JP2018182084A - リング状ボンド磁石、ボイスコイルモータ、及びボイスコイルモータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数が少ない簡素な構造であって、その製造も容易でありながら、小型の構成にて大きな推力を得ることができるボイスコイルモータの固定子に使用されるリング状ボンド磁石、ボイスコイルモータ、及び、ボイスコイルモータの製造方法を提供する。【解決手段】ボイスコイルモータ２０は、円盤状の下ヨーク１と、下ヨーク１の一面に設けられた３個の円柱状のポールヨーク２と、ポールヨーク２が貫装される３つの孔部３ａを有する一体成形されたリング状ボンド磁石３と、ポールヨーク２が貫装される３つの孔部４ａをリング状ボンド磁石３の孔部３ａと周方向で同じ位置に有する上ヨーク４と、ポールヨーク２のそれぞれが貫装される３個の円筒状のコイル７と、コイル７を支持するコイルサポート８とを備える。リング状ボンド磁石３は、周方向に等配された３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合されて構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、駆動機構に用いられるボイスコイルモータに使用されるリング状ボンド磁石、該リング状ボンド磁石を用いたボイスコイルモータ及びボイスコイルモータの製造方法に関する。

磁気ディスク装置にあっては、磁気ヘッドを搭載したアクチュエータを駆動する駆動源として、ボイスコイルモータが使用されている。

ボイスコイルモータとして、例えば、特許文献１、２には、円筒状のヨークの内周面に円筒状の磁石を固定させた固定子と、コアにコイルを巻回させた可動子とを組み合わせ、磁石とコイルとの間に所定の間隙を設けた態様で可動子を固定子に挿通させた可動コイル型のボイスコイルモータが開示されている。

このようなボイスコイルモータには、駆動対象の機器の大型化の際には、推力の増大が望まれる。但し、この際にボイスコイルモータ自体の大型化は望まれてはいない。

特許文献３には、小型の構成にて大きな推力が得られるようにした磁石可動型のリニアモータが提案されている。このリニアモータでは、角筒状の固定子と円筒状の可動子とを組み合わせて構成される一対のリニアモータを推力方向と直交する上下左右方向に複数連結するようにしている。固定子は、ホルダに挿入されたヨーク内周面に磁石を固着して構成され、可動子は、円筒状のフレームの外周に配置されたコアにコイルを巻回して構成される。

特開平１−１０７６４６号公報 特開平３−１５００６１号公報 特開２０１０−１５４６４９号公報

しかしながら、特許文献３に開示されたリニアモータにあっては、まず、複数の固定子を個々に作製し、これらの複数の固定子を並列に連結して組み立てた後に、各固定子に可動子を挿入して製造している。よって、構造が複雑であるだけでなく、製造工程も煩雑となり、高コスト化が避けられないという問題がある。

このようなボイスコイルモータに使用される磁石は、焼結磁石が用いられることが多いが、焼結磁石にあっては、その形状が金型の製作可否に依存しているため、設計の自由度が乏しい。

また、ボイスコイルモータの発生推力を２倍以上に引き上げるためには、同じものを複数個並列に並べて、１つの出力軸につなげるか、または、ボイスコイルモータのコイルに通電する電流を２倍以上に増やさなければならない。前者の方法では、複数のボイスコイルモータを並列に配置するための設置部品が必要であり、装置全体が大きくなってしまう。また後者の方法では、通常、コイルに２倍以上の電流を流せるようにはなっておらず、コイルの温度上昇や絶縁破壊を引き起こしてしまい短時間で使用できなくなってしまう。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、部品点数が少ない簡素な構造であって、その製造も容易でありながら、小型の構成にて大きな推力を得ることができるボイスコイルモータの固定子に使用される複数のリング磁石を一体接合したリング状ボンド磁石、ボイスコイルモータ、及び、ボイスコイルモータの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るリング状ボンド磁石は、ボイスコイルモータの固定子に用いられるリング状ボンド磁石であって、少なくとも２つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合されて構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、少なくとも２つのリング磁石の外周面の一部同士が接合されている一体成形型のリング状ボンド磁石を、ボイスコイルモータの固定子に用いる。よって、従来のように複数の固定子を組み立てることなく並列型の固定子を簡単に構成できて、ボイスコイルモータの製造を容易に行える。

