JP4388203B2

JP4388203B2 - 複合型電磁アクチュエータ装置

Info

Publication number: JP4388203B2
Application number: JP2000152065A
Authority: JP
Inventors: 譲鈴木; 栄藤谷; 尚之原田; 晋武松下
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2020-05-23
Also published as: EP1158547A3; EP1158547A2; DE60135181D1; EP1158547B1; US6960847B2; US20060044096A1; US7145423B2; US20030205941A1; JP2001339931A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸方向にリニア動作する電磁アクチュエ−タ、特に、外周部にステータヨークを有し、その内部に励磁用コイルと永久磁石とヨークからなる可動部を有する可動磁石型の電磁アクチュエータおよび複合型アクチュエータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来知られている電磁アクチュエータとして、たとえば、情報記憶装置の情報読み／書き用ヘッドの駆動に用いられ、ヘッドを直接的に直線駆動または回転駆動させて記録媒体上の適切なトラック上に位置決めさせながら記録媒体から情報を読み／書きする可動コイル型のアクチュエータがある。このアクチュエータはＶＣＭ(Voiｃe Ｃoil Motor)と呼ばれ、磁界と直角方向成分のコイルに電流を流すことによって生ずるフレミング左手の法則による電磁力によりコイル部に取り付けたヘッドを駆動するアクチュエータであり、直線領域（移動距離は１０ｍｍ程度）または回転領域（回転角度は９０度程度）内でフィードバック制御技術を用いて高精度の位置決め制御ができる。
【０００３】
もう１つの電磁アクチュエータは、安価な２相クローポール型ステッピングモータを用いたもので、モータ軸にリードスクリューを切り、モータの回転に伴ってこのスクリューを介して取り付けられたヘッドが直線運動する方式のアクチュエータである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上述した可動コイル型（ＶＣＭ型）アクチュエータには次のような欠点がある。
（１）移動範囲が広いので、磁石とコイルのエアギャップ長を狭く設定できない。従って、エアギャップの磁束密度を高く設定できない。
（２）高性能磁石を使用しないと必要な推力（電磁力）が出せない。
（３）可動部がコイルであるので巻数を稼ぐことが難しい。従って形状が大きくならざるを得ない。
（４）可動部のコイルに給電しなければならないので、高価な給電ハーネスが必要となる。
（５）移動範囲が広いので、可動部の質量を同じとすると、大きな推力を発生させないと同等の周波数応答性が確保できない。
（６）VＣMは、磁気回路を密閉構造にできないので、外部への漏洩磁束が大きい。
（７）漏洩磁束が低減できないので、磁気記憶装置に用いた場合、装置の読み出し／書き込みの信頼性に問題を残す。
等の問題があり、磁気記録装置への流用には大きな制約条件となっていた。また、上記の理由から何と言ってもコストが下がらない欠点もある。
【０００５】
一方、２相クローポール型ステッピングモータを用いたアクチュエータには次のような問題がある。
（１）回転運動を直線運動に変換するスクリュー等の機械的な変換機構が必要である。
（２）直結式ではないので性能（高速性かつ高分解能）に限界がある。
（３）駆動源が開ループ制御を前提としたステッピングモータであるので、連続的な位置決めは不可能であり、位置決めの分解能にも限界がある。特に、分解能は現状では精々１００μｍ程度までである。
