(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部と、該中心部から外側へと回転対称かつ非線対称に延びた腕部群とを有する２次元形状の、一体の圧電材料からなる、層内方向に圧縮伸長する圧電層と、
前記圧電層を挟む複数の電極層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、該ヘッド部の重心を中心として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、
中心部と、該中心部から外側へと回転対称かつ非線対称に延びた腕部群とを有する２次元形状の、一体の圧電材料からなる、層内方向に圧縮伸長する圧電層と、
前記圧電層を挟む複数の電極層とを備えたものであることを特徴とする情報記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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内蔵、あるいは接続される情報記憶装置として、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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来提案されている圧電アクチュエータ、およびハードディスクドライブは、充分な変位が得られない、駆動電圧が高い、寸法や重量が大きい、ヘッド駆動時の慣性モーメントが大きい、製造コストが高いなどといった問題点を有する。
【０００６】
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。
【０００７】
本発明は，上記事情に鑑み、低電圧で大きな変位が得られ、小型軽量で、製造コストが低い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、ヘッド駆動時の慣性モーメントが小さい、高記録密度で小型軽量な情報記憶装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の第１の圧電アクチュエータは、中心部と、その中心部から外側へと回転対称かつ非線対称に延びた腕部群とを有する２次元形状の、圧電材料からなる、層内方向に圧縮伸長する圧電層と、
圧電層を挟む複数の電極層とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
ここで、圧電層は、上記２次元形状を有する平面的な層であってもよく、上記２次元形状に湾曲した層であってもよい。
【００１０】
圧電層に電圧が印加されるとその圧電層は層内方向に収縮する。このとき、腕部群を構成する各腕部の先端を共通の剛体上に固定しておくと、上記２次元形状に起因して中心部が低電圧で大きく回動することとなる。また、本発明の第１の圧電アクチュエータの構造は製造が容易な構造であるので、この第１の圧電アクチュエータは小型軽量なアクチュエータとして安価に製造することができる。
【００１１】
本発明の第１の圧電アクチュエータは、上記腕部群を構成する腕部が、腕部と中心部が繋がる根本に対してその中心部を挟んだ裏側に回り込んでなるものであることが望ましい。
【００１２】
また、本発明の第１の圧電アクチュエータは、上記圧電層を複数備えたものであることも望ましい。
【００１３】
中心部の裏側に回り込んでいる腕部を備えた圧電アクチュエータは、腕部の収縮量に対する中心部の回動量が大きく、複数の圧電層を備えた圧電アクチュエータは、電極層間に印加される電圧に対する圧電層の収縮量が大きいため、これらの圧電アクチュエータは、より低電圧でより大きな変位が得られる。
【００１４】
本発明の第１の圧電アクチュエータは、圧電層を複数備えている場合には、上記複数の電極層が、同電位の電極層どうしがビアで接続されてなるものであることが好ましい。
【００１５】
電極層どうしを接続する手段としてビアが採用された圧電アクチュエータは、製造が容易であり製造コストが低い。
【００１６】
また、本発明の第１の圧電アクチュエータは、上記圧電層が、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電セラミックスからなるものであることが好ましく、特に、ＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺ系の圧電セラミックスからなるものであることが好ましい。
【００１７】
圧電層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が、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、圧電層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、圧電層を形成する圧電材料として特に好ましい。
【００１８】
上記目的を達成する本発明の第２の圧電アクチュエータは、圧電材料からなる１つ以上の圧電層とその圧電層を挟む複数の電極層とからなる積層構造を有する、その積層構造の積層方向に圧縮伸長する駆動部と、
