(57)【要約】【課題】マイクロアクチュエータの動作量の低下を抑制する。【解決手段】本発明の一実施形態のマイクロアクチュエータ２０５は、シリコン基板２５１とピエゾ素子２５５を有する。シリコン基板２５１は剛性を有しており、ピエゾ素子２５５に対して弾性反力を及ぼす。ピエゾ素子２５５は、シリコン基板２５１の反対側において、セカンダリ圧電層６２がプライマリ圧電層６１上に積層されている。セカンダリ圧電層６２の収縮力は、プライマリ圧電層６１がシリコン基板２５１と反対側であるセカンダリ圧電層６２側に湾曲するように作用する。プライマリ圧電層６１が伸張する場合、セカンダリ圧電層６２の収縮力は、プライマリ圧電層６１に対して、プライマリ圧電層６１が反るように作用する。【選択図】図７
2009076132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気記録再生素子を有するヘッドスライダを固定するためのプラットフォームと、
前記プラットフォームを回動させるように保持する基板と、
前記基板に保持され、印加電圧に応じて、前記基板の面方向において伸縮し、前記プラットフォームを前記面方向において動かすピエゾ素子と、を有し、
前記ピエゾ素子は、前記基板面上に位置し、前記印加電圧に応じて前記面方向において伸張力を生成するプライマリ圧電層と、当該基板面と反対側において前記プライマリ圧電層に積層され、前記印加電圧に応じて前記面方向において収縮力を生成するセカンダリ圧電層を有することを特徴とするマイクロアクチュエータ。
【請求項２】
前記プライマリ圧電層及び前記セカンダリ圧電層に積層された第１電極及び第２電極をさらに有し、
前記第１電極と前記第２電極との間において、前記プライマリ圧電層及び前記セカンダリ圧電層に電圧が印加され、
該セカンダリ圧電層は、該プライマリ圧電層と比べて印加電圧に対する分極方向が逆であって、かつ、該プライマリ圧電層より印加電圧に対する電界の強さが弱いことを特徴とする請求項１に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項３】
前記第１電極と前記第２電極との間の印加電圧について、前記プライマリ圧電層の分極を変化させる閾値電圧は、前記セカンダリ圧電層の分極を変化させる閾値電圧より小さいことを特徴とする請求項２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項４】
前記プライマリ圧電層と前記セカンダリ圧電層とは、同一材料で形成されており、
前記プライマリ圧電層は、複数の圧電層から構成されており、
前記第１電極と前記第２電極とは、それぞれ櫛状電極であり、
前記セカンダリ圧電層とプライマリ圧電層における複数の圧電層のそれぞれが前記第１電極の歯と前記第２電極の歯とに挟まれており、
前記プライマリ圧電層における複数の圧電層の１つの厚みよりも前記セカンダリ圧電層の厚みの方が大きいことを特徴とする請求項２に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項５】
前記基板は、シリコン基板であり、
当該シリコン基板には、ばね性を有する梁が形成され、
前記ピエゾ素子の伸縮に応じ、梁が変位することにより、前記プラットフォームを動かすことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項６】
磁気記録再生素子を有するヘッドスライダと、
前記ヘッドスライダを固定するためのプラットフォームと、
前記プラットフォームを回動させるように保持する基板と、
前記基板に保持され、印加電圧に応じて、前記基板の面方向において伸縮し、前記プラットフォームを前記面方向において動かすピエゾ素子と、
前記基板を先端に配置するサスペンションを有し、
前記ピエゾ素子は、前記基板面上に位置し、前記印加電圧に応じて前記面方向において伸張力を生成するプライマリ圧電層と、当該基板面と反対側において前記プライマリ圧電層に積層され、前記印加電圧に応じて前記面方向において収縮力を生成するセカンダリ圧電層を有することを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
【請求項７】
前記プライマリ圧電層及び前記セカンダリ圧電層に積層された第１電極及び第２電極をさらに有し、
前記第１電極と前記第２電極との間において、前記プライマリ圧電層及び前記セカンダリ圧電層に電圧が印加され、
該セカンダリ圧電層は、該プライマリ圧電層と比べて印加電圧に対する分極方向が逆であって、かつ、該プライマリ圧電層より印加電圧に対する電界の強さが弱いことを特徴とする請求項６に記載のヘッドジンバルアセンブリ。
【請求項８】
前記第１電極と前記第２電極との間の印加電圧について、前記プライマリ圧電層の分極を変化させる閾値電圧は、前記セカンダリ圧電層の分極を変化させる閾値電圧より小さいことを特徴とする請求項７に記載のヘッドジンバルアセンブリ。
【請求項９】
前記プライマリ圧電層と前記セカンダリ圧電層とは、同一材料で形成されており、
前記プライマリ圧電層は、複数の圧電層から構成されており、
前記第１電極と前記第２電極とは、それぞれ櫛状電極であり、
前記セカンダリ圧電層とプライマリ圧電層における複数の圧電層のそれぞれが前記第１電極の歯と前記第２電極の歯とに挟まれており、
前記プライマリ圧電層における複数の圧電層の１つの厚みよりも前記セカンダリ圧電層の厚みの方が大きいことを特徴とする請求項７に記載のヘッドジンバルアセンブリ。
