KR100718174B1

KR100718174B1 - 압전 액추에이터 및 정보 기억 장치

Info

Publication number: KR100718174B1
Application number: KR1020037012590A
Authority: KR
Inventors: 구리하라가즈아키; 히다마사하루; 미타츠요시
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2007-05-15
Anticipated expiration: 2021-04-19
Also published as: JPWO2002087063A1; EP1381146B1; KR20030092025A; DE60128964T2; DE60128964D1; EP1381146A4; US20040120081A1; JP4088531B2; US7352538B2; EP1381146A1; WO2002087063A1

Abstract

본 발명은 낮은 구동 전압으로 큰 변위를 얻을 수 있고, 소형 경량으로 내충격성이 양호하고, 고정밀도이면서 낮은 비용의 압전 액추에이터, 및 그러한 압전 액추에이터가 합체된 고 기록 밀도의 정보 기억 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고, 본 발명에 관련된 압전 액추에이터는 중앙부(221)와, 중앙부(221)의 양단으로부터 서로 점대칭으로 연장되는 2개의 측부(222)와, 그 중앙부(221)의 양단으로부터 서로 점대칭이면서 비선대칭으로 연장되는 2개의 암(arm)부(223)로 이루어진 힌지 판(220)과, 2개의 암부(223)를 서로 이반 접근시키는 압전 소자(210)를 구비하고 있다.

압전 액추에이터, 정보 기억 장치, 암(arm)부, 압전 소자, 압전층, 전극층

Description

압전 액추에이터 및 정보 기억 장치{PIEZOELECTRIC ACTUATOR AND INFORMATION STORAGE DEVICE}

본 발명은 압전 액추에이터, 및 압전 액추에이터가 사용된 정보 기억 장치에 관한 것이다.

종래로부터, 퍼스널 컴퓨터나 워드 프로세서 등의 전자 기기에는, 정보 기억 장치가 내장 또는 접속되어 정보의 기억에 사용되고 있다. 또한, 이와 같은 정보 기억 장치의 일종으로서 하드디스크 드라이브가 알려져 있다. 하드디스크 드라이브에는 일반적으로, 정보 기억 매체로서의 디스크와, 디스크에 대해서 기록 비트를 읽고 쓰는 헤드가 구비되어 있고, 그 헤드를 디스크에 근접시켜 유지하는 암(arm)과, 그 암을 구동함으로써 헤드를 디스크를 따라 이동시키는 전자형 액추에이터도 구비되어 있다.

이 하드디스크 드라이브의 기록 밀도는 퍼스널 컴퓨터 등이 발달함에 따라 고밀도화되고 있고, 특히 근래, 화상이나 음악을 퍼스널 컴퓨터 등에서 취급하는 수요가 높아짐에 따라 비약적으로 고밀도화되고 있다. 그리고, 하드디스크 드라이브의 고기록 밀도화에 수반하여, 디스크 상의 기록 비트가 미세화되고, 디스크 회전 속도가 증가되고 있고, 헤드의 위치 결정의 고정밀화나 고속화가 요구되고 있 다. 또한 하드디스크 드라이브의 소형 경량화나 전력 절약화도 진행되고 있다.

이 때문에, 정밀하면서 고속으로 헤드를 위치 결정하기 위해, 종래의 전자형 액추에이터와는 독립한 압전 액추에이터를 암의 도중에 구비한 하드디스크 드라이브가 제안되고 있다.

그렇지만, 종래 제안되고 있는 압전 액추에이터나 하드디스크 드라이브는 충분한 헤드의 변위를 얻을 수 없고, 구동 전압이 높고, 치수나 중량이 크고, 내충격성이 나쁘고, 구조가 복잡하고 높은 정밀도를 얻기 위해 높은 제조 비용을 필요로 하는 등의 문제점을 갖는다.

이와 같은 문제점은 하드디스크 드라이브에 한해 생기는 것이 아니고, 헤드를 암으로 유지하여 이동시키는 방식의 정보 기억 장치에 대해서 일반적으로 생기는 것이다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여, 낮은 구동 전압으로 큰 변위를 얻을 수 있고, 소형 경량으로 내충격성이 양호하고, 고정밀하면서 낮은 비용의 압전 액추에이터, 및 그러한 압전 액추에이터가 합체된 고 기록 밀도의 정보 기억 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 압전 액추에이터는 양단을 갖는 중앙부로서 그 양단의 사이에서 분할되어 있음이 허용된 중앙부와, 그 중앙부의 양단으로부터 서로 점대칭으로 연장된 2개의 측부와, 그 중앙부의 양단으로부터 그 중앙부를 사이에 두고 서로 점대칭이면서 비선대칭으로 연장된, 측부에 대해서 접리(接離)하는 방향으로 회동 가능한 2개의 암(arm)부를 갖는 힌지 판과,

힌지 판의 2개의 암부가 쌍방 모두 고착된, 전압이 인가 개방되어 신축함으로써 2개의 암부를 서로 이반 접근시키는 압전 소자를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 압전 액추에이터는 상기 힌지 판과 압전 소자로 이루어진 단순한 구조를 갖고 있고, 힌지 판은 펀칭 가공 등에 의해 용이하게 고정밀도로 제작할 수 있기 때문에, 소형 경량으로 내충격성이 양호한 고정밀도의 압전 액추에이터가 낮은 비용으로 실현된다. 또한, 본 발명의 압전 액추에이터는 상기 압전 소자로서, 압전 액추에이터 전체의 길이에 필적하는 길이를 갖는 동시에 충분히 다층의 적층 구조도 갖는 압전 소자를 이용할 수 있기 때문에, 낮은 구동 전압에 의한 구동이 가능하다. 또한, 압전 소자가 힌지 판의 암(arm)부를 이반 접근시킴으로써, 힌지 판의 측부가 상기 중앙부를 중심으로 하여 크게 회전 구동되기 때문에, 본 발명의 압전 액추에이터에서는 큰 변위를 얻을 수 있다.