（４）一般的には開ループ制御であり、閉ループ制御には向いていない。
【０００６】
本発明は、ＶＣＭ型アクチュエータの欠点である可動コイル型構造に係る給電に伴う問題や、漏洩磁束に纏わる問題を解決し、安価で高性能（高速且つ高分解能）な電磁アクチュエータおよびその応用装置である複合型電磁アクチュエータ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、電磁アクチュエータとステッピングモータとが回転軸を共有して配置され、前記ステッピングモータによる回転軸の回転運動を直線運動に変換する変換機構を有し、前記電磁アクチュエータにより前記回転軸が直線運動する複合型電磁アクチュエータ装置において、前記ステッピングモータの背後に同軸に前記電磁アクチュエータを配置し、前記ステッピングモータは２相クローポール型ステッピングモータからなり、前記電磁アクチュエータは軟磁性材からなる中空のステータヨークの内周側に２組のコイルを軸心を合わせて軸方向に配置してなる固定部と、前記コイルの内部に微小エアギャップを介して軸方向に可動自在に配置された可動磁石と可動ヨークとから成る可動部とを備え、前記可動磁石が発生する磁界と前記コイルに流れる電流との相互作用によって前記可動部が軸方向に移動する構成であって、前記電磁アクチュエータのステータヨークは非磁性のスペーサを介して前記クローポール型ステッピングモータの背後に組み付けられ、前記ステッピングモータによる粗調はオープンループで行われ、前記電磁アクチュエータによる微調はクローズドループで行われることを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、２組のコイルの一方に流す電流の向きを他方に流す電流の向きと逆にした。
【０００９】
本発明においては、２組のコイルの各々がほぼ同一形状の別々の合成樹脂製ボビンに巻回され、コイルを巻回した２組のボビンがステ−タヨークの内部に軸方向に所定の距離離間して配置されるようにした。
【００１０】
本発明においては、固定部のステータヨークは中空円筒でありかつ２組のコイルの各々は共に円筒状ボビンに巻回されたリング状コイルであり、可動部は中心に支持軸を有しかつ可動ヨークは固定部の２組のコイルと相互に電磁作用を及ぼし合う位置にあり、前記ステ−タヨークの軸方向両端面には各々軸受機構を有する一対のフランジが配設され、該軸受機構により前記支持軸を軸方向に移動自在に保持するようにした。
【００１１】
本発明においては、可動部の可動磁石は、軸方向にＮ、Ｓ２極に着磁された少なくとも１個以上の柱状または中空状の磁石から成り、可動ヨークを前記可動磁石のＮ、Ｓ磁極面に各々当設させたほぼ同形状の一対の軟磁性体ヨークで構成した。
【００１２】
本発明においては、可動部の可動ヨークを１個以上の柱状または中空状の軟磁性体で構成し、可動磁石を前記可動ヨークの軸方向両端面に各々当設したぼぼ同形状の一対の磁石で構成し、該一対の磁石は中心部と外周部で極性が異なる２極に着磁しかつ一方の磁石の外周部と他方の磁石の外周部は互いに逆極性に着磁するようにした。
【００１３】
本発明においては、可動部の可動磁石の外径寸法を可動ヨークの外径寸法より小さくした。また逆に可動部の可動ヨークの外径寸法を可動磁石の外径寸法より小さくした。
【００１４】
本発明においては、可動部の軸方向の移動量を１.０ｍｍ以下とした。
【００１５】
本発明においては、前記ボビンはつば部を備え、該つば部には端子台が一体に形成され、該端子台には前記コイルの端末が絡げられるコイル絡げ用端子が植設されており、前記電磁アクチュエータのステータヨークの両端縁には前記ボビンの端子台を受け入れる切欠きが形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、前記非磁性のスペーサの厚さが前記電磁アクチュエータのステータヨークの厚さの１．０倍以上であることを特徴とする。
