(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端を有する央部であって該両端の間で分割されていることが許容された央部と、該央部の両端から互いに点対称に延びた２つの側部と、該央部の両端から、該央部を間に挟んで互いに点対称かつ非線対称に延びた、該側部に対して接離する方向に回動可能な２つの腕部とを有するヒンジ板と、
前記ヒンジ板の２つの腕部が双方とも固着された、電圧が印加開放されて伸縮することにより前記２つの腕部を互いに離反接近させる圧電素子とを備えたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
所定の情報記憶媒体に対する情報記録および情報再生のうち少なくとも何れか一方を行うヘッドが搭載されたヘッド部と、
前記ヘッド部に搭載されているヘッドが前記情報記憶媒体に対して近接あるいは接触するように該ヘッド部を保持するアーム部と、
前記アーム部を駆動することにより、そのアーム部に保持されたヘッド部に搭載されたヘッドを前記情報記憶媒体に沿って移動させるアーム部アクチュエータと、
前記アーム部に対して前記ヘッド部を回動させるヘッド部アクチュエータとを備え、
前記ヘッド部アクチュエータが、
両端を有する央部であって該両端の間で分割されていることが許容された央部、該央部の両端から互いに点対称に延びた２つの側部、および、該側部に対して接離する方向に屈曲可能な状態で該央部の該両端に繋がった、該央部を間に挟んで互いに点対称かつ非線対称に延びた２つの腕部を有するヒンジ板と、
前記ヒンジ板の２つの腕部が双方とも固着された、電圧が印加開放されて伸縮することにより前記２つの腕部を互いに離反接近させる圧電素子とを備えたものであることを特徴とする情報記憶装置。
【請求項３】
前記ヘッド部アクチュエータが、前記ヘッド部を、該ヘッド部の重心を中心として回動させるものであることを特徴とする請求項２記載の情報記憶装置。
【請求項４】
前記ヒンジ板が、前記アーム部と一体に形成されてなるものであることを特徴とする請求項２記載の情報記憶装置。
【請求項５】
前記ヒンジ板が、前記ヘッド部と一体に形成されてなるものであることを特徴とする請求項２記載の情報記憶装置。
【請求項６】
前記圧電素子が圧電縦効果（３３モード）に基づいたことを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記圧電素子が圧電横効果（３１モード）に基づいたことを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記圧電素子が圧電縦効果（３３モード）に基づいたことを特徴とする請求項２記載の情報記憶装置。
【請求項９】
前記圧電素子が圧電横効果（３１モード）に基づいたことを特徴とする請求項２記載の情報記憶装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、圧電アクチュエータ、および圧電アクチュエータが用いられた情報記憶装置に関する。
背景技術
従来より、パーソナルコンピュータやワードプロセッサ等といった電子機器には、情報記憶装置が内蔵あるいは接続されて、情報の記憶に用いられている。また、このような情報記憶装置の一種としてハードディスクドライブが知られている。ハードディスクドライブには一般に、情報記憶媒体としてのディスクと、ディスクに対し記録ビットを読み書きするヘッドが備えられており、そのヘッドをディスクに近接させて保持するアームと、そのアームを駆動することによってヘッドをディスクに沿って移動させる電磁型のアクチュエータも備えられている。
このハードディスクドライブの記録密度は、パーソナルコンピュータ等が発達するにつれて高密度化しており、特に近年、画像や音楽をパーソナルコンピュータ等で取り扱う需要が高まるにつれて飛躍的に高密度化している。そして、ハードディスクドライブの高記録密度化に伴い、ディスク上の記録ビットが微細化し、ディスク回転速度が増加しており、ヘッドの位置決めの高精度化や高速化が要求されている。またハードディスクドライブの小型軽量化や省電力化も進んでいる。
このため、精密かつ高速にヘッドを位置決めするため、従来の電磁型のアクチュエータとは独立の圧電アクチュエータをアームの途中に備えたハードディスクドライブが提案されている。
