(57)【要約】【課題】    高速駆動が可能で、位置精度が高い圧電アクチュエータ、およびそれを用いた微小移動機構、磁気ディスク装置を提供する。【解決手段】    圧電アクチュエータは、仮想軸と該仮想軸に直交する仮想面とを想定した状態で、仮想面上で仮想軸を挟んで仮想軸から等距離の位置で逆平行に、長さ方向の位置を揃えて配置された、仮想軸に関して（１／２）回転対称な第１および第２の延在部と、第１の延在部と第２の延在部の（１／２）回転対称な端部を仮想面上で接続する連結部とを含むセラミック体と、仮想軸に関して（１／２）回転対称な位置で、第１の延在部と第２の延在部との側面に結合された第１および第２の圧電素子と、を有する。【選択図】  図２
2007257807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想軸と該仮想軸に直交する仮想面とを想定した状態で、前記仮想面上で前記仮想軸を挟んで前記仮想軸から等距離の位置で、長さ方向の位置を揃えて平行に配置された、前記仮想軸に関して（１／２）回転対称な第１および第２の延在部と、前記第１の延在部と第２の延在部の（１／２）回転対称な端部を前記仮想面上で接続する連結部とを含むセラミック体と、
前記仮想軸に関して（１／２）回転対称な位置で、前記第１の延在部と第２の延在部との側面に結合された第１および第２の圧電素子と、
を有する圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記セラミック体は、前記仮想面上で全体として一対の短辺と一対の長辺とで画定される長方形の外形を有し、前記一対の短辺の、前記仮想軸に関して（１／２）回転対称な位置から前記長辺に沿って平行に形成されたスリットを有する請求項１記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記セラミック体がジルコニアを含むセラミックで形成され、前記圧電素子がＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺを圧電材料として含む請求項１または２記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の圧電アクチュエータと、
前記セラミック体の連結部に結合された支持部と、
前記セラミック体の第１の延在部と第２の延在部の前記連結部から離れた端部に結合された回転対象物と、
を有する微小移動機構。
【請求項５】
前記仮想面と平行に配置されたディスク面を有する磁気ディスクと、
前記磁気ディスク上方に配置されたサスペンションを有し、回転軸の周囲で回転駆動可能なキャリッジアームと、
請求項１〜３のいずれか１項記載の圧電アクチュエータであって、前記サスペンションに前記セラミック体の連結部が結合された圧電アクチュエータと、
前記セラミック体の第１の延在部と第２の延在部の前記連結部から離れた端部に、重心に関して（１／２）回転対称な結合面が結合された磁気ヘッドスライダと、
を有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、圧電アクチュエータ、微小移動機構、および磁気ディスク装置に関し、特に位置決め精度の高い圧電アクチュエータ、微小移動機構、および磁気ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報機器の小型化、精密化が進んでおり、微小な移動を制御できるアクチュエータの需要が高まっている。例えば、光学系の焦点補正や傾角制御、インクジェットプリンタ、磁気ディスク装置のヘッドアクチュエータ等では、高精度で微小距離を移動させ、位置決めすることができるマイクロアクチュエータが必要となっている。
【０００３】
磁気ディスク装置に対しては、寸法を増大することなく、記録容量を増大することが益々重要となってきている。一般に磁気ディスク装置の大容量化はディスク1枚あたりの記憶容量を大きくすることで達成される。ディスクの大きさ、すなわち直径を変えずに高記録密度を達成するためには、半径方向の単位長さ（１インチ）当たりのトラック数（ＴＰＩ）を大きくすること、すなわち、トラックの幅を狭くすることが不可欠である。このため、トラックの幅方向における磁気ヘッドの位置決め精度を高くすることが必要であり、高位置決め精度が可能な磁気ヘッド用マイクロアクチュエータの開発が要望されている。
【０００４】
