JPS5815844B2 - 可動磁気ヘツドを制御するための改善された駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的には圧電偏向装置又はバイモルフに関す
る。

特に本発明は比較的大量の双方向性偏向を必要とする装
置においてこのようなバイモルフを偏向させるための改
善された駆動回路装置に関する。

本願と出願人が同一の「可動ビデオヘッド薊御駆動回路
装置」に係る１９７６年４月１６日出願、出願番号６７
７８２８号、発明者レイモンドエフ・ラビツツアの出願
に包括的に記載する如く、一対の圧電セラミック素子を
接合し、該素子に偏向電圧を印加することによりそれを
長さ方向に屈曲又は偏向させることは公知である。

このような構成は当業者の間でバイモルフ又は偏向装置
として知られており、このようなバイモルフを電気的に
偏向するとモーターとして作用すると一般に言われてい
る。

バイモルフを構成する個々のセラミック素子は高誘電率
の多結晶性物質から成り、これに強い単向性の電圧を印
加しその印加電圧の極性にに応じて分極すると圧電特性
を得る。

従って、分極した多結晶性物質は「偏極（ｐｏｌｉｎｇ
）方向」を有すると言われ、その後も引き続いて電圧を
印加すると特異な機械特性を示す。

一例として、薄く長い圧電素子を薄い寸法安定性の基板
に接合した場合の如く、該素子の上表面の動きは自由で
下部表面の動きは制限されている時に、この上表面と下
表面間に電圧を印加すると、該素子は屈曲する。

屈曲効果を増幅する公知の方法としては、基板の各面に
圧電セラミック素子を接合し各素子中の基板間に電圧を
印加し該電圧方向が−の素子の偏極方向と一致し他の素
子の偏極方向とは逆になるようにする方法がある。

この結果プッシュプル効果が得られ一対の接合素子は単
独の場合より大きく屈曲する。

印加電圧の極性を反対にすると、一対の素子が屈曲する
方向も又反対になる。

用途によっては、上述の構成即ち偏向電圧を−の素子の
偏極方向と同一、他の素子の偏極方向とは反対に印加す
ることで充分である。

しかし犬なる屈曲量が必要な場合、偏向電圧も又大きく
する必要がある。

そして圧電セラミック素子の偏極方向と反対方向に（即
ち□、元の分極電圧の極性を反対極性で）大電圧を印加
すると該素子を減極する傾向がありその結果使用するに
従って屈曲又は偏向する能力が落ちることが判っている
。

大きな双方向性偏向が必要とされる用途の一例として、
ロータリー・スキャン型テープレコーダがある。

このテープレコーダにおいて磁気変換器はロータリー・
スキャニング・アセンブリに固定されたバイモルフ上に
設置されており、該バイモルフは変換器が記録トラック
に対して正確に位置決めされ最適な情報記録又は再生が
達成できるように偏向する。

このテープレコーダは又、トラックに対するヘッドの位
置を検知する電子的手段及び変換器とトラックの位置を
合わせる電子的手段を含む。

このような広帯域テレビジョン信号を記録再生するレコ
ーダは本願と出願人が同一で現在係属中の他の出願、即
ち発明の名称［自動走査トラッキング法］、発明者ラビ
ツツア及びホイラー、出願臼１９７６年３月２２日、出
願番号６６９０４７及び発明の名称［位置決め可能な変
換器実装構造、発明者ハサウエー、出願臼１９７６年３
月１９日、出願番号６６８６５１、に開示されている。

このような出願に記載されている普通ビデオテープレコ
ーダと呼ばれるレコーダの一態様において、バイモルフ
の一端に変換器が設置されていて、偏向電圧をバイモル
フに印加、それを偏向させることにより走査中のトラッ
クに対して変換器を正しく位置決めしている。