駆動部の複数を、所定の共通面内における、積層方向も含めて回転対称かつ非線対称な配置に保持する保持部とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の第２の圧電アクチュエータは、保持部によって保持されている複数の駆動部が揃って圧縮伸長すると上記配置に起因して、低電圧で大きな回動変位が生じる。また、本発明の第２の圧電アクチュエータの構造は製造が容易な構造であるので、この第１の圧電アクチュエータは小型軽量なアクチュエータとして安価に製造することができる。
【００２０】
本発明の第２の圧電アクチュエータは、典型的には、２つの駆動部を備えており、その典型的な第２の圧電アクチュエータは、上記駆動部に対し、その駆動部が圧縮伸長する方向と交わる方向に隣接する不動部を備え、
上記保持部が、駆動部と不動部との対の２対を、互いに、一方の対の駆動部が他方の対の不動部に対してその駆動部の圧伸方向を向けて対向するように保持するものであることを特徴とする。
【００２１】
また、この典型的な第２の圧電アクチュエータは、上記保持部が、駆動部と不動部との対を２対保持するに当たり、駆動部が空隙（スリット）を挟んで不動部に対向するように保持するものであることが好ましい。
【００２２】
このように駆動部が空隙（スリット）を挟んで不動部に対向する圧電アクチュエータによれば、駆動部の圧縮伸長が容易であり、より低電圧でより大きな変位を得ることができる。
【００２３】
上記目的を達成する本発明の第１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、そのヘッド部の重心を中心として回動させるヘッド部アクチュエータとを備え、
上記ヘッド部アクチュエータが、
中心部と、その中心部から外側へと回転対称かつ非線対称に延びた腕部群とを有する２次元形状の、圧電材料からなる、層内方向に圧縮伸長する圧電層と、
圧電層を挟む複数の電極層とを備えたものであることを特徴とする。
【００２４】
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。
【００２５】
本発明の第１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。
【００２６】
あるいは、本発明の第１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。
【００２７】
本発明の第１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重心を中心として回動されるのでヘッド駆動時の慣性モーメントが小さく、ヘッド位置を高精度に制御することができる。また、このヘッド部アクチュエータは、上述した第１の圧電アクチュエータと同様の小型軽量なアクチュエータである。このため、本発明の第１の情報記憶装置は、記録密度が高くて小型軽量な装置として実現される。
【００２８】
また、本発明の第１の情報記憶装置は、上記ヘッド部アクチュエータが、腕部群を構成する腕部の、中心部から延びた先端に相当する部分でアーム部に接合され、中心部に相当する部分でヘッド部に接合されてなるものであることが好ましい。そして、このような好ましい構成の情報記憶装置では、上記電極層は、ヘッド部アクチュエータがアーム部に接合された部分において電圧が印加されるものであることが好適である。このような好適な構成の情報記憶装置は製造が容易である。
【００２９】
上記目的を達成する本発明の第２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、そのヘッド部の重心を中心として回動させるヘッド部アクチュエータとを備え、
上記ヘッド部アクチュエータが、
圧電材料からなる１つ以上の圧電層と該圧電層を挟む複数の電極層とからなる積層構造を有する、その積層構造の積層方向に圧伸する駆動部と、
駆動部の複数を、所定の共通面内における、積層方向も含めて回転対称かつ非線対称な配置に保持する保持部とを備えたものであることを特徴とする。
【００３０】
なお、本発明の情報記憶装置にいうヘッド部アクチュエータについては、ここではその基本形態のみを示すのにとどめるが、これは単に重複を避けるためであり、本発明の情報記憶装置にいうヘッド部アクチュエータには、上記の基本形態のヘッド部アクチュエータのみではなく、前述した圧電アクチュエータの各形態に対応する各種の形態のヘッド部アクチュエータが含まれる。
【００３１】
また、本発明の第２の情報記憶装置についても、重複記載を避けるために基本形態のみを示すにとどめるが、本発明の第２の情報記憶装置には、第１の情報記憶装置の各形態に対応する各種の形態の第２の情報記憶装置が含まれる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３３】
図１は、本発明に係る情報記録装置の第１実施形態を示す図である。
【００３４】
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第１実施形態に相当するものであり、本発明の圧電アクチュエータの第１実施形態が組み込まれている。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スライダ１０４と、スライダ１０４を、後述する圧電アクチュエータを介して保持するサスペンション１０８と、サスペンション１０８が固着されてアーム軸１０５を中心に磁気ディスク１０３表面に沿って移動するキャリッジアーム１０６と、キャリッジアーム１０６を駆動するアームアクチュエータ１０７が収容されている。この図１に示すハードディスクドライブ１００では、磁気ヘッドとスライダ１０４によって本発明にいうヘッド部が構成されており、サスペンション１０８とキャリッジアーム１０６によって本発明にいうアーム部が構成されている。従って、アームアクチュエータ１０７は、本発明にいうアーム部アクチュエータに相当する。