【請求項１０】
前記基板は、シリコン基板であり、
当該シリコン基板には、ばね性を有する梁が形成され、
前記ピエゾ素子の伸縮に応じ、梁が変位することにより、前記プラットフォームを動かすことを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載のヘッドジンバルアセンブリ。
【請求項１１】
ディスクと、
前記ディスクに対して情報を記録再生するための素子を有するヘッドスライダと、
前記ヘッドスライダを固定するためのプラットフォームと、
前記プラットフォームを回動させるように保持する基板と、
前記基板に保持され、印加電圧に応じて、前記基板の面方向において伸縮し、前記プラットフォームを前記面方向において動かすピエゾ素子と、
前記基板を先端に配置し、前記ディスク上で前記基板を移動させる移動機構と、
前記ピエゾ素子と前記移動機構を制御し、前記ヘッドスライダのディスク上での位置を制御する制御部を有し、
前記ピエゾ素子は、前記基板面上に位置し、前記印加電圧に応じて前記面方向において伸張力を生成するプライマリ圧電層と、当該基板面と反対側において前記プライマリ圧電層に積層され、前記印加電圧に応じて前記面方向において収縮力を生成するセカンダリ圧電層を有することを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項１２】
前記プライマリ圧電層及び前記セカンダリ圧電層に積層された第１電極及び第２電極をさらに有し、
前記第１電極と前記第２電極との間において、前記プライマリ圧電層及び前記セカンダリ圧電層に電圧が印加され、
該セカンダリ圧電層は、該プライマリ圧電層と比べて印加電圧に対する分極方向が逆であって、かつ、該プライマリ圧電層より印加電圧に対する電界の強さが弱いことを特徴とする請求項１１に記載の磁気ディスク装置。
【請求項１３】
前記第１電極と前記第２電極との間の印加電圧について、前記プライマリ圧電層の分極を変化させる閾値電圧は、前記セカンダリ圧電層の分極を変化させる閾値電圧より小さいことを特徴とする請求項１２に記載の磁気ディスク装置。
【請求項１４】
前記プライマリ圧電層と前記セカンダリ圧電層とは、同一材料で形成されており、
前記プライマリ圧電層は、複数の圧電層から構成されており、
前記第１電極と前記第２電極とは、それぞれ櫛状電極であり、
前記セカンダリ圧電層とプライマリ圧電層における複数の圧電層のそれぞれが前記第１電極の歯と前記第２電極の歯とに挟まれており、
前記プライマリ圧電層における複数の圧電層の１つの厚みよりも前記セカンダリ圧電層の厚みの方が大きいことを特徴とする請求項１２に記載の磁気ディスク装置。
【請求項１５】
前記基板は、シリコン基板であり、
当該シリコン基板には、ばね性を有する梁が形成され、
前記ピエゾ素子の伸縮に応じ、梁が変位することにより、前記プラットフォームを動かすことを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれかに記載の磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロアクチュエータ、ヘッドジンバルアセンブリ及び磁気ディスク装置に関し、特に、ピエゾ素子を用いたマイクロアクチュエータの動作に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスク・ドライブ装置として、光ディスク、光磁気ディスク、あるいはフレキシブル磁気ディスクなどの様々な態様の記録ディスクを使用する装置が知られているが、その中で、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）は、コンピュータの記憶装置として広く普及し、現在のコンピュータ・システムにおいて欠かすことができない記憶装置の一つとなっている。この他、動画像記録再生装置、カーナビゲーション・システム、あるいは携帯電話など、ＨＤＤの用途は、その優れた特性により益々拡大している。
【０００３】
ＨＤＤで使用される磁気ディスクは、同心円状に形成された複数のデータ・トラックを有しており、各データ・トラックにはアドレス情報を有する複数のサーボ・データとユーザ・データを含む複数のデータ・セクタが記録されている。ヘッド素子部がサーボ・データのアドレス情報に従って所望のデータ・セクタにアクセスすることによって、データ・セクタへのデータ書き込み及びデータ・セクタからのデータ読み出しを行うことができる。
【０００４】
ヘッド素子部はスライダ上に形成されており、さらにそのスライダはアクチュエータのサスペンション上に固着されている。アクチュエータとヘッドスライダのアセンブリを、ヘッドスタックアセンブリ（ＨＳＡ）と呼ぶ。また、サスペンションとヘッドスライダのアセンブリを、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）と呼ぶ。
【０００５】
磁気ディスクに対向するスライダＡＢＳ（Air Bearing Surface）面と回転している磁気ディスクとの間の空気の粘性による圧力が、サスペンションによって磁気ディスク方向に加えられる圧力とバランスすることによって、ヘッドスライダは磁気ディスク上を一定のギャップを置いて浮上することができる。アクチュエータが回動軸を中心に回動することによって、ヘッドスライダを目的のトラックへ移動すると共に、そのトラック上に位置決めする。
