JPH01107646A - ボイスコイル型リニアモータ - 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】 〔オ業上の利用分野〕 本発明は、磁気ディスク装置における磁気ヘッドの位置
決め手段等に使用されるボイスコイル型リニアモータに
関する０ 〔従来の技術〕 ボイスコイル型リニアモータは構造が簡単でありしかも
高速型ｌｌ１ｊ逢動の動力源としてすぐれているので多
くの用途に使用されている。特に磁気ディスク装置にお
いては、磁気ヘッドを磁気ディスクの一つのトラック位
置から他のトラック位置へ高速、高ｍｙで移動させるこ
とが必要なので、磁気ヘッドの位置決め手段として他の
モータよシもアクセスタイムの短いホイスコイル型リニ
アモータが多用されている。

一般にボイスコイル型リニアモータは、円筒状外周ヨー
クと、センターヨークと、外周ヨークの内周面に固着さ
れ次永久磁石と、可動コイルとを備えている。（例えは
、特公昭５０−４２４１号、特開昭５８−１２３３６１
号参照） 七−夕月永久磁石としては、アルニコ磁石、フェライト
磁石あるいは希土類コバルト磁石等が一般に使用されて
いる。ボイスコイル型リニアモータにおいては、永久磁
石の厚さが制限されて動作点を高くとれない（磁気回路
の徊造によっても異なるが、パーミアンス係数は一般に
０．８〜３程夏である）ので、珠磁力の高いフェライト
磁石あるいは希土類コバルト磁石を用いることが必要と
なる。特に、磁気ディスク装置の小型化および高性能化
に伴ってボイスコイル型リニアモータにも同じことが要
求されるので、希土類コバルト磁石が多用されている。

（例えは特開昭５６−７４０７７号参照） 最近は、ボイスコイル型リニアモータのより一層の小型
化および高性能化が要求されるようになってきたので、
磁気を隙内に高い磁束密度を得るために、希土類−鉄酸
ボロン（Ｒ−Ｆｅ　−Ｂ　）糸永久磁石（例えは、特公
昭６１−３４２４２号参照）を用いたボイスコイル型モ
ータあるいはりニアモータが使用されるようになってき
た。（％開昭６１−２１０８６２号および特開昭６１−
２６３０５６号参照）〔発明が解決しようとする問題点
〕 しかるＫ　Ｒ−Ｆｅ　−Ｂ糸希土類磁石を用いてボイス
コイル型リニアモータの磁気回路を組み立てる場合、従
来は多数個のアークセグメント状磁石を準備し、ついで
これらの磁石を接着等の手法によシ円筒状外周ヨークの
内周面に貼設して円筒状磁石としていたので、製作コス
トの増加を招いていた。また被数個に分割されたアーク
セグメント形状を有する磁石を接着して一体化した円筒
状磁石を用いた場合、接着強度の点から磁石間にある程
度の継目が必要なるので、磁気回路中の磁気ギャップ部
の位置によって磁束密度にバラツキ（８〜１０％ｆｉｉ
［）が生じ、可動コイルの駆動性能が悪くなるという問
題があった。

災にＲ−Ｆｅ　−Ｂ系希土類磁石は、優れた磁気特性を
有する反面、大気中で酸化し易い希土類元素（Ｉ＃にＮ
ｄ　）と鉄を大雪に含むので、そのまま磁気１ｇ１ｗＩ
に組み込むと、磁石裸面に徹化物が生成し、空隙磁束密
度の低下を招く。したがってＲ−Ｆｅ　−Ｂ系永久磁石
を使用する場合は、その表面に種々の方法で酸化防止膜
を形成するのが一般的である（９４Ｉえば特−餡３０−
１５３１０９号、同６１−１３０４５３号、同６１−１
５０２０１号等）０しかしボイスコイル型リニアモータ
においては、磁気ギャップは数１程度と狭いので、磁石
の表面に酸化防止膜が形成されていてもモータの組立時
にコイルと磁石とが干渉して磁石に欠けが生ずることが
ある。そのため従来は組立能率をある程度犠牲にするこ
とによシ磁石が欠けるのを防止していた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のボイスコイル型リニアモータは、強磁性材料か
らなる円筒状の外周ヨークと、外周ヨークと磁気的に結
合された、強磁性材料からなる円筒状のセンターヨーク
と、外絢ヨークの内面に固定された、Ｒ（Ｎｄ　ｅ　Ｐ
ｒ　ｅ　Ｄｙ等の希±畑金属の１棟以上）、Ｂ及びＦｅ
″Ｉｋ主成分とし、半径方向に異方性を有する一体の円
筒状磁石と、円筒状磁石の表面に−Ｉｙ１１された非磁
性かつ導電性材料からなる保自部材と、センターヨーク
と円筒状磁石との間に形成された磁気ギャップ内に配置
された可動コイル部材とを１することを特徴とする。

