JPH06178521A - ボイスコイル型リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度かつ低コストで製作し得るボイスコイ
ル型リニアモータを提供する。 【構成】 強磁性材料により内周を凹円筒面に形成した
アウターヨーク内に，強磁性材料により外周を凸円筒面
に形成したインナーヨークをアウターヨークと同軸的磁
気的に結合して設け，アウターヨーク内周面に半径方向
に異方性を有しアークセグメント状若しくは中空円筒状
の永久磁石を固着し，永久磁石とインナーヨークとの間
に形成される磁気空隙内に中空円筒状に形成したコイル
をアウターヨークおよびインナーヨークの長手方向に移
動可能に設けたボイスコイル型リニアモータにおいて，
アウターヨークおよび／またはインナーヨークを構成す
るヨーク板を，これらの横断面輪郭と対応して形成した
複数個の薄板により，相互間をダボおよびダボ孔を介し
て位置決め積層して形成し，アウターヨークおよびイン
ナーヨークの外表面に耐食性材料からなる被覆を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，例えば磁気ディスク装
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ものであり，特に構
成部材を低コストかつ高精度で製作できるように改良さ
れたボイスコイル型リニアモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からボイスコイル型リニアモータは
構造が簡単であり，しかも高速直線運動の駆動源として
優れているため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，磁気ヘッドを任意のトラック
位置から他のトラック位置へ高速かつ高精度で移動させ
ることが必要であるため，磁気ヘッドの位置決め手段と
して他の型式のモータよりアクセスタイムの短いボイス
コイル型リニアモータが多用されている。

【０００３】一般にこのような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た永久磁石と，センターヨー
クに介装されその長手方向に移動可能に形成された可動
コイルとから構成されている（例えば特公昭50−4241
号，特開昭58−123361号公報等参照）。

【０００４】図１は本発明の対象であるボイスコイル型
リニアモータの構成部材を分解して示す斜視図である。
この構造のボイスコイル型リニアモータは，例えば米国
特許第5,146,122 号明細書に記載されている。図１にお
いて，１はアウターヨークであり，例えば軟鉄，軟鋼の
ような強磁性材料により，内周に凹円筒面２を備え，横
断面形状を略Ｃ形に形成したヨーク板５によって構成す
る。

【０００５】次に６はインナーヨークであり，前記アウ
ターヨーク１と同様な材料により，外周に凸円筒面７を
備えるように形成する。すなわち例えば円板状に形成し
た基板８上に，横断面形状を略Ｃ形に形成したヨーク板
９を一体に立設した構成とする。なおヨーク板９の内側
に設けた凹部１０は，後述するコイルの支持部材が移動
する空間を確保するためのものである。

【０００６】１１は永久磁石であり，アークセグメント
状に形成し，半径方向に異方性を付与し，かつ同極が対
向するようにアウターヨーク１の内周面に固着する。１
２はショートリングであり，例えばＣｕ，Ａｌあるいは
これらの合金等からなる非磁性導電性材料により，中空
円筒状に形成し，前記永久磁石１１の内周面に固着す
る。また図示省略したカウンターヨークは，前記アウタ
ーヨーク１およびインナーヨーク６と同様な材料によ
り，長方形板状に形成し，アウターヨーク１およびイン
ナーヨーク６の開口部に固着する。

【０００７】そして永久磁石１１とインナーヨーク６と
の間に形成される磁気空隙内には，中空円筒状に形成し
たコイル（図示せず）をインナーヨーク６の長手方向に
移動可能に介装させる。このコイルは，例えば中空円筒
状に形成され，その内部に横断面十字状に形成された支
持部材（図示せず）によって支持されたボビン上に巻装
され，ボビンの他の端部は，磁気ヘッドを備えたアーム
（何れも図示せず）と接続される。

