JP3225510B2 - 磁気ヘッドスライダ位置決め機構 - Google Patents

磁気ヘッドスライダ位置決め機構

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JP3225510B2
JP3225510B2 JP35569798A JP35569798A JP3225510B2 JP 3225510 B2 JP3225510 B2 JP 3225510B2 JP 35569798 A JP35569798 A JP 35569798A JP 35569798 A JP35569798 A JP 35569798A JP 3225510 B2 JP3225510 B2 JP 3225510B2
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  • Moving Of The Head To Find And Align With The Track (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク装置
あるいは光ディスク装置等のディスク装置における磁気
ヘッド位置決め機構に関する。
【0002】
【従来の技術】磁気ディスク装置の記録密度は、高BP
I(Bit Per Inch)化と高TPI(Track Per Inch)化に
より年率60%以上のペースで増加している。高BPI化
のためには、ヘッド浮上量の低減やMR(Magneto Resist
ive)ヘッドのようなセンシティビティの高い磁気ヘッ
ドの採用、あるいは高効率な信号処理技術などが求めら
れるが、高TPI化実現のためには加えて磁気ヘッドの
位置決め精度の改善が重要な技術課題となる。例えば1G
b/in2の記録密度ではトラック方向密度は8kTPI以下、ト
ラックピッチにして3〜4μm程度であるが、10Gb/in2以
上の記録密度を達成するためにはトラック密度は25kTPI
以上、トラックピッチにして1μm以下となるため、磁気
ヘッドの位置決め精度は(トラックピッチの10%であ
る)0.1μm以下が要求されるようになる。
【0003】図19に磁気ディスク装置に用いられる磁
気ヘッド位置決め機構(ポジショナ)の従来例を示す。
この磁気ヘッド位置決め機構は、磁気ヘッドを円弧形に
回転駆動するロータリーアクチュエータ方式と呼ばれる
もので、複数のホルダアーム11と、可動コイル12を
備えたアームブロック(キャリッジ)13とが回転軸受
け部14を中心に矢印A(図19(b)参照)の方向に
回転可能となるように構成されている。前記アームブロ
ック13のホルダアーム先端部には、磁気ヘッド1を搭
載したスライダ2を支持する磁気ヘッド支持機構5(サ
スペンションまたはHGA:Head Gimbal Assembly)が
接続されている(図19(c),(d)参照)。また、
前記アームブロック13の他端に設置された可動コイル
12は、外部固定磁気回路15と組み合わされてVCM
(Voice Coil Motor:ボイス・コイル・モータ)を構成
し、前記可動コイル12に所定の駆動電流を印加するこ
とにより駆動力を発生して、前記磁気ヘッド支持機構5
をシーク方向(図19(b):矢印A)へ円弧軌道で回
転駆動し、磁気ヘッド1を媒体上の目標トラックへ位置
決めさせる。ここでいう位置決め動作とは、磁気ヘッド
を任意のトラック位置から目標のトラック位置へと移動
させるシーク動作(トラッキング)と、磁気ヘッドを目
標のトラック上に追従させておくフォロー動作(フォロ
ーイング)とに分けられる。
【0004】このように従来の磁気ヘッド位置決め機構
は1つのVCMで複数の磁気ヘッドを同時に駆動するた
め、位置決め精度とりわけフォローイングにおけるトラ
ック追従精度が十分ではなく、前述のように1μm以下
の狭トラックピッチが要求される高TPIの装置には対応
できなくなりつつある。そこで、VCMによるキャリッ
ジ駆動とは独立して、各々の磁気ヘッドを個別に駆動さ
せる2ステージアクチュエータの研究が進められてい
る。この2ステージアクチュエータは個別に駆動させる
部位によって大きく3種類に大別できる。すなわち磁気
ヘッド部を個別駆動させるヘッド素子駆動方式(図2
0)、スライダ部を個別駆動させるスライダ駆動方式
(図21)、および磁気ヘッド支持機構(HGA)部を
個別駆動させるHGA駆動方式(図22及び図23)で
ある。
【0005】図20に示すヘッド素子駆動方式は、マイ
クロマシーン技術を応用してスライダA1内に櫛歯構造
を有する静電駆動型のリニアアクチュエータA2を埋め
込んだものであるが、加工難度が高いため歩留まりが悪
く、また可動方向に衝撃が加わると容易に変位あるいは
破壊してしまう欠点があり未だ実用化に至っていない。
なお、図20においてA3は磁気ヘッド、A4は磁気ヘ
ッド支持機構(サスペンション)である。
【0006】図21に示すスライダ駆動方式は、シリコ
ンマイクロジンバルB1とプレーナ型電磁駆動方式のピ
ギーバック・マイクロアクチュエータB2を組み合わせ
た構造であるが、誘導磁界を発生させるコイルパターン
層を厚く加工できないため十分な駆動力が得られないと
いった課題を抱えている。
【0007】最後に図22、図23に示すHGA駆動方
式であるが、これはHGA駆動用アクチュエータの発生
力が磁気ヘッドの加速度に比例するか変位に比例するか
によって、力−加速度型(高コンプライアンス型:図2
2)と力−変位型(高スティッフネス:図23)の2種
類に分けられる。
【0008】図22に示す力−加速度型(高コンプライ
アンス型)の2ステージアクチュエータでは、HGA接
合部に小型VCMを構築して電磁力により磁気ヘッドを
回転駆動させるタイプが主流であり、マイクロアクチュ
エータの軸受け部に十字形の板バネC1やI形の板バネ
(特願平09-260680号公報)を配置して小型VCMの駆
動力により板バネを撓ませてHGAを回転駆動させるも
のである。この力−加速度型の2ステージアクチュエー
タ(小型VCMタイプ)の場合、比較的小電流で大きな
駆動ストロークが得られる一方で、軸受けバネ(十字形
バネ/I形バネ)の回転剛性を強くできないために低周
波数帯域でアクチュエータ主共振(軸回転モード)が現
れサーボ帯域を狭くするといった問題を抱えている。ま
た、デジタルコントローラを用いる場合には、後述する
力−変位型の2ステージアクチュエータとは異なり1段
目と2段目のアクチュエータの相対変位を検出するセン
サが必要になるためシステムが複雑化するといった問題
もある。
【0009】一方、図23に示す力−変位型(高スティ
ッフ型)の2ステージアクチュエータは、ホルダアーム
D1とHGA部D4との接合位置に圧電素子D2を配置
し圧電効果を利用してHGA部D4を駆動させるもので
あり、同図に示すように圧電素子D2をホルダアームD
1の先端部に直接埋め込んで、おなじくホルダアームD
1の先端部に一体成型で構成した一対の平行板バネD3
を圧電素子D2の歪により撓ませて先端部に取り付けた
HGA部D4を駆動させている。
【0010】また最近では、図24に示すように、ホル
ダアームとHGAとの間に小型のアクチュエータ・スプ
リング8を配置し、その上に一対の圧電素子16を固定
してアクチュエータ・スプリング8を撓ませて端部に接
続したHGAを駆動させるタイプや、図25に示すよう
に、圧電素子E1の厚み滑り振動(1・5モード)を利
用してHGA部E2を駆動させるタイプなどが発表され
ている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】これら力−変位型の2
ステージアクチュエータは、サーボシステムの構築が容
易であり高速動作が可能でかつ高剛性に設計できるため
サーボ帯域を広くとれるといった利点があるが、圧電素
子の変位ストロークが小さいため2段目のアクチュエー
タによるヘッド可動範囲が狭くなりトラック追従性能に
制限を受けるといった欠点がある。このような場合、磁
気ヘッドの駆動範囲を広げるためには駆動倍率(圧電素
子の変位量に対する磁気ヘッドの駆動量)が大きくなる
ようにアクチュエータ・スプリングを設計する必要があ
るが、そうなると今度はアクチュエータ支持剛性が低く
なり耐衝撃性能や長期信頼性(ロード/アンロード耐久
性等)が犠牲になる。また、圧電素子の発生力は素子部
の断面積(および印加電圧)に比例するため十分な駆動
力を得るには圧電素子の厚みを大きくする必要がある
が、その場合には2ステージアクチュエータの実装高さ
が大きくなり狭板間への実装が困難になってくる。
【0012】本発明は上述した事情に基いてなされたも
のであり、その目的は、例えば、10Gb/in2を越える高記
録密度の磁気ディスク装置において、トラック密度25kT
PI以上の狭トラックピッチ(トラックピッチ1μm以
下)でも追従可能で、かつサーボ帯域3kHz以上を確保
できるような、高速・高精度な磁気ヘッド位置決め機構
を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気ヘッド位置
決め機構は、磁気ヘッド支持機構と2ステージアクチュ
エータを備え、前記磁気ヘッド支持機構は、磁気ヘッド
