JPH07272235A - 電気−機械変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長期耐久性の優れた電気−機械変換素子を提
供する。 【構成】 電気−機械変換素子１は、中間電極６を挟み
込むように、互いの面内の伸縮方向を一致させるように
貼り合わせられ、各々の両面への湾曲駆動電圧の印加に
より、前記伸縮方向に対し、互いに逆向きに伸び又は縮
む二枚の圧電板５、７と、前記貼り合わせられた二枚の
圧電板５、７の一端において片持支持される基端部１ｂ
の前端から、他の一端である自由端までの両表面に形成
される表面電極２、３と、前記基端部１ｂが支持された
状態で、前記貼り合わせられた二枚の圧電板５、７の両
表面の鉛直方向に対し、該貼り合わせられた二枚の圧電
板５、７を湾曲変位可能に、前記各表面電極２、３に接
続される二個のフレキシブル導線２０ａ、２０ｂとを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえばビデオテープ
レコーダのオートトラッキング用バイモルフヘッド装置
等に用いて好適な電気−機械変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気−機械変換装置で圧電板を用いるも
のでは、バイモルフ板やモノモルフ板等が知られてい
る。このバイモルフ板等が用いられた、ビデオテープレ
コーダのバイモルフヘッド装置や、ビデオディスクプレ
ーヤのピックアップ装置におけるトラッキング制御機構
では、再生用の電気信号検出素子（たとえば磁気ヘッド
や光電変換装置等）を前記バイモルフ板等の先端部に取
付、該バイモルフ板等の基端部を固定支持する構成がと
られている。

【０００３】このバイモルフ板等に、このバイモルフ板
等を湾曲変位させるための駆動電圧を供給することによ
り、該バイモルフ板等は所定方向に湾曲変位し、自由端
である先端部が変位するため、前記電気信号検出素子が
同方向に変位し、たとえば記録トラック上に正確に変位
させるような自動トラッキング動作を行い得る。

【０００４】たとえば図９は、ビデオテープレコーダの
回転ドラム１１を取り出して示す概略平面図であり、電
気−機械変換装置であるバイモルフ板１の先端部にはビ
デオヘッド１３が取付られ、バイモルフ板１の基端部は
ヘッド基台１４により回転ドラム１１上に支持固定され
ている。このバイモルフ板１のほぼ中央部にはストレン
ゲージ１５が貼着されている。このストレインゲージ１
５は、バイモルフ板１の湾曲変位量に応じて電気的特性
（たとえば抵抗値等）が変化するものである。

【０００５】このバイモルフ板１は、図１０に示すよう
に、二枚の圧電板５、７を用いた電気−機械変換装置で
あり、この二枚の圧電板５、７は、中間電極６を挟み込
むようにして貼り合わせられ、その貼り合わされた両表
面に表面電極４、８が形成されて構成される。このバイ
モルフ板１の基端部は、ヘッド基台１４の上端固定部１
４ａと下端固定部１４ｂとにより挟持され、この下端固
定部１４ｂにより回転ドラム１１上に支持固定される。

【０００６】このバイモルフ板１の表面電極４、８及び
中間電極６に接続されたバイモルフ駆動回路１６、前記
ストレインゲージ１５に接続された湾曲変位量検出回路
部１７、及び前記ビデオヘッド１３に接続された録画・
再生信号増幅用のヘッドアンプ回路１８等がプリント基
板１９上にマウントされており、このプリント基板１９
は回転ドラム１１上に取付られて固定されている。ここ
で、バイモルフ駆動回路部１６及び変位量検出回路部１
７はビデオテープレコーダの固定回転部等に電気的に接
続されており、またヘッドアンプ回路部１８は、回転ト
ランス（ロータリトランス）を介して固定回路部等に電
気的に接続されている。

