JPH03183349A - 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） 本発明は磁気記憶装置などにおいてアクセス用として設
けられるボイスコイルモータに関するものである。

（従来の技術） 従来、多くのファイル装置の中にあって、磁気ディスク
装置は記憶容量が大きく、また高速アクセスが可能であ
るため、コンピュータシステムにおける外部記憶装置と
して使用されている。最近では、パソコン、ワープロ等
の小型情報処理システムにも多くの小型磁気ディスク装
置が利用されるようになってきている。

該小型磁気ディスク装置は、高密度、高精度、かつ高速
の情報の記録・再生を行うために電磁変換系及び位置決
めサーボ機構等が改良され、ディスク磁性層の高保磁力
化、薄膜化、表面の均−化及び欠陥の削除等の技術や記
録方式の改良、記録の補正、波形化等に関する各種技術
が提供されている。

一方、位置決めのサーボ機構においては、シーク系を高
精度、高速、高安定化させるための技術が提供されてい
る。

この位置決めサーボ機構に使用されるヘッド駆動ｍ楕は
推力源にボイスコイルモータを用い、これに直結された
磁気ヘッドを移動させるものと、直流モータ、ステンピ
ングモータを用い、その回転力でスチールヘルドを介し
てキャリッジに搭載された磁気ヘッドを移動させるもの
とがある。

シーク速度の点からはボイスコイルモータ方式が最も高
速化に対応できる機構を有しており、高速アクセスを必
要とする高容量のドライブ用として用いられる。一方、
ステンピングモータはシーク速度が低く、トラック密度
も低い低容量の汎用ドライブ用として用いられる。また
、直流モータは両者間の中間の特性を有するものとして
用いられる。

次に磁気ディスク（ＯＤＤ）に多用されている揺動型ア
クセス方式磁気ヘッドの位置決め機構について説明する
。

第３図は従来の磁気ヘッド位置決め機構を示す図である
。

図において、磁気ヘッド支持装置４の先端に配設される
磁気へラドスライダ４１の浮上シールは、磁気ヘッド支
持装置４の長手方向に対し直角の方向に配置される。回
転する磁気ディスク１の近傍に位置するスイングアーム
２は、一端に設けられたピボット３を中心として揺動し
、他端に搭載された磁気ヘッド支持装置４は磁気ディス
ク１の半径方向に移動可能としである。

第４図は従来の他の磁気ヘッド位置決め機構を示す図で
ある。

図において、磁気ヘッド支持装置４の磁気へラドスライ
ダ４１の浮上シールは、磁気ヘッド支持装置４の長手方
向に一致する方向に配置される。そして、回転する磁気
ディスク１の近傍に位置したスイングアーム２はそのほ
ぼ中央に設けられたピボット３を中心として揺動し、一
端に搭載された磁気ヘッド支持装置４は磁気ディスク１
の半径方向に移動可能に配設される。

これら磁気ヘッド位置決め機構において、ホスト側から
磁気ヘッドのシーク命令が与えられると、アクセスモー
タ５が回転し、その回転軸に固定されたプーリ６に固着
されたスチールベルト７を介してスイングアーム２に動
力が伝達され、磁気ヘッド支持装置４を磁気ディスクｌ
の半径方向に移動させ、目標トラックにシークして、デ
ータの書込み／読出しが行われる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成の磁気ヘッド位置決め機構にお
いては、磁気ディスク１の表面上のトラックピッチはア
クセスモータ５の回転割出し数とプーリ６とスイングア
ーム２の動力伝達機構の減速比で決まる。高いトランク
密度を得るためには、プーリ６の半径ｒを小さく、かつ
スイングアーム２の回転半径Ｒを大きくし、アクセスモ
ータ５のスリット数を増加させて回転割出し数を多くす
る必要がある。

しかし、プーリ６の半径ｒが小さくなると、ブーＩＪ６
に！きついたスチールヘルド７の曲げ応力が高くなって
疲労破壊を招くことになり、スチールヘルド７の疲労強
度などからその半径を小さくすることには限界がある。

一方、スイングアーム２の回転半径Ｒを大きくすると、
磁気ヘッド位置決め機構の本体が大型化してしまう。

さらに、アクセス速度を高めるためには、アクセスモー
タ５に出力の大きいものを用い、位置決め系の動力伝達
要素の剛性を高め、制御回路のサーボゲインを高めなけ
ればならない。

