JP4289360B2 - アクチュエータおよび磁気ヘッド装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電バイモルフ素子を利用した、例えば特にビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）装置等の回転ドラムにおける磁気ヘッドの取付高さを調整できるようにしたアクチュエータおよび磁気ヘッド装置に関するものである。

従来、ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ），デジタルオーディオテープ（ＤＡＴ）等における回転ヘッド装置（磁気ヘッド装置）は、例えば図１０に示すように構成されている。図１０において、回転ヘッド装置１は、固定ドラム２と、この固定ドラム２に回転可能に支持され且つ図示しないモータにより回転駆動される回転ドラム３と、回転ドラム３の周面から僅かに突出するように設けられた磁気ヘッド４とから構成されている。

このような構成の回転ヘッド装置１によれば、テープ記録または再生時には、図１１に示すように、回転ドラム３が高速回転されると共に、この回転ドラム３の周面の一部において磁気テープ５が巻回される。これにより、磁気ヘッド４は図１２に示すように、磁気テープ５に対して、矢印で示すように斜め方向に、所謂ヘッドトレースにより接触し、記録トラック５ａに対して、磁気記録を行ない、あるいは記録トラック５ａに記録された磁気信号を再生することになる。

ここで、図１３は磁気ヘッド４と磁気テープ５の当接部位の断面を示しているが、磁気ヘッド４は、回転ドラム３に対して、取付部材４ａを介して固定保持されている。その際、磁気ヘッド４のｙ方向の取付高さ等に基づいて、磁気ヘッド４のテープ５上の記録トラック５ａのパターンに対するトレーサビリティが大きく変動することになる。

例えば、磁気ヘッド４の取付高さがずれてしまうと、図１４に示すように、磁気ヘッド４のテープ５に対する移動軌跡Ａは、テープ５の記録トラック５ａのパターンからずれることになり、正確なトレースができなくなってしまう。

従って、磁気ヘッド５の取付高さは、高精度で調整されなければならない。これに対して、テープ５は、テープガイド６や図示しないテープテンション機構等によって、回転ドラム３に対して最適な巻付け状態となるように、調整される。

このため、磁気ヘッド４を回転ドラム３に対して取り付けるための取付部材として、図１５に示すように、圧電アクチュエータ７を使用して、磁気ヘッド４の取付高さを調整可能にした構成が知られている。図１５において、圧電アクチュエータ７は、圧電セラミックスの印加電界に比例した歪みを発生するという逆圧電効果を利用したアクチュエータであって、一般的に伸縮しにくい材質の薄板から成る中心材７ａの両面に、それぞれ圧電材の薄板から成る圧電板７ｂ，７ｃを貼り合わせることにより、構成されている。

上記中心材７ａは、例えば軽量で線膨張係数の小さな、例えばチタン合金、ステンレス、カーボン繊維と樹脂を所定比率で配合したカーボン繊維樹脂材料等の材料が使用されている。また、上記圧電板７ｂ，７ｃは、例えば圧電性を備えたセラミック，樹脂等から構成されていて、各圧電板７ｂ，７ｃの両表面には、それぞれメッキ，蒸着，焼き付け等により電極（図示せず）が形成され、分極処理が施されている。これにより、印加される電界の向き及び大きさに応じて、変位が生じるようになっている。

さらに、圧電アクチュエータ７の一端（図示右端）は、固定部材８により挟持されて固定されていると共に、固定部材８の何れか一方または双方が、前記回転ドラム３に対してネジ等によって固定される。また、圧電アクチュエータ７の他端（図示左端）は、その下面に磁気ヘッド４が瞬間接着剤等によって固定されており、必要に応じて、例えば紫外線硬化型樹脂等によって補強されている。

このような構成の圧電アクチュエータ７によれば、上記圧電板７ｂ，７ｃの電極と中心材７ａとの間に、それぞれ電源部（図示せず）から、駆動電圧が印加されることにより、一方の圧電板７ｂは、分極方向と同じ（または逆）方向に電界が印加されることから、長手方向に沿って縮むと共に、他方の圧電板７ｃは、分極方向と逆（または同じ）方向に電界が印加されることから、長手方向に沿って伸長することになる。

従って、圧電アクチュエータ７は、全体として図１６に示すように、左端が上方に屈曲して、ｙ方向に変位することになる。この屈曲による変形量は、電界の大きさによって制御されるので、電界制御型のアクチュエータが得られることになる。

