３２の入口１４３に隣接するロードビーム１２６のベースプレート部１２８の縁部１４４によって、定位置に支持される。具体的には、縁部１４４は、好ましくは、マイクロアクチュエータ１４０及び１４１のための支持棚構造を提供するように、少なくとも２つの側面に沿って入口１４３内に伸長する。より好ましくは、端部１４４は、マイクロアクチュエータ１４０及び１４１の端部が伸長又は収縮するときに、それらがＨＧＡ１０８に予測可能かつ制御可能な移動をもたらすように、マイクロアクチュエータ１４０及び１４１の端部を接着又は付着するための表面を提供する。図示の実施形態において、マイクロアクチュエータ１４０及び１４１の各々への反対の電界の印加による、マイクロアクチュエータ１４０及び１４１のうちの一方の伸長、並びにマイクロアクチュエータ１４０及び１４１のうちの他方の収縮は、ロードビーム１２６のベースプレート部１２８の偏向又は捻れが生じ、したがって、ロードビーム１２６は、ロードビーム１２６の剛性領域１２９、したがってフレクシャ１２７及びスライダ１０４を制御可能に移動させる。マイクロアクチュエータ１４０及び１４１のそれぞれへの電界の逆印加は、ＨＧＡ１０８の反対だが同様の偏向又は捻れを引き起こすであろう。
【００３３】
導電体は、スライダ１０４の読み取りヘッド及び書き込みヘッドとの電気的接続、並びに後述するようなマイクロアクチュエータ制御のために必要とされるような任意の数の導体を含み得る、１つ以上の可撓性回路１４７を経由しＨＧＡ１０８に沿って設けられる。可撓性回路１４７は周知であり、それ自体、及び提供されるように、電気的接続の目的で、ＨＧＡ１０８などのＨＧＡに沿って接着される。図２に示されるように、可撓性回路１４７は、ベースプレート領域１２８から剛性領域１２９の端部付近までロードビーム１２６に沿って走行し、スライダ１０４の読み取り／書き込みヘッドと電気的に接続する。典型的に、可撓性回路１４７の一定の導線又はプリント配線も、フレクシャの各側部に沿って走り、バランスをとるためにスライダ１０４まで伸長する。
【００３４】
可撓性回路１４７は、通常、銅のような導電性金属からなる任意の数のリード線又はプリント配線を含むことができるが、一般に、ステンレス鋼のような半硬質材料の基材上に、ポリイミドを含むような絶縁材料の層を介して一緒に支持される。スライダ１０４との電気的接続は、スライダ１０４との電気的接続は、従来どおり、既知のようにワイヤを用いて、又は直接接続を用いて行うことができる。
【００３５】
マイクロアクチュエータ１４０及び１４１の圧電材料のそのような伸縮を制御可能に提供するために、マイクロアクチュエータ１４０及び１４１の厚さにかかる電界を印加することができる。これを行うために、第１の電気的接続が各マイクロアクチュエータ１４０及び１４１の一方の表面に設けられることが好ましく、第２の電気的接続が各マイクロアクチュエータ１４０及び１４１の第２の表面に設けられることが好ましい。具体的には、一方の表面には正の電気的接続を、他の表面には負の電気的接続を設けるべきである。
【００３６】
本開示による二段ＨＧＡ４００構成の別の実施形態が、図４に関して示され記載される。示されるように、ＨＧＡ４００は、ヘッド４２４に近接して配置されたヘッドトランスデューサ端部４２０（及びスライダ）と、回転可能な駆動アクチュエータアーム（複数可）１１２（図１参照）に近接して配置されたベースプレート端部４２１とを有する。示されるように、ＨＧＡ４００は、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ４１２の第１の対を含む。示されるように、ＨＧＡ４００は、好ましくは、ＨＧＡ４００のヘッドトランスデューサ端部４２０内に配置されたヘッド４２４及びスライダ（この図では見えない）に近接して配置された、マイクロアクチュエータ４１０の併置対も含む。一実施形態によれば、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２は一次的であり得、併置マイクロアクチュエータ対４１０は二次的であり得る。
【００３７】
一次は、それが本明細書でマイクロアクチュエータ対に言及する場合、ヘッドトランスデューサ端部４２０でスライダの移動を主に生成するマイクロアクチュエータを指す。同様に、マイクロアクチュエータの二次対は、本明細書では、より高い共振及び／又はより精密な構造のマイクロアクチュエータとして役立つために、第１の実施形態で主に使用されるマイクロアクチュエータの対を指す。第２の実施形態においては、マイクロアクチュエータの二次対は、一次対によって引き起こされる移動から生じる、及びそれに対応するフィードバックを感知及び検出するために使用されるマイクロアクチュエータの対とすることができる。様々なマイクロアクチュエータ（例えば、二次対）におけるフィードバックは、オフトラック利得の形態を採ることができる。本明細書で使用されるように、オフトラック利得は、対数デシベル（ｄＢ）又は電圧差の単位で測定することができる。実施形態に応じて、マイクロアクチュエータの一次対及び二次対は、それらの相対的な機能及び役割を逆にすることができると考えられる。圧電マイクロアクチュエータ対は概して可逆であり、利得（例えば、電圧の単位、ｄＢなど）のようなフィードバック入力を生成又は感知するように機能するので、マイクロアクチュエータの一次対及び二次対は、ＨＧＡ４００を構造的に変えることなくその機能を逆にすることができる。ＨＧＡ４００における利得は、振動周波数（Ｈｚ）の関数としてｄＢの単位で表現することができ、かつ入力信号当たりの変位又は電圧フィードバックの比率を含むことができる１つ以上の動的性能特性のうちの１つを表すことができる。本明細書では、マイクロアクチュエータの一次対及び二次対を集合的に、一次マイクロアクチュエータ及び二次マイクロアクチュエータとも称され得る。