従来の磁気ヘッドの位置決めは、磁気ヘッド（スライダ）を保持するサスペンションが接続されたキャリッジアームを回転軸の周りにコアースアクチュエータ（ボイスコイルモータ）で回転駆動することで行われてきた。この方式でも従来の媒体の記録密度は十分カバーできる範囲にあった。しかし、近年の記録装置の大容量化にともなう記録密度の高密度化により、従来方式では磁気ヘッドの位置決め精度が不十分となり、磁気ヘッドの読み取り、書き込み不良が発生するおそれがある。
【０００５】
特許第３０４１０５２号は、キャリッジアームをボイスコイルモータで回転駆動するとともに、マイクロアクチュエータを磁気ヘッドスライダとサスペンションの間に配置して、磁気ヘッドの位置決め精度を改善することを提案している。マイクロアクチュエータは、圧電・電歪材料を用いた変位発生部を有し、印加電圧３〜５０Ｖ，面内移動距離０．０１〜５μｍ程度、回転角度０．０５〜２度程度が例示されている。圧電材料としてはＰＺＴ［Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３］、ＰＴ［ＰｂＴｉＯ３］、ＰＬＺＴ［（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３］、チタン酸バリウム［ＢａＴｉＯ３］などが例示されている。
【０００６】
特開２００４−１９９８２３号は、磁気ヘッドスライダの重心を通る位置で磁気ヘッドスライダを連結部材でサスペンションに結合し、磁気ヘッドスライダの重心の両側に一対の圧電素子を平行に配置し、重心に対して回転対称な位置で、圧電素子の１端を磁気ヘッドスライダに接着し、他端をサスペンションに接着し、圧電素子を収縮することにより磁気ヘッドスライダに回転駆動力を与えることを提案する。重心を回転中心とした回転駆動になるので、磁気ヘッドスライダの高速駆動が可能になると教示する。
【０００７】
特開２００６−１４５５７号は、圧電素子の接着部と、対向するスライダまたはサスペンションの接着部との少なくとも一方に段差を設け、接着剤の分布を制限して接着面積を一定にすることを提案する。特開２００４−１９９８２３号提案の構成から、磁気ヘッドスライダの重心における磁気ヘッドスライダ−サスペンション間の結合を省く構成も開示する。
【０００８】
【特許文献１】特許第３０４１０５２号公報（国際公開ＷＯ９８／１９３０４号公報）
【特許文献２】特開２００４−１９９８２３号公報
【特許文献３】特開２００６−１４５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、高速駆動が可能で、位置決め精度が高い圧電アクチュエータ、およびそれを用いた微小移動機構、磁気ディスク装置を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、機械的強度が高い圧電アクチュエータ、およびそれを用いた微小移動機構、磁気ディスク装置を提供することである。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、製造が容易で、構成部品数が少ない圧電アクチュエータ、およびそれを用いた微小移動機構、磁気ディスク装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の１観点によれば、
仮想軸と該仮想軸に直交する仮想面とを想定した状態で、前記仮想面上で前記仮想軸を挟んで前記仮想軸から等距離の位置で逆平行に、長さ方向の位置を揃えて配置された、前記仮想軸に関して（１／２）回転対称な第１および第２の延在部と、前記第１の延在部と第２の延在部の（１／２）回転対称な端部を前記仮想面上で接続する連結部とを含むセラミック体と、
前記仮想軸に関して（１／２）回転対称な位置で、前記第１の延在部と第２の延在部との側面に結合された第１および第２の圧電素子と、
を有する圧電アクチュエータ
が提供される。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、
上述の圧電アクチュエータと、
前記セラミック体の連結部に結合された支持部と、
前記セラミック体の第１の延在部と第２の延在部の前記連結部から離れた端部に結合された回転対象物と、
を有する微小移動機構
が提供される。
【００１４】
本発明のさらに他の観点によれば、
前記仮想面と平行に配置されたディスク面を有する磁気ディスクと、
前記磁気ディスク上方に配置されたサスペンションを有し、回転軸の周囲で回転駆動可能なキャリッジアームと、
