JP2001339931A - 電磁アクチュエータおよび複合型電磁アクチュエータ装置 - Google Patents

電磁アクチュエータおよび複合型電磁アクチュエータ装置

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栄 藤谷
Naoyuki Harada
尚之 原田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ＶＣＭ型アクチュエータの欠点である可動コイ
ル型構造に係る給電に伴う問題や、漏洩磁束に纏わる問
題を解決し、安価で高性能（高速且つ高分解能）な電磁
アクチュエータおよびその応用装置である複合型電磁ア
クチュエータ装置を提供する。 【解決手段】軟磁性材からなる中空のステータヨークの
内周側に２組のコイルを軸心を合わせて軸方向に配置し
てなる固定部と、前記コイルの内部に微小エアギャップ
を介して軸方向に可動自在に配置された可動磁石と可動
ヨークから成る可動部とで電磁アクチュエータを構成
し、可動磁石が発生する磁界とコイルに流れる電流との
相互作用によって可動部を軸方向に移動させるように構
成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は軸方向にリニア動作
する電磁アクチュエ−タ、特に、外周部にステータヨー
クを有し、その内部に励磁用コイルと永久磁石とヨーク
からなる可動部を有する可動磁石型の電磁アクチュエー
タおよび複合型アクチュエータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来知られている電磁アクチュエータと
して、たとえば、情報記憶装置の情報読み／書き用ヘッ
ドの駆動に用いられ、ヘッドを直接的に直線駆動または
回転駆動させて記録媒体上の適切なトラック上に位置決
めさせながら記録媒体から情報を読み／書きする可動コ
イル型のアクチュエータがある。このアクチュエータは
ＶＣＭ(Voiｃe Ｃoil Motor)と呼ばれ、磁界と直角方
向成分のコイルに電流を流すことによって生ずるフレミ
ング左手の法則による電磁力によりコイル部に取り付け
たヘッドを駆動するアクチュエータであり、直線領域
（移動距離は１０ｍｍ程度）または回転領域（回転角度
は９０度程度）内でフィードバック制御技術を用いて高
精度の位置決め制御ができる。
【０００３】もう１つの電磁アクチュエータは、安価な
２相クローポール型ステッピングモータを用いたもの
で、モータ軸にリードスクリューを切り、モータの回転
に伴ってこのスクリューを介して取り付けられたヘッド
が直線運動する方式のアクチュエータである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが上述した可動
コイル型（ＶＣＭ型）アクチュエータには次のような欠
点がある。 （１）移動範囲が広いので、磁石とコイルのエアギャッ
プ長を狭く設定できない。従って、エアギャップの磁束
密度を高く設定できない。 （２）高性能磁石を使用しないと必要な推力（電磁力）
が出せない。 （３）可動部がコイルであるので巻数を稼ぐことが難し
い。従って形状が大きくならざるを得ない。 （４）可動部のコイルに給電しなければならないので、
高価な給電ハーネスが必要となる。 （５）移動範囲が広いので、可動部の質量を同じとする
と、大きな推力を発生させないと同等の周波数応答性が
確保できない。 （６）VＣMは、磁気回路を密閉構造にできないので、外
部への漏洩磁束が大きい。 （７）漏洩磁束が低減できないので、磁気記憶装置に用
いた場合、装置の読み出し／書き込みの信頼性に問題を
残す。等の問題があり、磁気記録装置への流用には大き
