JPH06203351A

JPH06203351A - 圧電アクチュエータおよびヘッドアクチュエータ

Info

Publication number: JPH06203351A
Application number: JP5244200A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Nishikura; 孝弘西倉; Katsumi Imada; 勝巳今田; Takashi Nojima; 貴志野島; Katsu Takeda; 克武田; Masanori Sumihara; 正則住原; Osamu Kawasaki; 修川崎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-10-06
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1994-07-22
Anticipated expiration: 2017-11-05
Also published as: JP3340206B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、変位量と共振周波数をともに向上
させると言う相反する関係を解決し、大きな変形量と高
い共振周波数を有する片持ち梁構造のバイモルフ型圧電
アクチュエータおよびヘッドアクチュエータを提供す
る。【構成】第１の圧電体１０１と第２の圧電体１０２を
弾性シム材１０３を介して貼合わせたバイモルフ素子
（圧電アクチュエータ）１０４で、少なくともバイモル
フ素子１０４の固定端側において、第１と第２の圧電体
１０１，１０２の長さよりも長い弾性シム材１０３に第
１、第２の圧電体１０１，１０２を貼合わせて形成し、
圧電体１０１，１０２より長い部分の弾性シム材１０３
の固定部１０３ａを固定台１０５で完全に固定し、かつ
第１と第２の圧電体１０１，１０２の一部を弾性部材１
０８で支持固定する構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電体と弾性シム材で
構成されるバイモルフ型の圧電アクチュエータに関する
ものであり、たとえばＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）
等のオート・トラッキングのためのヘッドアクチュエー
タ等に用いる圧電アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＶＴＲ等の記録再生装置の高機能
化、高画質化の流れに対して、磁気テープ上に画像信号
を忠実に記録・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１４（ａ）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略を示す一部
切り欠き斜視図である。同図（ａ）に示すように、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５０１に一定の傾斜角をもって巻き付けられた
磁気テープ５０２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Ｔ（実線）
が、同図（ｂ）のように形成される。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、同図（ｂ）の点線上を走査することにな
る。このため、ガードバンドノイズやクロストークが生
じ問題となる。

【０００４】そこで上述の回転ヘッド方式ＶＴＲにおい
ては、各種可変速モードに対して、磁気ヘッドが正確に
記録トラックを走査するように、トラッキング用のヘッ
ドアクチュエータ５００を備えている。このヘッドアク
チュエータとしては、たとえば図１５に示すようなバイ
モルフ板を用いたヘッドアクチュエータがある。

【０００５】以下に図１５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。図中の
６０１はバイモルフ板、６０２はヘッド基台、６０３ａ
と６０３ｂは分極軸方向の上下表面に電極を形成し、バ
イモルフ板６０１を構成する圧電セラミック、６０４は
中間電極を兼ねた中央補強金属板である。

【０００６】同図において、ヘッドアクチュエータを構
成するバイモルフ板６０１は、ヘッド基台６０２などの
固定部に固定支持された片持ち梁構造であって、その先
端部に磁気ヘッド６０５が取り付けられている。このバ
イモルフ板６０１の構造は、圧電セラミック６０３ａ、
６０３ｂが、固定部側部分６０１Ｂでは中央補強金属板
６０４を介して貼合わされ、先端部側部分６０１Ａで
は、中央補強金属板６０４を介することなく接着剤で貼
合わされている。

【０００７】上記のように構成されたバイモルフ板６０
１は、中央補強金属板６０４が介在した部分６０１Ｂの
圧電セラミックの外表面に設けた電極６０６、６０７に
よって、バイモルフ板６０１を図１５に示したＣの方向
に撓み変位を生じさせ、圧電セラミックの６０１Ａ部分
に設けた電極６０８、６０９で、バイモルフ板６０１の
６０１Ａ部分を同一方向に変位するように駆動するもの
である。

【０００８】上記構造により、電極６０６、６０７でバ
イモルフ板６０１に撓み変形を生じさせ、磁気ヘッド６
０５と磁気テープ６１０との相対位置を変え、さらに電
極６０８、６０９でバイモルフ板６０１を磁気テープ６
１０方向に伸ばすことにより、磁気テープ６１０と磁気
ヘッド６０５との間隔（突出量）を常に一定に保ち、接
触圧の安定化をはかることにより、磁気ヘッド６０５の
トラッキングによる記録・再生信号の低下を防止するも
のである。

【０００９】しかし、磁気へッド６０５と磁気テープ６
１０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。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１６
を用いて詳細に説明する。

【００１０】図１６において、７０１は第１のバイモル
フ板、７０２は第２のバイモルフ板、７０３は第１のバ
イモルフ板７０１を第２のバイモルフ板７０２で固定端
部において挟持した第１の電気−機械変換素子、７０４
は第３のバイモルフ板、７０５は第４のバイモルフ板、
７０６は第３のバイモルフ板７０４を第４のバイモルフ
板７０５で固定端部において挟持した第２の電気−機械
変換素子、７０７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、７０８はヘッド支持部材７０７上に貼付けられた磁
気ヘッドである。

【００１１】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。また、逆の方向に
変形させるときは上述と逆の電界を印加する。これによ
り電界の方向に対応して、第１と第２の電気−機械変換
素子を図１６のＣで示す方向に変位させることができ
る。

【００１２】一般に、中央補強金属板（以後、弾性シム
材と記す。）などを圧電体で狭持した１次元モデルのバ
イモルフ板における直流解の変位量ξ（数１）と共振周
波数ｆ（数２）は、以下の関係で示される。

