JPS59124180A - アクチエイタ用電圧電振動子の制御方式 - 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】 技術分野 本発明は、強誘電性を有する結晶の逆圧電効果を利用し
たアクチェイタ用圧電振動子の制御方式特に本発明は、
一端を固定し他端を自由端とした圧電振動子において、
その自由端に磁気ヘッドを取付け、かつこの振動子に所
定の電圧を印加することによって磁気ヘッドの位置を偏
位させるようなビデオテープレコーダ用のへラドムービ
ング装置に最適なアクチェイタ用圧電振動子の制御方式
に関する。

背景技術 周知のように、電歪現象を示す結晶は必ず圧電効果をも
示すとは限らないが、強誘電性を示す多くの結晶、例え
ば水晶、ロッシェル塩、チタン酸バリウム等では圧電性
をもち、機椋エネルギを電気エネルギへ、逆に電気エネ
ルギを機械エネルギに変換する素子として利用し得る。

近年、この強誘電性を示す結晶は電気エネルギを機械エ
ネルギに変換するいわゆる逆圧電効果を利用して、電気
信号に応じた機械的な変位量を得る変位量制御可能なア
クチェイタとして活用され始めた。この場合、１個の結
晶で得られる変位量はわずかであるだめ、アクチェイタ
として用いる結晶は一般に金属板電極を挾んでその両側
に、あらかじめ銀厩極を焼料けておいた２個の強誘電性
を示す結晶を相対して貼伺けるバイモルフ構造に形成し
た圧電振動子として用いられている。このような圧電振
動子は、上述の電極に電界を加えて強誘電性の結晶に分
極を起させ、一方の結晶にはこの分極方向と！ 同一方向にｒｈ　Ｉｆ、！！口加して縮みの機械的な応
力を電界に比例して生じさせ、他方の結晶には分極方向
とは逆方向に電圧を印加して伸びの’ｉ’ｋ　；ｌ成約
な応力を電界に比例して生じさぜることによって、その
変位量を大きくとるようにしている。このとき、２個の
強誘電性の結晶を同方向に分極すれば、この２個の結晶
は電気的な並列接続、互いに反対方向へ分極すれば直列
接続として形成した構造となる０ ところで、このようなアクチェイタ用のバイモルフ圧電
振動子は、得られる最大変位量がその形状、寸法によっ
て大きく影響される。例えば形状が板木で面積一定で比
較した場合、一定の電界が電極に与えられているときの
変位量は、板体の長さが長くなると大きくなり、その幅
か広いと大きくなり、厚みが薄くなると大きくとれる。

寸だ、この逆に板体の長さが短くなると変位量は少なく
なり、幅が狭くなると少なくなり、厚みが増すと少なく
々る。そして、この変位量は板体の長さの２乗に比例し
、厚さの２乗に反比例する。

一方、このようなバイモルフ圧電振動子がアクチェイタ
として用いられる場合には、電気信号いいかえれは交流
の電圧信号が印加されることによって制御され、信号に
応じた機徐的な変位量を得るように使用される。このと
き、バイモルフ振動子はその形状、寸法、材質によって
一定の共振点並びに反共振点を示し、上述の交流電圧信
号にある種の制約を与える。すなわち、交流電圧信号に
応じた機械的な変位量を得るためには、この共振点より
高い周波数領域では反共振点が存在し、上述の交流電圧
信号の周波数はこの共振点以下で使用しなければならな
い。その結果、バイモルフ振動子の共振点はより高いこ
とが望まれる。ところが、この共振点は上述のようにバ
イモルフ振動子の形状、寸法、材質によって変化する。

例えば、形状が板体であって面積一定の場合、板体の長
さが短いと共振周波数は高くな９、その幅が狭いと高く
なり、厚みが増すと高くなる。徒だ、この逆に板体の長
さが長くなると共振周波数は低くなり、幅が広く々ると
低く々す、厚みが少なくなると低くなる。この共振周波
数を高くするだめの条件は、すでに述べたように大きな
変位量を得るだめの形、状、寸法の条件と相反する。し
たがって、この種のバイモルフ振動子は変位量が大きく
とれるように設計すると、その共振周波数は下がり高い
周波数での制御ができず、また共振周波数が上がるよう
に設計すると、得られる変位量は少なくなり、より高圧
な電圧信号を印加しなければならない。

