JPS6081882A - バイモルフ電気・機械変換素子を有する装置 - 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） この出願の発明は、記録又は再生ヘッドあるいはビーム
・スキャナ用発光素子等を駆動するためのバイモルフ電
気・機械変換素子を有する装置に関し、とくにバイモル
フ電気・機械変換素子のヒステリシスを軽減する装置に
関する。

（従来技術） 一般にバイモルフ電気・機械変換素子は、例えば圧電セ
ラミック素子を直接はシ合わせ、又はその間にリン青銅
板もしくはアモルファス材等を挾んで構成されている。

第１図は、圧電セラミック素子よりなる従来のバイモル
フ変換素子の構成及び駆動回路を示し、図中１，２は圧
電上２ミック素子であってその分極方向は図中矢印方向
であるとする。３，４は駆動電圧入力端子、５はバイモ
ルフ変換素子の固定支持部、６は中間電極引出し部を示
す。上記のバイモルフ変換素子は、固定支持部の反対側
の自由端に記録又は再生ヘッド、発光素子等の被駆動体
が取９つけられ、端子３，４に印加される電圧に応じて
被駆動体が変位し、あるいは振動する。すなわち端子３
にグラス電位、端子４にマイナス電位をそれぞれ印加す
ると、例えば一方の圧電セラミック１は長手方向に縮み
、他方の圧電セラミック素子２は長手方向に伸び、その
結果バイモルフの自由端は図でＡ方向へ偏向する。逆に
端子３にマイナス電位、端子４にグラス電位をそれぞれ
印加すると、上記の逆の動作によシパイモルフの自由端
は図でＢ方向へ偏向する。

ところで上記のバイモルフ変換素子は、電圧−変位特性
にヒステリシスが存在し、端子３．４に電圧を供給して
その後に両端子を短絡しても、前記の電圧を供給する以
前の基準位置には戻らない。

上記のバイモルフ変換素子の応用例として、前述のよう
にその自由端に記録又は再生ヘッドを数カつけ、端子３
，４に印加する電圧に応じてヘッドの記録トラックに対
するトラッキングを補正することがビデオテープレコー
ダですでに提案されている。動画再生を行うビデオテー
プレコーダにあっては、通常複数の回転ヘッドが用いら
れるため、上記のヒステリシス対策としては、ヘッドが
取勺つけられたバイモルフ変換素子に、それぞれのヘッ
ドと記録担体であるテープとの非対接区間において減衰
交流信号によって電歪動作をさせることによシ、ヒステ
リシスを生ずることなく、次にヘッドがテープと対接す
るときにはバイモルフ変換素子をもとの状態に復帰させ
ることが可能である。

しかしながら、回転磁気シートに静止画を記録し、又は
記録された信号を静止画として再生するビデオシートレ
コーダでは、ヘッドと記録担体であるシートとの対接区
間と非対接区間が交互に生ずるのではなく、ヘッドがつ
ねにシートのトラックに対接しているため、機械的又は
環境的オフトラック時に、これを補うためにバイモルフ
変換素子に長時間直流電圧を印加しなければならないこ
とになるが、印加時間が長くなるほどヒステリシス現象
が著しくなる。そうすると静止画再生の直後に記録をし
ようとすると、ヘッドかもとの位置（基準位置）に戻っ
ていないため、前に曹きこんだトラックに重なったシ、
離れすぎたシしてフォーマットを乱す欠点があった。

（目的） この出願の第１の発明は、発明者がバイモルフ電気・機
械変換素子のヒステリシス現象に関して得た新たな知見
に基づき、前述の欠点を生ずることなく、バイモルフ電
気・機械変換素子に対する偏向電圧を取シ去った場合の
ヒステリシスによる歪を簡単な構成によし軽減する手段
を提供することを目的とする。

第２の発明は、第１の発明に基づき、第１の発明よシも
さらにヒステリシスによる歪を軽減する手段を提供する
ことを目的とする。

（実施例による説明） 以下第２図以降に示す実施例を参照して上記の目的を達
成するためこの出願の発明において請じた手段について
例示説明する。下記の説明は、第１の発明の実施例、第
１の発明を適用した記録又は再生装置における再生モー
ドと電歪モードとの切）換え制御回路、第２の発明の実
施例及びこの出願の発明の他の適用例の順序で行う。

