JPS6226251B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はボイスコイル型リニアモータに関する
ものである。

一般にボイスコイル型リニアモータは種々の装
置および機器に採用されているが、なかでもボイ
スコイル型リニアモータをサーボモータとし、磁
気デイスク内の特定のデイスク面、すなわちサー
ボデイスク面にサーボトラツクを設定し、磁気ヘ
ツドすなわちサーボヘツドにて前記サーボトラツ
クにあらかじめ記録されている位置情報を読出し
て、位置のサーボ信号として位置決めを行う。い
わゆるトラツク追従型磁気ヘツド位置決め装置が
主流である。

かかるトラツク追従型磁気ヘツド位置決め装置
において、高い位置決め精度を得るためには、前
記サーボトラツクの振動に対し、前記サーボヘツ
ドが十分追従することにより、追従誤差が極めて
小さくなるごとく位置決めシステムを構成するこ
とが是非とも必要であり、これは位置決めサーボ
システムのループゲインを高めることに帰着す
る。

一方前記ループゲインを高めることは前記シス
テムの減衰特性を低下させることになり、場合に
よつては系の発振を誘起する結果となる。このた
め前記磁気ヘツド位置決め装置においては、前記
位置信号に加えて速度信号をダンピング信号とし
てフイードバツクすることにより、適切な減衰特
性すなわち位置決めシステムの安定性を確保し
つゝ、十分なる追従性を実現しているのが通常で
ある。

従来、前記速度信号を得るための方式は直線型
タコジネレータを付加して、速度信号を発生させ
るか、あるいわ前記位置信号を微分して速度信号
を形成し、ダンピング信号としてフイードバツク
することにより前記ボイスコイル型リニアモータ
にダンピング力を発生させるのが現状である。

然るに前者では明らかに直線型タコジネレータ
を具備しなければならず、さらに前記タコジネレ
ータの出力を増巾するための電子回路も必然的に
必要である。また後者の方式においても前記位置
信号を微分するための微分回路を必要とし、電子
回路が複雑かつ増加するという欠点があり、引い
ては高価になるという欠点もあつた。

従つて、本発明の目的は上記のような欠点を除
去し、直線型タコジネレータ、微分回路を必要と
せず、比較的簡単な構成でしかも安価な手段に
て、ダンピング力を発生させることができると同
時に、前記ダンピング力を位置決め動作中におい
ても所望の値にかつ任意に設定制御することを可
能ならしめる新規な手段を備えた改良されたボイ
スコイル型リニアモータを提供することにある。

本発明によれば、永久磁石、フロントヨーク、
バツクヨーク、センタポール、ボイスコイル、可
動ロツド、可動ロツドスライダ、キヤリイジ等か
ら構成され、一本の導体を円筒形に巻き上げて作
られる前記ボイスコイルの一端面を前記キヤリイ
ジに固定するとともに、前記センタポールと前記
ボイスコイルとの中心が一致し、前記ボイスコイ
ルの内面と前記センタポールの外周面とが適切な
微小間隙を保つようにし、さらに永久磁石、フロ
ントヨーク、バツクヨーク、センタポールから形
成される有効磁束ギヤツプと前記ボイスコイルの
導線とが直交するような構造を有し、前記ボイス
コイルへ外部から供給される電流によつて、直線
運動を行い、前記直線運動の方向は前記電流の極
性によつて定まるごときボイスコイル型リニアモ
ータにおいて、円形断面を有する前記可動ロツド
を前記キヤリイジのボイスコイル取付面に垂直
で、かつ前記ボイスコイルと前記可動ロツドの両
断面の中心とが一致するように、前記ボイスコイ
ル取付面に固定し、さらに前記センタポールの中
心に、前記ボイスコイルの運動方向と平行にセン
タ穴を設け、前記センタ穴の内面と前記可動ロツ
ドのキヤリイジへの固定端と反対側の端部に付加
された可動ロツドスライダの外周面とによつて形
成される間隙が任意に可変可能なごとく構成され
ると同時に前記センタ穴に空気あるいは油等の粘
性流体を封入して構成される。