【０００６】
磁気ディスクのＴＰＩ（Track Per Inch）の増加に従い、ヘッドスライダの位置決め精度の向上が求められる。しかしながら、ＶＣＭ（Voice Coil Motor）によるアクチュエータの駆動では、その位置決め精度を向上させることが難しくなってきている。そのため、アクチュエータの先端に小型のアクチュエータ（マイクロアクチュエータ）を実装し、より精細な位置決めを可能とする技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／００４４６９８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１のマイクロアクチュエータは、基板上の端部に固定されたピエゾ素子とを有している。ヘッドスライダは、上記基板上の中央付近に固着される。ピエゾ素子が面内方向において伸縮するのに伴い、基板に形成されたばね性を有する梁が面内方向で高精細に変位し、それに従いヘッドスライダが回動する。これによって、ヘッド素子部を所望の位置に高精度に位置決めすることを可能とする。
【０００８】
マイクロアクチュエータによる高精度な位置制御を十分な範囲で行うためには、ピエゾ素子の伸縮ストロークを大きくすることが重要である。ピエゾ素子は、印加された電圧に応じて伸縮するため、ピエゾ素子への印加電圧を大きくすることで、そのストロークを大きくすることができる。しかし、ＨＤＤに外部から与えられる電源電圧は、１２Ｖ程度の決められた一定電圧である。ＨＤＤに昇圧回路を実装することによって、外部からの供給電圧を昇圧し、より高い電圧をピエゾ素子に与えることができる。しかし、回路構成をよりシンプルなものとし、またコストを低減するためには、そのような付加的な回路を使用しないことが好ましい。
【０００９】
従って、限定された電圧内において、付加回路を使用せず、ピエゾ素子の構造により、伸縮ストロークを可能な限り大きくすることが求められる。ピエゾ素子の構造としては、以下の文献をはじめ、様々なものが提案されている。
【特許文献２】特開平１１‐３１３６８号公報
【特許文献３】特開平１１‐８７７９０号公報
【特許文献４】特開平５‐１９８８６０号公報
【００１０】
しかしながら、ピエゾ素子を用いたマイクロアクチュエータにおいては、基板の弾性変形の影響を受け、ピエゾ素子の伸縮ストローク（面内方向における変位量）が減少するという問題があることが分かった。図１１は、基板上７５１に固着されたピエゾ素子７５５の伸縮と変形を模式的に示している。なお、図１１は概念図であって、実際の寸法とは異なる。
【００１１】
基板７５１は剛性を有するため、弾性力を有している。そのため、例えば図１１のようにピエゾ素子７５５が伸張すると、基板７５１の弾性力によりピエゾ素子７５５が基板７５１側に傾く。この傾きにより、ピエゾ素子７５５の伸縮ストロークは４０％減少する。限られた電圧内で、伸縮ストロークを可能な限り大きくするのに、この傾きによるストロークの減少は大きなロスとなり、これを抑制する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様に係るマイクロアクチュエータは、磁気記録再生素子を有するヘッドスライダを固定するためのプラットフォームと、前記プラットフォームを回動させるように保持する基板と、前記基板に保持され、印加電圧に応じて、前記基板の面方向において伸縮し、前記プラットフォームを前記面方向において動かすピエゾ素子と、を有し、前記ピエゾ素子は、前記基板面上に位置し、前記印加電圧に応じて前記面方向において伸張力を生成するプライマリ圧電層と、当該基板面と反対側において前記プライマリ圧電層に積層され、前記印加電圧に応じて前記面方向において収縮力を生成するセカンダリ圧電層を有する。
【００１３】
また、本発明の一態様に係るヘッドジンバルアセンブリは、磁気記録再生素子を有するヘッドスライダと、前記ヘッドスライダを固定するためのプラットフォームと、前記プラットフォームを回動させるように保持する基板と、前記基板に保持され、印加電圧に応じて、前記基板の面方向において伸縮し、前記プラットフォームを前記面方向において動かすピエゾ素子と、前記基板を先端に配置するサスペンションを有し、前記ピエゾ素子は、前記基板面上に位置し、前記印加電圧に応じて前記面方向において伸張力を生成するプライマリ圧電層と、当該基板面と反対側において前記プライマリ圧電層に積層され、前記印加電圧に応じて前記面方向において収縮力を生成するセカンダリ圧電層を有する。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る磁気ディスク装置は、ディスクと、前記ディスクに対して情報を記録再生するための素子を有するヘッドスライダと、前記ヘッドスライダを固定するためのプラットフォームと、前記プラットフォームを回動させるように保持する基板と、前記基板に保持され、印加電圧に応じて、前記基板の面方向において伸縮し、前記プラットフォームを前記面方向において動かすピエゾ素子と、前記基板を先端に配置し、前記ディスク上で前記基板を移動させる移動機構と、前記ピエゾ素子と前記移動機構を制御し、前記ヘッドスライダのディスク上での位置を制御する制御部を有し、前記ピエゾ素子は、前記基板面上に位置し、前記印加電圧に応じて前記面方向において伸張力を生成するプライマリ圧電層と、当該基板面と反対側において前記プライマリ圧電層に積層され、前記印加電圧に応じて前記面方向において収縮力を生成するセカンダリ圧電層を有する。