（５） （第１の発明の実施例）（第２図、第３図）第２図及び
第３図はバイモルフ電気・機械変換素子が圧電又は電歪
セラミックで構成される場合のこの出願の第１の発明の
実施例を示し、図中第１図と同一符号を付した部材は基
本的に第１図のものと同じ構成及び機能を有し、各素子
の分極方向は図中矢印で示す方向であるとする。

第２図のバイモルフ変換素子の各素子１，２には、電歪
モードにおいて、それぞれ、分極方向すなわち減極しな
い方向に、電圧＋■１　及び＋ｙ　、　／を印加する。

なお上記の電圧Ｖ、とＶ、′とは、絶対的ではないが相
等しいことを可とする。後に詳述する再生モードにおい
て、バイモルフ変換素子１．２の自由端が、Ａ又はＢい
ずれの方向に偏向するか、またその偏向量がどの程度で
あるかは、この装置の適用例、例えば記録又は拘生装置
におけるヘッドのトラッキング補正動作の態様によって
一義的には定まらず、また偏向の方向及び量を検知する
ことも困難であるが、発明者の実験によれば、上記のよ
うにバイモルフ変換素子１，２に（６） 互いに逆極性にある程度の電圧を強制的に加えることに
よって前述の再生モード時における偏向の方向及び量の
いかんに拘らず、ヒステリシスによる歪を軽減できるも
のである。もとよシ図示の印加電圧の極性及び上２ミッ
ク素子の分極方向のもとでは、素子１と２とはともに縮
む方向に変位するＯ 第３図に示す実施例は、バイモルフ変換素子の分極方向
と逆方向、すなわち減極方向に電圧を印加するものであ
って、この例でも第２図のものと同様にヒステリシスに
よる歪を軽減することができる。ただし減極方向に電圧
を印加する場合は、印加電圧を制限することを要し、使
用される圧電セラミック素子の抗電界に安全率（０，４
〜０．５程度）を乗じた値以下の電圧を印加することが
望ましい。

また第２図及び第３図に示す実施例は、バイモルフ変換
素子の各素子１，２の分極方向が同じであるが、これを
互いに逆方向にすることもできる。

もとよルこの場合、素子１，２に印加する電圧の極性を
画素子がともに同一のモードの変位をするように選定し
なければならない。

さらに前述の実施例はバイモルフ電気・機械変換素子を
構成する各素子１．２の変位モードが伸び又は縮むモー
ドであったが、この出願の発明はその他の変位モード、
例えば厚み、厚みすべ夛、面すべり又はたわみ等のモー
ドについても適用することができる。

実験の一例を示せば、バイモルフ圧電セラミック素子の
自由端に両方向に３０μｍの偏向を５分程度与えた後、
その各素子の分極方向に直流６０Ｖを数１０秒印加して
電歪を行うと、ヒステリシスはビーク対−一りで３．０
μｍであった。そして直流電圧の値が高いほど、またそ
の印加時間が長いほど電歪効果が大きい。なお各素子の
分極方向と逆方向、すなわち減極方向に電圧を印加する
場合は、前述のように印加電圧値を制限することを要す
る。

さらに上記の電歪手段によれは、前述の、従来ビデオテ
ープレコーダで行われていた減衰拍動波による電歪手段
と比較して電歪のための信号発生回路を簡単にすること
ができる利点がある。