【００１８】
本発明による複合型電磁アクチュエータ装置は、情報記憶装置の記録メディアのトラック位置決め用アクチュエータとして用いるのが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明による電磁アクチュエータの第１の実施の形態を軸方向に分解して示す斜視図である。電磁アクチュエータ１００は、大きく分けて、固定部１と、可動部２と、前フランジ３および後フランジ４から構成されている。
【００２２】
固定部１は、軟磁性体（たとえば、亜鉛メッキ鋼板、純鉄、または軟磁性粉末を含有した樹脂あるいは軟磁性体粉末を焼き固めた焼成物）で作られた円筒状のステータヨーク１１の内部に２つの同じ円筒状のコイル組立体１２と１３を軸方向に重ねて配設して構成されている。コイル組立体１２および１３は同じ構成であり、合成樹脂のような絶縁性材料で作られた円筒状ボビン１２ａおよび１３ａにそれぞれコイル１２ｂおよび１３ｂを巻回したものである。ボビン１２ａおよび１３ａのつば部には端子台１２ｃおよび１３ｃがそれぞれ一体的に形成され、その端子台１２ｃおよび１３ｃにはそれぞれコイル絡げ用端子１２ｄおよび１３ｄが埋め込まれている。このコイル絡げ用端子１２ｄおよび１３ｄにコイル１２ｂおよび１３ｂの端末が絡げられる。ステ−タヨーク１１の上縁および下縁には、ボビン１２ａおよび１３ａをこのステ−タヨーク１１内に収納したときその端子台１２ｃおよび１３ｃを受入れる切欠き１１ａおよび１１ｂが形成されている。なお、ボビン１２ａ、１３ａは後述するように一体型でもよい。
【００２３】
可動部２は、中央にあって小径で軸方向にＮ、Ｓ２極に着磁された１個の中空円柱状可動磁石２１と、その両側にあって可動磁石２１の磁極端面に固定された一対の軟磁性材からなる中空円柱状の可動ヨーク２２、２３と、これら部材の中心を貫く支持軸２４の３つの部分で構成され、全体が固定部１に収納されたコイル組立体１２と１3の内部に微小空隙を介して軸方向に移動可能に配置される。可動磁石２１の外径を可動ヨーク２２、２３の外径より小さくしたのは、可動磁石２１の磁束が直接固定部１のステータヨーク４に漏洩しないようにするためであり、このことにより、漏洩磁束の発生を防ぎ、磁気効率を向上させることができるとともに、可動部２に占める磁石重量の軽量化を図ることができる。結果として、コスト低減および可動部の軽量化による周波数応答の向上にも寄与している。
【００２４】
前フランジ３および後フランジ４のそれぞれ中心には支持軸２４を支持するための中心穴３ａおよび４ａが設けられるとともに、前フランジ３には電磁アクチュエータ１００を外部に取り付けるための取付け穴３ｂ、３ｃが設けられている。軸受５と６がフランジ３と４の外側から支持軸２４を軸方向に移動可能に支持している。
【００２５】
次に電磁アクチュエータの動作および力（推力）発生原理について、図２を用いて説明する。
【００２６】
図２は、図１に示した電磁アクチュエータ１００の固定部１と可動部２を組立状態で中心軸に関し半断面で示しており、（ａ）は可動部２が右方向（図中矢印Ｆで示す方向）に力を受ける場合の動作原理を、また（ｂ）は可動部２１が左方向（図中矢印Ｆで示す方向）に力を受ける場合の動作原理を説明するための図である。説明に直接関係のない軸受、フランジ、ボビンは省略した。なお、図中の参照番号は図１と同一部品については同一符号を用いている。
【００２７】
まず図２（ａ）において、コイル組立体１２のコイル１２ｂには紙面下から上に、コイル組立体１３のコイル１３ｂには紙面上から下に電流が流れているものとする。可動部２の可動磁石２１の磁界については、磁石２１のＮ極→可動ヨーク２２→空隙（磁界H_１）→コイル１２ｂ→ステータヨーク１１→コイル１３ｂ→空隙（磁界Ｈ_２）→可動ヨーク２３→磁石２１のＳ極で示す磁気回路が形成される。
【００２８】
