JP2876905B2 - ヘッドアクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＶＴＲ（ビデオテープ
レコーダ）等の自動トラッキング装置に用いられるバイ
モルフ型素子を用いたヘッドアクチュエータに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＶＴＲ等の記録再生装置の高機能
化、高画質化が進められ、通常再生時と共に特殊再生時
にも記録画像信号をノイズレス再生するための高性能な
ヘッドアクチュエータが求められている。

【０００３】以下に、従来の磁気ヘッド装置について説
明する。図５は特開昭５５−１３９６３０号公報に示さ
れた従来の磁気ヘッド装置の概観図である。同図におい
て、回転ヘッド方式のヘリカルスキャン型ＶＴＲは、一
般にヘッドドラムに一定の傾斜角をもって巻き付けられ
た磁気テープ上に、テープの走行速度や回転ヘッドの回
転速度に応じて傾斜した記録トラックが形成される。

【０００４】しかし、磁気テープ上の磁気信号を、スチ
ル、スローモーション、倍速やリバースモードなどの記
録時の速度と異なる速度で再生する場合、磁気ヘッドの
走査軌跡が記録トラックと異なった傾斜で走査されるた
め、磁気ヘッドは記録トラックから外れて走査すること
になる。これは、ガードバンドノイズやクロストークを
生じ再生画像劣化の原因となり、大きな問題となってい
た。

【０００５】そこで上述の回転ヘッド方式ＶＴＲにおい
ては、各種特殊再生モードにおいても磁気ヘッドが正確
に記録トラック上を走査できるように、ヘッドを変位さ
せるためのトラッキング用のヘッドアクチュエータを備
えている。例えば、図６に示すようなバイモルフ型素子
（バイモルフ板）を用いたヘッドアクチュエータがあ
る。

【０００６】以下に図６を参照しながら、ヘッドアクチ
ュエータの構造と動作原理について説明する。２２はバ
イモルフ板、２３はヘッド基台、２４ａと２４ｂはバイ
モルフ板２２を構成する圧電セラミック、２５は中間電
極を兼ねた中央補強金属板である。同図において、バイ
モルフ板２２はヘッド基台２３などの固定部に固定支持
された片持ち梁構造であり、自由端に磁気ヘッド２６が
取り付けられている。

【０００７】このバイモルフ板２２の固定部側部分２２
Ｂでは圧電セラミック２４ａ、２４ｂが中央補強金属板
２５を介して貼合わされ、先端部側部分２２Ａは、中央
補強金属板２５を介することなく接着剤で貼合わされて
構成されている。

【０００８】上記のように構成されたバイモルフ板２２
は、中央補強金属板２５が介在した部分２２Ｂの圧電セ
ラミックの外表面に設けた電極２７、２８によって、バ
イモルフ板２２に撓み変位を生じさせ、２２Ａ部分の圧
電セラミックに設けた電極２９、３０でバイモルフ板２
２の２２Ａ部分を同一方向に変位するように駆動するも
のである。

【０００９】上記構造において、電極２７、２８による
撓み変位により、磁気ヘッド２６と磁気テープ３１との
相対位置を変え、電極２９、３０によりバイモルフ板２
２を磁気テープ３１方向に変位させる。これにより、磁
気テープ３１と磁気ヘッド２６との間隔を常に一定に保
つため接触圧の安定化がはかれ、磁気ヘッド２６のトラ
ッキングによる記録・再生信号の低下を防止できるもの
である。しかし、磁気へッド２６と磁気テープ３１との
傾斜によって生じるスペーシング角による記録・再生信
号の劣化の問題は解消されていない。

【００１０】上記問題を解決するために、特開昭５７−
６０５２８号公報に示されているヘッドアクチュエータ
がある。以下に図７を用いて詳細に説明する。

【００１１】図７において、３２は第１のバイモルフ
板、３３は第２のバイモルフ板、３４は第１のバイモル
フ板３２を第２のバイモルフ板３３で固定端部において
挟持した第１の電気−機械変換素子、３５は第３のバイ
モルフ板、３６は第４のバイモルフ板、３７は第３のバ
イモルフ板３５を第４のバイモルフ板３６で固定端部お
いて挟持した第２の電気−機械変換素子、３８は第１と
第２の電気−機械変換素子の各自由端を連結する断面形
状がコ字状のヘッド支持部材、３９はヘッド支持部材３
８上に貼付けられた磁気ヘッドである。

