JP4095439B2 - 圧電アクチュエータ - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータによる駆動方法、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。
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、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。
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、小型軽量な圧電アクチュエータ、そのような圧電アクチュエータを用いた、低電圧で大きな変位が得られる駆動方法、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。
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、電圧が印加開放されて長さ方向に収縮伸長する棒状の第１駆動部、
第１駆動部に対して平行に並んだ、電圧が印加開放されて長さ方向に収縮伸長する棒状の第２駆動部、
第１駆動部の一端と、その一端と並ぶ、第２駆動部の一端との双方が繋がった第１の端部、
第１駆動部の、第１の端部に繋がった一端に対する他端に繋がった第１の中央部、
第２駆動部の、第１の端部に繋がった一端に対する他端に繋がった第２の中央部、
第１の中央部を挟んで第１駆動部とは反対の方向に第１の中央部から延びた、電圧が印加開放されて長さ方向に収縮伸長する棒状の第３駆動部、
第２の中央部を挟んで第２駆動部とは反対の方向に第２の中央部から延びた、電圧が印加開放されて長さ方向に収縮伸長する棒状の第４駆動部、および
第３駆動部の、第１の中央部に繋がった一端に対する他端と、第４駆動部の、第２の中央部に繋がった一端に対する他端との双方が繋がった第２の端部を有することを特徴とする。
また、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、それぞれが第１の駆動端および第２の駆動端を有する、それぞれが第２の駆動端を第１の駆動端に対して相対的に各所定の駆動方向に往復自在に駆動する複数の駆動部と、
上記複数の駆動部それぞれの第１の駆動端が固定された、それら複数の駆動部を全体として回転対称かつ非線対称な配置に保持するベース部とを備え、
上記駆動部が、
第１の駆動端から上記駆動方向に延びた、電圧が印加開放されて長さ方向に収縮伸長する棒状の第１駆動体と、
第１駆動体が延びた方向と同じ方向に第２の駆動端から、第１駆動体と並んで延びた、電圧が印加開放されて長さ方向に収縮伸長する棒状の第２駆動体と、
第１駆動体の、第１の駆動端に繋がった一端に対する他端、および第２駆動体の、第２の駆動端に繋がった一端に対する他端とを相互に固定する固定体とを有するものであることを特徴とする。
ここで、第１の圧電アクチュエータの第１の中央部と第２の中央部は互いに分離したものであってもよく、あるいは互いに繋がったものであってもよい。また、第１駆動部、第２駆動部、第３駆動部、第４駆動部、第１駆動体、および第２駆動体は、電圧が印加されると伸長するものであってもよくあるいは電圧が印加されると収縮するものであってもよい。
上記目的を達成する本発明の駆動方法は、上記本発明の第１の圧電アクチュエータの第１駆動部と第４駆動部とに対して互いに同一のタイミングで電圧を印加し、そのタイミングとは異なるタイミングで、その圧電アクチュエータの第２駆動部と第３駆動部とに対し、互いに同一のタイミングで電圧を印加することにより、上記第１の中央部および上記第２の中央部からなる中央部対を、上記第１の端部および上記第２の端部からなる端部対に対して相対的に回転駆動させることを特徴とする。
本発明の圧電アクチュエータは簡単な構造を有しており、小型軽量なアクチュエータとして実現することができる。また、本発明の駆動方法によれば、駆動対象物を回転駆動することにより、その駆動対象物を低電圧で大きく変位させることができる。
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、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、本発明の第１の圧電アクチュエータあるいは第２の圧電アクチュエータであることを特徴とする。
ここで、アーム部は、ヘッド部を直接保持するものであってもよいし、あるいは、ヘッド部アクチュエータなどを介して間接的に保持するものであってもよい。また、ヘッド部アクチュエータとして第２の圧電アクチュエータが採用される場合には、第２の駆動端は、ヘッド部に直接に固定されてもよく、あるいは治具などを介してヘッド部に間接に固定されてもよい。
本発明の情報記憶装置によれば、ヘッド部が重心を中心として回動されるため、ヘッド駆動時の慣性モーメントが小さい。また、本発明の情報記憶装置に組み込まれているヘッドアクチュエータは、小型軽量であり、ヘッドを高精度に位置決めする事ができるので、本発明の情報記憶装置は、高記録密度で小型軽量な装置として実現される。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施形態について説明する。
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。