【０００８】上記の構成により，コイルに電流を流す
と，永久磁石１１によって生ずる磁束線と電流とが直交
するため，フレミングの左手の法則に基づいてコイルに
はアウターヨーク１およびインナーヨーク６の長手方向
に使用する推力が働く。従ってボビンおよびこのボビン
と接続されたアームを直線運動させることができ，磁気
ヘッドの位置決めを行うことができる。この直線運動の
向きはコイルに流す電流の向きを反転することによって
変え得るので，コイルないし磁気ヘッドの前進後退が可
能となるのである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記構成のボイスコイ
ル型リニアモータを構成するアウターヨーク１およびイ
ンナーヨーク６は，前記のような鉄系の強磁性材料によ
って構成されるのであるが，これらの素材は，例えば冷
間鍛造，粉末冶金，精密鋳造等の成形手段によって成形
される。そしてアウターヨーク１の凹円筒面２およびイ
ンナーヨーク６の凸円筒面７は，永久磁石１１の取付精
度および磁気空隙１５の空隙寸法精度を高水準に確保す
るために，機械加工により例えば寸法精度を0.05mm以下
にする必要がある。

【００１０】また上記凹円筒面２および凸円筒面７は，
図１から明らかなように円周方向に不連続な面であるた
め，このような円筒面を高精度で機械加工する作業は極
めて煩雑であり，かつその加工工数および加工時間が大
になるのが通常である。従って機械加工コストが嵩むこ
ととなり，ボイスコイル型リニアモータの製作費が高騰
する結果を招来する。

【００１１】更に上記アウターヨーク１およびインナー
ヨーク６は，図１に示すように形状が複雑であると共
に，凹部の深さ寸法が大であるため，これらの素材を成
形する場合の作業が煩雑であり，生産性を低下させると
いう問題点がある。なお前記のような素材成形手段にお
いては，何れも成形用の金型が必要であり，複雑な形状
の素材を成形するための金型は，製作コストが必然的に
高価となるため，ボイスコイル型リニアモータの製作費
を増大させる一因となるのである。

【００１２】本発明は上記従来技術に存在する問題点を
解決し，高精度かつ低コストで製作し得るボイスコイル
型リニアモータを提供することを目的とするものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に，本発明においては，強磁性材料により内周を凹円筒
面に形成したアウターヨーク内に，強磁性材料により外
周を凸円筒面に形成したインナーヨークを前記アウター
ヨークと同軸的かつ磁気的に結合して設け，アウターヨ
ーク内周面に半径方向に異方性を有しかつアークセグメ
ント状若しくは中空円筒状に形成した永久磁石を固着
し，この永久磁石と前記インナーヨークとの間に形成さ
れる磁気空隙内に中空円筒状に形成したコイルをアウタ
ーヨークおよびインナーヨークの長手方向に移動可能に
設けてなるボイスコイル型リニアモータにおいて，アウ
ターヨークおよび／またはインナーヨークを構成するヨ
ーク板を，これらの横断面輪郭と対応して形成した複数
個の薄板により，相互間をダボおよびダボ孔を介して位
置決め積層して形成し，アウターヨークおよびインナー
ヨークの外表面に耐食性材料からなる被覆を設ける，と
いう技術的手段を採用した。

【００１４】本発明において，永久磁石の内周面に非磁
性導電性材料からなるショートリングを固着することが
できる。また本発明において，永久磁石をＲ−Ｆｅ−Ｂ
系材料によって形成することができる。この場合Ｒ−Ｆ
ｅ−Ｂ系材料中の希土類元素Ｒの含有量は１０〜３０原
子％の範囲が望ましい。Ｒが１０原子％より少ないと磁
気特性（特に保磁力）が低下し，一方３０原子％より多
いとＲリッチな非磁性相が多くなり，残留磁束密度が低
下するため好ましくない。この場合希土類元素Ｒとして
は，通常Ｎｄ，Ｐｒのような希土類元素が使用される
が，特に資源的に豊富に存在し，比較的安価なＮｄが最
も一般的である。また保磁力を向上させるために，Ｒの
一部（１〜３０％程度）をＤｙ，Ｈｏ，Ｔｂのような重
希土類元素で置換することができる。更にＲはＬａ，Ｃ
ｅ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｅｒ，Ｅｕ，Ｔｍ，Ｔｂ，Ｙのうち少
なくとも１種を含むことができる。

【００１５】Ｆｅの含有量は６５〜８５原子％の範囲が
望ましい。Ｆｅが６５原子％より少ないと残留磁束密度
が低下し，８５原子％より多いと保磁力が低下するため
好ましくない。