본 발명의 압전 액추에이터는 상기 압전 소자가 압전 종(縱)효과(33 모드)에 기초하여 전압의 인가에 대해서 신장되고 개방에 대해서 수축될 수도 있거나, 또는 압전 횡(橫)효과(31 모드)에 기초하여 전압의 인가에 대해서 수축되고 개방에 대해서 신장될 수도 있다. 보다 큰 구동량을 얻는다는 점에서는, 본 발명의 압전 액추에이터는 상기 압전 소자가 압전 종효과(33 모드)에 기초하여 전압의 인가에 대해서 신장되고 개방에 대해서 수축되는 것이 바람직하다.

상기 압전 소자를 형성하는 압전 재료로서는, PZT계, PT계, 티탄산 바륨계, 층상 페로브스카이트계 등의 압전 재료가 이용 가능하다. 이 압전 재료는 순수한 티탄산 지르콘산 납(PZT) 등의, 이른바 하드계의 압전 재료일 수도 있고, 티탄산 지르콘산 납과 첨가물로 이루어진 PZT계의 압전 세라믹스 등의, 이른바 소프트계의 압전 재료일 수도 있다. PZT계의 압전 세라믹스는 저가이고, 또한 압전 정수가 크기 때문에, 상기 압전 소자를 형성하는 압전 재료로서 적합하다. 특히, PNN-PT-PZ계의 압전 재료는 PZT계의 압전 재료 중에서도 특히 높은 압전 정수를 나타내고, 소결성(燒結性)도 우수하기 때문에, 상기 압전 소자를 형성하는 압전 재료로서 특히 바람직하다.

또한, 상기 힌지 판의 재료로서는, 이른바 SUS(철 니켈 크롬계의 합금)나, 알루미늄계의 합금이나, 구리계의 합금 등의 금속재료가 바람직하지만, FRP(Fiber Reinforced Plastic) 등의 복합 재료일 수도 있다. 또한, 상기 힌지 판은 이들 재료가 적층되어 이루어진 적층판일 수도 있다.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 정보 기억 장치는 소정의 정보 기억 매체에 대한 정보 기록 및 정보 재생 중 적어도 어느 하나를 행하는 헤드가 탑재된 헤드 부와,

헤드부에 탑재되어 있는 헤드가 정보 기억 매체에 대해서 근접 또는 접촉되도록 헤드 부를 유지하는 암부와,

암부의 구동에 의해, 그 암부에 유지된 헤드부에 탑재된 헤드를 정보 기억 매체에 따라 이동시키는 암부 액추에이터와,

암부에 대해서 헤드부를 회동시키는 헤드부 액추에이터를 구비하고,

또한 상기 헤드부 액추에이터가 상기 힌지 판과 상기 압전 소자를 구비한 것 을 특징으로 한다.

여기에서, 헤드는 자기 헤드나 광학 헤드일 수도 있다.

본 발명의 정보 기억 장치에 의하면 헤드부 액추에이터에 의해 헤드부가 고정밀도로 구동되기 때문에, 고 기록 밀도의 정보 기억 장치가 실현된다.

본 발명의 정보 기억 장치는 상기 헤드부 액추에이터가 헤드부를 그 헤드부의 무게중심을 중심으로 하여 회동시키는 것이 바람직하다.

헤드부 액추에이터에 의해 헤드부가 무게중심을 중심으로 하여 회동되면, 헤드 구동시의 관성 모멘트가 작고, 헤드 위치가 고정밀도로 제어된다. 단, 헤드 위치의 정밀도를 다소 희생해서라도 변위량을 늘리는 것이 바람직한 경우에는, 헤드부의 무게중심으로부터 이탈한 점을 중심으로 하여 헤드부가 회동되는 것도 허용된다.

본 발명의 정보 기억 장치는 상기 헤드부가 헤드와, 헤드를 탑재하여 정보 기억 매체 위를 슬라이드하는 슬라이더로 이루어진 것이고, 상기 암부가 암부 액추에이터에 의해 구동되는 암과, 그 암에 접속된 서스펜션으로 이루어진 것이고, 상기 헤드부 액추에이터가 서스펜션과 슬라이더 사이에 설치된 것일 수도 있다.

또는, 본 발명의 정보 기억 장치는 상기 헤드부가 헤드와, 헤드를 탑재하여 정보 기억 매체 위를 슬라이드하는 슬라이더와, 그 슬라이더를 유지하는 서스펜션으로 이루어진 것이고, 상기 헤드부 액추에이터가 서스펜션과 상기 암부 슬라이더 사이에 설치된 것일 수도 있다.

또한, 본 발명의 정보 기억 장치는 상기 힌지 판이 상기 암부 및 상기 헤드 부 중 적어도 어느 한쪽과 일체로 형성되어 이루어진 것이 적합하다. 이와 같은 정보 기억 장치는 조립의 공정이 적고, 고정밀도의 정보 기억 장치가 낮은 비용으로 실현된다.

도 1은 본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 실시형태에 공통되는 구조를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 1 실시형태에 있어서의 헤드부 액추에이터 주변을 나타내는 분해 사시도.