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、磁気ディスク１０３が、本発明にいう情報記憶媒体の一例に相当している。また、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。また、サスペンション１０８の先端には、本発明にいうヘッド部アクチュエータの一例および本発明の圧電アクチュエータの第１実施形態に相当する、後述する圧電アクチュエータが備えられている。
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。
後述する各実施形態はいずれも、サスペンション１０８の先端付近の構造を除いて、図１に示す構造と同様の構造を有する。以下では、サスペンション１０８の先端付近の構造だけに着目して各実施形態の説明を行う。
以下説明する各実施形態は、２つのタイプに分けられる。まず、第１のタイプの実施形態について説明する。
図２は、第１実施形態におけるサスペンションの先端付近を表す分解斜視図であり、図３は、本発明の圧電アクチュエータの第１実施形態を表す斜視図であり、図４は、サスペンションの先端付近を表す正面図である。以下、これらの図をあわせて説明する。
サスペンション１０８は、本体部１０８ａと保持部１０８ｂで構成されており、保持部１０８ｂは、本体部１０８ａと繋がる部分１０８ｃで弾性変形することにより板バネとして働く。
スライダ１０４の端面には磁気ヘッド１０４ａが搭載されている。
サスペンション１０８の保持部１０８ｂには、圧電アクチュエータ１１０がエポキシ系の接着剤などで固着され、圧電アクチュエータ１１０にはスライダ１０４が固着される。
この圧電アクチュエータ１１０は、後述するように一体形成されるが、機能に着目すると、圧電アクチュエータ１１０は、４つの棒状の駆動部１１１＿１，１１１＿２，１１１＿３，１１１＿４と、２つの中央部１１２＿１，１１２＿２と、２つの端部１１３＿１，１１３＿２に区分される。
４つの駆動部１１１＿１，１１１＿２，１１１＿３，１１１＿４の構造は、導電性材料からなる共通電極層１１４と、導電性材料からなる個別電極層１１５と、これらの電極層１１４，１１５に挟まれた圧電性材料からなる圧電層で構成された多層構造になっている。このため、４つの駆動部１１１＿１，１１１＿２，１１１＿３，１１１＿４は、いわゆる活性な部分であり、共通電極層１１４と個別電極層１１５との間に電圧が印加されると、圧電横効果（３１モード）によって、各駆動部１１１＿１，１１１＿２，１１１＿３，１１１＿４の長さ方向に収縮し、印加された電圧が開放されると長さ方向に伸長する。なお、共通電極層１１４の電位は４つの駆動部１１１＿１，１１１＿２，１１１＿３，１１１＿４について共通の電位であり、個別電極層１１５の電位は４つの駆動部１１１＿１，１１１＿２，１１１＿３，１１１＿４それぞれについて個別に設定される。
一方、２つの中央部１１２＿１，１１２＿２および２つの端部１１３＿１，１１３＿２の構造は、共通電極層１１４および個別電極層１１５のうちいずれか一方と、圧電層とが交互に積層された構造である。このため、２つの中央部１１２＿１，１１２＿２および２つの端部１１３＿１，１１３＿２はいずれもいわゆる不活性な部分であり、共通電極層１１４および個別電極層１１５の電位に関わらず収縮伸長しない。また、圧電アクチュエータ１１０の側面には、共通電極層１１４に接続された共通電極端子１１６と、個別電極層１１５に接続された個別電極端子１１７が設けられており、これら共通電極端子１１６および個別電極端子１１７を介して、共通電極層１１４と個別電極層１１５との間に電圧が印加される。以下の説明では、駆動部の共通電極層と個別電極層との間に電圧が印加されることを単に「駆動部に電圧が印加される」と称する場合がある。
圧電アクチュエータ１１０のうち、サスペンション１０８およびスライダ１０４に固着される部分としては、２つの中央部１１２＿１，１１２＿２からなる中央部対と２つの端部１１３＿１，１１３＿２からなる端部対が考えられる。つまり、サスペンション１０８に中央部対が固着されるとともに、スライダ１０４に端部対が固着される場合と、その逆に、サスペンション１０８に端部対が固着されるとともに、スライダ１０４に中央部対が固着される場合が考えられる。ここでは、サスペンション１０８の保持部１０８ｂに端部対が固着されるとともに、スライダ１０４中央の固着部位１０４ｂに中央部対が固着されるものとして以下説明する。
圧電アクチュエータ１１０は、以下説明する原理によってサスペンション１０８に対してスライダ１０４を相対的に回転駆動する。
図５は、第１実施形態における圧電アクチュエータの駆動原理の説明図である。
ここでは、圧電アクチュエータ１１０の４つの駆動部１１１＿１，１１１＿２，１１１＿３，１１１＿４のうち、互いに対角に位置する第２駆動部１１１＿２と第３駆動部１１１＿３が互いに同じタイミングで収縮した様子が示されており、これら第２駆動部１１１＿２および第３駆動部１１１＿３とは別の対角に位置する第１駆動部１１１＿１および第４駆動部１１１＿４は収縮していない。このため、２つの中央部１１２＿１，１１２＿２からなる中央部対が、２つの端部１１３＿１，１１３＿２からなる端部対に対して回転駆動される。その結果、中央部対に固着されているスライダ１０４が、端部対に固着されているサスペンション１０８に対して回転駆動されて、磁気ヘッドが大きく変位する。また、中央部対はスライダ１０４の中央に固着されているので、スライダ１０４は重心を中心として回転駆動されることとなり、ヘッド駆動時の慣性モーメントが小さい。また、ここでは、サスペンションに端部対が固着され、スライダに中央部対が固着されているので、圧電アクチュエータ１１０自身は回動せず、慣性モーメントが抑えられている。
