(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシャを設けるロードビームと、
前記ロードビームの基部に設けるアクチュエータベースと、
前記アクチュエータベースに形成された開口部に収容され、電圧が印加されたときに前記ロードビームを変位させる歪みを生じる圧電セラミック素子と、
前記圧電セラミック素子を前記アクチュエータベースに固定する接着剤層とを具備し、
前記接着剤層は、
電気絶縁性を有し前記圧電セラミック素子の両端面と前記開口部の内面との間の１０μｍ以上のクリアランスおよび前記圧電セラミック素子の底面の電極と前記開口部の内面との間の１０μｍ以上５０μｍ以下のクリアランスに充填され、硬化後のヤング率が６０ＭＰａ以上の接着剤と、
該接着剤に混入され前記圧電セラミック素子と前記アクチュエータベースとの間に電気絶縁のための前記クリアランスを確保可能な大きさの電気絶縁材料からなり、ヤング率が前記接着剤よりも高くかつ粒径が１０μｍ以上５０μｍ以下で前記圧電セラミック素子と前記開口部の内面との間の前記クリアランスに介在する複数のフィラーとを有し、
前記圧電セラミック素子に電圧が印加されたときの該圧電セラミック素子の変位を前記接着剤層を介して前記ロードビームに伝えることを特徴とするディスク装置用サスペンション。
【請求項２】
前記圧電セラミック素子の表面と裏面に、互いに異なる極性の電極が形成されていることを特徴とする請求項１記載のディスク装置用サスペンション。
【請求項３】
前記ロードビームと前記アクチュエータベースが可撓性のヒンジ部材によって互いに連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載のディスク装置用サスペンション。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置に内蔵されるディスク装置用サスペンションに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転する磁気ディスクあるいは光磁気ディスク等を備えたディスク装置において、ディスクの記録面にデータを記録したりデータを読取るために磁気ヘッドが使われている。この磁気ヘッドは、ディスクの記録面と対向するスライダと、スライダに内蔵されたトランスジューサなどを含んでおり、ディスクが高速回転することによってスライダがディスクから僅かに浮上し、ディスクとスライダとの間にエアベアリングが形成されるようになっている。前記磁気ヘッドを保持するためのサスペンションは、ロードビームと呼ばれるビーム部材と、ロードビームに固定された極薄い板ばねからなるフレキシャと、ロードビームの基部に設けるベースプレートなどを備えている。フレキシャの先端部に磁気ヘッドを構成するスライダが装着される。
【０００３】
ハードディスク装置（ＨＤＤ）においては、ディスクのトラック中心をトラック幅の±１０％以下でフォローイング制御を行う必要がある。近年のディスクの高密度化によってトラック幅は１μｍ以下になりつつあり、スライダをトラック中心に保つことが困難になる傾向がある。このためディスクの剛性を上げるなどの低振動化を図るだけでなく、スライダの位置制御をさらに正確に行う必要が生じている。
【０００４】
従来のディスク装置は、一般にボイスコイルモータのみによってサスペンションを動かすシングル・アクチュエータ方式であった。このものは、低い周波数帯域に多くの共振ピークが存在するため、ボイスコイルモータのみによってサスペンション先端のスライダ（ヘッド部）を高い周波数帯域で制御することが困難であり、サーボのバンド幅を上げることができなかった。
【０００５】
そこでボイルコイルモータ以外に、マイクロアクチュエータ部を備えたデュアル・アクチュエータ方式のサスペンションが開発されている。マイクロアクチュエータ部は、第２のアクチュエータによってロードビームの先端側あるいはスライダをサスペンションの幅方向（いわゆるスウェイ方向）に微量だけ動かすようにしている。
【０００６】
この第２のアクチュエータによって駆動される可動部は、シングル・アクチュエータ方式に比べてかなり軽量であるため、スライダを高い周波数帯域で制御することができる。このため、スライダの位置制御を行うサーボのバンド幅をシングル・アクチュエータ方式と比較して数倍高くすることができ、その分、トラックミスを少なくすることが可能となる。
【０００７】
