JPH05189733A - 変位制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】バイモルフ等の電気機械変換素子のリンギング
を防止しつつリセット時間を短縮した変位制御装置を提
供する。 【構成】本発明の変位制御装置９は、電気機械変換素子
例えばバイモルフ１０を備えてある。また、本発明の変
位制御装置９は、バイモルフ１０に電圧を印加する電圧
供給部１３を、バイモルフ１０のリセット時間とバイモ
ルフ１０を片持ち梁にしたときの固有振動数との関係を
リセット時間が固有振動数の実質的に１／２となるよう
に構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、変位制御装置に係り、
特に、バイモルフ等の電気機械変換素子を備えた変位制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】変位制御装置は、数μｍ乃至数ｍｍオー
ダーの微小な変位を制御する装置であり、走査型トンネ
ル電子顕微鏡（ＳＴＭ）の位置合わせ制御装置、ビデオ
デッキやビデオムービーに内蔵してある磁気ヘッド装
置、その他の微小な位置決めが必要な装置に広く用いら
れている。

【０００３】例えば、ビデオデッキあるいはビデオムー
ビーでは、録画した画像を早送りしながら見たりあるい
は静止させて見たりする機能を有するものが多いが、録
画時と再生時でテープ速度が異なると、記録トラックの
角度（リード角）と再生時における磁気ヘッドのトレー
ス角度とにずれが生じるので、磁気ヘッドを回転ドラム
に固定して高速回転させるだけでは、磁気ヘッドは、録
画トラックを忠実にトレースすることはできない。

【０００４】このため、ビデオデッキ等に内蔵してある
従来の磁気ヘッド装置には、テープ速度が変化しても磁
気ヘッドが記録トラックを正確にトレースできるよう
に、テープ速度に応じて磁気ヘッドを回転ドラムに対し
て可動に構成した変位制御装置を備えてある。

【０００５】変位制御装置は、電気的エネルギーと機械
的エネルギーとを変換する電気機械変換素子の一種であ
るバイモルフを用いることが多く、このバイモルフは、
構造が簡易で量産性に優れかつ比較的大きな変位を得る
ことができる。

【０００６】バイモルフは、分極処理を施した圧電体を
複数枚重ねたものであり、磁気ヘッド装置に用いる場合
には、その一端を回転ドラムに固定して片持梁状に取付
け、その自由端である他端に磁気ヘッドを設けてあり、
各圧電体に電圧を印加して交互に伸縮させてやることに
より、バイモルフを撓ませ、このバイモルフの自由端に
取り付けた磁気ヘッドを固定ドラム１および回転ドラム
２の軸線方向に変位可能に構成してある。

【０００７】バイモルフを備えた変位制御装置を用いて
バイモルフの自由端に取り付けた磁気ヘッドを変位させ
るには、図４(a) に示すようなのこぎり波形の電圧を印
加する。

【０００８】図４(a) は、横軸に時間ｔ、縦軸に電圧Ｅ
をとったものである。

【０００９】この波形のうち右上がりの部分は、磁気ヘ
ッドが記録トラックを正確にトレースするように磁気ヘ
ッドを変位させる電圧波形にしてある。

【００１０】ここで、記録トラックに沿って磁気ヘッド
を変位させる時間を仮にトラッキング時間と呼ぶことに
する。

【００１１】また、右下がりの部分は、撓んだバイモル
フを元の位置に戻すためのいわばリセット動作のための
部分であり、このリセットに要する時間を仮にリセット
時間と呼ぶことにする。

【００１２】トラッキング時間とリセット時間との関係
は、記録テープのトラック長やテープの巻き付け角度等
によって異なるので、図４(a) のようなのこぎり波形と
は限らない。

【００１３】バイモルフをリセットすると、バイモルフ
は元の位置に強制的に戻され、次の記録トラックを再び
トレースして同様の動作を繰り返す。

【００１４】しかしながら、この強制的な復帰動作が外
乱となって、バイモルフは、片持ち梁としたときの固有
振動数ｆ_b で振動する。

【００１５】図４(b) は、バイモルフの自由端での変位
δを時間ｔについて示したものである。

【００１６】図４(b) に示すように上述の振動は、高周
波となって所望の線形変位に重なってしまう。

【００１７】このような高周波振動をリンギングとい
う。

【００１８】このリンギングはバイモルフの自由端に取
り付けた磁気ヘッドに伝達するので、磁気ヘッドは、記
録トラックを正確にトレースできなくなり、画質の劣化
あるいは再生不能の原因となる。

【００１９】このようなリンギングを防止するためにゴ
ム等の弾性材で構成したダンパをバイモルフの両側に設
けた例もあるが、磁気ヘッドの振れ感度を低下させる原
因となるので好ましくない。