を搭載したスライダを支持するように構成され、前記2
ステージアクチュエータは、磁気ヘッド支持機構を前記
磁気ヘッドのシーク方向に微小量変位させるファインア
クチュエータ部と、前記ファインアクチュエータ部をボ
イス・コイル・モータにより前記磁気ヘッドのシーク方
向に変位させるコースアクチュエータ部とから構成さ
れ、前記ファインアクチュエータ部は、前記磁気ヘッド
支持機構を支持する薄板状のアクチュエータ・スプリン
グと2つの圧電素子を有してなり、前記磁気ヘッド支持
機構の前記磁気ヘッドのシーク方向への微小量変位は、
前記2つの圧電素子に交互に電圧を印加することで前記
2つの圧電素子に駆動力を発生させ、前記駆動力によっ
て前記アクチュエータ・スプリング部を弾性的に撓ませ
ることによって行われ、前記アクチュエータ・スプリン
グは、前記磁気ヘッド支持機構を支持する第1支持部
と、前記コースアクチュエータ部に支持される第2支持
部と、前記第1支持部および前記第2支持部の間を接続
するスプリング部とを備え、前記スプリング部は、1本
のI形の板バネからなるセンタスプリングと、2本のI
形の板バネからなるサイドスプリングとを有してなり、
前記センタスプリングは、前記アクチュエータ・スプリ
ングの長手方向の中心軸上で前記中心軸方向に延在し、
前記2本のサイドスプリングは、前記中心軸を挟む箇所
で前記中心軸と直交する方向に延在することを特徴とす
る。そのため、前記2つの圧電素子に交互に電圧を印加
することで前記2つの圧電素子に駆動力を発生させ、前
記駆動力によって前記アクチュエータ・スプリング部を
弾性的に撓ませることによって、前記ファインアクチュ
エータ部に接続された磁気ヘッド支持機構をシーク方向
に微小駆動させ、各々の磁気ヘッドを個別に位置決め制
御させることにより高精度なトラック追従動作(フォロ
ーイング)を行うことができる。また、本発明の磁気ヘ
ッド位置決め機構は、磁気ヘッド支持機構と2ステージ
アクチュエータを備え、前記磁気ヘッド支持機構は、磁
気ヘッドを搭載したスライダを支持するように構成さ
れ、前記2ステージアクチュエータは、磁気ヘッド支持
機構を前記磁気ヘッドのシーク方向に微小量変位させる
ファインアクチュエータ部と、前記ファインアクチュエ
ータ部をボイス・コイル・モータにより前記磁気ヘッド
のシーク方向に変位させるコースアクチュエータ部とか
ら構成され、前記ファインアクチュエータ部は、前記磁
気ヘッド支持機構を支持する薄板状のアクチュエータ・
スプリングと2つの圧電素子を有してなり、前記磁気ヘ
ッド支持機構の前記磁気ヘッドのシーク方向への微小量
変位は、前記2つの圧電素子に交互に電圧を印加するこ
とで前記2つの圧電素子に駆動力を発生させ、前記駆動
力によって前記アクチュエータ・スプリング部を弾性的
に撓ませることによって行われ、前記アクチュエータ・
スプリングは、前記磁気ヘッド支持機構を支持する第1
支持部と、前記コースアクチュエータ部に支持される第
2支持部と、前記第1支持部および前記第2支持部の間
を接続するスプリング部とを備え、前記スプリング部
は、1本のI形の板バネからなるセンタスプリングと、
2本のI形の板バネからなるサイドスプリングとを有し
てなり、前記センタスプリングは、前記中心軸上で前記
中心軸方向に延在し、前記2本のサイドスプリングは、
前記中心軸を挟む箇所で、前記第2支持部側の間隔より
も前記第1支持部側の間隔が大となるように前記中心軸
と交差する方向に延在することを特徴とする。そのた
め、前記2つの圧電素子に交互に電圧を印加することで
前記2つの圧電素子に駆動力を発生させ、前記駆動力に
よって前記アクチュエータ・スプリング部を弾性的に撓
ませることによって、前記ファインアクチュエータ部に
接続された磁気ヘッド支持機構をシーク方向に微小駆動
させ、各々の磁気ヘッドを個別に位置決め制御させるこ
とにより高精度なトラック追従動作(フォローイング)
を行うことができる。また、本発明の磁気ヘッド位置決
め機構は、磁気ヘッド支持機構と2ステージアクチュエ
ータを備え、前記磁気ヘッド支持機構は、磁気ヘッドを
搭載したスライダを支持するように構成され、前記2ス
テージアクチュエータは、磁気ヘッド支持機構を前記磁
気ヘッドのシーク方向に微小量変位させるファインアク
チュエータ部と、前記ファインアクチュエータ部をボイ
ス・コイル・モータにより前記磁気ヘッドのシーク方向
に変位させるコースアクチュエータ部とから構成され、
前記ファインアクチュエータ部は、前記磁気ヘッド支持
機構を支持する薄板状のアクチュエータ・スプリングと
2つの圧電素子を有してなり、前記磁気ヘッド支持機構
の前記磁気ヘッドのシーク方向への微小量変位は、前記
2つの圧電素子に交互に電圧を印加することで前記2つ
の圧電素子に駆動力を発生させ、前記駆動力によって前
記アクチュエータ・スプリング部を弾性的に撓ませるこ
とによって行われ、前記アクチュエータ・スプリング
は、前記磁気ヘッド支持機構を支持する第1支持部と、
前記コースアクチュエータ部に支持される第2支持部
と、前記第1支持部および前記第2支持部の間を接続す
るスプリング部とを備え、前記スプリング部は、2本の
I形の板バネからなるセンタスプリングと、2本のI形
の板バネからなるサイドスプリングとを有してなり、前
記2本のサイドスプリングは、前記中心軸を挟む箇所で
前記アクチュエータ・スプリングの長手方向の中心軸と
直交する方向に延在し、前記2本のセンタスプリング
は、前記中心軸を挟み、前記2本のサイドスプリングよ
りも前記第2支持部に近く、かつ、前記2本のサイドス
プリングよりも前記中心軸に近い箇所で前記中心軸と直
交する方向に延在することを特徴とする。そのため、前
記2つの圧電素子に交互に電圧を印加することで前記2
つの圧電素子に駆動力を発生させ、前記駆動力によって
前記アクチュエータ・スプリング部を弾性的に撓ませる
ことによって、前記ファインアクチュエータ部に接続さ
れた磁気ヘッド支持機構をシーク方向に微小駆動させ、
各々の磁気ヘッドを個別に位置決め制御させることによ
り高精度なトラック追従動作(フォローイング)を行う
ことができる。
【0014】
【発明の実施の形態】次に、本発明の磁気ヘッドスライ
ダ位置決め機構の実施の形態について図面を参照しなが
ら詳細に説明する。まず、第1の実施の形態について図
面を参照して説明する。図1(a)、(b)、(c1)、
(c2)は、第1の実施の形態を示す平面図、側面図、
要部側面図、要部平面図である。図2(a),(b)お
よび(c)は、第1の実施の形態のファインアクチュエ
ータ部の詳細を示す平面図、側面図およびアクチュエー
タ・スプリングの平面図である。図3(a)および
(b)は、同じく第1の実施の形態の構成を示す斜視図
である。また、図4(a)および(b)は、アクチュエ
ータ・スプリング部の構造と動作原理を示す平面図およ
び側面図である。図5(a)および(b)は圧電素子に
よる駆動方法を示す平面図である。図6(a),(b)
および(c)はファインアクチュエータ動作時のスプリ
ング挙動を示す変位図である。図7(a)および(b)
は圧電素子の変位量(歪量)と磁気ヘッドの駆動距離を
示すグラフ(シミュレーション)と振動特性を示す特性
線図である。また、図8(a)は、第1の実施の形態に
おけるアクチュエータ・スプリングの平面図である。
【0015】図1において、磁気ヘッド位置決め機構
は、磁気ヘッド支持機構5と、ファインアクチュエータ
部6およびコースアクチュエータ部7からなる2ステー
ジアクチュエータとから構成されている。ファインアク
チュエータ部6は、アクチュエータ・スプリング8と圧
電素子16から構成され、図中ホルダアームかしめ位置
10(特許請求の範囲の第2支持部に相当)においてコ
ースアクチュエータ部7を構成するホルダアーム11に
接続される。また、複数のホルダアーム11からなるア
ームブロック(キャリッジ)13は、その一端に可動コ
イル12を有し、図示せぬ外部固定磁気回路と組み合わ
されてVCMを構築しコースアクチュエータ部7を形成
している。
【0016】一方、図2(a)、(b)に示すように、
前記磁気ヘッド支持機構5は、磁気ヘッド1を搭載した
浮上型もしくは接触型のスライダ2と、それを支持する
ジンバルスプリング3ならびにスライダ2に押圧力を付
与するためのロードビーム4から構成されている。そし
て、スライダ2を記録媒体26に対向する向きにして前
記ファイアクチュエータ部6にサスペンションかしめ位
置9(特許請求の範囲の第1支持部に相当)において接
続されている。また、図2(c)に示すように、前記フ
ァインアクチュエータ部6のアクチュエータ・スプリン
グ8は、サスペンションかしめ位置9とホルダアームか
しめ位置10との間において、2本の長いI形のサイド
スプリング17と1本の短いI形のセンタスプリング1
8とを有している。
【0017】前記センタスプリング18は、アクチュエ
ータ・スプリング8の長手方向の中心軸上に位置し、前
記2本のサイドスプリング17は前記センタスプリング
18を間に挟んでアクチュエータ・スプリング8の長手
方向の中心軸に直交する向きに直列に配置される。この
とき、図2(c)に示すように、前記アクチュエータ・
スプリング8のサイドスプリング17およびセンタスプ