【００１２】同図のヘッドアクチュエータにおいて、第
１〜第４のバイモルフ板を構成する各ａ側の圧電セラミ
ックを伸ばし、各ｂ側の圧電セラミックを縮めるように
各圧電セラミックに電界を印加することと、それとは逆
の電界を印加することを交互に繰り返すことにより、第
１と第２の電気−機械変換素子を図７のＣの方向に変位
させるものである。

【００１３】一般に、バイモルフ板の変位量ξ（数１）
と共振周波数ｆ（数２）は、以下の関係で示される。

【００１４】

【数１】

【００１５】

【数２】

【００１６】ここで、ｄ₃₁は圧電定数、ｌは圧電体長、
ｔは圧電体厚、ρは圧電体の密度でｓ₁₁は圧電体のヤン
グ率である。上記（数１）（数２）の関係から、共振周
波数と変位量は相反する形状効果を持っている。

【００１７】しかし、上記構成によって、第２と第４の
バイモルフ板３３、３６により、第１と第２のバイモル
フ板３２、３５で得られる変位を拡大させるとともに、
電気−機械変換素子の共振周波数を下げずにより大きな
変位が得られる構成とできるものである。また、第１と
第２の電気−機械変換素子を互いに連結するヘッド支持
部材３８により、磁気ヘッド３９が磁気テープ４０に対
して平行に移動する事ができるため、磁気ヘッド３９と
磁気テープ４０とのスペーシング角をほとんどゼロとす
ることが可能で、記録・再生信号の劣化を大幅に改善で
きるものである。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成のヘッドアクチュエータでは、金属材料や炭素繊
維系の材料からなる弾性シム材を用いている。金属材料
弾性シム材を用いた場合には、ヘッドを付けているバイ
モルフ板の先端変位量が比較的小さいことと、シム材と
圧電体との接着の信頼性が低いという課題がある。ま
た、炭素繊維系材料弾性シム材を用いた場合には、シム
材料のばらつきによる特性ばらつきと、シム材と圧電体
との接着の信頼性が低く、またヘッド重量による特性低
下が大きいという課題がある。

【００１９】本発明は、上記課題を解決したヘッドアク
チュエータを提供することを目的とするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のヘッドアクチュエータは、弾性シム材にスリ
ットを形成した構造を用いることにより、上記課題を解
決したものである。

【００２１】

【作用】本発明の構成により、弾性シム材にスリットを
形成することにより、スリットに垂直方向の剛性が小さ
くなり、共振周波数を余り低下させずに変位量の拡大を
実現する。また、圧電体の接着性は優れているので、弾
性シム材にスリットを形成したことにより圧電体と弾性
シム材の接着性を向上することができる。

【００２２】加えて、金属材料を弾性シム材として用い
ることにより、材料のばらつきによる素子の信頼性をも
向上させる事が可能である。

【００２３】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の実施例１について、図面を参
照しながら説明する。

【００２４】図１（ａ）は、本発明の実施例１のヘッド
アクチュエータの断面図である。同図（ａ）において、
１は第１の圧電体、２は第２の圧電体で、３は弾性シム
材、４は第１の圧電体１と第２の圧電体２を弾性シム材
３の両面に貼合わせて構成したバイモルフ型素子、５は
バイモルフ型素子４を固定する固定台、６はヘッド支持
部材で７は磁気ヘッドである。

【００２５】同図（ａ）において、第１と第２の圧電体
１、２を、少なくとも変形方向には高い弾性率を有し、
同図（ｂ）に示すように変形方向にスリット８を形成し
た例えばリン青銅、インバーやチタン等の金属材料から
なる弾性シム材３の両面に、接着等により貼付けてバイ
モルフ素子４を形成する。このバイモルフ素子４を固定
台５に固定する。そして、バイモルフ素子４の自由端に
ヘッド支持部材６をどちらか一方の圧電体に接着固定
し、その先端に磁気ヘッド７を設けた構成とするもので
ある。

【００２６】次に、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の動作
説明図を用いてその動作原理を説明する。同図（ｂ）に
おいて、第１の圧電体１と第２の圧電体２の分極軸は図
に示すように弾性シム材３の方向に向いている。ここで
第１の圧電体１に、その分極軸方向の電界を印加すると
分極軸方向に伸びるため圧電体は長さ方向に縮み、同図
（ａ）に示すように上に変位する。逆の場合は、同図
（ｃ）に示すように、その反対の変位を生じる。