な制約条件となっていた。また、上記の理由から何と言
ってもコストが下がらない欠点もある。
【０００５】一方、２相クローポール型ステッピングモ
ータを用いたアクチュエータには次のような問題があ
る。 （１）回転運動を直線運動に変換するスクリュー等の機
械的な変換機構が必要である。 （２）直結式ではないので性能（高速性かつ高分解能）
に限界がある。 （３）駆動源が開ループ制御を前提としたステッピング
モータであるので、連続的な位置決めは不可能であり、
位置決めの分解能にも限界がある。特に、分解能は現状
では精々１００μｍ程度までである。 （４）一般的には開ループ制御であり、閉ループ制御に
は向いていない。
【０００６】本発明は、ＶＣＭ型アクチュエータの欠点
である可動コイル型構造に係る給電に伴う問題や、漏洩
磁束に纏わる問題を解決し、安価で高性能（高速且つ高
分解能）な電磁アクチュエータおよびその応用装置であ
る複合型電磁アクチュエータ装置を提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、軟磁性材からなる中空のステータヨーク
の内周側に２組のコイルを軸心を合わせて軸方向に配置
してなる固定部と、前記コイルの内部に微小エアギャッ
プを介して軸方向に可動自在に配置された可動磁石と可
動ヨークから成る可動部とにより電磁アクチュエータを
構成し、前記可動磁石が発生する磁界と前記コイルに流
れる電流との相互作用によって前記可動部が軸方向に移
動するように構成した。
【０００８】本発明においては、２組のコイルの一方に
流す電流の向きを他方に流す電流の向きと逆にした。
【０００９】本発明においては、２組のコイルの各々が
ほぼ同一形状の別々の合成樹脂製ボビンに巻回され、コ
イルを巻回した２組のボビンがステ−タヨークの内部に
軸方向に所定の距離離間して配置されるようにした。
【００１０】本発明においては、固定部のステータヨー
クは中空円筒でありかつ２組のコイルの各々は共に円筒
状ボビンに巻回されたリング状コイルであり、可動部は
中心に支持軸を有しかつ可動ヨークは固定部の２組のコ
イルと相互に電磁作用を及ぼし合う位置にあり、前記ス
テ−タヨークの軸方向両端面には各々軸受機構を有する
一対のフランジが配設され、該軸受機構により前記支持
軸を軸方向に移動自在に保持するようにした。
【００１１】本発明においては、可動部の可動磁石は、
軸方向にＮ、Ｓ２極に着磁された少なくとも１個以上の
柱状または中空状の磁石から成り、可動ヨークを前記可
動磁石のＮ、Ｓ磁極面に各々当設させたほぼ同形状の一
対の軟磁性体ヨークで構成した。
【００１２】本発明においては、可動部の可動ヨークを
１個以上の柱状または中空状の軟磁性体で構成し、可動
磁石を前記可動ヨークの軸方向両端面に各々当設したぼ
ぼ同形状の一対の磁石で構成し、該一対の磁石は中心部
と外周部で極性が異なる２極に着磁しかつ一方の磁石の
外周部と他方の磁石の外周部は互いに逆極性に着磁する
ようにした。
【００１３】本発明においては、可動部の可動磁石の外
径寸法を可動ヨークの外径寸法より小さくした。また逆
に可動部の可動ヨークの外径寸法を可動磁石の外径寸法
より小さくした。
【００１４】本発明においては、可動部の軸方向の移動
量を１.０ｍｍ以下とした。
【００１５】本発明においては、軟磁性材からなる中空
のステータヨークの内周側に２組のコイルから成るコイ
ル対を複数個軸心を合わせて軸方向に配置して成る固定
部と、コイルの内部に可動磁石と可動ヨークから成る可
動ユニットを前記コイル対と同数だけ前記固定部から微
小距離離間させて同一軸上に軸方向に配置して成る可動
部とで電磁アクチュエータを構成し、可動磁石が発生す
る磁界とコイルに流れる電流との相互作用によって可動