リング18とホルダアームかしめ位置9との間には、駆
動隙間25が形成されている。そして、図3(a)に示
すように、この駆動隙間25を跨ぐ形で直方体形状の一
対の圧電素子16が前記アクチュエータ・スプリング8
の長手方向の中心軸を挟んでその長手軸に沿う方向に平
行に配置されている。アクチュエータ・スプリング8の
上において、各圧電素子16は、その駆動方向の両端部
が図2(c)中に斜線領域で示す圧電素子接着位置2
1、21(特許請求の範囲の第1、第2支持部の箇所に
相当)にそれぞれ接着されて固定されている。ここで、
上記駆動隙間25は、圧電素子16が接着固定される圧
電素子接着位置21、21の間に形成されている。
【0018】アクチュエータ・スプリング8にはSUS304
などの靱性を有する材料を用い、図4(a)に示すよう
にアクチュエータ・スプリング8を形成するセンタスプ
リング18の短いI形バネはバネ長(Lc)とバネ幅
(Wc)がほぼ等しくなるように設定し、2本のサイド
スプリング17の細長いI形バネはバネ幅(Ws1,W
s2)に比べてバネ長(Ls1,Ls2)が十分長くな
るように設定しておくことが望ましい。このとき、セン
タスプリング18およびサイドスプリング17のバネ幅
は細いほど回転剛性を低く設計できるため、圧電素子の
駆動損失を小さく抑えることができるが、あまり細すぎ
ると面内並進剛性も低くなるためアクチュエータ主共振
を高く設定できなくなる。また、アクチュエータ・スプ
リング8の板厚(ta)は耐衝撃性や磁気ヘッド支持機
構5のロード/アンロードによる反りが圧電素子に与え
るストレスの影響(ロード/アンロード耐久性)を考慮
した場合、実装の許す範囲内で厚く設定することが望ま
しいが、あまり厚くしすぎるとセンタスプリング18や
サイドスプリング17のバネ幅(Wc, Ws1,Ws
2)を細く加工できなくなってしまう。例えば、アクチ
ュエータ・スプリング8の板厚をta=200μmに設
定した場合、エッチング加工を用いた場合にはセンタス
プリング18、サイドスプリング17のバネ幅はともに
板厚程度の200μmまでしか加工できない。ワイヤカ
ット等により加工する場合にはその制限は適用されない
が生産性が低くなりコストが上がるので注意が必要であ
る。
【0019】また、図4(a)に示すように、センタス
プリング18の磁気ヘッド1側の端部と、サイドスプリ
ング17の圧電素子16側の側縁部との位置関係を示す
距離をLDとすると、この距離LDを小さくしてセンタ
スプリング18とサイドスプリング17を近づければ回
転剛性が低くなりヘッド駆動倍率(圧電素子の変位量に
対する磁気ヘッドの駆動量)は上昇するが、同時にアク
チュエータの主共振は低下する。逆に、距離LDを大き
くしてセンタスプリング18とサイドスプリング17を
離せば、駆動軸がセンタスプリング上から磁気ヘッド側
へシフトするためヘッド駆動倍率が減少するが、アクチ
ュエータ主共振は高く設計できる。すなわち、センタス
プリング18の磁気ヘッド1側の端部と、サイドスプリ
ング17の圧電素子16側の側縁部とを近接することで
磁気ヘッドの駆動倍率を大きく設定することが可能とな
り、サイドスプリング17の圧電素子16側の側縁部と
を離間することでアクチュエータ主共振を高く設定する
ことが可能となる。
【0020】一方、磁気ヘッドの微小駆動に用いる圧電
素子には、縦効果素子や横効果素子、あるいはスタック
形積層縦効果素子等が利用できる。電気的結線の加工性
を考慮すれば横効果素子が使いやすいが、コスト的な制
約が緩い場合には低電圧での利用が可能な積層タイプの
圧電アクチュエータ(スタック形積層縦効果素子)を用
いても良い。横効果素子を利用する場合、応力の負荷さ
れていない状態での圧電定数dは以下の(1)式により
求められる。
【0021】
【数1】
【0022】ここで、k:電気機械結合係数、εT:誘
電率、YE:ヤング率(N/m2)
【0023】この圧電定数dを用いて電界及び素子断面
から発生力が算出されるが、このとき圧電素子の変位量
(歪量)は固定部を除いた自由長(以下、駆動長さ)に
比例するため、回路上の制約により駆動電圧を高く設定
できない場合には、磁気ヘッド可動範囲を十分広く確保
するために圧電素子の駆動長さを大きく設定しておくと
よい。例えば、チタン酸鉛やチタン酸ジルコニウム系の
セラミック材料のソフト材を用いた横効果素子の場合、
圧電素子の駆動変位(歪)は駆動長の0.05%程度とな
り、駆動長2mmの圧電素子に30Vの電圧を印加した場合、
圧電素子の変位量(歪量)は0.16μm程度であるが、駆
動長4mmの圧電素子を用いた場合には0.32μmの変位を得
ることができる。
【0024】この圧電素子の駆動長さを決定するのは、
アクチュエータ・スプリング8の中央に設けられた駆動
隙間25(Lp:図4(b)参照)であり、磁気ヘッド
の駆動範囲を広く確保するためにはアクチュエータ・ス
プリングの剛性を落とさない範囲内でこの駆動隙間25
を長く設定しておけばよい。このような圧電素子16を
2本1組として、図2(a),(b)および(c)に示
すように、アクチュエータ・スプリング8の長手方向の
中心軸を挟んで圧電素子16の長手方向(歪み方向)を
アクチュエータ・スプリング8の長手方向の中心軸と平
行方向に配置する。このとき、各圧電素子16のアクチ
ュエータ・スプリング8への接続位置は、図2(c)の
斜線部に示すように駆動隙間25を跨いでホルダアーム
かしめ位置側とサスペンションかしめ位置側の2カ所に
各々用意しておく。このうち、ホルダアームかしめ位置
側の接続位置(圧電素子接着位置21)はホルダアーム
11と干渉しない位置であればよいが、サスペンション
かしめ位置側の接続位置(圧電素子接着位置21)はサ
イドスプリング17とセンタスプリング18との間の位
置となるように設定しておくことが望ましい。
【0025】圧電素子16とアクチュエータ・スプリン
グ8との接続には接着剤が用いられるが、圧電素子の配
線方法(グランドをアクチュエータ・スプリングに取る
か否か)によって導電性の接着剤を用いるか絶縁性の接
着剤を用いるかが変わってくる。また、圧電素子の接着
面積については、第1の実施の形態のようにアクチュエ
ータ・スプリングの上に乗せて接着する場合には、圧電
素子の駆動力が接着剤を介してアクチュエータ・スプリ
ングに伝えられるため接着面積はできるだけ広く取るこ
とが望ましいが、接着部長さが長すぎると限られたアク
チュエータ・スプリング内で十分な駆動長さが確保でき
なくなる。前後の接着部長さは圧電素子長の20〜40%程
度が適当である。
【0026】このようにアクチュエータ・スプリング8
に接続された一対の圧電素子16は図4(a)中のD,
Eを作用点として交互に駆動し、Cのセンタスプリング
18を回転させるとともに、A,Bのサイドスプリング
17をサイドスプリング長手軸に直角方向へ撓ませるこ
とにより磁気ヘッド支持機構5をシーク方向へ微小駆動
させる(図4(a)参照)。このとき、アクチュエータ
・スプリング8の上部に乗った圧電素子16は、圧電素
子接着位置21における接着剤を介してアクチュエータ
・スプリング8へ駆動力を伝達し、3つのスプリング
(センタスプリング18およびサイドスプリング17)
を変位させている(図4(b)参照)。
【0027】ところで、2本の圧電素子を用いて磁気ヘ
ッドを駆動させる場合、その駆動方式には2種類が考え
られる。1つは図5(a)に示すような両側駆動方式
で、もう1つは同図(b)に示す片側駆動方式である。
両側駆動方式の場合、図5(a)の(i)に示すように
ニュートラルの状態では圧電素子AおよびBの両方に同
電圧(初期電圧:図中では15V)を与えておき、ヘッ
ド駆動時には図5(a)の(ii),(iii)に示すよ
うに、一方の圧電素子に0Vを、他方の圧電素子にはニ
ュートラル時の2倍の電圧(図中では30V)を印加す
る。これにより片側(0V)の圧電素子を伸長させ、他
方(30V)の圧電素子を縮小させるといった差動での
動作が可能となりヘッド駆動倍率を上げることができ
る。片側駆動方式の場合には、図5(b)の(i)に示
すようにニュートラルの状態では圧電素子16Aおよび
16Bには電圧をかけないでおき(初期電圧=0V)、
ヘッド駆動時には、図5(b)の(ii),(iii)に
示すように、駆動側の圧電素子にのみ電圧を印加(図中
では30V)し、反対の圧電素子には電圧をかけないで
おく。この場合、片方の(駆動側の)圧電素子のみが変
位し、他方は固定されたままとなる。このような駆動方
式の場合、ヘッド駆動倍率は前記両側駆動方式に比べて
約1/2になるが、ニュートラルの状態で電圧を印加し
ておく必要がないため初期状態で圧電素子によるアクチ
ュエータ・スプリングへの影響(初期応力等)が少な
く、また加工性(生産性)・省電力性に優れる。
【0028】図6は、第1の実施の形態のファインアク
チュエータに圧電素子の駆動力が作用したときのアクチ
ュエータ・スプリングの挙動をシミュレーションにより
解析した結果を示している。アクチュエータ・スプリン
グには板厚200μmのSUS304を、圧電素子にはPZT
(L×W×t=2.5mm×1.0mm×0.2mm)を用いており30V
印加相当の駆動力(80gf)を負荷させている。圧電素子