【０００７】また、磁気テープ（ビデオテープ）１０
は、前記回転ドラム１１の周囲に斜めに（らせん状に）
巻き付けられて案内されており、回転ドラム１１からわ
ずかに突出するビデオヘッド１３がこの磁気テープ１０
と接触しながら移動することにより、ビデオ信号の記録
再生が行われる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、バイモルフ
板１は、固定端が片持支持され、表面電極４、８及び中
間電極６への駆動電圧の印加によりバイモルフ板１を湾
曲変位させ、自由端をバイモルフ板１の表面の鉛直方向
に変位させて調動させる。このように、バイモルフ板１
の自由端を変位させるには、固定端を片持支持する必要
がある。このため、このバイモルフ板１の固定端である
基端部１ｂは、ヘッド基台１４により挟持されることで
固定されている。

【０００９】ところが、このヘッド基台１４の挟持によ
り固定されているバイモルフ板１の基端部１ｂにおいて
も、駆動電圧の印加により湾曲変位する力を生じる。し
かし、この基端部１ｂは、上述したようにヘッド基台１
４上に固定支持されている必要がある。このため、基端
部１ｂは、基端部１ｂを含むバイモルフ板１を湾曲変位
させる際、ヘッド基台１４の上端固定部１４ａと下端固
定部１４ｂとにより挟持されて平板状に保持されてい
る。

【００１０】このように、バイモルフ板１を湾曲変位さ
せる際、基端部１ｂには、圧電板５、７による湾曲変位
しようとする力を生じる。ところが、ヘッド基台１４は
常に基端部１ｂを挟持しており、この挟持する力により
前記湾曲変位しようとする力が抑えられる。このため、
基端部１ｂには、前記湾曲変位しようとする力と前記挟
持しようとする力とが衝合することにより内部応力を生
じる。この内部応力により、バイモルフ板１の表面電極
４、８にひび割れを生じさせるなど、長期耐久性を劣化
させるという問題点があった。

【００１１】本発明はこのような問題に鑑み、長期耐久
性の優れた電気−機械変換装置を提供することを目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電気−機械
変換装置は、中間電極を挟み込むように、互いの面内の
伸縮方向を一致させるように貼り合わせられ、各々の両
面への駆動電圧の印加により、前記伸縮方向に対し、互
いに逆向きに伸び又は縮む二枚の圧電板を有する。この
貼り合わせられた二枚の圧電板は、前記伸縮方向の一端
において片持支持される基端部の前端から、他の一端で
ある自由端までの両表面に表面電極が形成され、前記基
端部が支持された状態で、該貼り合わせられた二枚の圧
電板の両表面の鉛直方向に対し、湾曲変位可能に導通接
続される二個のフレキシブル導線が前記各表面電極に備
えられる構成とした。

【００１３】また、本発明に係る電気−機械変換装置
は、中間電極を挟み込むように、互いの面内の伸縮方向
を一致させるように貼り合わせられ、各々の両面への駆
動電圧の印加により、前記伸縮方向に対し、互いに逆向
きに伸び又は縮む二枚の圧電板有する。この前記貼り合
わせられた二枚の圧電板は、前記伸縮方向の一端におい
て片持支持される基端部の前端から、他の一端である自
由端まで、及び基端部の前端から固定端までの両表面に
形成される表面電極とを備える構成とした。

【００１４】

【作用】本発明における電気−機械変換装置において
は、貼り合わせられた二枚の圧電板の基端部の前端から
自由端までの両表面に表面電極を形成し、前記基端部の
前端から固定端までは、電極が形成されていない。この
ため、前記貼り合わせられた二枚の圧電板の各圧電板
は、基端部を除く部分において表面電極と中間電極とに
挟まれるように形成されており、基端部において中間電
極のみが形成されている。

【００１５】以上より、上記表面電極を形成する電気−
機械変換装置は、両表面電極及び中間電極への駆動電圧
の印加により、基端部以外を湾曲変位させ、基端部には
湾曲変位する力を生じさせない。