【００３８】
示されるように、マイクロアクチュエータ対４１２は、マイクロアクチュエータ、ミニアクチュエータ、又は他のアクチュエータであり得るロードビームバイアスマイクロアクチュエータ４１２であり、ロードビーム４１４に動作可能に接続され、例えば、図１〜図３に関して示され記載されたように、ベースプレート端部４２１におけるベースプレート接続部４１８の近く、及び／又はベースプレート接続部４１８に取り付けられ得る。マイクロアクチュエータ対４１２は、図２のマイクロアクチュエータ１４０及び１４１の対と集合的に類似していてもよい。アクチュエータの一次対は、上述のように、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ４１２又は併置マイクロアクチュエータ４１０のいずれかであり得る。マイクロアクチュエータ、ミニアクチュエータ、及びアクチュエータという用語は、本明細書では互換的に使用されることがあり、又は様々なアクチュエータの相対的な規模を示すことがある。
【００３９】
好ましい一実施形態においては、二段ＨＧＡ４００は、ベースプレート接続部４１８に近接して動作可能に接続されたロードビームバイアスマイクロアクチュエータ４１２の第１の対を含む。ベースプレート接続部４１８は、図１〜図３に関して詳細に論じたように、図２における１３２などのベースプレートに接続されるように構成することができる。ロードビーム４１４は、マイクロアクチュエータ４１２（ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ４１２）の第１の対を、ベースプレート接続部４１８及びベースプレート端部４２１の反対側に位置するヘッドトランスデューサ端部４２０に近接して接続されたマイクロアクチュエータ４１０（併置マイクロアクチュエータ４１０）の第２の対に、移動可能に接続し得る。本明細書に記載のように、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ４１２は、より小さい寸法にすることができヘッド４２４の近くに配置される併置アクチュエータ４１０と比較して、ロードビーム４１４及びヘッド４２４のより粗い移動のために構成することができる。
【００４０】
マイクロアクチュエータ４１０の併置対は、ジンバルステンレス鋼製フレクシャ４１６の間に位置付けられて動作可能に接続され得る。様々な実施形態においては、マイクロアクチュエータ４１０の併置対は、フレクシャ４１６の２つの点の間、又はロードビーム４１４及びフレクシャ４１６の先端のいずれかに配置することができる。アクチュエータ４１０の併置対がフレクシャ４１６に取り付けられ、スライダが取り付けられる別個のインターポーザピースを含む場合の実施形態を含む（図示せず）様々な他の実施形態も考えられる。様々な実施形態において、かつ示されるように、フレクシャ４１６は、マイクロアクチュエータの併置対に対して横方向に配置された２つの別個の可撓性のばね状フレクシャビームを含むことができ、フレクシャビームは、ロードビーム４１４をヘッド４２４に個々に接続して、マイクロアクチュエータ４１０の併置対を介してロードビーム４１４のヘッド４２４への接続を可撓的に補足する。フレクシャ４１６は、スライダに関して回っているディスクによって引き起こされる空気軸受に関して、ＨＤＤ使用中に垂直方向（例えば、ｚ軸）のばね状のバイアス抵抗を作り出すように機能することもできる。好ましい実施形態においては、フレクシャ４１６は、作動中を含めてヘッド４２４に安定性をもたらすことができ、作動していない時間中にはヘッド４２４及びスライダにデフォルト又は静止場所をもたらすこともできる。フレクシャ４１６は、ヘッドトランスデューサ端部４２０、及び読み取り／書き込みヘッド４２４をロードビーム４１４に可撓的に接続することができる。ジンバルの様々な例をフレクシャ４１６の代わりに使用してもよい。
【００４１】
読み取り／書き込みヘッド４２４と共に使用するための電気的接続４２２（例えばプリント配線）は、ベースプレート接続部４１８及びロードビーム４１４に続くものとして描かれており、かつロードビームバイアスマイクロアクチュエータ４１２、併置マイクロアクチュエータ４１０、及び読み取り／書き込みヘッド４２４に動作可能に接続する。
【００４２】
ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ４１２の対の各マイクロアクチュエータは、ベースプレート接続部４１８をロードビーム４１４に個々に接続することができ、好ましくは、マイクロアクチュエータの各々は、他から離れて配置され、マイクロアクチュエータ４１０の併置対はまた、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ４１２の対相当の（図示のように垂直方向の）より大きい間隔と比較して、より小さいマイクロアクチュエータ間隔を有し得る。マイクロアクチュエータ対の個々のマイクロアクチュエータの相対間隔は、マイクロアクチュエータ対に一定の電圧を印加することから生じる回転運動及び／又はトルクの大きさを決定することができる。同様に、他のシステム力によって引き起こされる移動がマイクロアクチュエータ対で生じる場合、応答として電圧が圧電的に生成され得る。
【００４３】
例えば、マイクロアクチュエータ４１０の併置対は、個々のＰＺＴ要素の対を含むことができる。併置マイクロアクチュエータ４１０が励起状態になる実施形態においては、作動中又は感知中のいずれかにおいて、個々の併置マイクロアクチュエータ４１０の電気入力が反対極性を有するため、一方の要素が拡張し、他方の要素が収縮する（あるいは同様に、マイクロアクチュエータへの移動の結果として、代わりに電気出力を引き起こす）。様々な実施形態によれば、個々のマイクロアクチュエータに対して反対極性をこのように印加することによって、ヘッド及びスライダに横方向の運動又はモーメントを提供することができる。ＨＧＡ４００の例においては、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ４１２もまた、ＰＺＴ要素の対から構成され、そのため、圧電励起中に、一方の要素が拡張し、他方の要素が収縮して、ヘッドトランスデューサ端部４２０（したがってスライダ）への横方向の移動を提供するか、又はそれに相関する。
【００４４】
好ましい実施形態においては、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ４１２の対は、上述のようにＰＺＴで作製することができる。他の考えられる実施形態において、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ４１２の対は、代替的に、熱アクチュエータ、形状記憶合金などの他の非圧電作動方式で作製することもできる。様々な実施形態によれば、ヘッドトランスデューサ端部４２０の様々な範囲の運動を好適な短い応答時間で提供することができる他の任意の種類の作動を利用することができる。
【００４５】
マイクロアクチュエータ４１０の併置対は、好ましくは、（例えば、より細かい）追跡制御及びヘッド４２４の移動に利用することができ、一方、マイクロアクチュエータ４１２のロードビームバイアス対は、読み取り及び／又は書き込み中のヘッド４２４の（例えばより粗い）運動の範囲を改善又は調整するために利用され得る。図１を参照すると、ボイスコイル駆動アクチュエータ１２０は、マイクロアクチュエータのロードビームバイアス対よりも更に粗い移動又は調整をもたらし得るということに留意されたい。移動のこの相対的粗さ又は様々なコンポーネントの調整可能性は、少なくとも部分的には、マイクロアクチュエータ対の各々及びボイスコイル駆動アクチュエータ１２０の物理的寸法、場所、及び構成に起因し得る。本開示の実施形態において、二対のマイクロアクチュエータは、好ましくは、移動の粗さ及び様々な共振特性の順に、一次及び二次マイクロアクチュエータを表すことができると言及されているが、その役割は、併置マイクロアクチュエータ対４１０を一次として利用し、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２を二次として利用することを含む、他の様々な方法で逆にし、割り当てることができる。
【００４６】
特に、二対のマイクロアクチュエータは、例えばより細かいヘッド４２４の移動をもたらす同じバイアス効果又は逆バイアス効果を用いて、両方とも直列に作動させるために利用することができ、その上、第２の対は、共振性能を改善するために、又は本明細書に記載のように、例えばより粗いヘッド４２４の移動を与えるために、反対に又は同じように作動させることができる。代替的に、複数の独立した対のマイクロアクチュエータ（マイクロアクチュエータ対４１０及び４１２など）を有するＨＧＡ４００の可能な利点の１つは、様々な条件が与えられたとき、そのようなマイクロアクチュエータ対は、サーボセンサーアクチュエータ対の組み合わせユニットとして一緒に利用することができ、ここで、マイクロアクチュエータの一対は、感知するのに役立ち、他方は、作動するのに役立つ（例えば、それぞれ一方は二次であり、他方は一次である）。
【００４７】
上述のように、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ４１２の対、及び併置マイクロアクチュエータ４１０対の両方を有する二段ＨＧＡ４００の考えられる有利な特徴は、制御性及び共振の特徴が増加することである。代替的に、実施形態は、併発の感知／作動、したがって、この理由のために異なる細かな制御機能性の形態を可能にする。例えば、マイクロアクチュエータ対の１つがサーボ作動に使用され、電流が１つのマイクロアクチュエータ対のうちの１又は両方に制御可能に供給されているとき、他の対は併発して、かつ有利にサーボ感知に利用されて、マイクロアクチュエータ対がＨＧＡ４００システム上の他の力によって引き起こされる変形又は他の不規則性などを感知する。併発のマイクロアクチュエータ対の読み取り値及び設定値を知り、分析することを利用して、実質的に、ＨＤＤにおけるヘッドの読み取り／書き込み性能のためになることができる。