の変位により、センタスプリングを軸にサイドスプリン
グが撓んで磁気ヘッド支持機構が駆動されているのが判
る。
【0029】図7(a)は、第1の実施の形態のアクチ
ュエータ・スプリングを用いた場合の圧電素子駆動変位
に対する磁気ヘッドの駆動距離の関係を示しており、横
軸に圧電素子駆動変位量(μm)を、縦軸に磁気ヘッド
駆動距離(μm)を示している。また、同図(b)は本
実施例のファインアクチュエータ部の周波数特性を示し
ており、横軸に周波数(Hz)を、縦軸にゲイン(d
B)を示している。いずれもシミュレーションによる解
析結果である。図24で紹介した従来の2ステージアク
チュエータ(本実施例と同様に2本の圧電素子によりア
クチュエータ・スプリングを撓ませてHGAを駆動する
タイプ)に比べて、本実施例の2ステージアクチュエー
タは磁気ヘッドの駆動倍率(どちらも両側駆動方式で評
価)が大きく、同時にアクチュエータ主共振(Sway)も
高く設計できているのがわかる。すなわち、高周波数帯
域まで共振ピークの現れない良好な振動特性を得ること
ができる。
【0030】図24で示した従来の2ステージアクチュ
エータは、一対の圧電素子を使ってアクチュエータ・ス
プリングを撓ませてHGAを駆動するといった点では、
本発明の2ステージアクチュエータと共通であるが、圧
電素子をアクチュエータ・スプリングの長手方向の中心
軸に直角に配置している点で本発明の2ステージアクチ
ュエータとは異なる。この従来の2ステージアクチュエ
ータの場合、アクチュエータ・スプリングの幅方向に2
本の圧電素子が縦に並んで配置されるため、アクチュエ
ータ・スプリングの全幅よりも圧電素子の駆動長さを大
きくとることができない。したがって、圧電素子の変位
量を増やすことが難しく磁気ヘッドの駆動範囲を広くと
れないといった欠点がある。これに対して本発明の2ス
テージアクチュエータは、一対の圧電素子をアクチュエ
ータ・スプリング長手軸方向に沿って平行に配置してい
るため、前記従来の2ステージアクチュエータに比べて
圧電素子を大きくする(駆動長を長くする)ことができ
るため、圧電素子の変位量を増やして磁気ヘッドの駆動
範囲を広げることが容易である。
【0031】また、前記従来の2ステージアクチュエー
タのアクチュエータ・スプリング部は、本発明のアクチ
ュエータ・スプリングと同様に一対のサイドスプリング
をアクチュエータ・スプリング長手軸に直角に左右端に
直列配置し、1本のセンタスプリングを長手方向の中心
軸上に配置している点では共通であるが(図24参
照)、本発明の2ステージアクチュエータでは、センタ
スプリングをサイドスプリングに比べて極端に短い(幅
と長さがほぼ等しい)I形の板バネを用いている点で違
っており、また圧電素子による駆動力の作用点をセンタ
スプリングよりもホルダアーム側に設定している点でも
異なっている。本発明の2ステージアクチュエータは、
これらによって回転軸をセンタスプリング上に設定する
ことができ磁気ヘッドの駆動倍率を上げることができ
る。さらに、短いI形の板バネを駆動軸上に配置するア
クチュエータ・スプリング構造は前記従来の2ステージ
アクチュエータに比べて面内回転剛性を小さくしたまま
面外剛性を強く設定できるため、HGA駆動時の面外運
動(ロール/ピッチ方向への逃げや媒体垂直方向への反
りなど)を抑えて駆動力の損失を極力小さくすることが
できるとともに、耐衝撃性やロード/アンロード耐久性
を確保することが可能になっている。
【0032】次に、第2の実施の形態について図面を参
照して説明する。図8(a)は、第2の実施の形態におけ
るアクチュエータ・スプリングの平面図である。第1の
実施の形態では、アクチュエータ・スプリング8に設け
たセンタスプリングを、アクチュエータ・スプリング8
の長手方向の中心軸上に配置された1本の短いI形の板
バネで形成した。これに対して、第2の実施の形態で
は、センタスプリング18を、2本のサイドスプリング
17と平行方向に延在するように、すなわちアクチュエ
ータ・スプリングの長手方向の中心軸と直交する方向に
延在するように配置している。このとき、前記一対のセ
ンタスプリング18は前記サイドスプリング17よりも
ホルダアーム側(特許請求の範囲の第2支持部に近い箇
所に相当)に配置され、また前記サイドスプリングより
もアクチュエータ・スプリングの長手方向の中心軸寄り
に配置されている。このとき、一対の圧電素子16はア
クチュエータ・スプリング長手方向の中心軸を挟んで平
行に配置され、センタスプリング18とサイドスプリン
グ17の間に圧電素子接着位置21の一端がくるように
なっている。第2の実施の形態では、圧電素子の駆動変
位を2本の長いI形の板バネであるサイドスプリングと
2本の短いI形の板バネであるセンタスプリングの撓み
により受ける構造であるため、HGA支持剛性が格段に
強くなる。したがって、高周波数帯域までアクチュエー
タ共振を抑えたい場合や、面外剛性を下げずに良好な周
波数特性を維持しながらアクチュエータ・スプリングの
板厚を薄くしたいような場合に有効である。
【0033】次に、第3の実施の形態について図面を参
照して説明する。図8(b)は、第3の実施の形態におけ
るアクチュエータ・スプリングの平面図である。前記第
1の実施の形態では、アクチュエータ・スプリングに設
けたサイドスプリングをアクチュエータ・スプリング長
手方向の中心軸に直角方向へ直列に配置したが、第3の
実施の形態では、サイドスプリング17をHGA側に向
かって開口する「ハ」の字形に配置し、アクチュエータ
・スプリングの長手方向の中心軸を挟んで平行に配置し
ていた一対の圧電素子16をホルダアーム側に向かって
開口する「ハ」の字形に配置している。すなわち、前記
センタスプリング18は、前記中心軸上で前記中心軸方
向に延在し、前記2本のサイドスプリング17は、前記
中心軸を挟む箇所で、前記第2支持部側の間隔よりも前
記第1支持部側の間隔が大となるように前記中心軸と交
差する方向に延在している。そして、前記2つの圧電素
子16は、前記アクチュエータ・スプリング上において
前記中心軸を挟む箇所で、前記第1支持部側の間隔より
も前記第2支持部側の間隔が大となるように前記圧電素
子16の駆動方向が前記中心軸と交差するように設けら
れている。さらに、前記中心軸に対して同じ側に位置す
る前記サイドスプリング17と圧電素子16は、前記サ
イドスプリング17の延在方向と前記圧電素子16の前
記駆動方向とがほぼ直交して交差するように構成されて
いる。
【0034】このように圧電素子をその駆動方向がアク
チュエータ・スプリングの長手方向の中心軸に対して斜
めとなるように配置することにより、駆動長さをより長
くとることができるため磁気ヘッドの駆動範囲を広げる
ことが可能になる。また、サイドスプリング17の延在
方向と圧電素子16の駆動方向とが直交して交差するよ
うに構成することで、圧電素子16の駆動力をサイドス
プリングの17の板バネの撓み方向へ垂直に作用させて
駆動損失を抑えるとともにアクチュエータ・スプリング
をコンパクトに設計することが可能になる。
【0035】次に、第4の実施の形態について図面を参
照して説明する。図9(a),(b)および(c)は、第
4の実施の形態における2ステージアクチュエータを示
す斜視図である。図10(a)および(b)は、第4の
実施例における圧電素子接続部の詳細を示す斜視図およ
び側面図である。図11(a)および(b)は、第4の
実施例における2ステージアクチュエータの構造を説明
した平面図、側面図および構成図である。また、図12
(a)および(b)は、第4の実施例における2ステー
ジアクチュエータのファインアクチュエータ部への圧電
素子の接続例を説明した側面図である。
【0036】図9乃至図11に示すように、第4の実施
の形態では、ファインアクチュエータ部6のアクチュエ
ータ・スプリング8を上部アクチュエータ・スプリング
19(特許請求の範囲の第1スプリング部に相当)、下
部アクチュエータ・スプリング20(特許請求の範囲の
第2スプリング部に相当)に分けて、すなわち上下2枚
の薄い鋼板に分けて形成している。そして、上下2枚の
薄い鋼板に分けて形成されたアクチュエータ・スプリン
グ8のうち、下部アクチュエータ・スプリング20には
1本の短いI形の板バネ形状からなるセンタスプリング
18のみをアクチュエータ・スプリングの長手方向の中
心軸上に配置している。一方、上記アクチュエータ・ス
プリング8のうち、上部アクチュエータ・スプリング部
19には一対の長いI形の板バネ形状からなるサイドス
プリング17のみをアクチュエータ・スプリング長手方
向の中心軸に直交する向きに直列に配置している。そし
て、これら上部アクチュエータ・スプリング19、下部
アクチュエータ・スプリング20を貼り合わせて接合す
ることによって、1枚のアクチュエータ・スプリング8
を形成したとき、下段にセンタスプリング18が上段に
サイドスプリング17が構成されることになる。
【0037】なお、第4の実施の形態では、上部アクチ
ュエータ・スプリング19にサイドスプリング17を、
下部アクチュエータ・スプリング20にセンタスプリン
グ18を設定したがサイドスプリング17とセンタスプ
