具有電極的壓電元件和磁頭懸浮臂的制作方法

專利名稱：具有電極的壓電元件和磁頭懸浮臂的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有電極的壓電元件，對該壓電元件提供有電極，并且根據應用到該 壓電元件的電壓，該壓電元件發生變形，本發明還涉及使用該壓電元件的磁頭懸浮臂(head suspension)0
背景技術：
小型的精密信息設備迅速發展，并且為了使用該種設備，增加了對于能夠對非常 小的距離進行定位控制的微制動器的需要。例如，用于校正焦距和傾角的光學系統、用于控 制墨水頭的噴墨打印機以及用于控制磁頭的磁盤驅動器非常需要該種微制動器。對于磁盤驅動器，急迫的任務是增加存儲容量。增加磁盤驅動器的存儲容量通常 是通過增加在磁盤驅動器中包括的磁盤的存儲容量來實現的。在不改變磁盤的直徑的情況 下，如果磁盤上的每英寸軌道(TPI)的數量增加，即，如果軌道的寬度變窄，則將增加磁盤 的存儲容量或記錄密度。為此，在磁盤驅動器中的安裝的磁頭懸浮臂的磁頭必須在穿過軌 道的方向上進行精確的定位。為了實現精確定位，需要能夠在非常小的范圍內準確地移動 并定位磁頭的制動器(actuator)。為了滿足該需要，本發明的申請人在日本未被審查的專利申請公開 No. 2002-184140中已經提出了一種用于磁盤驅動器的磁頭懸浮臂。該磁頭懸浮臂包括基 片、比基片薄的具有鉸鏈的連接盤、具有撓性的負載梁以及具有一對壓電元件的壓電制動
ο為了精確定位，該相關技術使用包括音圈馬達(voice motor)和具有由例如 PZT(鋯鈦酸鉛)制成的兩個壓電元件的壓電制動器的雙制動器系統。雙制動器系統中的壓電制動器在磁頭懸浮臂的橫向上(搖擺方向)精密地移動負 載梁的前端。與僅使用音圈馬達的單驅動器系統相比，雙制動器系統能夠更精確地定位連 接在磁頭懸浮臂的前端的磁頭。對于使用雙制動器系統的磁頭懸浮臂的重要的問題是要保護脆弱的壓電元件不 受損，防止微粒從壓電元件的表面脫落，并且確保磁頭懸浮臂體和壓電元件之間的電絕緣。在日本未被審查的專利申請公開No. 2002-184139 (用于磁盤驅動器的磁頭懸浮 臂)中公開了一種解決該問題的辦法。該磁頭懸浮臂包括制動器底座、在制動器底座中形 成的開口及通過非導電性粘合劑連接到開口的壓電元件。非導電性粘合劑覆蓋壓電元件的 圓周端面。該相關技術的磁頭懸浮臂能夠保護壓電元件不受損，防止微粒從壓電元件的表面 脫落，并且確保壓電元件和制動器底座之間的絕緣。當將壓電元件連接到例如磁頭懸浮臂等物體上時，正確地確定壓電元件的方向是 非常重要的。通常，壓電元件具有極性。如果使壓電元件的方向反向取向并連接到磁頭懸 浮臂上，則磁頭懸浮臂將會相反于希望的方向而變形。這將造成嚴重的問題，因此必須被避
免O
而且，現有的壓電元件不具有表示極性的外觀。因此，在組裝時常常忽視磁頭懸浮 臂中的定向錯誤的壓電元件，直到在成品測試中被最終發現。

發明內容
本發明的一個目的是提供能夠防止組裝錯誤的壓電元件及應用該壓電元件的磁 頭懸浮臂。為了實現該目的，本發明的一個方面提供一種壓電元件，該壓電元件包括配置用 于響應于施加到壓電體上的電壓根據極性而變形的壓電體；在壓電體的表面上分別形成的 電極；在壓電體的至少一個表面上形成的非電極部分，將非電極部分延續到位于壓電體的 至少一個表面上的一個電極；和非電極部分和電極之間的邊界。該邊界具有配置用于至少 表示壓電元件的極性的圖案。根據本發明的該方面，非電極部分和一個電極之間的邊界的圖案表示壓電元件的 極性，從而當將壓電元件連接到例如磁頭懸浮臂等物體上時能夠從外部識別極性。即使錯 誤地放置了壓電元件，在組裝之前也能夠進行校正。這樣，本發明的該方面防止壓電元件的 錯誤連接。


圖IA和IB說明根據本發明第一實施例的壓電元件，其中圖IA是立體圖，圖IB是 沿圖IA的線A-A的獲得的剖面圖；圖2A和2B說明第一實施例的壓電元件，其中圖2A是平面圖，圖2B是圖2A的關 鍵部分；圖3是說明第一實施例的壓電元件的制造的流程圖；圖4A到4C是具有微裂紋的壓電元件的微型照片，其中，圖4A以200的放大率放 大，圖4B以1000的放大率放大，圖4C以5000的放大率放大；圖5A和5B說明根據本發明第二實施例的壓電元件，其中，圖5A是平面圖，圖5B 是圖5A的關鍵部分；圖6A和6B說明根據本發明的第三實施例的壓電元件，其中，圖6A是平面圖，圖6B 是圖6A的關鍵部分；圖7A和7B說明根據本發明第四實施例的壓電元件，其中，圖7A是平面圖，圖7B 是圖7A的關鍵部分；圖8A和8B說明根據本發明第五實施例的壓電元件，其中，圖8A是平面圖，圖8B 是第五實施例的修改；圖9是說明對本發明的第一到第五實施例的壓電元件的裂紋觀測結果的表格；圖10是說明根據本發明第六實施例的磁頭懸浮臂的立體圖，該磁頭懸浮臂具有 第三實施例的壓電元件；圖11是說明在第六實施例的磁頭懸浮臂中安裝的壓電制動器的平面圖；圖12是沿著圖11的線C-C獲得的剖面圖；圖13是說明將壓電元件連接到第六實施例的磁頭懸浮臂的開口的流程圖；圖14是說明根據本發明第七實施例的磁頭懸浮臂的立體圖；及
