(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の同心データトラックを有するディスクの選択されたデータトラックに隣接して、且つタブを含む可撓性体を介して変換ヘッドを担持するスライダを支持するアクチュエータアームと、前記タブと前記スライダの先導縁面との間に配置されて前記選択されたトラックに対して前記変換ヘッドを微位置決めするマイクロアクチュエータとを有するディスクドライブにおいて、前記マイクロアクチュエータは、
前記タブと前記スライダの先導縁面に形成された空間領域にまたがり、そして電圧に応答して選択的に膨張および収縮し、それにより曲がって前記可撓性体のタブに対して前記スライダを変位させて前記変換ヘッドの位置を変える細長いマイクロアクチュエータ要素と、
を有するディスクドライブ。
【請求項２】
請求項１に記載のディスクドライブにおいて、前記マイクロアクチュエータ要素は、
前記空間領域にまたがるビームと、
前記ビームに支持された圧電要素であって、前記電圧に応答して選択的に膨張および収縮し、それにより前記ビームを曲げて前記スライダと前記変換ヘッドの位置を変える前記圧電要素と、
を有するディスクドライブ。
【請求項３】
請求項２に記載のディスクドライブにおいて、前記マイクロアクチュエータは、更に
前記ビーム上の底部導体と、
前記マイクロアクチュエータ要素上の頂部導体と、
前記底部導体に第１の電圧を、また前記頂部導体に第２の電圧を適用する第１の手段であって、該第１の電圧が前記圧電要素の底面に適用され、該第２の電圧が該圧電要素の頂面に適用される第１の手段と、
を有するディスクドライブ。
【請求項４】
請求項１に記載のディスクドライブにおいて、前記マイクロアクチュエータは、更に
前記スライダの前記先導縁面上の第２の空間領域と、
前記第２の空間領域にまたがり、そして電圧に応答して選択的に膨張および収縮し、それにより最初に述べたマイクロアクチュエータ要素の曲げを補足して曲がって前記スライダと前記変換ヘッドの位置を変える第２のマイクロアクチュエータ要素と、
を有するディスクドライブ。
【請求項５】
請求項４に記載のディスクドライブにおいて、前記最初に述べたおよび第２のマイクロアクチュエータ要素は、
最初に述べた空間領域と前記第２の空間領域にまたがるビームと、
前記ビームに支持された圧電要素であって、前記最初に述べた空間領域と第２の空間領域にそれぞれ隣接した第１と第２の部分を有し、該圧電要素の該第１と第２の部分は適用された電圧に応答して選択的に補足的に膨張および収縮し、それにより前記ビームを曲げて前記スライダと前記変換ヘッドの位置を変える前記圧電要素と、
を有するディスクドライブ。
【請求項６】
請求項１に記載のディスクドライブにおいて、前記マイクロアクチュエータは、更に
前記スライダの前記先導縁面上の第２の空間領域を有し、
前記マイクロアクチュエータ要素は細長い圧電要素であり、該細長い圧電要素は前記最初に述べた空間領域と第２の空間領域にまたがり、そして第１の方向に極性付けされ、頂面と底面を有し、そして該頂面上でパターン化された第１と第２の導体を含み、前記細長い圧電要素は前記第１と第２の導体間の電圧差に応答して選択的に膨張および収縮し、それにより曲がって前記スライダと前記変換ヘッドの位置を変える、
ディスクドライブ。
【請求項７】
請求項６に記載のディスクドライブにおいて、前記細長い圧電要素は、更に前記底面上で選択的にパターン化された第３と第４の導体を含み、前記細長い圧電要素は、更に前記第３と第４の導体間の電圧差に応答して選択的に膨張および収縮し、それにより曲がって前記スライダと前記変換ヘッドの位置を変えるディスクドライブ。
【請求項８】
請求項２に記載のディスクドライブにおいて、前記ビームは第１の端部で拘束された片持ち支持されたビームであり、前記圧電要素は該片持ち支持されたビーム上にあり、第１の方向に極性付けされ、そして前記片持ち支持されたビームの前記第１の端部で拘束され、前記圧電要素は頂面と底面を有し、そして該頂面上で選択的にパターン化された第１と第２の導体と、前記底面上で選択的にパターン化された第３と第４の導体とを含み、前記圧電要素は前記第１の導体と前記第２の導体との間の電圧差に応答して、また前記第３の導体と前記第４の導体との間の電圧差にも応答して選択的に膨張および収縮し、それにより前記片持ち支持されたビームを曲げて前記スライダと前記変換ヘッドの位置を変えるディスクドライブ。
【請求項９】