本発明に係るリング状ボンド磁石は、ボイスコイルモータの固定子に用いられるリング状ボンド磁石であって、周方向に等配された３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合されて構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、周方向に等配された３つのリング磁石の外周面の一部同士が接合されている一体成形型のリング状ボンド磁石を、ボイスコイルモータの固定子に用いる。よって、従来のように複数の固定子を組み立てることなく３個並列型の固定子を簡単に構成できて、ボイスコイルモータの製造が容易となり、また、３極構成であるためにぶれが小さい。

本発明に係るリング状ボンド磁石は、３Ｄプリンタを用いた積層成形、圧縮成形、または射出成形にて作製されていることを特徴とする。

本発明にあっては、一体成形型のリング状ボンド磁石が、３Ｄプリンタを用いた積層成形、圧縮成形、または射出成形にて作製されている。よって、所望の形状を有する一体成形型のリング状ボンド磁石を容易に作製できる。一方、焼結磁石は、単純なリング状の形状を製作することは可能であるが、複数のリング磁石の一部を接合したリング形状にすることは困難であり、本発明には適さない。

本発明に係るボイスコイルモータは、円盤状の第１ヨークと、該第１ヨークの一面に設けられた複数の円柱状の第２ヨークと、該第２ヨークが貫装される複数の孔部を有する一体成形されたリング状ボンド磁石と、前記第２ヨークが貫装される複数の孔部を前記リング状ボンド磁石の前記孔部と周方向で同じ位置に有する第３ヨークと、前記第２ヨークのそれぞれが貫装される複数の円筒状のコイルと、該コイルを支持する支持体とを備えることを特徴とする。

本発明のボイスコイルモータにあっては、複数の円柱状の第２ヨークが一面に設けられた円盤状の第１ヨーク、第２ヨークが貫装された一体成形型のリング状ボンド磁石、及び、第２ヨークが貫装された第３ヨークを積層させた構成を有する固定子と、それぞれに１つの第２ヨークが貫装された複数のコイルを支持体にて支持した構成をなす可動子とを組み合わせている。複数の磁気回路を並列に配置しているため、小型で簡単な構造であっても大きな推力を得ることが可能である。また、一体成形型のリング状ボンド磁石を固定子に使用している構成であるため、従来のように組み立てる必要がなく、簡単に並列型の固定子を構成できる。よって、ボイスコイルモータの製造の簡素化及び低コスト化を図れる。

本発明に係るボイスコイルモータは、前記リング状ボンド磁石の外周面側に設けられたカバーを更に備えることを特徴とする。

本発明のボイスコイルモータにあっては、一体成形型のリング状ボンド磁石の外周面側にカバーを設けている。よって、リング状ボンド磁石の保護を図れる。

本発明に係るボイスコイルモータは、前記第１ヨークと前記第３ヨークとを締結する締結部材を更に備えることを特徴とする。

本発明のボイスコイルモータにあっては、第１ヨークと第３ヨークとを締結部材にて締結している。よって、第１ヨーク及び第３ヨークに挟まれた一体成形型のリング状ボンド磁石の確実な固定を図れる。

本発明に係るボイスコイルモータの製造方法は、円盤状の第１ヨークの一面に設けられた複数の円柱状の第２ヨークを、一体成形されたリング状ボンド磁石の複数の孔部、及び、第３ヨークの前記リング状ボンド磁石の前記孔部と周方向で同じ位置にある複数の孔部に貫装してなる固定子に対して、複数の円筒状のコイルを支持体にて支持してなる可動子を、前記コイルが移動可能に前記コイルに前記第２ヨークが貫装されるべく、配置することを特徴とする。

本発明では、少なくとも２つのリング磁石の外周面の一部同士が接合されている一体成形型のリング状ボンド磁石を、ボイスコイルモータの固定子に用いて、並列型の磁気回路を構成しているので、小型で簡単な構造にて大きな推力を得るボイスコイルモータを提供できる。また、従来のように複数の磁気回路を組み立てることなく並列型の磁気回路を構成できるので、ボイスコイルモータの製造を容易に行うことができる。この結果、製造工程の短縮化、製造コストの低減化を実現することが可能である。さらに、３Ｄプリンタを用いた積層成形により前記リング状ボンド磁石を製造することで金型を製作する必要がないため、短期間に安価に、ボイスコイルモータの試作及び性能評価を行うことができ、新規のボイスコイルモータの開発期間を短くすることができる。