【００１５】
これらの態様によれば、前記プラットフォームを動かすために前記ピエゾ素子の前記プライマリ圧電層が伸張するとき、セカンダリ圧電層がプライマリ圧電層の伸張力と比較して弱く収縮するため、ピエゾ素子が基板側に傾くのに対抗して、その逆方向に反るように作用する。これにより、ピエゾ素子の伸縮ストロークの減少を抑制することができ、ひいては、高精度な位置制御を行うことのできるマイクロアクチュエータ、ヘッドジンバルアセンブリ及び磁気ディスク装置とすることができる。
【００１６】
具体的には、前記プライマリ圧電層及び前記セカンダリ圧電層に積層された第１電極及び第２電極をさらに有し、前記第１電極と前記第２電極との間において、前記プライマリ圧電層及び前記セカンダリ圧電層に電圧が印加され、該セカンダリ圧電層は、該プライマリ圧電層と比べて印加電圧に対する分極方向が逆であって、かつ、該プライマリ圧電層より印加電圧に対する電界の強さが弱い。
【００１７】
このように、ピエゾ素子において、セカンダリ圧電層が、プライマリ圧電層との間で印加電圧に対する逆の分極特性及び弱い電界特性を備えることにより、プライマリ圧電層が伸張するのに対し、セカンダリ圧電層は弱めに収縮することができる。
【００１８】
さらに、上述したような分極特性及び電界特性を備えるためには、前記第１電極と前記第２電極との間の印加電圧について、前記プライマリ圧電層の分極を変化させる閾値電圧は、前記セカンダリ圧電層の分極を変化させる閾値電圧より小さくすればよい。
【００１９】
また、この閾値電圧を異なるようにする具体的構成としては、前記プライマリ圧電層と前記セカンダリ圧電層とが、同一材料で形成され、前記プライマリ圧電層が、複数の圧電層から構成され、前記第１電極と前記第２電極とを、それぞれ櫛状電極とし、前記セカンダリ圧電層とプライマリ圧電層における複数の圧電層のそれぞれが前記第１電極の歯と前記第２電極の歯とに挟まれるようにし、前記プライマリ圧電層における複数の圧電層の１つの厚みよりも前記セカンダリ圧電層の厚みの方が大きくなるようにすればよい。
【００２０】
好ましくは、前記基板は、シリコン基板であり、当該シリコン基板には、ばね性を有する梁が形成され、前記ピエゾ素子の伸縮に応じ、梁が変位することにより、前記プラットフォームを動かす。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ピエゾ素子が基板側に傾くのに対抗して、その逆方向に反るように作用し、４０％減少していたピエゾ素子の伸縮ストロークをほぼ１００％に抑制することができる。ひいては、高精度な位置制御を行うことのできるマイクロアクチュエータ、ヘッドジンバルアセンブリ及び磁気ディスク装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。本実施形態においては、ディスク・ドライブ装置の一例として、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）について説明する。
【００２３】
図１を参照して、ＨＤＤの全体構成について説明を行う。ＨＤＤの各構成要素は、ベース１０２内に収容されている。なお、ベース１０２内の各構成要素の動作制御は、ベース外に固定された回路基板上の制御回路（不図示）が行う。ＨＤＤは、データを記憶するディスクである磁気ディスク１０１を備えている。ヘッドスライダ１０５は、ユーザ・データの磁気ディスク１０１への書き込み及び／又は読み出しを行う磁気記録再生素子を有するヘッド素子部と、そのヘッド素子部がその面上に形成されているスライダとを備えている。
【００２４】
アクチュエータ１０６は、ヘッドスライダ１０５を保持し、それを移動する。アクチュエータ１０６は回動軸１０７に回動自在に保持されており、駆動機構としてのボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）１０９によって駆動される。アクチュエータ１０６及びＶＣＭ１０９のアセンブリは、ヘッドスライダ１０５の移動機構である。この移動機構の駆動制御は、制御部によってなされ、ヘッドスライダのディスク上での位置制御がなされる。アクチュエータ１０６は、ヘッドスライダ１０５が配置された長手方向におけるその先端部から、サスペンション１１０、アーム１１１、コイル・サポート及びＶＣＭコイル１１３の順で結合された各構成部材を備えている。また、サスペンション１１０とヘッドスライダ１０５とによって、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）を構成する。
【００２５】
ベース１０２に固定されたスピンドル・モータ（ＳＰＭ）１０３は、所定の角速度で磁気ディスク１０１を回転する。磁気ディスク１０１へのアクセス（リードあるいはライト）のため、アクチュエータ１０６は回転している磁気ディスク１０１表面のデータ領域上でヘッドスライダ１０５を移動する。磁気ディスク１０１に対向するスライダのＡＢＳ（Air Bearing Surface）面と回転している磁気ディスク１０１との間の空気の粘性による圧力が、サスペンション１１０によって磁気ディスク１０１方向に加えられる圧力とバランスすることによって、ヘッドスライダ１０５は磁気ディスク１０１上を浮上する。磁気ディスク１０１の回転が停止する等のときには、アクチュエータ１０６はヘッドスライダ１０５をランプ１１５に退避させる。尚、ＣＳＳ（Contact Start and Stop）方式のＨＤＤに、本発明を適用することも可能である。