〔実施例〕

以下本発明の評細を図面によシ説明する。

第１図は本発明の一実施例に侮るボイスコイル型１７　
＝アモータの縦断面図、第２図は本発明で使用される円
筒状磁石の平面図である。

第１図において、１は円筒状の外周ヨーク、２は後部ヨ
ーク、３はセンターヨーク（図では中実であるが、中受
であってもよい）であり、いずれも軟鉄、晴等の強磁性
材料によシ形成される。外周ヨーク１の一端には後部ヨ
ーク２が固着され、後部ヨーク２が中央には外周ヨーク
１と同心にセンターヨーク３が固宸されている。外周ヨ
ーク１のＶ′３面には、Ｒ−Ｆｅ　−Ｂ系永久峰石から
なる、半径方向に異方性を肩する一体の円筒状磁石４（
第２図参胛）が固着されている。

この円筒状磁石はＢｇの円周方向のバラツキを防ぐため
に、少なくとも円周方向においてＨ１目がないことが必
要であるが、軸方向においては若干の継目があってもモ
ータ性能（推力の直線性）には殆んど影響しない。すな
わち、磁石の全長がかなり長い場曾には、成形性の低下
や焼結時の収縮変形（通常は収縮率が１４〜１６％程厩
）に基因する形状精度（真円度、真直度等）の低下など
によシ、また、着磁時の着磁能力の限界により実用に供
しえる磁石を製造することが因難となる。そのため磁石
が長い場合には、所定長さよシも短いリンク状磁石をむ
数個製作し、次いでこれらを軸方向に接続して円筒状磁
石とすることがＷましい０上記のことから本灸明におけ
る「一体」とは少なくとも円周方向において継目が無い
（第２図参ＦＮｆｉ、　）ことを意味し、軸方向におい
ては継目があるものも含むとする。また、磁石の表面ｔ
ｒｉ酸化防止膜か形成されていてもよい。また、円筒状
磁石４０表面であって外周ヨークと接触していない部分
には、Ｃｕ　ｅ　ＡＬあるいはこれらの合金等の非磁性
かつ導電性材料（好ましくは金属材料）からなる保設部
材５が被着されている。センターヨーク３と円筒状磁石
４との間には磁気ギャップ６が形成されている。磁気ギ
ャップ６内には、豪気ヘッドを支持するキャリッジ（図
示せず）に接続されたボイスコイル７が配置されている
０ボイスコイル７は、プラスチック等の絶縁材料からな
るボビン８にコイル９を巻回して形成されている。

このような楡仄を有するボイスコイル型すニア七−夕に
おいては、ボイスコイル７のコイル９に電流を流すと、
円筒状磁石４により生ずる磁束線（図中破線で示す）と
電流とが直又するので７レミングの左手の法則に基いて
、ボイスコイル７は直線運動を行なう。運動の向きは電
流の向きを反転することにより変えられるので、ボイス
コイル７の前進又は後退が可能となる。