部が軸方向に移動するように構成した。
【００１６】本発明による電磁アクチュエータとステッ
ピングモータとが回転軸を共有して配置され、該ステッ
ピングモータによる回転軸の回転運動を直線運動に変換
する変換機構を有し、前記電磁アクチュエータにより前
記回転軸が直線運動する複合型アクチュエータ装置を構
成し、前記ステッピングモータによる粗調はオープンル
ープで行ない、電磁アクチュエータによる微調をクロー
ズドループで行なうようにした。
【００１７】本発明による複合型電磁アクチュエータ装
置においては、ステッピングモータを２相クローポール
型ステッピングモータとした。
【００１８】本発明による複合型電磁アクチュエータ装
置は、情報記憶装置の記録メディアのトラック位置決め
用アクチュエータとして用いるのが好ましい。
【００１９】本発明による複合型電磁アクチュエータ装
置においては、ステッピングモータ部と前記電磁アクチ
ュエータ部との間に非磁性体から成るスペーサを配設し
た。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明を図面を参照して
説明する。
【００２１】図１は本発明による電磁アクチュエータの
第１の実施の形態を軸方向に分解して示す斜視図であ
る。電磁アクチュエータ１００は、大きく分けて、固定
部１と、可動部２と、前フランジ３および後フランジ４
から構成されている。
【００２２】固定部１は、軟磁性体（たとえば、亜鉛メ
ッキ鋼板、純鉄、または軟磁性粉末を含有した樹脂ある
いは軟磁性体粉末を焼き固めた焼成物）で作られた円筒
状のステータヨーク１１の内部に２つの同じ円筒状のコ
イル組立体１２と１３を軸方向に重ねて配設して構成さ
れている。コイル組立体１２および１３は同じ構成であ
り、合成樹脂のような絶縁性材料で作られた円筒状ボビ
ン１２ａおよび１３ａにそれぞれコイル１２ｂおよび１
３ｂを巻回したものである。ボビン１２ａおよび１３ａ
のつば部には端子台１２ｃおよび１３ｃがそれぞれ一体
的に形成され、その端子台１２ｃおよび１３ｃにはそれ
ぞれコイル絡げ用端子１２ｄおよび１３ｄが埋め込まれ
ている。このコイル絡げ用端子１２ｄおよび１３ｄにコ
イル１２ｂおよび１３ｂの端末が絡げられる。ステ−タ
ヨーク１１の上縁および下縁には、ボビン１２ａおよび
１３ａをこのステ−タヨーク１１内に収納したときその
端子台１２ｃおよび１３ｃを受入れる切欠き１１ａおよ
び１１ｂが形成されている。なお、ボビン１２ａ、１３
ａは後述するように一体型でもよい。
【００２３】可動部２は、中央にあって小径で軸方向に
Ｎ、Ｓ２極に着磁された１個の中空円柱状可動磁石２１
と、その両側にあって可動磁石２１の磁極端面に固定さ
れた一対の軟磁性材からなる中空円柱状の可動ヨーク２
２、２３と、これら部材の中心を貫く支持軸２４の３つ
の部分で構成され、全体が固定部１に収納されたコイル
組立体１２と１3の内部に微小空隙を介して軸方向に移
動可能に配置される。可動磁石２１の外径を可動ヨーク
２２、２３の外径より小さくしたのは、可動磁石２１の
磁束が直接固定部１のステータヨーク４に漏洩しないよ
うにするためであり、このことにより、漏洩磁束の発生
を防ぎ、磁気効率を向上させることができるとともに、
可動部２に占める磁石重量の軽量化を図ることができ
る。結果として、コスト低減および可動部の軽量化によ
る周波数応答の向上にも寄与している。
【００２４】前フランジ３および後フランジ４のそれぞ
れ中心には支持軸２４を支持するための中心穴３ａおよ
び４ａが設けられるとともに、前フランジ３には電磁ア
クチュエータ１００を外部に取り付けるための取付け穴
３ｂ、３ｃが設けられている。軸受５と６がフランジ３
と４の外側から支持軸２４を軸方向に移動可能に支持し