請求項１〜３のいずれか１項記載の圧電アクチュエータであって、前記サスペンションに前記セラミック体の連結部が結合された圧電アクチュエータと、
前記セラミック体の第１の延在部と第２の延在部の前記連結部から離れた端部に、重心に関して（１／２）回転対称な結合面が結合された磁気ヘッドスライダと、
を有する磁気ディスク装置
が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
セラミック体が圧電アクチュエータの機械的強度を提供する。セラミック体に結合した圧電素子が例えば収縮すると、セラミック体が圧電素子側に湾曲し、弧状の変位を生じさせる。
【００１６】
一体のセラミック体を用いることにより、部品数が制限される。
【００１７】
連結部でセラミック体を支持部に結合し、延在部の（１／２）回転対称位置でセラミック体を回転対象物に結合することにより、回転対象物は回転駆動される。
【００１８】
磁気ヘッドスライダの重心に関して（１／２）回転対称な位置で、磁気ヘッドスライダを圧電アクチュエータに結合すると、磁気ヘッドスライダは重心を回転軸として回転駆動される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
【００２０】
図１は、磁気ディスク装置の構成を示す概略的平面図である。図は、ディスクエンクロージャのカバーを外した状態での内部構造を示す。装置内部を密閉するエンクロージャ３１の中央部には、スピンドルモータによって回転駆動されるディスク３２が配置されている。ディスク３２の外周部近傍に、キャリッジアーム３３が回転軸３４を中心に回転可能に設けられている。キャリッジアーム３３は、ディスク３２上に延在し、先端に磁気ヘッドアセンブリ３５が取り付けられている。
【００２１】
キャリッジアーム３３の基端側には、キャリッジアーム３３を回転駆動するメインアクチュエータ（ボイスコイルモータ）３６が設けられている。エンクロージャ３１側に磁気ギャップを有する磁気回路を固定し、キャリッジアーム３３にボイスコイル（ムービングコイル）を固着している。メインアクチュエータ３６内のボイスコイルに駆動電流を流すと、磁気ギャップ内にあるボイスコイル部分に推力が発生し、キャリッジアーム３３が回転し、磁気ヘッドアセンブリ３５内の磁気ヘッドがディスク３２のトラック幅方向Ｔに移動する。
【００２２】
図２Ａは、磁気ヘッドアセンブリ３５の構成を示す分解斜視図である。最下部に示す磁気ヘッド１１は、磁気ディスク上のデータのリード／ライトを行うもので、スライダ１２に搭載されている。スライダ１２のディスクとの対向面は、ディスク面と平行な摺動面となっており、ディスクが回転すると、摺動面はディスク面から浮上する。
【００２３】
図中上側に示す板ばね状のサスペンション１５の先端部には、略Ｕ字形の打ち抜き穴１０が穿設され、スライダ保持部１５ａが中央部に画定される。スライダ１２は、圧電アクチュエータ１６を介してスライダ保持部１５ａに支持される。
【００２４】
図２Ｂは、圧電アクチュエータ１６の構成を示す平面図である。圧電アクチュエータ１６は、全体形状が略長方形の板状セラミック体４と、その長辺６ａ、６ｂに沿う対向側面に結合した一対の圧電素子３ａ、３ｂとを有する。圧電アクチュエータは、例えば厚さ０．１ｍｍ、短辺の幅Ｗ＝０．３１３ｍｍ、長辺の長さＬ＝１．２５ｍｍ程度の寸法を有する。長さＬは、基本的にスライダの寸法に合わせる。セラミック体４の面内重心位置をＧで示す。
【００２５】
対向短辺５ａ、５ｂの重心Ｇに関して（１／２）回転対称な位置から、長辺６a、６ｂに沿ってセラミック体４にスリットＳ１，Ｓ２が形成され、長辺に沿って平行で、重心Ｇに関して（１／２）回転対称な、片持ち梁構造４ａ、４ｃを形成する。連結部ないし中央部４ｂは対角位置で片持ち梁構造４ａ、４ｃを支持する。全体の形状は、Ｎ形（またはＮの鏡面対称形）になると言える。片持ち梁部４ａ、４ｃの外側面上に重心Ｇに関して（１／２）回転対称に圧電素子３ａ、３ｃが接着される。
【００２６】
電圧を印加して圧電素子３ａ、３ｂの長さを収縮させると、片持ち梁部４ａ、４ｃは外側面に圧縮応力を受け、圧電素子側に凹状に湾曲する。片持ち梁４ａ、４ｃは１端が連結部４ｂに結合しているので、連結部から離れた端部が外側に移動する。
【００２７】
図２Ａに戻って、スライダ１２の重心に関して（１／２）回転対称な２位置で、接着層１３ａ、１３ｂがスライダ１２を圧電アクチュエータ１６の片持ち梁４ａ、４ｃの連結部から離れた端部に結合する。スライダの重心位置とセラミック体の重心位置は面内で一致する。圧電アクチュエータ１６の連結部４ｂ上の接着層７が圧電アクチュエータ１６をサスペンション１５のスライダ保持部１５ａに接着する。なお、セラミック体４はサスペンション１５に固定されるので、重心Ｇは（１／２）回転対称の対称軸としての意義が重く、重心としての意義は薄い。