このようなレコーダにおいて磁気変換器を動力）すのに
必要な偏向量は約１７ミル以上で上記の出願に述べるよ
うに具体的には装置の設計限界によって決普る。

このような場合、バイモルフに印加して必要な偏向を行
うには大きな偏向電圧、即ち約２００ボルトが必要であ
ると思われる。

バイモルフを公知の方法で構成、駆動した場合前述した
減極効果により偏向感度が低下する。

従ってビデオテープレコーダその他の偏向感度の低下が
望１しくない用途の環境において、分極効果は明らかに
不利な現象であることを充分認識すべきである。

前述したラビツツアの出願第６７７８２８号において、
バイモルフの偏向を制御する駆動回路装置はこの不利な
減極効果を生じない。

何故なら、偏向電圧の印加方法が特殊で、バイモルフの
ある特定の圧電セラミック素子に印加される電圧は決し
て偏極方向と反対の方向には印加されないからである。

本発明の目的はバイモルフのいずれの構成素子も減極す
ることなく該バイモルフの大振幅の双方向性偏向を達成
できる改善された安価な回路装置を提供することである
。

本発明の他の目的及び利点は添付図面を参照しながら以
下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう
。

一般的に述べれば、本発明は、望１しくない減極を招く
ことなく又単純で安価な回路装置を用いて、偏向可能な
バイモルフ又は偏向器に確実に大振幅の偏向を与えるこ
との可能な改善された方法及び装置に関するものである
。

本発明によれば、車重しくない減極効果を避けるには、
互いに反対の偏極方向に配置した一対の圧電セラミック
素子を接合したものに偏向電圧を印加し、極性がこれら
の素子の偏極方向と一致するようにする。

本発明の好ましい態様において、各セラミック素子にそ
の偏極方向に直流バイアス電圧を印加し、交流偏向電圧
をその直流バイアス電圧の上に重ねることによりバイモ
ルフの偏向を制御する。

−の圧電セラミック素子に印加した交流偏向電圧は他の
素子に対して逆位相で、又直流バイアス電圧の大きさは
任意の素子に印加される正味電圧、即ち直流バイアス電
圧と瞬間の交流偏向電圧の和が常に同素子の偏極方向と
同一方向の極性を有するように選択される。

以下の説明から明らかなように本発明は多くの用途、特
にそのうちでもヘリカル・スキャン型レコーダ、フロッ
ピィ・ディスク装置その他の環境に有用である。

後述する本発明の具体例においては、例えば本発明の使
用が可能なヘリカル・ビデオテープレコーダの一態様の
如く、外部の自由端に変換ヘッドを支持した他端を固定
したバイモルフを用いているが、本発明の範囲はこのよ
うなヘリカル・テープレコ・−ダのみに限られるもので
ないことは当然である。

添付図面にはバイモルフ・アセンブリが使用可能なビデ
オテープ記録装置を具体的に示していないが、ラビツツ
アの出願第６７７８２８号を参照するとヘリカル・テー
プレコーダの回転走査ドラムの記載があり、これは本明
細書の添付図面にその概略を示した偏向可能な磁気変換
器アセンブリを含んでいる。

ラビツツアの出願第６７７８２８号の明細書の詳細は以
下の記載にも含１れる。

添付図面、特に第１図を参照して本発明の一実施例を述
べると、符号１０で総称する細長い偏向可能なバイモル
フアセンブリは多数の層を接合して成り、圧電モータと
して働く。

更に詳細に述べると、バイモルフアセンブリ１０は上部
の圧電セラミック素子又は層１２、下部の圧電セラミッ
ク素子又は層１４、更にこの上部素子１２及び下部素子
１４の間に接合された中間導電基板１６から構成される
。

基板１６はバイモルフの動きを、印加された電位に応じ
た屈曲運動のみに制限する。

素子１２及び１４に電位を印加するために、導電層１８
及び２０を設は該素子の露出面を覆う。

図に示す如く、アセンブリ１０はその左端を支持体２２
（ここではその概略だけを示す）で支持されかつ片持さ
れていて、反対側の自由端は変換器２５を担持し、その
電気的接続部は図示されていないが実際は磁気ビデオテ
ープ媒体からの再生信号及び該媒体に対する記録信号に
関連した回路装置に接続している。

