JPH1023728A - ボイスコイルモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高効率な磁気回路を備え、高精度な位置セン
サにより可動子の位置検出を行い、可動子及び全体を小
型軽量に構成できるボイスコイルモータを実現する。 【解決手段】 円筒状センターヨーク１１の軸方向に対
して垂直な磁界を印加すべく対向して配置された２個の
マグネット１４Ａ，１４Ｂと、２個のマグネットの各々
の外周に夫々固定された２個のサイドヨーク１５Ａ，１
５Ｂと、センターヨークの軸方向の両端をサイドヨーク
に磁気的に結合する２個のエンドヨーク１６Ａ，１６Ｂ
と、２個のマグネットとセンターヨークの間の空隙内に
軸方向に移動可能に配置されたボビンに巻回されたボイ
スコイル１３と、ガイド１７Ａ，１７Ｂと、ボイスコイ
ルを保持するホルダ１８と、所定の距離情報が記録され
たスケール板２３と、距離情報を読取るためホルダに配
置されたセンサ２２と、給電，検出信号の伝送を行うフ
レキシブル基板２６とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ボイスコイルモー
タに関し、更に、詳しくは、高精度の直線移動に適した
ボイスコイルモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク装置のアクチュエータとし
て、ムービングコイル，永久磁石及びヨーク（磁性体）
からなるムービングコイル型モータ（以下、これをボイ
スコイルモータと言う）が主に使用されている。

【０００３】このボイスコイルモータの原理的構成を図
５に示す。この図５において、１はセンターヨーク、２
はセンターヨーク１の軸方向に対して垂直な磁界を印加
するよう配置されたマグネット、３はマグネット２の外
側に固定されたサイドヨーク、４Ａ及び４Ｂはセンター
ヨーク１の軸方向の両端をサイドヨーク３に磁気的に結
合するエンドヨーク、５はマグネット２とセンターヨー
ク１の間の空隙内で軸方向に移動可能に配置されたボビ
ンに巻回されたコイル、６はコイル５を保持し外部機器
と結合されるホルダである。

【０００４】このような構成のボイスコイルモータで
は、マグネット２による一定強度の磁界がコイル５に対
して交差するように磁気回路を構成している。そして、
コイル５に通電すると、フレミング左手の法則に従っ
て、コイル５にセンターヨーク１の軸方向の力が働く。
従って、コイル５及びホルダ６はセンターヨーク１に沿
って移動する。

【０００５】尚、このような構成のボイスコイルモータ
では、ホルダ６をスムーズに移動させるために別途ガイ
ドレールが必要になり、構成が複雑化する。また、磁気
回路も１回路であるため、効率が良くない。

【０００６】そこで、磁気回路を２つにし、ホルダの移
動を助けるガイドレールをサイドヨーク近傍に設けたボ
イスコイルモータが、特公平５−３２２６号公報におい
て提案されている。

【０００７】すなわち、図６に示すように、センターヨ
ーク（図示せず）を中心にして、サイドヨーク３Ａと３
Ｂとを設け、このサイドヨーク３Ａ及び３Ｂの内側に夫
々マグネットを配置している。

【０００８】これにより、センターヨークを中心にして
両側に２つの磁気回路が構成される。また、サイドヨー
ク３Ａの外側にガイド７を設け、このガイド７に沿って
ホルダ６が移動するように構成されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成のボ
イスコイルモータにおいては、下記のような問題点があ
る。

【００１０】一方のサイドヨーク３Ａの外側にガイド７
を設けているために、対向する２個のマグネット間の２
つの隙間（図６の左側面及び図示されない奥の側）の両
方からホルダ６がコイル（図示せず）を把持する構成に
なっている。

【００１１】従って、ホルダ６がサイドヨーク３Ａ及び
３Ｂ間の隙間の両側から大きくはみ出すことになり、ボ
イスコイルモータ全体が大きくなる問題を有している。
更に、可動子であるホルダ６も大きくなることで、慣性
が大きくなり、移動や停止を速やかに行い難くなる問題
を有している。

