JPH04192384A - 変位発生素子の駆動方法 - 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） 本発明は、位置合わせや磁気ヘッド駆動装置などに用い
られる変位発生素子の駆動方法に係わり、特に駆動停止
後の初期位置の安定化をはかり得る変位発生素子の駆動
方法に関する。

（従来の技術） 従来、数μｍ〜数ｍｍオーダーの変位発生源に、電気−
機械変換素子の一種である圧電素子が用いられている。

この圧電素子は、構造が簡易で比較的大きな変位が得ら
れ、また量産性に優れているため、微小位置決め装置な
ど多彩な応用が考えられる。例えば、ＶＴＲなどに装備
される磁気ヘッド駆動装置に、バイモルフ構造の圧電素
子が使用されることがある。

バイモルフは、第３図（ａ）に示すように表裏に電極４
を形成し、分極処理（図中矢印６て示す）された圧電板
３を、接着層５により２枚張り合わせて構成される。そ
して、第３図（ｂ）に示すように、一方の圧電板が伸び
るとき他方が縮むように電圧を印加することによって、
屈曲変位を取り出すようになっている。なお、ノ＜イモ
ルフは、補強と電極取り出しの役割を持つシムと呼ばれ
る薄い金属板を介して圧電板を張り合わせた構造のもの
も多く用いられている。

ＶＴＲを始めとする各種の磁気記録再生装置においては
、早送り、スローなどの特殊再生時に、磁気ヘッドが記
録テープの走査軌跡を正確にトレースしない現象が生じ
る。そこで、特殊再生モードの記録テープ速度に合わせ
、磁気ヘッドがトラックを横切ることのないようにヘッ
ド位置を移動させて記録テープの走査軌跡に一致させ、
ノイズのない画像を得る技術か考えられている。

このような技術は、第４図に示すようにバイモルフ７を
片持ち梁状に固定し、その可動端先端に磁気ヘッド６を
実装することにより実現される。この場合、バイモルフ
７は記録テープ回転シリンダ９に取り付けられ、磁気ヘ
ッド８は記録テープに対し垂直方向（Ａ−Ｂ）に周期的
に駆動される。磁気ヘッド８のシリンダ軸方向に対する
絶対高さ位置は、バイモルフ７に電圧を印加しない状態
で設定される。これを初期位置とする。特殊再生駆動時
において磁気ヘッド８は、初期位置を基準として、記録
テープのトラックに合わせ、Ａ−Ｂ方向に対する位置が
制御される。

ところで、変位発生素子としての圧電素子にはヒステリ
シスが存在し、バイモルフにおいては印加電圧と変位の
間に第５図に示すような関係がある。バイモルフを周期
的に駆動し停止すると、そのヒステリシス特性によって
停止直前の駆動信号に影響された変位を保ったまま停止
する。これを残留変位と称する。この残留変位は、電圧
印加端子をショートした状態で放置すると徐々に減少し
、やがて初期位置に回復する。

しかし、初期位置に戻るまでの時間はバイモルフの形状
や駆動波形、圧電素子の諸特性、及び圧電素子を取り巻
く環境などによって異なり、それに要する時間も数分〜
数日オーダーで、実際的ではない。

磁気ヘッド駆動装置やその他の微小位置決め装置におい
ては、駆動停止直後に再び駆動させることは珍しいこと
ではない。もし、変位を残留させたまま駆動を行うと、
変位の累積か起こる。例えば、磁気ヘッドをシリンダ直
径方向に１８０″対向させ実装した２ヘッド駆動力式の
磁気ヘッド駆動装置においては、両ヘッド間に段差が生
じ、トラッキングエラーが生じる可能性がある。また、
微小位置決め装置においても定点からの変位量に狂いが
発生しがねない。従って、初期位置回復はこれらの装置
においては不可欠の操作である。

ヒステリシスの影響、即ち残留変位を回避するために、
制御系に変位センサを設けたり、バイモルフに歪みゲー
ジを取り付けるなどして変位をモニターし、閉ループ制
御を行う方法が一般的である。しかし、モニターするこ
とによって装置が複雑化し、製造工程が増えて、コスト
アップを招く。

また、残留変位を回避する他の方法として、バイモルフ
の駆動停止後に、正負の電圧が等しい交流信号を印加し
、この交流信号の電圧を徐々に小さくして最終的に零に
する方法も考えられる。しかし、この方法では電流変位
をなくすためには交流信号の電圧を徐々に小さくする必
要があり、残留変位をなくすには長い時間がかかる。