【００２６】
図２は、ＨＧＡ２００の各構成要素を示す分解斜視図である。本形態のサスペンション１１０は、フレックス・ケーブル２０１、ジンバル２０２、ロード・ビーム２０３及びマウント・プレート２０４、そしてマイクロアクチュエータ２０５を有している。ロード・ビーム２０３は、精密な薄板ばねとして、ステンレス鋼などによって形成される。その剛性はジンバル２０２よりも高い。ロード・ビーム２０３は、バネ性を有することによってヘッドスライダ１０５への荷重を発生させ、それがヘッドスライダ１０５のＡＢＳ面で発生する力とバランスする。
【００２７】
マウント・プレート２０４及びジンバル２０２は、例えば、ステンレス鋼で形成する。ジンバル２０２は、ジンバル・タング２２４を有しており、マイクロアクチュエータ２０５とヘッドスライダ１０５とは、このジンバル・タング２２４上に固定される。ジンバル・タング２２４は弾性的に支持されており、マイクロアクチュエータ２０５及びヘッドスライダ１０５を保持すると共に、自由に傾くことによってヘッドスライダ１０５の姿勢制御に寄与する。
【００２８】
フレックス・ケーブル２０１の一端の各端子はマイクロアクチュエータ２０５及びヘッドスライダ１０５に接続され、他端の端子はアクチュエータ１０６に固定される基板に接続される。フレックス・ケーブル２０１は、リード信号やライト信号の他、マイクロアクチュエータ２０５を制御する制御信号を伝送する。フレックス・ケーブル２０１は、ジンバル２０２に接着剤によって固定する。なお、同様の構造をジンバル２０２上に直接形成することもできる。
【００２９】
図３は、本形態のマイクロアクチュエータ２０５の構造を模式的に示す斜視図である。マイクロアクチュエータ２０５は、シリコン基板２５１、そのシリコン基板２５１上に保持されたヘッドスライダを固定するプラットフォーム２５２、ヘッドスライダ１０５との接続パッド２５３ａ〜２５３ｆ、フレックス・ケーブル２０１との接続パッド２５４ａ〜２５４ｈ、基板上に保持されたピエゾ素子２５５、そしてピエゾ素子２５５との接続パッド２５６ａ、２５６ｂを有している。ピエゾ素子２５５がシリコン基板２５１の面内方向において伸縮することによって、プラットフォーム２５２がシリコン基板２５１の面内方向において回動し、その上に固定されているヘッドスライダ１０５が回動する。
【００３０】
図４は、シリコン基板２５１の形状を模式的に示す平面図である。シリコン基板２５１の底面は、ジンバル・タング２２４に固着される面である。シリコン基板２５１は、エッチングにより形成されたばね性を有する梁を備え、梁の集合部５１１ａや５１２ａ〜５１２ｅでは、ピエゾ素子の伸縮に応じて、梁が変位し、後述するような特有の動きがなされる。この結果、シリコン基板２５１は、ピエゾ素子２５５の伸縮に応じて変位し、それにより、ヘッドスライダ１０５が回転する。図４の各矢印は、各部分の動きを示している。
【００３１】
具体的には、ピエゾ素子２５５が伸縮すると、ピエゾ素子２５５に固着されている接続パッド２５６ａ及びその近傍部分の５１１ａが変位する。その変位量は、５１２ａ〜５１２ｅに伝わる。５１２ａ〜５１２ｅは、ピエゾ素子２５５の伸縮に応じて伸縮し、全体として回動中心５１３を中心に回動する。５１２ｃ、５１２ｄに連結された回動ステージ５１４は、それらの伸縮に応じて回動する。これらの動きによって、５１２ａ〜５１２ｅの上に保持されたプラットフォーム２５２が、回動中心５１３を中心に回動する。シリコン基板２５１の裏面において、上記変形を妨げない領域５１５ａ、５１５ｂが、ジンバル・タング２２４に接着剤により固定される。
【００３２】
図５（ａ）は、ピエゾ素子２５５及びシリコン基板２５１の断面形状を模式的に示している。また、図５（ｂ）は、ピエゾ素子２５５が固定される位置の近傍のシリコン基板２５１形状を示している。図５（ａ）に示すように、ピエゾ素子２５５は、シリコン基板２５１の面内方向、つまり、ヘッドスライダ１０５が保持される面の面内方向において伸縮する。具体的には、アクチュエータ１０６の回動方向、あるいは磁気ディスク１１の半径方向において伸縮する。
【００３３】
図５（ａ）において、接続パッド２５６ｂは、その下に、基板のばね性を有する梁がないため、固定状態となる。接続パッド２５６ａは、その下に、基板のばね性を有する梁があるため、ピエゾ素子２５５の伸縮に応じて動く。従って、２５１の矢印部分が変位し、図５（ｂ）に示すように、ストローク増幅部５１６が変位する。ストローク増幅部５１６は複数の傾斜バーから構成されている。ストローク増幅部５１６の変形が、５１２ａ〜５１２ｅへと伝わる。典型的には、ピエゾ素子２５５には所定のバイアス電圧が加えられ、その電圧を中心として、印加電圧が増減される。これにより、保持されるヘッドスライダ１０５を双方向に回動することができる。ピエゾ素子の駆動制御は、制御部によってなされ、ヘッドスライダのディスク上での位置制御がなされる。
【００３４】
ピエゾ素子２５５は、シリコン基板２５１上に保持されている。シリコン基板２５１は剛性を有し、シリコン基板２５１の各可動部の弾性変形による反力がピエゾ素子２５５に加えられる。このため、ピエゾ素子２５５の伸張動作において、ピエゾ素子２５５がシリコン基板２５１側に傾き、シリコン基板２５１の面内方向におけるストロークが減少してしまうことが考えられる。