圖15是說明根據本發明第八實施例的磁頭懸浮臂的立體圖。
具體實施例方式將參考附圖，具體說明本發明的實施例。圖IA到2B說明根據本發明第一實施例的壓電元件，其中圖IA是立體圖，圖IB是 沿圖IA的線A-A的獲得的剖面圖，圖2A是平面圖，圖2B是圖2A的關鍵部分。如圖IA到2B所示，根據第一實施例的壓電元件1具有壓電體2、電極3和4以及 非電極部分5。壓電體2響應于施加到其上的電壓根據極性而變形。壓電體2由例如PZT(鋯鈦 酸鉛)等壓電陶瓷制成，壓電體2是縱向尺寸比橫向(左右)尺寸長的矩形。壓電體2具 有在大約70到200 μ m范圍內的厚度。壓電體2包括在橫向上并排布置的一對壓電層2a 和2b。壓電層2a和2b左右對稱，并且以180度角相反地被極化。然而，該配置不限制本 發明。可以在相同的方向上使壓電層2a和2b極化。電極3和4由具有低的接觸電阻的良好的導電材料制成，例如黃金(Au)等。通過 例如氣相沉積、噴射、電鍍及金屬印膏(銀、銀鈀、白金等)等合適的方法分別在壓電體2的 厚度方向上的背對(opposite)表面上形成電極3和4。上部電極3包括各自是矩形的電極段3a和3b。分別在壓電層2a和2b上形成電 極段3a和3b。通過在壓電體2的相同表面上的非電極部分5將電極段3a和3b互相分離。電極段3a具有沿著非電極部分5的邊緣10，邊緣10沿著壓電體2的縱向線性延伸。電極段3b具有沿著非電極部分5的邊緣12，邊緣12包括本體部14和凹部16。本 體部14沿著壓電體2的縱向線性延伸，凹部16從非電極部分5彎曲到電極段3b中。凹部 16是具有預定曲率的圓弧，并且凹部16包括延續到邊緣12的本體部14的彎曲部20。每 一個彎曲部20具有比凹部16大的曲率半徑。沒有對下部電極4提供非電極部分5。根據第一實施例，下部電極4是用于上部電 極3的電極段3a和3b的公共電極，上部電極3背對著下部電極4，壓電體2插入在它們之 間。與上部電極3相似，下部電極4也可以由對稱的電極段構成。當接收到外部輸入電壓 時，電極3和4之間的壓電體2的壓電層2a和2b分別產生變形。在電極段3a和3b的邊緣10和12之間形成非電極部分5，并且非電極部分5位于 上部電極3的中間部分。即，非電極部分5鄰接電極段3a和3b并延續到上部電極3。非 電極部分5是沿著壓電體2的縱向的矩形溝槽，并且非電極部分5包括與電極段3b的凹部 16對應的隆起部22。在非電極部分5和上部電極3的電極段3a和3b之間，存在邊界24和26。邊界 24和26對應于電極段3a和3b的邊緣10和12。通過與電極段3a的邊緣10對應的直線限定邊界24。通過代表壓電元件1的極性的圖案T來刻畫另一邊界26，另一邊界26用于從外部 容易地識別極性。邊界26的圖案T包括直線6和極性識別標記7-1。直線6對應于電極段 3b的邊緣12的本體部14。極性識別標記7-1具有與邊緣12的凹部16和彎曲部20對應的凹口 28和裙邊(skirt) 30。S卩，標記7-1是凹口 28和裙邊30的連續，并且標記7_1是光滑的以避免壓電體2 上的局部應力集中。邊緣10和12的直線6也是光滑的以避免壓電體2上的局部應力集中。即，包括 彎曲部和直線的電極段3a和3b的邊緣10和12是全部平滑的。如圖2A和2B所示，標記7-1具有大約0. 30mm的深度(在壓電體2的橫向上的尺 寸)、大約0. 60mm的寬度(在壓電體2的縱向上的尺寸)、大約0. IOmm的凹口 28的曲率半 徑、是凹口 28的曲率半徑的大約兩倍大的大約0. 20mm的裙邊30的曲率半徑。標記7-1的凹口 28具有從直線6移動到電極段3b中的曲率中心CTR。S卩，標記 7-1從直線6擴張到電極段3b中。可以將標記7-1擴張到非電極部分5中。這樣，標記7-1使用位置、數量、曲率半徑和擴張方向中的一個或組合來刻畫圖案 T，圖案T提供至少包括壓電元件1的極性的關于壓電元件1的信息。