【００１３】

【数１】

【００１４】

【数２】

【００１５】ここで、ｄ31は圧電定数、ｌは圧電体長、
ｔは圧電体厚、ｔ₁ は弾性シム材厚、ρは圧電体の密
度、ρ₁ は弾性シム材の密度、ｓ11は圧電体の弾性率、
ｓ₁ は弾性シム材の弾性率、ｋ₃₁は結合係数である。

【００１６】上記（数１）、（数２）の関係から、共振
周波数と変位量は、一方を大きくすれば他方は小さくな
るという相反する関係にある。しかし、上記構成によっ
て、第２と第４のバイモルフ板７０２、７０５により、
第１と第２のバイモルフ板７０１、７０４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するも
のである。

【００１７】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７０７により、磁気ヘッ
ド７０８が磁気テープ７０９に対して平行に移動するこ
とができるため、磁気ヘッド７０８と磁気テープ７０９
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と言うも
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、変位量と共振周波
数を同時に向上させることができないと言う必然的な問
題がある。

【００１９】また、バイモルフ素子を構成する圧電体を
直接基台や固定台に固定するため、バイモルフ素子を駆
動したときに圧電体の固定端部に応力が集中し、クラッ
クなどによる特性劣化の問題がある。

【００２０】さらに、圧電セラミックは、バイモルフ素
子の自重や磁気ヘッド質量などによる固定端部での塑性
的な変形により、歪を伴わずにバイモルフ素子が変形す
るため、磁気ヘッドの磁気テープに対する位置が経時的
に変化し、歪ゲージなどによる磁気ヘッドの位置検出が
不可能となり、位置制御が非常に困難であった。

【００２１】そしてまた、固定台で圧電セラミックを均
一に固定することは難しく、固定状態や固定条件により
共振周波数や変位量が大きくばらつくため、安定な特性
を実現できないという大きな問題がある。

【００２２】本発明は上記問題点を解決した圧電アクチ
ュエータおよび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。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の圧電アクチュエータは、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たバイモルフ
素子で、少なくともバイモルフ素子の固定端側において
は第１と第２の圧電体よりも弾性シム材が突出する形に
貼合わせて形成し、圧電体より突出した部分の弾性シム
材部を固定台で固定した構成とする。

【００２４】また、本発明のヘッドアクチュエータは、
上記のように構成した圧電アクチュエータの自由端部に
ヘッドを装着した構成とする。

【００２５】

【作用】本発明の構成によって、圧電体を固定台で直接
固定せず弾性的に支持固定し、弾性シム材を完全固定す
るという新たな構造を取ることによって、バイモルフ素
子の変形により発生する圧電体と固定台の固定端部との
応力集中を解消できることとなる。

【００２６】

【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。

【００２７】図１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。同図において、１０１は分極
軸方向の上下表面に電極（図示せず）を形成した第１の
圧電体、１０２は同じく分極軸方向の上下表面に電極
（図示せず）を形成した第２の圧電体で、１０３は弾性
シム材、１０４は第１の圧電体１０１と第２の圧電体１
０２を弾性シム材１０３の両面に貼合わせて構成したバ
イモルフ素子、１０５はバイモルフ素子１０４を固定す
る固定台、１０６は磁気ヘッド支持部材、１０７は磁気
ヘッド、１０８は弾性部材、１０９は信号処理回路、１
１０は駆動回路、１１１は磁気ヘッドの位置検出器であ
る。

【００２８】同図において、第１と第２の圧電体１０
１、１０２を、少なくともバイモルフ素子１０４の長さ
方向には高い弾性率を有する、たとえばリン青銅、イン
バーやチタン等の金属材料や炭素繊維系材料からなる弾
性シム材１０３の両面で、かつ第１、第２の圧電体１０
１，１０２より突出した固定部１０３ａを除いた部分に
接着等により貼付けてバイモルフ素子（つまりバイモル
フ型の圧電アクチュエータ）１０４を形成する。

【００２９】このバイモルフ素子１０４の弾性シム材１
０３の固定部１０３ａを固定台１０５で狭持し、ネジ
（図示せず）などによって完全固定する。さらに、固定
台１０５の完全固定したバイモルフ素子１０４の固定端
から固定台１０５の内側部分に位置する圧電体１０１，
１０２の端部と弾性シム材１０３の端部を例えば、エポ
キシ系の接着剤等の弾性部材１０８で弾性支持固定す
る。そして、バイモルフ素子１０４の自由端に磁気ヘッ
ド支持部材１０６をどちらか一方の圧電体面に図のよう
に接着固定し、その先端に磁気ヘッド１０７を設けてヘ
ッドアクチュエータを構成し、たとえば図１に示したよ
うなバイモルフ素子１０４の変位に対応した歪を歪ゲー
ジ等の位置検出器１１１で磁気ヘッド１０７の位置を検
出し、その検出信号をバイモルフ素子１０４の駆動回路
１１０にフィードバックしてトラッキング制御を行い、
磁気ヘッド１０７により磁気テープ上に記録した信号や
記録する信号を信号処理回路１０９によって記録再生処
理するものである。

【００３０】なお、弾性部材１０８を実施例１ではエポ
キシ系の接着剤等としたが、圧電体よりも弾性率の小さ
い材料、たとえば硬質ゴム材やプラスチック材等であれ
ば何でもよい。

【００３１】また、磁気ヘッド１０７の取り付け位置も
本実施例の位置に限定されたものではなく、たとえば磁
気ヘッド支持部材１０６の下面に取り付けてもよいが、
好ましくは弾性シム材１０３の延長線上に設ける方が最
適である。