【００２８】
一体に形成した１つの圧電アクチュエータで、スライダをサスペンションに結合するので、複数の部材を用いる場合に較べ、位置合わせ誤差を抑制することができる。スライダは重心を圧電アクチュエータの（１／２）回転対称の対称軸と位置合わせして支持される。
【００２９】
図３Ａは、圧電アクチュエータ１６にスライダ１２を接着した状態を示す平面図である。スライダ１２は、紙面で示される仮想面上に配置され、重心がＧの位置にあるとする。重心Ｇを通り、仮想面に垂直な仮想軸を想定する。片持ち梁４ａ、４ｃは、仮想軸を挟んで、仮想軸から等距離の位置で平行にかつ長さ方向の位置を併せて配置される。片持ち梁４ａ、４ｃは、重心Ｇに関して（１／２）回転対称な、連結部４ｂの対角部に支持される。圧電素子３ａ、３ｂは、重心Ｇに関して（１／２）回転対称な位置で、片持ち梁４ａ、４ｃの外側側面上に接着される。セラミック体４を長方形のセラミック板部材から形成した場合、セラミック体の重心も、スライダの重心と面内で位置を一致させる。片持ち梁４ａ、４ｃの自由端とスライダ１２間の接着剤層１３は、重心Ｇに関して（１／２）回転対称な位置にある。
【００３０】
圧電素子３ａ、３ｂに電圧を印加して圧電素子を長さ方向で収縮させると、片持ち梁４ａ、４ｃの自由端が外側に反って移動し、スライダ１２を図中時計回り方向に回転させる。スライダ１２は重心を中心として回転するので、イナーシャは小さく、共振周波数は高くなる。スライダの高速駆動が可能となる。
【００３１】
圧電アクチュエータの構成例を説明する。セラミック体４を、剛性の高いジルコニアで作成する。圧電素子３の圧電材料としてＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺ［Ｐｂ（ＮｉＮｂ）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３−ＰｂＺｒＯ３］セラミックスを使用し、電極材料としてはＰｔを使用する。ＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺグリーンシート上にＰｔ電極を印刷し、所望枚数積層する。大気中１０５０℃で焼成する。その後、素子幅で切断する。得られた圧電素子をセラミック体に接着する。接着剤としては、ＵＶ硬化型接着剤、熱硬化型接着剤等を用いることができる。ジルコニアセラミックスは機械的強度が高い。ＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺは、圧電効果が大きい。両者を組み合わせることにより、機械的強度が高く、圧電効果による変位が十分な圧電アクチュエータを作成することができる。
【００３２】
図３Ｂは、計算結果を示す概略図である。圧電素子に４５Ｖの駆動電圧を印加した時、６１５ｎｍの変位が得られることが計算で得られた。
【００３３】
図４は、変形例を示す平面図である。セラミック体４は、連結部ないし中央部４ｂの対角位置に片持ち梁構造４ａ、４ｃが支持される点は、図２Ｂと同様である。片持ち梁４ａ、４ｃと連結部４ｂとの間隔、即ちスリットＳ１，Ｓ２の幅が拡げられている。片持ち梁４ａ、４ｃの外側面に圧電素子３ａ、３ｂを接着すると共に、内側面に圧電素子３ｃ、３ｄを接着する。圧電素子３ａ、３ｂに電圧を印加すれば、片持ち梁４ａ、４ｃは外側に反り、圧電素子３ｃ、３ｄに電圧を印加すれば、片持ち梁４ａ、４ｃは内側に反る。
【００３４】
なお、一対の片持ち梁部と連結部の間に間隔を設ける場合、一対の片持ち梁の自由端の中心が重心の位置でなくてもよい。一対の片持ち梁が逆平行でかつ長さ方向の位置も揃え、（１／２）回転対称な形状を有すれば、重心は（１／２）回転対称軸からずれてもよい。連結部は支持部に固定されるので、重心の位置に特に意味はないからである。