この磁気回路で注目したいのは空隙の磁界Ｈ_１、Ｈ_２である。空隙の磁界Ｈ_１とＨ_２の向きは逆方向であり、磁界の大きさは均一である。つまり、磁界Ｈ_１は可動ヨーク２２からステータヨーク１１の向きに、また磁界Ｈ_２はステータヨーク１１から可動ヨーク２３の向きであり、これら磁界Ｈ_１とＨ_２は空隙において大きさが等しく、可動部２が軸方向に移動してもこの空隙中の磁界の強さが不変であることが好ましい。その理由は、電磁力により可動部２が軸方向に移動しても、空隙中での磁界の大きさが変わらなければ、同一のコイル電流値に対して発生する推力は可動部２の位置によらず一定となるからである。このことは本発明による電磁アクチュエータを位置決め機構として用いた場合の制御性（後述）を向上させることになるからである。
【００２９】
さて、ここで、リング状のコイル１２ｂ、１３ｂに図２（ａ）に示す方向に電流を流せば、フレミング左手の法則によりコイル１２ｂは矢印F_１（図では６個のリング状コイルに働く力の合力として）の方向に力を受けるが、コイル１２ｂはステ−タヨーク１１２固定されているので、その反作用として可動ヨーク２２が逆向きに力F_１を受ける。同様にコイル１３ｂは、矢印Ｆ_２（図では６個のリングコイルに働く力の合力として）の方向に力を受けるが、その反作用として可動ヨーク２３が逆向きに力F_２を受ける。支持軸２４の摩擦力を無視すれば、結果的に可動部２全体は力Ｆ＝Ｆ_１＋Ｆ_２の推力を発生し、この力で可動部２は軸方向右方向に移動することになる。
【００３０】
一方、コイル１２ｂ、１３ｂに図２（ｂ）の方向に電流を流せば、フレミング左手の法則によりコイル１２ｂは矢印Ｆ_３（図では６個のリングコイルに働く力の合力として）の方向に力を受け、その反作用として可動ヨーク２２は逆向きに力F_３を受ける。同様にコイル１３ｂは矢印Ｆ_４（図では６個のリングコイルに働く力の合力として）の方向に力を受け、その反作用として可動ヨーク２３は逆向きに力F_４を受け、結果的に可動部２全体は軸方向（紙面左向き）の推力Ｆ＝Ｆ_３＋Ｆ_４を発生することになる。
【００３１】
このように、本発明の電磁アクチュエータは、リング状コイル１２ｂ、１３ｂに流す電流の向きとその大きさによって可動部の移動方向並びに発生推力を任意に変えることができる。この電磁アクチュエータをたとえば位置決め閉ループ制御に組み込めば、可動部２を直線運動させながら任意の位置に位置決めすることができる。すなわち、可動部２の現在位置が目標位置に対して図２（ａ）の左側にあれば、コイル１２ｂ、１３ｂに流す電流の向きを逆（図２（ｂ）に示した電流の方向）にして大電流を流して高速で目標位置に近づけ、目標位置に近づいたらコイル電流値を下げて目標位置に停止させるように動作させればよい。万一、目標位置近傍で目標位置を通り過ぎてしまえば、電流の向きを変えて可動部２を引き戻せばよい。
【００３２】
このように可動部２の現在位置と目標位置を比較しながら、連続的に電流の向きと値を変えていくことにより可動部２を絶えず目標位置に合致させることができる。
【００３３】
図３は図１に示した実施の形態の可動部２の分解斜視図である。
【００３４】
中空円柱状可動磁石２１は軸方向（矢印Ｍで示す方向）に上下２極（N極およびS極）に着磁されており、可動磁石２１のＮ極側の磁極面には中空円柱状可動ヨーク２２が、またＳ極側の磁極面には同形状、同寸法の可動ヨーク２３が固定されている。支持軸２４が可動磁石２１と可動ヨーク２２、２３の中心穴を貫通して可動部全体を保持している。
【００３５】
可動磁石２１の外径Ｄ_１は可動ヨーク２２、２３の外径Ｄ_２より小さくしてあるが、これは漏洩磁束を低減させる効果がある。その理由は、図２の磁気回路からわかるように、可動磁石２１は磁束を軸方向に出来るだけ多く通す必要があり、そのためにはこの部分から固定部１のステ−タヨーク１１に飛ぶ、いわゆる漏洩磁束を減らす必要があるからである。そのためには可動磁石２１の外径Ｄ_１を可動ヨーク２２、２３の外径Ｄ_２より小さくすることは極めて有効である。それに加えて、可動部２の軽量化により周波数応答性を向上させることができ、高価な磁石材料の使用量も削減できるので、アクチュエータのコストダウンにも効果がある。