第１駆動部１１１＿１および第４駆動部１１１＿４が互いに同じタイミングで収縮し、第２駆動部１１１＿２および第３駆動部１１１＿３は収縮しないことで、図５に示した回転駆動の方向とは逆の方向にも素速くスライダ１０４を回転駆動させることができる。
図６は、第１実施形態の圧電アクチュエータに対する電圧印加タイミングの一例を示すグラフである。
このグラフは、４つの駆動部それぞれについて、共通電極層と個別電極層との間に印加される電圧を示しており、グラフの横軸は時刻、縦軸は印加電圧を示している。
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間帯では、第１駆動部と第４駆動部に３０Ｖの電圧が印加され、第２駆動部と第３駆動部は電圧が開放されている。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間帯では、第２駆動部と第３駆動部に３０Ｖの電圧が印加され、第１駆動部と第４駆動部は電圧が開放されている。これにより、図５に示すように、圧電アクチュエータ１１０はスライダ１０４を回転駆動する。
また、上述した各時間帯を除く他の時刻では、４つの駆動部すべてに１５Ｖの電圧が印加されており、４つの駆動部が同じ力で収縮しようとする。この結果、スライダ１０４は、図４に示す位置（ホームポジション）に強制的にとどめられることとなる。なお、このように４つの駆動部すべてに同一の電圧が印加されてホームポジションを維持することは、本発明では必須でなく、単に、すべての駆動部で電圧が開放されるだけであってもよい。また、互いに別の対角に位置する駆動部には、上記グラフに示されるような逆タイミングで電圧が印加されてもよく、あるいは、互いにずれたタイミングで電圧が印加されてもよい。さらに、印加電圧は、上記グラフに示されるような矩形パルス状であってもよいし、あるいは、滑らかに変化するものであってもよい。
以上説明した第１実施形態の能力を有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ：ＦＥＭ）によって解析した結果について以下説明する。
圧電アクチュエータの寸法を、長さが１．２５ｍｍ、幅が０．１２ｍｍ、厚みが０．０８ｍｍ（２０μｍの圧電層×４）に設定すると、３０Ｖという低い印加電圧下でも、スライダ上の磁気ヘッドの変位は０．５μｍという大きな変位であった。また、この圧電アクチュエータにスライダが固着されているときの共振周波数は１５．６ｋＨｚという高い周波数であり、高速な駆動が可能であることがわかった。高記録密度で高速な読み書きが可能な情報記憶装置を実現するための圧電アクチュエータとしては、３０Ｖ以下の印加電圧で０．５μｍ程度の変位量が得られ、かつ、共振周波数が１０ｋＨｚ以上という特性が求められており、上記第１実施形態の解析結果はこの特性を十分に満たしている。また、実際に上記寸法の圧電アクチュエータを試作し、レーザドップラー計を用いて周期的な印加電圧の下での駆動速度を測定したところ、上記同様の共振周波数が確認された。上記第１実施形態の圧電アクチュエータが採用された情報記憶装置は、２０Ｇｂｉｔ／ｉｎ^２以上の高記録密度で高速な読み書きが可能である。
以上で本発明の第１実施形態の説明を終了し、以下、本発明の他の実施形態について説明する。上述したように、図１に示す構成は、以下説明する各実施形態にも共通の構成であるので、重複説明は省略する。
図７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の先端付近を表す分解斜視図であり、図８は、本発明の圧電アクチュエータの第２実施形態を表す斜視図である。
図７に示すサスペンション１０８およびスライダ１０４は、図２に示すサスペンション１０８およびスライダ１０４と同様のものである。
図７および図８に示す圧電アクチュエータ１２０の構造は、図２に示す圧電アクチュエータ１１０と同様な構成部分を有する駆動段が２段重なった構造であり、駆動段の間にはスリット１２１が設けられている。駆動段が２段あるので、圧電アクチュエータ１２０は８つの駆動部１２２＿１，…，１２２＿８と、４つの中央部１２３＿１，…，１２３＿４を有し、それぞれが、図２に示す端部１１３＿１，１１３＿２の２段分に相当する２つの端部１２４＿１，１２４＿２も有する。また、圧電アクチュエータ１２０の側面には、共通電極端子１２５と個別電極端子１２６が設けられており、これら共通電極端子１２５および個別電極端子１２６を介して８つの駆動部１２２＿１，…，１２２＿８それぞれに電圧が印加される。
４つの中央部１２３＿１，…，１２３＿４のうちサスペンション１０８側（上段）の中央部１２３＿１，１２３＿２は、サスペンション１０８の保持部１０８ａに固着され、スライダ１０４側（下段）の中央部１２３＿３（図示せず），１２３＿４は、スライダ１０４上の固着部位１０４ｂに固着される。
図９は、圧電アクチュエータの第２実施形態に対する電圧印加タイミングの一例を示すグラフであり、図１０は、圧電アクチュエータの第２実施形態における駆動原理の説明図である。