本党明においては、起磁力発生用永久磁石として、Ｒ−
Ｆｅ−Ｂ系磁石であってしかも半径方向に異方性を有す
る円筒状磁石を用いるので、磁気ギャップ部の磁束＠匿
（以下Ｂｇという）を高くすることができるとともにモ
ータの組立工数を従来よりも大幅に低減することができ
る０轡に本発明、においては、円周方向に継目のない一
体の円筒状磁石を用いるので、磁気ギャップ部の磁束密
度が円周方向で安定しており、もって可動コイルの駆動
性Ｔ４ヒを従来よりも大幅に向上することができる０ま
た希土類磁石材料からなるラジアル異方性円筒状磁石で
ありても、ＲＣｏ系磁石では機械的強度が低いので異方
性化により発生する残留応力に耐えられないので、キレ
ンが生ずる〇一方Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石ではＦｅを大量に
含むので機械的強度が高く、異方性化によってもキレン
は生じない。すなわちラジアル異方性円筒状磁石をＲ−
Ｆｅ−Ｂ系磁石材料で形成することにより実用に供し得
る希土類磁石を得ることができるｏしかもＲ−Ｆｅ　−
Ｂ系磁石はこのようにＦｅを大量に含むので配向性が高
く、フェライト磁石と比較してはるかに異方性化し易い
ので、高い磁束密度を得ることが可能となる。したがっ
てラジアル異方性を有するＲ　−Ｆｅ　−Ｂ糸円筒出石
は、従来のモータ用磁石（ＳｍＣｏ系磁石、フェライト
磁石）と比べて、優れた倖械的及び磁気的特性を有する
ものといえる。

Ｒ−Ｆ’ｅ　−Ｂ系磁石は、このように優れた磁気特性
を有するので、ボイスコイル型リニアモータに使用する
と高い空隙磁束密度を得ることができる。

そして更に高い空隙磁束密度が要求される場合には、Ｒ
−Ｆｅ−Ｂ系円筒磁石を半径方向に複数個積層した構造
とすればよい０例えば２層榊造のＲ−Ｆｅ−Ｂ系円筒磁
石を有するＩＪ　ニアモータは、単層構造のＩＪ　＝ア
モータより２０％以上高い空隙磁束密度を得ることがで
きる。

特に、本発明においては永久磁石の表面が保護部材で機
われているので、モータの組立時にコイルと磁石が干渉
した場合でも磁石に欠けが発生することはない。この保
護部材、は非磁性かつ導電性材料で形成されているので
、ボイスコイルのストローク中のインダクタンスの変動
を補償することが可能となる。すなわちボイスコイルに
通電すると、センターヨークの表面に渦電、流が生じこ
れによシボイスコイルのインダクタンスが変動するが、
４！ＩＦ６部材はセンターヨークよりも透＠率が低くか
つ導電率が高いため、渦電流が流れ易くなるので、スト
ローク中のボイスコイルのインダクタンスの変動をおさ
えることができる。したがって従来のようなセンターヨ
ーク表面への補償リングの増付けが不要となる。なお、
保護部材の厚さは、ｃｕの堝せで、０．５〜３Ｗ程度で
あれはシ目−トリングとしての榛能を満足することがで
きる。

ボイスコイルに与えられる推力はコイルの有効長の入力
電流か一定の場合、Ｂｇに比例するので、高いモータ性
能を得るためにはＢｇを高くすることが必要である。そ
のためには永久磁石がその動作点において高い磁気特性
を有することが望ましい。

ここで具体的なりｇの値は磁気回路のパーミアンス係数
によって変ってくる。例えは従来はパーミアンス係数が
２〜３程度であり、この場合のＢｇは飾Ｃｏｔ　ｖＢ石
で６〜７　ＫＧ、　Ｎｄ　−Ｆｅ　−Ｂ磁石で８〜９Ｋ
Ｇであった。しかし最近は小型化のために磁石の厚みは
薄くなってきているので、パーミアス係数は０．８〜１
．５位になっている。このような低いパーミアンス係数
の場合は、ＳｍＣｏ系磁石ではＢｇが３．５ＫＧｋＦで
あるが、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ糸磁石ではＢｇが、４〜５ＫＧに
もなる。特にＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の場合、パーミアンス
係数が１〜１．２の時に最も効率よく磁石のエネルギー
！（エネルキー積に比例）を利用できるので、磁気回路
のパーミアンス係数がこのような範囲に収まるように設
計することが望ましい。