【００３５】
本形態のピエゾ素子２５５は、分極特性が異なる圧電層を積層することにより構成されている。具体的には、図６（ａ）に示すように、下側のプライマリ圧電層６１と上側のセカンダリ圧電層６２とから構成されている。プライマリ圧電層６１は、シリコン基板２５１上に保持される。セカンダリ圧電層６２は、シリコン基板２５１と反対側において、プライマリ圧電層６１上に積層されている。プライマリ圧電層６１が、セカンダリ圧電層６２とシリコン基板２５１との間に位置している。
【００３６】
ピエゾ素子２５５に駆動電圧が印加された場合、プライマリ圧電層６１とセカンダリ圧電層６２とは、反対の伸縮力を生成する。従って、図６（ｂ）に示すように、プライマリ圧電層６１が伸張しようとする場合、セカンダリ圧電層６２は収縮しようとする。逆に、図６（ｃ）に示すように、プライマリ圧電層６１が収縮しようとする場合、セカンダリ圧電層６２は伸張しようとする。
【００３７】
図７（ａ）は、基準状態にあるピエゾ素子２５５とシリコン基板２５１とを模式的に示す断面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の状態にあるピエゾ素子２５５が、伸張したときのピエゾ素子２５５とシリコン基板２５１とを模式的に示している。ピエゾ素子２５５とシリコン基板２５１との接続パッド２５６ｂは固定されており、実質的に動かない。一方、ピエゾ素子２５５の伸張力に応じて、接続パッド２５６ａは変位し、シリコン基板２５１の接続パッド２５６ａ近傍部分は変位する。
【００３８】
シリコン基板２５１は剛性を有しており、接続パッド２５６ａ及びピエゾ素子２５５に対して弾性反力を及ぼす。プライマリ圧電層６１のみからなるピエゾ素子の場合、図１１を参照して説明したように、ピエゾ素子はシリコン基板２５１の弾性力のためにシリコン基板２５１側にわずかに湾曲する。本形態のピエゾ素子２５５では、シリコン基板２５１の反対側において、セカンダリ圧電層６２がプライマリ圧電層６１上に積層されている。
【００３９】
セカンダリ圧電層６２は、シリコン基板２５１の弾性反力に対する抗力をプライマリ圧電層６１に及ぼす。つまり、プライマリ圧電層６１が伸張する場合、シリコン基板２５１の弾性反力は、プライマリ圧電層６１がシリコン基板２５１側に傾くように作用する。これに対抗して、セカンダリ圧電層６２の収縮力で、プライマリ圧電層６１がシリコン基板２５１と反対側であるセカンダリ圧電層６２側に傾くように作用させる。
【００４０】
このようにして、セカンダリ圧電層６２の収縮力とシリコン基板２５１の弾性反力がバランスするため、図７（ｂ）に示すように、本形態のピエゾ素子２５５は、シリコン基板２５１の基板面と実質的に平行な方向にまっすぐ伸張することができる。このように、セカンダリ圧電層６２によって、ピエゾ素子２５５のシリコン基板２５１側への傾きを抑制し、ピエゾ素子２５５の面内ストローク及びシリコン基板２５１の変位量の減少を抑制することができる。結果、同一印加電圧によるヘッドスライダ１０５の変位量を増加させることができる。実験の結果によれば、４０％減少していたピエゾ素子の伸縮ストロークをほぼ１００％することができる。
【００４１】
図７（ｂ）の状態においては、セカンダリ圧電層の収縮力とシリコン基板の弾性反力がバランスして、ピエゾ素子２５５がシリコン基板２５１の基板面と略平行に伸張している。これに対して、図７（ｃ）に示すように、セカンダリ圧電層の収縮力をシリコン基板の弾性反力よりも強くして、ピエゾ素子２５５が、その伸張において、セカンダリ圧電層６２側に湾曲するように、ピエゾ素子２５５及びシリコン基板２５１を設計することもできる。この状態は、図７（ｂ）の状態よりも、ピエゾ素子の変位量及びシリコン基板の変位量は大きくなる。結果、同一印加電圧によるヘッドスライダの変位量をより大きくすることができる。なお、その伸張においてピエゾ素子２５５がシリコン基板２５１側に傾く場合であっても、セカンダリ圧電層６２によって傾き量が低減されれば、ヘッドスライダ１０５の変位量の減少を小さくすることができる。
【００４２】
以下において、本形態のピエゾ素子２５５の構造についてより詳細に説明する。図８（ａ）は、ピエゾ素子２５５の好ましい構造の一例を模式的に示す断面図である。ピエゾ素子２５５は、プライマリ圧電層６１、プライマリ圧電層６１上に積層されているセカンダリ圧電層６２、第１電極６３、そして第２電極６４を有している。第１電極と第２電極との間に、各圧電層を駆動させるための電圧が印加される。
【００４３】
本例のプライマリ圧電層６１及びセカンダリ圧電層６２は、それぞれ、複数の積層された圧電層から構成されている。具体的には、プライマリ圧電層６１は、積層された４層の圧電層６１１ａ〜６１１ｄを有している。また、セカンダリ圧電層６２は、積層された３層の圧電層６２１ａ〜６２１ｃを有している。各圧電層内の矢印は、各圧電層の分極状態を示している。圧電層は、分極している方向に電圧が印加されると、その方向と平行に（積層方向に）伸張する。逆に、分極の逆方向に電圧が印加されると、その方向と平行に（積層方向に）収縮する。ピエゾ素子２５５は、積層方向に伸張するとそれと垂直な面内方向において収縮し、積層方向に収縮すると面内方向において伸張する。
【００４４】