【００３２】さらに、位置検出器１１１も歪ゲージとし
たが、光学的に直接磁気ヘッドの変位を検出するもので
もよく、変位を検出できるものであれば特に限定される
ものではない。

【００３３】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１０１と第２の圧電体１０２の分
極軸は図に示すように弾性シム材１０３の方に向いてい
る。ここで分極軸方向に電界を印加すると分極軸方向に
伸びるため第１の圧電体１０１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、その反対方向に変位を生じる。

【００３４】これにより、第１の圧電体１０１と第２の
圧電体１０２に形成した外側の電極（図示せず）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素
子１０４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、図３に点線内に示すようなバイモルフ素子１０４
の駆動回路１１０を用いて、分極方向の電界のみを印加
する片側駆動だけか、または、抗電場以内までの電界が
かかるようにダイオード１１２を設けて抗電場までは第
１と第２の圧電体１０１，１０２の両方を駆動し、それ
以上の電界では片側圧電体だけを駆動するものである。

【００３５】以上のように本発明の実施例１によれば、
バイモルフ素子１０４の第１と第２の圧電体１０１，１
０２の一端部分を固定台１０５で完全固定せずに接着剤
等の弾性部材１０８を介して弾性支持固定し、かつ弾性
シム材１０３の固定部１０３ａを固定台１０５で完全固
定することにより、バイモルフ素子１０４の変形によ
る、圧電体１０１，１０２と固定台１０５の固定端部で
の応力集中を緩和できるため、バイモルフ素子１０４に
貼合わせた圧電体１０１，１０２の歪限界まで撓み変形
を許容できるので大きな変位量が得られる。しかも、応
力集中による圧電体１０１，１０２のクラックなどが生
じないので、信頼性や特性のばらつきの少ない高性能な
ヘッドアクチュエータを実現できる。

【００３６】また、弾性シム材１０３の固定部１０３ａ
でバイモルフ素子１０４を完全固定するため、従来の構
成において発生していた圧電体１０１，１０２の固定端
にかかる自重やヘッド質量による応力によって固定端の
圧電体１０１，１０２の塑性的変形によるバイモルフ素
子１０４の歪を伴わないダレをなくすことにより、磁気
ヘッドの磁気テープに対する位置を高精度に保つことが
できる。

【００３７】さらに、トラッキング動作時のようにバイ
モルフ素子１０４の共振周波数よりも動作周波数が低い
場合には、直流的動作と見なすことができるため、変位
量に対しては、バイモルフ素子１０４の完全固定端から
自由端までが有効素子長ｌ₁となり、（数１）により変
位量を拡大することができる。また、共振周波数に対し
ては、弾性支持固定端から自由端が有効素子長ｌ₂ とで
きるため共振周波数を高くできるものである。これによ
り、変位量と共振周波数の相反する特性をともに向上し
たヘッドアクチュエータを得ることができるものであ
る。

【００３８】（実施例２）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。図４（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、２０１は第１の圧電体、２０
２は第２の圧電体で、２０３は同図（ｂ）に示すように
スリット２０８を設けた弾性シム材、２０４は第１の圧
電体２０１と第２の圧電体２０２を弾性シム材２０３の
両面に貼合わせて構成したバイモルフ素子、２０５はバ
イモルフ素子２０４を固定する固定台、２０６は磁気ヘ
ッド支持部材、２０７は磁気ヘッド、２０９は信号処理
回路、２１０は駆動回路、２１１は磁気ヘッドの位置検
出器である。

【００３９】同図（ａ）において、第１と第２の圧電体
２０１、２０２を、少なくともバイモルフ素子の長手方
向には高い弾性率を有し、同図（ｂ）に示すようにＡ方
向にスリット２０８を形成した、たとえばリン青銅、イ
ンバーやチタン等の金属材料からなる弾性シム材２０３
の両面に、接着等により貼付けてバイモルフ素子２０４
を形成する。このバイモルフ素子２０４の一端部を固定
台２０５に固定する。そして、バイモルフ素子２０４の
自由端に磁気ヘッド支持部材２０６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２０７を設け
た構成とするものである。また動作原理は、本発明の実
施例１と同様である。

【００４０】以上のように本発明の実施例２によれば、
弾性シム材２０３にスリット２０８をＡ方向に均一に形
成することにより、弾性シム材２０３の質量ρ₁ を弾性
率ｓ ₁ をほとんど低下させることもなく低減することに
より、（数１）で示したように共振周波数を高くするこ
とができる。

【００４１】また、スリット２０８を形成することによ
り、Ａ方向のスリットに対して直角方向の弾性シム材２
０３の機械的強度がスリット方向の機械的強度よりも小
さくなるため、バイモルフ素子１０４の長さ方向の変形
を阻害する幅方向に生じる変形を小さくできるためバイ
モルフ素子１０４の変位量を拡大できる。

【００４２】以上に示したように、上記構造により互い
に相反する特性であるバイモルフ素子１０４の共振周波
数と変位量をともに大きくした高性能のヘッドアクチュ
エータを実現できるものである。

【００４３】また、弾性シム材２０３にスリット２０８
を形成することにより、接着面に残留する気泡などをな
くすことができるため接着力を向上させるとともに、バ
イモルフ素子１０４の駆動力が気泡で損失されないた
め、信頼性や特性を向上させることができる。

【００４４】なお、ここでは互いにバイモルフ素子１０
４の長さ方向に平行な図４（ｂ）のＡ方向にスリット１
０８を形成したが、放射状にスリットを形成した場合に
おいても同様の効果が得られる。