ところが、アクセスモータ５は出力が高くなるのに伴い
容積も大きくなり消費する電力も大きくなるため、動力
伝達要素の剛性を高めると、それだけ装置を小型化・軽
量化・薄型化することができない。また、位置決め制御
回路のサーボゲインを高めると、回路が発振したり機構
部が共振したりして制御性が悪くなり、磁気ヘッドの高
速位置決めの精度が悪化する。そして、装置が大型化す
るのに伴い振動や衝撃等の外乱に対して正確なオントラ
ック状態を保持することができない等の問題が生ずる。

さらに、装置が大型化すると機構部が複雑になり、組立
治工具を使って正確に組み立てる必要があり作業性が悪
くなる。

本発明は、上記従来の磁気ヘッド位置決め機構の問題点
を解決して、装置を大型化することなく、制御性が良好
で磁気ヘッドの高速位置決め精度が高く、振動等に強く
高密度で書込み／読出しを行うことができるボイスコイ
ルモータを提供することを目的とする。

（５題を解決するための手段） そのために、本発明のボイスコイルモータにおいては、
ハウジング等にベアリングを介して支持される回転軸と
、該回転軸に固定されたロータディスクを有している。

該ロータディスクの一方の面には、微小な空隙を置いて
対向する軟磁性の金属板が配設されており、他方の面に
は同様に微小な空隙を置いて対向する固定磁極が配設さ
れている。そして、ロータディスクは、電気的に結合し
た複数の巻線コイルを接着剤、プラスチックモールド等
の樹脂で固着一体化して形成される。

（作用） 本発明によれば、上記のように、回転軸に支持されたロ
ータディスクの一方の面には、微小な空隙を置いて軟磁
性の金属板が、他方の面には同様に微小な空Ｉ！ｔを置
いて固定磁極が配設されているため、巻線コイルに流れ
る電流によってロータディスクは上記回転軸の周りを回
転する。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図は本発明のボイスコイルモータを示す図、第１図
（Ａ）はボイスコイルモータのアクチュエータの平面図
、第１図（Ｂ）はボイスコイルモータのアクチュエータ
の断面図である。

図において、アクチュエータ１１は軟磁性を有する金属
板Ｉ２をヘースとして組み立てられる。回転軸１３には
ロータディスク１４が固定されており、該ロータディス
ク１４は、電気的に結合した複数の巻線コイル１５を接
着材又はプラスチックモールド等で固着一体化して形成
される。

また上記回転軸１３は、ベアリング１６．１７を介して
ハウジングＩＯに支持されていて、回転軸１３とヘアリ
ング１６．１７の内輪間に配設されたばね要素１８を介
して予荷重が与えられている。

このように、回転軸１３と一体化されたロータディスク
１４は、片面に微小な空隙２１を置いて上記金属板１２
と対向し、他面にも同様に微小な空隙２２を置いて固定
磁極ヨーク２５に支持された固定磁極２３に対向してい
る。そのため該固定磁極ヨーク２５が、複数の固定爪２
６を介して上記金属板１２にスナップ係合されている。

そして、上記ロータディスクＩ４を構成する巻線コイル
１５の数に対し、固定磁極２３の極数をその２倍にして
あり、しかもロータディスク１４は回転軸１３の周りを
ほぼ半回転以上しないように構成されている。

上記固定磁極２３は、永久磁極２４とそれを支持する固
定磁極ヨーク２５の組立体で構成される。そして、永久
磁極２４で発生ずる永久磁束は、固定磁極ヨーク２５か
ら空隙２２を通り、金属板１２内を通過した後再び別の
空隙２１を通って一巡して閉ループ磁路を構成する。

次に、上記構成のボイスコイルモータの動作について説
明する。

第２図は本発明のボイスコイルモータの動作説明図、第
２図（Ａ）は回転角θと界磁磁束密度分布Ｂ（θ）の関
係図、第２図（Ｂ）は巻線コイル配置図である。

図は、複数の巻線コイル１５の一個が界ＶＡ磁束密度分
布Ｂ（θ）で表される磁束内にある場合の状態を示して
いる。永久磁極２４の中心○を横切る任意の基線ＯＹか
ら永久磁極２４の回転方向に角度θをとる。永久磁極２
４の極数をＰ、１束をＢＩｌｌとすると、界磁磁束密度
分布Ｂ（θ）は、 ・・・・・・　　（１） で近似される。