【００１２】また、高精度な位置センサを小型化してボ
イスコイルモータの可動子と一体に配置することについ
ては、殆ど配慮されていなかった。本発明は、上記の問
題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高効率な磁
気回路を備え、高精度な位置センサにより可動子の位置
検出を行い、可動子及び全体を小型軽量に構成すること
が可能なボイスコイルモータを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】課題を解決する手段であ
る本発明は以下に説明するようなものである。本発明
は、円筒状のセンターヨークと、このセンターヨークの
軸方向に対して垂直な磁界を印加するよう対向して配置
された２個のマグネットと、前記２個のマグネットの各
々の外周に夫々固定された２個のサイドヨークと、前記
センターヨークの軸方向の両端を前記サイドヨークに磁
気的に結合する２個のエンドヨークと、前記２個のマグ
ネットとセンターヨークの間の空隙内に軸方向に移動可
能に配置されたボビンに巻回されたボイスコイルと、前
記センターヨークと平行するように前記２個のエンドヨ
ーク間に設けられたガイドと、前記ガイドに沿って移動
可能に配置され、対向する２個のマグネットの間の開口
の一方から前記ボイスコイルを保持するホルダと、前記
ホルダの移動方向と平行するように配置され所定の距離
情報が記録されたスケール板と、前記スケール板に記録
された距離情報を読取るため前記ホルダに配置されたセ
ンサと、前記ボイスコイルと前記センサへの給電並びに
センサからの検出信号の伝送を行うフレキシブル基板
と、を有することを特徴とするボイスコイルモータであ
る。

【００１４】このボイスコイルモータにおいては、マグ
ネットの内側の面，センターヨーク，エンドヨーク，サ
イドヨーク，マグネットの外側の面を磁束が一巡する磁
気回路が２組形成される。

【００１５】この磁気回路中に配置されたコイルにフレ
キシブル基板を介して電流を流すと、フレミング左手の
法則に従って、コイルにセンターヨークの軸方向の力が
働く。これにより、コイル及びホルダはセンターヨーク
に沿って移動する。

【００１６】この際、スケール板に記録された距離情報
をホルダに配置されたセンサが光学的若しくは磁気的に
読取り、読取られた距離情報はフレキシブル基板を介し
て外部に伝送される。

【００１７】この場合、コイルとボビンとホルダとから
構成されたムービングコイル型の可動子は、ホルダがボ
イスコイルの一方を保持するようになっているため、小
型かつ軽量であるため、慣性が小さくなり、移動や停止
を速やかに行うことが可能になっている。

【００１８】また、スケール板を固定側に設け、センサ
を可動子側に設けてあるので、高精度な位置センサを小
型化するのに適しており、ボイスコイルモータの可動子
と一体に配置することも適している。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態例を詳細に説明する。図１は本発明の実施の形
態例のボイスコイルモータの可動子移動方向に垂直な断
面を示す断面図である。また、図２は図１における上面
を示す上面図である。そして、図３はボイスコイルモー
タの可動子移動方向の断面を右からみた場合の断面図で
ある。

【００２０】＜ボイスコイルモータの構成＞以上の図に
おいて、１１は円筒状のセンターヨークを構成するポー
ル、１２はポール１周囲の空隙内でポール１の軸方向に
移動可能に配置されたボビン、１３はボビン１２に巻回
されたボイスコイル（以下、単にコイルと呼ぶ）であ
る。

【００２１】１４Ａはポール１１の軸方向に対して垂直
な磁界を印加するよう配置されたマグネット、１４Ｂは
ポール１１の軸方向に対して垂直な磁界を印加するよう
配置されたマグネットである。尚、マグネット１４Ａ及
び１４Ｂの磁界の向きは、両方とも同じ様にポール１１
へ向かうか、またはその逆向きになるようにしておく。