請求項８に記載のディスクドライブにおいて、前記マイクロアクチュエータ要素は、更に
前記スライダの前記先導縁面上の第２の空間領域と、
前記第２の空間領域にまたがり、そして第２の端部で拘束されている第２の片持ち支持されたビームと、
前記第２の片持ち支持されたビーム上にあり、前記第１の方向に極性付けされ、かつ該第２の片持ち支持されたビームの前記第２の端部で拘束された第２の圧電要素であって、該第２の圧電要素は頂面と底面を有し、そして該頂面上で選択的にパターン化された第５と第６の導体と、前記底面上で選択的にパターン化された第７と第８の導体とを含み、前記第２の圧電要素は前記第５の導体と前記第６の導体との間の電圧差に、また前記第７の導体と前記第８の導体との間の電圧差にも応答して選択的に膨張および収縮し、それにより前記第２の片持ち支持されたビームを曲げて前記スライダと前記変換ヘッドの位置を変える前記第２の圧電要素と、
を有するディスクドライブ。
【請求項１０】
請求項１に記載のディスクドライブにおいて、前記マイクロアクチュエータは前記スライダの前記先導縁面上の第１と第２の丘状体を含み、前記マイクロアクチュエータ要素は該丘状体上にあり、そして該丘状体間、および該マイクロアクチュエータ要素と該スライダの該先導縁面との間の前記空間領域にまたがるディスクドライブ。
【請求項１１】
変換ヘッドを担持するスライダの先導縁面とアクチュエータアームの端部との間にマイクロアクチュエータを形成して複数個の同心トラックを有するディスクの選択されたトラックに関して該変換ヘッドを微位置決めする方法において、
頂面と底面を有する圧電材料から構成され、前記スライダの前記先導縁面に形成された空間領域にまたがるマイクロアクチュエータ要素を形成し、
前記マイクロアクチュエータ要素を第１の方向に極性付けし、前記圧電材料が前記頂面と前記底面との間の電圧差に応答して選択的に膨張および収縮し、それにより曲がって前記スライダを前記可撓性体のタブに対して変位させて前記変換ヘッドの位置を変える、
方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法おいて、マイクロアクチュエータを形成する工程が、
前記空間領域にまたがるビームを形成し、
前記ビームに底部導体を形成し、
前記底部導体に前記圧電要素を形成し、
前記圧電要素に頂部導体を形成するような、方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法において、更に
前記スライダの前記先導縁面に第２の空間領域を形成し、
頂面と底面を有する圧電材料の前記第２のビームに第２のマイクロアクチュエータ要素を形成し、
前記第２のマイクロアクチュエータ要素を前記第１の方向に極性付けし、前記第２の圧電要素が前記頂面と前記底面との間の電圧差に応答して選択的に膨張および収縮し、それにより最初に述べたビームの曲げを補足して前記第２のビームを曲げて前記スライダと前記変換ヘッドの位置を変えること含む方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法おいて、前記第１と前記第２の空間領域にそれぞれまたがる第１と第２のビームを形成し、該第１と第２のビームに第１と第２の底部導体をそれぞれ形成し、前記第１と第２のマイクロアクチュエータ要素を極性付ける前記工程は、
極性付け導体を前記第１と第２のマイクロアクチュエータ要素上に置き、
前記第１の底部導体と前記第２の底部導体に基準電圧を適用し、
前記極性付け導体に極性付け電圧を適用して前記第１と第２のマイクロアクチュエータ要素を前記第１の方向に極性付けし、
前記極性付け導体を取り除くことを有する方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、ディスクドライブの回転可能なディスクの選択されたトラックの上に変換ヘッドを微位置決めするためのマイクロアクチュエータに係わり、特にスライダ上で変換ヘッドを作るのに用いられる通常の薄膜技術によりウエハレベルで作られる圧電マイクロアクチュエータに関する。
磁気ディスク上の同心データトラック間の密度即ち半径方向間隔は増大し続けていてヘッドの位置決めに非常な精度を必要とする。通常のディスクドライブは、ボイスコイルモータのような大形モータを備えたアクチュエータアームを作動させてジンバル上のヘッドを該アクチュエータアームの端部へ位置決めすることによりヘッドの位置決めを行っている。大形モータは、高いトラック−密度ディスクに効果的に適応するのに十分な分解能を欠いている。かくして、高分解能ヘッド位置決め用機構は、より密度高く離隔されたトラックに適応することが必要である。