【００４５】また、実施例２では、変位量と共振周波数
を同時に大きくする構造について述べたが、変形量だけ
を大きくすることを目的とすれば、バイモルフ素子１０
４の長さ方向に対して直角方向にスリットを設ける構造
でもよいことは言うまでもない。

【００４６】（実施例３）以下、本発明の実施例３につ
いて、図面を参照しながら説明する。図５（ａ）と
（ｂ）は、それぞれ本発明の実施例３のヘッドアクチュ
エータの断面図と正面図である。同図（ａ）において、
３０１は第１の圧電体、３０２は第２の圧電体で、３０
３は弾性シム材、３０４は第１の圧電体３０１と第２の
圧電体３０２を弾性シム材３０３の両面に貼合わせて構
成したバイモルフ素子、３０５はバイモルフ素子３０４
を固定する固定側端面に凸状の曲率をもつ固定台、３０
６は磁気ヘッド支持部材で３０７は磁気ヘッド、３０８
は信号処理回路、３０９は駆動回路、３１０は磁気ヘッ
ドの位置検出器である。

【００４７】同図（ａ）において、第１と第２の圧電体
３０１、３０２を、たとえばリン青銅、インバーやチタ
ン等の金属材料、炭素繊維系材料からなる弾性シム材３
０３の両面に、接着等により貼付けてバイモルフ素子３
０４を形成する。このバイモルフ素子３０４の一端を同
図Ｂに示すように円弧状に支持固定する構造の固定台３
０５に固定する。そして、バイモルフ素子３０４の自由
端に磁気ヘッド支持部材３０６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３０７を設けた構
成であり、動作原理は、本発明の実施例１や２と同様で
ある。

【００４８】以上のように本発明の実施例３によれば、
図６（ａ）〜（ｃ）に示すようにバイモルフ素子３０４
は印加電圧により、たとえば同図（ａ）、（ｂ）に示す
ように、バイモルフ素子３０４の長さ方向にはＡ方向
に、幅方向にはＢ方向に撓み変形すれば、バイモルフ素
子３０４全体としては同図（ｃ）のように円弧（馬鞍）
状に変形する。

【００４９】したがって、この等高変位分布線３１１に
沿った形状、たとえば円弧形状の固定台３０５で支持固
定することにより、変位量に対しては、直線支持固定の
場合と同じようにバイモルフ素子３０４の最大長が有効
長ｌ₁となるため変位量は同じであり、共振周波数に対
しては、円弧状固定端とバイモルフ素子３０４の自由端
との距離が有効長ｌ₂ となり、高い共振周波数のバイモ
ルフ素子３０４を得ることができる。

【００５０】また、円弧状の支持固定により、幅方向の
不均一な固定によって生じるバイモルフ素子３０４の幅
方向のねじれを変形形状を規定することにより矯正する
ことができ、磁気ヘッド３０７の位置変動をなくすこと
ができる。

【００５１】以上述べたように、バイモルフ素子３０４
を円弧状の固定台３０５で支持固定することにより、互
いに相反する関係にある変位量を低下させることなく高
い共振周波数を実現した高性能のヘッドアクチュエータ
が得られる。

【００５２】なお、ここでは円弧状に支持固定したが、
半楕円状に支持固定してもよいが、好ましくは、バイモ
ルフ素子３０４の変位分布形状に対応した形状が望まし
い。（実施例４〜７）以下に上記本発明を組み合わせた実施
例４から７について説明する。

【００５３】実施例４のヘッドアクチュエータは、図１
の実施例１のヘッドアクチュエータの弾性シム材にスリ
ットを設けた構成とするものであり他の構成は実施例１
と同じである。

【００５４】本発明の実施例４の構成により、実施例１
および実施例２で述べた効果が相乗され、高信頼性とと
もに、より変位量と共振周波数の特性を向上した高性能
のヘッドアクチュエータを得ることができるものであ
る。

【００５５】また、実施例５のヘッドアクチュエータ
は、図１に示した実施例１のヘッドアクチュエータの固
定台１０５の固定側端面に凸状の曲率を持たせた構成と
するものであり他の構成は実施例１と同じである。

【００５６】そして、実施例６のヘッドアクチュエータ
は、図５と同じであるが実施例２のヘッドアクチュエー
タの固定台２０５の固定側端面に凸状の曲率を持たせた
構成とするものであり他の構成は実施例２と同じであ
る。

【００５７】上記本発明の実施例５と６の構成により、
実施例１あるいは実施例２と実施例３で述べた効果が相
乗されることにより、バイモルフ素子の高い安定性と信
頼性を図るとともに、変位量と共振周波数との相反する
特性をさらに改善したヘッドアクチュエータを実現する
ことができるものである。

【００５８】そしてまた、実施例７のヘッドアクチュエ
ータは、実施例１のヘッドアクチュエータの弾性シム材
にスリットを設け、固定台に曲率を設けた構成とするも
のであり他の構成は実施例１と同じである。

【００５９】上記本発明の実施例７の構成により、実施
例１、実施例２と実施例３で述べた効果が相乗され、バ
イモルフ素子の高い安定性と信頼性をさらに図るととも
に、変位量と共振周波数の相反する特性をともに向上し
たヘッドアクチュエータを実現することができるもので
ある。