永久磁石の磁気特性は、基本的にはその組成によって定
まるので、高い磁気特性を得るためには次のような成分
範囲とすることが望ましい。

希土類元素Ｒの含有量は１０〜３０原子−の範囲が望ま
しい。Ｒが１０原子チより少ないと磁気特性（％に保磁
力）が低下し、３０原子チよシ多いとＲリッチな非磁性
相が多くなり、残留磁束密度が低下する。ここで希土類
元素Ｒとしては通常Ｎｄ・Ｐｒのような＠希土類元素が
用いられ、特に資−的に豊富な（安価な）Ｎｄが最も一
般的である。

また＆磁力や耐熱性の向上部を目的として、Ｒの−ｆ＃
（１〜３０％位）　’ｋ　ＤＦ　、　Ｈｏ　、　Ｔｂの
ようなｌ希土類元素で重装することができる。夏にＲは
、Ｌａ　。

Ｃｅ　ｒ　Ｓｍ　＊　Ｇｄ　＋　Ｅｒ　ｔ　Ｅｕ　＋　
Ｔｍ　＋　Ｔｂ　ｅ　Ｙのうちの少なくとも１釉を含む
ことができる。

Ｆｅの含有量は６５〜８０原子チの範囲が望ましい□　
Ｆｅが６５ｉ子チより少ないと残留磁束密度が低下し、
原子優より多いと保磁力が低下する。

本発明においては、上記必須成分の他、灸造上不可避の
不純物（例えば０２）が富まれる場合もある。またＲ−
Ｆｅ−Ｂ系磁石において公知の添加元素（例えばＣｏ　
＊　ｈｔ　＋　Ｔｔ等）を含有することもできる。この
ような添加元素は、例えは特開昭３０−１６２７５４号
、同６１−８７８２５号に開示されているＯ 本発明で用いられるＲ−Ｆｅ−Ｂ糸の一体の円筒状磁石
は、例えば以下のようにして作製することができる。

ますＲ−Ｆｅ−Ｂ合金の溶解は通常の方法でＡｒ中乃至
真空中で行なう。Ｂはフェロボロンを用いることも可能
である。希土類元素は最後に投入するのが好ましい。

粉砕は粗粉砕と微粉砕に１柱的には分かれるが、粗粉砕
はスタンプミル、ショークラッシャー、ブラウンミル、
ディスクミル等で、また微粉砕はジェットミル、振動ミ
ル、ボールミル等で行なう。

いずれも酸化を防ぐために、非酸化性雰囲気中で行ない
、このために有磯溶蝶や不活性カスを用いるのが好まし
い。粉砕粒径は２〜５μｆｆｉ　（Ｆ、Ｓ、Ｓ、）が好
ましい。

磁粉の成形は、例えば、第３図に示すような装置により
行なう。

この成形装置は磁性体からなるダイス１０とダイス１０
内の塊状空間内に同心状に配置された非磁性体からなる
コア１１とを有し、ダイス１０は支柱１９．２０により
支持され、コア１１及び支柱１９．２０はいずれも下部
フレーム１７によシ支持されている。ダイス１０とコア
１１との間の円筒状の空間には磁性体からなる上パンチ
１３と、同様の磁性体からなる下パンチ１６とがそれぞ
れ嵌入され、ダイス１０．コア１１．上パンチ１３及び
下パンチ１６とで円筒状の成形空間１２が形成される。

ダイス１０の周囲には、成形空１’ｉＪ］１２内に放射
状の磁場を発生ずるための励磁コイル２２が配置される
。下パンチ１６は基板２１に固着され、一方正パンテ１
３は上部フレーム１４に固定されている。上部フレーム
１４及び下部フレーム１７はそれぞれ上部油圧シリンダ
ー１５及び下部油圧シリンダー１８と連結している。