【００４８】
改善されたサーボ制御のための併発感知／作動の一実施形態においては、ヘッド４２４を作動させるために、好ましくはマイクロアクチュエータの一次対を採用することができ、それにより、マイクロアクチュエータの二次対を同時に採用してヘッド４２４でフィードバックを感知することができ、検出された共振利得に照らしてヘッドの移動を微調整するために制御方式を採用することができる。制御方式は閉ループ制御方式とすることができ、性能を改善させるために一次及び／又は二次マイクロアクチュエータにおける入力を調整するために使用することができる。例えば、制御方式は、他の構造を使用して低減するのが難しいかもしれない共振を含む、作動中に存在する様々な共振及び／又はフィードバック問題を補償するために使用することができる。より詳細には、図８のコントローラ８１６を参照されたい。
【００４９】
独立した対のマイクロアクチュエータを使用する作動における他の多くの変形も考えられる。
【００５０】
両方のマイクロアクチュエータ対は好ましくはＰＺＴでできているので、各対は本質的に完全に可逆であり得、そして所望に応じてサーボ感知又は作動のいずれかに利用され得る。いくつかの場合において、マイクロアクチュエータ対は、感知と作動の両方に使用することができるが、本明細書に記載のように、感知と作動を別個のマイクロアクチュエータ対に分割することには利点がある。いくつかの場合において、マイクロアクチュエータ対は、浮上中は動的に可逆であり、他の場合にはマイクロアクチュエータ対は各マイクロアクチュエータ対の所望の機能に基づいて仕様、ＰＺＴ組成、及び形状に合わせて製造される。一実施形態によれば、二次マイクロアクチュエータ対は感知するように構成され、一次マイクロアクチュエータ対は二次マイクロアクチュエータ対における感知に基づいて作動するように構成される。
【００５１】
したがって、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ４１２と併置マイクロアクチュエータ４１０の両方を備えた二段ＨＧＡの利益は、マイクロアクチュエータ４１２及び４１０の対により、優れた精度及び制御になり得る。別の利益は、ＨＧＡに対して感知と作動との間の排他的選択を必要としていた既存の構造とは対照的に、改善されたＨＧＡが感知及び作動機能の両方を同時に効率的に実行できるという点で、柔軟性及び構成可能性を有する可逆ＨＧＡであり得る。
【００５２】
図４に関して上述したように、ヘッドトランスデューサ端部４２０（及び読み取り／書き込みヘッド、スライダなど）は、マイクロアクチュエータ４１０の併置対に近接して動作可能に接続することができ、併置対のマイクロアクチュエータ４１０は、コントローラに通信可能に結合されていてもよい（詳細については、図８のコントローラ８１６及び関連する説明を参照）。周波数の関数としてＨＧＡの読み取り／書き込みヘッド４２４又はヘッドトランスデューサ端部４２０における応答の例を視覚化するために、図５は、様々な実施形態による、単一のマイクロアクチュエータ対についての例示的な範囲の（Ｈｚでの）周波数スペクトルにわたってグラフ化された利得を（ｄＢ単位で）示すグラフ５００である。
【００５３】
単一のマイクロアクチュエータ対を使用してオフトラック応答と一般的な追跡性能を評価するために、（例えば、コントローラによって）分析される典型的な測定基準は、マイクロアクチュエータの単一対からの入力に応じた、トランスデューサ要素が存在する領域におけるスライダのオフトラック応答である。この場合、トランスデューサ要素（例えば、ヘッド４２４）は、ヘッドトランスデューサ端部４２０に存在する。この場所におけるこの応答は、典型的に、有限要素技術又は方法（ＦＥＭ）を使用してモデル化され、又はスピンスタンドのような試験装置において実験的に検討される。様々な実施形態によれば、ヘッドトランスデューサ端部４２０におけるオフトラック応答は、とりわけ、応用要素法（ＡＥＭ）、一般化有限要素法（ＦＥＭ）、混合ＦＥＭ、ｈｐ−ＦＥＭ、ｈｐｋ−ＦＥＭ、ＸＦＥＭ、Ｓ−ＦＥＭ、スペクトル要素法、メッシュフリー法、不連続ガボチャ法、有限要素限界分析、及び／又は伸張格子法などの様々なＦＥＭを使用してモデル化され得る。
【００５４】
本明細書で使用されるコントローラは、開ループ応答と呼ぶことができる、コントローラ応答とＨＧＡ応答との間の畳み込み（すなわち、周波数ドメイン乗算）が、入力関係又は伝達関数に対する所望の出力をもたらすように設計することができる。制御理論によれば、理想的な開ループ伝達関数は、全ての周波数に対して単数（１）である。しかしながら、単数を達成するのに必要とされるエネルギー量は、ほぼ無限であり、コントローラの計算時間は理想的にゼロであるため、これは、典型的に実用的ではない。加えて、ＨＧＡ応答の（製造上のばらつきなどによる）不確実性は、特定の部品に固有のコントローラが必要になる可能性があることを示唆している。これらの制限により、制御のためにフィードバックループを含めることは、有益であり得る。フィードバックループを使用することによって、有限のエネルギー使用量を考慮し、計算上の遅延を補償し、ＨＧＡのアスペクトの不確実性に対する安定余裕を提供するために、単一のコントローラを構成することが実用的であり得る。フィードバックは、この実施形態によれば、スライダ読み出し／書き込みヘッドにおける位置誤差信号の形態を採ることができる。コントローラは、特定の周波数ドメインのために設計することができる。また、いくつかの実施形態においては、逆ラプラス変換がコントローラ表現に対して実行されて、表記を、例示的なＨＤＤのコントローラにプログラムすることができる時間ドメイン表記に変換することができる。