（発明か解決しようとする課題） このように従来、バイモルフなどの圧電素子て磁気ヘッ
ドを駆動したり、位置合わせなどを行うには、圧電素子
のヒステリシス特性のため、駆動後初期設定位置に戻ら
ないという欠点かあり、磁気ヘッド駆動なとてはトラッ
キングエラーを起こし、画像に悪影響を与えるという問
題かあった。また、変位をモニターすることによって制
御すると、装置構成の複雑化を招くという問題があった
。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、装置構成を複雑化することなく、圧
電素子のヒステリシス特性に起因する駆動停止後の残留
変位を速やかに解消することができ、初期設定位置の安
定化をはかり得る変位発生素子の駆動方法を提供するこ
とにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、装置構成を変えること葛なく、変位発
生素子に印加する駆動信号を工夫することによって、変
位発生素子の残留変位をなくすことにある。

即ち本発明は、圧電素子からなる変位発生素子に周期的
な駆動信号を印加し、該変位発生素子に所定の変位を与
える変位発生素子の駆動方法において、前記変位発生素
子の駆動停止後に、駆動停止直前の最終信号の１サイク
ルと同一電圧、同一波形で逆位相の補正信号を該変位発
生素子に印加することを特徴としている。

（作用） 本発明によれば、圧電素子から構成されるバイモルフで
磁気ヘッド駆動などの周期的な変位制御を行うとき、上
述の補正信号（初期位置回復信号）を駆動信号停止後に
印加することにより、ヒステリシスに起因する残留変位
の影響ををなくすことかできる。このため、最終駆動信
号波形によって初期設定位置から変位し、再駆動時に変
位を累積した状態でバイモルフか変位するなどの不都合
を未然に解消できる。即ち、バイモルフを初期設定位置
にまで回復する信号を駆動信号停止後に与えることによ
って、磁気ヘッドのトラッキングや、微小位置決めに支
障か生じるのを防止することが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係わるバイモルフの駆動
方法を説明するためのもので、駆動信号及び変位の状態
を示している。

前記第３図に示すようなバイモルフ７に、第１図（ａ）
のａ−ｃ間のような駆動信号が与えられ、周期的に駆動
されて０点で停止したものとする。このとき、バイモル
フ７は第１図（ｂ）のように変位する。但し、バイモル
フ７の変位軌跡に現われるヒステリシスは簡略化し、変
位は直線で表している。バイモルフ７は、上述のように
停止直前の最終駆動信号波形１で変位する方向に、初期
位置からδたけ変位が残留して停止する。

この残留変位を解消するために駆動信号停止後、ｂ−ｃ
間で示される最終駆動信号波形１と、電圧２周期が同一
で、逆位相の電圧波形を１サイクル印加する。これを初
期位置回復信号（補正信号）２とする。初期位置回復信
号２は第１図（ｂ）のｄ’−ｅ間に示す。この初期位置
回復信号２の印加により、バイモルフ７は第１図（ｂ）
のように変位し、ｅ点での停止時には残留変位はなくな
っている。

上記のようにした場合の残留変位低減の原理について、
第１図及び前記第５図を参照して説明する。

まず、初期位置ｔ。　から電圧の上昇と共に変位は大き
くなり最大電圧ではｔｌとなる。このｔｌから電圧の下
降と共に変位は小さくなり、電圧零の点ではｔ２はｔ。

よりも大きくなり、最小電圧ではｔ３となる。このｔ３
から電圧の上昇と共に変位は大きくなり、電圧零の点て
はｔ４はｔ。よりも小さく　（負側に大きく）なり、最
大電圧では再び１．となる。これ以降は、ｔ　）　−ｊ
　２−＋　ｔ、　−１−ｉ　４−１−　ｔ、と繰り返す
ことになる。そして、０点における変位はｔ４となり、
これが残留変位である。

駆動停止後に補正電圧を印加すると、第５図中破線に示
すように電圧の下降と共に変位は小さくなり、最小電圧
ではｔ５とｔ３よりも小さく　（負側に大きく）なる。

ｔ５から電圧の上昇と共に変位は大きくなり、電圧零の
点ではｔ６はｔ４よりも小さく　（負側に大きく）なり
、最大電圧９点ではｔ７はｔｌよりも小さくなる。

ｔ７から電圧の下降と共に変位は小さくなり、電圧零の
点ではｔ８はｔ。と同じとなる。即ち、残留変位がなく
なったことになる。

以下に、バイモルフの初期位置回復の実験例を示す。使
用したバイモルフは市販のＰＺＴ系圧電板と、Ｎｉ−Ｆ
ｅ系金属板のシムから構成されるもので、圧電板１枚の
厚み０．１６■■、シムの厚み０．０６ａｖ、有効長１
４ｍｇ＋である。初期位置回復実験は以下に示す手順で
実施した。