（第１の発明を適用した記録又は再生装置における再生
モードと電歪モードとの切り換え制御回路）（第４図） 第４図は記録又は再生装置において記録又は再生ヘッド
をバイモルフ電気・機械変換素子に数少つけてトラッキ
ング補正を行う装置に第１の発明を適用した場合の拘止
モードと電歪モードとを切り換える制御回路の一例を示
し、図において１０は磁気ヘッドとして示される記録又
は再生ヘッド、１ノは増幅器、１２はエンペローノ検波
回路でらヤ、１３はトラッキング補正回路であって機械
的又は環境的原因によるオフトラック（ヘッドの記録ト
ラックに対するずれ）を補正する。１４は所定の直流電
圧を供給する電圧源、１５及び１６はスイッチング素子
、１７及び１８は演算増幅器（ＯＰｌ及び０Ｐ２）、１
９及び２０はアナログスイッチ、２１及び２２はインバ
ータ、２３はバイモルフ電気・機械変換素子２４に対す
るドライ（９） パ、２４はバイモルフ電気・機械変換素子、例えば第１
図〜第３図の１，２で示す圧電セラミック素子、２５は
中央処理装置（ＣｐＵ）、２ｅ、　２７はドライバ２３
０入力端子、２８．２９は同じく出力端子である＠ 上記の回路の作用を説明すると、再生モードにおいては
％　ＣＰＵｚｓの制御によシ、スイッチング素子１５は
トラッキング補正回路１３側に切シ換えられ、スイッチ
ング素子１６はオン状態になっている。この状態におい
て、再生へラド１０で読み出された信号は、増幅器１１
、エンベローノ検波回路１２を経てトラッキング補正回
路１３に入シ、トラッキングエラー電圧が得られる。一
方スイ、チング素子１６がオンになっているため、イン
バータ２ノの出カバ高レベル、インバータ２２の出力は
低レベルにな夛、アナログスイッチ１９はオン、アナロ
グスイッチ２０はオフになってドライバ２３の入力端子
２６　、２７には同じ極性のトラッキングエラー電圧が
与えられ、その結果バイモルフ変換素子２４の各素子に
はドライバ２３（１０） の出力端子２８．２９から同じ極性の電圧が印加され、
バイモルフ変換素子２４は第１図のＡ又はＢ方向へ偏向
する。

再生モードが終了すると、ＣＰＵＥ５からの信号によシ
スイツチング素子１５が直流電圧源１４側に切）換えら
れ、スイッチング素子１６がオフになる。これによ）イ
ンバータ２１の出力は低レベル、インバータ２２の出力
は高レベルになり、アナログスイッチ１９及び２０はそ
れぞれオフ及びオンになるので、端子２６には直流電圧
源１４の電圧が、端子２７にはこの電圧が反転増幅作用
を有する演算増幅器１８によって極性が反転された電圧
がそれぞれ供給され、その結果圧電セラミック素子２４
の各素子２４ｍ、２４ｂには、第２図に示すような互い
に逆極性の電圧が印加される。

そして図示の分極方向及び前記の電圧の極性においては
、素子２４ａ、２４ｂがともに縮む方向に変位する力（
一般的にはともに同一モードで変位する力）を受けるが
、前述のように、画素子を同一モードで変位させること
によシ、ノ々イモルフ圧電セラミック素子２４を偏向さ
せた直後に生ずるヒステリシスによる歪を軽減できるも
のである。

なお前記の電歪モードは、ヒステリシスの影響が大きい
再生モードの直後にこれに切刃換えるのが望ましいが、
一般的には再生モード以外のモードであれはいつ作動さ
せてもよい。

（第２の発明の実施例） この出願の第２の発明は、第１の発明と同様に、バイモ
ルフ電気・機械変換素子の各素子にともに同一モードの
変位を生ずる直流電圧を印加する手段と、減衰振動波電
圧を印加する手段とを設け、これらの手段による電歪動
作を併用するものである。両電圧を印加する時間的関係
は、先ず減衰振動波を印加し、これに続いてもしくはそ
の直後に直流を印加する態様、その逆に先ず直流を印加
し、とれに続いてもしくはその直後に減衰振動波を印加
する態様、又は両電圧の印加時間を部分的もしくは全面
的に（一方の印加時間が他方よシ長く、一方の印加時間
中に他方の印加が終了する場合を含む）重複させる態様
のいずれでも可能である。