【００１６】Ｂの含有量は２〜２８原子％の範囲が望ま
しい。Ｂが２原子％より少ないと保磁力が低下し，２８
原子％より多いとＢリッチな非磁性相が多くなり，残留
磁束密度が低下するため好ましくない。

【００１７】なお上記必須成分の他，製造上不可避の不
純物（例えばＯ₂ ）が含まれる場合もある。またＲ−Ｆ
ｅ−Ｂ系材料において公知の添加元素（例えばＣｏ，Ａ
ｌ，Ｔｉ等）を含有することもできる。このような添加
元素は，例えば特開昭60−162754号，同61−87825 号公
報に開示されている。

【００１８】本発明におけるアークセグメント状若しく
は中空円筒状の永久磁石は，例えば次のようにして作製
することができる。まずＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金を通常の方
法でＡｒ中若しくは真空中で溶解するが，Ｂはフェロボ
ロンとして添加してもよい。希土類元素は最後に投入す
るのが好ましい。溶解後のインゴットの粉砕は粗粉砕お
よび微粉砕されるが，粗粉砕はスタンプミル，ジョーク
ラッシャー，ブラウンミル，ディスクミル等により，ま
た微粉砕はジェットミル，振動ミル，ボールミル等によ
って行う。何れも酸化防止のために，非酸化性雰囲気中
において行い，このため有機溶媒や不活性ガスを使用す
るのが好ましい。

【００１９】粉砕後の粒径は２〜５μｍ（Fischer Subs
ive Sizer による測定）とするのがよい。上記のように
して作製した磁粉を磁場中成形装置によって所定のアー
クセグメント状若しくは中空円筒状の成形体とする。こ
の成形体を次に焼結するのであるが，焼結はＡｒ，Ｈｅ
等の不活性ガス中若しくは真空中または水素中において
９５０〜１１５０℃の温度で２０分ないし２時間行う。
焼結後，必要に応じて不活性ガス雰囲気中において熱処
理を施す。好ましい熱処理条件は５００〜７００℃にお
いて３０分ないし３時間である。最後に磁粉の配向方向
（この場合は半径方向）と揃えて着磁を行う。着磁磁場
強度は５〜３０ｋＯｅの範囲がよい。

【００２０】次に本発明におけるアウターヨークおよび
／またはインナーヨークのヨーク板を形成する薄板は，
パンチ・ダイセットによって打抜き成形することが好ま
しく，この場合打抜きダイ中において連続的に積層する
ことも可能である。また薄板相互間は，ダボおよびダボ
孔の係合によって密着一体化が可能であるが，層間に接
着剤を介在させてもよい。更に積層体に貫通孔を設けて
おき，積層後においてリベットその他の締結手段を介し
て一体化してもよい。

【００２１】上記アウターヨークおよび／またはインナ
ーヨークは，通常は鉄系材料によって形成されるため，
防錆のために外表面に耐食性材料からなる被覆を設ける
が，このような材料としては公知の樹脂材料を使用する
ことができる。被覆形成手段としては，塗布，吹付等の
他に，積層体を金型中にインサートし，樹脂材料を充填
して行うモールド成形（射出成形）の手段を使用でき
る。

【００２２】

【作用】上記の構成により，アウターヨークおよび／ま
たはインナーヨークのヨーク板の外形輪郭寸法は，薄板
の成形時において精度が確保され，また薄板相互間は一
体に成形されたダボとダボ孔との係合によって正確に位
置決めされ得るから，積層後における機械加工を省略す
ることができる。この結果高精度かつ低コストの製作が
実現されるのである。

【００２３】

【実施例】図２および図３は各々本発明の実施例におけ
るアウターヨークを構成するヨーク板を示す平面図およ
び一部断面側面図であり，同一部分は前記図１と同一の
参照符号で示す。図２および図３において，２１は薄板
であり，例えばＳ１０Ｃのような軟鋼板により，アウタ
ーヨーク１のヨーク板５の横断面輪郭形状と対応する平
面輪郭形状に形成する。