【００６０】（実施例８）以下本発明の実施例８につい
て、図面を参照しながら説明する。本実施例８は、図７
に示すように実施例１のヘッドアクチュエータの構造に
おいて、バイモルフ素子４の自由端部の弾性シム材１０
３を第１と第２の圧電体１０１、１０２よりも長く形成
し、その長くした部分を貼付け部１０３ｂとし、この貼
付け部１０３ｂとバイモルフ素子１０４の何れかの圧電
体の表面の両方に磁気ヘッド支持部材１０６を接着等で
貼付け、さらに磁気ヘッド１０７を磁気ヘッド支持部材
１０６に取り付けたヘッドアクチュエータであり、他の
構成は実施例１と同様である。しかし、この構成の場
合、磁気ヘッド支持部材１０６は圧電体１０１と弾性シ
ム材１０３との電気的絶縁を保ち、バイモルフ素子１０
４に対する負荷を小さくする必要があり、比重の小さ
い、たとえばプラスチックなどの絶縁材料で構成される
が、一方、たとえば炭素繊維系などの導電性材料の場合
には、接着する面の一方の圧電体１０１の接着部分の電
極をなくすことにより絶縁を保つ構成としなければなら
ない。

【００６１】上記のように本発明の実施例８によれば、
実施例１と同様の効果が得られるとともに、実施例１に
おける磁気ヘッド支持部材１０６とバイモルフ素子１０
４を構成する圧電体との接着強度の不安定さを、弾性シ
ム材１０３の貼付け部１０３ｂと圧電体１０１の両方に
磁気ヘッド支持部材１０６を取り付けることにより、接
着面積の増加による付着強度の増大と良好な接着性を有
する弾性シム材１０３の採用により、バイモルフ素子１
０４の駆動時の変形による接着部での引っ張りと圧縮の
繰り返しに対する疲労破壊などの信頼性を大幅に向上す
るものである。

【００６２】また、圧電体１０１への磁気ヘッド支持部
材１０６の取り付け時、接着位置ばらつきによるヘッド
アクチュエータ長の変化を、弾性シム材１０３の貼付け
部１０３ｂと圧電体１０１とにより磁気ヘッド支持部材
１０６の位置決めが確実にできるため、磁気ヘッド１０
７の取り付け調整が簡略化できる。

【００６３】なお、バイモルフ素子１０４の圧電体と接
着する部分の磁気ヘッド支持部材１１３を図８のような
両方の圧電体１０１，１０２に接合する構造としても良
いことは言うまでもない。また、磁気ヘッド１０７の取
り付け位置や磁気ヘッド支持部材１１３の取り付け形状
も本実施例の構造に特に限定されるものではない。

【００６４】また、本実施例８は上記実施例１以外の実
施例２〜７にも適用できることは言うまでもない。（実施例９）図９は、本発明の実施例９のヘッドアクチ
ュエータの断面図である。この実施例では同図に示すよ
うに実施例１のバイモルフ素子を２組用いて、互いに平
行となるように構成し、各自由端部を磁気ヘッド支持部
材等を介して連結し、磁気ヘッド支持部材に磁気ヘッド
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。

【００６５】以下本発明の実施例９について、図面を参
照しながら説明する。４０１は第１の圧電体、４０２は
第２の圧電体で、４０３は第１の弾性シム材、４０４は
第１の圧電体４０１と第２の圧電体４０２を第１の弾性
シム材４０３の両面に貼合わせて構成した第１のバイモ
ルフ素子、４０５は第３の圧電体、４０６は第４の圧電
体で、４０７は第２の弾性シム材、４０８は第３の圧電
体４０５と第４の圧電体４０６を第２の弾性シム材４０
７の両面に貼合わせて構成した第２のバイモルフ素子、
４０９は第１と第２のバイモルフ素子を固定する固定
台、４１０は第１と第２のバイモルフ素子を連結する磁
気ヘッド支持部材、４１１は磁気ヘッド、４１２は弾性
部材、４１３は信号処理回路、４１４は駆動回路、４１
５は磁気ヘッドの位置検出器である。

【００６６】同図において、第１と第２の圧電体４０
１、４０２および第３と第４の圧電体４０５、４０６
を、少なくともバイモルフ素子の長手方向には高い弾性
率を有する、たとえばリン青銅、インバーやチタン等の
金属材料や炭素繊維系材料からなる、第１および第２の
弾性シム材４０３、４０７の両面に、弾性シム材の固定
部４０３ａ、４０７ａを除いた部分に接着等により貼付
けて第１と第２のバイモルフ素子４０４、４０８を形成
する。この第１と第２のバイモルフ素子４０４、４０８
の第１と第２の弾性シム材４０３、４０７の固定部４０
３ａ、４０７ａ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４０９で狭持し、ネジ（図示せ
ず）などを用いて完全固定する。一方、固定台４０９の
第１と第２のバイモルフ素子４０４、４０８の固定端部
から固定台４０９の内側部分の圧電体部と弾性シム部を
たとえばエポキシ系の接着剤等の弾性部材４１２で支持
固定する。

【００６７】つぎに、第１と第２のバイモルフ素子４０
４、４０８の各自由端同士を磁気ヘッド支持部材４１０
でどちらか一方の圧電体に接着固定することにより互い
に平行に連結させ、その先端に磁気ヘッド４１１を設け
た構成とするものである。

【００６８】なお、弾性部材４１２を実施例９ではエポ
キシ系の接着剤としたが、圧電体よりも弾性率の小さい
材料、たとえば硬質ゴム材やプラスチック材等であれば
何でもよい。また、磁気ヘッド４１１の取り付け位置も
本実施例の位置に限定されたものではなく、たとえば磁
気ヘッド支持部材４１０の上面に取り付けてもよいが、
好ましくは第１と第２のバイモルフ素子４０４、４０８
間の中央の延長線上に設ける方が最適である。