【００２０】特公昭６２−１１４０６号公報は、上述の
リセット時間を１／ｆ_b に調整することにより、バイモ
ルフの自由端に生ずるリンギングを防止できることを開
示する。

【００２１】図５は、リセット時間を１／ｆ_b とした場
合のバイモルフの自由端での変位を示したものであり、
リンギングの低減効果が現れている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特公昭６２−１１４０６号公報によれば、リンギングを
有効に防止するためには、１つの記録トラックを読むた
びに上述のリセット時間を必要とする。

【００２３】一方、バイモルフを安定動作させるについ
ては所定時間ごとにバイモルフを再調整するための時間
が必要である等、トラッキング時間およびリセット時間
の他にも所定の時間が必要となってくる。

【００２４】したがって、リンギングを防止しつつバイ
モルフのリセット時間をできるだけ短縮し、短縮された
時間を他の制御や調整のための時間に割り当てることが
望ましい。

【００２５】また、バイモルフを位置合わせ制御装置に
用いる場合には、リセット時間の短縮化は位置合わせ時
間に直接影響してくる。

【００２６】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、バイモルフ等の電気機械変換素子のリンギン
グを防止しつつリセット時間を短縮した変位制御装置を
提供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の変位制御装置は請求項１に記載したよう
に、電気機械変換素子を備えた変位制御装置において、
前記電気機械変換素子に電圧を印加する電圧供給部を、
前記電気機械変換素子のリセット時間と前記電気機械変
換素子を片持ち梁形式にしたときの固有振動数との関係
をリセット時間が固有振動数の実質的に１／２となるよ
うに構成したものである。

【００２８】

【作用】上述の構成により、電気機械変換素子のリンギ
ングを防止しつつ、リセット時間をさらに短縮すること
ができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の変位制御装置を磁気ヘッド装
置に適用した場合の実施例について、添付図面を参照し
て説明する。

【００３０】なお、従来技術と同一の部品については同
一の符号を付してその説明を省略するとともに、従来技
術で定義した用語を本実施例でも用いることにする。

【００３１】図１(a) は本実施例の磁気ヘッド装置の平
面図を、図１(b) は図１(a) のＡ−Ａ線に沿う断面図を
概略的に示したものである。

【００３２】本実施例の磁気ヘッド装置は、一般的に
は、固定ドラム１と回転ドラム２をわずかに隔ててスリ
ット３を形成するように配置し、回転ドラム２側には磁
気ヘッドを先端に取り付けた変位制御装置９を取り付け
てある。

【００３３】また、磁気ヘッド装置は、案内ローラー
５、６によって固定ドラム１および回転ドラム２にテー
プ７を巻き付けたとき、テープ７が固定ドラム１および
回転ドラム２に螺旋状に巻き付くようにしてある。

【００３４】巻き付けられたテープ７は、スリット３か
らわずかに突出した磁気ヘッドと接触して録画、再生等
を行うことができるように構成してある。

【００３５】図１(c) は、画像を記録トラック８として
テープ７に順次記録していく様子を示したものである。

【００３６】記録トラック８は、磁気ヘッドを回転ドラ
ム２とともに高速回転させることにより、リード角と呼
ばれる一定角度θで画像情報をテープ７に書き込まれる
とともに、回転ドラム２の速度およびテープ７の所定の
速度に応じて、所定のトラックピッチで順次形成されて
いくようになっている。

【００３７】一方、画像を再生する際には、録画時と同
様に磁気ヘッドを回転ドラム２とともに高速回転させる
ことにより、記録トラック８をトレースして画像を読み
出すようになっている。

【００３８】ここで上述のリード角は、録画時のテープ
速度と再生時のテープ速度とが同じである場合は変化し
ないため、磁気ヘッドは、原則として回転ドラム２に固
定しておけばよい。

【００３９】しかし、従来技術で述べたように、録画時
と再生時のテープ速度が変化する場合、上述のリード角
が録画時と再生時とで異なってくるため、回転ドラム２
を録画時と同様に回転させただけでは、磁気ヘッドは記
録トラック８を正確にトレースすることができない。

【００４０】このため、本実施例の磁気ヘッド装置に設
けた変位制御装置９は、テープ速度が変化しても磁気ヘ
ッドが記録トラック８を正確にトレースできるように、
テープ速度に応じて磁気ヘッドを回転ドラム２に対して
可動に構成した変位制御装置が備えてある。

【００４１】図２は、本実施例の変位制御装置９を示し
たものである。

【００４２】変位制御装置９は、図２でわかるように一
端を回転ドラム２に固定してある。

【００４３】また、変位制御装置９は、電気機械変換素
子としてのバイモルフ１０を片持梁状に備え、このバイ
モルフ１０の自由端に磁気ヘッド４を取り付けてある。

【００４４】バイモルフ１０は、圧電体１１と電極１２
とを交互に積層してあり、電極１２に電圧供給部１３に
より電圧を印加して各圧電体１１を交互に伸縮させてや
ることにより、バイモルフ１０の自由端に取り付けた磁
気ヘッド４を破線のように上下方向に変位可能に構成し
てある。