【００３５】
磁気ディスクへの情報の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アクチュエータ１０７によってキャリッジアーム１０６が駆動され、後述する圧電アクチュエータによってスライダ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。スライダ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。情報の記録時には、このように磁気ディスク１０３に近接した磁気ヘッドに電気的な記録信号が入力され、磁気ヘッドにより、その記録信号に応じてそれらの各微小領域に磁界が印加されて、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、情報の再生時には、磁気ヘッドによって、各微小領域の磁化方向として記録された情報が、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。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。
【００３６】
図２は、図１に示すサスペンション１０８付近の拡大図である。
【００３７】
この図２には、図１に示すキャリッジアーム１０６の先端部分が示されており、上述したように、そのキャリッジアーム１０６の先端部分にはサスペンション１０８が固着されている。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。また、このサスペンション１０８は、圧電アクチュエータ２００を介してスライダ１０４を保持しており、スライダ１０４には磁気ヘッド１０９が搭載されている。圧電アクチュエータ２００は、図１に示すアームアクチュエータとは独立にスライダ１０４を駆動することにより磁気ヘッド１０９を微小移動させる。この圧電アクチュエータ２００は、本発明の圧電アクチュエータの第１実施形態であると共に、本発明にいうヘッド部アクチュエータの一例でもある。この圧電アクチュエータ２００による磁気ヘッド１０９の微小移動により、磁気ヘッド１０９が正確に位置決めされる。
【００３８】
図３は、サスペンション１０８の先端部分の拡大図である。
【００３９】
サスペンション１０８先端の取り付け部１０８ａには、圧電アクチュエータ２００が取り付けられており、この取り付け部１０８ａの周囲は、極狭い橋掛け部１０８ｂを除いて溝１０８ｃで取り囲まれている。これにより、取り付け部１０８ａでは、サスペンション１０８の板バネとしての機能が特に高められている。
【００４０】
圧電アクチュエータ２００は、中心体２００ａと２本の渦巻き形の腕２００ｂとを有しており、腕２００ｂの先端２００ｃは取り付け部１０８ａに固着され、中心体２００ａはスライダ１０４の重心に固着されている。また、圧電アクチュエータ２００は、後述する２次元形状を有する圧電層と、その圧電層を挟む電極層とからなる積層構造を有している。
【００４１】
図４は、圧電層の形状を示す図であり、図５は、電源電極層の形状を示す図であり、図６は、接地電極層の形状を示す図である。
【００４２】
図４に示す圧電層２０１、図５に示す電源電極層２０２、および図６に示す接地電極層２０３は、電源電極層２０２，圧電層２０１，接地電極層２０３，圧電層２０１，電源電極層２０２，圧電層２０１，…という順序で積層されて、図３に示す圧電アクチュエータ２００を構成する。
【００４３】
図４に示す圧電層２０１は、中心部２０１ａと、その中心部２０１ａから延びる２本の腕部２０１ｂとを有している。これら中心部２０１ａおよび腕部２０１ｂは、それぞれ、図３に示す圧電アクチュエータ２００の中心体２００ａおよび腕２００ｂに対応している。
【００４４】
２本の腕部２０１ｂは本発明にいう腕部群の一例を構成しており、２本の腕部２０１ｂからなる腕部群は、全体として回転対称であるとともに非線対称である。つまり、中心部２０１ａに２回対称軸が存在し、中心部２０１ａを中心とした１８０°の回転移動によって２本の腕部２０１ｂが互いに重なり合うが、線対称軸は存在しない。また、各腕部２０１ｂは、腕部２０１ｂと中心部２０１ａが繋がる根本に対して中心部２０１ａを挟んだ裏側に回り込んでいる。後述するように、この構造により、低電圧で大きな変位が生じる。
【００４５】
２本の腕部２０１ｂそれぞれの先端には、後述するビアが通る貫通孔２０１ｃが設けられている。本実施形態では、このような圧電層２０１が複数備えられており、駆動電圧の低電圧化および変位量の増加が図られている。
【００４６】
図５に示す電源電極層２０２と、図６に示す接地電極層２０３は、いずれも、図４に示す２本の腕部２０１ｂに対応する形状の電極であり、これら電源電極層２０２および接地電極層２０３によって圧電層２０１が挟まれている。これらの電源電極層２０２と接地電極層２０３との間に駆動電圧が印加されと２本の腕部２０１ｂが収縮し、駆動電圧が消失すると２本の腕部２０１ｂが伸長して元に戻る。
【００４７】