しかしながら、変位量を大きくとるためにバイモルフ圧
電素子に大きな電界を印加するにしても、その耐圧に限
界があり近年、芙現されているものでもピーク／ピーク
値でｌＫＶ程度である。また、この高圧は極めて危険で
あり、かつ制御信号として処理するときには回路に多大
な負担を強いる。

したがって、バイモルフ振動子に与える交流電圧信号は
より低い′成用であることが望せれる。

発明の開示 本発明の目的は、上記＋目反する条件を解決するだめの
アクチェイタ用圧電振動子の制御方式を提供することに
ある。

本発明の構成は、アクチェイタ用圧電振動子を形成する
板体の結晶を固定端側と自由端側とに２分割し、固定端
側を大きく変位すべく比較的高い尖頭電圧値を有する低
い周波数の、実動信号でもっばら制御し、自由端側を小
さく変位すべく比較的低い尖頭電圧値を有する高い周波
数の１駆動信号でもっばら制御することによって上記相
反する条件を解決するものである。

したがって、本発明によれば、上述のような構成をとる
ことによって固定端側の板体の長さを自出端側の長さよ
りも長く設定することを可能とし、その結果従来のこの
種のアクチェイタ用振動子に比べ広い範囲の周波数で所
望の変位量変化の制御を行なうことができる。

発明を実施するだめの最良の形態 第１図（Ａ）は本発明の一実施例圧′亀振動子の模式図
で、（Ｂ）図はその運動姿勢を示す側面図である。

また、第２図は本発明の一実施例制御手段を示す回路及
び要部の構成図で、第３図はこの第２図実施例の印加電
圧（変位）対時間特性図である。

以下、本発明をこの実施例図面に従って説明する。第１
図（Ａ）において１は導電性を有する弾性板体で、２は
その一端ｕ０１！Ｉを固定するだめの固定部材、３は強
誘電性を示す第１の結晶、４は同じく強誘電性を示す第
２の結晶、５および６はそれぞれ第１および第２の結晶
の電極、７は弾性板体１の他端１２側に取付けられる磁
気ヘッド等の被変位部材である。また、８は第１交流駆
動信号を供給する第１制御手段、９はこの第１交流駆動
信号がもつ周波数ｆＬよりも高い周波数ｆＨを有する第
２交流駆動信号を供給する第２制御手段である。

ここで、弾性板体１は第１および第２の結晶３，４の共
通電極として用いられる。また、ここでは第１の結晶３
の長さＬｌと、第２の結晶Ｌ２とはり、）Ｌ２の関係に
設定されている。

このような構成の圧電振動子は第１と第２の交流駆動信
号が印加されると第１図（Ｂ）に示すような運動姿勢を
示す。すなわち、弾性板体１の一端１１側は固定部材２
によって固定されていＺめ、第１および第２交流、駆動
信号によって生じた応力は他端１２側の自由端部を大き
く振動させる。このとき、第１交流駆動信号社第２交流
駆動信号よりも低い周波数に設定されかつ、第１の結晶
３の長さＬｌは第２結晶４の長さＬ２よりも長く設定さ
れているから、自由端部の根もとの変位はこの第１結晶
３によって大きなものとなる。一方、自由端部の先端は
上述の根もとの部分では得られない第１の交流駆動信号
よりも高い周波数で、駆動される。

このことは、すでに述べたように第２の結晶４の長さＬ
２を短くすることによって達成される。その結果、これ
らの根もとと先端部分の総合運動姿態は第１図（Ｂ）の
ように々す、その先端部分は高速で［Ｊ かつ小もキ位量で振動される。

このような運動姿態は例えば、ビデオテープレコーダに
おけるヘッドムービング装置として好適である。なぜな
らば、この棟の装置におけるヘッド、特に再生ヘッドは
その自動トラッキング制御が行なわれるときには、１記
録トランクをトレースする軌道をより高速でわずかなト
ランク幅内を移動する必要がある。また、クインクモー
ション、スローモーション等の特殊再生モードの場合の
ように、テープの定常速度で記録された信号を異なるテ
ープ速度で再生するときには、ヘッドは数トラック分を
横切ることとなる。この横切る間のへラドはノイズをピ
ックアップする。したがって、この横切る時間をより短
くする必要があシ、このためにヘッドはこのときには１
記録トラツクをトレースする始期に数トラック分の大き
な移動を必要とする。