前記第２のアクチュエータの材料として、ＰＺＴと呼ばれるジルコンチタン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の固溶体）などの圧電セラミック素子が適していることが知られている。ＰＺＴは共振周波数が著しく高いため、デュアル・アクチュエータ方式における第２のアクチュエータに適している。この圧電セラミック素子は、接着剤によってアクチュエータベースに固定される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記マイクロアクチュエータ部に使われるＰＺＴ等の圧電セラミック素子は、厚さが数十μｍから数百μｍと薄く、しかももろい。この素子の表面あるいは裏面には、この素子に通電するための電極が形成されている。一方、アクチュエータベースを構成する金属製のベースプレート等は、電気的グランドとして使用される。このため圧電セラミック素子の電極とアクチュエータベースとの間の電気的短絡を防ぐために、両者間に電気絶縁のためのクリアランスが必要である。
【０００９】
前記のように圧電セラミック素子とアクチュエータベースとの間に一定のクリアランスを確保するには、一般的に、治具によって圧電セラミック素子とアクチュエータベースを定位置に拘束した状態で、接着剤を硬化させることが考えられる。
【００１０】
しかしながら治具を用いて圧電セラミック素子を拘束すると、接着剤が硬化する過程で接着剤が僅かに収縮することにより、圧電セラミック素子に応力が発生し、圧電セラミック素子が破損することがある。この素子が接着工程で破損しなくても、その後に行われるボンディング工程等において、素子に外力が加わったときに、前述の残留応力が原因となって素子が破損することがある。
【００１１】
従って本発明の目的は、圧電セラミック素子を破損させることなく圧電セラミック素子とアクチュエータベースとの間を確実に絶縁することができるようなディスク装置用サスペンションを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を果たすための本発明のサスペンションは、フレキシャを設けるロードビームと、前記ロードビームの基部に設けるアクチュエータベースと、前記アクチュエータベースに形成された開口部に収容され、電圧が印加されたときに前記ロードビームをスウェイ方向に変位させる歪みを生じる圧電セラミック素子と、前記圧電セラミック素子を前記アクチュエータベースに固定する接着剤層とを具備し、前記接着剤層は、電気絶縁性を有し前記圧電セラミック素子の両端面と前記開口部の内面との間の１０μｍ以上のクリアランスおよび前記圧電セラミック素子の底面の電極と前記開口部の内面との間の１０μｍ以上５０μｍ以下のクリアランスに充填され、硬化後のヤング率が６０ＭＰａ以上の接着剤と、この接着剤に混入され前記圧電セラミック素子と前記アクチュエータベースとの間に電気絶縁のための前記クリアランスを確保可能な大きさの電気絶縁材料からなり、ヤング率が前記接着剤よりも高くかつ粒径が１０μｍ以上５０μｍ以下で前記圧電セラミック素子と前記開口部の内面との間の前記クリアランスに介在する複数のフィラーとを有し、前記圧電セラミック素子に電圧が印加されたときの該圧電セラミック素子の変位を前記接着剤層を介して前記ロードビームに伝えることを特徴とするディスク装置用サスペンションである。フィラーは、例えば二酸化けい素の粒のように電気絶縁性を有しかつ圧縮荷重に対して変形しにくい材料が適している。
【００１３】
本発明のサスペンションにおいて、前記アクチュエータベースに前記圧電セラミック素子を収容可能な開口部が形成され、該開口部に前記圧電セラミック素子が収容されている。
また、本発明のサスペンションにおいて、前記圧電セラミック素子の表面と裏面に、互いに異なる極性の電極が形成されていてもよい。
【００１４】
本発明のサスペンションにおいて、望ましくは前記フィラーの粒径が１０μｍ以上、さらに好ましくは３０μｍ以上が推奨される。また前記接着剤の硬化後のヤング率は、望ましくは６０ＭＰａ以上である。
本発明のサスペンションは、ロードビームとアクチュエータベースが可撓性のヒンジ部材によって互いに連結されていてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第１の実施形態のディスク装置用サスペンション１０Ａについて、図１から図５を参照して説明する。