參考圖3將說明根據第一實施例的壓電元件1的制造，圖3是說明壓電元件1的 制造的流程圖。步驟S11，準備PZT片狀材料(未示出)，并在該片狀材料上設置具有多個圖案T 的掩膜。如果計劃該片狀材料產生16個壓電元件，則該掩膜具有16個圖案T。步驟S12，通過例如噴射(spattering)在片狀材料上形成黃金(Au)電極。步驟S13，對設置了電極的片狀材料施加電壓，以使該片狀材料極化。電壓可以是 大約lkV/mm的高DC電壓，通常對PZT基的壓電陶瓷采用該種電壓。本步驟形成以180度 角相反極化的、左右對稱的壓電層2a和2b。步驟S14，將具有電極的片狀材料切割為單個的壓電元件1。步驟S15，對壓電元件1執行性能評估測試。僅提供通過測試的那些壓電元件作為
女口
廣 PFt ο如上所述，根據第一實施例的壓電元件1分別包括響應于施加到其上的電壓根據 極性而變形的壓電體2、在壓電體2的上部和下部表面上形成的電極3和4、在壓電體2的 上部和下部表面中的至少一個上形成的非電極部分5及在非電極部分5和電極3之間形成 的邊界26，邊界26具有表示壓電元件的極性的圖案T。在將壓電元件1連接到例如磁頭懸浮臂等物體之前，本實施例使得能夠從壓電元 件1的外觀識別壓電元件1的極性。因此，即使壓電元件1被錯誤放置，也能夠在將壓電元 件1固定到物體之前進行校正。因此，本實施例防止了壓電元件1的錯誤連接。根據本實施例，在電極3和非電極部分5之間的邊界26的圖案T形成極性識別標 記7-1。該技術容易并且便宜地表明壓電元件1的極性，并且沒有造成與物體(磁頭懸浮 臂)的清潔處理的沖突。相反，極性識別標記可以是使用墨水在壓電元件上打印的墨水記號，該墨水記號 造成與清潔處理的沖突。當被應用于磁盤驅動器的磁頭懸浮臂時，壓電元件與磁頭懸浮臂 一起受到清潔處理。在該情況下，墨水記號是不合適的。極性識別標記可以是通過使用沖壓機沖壓壓電元件的電極表面得到的沖壓記號。 該壓電元件具有大約0. Imm的厚度，并且在其上形成的電極在亞微米的范圍內、非常薄。因 此，當沖壓壓電元件的電極表面時，調節對沖壓機施加的力是非常困難的。即，沖壓記號作為極性識別標記是不切實際的。極性識別標記可以是激光記號。激光記號需要昂貴的系統及分離處理，因此其比 本實施例差。這樣，這些想法都不能提供本發明的效果。根據本實施例，邊界24和26是光滑的以避免壓電體2上的局部應力集中，從而保 護壓電體2不產生微裂紋。這樣的結果是長時間地確保壓電元件1的可靠性并提高其生產率。圖4A到4C是具有微裂紋的壓電元件的微型照片，其中，圖4A以200的放大率放 大，圖4B以1000的放大率放大，圖4C以5000的放大率放大。如圖4A到4C所示，極化處理之后的壓電元件有時具有在極化處理之前沒有呈現 出來的微裂紋。微裂紋非常小，使用立體顯微鏡觀測不到，并且幾乎不能通過測量電特性來 發現。通過測量例如靜電電容等使安裝了壓電元件的例如磁頭懸浮臂等物體受到性能評價 測試。然而，微裂紋不產生靜電電容的改變。由于可能降低長期的可靠性，因此必須將具有微裂紋的任何靜電元件作為不能接 受的產品來丟棄。為了防止微裂紋，壓電元件必須受到有效的測量。在具有微米級厚度的薄壓電元件上，由于沿著電極和非電極部分之間的邊界的應 力集中，因此出現了微裂紋。當在壓電元件上形成電極(圖3的S12)之后使壓電元件極化 時，由于壓電元件的擴展和收縮，因此出現了應力集中。更精確地，當將極化電壓施加到壓電元件的電極時，與電極對應的壓電元件的壓 電層在厚度方向上擴展膨脹并在與厚度方向垂直的平面方向上收縮。這時，與非電極部分 對應的壓電層的部分在厚度和平面方向上不發生擴展或收縮。作為結果，非電極部分的邊 界受到由厚度方向上的擴展力和平面方向上的收縮力造成的復雜的剪力。沿著邊界的應力 集中造成微裂紋。第一實施例降低了微裂紋產生的可能性。即，該實施例使邊界26的圖案T和邊界 24的圖案光滑，以避免壓電體2上的局部應力集中，從而有效地抑制了微裂紋的產生。將參考圖5A和5B說明根據本發明第二實施例的壓電元件，其中，圖5A是平面圖， 圖5B是圖5A的關鍵部分。第二實施例基本上與第一實施例相同，因此，省略重復的說明，主要說明它們之間 的差異。根據第一實施例，極性識別標記7-1的凹口 28的曲率中心CTR從直線6移動 (shift)到電極段3b中。另一方面，第二實施例使用具有凹口 28-2的極性識別標記7-2，凹口 28_2的曲率 中心CTR從直線6移動到非電極部分5中。