このグラフは、８つの駆動部それぞれに印加される電圧を示しており、グラフの横軸は時刻、縦軸は印加電圧を示している。
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間帯では、第１駆動部と第４駆動部と第６駆動部と第７駆動部に３０Ｖの電圧が印加され、第２駆動部と第３駆動部と第５駆動部と第８駆動部は電圧が開放されている。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間帯では、第２駆動部と第３駆動部と第５駆動部と第８駆動部に３０Ｖの電圧が印加され、第１駆動部と第４駆動部と第６駆動部と第７駆動部は電圧が開放されている。つまり、上段の４つの駆動部（第１〜第４駆動部）のうち、対角に位置する２つの駆動部に電圧が印加されると共に、同じタイミングで、下段の４つの駆動部（第５〜第８駆動部）のうち、それら２つの駆動部とは別の対角に位置する２つの駆動部にも電圧が印加される。これにより、上段の２つの駆動部（例えば第２駆動部と第３駆動部）は、図１０の矢印ｆ１，ｆ２が示すように収縮し、下段の２つの駆動部（例えば第５駆動部と第８駆動部）は、図１０の矢印ｆ３，ｆ４が示すように収縮する。この結果、２つの端部１２４＿１，１２４＿２からなる端部対に対する中央部の回転駆動は、上段と下段とで逆方向となり、上段の２つの中央部１２３＿１，１２３＿２を固定したと仮定すると、２つの端部１２４＿１，１２４＿２と下段の２つの中央部１２３＿３，１２３＿４は、それぞれ、図１０の矢印ｆ５，ｆ６と矢印ｆ７が示すように回転駆動する。つまり、下段の２つの中央部１２３＿３，１２３＿４が上段の２つの中央部１２３＿１，１２３＿２に対して回転駆動される駆動量は、１段の駆動段による駆動量の約２倍の駆動量となっており、駆動段が重なっている分だけ駆動量が増幅されている。
なお、図９の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間帯および時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間帯を除く他の時刻では、８つの駆動部すべてに１５Ｖの電圧が印加されており、スライダはホームポジションに強制的にとどめられる。
ここで、第２実施形態の能力をＦＥＭによって解析した結果について説明する。
圧電アクチュエータの寸法を、長さが１．２５ｍｍ、幅が０．３ｍｍ、厚みが０．１６ｍｍ（２０μｍの圧電層×４×２段）に設定すると、３０Ｖという低い印加電圧下でも、スライダ上の磁気ヘッドの変位は０．５１μｍという大きな変位であった。また、この圧電アクチュエータにスライダが固着されているときの共振周波数は２４．７ｋＨｚという非常に高い周波数であった。つまり、第２実施形態では、圧電アクチュエータの幅が上記第１実施形態の圧電アクチュエータの幅よりも広い場合であっても、駆動段が２段重なっているために、第１実施形態と同様な変位量が得られることがわかった。また、その場合には、幅が広く設定された分だけ高い共振周波数が得られることもわかった。
図１１は、本発明の第３実施形態を示す図である。
この第３実施形態でも、サスペンション１０８とスライダ１０４は、図２に示すサスペンション１０８およびスライダ１０４と同様のものである。
この図１１に示す圧電アクチュエータ１３０の構造は、図２に示す圧電アクチュエータと同様な構成部分を有する駆動段１３１が６段重なった構造である。各駆動段１３１は、端部１３２あるいは中央部１３３で相互に接続されており、端部１３２での接続と中央部１３３での接続が交互に行われている。即ち、２Ｎ段目（Ｎは整数）と２Ｎ−１段目は端部１３２で接続されており、２Ｎ段目と２Ｎ＋１段目は中央部１３３で接続されている。
各駆動段１３１の中央部１３３は、図５に示す原理により端部１３２に対して回転駆動する。また、各駆動段１３１における回転駆動の方向は交互に逆転しており、これにより、図１０に示す原理によって回転駆動量が約６倍に増幅されている。
以下、上記第１〜第３実施形態の圧電アクチュエータを代表させて、第２実施形態の圧電アクチュエータについて作成方法を説明する。ここでは、作成方法の一例として、いわゆるグリーンシート法が採用されている。
図１２は、圧電アクチュエータの作成方法の前半を表す図である。
ここでは、以下説明するような各層が積層されて多層構造が形成される。また、ここでは圧電アクチュエータ６個分が同時に作成される工程が示されており、図１２の一点鎖線で区切られた１列が１個分に相当する。
まず、圧電材料が用いられたグリーンシート２０１が形成され、そのグリーンシート２０１上に、導電性材料からなる共通電極層２０２がスクリーン印刷される。ここで、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が考えられる。また、導電性材料としては、Ａｇ−ＰｄペーストやＰｔペーストなどが考えられる。
次に、共通電極層２０２の上にグリーンシート２０１が形成され、そのグリーンシート２０１上に、導電性材料として例えばＰｔが用いられた個別電極層２０３がスクリーン印刷される。これらのグリーンシート２０１、共通電極層２０２、および個別電極層２０３が所望の積層数だけ繰り返し形成されて、駆動段の１段分となる。