도 3은 헤드부 액추에이터의 주변을 나타내는 2면도.

도 4는 헤드부 액추에이터를 구성하는 압전 소자를 나타내는 도면.

도 5는 헤드부 액추에이터를 구성하는 힌지 판을 나타내는 도면.

도 6은 본 발명에 관계된 압전 액추에이터의 구동 원리의 설명도.

도 7은 본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 2 실시형태에 있어서의 헤드부 액추에이터 주변을 나타내는 2면도.

도 8은 본 발명에서의 힌지 판의 변화를 나타내는 도면.

도 9는 본 발명에서의 압전 소자의 다른 예를 나타내는 도면.

도 10은 본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 3 실시형태에 있어서의 헤드부 액추에이터 주변을 나타내는 분해 사시도.

도 11은 본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 4 실시형태에 있어서의 헤드부 액추에이터 주변을 나타내는 분해 사시도.

도 12는 본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 5 실시형태에 있어서의 헤드부 액추에이터 주변을 나타내는 분해 사시도.

도 13은 본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 6 실시형태에 있어서의 헤드부 액추에이터 주변을 나타내는 분해 사시도.

도 14는 본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 7 실시형태에 있어서의 헤드부 액추에이터 주변을 나타내는 분해 사시도.

이하, 본 발명의 압전 액추에이터의 복수의 실시형태 각각이 합체된, 본 발명의 정보 기억 장치의 복수의 실시 형태에 대하여 설명한다.

먼저, 정보 기억 장치의 그들 복수의 실시형태에 공통되는 전체적인 구조에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 각 실시형태에 공통되는 구조를 나타내는 도면이다.

이 도 1에 도시된 하드디스크 드라이브(HDD)(100)는 본 발명의 정보 기록 장치의 일례이다. 이 하드디스크 드라이브(100)의 하우징(101)에는, 회전축(102)에 장착되어 회전하는 자기 디스크(103)와, 자기 디스크(103)에 대해서 정보 기록과 정보 재생을 행하는 자기 헤드가 탑재된 헤드부(104)와, 도시되지 않은 헤드부 액추에이터를 통해서 헤드부(104)를 유지하고, 암 축(105)을 중심으로 자기 디스크(103) 표면을 따라 이동하는 암부(106)와, 암부(106)를 구동하는 암부 액추에이터(107)가 수용되어 있다. 헤드부 액추에이터는 본 발명의 압전 액추에이터의 일례이고, 이 헤드부 액추에이터를 경계로서 헤드측이 헤드부(104), 암 축(105)측이 암부(106)이다.

자기 디스크(103)에의 정보 기록 및 자기 디스크(103)에 기억된 정보의 재생에 있어서는, 자기 회로로 구성된 암부 액추에이터(107)에 의해 암부(106)가 구동되고, 헤드부 액추에이터에 의해 헤드부(104)가 구동되고, 자기 헤드가 회전하는 자기 디스크(103) 상의 원하는 트랙에 위치 결정된다. 헤드부(104)에 탑재된 자기 헤드는 자기 디스크(103)의 회전에 따라 자기 디스크(103)의 각 트랙에 나란히 선 각 미소 영역에 순차적으로 근접한다.

정보 기록 시에는, 이와 같이 위치 결정된 자기 헤드에 전기적인 기록 신호가 입력되고, 자기 헤드에 의해 각 미소 영역에 기록 신호에 따른 자장이 인가되고, 그 기록 신호에 담지된 정보가 각 미소 영역의 자화 방향으로서 기록된다.

또한, 정보 재생 시에는, 각 미소 영역의 자화 방향으로서 기록된 정보가 자기 헤드에 의해 그들 자화 각각이 발생하는 자장에 따른 전기적인 재생 신호로서 취출된다.

이 도 1에 도시된 하우징(101)의 내부 공간은 도시되지 않은 커버에 의해 폐쇄된다.

이와 같은 전체적인 구조를 공통으로 갖는 정보 기억 장치의 복수의 실시형태 각각의 특징은 암부(106)의 선단에 장착된 헤드부 액추에이터의 주변의 구조에 존재한다. 그러면 이하에서는, 정보 기억 장치의 각 실시형태에 대하여 헤드부 액추에이터 주변의 구조에 한정한 설명을 한다.

도 2는 본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 1 실시형태에 있어서의 헤드부 액추에이터 주변을 나타내는 분해 사시도이다.

본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 1 실시형태에서는, 암부의 선단이 서스펜션(108)으로 구성되어 있다. 이 서스펜션(108)은 자기 디스크에 대해서 접리하는 방향(도 2의 상하 방향)으로 구부러지는 판 스프링으로서 기능한다.

이 서스펜션(108)에는, 접착층(109)에 의해 압전 소자(210)와 힌지 판(220)으로 이루어진 헤드부 액추에이터(200)가 접착되어 있다. 이 도 2에 도시된 헤드부 액추에이터(200)는 본 발명에 관계된 압전 액추에이터의 제 1 실시형태이다.

헤드부 액추에이터(200)의 힌지 판(220)에는 슬라이더(110)가 접착되어 있고, 슬라이더(110)에는 헤드(111)가 탑재되어 있다. 본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 1 실시형태에서는, 이 슬라이더(110)가 헤드부에 상당한다.

헤드부 액추에이터(200)는 후술하는 원리에 의해 힌지 판(220)의 일부를 도면의 화살표(f1)와 같이 회전 구동한다. 이것에 의해 슬라이더(110)가 회전 구동되고 헤드(111)가 도면의 화살표(f2)와 같이 변위된다.

