采用环形旋转压电执行机构的高密度硬盘驱动器的双级执行机构系统技术方案

公开的一种压电执行机构，包括一个环形压电元件和一个基座。沿着环形压电元件的径向有一个缝隙。该环形压电元件的两端的其中之一，即固定端与基座相连接，而另一端则是自由的，该基座是有压电材料组成的。此外，环形压电元件被加到其两个相反表面的电极图形和／或其极化方向沿着其圆周方向分成两个以上环形部分。当施加驱动电压时，执行机构能绕环形压电元件的中心大约产生旋转运动，环形旋转执行机构可以是单板或多层结构。本发明专利技术还涉及一种硬盘驱动器的双级磁头定位执行机构系统，硬盘驱动器有多个磁盘和多个经过环形压电执行机构安装在多个悬臂件的远端的垂直取向的磁头。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】所属
概括地说，本专利技术涉及压电器件领域，具体而不是作为限制地说，本专利技术涉及适用于作为硬盘驱动器的双级磁头定位伺服系统的副细执行机构的环形旋转压电执行机构，以及涉及采用环形旋转压电执行机构的高密度硬盘驱动器的双级执行机构系统。相关先有技术的描述压电执行机构由于其体积小、结构简单、响应快速和最重要的是低至纳米的可控位移的特性，已经用作诸如光学、精密加工、流体控制和光盘驱动器等的宽频谱领域中的定位器或驱动电机。然而，在硬盘驱动器领域，微型机械静电执行机构、微型电磁执行机构和压电执行机构之间存在着竞争。微型机械式执行机构是设计用来直接驱动磁头的。这种型式的执行机构的优点是其较高的响应频率，而其行程/电压灵敏度很低。另一方面，压电执行机构通常用来控制悬臂机构的运动。与前者相比，后者具有较大的行程/电压灵敏度和较低的谐振频率。遗憾的是，对于硬盘驱动器的双级磁头定位伺服系统来说，谐振频率和行程同样重要。在由Todd A.Krinke等人于1997年6月13日提交的题为“Base Plate-mountted Microactuator for aSuspension”、已转让给”Hutchinson Technology Incorporated”的美国专利申请No.08/874,814(美国专利U.S.No.5,898,544)中公开了一种压电执行机构。就压电执行机构而言，为了减低驱动电压，已经有d31型多层、分裂变体和II杆多层作为双级伺服系统的副细执行机构。然而，谐振频率和行程的矛盾仍然没有解决。在本专利技术中，提出了一种用来直接驱动磁头的微型机械式压电执行机构，以同时满足对谐振频率和行程的要求。本专利技术的具体目的是提供一种能用作硬盘驱动器的双级伺服系统的副执行机构的压电执行机构。本专利技术更具体的目的是提供一种能安装在悬臂件和磁头之间的压电执行机构，驱动磁头的磁极尖，移过数据磁迹，从而获得一种具有高带宽的磁头定位伺服系统。本专利技术的还有一个具体的目的是提供一种具有对称结构和简单粘结(potting)处理的压电执行机构，使得它容易制造，又能在磁头万向组件((head gimble assembly)HGA)实施。本专利技术的再一个目的是提供一种具有足够位移行程的压电执行机构，以满足高至15V的电源电压下补偿轨迹错误对准的要求。根据本专利技术的实施例通过设计结构，选择适当的电极图形和压电元件的相应的极化方案就能达到上述目的。下文讨论典型的实用装置。根据本专利技术的一个方面，具有沿径向缝隙的环形压电元件用被在某个半径处沿其圆周的电极裂隙的分成两部分。在这些部分上的极化向量通常是沿其厚度方向的，且能沿着相同或相反的方向极化。压电元件的两端的其中之一固定到一个基座上。驱动电压配置成使两部分的其中之一因“31”作用而膨胀，而另一部分则收缩，或者两部分的其中之一膨胀或收缩，另一部分则保持不变。这就导致自由端绕其中心大体上旋转运动，有点象分裂变体执行机构的弯曲，这种弯曲是沿其宽度方向发生的。这种执行机构实际上是一种环形分裂电极旋转型压电执行机构。