その後、グリーンシート２０１に挟まれたバインダ層２０４が形成される。このバインダ層２０４によって、後述するようにスリットが形成される。
更に、上記同様に、グリーンシート２０１、共通電極層２０２、および個別電極層２０３が所望の積層数だけ繰り返し形成される。
図１３は、共通電極層と個別電極層の重なり合いを示す図である。
共通電極層２０２と個別電極層２０３は、互いに部分的に重なり合っており、共通電極層２０２は、２つに分かれた個別電極層２０３の相互間を跨いでいる。
図１４は、圧電アクチュエータの作成方法の後半を表す図である。
図１２および図１３で説明したように各層が積層されてなる積層体は、いわゆるサンドブラスト加工によって穴２０５が穿たれ、１０５０℃の大気中で焼成される。この焼成によって、上述したバインダ層は消失し、上述したスリットが形成される。バインダ層の材料としては、ＰＶＢバインダや、焼成で消失する他のバインダが考えられる。焼成された積層体は、図１２および図１３の１点鎖線の位置で６個の半製品２０６に分割され、各半製品２０６には、図８に示すように共通電極端子１２５と個別電極端子１２６が形成される。
上述した各実施形態の圧電アクチュエータは、このような工程によって作成される。
図１５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る。
図３に示す第１実施形態の圧電アクチュエータ１１０と同様に、この図１５に示す第４実施形態の圧電アクチュエータ１４０は４つの棒状の駆動部１４１を有している。これら４つの駆動部１４１は、圧電層および電極層が駆動部の長さ方向に積層されて構成されており、電極間に電圧が印加されると圧電縦効果（３３モード）によって駆動部が伸長する。
この第４実施形態の圧電アクチュエータ１４０が第１実施形態の圧電アクチュエータに換えて用いられることにより、上述したようにスライダを回転駆動することができる。
なお、圧電横効果（３１モード）を利用する圧電アクチュエータには、作成が容易であるという利点があり、圧電縦効果（３３モード）を利用する圧電アクチュエータには、駆動量が大きいという利点がある。
図１６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。
図３に示す第１実施形態の圧電アクチュエータ１１０と同様に、この図１６に示す第５実施形態の圧電アクチュエータ１４５も４つの棒状の駆動部１４６を有している。これら４つの駆動部１４６における圧電層および電極層の積層方向は、駆動部１４６の長さ方向に垂直な方向であると共に、第１実施形態の圧電アクチュエータ１１０における積層方向にも垂直な方向である。
このような積層方向が採用されると、圧電アクチュエータ１４５の中央に穴１４７が開いた構造が、上述したバインダ層の利用で形成可能となり、圧電アクチュエータ１４５の作成が極めて容易である。
図１７は、本発明の圧電アクチュエータの第６実施形態を示す図である。
この第６実施形態の圧電アクチュエータ１４８は、６個の張出部１４９を有する点を除いて、図１６に示す第５実施形態の圧電アクチュエータ１４５と全く同様のものである。
図５で説明した駆動原理によって圧電アクチュエータがスライダなどを回転駆動するためには、４つの棒状の駆動部１４６が十分に細くてしなやかであることが必要である。また、回転駆動量を十分に大きくするためには、平行に並んだ駆動部１４６が十分に接近していることも必要である。
しかし、図１６に示すような幅の狭い圧電アクチュエータ１４５に、例えば図２に示すサスペンション１０８やスライダ１０４などといった駆動対象物が固着されると、固着の際にその駆動対象物が傾いてしまうおそれがある。
そこで、この第６実施形態の圧電アクチュエータ１４８には、棒状の駆動部１４６が並ぶ方向に張り出した張出部１４９が設けられており、この張出部１４９によって駆動対象物の傾きが防がれている。また、この張出部１４９は、駆動部１４６の側面を避けて設けられているので駆動部１４６は自在に圧縮伸長することができる。
このような張出部１４９が設けられた圧電アクチュエータ１４８の作成方法について以下説明する。
図１８は、張出部が設けられた圧電アクチュエータの第１の作成方法の前半部分を示す図であり、図１９は、その圧電アクチュエータの第２の作成方法の前半部分を示す図である。
これら第１の作成方法および第２の作成方法によってほぼ同様の圧電アクチュエータが製造される。
図１８に示す第１の作成方法では、電極層のパターンに導電性材料２２０がプリントされたグリーンシート２２１とバインダ２２２がのったグリーンシート２２１が必要枚数積層され、低圧で圧せられて第１の仮積層体２２３が形成される。また、必要枚数のグリーンシートが圧せられて厚板２２４が形成され、所定位置に穴が穿たれバインダ２２２が充填されて、第２の仮積層体２２５が形成される。
このように形成された１つの第１の仮積層体２２３と２つの第２の仮積層体２２５が重ねられて高圧で圧せられることで本積層体２２６が形成される。その後、脱脂、焼成が行われて焼成体２２７が形成される。この脱脂、焼成が行われる際にバインダ２２２が消失して、スリット２２８や張出部２２９が形成される。
図１９に示す第２の作成方法では、電極層のパターンに導電性材料２２０がプリントされたグリーンシート２２１が必要枚数だけ２セット積層され、さらにその２セットがバインダ２２２を挟んで積層されて第１の仮積層体２２３が形成される。また、第２の仮積層体は、上記第１の作成方法と同様に形成される。