【００１６】また、貼り合わせられた二枚の圧電板の基
端部の前端から自由端までの両表面に表面電極を形成
し、前記基端部の前端から固定端までは、一部に電極が
形成されている。このため、前記貼り合わせられた二枚
の圧電板の各圧電板は、基端部を除く部分の前端におい
て表面電極と中間電極とに挟まれるように形成されてお
り、基端部において一部のみ表面電極と中間電極とに挟
まれるように形成されている。

【００１７】以上より、上記表面電極を形成する電気−
機械変換装置は、両表面電極及び中間電極への駆動電圧
の印加により、基端部以外を湾曲変位させ、基端部には
湾曲変位する力をほとんど生じさせない。また、前記基
端部の前端から固定端までの一部は、表面電極として形
成されるため、両表面電極及び中間電極への駆動電圧の
印加は、固定端から可能である。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について図１
〜図３を参照して説明する。ここで、従来例と同一部材
には、同一部材符号を付しその構成の説明を省略する。
図１にバイモルフ板１を用いたビデオテープレコーダ用
の磁気ヘッド装置（バイモルフヘッド装置）９が示され
ている。このバイモルフ板１は、中間電極６を挟み込む
ようにしてエポキシ系接着剤等で貼り合わせられ二枚の
圧電板５、７を用いた電気−機械変換装置である。この
貼り合わせられた圧電板５、７は、ヘッド基台１４によ
り片持支持される基端部１ｂの前端から、他の一端であ
る自由端までの両表面に電極材料による表面電極２、３
が形成される。

【００１９】ここで、前端は、バイモルフ板１の表面に
おいて、基端部１ｂの自由端側に位置する一端部であ
る。

【００２０】前記表面電極２、３は、貼り合わせられた
圧電板５、７の両表面上の基端部１ｂの前端からバイモ
ルフ板１の自由端まで、導電金属層による電極として被
着形成される。この被着形成された電極のうち、バイモ
ルフ板１の圧電板５上に形成された表面電極２の構成を
図２に示す。また、このバイモルフ板１の基端部１ｂが
ヘッド基板１４により挟持されている部分の構成を図３
に示す。

【００２１】この表面電極２、３の電極材料としては、
圧電材料と熱膨張係数が一致又は近く、導電性及び耐酸
化性が良好で、半田付けが容易なものが好ましく、例え
ばＮｉ、Ｐｂ、Ｍｏ、Ｓｎ等、又はこれらの合金材料が
一般に用いられている。前記貼り合わせられた圧電板
５、７の両表面上には、前記電極材料による導電ペース
トを塗布して乾燥させたり、導電金属粉末入りガラスフ
リットを塗布して焼き付けたり、あるいは金属溶射、真
空蒸着、スパッタリング、無電解メッキ等を行うことに
より、導電金属層による電極として被着形成される。

【００２２】前記圧電板５、７は、互いの面内の伸縮方
向を一致させて、中間電極６を挟み込むように貼り合わ
せられ、各々の両面への駆動電圧の印加により、前記伸
縮方向に対し、互いに逆向きに伸び又は縮むように形成
される。

【００２３】この圧電板５、７の伸縮方向は、圧電板
５、７の表面に印加される駆動電圧による電界の電界方
向に対する、圧電板５、７を形成する材料の分極方向に
依存する。このような圧電板５、７の材料としては、た
とえばチタン酸バリウムＢａＴｉＯ₃、ジルコンチタン
酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ−Ｔｉ）Ｏ₃（商品名ＰＺＴ）等が知ら
れている。この材料による圧電セラミック板や、ポリフ
ッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電素子の板、
フイルムシート、その他圧電板を圧電板５、７として用
いることができる。

【００２４】前記中間電極６は、軽く、膨張係数の小さ
い材料が適し、例えば、チタン合金、ステンレス等の金
属板が用いられる。

【００２５】このようなバイモルフ板１の先端部には、
ビデオ信号を記録再生するビデオヘッド１３が取付られ
ており、また基端部１ｂはヘッド基台１４の上端固定部
１４ａと下端固定部１４ｂとにより挟持され、この下端
固定部１４ｂにより回転ドラム１１上に支持固定されて
いる。さらに、バイモルフ板１のほぼ中央部には、スト
レインゲージ１５が貼着固定されている。