【００２７】これにより、第１の圧電体と第２の圧電体
の外側の電極間に電界を印加すれば、印加電界の極性に
応じてバイモルフ型素子４は、図中のＣ方向に上下に変
位することになる。しかし、通常、圧電体には抗電場
（圧電性が無くなる電界強度）が存在するため上述のよ
うな駆動方法は用いず、分極する方向の電界のみを印加
する片側駆動法か、抗電場以内までの電界がかかるよう
にダイオードを設けて抗電場までは第１と第２の圧電体
の両方を駆動し、それ以上の電界では片側駆動する駆動
法でバイモルフ型素子４を変位させている。

【００２８】以上のように本実施例によれば、弾性シム
材３にスリット８を長さ方向に均一に形成したことによ
り、スリットに平行方向の剛性を低下させることなくス
リットに垂直方向の剛性を低下させることにより、共振
周波数をほとんど低下させることなくバイモルフ型素子
の先端変位量の拡大が実現でき、高性能のヘッドアクチ
ュエータが得られる。

【００２９】また、弾性シム材３にスリット８を形成す
ることにより、接着性の優れた圧電同士の接着を行うこ
とができるので接着性が向上し、バイモルフ型素子の信
頼性を向上させることが可能である。

【００３０】さらに、独立したスリット８を形成した弾
性シム材３を用いることにより、スリットに垂直な方向
の剛性もある程度残すことが可能となり、弾性シム材３
の強度を維持することができる。これにより、バイモル
フ素子の耐負荷性を維持しつつ特性を向上させることが
できる。

【００３１】加えて、例えばリン青銅、インバーやチタ
ン等の金属材料を弾性シム材として用いることにより、
バイモルフ素子の材料によるばらつきを小さくでき、素
子の信頼性をも向上させることが可能である。

【００３２】なお、ここでは長さ方向に均一にスリット
を作成したが、放射状にスリットを形成した場合も同様
の効果が得られる。

【００３３】（実施例２）図３（ａ）は、本発明の実施
例２のヘッドアクチュエータの断面図である。同図
（ａ）において、実施例２は実施例１のバイモルフ型素
子とヘッド支持部材と磁気ヘッドからなるヘッドアクチ
ュエータを２組用いて、互いに平行となるように構成
し、各自由端部をヘッド支持部材等を介して連結し、磁
気ヘッドを設けた構成とするものであり、本構成により
実施例１にはない大きな効果を生じるものである。

【００３４】以下、本発明の実施例２について、図面を
参照しながら説明する。９は第１の圧電体、１０は第２
の圧電体で、１１は第１の弾性シム材、１２は第１の圧
電体９と第２の圧電体１０を第１の弾性シム材１１の両
面に貼合わせて構成した第１のバイモルフ型素子、１３
は第３の圧電体、１４は第４の圧電体で、１５は第２の
弾性シム材、１６は第３の圧電体１３と第４の圧電体１
４を第２の弾性シム材１５の両面に貼合わせて構成した
第２のバイモルフ素子、１７は第１と第２のバイモルフ
型素子を固定する固定台、１８は第１と第２のバイモル
フ素子を連結するヘッド支持部材で１９は磁気ヘッドで
ある。

【００３５】同図（ａ）において、第１と第２の圧電体
９、１０および第３と第４の圧電体１３、１４を、少な
くとも変形方向には高い弾性率を有し、同時に、同図
（ｂ）に示すようにスリット２０、２１を長さ方向に均
一に形成した例えばリン青銅、インバーやチタン等の金
属材料からなる第１および第２の弾性シム材１１、１５
の両面に接着等により貼付けて第１と第２のバイモルフ
素子１２、１６を形成する。この第１と第２のバイモル
フ型素子１２、１６を所定の間隔を設け、互いに平行に
なるように配置して固定台１７に固定する。

【００３６】つぎに、第１と第２のバイモルフ型素子１
２、１５の各自由端同士をヘッド支持部材１８をどちら
か一方の圧電体に接着固定することにより互いに平行に
連結し、その先端に磁気ヘッド１９を設けた構成とする
ものである。

【００３７】次に、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の動作
説明図を用いて、その動作原理を説明する。同図におい
て、基本的な動作原理は図２で説明したものと同じであ
り、ここでは、実施例２で新たに加わる動作について以
下に説明する。

【００３８】図４（ａ）、（ｃ）から、第１と第２のバ
イモルフ型素子の自由端を連結するように設けられたヘ
ッド支持部材１８の曲がり部１８ａの長さは、第１と第
２のバイモルフ素子の変形時においても変化しないた
め、図に示すように磁気ヘッド１９は磁気テープに対し
て、平行に移動する。これによって、磁気ヘッド１９と
磁気テープ間のスペーシング角がほぼゼロとなるので、
記録・再生信号の劣化を未然に防止できるものである。