ここで、θ−τのとき、θはノードを与える角度である
。

この時、−個の巻線コイル１５に鎖交する磁束φ（θ）
は、巻線コイル１５の内径をＲ＋、外径を特徴とする特
許 となり、−個の巻線コイル１５の巻数をＮ、シリーズ結
合される巻線コイル１５の数をｍとして誘導起電力Ｃ４
を求めると、 Ｐｄθ Ｃ０５−Ｔ’−θ「・・・（３） で与えられる。

また、アクチュエータ１１に発生するトルクＴは、Ｉａ
を巻線コイル１５に流れる電流とすると、Ｔ＝ｍＮ（Ｒ
％−Ｒ＋”）［ａ　Ｂｍ　　・で与えられる。したがっ
て、アクチュエータ定数としての逆起電力定数に！及び
トルク定数に、は、Ｋｇ　−Ｋｔ　＝ｍＫｏ　Ｃ０５−
Ｔ−θ・・・（５） である。

巻線コイル１５に流れる電流Ｔａは、 巻線コイル抵 抗をＲａとして、 Ｉａ＝　−（Ｅ、−ＫＥ　−”）　　・（７）ｍＲａ　
　　　　　　　　　　　　　ｄｔで与えられる。但し、
Ｅ、はアクチュエータ１１の駆動電圧である。

以上で本発明のボイスコイルモータのアクチュエータＵ
の主な仕様の計算を行うことができる。

該アクチュエータ１１の回転軸１３に負荷慣性Ｊが結合
されると、その運動方程式は、 ｄ２θ Ｊ　　ｄＬ　２　　＝Ｋ　ｙ　Ｉ　ａ　　　　　　’・
””　”）で表される。この運動方程式を解くことによ
り負荷の動的挙動や電機系の動的挙動が説明される。

従来から使用されているヘッドアクセス用直流モータは
、複数相の巻線コイルを有しており、ロータの回転角度
に応して相巻線の励磁切替を行っている。このため、相
励磁切替方式の場合、常に励磁されない相巻線が存在し
、低効率となっていた。

また、本実施例のように複数の巻線コイル１５を設けた
場合、これらを直列に接続しても、並列に接続してもよ
い。すなわち、他の構成部材との関係で許容されるイン
ピーダンスの範囲内に入るよう、かつ任意に選択するこ
とができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、回転軸に支持さ
れたロータディスクの一方の面には、微小な空隙を置い
て軟磁性の金属板が、他方の面には同様に微小な空隙を
置いて固定磁極が配設されているため、ロータディスク
を極めて薄い構造とすることができる。

したがって、ヘッド位置決め装置の可動部の質量が小さ
くなり、高速アクセスが可能となるだけでなく、回動ト
ルクが大きくなって書込み／続出し性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のボイスコイルモータを示す図、第１図
（Ａ）はボイスコイルモータのアクチュエータの平面図
、第１図（Ｂ）はボイスコイルモータのアクチュエータ
の断面図、第２図は本発明のボイスコイルモータの動作
説明図、第２図（Ａ）は回転角θと界磁磁束密度分布Ｂ
（θ）の関係図、第２図（Ｂ）は巻線コイル配置図、第
３図は従来の磁気ヘッド位置決め機構を示す図、第４図
は従来の他の磁気ヘッド位置決め機構を示す図である。 １１・・・アクチュエータ、１４・・・ロータディスク
、１５・・・１１コイル、１６．１７・・・ベアリング
、２１．２２・・・空隙、２３・・・固定磁極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）回転軸と、 （ｂ）該回転軸に固定されたロータディスクと、（ｃ）
   該ロータディスクの一方の面に微小な空隙を置いて対向
   する軟磁性の金属板と、 （ｄ）該ロータディスクの他方の面に微小な空隙を置い
   て対向する固定磁極を有し、 （ｅ）かつ上記ロータディスクは、電気的に結合した複
   数の巻線コイルを樹脂で固着一体化して形成されたこと
   を特徴とするボイスコイルモータ。