図１に示されたデュアル・アクチュエータ方式のサスペンション１０Ａは、ロードビーム１１と、マイクロアクチュエータ部１２と、ベースプレート１３と、ヒンジ部材１４などを備えている。ロードビーム１１は、厚さが例えば１００μｍ前後のばね性を有する金属板からなる。ロードビーム１１にフレキシャ１５が取付けられる。フレキシャ１５はロードビーム１１よりもさらに薄い精密な金属製の薄板ばねからなる。フレキシャ１５の前端部に、磁気ヘッドを構成するスライダ１６が設けられる。
【００１６】
図２に示すようにベースプレート１３の基部２０に円形のボス孔２１が形成されている。ベースプレート１３の基部２０と前端部２２との間に、下記圧電セラミック素子４０を収容可能な大きさの一対の開口部２３が形成されている。一対の開口部２３の間に、ベースプレート１３の前後方向（サスペンション１０Ａの軸線方向）に延びる帯状の連結部２４が設けられている。連結部２４は、ベースプレート１３の幅方向（図１中に矢印Ｓで示すスウェイ方向）にある程度撓むことができる。
【００１７】
ベースプレート１３の基部２０は、図示しないボイスコイルモータによって駆動されるアクチュエータアームの先端部に固定され、ボイスコイルモータによって旋回駆動されるようになっている。ベースプレート１３は板厚が例えば２００μｍ前後のステンレス鋼などの金属板からなる。この実施形態の場合、ベースプレート１３とヒンジ部材１４とによって、この発明で言うアクチュエータベース２５が構成されている。
【００１８】
図３に示すようにヒンジ部材１４は、ベースプレート１３の前記基部２０に重ねて固定される基部３０と、ベースプレート１３の連結部２４と対応した位置に形成された帯状のブリッジ部３１と、ベースプレート１３の前端部２２と対応した位置に形成された中間部３２と、板厚方向に弾性変形可能な可撓性を有する一対のヒンジ部３３と、ロードビーム１１に固定される先端部３４などを有している。このヒンジ部材１４は、板厚が例えば５０μｍ前後のばね性を有する金属板からなる。
【００１９】
マイクロアクチュエータ部１２は、ＰＺＴ等の板状の圧電素子からなる一対の圧電セラミック素子４０を含んでいる。矩形の圧電セラミック素子４０は、その厚み方向の表面５０および裏面５１（図４に示す）と、長手方向の両端に位置する端面５２，５３と、両側面５４，５５とを有している。
【００２０】
これらの圧電セラミック素子４０は、互いにほぼ平行となるようにアクチュエータベース２５の開口部２３に収容されている。圧電セラミック素子４０の両端面５２，５３は、開口部２３に挿入された状態において、それぞれ、開口部２３の長手方向両端の内面６０，６１との間に形成されるクリアランスを介して互いに対向している。素子４０の両側面５４，５５のうち、連結部２４に近い側面５４は、連結部２４の側面２４ａとの間に形成されるクリアランスを介して互いに対向している。
【００２１】
図４に示すように、圧電セラミック素子４０の表面５０と裏面５１に、それぞれスパッタリングあるいはメッキ等によって、金属等の導電材料からなる電極７０，７１が形成されている。一方の電極７０は、銀ペースト７２によってベースプレート１３に接地される。他方の電極７１にワイヤ７３が接続される。このワイヤ７３は、フレキシャ１５に設けられたフレキシブルな配線部材の端子７４にボンディングされる。
【００２２】
素子４０の一端部４０ａは、ヒンジ部材１４の基部３０に、接着剤層８０によって固定される。素子４０の他端部４０ｂは、ヒンジ部材１４の中間部３２に、接着剤層８０によって固定される。このとき接着剤層８０は、素子４０とアクチュエータベース２５の開口部２３の内面６０，６１との間にも充填される必要がある。これは素子４０の歪み（変位）をより効果的にロードビーム１１に伝えるためと、素子４０の端面５２，５３や側面５４，５５等とアクチュエータベース２５との絶縁を十分に確保するためである。
【００２３】
これら一対の圧電セラミック素子４０は、電圧が印加されたときに、一方の素子４０が長手方向に伸びるとともに、他方の素子４０が長手方向に縮む。このように一対の圧電セラミック素子４０の歪む方向とストロークに応じて、ロードビーム１１側が幅方向（スウェイ方向）に所望量だけ変位することになる。
【００２４】
図５に模式的に示すように接着剤層８０は、電気絶縁性のマトリックス樹脂として機能する接着剤８１と、この接着剤８１に混入された電気絶縁材料からなる多数の粒状のフィラー８２とを有している。接着剤８１の一例はエポキシ系であるが、アクリル系をはじめとして周知の合成樹脂系接着剤を適用することができる。
【００２５】