이 도 2에 도시된 실시 형태에서는, 헤드부 액추에이터(200)와 슬라이더(110)는 헤드부 액추에이터(200)에 의한 회전 구동의 회전 중심과 슬라이더(110)의 무게중심이 일치하도록 접착된다. 이 때문에, 헤드 구동 시의 관성 모멘트가 작다.

이하, 헤드부 액추에이터(200)에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 헤드부 액추에이터의 주변을 나타내는 2면도이고, 도 4는 그 헤드부 액추에이터를 구성하는 압전 소자를 나타내는 도면이고, 도 5는 그 헤드부 액추에이터를 구성하는 힌지 판을 나타내는 도면이다. 또한, 도 3의 파트(A)에는, 헤드부 액추에이터 주변을 나타내는 정면도가 도시되어 있고, 파트(B)에는 측면도가 도시되어 있다.

도 4에 도시된 압전 소자(210)는 압전층(211)과 전극층(212)으로 이루어진 다층 구조를 갖는 동시에 단순한 직방체의 외형도 갖는다. 이와 같은 구조 및 외형을 갖는 압전 소자(210)는 제조성이 높고, 그린 시트 법 등의 알려진 기술에 의해 저가로 제조된다. 전극층(212)을 구성하는 전극 재료는 압전 재료와 함께 일체 소성할 수 있는 전극 재료가 바람직하고, 예를 들면 Pt, Ag-Pd, Ni, Au 등의 금속재료나, 도전성 세라믹 등이 채용된다. 이들 전극층(212) 중, 동(同)전위가 부여되는 전극층 끼리는 압전 소자(210)의 측면에 전극(213)이 형성됨으로써 용이하면서 저가로 상호 접속된다. 이 측면의 전극(213)은 Ni, Cr, Au 등이 사용되어 무전해 도금에 의해 제작되는 것이 바람직하지만, 증착, 스퍼터링, 이온 도금, CVD 등의 박막 기술로 형성될 수도 있거나, 또는 용사(溶射) 기술이나 후막(厚膜) 기술로 형성될 수도 있다.

이 도4에 도시된 압전 소자(210)는 압전 종효과(이른바 33 모드)에 기초하여 신축하는 것이고, 2개의 측면에 형성된 2개의 전극(213) 사이에 구동 전압이 인가되면, 그 구동 전압이 압전층(211)에 인가되어, 도면의 상하 방향으로 신장된다. 또한, 인가되고 있던 구동 전압이 개방되면 수축되어 원래대로 돌아온다.

도 3 및 도 5에 도시된 힌지 판(220)은 1개의 중앙부(221), 2개의 측부(222), 및 2개의 암부(223)로 구성되어 있다. 2개의 측부(222)는 중앙부(221)를 사이에 두고 서로 역방향으로 연장되어 있고, 중앙부(221)와 2개의 측부(222)는 1개의 강체를 구성하고 있다. 그 강체에 직교하는 방향에 2개의 암부(223)가 서로 점대칭으로 연장되어 있다. 또한, 이들 2개의 암부(223)가 중앙부(221)와 연결되는 부분은 측부(222)에 대해서 접리하는 방향으로 굴곡 가능하다. 이와 같은 구조를 갖는 힌지 판(220)은 금속판의 펀칭이나 에칭 등에 의해 저가로 제작된다.

도 3의 파트(B)에 도시된 바와 같이, 이러한 압전 소자(210)와 힌지 판(220)은 접착제(230)에 의해 힌지 판(220)의 암부(223)의 위치에서 서로 고착되어, 헤드부 액추에이터(200)를 구성하고 있다.

도 3에 도시된 헤드부 액추에이터(200) 및 압전 소자(210)의 사이즈는 슬라이더(110)의 사이즈와 동일한 정도이다. 이와 같은 사이즈는 헤드부 액추에이터(200)의 사이즈로서는 충분히 작고, 압전 소자(210)의 사이즈로서는 충분히 큰 사이즈이고, 이 헤드부 액추에이터(200)는 소형으로 강력한 액추에이터이다. 또한, 힌지 판(220)의 재료로서 SUS 판 등의 고강성의 재료가 사용됨으로써, 공진 주파수가 높은 헤드부 액추에이터(200)를 얻을 수 있다.

헤드부 액추에이터(200)의 압전 소자(210)는 접착층(109)을 통해서 서스펜션(108)에 접착된다. 이 접착층(109)은 저강성 접착재로 형성되어 있고, 압전 소자(210)는 신축이 용이하다. 또한, 압전 소자(210)를 구성하고 있는 압전 재료는 취성(脆性) 재료이지만, 넓은 면적에서 서스펜션(108)에 접착됨으로써 내충격성이 높은 구조로 되어 있다. 또한, 이와 같은 접착에 의하면, 만일 압전 소자(210)가 파손된 경우에도 파편의 비산(飛散)이 억제되기 때문에, 기록 매체 표면 등의 손상이 방지된다.

헤드부 액추에이터(200)를 구성하는 힌지 판(220)의 2개의 측부(222)는 쌍방 모두 슬라이더(110)에 고착되어 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 구조에 의하면, 서스펜션(108)과 압전 소자(210)의 접착 면적, 압전 소자(210)와 암부(223)와의 접착 면적, 및 측부(222)와 슬라이더(110)와의 접착 면적을 모두 충분히 크게 할 수 있기 때문에, 접착 강도의 확보가 용이하다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시된 구조는 서스펜션(108)이나 압전 소자(210) 등의 평평한 부품이 중첩되어 접착됨으로써 제작되기 때문에, 부품 서로간의 높은 평행도나 높은 위치 정밀도가 용이하게 얻어진다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시된 구조에 의하면, 압전 소자(210)의 전극층(212)이 노출된 면을 수지 등으로 코팅하여 내습성의 향상 등을 도모할 수 있고, 이것에 의해, 전극층(212)의 금속이 압전층(211) 내에 확산되는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 신뢰성이 높고 긴 수명의 제품을 얻을 수 있다.