即，標記7-2的凹口 28-2從直線6擴張到電極段3b中，凹口 28_2的曲率中心CTR 背對(opposite)著擴張方向從直線6移動到非電極部分5中。標記7-2具有大約0. 14mm的深度、大約0. 60mm的寬度、大約0. 16mm的凹口 28-2 的曲率半徑、大約0. 20mm的裙邊30_2的曲率半徑。根據第二實施例，邊界26-2具有光滑的圖案T。標記7-2的凹口 28_2從直線6擴 張到電極段3b中，凹口 28-2的曲率中心CTR背對(opposite)著擴張方向從直線6移動到非電極部分5中。第二實施例提供與第一實施例相同的效果，另外，確實地防止壓電體2上的應力 集中和微裂紋的出現。可以僅在直線6上設置標記7-2的凹口 28-2的曲率中心CTR。這提供了與當背對 著擴張方向移動凹口 28-2的曲率中心CTR時相同的效果。將參考圖6A和6B說明根據本發明的第三實施例的壓電元件，其中，圖6A是平面 圖，圖6B是圖6A的關鍵部分。第三實施例基本上與第二實施例相同，因此，省略重復的說明，主要說明它們之間 的差異。圖6A和6B中的第三實施例使用具有圖案T和凹口 28_3的極性識別標記7_3，該 圖案T比第二實施例的圖案小，從第二實施例的凹口 28-2的曲率中心CTR改變為凹口 28-3 的曲率中心CTR。S卩，標記7-3的圖案T具有大約0. IOmm的深度、大約0. 50mm的寬度、大約0. IOmm 的凹口 28-3的曲率半徑、大約0. 20mm的裙邊30_3的曲率半徑。與第二實施例的標記7_2 相比，第三實施例的標記7-3的深度、寬度和凹口曲率半徑較小。標記7-3的凹口 28-3的曲率中心CTR恰好位于直線6上，相對于直線6的偏移距
離L是零。根據第三實施例，邊界26-3具有光滑的圖案T。標記7-3的凹口 28_3從直線6突 出到電極段3b中，凹口 28-3的曲率中心CTR位于直線6上。第三實施例提供與第二實施例相同的效果。將參考圖7A和7B說明根據本發明第四實施例的壓電元件，其中，圖7A是平面圖， 圖7B是圖7A的關鍵部分。第四實施例基本上與第三實施例相同，因此，省略重復的說明，主要說明它們之間 的差異。圖7A和7B中的第四實施例使用與第三實施例相反取向的極性識別標記7_4。S卩，標記7-4從直線6突出到非電極部分5中。標記7_4具有凹口 28_4，凹口 28_4 的曲率中心CTR恰好位于直線6上，相對于直線6的偏移距離L是零。根據第四實施例，邊界26-4具有光滑的圖案T。標記7-4的凹口 28_4從直線6擴 張到非電極部分5中，凹口 28-4的曲率中心CTR位于直線6上。第四實施例提供與第二實施例相同的效果。將參考圖8A和8B說明根據本發明第五實施例的壓電元件，其中，圖8A是平面圖， 圖8B是第五實施例的修改。第五實施例基本上與第三實施例相同，因此，省略重復的說明，主要說明它們之間 的差異。根據第三實施例，壓電元件1-3具有上部電極3，上部電極3包括通過具有隆起部 22的非電極部分5分隔開的電極段3a和3b。另一方面，第五實施例使用僅是隆起部的非電極部分32。根據第五實施例的壓電體34具有長度尺寸長于寬度尺寸的矩形形狀。在壓電體 34的頂部表面上，存在其形狀與壓電體34的頂部表面實質相同的上部電極36。即，上部電
9極36是單個電極。左邊緣38是上部電極36的橫向上的一個邊緣，左邊緣38具有實質上位于邊緣38 的中心的單個凹部40。凹部40從邊緣38的主部48凹入上部電極36中。凹部40限定非 電極部分32。非電極部分32和上部電極36之間的邊界46具有由上部電極36的邊緣38限定 的圖案T。圖案T包括與邊緣38的主部48對應的直線6和與凹部40對應的極性識別標記 7-5A。標記7-5A在形狀上與第三實施例的標記7-3實質相同。根據第五實施例，邊緣46的圖案T是光滑的。標記7-5A的凹口 54從直線6擴張 到上部電極36中并且凹口 54的曲率中心CTR位于直線6上。第五實施例提供與上述實施例相同的效果。如圖8B所示，根據第五實施例的圖案T是可修改的。在圖8B中，右側是上部電極36的橫向上的另一邊緣，對右側設置具有圖案T的 邊界56。圖案T包括在縱向上并排形成并且以預定距離隔開的極性識別標記7-5B。標記 7-5B中的每一個是第五實施例的標記7-5A的倒轉。該修改提供與第五實施例相同的效果。將參考圖9說明在第一到第五實施例中出現的微裂紋。