本発明に係るボイスコイルモータを示す斜視図である。 本発明に係るボイスコイルモータを示す分解斜視図である。 本発明に係るボイスコイルモータを示す断面図である。 本発明に係るボイスコイルモータの固定子及び可動子を示す斜視図である。 本発明に係るボイスコイルモータの固定子に使用する一体成形型のリング状ボンド磁石を示す斜視図及び平面図である。 一体成形型のリング状ボンド磁石の他の例を示す平面図である。 一体成形型のリング状ボンド磁石の他の例を示す平面図である。 一体成形型のリング状ボンド磁石の他の例を示す平面図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１、図２及び図３は、本発明に係るボイスコイルモータを示す斜視図、分解斜視図及び断面図である。図４Ａ，Ｂは、本発明に係るボイスコイルモータの固定子及び可動子を示す斜視図である。図５Ａ，Ｂは、本発明に係るボイスコイルモータの固定子に使用する一体成形型のリング状ボンド磁石を示す斜視図，平面図である。

本発明のボイスコイルモータ２０は、固定子１１と可動子１２とを組み合わせて構成されている。

固定子１１は、第１ヨークとしての下ヨーク１と、第２ヨークとしての３個のポールヨーク２と、一体成形型のリング状ボンド磁石３と、第３ヨークとしての上ヨーク４と、カバー５と、締結部材としての３本のボルト６とを有している。締結部材としてのボルト６は非磁性体のものを使用する。磁性体のボルトも使用可能であるが、ボルトにより磁路が短絡されて効率が低下する場合がある。よって、非磁性体のものを用いることが好ましい。

下ヨーク１は、円盤状をなしている。下ヨーク１の内側の一面には、３個の円柱状のポールヨーク２が、下ヨーク１の周方向に等配して立設されている。これらの下ヨーク１及びポールヨーク２は、例えば珪素鋼板などの軟質磁性体で形成されている。下ヨーク１の周方向に等配した位置であって、隣り合うポールヨーク２，２の中間位置には、３個のボルト孔１ａが形成されている。これらのボルト孔１ａそれぞれには、ボルト６が嵌め込まれる。下ヨーク１の中心には中心穴１ｂが形成されている。この中心穴１ｂには、後述する可動子１２のシャフト８ｃが嵌装される。

一体成形型のリング状ボンド磁石３は、図５にも示すように、周方向に等配された３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合されて構成してあり、平面視でクローバ形状を呈する。リング状ボンド磁石３は、周方向に等配して３個の孔部３ａを有することになる。これらの孔部３ａそれぞれには、１個のポールヨーク２が貫装される。また、リング状ボンド磁石３の中心には中心孔３ｂが形成されている。この中心孔３ｂには、シャフト８ｃが嵌装される。リング状ボンド磁石３は厚さ方向（図３の左右方向）に磁化されている。

リング状ボンド磁石３は、例えば、ＳｍＦｅＮ系合金の磁性粉と樹脂とを混合させた混合物を材料として、３Ｄプリンタを用いた積層成形（３Ｄプリンティング）にて作製された樹脂結合型磁石である。３Ｄプリンティングでは、磁性粉と樹脂との混合物をノズルから積層台に、所望の形状を得るべくノズル及び積層台を相対的に三次元で移動させながら、押出し積層させて、リング状ボンド磁石３を作製する。

上ヨーク４は、円盤状をなしている。上ヨーク４には、周方向に等配して３個の孔部４ａが形成されている。これらの孔部４ａの周方向の位置は、リング状ボンド磁石３の孔部３ａの周方向の位置と同じであり、これらの孔部４ａそれぞれには、１個のポールヨーク２が貫装される。上ヨーク４の周方向に等配した位置であって、隣り合う孔部４ａ，４ａの中間位置には、３個のボルト孔４ｂが形成されている。これらのボルト孔４ｂそれぞれには、ボルト６が嵌め込まれる。上ヨーク４の中心には中心孔４ｃが形成されている。この中心孔４ｃには、シャフト８ｃが嵌装される。上ヨーク４は、例えば珪素鋼板などの軟質磁性体で形成されている。