【００３６】
図４はアクチュエータの可動部の他の実施の形態を示す。
【００３７】
この実施の形態においては、中央に軟磁性体から成る小径の可動ヨーク３１があって、その両側に２個の可動磁石３２、３３が配設され、全体の中心に支持軸２４が貫通している。上側の可動磁石３２は中心穴の周囲をＳ極に、その外周部をＮ極に着磁し、下側の可動磁石２３は中心穴の周囲をＮ極に、その外周部をＳ極に着磁している。可動ヨーク３１の外径Ｄ_１を可動磁石３２、３３の外径Ｄ_２より小さくする技術的意味は第１の実施の形態の場合と同じである。
【００３８】
このような可動部に対する磁気回路を図５に示した。図中固定部１の構成部分については図２（ａ）、（ｂ）におけると同じ参照番号で示した。
【００３９】
図２（ａ）および（ｂ）の場合と同様に、可動磁石３２、３３による磁気回路が矢印で示すように形成されるので、コイル１２ｂ、１３ｂに電流を流せば、図２の場合と同様に電磁力を発生し、この電磁力により可動部２は軸方向に動かされる。
【００４０】
図６はアクチュエータの可動部のさらに他の実施の形態である。
【００４１】
この実施の形態においては、中央に複数個（図示した例では４個）の円柱状磁石体４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄから構成された可動磁石４０があり、その軸方向両側にそれぞれ軟磁性体から成る可動ヨーク４１、４２が配設され、全体の中心に支持軸２４が貫通している。円柱状磁石体４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは軸方向上下２極（N極およびS極）に着磁されている。この可動部に形成される磁気回路および基本動作は図２を参照して説明したと同じであるので説明は省略する。
【００４２】
この実施の形態の特徴は、可動部の重量を低減させることにより応答周波数を上げることができ、磁石の使用量を減らしてコストを低減させることができる点である。
【００４３】
なお、可動磁石４０を構成する円柱状磁石体の数は４個に限らないし、形状についても円柱形状に限らない。可動磁石４０の外径Ｄ_１が可動ヨーク４１、４２の外径Ｄ_２の１／２程度になるように、複数個の円柱状磁石体を均等に配置することが漏洩磁束の点から好ましい。
【００４４】
図７は、図１に示した電磁アクチュエータの固定部１と可動部２で構成されるアクチュエータユニットを５個分１本の共通軸上に連結し、全体を１個のステータヨーク内に収納して構成した多段式電磁アクチュエータの半断面を示す。図中、図１と同じ構成部分には同じ参照番号を付し、５個のアクチュエータユニットの同磁構成部分に対しては−１、―２、… ―５を付して示した。
【００４５】
可動部の支持軸２４には各アクチュエータユニット間に適切な長さのスペーサ５０が挿入され、可動部とコイルとの適切な位置関係を確保するようにしている。アクチュエータユニット１００−１、１００−２、 … １００−５の各々について軸方向の推力が発生する動作は図２および図５を参照して説明したので省略する。このように複数個のアクチュエータユニットを軸方向に連結することにより、各アクチュエータユニットにより発生する推力が合成され、簡単に推力の増大化が図れる。なお、アクチュエータユニットの連結数は５個に限るものではない。
【００４６】
図８は本発明による電磁アクチュエータの第２の実施の形態を示し、軸方向に分解した斜視図で示している。図１に示した第１の実施の形態の構成部分に対応する構成部分には図１における参照番号に１００を加えて用い、敢えて説明の必要のないものについては説明を省略した。
【００４７】