本例の第１電極６３及び第２電極６４は、櫛状電極である。第１電極６３は、４本の歯電極６３１ａ〜６３１ｄを有している。また、第２電極６４は、３本の歯電極６４１ａ〜６４１ｃを有している。例えば、第２電極６４はグランドなどの基準電位に維持され、第１電極６３に与えられる電位が変化することで、ピエゾ素子２５５の伸縮を制御する。第１電極６３の各歯電極６３１ａ〜６３１ｄと、第２電極６４の各歯電極６４１ａ〜６４１ｃとは、積層方向において交互に配置されている。
【００４５】
プライマリ圧電層６１を構成する圧電層６１１ａ〜６１１ｄのそれぞれは、第１電極の歯電極６３１ｂ、６３１ｃのそれぞれと第２電極の歯電極６４１ａ〜６４１ｃのそれぞれとに挟まれている。一方、セカンダリ圧電層６２は、第１電極の歯電極６３１ａと第２電極の歯電極６４１ａとに、全体としてまとめて挟まれている。つまり、セカンダリ圧電層６２の各圧電層の間には、電極は存在しない。従って、セカンダリ圧電層６２における歯電極間の厚みは、プライマリ圧電層６１における歯電極間の厚みよりも大きい。図８（ａ）の例において、セカンダリ圧電層６２の歯電極間の厚みは、プライマリ圧電層６１の歯電極間の厚みの３倍である。
【００４６】
図８（ｂ）に示すように、第２電極６４に基準電位を与え、第１電極６３に基準電位に対して負の電位を供給するとする。このとき、プライマリ圧電層においては、積層方向に収縮し、面内方向に伸張する。また、セカンダリ圧電層においては、積層方向に伸張し、面内方向に収縮する。一方、図８（ｃ）に示すように、第２電極６４の基準電位に対して、第１電極６３に正の電位を供給するとする。このとき、プライマリ圧電層においては、積層方向に伸張し、面内方向に収縮する。また、セカンダリ圧電層においては、積層方向に収縮し、面内方向に伸張する。
【００４７】
ここで、圧電層が同一材料で形成されている場合、その伸縮力は印加される電界の強さ（Ｖ/ｍ）に比例する。そして、圧電層の電極間に印加される電圧が同じである場合、圧電層の電極間の厚みが小さいほど、電界の強さは大きくなる。従って、プライマリ圧電層６１とセカンダリ圧電層６２が同一材料で形成されている場合、セカンダリ圧電層６１の電界の強さはプライマリ圧電層６２のそれよりも弱くなる。
従って、ピエゾ素子全体の伸縮は、プライマリ圧電層の伸縮に対応する。そして、プライマリ圧電層が伸縮する場合には、セカンダリ圧電層はプライマリ圧電層の伸縮力よりも弱い力で収縮する。
【００４８】
このように作用させることにより、図７（ｂ）あるいは図７（ｃ）に示されるような、シリコン基板の弾性反力に対抗するセカンダリ圧電層の収縮力が得られる。ここで、セカンダリ圧電層６２の収縮力は、その電極間の厚みによって変わってくることになる。従って、その厚みは、シリコン基板２５１の剛性との関係を考慮して設計する必要がある。基本的には、セカンダリ圧電層６２の伸縮力をプライマリ圧電層６１の伸縮力よりも小さくすべく、前記セカンダリ圧電層の櫛状電極間の厚みを前記プライマリ圧電層の櫛状電極間の厚みより大きくすればよい。
【００４９】
構造のシンプルさ及び製造容易性の点からは、プライマリ圧電層６１とセカンダリ圧電層６２とを同一材料で形成することが好ましいが、これらを異なる材料で形成することもできる。圧電層の材料が異なる場合、電圧に対する伸縮量（伸縮力）も異なる値となるため、その材料に応じて各圧電層の厚みを設計することが重要である。同様に、構造のシンプルさ及び製造容易性の点からは、各圧電層６１１ａ〜６１１ｄ、６２１ａ〜６２１ｃは、上述のように、全て同一の厚みであることが好ましいが、異なる厚みの圧電層を使用することもできる。あるいは、プライマリ圧電層６１あるいはセカンダリ圧電層６２内において、異なる材料や厚みの圧電層を使用することができる。
【００５０】
以下において、ピエゾ素子２５５の好ましい製造方法について図９を用いて説明する。以下の好ましい例においては、プライマリ圧電層６１とセカンダリ圧電層６２とは同一材料で形成される。また、プライマリ圧電層６１とセカンダリ圧電層６２のそれぞれを構成する圧電層６１１ａ〜６１１ｄ、６２１ａ〜６２１ｃは、全て同一の厚みを有する。これによって、部材点数を低減し製造をより効率的にすることができる。
【００５１】
実際の製造では、例えば、１辺数十ｍｍの矩形状のものを元に、電極形成、積層および切断を行って、例えば、幅１．３５ｍｍ、奥行き０．５ｍｍ、厚み０．０１２ｍｍの圧電層が積層された１つのピエゾ素子とするが、図９では、便宜上、１つのピエゾ素子の断面に着目して、製造の過程を説明する。
【００５２】
まず、図９（ａ）に示すように、焼成前の圧電層６１１ａ〜６１１ｄ、６２１ａ〜６２１ｃを用意する。圧電層６１１ａ〜６１１ｄの上に歯電極６３１ｂ、６３１ｃ、６４１ａ、６４１ｂとなる金属層を印刷する。続いて、図９（ｂ）に示すように、圧電層６１１ａ〜６１１ｄ、６２１ａ〜６２１ｃを積層して後、圧電層６１１ａ〜６１１ｄ、６２１ａ〜６２１ｃを焼成する。焼成が終了すると、図９（ｃ）に示すように、積層体の周囲に金属層を付着して、櫛状の第１及び第２電極６３、６４を形成する。以上により、各圧電層が未分極状態にあるピエゾ素子２５５が完成する。
【００５３】
次に、ピエゾ素子２５５の各圧電層において、分極処理を行う。各圧電層で分極を起こすためには、各圧電層に所定の閾値を超えて電圧を印加する必要がある。本例においては、所定の閾値を超えた電圧を３０Ｖと設定している。
【００５４】