尚従来の図１０〜図１６で述べた磁気ヘッドは、例えば下記特許文献１に記載されている。図１７は特許文献１に記載の磁気ヘッド装置の斜視図であり、台形状の圧電バイモルフ１０と、この圧電バイモルフ１０を固定し、且つ、ドラムに固定するためのネジ穴を有する固定部材１１ａと、圧電バイモルフ１０と薄板１２を挟持する固定部材１１ｂ及び固定部材１１ｃと、薄板１２に接着されたＶＨフレキ基板１３ａと、圧電バイモルフ１０の先端に磁気ヘッド１４を固定するためのヘッドベース１５と、磁気ヘッド１４に形成されたコイル１６を具備して構成されている。

前記圧電バイモルフ１０は圧電板１０ａ，１０ｂ、中間電極１０ｃ、表面電極１０ｄ，１０ｅを備えている。
特開平１１−１２６３１８号公報

圧電バイモルフの駆動方法には、図１８（ａ），（ｂ）に示すシリーズ型（三端子構造）と、図１８（ｃ），（ｄ）に示すパラレル型（二端子構造）がある。図１８の（ａ），（ｃ）は圧電バイモルフの分極方向を表し、（ｂ），（ｄ）は駆動電源の等価回路を現している。

これらシリーズ型、パラレル型の圧電バイモルフの駆動における印加電圧と振幅（変位量）の関係は図１９に示すとおりである。

シリーズ型の場合、高電圧を印加することによって大きな変位を得ることが出来る反面、低電圧で使用する場合はパラレル型の方が大きな変位を得られる。またシリーズ型の場合は三端子構造になっており上面電極、中間電極、下面電極それぞれに配線が必要であるが、パラレル型の場合は二端子構造になっており上面電極、下面電極を短絡させた表面電極と中間電極に配線することで圧電バイモルフの駆動が可能となる。

従来の磁気ヘッド装置に使われているバイモルフアクチュエータでは、圧電バイモルフの駆動方法を、図１８（ａ），（ｂ）に示すシリーズ型とし、大きな電界の印加によって圧電素子が脱分極しないように、分極と逆方向に印加される電界が圧電素子の抗電界以上にならないようにツェナーダイオードでカットすることによって大きい電圧で大きい変位を得る構造となっており、そのアクチュエータを駆動させるためには、ＨＯＴ，ＳＨＩＭ，ＧＮＤの三端子構造をつくるため部品点数も増え、組立コストが高価となっていた。

且つ圧電素子の抗電界以下で使用する場合、パラレル型の駆動方法に比べてシリーズ型の方が図１９に示すように電圧あたりの変位量が小さく、低電圧駆動のアクチュエータには不利な構造であった。

またシリーズ型の場合、バイモルフ片面に大電位が印加されるため静電気に特に弱いMR素子（磁気抵抗効果型素子）をバイモルフに接合して駆動させるとESD（静電気）によって素子が破壊される恐れがある。

また、従来は圧電バイモルフの駆動電源を導くために図２０に示すように端子およびリード線（配線）を用いていた。図２０は従来のバイモルフアクチュエータの一例を示し、２０は、一対の圧電板２０ａ，２０ｂの間に中間電極２０ｃを挟んで構成された圧電バイモルフである。

圧電板２０ｂの可動端側の表面には磁気ヘッド２４を備えたヘッドチップ２５が接合されている。圧電板２０ａ，２０ｂの固定端側は固定部材２６ａ，２６ｂによって挟持され、該固定部材２６ａ，２６ｂは図示省略の回転ドラムに取り付けられる。

固定部材２６ａ上には磁気信号伝達用のフレキシブルプリント基板２７が設けられており、この基板２７は圧電板２０ａの可動端側まで延設されている。尚、フレキシブルプリント基板７の基板面２７ａと磁気ヘッド２４は図示省略の極細線により接続されている。

圧電バイモルフ２０の中間電極２０ｃの固定端側にはシム端子２８が差し込まれ、該シム端子２８にはリード線２９ａが半田付けされている。圧電バイモルフ２０の圧電板２０ａの固定端側にはホット端子３０が取り付けられ、該ホット端子３０にはリード線２９ｂが半田付けされている。

尚実際には、前記リード線２９ａとシム端子２８の半田付け部位、およびリード線２９ｂとホット端子３０の半田付け部位は、ボンド等の接着剤により被覆されるものである（図示省略）。