電源電極層２０２には、２つの貫通孔２０１ｃのうちの一方の貫通孔に対応する位置にビア２０４が接続されており、このビア２０４によって電源電極層２０２どうしが接続されている。また、接地電極層２０３には、上記一方の貫通孔に対する他方の貫通孔に対応する位置にビア２０５が接続されており、このビア２０５によって接地電極層２０３どうしが接続されている。
【００４８】
図７は、サスペンションにおける配線を示す図である。
【００４９】
サスペンション１０８には、サスペンション１０８の根本から橋掛け部１０８ｂを経て取り付け部１０８ａに至る、電源線１０８ｄおよび設置線１０８ｅが設けられており、これら電源線１０８ｄおよび接地線１０８ｅは絶縁膜で覆われている。また、電源線１０８ｄおよび接地線１０８ｅそれぞれの先端には電源端子１０８ｆおよび接地端子１０８ｇが設けられており、これら電源端子１０８ｆおよび接地端子１０８ｇそれぞれの上に形成された導電性の接着剤の層１０８ｈによって、図３に示す圧電アクチュエータ２００の腕２００ｂの先端２００ｃがサスペンション１０８に固着される。また、導電性の接着剤の層１０８ｈを介して、電源端子１０８ｆおよび接地端子１０８ｇが、それぞれ、図５に示す電源電極層２０２および図６に示す接地電極層２０３と接続されており、これによって配線の手間が省かれ、低コスト化が図られている。
【００５０】
電源線１０８ｄと接地線１０８ｅとの間に駆動電圧が印加されると、電源端子１０８ｆと接地端子１０８ｇとの間、および電源電極層２０２と接地電極層２０３との間に駆動電圧が印加されて、図４に示す圧電層２０１の腕部２０１ｂが層内方向に収縮する。この結果、図３に示す腕２００ｂが収縮する。
【００５１】
以下、図３を参照しながら説明を続ける。
【００５２】
電源電圧の印加によって圧電層の腕部が収縮すると、上述したように、腕２００ｂの先端２００ｃは取り付け部１０８ａに固着されているので、図３の矢印Ｆ１が示すように、圧電アクチュエータ２００の各腕２００ｂを先端２００ｃ側へと引きつける力が生じる。そして、それらの力によって圧電アクチュエータ２００が変形して中心体２００ａが矢印Ｆ２方向に回動し、スライダ１０４が矢印Ｆ３方向に回動する。この結果、スライダ１０４に搭載されている磁気ヘッドが移動することとなる。
【００５３】
このような作用は、図３に示すような滑らかな渦巻形の腕２００ｂでなくても生じ、複数の腕が全体として回転対称かつ非線対称に形成されていれば、腕および腕部の形状は矩形を接合したような形状などでも良い。従って、腕および腕部の形状の自由度は高い。
【００５４】
ところで、矢印Ｆ１が示すような、各腕２００ｂを先端２００ｃ側へと引きつける力は、腕２００ｂと中心体２００ａとが繋がっている根本を先端２００ｃへと直線的に引きつける力であるが、上述した圧電層の腕部と同様に、圧電アクチュエータ２００の腕２００ｂは、中心体２００ａの裏側に回り込んでいるため、上記根本が中心体２００ａを大きく迂回するように移動することとなる。このため、腕２００ｂがわずかに収縮しても中心体２００ａは大きな回転角度で回動するので、低い駆動電圧でヘッド位置の大きな変位を生じることとなる。なお、腕２００ｂが更に（例えば中心体２００ａを一周する位に）回り込むと中心体２００ａの回転角はさらに大きくなる。但し、この場合には、圧電アクチュエータ２００の剛性や加工性が落ちる。
【００５５】
上述したように、圧電アクチュエータ２００の中心体２００ａはスライダ１０４の重心に固着されている。また、圧電アクチュエータ２００は中心体２００ａを中心とする回動変位を生じ、圧電アクチュエータ２００自身の重心は中心体２００ａの位置に存在する。このため、圧電アクチュエータ２００が変位してスライダ１０４および磁気ヘッドが駆動される際の慣性モーメントが小さく、圧電アクチュエータ２００とスライダ１０４と磁気ヘッドからなる複合体の共振周波数が高く、その複合体は高速応答が可能である。
【００５６】
図８は、圧電アクチュエータの製造工程を示す図である。
【００５７】
ここには、回路基板等で利用されているグリーンシート積層法により圧電アクチュエータを製造する製造工程が示されている。
【００５８】
先ずに示すように、ＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺ系圧電セラミックスの粉末を含む厚さ６５μｍのグリーンシート２１０を、ドクタープレード法により、圧電アクチュエータ複数個分の範囲に成形する（図８（Ａ））。
【００５９】
次にに示すように、直径５０μｍのビア穴２１１をグリーンシート２１１の所定位置に打ち抜く（図８（Ｂ））。
【００６０】
その後に示すように、スクリーン印刷により、Ａｇ−Ｐｄ電極ペースト２１２をビア穴２１１に埋めるとともに、Ａｇ−Ｐｄ電極ペースト２１２を、図５および図６に示す電極層の形状にパターン印刷する（図８（Ｃ））。
【００６１】
上述した各工程を複数回（ここでは４回）繰り返して積層体２１３を形成し、その積層体を加熱プレスにより一体化する（図８（Ｄ））。
【００６２】
そして、表面および裏面に電極ペーストを印刷して表面電極２１４を形成し（図８（Ｅ））、打ち抜きプレスにより渦巻形の外形を形成して各圧電アクチュエータ２００を個別化する（図８（Ｆ））。
【００６３】
最後に、大気中で脱脂し焼成して圧電アクチュエータ２００が完成する（図８（Ｇ））。必要に応じて焼成後に加工を施しても良い。
【００６４】