その後、上記第１の作成方法と同様に、１つの第１の仮積層体２２３と２つの第２の仮積層体２２５が重ねられて高圧で圧せられることで本積層体２２６が形成され、脱脂、焼成が行われて焼成体２２７が形成される。
この第２の作成方法で形成された焼成体２２７では、スリット２２８の側面が電極層２３０で覆われているので耐久性が高い。
図２０は、第１および第２の作成方法の後半部分を示す図である。
上述した焼成体２２７は、一般に、圧電アクチュエータの積層構造の複数個分が並んだ形で形成される。その焼成体２２７がカットソー３００で分割されて、中間体２３１が形成される。さらにその中間体２３１がカットソー３００で分割され、分割面に側面電極２３２などが蒸着されて圧電アクチュエータの製品２３３が作成される。
ところで、上述した各実施形態における電極層の相互間を接続する手段としては、圧電層を貫通するビアも考えられる。
図２１は、ビアによって電極層が接続された圧電アクチュエータの作成方法の前半部分を示す図であり、図２２は、その作成方法の後半部分を示す図である。
この図２１および図２２には、図１６に示す積層構造を有するとともに、ビアによって電極層が接続された圧電アクチュエータの作成方法が示されている。図１６に示す積層構造以外の他の積層構造を有する圧電アクチュエータであっても、この図２１および図２２に示す作成方法と同様な作成方法によって、ビアによって電極層が接続された圧電アクチュエータとして作成される。
この作成方法では、図２１に示すように、電極層のパターンに導電性材料２２０がプリントされるとともに、所定箇所に穿たれた貫通穴に導電性材料２２０が充填されたグリーンシート２２１とバインダ２２２がのったグリーンシート２２１が必要枚数積層され圧着されて積層体２３４が形成される。貫通穴に充填されている導電性材料２２０は、この圧着によって他のグリーンシート上の導電性材料２２０に圧着されてビア２３５を形成する。その後、積層体２３４が脱脂、焼成されて焼成体２３６が得られる。
図２２に示すように、焼成体２３６の表面にはビア２３５の端面が露出しており、その表面に電極２３７が蒸着される。この蒸着の工程は、１つの焼成体に対して１回だけ実施されればよいので、ビアを用いずに側面電極を用いる場合よりも電極を蒸着する工程が少なくて製造コストが低い。
電極２３７が蒸着された焼成体２３６がその後カットソー３００で分割されて、圧電アクチュエータの製品２３８が完成する。
以上で第１のタイプの実施形態についての説明を終了し、以下、第２のタイプの実施形態について説明する。
図２３は、本発明の第７実施形態を示す図である。
この図２３のパート（Ａ）には、サスペンションの先端付近の正面図が示されており、図２３のパート（Ｂ）には、側面図が示されている。
この第７実施形態では、サスペンション１０８の一部が圧電アクチュエータ１５０のベース部を兼ねている。また、板状のサスペンション１０８を挟んで、一方に圧電アクチュエータ１５０、他方にスライダ１０４が存在する。
圧電アクチュエータ１５０には２つの駆動部１５１が、回転対称かつ非線対称に配置されており、後述するように、これら２つの駆動部１５１によってスライダ１０４が、重心を中心として回転駆動される。
図２４は、駆動部の構造を表す図である。
駆動部１５１は、棒状の第１駆動体１５２と、棒状の第２駆動体１５３と、それらの駆動体１５２，１５３それぞれの一端を相互に固定する固定体１５４とを有している。ここでは、固定体１５４として、サスペンションと同じ材料の板が用いられている。
第１駆動体１５２と第２駆動体１５３は平行に並んでおり、電極層１５５と圧電層１５６からなる積層構造を有している。電極層１５５と圧電層１５６の積層方向は、第１駆動体１５２および第２駆動体１５３の長さ方向であって、第１駆動体１５２および第２駆動体１５３のそれぞれは、圧電層１５６を間に挟んで隣り合う電極層１５５の相互間に電圧が印加されると圧電縦効果（３３モード）により長さ方向に伸長する。また、印加電圧が開放されると、第１駆動体１５２および第２駆動体１５３のそれぞれは長さ方向に収縮する。ここで、例えば第１駆動体１５２が３３層、第２駆動体１５３が１３層であるものとすると、１層が２０μｍであれば駆動部分はそれぞれ６６０μｍ、２６０μｍとなり、３０Ｖの印加電圧ではそれぞれ５６４ｎｍ、２２２ｎｍだけ伸長することとなって、数百ｎｍという高精度の位置決めを行うことができる。ここでは、第１駆動体１５２の両端のうち、固定体１５４に固定された一端に対する他端が第１の駆動端１５２ａであり、第２駆動体の両端のうち、固定体１５４に固定された一端に対する他端が第２の駆動端１５３ａであって、第１駆動体１５２や第２駆動体１５３が伸長することにより、第２の駆動端１５３ａが第１の駆動端１５２ａに対して駆動される。
図２５は、サスペンションの先端付近の構造を表す図である。
サスペンション１０８は、本体部１０８ａと保持部１０８ｂとスライダ固着部１０８ｄで構成されている。保持部１０８ｂは、本体部１０８ａと繋がる部分１０８ｃで弾性変形することにより板バネとして働く。スライダ固着部１０８ｄにはスライダが固着され、２本の細線部１０８ｅを介して環状の保持部１０８ｂに回動自在に保持される。この保持部１０８ｂは、本発明の圧電アクチュエータのベース部も兼ねており、保持部１０８ｂ上の駆動端固着部位１０８ｆには、図２４に示す駆動部１５１の第１の駆動端１５２ａが固着される。また、スライダ固着部１０８ｄ上の駆動端固着部位１０８ｇには、第２の駆動端１５３ａが固着され、これにより第２の駆動端１５３ａはスライダ固着部１０８ｄを介してスライダに固定される。