ここで、プライマリ圧電層６１の各圧電層間は、歯電極が存在し、セカンダリ圧電層６２の圧電層は連続して積層され、それらの間に歯電極が存在せず、連続した圧電層がまとめて歯電極に挟まれている。そのため、セカンダリ圧電層における電極間の厚みは、プライマリ圧電層における電極間の厚みより大きい。両圧電層は同一材料で形成されているため、プライマリ圧電層及びセカンダリ圧電層の電極間で同一の電圧が印加された場合、セカンダリ圧電層の各圧電層６２１ａ〜６２１ｃにかかる電圧は、プライマリ圧電層６１の各圧電層６１１ａ〜６１１ｄにかかる電圧の１／３となる。
【００５５】
以上のことを考慮し、分極処理を行う。最初に、図１０（ａ）に示すように、第２電極にグランド電位を与え、第１電極に−９０Ｖの電位を与える。こうすることにより、プライマリ圧電層６１の各層６１１ａ〜６１１ｄでは、９０Ｖがかかり、セカンダリ圧電層６２の各層６２１ａ〜６２１ｃでは、３０Ｖがかかり、どちらの層も分極を起こし、第２電極６４から第１電極６３に向かう分極状態となる。次に、図１０（ｂ）に示すように、第２電極６４にグランド電位を与え、第１電極６３に＋３０Ｖの電位を与える。こうすることにより、プライマリ圧電層６１の各層６１１ａ〜６１１ｄでは、３０Ｖがかかるが、セカンダリ圧電層６２の各層６２１ａ〜６２１ｃでは、１０Ｖしかかからず、プライマリ圧電層の方だけ、分極は反転が起こり、セカンダリ圧電層６２の方は、分極が維持される。このようにして、印加電圧に対するセカンダリ圧電層６２の分極方向は、プライマリ圧電層６１とそれとは逆となる。
【００５６】
以上の分極処理によって、図８（ａ）に示したピエゾ素子２５５を製造することができる。なお、上記製造方法における圧電層の寸法や分極処理の印加電圧値は一例に過ぎず、各数値は実際の設計に従って最適な値が選択される。
【００５７】
以上、本発明を好ましい実施形態を例として説明したが、本発明が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。例えば、本発明はＨＤＤに特に有用であるが、それ以外のディスク・ドライブ装置に適用してもよい。本発明のピエゾ素子は、プライマリ圧電層とセカンダリ圧電層に加えて、追加の圧電層を有することができる。
【００５８】
また、プライマリ圧電層とセカンダリ圧電層を積層構造とすることが好ましいが、単層構造とすることもできる。プライマリ圧電層とセカンダリ圧電層の制御電圧は、同一の電極間で印加することが好ましいが、それぞれに異なる電極を形成して、制御電圧を印加することもできる。マイクロアクチュエータはシリコン基板を有することが好ましいが、タングが同様の機能を有することができる場合、省略してもよい。また、設計上可能であれば、ピエゾ素子をシリコン基板と異なる面の上に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施形態に係るＨＤＤの筐体のカバーがない状態を示す平面図である。
【図２】本実施形態に係るＨＧＡの各構成要素を示す分解斜視図である。
【図３】本実施形態に係るマイクロアクチュエータの構造を模式的に示す斜視図である。
【図４】本実施形態に係るシリコン基板の底面の形状を模式的に示す平面図である。
【図５】本実施形態に係るピエゾ素子及びシリコン基板の断面形状と、ピエゾ素子が固定される位置の近傍のシリコン基板形状とを、模式的に示す図である。
【図６】本実施形態に係るピエゾ素子の構造及び動作を模式的に示す断面図である。
【図７】本実施形態に係るピエゾ素子とシリコン基板の形状変化を模式的に示す断面図である。
【図８】本実施形態に係るピエゾ素子の構造を模式的に示す断面図である。
【図９】本実施形態に係るピエゾ素子の製造方法の工程の一部を模式的に示す断面図である。
【図１０】本実施形態に係るピエゾ素子の分極方法を模式的に示す断面図である。
【図１１】従来の技術におけるマイクロアクチュエータの動作を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  ハードディスク・ドライブ、６１  プライマリ圧電層、６２  セカンダリ圧電層、
６３  第１電極、６４  第２電極、１０１  磁気ディスク、１０２  ベース
１０３  スピンドル・モータ、１０５  ヘッドスライダ
１０６  アクチュエータ、１０７  回動軸、１０９  ボイス・コイル・モータ
１１０  サスペンション、１１１  アーム、１１３  フラットコイル、１１５  ランプ
２０１  フレックス・ケーブル、２０２  ジンバル、２０３  ロード・ビーム
２０４  マウント・プレート、２０５  マイクロアクチュエータ
２２４  ジンバル・タング、２５５  ピエゾ素子、２５６ａ、２５６ｂ  接続パッド
２５１  シリコン基板、５１２ａ〜５１２ｅ  回動バネ、５１３  回動中心
５１６  ストローク増幅部、６１１ａ〜６１１ｄ  圧電層、６２１ａ〜６２１ｃ  圧電層６３１ａ〜６３１ｄ  歯電極、６４１ａ〜６４１ｃ  歯電極
【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】
2009076132.tif 000009
【図８】
2009076132.tif 000010
【図９】
2009076132.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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