しかしながら、従来提案されている圧電アクチュエータやハードディスクドライブは、充分なヘッドの変位が得られない、駆動電圧が高い、寸法や重量が大きい、耐衝撃性が悪い、構造が複雑で高い精度を得るために高い製造コストを要するなどといった問題点を有する。
このような問題点は、ハードディスクドライブに限って生じるものではなく、ヘッドをアームで保持して移動させる方式の情報記憶装置について一般に生じるものである。
発明の開示
本発明は，上記事情に鑑み、低い駆動電圧で大きな変位が得られる、小型軽量で耐衝撃性が良好な、高精度かつ低コストの圧電アクチュエータ、およびそのような圧電アクチュエータが組み込まれた高記録密度の情報記憶装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明の圧電アクチュエータは、両端を有する央部であってその両端の間で分割されていることが許容された央部と、その央部の両端から互いに点対称に延びた２つの側部と、その央部の両端から互いに点対称かつ非線対称に延びた、側部に対して接離する方向に回動可能な２つの腕部とを有するヒンジ板と、
ヒンジ板の２つの腕部が双方とも固着された、電圧が印加開放されて伸縮することにより２つの腕部を互いに離反接近させる圧電素子とを備えたことを特徴とする。
本発明の圧電アクチュエータは、上記ヒンジ板と圧電素子からなる単純な構造を有しており、ヒンジ板は打ち抜き加工などによって容易に高精度に作成することができるので、小型軽量で耐衝撃性が良好な高精度の圧電アクチュエータが低コストで実現される。また、本発明の圧電アクチュエータは、上記圧電素子として、圧電アクチュエータ全体の長さに匹敵する長さを有するとともに十分に多層の積層構造も有する圧電素子を用いることができるため、低い駆動電圧による駆動が可能である。さらに、圧電素子がヒンジ板の腕部を離反接近させることによって、ヒンジ板の側部が前記央部を中心として大きく回転駆動されるので、本発明の圧電アクチュエータでは大きな変位が得られる。
本発明の圧電アクチュエータは、上記圧電素子が、圧電縦効果（３３モード）に基づいた、電圧の印加に対して伸長し開放に対して収縮するものであってもよく、あるいは、圧電横効果（３１モード）に基づいた、電圧の印加に対して収縮し開放に対して伸長するものであってもよい。より大きな駆動量を得るという点では、本発明の圧電アクチュエータは、上記圧電素子が、圧電縦効果（３３モード）に基づいた、電圧の印加に対して伸長し開放に対して収縮するものであることが好ましい。
上記圧電素子を形成する圧電材料としては、ＰＺＴ系、ＰＴ系、チタン酸バリウム系、層状ペロブスカイト系等といった圧電材料が利用可能である。この圧電材料は、純粋なチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等と言った、いわゆるハード系の圧電材料であってもよく、チタン酸ジルコン酸鉛と添加物からなるＰＺＴ系の圧電セラミックス等と言った、いわゆるソフト系の圧電材料であってもよい。ＰＺＴ系の圧電セラミックスは、安価であり、かつ圧電定数が大きいので、上記圧電素子を形成する圧電材料として適している。特に、ＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺ系の圧電材料は、ＰＺＴ系の圧電材料の中でも特に高い圧電定数を示し、焼結性にも優れているので、上記圧電素子を形成する圧電材料として特に好ましい。
また、上記ヒンジ板の材料としては、いわゆるＳＵＳ（鉄ニッケルクロム系の合金）や、アルミニウム系の合金や、銅系の合金などといった金属材料が好ましいが、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌｕｓｔｉｃ）等と言った複合材料であってもよい。また、上記ヒンジ板は、これらの材料が積層されてなる積層板であってもよい。
上記目的を達成する本発明の情報記憶装置は、所定の情報記憶媒体に対する情報記録および情報再生のうち少なくとも何れか一方を行うヘッドが搭載されたヘッド部と、
ヘッド部に搭載されているヘッドが情報記憶媒体に対して近接あるいは接触するようにヘッド部を保持するアーム部と、
アーム部を駆動することにより、そのアーム部に保持されたヘッド部に搭載されたヘッドを情報記憶媒体に沿って移動させるアーム部アクチュエータと、
アーム部に対してヘッド部を回動させるヘッド部アクチュエータとを備え、
さらに上記ヘッド部アクチュエータが、上記ヒンジ板と上記圧電素子とを備えたものであることを特徴とする。