素子１２及び１４に偏向電位を印加するために、ライン
２４及び２６に電圧をかける。

ここでライン２４は層１８に、ライン２６は層２０に接
続する。

図に示す如く、素子１２及び１４間の基板１６は接地接
続２８を有す。

基板１６にかかる大地電位とライン２４及び２６に印加
される電位の差によりアセンブリ１０が所期の量だけ偏
向する。

前述した如く、バイモルフ・アセンブリの偏向方向を決
定するのはそれに印加された電圧の極性及び一対の圧電
セラミック素子の偏極方向である。

圧電セラミック素子に偏極方向を与えるには、１ず素子
に単方向性の電界を作用させ電界方向に従って分極させ
る。

分極した圧電セラミック素子はこうして「偏極方向」を
有するとされ、その後電圧を列後き印加すると特異な機
械特性を発揮する。

第１図の矢印３０及び３２はそれぞれ素子１２及び１４
の偏極方向を示す。

第２図はバイセルフ・アセンブリ４０の概略を示す。

このバイモルフ・アセンブリ４０は図１図に示すアセン
ブリ１０と実質的に同様に一対の圧電セラミック素子４
２及び４４が基板４６に接合して構成されている。

同様にアセンブリ４０は支持体４８に固定され、ライン
５０．５２及び５４を通しバイアス電圧を印加すること
により偏向する。

アセンブリ４０の偏向の様子は前述のラビツツアの出願
第６７７８２８号に記載された方法及び構造に従って説
明することができる。

この出願は最新の公知技術の一例で、ラビツツアの方法
はそれ以前の偏向電圧駆動法に比べて格段の進歩である
。

第２図に示す圧電セラミック素子が第１図のものと異な
る点は、両方の素子４２及び４４が共通の偏極方向を有
する、即ち矢印５６及び５Ｂで示す偏極方向は同一であ
り、これに対し第１図のアセンブリにおいてはこの方向
が互いに逆であるということである。

第２図に示す構成の詳細を述べると、バイアス電圧源６
０及び６２を設け、電源６４から供給される交流信号又
は交流偏向電圧に直流電圧を付加的に印加する。

特に、バイアス電圧源６０を電源６４及びアンプ６６の
入力側とに結合し、アンプ６６の出力はライン５０によ
って素子４２に結合される。

バイアス電圧源６２を電源６４及びアンプ６Ｂの入力側
とに結合し、アンプ６Ｂの出力はライン５２によって素
子４４に結合される。

偏向電圧は、その極性が素子４２及び４４の偏極方向と
常に一致しその結果いずれの圧電セラミック素子も減極
することなしにバイモルフを大きく偏向させることがで
きるように該素子に印加する。

従って、矢印５６及び５Ｂで示す方向に素子を分極した
場合、バイアス電圧源６０はその正端子が素子４２の方
向に、その負端子が電源６４の方向になるように結合す
る。

バイアス電圧源６２の分極方向は電圧源６０の場合と反
対で、その負端子は素子４４の方向に、その正端子が電
源６４の方向になる。

バイアス電圧源６０及び６２は好１しくは１／２Ｖｍａ
ｘに等しい大きさの正及び負の直流電圧を発生する。

ここでＶｍａｘは各素子４２及び４４に印加される最大
偏向信号のピーク・ピーク振幅である。

素子４２及び４４は従って互いに反対方向の１ ／ ２
Ｖｍａ ｘのバイアスがかかつていて、他に偏向電圧
が印加されていなければ、バイモルフ４０は全熱偏向し
ない。

バイモルフを様々な程度に偏向させるには、直流電源６
０及び６２更にアンプ６６及び６Ｂを通して交流偏向又
は可変電圧源６４を素子４２及び４４に結合する。

素子４２及び４４に印加した交流偏向電圧のピーク・ピ
ーク振幅は、いずれの素子に対してもその偏極方向と反
対方向の極性の正味電圧を印加しない場合はＶｍａｘよ
り大きくないと思われる。

電源６４からの偏向電圧が一般に正弦波を描いて変化す
る場合、素子４２に現われる正味電圧は第３図に示すグ
ラフの上半分に示すようなもので、素子４４にかかる正
味電圧はそのグラフの下半分に示される。