第２の実施の形態による電磁アクチュエータ２００は、コイル組立体１１２とステータヨーク１１１から成る固定部１０１と、円柱状の可動磁石１２１とその両側に配された四角柱状の可動ヨーク１２２、１２３の中心に支持軸１２４を貫通させて構成した可動部１０２と、前フランジ１０３および後フランジ１０４とから構成されている。１０５、１０６は軸受、１０７，１０８はワッシャである。
【００４８】
本実施の形態の特徴は固定部１０１の構造にある。すなわち固定部１０１の形状が第１の実施の形態のように円柱状ではなく四角柱状であることと、コイル組立体１１２のボビン１１２ａが２個ではなく1個で構成されている点である。それにともないコイル組立体の内部に配置される可動部１０２の形状も四角柱状である。
【００４９】
以下に特徴的なコイル組立体１１２について説明する。
【００５０】
コイル組立体１１２は、樹脂製の２つの巻線部を有する１個のボビン１１２ａと、２組のコイル１１２ｂ−１、１１２ｂ−２で構成されている。ボビン１１２ａの中央部にはどて１１２ｃが形成されており、このどて１１２ｃにより２組のコイル１１２ｂ−１と１１２ｂ−２が重ならないように隔離される。ボビン１１２ａの形状はステータヨーク１１１の形状と整合する四角形であり、ボビン１１２ａの中央にある可動部１０２を収納する穴も四角形状である。この穴はもちろん第１の実施の形態と同様に円柱形状でもよい。ボビン１１２ａのどて１１２ｃの一部には端子台１１２ｄが形成され、その端子台１１２ｄにはコイル絡げ用端子が埋め込まれている。
【００５１】
ステ−タヨーク１１１は平面展開した軟磁性板を角柱状に仕上げ、その端縁どうしを接合させたものであり、その接合面の中央には、ボビン１１２のどて１１２ｃに形成された端子台１１２ｄを受けて絶縁ブッシング（図示せず）を介してコイルを引き出すための角穴１１１ａが形成されている。またステ−タヨーク１１１の接合面にはロック機構１１１ｂが形成されている。
【００５２】
この第２の実施の形態は、コイル組立体１１２を１個のボビン１１２ａで構成できる簡便さがあり、これらの同軸度も精度良く確保できる特徴がある。
図９は本発明による電磁アクチュエータを利用した複合型アクチュエータ装置を示す。
【００５３】
具体的には、開ループで制御される２相クローポール型ステッピングモータをフレームに組み込んだ従来型の位置決め装置３００のステッピングモータ３１０の背後にそれと同軸的に本発明の電磁アクチュエータ１００を複合させた複合型アクチュエータ装置である。
【００５４】
ステッピングモータ３１０の回転軸にリードスクリュー３２０が形成され、電磁アクチュエータ１００の支持（可動）軸２４はこのリードスクリュー３２０と同一の軸となっている。電磁アクチュエータ１００のステータヨーク１１はスッテッピングモータ３１０との磁気遮蔽の目的で、非磁性のスペーサ３３０を介してステッピングモータ３１０の背部に組み付けられている。電磁アクチュエータ１００には、ボビン（図示せず）の端子台１０１、１０２に設けられた端子１０３、１０４から給電される。なお、フレーム３４０への組付けは、電磁アクチュエータ１００に対してスペーサ３３０を介してステッピングモータ３１０を組み付けてもよい。
【００５５】
電磁アクチュエータ１００をステッピングモータ３１０に組み込むときの注意点は、軸方向に移動する電磁アクチュエータ１００の軸方向パーミアンスのバランスを崩さないことである。つまり、電磁アクチュエータ１００の一端面側のみに軟磁性体を取り付けないことである。このために電磁アクチュエータ１００をステッピングモータ３１０の背面に取り付ける際、磁気的な結合を切るために非磁性のスペーサ３３０は充分に厚いものが必要となる。このスペーサ３３０により安定した電磁アクチュエータ１００の動作を確保することができる。なお、実験では、スペーサ３３０の厚さは電磁アクチュエータ１００のステータヨーク１１の厚さの1.0倍以上が好ましいことが解った。
【００５６】