従つて、前記ボイスコイルに外部から駆動電流
が印加されると、前記可動ロツドおよび前記可動
ロツドスライダは前記ボイスコイルおよび前記キ
ヤリイジを介して一体であるため前記センタ穴内
において、直線運動を行う。このとき前記センタ
穴に封入されている粘性流体は前記センタ穴の内
面と前記可動ロツドスライダの外周面とで形成さ
れる間隙を通過して、前記可動ロツドスライダの
運動方向と逆方向に流動し、この粘性流体の流動
によつて、前記可動ロツドスライダは前記直線運
動方向と逆方向でかつ速度に比例した粘性力を受
ける。

また前記粘性力は前記間隙の長さによつて変化
するため、位置決め動作中においても、前記間隙
の長さを変化させることにより、最適なダンピン
グ力を容易に発生させることができる。すなわち
前記可動ロツドスライダの断面積、半径および長
さを各々Ａ（cm²）、ｒ（cm）、ｌ（cm）また前記セ
ンタ穴の内面と前記可動ロツドスライダの外周面
とによつて形成される間隙長をε（cm）、さらに
前記センタ穴に封入されている粘性流体の粘性係
数をμ（Kg・cm^-2・sec）、前記粘性力を
（Kg）、前記可動ロツドスライダの前記直線運動の
変位やｘ（cm）とすれば次式が成り立つ ＝ｃｘ〓 ………〔１〕 但し、ｃは粘性減衰定数（Kg・cm^-1・sec）で Ｃ＝６μｌＡ^２／πｒε^３ …………〔２〕 またｘ〓＝dx／dtである。

〔１〕、〔２〕式より前記可動ロツドスライダの
断面積Ａ、半径Ｒ、長さｌおよび前記間隙長εさ
らに前記粘性係数μを適切に選択することによ
り、所望の粘性力、すなわち所望のダンピング
力を発生させることができると同時に〔２〕式よ
り明らかなごとく、前記間隙長εを変化させるこ
とによつて、位置決めサーボシステムに最適なダ
ンピング力が生ずるような前記粘性減衰定数Ｃ
を、位置決め動作中においても設定することがで
きる。

従つて直線型タコジネレータあるいは前記位置
信号を微分するごとき速度検出用微分回路を必要
とせず、かつ位置決め動作中においても、位置決
めサーボシステムに最適なダンピング力を任意に
発生させることができるばかりでなく構成も比較
的簡単でしかも安価な手段にて達成することがで
きる。

従つて本発明の目的を充分に達成することがで
きる。

以下図面を参照して、本発明の実施例の詳細に
ついて説明する。

第１図および第２図は本発明の一実施例を示す
図で、第１図はボイスコイル型リニアモータの可
動部すなわちボイスコイル、キヤリイジ、可動ロ
ツドおよび可動ロツドスライダ等を省略した磁石
部のみの斜視図、第２図は一部断面を含む側面図
である。