또한, 이 헤드부 액추에이터(200)를 구성하고 있는 힌지 판(220)의 암부(223)와 측부(222)와의 간극에는, 저강성(低剛性)의 수지가 충전될 수도 있다. 또한, 이 헤드부 액추에이터(200) 전체가 저강성의 수지로 덮일 수도 있다. 이와 같이 저강성의 수지로 충전되거나 또는 덮임으로써, 힌지 판(220)의 파손 등이 방지된다.

여기에서, 도 2 및 도 3에 도시된 구조를 예로 이용하여, 본 발명에 관계된 압전 액추에이터의 구동 원리를 설명한다.

도 6은 본 발명에 관계된 압전 액추에이터에 있어서의 구동 원리의 설명도이다.

헤드부 액추에이터(200)의 압전 소자(210)가 어느 신장량(Δ) 만큼 신장하면, 힌지 판(220)의 2개의 암부(223)는 힌지 판(220)의 중심에 대해서 각각이 그 신장량(Δ)의 반분씩 변위하게 된다. 2개의 암부(223)가 중앙부(221)에 연결되는 위치가 서로 거리(h)만큼 떨어져 있는 경우에는, 중앙부(221)와 2개의 측부(222)로 이루어진 강체의 회동 각도(θ)는,

θ=tan^-1(Δ/h)≒Δ/h

로 된다. 따라서, 도 2에 도시된 슬라이더(110)의 먼저 고정된 헤드(111)의 변위량(δ)은 슬라이더(110)의 길이(L)에 기초하여

δ=(L/2)×sinθ≒(L/2)×Δ/h = LΔ/2h

로 구해진다. 또한, 압전 소자의 신축량(Δ)은 압전 정수(d), 압전 소자의 길이(k), 압전층의 층두께(t), 및 구동 전압(V)에 기초하여,

Δ=dVk/t

로 구해진다. 따라서, 헤드(111)의 변위량(δ)은,

δ=LdVk/2ht

로 된다. 예를 들면, d=500 [ｐm／V], t=20［㎛], k=1［mm], V＝12［V], h=0.1［mm], L=0.85［mm]라고 한다면 δ=1.3［㎛]로 되고, 12V의 구동 전압에 의해 1㎛를 넘는 큰 변위량을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 도 1에 도시된 암부 액추에이터(107)는 1㎛ 정도의 정밀도를 갖는 것이면 저가로 실현되기 때문에, 헤드의 변위량이 1㎛를 넘는 헤드부 액추에이터가 사용됨으로써, 낮은 비용의 정보 기억 장치가 실현된다.

이하, 본 발명의 다른 실시형태에 대하여 설명한다.

도 7은 본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 2 실시형태에 있어서의 헤드부 액추에이터 주변을 나타내는 2면도이다.

본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 2 실시형태는 본 발명에 관계된 압전 액추에이터의 제 1 실시형태로 대체하여, 본 발명에 관계된 압전 액추에이터의 제 2 실시형태가 합체되어 있는 점을 제외하고, 상술한 정보 기록 장치의 제 1 실시형태와 동일한 장치이다.

이 도 7의 파트(A)에는, 헤드부 액추에이터 주변을 나타내는 정면도가 도시되어 있고, 파트(B)에는 측면도가 도시되어 있다.

이 도 7에 도시된 헤드부 액추에이터(201)는 상기 동일한 압전 소자(210)와, 상기와는 다른 힌지 판(240)으로 구성되어 있고, 이 헤드부 액추에이터(201)가 본 발명에 관계된 압전 액추에이터의 제 2 실시형태에 상당한 것이다.

이 헤드부 액추에이터(201)를 구성하는 힌지 판(240)도 1개의 중앙부(241)와 2개의 측부(242)와 2개의 암부(243)로 구성되어 있지만, 이 힌지 판(240)의 암부(243)는 압전 소자(210) 측에 절곡되어 있고, 압전 소자(210)의 단면에 고착되 어 있다.

도 3 등에 도시된 헤드부 액추에이터(200)의 경우에는, 암부(223)가 압전 소자(210)에 고착됨으로써, 압전 소자(210)의 신축이 부분적으로 방해되고 있지만, 이 도 7에 도시된 헤드부 액추에이터(201)에서는 압전 소자(210)는 자유롭게 신축될 수 있어, 압전 소자(210)의 신축 능력이 전면적으로 활용된다.

도 ８은 본 발명에서의 힌지 판의 변화를 나타내는 도면이다.

본 발명에서의 힌지 판으로서는, 후술하는 바와 같은 다양한 변화의 힌지 판이 고려되고, 본 발명에 관계된 압전 액추에이터나, 본 발명에 관계된 정보 기억 장치의 헤드부 액추에이터에는, 어느 힌지 판이 채용될 수도 있다.

이 도 ８의 파트(A)나 파트(B)에는, N자형의 중앙부(251, 261)를 갖는 힌지 판(250, 260)이 예시되어 있다. 도 6을 참조하여 설명한 구동 원리는 중앙부의 형상에는 의존하지 않기 때문에, 중앙부의 형상으로서는 임의의 형상이 채용될 수 있다.