この複合型電磁アクチュエータ装置はたとえば情報書込み/読取り機構のヘッドの駆動に用いられる。リードスクリュー３２０の溝を介した移動ピン（図示せず）に保持されたヘッド部（図示せず）はリードスクリュー３２０の回転に伴って軸方向に移動する。
【００５７】
いまヘッド部の位置が目標位置から大きく離れているときは、まずステッピングモータ３１０で調整し（これを「粗調」といい、高速で且つ離散的な位置制御を行う）し、目標位置の近傍では電磁アクチュエータ１００による調整（これを「微調」といい、高精度で且つ連続的な閉ループの位置決め制御を行う）を行う。電磁アクチュエータ１００を用いた微調動作は、閉ループで時間に対して連続的またはサンプリングタイムが極めて短い高サンプリングレートで制御を行うことが望ましい。図において、リードスクリュー３２０の矢印Ｘ、Ｙはリードスクリューの移動方向を示している。矢印Ｘはステッピングモータ３１０の動作（粗調）時の回転動作を示し、矢印Ｙは電磁アクチュエータ１００の動作（微調）時の軸方向動作を示し、いずれの動作においてもヘッド部は軸方向に移動するようになっている。
【００５８】
上記の実施の形態においては、リードスクリュー３２０の先端と電磁アクチュエータ１００またはステッピングモータ３１０の端部の２点に軸受を設けた。このことにより軸受スパンを最大長とすることが可能となり、安定した軸受け機構が実現できる。なお、フレーム３４０に取り付けられるステッピングモータのフランジ３５０には軸受け機構は設けない。
【００５９】
システムの構成にもよるが、電磁アクチュエータ１００による微調の範囲は軸方向可動距離にして１．０mm以下が好ましい。その理由は、可動距離が大きくなると、一定の応答周波数まで対応させるためには大きな推力が必要になり、コスト並びに大きさが増大するからである。このような複合型電磁アクチュエータ装置を用いれば、祖調／微調の機能を完全に分離できるので、位置決め装置をトータル的に見て、漏洩磁束が極めて少ない、高速／高精度で且つ安価な位置決め機構が構成できる特徴がある。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、可動コイル型のアクチュエータの欠点のない簡潔な構成で安価な電磁アクチュエータを提供することができる。また、本発明による電磁アクチュエータを用いた複合型アクチュエータ装置では粗調／微調の機能を完全に分離することができるので、漏洩磁束が少なく、安価で且つ高速／高精度の情報記憶装置のトラック位置決め機構が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電磁アクチュエータの一実施の形態の分解斜視図である。
【図２】（ａ)および（ｂ）は本発明による電磁アクチュエータの動作原理を説明する図である。
【図３】図１に示した電磁アクチュエータの可動部の分解斜視図である。
【図４】本発明による電磁アクチュエータの可動部の他の実施例の分解斜視図である。
【図５】図４に示した可動部を用いた電磁アクチュエータの動作原理を説明する図２と同様な図である。
【図６】本発明による電磁アクチュエータの可動部のさらに他の実施例の分解斜視図である。
【図７】本発明による多段式電磁アクチュエータの半断面図である。
【図８】本発明による電磁アクチュエータの第２の実施の形態の分解斜視図である。
【図９】本発明による複合型電磁アクチュエータ装置の一実施の形態の斜視図である。
【符号の説明】
１固定部
１１ステ−タヨーク
１２、１３コイル組立体
１２ａ、１３ａボビン
１２ｂ、１３ｂコイル
２可動部
２１、４０可動磁石
２２、２３、４１、４２可動ヨーク
２４支持軸
３前フランジ、４後フランジ
１００電磁アクチュエータ

Claims

電磁アクチュエータとステッピングモータとが回転軸を共有して配置され、前記ステッピングモータによる回転軸の回転運動を直線運動に変換する変換機構を有し、前記電磁アクチュエータにより前記回転軸が直線運動する複合型電磁アクチュエータ装置において、
