JPH02299454A - ボイスコイルモータ - 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】 ［産業上の利用分野Ｊ 本発明は、ボイスコイル型のモータに関し、更に詳しく
は、その磁気回路を構成する永久磁石の形状を両端側が
幅広で且つ最大振角位置にあるコイル内に収まるように
して小型化を図ったボイスコイルモータに関するもので
ある。

このボイスコイルモータは、例えば固定磁気ディスク駆
動装置の磁気ヘッド位置決め用アクチェエータ等に好適
である。

［従来の技術］ 磁気回路と可動コイルを組み合わせて位置決め駆動を行
うボイスコイルモータは従来公知であり、磁気回路の構
造、使用する永久磁石の磁気特性、可動コイルの形状等
により種々のタイプが開発されている。その一つに、中
央極となる板状の中央ヨークと、その両面に対してそれ
ぞれギャップを介して対向し外極となる永久磁石と、そ
れらの外側を囲むヨークとからなる磁気回路を使用し、
その中央ヨークを取り囲むようにソレノイド状のコイル
を配置して該中央ヨ−りに沿って揺動自在に軸支する構
造がある。

この構造はヨーク及び中央ヨークの形状から、通常、「
日の字型」ボイスコイルモータと呼ばれている。

従来技術では、使用する永久磁石の形状については特に
考慮が払われていない。

［発明が解決しようとする！１題〕 近年、固定磁気ディスク駆動装置の大容量化、高速化、
小型化の要求に伴い、高推力、推力−変位特性の平坦化
、小型化が望まれている。推力が小さいとアクセスタイ
ムが大きくなり、変位に対して推力が一定でないとアク
セスタイムにバラツキが生じる。高推力は粘土ｌ！磁石
によって実現できた。しかしながら推力−変位特性の平
坦化と小型化には相反する面があるため、この二つの問
題を同時に解決する手法が求められてし）る。

従来技術では、永久磁石両端近傍で磁界の強さが低下す
るのに伴う推力低下を次の対策で解決しようとしてきた
。それはボイスコイルモータの駆動回路に推力の低下を
考慮した回路を設ける方式（補償回路方式）と、永久磁
石をコイルの必要揺動領域よりも外側まで張り出して必
要揺動領域内での磁界の低下を防ぐ方式（Ｔ！１石拡大
方式）である。

しかし前者の補償回路方式では、補償回路の分だけ回路
が？ｌ！雑化する欠点があり、後者の磁石拡大方式では
、磁気回路自身が大きくなる問題がある。

本発明の目的は、上記のような補償回路や大きな磁石を
使用することなく、変位に対する推力の変動が少なく、
且つ磁石の寸法を最少比に抑え小型化できるボイスコイ
ルモータを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るボイスコイルモータ夕は、基本的には従来
同様、磁気回路と可動部材との組み合わせからなる。磁
気回路は中央極となる板状の中央ヨークと、その両面に
対してそれぞれギャップを介して対向し外極となる永久
磁石と、それらの外側を囲むヨークとからなり、可動部
材は前記中央ヨークを取り囲むソレノイド状のコイルが
該中央ヨークに沿って揺動自在に軸支されている構造で
ある。

そして上記の目的を達成するため本発明では、永久磁石
の形状として、コイルと永久磁石とが重なる面積が、永
久磁石の中央から両端に近づくに従い増加し、且つコイ
ルが必要揺動８Ｎ！域で左右の最大振角位置のときに、
永久磁石の左右の端部がそれぞれコイル内に収まるよう
になっており、この点に特徴がある。

［作用コ 上記のように永久磁石の形状として、コイルと永久磁石
とが重なる面積が、永久磁石の中央から両端に近づくに
従い増加すると、コイルに作用する推力はコイルが永久
磁石の端部に近づいても低下し難い。通常、永久磁石端
部近傍で磁界の強さが低下するのが、永久磁石とコイル
とが重なる面積の増大で補償され、永久磁石端部での推
力低下を抑制できる。

また、上記のことからコイルの必要揺動領域内に永久磁
石が収まるようにでき、それによって永久磁石は小さく
なり、磁気回路の小型化が可能となる。

〔実施例〕

本発明に係るボイスコイルモータの全体構成を第３図に
示す。基本的には従来同様、磁気回路１０と可動部材１
２との組み合わせからなる。

磁気回路ＩＯは、中央極となる板状の中央ヨーク１４と
、その両面に対してそれぞれギャップを介して対向し外
極となる永久磁石１６と、それらの外側を囲むヨーク１
８とから構成される。