リング18を設ける箇所は逆でも構わない。上部と下部
のアクチュエータ・スプリングの接合には接着剤を用い
ても良いが、磁気ヘッド支持機構の接合で用いられるレ
ーザスポット溶接を利用してもよい。このとき、図12
(a)に示すように、上部アクチュエータ・スプリング
19の板厚(t1)と下部スプリング20の板厚(t
2)は等しくなるように設定し、上下2枚のアクチュエ
ータ・スプリングを貼り合わせて1枚のアクチュエータ
・スプリングを形成したときの板厚(t1+t2)は前
記第1の2ステージアクチュエータの板厚(ta)と等
しくなるようしておく。
【0038】また、図10(b)に示すように、下部ア
クチュエータ・スプリング20の駆動隙間(LpL)
(特許請求の範囲の第2駆動隙間に相当)は、上部アク
チュエータ・スプリングの駆動隙間(LpU)(特許請
求の範囲の第1駆動隙間に相当)よりも圧電素子接着長
さ相当だけ短くなるように設定し、かつ上部アクチュエ
ータ・スプリングの駆動隙間(LpU)の長さは圧電素
子の駆動方向の長さと等しくなるように設定しておく。
このため、駆動用の一対の圧電素子16は下部アクチュ
エータ・スプリングの上に駆動隙間(LpL)を跨ぐ形
で乗り、同時に上部アクチュエータ・スプリングの駆動
隙間(LpU)の間に挟まれる形で接続される(図10
(b)参照)。換言すれば、第1、第2駆動隙間の一方
が他方より広く設定されることで前記第1、第2支持部
の箇所にそれぞれ段部が形成されている。そして、圧電
素子16の前記アクチュエータ・スプリングに対する固
定は、圧電素子16の駆動方向の一端と他端が前記段部
にはめ込まれた状態で行われている。
【0039】これにより、例えば、図12(a)に示す
ように、圧電素子16の接着面積を素子の下面と垂直端
面の両方で確保できるため、圧電素子の接合が強固にな
り接着剤滑りによる駆動損失を抑えることができるとと
もに、上部アクチュエータ・スプリングの板厚分(t
1)だけ実装高さを低く抑えることができる。あるい
は、逆に実装高さをそのままにして圧電素子の厚み(t
PZT)を増やすことにより(素子の断面積に比例す
る)発生力を大きくすることができるとともにファイン
アクチュエータ駆動部の剛性を強くすることができ、耐
衝撃性や信頼性に優れた2ステージアクチュエータを提
供することができる。
【0040】図12(a)の例では、前記上部アクチュ
エータ・スプリングと下部アクチュエータ・スプリング
の板厚を同じとしたが、図12(b)に示す例では、前
記上部アクチュエータ・スプリングと下部アクチュエー
タ・スプリングの板厚を違えており、下部アクチュエー
タ・スプリングの板厚(t2)は上部アクチュエータ・
スプリングの板厚(t1)に比べて小さくなるように設
定している。この場合でも上部・下部のアクチュエータ
・スプリングを貼り合わせたときのアクチュエータ・ス
プリング8の板厚(ta)は前記第1乃至第3の実施の
形態の場合と同じになるようにしておく。
【0041】これにより、前述したような上部、下部ア
クチュエータ・スプリング19、20の駆動隙間の大き
さを異ならせることによって形成される段部における圧
電素子16の上部、下部アクチュエータ・スプリング1
9、20の箇所に対する接合面積(特に垂直端面)はさ
らに広くなり、駆動力の損失を抑えることができるとと
もに、圧電素子そのものをより厚く設計できるため十分
に強い発生力が得られる。また、圧電素子の厚みを変更
しない場合には、実装高さを小さく設定できるため狭板
間への実装が可能になる。なお、この場合、下部アクチ
ュエータ・スプリングの板厚(t2)は上部アクチュエ
ータ・スプリングの板厚(t1)に比べて小さくなるよ
うに設定されるため、下部アクチュエータ・スプリング
の剛性は、図12(a)の場合に比較して、板厚の減少
により低下しているため、バネ幅(Wc)を広く設定す
るなどして剛性の調整を行う必要がある。
【0042】次に、第5の実施の形態について図面を参
照して説明する。図13の(a),(b)および(c)
は、第5の実施の形態における2ステージアクチュエー
タの構造を示す斜視図および構成図である。図14
(a),(b)および(c)は、第5の実施の形態の2
ステージアクチュエータを示す平面図、側面図および組
立を説明する説明図である。図15(a),(b)およ
び(c)は、第5の実施の形態の2ステージアクチュエ
ータにおける圧電素子の接続を説明した側面図である。
【0043】図13に示すように、磁気ヘッド支持機構
5はロードビーム部4を備えて構成されている。ロード
ビーム部4は、1枚の鋼板で形成されており、本体部4
A、連絡部4B、補強板23から構成されている。そし
て、ロードビーム部4は、第1の実施の形態で設定した
アクチュエータ・スプリング8のセンタスプリング部1
8およびサイドスプリング部17を除いた部位とオーバ
ラップするように(重ね合わされるように)設定されて
いる。ここで、本体部4Aは、アクチュエータ・スプリ
ング8の第1支持部に接合され、補強板23は、アクチ
ュエータ・スプリング8の第2支持部に接合され、連絡
部4Bは、本体部4Aと補強板23を接続するように構
成されている。連絡部4Bは、図13の例では、アクチ
ュエータ・スプリング8の中心軸を挟む2箇所において
前記中心軸と直交する方向に延在し、一端が本体部4A
に接続され、他端が補強板23に接続されている。この
とき、前記ロードビーム4で造られた圧電素子16の駆
動隙間(LpS:図14(b)参照)(特許請求の範囲
のロードビーム側駆動隙間に相当)は、前記アクチュエ
ータ・スプリング8において形成される駆動隙間(L
p:図14(b)参照)よりも短くなるように設定して
おく。
【0044】これにより、磁気ヘッド支持機構5をアク
チュエータ・スプリング8にレーザスポット溶接等によ
り接合したとき、駆動隙間部25には、アクチュエータ
・スプリング8を上段にロードビーム部4を下段にした
状態で、ロードビーム4の本体部4Aと補強板23の一
部が駆動隙間25(Lp)から突き出た形で圧電素子接
着位置部21を構成している。このとき、圧電素子接着
位置部21を側面からみるとアクチュエータ・スプリン
グ8とロードビーム4(および補強板23)の鋼板とで
L字形の接続部位が形成されていることになる(図14
(b)参照)。このL字形の圧電素子接着位置部21に
駆動用の圧電素子16を埋め込み、素子の底面と垂直端
面を接着剤等により固定することによってアクチュエー
タ・スプリング8(およびそれに接合されているロード
ビーム4)と圧電素子16とを接合する。換言すれば、
本体部4Aと補強板23の間でアクチュエータ・スプリ
ングの前記駆動隙間に対応する箇所に前記駆動隙間Lp
よりも狭いロードビーム側駆動隙間Lpsが形成される
ことで前記第1、第2支持部の箇所にそれぞれL字形の
接続部位(段部)が形成されている。そして、圧電素子
16の前記アクチュエータ・スプリングに対する固定
は、前記圧電素子16の駆動方向の一端と他端が前記L
字形の接続部位にはめ込まれた状態で行われる。
【0045】また、前記ロードビーム4と補強板23と
は初め1枚の鋼板で形成しておき、磁気ヘッド支持機構
5をアクチュエータ・スプリング8に接合(組み立て)
した後(このとき補強板23の部位もロードビーム部4
と同様アクチュエータ・スプリング8に接合する)に、
ロードビーム部4と補強板23とを接続する連絡部4B
を切除するようにすれば加工が容易である(図14
(c)参照)。
【0046】これにより、第5の実施の形態において
も、第4の実施の形態の場合と同様に、圧電素子16の
接着部位を素子の下面と垂直端面の両方で確保できるた
め接合が強固になり接着剤滑りによる駆動損失を抑える
ことができるとともに、アクチュエータ・スプリング8
の板厚分(ta)だけ実装高さ(図15(a)参照)を
低く抑えることができる。あるいは、逆に実装高さをそ
のままにしておき圧電素子16の厚み(tPZT)を増
やすことにより駆動部の発生力を大きくすることができ
る(図15(b)参照)。また、図15(c)に示すよ
うに、アクチュエータ・スプリングの厚みを厚くしてフ
ァインアクチュエータ駆動部の剛性も強くすることがで
きるため耐衝撃性や信頼性に優れた2ステージアクチュ
エータを提供することができる。あるいは圧電素子の厚
みを変更しない場合、実装高さを小さく設定することが
できるため狭板間への実装が容易になる。
【0047】次に、第6の実施の形態について図面を参
照して説明する。図16(a),(b)および(c)は、
第6の実施の形態における2ステージアクチュエータの
構造を示す斜視図および構成図である。図17(a),
(b)は、第6の実施の形態の2ステージアクチュエー
タを示す平面図、構成図である。図18(i),(i
i)および(iii)は、第6の実施の形態の2ステー
ジアクチュエータの動作原理を説明した平面図および側
面図である。
【0048】図16において、第4の実施の形態の場合
と同様に、同様にアクチュエータ・スプリング8を上下
2枚の薄い鋼板で形成し、このうち上部アクチュエータ
・スプリング19には一対の長いI形のサイドスプリン
グ17のみをアクチュエータ・スプリング長手方向の中
心軸に直交する向きに直列に配置している。一方、下部