ここで、ヘッドは、磁気ヘッドでもよくあるいは光学ヘッドでもよい。
本発明の情報記憶装置によれば、ヘッド部アクチュエータによってヘッド部が高精度に駆動されるので、高記録密度の情報記憶装置が実現される。
本発明の情報記憶装置は、上記ヘッド部アクチュエータが、ヘッド部を、そのヘッド部の重心を中心として回動させるものであることが望ましい。
ヘッド部アクチュエータによってヘッド部が重心を中心として回動されると、ヘッド駆動時の慣性モーメントが小さく、ヘッド位置が高精度に制御される。ただし、ヘッド位置の精度を多少犠牲にしてでも変位量を増すことが望ましい等と言った場合には、ヘッド部の重心から離れた点を中心としてヘッド部が回動されることも許容される。
本発明の情報記憶装置は、上記ヘッド部が、ヘッドと、ヘッドを搭載して情報記憶媒体上をスライドするスライダとからなるものであり、上記アーム部が、アーム部アクチュエータによって駆動されるアームと、そのアームに接続されたサスペンションとからなるものであり、上記ヘッド部アクチュエータが、サスペンションとスライダとの間に設けられたものであってもよい。
あるいは、本発明の情報記憶装置は、上記ヘッド部が、ヘッドと、ヘッドを搭載して情報記憶媒体上をスライドするスライダと、そのスライダを保持するサスペンションとからなるものであり、上記ヘッド部アクチュエータが、サスペンションと上記アーム部スライダとの間に設けられたものであってもよい。
また、本発明の情報記憶装置は、上記ヒンジ板が、上記アーム部および上記ヘッド部のうち少なくともいずれか一方と一体に形成されてなるものであることが好適である。このような情報記憶装置は組み立ての工程が少なく、高精度の情報記憶装置が低コストで実現される。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の圧電アクチュエータの複数の実施形態それぞれが組み込まれた、本発明の情報記憶装置の複数の実施形態について説明する。
まず、情報記憶装置のそれら複数の実施形態に共通する全体的な構造について説明する。
図１は、本発明に係る情報記録装置の各実施形態に共通する構造を示す図である。
この図１に示すハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１００は、本発明の情報記録装置の一例である。このハードディスクドライブ１００のハウジング１０１には、回転軸１０２に装着されて回転する磁気ディスク１０３と、磁気ディスク１０３に対して情報記録と情報再生を行う磁気ヘッドが搭載されたヘッド部１０４と、図示を省略したヘッド部アクチュエータを介してヘッド部１０４を保持し、アーム軸１０５を中心に磁気ディスク１０３表面に沿って移動するアーム部１０６と、アーム部１０６を駆動するアーム部アクチュエータ１０７が収容されている。ヘッド部アクチュエータは、本発明の圧電アクチュエータの一例であり、このヘッド部アクチュエータを境としてヘッド側がヘッド部１０４、アーム軸１０５側がアーム部１０６である。
磁気ディスク１０３への情報記録および磁気ディスク１０３に記憶された情報の再生にあたっては、磁気回路で構成されたアーム部アクチュエータ１０７によってアーム部１０６が駆動され、ヘッド部アクチュエータによってヘッド部１０４が駆動されて、磁気ヘッドが、回転する磁気ディスク１０３上の所望のトラックに位置決めされる。ヘッド部１０４に搭載された磁気ヘッドは、磁気ディスク１０３の回転に伴って、磁気ディスク１０３の各トラックに並ぶ各微小領域に順次近接する。
情報記録時には、このように位置決めされた磁気ヘッドに電気的な記録信号が入力され、磁気ヘッドによって各微小領域に、記録信号に応じた磁界が印加されて、その記録信号に担持された情報が各微小領域の磁化方向として記録される。
また、情報再生時には、各微小領域の磁化方向として記録された情報が、磁気ヘッドによって、それらの磁化それぞれが発生する磁界に応じた電気的な再生信号として取り出される。
この図１に示すハウジング１０１の内部空間は、図示しないカバーによって閉鎖される。
このような全体的な構造を共通に有する情報記憶装置の複数の実施形態それぞれの特徴は、アーム部１０６の先端に取り付けられたヘッド部アクチュエータの周辺の構造に存在する。そこで以下では、情報記憶装置の各実施形態について、ヘッド部アクチュエータ周辺の構造に限定した説明を行う。
図２は、本発明に係る情報記録装置の第１実施形態におけるヘッド部アクチュエータ周辺を示す分解斜視図である。