上述の運動姿態はまさにこの前者およびもしくは後者の
必要性を満足させる。特に、近時の４種パイロット信号
を用いた　　　　　　　　　　−士頚囲辿ＤＴＦ（ＤＹ
ＮＡＭ工Ｃ−ＴＲＡＣ！に−ＦＯＬＬＯＷＩＮＧ　）装
置テ功≠１５（用することも可能である。

このような原理に基ずく本発明の制御方式は、例えば第
２図に示すような第１と第２の制御手段８０と９０によ
って実現される。ここで、第２図で用いる記号並びに符
号は、説明の便宜上第１図と同一もしくは同等部分には
同符号を付する。ｇ２図において第１制御手段８０は増
幅器８１．８２と、第１の電圧値ｖｌの半分すなわち１
／２Ｖ１の直流電源８３　、８４とによって構成される
。また、第２制御手段９０は増幅器９１と、第２の電圧
値ｖ２の半分すなわち１／２Ｖ２の一対の直流電源９２
．９３と、一対のコンデンサ９４．９５によって構成さ
れる。そして、圧電振動子はここでは弾性板体１を結晶
が挾み込む、いわゆるバイモルフ構造のもので形成され
ている。第１制御手段８０において一対の直流電源８３
　、８４は第２図に示すように電極５に対し互いに逆極
性で接続される。そして、第１交流駆動信号はその源８
から両直流電源８３．８４を介して電極５に印加される
。その結果、圧電振動子の根もとの運動はその印加電圧
に対して第３図に示すようガ関係で生ずる。この第３図
に示す関係は縦目盛を■１からｖ２に置き換えることに
よって、第２制御手段９０の鳴合にも当てはまる。第２
制御手段９０は一対の直流電源９２．’９３が電極６に
対して互いに逆極性で接続される。そして、第２交流、
駆動信号はその源９から一対のコンデンサ９４　、９５
のそれぞれを介して電極６に印加される。その結果、圧
電振動子の自由な先端部分はこの第２交流１駆辿信号に
応じて運動する。

ココテ、第１と第２の′４圧値ｖ、とｖ２はＶ、）Ｖ２
の関係にあることは容易に理解できるであろう。

また、このときの第１および第２交流、駆動信号のピー
ク対ピーク電圧値は同一値であっても、また第１交流、
駆動信号のピーク対ピーク値を第２交流、駆動信号のそ
れよりも大きく設定してもよいことはもはや理解できる
であろう。

以上、本発明を第１図および第２図に示すような実施例
に従って説明してきたが、本発明はこれに限ることなく
、例えば圧電振動子の形状は板状であればその平面形が
短冊あるいは環状のものであってもよい。１だ、第１、
第２制御手段は第２図に示す回路以外であってもよいこ
とは勿論である。なお、本発明をより理解するためには
アンペックス社より出願された特開昭５３−３６２０９
号公報が最も適切な参考文献となろう。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の一実施例圧電振動子の模式図で
、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の圧電振動子の運動姿態
を示す図、第２図は本発明の一実施例制御手段を示す回
路および要部を示す構成図、第３図は第２図の構成にお
ける圧電振動子の印加電圧（変位）対時間を表わす特性
図である。 ３．４　　結晶板体、８０・第１制御手段、９０・・第
２制御手段、８・・第１交流１駆動信号の源、９・・第
２交流、”駆動信号の源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一端を固定し、他端を自由端とした強誘電性を示す結晶
   板体に電界を印加して分極を起させ、この電界に応じた
   機械的な応力を生ずるいわゆる逆圧電効果を利用したア
   クチーイク用の圧電振動子の制御方式において、 該圧電振動子を形成する前記結晶板体を前記固定端側と
   自由端側とに２分割し、それぞれが個別に前記応力を生
   ぜしめるべく、 第１の交流駆動信号を前記固定端側の前記結晶に印加す
   る第１制御手段と、 前記第１交流駆動信号の周波数よりも高い周波数を有し
   、かつ前記第１交流駆動信号の尖頭電圧値よりも低い電
   圧値の第２の交流駆動信号を前記自由端側の前記結晶板
   体に印加する第２制御手段とを備えたアクチェイタ用圧
   電振動子の制御方式。