ている。
【００２５】次に電磁アクチュエータの動作および力
（推力）発生原理について、図２を用いて説明する。
【００２６】図２は、図１に示した電磁アクチュエータ
１００の固定部１と可動部２を組立状態で中心軸に関し
半断面で示しており、（ａ）は可動部２が右方向（図中
矢印Ｆで示す方向）に力を受ける場合の動作原理を、ま
た（ｂ）は可動部２１が左方向（図中矢印Ｆで示す方
向）に力を受ける場合の動作原理を説明するための図で
ある。説明に直接関係のない軸受、フランジ、ボビンは
省略した。なお、図中の参照番号は図１と同一部品につ
いては同一符号を用いている。
【００２７】まず図２（ａ）において、コイル組立体１
２のコイル１２ｂには紙面下から上に、コイル組立体１
３のコイル１３ｂには紙面上から下に電流が流れている
ものとする。可動部２の可動磁石２１の磁界について
は、磁石２１のＮ極→可動ヨーク２２→空隙（磁界
H１）→コイル１２ｂ→ステータヨーク１１→コイル１
３ｂ→空隙（磁界Ｈ２）→可動ヨーク２３→磁石２１の
Ｓ極で示す磁気回路が形成される。
【００２８】この磁気回路で注目したいのは空隙の磁界
Ｈ１、Ｈ２である。空隙の磁界Ｈ１とＨ２の向きは逆方
向であり、磁界の大きさは均一である。つまり、磁界Ｈ
１は可動ヨーク２２からステータヨーク１１の向きに、
また磁界Ｈ２はステータヨーク１１から可動ヨーク２３
の向きであり、これら磁界Ｈ１とＨ２は空隙において大
きさが等しく、可動部２が軸方向に移動してもこの空隙
中の磁界の強さが不変であることが好ましい。その理由
は、電磁力により可動部２が軸方向に移動しても、空隙
中での磁界の大きさが変わらなければ、同一のコイル電
流値に対して発生する推力は可動部２の位置によらず一
定となるからである。このことは本発明による電磁アク
チュエータを位置決め機構として用いた場合の制御性
（後述）を向上させることになるからである。
【００２９】さて、ここで、リング状のコイル１２ｂ、
１３ｂに図２（ａ）に示す方向に電流を流せば、フレミ
ング左手の法則によりコイル１２ｂは矢印F１（図では
６個のリング状コイルに働く力の合力として）の方向に
力を受けるが、コイル１２ｂはステ−タヨーク１１２固
定されているので、その反作用として可動ヨーク２２が
逆向きに力F１を受ける。同様にコイル１３ｂは、矢印
Ｆ２（図では６個のリングコイルに働く力の合力とし
て）の方向に力を受けるが、その反作用として可動ヨー
ク２３が逆向きに力F２を受ける。支持軸２４の摩擦力
を無視すれば、結果的に可動部２全体は力Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ
２の推力を発生し、この力で可動部２は軸方向右方向に
移動することになる。
【００３０】一方、コイル１２ｂ、１３ｂに図２（ｂ）
の方向に電流を流せば、フレミング左手の法則によりコ
イル１２ｂは矢印Ｆ３（図では６個のリングコイルに働
く力の合力として）の方向に力を受け、その反作用とし
て可動ヨーク２２は逆向きに力F３を受ける。同様にコ
イル１３ｂは矢印Ｆ４（図では６個のリングコイルに働
く力の合力として）の方向に力を受け、その反作用とし
て可動ヨーク２３は逆向きに力F４を受け、結果的に可
動部２全体は軸方向（紙面左向き）の推力Ｆ＝Ｆ３＋Ｆ
４を発生することになる。
【００３１】このように、本発明の電磁アクチュエータ
は、リング状コイル１２ｂ、１３ｂに流す電流の向きと
その大きさによって可動部の移動方向並びに発生推力を
任意に変えることができる。この電磁アクチュエータを
たとえば位置決め閉ループ制御に組み込めば、可動部２
を直線運動させながら任意の位置に位置決めすることが
できる。すなわち、可動部２の現在位置が目標位置に対