このような製造工程を経て製造される圧電アクチュエータは、圧電セラミックスの一体物であり、加工や組立がほとんどなく、安価に製造することができる。
【００６５】
また、ビアにより層間が容易かつ安価に接続され、表面電極２１４によりサスペンション上の端子と容易に接続される。
【００６６】
なお、ここでは、積層体２１３の形成後に打ち抜きプレスによって圧電アクチュエータ２００の外形を形成して個別化するが、圧電アクチュエータ２００の外形は、ビア穴を打ち抜く際に形成されてもよい。また、圧電アクチュエータ２００は、図８（Ｄ）に示す積層体２１３を焼成し、表面研磨および表面電極形成を行った後で、超音波加工、プラスト加工、レーザ加工、水ジェット加工等によって個別化されても良い。
【００６７】
また、ここでは圧電層はグリーンシート法で形成されるが、圧電層は印刷多層法で形成されても良い。
【００６８】
また、表面電極２１４は、上述したように一体焼成するのがコスト的に有利であるが、表面電極２１４の形成前に積層体２１３を焼成し、その後で印刷法や気相法等で表面電極２１４を形成しても良い。
【００６９】
ここで、図３に示す圧電アクチュエータ２００を、図８に示す製造工程により以下に示す仕様で製造した。
0003857020.tif 000002
このような仕様の圧電アクチュエータ２００を、図３に示すようにサスペンション１０８およびスライダ１０４に固着して動作特性を評価したところ、磁気ヘッドの可動距離は、１２Ｖの駆動電圧で１．５μｍであり、磁気ヘッドの位置決め精度は０．０３μｍであり、機械的な共振の周波数は１２ｋＨｚであった。
【００７０】
一方、圧電アクチュエータを用いない、電磁型のアクチュエータのみによる動作特性を、本実施形態との比較のために評価したところ、位置決め精度は０．１２μｍであり、機械的な共振の周波数は６００Ｈｚであった。
【００７１】
つまり、第１実施形態の圧電アクチュエータが用いられたハードディスクドライブでは、高い位置決め精度で高速に磁気ヘッドを移動させることができ、記録密度の高密度化や読書きの高速化を図ることができる。
【００７２】
以上で情報記憶装置および圧電アクチュエータの第１実施形態についての説明を終了し、以下では、情報記憶装置および圧電アクチュエータそれぞれの第２実施形態について説明する。但し、第２実施形態と第１実施形態との相違点を中心に説明し、重複説明は省略する。
【００７３】
図９は、本発明の圧電アクチュエータの第２実施形態を示す図である。
【００７４】
この第２実施形態の圧電アクチュエータ３００は、中心体３００ａと、４本の腕３００ｂとを有している点を除き、上述した第１実施形態の圧電アクチュエータ２００と同様なアクチュエータであり、この第２実施形態の圧電アクチュエータ３００も、圧電層と電源電極層と接地電極層で構成されている。そして、この圧電層は、中心体３００ａに対応する中心部と、４本の腕３００ｂに相当する４本の腕部を有しており、電源電極層と接地電極層との間に駆動電圧が印加されると、第１実施形態の圧電アクチュエータ２００と同様の原理によって、中心体３００ａが回動する。
【００７５】
図１０は、本発明の情報記憶装置の第２実施形態におけるサスペンション付近の分解斜視図である。
【００７６】
情報記憶装置の第２実施形態は、サスペンション１１０とキャリッジアーム１１１との間に圧電アクチュエータ３００が備えられて点を除き、上述した情報記憶装置の第１実施形態と同様の装置である。
【００７７】
圧電アクチュエータ３００の中心体３００ａは、図示しない磁気ヘッドを搭載したスライダ１１２と、サスペンション１１０とからなるヘッド部の重心に固着されており、圧電アクチュエータ３００の各腕３００ｂの先端は、キャリッジアーム１１１上の各固定場所１１１ａに固定されている。サスペンション１１０の長さによる変位拡大効果が働くため、圧電アクチュエータ３００の変位量は、図２に示す圧電アクチュエータ２００の変位量よりも小さくてよい。
【００７８】
第２実施形態の圧電アクチュエータ３００を、図８に示す製造工程により以下に示す仕様で製造した。
0003857020.tif 000003
そして、このような仕様の圧電アクチュエータ３００を、図１０に示すようにキャリッジアーム１１１およびサスペンション１１０に固着して動作特性を評価したところ、磁気ヘッドの可動距離は、１２Ｖの駆動電圧で１．０μｍであり、磁気ヘッドの位置決め精度は０．０７μｍであり、機械的な共振の周波数は８ｋＨｚであった。従って、第２実施形態圧電アクチュエータが組み込まれたハードディスクも、高い位置決め精度で高速に磁気ヘッドを移動させることができ、記録密度の高密度化や読書きの高速化を図ることができる。
【００７９】
なお、上述した第１実施形態および第２実施形態では、圧電アクチュエータの中心体が磁気ヘッド側に固着され、圧電アクチュエータの腕の先端がアーム側に固着されており、このように固着すると慣性モーメントを小さくするという点で有利である。しかし、本発明にいうヘッドアクチュエータの固着形態としては、このような形態に限定されるものではなく、例えば、圧電アクチュエータの中心体がアーム側に固着され、圧電アクチュエータの腕の先端が磁気ヘッド側に固着されてもよい。
【００８０】
また、上述した第１実施形態および第２実施形態では、圧電層の腕部が２回対称および４回対称に設けられているが、本発明にいう腕部は、３回対称に設けられてもよく、あるいは５回対称に設けられてもよい。
【００８１】