圖9是說明在不同的極化電壓下和不同的位置上在第一到第五實施例的壓電元 件上觀測到的微裂紋的表格。在圖9中，在正常的極化電壓(例如，lkV/mm)下，第一實施例的壓電元件1不造成 沿著圖案T的直線6的微裂紋。然而，其有時在極性識別標記7-1上產生微裂紋。即使在是正常電壓的1. 4倍的極化電壓(例如，1. 4kV/mm)下，第二到第五實施例 的壓電元件1-2到1-5也不造成沿著圖案T的直線6和標記7-2到7-5的微裂紋。這樣，根據第二到第五實施例的壓電元件1-2到1-5能夠顯著地抑制微裂紋的出 現。將參考圖10說明根據本發明第六實施例的磁頭懸浮臂。磁頭懸浮臂11使用第三 實施例的壓電元件1-3。可以使用第一、第二及第四實施例的壓電元件中的任意一個代替壓 電元件1-3。在圖10中，磁頭懸浮臂11具有基片13、負載梁15及壓電制動器17。基片13是由例如不銹鋼等制成的金屬薄片，基片13具有大約150到200 μ m的厚 度。基片13可以由例如鋁合金等輕型金屬或包括輕型金屬和不銹鋼的復層材料制成。輕 型金屬減少了基片13的慣性，增加了搖擺方向(即，磁頭懸浮臂的橫向)上磁頭懸浮臂11 的共振頻率，并提高了磁頭懸浮臂11的跟蹤性能。基片13具有環形輪轂(circular boss) 19。通過輪轂19，將基片13連接到制動 器臂(未示出)的前端，并通過音圈馬達(未示出)轉動基片13。基片13具有在負載梁 15的附近的前端及與前端相對的后端。通過壓電制動器17將基片13的前端連接到負載梁 15。負載梁15將負載施加到在負載梁15的前端上布置的滑塊(未示出)上。負載梁 15是由例如不銹鋼等制成的有彈性的金屬薄片，負載梁15具有大約30到150 μ m的厚度。 與基片13相同，負載梁15可以由例如鋁合金等輕型金屬或包括輕型金屬和不銹鋼的復層材料制成。負載梁15具有彎曲部分(flexure) 25，彎曲部分25的前端支撐具有磁頭的滑塊。 負載梁15具有穿過搖擺方向延伸的彎曲的邊緣27a和27b，以加強負載梁15的硬度。負載梁15的后端與連接片29構成整體。連接片29是由例如不銹鋼等制成的有 彈性的金屬薄片，連接片29具有大約30μπι的厚度。連接片29具有孔31。孔31減少了連 接片29的厚度方向的彎曲硬度和重量。在孔31的每一側上，連接片29具有在厚度方向上 可彎曲的鉸鏈33a和33b。將連接片29的后端，即負載梁15的基部，連接到壓電制動器17 的前端。將參考圖11和12說明是根據第六實施例的磁頭懸浮臂11的關鍵部分的壓電制 動器17，其中，圖11是壓電制動器17的平面圖，圖12是沿著圖11的線C-C獲得的剖面圖。當設計壓電制動器17時，必須考慮將壓電元件1-3的變形(位移)有效地傳遞到 負載梁15，確保壓電元件1-3的電極3和4以及制動器底部18之間的電絕緣，防止粉塵從 壓電元件1-3的圓周側面散去，并且保護脆弱的壓電元件1-3不受損。考慮到這要點，做出第六實施例的壓電制動器17。壓電制動器17用于支撐負載梁1的基部，并在搖擺方向(負載梁15的橫向)上 移動負載梁15的前端。壓電制動器17包括如圖10和11所示的制動器底部18和壓電元 件 1-3。制動器底部18是由例如不銹鋼等制成的金屬薄片，制動器底部18被插入在基片 13和負載梁15之間，并且將制動器底部18從基片13和負載梁15分隔開。制動器底部18 的前端位于負載梁15的附近，制動器底部18的后端位于基片13的附近。將制動器底部18的前端的底面放置在連接片29的后端(S卩，負載梁15的基部) 上，并通過例如激光焊接將制動器底部18的前端的底面固定到連接片29的后端。在制動 器底部18的后端上，放置基片13的前端。通過例如激光焊接將制動器底部18的后端固定 到基片13的前端。可以將制動器底部18與基片13構成整體。在該情況下，例如，使用擠壓以從例如 不銹鋼等制成的金屬薄片沖壓出構成整體的基片13和制動器底部18。構成整體的基片13和制動器底部18也被稱為“制動器底部”。即，根據本發明， “制動器底部”可以代表基片13和制動器底部18 二者。在圖10到12中，制動器底部18具有容納壓電元件1_3的開口 21。開口 21具有 在磁頭懸浮臂11的橫向上拉長的矩形形狀，并且通過制動器底部18的圓周邊緣41來限定 開口 21。對開口 21設置具有凸緣形狀的底端承受器43。將底端承受器43與開口 21的圓 周邊緣41的下端構成整體，并且底端承受器43從圓周邊緣41向內突出。通過例如半蝕刻 等將制動器底部18部分變薄來形成底端承受器43。底端承受器43具有將開口 21連接到制動器底部18的底面側的連通孔70。在開口 21中嵌入壓電元件1-3。代替第三實施例的壓電元件1-3，可以在開口 21 中嵌入第一、第二和第四實施例的壓電元件1-1、1_2和1-4中的任意一個。壓電元件1-3 響應于施加到電極3和4的電壓而變形，并且根據該變形，壓電制動器17在搖擺方向上移 動負載梁15的前端的位置。