バイモルフに第１図（ａ）に示すような、周波数３０Ｈ
ｚの三角波を１５００サイクル電圧印加した後停止する
。駆動電圧は±１５０Ｖ、　±２００■の２通りである
。第１図（ａ）において０点で表される駆動停止後、ｃ
−ｄ時間内で初期位置からの変位δを測定する。その後
、変位測定時間を含め３０秒後に初期位置回復信号２を
１サイクル印加し、再び変位の測定を行う。初期位置回
復信号２１よ、上述の通り、停止直前の最終駆動信号波
形１と電圧１周期が同一で、位相を逆転させたものであ
る。実験結果の一例を、下記表に示す。

表 上記表において、■は停止直後（０点）の変位、■は初
期位置回復信号２人力後（ｅ点）の変位、単位はμｍで
ある。

なお、駆動停止後３０秒放置し、初期位置回復信号２を
印加しないで変位を測定した場合、停止直後の変位とほ
ぼ同一であった。従って、本駆動方法によって、駆動後
に生じる初期位置からの残留変位か解消されたことが分
かる。

上述の実験例では印加電圧のプラス１マイナスの総量が
等しいが、第２図（ａ）のようにプラス、マイナスのど
ちらかに　１７２サイクル偏った駆動状態においても同
様の効果がある。即ち、上記と同様の最終駆動信号波形
１′に関する初期位置回復信号２′を入力すると、第２
図（ｂ）に示すように初期位置が回復される。経験上、
圧電素子の駆動にプラス、マイナスの偏りがあると、定
常位置かずれるドリフト現象が生じ易くなることがある
か、本駆動法によれば、その問題も解消される。

このように本実施例方法によれば、圧電素子で構成され
るバイモルフなどのような一方向の変位ｉ発生する素子
を、位置決めや磁気へ・ソド駆動装置など、周期的な信
号で駆動する場合、駆動停止後に所定の初期位置回復信
号を印加することによって、素子の設定絶対位置（初期
位置）が確実に保持できる。このため、再駆動時に残留
変位が累積されて位置制御に狂いが生じるのを防ぐこと
ができる。そしてこの場合、初期位置回復信号は最終駆
動信号波形１サイクルに関する波形を基本とするため、
回復信号が一義的に設定でき、その制御が容易である。

また、システム上の信号付加だけで済むので、変位を変
位センサーなどでモニターし制御するといった装置の複
雑化やコストアップを防ぐことができる。さらに、１サ
イクルの初期位置回復信号を印加するのみであるから、
残留変位の除去を速やかに行うことができる利点もある
。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、駆動波形は三角波に限らず、正弦波であっ
ても、トラッキング時の磁気ヘッド駆動に関する、複雑
な波形であっても、周期的な波形であれば、上述の初期
位置回復信号の条件（停止直前の最終駆動信号波形１サ
イクルと電圧１周期が同一で、逆位相であるもの）であ
ればよい。また、その初期位置回復信号の印加は駆動信
号停止直後でも、ある一定のタイムラグを設けた後でも
、次動作直前てもよ０゜駆動対象となる変位素子も上述
の構成に限らす、圧電素子１枚と金属板１枚から構成さ
れるユニモルフ、モノモルフや、積層型アクチュエータ
など一方向の変位を発生する素子で実施可能である。そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施することができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、変位発生素子に印
加する駆動信号を工夫することによって、変位発生素子
の残留変位をなくすことができる。従って、装置構成を
複雑化することなく、圧電素子のヒステリシス特性に起
因する駆動停止後の残留変位を速やかに解消することが
でき、初期設定位置の安定化をはかり得る変位発生素子
の駆動方法を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例方法を説明するた
めのもので、駆動波形とバイモルフの変位を表わす図、
第３図はバイモルフの概略構成及び変位の様子を示す図
、第４図は磁気ヘッド駆動装置を備えた磁気記録装置回
転シリンダ部を示す図、第５図はバイモルフの変位と印
加電圧との関係を示す図である。 １．１′・・最終信号駆動波形、 ２．２′・・・初期位置回復信号、 ３・・・圧電素子、 ４・・・電極、 ５・・・接着層、 ６・・・分極方向、 ７・・・バイモルフ、 ８・・・磁気ヘッド、 ９・・記録テープ回転シリンダ。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１目 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧電素子からなる変位発生素子に周期的な駆動信号を印
   加し、該変位発生素子に所定の変位を与える変位発生素
   子の駆動方法において、前記変位発生素子の駆動停止後
   に、駆動停止直前の最終信号の１サイクルと逆位相の補
   正信号を該変位発生素子に印加することを特徴とする変
   位発生素子の駆動方法。