また、上述した第１実施形態および第２実施形態では、圧電層の層数が４層であるが、本発明にいう圧電層は、単層でも多層でもよい。多層化するほど、低電圧化、高変位化、高剛性化に有利であるがコストは高くなる。
【００８２】
また、圧電アクチュエータの電極と、サスペンションやアーム上の配線との導通形態は、導電性接着剤による接合に限定されるものではなく、ハンダによる接合や単なる接触により導通されてもよい。
【００８３】
また、圧電アクチュエータの内層電極としては、ＰＺＴ系圧電セラミックスとの一体焼成が可能な、Ａｇ−Ｐｄ電極やＰｔ電極等が適しているが、圧電材料によってはＡｇ電極やＮｉ電極等も利用可能である。一方、表面電極としては、内層電極と同じ系統の材料の電極を用いることが適しているが、焼成後に表面電極を形成する場合は、蒸着など各種の電極形成法が利用でき、幅広い材料が利用可能である。そして、電極層どうしの接続としては、ビアによる接続のみでなく、圧電アクチュエータの側面伝いの接続も利用可能である。
【００８４】
次に、本発明の圧電アクチュエータの第３、第４および第５実施形態について説明する。これら第３、第４および第５実施形態の圧電アクチュエータは、上述した第１実施形態の情報記憶装置に組み込まれている圧電アクチュエータに代えて情報記憶装置に組み込まれるものであり、これら第３、第４および第５実施形態の圧電アクチュエータが組み込まれた情報記憶装置は、本発明の情報記憶装置の第３、第４および第５実施形態に相当する。以下では、圧電アクチュエータの第３、第４および第５実施形態のみについて説明する。
【００８５】
図１１は、本発明の圧電アクチュエータの第３実施形態を示す図である。
【００８６】
この図１１に示す第３実施形態の圧電アクチュエータ２５０は、中心部２５１ａと２本の腕部２５１ｂとを有した圧電層２５１と、その圧電層２５１を挟んだ電源電極層２５２および接地電極層２５３を備えている。この圧電アクチュエータ２５０は、圧電層２５１が、本発明にいう２次元形状に湾曲したものである。従って圧電層２５１、電源電極層２５２、および接地電極層２５３の積層方向は、第１実施形態の圧電アクチュエータにおける積層方向とは異なっているが、電源電極層２５２と接地電極層２５３との間に電源電圧が印加されると、第１実施形態の圧電アクチュエータと同様に、圧電層２５１が層内方向に収縮して中心部２５１ａが回動する。
【００８７】
図１２は、第３実施形態の圧電アクチュエータの製造工程を示す図である。
【００８８】
この製造工程では、先ず、図１１に示す２次元形状と同じ形状の開口が設けられた口がねによって圧電材料が押し出し形成されることにより、断面形状が、図１１に示す２次元形状である長尺体２６０が形成される（図１２（Ａ））。
【００８９】
次に、長尺体２６０の周面に電源電極層２５２および接地電極層２５３が形成され（図１２（Ｂ））、最後に、長尺体２６０がスライス加工されて、圧電アクチュエータ２５０が得られる。
【００９０】
このような製造工程により、多量の圧電アクチュエータ２５０が安価に製造される。
【００９１】
図１３は、本発明の圧電アクチュエータの第４実施形態を示す図であり、図１４は、本発明の圧電アクチュエータの第５実施形態を示す図である。
【００９２】
図１３に示す圧電アクチュエータ４００は、圧電材料からなる圧電層４０１と、電源電極層４０２と、接地電極層４０３とを含む積層構造を有している。電源電極層４０２どうしおよび接地電極層４０３どうしは、圧電アクチュエータ４００の側面に沿った外部電極により互いに接続されている。
【００９３】
また、この圧電アクチュエータ４００には、圧電層４０１が電源電極層４０２と接地電極層４０３に挟まれた層構造の駆動部４００ａと、圧電層４０１が接地電極層４０３どうしに挟まれた不動部４００ｂが設けられており、駆動部４００ａは、電源電極層４０２と接地電極層４０３との間に駆動電圧が印加されると積層方向（図の左右方向）に伸長し、印加電圧が消失すると圧縮して元に戻る。また、圧電アクチュエータ４００のうち、駆動部４００ａおよび不動部４００ｂを除く他の部分は、駆動部４００ａおよび不動部４００ｂを保持する保持部として機能しており、この保持部は、２つの駆動部４００ａを、全体として回転対称かつ非線対称な配置に保持することにより、圧電アクチュエータの一体構造を保っている。
【００９４】
圧電アクチュエータ４００は、２つの端部接合体４０５によってサスペンションに接合されており、３つの中部接合体４０６によってスライダに接合されている。そして、駆動部４００ａが伸長することにより、３つの中部接合体４０６が、圧電アクチュエータ４００の中央を回動中心として回動する。駆動部４００ａは、複数の圧電層を含む多層構造を有するので、低電圧で大きな変位を生じることとなる。
【００９５】
また、この圧電アクチュエータ４００では、駆動部４００ａと不動部４００ｂが、積層構造の積層方向に、スリット（間隙）４０４を挟んで対向しており、このスリット４０４が設けられていることにより、駆動部４００ａが伸長したときに生じる力が逃げて、十分に大きな回動変位が生じる。このスリット４０４は、圧電アクチュエータ４００の側面から中へと延びており、圧電アクチュエータ４００の中央部分で圧電アクチュエータ４００の一体構造が保たれている。
【００９６】
