JPH01181580A - 圧電アクチュエータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、バイモルフ等の圧電式アクチニ二一夕の駆
動回路に関する。

（従来の技術） ＶＴＲ等のヘリカル拳スキャン式磁気記録再生装置にお
いて、スローモーシジン再生やスチル再生の様な特殊再
生が度々必要になる。この様な特殊再生を行なう場合、
記録時とは異なった速度でテープを走行させることによ
る回転ヘッドと記録されたトラックとの交差を補償する
ため、バイ゛モルフ等の圧電式アクチュエータを使用し
て、回転ヘッドをトラック幅方向に変位させる技術が使
われている。

第７図は、従来例を示したもので、圧電アクチュエータ
（１）は、電気的には、電気容量ＣＬ　Ｏコンデンサと
等価である。この圧電アクチュエータ（１）へ、増幅器
（２）を通して第８図に示される様な電圧を印加するこ
とにより、磁気ヘッドをトラック幅方向へ変位させるこ
とができる。この印加電圧（１０，１１）において、回
転磁気ヘッドは時間ｔ２の間に、記録トラックをトラッ
キングスキャンし、時間ｔ１の間に、次のトラックへ向
ってジャンプする。通常、ｔ２〉〉ｔｌであり、例えば
、１’Ｃ−タイプＶＴＲでは、ｔｌは約４５０Ｊｌｓ。

ｔ２は約１６ｓ＋ｓとなる。ところが、圧電アクチュエ
ータは、電気的にはコンデンサであるから、急激に電圧
を変化させる場合、大きな電流を流す必要がある。例え
ば、ｔｘ−４５０８，ＡＶ−４００Ｖ　　、Ｃ−ｉμＦ
とすると、平均電流はｐｐ　　　を 約０．９Ａで、ピーク電流は２堆積度になる。一方、ト
ラッキング時は、ｔ２’ｐ１６＋＊ｓであるから、ジャ
ンプ時の平均電流に比べ約１７３６の電流テ充分である
。

（発明が解決しようとする課題） すなわち、従来の方法では、増幅器（２）は、圧電アク
チュエータ（１）に搭載された磁気ヘッドをジャンプさ
せるため、トラッキング時ｔ２に必要とされる電流の数
１０倍の電流容量を持つ必要があった。本発明は、増幅
器（２）の・電流°溶量を軽減させることを目的とする
。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段及び作用）本発明は、ジャ
ンプ時ｔｌの圧電アクチュエータの駆動を増幅器（２）
に代わる別の手段で行ない、増幅器（２）に対しては、
トラッキング時ｔ２のみ圧電アクチュエータを駆動させ
ようとするものであるｉ （実施例） 以下、図面に従って説明する。第１図は本発明による圧
電アクチュエータの駆動回路を示す。

この駆動回路では、ジャンプ時ｔｌにおいて、スイッチ
Ｓ　Ｗ　１　（２４）をＯＦＦ、５Ｗ２（２５）をＯＮ
。

Ｓ　Ｗ　：１’（２８）　Ｓ　Ｗ　４　（２７）をＯＦ
Ｆとすることによって、あらかじめ大きな容量Ｃを持つ
コンデンサ（２３）に蓄えである電荷を抵抗Ｒ２（２ｇ
）を通して容量ＣＬに等価な圧電アクチュエータ（２１
）へ供給しようとするものである。一方、トラッキング
時ｔ２においては、Ｓ　Ｗ　１　（２４）をＯＮ、５Ｗ
２（２５）をＯＦＦ、５Ｗ３（２Ｂ）またはＳ　Ｗ　４
　（２７）をＯＮとす。従って、この時には、圧電アク
チュエータ（２１）は、増幅器（２２）によって直接駆
動され、精密なトラッキングを行なう。そして、コンデ
ンサＣ（２３）は＋Ｖ　または−Ｖ　まで充電され、次
Ｓ　　　　　　　　　　　　　　　Ｃｅ　　　　　　　
　　　　　　ＣＣのジャンプに備える。Ｓ　Ｗ　３　（
２Ｂ）とＳ　Ｗ　４　（２７）のどちらをＯＮにするか
については、ジャンプさせる時、圧電アクチュエータに
正負どちら向きの電圧を印加するかによって決まる。

第２図は、圧電アクチュエータに正方向の電圧を印加し
てジャンプさせる場合の電圧波形を示したちのでスイッ
チ類のＯＮ、ＯＦＦについても示しである。第３図はジ
ャンプ時の圧電アクチュエータに関係する等価回路を示
す。ジャンプ時の圧電アクチュエータＣ（２１）の電圧
ｖＬ（ｔ＞と、コンデンサＣ（２３）の電圧ｖ　　（ｔ
）は、次式で与えＳ　　　　　　　　　　　　　　　　
Ｓられる。