【００２６】また、バイモルフ板１の表面電極２、３及
び中間電極６は、バイモルフ駆動回路１６に接続され、
バイモルフ板１の湾曲変位が可能となる。ここで、バイ
モルフ板１とバイモルフ駆動回路１６との接続は、中間
電極６においてバイモルフ板１の基端部１ｂからリード
線を介し接続され、バイモルフ板１の表面電極２、３に
おいては、バイモルフ板１の湾曲変位自在に該基端部近
傍から、軽く、柔軟性に富むフレキシブル導線２０ａ、
２０ｂが半田等により接続される。

【００２７】このバイモルフ板１の湾曲変位は、以下の
動作により行なわれる。初めに、湾曲変位量検出回路部
１７に接続されたストレインゲージ１５の検出量によ
り、録画・再生信号増幅用のヘッドアンプ回路１８等に
接続されたビデオヘッド１３の変位量を検出する。次
に、このストレインゲージ１５の検出量をモニタしなが
ら、表面電極２、３及び中間電極６に接続されたバイモ
ルフ駆動回路１６からの駆動電圧の制御によりバイモル
フ板１の湾曲変位量の制御を行い、前記このビデオヘッ
ド１３をバイモルフ板１の表面の鉛直方向に調動する。

【００２８】このようにして、ビデオヘッド１３をバイ
モルフ板１の表面の鉛直方向に調動させるバイモルフ板
１の湾曲変位は、表面電極２、３を介しバイモルフ駆動
回路１６により駆動電圧が印加された部分の圧電板５、
７を湾曲変位させることにより行う。

【００２９】本実施例に係るバイモルフ板１の基端部１
ｂは、ヘッド基台１４の上端固定部１４ａと下端固定部
１４ｂとにより挟持され、この下端固定部１４ｂにより
回転ドラム１１上に支持固定されており、この部分に
は、表面電極２、３が形成されていない。このため、バ
イモルフ駆動回路１６からの駆動電圧の印加により、バ
イモルフ板１を駆動する際、バイモルフ板１の基端部１
ｂは、湾曲変位されないため、ヘッド基台１４の上端固
定部１４ａと下端固定部１４ｂとにより挟持された状態
で内部応力を生じさせない。

【００３０】以上のように、本実施例に係るバイモルフ
板１は、この基端部１ｂに内部応力を生じさせることな
く、基端部１ｂを除く部分を湾曲変位させることで、バ
イモルフ板１の自由端の先端部に設けられたビデオヘッ
ド１３をバイモルフ板１の表面の鉛直方向に調動可能で
ある。

【００３１】次に、本発明の第２の実施例について、図
４〜図８を参照して説明する。ここで、第１の実施例と
同一部材は、その構成の説明を省略する。本実施例の電
気−機械変換装置は、貼り合わせられた二枚の圧電板の
片持支持される基端部の前端から自由端まで、及び基端
部の前端から固定端までの一部を両表面に形成した表面
電極を備えるバイモルフ板である。

【００３２】ここで、前端は、バイモルフ板１の表面に
おいて、基端部１ｂの自由端側に位置する一端部であ
る。また、固定端は、バイモルフ板１の基端部１ｂ側の
端側部である。

【００３３】前記基端部１ｂの前端から固定端までの一
部に表面電極を形成したバイモルフ板１を図４に示す。
図４に示すバイモルフ板１は、貼り合わせられた二枚の
圧電板５、７を用いた電気−機械変換装置であり、中間
電極６を介してエポキシ系樹脂で貼り合わせられ、貼り
合わせられた二枚の圧電板５、７の表面において、バイ
モルフ板１の基端部１ｂの前端から自由端まで、及び基
端部１ｂの前端から固定端までの側部に表面電極２１、
２２が形成される。