또한, 이 도 8의 파트(C)나 파트(D)에는, 2개에 분할된 중앙부(271, 281)를 갖는 힌지 판(270, 280)이 예시되어 있다. 중앙부(271, 281)가 2개에 분할된 힌지 판( 270, 280)이고, 2개의 측부(272, 282)가 동일한 구동 대상물(예를 들면 슬라이더)에 고착되어 있는 경우에는, 구동 대상물과 측부와 중앙부는 일체의 강체를 구성하게 되고, 도 6에서 설명한 구동 원리에 의해 구동 대상물이 회전 구동된다.

또한, 본 발명에서의 힌지 판의 측부나 암부는 2개의 측부가 서로 점대칭으로 연장되고, 2개의 암부가 서로 점대칭이면서 비선대칭으로 연장되어 있으면 어떤 형상의 것일 수도 있다. 측부로서는, 예를 들면 파트(A)∼파트(C)에 도시된 바와 같이 서로 점대칭이면서 선대칭으로 연장될 수도 있고, 파트(D)에 도시된 2개의 측부(282)와 같이 서로 점대칭이면서 비선대칭으로 연장될 수도 있다. 또한, 암부로서는, 예를 들면 이 도 8에 예시되어 있는 바와 같이 측부에 직교하여 연장될 수도 있고, 또는 측부에 대해서 비스듬하게 연장될 수도 있다.

도 9는 본 발명에서의 압전 소자의 다른 예를 나타내는 도면이다.

이 도 9에 도시된 압전 소자(215)에 있어서의 압전층(216) 및 전극층(217)의 적층 방향은 도 4에 도시된 압전 소자(210)에 있어서의 적층 방향에 대해서 직교한다. 이 도 9에 도시된 압전 소자(215)는 압전 횡효과(이른바 31 모드)에 기초하여 신축되는 것이고, 2개의 단면에 형성된 2개의 전극(218) 사이에 구동 전압이 인가되면, 그 구동 전압이 압전층(216)에 인가되어, 도면의 상하 방향으로 수축된다. 또한, 인가되고 있던 구동 전압이 개방된다면 신장하여 원래대로 돌아온다. 이와 같은 압전 소자(215)의 신축량은 동일한 구동 전압 하에서는, 도 4에 도시된 압전 소자(210)의 신축량보다도 적지만, 이 도 9에 도시된 압전 소자(215)도 충분히 실용적이다. 또한, 원리적으로는, 도 4에 도시된 압전 소자(210)에 있어서의 적층 방향과, 도 9에 도시된 압전 소자(215)에 있어서의 적층 방향과의 쌍방에 직교하는 적층 방향도 생각되지만, 도 4나 도 9에 도시된 압전 소자(210, 215)보다도 적층수가 대폭적으로 적어지고, 신축량도 대폭적으로 적기 때문에 실용성은 낮다.

이 도 9에 도시된 압전 소자(215)가 상술한 각종의 힌지 판(220, …, 280)과 조합됨으로써, 본 발명에 관계된 압전 액추에이터의 각종의 변형예가 얻어진다.

도 10은 본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 3 실시형태에 있어서의 헤드부 액추에이터 주변을 도시된 분해 사시도이다.

본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 3 실시형태에서는, 힌지 판(121)이 서스펜션(120)에 합체되어 있다. 이 도 10에 도시된 힌지 판(121)은 암부와 일체로 형성된 힌지 판의 일례이다.

도 2 및 도 3에 도시된 구조와 동일한 구조가 되도록, 이 도 10에 도시된 힌지 판(121)의 위쪽에는 압전 소자(210)가 고착되고, 힌지 판(121)의 아래쪽에는 슬라이더(110)가 고착된다.

이와 같이 힌지 판(121)이 서스펜션(120)에 합체된 실시형태에서는, 암부의 선단 부근의 구조를 조립할 때의 접착 공정이 도 2 및 도 3에 도시된 실시형태보다도 적다. 이 때문에, 부품의 접착 시에 생기는 오차도 적고, 고정밀한 정보 기억 장치가 낮은 비용으로 제작된다.

도 11은 본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 4 실시형태에 있어서의 헤드부 액추에이터 주변을 나타내는 분해 사시도이다.

본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 4 실시형태에서도, 힌지 판(131)이 서스펜션(130)에 합체되어 있다. 단, 도 10에 도시된 힌지 판(121)에서는 2개의 암부(122)가 서로 직접 연결되어 있는 것에 대해서, 이 도 11에 도시된 힌지 판(131)에서는, 2개의 암부(132)는 중앙부(133)만으로 연결되어 있다. 이 도 11에 도시된 힌지 판(131)의 구조는 이 힌지 판(131)에 접착되는 압전 소자(210)의 신축을 방해하지 않는다는 점에서는, 도 10에 도시된 힌지 판(121)의 구조보다도 유리 하지만, 이 도 11에 도시된 힌지 판(131)은 제조 중에 암부(131)의 한쪽이 결락될 우려가 있다는 점에서는, 도 10에 도시된 힌지 판(121)보다도 불리하다.

도 12는 본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 5 실시형태에 있어서의 헤드부 액추에이터 주변을 나타내는 분해 사시도이다.