して図２（ａ）の左側にあれば、コイル１２ｂ、１３ｂ
に流す電流の向きを逆（図２（ｂ）に示した電流の方
向）にして大電流を流して高速で目標位置に近づけ、目
標位置に近づいたらコイル電流値を下げて目標位置に停
止させるように動作させればよい。万一、目標位置近傍
で目標位置を通り過ぎてしまえば、電流の向きを変えて
可動部２を引き戻せばよい。
【００３２】このように可動部２の現在位置と目標位置
を比較しながら、連続的に電流の向きと値を変えていく
ことにより可動部２を絶えず目標位置に合致させること
ができる。
【００３３】図３は図１に示した実施の形態の可動部２
の分解斜視図である。
【００３４】中空円柱状可動磁石２１は軸方向（矢印Ｍ
で示す方向）に上下２極（N極およびS極）に着磁されて
おり、可動磁石２１のＮ極側の磁極面には中空円柱状可
動ヨーク２２が、またＳ極側の磁極面には同形状、同寸
法の可動ヨーク２３が固定されている。支持軸２４が可
動磁石２１と可動ヨーク２２、２３の中心穴を貫通して
可動部全体を保持している。
【００３５】可動磁石２１の外径Ｄ１は可動ヨーク２
２、２３の外径Ｄ２より小さくしてあるが、これは漏洩
磁束を低減させる効果がある。その理由は、図２の磁気
回路からわかるように、可動磁石２１は磁束を軸方向に
出来るだけ多く通す必要があり、そのためにはこの部分
から固定部１のステ−タヨーク１１に飛ぶ、いわゆる漏
洩磁束を減らす必要があるからである。そのためには可
動磁石２１の外径Ｄ１を可動ヨーク２２、２３の外径Ｄ
２より小さくすることは極めて有効である。それに加え
て、可動部２の軽量化により周波数応答性を向上させる
ことができ、高価な磁石材料の使用量も削減できるの
で、アクチュエータのコストダウンにも効果がある。
【００３６】図４はアクチュエータの可動部の他の実施
の形態を示す。
【００３７】この実施の形態においては、中央に軟磁性
体から成る小径の可動ヨーク３１があって、その両側に
２個の可動磁石３２、３３が配設され、全体の中心に支
持軸２４が貫通している。上側の可動磁石３２は中心穴
の周囲をＳ極に、その外周部をＮ極に着磁し、下側の可
動磁石２３は中心穴の周囲をＮ極に、その外周部をＳ極
に着磁している。可動ヨーク３１の外径Ｄ１を可動磁石
３２、３３の外径Ｄ２より小さくする技術的意味は第１
の実施の形態の場合と同じである。
【００３８】このような可動部に対する磁気回路を図５
に示した。図中固定部１の構成部分については図２
（ａ）、（ｂ）におけると同じ参照番号で示した。
【００３９】図２（ａ）および（ｂ）の場合と同様に、
可動磁石３２、３３による磁気回路が矢印で示すように
形成されるので、コイル１２ｂ、１３ｂに電流を流せ
ば、図２の場合と同様に電磁力を発生し、この電磁力に
より可動部２は軸方向に動かされる。
【００４０】図６はアクチュエータの可動部のさらに他
の実施の形態である。
【００４１】この実施の形態においては、中央に複数個
（図示した例では４個）の円柱状磁石体４０ａ、４０
ｂ、４０ｃ、４０ｄから構成された可動磁石４０があ
り、その軸方向両側にそれぞれ軟磁性体から成る可動ヨ
ーク４１、４２が配設され、全体の中心に支持軸２４が
貫通している。円柱状磁石体４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、
４０ｄは軸方向上下２極（N極およびS極）に着磁されて
いる。この可動部に形成される磁気回路および基本動作
は図２を参照して説明したと同じであるので説明は省略
する。
【００４２】この実施の形態の特徴は、可動部の重量を
低減させることにより応答周波数を上げることができ、
磁石の使用量を減らしてコストを低減させることができ
る点である。