壓電元件1-3具有外部尺寸比開口 21的內部尺寸稍小的矩形形狀。壓電元件1-3 具有面向開口 21的圓周邊緣41的圓周側表面l_3c。壓電元件1-3的上部電極3與制動器底部18的頂部表面實質上齊平，并且通過例 如銀膏等導電樹脂將壓電元件1-3的上部電極3接地到制動器底部18。壓電元件1-3的下部電極4的外圍在厚度方向上與開口 21的底端承受器43相背 對。壓電元件1-3的底部表面l_3b的內側通過底端承受器43的連通孔70面對制動器底 部18的底部表面的外部。通過導電粘合劑49將壓電元件1-3的下部電極4連接到由例如在彎曲部分25上 形成的銅制成的導線51。彎曲部分25包括金屬底部53、在金屬底部53上形成的電絕緣層 55及在絕緣層55上形成的導線51。代替導電粘合劑49，可以通過焊線、錫焊或超聲波焊接 來達到壓電元件1-3的下部電極4和彎曲部分25的導線51之間的連接。當在開口 21的預定位置上設置壓電元件1-3時，開口 21的圓周邊緣41實質上完 全包圍壓電元件1-3的圓周側表面l_3c以在它們之間形成圓周間隙。該間隙是壓電元件 1-3的圓周側表面l-3c和開口 21的圓周邊緣41之間的圓周溝槽42。而且，壓電元件1_3 的下部電極4形成關于開口 21的底端承受器43的預定間隙44。在圓周溝槽42和間隙44之間填充非導電粘合劑47并使其凝固。非導電粘合劑 47可以是任意已知的非導電粘合劑或包括例如硅微粒或玻璃微粒等絕緣材料的任意導電 粘合劑。非導電粘合劑47填充在壓電元件1-3的圓周側表面l_3c和開口 21的圓周邊緣 41之間的圓周溝槽42，并且將壓電元件1-3和開口 21連接在一起。另外，粘合劑47填充 壓電元件1-3的下部電極4和開口 21的底端承受器43之間的間隙44，并將壓電元件1-3 和開口 21連接在一起。因此，第六實施例的磁頭懸浮臂11將壓電元件1-3的變形(位移) 有效地傳遞到負載梁15。底端承受器43阻擋間隙44中的非導電粘合劑47，從而粘合劑47不會沿著壓電元 件1-3的下部電極4泄漏。當在開口 21中設置壓電元件1-3時，優選地，將在厚度方向上延伸的制動器底部 18的中心軸與在厚度方向上延伸的壓電元件1-3的中心軸對齊。這防止了在搖擺操作過程 中壓電制動器17的扭轉運動。在制動器底部18的開口 21的每一個外部側，存在具有從開口 21向外突出的U形 狀的撓性連接50。在不阻擋搖擺操作過程中壓電制動器17的位移行程的情況下，撓性鏈環 50提高了壓電制動器17的硬度。將參考圖13說明根據第六實施例將壓電元件1-3連接到磁頭懸浮臂11的制動器 底部18的開口 21。步驟S21將非導電粘合劑47施加到制動器底部18的開口 21中的圓周溝槽42和 間隙44中。步驟S22在開口 21中的預定位置上放置壓電元件1_3(圖13中以“PZT”表示)。步驟S23將磁頭懸浮臂11進行熱處理，以使非導電粘合劑47固化。例如在電爐 中在預定時間中以預定溫度執行熱處理。固化了的非導電粘合劑47將壓電元件1-3固定到制動器底部18的開口 21。
將說明磁頭懸浮臂11的操作。根據當施加電壓時出現的壓電元件1-3的變形，壓電制動器17在搖擺方向中移動 負載梁15的前端的位置。當施加電壓時，壓電元件1-3變形為具有如圖1所示的在縱向上 收縮的壓電層2a和在縱向上延伸的壓電層2b的梯形。根據壓電元件1-3的延伸和收縮的方向和行程，壓電制動器17變形以在搖擺方向 (即，磁頭懸浮臂11的橫向)上將負載梁15的前端移動非常小的距離。在壓電制動器17中，開口 21的圓周邊緣41實質上完全包圍壓電元件1-3的圓周 側表面l_3c。使用非導電粘合劑47填充并固定圓周側表面l_3c和圓周邊緣41之間的間 隙。由此，壓電制動器17通過非導電粘合劑47和制動器底部18有效地將壓電元件 1-3的變形(位移)傳遞到負載梁15，從而在搖擺方向上平穩并恰當地移動了負載梁15的 前端。根據第六實施例，底端承受器43從開口 21的圓周邊緣41向內突出并面向壓電元 件1-3的底部表面l_3b的外圍。