본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 5 실시 형태에서는, 헤드부의 일부로서 서스펜션(140)이 설치되어 있고, 서스펜션(140)의 선단에 슬라이더(110)가 고정되어 있다. 이 제 5 실시형태에는, 상기와 마찬가지로 압전 소자(210)와 힌지 판(220)으로 구성된 헤드부 액추에이터(200)가 구비되어 있고, 이 헤드부 액추에이터(200)에 의해 서스펜션(140)을 포함하는 헤드부가 구동된다. 헤드부 액추에이터(200)는 접착층(109)을 통해서 강체의 암부(106)에 접착된다.

이 제 5 실시형태에서는, 헤드부 액추에이터(200)에 의한 변위가 긴 서스펜션에 의해 확대되기 때문에, 슬라이더(110)에 탑재된 헤드의 변위량은 상당히 크다.

도 13은 본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 6 실시형태에 있어서의 헤드부 액추에이터 주변을 나타내는 분해 사시도이다.

본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 6 실시형태는 서스펜션(150)에 힌지 판(151)이 합체되어 있는 점을 제외하고, 정보 기록 장치의 제 5 실시형태와 동일한 형태이다.

이 제 6 실시형태에 있어서의 힌지 판(151)은 헤드부와 일체로 형성된 힌지 판의 일례이다. 이 제 6 실시형태의 구조도, 도 10에 도시된 제 3 실시형태의 구 조와 마찬가지로 접착 공정이 적다. 따라서, 부품을 접착할 때에 생기는 오차가 적기 때문에, 고정밀한 정보 기억 장치가 낮은 비용으로 제작된다.

도 14는 본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 7 실시형태에 있어서의 헤드부 액추에이터 주변을 나타내는 분해 사시도이다.

본 발명에 관계된 정보 기록 장치의 제 7 실시 형태는 슬라이더(110) 등과의 균형을 맞추기 위한 돌출(161)을 갖는 서스펜션(160)이 구비되어 있는 점을 제외하고, 정보 기록 장치의 제 6 실시형태와 동일한 형태이다.

이 제 7 실시형태에서는, 이 돌출(161)에 의해 슬라이더(110) 등과의 균형이 맞춰져 있기 때문에, 구동 시의 관성 모멘트가 작다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

제 1 실시예에서는, 도 2 및 도 3에 도시된 구조와 동일한 구조를 제작하여 동작 특성을 평가했다.

먼저, PNN-PT-PZ계의 압전 세라믹스의 분말과 바인더 수지로 이루어진 그린 시트를 닥터 블레이드(doctor blade) 법에 의해 성형하고, 그 그린 시트 위에 Ag/Pd 전극 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 소정의 전극 패턴으로 인쇄했다. 전극 패턴에 전극 페이스트를 인쇄한 그린 시트를 적층하여 가압하고, 대기 중에서 탈지하여 1000℃로 소성함으로써, 층두께 20㎛의 압전층을 다수 포함한 적층 구조를 갖는 세라믹 기판을 형성했다. 그 세라믹 기판을 열(列) 절단하고, 절단면에 표면 전극을 형성하고, 개별 절단함으로써, 도 4에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 1mm 각의 압전 소자를 작성했다.

또한, 50㎛ 두께의 SUS 판을 프레스 펀칭에 의해 가공하고, 도 5에 도시된 바와 같은 형상의 힌지 판을 제작했다. 여기에서는, 도 6에 도시된 거리(h)는 1.0mm이다.

이와 같이 제작된 압전 소자나 힌지 판과, 도 2에 도시된 서스펜션(108)이나 슬라이더(110)를 도2에 도시된 바와 같이 접착하고, 배선을 행하여, 본 발명에서의 헤드부와 헤드부 액추에이터와 암부의 일부분을 포함한 복합체를 조립했다.

조립된 복합체의 동작 특성을 평가한 결과, 공진 주파수는 30kH이고, 헤드의 변위는 12V의 낮은 구동 전압에서 1.0㎛의 큰 변위였다. 도 1에 도시된 바와 같은 일반적인 암부 액추에이터(107)의 공진 주파수가 5kH 정도이기 때문에, 이 복합체에 의하면 헤드의 고속 이동이 가능한 것이 밝혀졌다. 또한, 상술한 바와 같이, 일반적인 암부 액추에이터(107)에 의한 헤드의 위치 결정 정밀도는 1㎛ 정도인 것에 대해서, 이 복합체는 1.0㎛ 이하의 영역에서 헤드 위치를 제어할 수 있기 때문에, 높은 위치 결정 정밀도가 실현된다는 것도 알았다.

다음으로, 제 2 실시예에 대하여 설명한다. 이 제2 실시예에서는, 도 11에 도시된 구조와 동일한 구조를 제작하여 동작 특성을 평가했다.

먼저, 실시예 1과 동일한 압전 소자를 제작했다.

다음으로, 50㎛ 두께의 SUS 판을 프레스 펀칭에 의해 가공하여, 도 11에 도시된 바와 같은 형상의 힌지 판을 제작했다.

이 힌지 판의 한쪽의 면에 압전 소자를 접착하고, 다른 쪽의 면에 슬라이더를 접착하고, 배선을 접속하여, 도 11에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 복합체를 조립했다. 조립된 복합체의 동작 특성을 평가한 결과, 헤드의 변위는 제 1 실시예와 마찬가지로, 12V의 낮은 구동 전압에서 1.0㎛의 큰 변위였다. 또한, 위치 결정 정밀도는 0.05㎛의 높은 정도이고, 공진 주파수는 15kH의 높은 주파수였다. 따라서, 이 제 2 실시예의 복합체에 의하면, 고속이면서 고정밀한 헤드의 위치 결정이 가능하다.

다음으로, 제 3 실시예에 대하여 설명한다. 이 제3 실시예에서는, 도 12에 도시된 구조와 동일한 구조를 제작하여 동작 특성을 평가했다.