以下、図２３に戻って説明を続ける。
スライダ１０４は、サスペンション１０８によって直接保持されており、サスペンション１０８のスライダ固着部を介して２つの駆動部１５１に固定されている。このため、スライダ１０４の重みや、スライダ１０４が磁気ディスクに接離する際の応力などは、丈夫なサスペンション１０８によって主に受け止められることとなり、脆い駆動部１５１への負荷が軽くて耐久性が高い。
また、スライダ１０４は、サスペンション１０８に固着された２つの駆動部１５１によってスライダ固着部ごと駆動される。
図２６および図２７は、第７実施形態における駆動原理の説明図である。
図２６には、２つの駆動部１５１それぞれの第１駆動体１５２に電圧が印加されて第１駆動体１５２が伸長した様子が示されており、図２７には、２つの駆動部１５１それぞれの第２駆動体１５３に電圧が印加されて第２駆動体１５３が伸長した様子が示されている。
第１の駆動端１５２ａがサスペンション１０８に固定されているため、第１駆動体１５２に電圧が印加されると、第１駆動体１５２は、図２６の矢印ｆ８が示すように伸長する。そして、第２の駆動端１５３ａは、固定体１５４および第２駆動体１５３を介して、矢印ｆ９が示すように駆動され、スライダ１０４は、矢印ｆ１０が示すように回転駆動される。
一方、第２駆動体１５３に電圧が印加されると、第２駆動体１５３は、図２７の矢印ｆ１１が示すように伸長する。そして、第２の駆動端１５３ａは、矢印ｆ１２が示すように駆動され、スライダ１０４は、矢印ｆ１３が示すように回転駆動される。
このように、第１駆動体１５２と第２駆動体１５３に対して互いに異なるタイミングで電圧が印加されることにより、スライダ１０４は左右に回転駆動されることとなる。なお、大きな回転駆動量を得るためには、第２の駆動端１５３ａがスライダ１０４の重心の近くに固定されることが望ましい。
以下、圧電アクチュエータの第７実施形態の作成方法について説明する。
まず、駆動部を構成する第１駆動体および第２駆動体が作成される。第１駆動体や第２駆動体は種々の方法で作成する事ができるが、ここでは一例として、グリーンシート法によって作成されるものとして以下説明する。
図２８は、第１駆動体および第２駆動体の作成方法の前半を示す図である。
ここでは、以下説明するような各層が積層されて多層構造が形成される。
まず、圧電材料からなるグリーンシート２１０の層が所望の数だけ繰り返し積層されて第１駆動体や第２駆動体の一端に相当する部分が形成される。
次に、グリーンシート２１０上に、導電性材料からなる第１の電極層２１１が所定のパターンでスクリーン印刷され、更にグリーンシート２１０の層が形成される。そのグリーンシート２１０上には、第１の電極層２１１のパターンとは互い違いになるようなパターンで第２の電極層２１２がスクリーン印刷されて、また更にグリーンシート２１０の層が形成される。これらグリーンシート２１０の層と、第１の電極層２１１と、第２の電極層２１２は、所望の層数だけ繰り返し積層されて、駆動部分が形成される。
さらに、グリーンシート２１０の層が所望の数だけ繰り返し積層される。
このように各層が積層されてなる積層体は、その後、大気中で脱脂され焼成されて焼成体が生成される。
図２９は、第１駆動体および第２駆動体の作成方法の後半を示す図である。
上述したように生成された焼成体２１３は、カットソー３００によって、図２８の一点鎖線が示すように分割されて、中間体２１４が得られる。この中間体２１４の側面には、第１の電極層を相互接続する側面電極２１５と、第２の電極層を相互接続する側面電極（図示せず）が設けられる。これらの側面電極を介して第１駆動体および第２駆動体に電圧が印加される。
このように側面電極２１５が設けられた中間体２１４が更にカットソー３００で分割されて、第１駆動体１５２や第２駆動体１５３が作成される。
このように作成された第１駆動体１５２や第２駆動体１５３が固定体で固定されて、図２４に示す駆動部１５１が作成され、この駆動部１５１が、図２５に示すサスペンション１０８上に固着されることによって、上述した第７実施形態の圧電アクチュエータが作成される。
図３０は、本発明の第８実施形態を示す図である。
この図３０のパート（Ａ）には正面図が示されており、図３０のパート（Ｂ）には側面図が示されている。
この第８実施形態では、サスペンション１０８、圧電アクチュエータ１５０、スライダ１０４がこの順で順次に固着されており、上述した第７実施形態と同様の原理でスライダ１０４が駆動される。この第８実施形態は、第７実施形態と比較すると、サスペンション１０８の構造が単純であって製造が容易であるという利点がある。
なお、上記説明では、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。
以上説明したように、本発明の圧電アクチュエータは小型軽量であり、本発明の駆動方法により低電圧で大きな変位が得られる。また、本発明の情報記憶装置は、ヘッド駆動時の慣性モーメントが小さく、高記録密度で小型軽量な装置として実現することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る情報記録装置の第１実施形態を示す図である。
図２は、第１実施形態におけるサスペンションの先端付近を表す分解斜視図である。