【００５５】
しかしながら、感知試験装置は、概して、システムの応答をコンポーネントレベル（例えばＨＧＡコンポーネントのみ）で表し、応答を必ずしも例示的なＨＤＤで、かつリアルタイムで捕捉しない場合がある。このような応答は、予測し難く、モデル化が困難な場合がある。例示的なドライブでは、このような応答は、典型的に、位置誤差信号（ＰＥＳ）を使用して測定される。ＰＥＳはいくつかの場合に有利な有用性を提供し得るが、ＰＥＳは、典型的に、サーボサンプル毎に一度だけ更新され、これはＰＥＳ出力が帯域幅制限され得ることを意味する。サーボサンプリングレートの半分を超える周波数でのオフトラック応答の研究（二次マイクロアクチュエータ対が１秒間に何回オフトラック応答を感知するか）は、現時点で既存のセットアップに挑戦することは困難であり得るが、例示的なドライブでは低周波共振の問題が増えているため、オフトラック応答は性能にとってますます重要になってきている。
【００５６】
様々な実施形態によれば、ヘッドの位置は、多数のサーボセクタのうちの１つでコントローラによって知られるのみであり得る。サーボセクタは、「ランドマークサーボ信号」を表すことができ、それによってコントローラ及びサーボシステムは、トランスデューサの場所をその意図された場所に対して読み取り及び較正することが可能になる。サーボセクタは、ＨＤＤの各ディスクに書き込まれる所定の信号であり得る。したがって、いくつかの実施形態においては、これらのランドマークは、データ記憶のための領域を最大にするために最小限に保たれることが好ましいとすることができる。したがって、サーボセクタはディスクの円周のまわりに均等に離間させることができる。いくつかの実施形態において、上記の結果として、スライダのヘッドがサーボセクタの間にある間、それはその現在位置を検出する手段を有さなくてもよい。
【００５７】
例示的な手順において、記載した二段可逆ＨＧＡの前述の概念及び利益を定量的に評価するために、入力信号を（一次）併置マイクロアクチュエータ４１０（駆動中の追跡制御用に提案されたマイクロアクチュエータ対）に印加することができ、（二次）ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ４１２の対のｘ方向、ｙ方向及びｚ方向の変形は、図６Ａ〜図６Ｃに関して示され、記載されるように観察及び分析され得る。次に、本明細書に記載のように、変形をコントローラに入力して、制御パラメータを改善し、ドライブ内の共振の影響を低減することができる。
【００５８】
特に、図６Ａ〜図６Ｃは、二次（感知）ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２のｘ（６Ａ）、ｙ（６Ｂ）及びｚ（６Ｃ）方向の各々における三次元変形プロットを示す。併置マイクロアクチュエータ対４１０への入力によるヘッド又はスライダの（例えば、電圧、ｄＢなどの単位で測定される）オフトラック利得は、６０４、６１４、及び６２４としてそれぞれのグラフに示されている。ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２のｘ方向変位（原子単位［ａｕ］）も、６０２、６１２、及び６２２としてそれぞれのグラフに示されている。
【００５９】
概して、二次併置マイクロアクチュエータ対４１０で測定されるスライダにおけるオフトラック応答は、一次ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２でも経験され測定される力又は応答に属し、かつ関する。詳細については、更に図７及び添付の説明を参照されたい。ヘッド又はスライダの変形及び対応するオフトラック応答の両方が周波数の関数として様々なグラフにプロットされており、両方とも一次併置マイクロアクチュエータ対４１０への入力を受信する。応答は、上述のように、ＦＥＭ又は有限要素技術を使用してモデル化してもよい。
【００６０】