ただし、 ｖ　　（ｔ）の初期値Ｖ　は、電源電圧Ｖ　に等しい。

ｆＪ　　　　　　　　　　　　　　　　　８０　　　　
　　　　　　　　　　　８８図２において、Ｖ　はＶＬ
　（ｔ）　−ｖｓ（ｔ）の最終値を表わし、 となる。ジャンプ時間ｔ１の間にｖＬ（ｔ）は−■　か
ら＋Ｖ　まで変化し、この間のｖＬ（ｔ）。

ｐｐ ｖ　　（ｔ）の変化分１ΔｖＬ１，１Δｖ　ｓ　ｌは、
次式で結ばれる。

従って、（：　　））ＣＬとすれば、コンデンサＣ８（
２３）の電圧変化は非常に小さくできる。さらに、式（
１）から、 とおけるので、次式を得る。

この式（７）　（８）は、圧電アクチュエータ印加電圧
の振幅±Ｖ　と、ジャンプ時間ｔ１が与えられた時のＶ
、Ｃ，Ｒ２等の設定条件を表わす。例えＳＯＳ ば、ｔ　ｌ−４５０ｇＳ　、Ｖ　　−２００Ｖ　（Ｉ　
Δｖ　ｔ。

１−４０　、ＯＶ　）　、Ｃｔ、−１ｕ　Ｐ　（７）時
、ａ−０，９゜Ｃ−１００μＦとおけばＶ　　−１，２
４４Ｘ　２０　ＧＳ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　５Ｏ−２４９Ｖ、　　τ−１９５ｕ
ｓとなり、式（３）からＲ２−１９７，４Ωとなる。抵
抗Ｒ２とＳＷ２を流れル？’−１１１ｆｉＩ　　ハｌ　
　−（Ｖ　　＋Ｖ　　’）　／Ｒ２ｐ　　　　　　ｐ　
　　　　　　　ｓｏ　　　　　ｐ−２，２７Ａとなる。

ジャンプが終了し、トラッキング時ｔ２になると、圧電
アクチュエータ（２１）は、増幅器（２２）により精密
制御されるが、この時、コンデンサ（２３）は、抵抗Ｒ
３とＳ　Ｗ　３　（２Ｂ）を通して、電源から電荷を供
給され、再びジャンプに備える。トラッキング時間ｔ２
は、ｔｌに比べ充分大きいから、時定数Ｒ３Ｃを適当に
定めて、ｔ２内にＣｓが十分にＳ　　。

充電されるようにすれば良い。上記の例では、ｔ２ｍ１
６ｍｓ（−１／６０）で、２．３ＲａＣｓ〜ｔ２１５と
おけば、Ｒ３−１４Ω、Ｒ３を流れるビーク電流は、１
ΔＶ　　Ｉ／Ｒ３−４／１４−Ｏ，２９Ａとなる。この
トラッキング時の増幅器（２２）が要する電流は、Ｃ−
１Δｖ　ｔ、　ｌ　ｔ　２　■２５　ｍＡし てジャンプする時に要する電流に比べ非常に小さい。実
際には、トラッ苓ング誤差信号を得るためデイザ信号を
付加（たり、トラッキング過程での印加電圧Ｖ・′（ｔ
）の直線からのズレのため、少しし 大きくなるが（例えば、５０　ＧＨｚ　、　　１０Ｖ、
、ｆｆ１度のデイザ信号の場合、これによる電流は３１
．４ｍＡｐｆｌとなり、前記の直流分２５ｍＡも含める
と、２５±１５．７＋ａＡとなる）それモも十分に小さ
い。なお、以上の場合とは逆に、正から負電圧側へ向っ
てジャンプさせる場合は、Ｓ　Ｗ　３　（２Ｂ）をＯＦ
Ｆ。

Ｓ　Ｗ　４　（２７）をＯＮとすれば良い。

本発明の実施例を示す第１図において、スイッチＳＷＩ
〜ＳＷ４は機械式（例えば、リレー）の如く示されてい
るが電子スイッチ（例えば、ＦＥＴアナログ・スイッチ
）でも良い。微妙なタイミングのコントロール、繰返し
に対する信頼性を考えればむしろ、電子スイッチの方が
良いだろう。

