[发明专利]用于DSA悬架的具有活性PZT约束层的多层PZT微执行器

说明书

PZT微执行器(例如用于硬盘驱动器)具有粘合在其与安装PZT的一侧相对的一侧上的约束层。约束层包括坚硬和有弹性的材料，如不锈钢。约束层可以覆盖PZT顶部的大部分或全部，在没有被约束层覆盖的地方与PZT进行电连接。约束层减少了PZT在安装时的弯曲，从而增加了有效行程长度，或反转了弯曲的符号，从而进一步增加了PZT的有效行程长度。约束层可以是一个或多个活性PZT材料层，其作用方向与主PZT层相反。约束层可以比主PZT层更薄。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年4月23日提交的第16/857,133号美国专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用纳入本文。

发明的背景

1.技术领域

本发明涉及硬盘驱动器的悬架领域。更具体地，本发明涉及用于双级致动悬架的具有一个或多个活性压电约束层的多层压电微执行器的领域。

2.背景技术

磁性硬盘驱动器和其他类型的旋转介质驱动器如光盘驱动器是众所周知的。图1是本发明适用的一个示例性的现有技术硬盘驱动器和悬架的斜视图。现有技术的磁盘驱动单元100包括旋转的磁片101，上面含有磁性1和0的图案，从而构成了存储在磁盘驱动器上的数据。磁盘由驱动马达(未显示)驱动。磁盘驱动单元100进一步包括磁盘驱动悬架105，磁头滑块(未示出)被安装在负载梁107的远端附近。悬架或负载梁的近端是被支撑的那一端，即最靠近底板12的那一端，它被焊接或以其他方式安装到执行器臂上。悬架或负载梁的远端是与近端相对的那一端，即远端是悬臂端。

悬架105被耦合至执行器臂103，而执行器臂103又被耦合至音圈马达112，该音圈马达112弧形移动悬架105，以便将磁头(头部)滑块定位在数据磁盘101的正确数据轨道上。磁头滑块由万向节承载，该万向节允许滑块俯仰和滚动，以便在旋转的磁盘上跟随正确的数据轨道，从而允许磁盘的振动、惯性事件(如碰撞)和磁盘表面的不规则等变化。

单级驱动磁盘驱动器悬架和双级驱动(DSA)悬架都是已知的。在单级驱动悬架中，只有音圈马达112可以移动悬架105。

在DSA悬架中，例如在授予Mei等人的美国专利7,459,835以及其他许多专利中，除了移动整个悬架的音圈马达112之外，至少还有一个额外的微执行器位于悬架上，以实现磁头滑块的精细运动，并使其在旋转磁盘上的数据轨道上正确对齐。与单独的音圈马达(音圈马达只使悬架和磁头滑块产生相对粗略的运动)相比，微执行器提供了更精细的控制和更高的伺服控制回路带宽。压电元件(有时简称为PZT)经常被用作微执行器马达，尽管其他类型的微执行器马达也是可能的。

图2是图1中的现有技术悬架105的俯视图。两个PZT微执行器14被贴在悬架105上的微执行器安装架18上，该安装架形成于底板12内，以使得PZT跨越底板12中的相应间隙。微执行器14在微执行器的两端通过环氧树脂16贴在安装架18上。正负电连接可以通过各种技术从PZT到悬架的柔性线迹和/或到板上。当微执行器14被激活时，它就会膨胀或收缩，从而改变安装架之间的间隙长度，从而产生安装在悬架105远端的读/写头的精细运动。

图3是图2的现有技术PZT微执行器和安装的侧截面图。微微执行器14包括PZT元件20本身以及PZT上的顶部和底部金属化层26、28，这些金属化层限定了用于驱动PZT的电极。如图所示，PZT 14在其左右两侧通过环氧树脂或焊料16跨过间隙安装。

在DSA悬架中，通常希望由PZT上的每单位输入电压实现高行程距离，或者简称为行程长度。

过去的许多DSA悬架设计将PZT安装在安装板上。在这样的设计中，PZT的线性运动被PZT的旋转中心和读/写传感器头之间的臂长所放大。因此，PZT的微小线性运动会导致读/写头的相对大的径向运动。