本明細書に記載のように、例示的なロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２は、周波数の関数として、ｘ、ｙ、ｚ方向に異なるレベルの変形を展示する。変形プロットは、ヘッド変位を表すことができる。ＨＧＡ変形は、センサ（例えば、ＰＺＴマイクロアクチュエータ）で測定することができ、したがってヘッドにおける変形と相関すると予想される。様々な実施形態によれば、マイクロアクチュエータによって測定されたヘッド変形は、ヘッドにおける３つの方向全てのベクトル合計応答であり得る。図６Ａは、（ｄＢの単位で示される）オフトラックスライダ利得６０４と共にグラフ化されたロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２の（ａｕの単位で示される）ｘ方向変位６０２を含むグラフ６００を示す。同様に、図６Ｂは、（ｄＢの単位で示される）オフトラックスライダ利得６１４と共にグラフ化されたロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２の（ａｕの単位で示される）ｚ方向変位６１２を含む第２のグラフ６１０を示す。そして、図６Ｃは、（ｄＢの単位で示される）オフトラックスライダ利得６２４と共にグラフ化されたロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２の（ａｕの単位で示される）ｙ方向変位６２２を含む第３のグラフ６２０を示す。
【００６１】
図示し記載したように、様々な応答は、（ロードビームバイアス４１２）マイクロアクチュエータ対が、周波数の関数として、（併置４１０）マイクロアクチュエータ対入力に応じて異なるレベルでの変形を展示することを示す。様々な実施形態によれば、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２から発生する正味電圧は、分極方向の変形の関数である。発生された電圧は、様々な関連周波数（例えば、ピーク、トラフなどとしてグラフィカルに視覚化することができる臨界モード）に関して、スライダの応答と相関させることができる。代替的に、発生された電圧は、このようなモードの利得に関して、スライダの応答に相関され得る。
【００６２】
使用中、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２と併置マイクロアクチュエータ対４１０の両方が能動的である場合、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２への入力信号を、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２からの出力（出力は併置マイクロアクチュエータからの入力に応じている）から分離するのが有益であり得る。入力を出力から分離するために、様々な方式を採用することができる。方式の１つは、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２への入力信号の知識／データを＜５０９＞先験的に＜／５０９＞使用すること、及び入力と出力を分離するために入力又は復調方式の周波数を中心とした信号フィルタを設計することを含み得る。制御信号は、いくつかの実施形態においては１０ｋＨｚ未満に制限され得る。マイクロアクチュエータは、その性質によって、同時にセンサとアクチュエータであるため、回路のセンサブランチに帯域幅１０ｋＨｚの高域通過フィルタを追加すると、それに従って、出力から任意の制御信号を除去できる。
【００６３】
ホイートストンブリッジ又は他の電気回路構造の形態のＰＺＴの容量性を使用することに依拠し、測定及び／又は分析のために入力と出力とを分離することができる、自己感知、コンピュータ制御技術を利用した代替案が考えられる。様々な実施形態に関して採用することができる様々なコントローラに関する詳細については、図８を参照されたい。
【００６４】
図７は、ｘ軸上の周波数（Ｈｚ）及びｙ軸上の利得（ｄＢ単位）の点からグラフ化された、併置マイクロアクチュエータ対４１０の励起７０２を、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２の励起７０４と共にプロットしたグラフ７００を示す。
【００６５】
二段ＨＧＡ（例えば、ＨＧＡ４００）内の読み取り／書き込みヘッド（例えば、図４の４２４）におけるスライダのオフトラック応答又は励起利得（ｄＢ単位）が、グラフ７００によって示されている。オフトラック応答は、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ７０４（例えば図４の４１２）及び併置マイクロアクチュエータ７０２（例えば図４の４１０）の両方からの入力によるものであり得、両方ともグラフ７００に表されている。プロットは、異なるマイクロアクチュエータ対及びモードへの入力が、各共振モードについて、スライダ上の異なるレベルでの応答を示すことを示しているが、プロットはまた、各個々のモードでの応答が、併置マイクロアクチュエータ対４１０又はロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２のいずれかによって様々な程度及び／又は異なるレベルの感度で影響を及ぼされ得ることを指摘する。
【００６６】