【００３９】以上のように本発明の実施例２によれば、
バイモルフ型素子の弾性シム材構造を採用することによ
り、実施例１と同様の効果を得ることができる。

【００４０】そして、２組のバイモルフ型素子をヘッド
支持部材で平行に連結することにより、磁気ヘッドと磁
気テープとのスペーシング角をほぼゼロとできるため、
記録・再生信号の劣化を防止し、より高性能で高画質を
達成できるヘッドアクチュエータを得ることができる。
また、２組のバイモルフ型素子の平行構造により、ヘッ
ド質量等の負荷による共振周波数の低下等の特性に与え
る影響を大きく改善できる。さらに、各圧電体の厚みバ
ラツキなどに起因する撓み変形と直交する方向の変形に
より生じる磁気ヘッドのねじれを、平行構造により矯正
することができ、つねに磁気ヘッド位置が安定、かつ磁
気テープとの相対位置の矯正などの取り付け調整が容易
なヘッドアクチュエータを得ることができる。

【００４１】なお、ここでは長さ方向に均一にスリット
を作成したが、放射状にスリットを形成した場合も同様
の効果が得られる。

【００４２】

【発明の効果】上述したように本発明は、弾性シム材に
スリットを形成することにより、スリットに垂直方向の
強度が弱くなり、変位を阻害する変形の励起が困難とな
る。これにより共振周波数を余り低下させずに変位量が
拡大され、変位量を改善したより高性能のヘッドアクチ
ュエータが得られた。

【００４３】また、弾性シム材にスリットを形成したこ
とにより、圧電体と弾性シム材の間の接着面積が拡大さ
れ、圧電体と弾性シム材間の接着性が向上し、バイモル
フ素子の信頼性を向上させることが可能となった。

【００４４】さらに、スリットを形成した弾性シム材を
用いることにより、スリットに垂直な方向のポアソン結
合を残すことが可能となり、弾性シム材の見かけの強度
を向上させることが可能となったため、耐負荷性も向上
した。

【００４５】加えて、例えばリン青銅、インバーやチタ
ン等の金属材料を弾性シム材として用いることにより、
バイモルフ素子の材料によるばらつきを小さくでき、素
子の信頼性をも向上させる事ができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のヘッドアクチュエータの図

【図２】同実施例のヘッドアクチュエータの動作原理を
示す図

【図３】本発明の実施例２のヘッドアクチュエータの図

【図４】同実施例のヘッドアクチュエータの動作原理を
示す図

【図５】従来例の磁気ヘッド装置の概観図

【図６】従来例のヘッドアクチュエータの断面図

【図７】従来例の別のヘッドアクチュエータの断面図

【符号の説明】

１、９、１３ 第１の圧電体 ２、１０、１４ 第２の圧電体 ３、１１、１５ 弾性シム材 ４、１２、１６ バイモルフ素子 ５、１７ 固定台 ６、１８ ヘッド支持部材 ７、１９ 磁気ヘッド ８、２０、２１ スリット ２２、３２、３３ バイモルフ板 ２５ 中央補強金属板 ３４、３８ 電気−機械変換素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 克 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 野島 貴志 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 川崎 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−98883（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−83983（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−20756（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 5/592

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】分極軸方向の上下表面に電極を形成した第
   １の圧電体と第２の圧電体を弾性シム材を介して貼合わ
   せてバイモルフ型素子を構成し、前記バイモルフ型素子
   の片端を支持固定して片持ち梁状となし、前記弾性シム
   材にスリットを形成し、前記バイモルフ型素子の自由端
   に磁気ヘッドを設けたことを特徴とするヘッドアクチュ
   エータ。
2. 【請求項２】分極軸方向の上下表面に電極を形成した第
   １の圧電体と第２の圧電体を第１の弾性シム材を介して
   貼合わせた第１のバイモルフ型素子と、第３の圧電体と
   第４の圧電体を第２の弾性シム材を介して貼合わせた第
   ２のバイモルフ型素子を有し、前記第１と第２バイモル
   フ型素子を互いに平行になるよう配置し、前記第１と第
   ２バイモルフ型素子の片端を固定支持した片持ち梁状と
   なし、少なくとも前記第１と第２の弾性シム材にスリッ
   トを形成し、前記第１と第２のバイモルフ型素子の自由
   端をヘッド支持部材を介して互いに連結し、前記ヘッド
   固定部材に磁気ヘッドを設けたことを特徴とするヘッド
   アクチュエータ。