【００４３】なお、可動磁石４０を構成する円柱状磁石
体の数は４個に限らないし、形状についても円柱形状に
限らない。可動磁石４０の外径Ｄ１が可動ヨーク４１、
４２の外径Ｄ２の１／２程度になるように、複数個の円
柱状磁石体を均等に配置することが漏洩磁束の点から好
ましい。
【００４４】図７は、図１に示した電磁アクチュエータ
の固定部１と可動部２で構成されるアクチュエータユニ
ットを５個分１本の共通軸上に連結し、全体を１個のス
テータヨーク内に収納して構成した多段式電磁アクチュ
エータの半断面を示す。図中、図１と同じ構成部分には
同じ参照番号を付し、５個のアクチュエータユニットの
同磁構成部分に対しては−１、―２、… ―５を付して
示した。
【００４５】可動部の支持軸２４には各アクチュエータ
ユニット間に適切な長さのスペーサ５０が挿入され、可
動部とコイルとの適切な位置関係を確保するようにして
いる。アクチュエータユニット１００−１、１００−
２、 … １００−５の各々について軸方向の推力が
発生する動作は図２および図５を参照して説明したので
省略する。このように複数個のアクチュエータユニット
を軸方向に連結することにより、各アクチュエータユニ
ットにより発生する推力が合成され、簡単に推力の増大
化が図れる。なお、アクチュエータユニットの連結数は
５個に限るものではない。
【００４６】図８は本発明による電磁アクチュエータの
第２の実施の形態を示し、軸方向に分解した斜視図で示
している。図１に示した第１の実施の形態の構成部分に
対応する構成部分には図１における参照番号に１００を
加えて用い、敢えて説明の必要のないものについては説
明を省略した。
【００４７】第２の実施の形態による電磁アクチュエー
タ２００は、コイル組立体１１２とステータヨーク１１
１から成る固定部１０１と、円柱状の可動磁石１２１と
その両側に配された四角柱状の可動ヨーク１２２、１２
３の中心に支持軸１２４を貫通させて構成した可動部１
０２と、前フランジ１０３および後フランジ１０４とか
ら構成されている。１０５、１０６は軸受、１０７，１
０８はワッシャである。
【００４８】本実施の形態の特徴は固定部１０１の構造
にある。すなわち固定部１０１の形状が第１の実施の形
態のように円柱状ではなく四角柱状であることと、コイ
ル組立体１１２のボビン１１２ａが２個ではなく1個で
構成されている点である。それにともないコイル組立体
の内部に配置される可動部１０２の形状も四角柱状であ
る。
【００４９】以下に特徴的なコイル組立体１１２につい
て説明する。
【００５０】コイル組立体１１２は、樹脂製の２つの巻
線部を有する１個のボビン１１２ａと、２組のコイル１
１２ｂ−１、１１２ｂ−２で構成されている。ボビン１
１２ａの中央部にはどて１１２ｃが形成されており、こ
のどて１１２ｃにより２組のコイル１１２ｂ−１と１１
２ｂ−２が重ならないように隔離される。ボビン１１２
ａの形状はステータヨーク１１１の形状と整合する四角
形であり、ボビン１１２ａの中央にある可動部１０２を
収納する穴も四角形状である。この穴はもちろん第１の
実施の形態と同様に円柱形状でもよい。ボビン１１２ａ
のどて１１２ｃの一部には端子台１１２ｄが形成され、
その端子台１１２ｄにはコイル絡げ用端子が埋め込まれ
ている。
【００５１】ステ−タヨーク１１１は平面展開した軟磁
性板を角柱状に仕上げ、その端縁どうしを接合させたも
のであり、その接合面の中央には、ボビン１１２のどて
１１２ｃに形成された端子台１１２ｄを受けて絶縁ブッ
シング（図示せず）を介してコイルを引き出すための角
穴１１１ａが形成されている。またステ−タヨーク１１
１の接合面にはロック機構１１１ｂが形成されている。
【００５２】この第２の実施の形態は、コイル組立体１