次に第３図の成形装置による円筒状磁石の成形方法を説
明する。

ます上バンチ１３を引き上げた状態で振動フィーダー等
の供給手段（図示せず）によシ、成形空間１２内にＮｄ
　−Ｆｅ　−８合金粉末を充填し、ついで励磁コイル２
２に宵、流を流しなからＮｄ　−Ｆｅ　−８合金粉末を
加圧成形する。したがって励磁コイル２２から発生する
磁束は、図示矢印のようにダイス１０から成形空間１２
を通ってコア１１に流れるので、磁粉が放射状に配向し
た円筒状成形体が得られる。との場合の成形圧力は０．
５〜２　ｔ、乙−の範囲が、又成形空間の磁場強度は５
〜２５ＫＯｅの範囲が望ましい。加圧終了後は励磁コイ
ルに上記と逆方ｍの電流を流して、得られた成形体を脱
磁してから成形装置より販り出す。

上記の成形体を次に焼結する。焼結は、Ａｒ　、　Ｈｅ
等の不活性ガス中又は真空中又は木葉中にて９５０〜１
１５０℃の温度で２０分乃至２時間行なう０焼結後、必
要に応じ不活性ガス雰囲気中で過当な熱処理を施す。好
ましい熱処理条件は５００〜ｂ 最後Ｋｍ粉の配向方向とそろえて着磁を行う。

着ｉ磁場強度は５〜３０ＫＯｅの範囲がよい〇一般に着
磁はモータの磁気回路と略同じパーミアンス係数をもっ
た磁気回路中で行゛う。但し、パーミアンス係数が１以
下の時は組込着磁と磁石単体を着磁後磁気回路に紹み込
んだ場合とでパーミアンス係数に殆ど差がないので、単
体着磁でもよい。

〔実験例１〕 Ｎｄ　１３　ＪｌｌｊＬ子％、Ｄｙ２原子％、Ｂ７原子
％ｅＦｅ７８原子チからなる組成の合金を真空溶解によ
り製作し、しかる後Ｎ２ガス雰囲気中で粗粉砕及び微粉
砕を行ない、平均粗度６μｍの合金粉末を得た０得られ
た合金粉末を第６図に示す成形装置により、２０ＫＯｅ
のパルス磁場を印加しなから１ｔ〜の圧力でプレス成形
した。次いで真空中で１１００℃の温度で２時間焼結し
、Ａｒガス雰囲気中で３００℃の温度で１時間の熱処理
を行った０そして外内周を研摩加工してから、着磁を行
って外径９９ｍ。

内径９２　ｖｍ　、長さ２３−の円筒状磁石を得た０こ
の円筒状磁石は、Ｂｒ＝１１．０ＯＯＧ、　ＩＨｃ＝１
０．００００ｅ　＋　（ＢＨ）ｍａｘ　＝　２６　Ｍ　
Ｇ　Ｏｓの磁気特性を有していた。

上記の円筒状磁石３個を用いて第１図に示す磁気回路を
組み立てた０ここで各ヨークは軟鉄で形成し、外周ヨー
クの外形は１１７詐とし、センターヨークは外径を８４
　ｍ　、内径を３０ｍとした。また磁石の表面は厚さ１
．０ｗのＣｕ板で根株した。

比較のために、表面に厚さ１０μｍのＮｉメツキを施し
た上記と同じ組成の磁石ブロックを３６個用いて上記と
同様の磁気回路（但し、Ｃｕ板は無い）を組み立てた。

これらの磁気回路の空隙磁束密度（Ｂｇ）を測定したと
ころ、本発明のもので４２００Ｇ、従来品では３５００
Ｇでめった。しかも従来品では円周方向のＢｇのバラツ
キは１０％であったのに対し、本発明品ではこのバラツ
キを殆んど無くすことができた。また本発明品は、従来
品の６乃の１欽で組み立てることができた。爽に両者を
８０℃、９０％Ｒ，Ｈ。

の雰囲気中に１週間放置してから空隙磁束密度を測定し
たところ、本発明品は３９００Ｇ、従来品は３２００Ｇ
となシ、本発明は対環境性の点でも優れていることがわ
かった。

〔実験例２〕 Ｎｄｏ、曽ｏ　Ｄｙｏ、１ｏ　（ＦｅｂａｔＢｏ、ｏｓ
　Ｎｂｏ、ｏｔｓ　）　５．４　　からなる組成の合金
を用いた以外は実験例１と同様の条件で、外径１００ｗ
、内径９２−１１．長さ２４５ｗの円筒状磁石を得た。