図１４に示す圧電アクチュエータ５００は、スリット５０１の構造が、図１３に示すスリット４０４の構造と相違する点を除いて、図１３に示す圧電アクチュエータ４００と同等のアクチュエータである。図１４に示す圧電アクチュエータ５００の構成要素のうち、図１３に示す圧電アクチュエータ４００の構成要素と同等な構成要素については、図１３に示す符号と同一の符号を付して説明を省略する。
【００９７】
図１４に示す圧電アクチュエータ５００のスリット５０１は、圧電アクチュエータ５００の中央部分に存在し、圧電アクチュエータ５００の側面部分で圧電アクチュエータ５００の一体構造が保たれている。このように側面部分の２箇所でで一体構造が保たれているため、図１４に示す圧電アクチュエータ５００は、図１３に示す圧電アクチュエータ４００に較べて剛性が高い。
【００９８】
図１５は、第４実施形態の圧電アクチュエータの積層構造を形成する工程を示す図であり、図１６は、第５実施形態の圧電アクチュエータの積層構造を形成する工程を示す図である。
【００９９】
図１５および図１６には、それぞれ、図１３に示す圧電アクチュエータ４００および図１４に示す圧電アクチュエータ５００の積層構造の６つ分を一度に形成する工程が示されており、図１５および図１６の一点鎖線で分割された各列が１つの積層構造に相当する。
【０１００】
図１５に示す形成工程および図１６に示す形成工程の双方において、先ず、ＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺ系セラミックスの粉末が使用されたグリーンシート４１０ａが形成され、そのグリーンシート４１０ａ上に、図１３および図１４に示す接地電極層４０３に相当する第１パターンのＰｔペースト４１１が印刷される。この第１パターンのＰｔペースト４１１は積層構造の２つ分に跨っている。
【０１０１】
次に、第１パターンのＰｔペースト４１１上にグリーンシート４１０ｂが形成され、そのグリーンシート４１０ｂ上に、図１３および図１４に示す電源電極層４０２に相当する第２パターンのＰｔペースト４１２が印刷される。この第２パターンのＰｔペースト４１１も積層構造の２つ分に跨っていが、跨る位置は、第１パターンのＰｔペースト４１１が跨る位置とは異なっている。
【０１０２】
その後、グリーンシート４１０ａ，４１０ｂの形成と、第１パターンあるいは第２パターンのＰｔペースト４１１，４１２の印刷とが必要な回数繰り返され、その後、印刷されたＰｔペーストを覆うグリーンシート４１０ｃが形成される。
【０１０３】
次に、図１５に示す形成工程では、図１３に示すスリット４０４に相当する第３パターンを有する、ＰＶＢバインダを主成分とするペースト４１３が印刷される。この第３パターンは、電源電極層４０２に相当する第２パターンと同じパターンであり、このＰＶＢバインダを主成分とするペースト４１３は、後で脱脂および焼成が行われる際に消失するものである。第３パターンのペースト４１３が印刷された後、第３パターンのペースト４１３を覆うグリーンシート４１０ｄが形成される。図１５に示す形成工程では、このグリーンシート４１０ｄは、積層構造の真ん中であり、このグリーンシート４１０ｄから後は、上述した工程が逆順で繰り返される。従って、第３パターンのペースト４１３を覆うグリーンシート４１０ｄ上には、第３パターンとは互い違いの第４パターンを有するＰＶＢバインダのペースト４１４が印刷される。
【０１０４】
一方、図１６に示す形成工程では、上述したグリーンシート４１０ｃが形成された後には、上述した、第３パターンのペースト４１３、グリーンシート４１０ｄ、第４パターンのペースト４１４に代えて、図１４に示すスリット５０１に相当する第５パターンを有する、ＰＶＢバインダのペースト４１５が印刷される。
【０１０５】
その後は、図１５および図１６に示す形成工程の双方において、グリーンシート４１０ｅが形成され、その後、第２パターンとは互い違いの第６パターンのＰｔペースト４１６の印刷とグリーンシート４１０ｆの形成、および接地電極層に相当する第７パターンのＰｔペースト４１７の印刷とグリーンシート４１０ｇの形成が必要な回数繰り返される。
【０１０６】
このようにして積層体が形成され、この積層体が大気中で脱脂され、その後、焼成されることにより所望の積層構造を有する焼成体が得られる。
【０１０７】
図１７は、焼成体を圧電アクチュエータに加工する工程を示す図である。
【０１０８】
図１７（Ａ）には、図１５および図１６に示す形成工程で得られた焼成体４２０が示されており、焼成体４２０の積層構造の積層方向は、矢印Ｆ４が示す方向である。この焼成体４２０は、ダイシングソー等により、点線で示すように、図１５および図１６に示す一点鎖線に相当する位置で帯状に切断される。これにより、積層構造の１つ分に相当する角柱４２１が得られる（図１７（Ｂ））。この角柱４２１の切断面４２１ａには、電源電極層および接地電極層のそれぞれの断面が、電源電極層および接地電極層のそれぞれに分かれた状態で露出しており、図１７（Ｃ）に示すように外部電極４２２が蒸着等で形成されることにより、同電位の電極どうしが接続される。
【０１０９】
その後、ダイシングソー等により、図１７（Ｄ）に点線で示されるように角柱４２１が個別切断される。これにより圧電素子４００，５００が完成する（図１７（Ｅ））。
【０１１０】
以上説明したように、第４実施形態および第５実施形態の圧電アクチュエータは、図１５〜図１７に示す工程によって容易かつ低コストで製造することができる。
【０１１１】