高分解能ヘッド位置決めのための有望な設計は、通常の低分解能アクチュエータに加えて、高分解能マイクロアクチュエータを利用しており、それにより二段階作動によりヘッドの位置決めを行っている。圧電、電磁、静電、容量、流体、および熱アクチュエータを含む高分解能ヘッドの位置決めを行う種々のマイクロアクチュエータの設計が考察されている。該マイクロアクチュエータのための種々の場所即ち位置が提案され、１つのかかるマイクロアクチュエータは、ゼット．ボウタオウとエル．ベルグ（Z.Boutaghou and L.Berg）により１９９７年５月７日に出願された米国特許願第０８／８５２，０８７号に記載されるように、ジンバルとスライダとの間の界面のところであり、該米国特許願は参考として全体がここに組み込まれている。しかしながら、多くの従来のマイクロアクチュエータの設計は、後にスライダに取り付ける必要がある、スライダとは独立に作られたマイクロアクチュエータに向けられていた。それ故に、マイクロアクチュエータは、スライダと変換ヘッドを製造するため同じ薄膜ウエハプロセス中に作ることができず、また該マイクロアクチュエータを該スライダに取り付けるには追加の位置決め工程と組立工程が必要であった。その結果、製造工程の複雑さが増大し、また現存の製造技術とは別の、追加の製造工程が必要であり、これらのマイクロアクチュエータ設計を、また製造するのを禁止的に高価にし非能率にしていた。
高い分解能のヘッド位置決めを提供し、かつ効率良く安価に製造することができるマイクロアクチュエータ設計の必要がある。特に、現存のウエハプロセス技術を用いてスライダ上に作ることができるマイクロアクチュエータ設計の必要がある。
発明の要約
本発明は、複数の同心トラックを有するディスクの選択されたトラックに隣接して変換ヘッドを担持したスライダを支持するアクチュエータアームを有するディスクドライブに用いるためのマイクロアクチュエータである。該マイクロアクチュエータは、スライダの先導縁面に空間領域を含む。マイクロアクチュエータ要素は該空間領域にまたがり、そして電圧に応答して選択的に膨張および収縮し、それにより曲がってスライダと変換ヘッドの位置を変える。一実施例において、マイクロアクチュエータ要素は空間領域にまたがるビームと該ビームに支持された圧電要素とを含む。別な実施例においては、マイクロアクチュエータはスライダの先導縁面上の第２の空間領域と該第２の空間領域にまたがる第２のビームとを含む。第２のマイクロアクチュエータ要素は第２のビームに支持され、そして電圧に応答して選択的に膨張および収縮し、それにより最初に挙げたビームの曲げを補足して第２のビームを曲げてスライダと変換ヘッドの位置を変える。
他の実施例では、マイクロアクチュエータ要素は、第１の方向に極性のあるビーム上の細長い圧電要素である。該細長い圧電要素は頂面と底面を有し、そして頂面上でパターン化された第１と第２の導体を含む。細長い圧電要素は第１と第２の導体間の電圧差に応答して選択的に膨張および収縮し、それによりビームを逆に曲げてスライダと変換ヘッドの位置を変えるようになっている。
他の実施例では、ビームは第１の端部で拘束されている片持ち支持されたビームであり、マイクロアクチュエータ要素は、第１の方向に極性のある、そして該片持ち支持されたビームの第１の端部で拘束された、該片持ち支持されたビーム上の圧電要素である。該圧電要素は頂面と底面を有し、そして該頂面上で選択的にパターン化された第１と第２の導体と、底面上で選択的にパターン化された第３と第４の導体とを含む。圧電要素は第１と第２の導体間の、また第３と第４の導体間の電圧差に応答して選択的に膨張および収縮し、それにより片持ち支持されたビームを曲げてスライダと変換ヘッドの位置を変える。
本発明の別の局面は、変換ヘッドを担持するスライダの先導縁面にマイクロアクチュエータを形成して、複数個の同心トラックを有するディスクの選択されたトラックに対して変換ヘッドを微位置決めを行う方法である。スライダの先導縁面には空間領域が形成され、また第１の空間領域にまたがるビームが形成されている。マイクロアクチュエータ要素は、頂面と底面を有する圧電材料からビーム上に形成されている。マイクロアクチュエータ要素は第１の方向に極性を付けられ、圧電材料が頂面と底面間の電圧差に応答して選択的に膨張および収縮し、それによりビームを曲げてスライダと変換ヘッドの位置を変える。一実施例では、スライダの先導縁面に第２の空間領域が形成され、また第２の空間領域にまたがる第２のビームが形成されている。第２のマイクロアクチュエータ要素は、頂面と底面を有する圧電材料の第２のビーム上に形成されている。第２のマイクロアクチュエータ要素は第１の方向に極性を付けられ、圧電材料が頂面と底面間の電圧差に応答して選択的に膨張および収縮し、それにより第２のビームを曲げてスライダと変換ヘッドの位置を変える。