【００３４】この表面電極２１、２２の側部は、互いに
左右逆の側部に形成される。また、この表面電極２１、
２２の基端部１ｂを固定支持するヘッド基台２５は、図
５に示すように表面電極２１、２２の側部を外部に臨ま
せるように、上端固定部２５ａ及び下端固定部２５ｂの
側部を間欠させるように形成される。

【００３５】前記基端部１ｂの前端から固定端までの一
部に表面電極を形成したバイモルフ板１の他の例を図６
に示す。図６に示すバイモルフ板１は、貼り合わせられ
た二枚の圧電板５、７を用いた電気−機械変換装置であ
り、中間電極６を介してエポキシ系樹脂で貼り合わせら
れ、貼り合わせられた二枚の圧電板５、７の表面におい
て、バイモルフ板１の基端部１ｂの前端から自由端ま
で、及び基端部１ｂの前端から固定端までの中央部に表
面電極２３、２４が形成される。

【００３６】この表面電極２３、２４の基端部１ｂを固
定支持するヘッド基台２６は、図７、図８に示すように
表面電極２３、２４の中央部の表面電極に嵌合させるよ
うに、上端固定部２６ａ及び下端固定部２６ｂを形成さ
せる。

【００３７】以上のように、本実施例のバイモルフ板１
において、貼り合わせられた二枚の圧電板５、７の基端
部１ｂには、前端から固定端の一部のみが表面電極２１
及び２２、又は表面電極２３及び２４として形成され
る。このように、バイモルフ板１の基端部１ｂには、電
極部分がほとんど存在しないため、バイモルフ駆動回路
１６による表面電極２１及び２２、又は表面電極２３及
び２４への駆動電圧の印加により、バイモルフ板１の基
端部１ｂを除く部分は湾曲変位されるが、基端部ほとん
ど湾曲変位されない。このため、ヘッド基台２５の上端
固定部２５ａ及び下端固定部２５ｂ、又はヘッド基台２
６の上端固定部２６ａ及び下端固定部２６ｂにより挟持
された状態にある基端部１ｂには、内部応力をほとんど
生じさせない。

【００３８】また、表面電極２１及び２２、又は表面電
極２３及び２４とバイモルフ駆動回路１６との接続は、
湾曲変位されず、外部を臨むように形成された固定端を
介して可能なため、軽く、柔軟性を必要されるフレキシ
ブル導線以外の一般の導線を用いて、バイモルフ板１の
湾曲変位に全く影響を与えることなく、表面電極２１及
び２２、又は表面電極２３及び２４とバイモルフ駆動回
路１６との接続を容易に行う。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明からも明きらかなように、本
発明の電気−機械変換装置によれば、両表面電極及び中
間電極への駆動電圧の印加により、基端部以外を湾曲変
位させ、基端部には湾曲変位する力を生じさせない。こ
のため、固定部に固定支持される基端部には、湾曲変位
する力を生じないため、基端部に内部応力を生じさせる
ことなく、基端部以外を湾曲変位させることが可能であ
る。

【００４０】このように、湾曲変位させる必要の無い基
端部に駆動電圧を印加することなく、かつ基端部に内部
応力を生じさせない。このため、低消費電力で、かつ長
期耐久性の優れた電気−機械変換装置の提供を可能とす
る。

【００４１】または、両表面電極及び中間電極への駆動
電圧の印加により、基端部以外を湾曲変位させ、基端部
には湾曲変位する力をほとんど生じさせない。このた
め、固定部に固定支持される基端部は、湾曲変位する力
をほとんど生じないため、基端部に内部応力をほとんど
生じさせることなく、基端部以外を湾曲変位させること
が可能である。また、前記基端部の前端から固定端まで
の一部は、表面電極として形成され、両表面電極及び中
間電極への駆動電圧の印加は、前記固定端と駆動電圧の
電圧電源とを一般の導線で接続するという簡易な方法に
より可能である。