１つのシナリオでは、併置マイクロアクチュエータ対４１０は、感知又は追跡に使用される（すなわち、マイクロアクチュエータの二次対を構成する）が、少なくとも１つのサーボ共振特性を有する所望されない共振を励起するか、そうでなければ引き起こすことが見出される。このシナリオにおいては、少なくとも１つのサーボ共振特性が、例えば、コントローラ（例えば図８のコントローラ８１６）によって分析されて、共振特性が読み取り／書き込みヘッドの性能に影響するかどうかを判定することができる。それに応じて、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２の入力は、そのサーボ共振特性（例えば、周波数、振幅、位相など）での応答が、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２の水平方向の作動を通じて影響及び緩和されるように調整され得る。逆に、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対４１２が追跡に使用されるが、所望されない共振を励起することが見出される、逆のシナリオにおいては、併置マイクロアクチュエータ対４１０の入力は、サーボ制御システムの設計を通じて、そのサーボ共振周波数での応答が影響及び／又は緩和され得るように、調整され得る。
【００６７】
図８は、様々な実施形態に従って、能動的な減衰及び／又は変調の相殺を実装するための制御方式８００の概略図である。
【００６８】
制御方式８００は、コントローラ８１６を含むことができる。コントローラ８１６は、様々なハードウェア並びに／又はソフトウェアコンポーネント及び／若しくはモジュールを含むことができる。例えば、コントローラ８１６は、中央処理ユニット、メモリ、及び記憶コンポーネントを含むことができ、かつそこにロードされたオペレーティングシステム及びファームウェアを有することがある。コントローラ８１６の様々なコンポーネントは、動作可能に又は電気的に接続することができる。
【００６９】
本明細書に記載のように、コントローラ８１６は、様々なパラメータ及び読み取り値に従って駆動性能を改善させるために、様々な実施形態に存在する任意のマイクロアクチュエータに動作可能に結合することができる。コントローラ８１６を使用する制御方式８００の実施形態においては、併置マイクロアクチュエータ８１０をトラック追従入力のために使用し（二次）、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ８１２の応答範囲を改善するために使用する（一次）ことができる。制御方式８００のトラック追従応答は、好ましくは、スライダ位置８１４のＰＥＳを使用して８２０で感知される。本明細書に記載されるように、位置感知は、（例えば、能動的減衰及び／又は変調相殺のために）ロードビームバイアス／併置マイクロアクチュエータに加えて、両方のＰＥＳ（例えば、トラック追従）を利用し得る。
【００７０】
コントローラ８１６は、（例えば、図４の４１０及び４１２に対応することができる）様々なマイクロアクチュエータ８１０及び８１２の間でサーボヘッド共振信号を選択可能に送信及び受信するように構成することができる。コントローラ８１６は、例えば、ヘッドにおける所望されない共振を低減することにより、マイクロ作動性能を改善するために、様々なセンサ又はヘッド（例えば、４２４）からのいずれかのヘッド共振信号を、自身及び／又はマイクロアクチュエータの他の一対に選択可能に送信するように構成することができる。特に、コントローラ８１６は、様々な実施形態に従って、信号８２４をバイアスアクチュエータ８１２に送信することができ、信号８２２を併置アクチュエータ８１０から受信することができる。
【００７１】
接合部８１８において、コントローラ８１６は、併置マイクロアクチュエータ８１０を使用して、トラック追従入力のための任意の制御信号８２２、すなわち制御入力を受信（又は提供）し得る。制御信号８２２は、信号８２６として接合部８１８から受信された後に、併置アクチュエータ８１０を通じて受信することができる。追加のセンサ（ロードビームバイアス及び／又は併置マイクロアクチュエータからの自己感知方式など）は、任意のより高い周波数変調及びオフトラックモードについての情報を提供することができる。また、接合部８１８において、コントローラ８１６は次に、（例えば既存の信号の上で）制御信号８２４をロードビームバイアスマイクロアクチュエータ対８１２に送信することができる。信号８２４がバイアスアクチュエータ８１２で受信されると、バイアスアクチュエータ８１２からの信号を接合部８１８に送信して、スライダ位置を修正又は作動させることができ、それによってサーボ共振性能に影響を及ぼすことができる。制御信号８２４は、他の動作の中でもとりわけ、能動的減衰及び／又は変調相殺のために構成され得る。
【００７２】
コントローラ８１６を使用して、バイアス入力調整は、複数の形態のうちのいずれかを採り得る。１つの手法は、応答に対する位相オフセットを有する同じ関心周波数で入力を導入することを含み得る。この手法は、所望されない励起を引き起こすものと比較して、スライダに反対の力を与え、それによって、少なくとも部分的に応答を相殺することがある。他の手法は、多周波数入力（所望されない周波数とその（サブ及びスーパー）高調波の組み合わせ）を導入して、以前と同様又は同じ効果を生み出すことであろう。しかしながら、この手法は、所望の入力信号を得るためにアルゴリズムを調整することを含み得る。周知のように、多くの発見的アプローチが同じものに対して存在し、それらは有益に採用され得る。
【００７３】
図９は、様々な実施形態による、作動ストローク、共振特性、及びヘッドの制御性を改善させるために、併置アクチュエータ９１０及びバイアスアクチュエータ９１２の両方での作動を直列に実装するための制御方式９００の概略図である。