【図面の簡単な説明】
図１は、ディスクのトラックにスライダを位置決めするためのディスクドライブ作動システムの頂面図である。
図２は、本発明によるスライダの先導縁に圧電マイクロアクチュエータを与えるディスクドライブシステムの一部分の分解斜視図である。
図３乃至図８は、本発明の第１の実施例によるスライダの先導縁面に形成された圧電マイクロアクチュエータの製作段階の斜視図である。
図９は、本発明の第１の実施例によるスライダの先導縁面に形成されている仕上げられた圧電マイクロアクチュエータの断面図である。
図１０は、極性付け用導体を利用する、第１の実施例の圧電マイクロアクチュエータの中間製作段階の斜視図である。
図１１と図１２は、本発明の第２の実施例による圧電マイクロアクチュエータの製作段階の斜視図である。
図１３は、図１１と図１２のマイクロアクチュエータにより達成される曲げ形態を示す斜視図である。
図１４と図１５は、本発明の第３の実施例による圧電マイクロアクチュエータ用の電極の斜視図である。
図１６と図１７は、本発明の第４の実施例による圧電マイクロアクチュエータ用の電極の斜視図である。
図１８と図１９は、本発明の第５の実施例による片持ち支持の圧電マイクロアクチュエータ用の電極の斜視図である。
図２０は、本発明の第５の実施例による片持ち支持の圧電マイクロアクチュエータの斜視図である。
好適実施例の詳細な説明
図１は、ディスク３０のトラック３４上にスライダ２４を位置決めするためのディスクドライブ作動システム１０の頂面図である。該作動システム１０は、軸線１４のまわりでアクチュエータアーム１６を回転させるように配設されたボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１２を含む。ヘッドサスペンション１８はヘッド装荷用ブロック２０においてアクチュエータアーム１６に接続されている。可撓性体２２はヘッドサスペンション１８の端部に接続され、またスライダ２４を担持する。スライダ２４は、ディスク３０の同心あるいは螺旋状のトラック３４上のデータを読み込みおよび（または）書き込むための変換ヘッド（図１には示されていない）を担持する。ディスク３０は軸線３２のまわりで回転し、それによりあおりがスライダ２４に当たって、それをディスク３０の表面の上方に小さい距離だけ高く保つ。
ＶＣＭ１２は選択的に作動されてアクチュエータアーム１６を軸線１４のまわりで移動し、それによりディスク３０のトラック３４間でスライダ２４を移動させる。しかしながら、高いトラック密度のディスクドライブシステムの場合、ＶＣＭ１２は、ディスク３０の選択されたトラック３４上にスライダ２４の変換ヘッドを位置決めするのに十分な分解能と周波数応答に欠けている。それ故、より高い分解能とより高い周波数応答作動装置が必要である。
図２は、本発明による先導縁スライダマイクロアクチュエーションシステムを備えるディスクドライブシステムの一部分の分解斜視図である。該ディスクドライブシステムはヘッドサスペンションロードビーム１８（図１）の遠位端の下側に取り付けられジンバル即ち可撓性体２２を含む。可撓性体２２はアーム２２ａと２２ｂを含み、該アーム２２ａと２２ｂはそれらの間に穴４４を形成していてジンバル即ち可撓性体２２に弾性あるいはバネたわみ性を与える。アーム２２ａと２２ｂの遠位端はクロスビーム４５を介して接続されている。中央の舌片４８は、クロスビーム４５から、たわみアーム２２ａと２２ｂにより画成される面に対して概ね平行な面にある穴４４内に延在する。舌片４８はクロスビーム４５から片持ち状に支持されそれに関して撓むようになっており、また従来技術のジンバルのものよりも長く、スライダ２４の先導縁面を越えて延在する。舌片４８は穴５２を含み、アクチュエータアーム１６のロードアーム１８（図１）はスライダ２４に該穴５２を介して予負荷力を適用する。先導縁面を越えて延在する舌片４８の部分は直角に下方に曲げられてたわみタブ面５０を形成し、該たわみタブ面はスライダ２４の先導縁面に対して概ね平行である。