类似于“分裂变体”的名称，它可以定义为“环形分裂变体”。如果只极化两个部分其中之一，这种执行机构可以称为局部极化环形分裂变体。如果压电元件的两个对应部分的极化向量彼此反向，这种执行机构就称为反平行环形分裂变体。如果极化向量相同，则称它为平行环形分裂变体。根据本专利技术的另一个方面，为硬盘驱动器提供了一种双级磁头定位执行机构系统，驱动器具有多个硬磁盘和多个经过压电执行机构安装在多个悬臂件的远端的垂直取向的磁头。在一个实施例中，双级磁头定位执行机构系统包括一个音圈电机，作为主级执行机构同时以长行程驱动多个悬臂件；以及多个压电执行机构，作为副细执行机构以微小行程个别驱动磁头，将磁头精确地定位在多个磁盘的相应磁盘表面的预定位置上。上述执行机构用作细执行机构，多个细执行机构各自通过基座安装在多个悬臂件的其中之一的相关联的挠性舌上，磁头粘结在执行机构的内盘上。根据本专利技术的再一个方面，为任何两片压电元件或一个压电元件中的任何两个有源部分提供驱动电压的方案，驱动电压能使两片压电元件或两个有源部分同时分别膨胀或收缩，而驱动电压的方向在整个工作过程中保持对应的片和部分的的极化方向。加到两片和两个部分的电极上的电压是加到正直流偏压上的两个反相交流信号，该正直流偏压与所述两片和两部分的极化向量相同的方向，该偏压大于或等于交流信号的幅值。因此，驱动电压能精确地控制悬臂件的自由端的旋转角度。本专利技术的一个主要优点和新颖方面涉及环形结构以及将环形结构分成有源(active)部分和无源(inactive)部分的方法的特征，这些部分能使执行机构具有在电极平面内产生旋转运动的功能。有了这些优点和特征，尺寸与磁头不相上下的执行机构就能安装在悬臂件，具体地说是挠性舌，与磁头之间，遵循适中的摆动度更宽更快地驱动磁头的磁极尖。本专利技术的另一个主要的特征是利用带铸、厚膜丝网印刷、砂磨和MEMS((microelectro mechanical system)微机电系统)技术可以简易地将执行机构制成各种尺寸的多层结构。本专利技术的其它目的以及为达到这些目的的结构和特征通过考虑下面结合附图所作的有关最佳实施例的详细描述就会显得很清楚。附图说明图1是环形分裂变体的最简单结构的上透视图。图2是带有内盘的环形分裂变体的上透视图。图3是带有内盘的多层环形分裂变体的上透视图。图4是内电极图形及其取向的平面顶视图。图5是带有内盘的环形分裂变体和矩形外座的平面顶视图和侧视图。图6是本专利技术的S型旋转执行机构的正视图。图7是本专利技术的三杆型旋转执行机构的正视图。图8、8A和8B是压电执行机构级的平面顶视图和侧视图。图9例示本专利技术的执行机构的典型组件和磁头的结构。图10是表示旋转执行机构和磁头的相对位置的示意图。图11和12是具有本专利技术的微压电执行机构的悬臂组件的侧视图。图13是HGA实施例的组装图。具体地参阅图1，图中例示了本专利技术的最简单的结构。这仅仅是有关具有环形结构的单片压电板，厚度为t，且沿其厚度方向极化。在图1中，标号1表示环形压电板，沿其径向有一个缝隙2。具有一定图形的电极位于压电板的两个相对表面上。压电板还用电极图形分为两部分，即内部分I和外部分O。标号3和4表示两对上下电极O和I。此外，标号5表示压电板1上没有采用电极的电极裂缝。标号6表示环形板的一端与基座的接合处。7表示环形板的另一端，即自由端。在这个实施例中，环形板和基座是由相同的压电材料组成的一个整体。如上所述，沿相同和相反方向使两部分O和I极化，形成平行的环形分裂变体或反平行环形分裂变体。也可以配置成只使电极I或O极化，形成所谓的局部极化分裂变体。图1中示出了一个平行分裂变体。在所有附图中所示出的箭头下文中都表示极化方向。如图1中所示，从环形板中心到基座边缘的中点的方向表示为X轴，电极平面表示为X-Y平面，环形板的高度方向表示为Z轴。当自由端在驱动电压的作用下运动时，自由端的变形于是大致上呈绕其中心的转动。因此，可以实现自由端沿着Y轴的位移。