【００７４】
制御方式９００は、コントローラ９１６を含むことができる。コントローラ９１６は、様々なハードウェア及び／又はソフトウェアコンポーネント及び／又はモジュールを含むことができる。例えば、コントローラ９１６は、中央処理ユニット、メモリ、及び記憶コンポーネント、並びにそこにロードされたオペレーティングシステム及びファームウェアを有してもよい。様々なコントローラ９１６のコンポーネントは、動作可能に又は電気的に接続され得る。
【００７５】
本明細書に記載のように、コントローラ９１６は、様々なパラメータ及び読み取り値に従って駆動性能を改善させるために、様々な実施形態に存在する任意のマイクロアクチュエータに動作可能に結合され得る。コントローラ９１６を使用する制御方式９００の実施形態において、併置マイクロアクチュエータ９１０は、正確なレベル（二次）でヘッド位置の微調整に使用することができ、ロードビームバイアスマイクロアクチュエータ９１２は、より粗いレベル（一次）でヘッドの応答範囲を改善するために使用することができる。
【００７６】
コントローラ９１６は、（例えば、図４の４１０及び４１２に対応することができる）様々なマイクロアクチュエータ９１０及び９１２との間で、サーボヘッド共振信号を選択的に送信及び受信するように構成することができる。コントローラ９１６は、信号９２２を通じた併置アクチュエータ９１０へのより細かい作動コマンド、及び／又はバイアスアクチュエータ９１２へのより粗い作動コマンドを選択的に送信するように構成することができる。コントローラ９１６は、アクチュエータからの出力信号が接合部９１８に接続されると、併置アクチュエータ９１０及びバイアスアクチュエータ９１２からそれぞれ作動信号９２６及び９２８を受信することもできる。
【００７７】
信号９２２及び９２４がそれぞれ併置アクチュエータ９１０及びバイアスアクチュエータ９１２で受信されると、バイアスアクチュエータ９１２からの信号９２８を接合部９１８に送信してスライダ位置を修正又は作動させることができ、かつ信号９２６を接合部９１８に送信して、スライダ位置をまた修正又は作動させることができ、それによってサーボ位置及び／又は共振性能に影響を与えることができる。信号９２６及び９２８はそれぞれ分岐することができ、スライダ制御のために両方を各々接合部９１８に接続することができ、９１４で例えば後のヘッド作動の閉ループ制御のためにコントローラ９１６に戻すことができる。
【００７８】
コントローラ９１６を使用して、様々な信号９２２及び９２４をそれぞれアクチュエータ９１０及び９１２に送信することができ、閉ループ制御は、使用中に、及びコントローラ９１６によって制御されるべきハードウェア内の様々な不完全性又は不整合に従って制御を調整するために、記載したように実装することができる。併置アクチュエータ９１０及びバイアスアクチュエータ９１２の両方を直列に採用することにより、スライダのヘッドは、９１４において、改善されたストローク／範囲、共振特性、並びにスライダ（及びヘッド）を位置決めするための改善された精度で制御することができる。
【００７９】
能動的減衰及び変調相殺のための様々なサーボ制御回路及び方式は、全スペクトルにかかる減衰のためにマイクロアクチュエータ対を使用する（マイクロアクチュエータ対からのエネルギー散逸を必要とする）単純な受動的制御から、モード減衰及び相殺を実装するであろう、ありとあらゆる制御アルゴリズムまで異なり得る。
【００８０】
ここで、本明細書の一部を形成し、例示として少なくとも１つの具体的な実施形態が示されている添付図面を参照する。詳細な説明により、追加の具体的な実施形態が提供される。本開示の範囲又は精神から逸脱することなく、他の実施形態が考えられ、かつなされ得ることを理解されたい。したがって、詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。本開示はそのように限定されていないが、提供された例の説明を通じて、本開示の様々な態様の理解が得られるであろう。
【００８１】
本明細書で使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、その内容が明確に指示しない限り、複数の指示対象を有する実施形態を包含する。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されているように、「又は（or）」という用語は、その内容が明らかにそうでないことを示さない限り、概して、「及び／又は（and/or）」を含む意味で使用される。
【００８２】
特記しない限り、特徴サイズ、量、及び物理的性質を表す全ての数字は、用語「約（about）」によって修飾されていると理解されるべきである。したがって、そうでないと指摘しない限り、示される数値パラメータは、本明細書に開示される教示を利用して当業者によって得られることが求められる所望の特性に応じて変わり得る近似値である。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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