このように従来の磁気ヘッド装置に使われるバイモルフアクチュエータは、駆動電圧印加用の端子およびリード線を設けて配線を施す必要があり、部品点数が多いとともに、組み立てコスト、製造コストが高いという欠点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものでその目的は、駆動電圧印加用の配線処理を不要として部品点数、組み立てコスト、製造コスト等を低減させるとともに、アクチュエータに取り付けられる磁気ヘッドのノイズや静電気破壊を防止したアクチュエータおよび磁気ヘッド装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明のアクチュエータは、一対の圧電素子の間に中間電極を挟んで構成された圧電バイモルフと、前記圧電バイモルフの一対の圧電素子の固定端側を、接地電位とされる回転ドラムに締結する導電性締結部材と、前記圧電バイモルフの中間電極に接触され、所定電圧が印加される接触部材とを備え、前記導電性締結部材は、導電性を有するネジであり、前記接触部材は、ピンコンタクト及び／又はバネコンタクトであり、前記圧電バイモルフの一対の圧電素子のうち、少なくともいずれか一方の圧電素子の可動端側に磁気ヘッドを備えたヘッドチップが接合されていることを特徴とする。

前記磁気ヘッドは、磁気抵抗効果型素子を有することを特徴とする。また、本発明の磁気ヘッド装置は、前記アクチュエータを用いたことを特徴とする。

前記構成において、前記一対の圧電素子が、導電性締結部材によって、接地電位である基体に締結されているので、一対の圧電素子は接地電位とされ、また中間電極には接触部材を介して所定電圧が印加される。このため圧電バイモルフはいわゆるパラレル型として駆動されるが、一対の圧電素子表面および中間電極に配線を施す必要がないので、部品点数や製造コスト、組み立てコストが低減される。

また一対の圧電素子の表面が接地電位であるため、該圧電素子に接合されるヘッドチップ表面も接地電位となり、静電気に対して弱いＭＲ素子（磁気抵抗効果型）やＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果型素子）のノイズが低減されるとともに、静電気破壊が防止される。

より具体的には、
（１）磁気ヘッド装置に用いる圧電バイモルフの駆動方法をパラレル型とし、バイモルフの両面を金属あるいは導電処理を施したセラミックや導電性樹脂等で挟み込んだアクチュエータにおいて、金属あるいは導電性樹脂等のネジでドラムに締結して接地し、中間電極にピンコンタクトやバネコンタクトによって電圧を印加させる構造とした。
（２）上記アクチュエータにおいて、アクチュエータ単品での配線処理を一切行なわないことにより部品点数を低減する構造とした。
（３）上記アクチュエータにおいて、圧電バイモルフの両面をアース電位にすることにより静電気に特に弱いMR素子の破壊を防ぐ構造とした。
（４）上記アクチュエータにおいて、圧電バイモルフの両面をアース電位にすることによりMR素子のノイズを防ぐ構造とした。
（５）上記アクチュエータにおいて、圧電バイモルフの両面をアース電位にすることによりバイモルフの両面にヘッドチップを接合する構造とした。

（１）請求項１〜７に記載の発明によれば圧電バイモルフを駆動するための電源印加用の配線が一切不要となり、部品点数や製造コスト、組み立てコストを低減することができる。
（２）また、接合されるヘッドチップを接地電位とすることができるので、静電気に対して弱いＭＲ素子やＧＭＲ素子のノイズを低減することができるとともに、静電気破壊を防ぐことができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。図１は本発明の一実施形態例を示している。本実施形態例における圧電アクチュエータは、圧電セラミックスの印加電界に比例した歪みを発生するという逆圧電効果を利用したアクチュエータであって、一般的に圧電バイモルフと呼ばれている。

この圧電バイモルフ２０は、伸縮しにくい材質の薄板から成る中心材としての中間電極２０ｃの両面に、それぞれ圧電材の薄板から成る圧電板２０ａ，２０ｂ（一対の圧電素子）を貼り合わせて構成されている。

上記中間電極２０ｃは、例えば軽量で線膨張係数の小さな、例えばチタン合金、ステンレス、カーボン繊維と樹脂を所定比率で配合したカーボン繊維樹脂材料等が使用されている。

また、上記圧電板２０ａ，２０ｂは、例えばチタン酸バリウムやジルコン酸鉛等のセラミック材料が用いられる。また、ポリフッ化ビニリデン等の高分子材料も用いることが可能である。