図３は、本発明の圧電アクチュエータの第１実施形態を表す斜視図である。
図４は、サスペンションの先端付近を表す正面図である。
図５は、第１実施形態における圧電アクチュエータの駆動原理の説明図である。
図６は、第１実施形態の圧電アクチュエータに対する電圧印加タイミングの一例を示すグラフである。
図７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の先端付近を表す分解斜視図である。
図８は、本発明の圧電アクチュエータの第２実施形態を表す斜視図である。
図９は、圧電アクチュエータの第２実施形態に対する電圧印加タイミングの一例を示すグラフである。
図１０は、圧電アクチュエータの第２実施形態における駆動原理の説明図である。
図１１は、本発明の第３実施形態を示す図である。
図１２は、圧電アクチュエータの作成方法の前半を表す図である。
図１３は、共通電極層と個別電極層の重なり合いを示す図である。
図１４は、圧電アクチュエータの作成方法の後半を表す図である。
図１５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る。
図１６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。
図１７は、本発明の圧電アクチュエータの第６実施形態を示す図である。
図１８は、張出部が設けられた圧電アクチュエータの第１の作成方法の前半部分を示す図である。
図１９は、張出部が設けられた圧電アクチュエータの第２の作成方法の前半部分を示す図である。
図２０は、第１および第２の作成方法の後半部分を示す図である。
図２１は、ビアによって電極層が接続された圧電アクチュエータの作成方法の前半部分を示す図である。
図２２は、ビアによって電極層が接続された圧電アクチュエータの作成方法の後半部分を示す図である。
図２３は、本発明の第７実施形態におけるサスペンションの先端付近を示す図である。
図２４は、第７実施形態における駆動部の構造を表す図である。
図２５は、サスペンションの先端付近の構造を表す図である。
図２６は、第１駆動体が伸長した様子を示す図である。
図２７は、第２駆動体が伸長した様子を示す図である。
図２８は、第１駆動体および第２駆動体の作成方法の前半を示す図である。
図２９は、第１駆動体および第２駆動体の作成方法の後半を示す図である。
図３０は、本発明の第８実施形態を示す図である。

Claims (2)

1. 電圧が印加開放されて長さ方向に収縮伸長する棒状の第１駆動部、
   前記第１駆動部に対して平行に並んだ、電圧が印加開放されて長さ方向に収縮伸長する棒状の第２駆動部、
   前記第１駆動部の一端と、その一端と並ぶ、前記第２駆動部の一端との双方が繋がった第１の端部、
   前記第１駆動部の、前記第１の端部に繋がった一端に対する他端に繋がった第１の中央部、
   前記第２駆動部の、前記第１の端部に繋がった一端に対する他端に繋がった第２の中央部、
   前記第１の中央部を挟んで前記第１駆動部とは反対の方向に該第１の中央部から延びた、電圧が印加開放されて長さ方向に収縮伸長する棒状の第３駆動部、
   前記第２の中央部を挟んで前記第２駆動部とは反対の方向に該第２の中央部から延びた、電圧が印加開放されて長さ方向に収縮伸長する棒状の第４駆動部、および
   前記第３駆動部の、前記第１の中央部に繋がった一端に対する他端と、前記第４駆動部の、前記第２の中央部に繋がった一端に対する他端との双方が繋がった第２の端部を有することと、
   複数の圧電材料層と複数の電極との積層構造で一体に形成されていることと、
   それぞれが、平面状に配置された、前記第１駆動部と前記第２駆動部と前記第１の端部と前記第１の中央部と前記第２の中央部と前記第３駆動部と前記第４駆動部と前記第２の端部とを有する、順次に重なった複数の駆動段を備え、それら複数の駆動段のうち２Ｎ段目（Ｎは整数）の駆動段と、２Ｎ＋１段目の駆動段との間では、前記第１の端部および前記第２の端部からなる端部対と、前記第１の中央部および前記第２の中央部からなる中央部対とのうちいずれか一方どうしが接続されており、それら複数の駆動段のうち２Ｎ段目の駆動段と、２Ｎ−１段目の駆動段との間では、前記端部対と前記中央部対とのうちの前記一方に対する他方どうしが接続されていることとを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. それぞれが第１の駆動端および第２の駆動端を有する、それぞれが該第２の駆動端を該第１の駆動端に対して相対的に各所定の駆動方向に往復自在に駆動する複数の駆動部と、
   前記複数の駆動部それぞれの第１の駆動端が固定された、該複数の駆動部を全体として回転対称かつ非線対称な配置に保持するベース部とを備え、
   前記駆動部が、
   前記第１の駆動端から前記駆動方向に延びた、電圧が印加開放されて長さ方向に収縮伸長する棒状の第１駆動体と、
   前記第１駆動体が延びた方向と同じ方向に前記第２の駆動端から、該第１駆動体と並んで延びた、電圧が印加開放されて長さ方向に収縮伸長する棒状の第２駆動体と、
   前記第１駆動体の、前記第１の駆動端に繋がった一端に対する他端、および前記第２駆動体の、前記第２の駆動端に繋がった一端に対する他端とを相互に固定する固定体とを有するものであることを特徴とする圧電アクチュエータ。

Images