在这个实施例中，环形元件的用标号M表示的中间部分也有一个沿X轴的少量位移。通过改变环形元件的内径、外径、厚度t和电极图形的尺寸就能精确地控制执行机构的作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电执行机构，包括：一个由压电材料组成的基座；一个包括具有沿其径向的缝隙的环形压电元件，该压电元件的固定端与基座相连接，而另一端则是自由的，所述环形压电元件被加到该环形压电元件的两个相反表面的至少其中之一的电极图形和该环形压电元件的极化方向沿着其圆周方向分成至少两个环形部分；所述环形压电元件是沿着其厚度方向极化的；一个电压驱动器与所述环形压电元件相耦合，所述电压驱动器适于将驱动电压加到所述压电元件，使得所述极化部分的第一半是膨胀或伸缩的至少其中之一，而另一半是膨胀或伸缩的至少其中之一、或保持不变，以在所述环形压电元件的所述电极表面的的平面内产生旋转运动，使所述自由端沿着垂直于所述缝隙的方向运动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种压电执行机构，包括一个由压电材料组成的基座；一个包括具有沿其径向的缝隙的环形压电元件，该压电元件的固定端与基座相连接，而另一端则是自由的，所述环形压电元件被加到该环形压电元件的两个相反表面的至少其中之一的电极图形和该环形压电元件的极化方向沿着其圆周方向分成至少两个环形部分；所述环形压电元件是沿着其厚度方向极化的；一个电压驱动器与所述环形压电元件相耦合，所述电压驱动器适于将驱动电压加到所述压电元件，使得所述极化部分的第一半是膨胀或伸缩的至少其中之一，而另一半是膨胀或伸缩的至少其中之一、或保持不变，以在所述环形压电元件的所述电极表面的的平面内产生旋转运动，使所述自由端沿着垂直于所述缝隙的方向运动。2.根据权利要求1的压电执行机构，其特征在于还包括一个与所述自由端相耦合的内盘，以提供一个粘结要被驱动物体的区域。3.根据权利要求2的压电执行机构，其特征在于，所述环形压电元件是以多层结构构成的，其中所述内电极插入所述基座，且裸露在所述基座的侧面，以形成外电极。4.根据权利要求3的压电执行机构，其特征在于，所述基座围绕所述环形压电元件，以提供一种对称结构。5.根据权利要求4的压电执行机构，其特征在于，所述基座的两个相反表面其中之一的至少一部分高于所述环形压电元件，而在另一表面，所述内盘高于所述环形压电元件，以控制所述执行机构的可动部分和稳定部分之间的间隙，一个凸起设置在所述内盘表面的中心，以限制所述环形元件沿其厚度方向的变形。6.根据权利要求1的压电执行机构，其特征在于，所述基座和所述环形压电元件是用相同的材料、相同的方法和技术制成的。7.根据权利要求1的压电执行机构，其特征在于，所述基座是用与所述环形压电元件不同的材料组成的。8.根据权利要求1的压电执行机构，其特征在于，至少两个所述极化环形部分的极化向量的方向相同。9.根据权利要求1的压电执行机构，其特征在于，至少两个所述极化环形部分的极化向量的方向相反。10.根据权利要求2的压电执行机构，其特征在于，所述内盘和所述环形压电元件是用相同的材料、相同的方法和技术制成的。11.根据权利要求2的压电执行机构，其特征在于，所述内盘是用与所述环形压电元件不同的材料组成的。12.根据权利要求2的压电执行机构，其特征在于，所述环形压电元件呈C形。13.根据权利要求2的压电执行机构，其特征在于，所述环形压电元件和所述内盘呈S形。14.根据权利要求2的压电执行机构，其特征在于，所述环形压电元件有一个包括三个直条的方形...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯，笠岛多闻，白石一雅，商平，王志宏，
申请(专利权)人：新科实业有限公司，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]