【００６９】次に、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）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９で新たに加わる動作について以下に説明す
る。

【００７０】図１０（ａ）、（ｃ）から、第１と第２の
バイモルフ素子４０４，４０８の自由端を連結するよう
に設けられた磁気ヘッド支持部材４１０の曲がり部４１
０ａの長さは、第１と第２のバイモルフ素子４０４，４
０８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４１１は磁気テープ４１６に対して平行に
移動する。これによって、磁気ヘッド４１１と磁気テー
プ４１６間のスペーシング角がほぼゼロとなるので、記
録・再生信号の磁束漏れなどによる劣化を防止できるも
のである。

【００７１】以上のように本発明の実施例９によれば、
バイモルフ素子４０４，４０８の固定部構造を採用する
ことにより、実施例１と同様の効果を得ることができる
とともに、２組のバイモルフ素子４０４，４０８を磁気
ヘッド支持部材４１０で平行に連結することにより、磁
気ヘッド４１１と磁気テープ４１６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実現できるヘッドアクチュエ
ータを得ることができる。

【００７２】また、２組のバイモルフ素子４０４，４０
８の平行構造により、ヘッド質量等の負荷が分担される
ため、負荷質量による共振周波数の低下を抑え、負荷に
強いヘッドアクチュエータを得ることができる。

【００７３】（実施例１０）以下本発明の実施例１０に
ついて、図面を参照しながら説明する。本実施例１０
は、図１１に示すように実施例９のヘッドアクチュエー
タの構造において、第１と第２のバイモルフ素子４０
４、４０８の各自由端部の第１と第２の弾性シム材４０
３、４０７を第１と第２および第３と第４の圧電体４０
１、４０２と４０５、４０６よりも長く形成し、長くし
た部分を貼付け部４０３ｂ、４０７ｂとして、この貼付
け部４０３ｂ、４０７ｂと第１と第２のバイモルフ素子
４０４、４０８のいずれかの圧電体の表面の両方に図に
示した磁気ヘッド支持部材４１０を接着等で貼付け、さ
らに磁気ヘッド４１１を磁気ヘッド支持部材４１０に取
り付けた構成のヘッドアクチュエータであり、他の構成
は実施例９と同様である。

【００７４】上記のように本発明の実施例１０によれ
ば、実施例９と同様の効果が得られるとともに、実施例
９における磁気ヘッド支持部材４１０と第１と第２のバ
イモルフ素子４０４、４０８の圧電体との接着強度の不
安定さを、第１と第２の弾性シム材４０３、４０７の貼
付け部４０３ｂ、４０７ｂと圧電体の両方に磁気ヘッド
支持部材４１０を取り付けることにより、接着面積の増
加と良好な接着性を有する弾性シム材４０３，４０５の
採用により、接着強度を大幅に改善し、バイモルフ素子
４０４，４０８の変形による接着部の引っ張りと圧縮の
繰り返しによる負荷変動に対する信頼性を大幅に向上す
るものである。また、圧電体へのヘッド支持部材４１０
の取り付け時、接着位置ばらつきによるヘッドアクチュ
エータ長の変化を、弾性シム材４０３，４０７の貼付け
部４０３ｂ，４０７ｂと圧電体とにより磁気ヘッド支持
部材４１０の位置決めが確実にできるため、磁気ヘッド
４１１の取り付け調整が簡略化できる。

【００７５】さらに、磁気ヘッド支持部材４１０をバイ
モルフ素子４０４，４０８の変形の中性面近傍の弾性シ
ム材４０３，４０７に設けることにより、磁気ヘッド４
１１のトラッキング時に生じる磁気テープとの間隔（以
後は突出量と記す。）のヘッドアクチュエータの変形方
向差をなくし、等しくすることができるとともに、突出
量の絶対値も小さくすることができるため、磁気ヘッド
４１１の磁気テープとの位置関係による記録再生信号の
劣化を大きく改善できる。

【００７６】なお、図１２に示すように磁気ヘッド支持
部材４１７をバイモルフ素子４０４，４０８の各両面の
圧電体と接するような構造としても良いことは言うまで
もない。また、磁気ヘッド４１１の取り付け位置や磁気
ヘッド支持部材４１７の取り付け形状も本実施例の構造
に特に限定されるものではない。

【００７７】また、本実施例９と１０の構成を実施例２
から８に示した構造のバイモルフ素子に適用できること
は言うまでもなく、各実施例の効果が相乗的に得られる
ものである。

【００７８】さらにまた、例えば図１３（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に一例として示した固定端幅が自由端幅
より大きい形状のバイモルフ素子４０１を上記実施例１
から１０のバイモルフ素子に用いることができることは
言うまでもない。このような形状のバイモルフ素子４０
１により、自由端質量の低減による共振周波数の向上や
曲げ剛性が自由端に近づくにつれて減少するため大きな
変位量が得られ、より高性能化したヘッドアクチュエー
タを実現できるものである。

【００７９】

【発明の効果】上述した各実施例の説明より明らかなよ
うに、本発明は圧電体自体を固定台に直接固定せず、弾
性部材で弾性的に支持固定し、弾性シム材を固定台に完
全固定する新たな構造によって、バイモルフ素子の駆動
時に発生する固定台の固定端部での圧電体にかかる応力
集中を解消できる。また、弾性シム材を完全固定するた
めに圧電体の歪を伴わないダレ変形を生じないため、信
頼性や位置保持精度の高い圧電アクチュエータおよびヘ
ッドアクチュエータを得ることができる。