スライダ２４はたわみタブ面５０に堅固に取り付けられており、好ましくはそこではマイクロアクチュエータ５４がスライダ２４の先導縁面に形成されている。任意の剪断層４９が舌片４８とスライダ２４との間に設けられ該スライダ２４に作用する摩耗を最小にするようにしてもよい。可撓性体２２の構造と構成要素は、ジェー．リューとゼット．ボタウとエル．ベルグ（J.Liu, Z.Boutaghou and L.Berg）により１９９７年５月７日に出願された「ディスクドライブ組立体にヘッドを支持するための改良されたジンバルサスペンション」の名称の米国特許願第０８／８５２，２２５号に非常に詳細に記載され、該米国出願はそれの全体が参考としてここに組み込まれている。
マイクロアクチュエータ５４はスライダ２４の先導縁のところに形成され、またタブ面５０と協働して該スライダ２４をゆがませて回転させ、それによりスライダ２４の後行縁に置かれた変換ヘッド５６の位置を変える。ある実施例では、第２のマイクロアクチュエータがスライダ２４の先導縁面の反対側近くに形成され、マイクロアクチュエータ５４と協働して作動してスライダ２４をゆがませて回転させる。マイクロアクチュエータ５４と他の代替マイクロアクチュエータの具体的な作動は図３乃至図２０に関連して以下に詳細に述べる。マイクロアクチュエータ５４は、ＶＣＭ１２に加えて、スライダ２４を微位置決めするのに用いられる。ＶＣＭ１２は、最初に作動してアクチュエータアーム１６とロードビーム１８を移動させ、スライダ２４により支持されている変換器５６を、該変換器に直面するディスク３０の面上のトラック３４に関する様々な位置に雑に位置決めする。
図３乃至図８は、本発明の第１の実施例によるスライダ２４の製作を示す斜視図である。図３に示されるように、丘状体６２、６４と６６はスライダ２４の先導縁面６０に形成されている。好ましくは、丘状体６２、６４と６６は、セラミック材料のような丘状体に形成されるべきセラミック材料とスライダ基体に対して電気絶縁的かつ熱的に適合しうる材料で構成されている。次に、丘状体６２、６４および６６間の領域６３と６５は、容易に除去可能な材料を充填されて、該丘状体６２、６４および６６の露出頂面と共面の露出頂面を有する構造体を形成する。その後、図４に示されるように、例えば、シリカ、アルミナあるいはジルコニウムで形成されたセラミック部材７０は、丘状体６２、６４および６６および領域６３と６５により形成された平面上にパターン化される。セラミック部材７０は、スライダ２４の先導縁面６０の全幅にわたって延在し、また丘状体６２と６４間の領域６３にまたがるビーム７２と、丘状体６６と６４間の領域６５にまたがるビーム７４とを含む。部材７０がパターン化された後、構造用ビーム７２と７４の下の領域６３と６５の材料は除去され、それによりビーム７２と７４を残して、それぞれ丘状体６２と６４および丘状体６４と６６間の空間にまたがる。例えば、領域６３と６５の材料は、化学エッチングにより除去される金属あるいは溶解されている塩あるいはポリマーであってもよい。部材７０はマイクロアクチュエータ用のキャリアであって、スライダ２４の位置決めを制御し、構造用ビーム７２と７４はマイクロアクチュエータの制御の下で曲がって該スライダ２４に近付きあるいは離れる。
図５に示されるように、底部電導体８２と８４は部材７０上に形成されている。好ましくは、該導体はスライダ２４の先導縁近くまで延在し、マイクロアクチュエータのビーム７２と７４により形成された作用領域の外側の駆動用エレクトロニクス（図示せず）への接続をさせる。図６に示されるように、圧電要素９２と９４は、各ビーム７２と７４に直ぐ被さって底部電導体８２と８４上にパターン化されている。好ましくは、圧電要素９２と９４はビーム７２と７４にわたってのみパターン化されて曲げを容易にしそしてマイクロアクチュエータの材料にかかる望ましくない応力を低減させる。
図７に示されるように、導電性バイア構造体１０２と１０４は、アクティブマイクロアクチュエータのビーム７２と７４間でスライダ２４の中心近くで底部電導体８２と８４上にパターン化されている。しなやかなエポキシのような材料で構成される絶縁平坦化（planarization）層１０５（図９）はその構造体に塗布され、圧電要素９２と９４の頂面、バイア構造体１０２と１０４および平坦化層１０５を含む平面を作り出している。好ましくは、ビーム７２と７４の下の空間はマスクされていて材料がそれに沈積されるのを阻止する。絶縁平坦化層１０５が塗布された後、頂部電導体１１２と１１４は図８に示されるようにパターン化され、バイア構造体１０２および１０４と圧電要素９２および９４の頂面とを接触させている。機能的に、図８に示された形態はスライダ２４用の完成されたマイクロアクチュエータ構造体である。