各圧電板２０ａ，２０ｂの外側面には、例えばニッケル、金、銀、モリブデン、錫等の金属材料、またはこれらの合金材料が用いられる。表面電極を形成する方法としては、圧電板の表面に上記材料のペーストを印刷法等により塗布して乾燥、または焼き付けて形成する方法、或いは金属溶射、真空蒸着、スパッタリング、無電解メッキ等により形成する方法が利用できる。

それぞれの圧電板２０ａ，２０ｂは分極処理が施されており、これによって、印加される電界の向き及び大きさに応じて、変位が生ぜしめられるようになっている。

さらに、圧電バイモルフ２０の固定端側は、回転ドラム（基体；図示省略）に固定するためのネジ穴４１ａを有する上ホルダー４１とベースホルダー４２により挟持されて熱硬化樹脂や嫌気性硬化樹脂あるいは瞬間接着剤等の接着剤によって固定されていると共に、上ホルダー４１およびベースホルダー４２が回転ドラムに対してネジ４３（導電性締結部材）によって固定される。

ベースホルダー４２、上ホルダー４１の材料としては、アルミニウム、真鍮等の導電性の材料、もしくは絶縁材料の表面に導電材がメッキ等によって形成されたものが用いられる。

圧電バイモルフ２０の可動端は、その表面に、磁気ヘッド２４を有したヘッドチップ２５が瞬間接着剤等によって固定されており、必要に応じて、例えば紫外線硬化型樹脂等によって補強されている。

上ホルダー４１の上面には、例えば磁気信号の伝達のためのフレキシブルプリント基板４７（プリント基板等も含む）が配設されており、この基板４７は圧電板２０ａの可動端側まで延設されている。

尚、フレキシブルプリント基板４７の基板面４７ａと磁気ヘッド２４は図示省略の極細線により接続されている。

前記ネジ４３の材料としては、ステンレス、真鍮等の導電性の材料、もしくは絶縁材料の表面に導電材がメッキ等によって形成されたものが用いられる。また圧電バイモルフ２０の中間電極２０ｃの固定端側には駆動電圧印加用のピンコンタクト４４が接触されている。

そして前記導電性を有するネジ４３によって圧電アクチュエータを回転ドラムに締結固定することによって、圧電アクチュエータ単体の状態でリード線等を使った配線処理を行なわずとも必然的に圧電バイモルフ２０の圧電板２０ａ，２０ｂの両面が短絡され、回転ドラムをアース電位にすることによって、圧電アクチュエータ単体での配線処理が不要となる。

また圧電バイモルフ２０の表面はアース接地面となり、静電気に対して弱いMR素子、またはGMR素子の保護を考慮しており、ヘッドチップ２５表面がアース電位になることによってノイズが低減される。

尚図１（ｂ）はネジ４３およびピンコンタクト４４を図示省略しており、図１（ｂ）に示すように、ネジ４３がネジ穴４１ａを通して締結される部位においては、中間電極２０ｃは存在しないように形成されている（例えばネジ穴４１ａの径より若干大きい径範囲で切り欠くことにより）。

上記のようなネジ締結により、ネジ４３を介して圧電バイモルフ２０の表面は両面ともアース電位とされるため、図２に示すようにバイモルフの表裏、すなわち圧電板２０ａ，２０ｂの両面に、図１と同様のヘッドチップ２５ａ，２５ｂを各々接合するように構成しても、ヘッドチップ２５ａ，２５ｂに駆動電圧が印加されることはなく、ダブルチップ構造の圧電アクチュエータを実現できる。

また図３に示すように、上ホルダー４１、ベースホルダー４２の固定部材を使わずに圧電バイモルフ２０を直接回転ドラムにネジ４３で締結固定するように構成しても、バイモルフ両面がアース電位となりヘッドチップ２５を可動することができる。

さらに、駆動電圧印加用のピンコンタクト４４の代わりに、図４〜図６に示すようにバネコンタクト５４を用いても良い。図４は図１のヘッドチップを圧電バイモルフ２０の片面にのみ設ける実施例に対応し、図５は図２のヘッドチップを圧電バイモルフ２０の両面に設ける実施例に対応し、図６は図３の固定部材を使わず圧電バイモルフ２０を直接回転ドラムに締結固定する実施例に対応し、各々図１〜図３と同一部分は同一符号をもって示している。