さて、これまでは、定められた電圧±Ｖｐの間の電圧を
印加して圧電アクチュエータを制御する場合を考えた。

しかし、ジャンプ時の初期電圧ｖＬＯ’　　ジャンプ後
の電圧ｖＬｌが、ジャンプする毎に変化する場合がある
。第４図は、この例を示したちので、ヘリカルΦスキャ
ン式磁気記録再生装置では、テープ走行速度をノーマル
再生時の１／４にした場合に相当する。この例でわかる
ように、ジャンプする必要がない時も発生する。第５図
は、この様な場合の本発明による実施例を示したもので
ある。

以下、図面に従って、スイッチ等の制御条件を明らかに
し、本駆動回路の動作を説明しようＪまず第１に、第３
図の等価回路から、前記実施例と同様の手法により、次
のジャンプに備えたコンデンサＣ（２３）の充電電圧ｖ
ｓＯは次式で与えられる。

ただし、 さらに、時定数τは となる。ここで、コンデンサＣ（２３）と圧電アクチュ
エータを表わす等価コンデンサＣＬ（２１）の比をβと
おく。すなわち、 とおく。すると、式＜９）（１１）から、次の設定条件
が得られる。

ｖ−ｍ（」土Ｌ）　・Ｖ、　＋ｖ　　　　　　　　　　
（１３）ＳＯαβ　　　３Ｌ。

例えば、前記実施例と同様に、α−０，９，β−１００
とおくと、 ｖ　〜１．１２２・Ｖ、＋ｖ　　Ｒ２〜０．４３９（−
Ｌ）　　　（１５）Ｓｏ　　　　　３　　ＬＯ’　　　
　　　　ＣＬさらに、ｔ　１−４５０　ｇｓ、　　ＣＬ
　−１μＦ（Ｃｓ−１００μＦ）とおくと、Ｒ２−〜　
１９７．４Ωとなって、前記実施例に一致する。

以上の結果から、式（１４）に従って、抵抗Ｒ２（２８
）の値を定め、式（１３）を満たす様に、第５図のＳ　
Ｗ　３　（２Ｂ）、　　Ｓ　Ｗ　４　（２７）を制御す
れば良いことがわかる。抵抗Ｒ３（１１）は、前記実施
例の場合と同様に、時定数Ｒ３Ｃがトラッキング時間ｔ
２に比べ十分に小さくなる様に設定すれば良い。ＳＷ３
　（２８）、　　Ｓ　Ｗ　４　（２７）の制御回路は、
ジャンプ信号発生器（，８０）、電圧加算器（５２）、
電圧比較器（Ｂ２）及び、これらを制御するタイミング
発生器（７２）で構成される。加算器（５２）の入力信
号は、ジャンプ信号発生器（８０）からのジャンプ信号
ｋｓ　ｖ　ｊ（５０及びトラッキング時の等価コンデン
サＣＬ（２１）の電圧ｙ’（ｔ）が抵抗Ｒ４（３２）、
　Ｒｓ　（３３）によって分り 圧されたｋ　ｔ　ｖ　’　（ｔ）（５０）である。抵抗
Ｒ４（３２）とＲ５（３３）は、増幅器（２２）の圧電
アクチュエータ（２１）制御を乱さないよう十分大きな
値に設定される。分圧入力ｋｍ　ｖ’　（ｔ）（５０）
は、圧電アクチエし エータ（２１）をジャンプさせる直前に加算器（５２）
の内部でサンプルホールドされ、ジャンプ時の初期電圧
”　ｖＬＯにセットされる。あるいは、ｋｌｖ　′Ｌ、
（ｔ　）を入力する代わりに、あらかじめテープ走行か
ら予想される値ｋ　Ｉ　Ｖ　Ｌ　Ｏを入力することも可
能である。ジャンプ信号ｋ　ｌＶ　ｊ（５１）は、テー
プ走行と装置全体の動作状態から決定されるが、ここで
は特に詳述しない。加算器（５２）は、これら２つの入
力信号ｋｌｖ、ｋｌＶ、から式（１３）％式％ を満たすコンデンサＣ（２３）の設定充電電圧に２ｖ、
ｏ（８１）を発生する。比較器（Ｂ２）は、この設定充
電電圧に２ｖｓｏ（Ｂ１）と、抵抗Ｒｅ　（３４）、　
Ｒ７（３５）によって分圧されたコンデンサＣ（２３）
の現在型圧に２　ｖ　　（ｔ）（８０）との大小を比較
し、ｓ　ｗ　（ｚａ）。