【００２２】１５Ａはマグネット１４Ａの外側に固定さ
れたサイドヨークを構成するサイドプレート、１５Ｂは
マグネット１４Ｂの外側に固定されたサイドヨークを構
成するサイドプレートである。

【００２３】１６Ａはポール１１の軸方向の一端をサイ
ドプレート１５Ａ及び１５Ｂで磁気的に結合するエンド
ヨークを構成するエンドプレート、１６Ｂはポール１１
の軸方向の他端をサイドプレート１５Ａ及び１５Ｂで磁
気的に結合するエンドヨークを構成するエンドプレート
である。

【００２４】１７Ａ及び１７Ｂは後述するホルダの移動
を助けるためのガイドレールであり、対向するマグネッ
ト１４Ａ及び１４Ｂの開口の一方の側であって、エンド
プレート１６Ａ及び１６Ｂの間に平行して設けられてい
る。

【００２５】１８はコイル１３が巻回されたボビン１２
を保持し図示されていない外部機器を接続するホルダで
あって、前記ガイドレール１７Ａ及び１７Ｂにガイドさ
れてポール１１に沿って移動可能に設けられている。１
９はホルダ１８の上面に取り付けられたホルダカバーで
あって、後述するフレキシブル基板やフォトセンサとの
接続を行うものである。

【００２６】２０はホルダ１８内の中空円筒部の内周面
に設けられたベアリングであって、ガイドレール１７Ａ
に対してホルダ１８が滑らかに移動可能なように構成さ
れている。

【００２７】２１はホルダ１８のガイドレール１７Ｂに
接する面に取り付けられた摺動板であって、ガイドレー
ル１７Ｂに対して滑らかに移動可能なように構成されて
いる。尚、この摺動板２１は断面が平板状のほか、Ｌ字
状やコ字状に形成した断面のものを用いることも可能で
ある。特に、コ字状の断面を有する摺動板を用いること
でホルダ１８を安定した状態に保つことも可能である。

【００２８】２２はホルダ１８に取り付けられて光学的
に検出を行うフォトセンサ、２３はマグネット１４Ｂ
（若しくはサイドプレート１８Ｂ）に取り付けられた距
離情報を示すスケール板である。

【００２９】２４は入出力リードであり、コイル１３や
フォトセンサ２２の発光素子に電力を供給し、また、フ
ォトセンサ２２の受光素子からの検出信号を受け取る複
数の信号線（配線パターン）からなるものである。

【００３０】２５はコネクタであり、外部機器からの入
出力リード２４と後述するフレキシブル基板とを接続す
る接続装置であり、ここに示す例ではサイドプレート１
５Ａ上に固定されている。

【００３１】２６はフレキシブル基板（ＦＰＣ）であ
り、一端がコネクタ２５に接続され、他端が可動子であ
るホルダ１８側に固定されており、ホルダ１８が移動し
てもコイル１２及びフォトセンサ２２への電力の供給及
びフォトセンサ２２からの検出信号の伝達を確実に行え
るように構成されている。尚、このＦＰＣ２６がホルダ
カバー１９の部分も兼ねることが可能である。

【００３２】よって、このボイスコイルモータにおいて
は、マグネットの内側の面，センターヨーク，エンドヨ
ーク，サイドヨーク，マグネットの外側の面を磁束が一
巡する磁気回路が２組形成されている。

【００３３】尚、以上の構成における変形例として以下
のようなものが考えられる。ここでは、フォトインタラ
プタ形式のフォトセンサ２２がスケール板２３に記録さ
れた距離情報を透過式に読取るよう構成されているもの
を例示した。このフォトセンサ２２は、例えば発光素子
と受光素子とにより構成されており、スケール板２３を
挟む形でガイド１８に取り付けられている。

【００３４】このスケール板２３としては、透明板に遮
光性インクで距離（位置）情報が記録されたものや、遮
光性の板に距離（位置）情報に応じたスリットが設けら
れたものなどが該当する。