第１図および第２図を参照すれば、１Ａ，１Ｂ
は永久磁石、２はフロントヨーク、３はバツクヨ
ーク、４Ａはセンタポール、４Ｂはセンタ穴、４
Ｃは前記センタ穴、４Ｂに封入されている粘性流
体、Ｇは有効磁束ギヤツプ、５は可動ロツド、６
は間隙調節機構を具備する可動ロツドスライダ、
７は前記センタ穴４Ｂの内面と前記可動ロツドス
ライダ５Ｂの外周面とによつて形成される間隙、
８はボイスコイル、９Ａはキヤリイジ、９Ｂはキ
ヤリイジ９Ａのボイスコイル取付面、１０はＯリ
ング、１１はＯリング支持板、１２はＯリング止
め板、１３はパツキン、１４は当て板、１５Ａ，
１５Ｂはねじ、Ｄ１，Ｄ２はボイスコイル６およ
び可動ロツド５の運動方向を示す矢印で各々前
方、後方を表わし、永久磁石１Ａおよび１Ｂはセ
ンタポール４Ａに対して、互に向い合い、さらに
各々フロントヨーク２とバツクヨーク３によつ
て、その両側ではさまれて固定され、円形断面を
有するセンタポール４Ａはバツクヨーク３の中心
に垂直に圧入されている。従つて前記永久磁石１
Ａ，１Ｂ、前記フロントヨーク２、前記バツクヨ
ーク３および前記センタポール４Ａによつて磁気
回路が形成され、この磁気回路は前記フロントヨ
ーク２と前記センタポール４Ａとの間に微小間隙
の有効磁束ギヤツプＧを形成する。一方ボイスコ
イル８および可動ロツド５は各々その一端面にお
いて、各断面の中心が一致し、さらにキヤリイジ
９Ａのボイスコイル取付面９Ｂに垂直に固定さ
れ、前記有効磁束ギヤツプＧにおいて、前記ボイ
スコイル８の内面と前記センタポール４Ａの外周
面および前記ボイスコイル８の外周面と前記フロ
ントヨーク２の内面とが各々適切な間隙を保持す
ると同時に前記有効磁束ギヤツプＧにおける磁束
と前記ボイスコイル８の導線とが直交するように
配置され、さらに前記センタポール４Ａの中心に
前記ボイスコイル８の運動方向Ｄ１およびＤ２と
平行に貫通したセンタ穴４Ｂの内面と前記可動ロ
ツド５の前記ボイスコイル取付面９Ｂへの固定端
と反対側の端部に設置される可動ロツドスライダ
５の外周面とで間隙７が形成されるごとく構成さ
れるとともに、前記センタ穴４Ｂの前記バツクヨ
ーク３側はパツキン１３を介して当て板１４、ね
じ１５Ｂ、および図示していない２個のねじによ
つて前記バツクヨーク３にねじ止めされている。
またＯリング支持板１１、Ｏリング止め板１２に
よつて、０リング１０を支持し、さらに前記セン
タポール４Ａにねじ１５Ａおよび図示していない
３個のねじでねじ止めされ、前記可動ロツド５の
外周面は前記前期０リング１０に接しながら自由
に前記矢印Ｄ１，Ｄ２の方向に直線運動を行うこ
とができるとともに、前記センタ穴４Ｂの前記フ
ロントヨーク２、前記バツクヨーク３の両側は前
記Ｏリング１０および前記パツキン１３により密
閉され、前記センタ穴４Ｂに封入される前記粘性
流体４Ｃが外部に漏れないように構成されてい
る。

さて前記ボイスコイル８に駆動電流が印加さ
れ、前記矢印Ｄ２の方向へ直線運動が生じた場
合、前記可動ロツド５および前記可動ロツドスラ
イダ６は前記ボイスコイル取付面９Ｂに固定され
ているため、前記ボイスコイル８とともに前記直
線運動を行う。このとき前記センタ穴４Ｂに封入
されている前記粘性流体４Ｃは前記運動の方向と
逆方向すなわち矢印Ｄ１の方向へ、前記間隙７を
通つて流動する。

従つて前記可動ロツドスライダ６は記矢印Ｄ１
の方向へ、前記直線運動の速度に比例した粘性力
すなわち〔１〕、〔２〕式で示したダンピング力
を受ける。

また〔１〕、〔２〕式より明らかなごとく、所望
の粘性力を得ることは前記粘性減衰定数Ｃを定
めることに帰着する。すなわち前記粘性係数μは
使用する粘性流体４Ｃによつておのずから定まる
から、前記可動ロツドスライダ６の前記断面積
Ａ、前記長さｌ、前記間隙長εによつて前記粘性
減衰定数Ｃは定まる。従つて前記間隙長εを変化
させることにより、所望の粘性力が発生するご
とき前記粘性減衰定数Ｃを得ることができる。す
なわち前記可動ロツドスライダ６に具備される前
記間隙７の間隙長εを調節するための間隙調節機
構により、位置決めサーボシステムに最適なダン
ピング力を与えるごとき前記粘性減衰定数Ｃを
位置決め動作中においても設定することができ
る。

第３図および第４図は本発明のボイスコイル型
リニアモータに使用される間隙調節機構を有する
可動ロツドスライダ６の一実施例で、それぞれ間
隙調節機構の非動作状態および動作状態を示しａ
は側面図、ｂは正面図である。尚第３図、第４図
では視点が各々90度異なる。