この磁石は、Ｂｒ　＝　１１　ｅＯＤＯＧ　ｅ　１Ｈｅ
＝２０　、００００ｅ　、　（ＢＨ）ｍａｘ　＝　２７
ＭＧＯｅの磁気特性をＭしていた。

上記の円筒状磁石に表面処理（Ｊｉｌｔさ２０μｍのエ
ポキシ樹脂の被膜を電着塗装によシ形成）した後、これ
を３個軸方回に接続して（磁石全長７２ｍ）第１図に示
す磁気四路を組み立てた。ここで谷ヨークは軟−で形成
し、外周ヨークの外径は１１７ｍ（内径は１０１雪）、
センターヨークの外＆Ｕ８４窮、内径は３０ｗ＊とじた
。また磁石の表面は厚さ１、ＯＦのＣｕ板で被膜した。

この磁気回路のＢｇは４３００Ｇであり、また円周方向
のＢｇのバラツキは殆んど無かった。この磁気回路を８
０℃、９０％Ｒ，Ｈ，の大気中に１時間放置してからＢ
ｇを測定したところ４５００Ｇとなり、耐環境性の点で
も優れていることがわかった。なお組立工数は従来品（
実験例１）の７０％であった。

〔実験例３〕 上記実験例の磁気回路を用いてボイスコイルモータを製
作し、モータ性能を評価した０その結果を第１表に示す
。

第　　　１　　　％ 〔発明の効果〕 以上の通り、本発明のボイスコイル型リニアモータは、
ラジアル異方性を肩するＲ　−Ｆｅ　−Ｂ系の一体円筒
状磁石を磁気回路に紹み込みかつ硬石表面を非磁性かつ
導電性を有する保饅部材でおおうので、製作工数が少な
くできしかも都いモータ性能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のボイスコイル型りニアモータの一実施
例を示す縦断面図、第２図は本発明に使用される円筒状
磁石の平面図、第３図は本発明に使用される円筒状磁石
の成形装置を示す図である。 １：外周ヨーク　　　２：後部ヨーク ３：センターヨーク　４：円筒状磁石 ５：保護部材　　　６：磁気ギャップ ７：ボイスコイル　　８：ボ　ビ　ン ９：コ　イ　ル に４１図 第２図 第３図 昭和　！・７．ｉ５　　Ｂ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）強磁性材料からなる円筒状の外周ヨークと、前記
   外周ヨークと磁気的に結合された、強磁性材料からなる
   円筒状のセンターヨークと、前記外周ヨークの内面に固
   定された、Ｒ（Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙ等の希土類金属の１種
   以上）、Ｂ及びＦｅを主成分とし、半径方向に異方性を
   有する一体の円筒状磁石と、前記円筒状磁石の表面に固
   着された非磁性かつ導電性材料からなる保護部材と、前
   記センターヨークと前記円筒状磁石との間に形成された
   磁気ギャップ内に配置された可動コイル部材とを有する
   ことを特徴とするボイスコイル型リニアモータ。
2. （２）円筒状磁石は、Ｒ１０〜３０原子％、Ｂ２〜２８
   原子％、Ｆｅ６５〜８０原子％を主成分とすることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のボイスコイル型
   リニアモータ。
3. （３）強磁性材料からなる円筒状の外周ヨークと、前記
   外周ヨークと磁気的に結合された、強磁性材料からなる
   円筒状のセンターヨークと、前記外周ヨークの内面に固
   定され、表面に酸化防止膜が形成された、Ｒ（Ｎｄ、Ｐ
   ｒ、Ｄｙ等の希土類金属の一種以上）１０〜３０原子％
   、Ｂ２〜２８原子％、Ｆｅ６５〜８０原子％を主成分と
   し、半径方向に異方性を有する一体の円筒状磁石と、前
   記円筒状磁石の表面に固着された非磁性かつ導電性金属
   材料からなる保護部材と、前記センターヨークと前記円
   筒状磁石との間に形成された磁気ギャップ内に配置され
   た可動コイル部材とを有することを特徴とするボイスコ
   イル型リニアモータ。