図９は、スライダ２４の先導縁面６０に形成されたマイクロアクチュエータの材料と層の断面図である。スライダ２４をディスクドライブシステムに備えるために、例えばしなやかなエポキシ材料で形成されるマイクロアクチュエータを覆ってカプセル化層１２０が備えられ、そして（接着剤などにより）たわみタブ面５０（図２）に接合されている。かくして、マイクロアクチュエータは該たわみタブ面５０と反応して回転ディスクの同心トラックに関してスライダ２４の変換ヘッド５６を位置決めする。
作動時、第１の電圧が底部電導体８２に適用され、第２の電圧が底部導体８４に適用される。バイア構造体１０２は第１の電圧を頂部電導体１１４に接続し、またバイア構造体１０４は第２の電圧を頂部電導体１１２に接続する。かくして、圧電要素９２と９４にかかる電圧差は互いに等しいが、逆である。該電圧差に応答して、圧電要素９２と９４のうちの一方は長手方向に膨張し、一方、他方は長手方向に収縮する。図９に示された例においては、圧電要素９２は矢印１２２の方向に膨張し、一方、圧電要素９４は矢印１２４の方向に収縮する。
図９に示された例においては、圧電要素９２は矢印１２２の方向に膨張し、一方、圧電要素９４は矢印１２４の方向に収縮する。
圧電要素９２の膨張は、部材７０の構造用ビーム７２を矢印１２６の方向に（スライダ２４から離れて）上方に曲げる。逆に、圧電要素９４の収縮は、部材７０の構造用ビーム７４を矢印１２８の方向に（スライダ２４に向かって）下方に曲げる。これらの曲げ作用は、スライダ２４を一点鎖線で示された位置２４’へ回転で変位させる。スライダ２４の後行縁で変換器５６は、同様に一点鎖線で示された位置５６’に変位され、結果として矢印１２９で示される全変換器変位となる。かくして、底部電導体８２と８４に対する電圧の適用は、スライダ２４の後行縁において変換器５６の制御可能な変位が作り出される。
図１０は、圧電要素９２と９４に極性付けするためのスライダ２４の先導縁面６０上の圧電マイクロアクチュエータの中間形態の斜視図である。望まれていることだが、圧電要素９２と９４は同じ方向に極性を付けられ、それらにかかる反対電圧が、一方の圧電要素の膨張、また他方の圧電要素の収縮を生じさせる。極性付け電界が図８と図９に示された形態に適用された場合、圧電要素９２と９４は反対方向に極性を付けられ、それ故、要素にかかって適用される互いに反対電圧に対して同じ方向に反応する。かくして、中間処理形態は、非常に高い電界にウエハ全体をさらすことなく、圧電要素９２と９４を同じ方向に極性を付ける必要がある。
図１０の形態は、圧電要素９２と９４を極性付けする１つの簡単な方法を示す。該圧電要素９２と９４の望ましい極性付けは、圧電要素９２と９４の頂部で極性付け導体１３２を一時的に形成することにより達成される。２つの底部導体８２と８４（図８と図９）は、極性付け回路（図示せず）の一方の側の基準電圧に一緒に接続され、また一時的頂部導体１３２は、該極性付け回路の他方の側の大きな電圧に設定されている。その結果、圧電要素９２と９４は同じ方向に極性付けされている。極性付けが完了した後、一時的頂部導体１３２は除去される。
圧電要素９２と９４を同じ方向に極性付けするのに他の方法を用いうることは当業者により認められるであろう。本発明の設計は、マイクロアクチュエータの層を作りかつ極性付けするのにいくつかの標準の薄膜写真石版プロセスを用いうるのに十分な可撓性を提供する。層を形成するのに選択された材料は用いられる方法に適合しうるべきである。例えば、圧電要素９２と９４が非常に高い温度まで加熱する必要がある場合、加熱中に既に適所にある層はその高温に耐えることができなければならない。この場合、底部導体８２と８４用の典型的な材料はプラチナである。材料と方法の選択は設計上の好みに基づいてなすことができ、本発明の応用を制限しない。