図７は前記図４の実施例のアクチュエータを回転ドラム３のマウント面３ａに締結固定した状態の斜視図である。

また図８は図４の実施例のアクチュエータを回転ドラム３のマウント面３ａに８個締結固定した状態の斜視図である。

図７、図８からわかるように、アクチュエータ単体での配線が不要であるため極めてシンプルな構造となる。

また図９は本発明を、リニア方式で記録再生を行う磁気ヘッド装置に適用した実施例の要部側面図である。図９において６０は磁気ヘッド基体であり、その上、下面には、一対の圧電板２０ａ，２０ｂ間に中間電極２０ｃを挟んで成る圧電バイモルフ１２０ａ，１２０ｂが、前記図４と同様にしてネジ４３によって各々締結固定されている。

圧電バイモルフ１２０ａ，１２０ｂの各中間電極２０ｃの固定端側には図４と同様に駆動電圧印加用のバネコンタクト５４が各々接触されている。

圧電バイモルフ１２０ａ，１２０ｂの可動端側の圧電板２０ｂの表面にはチップベース６１ａ，６１ｂの各一端が接着され、チップベース６１ａ，６１ｂの各他端間には、リニアテープ（図示省略）に対向する前方面１２５Ｆ側に磁気ヘッド（図示省略）が搭載された磁気ヘッドチップ１２５が接着されている。

このように構成されたリニア方式の磁気ヘッド装置においても、圧電バイモルフ１２０ａ，１２０ｂの駆動電源印加用の配線は不要となり、部品点数や製造コスト、組み立てコストを低減することができる。

本発明の一実施形態例を表し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は要部斜視図。 本発明の他の実施形態例を示す斜視図。 本発明の他の実施形態例を示す斜視図。 本発明の他の実施形態例を示す斜視図。 本発明の他の実施形態例を示す斜視図。 本発明の他の実施形態例を示す斜視図。 図４のアクチュエータを回転ドラムに取り付けた様子を示す要部斜視図。 本発明の複数のアクチュエータを回転ドラムに取り付けた様子を示す斜視図。 本発明をリニア方式の磁気テープを用いる装置に適用した実施形態例の要部側面図。 従来の回転ドラムの斜視図。 従来の磁気ヘッド装置における磁気テープと回転ドラムの配置を示す説明図。 磁気テープ上のトラックを示す説明図。 従来の磁気ヘッド装置における磁気テープと磁気ヘッドの配置を示す説明図。 磁気テープ上のトラックずれを示す説明図。 従来のアクチュエータの一例を示す側部断面図。 従来のアクチュエータの変位を示す説明図。 従来のアクチュエータを備えた磁気ヘッド装置の一例を示す斜視図。 圧電バイモルフの駆動方法を表し、（ａ），（ｃ）は分極方向の説明図、（ｂ），（ｄ）は駆動電源の等価回路図。 圧電バイモルフの各駆動方法における振幅対電圧特性図。 従来のアクチュエータの一例を示す斜視図。

符号の説明

３…回転ドラム、３ａ…マウント面、２０…圧電バイモルフ、２０ａ，２０ｂ…圧電板、２０ｃ…中間電極、２４…磁気ヘッド、２５，２５ａ，２５ｂ…ヘッドチップ、４１…上ホルダー、４１ａ…ネジ穴、４２…ベースホルダー、４３…ネジ、４４…ピンコンタクト、４７…フレキシブルプリント基板、５４…バネコンタクト、１２５…磁気ヘッドチップ。

Claims (3)

1. 一対の圧電素子の間に中間電極を挟んで構成された圧電バイモルフと、
   前記圧電バイモルフの一対の圧電素子の固定端側を、接地電位とされる回転ドラムに締結する導電性締結部材と、
   前記圧電バイモルフの中間電極に接触され、所定電圧が印加される接触部材とを備え、
   前記導電性締結部材は、導電性を有するネジであり、
   前記接触部材は、ピンコンタクト及び／又はバネコンタクトであり、
   前記圧電バイモルフの一対の圧電素子のうち、少なくともいずれか一方の圧電素子の可動端側に、磁気ヘッドを備えたヘッドチップが接合されていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記磁気ヘッドは、磁気抵抗効果型素子を有することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 請求項１に記載のアクチュエータを用いたことを特徴とする磁気ヘッド装置。