本発明に係る情報記録装置の第１実施形態では、アーム部の先端がサスペンション１０８で構成されている。このサスペンション１０８は、磁気ディスクに対して接離する方向（図２の上下方向）に曲がる板バネとして機能する。
このサスペンション１０８には、接着層１０９によって、圧電素子２１０とヒンジ板２２０からなるヘッド部アクチュエータ２００が接着されている。この図２に示すヘッド部アクチュエータ２００は、本発明に係る圧電アクチュエータの第１実施形態である。
ヘッド部アクチュエータ２００のヒンジ板２２０にはスライダ１１０が接着されており、スライダ１１０にはヘッド１１１が搭載されている。本発明に係る情報記録装置の第１実施形態では、このスライダ１１０がヘッド部に相当する。
ヘッド部アクチュエータ２００は、後述する原理によって、ヒンジ板２２０の一部を図の矢印ｆ１のように回転駆動する。これによりスライダ１１０が回転駆動されてヘッド１１１が図の矢印ｆ２のように変位する。
この図２に示す実施形態では、ヘッド部アクチュエータ２００とスライダ１１０は、ヘッド部アクチュエータ２００による回転駆動の回転中心とスライダ１１０の重心が一致するように接着される。このため、ヘッド駆動時の慣性モーメントが小さい。
以下、ヘッド部アクチュエータ２００について詳細に説明する。
図３は、ヘッド部アクチュエータの周辺を示す２面図であり、図４は、そのヘッド部アクチュエータを構成する圧電素子を示す図であり、図５は、そのヘッド部アクチュエータを構成するヒンジ板を示す図である。また、図３のパート（Ａ）には、ヘッド部アクチュエータ周辺を示す正面図が示されており、パート（Ｂ）には側面図が示されている。
図４に示す圧電素子２１０は、圧電層２１１と電極層２１２からなる多層構造を有するとともに単純な直方体の外形も有する。このような構造および外形を有する圧電素子２１０は製造性が高く、グリーンシート法などといった周知の技術によって安価に製造される。電極層２１２を構成する電極材料は、圧電材料とともに一体焼成することができる電極材料が好ましく、例えば、Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕなどといった金属材料や、導電性セラミックなどが採用される。これらの電極層２１２のうち、同電位が付与される電極層どうしは、圧電素子２１０の側面に電極２１３が形成されることにより容易かつ安価に相互接続される。この側面の電極２１３は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕなどが用いられて無電解めっきによって作成されることが好ましいが、蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ等と言った薄膜技術で形成されてもよく、あるいは、溶射技術や厚膜技術で形成されてもよい。
この図４に示す圧電素子２１０は、圧電縦効果（いわゆる３３モード）に基づいて伸縮するものであり、２つの側面に形成された２つの電極２１３間に駆動電圧が印加されると、その駆動電圧が圧電層２１１に印加されて、図の上下方向へと伸長する。また、印加されていた駆動電圧が開放されると収縮して元に戻る。
図３および図５に示すヒンジ板２２０は、１つの央部２２１、２つの側部２２２、および２つの腕部２２３で構成されている。２つの側部２２２は央部２２１を挟んで互いに逆向きに延びており、央部２２１と２つの側部２２２は１つの剛体を構成している。その剛体に直交する方向に２つの腕部２２３が互いに点対称に延びている。また、これら２つの腕部２２３が央部２２１と繋がる部分は、側部２２２に対して接離する方向に屈曲可能である。このような構造を有するヒンジ板２２０は、金属板の打ち抜きやエッチングなどによって安価に作成される。
図３のパート（Ｂ）に示すように、これらの圧電素子２１０とヒンジ板２２０は、接着剤２３０によって、ヒンジ板２２０の腕部２２３の位置で互いに固着されて、ヘッド部アクチュエータ２００を構成している。
図３に示すヘッド部アクチュエータ２００および圧電素子２１０のサイズは、スライダ１１０のサイズと同程度である。このようなサイズは、ヘッド部アクチュエータ２００のサイズとしては十分に小さく、圧電素子２１０のサイズとしては十分に大きいサイズであり、このヘッド部アクチュエータ２００は小型で強力なアクチュエータである。また、ヒンジ板２２０の材料としてＳＵＳ板などといった高剛性の材料が用いられることにより、共振周波数が高いヘッド部アクチュエータ２００が得られる。