アクチュエータ・スプリング20には、1本の短いI形
のセンタスプリング18のみをアクチュエータ・スプリ
ング長手方向の中心軸上に配置している。これら上部ア
クチュエータ・スプリング19、下部アクチュエータ・
スプリング20を貼り合わせて1枚のアクチュエータ・
スプリング8を形成している。このとき、下段にはセン
タプリング18が、上段にはサイドスプリング17が構
成されることになる。
【0049】また、上部アクチュエータ・スプリング1
9には第4の実施の形態の場合と同様に駆動隙間25を
設けるが、下部アクチュエータ・スプリング20には駆
動隙間は設定しないでおく。前記下部アクチュエータ・
スプリング20の長手方向の中心軸を挟んでセンタスプ
リング18よりホルダアーム側の箇所(特許請求の範囲
の第2支持部の箇所に相当)に一対の滑りモード(1・
5モード)で駆動する圧電素子16の下面(特許請求の
範囲の端面に相当)を接着する。一方、磁気ヘッド支持
機構5を構成するロードビーム部4のサスペンションか
しめ位置9から後端部には、前記アクチュエータ・スプ
リングの長手方向の中心軸を挟んでホルダアーム側に伸
長する2つの圧電素子接着スペース26(特許請求の範
囲の固定部に相当)が設けられている。圧電素子接着ス
ペース26は、前記下部アクチュエータ・スプリング2
0の箇所とアクチュエータ・スプリングの厚み方向に間
隔をおいて対面するように構成されている。そして、圧
電素子16は、圧電素子接着スペース26と前記下部ア
クチュエータ・スプリング20に挟まれた状態で、前記
圧電素子16の上面(特許請求の範囲の端面に相当)が
圧電素子接着スペース26に接着される。
【0050】この滑りモード(1・5モード)で駆動す
る圧電素子16は、図18に示すように下面を固定して
電圧をかけたとき上面が前後に滑るように駆動するた
め、(駆動方向の)長さが短く幅が広い正方形に近い投
影面形状になるので前記圧電素子接着スペース26には
十分な接着面積を確保しておくことが望ましい。また、
前記圧電素子16の厚み(tPZT)と前記上部アクチ
ュエータ・スプリング19の板厚(t1)とは等しくな
るように設定しておき、前記ロードビーム4の圧電素子
接着スペース20と圧電素子16の上面とは同一平面内
になるように留意する。このように滑りモード(1・5
モード)で駆動する一対の圧電素子を利用して2ステー
ジアクチュエータを構築する場合、ニュートラルの位置
では圧電素子Aと圧電素子Bとの両方に一定の電圧(初
期電圧:図18(i)中では15V)を印加しておき、
磁気ヘッド駆動時には片方の圧電素子を0Vに、他方を
ニュートラル時の2倍の電圧(図18(ii)、(ii
i)中では30V)を印加して、両方の圧電素子を差動
で駆動させる。このような2ステージアクチュエータで
は、圧電素子の接着面積が大きく確保できると同時に圧
電素子を上下で挟み込んで接合しているのでファインア
クチュエータ駆動部の剛性を強く設計することが可能に
なる。
【0051】圧電素子の滑りモード(1・5モード)を
利用した従来の2ステージアクチュエータでは、図25
で示したようなヒンジを使って駆動するタイプがある。
この場合、一対の圧電素子をホルダアーム先端部に接合
するプレート上にホルダアーム長手方向の中心軸を挟ん
で左右に平行に並べ、圧電素子の下面を前記プレートに
接合し、上面は細い2本のヒンジを有するマウント・ブ
ロックに接合している。
【0052】このとき、前記マウント・ブロックには磁
気ヘッド支持機構が接続されており、磁気ヘッドを駆動
する際には図25(b)に示すように左右一対の圧電素
子がHGA長手方向に交互に(滑り)駆動し、それによ
って前記マウント・ブロックの2本のヒンジ部が左右で
交互に(前後方向へ)ずれて、磁気ヘッド支持機構をシ
ーク方向へ微小回転駆動させている。このように細い2
本のヒンジでHGAを駆動する場合、駆動倍率を稼ぐた
めにヒンジ部を極力細くし、かつ長手方向の中心軸へぎ
りぎりまで寄せて配置しなければならない。そのため、
ファインアクチュエータ駆動部の面外剛性が不足しHG
Aに大きな押圧荷重をかけることができなくなるなど、
耐衝撃性やロード/アンロード耐久性の確保等に難があ
った。
【0053】これに対して、第6の実施の形態における
2ステージアクチュエータでは、アクチュエータ中心軸
上に短い1本のI形のセンタスプリング(回転駆動)を
配し、アクチュエータ左右端に長い一対のI形のサイド
スプリング(撓み駆動)を配置しているため、面内回転
剛性を小さく保ちつつ面外剛性を強く設定できる。した
がって磁気ヘッド支持機構の高荷重設計にも対応でき、
耐衝撃性やロード/アンロード耐久性を確保することが
容易である。
【0054】次に第7の実施の形態について図面を参照
して説明する。図17(c)は、第7の実施の形態におけ
る2ステージアクチュエータを示す平面図である。第7
の実施の形態の2ステージアクチュエータでは、第6の
実施の形態においてロードビーム4のサスペンションか
しめ位置後端に設けていた圧電素子接着スペース27
を、ロードビーム部4とは別部品のサブスペーサ24
(特許請求の範囲の固定部材に相当)の後端部に設けて
いる。このため、組み立ての手順としては、まず圧電素
子16の下面を接続した前記アクチュエータ・スプリン
グ8に磁気ヘッド支持機構5(ロードビーム4)を接合
し、しかるのちに前記サブスペーサ24をロードビーム
4のサスペンションかしめ位置9に接続する。ここで、
サブスペーサ24は、ロードビーム部4の本体部4Aの
上部アクチュエータ・スプリング19側と反対側の箇所
に接合される。このとき、同時に前記サブスペーサ24
の圧電素子接着スペース27の部位を前記圧電素子16
の上面に接合する。第6の実施の形態のように、磁気ヘ
ッド支持機構5とアクチュエータ・スプリング8との接
合にスポット溶接を用いる場合には、圧電素子16の上
面と上部アクチュエータ・スプリング19とロードビー
ム4とが同一面上にくるため、圧電素子16上面と圧電
素子接着スペース27との接着剤による接合と、上部ア
クチュエータ・スプリング8とロードビーム4とのスポ
ット溶接とを同時に行わなければならず作業性が悪い。
これに対して第7の実施の形態では、圧電素子接着スペ
ース27を有するサブスペーサ24を用意して磁気ヘッ
ド支持機構5のアクチュエータ・スプリング8への組み
立てと圧電素子16の接合とを別工程で行うため作業性
が向上するとともに組立精度を向上させることができ
る。
【0055】
【発明の効果】本発明の磁気ヘッド位置決め機構によれ
ば、前記2つの圧電素子に交互に電圧を印加することで
前記2つの圧電素子に駆動力を発生させ、前記駆動力に
よって前記アクチュエータ・スプリング部を弾性的に撓
ませることによって、前記ファインアクチュエータ部に
接続された磁気ヘッド支持機構をシーク方向に微小駆動
させ、各々の磁気ヘッドを個別に位置決め制御させるこ
とにより高精度なトラック追従動作(フォローイング)
を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態を示す図であり、
(a)は平面図、(b)は側面図、(c1)は要部側面
図、(c2)は要部平面図である。
【図2】 第1の実施の形態のファインアクチュエータ
部の詳細を示す図であり、(a)は平面図、(b)は側
面図、(c)はアクチュエータ・スプリングの平面図で
ある。
【図3】 本発明の第1の実施の形態における2ステー
ジアクチュエータの構成を説明した斜視図である。
【図4】 本発明の第1の実施の形態におけるアクチュ
エータ・スプリング部の構造と動作原理を示す図であ
り、(a)は平面図、(b)は側面図である。
【図5】 本発明の第1の実施の形態における2ステー
ジアクチュエータの駆動方法を説明する平面図である。
【図6】 本発明の第1の実施の形態におけるファイン
アクチュエータ動作時のスプリング挙動を示す図であ
り、(a),(b)はスプリング挙動を示す変位図、
(c)は要部拡大図である。
【図7】 本発明の第1の実施の形態における2ステー
ジアクチュエータの圧電素子変位に対する磁気ヘッド駆
動距離の関係を示すグラフと周波数特性を示す特性線図
である。
【図8】 本発明の第2、第3の実施の形態における2
ステージアクチュエータを示す図であり、(a)は第2
の実施の形態における2ステージアクチュエータの平面
図、(b)は第3の実施の形態における2ステージアク
チュエータの平面図である。
【図9】 本発明の第4の実施の形態における2ステー
ジアクチュエータを示す斜視図である。
【図10】 本発明の第4の実施の形態における2ステ
ージアクチュエータの圧電素子接続部の詳細を説明した
図であり、(a)は斜視図、(b)は側面図である。
【図11】 本発明の第4の実施の形態における2ステ
ージアクチュエータの構造を説明した図であり、(a)
は平面図と側面図、(b)は構成図である。
【図12】 本発明の第4の実施の形態における2ステ
ージアクチュエータの圧電素子接続部を示す図であり、
(a)は圧電素子接続部の一例を示す側面図、(b)は
他の例を示す側面図である。
【図13】 第5の実施の形態における2ステージアク
チュエータの構成を示す図であり、(a)は組み立て状