第５図、第６図は第３図、第４図に示した可動
ロツドスライダ６を分解した図でａは側面図ｂは
正面図である。

第３図、第４図、第５図、第６図を参照すれ
ば、５は可動ロツド、６Ａは第１の可動ロツドス
ライダ、６Ｂは前記第１の可動ロツドスライダ６
Ａに形成されるアリ溝係合部、６Ｃは第２の可動
ロツドスライダ、６Ｄは前記第２の可動ロツドス
ライダに形成されるアリ溝、１６Ａ，１６Ｂは
各々圧電素子および板バネ、１６，１７は第１、
第２の駆動素子、１８は接合部材、６Ｅは前記第
１、第２の駆動素子１６，１７を収納するための
駆動素子収納部で、前記可動ロツド５と前記第１
の可動ロツドスライダ６Ａとは図示されていない
が、それぞれ雄ねじ、雌ねじ部を有し、これによ
つて結合されるとともに、前記第１の可動ロツド
スライダ６Ａと、２個の第２の可動ロツドスライ
ダ６Ｃとは前記駆動素子収納部６Ｅが相い向い合
うごとく、各々前記アリ溝係合部６Ｂと前記アリ
溝６Ｄとで係合されて一体となり、さらに左右に
（第４図では上下に）、前記アリ溝係合部６Ｂと前
記アリ溝６Ｄとが係合しながら、移動可能なごと
く組立られている。一方駆動素子１６Ａと板バネ
１６Ｂとは相互に接着剤にてはり合され、第１、
第２の駆動素子を形成し、さらに接合部材１８に
よつて前記第１、第２の駆動素子の板バネ１６Ｂ
の中心部が接合され駆動部を形成している。

本発明においては前記板バネ１６Ｂおよび前記
接合部材１８としてバネ用ステンレスを用い、あ
らかじめ２枚の板バネ１６Ｂをその中心部におい
て接合部材１８に各々スポツト溶接した後前記板
バネ１６Ｂの接合部材１８が溶接されていない面
に、前記板バネ１６Ｂと同一の大きさの圧電素子
１６ＡすなわちPZTを接着剤に接合してある。

また前記第１、第２の駆動素子よりなる駆動部
は前記駆動素子収納部６Ｅに、前記第１、第２の
駆動素子が両端支持状態になるごとく固定され
る。

従つて、前記駆動素子収納部６Ｅが相い向うよ
うに組立てられた２個の前記第２の可動ロツドス
ライダ６Ｃは前記第１、第２の駆動素子に電圧が
印加されるまでは第３図のごとく、前記第１の駆
動ロツドスライダの中心方向へ、前記板バネ１６
Ｂのバネ力によつて引きもどされている。

ここで図示されていない導線によつて前記圧電
素子１６Ａが電圧が印加されると、前記圧電素子
１６Ａは第４図に示すごとく、変位し、２個の前
記第２の可動ロツドスライダ６Ｃは矢印１９の方
向へ前記変位に等しい長さだけ移動し、前記圧電
素子１６Ａに発生する力と前記板バネ１６Ｂのバ
ネ力とが均合つて静止する。

また一般に前記圧電素子１６Ａの矢印１９への
変位δ（cm）と印加電圧Ｅ（Volt）とには一定の
関係、すなわち次式〔３〕に示すごとき比例関係
が成立つ。

δ＝KE ………〔３〕 但しＫは圧電素子の電歪定数、ヤング率、機械
的寸法（巾、長さ、厚さ）および板バネのヤング
率、機械的寸法さらに前記駆動素子の支持方法す
なわち片持ち、両端支持等で定まる定数である。

第４図を参照すれば前記変位δによつて前記可
動ロツドスライダ６は円形から楕円状に変化する
ため前記可動ロツドスライダ６の外周面と前記セ
ンタ穴４Ｂの内面とで形成される間隙の長さを前
記可動ロツドスライダ６の全周にわたつて等しく
変化させることはできないが、前記変位δはほぼ
数百ミクロン程度であり、前記可動ロツドスライ
ダ６の半径に比べ極めて小さく、実用的には全周
にわたつて等間隙の変化であるとしてよい。

従つて〔３〕式から前記圧電素子１６Ａに与え
られる印加電圧によつて、前記変位δすなわち前
記間隙長εを制御し、〔２〕式に示す前記粘性減
衰定数Ｃすなわち〔１〕式に示す粘性力を所望
の値にしかも任意に設定、制御することができ
る。