【００３５】また、距離情報としてはホルダ１８の移動
距離が分かるような等間隔のスケールのようなものが該
当し、これに位置情報としてホームポジション（基準位
置）が分かるような情報を付加しても良い。

【００３６】また、ここでは、光学的に透過検出を行う
フォトセンサを示したが、光学的に反射して検出するセ
ンサでも良く、更に、磁気的検出など他の方式で移動距
離や位置を検出するセンサであっても構わない。

【００３７】更に、スケール板２３を独立して設けず
に、例えば、ガイドレール１７Ｂの表面を用いたり、ガ
イドレール１７Ｂの非接触面側に設けるなどの変形も可
能である。

【００３８】そして、図４に示すように、半円筒内面を
有するマグネット１４Ａの代わりに、半円筒内面を有す
るインナーヨーク２７Ａとサイドプレート１５Ａで平板
形状のマグネット１４Ｃをサンドイッチするようにし、
同様にして、半円筒内面を有するマグネット１４Ｂの代
わりに、半円筒内面を有するインナーヨーク２７Ｂとサ
イドプレート１５Ｂで平板形状のマグネット１４Ｄをサ
ンドイッチするようにしても良い。

【００３９】また、上述したフレキシブル基板（ＦＰ
Ｃ）２６の代わりに、フレキシブルフラットケーブル
（ＦＦＣ）を用いて給電及び検出信号の伝送を行うこと
も可能である。

【００４０】＜ボイスコイルモータの動作＞次に、上記
した構成のボイスコイルモータの動作を説明する。入出
力リード２４を介してコイル１３へ電流を流すと、コイ
ル１３にはマグネット１４Ａ及び１４Ｂからの磁束が交
差しているので、フレミング左手の法則に従ってポール
１１の軸方向の推力が発生する。

【００４１】従って、コイル１３及びホルダ１８はガイ
ドレール１７Ａ及び１７Ｂにガイドされて滑らかに移動
する。このホルダ１８の移動の際、ＦＰＣ２６がたわむ
ことでコイル１３及びフォトセンサ２２への給電並びに
フォトセンサ２２での検出信号の伝送は問題なく行われ
る。

【００４２】そして、フォトセンサ２２においてスケー
ル板２３に記録された距離情報が読取られて、検出信号
はＦＰＣ２６を介して入出力リード２４に導かれ、外部
に伝送される。

【００４３】このようなボイスコイルモータは、カード
リーダの駆動源、半導体製造（検査）の冶具、ＦＡ用ロ
ボットの動力源、プリンタヘッドの駆動源、プロッタの
ペン駆動源、各種ディスク装置のヘッド駆動源、工作機
械のテーブル駆動源、スキャナのヘッド駆動源などに使
用することが可能である。

【００４４】＜実施の形態例により得られる効果＞ 丸型のソレノイドコイル（ボイスコイル）を使用して
いるために、コイルの巻回（製造）が容易に行なえる。
多層巻のコイルも安定して容易に製作することができ
る。また、ボイスコイルを使用しているために、スピー
カの部品と共通化することができ、生産設備の効率が良
い。

【００４５】丸型のコイルを使用して、両脇にマグネ
ットを配置する構成としたことで、磁束を切るコイルの
面積が大きくでき、角型コイルの場合よりも効率を高め
ることができる。

【００４６】２つの磁気回路（閉回路）を構成してい
るので、効率が良い。また、２つの磁気回路に磁束が分
散されるので、エンドヨークやサイドヨークには薄い鋼
板を用いることが可能になる。

【００４７】一方のガイドレールをボビン内の円筒形
状のベアリングで支持し、他方のガイドレールをルーズ
に接触させる構成にしたことで、ガイドレールの平行度
の精度やエンドプレートに取り付けの際の直角度の精度
等にかかわらず、移動をスムーズに行うことが可能にな
る。

【００４８】コイル及びセンサへの給電とセンサでの
検出信号の伝送をＦＰＣで一括して行うことで、センサ
を可動子側に一体に設けることができ、また、可動子の
移動をスムーズに行うことができる。