態を示す斜視図、(b)は圧電素子との関係を示す斜視
図、(c)はアクチュエータ・スプリングとロードビー
ム部との関係を示す斜視図である。
【図14】 第5の実施の形態における2ステージアク
チュエータの構成を示す図であり、(a)は平面図およ
び側面図、(b)は拡大した側面図、(c)は組み立て
方法を示す説明図である。
【図15】 第5の実施の形態における2ステージアク
チュエータの圧電素子厚みと実装高さの関係を説明した
図であり、(a)は圧電素子の厚みがアクチュエータ・
スプリングの厚みと同じ場合の側面図、(b)は圧電素
子の厚みがアクチュエータ・スプリングの厚みよりも厚
い場合の側面図、(c)はアクチュエータ・スプリング
と圧電素子の厚みが厚くかつ同じ場合の側面図である。
【図16】 第6の実施の形態における2ステージアク
チュエータの構成を示す図であり、(a)は組み立て状
態を示す斜視図、(b)は圧電素子との関係を示す斜視
図、(c)はアクチュエータ・スプリングとロードビー
ム部との関係を示す斜視図である。
【図17】 第6、第7の実施の形態における2ステー
ジアクチュエータの構成を示す図であり、(a)は第6
の実施の形態の2ステージアクチュエータを示す平面
図、(b)は第6の実施の形態の2ステージアクチュエ
ータを示す構成図、(c)は第7の実施の形態の2ステ
ージアクチュエータを示す側面図と構成図である。
【図18】 第6の実施の形態における2ステージアク
チュエータの駆動方法を説明する説明図である。
【図19】 磁気ヘッド位置決め機構の従来例を示す平
面図・側面図・動作図、および磁気ヘッド支持機構の構
成を示す斜視図および平面図である。
【図20】 2ステージアクチュエータの従来例(ヘッ
ド素子駆動方式)を示す斜視図である。
【図21】 2ステージアクチュエータの従来例(スラ
イダ駆動方式)を示す斜視図および平面図である。
【図22】 2ステージアクチュエータの従来例(力−
加速度型のHGA駆動方式)を示す斜視図および平面図
である。
【図23】 2ステージアクチュエータの従来例(力−
変位型のHGA駆動方式1)を示す平面図である。
【図24】 2ステージアクチュエータの従来例(力−
変位型のHGA駆動方式2)を示す説明図である。
【図25】 2ステージアクチュエータの従来例(力−
変位型のHGA駆動方式3)を示す斜視図である。
【符号の説明】
1……磁気ヘッド、2……スライダ、3……ジンバルス
プリング、4……ロードビーム部、4A……本体部、4
B……連絡部、5……磁気ヘッド支持機構(サスペンシ
ョン)、6……ファインアクチュエータ部、7……コー
スアクチュエータ部、8……アクチュエータ・スプリン
グ、9……サスペンションかしめ位置、10……ホルダ
アームかしめ位置、11……ホルダアーム、12……可
動コイル、13……アームブロック(キャリッジ)、1
6……圧電素子、17……サイドスプリング、18……
センタスプリング、19……上部アクチュエータ・スプ
リング、20……下部アクチュエータ・スプリング、2
1……圧電素子接着位置、23……補強板、24……サ
ブスペーサ、25……駆動隙間、26……圧電素子接着
スペース。

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気ヘッド支持機構と2ステージアクチ
    ュエータを備え、 前記磁気ヘッド支持機構は、磁気ヘッドを搭載したスラ
    イダを支持するように構成され、 前記2ステージアクチュエータは、磁気ヘッド支持機構
    を前記磁気ヘッドのシーク方向に微小量変位させるファ
    インアクチュエータ部と、前記ファインアクチュエータ
    部をボイス・コイル・モータにより前記磁気ヘッドのシ
    ーク方向に変位させるコースアクチュエータ部とから構
    成され、 前記ファインアクチュエータ部は、前記磁気ヘッド支持
    機構を支持する薄板状のアクチュエータ・スプリングと
    2つの圧電素子を有してなり、 前記磁気ヘッド支持機構の前記磁気ヘッドのシーク方向
    への微小量変位は、前記2つの圧電素子に交互に電圧を
    印加することで前記2つの圧電素子に駆動力を発生さ
    せ、前記駆動力によって前記アクチュエータ・スプリン
    グ部を弾性的に撓ませることによって行われ 前記アクチュエータ・スプリングは、前記磁気ヘッド支
    持機構を支持する第1支持部と、前記コースアクチュエ
    ータ部に支持される第2支持部と、前記第1支持部およ
    び前記第2支持部の間を接続するスプリング部とを備
    え、 前記スプリング部は、1本のI形の板バネからなるセン
    タスプリングと、2本のI形の板バネからなるサイドス
    プリングとを有してなり、前記センタスプリングは、前
    記アクチュエータ・スプリングの長手方向の中心軸上で
    前記中心軸方向に延在し、前記2本のサイドスプリング
    は、前記中心軸を挟む箇所で前記中心軸と直交する方向
    に延在する、 ことを特徴とする磁気ヘッド位置決め機構。
  2. 【請求項2】 前記圧電素子はその駆動方向が前記中心
    軸と平行方向となるように配設されていることを特徴と
    する請求項記載の磁気ヘッド位置決め機構。
  3. 【請求項3】 磁気ヘッド支持機構と2ステージアクチ
    ュエータを備え、 前記磁気ヘッド支持機構は、磁気ヘッドを搭載したスラ
    イダを支持するように構成され、 前記2ステージアクチュエータは、磁気ヘッド支持機構
    を前記磁気ヘッドのシーク方向に微小量変位させるファ
    インアクチュエータ部と、前記ファインアクチュエータ
    部をボイス・コイル・モータにより前記磁気ヘッドのシ
    ーク方向に変位させるコースアクチュエータ部とから構
    成され、 前記ファインアクチュエータ部は、前記磁気ヘッド支持
    機構を支持する薄板状のアクチュエータ・スプリングと
    2つの圧電素子を有してなり、 前記磁気ヘッド支持機構の前記磁気ヘッドのシーク方向
    への微小量変位は、前記2つの圧電素子に交互に電圧を
    印加することで前記2つの圧電素子に駆動力を発生さ
    せ、前記駆動力によって前記アクチュエータ・スプリン
    グ部を弾性的に撓ませることによって行われ、 前記アクチュエータ・スプリングは、前記磁気ヘッド支
    持機構を支持する第1支持部と、前記コースアクチュエ
    ータ部に支持される第2支持部と、前記第1支持部およ
    び前記第2支持部の間を接続するスプリング部とを備
    え、 前記スプリング部は、1本のI形の板バネからなるセン
    タスプリングと、2本のI形の板バネからなるサイドス
    プリングとを有してなり、前記センタスプリングは、前
    記中心軸上で前記中心軸方向に延在し、前記2本のサイ
    ドスプリングは、前記中心軸を挟む箇所で、前記第2支
    持部側の間隔よりも前記第1支持部側の間隔が大となる
    ように前記中心軸と交差する方向に延在する、 ことを特徴とする磁気ヘッド位置決め機構。
  4. 【請求項4】 前記2つの圧電素子は、前記アクチュエ
    ータ・スプリング上において前記中心軸を挟む箇所で、
    前記第1支持部側の間隔よりも前記第2支持部側の間隔
    が大となるように前記圧電素子の駆動方向が前記中心軸
    と交差するように設けられていることを特徴とする請求
    記載の磁気ヘッド位置決め機構。
  5. 【請求項5】 前記中心軸に対して同じ側に位置する前
    記サイドスプリングと前記圧電素子は、前記サイドスプ
    リングの延在方向と前記圧電素子の前記駆動方向とがほ
    ぼ直交して交差するように構成されていることを特徴と
    する請求項記載の磁気ヘッド位置決め機構。
  6. 【請求項6】 前記センタスプリングを構成するI形の
    板バネはバネ幅に比べてバネ長がほぼ等しくなるように
    構成され、前記サイドスプリングを構成するI形の板バ
    ネはバネ幅に比べてバネ長が十分長くなるように構成さ
    れていることを特徴とする請求項1乃至5に何れか1項
    記載の磁気ヘッド位置決め機構。
  7. 【請求項7】 磁気ヘッド支持機構と2ステージアクチ
    ュエータを備え、 前記磁気ヘッド支持機構は、磁気ヘッドを搭載したスラ
    イダを支持するように構成され、 前記2ステージアクチュエータは、磁気ヘッド支持機構
    を前記磁気ヘッドのシーク方向に微小量変位させるファ
    インアクチュエータ部と、前記ファインアクチュエータ
    部をボイス・コイル・モータにより前記磁気ヘッドのシ
    ーク方向に変位させるコースアクチュエータ部とから構
    成され、 前記ファインアクチュエータ部は、前記磁気ヘッド支持
    機構を支持する薄板状のアクチュエータ・スプリングと
    2つの圧電素子を有してなり、 前記磁気ヘッド支持機構の前記磁気ヘッドのシーク方向
    への微小量変位は、前記2つの圧電素子に交互に電圧を
    印加することで前記2つの圧電素子に駆動力を発生さ
    せ、前記駆動力によって前記アクチュエータ・スプリン