カバー５は、薄肉の円筒状をなしており、リング状ボンド磁石３の外周面を覆うように配置されている。カバー５は、例えばアルミニウムなどの非磁性の金属から形成されている。このカバー５は、リング状ボンド磁石３の保護の機能を果たす。

可動子１２は、３個の円筒状のコイル７と、支持体としてのコイルサポート８とを有している。コイルサポート８は例えばアルミニウム等の非磁性体で形成されている。

コイル７は、例えば銅線を円筒状に巻回して構成されている。各コイル７には、上ヨーク４の孔部４ａ及びリング状ボンド磁石３の孔部３ａを介して１個のポールヨーク２が貫装される。ここで、孔部４ａ及び孔部３ａ内をボイスコイルモータ２０の軸方向に移動できるように、コイル７は配置されている。

コイルサポート８は、円盤状の本体部８ａと、本体部８ａの中心の表面側に延在した円筒部８ｂと、本体部８ａの中心の裏面側に延在したシャフト８ｃとから構成されている。コイルサポート８は、その裏面にてコイル７を支持する。シャフト８ｃは、上ヨーク４の中心孔４ｃ、リング状ボンド磁石３の中心孔３ｂ及び下ヨーク１の中心穴１ｂに、ボイスコイルモータ２０の軸方向に移動可能に嵌装されている。

以下、本発明に係るボイスコイルモータ２０の製造方法について説明する。

上述したような構成を有する下ヨーク１、カバー５で外周面を覆われたリング状ボンド磁石３、及び、上ヨーク４をこの順に積層し、上ヨーク４のボルト孔４ｂ及び下ヨーク１のボルト孔１ａにボルト６を嵌め込んで、固定子１Ｉは構成される（図４Ａ，Ｂ参照）。この際、リング状ボンド磁石３の孔部３ａ及び上ヨーク４の孔部４ａ内に、ポールヨーク２が貫装される。ボルト６の締め付けにより、リング状ボンド磁石３は確実に固定される。

一方、３個のコイル７をコイルサポート８で支持して、可動子１２は構成される（図４Ａ，Ｂ参照）。

そして、コイルサポート８のシャフト８ｃを、上ヨーク４の中心孔４ｃ、リング状ボンド磁石３の中心孔３ｂ及び下ヨーク１の中心穴１ｂに差し込んで、ボイスコイルモータ２０を組み立てる（図１参照）。この際、可動子１２（コイル７及びコイルサポート８）がボイスコイルモータ２０の軸方向に移動可能な態様にて、上ヨーク４の孔部４ａ及びリング状ボンド磁石３の孔部３ａ内でコイル７にポールヨーク２が貫装される。

上述したボイスコイルモータ２０にあっては、３個の磁気回路を並列に配置した構成であるため、長尺とはならずに、部品点数が少ない小型の構造にて、大きな推力を得ることができる。

また、一体成形したリング状ボンド磁石３を使用するので、本発明のボイスコイルモータ２０では、１個のリング状ボンド磁石３を作製しておけば良い。したがって、複数のリング磁石を個々に作製した後、それらの作製した複数のリング磁石を並列に組み立てて固定子を構成する場合に比べて、本発明では、製造工程での大幅な簡素化を実現することができる、この結果、本発明では、製造時間の短縮と、製造コストの低減とを達成することが可能となる。

上述したボイスコイルモータ２０の固定子１１に使用する一体成形型のリング状ボンド磁石３は、周方向に等配された３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合されたクローバ形状としたが、使用される一体成形型のリング状ボンド磁石３はこれに限定されない。図６〜図８は、一体成形型のリング状ボンド磁石３の他の例を示す平面図である。

図６に示す一体成形型のリング状ボンド磁石３は、周方向に等配された３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合された略三角形状を呈している。この例では、上記クローバ形状の例に比べて、周縁部の断面積が大きくなって体積を大きくできるため、更なる推力の増加を期待できる。周方向に等配された３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合された磁石を含む構成となっており、本発明による作用効果を奏する。