図１１と図１２は、本発明の第２の実施例による圧電マイクロアクチュエータの斜視図である。細長い圧電要素１４２は部材７０上に形成され、該部材７０のビーム７２と７４を含むスライダ２４の先導縁面６０のほぼ全長にまたがる。図１２に示されるように、一対の導体が圧電要素１４２の頂面上にパターン化され、導体パッド１４４と１４６でそれぞれ終わっている。部分１４３と１４５は空間領域６３と６５わたって形成され、そして領域１４８において横方向の長さを有する介在電極脚部と領域１４９において長手方向の長さを有する介在電極脚部とを含む。パッド１４４に接続された脚部は、パッド１４６に接続された脚部とインターリーブされ介在領域１４８と１４９を形成し、延長された部分１４７と１４７’は部分１４３と１４５の脚部をそれぞれのパッド１４４と１４６に接続する。ここに示された典型的な実施例で用いられているように、圧電要素１４２の最も長い長さに沿った方向を長手方向と呼び、最も短い長さに沿った方向（垂直）を厚さ方向と呼び、中間長さ方向を横方向と呼ぶ。本発明の曲げマイクロアクチュエータを提供する一方で、電極脚部とパッドの向きを変更しうることは、当業者には理解されよう。
最初、大きな電圧差がパッド１４４と１４６間に適用されて圧電要素１４２を極性付けする。そのように極性付けされた圧電要素１４２では、パッド１４４と１４６に電圧を適用すると、圧電要素１４２の制御可能なひずみ付与および曲げを生じる。とりわけ、電極脚部が領域１４８において横方向にその長手方向と整合する場合、電圧差により生じる電界はかなりの長手方向成分を有することになる。また厚さ方向の成分も存在するが、この成分は圧電要素１４２の曲げにそれほど貢献しない。電界がかなりの長手方向成分を有する場合、圧電要素１４２のひずみもパターン化された導体近くにかなりの正の長手方向成分を有する。従って、脚部が横方向に整合されている領域１４８において圧電要素１４２の頂部近くで、圧電要素１４２は長手方向に伸ばされ、また横方向の縮みを受ける。逆に、電極脚部が領域１４９においてその長手方向に整合する場合、電界は実質的に横方向である。結果は、正の横方向のひずみと負の長手方向のひずみとなり、圧電要素１４２は長手方向に収縮し、パターン化された導体近くで横方向に伸びる。
領域１４８と１４９におけるパターン化された導電性脚部と上述の電界の構成の結果として、（ビーム７２と７４を含む）部材７０、圧電要素１４２とパターン化された導体から構成されたサンドイッチは、初期の極性付け電圧と同じ極性を有するパッド１４４と１４６に適用される電圧に応答して曲がる。この曲げの形状は図１３に示され、圧電要素１４２が１３７にくぼみと１３９に隆起とを有する。パッド１４４と１４６に適用される電圧極性が逆転すると、サンドイッチは逆方向に曲がる（くぼみ１３７は隆起になり、隆起１３９はくぼみになる）。かくして、図３から図９において述べられたものと同様の変形構造は、スライダ２４の先導縁面６０に形成されたより少ない材料の層で達成することができる。
代替実施例においては、部材７０は含まれておらず、その代わり圧電要素１４２自体がビーム７２と７４の曲げ構造体を形成する。この実施例は、設計の層を除去することによりマイクロアクチュエータを形成する処理工程を更に低減する。マイクロアクチュエータの作動は上述したのと同じ態様で達成され、該マイクロアクチュエータの空間領域６３と６５にまたがるビーム７２と７４を形成する圧電要素１４２の部分は曲がって必要な機械的移動を行い、スライダ２４の位置を変える。
図１４は、本発明の第３の実施例による、頂面と底面の双方に形成された代替導体パターンを有する細長い圧電要素１４２の頂面を示す斜視図であり、図１５は、それの底面を示す斜視図である。圧電要素１４２の頂面の導電性パッド１５４と１５６は、長手方向に延在する介在脚部１５３に接続されている。圧電要素１４２の底面の導電性パッド１５８と１５９は、長手方向に延在する介在脚部１５５ａと１５５ｂに接続されている。電圧差はパッド１５４と１５６間に適用され、またパッド１５８と１５９間にも適用される。脚部１５３が長手方向に整合される場合、圧電要素１４２の中心では、該圧電要素１４２の頂面近くの電界が実質的に横方向にあり、それの頂面近くで圧電要素１４２の横方向の伸びと長手方向の収縮を生じる。脚部１５５ａと１５５ｂが長手方向で整合されている場合、圧電要素１４２の中心に隣接した該圧電要素１４２の底面には、底面近くで圧電要素１４２の横方向の伸びと長手方向の収縮を生じる横方向電界が存在する。その結果、圧電要素１４２は図１３に示される形状に曲がる。先に述べた通り、パッド１５４、１５６、１５８および１５９に適用される電圧の極性を逆にすれば、曲げの方向は逆になる。