먼저, 제 1 실시예와 동일한 순서로, 2mm 각의 압전 소자와, 압전 소자에 맞춰진 크기의 힌지 판을 제작했다.

이와 같이 제작된 압전 소자나 힌지 판과, 도 12에 도시된 서스펜션(140)이나 암부(106)를 도 12에 도시된 바와 같이 접착하고, 배선을 행하여, 도 12에 도시된 구조를 갖는 복합체를 조립했다.

이 복합체의 동작 특성을 평가한 결과, 헤드의 변위는 3V의 상당히 낮은 구동 전압에서 1.0㎛의 큰 변위였다. 또한, 공진 주파수는 10kH의 충분히 높은 주파수였다.

마지막으로, 제 4 실시예에 대하여 설명한다.

이 제4 실시예에서는, 제 1 실시예에서 제작된 복합체의 슬라이더의 위치를 헤드측으로 바꾼 구조의 복합체를 제작했다.

이 복합체의 동작 특성을 평가한 결과, 헤드의 변위는 12V의 낮은 구동 전압에서 1.5㎛의 큰 변위였다. 이 변위는 제 1 실시예에 있어서의 변위보다도 크다. 또한, 주 공진 외에 약한 부 공진이 생겼지만, 주 공진점에 있어서의 공진 주파수는 25kH의 높은 주파수였다.

또한, 상술한 각 실시형태나 각 실시예의 설명에서는, 정보 기억 장치의 일례로서 하드디스크 장치가 나타나 있지만, 본 발명의 정보 기억 장치는 헤드를 암으로 유지하여 이동시키는 방식의 장치라면, 광디스크 장치나 광자기디스크 장치일 수도 있다.

또한, 상술한 각 실시형태 및 각 실시예에서는, 암부 및 헤드부의 쌍방으로부터 독립한 힌지 판, 또는 암부 및 헤드부의 어느 한쪽과만 일체로 형성된 힌지 판이 도시되어 있지만, 본 발명에서의 힌지 판은 암부 및 헤드부의 쌍방과 일체로 형성될 수도 있다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 낮은 구동 전압으로 큰 변위를 얻을 수 있고, 소형 경량으로 내충격성이 양호하고, 고정밀도이면서 낮은 비용의 압전 액추에이터를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 고기록 밀도의 정보 기억 장치를 얻을 수 있다.

Claims

양단(兩端)을 갖는 중앙부로서 그 양단의 사이에서 분할되어 있는 것이 허용된 중앙부와, 상기 중앙부의 양단으로부터 서로 점대칭으로 연장된 2개의 측부와, 상기 중앙부의 양단으로부터 그 중앙부를 사이에 두고 서로 점대칭이면서 비선대칭으로 연장된, 상기 측부에 대해서 접리(接離)하는 방향으로 회동 가능한 2개의 암(arm)부를 갖는 힌지 판과,

상기 힌지 판의 2개의 암부가 쌍방 모두 고착된, 전압이 인가 개방되어 신축됨으로써 상기 2개의 암부를 서로 이반(離反) 접근시키는 압전 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 압전 액추에이터.
소정의 정보 기억 매체에 대한 정보 기록 및 정보 재생 중 적어도 어느 한쪽을 행하는 헤드가 탑재된 헤드부와,

상기 헤드부에 탑재되어 있는 헤드가 상기 정보 기억 매체에 대해서 근접 또는 접촉되도록 상기 헤드부를 유지하는 암부와,

상기 암부를 구동함으로써, 그 암부에 유지된 헤드부에 탑재된 헤드를 상기 정보 기억 매체를 따라 이동시키는 암부 액추에이터와,

상기 암부에 대해서 상기 헤드부를 회동시키는 헤드부 액추에이터를 구비하고,

상기 헤드부 액추에이터가,

양단을 갖는 중앙부로서 그 양단의 사이에서 분할되어 있는 것이 허용된 중앙부, 상기 중앙부의 양단으로부터 서로 점대칭으로 연장된 2개의 측부, 및 상기 중앙부의 양단으로부터 그 중앙부를 사이에 두고 서로 점대칭이면서 비선대칭으로 연장된, 상기 측부에 대해서 접리하는 방향으로 회동 가능한 2개의 암부를 갖는 힌지 판과,

상기 힌지 판의 2개의 암부가 쌍방 모두 고착된, 전압이 인가 개방되어 신축됨으로써 상기 2개의 암부를 서로 이반 접근시키는 압전 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 정보 기억 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 헤드부 액추에이터가 상기 헤드부를 상기 헤드부의 무게중심을 중심으로 하여 회동시키는 것을 특징으로 하는 정보 기억 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 힌지 판이 상기 암부와 일체로 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 정보 기억 장치.
제 2항에 있어서,

상기 힌지 판이 상기 헤드부와 일체로 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 정보 기억 장치.
제 1항에 있어서,

상기 압전 소자가 압전 종(縱)효과(33 모드)에 기초한 것을 특징으로 하는 압전 액추에이터.
제 1항에 있어서,

상기 압전 소자가 압전 횡(橫)효과(31 모드)에 기초한 것을 특징으로 하는 압전 액추에이터.
제 2항에 있어서,

상기 압전 소자가 압전 종(縱)효과(33 모드)에 기초한 것을 특징으로 하는 정보 기억 장치.
제 2항에 있어서,

상기 압전 소자가 압전 횡(橫)효과(31 모드)에 기초한 것을 특징으로 하는 정보 기억 장치.