【００３５】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、別途作成した圧電素子をセラミック体に接着する代わりに、セラミック体上に圧電セラミックペースト、電極ペーストを印刷法により形成することも可能である。セラミック体を、ジルコニア以外、例えばアルミナ、ジルコニア−アルミナ等で作成してもよい。圧電素子の圧電材料として、ＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺ以外、例えばＰＺＴ，ＰＬＺＴ等で作成してもよい。圧電材料の焼成を大気中以外、例えば真空中で行ってもよい。圧電素子の電極を、Ｐｔ以外、例えば銀（Ａｇ）−パラジウム（Ｐｄ）等で作成してもよい。その他、種々の変更、改良、組合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【００３６】
以下、本発明の特徴を付記する。
【００３７】
（付記１）  
仮想軸と該仮想軸に直交する仮想面とを想定した状態で、前記仮想面上で前記仮想軸を挟んで前記仮想軸から等距離の位置で逆平行に、長さ方向の位置を揃えて配置された、前記仮想軸に関して（１／２）回転対称な第１および第２の延在部と、前記第１の延在部と第２の延在部の（１／２）回転対称な端部を前記仮想面上で接続する連結部とを含むセラミック体と、
前記仮想軸に関して（１／２）回転対称な位置で、前記第１の延在部と第２の延在部との側面に結合された第１および第２の圧電素子と、
を有する圧電アクチュエータ。
【００３８】
（付記２）  
前記セラミック体が板状であり、前記第１および第２の延在部が片持ち梁形状を有し、前記第１および第２の圧電素子が前記片持ち梁の両側面の少なくとも一方に接着された付記１記載の圧電アクチュエータ。
【００３９】
（付記３）  
前記セラミック体は、前記仮想面上で全体として一対の短辺と一対の長辺とで画定される長方形の外形を有し、前記一対の短辺の、前記仮想軸に関して（１／２）回転対称な位置から前記長辺に沿って平行に形成されたスリットを有する付記１または２記載の圧電アクチュエータ。
【００４０】
（付記４）
前記セラミック体の重心の面内位置は前記仮想軸の位置と一致する付記１〜３のいずれか１項記載の圧電アクチュエータ。
【００４１】
（付記５）  
前記セラミック体がジルコニアを含むセラミックで形成され、前記圧電素子がＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺを圧電材料として含む付記１〜４のいずれか１項記載の圧電アクチュエータ。
【００４２】
（付記６）  
付記１〜５のいずれか１項記載の圧電アクチュエータと、
前記セラミック体の連結部に結合された支持部と、
前記セラミック体の第１の延在部と第２の延在部の前記連結部から離れた端部に結合された回転対象物と、
を有する微小移動機構。
【００４３】
（付記７）  
前記仮想面と平行に配置されたディスク面を有する磁気ディスクと、
前記磁気ディスク上方に配置されたサスペンションを有し、回転軸の周囲で回転駆動可能なキャリッジアームと、
付記１〜５のいずれか１項記載の圧電アクチュエータであって、前記サスペンションに前記セラミック体の連結部が結合された圧電アクチュエータと、
前記セラミック体の第１の延在部と第２の延在部の前記連結部から離れた端部に結合された磁気ヘッドスライダと、
を有する磁気ディスク装置。
【００４４】
（付記８）  
前記セラミック体と磁気ヘッドスライダを結合する結合面は、前記スライダの重心に関して（１／２）回転対称な位置にある付記７記載の磁気ディスク装置。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】磁気ディスク装置の構成を示す平面図である。
【図２】図２Ａ，２Ｂは、磁気ヘッドアセンブリの分解斜視図、および圧電アクチュエータの平面図である。
【図３】図３Ａ，３Ｂは、圧電アクチュエータとスライダとを結合した状態を示す平面図、および圧電アクチュエータの動作の計算結果を示す平面図である。
【図４】変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４６】
３    圧電素子
４    セラミック体
４ａ、４ｃ    片持ち梁部
７    接着層
１１    磁気ヘッド
１２    スライダ
１３ａ、１３ｂ  接着層
Ｇ    重心
Ｓ１，Ｓ２    スリット
１５    サスペンション
１６    圧電アクチュエータ
３１    エンクロージャ
３２    ディスク
３３    キャリッジアーム
３５    磁気ヘッドアセンブリ
３６    メインアクチュエータ
【図１】
2007257807.tif 000003
【図２】
2007257807.tif 000004
【図３】
2007257807.tif 000005
【図４】
2007257807.tif 000006