従つて従来のボイスコイル型リニアモータとし
て使用した磁気ヘツド位置決め装置において制御
系の適切な安定性を確保しつつ、十分なる追従精
度を得るために是非とも必要としたダンピング力
を発生するための速度検出器すなわち直線型タコ
ジネレータあるいは位置信号を微分するごとき微
分回路を具備せずに、比較的簡単な構成でかつ安
価な手段にてダンピング力を発生させることがで
きると同時に、前記ダンピング力を位置決め動作
中においても所望の値にしかも任意に設定制御す
ることができる。

従つて本発明の目的を充分に達成することがで
きる。

以上本実施例の動作原理について詳細に説明し
たが、本発明の趣旨を免脱しない範囲においての
変形は可能であり、以上の記述が本発明の範囲を
限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の一実施例を示す斜視
図および一部切欠いた側面図で、第１図はボイス
コイル型リニアモータの磁石部を示す斜視図、第
２図は一部断面を含む側面図であり、第３図、第
４図は本発明のボイスコイル型リニアモータに使
用される間隙調節機構を有する可動ロツドスライ
ダの一実施例を示しａは側面図、ｂは一部切欠い
た正面図でそれぞれ非動作および動作状態を示す
図、第５図、第６図は第３図第４図に示した可動
ロツドスライダを分解した図でａは側面図ｂは正
面図である。 １Ａ，１Ｂは永久磁石、２，３は各々フロント
ヨークおよびバツクヨーク、４Ａ，４Ｂは各々セ
ンタポールおよびセンタ穴、５は可動ロツド６は
可動ロツドスライダ、７は間隙、８はボイスコイ
ル、９Ａ，９Ｂは各々キヤリイジおよびボイスコ
イル取付面、１０はＯリング、１１はＯリング支
持板、１２はＯリング止め板、１３はパツキン、
１４は当て板、１５Ａ，１５Ｂはねじ、１６，１
７は駆動部、１８は接合部材、１９，Ｄ１，Ｄ２
は運動方向を示す矢印、Ｇは有効磁束ギヤツプ、
δは変位。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 永久磁石、フロントヨーク、バツクヨーク、
   センタポール、ボイスコイル、可動ロツド、可動
   ロツドスライダ、キヤリイジ等から構成され、前
   記永久磁石が前記フロントヨークと前記バツクヨ
   ークの間にはさまれ、かつ前記バツクヨークに前
   記センタポールの一端が固定され、前記フロント
   ヨークと前記バツクヨークに固定されていない前
   記センタポールの他端部の外周とにより、有効磁
   束ギヤツプを形成されるごとく構成するととも
   に、前記ボイスコイルの一端面を前記キヤリイジ
   に固定し、かつ前記センタポールと前記ボイスコ
   イルとの中心が一致し、前記ボイスコイルの内面
   と前記センタポールの外周面とが微小間隙を保
   ち、前記有効磁束ギヤツプと前記ボイスコイルの
   導体とが直交するごとき構造を有するボイスコイ
   ル型リニアモータにおいて、前記可動ロツドを前
   記キヤリイジのボイスコイル取付面に垂直で、か
   つ前記ボイスコイルおよび前記可動ロツドの両断
   面の中心が一致するように前記ボイスコイル取付
   面に固定し、前記センタポールの中心に前記ボイ
   スコイルの運動方向と平行にセンタ穴を設け、ア
   リ溝係合部を有する第１の可動ロツドスライダ、
   前記アリ溝に係合するアリ溝を有する第２の可動
   ロツドスライダ、前記第２の可動ロツドスライダ
   に両端支持状態になるごとく固定され、２個の第
   ２の可動ロツドスライダを可動する駆動素子から
   構成される可動ロツドスライダと、前記センタ穴
   の内面と前記可動ロツドのキヤリイジへの固定端
   と反対側の端部に付加された前記可動ロツドスラ
   イダの外周面とによつて間隙を形成し、制御信号
   に従つて前記可動素子を駆動して、前記２個の第
   ２可動ロツドスライダを半径方向に駆動すること
   により前記間隙が任意に可変可能なごとく構成さ
   れると同時に前記センタ穴に粘性流体を封入した
   ことを特徴とするボイスコイル型リニアモータ。