【００８０】さらに、バイモルフ素子の固定部に弾性支
持部を設けることにより、直流的動作時には実効的素子
長を長くし、共振周波数に対しては弾性支持固定端から
自由端までを有効素子長とした構造や、弾性シム材にス
リットを設けることにより、弾性率を低下させずに質量
の低減効果による共振周波数の向上を達成する構造や、
曲率を持たせた固定部により、変位に対する有効素子長
は長く、共振周波数に対する有効素子長を短くした構造
とするにより、トラッキング時の応答性や広範囲の可変
速ノイズレス再生を実現できる、変位量と共振周波数の
相反する特性をともに向上した高い信頼性と高性能化を
図ったヘッドアクチュエータを得ることができるもので
ある。

【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断
面図

【図２】同実施例の動作原理図

【図３】同実施例の駆動回路の一例を示す回路図

【図４】本発明の実施例２のヘッドアクチュエータの説
明図

【図５】本発明の実施例３のヘッドアクチュエータの構
成図

【図６】同実施例における変位形態図

【図７】本発明の実施例８のヘッドアクチュエータ断面
図

【図８】同実施例における磁気ヘッド支持部材の変形例
を示すヘッドアクチュエータの構成図

【図９】本発明の実施例９のヘッドアクチュエータの断
面図

【図１０】同実施例の動作原理図

【図１１】本発明の実施例１０のヘッドアクチュエータ
断面図

【図１２】同実施例における磁気ヘッド支持部材の変形
例を示すヘッドアクチュエータの構成図

【図１３】本発明において使用可能な、別のバイモルフ
素子の形状図

【図１４】従来例の磁気ヘッド装置の概略を示す一部切
り欠き斜視図

【図１５】従来例のヘッドアクチュエータの断面図

【図１６】従来例の他のヘッドアクチュエータの断面図

【符号の説明】

１０１第１の圧電体１０２第２の圧電体１０３弾性シム材１０３ａ弾性シム材の固定部１０３ｂ弾性シム材の貼付け部１０４バイモルフ素子１０５固定台１０６磁気ヘッド支持部材１０７磁気ヘッド１０８弾性部材

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者住原正則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