各素子４２及び４４が１ ／ ２ Ｖｍａｘで逆方向の
バイアスがかかつていて、重ね合わせて得られた交流偏
向信号を各素子に与えると、素子４２及び４４の各々に
かかる正味電圧の極性は常に各素子の偏極方向と同一で
ある。

第３図で「偏向」と表示した二本の曲線は、バイモルフ
４０が電源６４によって与えられた交流偏向電圧の瞬間
振幅の２倍で偏向することを示す。

素子４２にかかる正味電圧が１ ／ ２ Ｖｍａｘより
正（又は負）になれば、素子４４にかかる電圧の正味振
幅はそれに応じてより正（又は負）になる。

しかし、電圧源６２によってバイアスがかかつているの
で、交流偏向電圧のピーク・ピーク振幅がＶｍａ ｘを
越えない限り素子４４にかかる正味電圧の極性は常にそ
の偏極方向と同一である。

第２図に示す概略図から明らかな様に、バイモルフを構
成する二枚の圧電セラミック素子４２及び４４の偏極方
向が同一の場合、その素子に適当なバイアスを与えるに
は正負両方の電源が必要である。

本発明に従えば、唯一個の電源しか必要でない。

その理由は前述した如くバイモルフ素子１２及び１４は
その偏極方向が互いに反対（第１図に示すバイモルフ・
アセンブリ１０の矢印３０及び３２参照）だからである
。

このように偏極方向が反対の場合、単一のバイアス電圧
源が利用できるので回路コストが大幅に低下する。

更に詳細に述べると、第１図の装置は単一の直流バイア
ス電圧源１０を有し、この電圧源の負端子はライン７４
を通って加算接合点γ６及びγＴに接続し、この加算接
合点はそれぞれアンプ７Ｂ及び８０の反転入力に接続し
、アンプの出力はそれぞれライン２４及び２６に接続す
る。

直流バイアス電圧源γ０の正端子は大地電位に結合する
。

交流偏向電圧源８２はライン８４及び８６を通り−１又
は反転増幅器８８に接続する。

増幅器８８は電圧源８２によって発生し、ライン９０を
通ってアンプ１Ｂの非反転入力に与えられる信号の位相
を変える。

電圧源８２はライン８４及び９２を通ってアンプ８０の
非反転入力に直接接続する。

帰還抵抗Ｔ９はアンプ１８の出力と加算接合点Ｔ６の間
に結合している。

同様ｔこ、帰還抵抗８１がアンプ８０の出力と加算接合
点ＴＩの間に結合している。

交流偏向電圧源Ｂ２の発生する正弦波信号が出力ライン
８４に現われると仮定すると、アンプ８０の出力に現わ
れる電圧のｉ形は第４図に示す波形９４と同様になる。

この信号は又−１増幅器８８によって反転しアンプＴ８
の出力側のライン２４に現われる。

この反転信号の波形９６を第４図に示す。

二個の加算接合点はアンプＴ８及び８０の反転入力に結
合しているので、各素子１２及び１４に印加される合成
又は正味電圧は第４図の曲線が示すように決して負とは
な“らない。

直流バイアス電圧のレベルは好１しくは最大電圧の１／
２に設定し、交流偏向電圧源８２の最大電圧値も好普し
くほこの直流バイアス電圧値に等しくすることにより、
交流偏向電圧が正方向の場合、圧電セラミック素子に印
加する電圧が最大値にすることができる。

又、偏向電圧が直流バイアス電圧に対して負の時、合成
電圧を約零にすることができる。

以上に示した極性の全てを逆転しても同一の結果が得ら
れる。

一１増幅器８８を用いることにより、加算接合点Ｔ６に
発生する交流偏向電圧波形は加算接合点ＩＴに発生する
ものと極性が常に反対で、このためバイモルフの偏向又
は屈曲が可能となる。

交流偏向電源電圧が第４図のグラフのＡ１点に示す値を
とると仮定すると、素子１４に印加される曲線９４の電
圧は最大である一方、素子１２に印加される電圧を現わ
す曲線９６は約零ボルトの値をとる。