【００２４】このような薄板２１を形成するには，パン
チ・ダイセットによる打抜成形手段が好適である。２
２，２３は各々ダボおよびダボ孔であり，図４に拡大し
て示すように，各々同一の外径および内径に，かつ高さ
寸法および深さ寸法が例えば薄板２１の厚さ寸法より小
になるように形成する。このようなダボ２２およびダボ
孔２３を形成するには，前記パンチ・ダイセットにダボ
２２およびダボ孔２３を成形するパンチおよびダイを組
込んでおき，薄板２１の打抜成形時に同時に成形するこ
とが好ましい。

【００２５】薄板２１を成形後，表面に例えばアラルダ
イトＡＶ１３８を塗布して所定枚数を積層して所定寸法
のヨーク板５からなるヨーク１（図１参照）を形成す
る。積層組立後においてアウターヨーク１の外表面に例
えばエポキシ樹脂を塗布して被覆を形成する。

【００２６】図５は本発明の実施例におけるインナーヨ
ークを構成するヨーク板を示す平面図であり，同一部分
は前記図１と同一の参照符号で示す。図５において２４
は薄板であり，前記図２ないし図４における薄板２１と
同様な材料により，インナーヨーク６のヨーク板９の横
断面輪郭形状と対応する平面輪郭形状に形成する。薄板
２４の成形手段および積層手段は，前記図２ないし図４
における薄板２１と同様であり，積層後図１に示す基板
８上に固着してインナーヨーク６を形成する。

【００２７】以後の組立は前記図１に示すものと同様で
ある。なお永久磁石１１はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系材料（日立
金属製ＨＳ−３ＤＣＶ）により形成した。上記の構成に
よるボイスコイル型リニアモータを連続運転した結果，
従来のブロック状のアウターヨーク１およびインナーヨ
ーク６によって構成されるものと同様の性能を発揮する
ことを確認した。

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから，構成部材であるアウターヨークおよび／
またはインナーヨークのヨーク板を打抜き積層のみによ
って形成することができ，かつ以後の機械加工を省略す
ることができ，低コストで製作できると共に，高精度を
確保することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象であるボイスコイル型リニアモー
タの構成部材を分解して示す斜視図である。

【図２】本発明の実施例におけるアウターヨークを構成
するヨーク板を示す平面図である。

【図３】本発明の実施例におけるアウターヨークを構成
するヨーク板を示す一部断面側面図である。

【図４】図３におけるダボおよびダボ孔の近傍を示す拡
大断面図である。

【図５】本発明の実施例におけるインナーヨークを構成
するヨーク板を示す平面図である。

【符号の説明】

１ アウターヨーク ６ インナーヨーク ５，９ ヨーク板 ２１，２４ 薄板 ２２ ダボ ２３ ダボ孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強磁性材料により内周を凹円筒面に形成
   したアウターヨーク内に，強磁性材料により外周を凸円
   筒面に形成したインナーヨークを前記アウターヨークと
   同軸的かつ磁気的に結合して設け，アウターヨーク内周
   面に半径方向に異方性を有しかつアークセグメント状若
   しくは中空円筒状に形成した永久磁石を固着し，この永
   久磁石と前記インナーヨークとの間に形成される磁気空
   隙内に中空円筒状に形成したコイルをアウターヨークお
   よびインナーヨークの長手方向に移動可能に設けてなる
   ボイスコイル型リニアモータにおいて， アウターヨークおよび／またはインナーヨークを構成す
   るヨーク板を，これらの横断面輪郭と対応して形成した
   複数個の薄板により，相互間をダボおよびダボ孔を介し
   て位置決め積層して形成し，アウターヨークおよびイン
   ナーヨークの外表面に耐食性材料からなる被覆を設けた
   ことを特徴とするボイスコイル型リニアモータ。
2. 【請求項２】 永久磁石の内周面に非磁性導電性材料か
   らなるショートリングを固着したことを特徴とする請求
   項１記載のボイスコイル型リニアモータ。
3. 【請求項３】 永久磁石をＲ（Ｎｄ，Ｐｒ，Ｄｙ等の希
   土類元素の１種以上）−Ｆｅ−Ｂ系材料によって形成し
   たことを特徴とする請求項１若しくは２記載のボイスコ
   イル型リニアモータ。