Ｓ　Ｗ　４　（２７）のＯＮ・０ＬＦＦ制御信制御発生
する。

すべてのスイッチＳＷＩ〜ＳＷ５のＯＮ参〇ＦＦ状態の
タイミングを第６図に示す。図１において、電圧が高い
状態はＯＮを、低い状態はＯＦＦを意味する。基本的に
、制御信号（７０）は周期的に時間ｔ！で示されるジャ
ンプ信号を発生し、５Ｗ１（２４）とＳ　Ｗ　５　（３
０）は同時にＯＮする。そして、ｓ　ｗ　２　（２５）
は、Ｓ　Ｗ　１　（２４）とＳ　Ｗ　５　（３０）がＯ
ＦＦとなっている時にのみＯＮとなり、同時にＯＮする
ことがない様に制御される必要がある。５Ｗ３（２Ｂ）
とＳ　Ｗ　４　（２７）は、Ｓ　Ｗ　５　（３０）がＯ
Ｎとなっている時にのみ制御されるもので、５Ｗ５（３
０）がＯＦＦの時は、ＯＦＦにセットする方が良い。

そうでなければ、微少ではあるがＲ２（３１）、　Ｒ１
１（３４）、　Ｒ７（３５）を通して電流が流れ、電力
損失となる。このＳ　Ｗ　３　（２Ｂ）とＳ　Ｗ　４　
（２７）は、トラッキング時間ｔ２の期間にわたって、
コンデンサＣ５（２３）の電圧ｖ　　（ｔ）と設定充電
電圧ｖｓＯとの差があらかじめ設定された誤差範囲内に
入るまでＯＮ・ＯＦＦ制御される。すでに説明した様に
加算器（５２）の一方の入力かに１ｖ’（ｔ）である場
合には、上記ＳＷ　３　（２Ｂ）とＳ　Ｗ　４　（２７
）の０Ｎ−ＯＦＦ制御がトラッキング期間ｔ２の最後ま
で続けられ、ジャンプ直前１．こサンプルホールドされ
たｋ　ｌ　Ｖ　ＬＯに対して終了する。これに対し、ｋ
ｓ　−Ｖ　′Ｌ、（ｔ　）に代わって、予想値”ｖＬＯ
が加算器（５２）に入力されている場合には、Ｓ　Ｗ　
３　（２Ｂ）とＳ　Ｗ　４　（２７）のＯＮ・ＯＦＦ制
御が、時定数Ｒ３Ｃ８で決まるトラッキング期間ｔ２の
前半で終了することになる。

以上の説明において、ｋｌ、に２は抵抗分圧比を表わす
定数であって、制御回路（８０，５２，６２゜７２）を
、例えば±１５ｖ、。の電源電圧で動作する汎用の電子
部品で構成できるように選ばれる。なぜならば、−数的
に、圧電アクチュエータの駆動電圧は１００Ｖを超える
ことが多く、増幅器（２２）の最終段の電源電圧±Ｖ　
も１００ｖを超えるかｅ らである。。

なお、上記の本発明の実施例では、ヘリカル・スキャン
式磁気記録再生装置に使われる圧電１、アクチュエータ
とにって説明したが、これに限らず、同様の制御を必要
とする他の装置に使われる圧電アクチュエータに対して
も有効であることは明らかである。

［発明の効果］ 以上の様に、本発明によれば、圧電アクチュエータの印
加電圧を急激に変化させて、変位をジャンプさせる時に
要する大電流容量を圧電アクチュエータ駆動増幅器に持
たせる必要がなくなり、これによりはるかに小さい電流
容量で電圧駆動能力のみ持つ増幅器で構成することがで
きる。また、ジャンプ時に、等価的にコンデンサである
圧電アクチュエータに電荷を供給するためのコンデンサ
ＣＳに対する電圧制御はスイッチのＯＮ・ＯＦＦ制御で
行なわれ、このＯＮ・ＯＦＦ制御は、汎用の電子部品に
より簡単に構成できるから、大電流・大電圧のアナログ
増幅器を設計するよりも効率的で、小形化も可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す回路図、第２図は
本発明を説明するための電圧波形図、第３図は本発明を
説明するための等価回路、第４図は本発明の第２の実施
例を示すための圧電アクチュエータ駆動波形図、第５図
は本発明の第２の実は従来の実施例を示す回路図と圧電
アクチュエータ駆動波形図である。 ２１・・・圧電アクチュエータを示す等価コンデンサＣ
Ｌ１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. バイモルフ等の圧電アクチュエータの駆動回路において
   、フィードバック制御の様な精密制御を必要とする期間
   は、通常の電力増幅器によって圧電アクチュエータを駆
   動し、ステップ動作の様に圧電アクチュエータをジャン
   プ変位させる期間はあらかじめ充電されたコンデンサＣ
   ＿ｓから圧電アクチュエータへ電荷を供給して駆動する
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ駆動回路。