Claims

【特許請求の範囲】

【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
わせ固定台に固定した片持ち梁構造のバイモルフ素子
と、前記バイモルフ素子を駆動する駆動回路とからな
り、少なくとも前記バイモルフ素子の固定端側では前記
第１と第２の圧電体よりも長くした前記弾性シム材の端
部を前記固定台で固定し、かつ前記第１と第２の圧電体
の固定側の端部を弾性部材を介して弾性的に支持固定し
たことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】弾性シム材にスリットを設けたことを特
徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】固定台の固定側端面が凸状に曲率を有す
ることを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエー
タ。
【請求項４】弾性シム材にスリットを設け、固定台の
固定側端面が凸状に曲率を有することを特徴とする請求
項１記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】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のバイモルフ素子と、前記第１と第２のバイモルフ素
子を駆動する駆動回路とからなり、少なくとも前記第１
と第２のバイモルフ素子の固定端では前記第１、第２、
第３と第４の各圧電体よりも長くした前記第１と第２の
弾性シム材の端部を固定台によって完全に固定するとと
もに前記第１と第２の弾性シム材を互に平行に配設し、
かつ前記第１と第２の圧電体および第３と第４の圧電体
の固定側の端部を弾性支持部材を介して弾性的に支持固
定により片持ち梁構造とし、前記第１と第２のバイモル
フ素子の自由端を連結部材を介して互いに連結したこと
を特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項６】第１と第２の弾性シム材にスリットを設
けたことを特徴とする請求項５記載の圧電アクチュエー
タ。
【請求項７】固定台の固定側端面が凸状に曲率を有す
ることを特徴とする請求項５記載の圧電アクチュエー
タ。
【請求項８】第１と第２の弾性シム材にスリットを設
け、固定台の固定側端面が凸状に曲率を有することを特
徴とする請求項５記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】第１と第２のバイモルフ素子の自由端の
第１と第２の弾性シム材を、第１と第２の圧電体および
第３と第４の圧電体よりも長くし、前記第１と第２のバ
イモルフ素子を互いに連結する連結部材が、前記第１お
よび第２の弾性シム材の長くした部分と、少なくとも前
記第１と第２のバイモルフ素子の前記第１と第２および
前記第３と第４の圧電体のうち、少なくとも何れか一方
の圧電体表面に貼合わされたことを特徴とする請求項
５、６、７、８の何れかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】バイモルフ素子の固定端の幅が自由端
の幅より大きいことを特徴とする請求項１、２、３、
４、５、６、７、８、９の何れかに記載の圧電アクチュ
エータ。
【請求項１１】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
合わせ固定台に固定した片持ち梁構造のバイモルフ素子
と、前記バイモルフ素子の自由端側に設けた磁気ヘッド
支持部材と、前記磁気ヘッド支持部材に設けた磁気ヘッ
ドと、前記磁気ヘッドの信号を読み取る信号処理回路
と、前記バイモルフ素子を駆動する駆動回路とからな
り、少なくとも前記バイモルフ素子の固定端側では前記
第１と第２の圧電体よりも長くした前記弾性シム材の端
部を前記固定台で完全に固定し、かつ前記第１と第２の
圧電体の固定側の端部を弾性部材を介して弾性的に支持
固定したことを特徴とするヘッドアクチュエータ。
【請求項１２】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
合わせ固定台に固定した片持ち梁構造のバイモルフ素子
と、前記バイモルフ素子の自由端側に設けた磁気ヘッド
支持部材と、前記磁気ヘッド支持部材に設けた磁気ヘッ
ドと、前記磁気ヘッドの信号を読み取る信号処理回路
と、前記バイモルフ素子を駆動する駆動回路とからな
り、前記弾性シム材にスリットを設けたことを特徴とす
るヘッドアクチュエータ。
【請求項１３】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
合わせ固定台に固定した片持ち梁構造のバイモルフ素子
と、前記バイモルフ素子の自由端側に設けた磁気ヘッド
支持部材と、前記磁気ヘッド支持部材に設けた磁気ヘッ
ドと、前記磁気ヘッドの信号を読み取る信号処理回路
と、前記バイモルフ素子を駆動する駆動回路とからな
り、前記バイモルフ素子を固定側端面に凸状に曲率を有
する前記固定台で支持固定したことを特徴とするヘッド
アクチュエータ。
【請求項１４】弾性シム材にスリットを設けることを
特徴とする請求項１１記載のヘッドアクチュエータ。
【請求項１５】固定台の固定側端面が凸状に曲率を有
することを特徴とする請求項１１または１２に記載のヘ
ッドアクチュエータ。
【請求項１６】弾性シム材にスリットを設け、固定台
の固定側端面が凸状に曲率を有することを特徴とする請
求項１１記載のヘッドアクチュエータ。
【請求項１７】バイモルフ素子の自由端側の弾性シム
材を、第１と第２の圧電体よりも長くし、磁気ヘッド支
持部材を、前記弾性シム材の長くした部分と、少なくと
も何れか一方の圧電体表面に貼合わすことを特徴とする
請求項１１から１６の何れかに記載のヘッドアクチュエ
ータ。
【請求項１８】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のバイモルフ素子と、前記第１と第２のバイモルフ
素子の自由端側に設けた磁気ヘッド支持部材と、前記磁
気ヘッド支持部材に設けた磁気ヘッドと、前記磁気ヘッ
ドの信号を読み取る信号処理回路と、前記バイモルフ素
子を駆動する駆動回路とからなり、少なくとも前記第１
と第２のバイモルフ素子の固定端では前記第１、第２、
第３と第４の各圧電体よりも長くした前記第１と第２の
弾性シム材の端部を固定台によって固定するとともに第
１、第２のバイモルフ素子を互いに平行に配設し、かつ
前記第１と第２の圧電体および第３と第４の圧電体の固
定側の端部を弾性支持部材を介して弾性的に支持固定に
より片持ち梁構造とし、前記第１と第２のバイモルフ素
子の自由端を前記磁気ヘッド支持部材を介して互いに連
結したことを特徴とするヘッドアクチュエータ。
【請求項１９】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のバイモルフ素子と、前記第１と第２のバイモルフ
素子の自由端側に設けた磁気ヘッド支持部材と、前記磁
気ヘッド支持部材に設けた磁気ヘッドと、前記磁気ヘッ
ドの信号を読み取る信号処理回路と、前記バイモルフ素
子を駆動する駆動回路とからなり、前記第１と第２バイ
モルフ素子を互いに平行になるように固定台に固定して
片持ち梁構造とし、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のバイモルフ素子の自由
端を磁気ヘッド支持部材を介して互いに連結したことを
特徴とするヘッドアクチュエータ。
【請求項２０】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のバイモルフ素子と、前記第１と第２のバイモルフ
素子の自由端側に設けた磁気ヘッド支持部材と、前記磁
気ヘッド支持部材に設けた磁気ヘッドと、前記磁気ヘッ
ドの信号を読み取る信号処理回路と、前記バイモルフ素
子を駆動する駆動回路とからなり、前記第１と第２バイ
モルフ素子を互いに平行になるように固定台に固定して
片持ち梁構造とし、前記第１と第２バイモルフ素子の端
部を固定側端面に凸状に曲率を有する固定台で支持固定
し、前記第１と第２のバイモルフ素子の自由端を磁気ヘ
ッド支持部材を介して互いに連結したことを特徴とする
ヘッドアクチュエータ。
【請求項２１】第１と第２の弾性シム材にスリットを
設けたことを特徴とする請求項１８または２０に記載の
ヘッドアクチュエータ。
【請求項２２】固定台の固定側端面が曲率を有するこ
とを特徴とする請求項１８または１９に記載のヘッドア
クチュエータ。
【請求項２３】第１と第２の弾性シム材にスリットを
設け、固定台の固定側端面が曲率を有することを特徴と
する請求項１８記載のヘッドアクチュエータ。
【請求項２４】第１と第２のバイモルフ素子の自由端
の第１と第２の弾性シム材を、第１と第２の圧電体およ
び第３と第４の圧電体よりも長くし、前記第１と第２の
バイモルフ素子を互いに連結する磁気ヘッド支持部材
が、前記第１および第２の弾性シム材の長くした部分
と、少なくとも前記第１と第２のバイモルフ素子の前記
第１と第２および前記第３と第４の圧電体のうち、少な
くとも何れか一方の圧電体表面に貼合わされたことを特
徴とする請求項１８〜２３の何れかに記載のヘッドアク
チュエータ。
【請求項２５】バイモルフ素子の固定端の幅が自由端
の幅より大きいことを特徴とする請求項１１〜２４の何
れかに記載のヘッドアクチュエータ。