【００４９】可動子側にセンサを設けたため、従来の
固定側にセンサ，可動子側にスケール板の構成に比較し
て、可動子の大きさを最低限にすることができる。すな
わち、可動子側にスケール板の構成では、可動子の移動
距離に相当するスケール板を可動子側に設けねばなら
ず、可動子が大きくなり慣性も大きくなる問題があっ
た。本実施の形態例のような可動子側にセンサを設ける
構成によれば、そのような問題も発生せず、高い周波数
応答性を得ることができる。

【００５０】コイルの片側をホルダで保持する構成に
したことで、従来のコイル両側保持ホルダと比較して、
ホルダを小型，軽量化することができる。従って、慣性
を小さくすることができ、移動や停止を速やかに行うこ
とが可能になる。また、コイルの片側を保持することで
ホルダの取り付け作業が容易になる。

【００５１】以上の〜の効果により、高効率な磁
気回路を備え、高精度な位置センサにより可動子の位置
検出を行い、可動子及び全体を小型軽量に構成できるボ
イスコイルモータを実現することができる。

【００５２】

【発明の効果】以上述べたように、センターヨークを中
心にして２つの磁気回路を設けており、ムービングコイ
ル型の可動子でホルダがボイスコイルの一方を保持する
ようになっているため、可動子が小型かつ軽量になり、
慣性が小さく移動や停止を速やかに行うことが可能にな
っている。

【００５３】そして、スケール板を固定側に設け、セン
サを可動子側に設けてあるので、高精度なセンサを小型
化してボイスコイルモータの可動子と一体に配置するこ
とも適している。

【００５４】従って、高効率な磁気回路を備え、高精度
な位置センサにより可動子の位置検出を行い、可動子及
び全体を小型軽量に構成することが可能なボイスコイル
モータを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態のボイスコイルモー
タの断面図である。

【図２】本発明の第一の実施の形態のボイスコイルモー
タの上面図である。

【図３】本発明の第一の実施の形態のボイスコイルモー
タの断面図である。

【図４】本発明のその他の実施の形態のボイスコイルモ
ータの断面図である。

【図５】従来のボイスコイルモータの原理的構成を示す
構成図である。

【図６】特公平５−３２２６号公報に記載されたボイス
コイルモータの構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１１ ポール（センターヨーク） １２ ボビン １３ コイル １４Ａ，１４Ｂ マグネット １５Ａ，１５Ｂ サイドプレート（サイドヨーク） １６Ａ，１６Ｂ エンドプレート（エンドヨーク） １７Ａ，１７Ｂ ガイドレール １８ ホルダ １９ ホルダカバー ２０ ベアリング ２１ 摺動板 ２２ フォトセンサ ２３ スケール板 ２４ 入出力リード ２５ コネクタ ２６ フレキシブル基板（ＦＰＣ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状のセンターヨークと、 このセンターヨークの軸方向に対して垂直な磁界を印加
   するよう対向して配置された２個のマグネットと、 前記２個のマグネットの各々の外周に夫々固定された２
   個のサイドヨークと、 前記センターヨークの軸方向の両端を前記サイドヨーク
   に磁気的に結合する２個のエンドヨークと、 前記２個のマグネットとセンターヨークの間の空隙内に
   軸方向に移動可能に配置されたボビンに巻回されたボイ
   スコイルと、 前記センターヨークと平行するように前記２個のエンド
   ヨーク間に設けられたガイドと、 前記ガイドに沿って移動可能に配置され、対向する２個
   のマグネットの間の開口の一方から前記ボイスコイルを
   保持するホルダと、 前記ホルダの移動方向と平行するように配置され所定の
   距離情報が記録されたスケール板と、 前記スケール板に記録された距離情報を読取るため前記
   ホルダに配置されたセンサと、 前記ボイスコイルと前記センサへの給電並びにセンサか
   らの検出信号の伝送を行うフレキシブル基板と、 を有することを特徴とするボイスコイルモータ。