前記ステッピングモータの背後に同軸に前記電磁アクチュエータを配置し、
前記ステッピングモータは２相クローポール型ステッピングモータからなり、
前記電磁アクチュエータは軟磁性材からなる中空のステータヨークの内周側に２組のコイルを軸心を合わせて軸方向に配置してなる固定部と、前記コイルの内部に微小エアギャップを介して軸方向に可動自在に配置された可動磁石と可動ヨークとから成る可動部とを備え、前記可動磁石が発生する磁界と前記コイルに流れる電流との相互作用によって前記可動部が軸方向に移動する構成であって、
前記電磁アクチュエータのステータヨークは非磁性のスペーサを介して前記クローポール型ステッピングモータの背後に組み付けられ、
前記ステッピングモータによる粗調はオープンループで行われ、前記電磁アクチュエータによる微調はクローズドループで行われることを特徴とする複合型電磁アクチュエータ装置。
前記２組のコイルの一方に流す電流の向きを他方に流す電流の向きと逆にしたことを特徴とする請求項１に記載の複合型電磁アクチュエータ装置。
前記２組のコイルの各々がほぼ同一形状の別々の合成樹脂製ボビンに巻回され、コイルを巻回した２組のボビンが前記ステ−タヨークの内部に軸方向に所定の距離離間して配置されたことを特徴とする請求項１に記載の複合型電磁アクチュエータ装置。
前記固定部のステータヨークは中空円筒でありかつ２組のコイルの各々は共に円筒状ボビンに巻回されたリング状コイルであり、
前記可動部は中心に支持軸を有しかつ可動ヨークは前記２組のコイルと相互に電磁作用を及ぼし合う位置にあり、
前記ステ−タヨークの軸方向両端面には各々軸受機構を有する一対のフランジが配設され、該軸受機構により前記支持軸を軸方向に移動自在に保持するようにしたことを特徴とする請求項１または３に記載の複合型電磁アクチュエータ装置。
前記可動部の可動磁石は、軸方向にＮ、Ｓ２極に着磁された少なくとも１個以上の柱状または中空状の磁石から成り、前記可動ヨークは前記可動磁石のＮ、Ｓ磁極面に各々当設したほぼ同形状の一対の軟磁性体ヨークから成ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の複合型電磁アクチュエータ装置。
前記可動部の可動ヨークは１個以上の柱状または中空状の軟磁性体から成り、前記可動磁石は前記可動ヨークの軸方向両端面に各々当設したほぼ同形状の一対の磁石から成り、該一対の磁石は中心部と外周部で極性が異なる２極に着磁されかつ一方の磁石の外周部と他方の磁石の外周部は互いに逆極性に着磁されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の複合型電磁アクチュエータ装置。
前記可動部の可動磁石の外径寸法が前記可動ヨークの外径寸法より小さいことを特徴とする請求項５に記載の複合型電磁アクチュエータ装置。
前記可動部の可動ヨークの外径寸法が前記可動磁石の外径寸法より小さいことを特徴とする請求項６に記載の複合型電磁アクチュエータ装置。
前記可動部の軸方向の移動量が１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７または８に記載の複合型電磁アクチュエータ装置。
前記ボビンはつば部を備え、該つば部には端子台が一体に形成され、該端子台には前記コイルの端末が絡げられるコイル絡げ用端子が植設されており、前記電磁アクチュエータのステータヨークの両端縁には前記ボビンの端子台を受け入れる切欠きが形成されていることを特徴とする請求項３に記載の複合型電磁アクチュエータ装置。
前記非磁性のスペーサの厚さが前記電磁アクチュエータのステータヨークの厚さの１．０倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の複合型電磁アクチュエータ装置。
情報記憶装置の記録メディアのトラック位置決め用アクチュエータとして用いられることを特徴とする請求項１に記載の複合型電磁アクチュエータ装置。