ヘッド部アクチュエータ２００の圧電素子２１０は、接着層１０９を介してサスペンション１０８に接着される。この接着層１０９は低剛性接着材で形成されており、圧電素子２１０は伸縮が容易である。また、圧電素子２１０を構成している圧電材料は脆性材料であるが、広い面積でサスペンション１０８に接着されることにより耐衝撃性が高い構造となっている。また、このような接着によれば、万が一圧電素子２１０が破損した場合にも破片の飛び散りが抑えられるため、記録媒体表面などの損傷が防止される。
ヘッド部アクチュエータ２００を構成するヒンジ板２２０の２つの側部２２２は、双方ともスライダ１１０に固着されている。
図２および図３に示す構造によれば、サスペンション１０８と圧電素子２１０の接着面積、圧電素子２１０と腕部２２３との接着面積、および、側部２２２とスライダ１１０との接着面積を、いずれも十分に大きくすることができるので、接着強度の確保が容易である。
また、図２および図３に示す構造は、サスペンション１０８や圧電素子２１０などといった平らな部品が重ねられて接着されることによって作成されるので、部品相互の高い平行度や高い位置精度が容易に得られる。
また、図２および図３に示す構造によれば、圧電素子２１０の電極層２１２が露出した面を樹脂などでコーティングして耐湿性の向上などを図ることができ、これにより、電極層２１２の金属が圧電層２１１中に拡散することを防ぐことができる。このため、信頼性が高くて長寿命の製品が得られる。
なお、このヘッド部アクチュエータ２００を構成しているヒンジ板２２０の腕部２２３と側部２２２との隙間には、低剛性の樹脂が充填されてもよい。また、このヘッド部アクチュエータ２００全体が低剛性の樹脂で覆われていてもよい。このように低剛性の樹脂で充填されあるいは覆われることによって、ヒンジ板２２０の破損などが防止される。
ここで、図２および図３に示す構造を例に用いて、本発明に係る圧電アクチュエータの駆動原理を説明する。
図６は、本発明に係る圧電アクチュエータにおける駆動原理の説明図である。
ヘッド部アクチュエータ２００の圧電素子２１０がある伸長量Δだけ伸長すると、ヒンジ板２２０の２つの腕部２２３は、ヒンジ板２２０の中心に対してそれぞれがその伸長量Δの半分ずつ変位することとなる。２つの腕部２２３が央部２２１に繋がる位置が相互に距離ｈだけ隔たっている場合には、央部２２１と２つの側部２２２からなる剛体の回動角度θは、
θ＝ｔａｎ−１（Δ／ｈ）≒Δ／ｈ
となる。従って、図２に示すスライダ１１０の先に固定されたヘッド１１１の変位量δは、スライダ１１０の長さＬに基づいて
δ＝（Ｌ／２）×ｓｉｎθ≒（Ｌ／２）×Δ／ｈ＝ＬΔ／２ｈ
と求められる。また、圧電素子の伸縮量Δは、圧電常数ｄ、圧電素子の長さｋ、圧電層の層厚ｔ、および駆動電圧Ｖに基づいて、
Δ＝ｄＶｋ／ｔ
と求められる。従って、ヘッド１１１の変位量δは、
δ＝ＬｄＶｋ／２ｈｔ
となる。例えば、ｄ＝５００［ｐｍ／Ｖ］、ｔ＝２０［μｍ］、ｋ＝１［ｍｍ］、Ｖ＝１２［Ｖ］、ｈ＝０．１［ｍｍ］、Ｌ＝０．８５［ｍｍ］とするとδ＝１．３［μｍ］となって、１２Ｖの駆動電圧によって１μｍを越える大きな変位量を得ることができることがわかる。図１に示すアーム部アクチュエータ１０７は、１μｍ程度の精度を有するものであれば安価に実現されるので、ヘッドの変位量が１μｍを越えるヘッド部アクチュエータが用いられることにより、低コストの情報記憶装置が実現されることとなる。
以下、本発明の他の実施形態について説明する。
図７は、本発明に係る情報記録装置の第２実施形態におけるヘッド部アクチュエータ周辺を示す２面図である。
本発明に係る情報記録装置の第２実施形態は、本発明に係る圧電アクチュエータの第１実施形態に替えて、本発明に係る圧電アクチュエータの第２実施形態が組み込まれている点を除いて、上述した情報記録装置の第１実施形態と同様の装置である。
この図７のパート（Ａ）には、ヘッド部アクチュエータ周辺を示す正面図が示されており、パート（Ｂ）には側面図が示されている。
この図７に示すヘッド部アクチュエータ２０１は、上記同様の圧電素子２１０と、上記とは異なるヒンジ板２４０とで構成されており、このヘッド部アクチュエータ２０１が、本発明に係る圧電アクチュエータの第２実施形態に相当するものである。