    グ部を弾性的に撓ませることによって行われ、 前記アクチュエータ・スプリングは、前記磁気ヘッド支
    持機構を支持する第1支持部と、前記コースアクチュエ
    ータ部に支持される第2支持部と、前記第1支持部およ
    び前記第2支持部の間を接続するスプリング部とを備
    え、 前記スプリング部は、2本のI形の板バネからなるセン
    タスプリングと、2本のI形の板バネからなるサイドス
    プリングとを有してなり、前記2本のサイドスプリング
    は、前記中心軸を挟む箇所で前記アクチュエータ・スプ
    リングの長手方向の中心軸と直交する方向に延在し、前
    記2本のセンタスプリングは、前記中心軸を挟み、前記
    2本のサイドスプリングよりも前記第2支持部に近く、
    かつ、前記2本のサイドスプリングよりも前記中心軸に
    近い箇所で前記中心軸と直交する方向に延在する、 ことを特徴とする磁気ヘッド位置決め機構。
  8. 【請求項8】 前記圧電素子はその駆動方向が前記中心
    軸と平行方向となるように配設されていることを特徴と
    する請求項記載の磁気ヘッド位置決め機構。
  9. 【請求項9】 前記2つの圧電素子は、前記アクチュエ
    ータ・スプリング上で前記アクチュエータ・スプリング
    の中心軸を挟む箇所に配設され、一端は前記第1支持部
    の箇所に固定され、他端は前記第2支持部の箇所に固定
    され、前記第1支持部の箇所と前記第2支持部の箇所と
    の間には、前記圧電素子が駆動するための駆動隙間が形
    成されていることを特徴とする請求項1乃至8に何れか
    1項記載の磁気ヘッド位置決め機構。
  10. 【請求項10】 前記アクチュエータ・スプリングは、
    厚み方向に重ね合わされた状態で接合された薄板状の第
    1スプリング部と第2スプリング部からなり、前記第
    1、第2スプリング部の一方には前記サイドスプリング
    が設けられ、前記他方には前記センタスプリングが設け
    られていることを特徴とする請求項1乃至8に何れか1
    項記載の磁気ヘッド位置決め機構。
  11. 【請求項11】 前記2つの圧電素子は、前記アクチュ
    エータ・スプリング上で前記アクチュエータ・スプリン
    グの中心軸を挟む箇所に配設され、前記圧電素子の駆動
    方向の一端は前記第1支持部の箇所に固定され、前記圧
    電素子の駆動方向の他端は前記第2支持部の箇所に固定
    され、前記第1支持部の箇所と前記第2支持部の箇所と
    の間には、前記圧電素子が駆動するための駆動隙間が形
    成されていることを特徴とする請求項10記載の磁気ヘ
    ッド位置決め機構。
  12. 【請求項12】 前記駆動隙間は、前記第1スプリング
    部に設けられた第1駆動隙間と、前記第2スプリング部
    に設けられた第2駆動隙間とからなり、前記第1、第2
    駆動隙間の一方が他方より広く設定されることで前記第
    1、第2支持部の箇所にそれぞれ段部を形成し、前記圧
    電素子の前記アクチュエータ・スプリングに対する固定
    は、前記圧電素子の駆動方向の一端と他端が前記段部に
    はめ込まれた状態で行われていることを特徴とする請求
    11記載の磁気ヘッド位置決め機構。
  13. 【請求項13】 前記磁気ヘッド支持機構は、一端部が
    前記磁気ヘッドを保持し、他端部が前記アクチュエータ
    ・スプリングと厚み方向に重ね合わされた状態で接合さ
    れるロードビーム部を備え、前記ロードビーム部は、前
    記第1支持部に接合される本体部と、前記第2支持部に
    接合される補強板部と、前記本体部と前記補強板部を接
    続する連絡部とを備え、前記連絡部は、前記本体部と前
    記第1支持部が接合され、かつ、前記補強板部と前記第
    2支持部の接合された後で切断されるように構成されて
    いることを特徴とする請求項1乃至8、10に何れか1
    項記載の磁気ヘッド位置決め機構。
  14. 【請求項14】 前記連絡部は、前記本体部に一端が接
    続され、前記補強板部に他端部が接続されたI形の支持
    部材から構成されていることを特徴とする請求項13
    載の磁気ヘッド位置決め機構。
  15. 【請求項15】 前記2つの圧電素子は、前記アクチュ
    エータ・スプリング上で前記アクチュエータ・スプリン
    グの中心軸を挟む箇所に配設され、前記圧電素子の駆動
    方向の一端は前記第1支持部の箇所に固定され、前記圧
    電素子の駆動方向の他端は前記第2支持部の箇所に固定
    され、前記第1支持部の箇所と前記第2支持部の箇所と
    の間には、前記圧電素子が駆動するための駆動隙間が形
    成されていることを特徴とする請求項13または14
    載の磁気ヘッド位置決め機構。
  16. 【請求項16】 前記本体部と前記補強板部の間で前記
    アクチュエータ・スプリングの前記駆動隙間に対応する
    箇所に前記駆動隙間よりも狭いロードビーム側駆動隙間
    が形成されることで前記第1、第2支持部の箇所にそれ
    ぞれ段部を形成し、前記圧電素子の前記アクチュエータ
    ・スプリングに対する固定は、前記圧電素子の駆動方向
    の一端と他端が前記段部にはめ込まれた状態で行われて
    いることを特徴とする請求項15記載の磁気ヘッド位置
    決め機構。
  17. 【請求項17】 前記磁気ヘッド支持機構は、一端部が
    前記磁気ヘッドを保持し、他端部が前記アクチュエータ
    ・スプリングと厚み方向に重ね合わされた状態で接合さ
    れるロードビーム部を備え、前記アクチュエータ・スプ
    リングは、厚み方向に重ね合わされた状態で接合された
    薄板状の第1スプリング部と第2スプリング部からな
    り、前記第1スプリング部には前記サイドスプリングが
    設けられ、前記第2スプリング部には前記センタスプリ
    ングが設けられことを特徴とする請求項1乃至8に何れ
    か1項記載の磁気ヘッド位置決め機構。
  18. 【請求項18】 前記ロードビーム部は、前記第1スプ
    リング部側の前記第1支持部に接合される本体部と、前
    記第2スプリング側の前記第2支持部の箇所と前記アク
    チュエータ・スプリングの厚み方向に所定間隔を挟んで
    対面する2つの固定部とを備え、前記2つの固定部は、
    前記アクチュエータ・スプリングの長手方向の中心軸を
    挟む箇所に配設され、前記圧電素子は、前記アクチュエ
    ータ・スプリングの厚み方向と直交する方向にすべり駆
    動されるように構成され、前記圧電素子の互いにすべり
    駆動する2つの端面は、前記固定部に対面する前記第2
    支持部の箇所と前記固定部との間に挟まれた状態で前記
    第2支持部の箇所と前記固定部の箇所とにそれぞれ固定
    されていることを特徴とする請求項17記載の磁気ヘッ
    ド位置決め機構。
  19. 【請求項19】 前記ロードビーム部は、前記第1スプ
    リング部側の前記第1支持部に接合される本体部を備
    え、前記本体部の前記第1スプリング部側と反対側の箇
    所に固定されると共に、前記第2スプリング側の前記第
    2支持部の箇所と前記アクチュエータ・スプリングの厚
    み方向に所定間隔を挟んで対面する2つの固定部を具備
    する固定部材を設け、前記2つの固定部は前記アクチュ
    エータ・スプリングの長手方向の中心軸を挟む箇所に配
    設され、前記圧電素子は、前記アクチュエータ・スプリ
    ングの厚み方向と直交する方向にすべり駆動されるよう
    に構成され、前記圧電素子の互いにすべり駆動する2つ
    の端面は、前記固定部に対面する前記第2支持部の箇所
    と前記固定部との間に挟まれた状態で前記第2支持部の
    箇所と前記固定部の箇所とにそれぞれ固定されているこ
    とを特徴とする請求項17記載の磁気ヘッド位置決め機
    構。
  20. 【請求項20】 前記コースアクチュエータ部は、前記
    ファインアクチュエータ部を複数個支持し、前記コース
    アクチュエータ部による前記ファインアクチュエータ部
    の前記シーク方向への変位は、複数個の前記ファインア
    クチュエータ部を一括して行うように構成されているこ
    とを特徴とする請求項1乃至19に何れか1項記載の磁
    気ヘッド位置決め機構。
  21. 【請求項21】 前記2つの圧電素子は、前記アクチュ
    エータ・スプリング上で前記アクチュエータ・スプリン
    グの長手方向の中心軸を挟む箇所に配設され、一端は前
    記第1支持部の箇所に固定され、他端は前記第2支持部
    の箇所に固定され、前記第1支持部の箇所と前記第2支
    持部の箇所との間には、前記圧電素子が駆動するための
    駆動隙間が形成されていることを特徴とする請求項1、
    3または7記載の磁気ヘッド位置決め機構。
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