図７に示す一体成形型のリング状ボンド磁石３は、近接した３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合されたＬ字形状を呈している。また、図８に示す一体成形型のリング状ボンド磁石３は、近接した３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合された円弧形状を呈している。図７または図８に示すような異形のリング状ボンド磁石３は、ボイスコイルモータの設置空間に制約があって、特定形状の空間内に特定形状（図１に示すボイスコイルモータ２０とは異なる形状）のボイスコイルモータを設置しなければならない場合に、好適である。

なお、上述した実施の形態では、固定子１１に１個の一体成形型のリング状ボンド磁石３を使用することとしたが、これとは異なり、上ヨーク４と下ヨーク１との間に複数個の一体成形型のリング状ボンド磁石３を直列に挟み込んで固定子１１を構成するようにしても良い。このように、リング状ボンド磁石３を複数段重ねることにより、より大きな推力が得られる。

また、上述した実施の形態では、一体成形型のリング状ボンド磁石３を、３つのリング磁石を一体接合させた構成としたが、これとは異なり、２つまたは４つ以上のりング磁石の外周面の一部同士が一体接合させて構成した一体成形型のリング状ボンド磁石３を使用しても良い。この場合には図１に示すボイスコイルモータ２０と同じ形状としても良いし、磁石形状に倣った異なる形状としても良い。

また、上述した実施の形態では、ＳｍＦｅＮ系合金の磁性粉と樹脂とを混合させた混合物を用いて一体成形型のリング状ボンド磁石３を作製したが、これとは異なり、フェライト系の磁性粉またはＮｄＦｅＢ系合金の磁性粉を使用しても良い。

また、上述した実施の形態では、３Ｄプリンティングにて一体成形型のリング状ボンド磁石３を作製することとしたが、これとは異なり、圧縮成形または射出成形にて一体成形型のリング状ボンド磁石３を作製するようにしても良い。

なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 下ヨーク（第１ヨーク）
２ ポールヨーク（第２ヨーク）
３ リング状ボンド磁石
３ａ 孔部
４ 上ヨーク（第３ヨーク）
４ａ 孔部
５ カバー
６ ボルト（締結部材）
７ コイル
８ コイルサポート（支持体）
１１ 固定子
１２ 可動子
２０ ボイスコイルモータ

Claims (7)

1. ボイスコイルモータの固定子に用いられるリング状ボンド磁石であって、
   少なくとも２つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合されて構成してあることを特徴とするリング状ボンド磁石。
2. ボイスコイルモータの固定子に用いられるリング状ボンド磁石であって、
   周方向に等配された３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合されて構成してあることを特徴とするリング状ボンド磁石。
3. ３Ｄプリンタを用いた積層成形、圧縮成形、または射出成形にて作製されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリング状ボンド磁石。
4. 円盤状の第１ヨークと、該第１ヨークの一面に設けられた複数の円柱状の第２ヨークと、該第２ヨークが貫装される複数の孔部を有する一体成形されたリング状ボンド磁石と、前記第２ヨークが貫装される複数の孔部を前記リング状ボンド磁石の前記孔部と周方向で同じ位置に有する第３ヨークと、前記第２ヨークのそれぞれが貫装される複数の円筒状のコイルと、該コイルを支持する支持体とを備えることを特徴とするボイスコイルモータ。
5. 前記リング状ボンド磁石の外周面側に設けられたカバーを更に備えることを特徴とする請求項４記載のボイスコイルモータ。
6. 前記第１ヨークと前記第３ヨークとを締結する締結部材を更に備えることを特徴とする請求項４または５に記載のボイスコイルモータ。
7. 円盤状の第１ヨークの一面に設けられた複数の円柱状の第２ヨークを、一体成形されたリング状ボンド磁石の複数の孔部、及び、第３ヨークの前記リング状ボンド磁石の前記孔部と周方向で同じ位置にある複数の孔部に貫装してなる固定子に対して、複数の円筒状のコイルを支持体にて支持してなる可動子を、前記コイルが移動可能に前記コイルに前記第２ヨークが貫装されるべく、配置することを特徴とするボイスコイルモータの製造方法。

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