フィラー８２は、圧電セラミック素子４０とアクチュエータベース２５との間に介在し、両者間に電気絶縁のためのクリアランスを確保することのできる大きさを有している。フィラー８２の粒径は１０μｍ以上、望ましくは３０μｍである。フィラー８２の材質の一例はシリカ（二酸化けい素）であるが、それ以外にセラミックスあるいはガラスの粒、合成樹脂の粒など、要するに電気絶縁性を有しかつ圧縮荷重に対して変形しにくい材料を採用することができる。
【００２６】
接着剤層８０に多数のフィラー８２を混入したことにより、治具を用いることなく、圧電セラミック素子４０とアクチュエータベース２５との間に、所定のクリアランスを確保することができた。例えば図５に模式的に示すように、素子４０の電極７１とヒンジ部材１４との間のクリアランスＣ１と、素子４０の端面５２，５３とベースプレート１３の内面６０，６１との間のクリアランスＣ２が、それぞれ１０μｍ以上確保される。
【００２７】
この実施形態のサスペンション１０Ａの素子４０の電気絶縁性に関して、１００ボルト，２００ボルト，３００ボルト，４００ボルトの各電圧について絶縁試験を行ったところ、本実施例の接着剤層８０を用いて素子４０を固定した場合には、上記全ての電圧において電気絶縁性を確保できることが確認された。
【００２８】
これに対し、フィラー８２を混入しない接着剤を用い、治具を使わずに素子４０を固定した場合についても、上記それぞれの電圧で絶縁試験を実施した。この場合、絶縁のためのクリアランスが不足する例が見られ、１００ボルトあるいは４００ボルトで絶縁不良が生じるものがあった。
【００２９】
本発明者らは多数のサスペンションを試作し、フィラーを混入しない接着剤を用いた場合に、所定の電気絶縁が確保されていたサスペンションの数と、クリアランスＣ１（図５に示す素子４０とヒンジ部材１４との間のクリアランス）との関係を調べた。その結果を図６に示す。
【００３０】
図７は、同じくフィラーを混入しない接着剤を用いた場合に、電気絶縁が確保されていたサスペンションの数と、クリアランスＣ２（素子４０とベースプレート１３との間のクリアランス）との関係を調べた結果を示している。これらの絶縁テストにより、クリアランスＣ１，Ｃ２が１０μｍを越えていれば所定の電気絶縁が得られることが判った。言い換えると、１０μｍ以上のフィラー８２を接着剤８１に混入することで、所定の電気絶縁が確保されるのである。
【００３１】
前記実施形態では、粒径１０μｍ以上のフィラー８２を混入した接着剤層８０によって、素子４０をアクチュエータベース２５に固定することにより、治具を用いることなく適正なクリアランス（１０μｍ〜５０μｍ前後）を確保することができた。この実施形態によれば、治具を用いて素子を拘束する場合に見られるような接着剤硬化後の応力の発生が回避される。
【００３２】
本発明者らは、前記実施形態に沿うサンプル品を５つ製作し、接着剤硬化後に素子４０に荷重を負荷したときに素子４０が破壊する荷重を調べた。一方、治具によって素子を拘束した状態で接着剤（フィラーなし）を硬化させた比較品を５つ製作し、素子が破壊する荷重も調べた。
【００３３】
この破壊試験の結果、前記実施形態に沿うサンプル品１〜５はそれぞれ１４０グラム，１６０グラム，１３０グラム，１８０グラム，１３０グラムで破損し、平均荷重は１４８グラムであった。これに対し、比較品１〜５の場合には、それぞれ９０グラム，７０グラム，８０グラム，４０グラム，８０グラムで破損し、平均荷重は７２グラムという小さい値であった。
【００３４】
図８は前記接着剤のヤング率と素子４０のストロークとの関係を示している。図８中のＬ１が解析値、Ｌ２は測定値である。この図から、接着剤８１のヤング率は大きい方が素子４０のストロークを確保する上で有利であることが判る。特にヤング率が６０ＭＰａ以上の接着剤を用いることにより、実用に適したストロークを確保することができる。
【００３５】
図９は本発明の第２の実施形態のサスペンション１０Ｂを示している。このサスペンション１０Ｂの場合、圧電セラミック素子４０の裏面５１側に一対の電極９１，９２を形成し、第１の電極９１を銀ペースト７２によってヒンジ部材１４に接地している。第２の電極９２に接続されるワイヤ７３は、フレキシャ１５の端子７４にボンディングされている。それ以外の構成と作用については、第１の実施形態のサスペンション１０Ａと共通であるから、両者に共通の符号を付して説明は省略する。この実施形態のサスペンション１０Ｂも、フィラー入りの接着剤層８０によって、圧電セラミック素子４０の電極９２とヒンジ部材１４との間に、絶縁のためのクリアランスが確保されている。