最大電圧は１部のバイモルフ素子に対して偏極方向に印
加されるので、バイモルフは第１図に示す如く上方に屈
曲する。

同様に、電圧が第４図のＢ点に示す値をとる時、即ち曲
線９６で示す圧電セラミック素子１２に最大電圧が印加
され、曲線９４で示す下部素子１４に約零ボルトの電圧
が印加されると、圧電セラミック素子１２の偏極方向に
正の電圧が印加されバイモルフは下方に偏向する。

偏向の必要がない時は、Ｃ点で示す如く交流偏向電圧は
零となり、各圧電セラミック素子には等しい直流バイア
ス電圧が印加される。

以上、電源８２の出力波形が正弦波であると仮定して説
明したのは、単に駆動回路装置の動作を説明するためで
ある。

実際の電源としては大規模な回路装置を用いることがで
き、偏向信号を発生して記録トラックのトラッキングの
ように変換器を希望する軌跡に維持したり、記録中に所
定の軌跡を形成する。

第１図のブロック図に示す操作を行うのに用いることの
できる具体的な回路装置を第５図に示す。

この装置にはラインを８４を通して適当な回路装置（本
発明を構成するものではない）から交流偏向信号が加え
られる。

−１増幅器８Ｂは演算増幅器１００及び抵抗１０２，１
０４から成り、−１の利得を与える演算を行う。

即ちライン８４゜９２上の入力側の信号に対して反対位
相の信号を出力側で有効に与える（ライン９２はアンプ
８０に接続する）。

アンプ１Ｂ及び８０はその動作が実質的に同一で、一組
の差動入力トランジスタ１０６．１０８を含み、トラン
ジスタ１１０はこの一組の差動トランジスタに電流バイ
アスを与える。

トランジスタ１１２は電流バイアスをトランジスタ１０
８に与え、後者は増幅段を与える。

トランジスタ１１４及び１１６はプッシュプル・Ｂクラ
ス・エミッタ・ホロワで、容量性負荷とじてのバイモル
フを駆動するため電流を増幅するのに用いる。

抵抗Ｔ９は帰還抵抗で増幅器８８の利得を安定化するの
に用いる。

アンプ１８及び８０は好ましくは、バイモルフが大きな
偏向量を得るため約２００ボルトの最大偏向を必要とす
′る場合に第４図に示す電圧を印加した時、約１０の利
得を有する。

以上述べた様に、一対の圧電セラミック素子を有するバ
イモルフを駆動する本発明の駆動回路装置は、該圧電セ
ラミック素子の偏極方向と反対方向に電圧を印加するこ
とによる分極効果という悪影響を受けずに大きな偏向量
を与えることができる。

本発明では、直流バイアス電圧は単極でよいので一個の
電源を使用するだけでよい。

この回路装置の実際の応用範囲は広く、特にビデオテー
プレコーダの自動走査トラッキング装置、その他の双方
向性の大偏向量をバイモルフに与える必要のある装置に
使用するにの適している。