このヘッド部アクチュエータ２０１を構成するヒンジ板２４０も、１つの央部２４１と２つの側部２４２と２つの腕部２４３とで構成されているが、このヒンジ板２４０の腕部２４３は圧電素子２１０側に折れ曲がっていて、圧電素子２１０の端面に固着されている。
図３等などに示すヘッド部アクチュエータ２００の場合には、腕部２２３が圧電素子２１０に固着されることによって、圧電素子２１０の伸縮が部分的に妨げられているが、この図７に示すヘッド部アクチュエータ２０１では圧電素子２１０は自由に伸縮することができ、圧電素子２１０の伸縮能力が全面的に活用されることとなる。
図８は、本発明にいうヒンジ板のバリエーションを示す図である。
本発明にいうヒンジ板としては、後述するような様々なバリエーションのヒンジ板が考えられ、本発明に係る圧電アクチュエータや、本発明に係る情報記憶装置のヘッド部アクチュエータには、どのヒンジ板が採用されてもよい。
この図８のパート（Ａ）やパート（Ｂ）には、Ｎ字形の央部２５１，２６１を有するヒンジ板２５０，２６０が例示されている。図６を参照して説明した駆動原理は、央部の形状には依存しないので、央部の形状としては任意の形状が採用され得る。
また、この図８のパート（Ｃ）やパート（Ｄ）には、２つに分割された央部２７１，２８１を有するヒンジ板２７０，２８０が例示されている。央部２７１，２８１が２つに分割されたヒンジ板２７０，２８０であっても、２つの側部２７２，２８２が同一の駆動対象物（例えばスライダ）に固着されている場合には、駆動対象物と側部と央部は一体の剛体を構成することとなり、図６で説明した駆動原理によって駆動対象物が回転駆動される。
さらに、本発明にいうヒンジ板の側部や腕部は、２つの側部が互いに点対称に延び、２つの腕部が互いに点対称かつ非線対称に延びていればどのような形状のものであってもよい。側部としては、例えば、パート（Ａ）〜パート（Ｃ）に示すもののように互いに点対称かつ線対称に延びるものであってもよく、パート（Ｄ）に示す２つの側部２８２のように互いに点対称かつ非線対称に延びるものであってもよい。また、腕部としては、例えばこの図８に例示されているもののように側部に直交して延びるものであってもよく、あるいは側部に対して斜めに延びるものであってもよい。
図９は、本発明にいう圧電素子の他の例を示す図である。
この図９に示す圧電素子２１５における圧電層２１６および電極層２１７の積層方向は、図４に示す圧電素子２１０における積層方向に対して直交している。この図９に示す圧電素子２１５は、圧電横効果（いわゆる３１モード）に基づいて伸縮するものであり、２つの端面に形成された２つの電極２１８間に駆動電圧が印加されると、その駆動電圧が圧電層２１６に印加されて、図の上下方向に収縮する。また、印加されていた駆動電圧が開放されると伸長して元に戻る。このような圧電素子２１５の伸縮量は、同一の駆動電圧の下では、図４に示す圧電素子２１０の伸縮量よりも少ないものの、この図９に示す圧電素子２１５も十分に実用的である。なお、原理的には、図４に示す圧電素子２１０における積層方向と、図９に示す圧電素子２１５における積層方向との双方に直交する積層方向も考えられるが、図４や図９に示す圧電素子２１０，２１５よりも積層数が大幅に少なくなり、伸縮量も大幅に少ないので実用性は低い。
この図９に示す圧電素子２１５が、上述した種々のヒンジ板２２０，…，２８０と組みあわされることにより、本発明に係る圧電アクチュエータの種々の変形例が得られる。
図１０は、本発明に係る情報記録装置の第３実施形態におけるヘッド部アクチュエータ周辺を示す分解斜視図である。
本発明に係る情報記録装置の第３実施形態では、ヒンジ板１２１がサスペンション１２０に組み込まれている。この図１０に示すヒンジ板１２１は、アーム部と一体に形成されたヒンジ板の一例である。
図２および図３に示す構造と同様な構造となるように、この図１０に示すヒンジ板１２１の上方には圧電素子２１０が固着され、ヒンジ板１２１の下方にはスライダ１１０が固着される。
このようにヒンジ板１２１がサスペンション１２０に組み込まれた実施形態では、アーム部の先端付近の構造を組み立てる際の接着工程が、図２および図３に示す実施形態よりも少ない。このため、部品の接着に際して生じる誤差も少なく、高精度な情報記憶装置が低コストで作成される。
図１１は、本発明に係る情報記録装置の第４実施形態におけるヘッド部アクチュエータ周辺を示す分解斜視図である。