図１６は、本発明の第４の実施例による、頂面と底面に形成された別の代替導体パターンを有する細長い圧電要素１４２の頂面を示す斜視図であり、図１７はその底面を示す斜視図である。圧電要素１４２の頂面上の導電性パッド１６４と１６６は、横方向に延在する脚部１６３ａと１６３ｂに接続されている。圧電要素１４２の底面上の導電性パッド１６８と１６９は横方向に延在する脚部１６５に接続されている。電圧差はパッド１６４と１６６間に適用され、またパッド１６８と１６９間にも適用される。脚部１６５が横方向でその長さに整合している場合、圧電要素１４２の中心では、該圧電要素１４２の底面近くの電界は実質的に長手方向にあり、底面近くで圧電要素１４２の長手方向の伸びと横方向の収縮を生じる。脚部１６３ａと１６３ｂが横方向でその長さに整合している場合、圧電要素１４２の中心に隣接した該圧電要素１４２の頂面には、該頂面近くで該圧電要素１４２の長手方向伸びと横方向収縮を生じる長手方向電界が存在する。その結果、圧電要素１４２は図１３に示された形状に曲がる。先に述べた通り、パッド１６４、１６６、１６８および１６９に適用される電圧の極性を逆にすれば、曲げの方向は逆になる。
図１８は、本発明の第５の実施例によるね片持ち支持された圧電ビームとして用いるための圧電要素１７２の頂面を示す斜視図であり、図１９はその底面を示す斜視図である。圧電要素１７２の頂面上の導電性パッド１７４と１７６は横方向に延在する脚部１７１に接続されている。圧電要素１７２の底面上の導電性パッド１７８と１７９は、圧電要素１７２の頂面の脚部と反対の長手方向に延在する脚部１７３に接続されている。圧電要素１７２は遠位端１７５でクランプされ、さもなくば拘束され、そして逆の近位端で自由に移動するようになっている。圧電要素１７２の頂面上の脚部１７１が横方向にその長さと整合している場合、長手方向の電界が、圧電要素１７２の頂面の近くに（パッド１７４と１７６間に電圧差を適用する際）存在し、該圧電要素１７２の長手方向の膨張を生じる。圧電要素１７２の底面上の脚部１７３が長手方向にその長さと整合している場合、横方向の電界が、圧電要素１７２の底面の近くに（パッド１７８と１７９間に電圧差を適用する際）存在し、該圧電要素１７２の長手方向の収縮を生じる。これらの電界と圧電要素１７２の結果として生じるひずみとの組み合わせは、圧電ビームを下方に曲げさせる。パッド１７４、１７６、１７８および１７９に適用される逆の電圧極性は逆の電界と、圧電ビームの上方の曲げを生じる。
図２０は、スライダ２４の先導縁面６０上の、図１８と図１９に示されているような片持ち支持された圧電ビーム１７２ａと１７２ｂの設置を示す斜視図である。絶縁丘状体６２、６４および６６、および、セラミック部材１８２と１８４はスライダ２４の先導縁面６０上に形成され、部材１８２と１８４は丘状体６２、６４および６６間の空間領域６３と６５にまたがる。圧電ビーム１７２ａと１７２ｂは部材１８２と１８４のスパンに形成されている。この形態では、圧電ビーム１７２ｂの上方曲げと圧電ビーム１７２ａの下方曲げは、スライダ６４を図９に示されているように回転させる。
いくつかの代替的な形態と方法を本明細書に開示された本発明の実施例に基づいて実施しうることは、当業者には明らかであろう。例えば、単一のアクチュエータ要素をスライダ２４上に作り、一方、スライダ２４の回転と変換器ヘッド５６の選択的変位を達成させることが可能である。図１１乃至図２０における導体パターンの変形もアクチュエータに利用されている圧電要素の曲げ形態を変えるのになすことができる。導体を、本発明の実施例のいずれかにおいて圧電要素の一方あるいは両方の側にパターン化することができる。実施例によっては、結局は取り除かれる平坦化材料は、取り除く必要がないように機械的にしなやかな材料であってもよい。
それ故、本発明は、スライダを回転させて該スライダにより担持された変換ヘッドを選択的に変位させることができる、ディスクドライブにおける該スライダの先導縁面上に有効なマイクロアクチュエータを提供する。それ故、スライダと変換ヘッドを作り出すための現存の同じ高い量産方法により形成しうる比較的簡単な構造を介して高分解能のヘッドの位置決めを達成することができる。
好適実施例を参照して本発明を述べたが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく形態と詳細部を変更しうることは、当業者には理解されよう。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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