上記に記載した具体例の他にも多くの変更、修正、変形
が可能なことは当業者に明らかである。

従って、本発明は特許請求の範囲に規定した発明の趣旨
に含まれるこれらの全ての変更、修正、変形を含むこと
勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁気変換器アセンブリを担持したバイモルフに
双方向性の偏向を与えるのに使用できる本発明を利用し
た駆動回路のブロック図である。 第２図はラビツツアの出願第６７７８２８号に開示され
た公知のバイモルフ偏向方法を示す。 第３図はラビツツアの出願第６７７８２８号に教示され
た公知方法に従って、第２図に示したバイモルフ素子に
印加する電圧の波形図である。 第４図は第１図に示したバイモルフの素子に印加される
正味電圧とそれによって生じる偏向を波形的に示したも
のである。 第５図は第１図に示したブロック図の作動を行うのに使
用できる回路装置の一興体例の電気的概略図である。 図で、１０はバイモルフ組立体、ＴＯはＤＣバイアス源
を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに反対の偏極方向に配向された中間の共通基板
   に結合された一対の電気的に偏極された圧電セラミック
   素子を有し、該結合された一対の素子は一端を片持され
   反対端は自由に偏向可能なバイモルフ； 該圧電セラミック素子の各々と該基板との間に同一極性
   の直流バイアス電圧を印加し、印加されたバイアス電圧
   の極性はそれを印加した圧電セラミック素子の偏極方向
   と同一方向であるような手段；及び前記直流バイアス電
   圧に重ね、該バイモルフの偏向を制御するように該基板
   と該圧電セラミック素子の各々に交流偏向電圧を印加し
   、該直流バイアス電圧は各圧電セラミック素子に印加さ
   れた正味電圧がその素子の偏極方向と同一方向の極性を
   有するに充分な強さを持ち、該素子の一方に印加された
   交流偏向電圧は他の素子に印加された電圧と逆方向であ
   る手段とから成る圧電バイモルフとその駆動回路。 ２ 記録媒体のトラックに沿って情報を記録及び／又は
   再生するための偏向可能な変換装置において、該変換装
   置は結合され、互いに反対の偏極方向に配向された一対
   の電気的に偏極された圧電セラミック素子から成り、該
   結合された一対の圧電素子は共通な一端を片持され反対
   の共通端は自由に偏向可能な圧電バイモルフ； 該記録媒体に関して情報を変換するために該バイモルフ
   の偏向可能な一端に設けられた変換器；及び 各圧電セラミック素子に偏向電圧を印加し、該偏向電圧
   はそれを印加した圧電セラミック素子の偏極方向と同一
   方向の極性を有しそれによりいずれの圧電セラミック素
   子も減極させることなく該バイモルフを大きく偏向させ
   ることができる手段とからなることを特徴とする変換装
   置。 ３ 記録媒体のトラックに沿って情報を記録及び／又は
   再生するための偏向可能な変換装置において、該変換装
   置は、 互いに反対の偏極方向に配向され中間の共通基板に結合
   された一対の電気的に偏極された圧電セラミック素子か
   ら成り、該結合された一対の素子は共通な一端を片持さ
   れ反対の共通端は自由に偏向可能な圧電バイモルフ； 該記録媒体に関して情報を変換するために該バイモルフ
   の偏向可能な一端に設けられた変換器；該圧電セラミッ
   ク素子の各々と該基板の度に同一極性の直流バイアス電
   圧を印加し、その印加されたバイアス電圧の極性が、印
   加された圧電セラミック素子の偏極方向と同一方向であ
   るような手段； 前記基板と該圧電セラミック素子の各々に交流偏向電圧
   を印加しそれが該直流バイアス電圧に重ね該バイモルフ
   の偏向を制御するための手段で、かつ該直流バイアス電
   圧は各圧電セラミック素子に印加された正味電圧がその
   素子の偏極方向と同一方向の極性を有するに充分な強さ
   を持ち、該素子の一方に印加された交流偏向電圧は他の
   素子に印加された交流偏向電圧に対して反対位相である
   ような手段と力）らなることを特徴とする変換装置。 ４ 中間の導電性の共通基板に結合され互いに反対の偏
   極方向を有する一対の電気的に偏極された圧電セラミッ
   ク素子から成り、一端を固定され他端は偏向電圧の印加
   に応じて自由に偏向可能なバイモルフ；及び 該素子を減極するような方向に電圧をいずれの素子にも
   印加することなく該バイモルフをいずれの方向にも偏向
   できるような極性を持った正味の偏向電圧を各素子と該
   基板間に印加するための手段から成ることを特徴とする
   圧電パイモルト及びその駆動回路。 ５ 互いに反対の偏極方向に配向され中間の共通基板に
   結合された一対の電気的に偏極された圧電セラミック素
   子を有する一端を片持された圧電バイモルフを駆動する
   方法において、各圧電セラミック素子に、その素子の偏
   極方向と同一方向の極性を持った偏向電圧を印加し、い
   ずれの圧電セラミック素子をも減極させることなくバイ
   モルフを大きく偏向させることを特徴とする方法。