本発明に係る情報記録装置の第４実施形態でも、ヒンジ板１３１がサスペンション１３０に組み込まれている。ただし、図１０に示すヒンジ板１２１では２つの腕部１２２が互いに直接に繋がっているのに対して、この図１１に示すヒンジ板１３１では、２つの腕部１３２は央部１３３のみで繋がっている。この図１１に示すヒンジ板１３１の構造は、このヒンジ板１３１に接着される圧電素子２１０の伸縮を妨げないという点では、図１０に示すヒンジ板１２１の構造よりも有利であるが、この図１１に示すヒンジ板１３１は、製造中に腕部１３１の一方が欠落する恐れがあるという点では、図１０に示すヒンジ板１２１よりも不利である。
図１２は、本発明に係る情報記録装置の第５実施形態におけるヘッド部アクチュエータ周辺を示す分解斜視図である。
本発明に係る情報記録装置の第５実施形態では、ヘッド部の一部としてサスペンション１４０が設けられており、サスペンション１４０の先端にスライダ１１０が固定されている。この第５実施形態には、上記同様に圧電素子２１０とヒンジ板２２０とで構成されたヘッド部アクチュエータ２００が備えられており、このヘッド部アクチュエータ２００によって、サスペンション１４０を含むヘッド部が駆動される。ヘッド部アクチュエータ２００は、接着層１０９を介して剛体のアーム部１０６に接着される。
この第５実施形態では、ヘッド部アクチュエータ２００による変位が、長いサスペンションによって拡大されるため、スライダ１１０に搭載されたヘッドの変位量は非常に大きい。
図１３は、本発明に係る情報記録装置の第６実施形態におけるヘッド部アクチュエータ周辺を示す分解斜視図である。
本発明に係る情報記録装置の第６実施形態は、サスペンション１５０にヒンジ板１５１が組み込まれている点を除いて、情報記録装置の第５実施形態と同様の形態である。
この第６実施形態におけるヒンジ板１５１は、ヘッド部と一体に形成されたヒンジ板の一例である。この第６実施形態の構造も、図１０に示す第３実施形態の構造と同様に接着工程が少ない。従って、部品を接着する際に生じる誤差が少ないので、高精度な情報記憶装置が低コストで作成される。
図１４は、本発明に係る情報記録装置の第７実施形態におけるヘッド部アクチュエータ周辺を示す分解斜視図である。
本発明に係る情報記録装置の第７実施形態は、スライダ１１０等とのバランスをとるための張出１６１を有するサスペンション１６０が備えられている点を除いて、情報記録装置の第６実施形態と同様の形態である。
この第７実施形態では、この張出１６１によってスライダ１１０等とのバランスがとれているため、駆動時の慣性モーメントが小さい。
以下、実施例について説明する。
第１実施例では、図２および図３に示す構造と同様な構造を作成して動作特性を評価した。
まず、ＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺ系の圧電セラミックスの粉末とバインダ樹脂とからなるグリーンシートをドクターブレード法によって成形し、そのグリーンシート上にＡｇ／Ｐｄ電極ペーストをスクリーン印刷によって所定の電極パターンに印刷した。電極パターンに電極ペーストを印刷したグリーンシートを積層して加圧し、大気中で脱脂して１０００℃で焼成することにより、層厚２０μｍの圧電層を多数含んだ積層構造を有するセラミック基板を形成した。そのセラミック基板を列切断し、切断面に表面電極を形成し、更に個別切断することによって、図４に示すような構造を有する１ｍｍ角の圧電素子を作成した。
また、５０μｍ厚のＳＵＳ板をプレス打ち抜きにより加工して、図５に示すような形状のヒンジ板を作成した。ここでは、図６に示す距離ｈは１．０ｍｍである。
このように作成した圧電素子やヒンジ板と、図２に示すサスペンション１０８やスライダ１１０とを図２に示すように接着し、配線を施して、本発明にいうヘッド部とヘッド部アクチュエータとアーム部の一部分とを含んだ複合体を組み立てた。
組み立てた複合体の動作特性を評価したところ、共振周波数は３０ｋＨｚであり、ヘッドの変位は、１２Ｖという低い駆動電圧で１．０μｍという大きな変位であった。図１に示すような一般的なアーム部アクチュエータ１０７の共振周波数が５ｋＨｚ程度であるので、この複合体によればヘッドの高速移動が可能であることがわかった。また、上述したように、一般的なアーム部アクチュエータ１０７によるヘッドの位置決め精度は１μｍ程度であるのに対して、この複合体は１．０μｍ以下の領域でヘッド位置を制御することができるので、高い位置決め精度が実現されることもわかった。