使用非導電粘合劑47填充底端承受器43和壓電元件1_3 的底部表面l_3b之間的間隙，以確保將壓電元件1-3的底部表面l_3b固定到底端承受器 43并從下面支撐壓電元件1-3。這樣的結果是在搖擺方向上平穩并恰當地移動了負載梁15 的前端。壓電元件1-3上的極性識別標記7-3有助于將壓電元件1-3正確地連接到磁頭懸 浮臂11的制動器底部18，從而壓電制動器17可以在搖擺方向上恰當地移動負載梁15的前端。壓電元件1-3實質上不具有微裂紋。這提高了磁頭懸浮臂的生產率并長時間地確 保了磁頭懸浮臂的可靠性。在根據第六實施例的磁頭懸浮臂11中，制動器底部18中的開口 21的圓周邊緣41 以這樣的方式實質上包圍壓電元件1-3的圓周側表面l_3c，以形成圓周邊緣41和圓周側表 面l_3c之間的圓周溝槽42。以固化的非導電粘合劑47填充圓周溝槽42。根據本實施例，使用非導電粘合劑47恰當地填充開口 21的圓周邊緣41和壓電元 件1-3的圓周側表面l_3c之間的間隙，以將壓電元件1-3連接到開口 21并確保壓電元件 1-3的電極6和4與制動器底部18之間的電絕緣。根據本實施例，實質上完全沿著圓周溝槽42填充非導電粘合劑47，以將壓電元件 1-3的變形(位移)有效地傳遞到負載梁15，防止粉塵從壓電元件1-3的圓周側表面l_3c 散去，并且保護脆弱的壓電元件1-3不受損。根據本實施例，將開口 21、非導電粘合劑47及壓電元件1-3連接到一起，從而該連 接體用作整體的支撐梁以提高磁頭懸浮臂11的硬度。根據本實施例，在開口 21的每一側上形成撓性連接50。每一個撓性連接50具有 從開口 21向外突出的U形狀，以在搖擺運動過程中不阻礙壓電制動器17的位移行程的情 況下，提高壓電制動器17的硬度。因此，第六實施例的磁頭懸浮臂11在不使壓電制動器17的位移行程惡化的情況 下，確保例如振動等基本特性和沖擊特性。將參考圖14說明根據本發明第七實施例的磁頭懸浮臂。
13
與第六實施例的磁頭懸浮臂11基本相同地配置根據第七實施例的磁頭懸浮臂 61，因此，省略重復的說明，主要說明它們之間的差異。第七實施例省略第六實施例的撓性連接50。即，第七實施例的磁頭懸浮臂61具 有具備其中形成了開口 21的制動器底部18的壓電制動器63。在開口 21的每一個外部側 上，代替第六實施例的撓性連接50而形成缺口 52。通過將形成開口 21的圓周邊緣的外部側的壁62進行切割來形成每一個缺口 52。 即，缺口 52將壁62劃分為前壁66和后壁68。通過將在開口 21的每一個外部側上的制動 器底部18進行分隔，缺口 52允許磁頭懸浮臂61的負載梁15在搖擺方向上移動。前壁66和后壁68互相靠近，從而缺口 52的寬度尺寸大于其前后尺寸。由此，也 在缺口 52和在開口 21中嵌入的壓電元件1-3的圓周側表面l_3c之間填充非導電粘合劑 47。非導電粘合劑47填充包括每一個缺口 52之間的空間的圓周溝槽42和壓電元件 1-3的圓周側表面l_3c。代替第三實施例的壓電元件1-3，第七實施例可以使用第一、第二和第四實施例的 壓電元件1-1、1-2和1-4中的任意一個。實質上在開口 21的每一個外部側上的中心部分上形成的缺口 52不阻擋在搖擺方 向上的壓電制動器63的位移行程并確保了磁頭懸浮臂61的高硬度。S卩，在不使用撓性連接50的情況下，第七實施例提供與第六實施例相同的效果。在不具有向外突出的撓性連接50的情況下，第七實施例減小了磁頭懸浮臂61的 寬度尺寸，增加了要除去材料的部件的數量，并提高了磁頭懸浮臂的生產率。根據第七實施例的磁頭懸浮臂61實質上具有與標準磁頭懸浮臂相同的寬度，因 此通過現有的生產線能夠生產磁頭懸浮臂61。這減少了設備投資。生產根據第七實施例的制動器底部18可以包括擠壓和滾磨(barreling)。在該情 況下，由于制動器底部18不具有例如撓性連接50等突出部分，因此將從制動器底部18順 利地去除毛刺(burr)。即，第七實施例確保順利工作并減少生產成本。當設計其中安裝了磁頭懸浮臂的磁盤驅動器時，第七實施例的磁頭懸浮臂61不 包括例如撓性連接50等突出部分，因此，不需要考慮突出部分與外圍部分的沖突。這提高 了設計圍繞磁盤驅動器中的磁頭懸浮臂61的外圍部分的布置的自由度。聯系振動特性，根據第七實施例的磁頭懸浮臂61不包括例如撓性連接50等突出 部分，因此，不需要考慮在標準磁頭懸浮臂中永遠不會出現的振動模式。因此，可以通過標 準設計步驟設計同樣顯示了第六實施例的效果的第七實施例的磁頭懸浮臂61。將參考圖15說明根據本發明第八實施例的磁頭懸浮臂。與第七實施例的磁頭懸浮臂61基本相同地配置根據第八實施例的磁頭懸浮臂 71，因此，省略重復的說明，主要說明它們之間的差異。第八實施例使用其中嵌入了單個壓電元件1-3的單個開口 21。另一方面，第八實 施例使用其中分別嵌入了一對壓電元件1-5A和1-5B(圖8)的一對開口 21。壓電元件1-5A和1-5B是第五實施例及其變形例中的壓電元件。僅在一個方向上 使壓電元件1-5A和1-5B中的每一個極化。第八實施例使用壓電元件1-5A和1-5B的組合。第八實施例提供與第七實施例相同的效果。