【００４２】このように、湾曲変位させる必要の無い基
端部に駆動電圧をほとんど印加することなく、かつ基端
部にほとんど内部応力を生じさせない。また、駆動電圧
の電源への接続を容易とする。このため、低消費電力
で、長期耐久性に優れ、かつ駆動電圧の電源への接続が
容易な電気−機械変換装置の提供を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電気−機械変換装置を用いたビデ
オテープレコーダに用いられる回転ドラム用の磁気ヘッ
ド装置の構成を示す概略断面図である。

【図２】本発明に係る電気−機械変換装置において、貼
り合わせられた二枚の圧電板の基端部の前端から自由端
までの両表面に形成される表面電極の構成を示す概略平
面図である。

【図３】同上電気−機械変換装置の基端部を片持支持す
る構成を示す概略平面図である。

【図４】本発明に係る電気−機械変換装置において、貼
り合わせられた二枚の圧電板の基端部の前端から自由端
まで、及び基端部の前端から固定端までの側部の両表面
に形成される表面電極の構成を示す概略平面図である。

【図５】同上電気−機械変換装置の基端部を片持支持す
る構成を示す概略平面図である。

【図６】本発明に係る電気−機械変換装置において、貼
り合わせられた二枚の圧電板の基端部の前端から自由端
まで、及び基端部の前端から固定端までの中央部の両表
面に形成される表面電極の構成を示す概略平面図であ
る。

【図７】同上電気−機械変換装置の基端部を片持支持す
る構成を示す概略平面図である。

【図８】同上構成を示す概略断面図である。

【図９】従来の電気−機械変換装置を用いたビデオテー
プレコーダに用いられる回転ドラムの構成を示す概略平
面図である。

【図１０】従来の電気−機械変換装置を用いたビデオテ
ープレコーダに用いられる回転ドラム用の磁気ヘッド装
置の構成を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１ 電気−機械変換装置 １ｂ 電気−機械変換装置の基端部 ２、３、２１、２２、２３、２４ 表面電極 ５、７ 圧電板 ６ 中間電極 ２０ａ、２０ｂ フレキシブル導線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中間電極を挟み込むように、互いの面内
   の伸縮方向を一致させるように貼り合わせられ、各々の
   両面への駆動電圧の印加により、前記伸縮方向に対し、
   互いに逆向きに伸び又は縮む二枚の圧電板と、 前記貼り合わせられた二枚の圧電板の前記伸縮方向の一
   端において片持支持される基端部の前端から、他の一端
   である自由端までの両表面に形成される表面電極と、 前記基端部が支持された状態で、前記貼り合わせられた
   二枚の圧電板の両表面の鉛直方向に対し、該貼り合わせ
   られた二枚の圧電板を湾曲変位可能に、前記各表面電極
   に導通接続される二個のフレキシブル導線とを備え、 前記両表面電極及び中間電極への駆動電圧の印加によ
   り、前記伸縮方向に対し、各圧電板を互いに逆向きに伸
   び又は縮ませることにより、前記貼り合わせられた二枚
   の圧電板を湾曲変位させることを特徴とする電気−機械
   変換装置。
2. 【請求項２】 中間電極を挟み込むように、互いの面内
   の伸縮方向を一致させるように貼り合わせられ、各々の
   両面への駆動電圧の印加により、前記伸縮方向に対し、
   互いに逆向きに伸び又は縮む二枚の圧電板と、 前記貼り合わせられた二枚の圧電板の前記伸縮方向の一
   端において片持支持される基端部の前端から、他の一端
   である自由端まで、及び基端部の前端から固定端までの
   両表面に形成される表面電極とを備え、 前記両表面電極及び中間電極への駆動電圧の印加によ
   り、前記伸縮方向に対し、各圧電板を互いに逆向きに伸
   び又は縮ませることにより、前記貼り合わせられた二枚
   の圧電板を湾曲変位させることを特徴とする電気−機械
   変換装置。