次に、第２実施例について説明する。この第２実施例では、図１１に示す構造と同様な構造を作成して動作特性を評価した。
まず、実施例１と同様な圧電素子を作成した。
次に、５０μｍ厚のＳＵＳ板をプレス打ち抜きにより加工して、図１１に示すような形状のヒンジ板を作成した。
このヒンジ板の一方の面に圧電素子を接着し、他方の面にスライダを接着し、配線を接続して、図１１に示すような構造を有する複合体を組み立てた。組み立てた複合体の動作特性を評価したところ、ヘッドの変位は、第１実施例と同様に、１２Ｖという低い駆動電圧で１．０μｍという大きな変位であった。また、位置決め精度は０．０５μｍという高い精度であり、共振周波数は、１５ｋＨｚという高い周波数であった。従って、この第２実施例の複合体によれば、高速かつ高精度なヘッドの位置決めが可能である。
次に、第３実施例について説明する。この第３実施例では、図１２に示す構造と同様な構造を作成して動作特性を評価した。
まず、第１実施例と同様な手順で、２ｍｍ角の圧電素子と、圧電素子に合わせた大きさのヒンジ板を作成した。
このように作成した圧電素子やヒンジ板と、図１２に示すサスペンション１４０やアーム部１０６とを図１２に示すように接着し、配線を施して、図１２に示す構造を有する複合体を組み立てた。
この複合体の動作特性を評価したところ、ヘッドの変位は、３Ｖという非常に低い駆動電圧で１．０μｍという大きな変位であった。また、共振周波数は、１０ｋＨｚという十分に高い周波数であった。
最後に、第４実施例について説明する。
この第４実施例では、第１実施例で作成した複合体のスライダの位置をヘッド側にずらした構造の複合体を作成した。
この複合体の動作特性を評価したところ、ヘッドの変位は、１２Ｖという低い駆動電圧で１．５μｍという大きな変位であった。この変位は、第１実施例における変位よりも大きい。また、主共振のほかに弱い副共振が生じたものの、主共振点における共振周波数は、２５ｋＨｚという高い周波数であった。
なお、上述した各実施形態や各実施例の説明では、情報記憶装置の一例としてハードディスク装置が示されているが、本発明の情報記憶装置は、ヘッドをアームで保持して移動させる方式の装置であれば、光ディスク装置や光磁気ディスク装置であってもよい。
また、上述した各実施形態および各実施例では、アーム部およびヘッド部の双方から独立であるヒンジ板、あるいは、アーム部およびヘッド部のいずれか一方のみと一体に形成されたヒンジ板が示されているが、本発明にいうヒンジ板は、アーム部およびヘッド部の双方と一体に形成されたものであってもよい。
上記説明したように、本発明によれば、低い駆動電圧で大きな変位が得られる、小型軽量で耐衝撃性が良好な、高精度かつ低コストの圧電アクチュエータが得られる。また、本発明によれば、高記録密度の情報記憶装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る情報記録装置の実施形態に共通する構造を示す図である。
図２は、本発明に係る情報記録装置の第１実施形態におけるヘッド部アクチュエータ周辺を示す分解斜視図である。
図３は、ヘッド部アクチュエータの周辺を示す２面図である。
図４は、ヘッド部アクチュエータを構成する圧電素子を示す図である。
図５は、ヘッド部アクチュエータを構成するヒンジ板を示す図である。
図６は、本発明に係る圧電アクチュエータの駆動原理の説明図である。
図７は、本発明に係る情報記録装置の第２実施形態におけるヘッド部アクチュエータ周辺を示す２面図である。
図８は、本発明にいうヒンジ板のバリエーションを示す図である。
図９は、本発明にいう圧電素子の他の例を示す図である。
図１０は、本発明に係る情報記録装置の第３実施形態におけるヘッド部アクチュエータ周辺を示す分解斜視図である。
図１１は、本発明に係る情報記録装置の第４実施形態におけるヘッド部アクチュエータ周辺を示す分解斜視図である。
図１２は、本発明に係る情報記録装置の第５実施形態におけるヘッド部アクチュエータ周辺を示す分解斜視図である。
図１３は、本発明に係る情報記録装置の第６実施形態におけるヘッド部アクチュエータ周辺を示す分解斜視図である。
図１４は、本発明に係る情報記録装置の第７実施形態におけるヘッド部アクチュエータ周辺を示す分解斜視図である。
【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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