なお、図１５〜図１７に示す工程では、スリットを形成するためにＰＶＢバインダのペーストが用いられるが、脱脂や焼成で消失する他のバインダのペーストなどが用いられてもよい。あるいは、スリットは、焼成体を得た後でダイシングソー等によって形成されてもよい。
【０１１２】
ここで、図１５〜図１７に示す工程により、駆動部の厚さが２０μｍであり、駆動層（圧電層）数が２０層である、第４実施形態および第５実施形態の圧電アクチュエータを作成した。そして作成した圧電アクチュエータの源電極層と接地電極層との間に３０Ｖの駆動電圧を印加して、スリット付近での変位量を測定したところ、いずれの実施形態でも２５０ｎｍ以上という大きな変位量を示した。従って、この圧電アクチュエータを上述した第１実施形態の圧電アクチュエータに代えて採用した場合には、磁気ヘッドを数百ｎｍという高い精度で位置決めすることが可能である。
【０１１３】
なお、本発明の圧電アクチュエータでは、駆動層（圧電層）は２０層に限定されるものではなく、何層であってもよいことは当然である。
【０１１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、低コストで高性能な圧電アクチュエータが得られる。また、そのような圧電アクチュエータが組み込まれることにより、情報記憶装置における情報読み書きの精度が大幅に向上し、小型軽量で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】本発明に係る情報記録装置のだい１実施形態を示す図である。
【図２】サスペンション付近の拡大図である。
【図３】サスペンションの先端部分の拡大図である。
【図４】圧電層の形状を示す図である。
【図５】電源電極層の形状を示す図である。
【図６】接地電極層の形状を示す図である。
【図７】サスペンションにおける配線を示す図である。
【図８】圧電アクチュエータの製造工程を示す図である。
【図９】本発明の圧電アクチュエータの第２実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の情報記憶装置の第２実施形態におけるサスペンション付近の分解斜視図である。
【図１１】本発明の圧電アクチュエータの第３実施形態を示す図である。
【図１２】第３実施形態の圧電アクチュエータの製造工程を示す図である。
【図１３】本発明の圧電アクチュエータの第４実施形態を示す図である。
【図１４】本発明の圧電アクチュエータの第５実施形態を示す図である。
【図１５】第４実施形態の圧電アクチュエータの積層構造を形成する工程を示す図である。
【図１６】第５実施形態の圧電アクチュエータの積層構造を形成する工程を示す図である。
【図１７】焼成体を圧電アクチュエータに加工する工程を示す図である。
【符号の説明】
１００    ハードディスクドライブ
１０１    ハウジング
１０２    回転軸
１０３    磁気ディスク
１０４，１１２    スライダ
１０５    アーム軸
１０６，１１１    キャリッジアーム
１０７    アームアクチュエータ
１０８，１１０    サスペンション
１０８ａ    取り付け部
１０８ｂ    橋掛け部
１０８ｄ    電源線
１０８ｅ    設置線
１０８ｆ    電源端子
１０８ｇ    接地端子
１０８ｈ    導電性の接着剤の層
１０９    磁気ヘッド
２００，２５０，３００    圧電アクチュエータ
２００ａ，３００ａ    中心体
２００ｂ，３００ｂ    腕
２０１，２５１    圧電層
２０１ａ，２５１ａ    中心部
２０１ｂ，２５１ｂ    腕部
２０２，２５２    電源電極層
２０３，２５３    接地電極層
２０４    ビア
２０５    ビア
２１０    グリーンシート
２１１    ビア穴
２１２    Ａｇ−Ｐｄ電極ペースト
２１３    積層体
２１４    表面電極
４００，５００    圧電アクチュエータ
４００ａ    駆動部
４００ｂ    不動部
４０１    圧電層
４０２    電源電極層
４０３    接地電極層
４０４，５０１    スリット（間隙）
４０５    端部接合体
４０６    中部接合体
４１０ａ，…，４１０ｇ    グリーンシート
４１１，４１２，４１６，４１７    Ｐｔペースト
４１３，４１４，４１５    ＰＶＢバインダのペースト
４２０    焼成体
４２１    角柱
４２１ａ    切断面
４２２    外部電極
【図１】
0003857020.tif 000004
【図２】
0003857020.tif 000005
【図３】
0003857020.tif 000006
【図４】
0003857020.tif 000007
【図５】
0003857020.tif 000008
【図６】
0003857020.tif 000009
【図７】
0003857020.tif 000010
【図８】
0003857020.tif 000011
【図９】
0003857020.tif 000012
【図１０】
0003857020.tif 000013
【図１１】
0003857020.tif 000014
【図１２】
0003857020.tif 000015
【図１３】
0003857020.tif 000016
【図１４】
0003857020.tif 000017
【図１５】
0003857020.tif 000018
【図１６】
0003857020.tif 000019
【図１７】
0003857020.tif 000020