【００４５】さらに本実施例の電圧供給部１３は、バイ
モルフ１０のリセット時間とバイモルフ１０を片持ち梁
形式にしたときの固有振動数との関係をリセット時間が
固有振動数の実質的に１／２となるように構成してあ
る。１／２と同等の効果を奏する限り、多少の誤差は許
容できる。

【００４６】本実施例の変位制御装置は、さまざまな理
論解析等を重ねた結果、上述のような構成をなすに至っ
たものであり、リンギングを有効に防止できるのみなら
ず、従来技術に比べリセット時間を半分に短縮すること
ができる。

【００４７】再び図１を参照して、上述のトラッキング
時間は図１(a) に示すようにテープ７の巻き付け角度α
に相当する距離を磁気ヘッド４が走行する時間であり、
一方、リセット時間はテープの巻き付いていない間、す
なわち磁気ヘッド４が角度βに存在するときに行われ
る。

【００４８】バイモルフ１０を備えた変位制御装置９を
用いてバイモルフ１０の自由端に取り付けた磁気ヘッド
４を変位させるには、図３(a) に示すようなのこぎり波
形の電圧を電圧供給部１３によって印加する。

【００４９】図３(b) は、バイモルフ１０の自由端での
変位δを時間ｔについて示したものである。

【００５０】図３(b) でわかるように、バイモルフのリ
ンギングはほとんどなくなっている。

【００５１】このように、リセット時間を特公昭６２−
１１４０６号公報に開示されたリセット時間１／ｆ_b の
半分に短縮することができるので、その分、トラック時
間を長くしトラック長を長くとることができる。

【００５２】したがって、トラッキング方法の選択の幅
を拡げることができる。

【００５３】また、トラック時間を従来のままにしてお
けば、従来のリセット時間１／ｆ_b の半分を節約するこ
とができるので、この時間すなわち１／（２・ｆ_b ）を
使って、バイモルフ１０の再調整等を行う時間に割り当
てることができ、静止画面等の画質を向上させることが
できる。

【００５４】このように、本発明の変位制御装置は、バ
イモルフ等の電気機械変換素子のリンギングを防止しつ
つリセット時間を短縮することができるので、磁気ヘッ
ド装置以外の装置に用いた場合にもきわめて有効であ
る。

【００５５】例えば、走査型トンネル顕微鏡等の位置合
わせ制御装置に用いることにより、位置合わせ速度を向
上させ、あるいは顕微鏡の分解能を高めることができ
る。

【００５６】また、半導体製造過程での微小位置合わせ
装置に用いることにより、位置合わせ速度を高めて生産
性を向上させるとともに、処理精度を高めて半導体の信
頼性を高めることができる。

【００５７】また、ポンプ弁に用いることによって短時
間で正確なスイッチング動作を行うことができるととも
に、ＸＹステージその他微小位置合わせ装置に用いるこ
とによって位置合わせ動作を高速かつ正確に行うことも
可能となる。

【００５８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の変位制御装
置は、電気機械変換素子を備えた変位制御装置におい
て、前記電気機械変換素子に電圧を印加する電圧供給部
を、前記電気機械変換素子のリセット時間と前記電気機
械変換素子を片持ち梁形式にしたときの固有振動数との
関係をリセット時間が固有振動数の実質的に１／２とな
るように構成したことにより、バイモルフ等の電気機械
変換素子のリンギングを有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は本実施例の磁気ヘッド装置の平面図、
(b) は(a) のＡ−Ａ線に沿う断面図、(c) はテープに形
成された記録トラックを示した図。

【図２】本実施例の変位制御装置の側面図。

【図３】(a) は本実施例の変位制御装置の電圧供給部が
印加する電圧波形を示す図、(b) はバイモルフの自由端
での変位を示す図。

【図４】(a) は従来の変位制御装置に加える電圧波形、
(b) はそのときのバイモルフの自由端での変位を示す
図。

【図５】リセット時間を１／ｆ_b としたときのバイモル
フの自由端での変位を示す図。

【符号の説明】

１ 固定ドラム ２ 回転ドラム ４ 磁気ヘッド ７ テープ ９ 変位制御装置 １０ バイモルフ １１ 圧電素子 １２ 電極 １３ 電圧供給部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気機械変換素子を備えた変位制御装置
   において、前記電気機械変換素子に電圧を印加する電圧
   供給部を、前記電気機械変換素子のリセット時間と前記
   電気機械変換素子を片持ち梁形式にしたときの固有振動
   数との関係をリセット時間が固有振動数の実質的に１／
   ２となるように構成したことを特徴とする変位制御装
   置。