また可動部材１２は、前記中央ヨーク１４を取り囲むソ
レノイド状のコイル２０が該中央ヨーク１４に沿って揺
動自在に回転軸２２で軸支されている構造である。

本発明の特徴は、特に永久磁石１６の形状である。第３
図のＹ方向からの投影図を第１図に示す。これはコイル
２０の１位置と永久磁石１６の形状との関係を示してい
る。

永久磁石１６の形状は、コイル２０と永久磁石１６とが
重なる面積（第１図で斜線を付した部分）が、永久磁石
１６の中央Ｓｃから両端Ｓｅに近づくに従い増加しくＳ
ｅ＞ＳＣ）、且つコイル２０の必要揺動領域で左右の最
大振角位置のとき永久磁石Ｉ６の左右の端部Ｍｅがそれ
ぞれコイル２０内におさまるようになっている。ここで
は、コイル２０の揺動円弧軌跡Ｃに沿った内側と外側の
縁部Ｍｉ、Ｍｏが、共に可動部材の軸支点ＯＣ側に湾曲
中心Ｏｆ、Ｏｏをもち、且つ内側の縁部Ｍｉの曲率半径
Ｒ４が外側の縁部Ｍｏの曲率半径ＲＯより小さく設定さ
れている（即ち、Ｒｒ　＜　ＲＯ）　ｍこのようにする
と、コイル２０の揺動円弧軌跡Ｃに対して直角方向の永
久磁石１６の長さは、コイル２０が永久磁石１６の中央
に位置するとき（Ｌｃ）は短（、端部に位置するとき（
Ｌｅ）は長くなる（　Ｌ　ｃ　＜　Ｌ　ｅ　）　＊この
ため、上記のようにコイル２０と永久磁石１６とが重な
る面積Ｓｃ、Ｓｅは、永久磁石Ｉ６の端部に近づくほど
増加する（Ｓｃ＜Ｓｅ）。

コイル２０が中央から揺動するのに従い、磁界の強さが
低下するのに対して、コイル２０と永久磁石１６とが重
なる面積が増加することで推力Ｆの低下が補われる。こ
こでボイスコイルモータの推力ＦはＦ＝Ｂ　Ｉ　Ｌで与
えられる（但し、■は電流、Ｌはコイルの実効長さ、Ｂ
は電流の方向に対して垂直の磁界の強さのコイル長さし
に沿った積分である）。つまり永久磁石１６の端部近傍
での磁界の強さの低下分を、コイル２０の実効長さをＬ
ｃからＬｅに、積分する面積をＳｃからＳｅに増加させ
ることで補い、コイルの変位に伴う推力Ｆの変動が抑制
される。

また永久磁石１６の端部でコイル２０とが重なる面積が
増大するため、永久磁石１６の端部Ｍｅがコイル２０の
必要揺動領域から張り出さなくてもコイル２０が中央に
位置している場合と同様の推力を発生させることができ
る。このように永久磁石１６の形状を決定する。

第２図Ａ−Ｆはそれぞれ本発明の実施例を示している。

への例はコイル２ｏの揺動円弧軌跡に沿った内側と外側
の縁部Ｍｉ、Ｍｏが、共に可動部材の軸支点Ｏｃに対し
て反対側に湾曲中心Ｏｆ、００をもち、且つ内側の縁部
Ｍｌの曲率半径Ｒｉが外側の縁部Ｍｏの曲率半径Ｒｏよ
り大きく設定されている（即ち、Ｒｉ＞Ｒｏ）。

Ｂに示す例は、コイル２０の揺動円弧軌跡に沿った内側
と外側の縁部Ｍｉ、Ｍｏが、共に直線状になってる。こ
れは上記Ａの例で永久磁石の両縁部の曲率が最大になっ
た場合の極限とみることができる。

Ｃの例は、コイル２０の揺動円弧軌跡に沿った内側と外
側の縁部Ｍｉ、Ｍｏが、共に可動部材の軸支点Ｏｃ側に
湾曲中心Ｏ１，Ｏｏをもち、且つ内側の縁部Ｍ＋の曲率
半径Ｒｉが外側の縁部Ｍｏの曲率半径Ｒｏより小さく設
定されている（即ち、Ｒｉ＜Ｒｏ）。

Ｄの例はコイル２０の揺動円弧軌跡に沿った内側と外側
９縁部Ｍｉ、Ｍｏのうち、外側の縁部Ｍｏが可動部材の
軸支点Ｏｃに対して反対側に湾曲中心Ｏｏをもち、内側
の縁部Ｍｉは直線状になっている。