実験の一例を示せば、第１の発明の実験例と同様に、バ
イモルフ圧電セラミック素子の自由端に両方向に３０μ
ｍの偏向を５分程度与えた後、減衰振動波のみによって
電歪を行うと、ヒステリシスはピーク対ピークで３６４
μｍであった。これに対し、第２の発明に従がい、最初
の半波のピーク値３０Ｖ、６０Ｈｚの減衰振動波を０．
５〜１．０秒印加した直後にスイッチを切刃換えてバイ
モルフ圧電セラミック素子の名素子の分極方向に直流６
０Ｖを数１０秒印加して電歪を行うと、ヒステリシスは
ピーク対ピークで２．０μｍに減少した。そして、第１
の発明の実験例と同様に、直流電圧値が高いほど、その
印加時間が長いほど電歪効果が大きい。なお圧電セラミ
ック素子の分極方向と逆方向、すなわち減極方向に直流
電圧を印加する場合は、前記と同様に、印加電圧値を制
限することを要する。また第１及び第２の発明の実施態
様として直流電圧を断続的に印加してもよいが、この場
合は全電歪時間が長くなることが考えられる。

（１３） （この出願の発明の他の適用例） 前述の記録又は再生装置に対するこの出願の発明の適用
例は回転磁気シートレコーダに適用したものであったが
、この出願の発明は磁気的記録又は再生装置以外の記録
又は再生装置にも適用することができ、甘たこの出願の
発明は、前述のように、記録担体がシート状又はディス
ク状担体の場合に効果が著しいが、テープ状担体にも適
用することができる。

さらに別個の適用例として、ビームスキャナ等において
発光米子をバイモルフ電気・機械変換素子に卿〕つけ同
変換素子に加える電圧に応じて発光素子が発する光束の
方向を変化させ、又は前記の光束によ多走査を行う装置
に適用した場合にも変換素子に加える電圧を取シ去った
後のヒステリシスに起因する発光素子の基準位置からの
ずれを修正することができる。

その他、この出願の発明はバイモルフ電気・機械変換素
子に偏向電圧を加えて偏向させ、この偏向電圧を取シ去
ったときに変換素子を正確にその（１４） 基準位置に戻す必要がある場合に、一般的に適用するこ
とができる。

（効果） 以上詳細に説明したように、この出願の第１の発明によ
れば、バイモルフ電気・機械変換素子を構成するそれぞ
れの素子にともに同一のモードの変位を生ずる直流電圧
を印加するようにしたので、バイモルフ電気・機械変換
素子を偏向させた場合に偏向電圧を取シ去りてもなお残
留するヒステリシスによる歪を、減衰振動波によって電
歪を行う場合と比較して、簡単な電歪信号発生回路によ
り一層効果的に軽減することができる。

第２の発明によれば、第１の発明による直流電圧による
電歪動作と減衰振動波による電歪動作とを併用すること
により、第１の発明によるよシもさらに電歪効果を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のバイモルフ電気・機械変換素子の構成図
、第２図及び第３図はそれぞれこの出願の第１の発明の
実施例の構成図、第４図はこの出願の第１の発明を適用
した記録又は再生装置における再生モードと電歪モード
との切り換え制御回路のブロック図である。 図中１＋２ｍ２４ｇ、２ｄｂはバイモルフ電気・機械変
換素子を構成する各素子、Ｖ、、Ｖ、’　。 ｖ、、ｖ、’はバイモルフ電気・機械変換素子の各素子
に印加される直流電圧を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）バイモルフ電気・機械変換素子と、前記バイモル
   フ電気・機械変換素子を構成するそれぞれの素子にとも
   に同一のモードの変位を生ずる直流電圧を印加する手段
   と、 を具えるバイモルフ電気・機械変換素子を有する装置。
2. （２）バイモルフ電気・機械変換素子と、前記ｉ４イモ
   ルフ電気・機械変換素子を構成するそれぞれの素子にと
   もに同一のモードの変位を生ずる直流電圧を印加する手
   段と、 前記バイモルフ電気・機械変換素子に減衰振動波電圧を
   印加する手段と、 を具えるバイモルフ電気・機械変換素子を有する装置。