【００３６】
なお、前記各実施形態では、圧電セラミック素子４０をアクチュエータベース２５に形成された開口部２３に収容しているが、素子４０を開口部２３に収容する代りに、図９中に２点鎖線Ｆで示すように、ベースプレート１３の上に素子４０を重ねた状態で、前記接着剤層８０によって素子４０を固定してもよい。
【００３７】
これらの実施形態をはじめとして、この発明を実施するに当たって、ロードビームやアクチュエータベース、ベースプレート、接着剤、フィラー、圧電セラミック素子など、この発明を構成する各要素をこの発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜に変形して実施できることは言うまでもない。またベースプレートとロードビームは、それぞれ、アルミニウム合金等の軽合金あるいは、軽合金とステンレス鋼のクラッド材を用いることによって軽量化を図ってもよい。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、圧電セラミック素子の電極等の導電部とアクチュエータベースとの間に、電気絶縁に必要な適正なクリアランスが容易に確保される。この場合、治具によって素子を拘束することなく接着剤を硬化させることができるため、応力の発生が回避され、素子が破損することを防止できる。一般的な圧電セラミック素子に印加される電圧は勿論のこと、さらに高い電圧に対しても電気絶縁性を確保することができ、かつ、接着剤のヤング率を６０ＭＰａ以上とすることにより、圧電セラミック素子のストロークを実用上問題ないレベルに確保することができる。この場合、接着剤よりもヤング率の高い材料からなるフィラーを混入したことにより、接着剤層のヤング率をさらに高めることが可能である。
【００３９】
本発明によれば、圧電セラミック素子をアクチュエータベースの開口部に収容することにより、圧電セラミック素子を保護することができ、しかもマイクロアクチュエータ部の厚さを薄くすることが可能となる。また、ベースプレートの厚み方向の中心と、圧電セラミック素子の厚み方向の中心のずれが小さくなるため、圧電セラミック素子の変位をスウェイ方向に有効に伝えることができる。
【００４０】
請求項２に記載した発明によれば、表裏両面に電極が形成された圧電セラミック素子の第１の電極をアクチュエータベースに接地し、第２の電極にワイヤをボンディングするマイクロアクチュエータ部において、第２の電極とアクチュエータベースとの間に電気絶縁のための適正なクリアランスが確保される。
【００４２】
請求項３に記載した発明によれば、ロードビームとアクチュエータベースがヒンジ部材を介して互いに連結されるため、ロードビームとアクチュエータベースおよびヒンジ部材に要求されるそれぞれの特性に適した材料を用いることができ、サスペンションとしての特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態を示すサスペンションの平面図。
【図２】  図１に示されたサスペンションのベースプレートの平面図。
【図３】  図１に示されたサスペンションのヒンジ部材の平面図。
【図４】  図１に示されたサスペンションのマイクロアクチュエータ部の断面図。
【図５】  図１に示されたマイクロアクチュエータ部の一部を拡大して示す断面図。
【図６】  素子とヒンジ部材との間のクリアランスと、絶縁が確保されているサスペンション数との関係を示す図。
【図７】  素子とベースプレートとの間のクリアランスと、絶縁が確保されているサスペンション数との関係を示す図。
【図８】  接着剤のヤング率と圧電セラミックス素子のストロークとの関係を示す図。
【図９】  本発明の第２の実施形態を示すサスペンションの一部の断面図。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ｂ…ディスク装置用サスペンション
１１…ロードビーム
１２…マイクロアクチュエータ部
１３…ベースプレート
１４…ヒンジ部材
２３…開口部
２５…アクチュエータベース
４０…圧電セラミック素子
７０，７１…電極
８０…接着剤層
８１…接着剤
８２…フィラー
９１，９２…電極
【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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