Ｅの例はコイル２０の揺動円弧軌跡に沿った内側と外側
の縁部Ｍｉ、Ｍｏのうち、外側の縁部Ｍｏが可動部材の
軸支点Ｏｃに対して反対側に湾曲中心００をもち、内側
の縁部Ｍｉは可動部材の軸支点Ｏｃ側に湾曲中心Ｏｏを
もつようになっている。

Ｆの例はコイル２０の揺動円弧軌跡に沿った内側と外側
の縁部Ｍｉ、Ｍｏのうち、内側の縁部Ｍｉが可動部材の
軸支点Ｏｃ側に湾曲中心００をもち、外側の縁部ＭＯは
直線状になっている。

次に第１図において破線で示す永久磁石形状の場合（比
較例）との推力Ｆの比較結果を第４図に示す、第４図に
おいて実線は本発明品、破線は比較例を示している。コ
イルの必要揺動領域の全体にわたって、本発明品は比較
例に比べて推力Ｆが平坦化する。比較例の場合、これを
改善するためにはコイルの必要揺動範囲に対して永久磁
石を大きくしなければならない、その様子を第５図に示
す、実線で示した永久磁石１６は本発明品である。それ
に対して仮想線で示した永久磁石１６ａは比較例の場合
である。

このように外側と内側の縁部が、共に同じ曲率中心を持
つ構造では必然的に永久磁石１６ａが大きくならざるを
得す、それに対応して中央ヨークや外側のヨークも仮想
線で示すように大きくなってしまう。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本
発明はこのような構成のみに限定されるものではない。

永久磁石の両縁部の湾曲面は必ずしも完全な円弧である
必要はなく、円弧に近い形状、例えば楕円の一部、複数
の線分を連ねて円弧のようにしたものでもよい。

［発明の効果］ 本発明に係るボイスコイルモータは、上記のように、永
久磁石の形状として、コイルと永久磁石とが重なる面積
が、永久磁石の中央から両端に近づくに従い増加し、且
つコイルが必要揺動領域で左右の最大振角位置のとき永
久磁石の左右の端部がそれぞれコイル内に収まるように
なっているから、従来技術のような補償回路を使用しな
くても推力−変位特性を平坦化でき、且つ永久磁石の寸
法を必要最小限に抑えて磁気回路を小型化できる効果が
ある。

また本発明は中央ヨークを有し、その両側がヨークによ
って閉じた磁気回路を有しているため、漏洩磁束が少な
く、外部に対して磁気的悪影響を与え難く、その点から
みても小型化に適している。

従って本発明によってアクセススピードが速く、且つそ
のバラツキの少ない小型軽量の磁気ヘッド位置決め用ア
クチュエータが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るボイスコイルモータの永久磁石の
形状とコイルの位置関係を示す説明図、第２図Ａ−Ｆは
それぞれ本発明の実施例でのコイルと永久磁石との重な
りの関係を示す説明図、第３図はボイスコイルモータの
概略構成図、第４図は本発明品と比較例とのコイル必要
揺動領域と推力の関係を示すグラフ、第５図は本発明品
と比較例との磁気回路寸法を示す説明図である。 １０・・・磁気回路、１２・・・可動部材、１４・・・
中央ヨーク、１６・・・永久磁石、１Ｂ・・・ヨーク、
２０・・・コイル、Ｃ・・・コイルの揺動円弧軌跡、Ｍ
＋・・・永久磁石の内側の縁部、ＭＯ・・・永久磁石の
外側の縁部、Ｍｅ・・・永久磁石の端部、ｏｉ・・・内
側の縁部の湾曲中心、Ｏｏ・・・外側の縁部の湾曲中心
、Ｏｃ・・・コイルの軸支点、Ｓｃ・・・中央でコイル
と永久磁石とが重なる面積、Ｓｓ・・・端部でコイルと
永久磁石とが重なる面積。 特許出願人　　富士電気化学株式会社 代　　理　　人　　　　　茂　　見　　　　　穣第　１
　図 第２図 Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｃ［）
　　　　　　　　　　Ｅ 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、磁気回路と可動部材との組み合わせからなり、該磁
   気回路は中央極となる板状の中央ヨークと、その両面に
   対してそれぞれギャップを介して対向し外極となる永久
   磁石と、それらの外側を囲むヨークとからなり、可動部
   材は前記中央ヨークを取り囲むソレノイド状のコイルが
   該中央ヨークに沿って揺動自在に軸支されている構造の
   ボイスコイルモータにおいて、前記永久磁石の形状は、
   コイルと永久磁石とが重なる面積が、永久磁石の中央か
   ら両端に近づくに従い増加し、且つコイルが必要揺動領
   域で左右の最大振角位置のときに永久磁石の左右の端部
   がそれぞれコイル内に収まるようにしたことを特徴とす
   るボイスコイルモータ。