本發明不限于上述實施例，并且在不脫離本發明的范圍的情況下，根據權利要求 和說明書的描述可以修改本發明。基于該種修改的壓電元件和磁頭懸浮臂也落入本發明的 范圍中。雖然第一到第四實施例在非電極部分5的一側上的邊界26到26-4上形成極性識 別標記7-1到7-4，但是可以在非電極部分5的其它側或兩側上形成該標記。上述實施例是基于在磁盤驅動器中的磁盤上布置磁頭懸浮臂以面向磁盤的假設。 實際上，也可以在磁盤下面布置磁頭懸浮臂以面向磁盤。通過根據情況適當地解釋在實施 例中說明的位置表示，可以將本發明應用于各個情況。
權利要求
一種具有電極的壓電元件，包括壓電體，配置用于響應于施加到該壓電體上的電壓根據極性而變形；電極，分別形成在所述壓電體的表面上；非電極部分，形成在壓電體的至少一個表面上，所述非電極部分延續到位于壓電體的所述至少一個表面上的一個電極；邊界，位于所述非電極部分和所述一個電極之間，及所述邊界具有配置用于至少表示壓電元件的極性的圖案。
2.根據權利要求1所述的壓電元件，其中，所述非電極部分是將所述一個電極分隔為 多個電極段的凹部。
3.根據權利要求1所述的壓電元件，其中，所述非電極部分處于所述一個電極的中間 部分上，以將所述一個電極分隔成一對對稱的電極段。
4.根據權利要求1所述的壓電元件，其中，所述非電極部分處于所述一個電極的外圓 周邊緣上。
5.根據權利要求1所述的壓電元件，其中，所述邊界的圖案包括連續的彎曲部，各個彎 曲部具有小的曲率以避免壓電體上的局部應力集中。
6.根據權利要求1所述的壓電元件，其中，所述邊界的圖案包括直線和彎曲部，所述彎 曲部從所述直線擴展出并用作極性識別標記。
7.根據權利要求6所述的壓電元件，其中，所述極性識別標記具有曲率中心，所述曲率 中心位于直線上的點和在與擴展方向相反的方向上從直線移位的點中的一個上。
8.根據權利要求6所述的壓電元件，其中，所述極性識別標記使用位置、數量、曲率半 徑及所述極性識別標記的擴展方向中的一個或組合，以表示關于壓電元件的信息。
9.一種具有權利要求1的壓電元件的磁頭懸浮臂，包括 負載梁；制動器底部，連接到所述負載梁的基部并且具有開口 ； 所述壓電元件連接到制動器底部的所述開口，以構成壓電制動器；及 所述壓電制動器配置以在搖擺方向上移動負載梁的前端。
10.根據權利要求9所述的磁頭懸浮臂，進一步包括 圓周溝槽，形成在壓電元件和制動器底部的開口之間；及非導電粘合劑，填充在所述圓周溝槽中，用于將所述壓電元件和開口連接到一起。
11.根據權利要求10所述的磁頭懸浮臂，進一步包括在開口的每一側上的制動器底部上形成的一對撓性連接，每一個撓性連接具有從開口 向外突出的U形狀。
12.根據權利要求9所述的磁頭懸浮臂，進一步包括 一對缺口，每個缺口在開口的外部側穿過制動器底部形成。
13.根據權利要求11所述的磁頭懸浮臂，其中，所述制動器底部具有在負載梁的橫向 上并排形成的兩個開口，及所述壓電元件連接到每一個所述開口。
14.根據權利要求12所述的磁頭懸浮臂，其中，所述制動器底部具有在負載梁的橫向 上并排形成的兩個開口，及所述壓電元件連接到每一個所述開口。
全文摘要
本發明提供了具有電極的壓電元件和磁頭懸浮臂。具有電極的壓電元件能夠防止組合錯誤。該壓電元件包括配置用于響應于施加到壓電體上的電壓根據極性而變形的壓電體；在壓電體的表面上分別形成的電極；在壓電體的至少一個表面上形成的非電極部分，將非電極部分延續到位于壓電體的至少一個表面上的一個電極；非電極部分和電極之間的邊界。該邊界具有配置用于至少表示壓電元件的極性的圖案。
文檔編號G11B5/596GK101901618SQ20101019293
公開日2010年12月1日 申請日期2010年5月28日 優先權日2009年5月29日
發明者半谷正夫, 安藤利樹, 曾我潤, 鹿島英樹 申請人:日本發條株式會社