１２を１個のボビン１１２ａで構成できる簡便さがあ
り、これらの同軸度も精度良く確保できる特徴がある。
図９は本発明による電磁アクチュエータを利用した複合
型アクチュエータ装置を示す。
【００５３】具体的には、開ループで制御される２相ク
ローポール型ステッピングモータをフレームに組み込ん
だ従来型の位置決め装置３００のステッピングモータ３
１０の背後にそれと同軸的に本発明の電磁アクチュエー
タ１００を複合させた複合型アクチュエータ装置であ
る。
【００５４】ステッピングモータ３１０の回転軸にリー
ドスクリュー３２０が形成され、電磁アクチュエータ１
００の支持（可動）軸２４はこのリードスクリュー３２
０と同一の軸となっている。電磁アクチュエータ１００
のステータヨーク１１はスッテッピングモータ３１０と
の磁気遮蔽の目的で、非磁性のスペーサ３３０を介して
ステッピングモータ３１０の背部に組み付けられてい
る。電磁アクチュエータ１００には、ボビン（図示せ
ず）の端子台１０１、１０２に設けられた端子１０３、
１０４から給電される。なお、フレーム３４０への組付
けは、電磁アクチュエータ１００に対してスペーサ３３
０を介してステッピングモータ３１０を組み付けてもよ
い。
【００５５】電磁アクチュエータ１００をステッピング
モータ３１０に組み込むときの注意点は、軸方向に移動
する電磁アクチュエータ１００の軸方向パーミアンスの
バランスを崩さないことである。つまり、電磁アクチュ
エータ１００の一端面側のみに軟磁性体を取り付けない
ことである。このために電磁アクチュエータ１００をス
テッピングモータ３１０の背面に取り付ける際、磁気的
な結合を切るために非磁性のスペーサ３３０は充分に厚
いものが必要となる。このスペーサ３３０により安定し
た電磁アクチュエータ１００の動作を確保することがで
きる。なお、実験では、スペーサ３３０の厚さは電磁ア
クチュエータ１００のステータヨーク１１の厚さの1.0
倍以上が好ましいことが解った。
【００５６】この複合型電磁アクチュエータ装置はたと
えば情報書込み/読取り機構のヘッドの駆動に用いられ
る。リードスクリュー３２０の溝を介した移動ピン（図
示せず）に保持されたヘッド部（図示せず）はリードス
クリュー３２０の回転に伴って軸方向に移動する。
【００５７】いまヘッド部の位置が目標位置から大きく
離れているときは、まずステッピングモータ３１０で調
整し（これを「粗調」といい、高速で且つ離散的な位置
制御を行う）し、目標位置の近傍では電磁アクチュエー
タ１００による調整（これを「微調」といい、高精度で
且つ連続的な閉ループの位置決め制御を行う）を行う。
電磁アクチュエータ１００を用いた微調動作は、閉ルー
プで時間に対して連続的またはサンプリングタイムが極
めて短い高サンプリングレートで制御を行うことが望ま
しい。図において、リードスクリュー３２０の矢印Ｘ、
Ｙはリードスクリューの移動方向を示している。矢印Ｘ
はステッピングモータ３１０の動作（粗調）時の回転動
作を示し、矢印Ｙは電磁アクチュエータ１００の動作
（微調）時の軸方向動作を示し、いずれの動作において
もヘッド部は軸方向に移動するようになっている。
【００５８】上記の実施の形態においては、リードスク
リュー３２０の先端と電磁アクチュエータ１００または
ステッピングモータ３１０の端部の２点に軸受を設け
た。このことにより軸受スパンを最大長とすることが可
能となり、安定した軸受け機構が実現できる。なお、フ
レーム３４０に取り付けられるステッピングモータのフ
ランジ３５０には軸受け機構は設けない。
【００５９】システムの構成にもよるが、電磁アクチュ
エータ１００による微調の範囲は軸方向可動距離にして
１．０mm以下が好ましい。その理由は、可動距離が大き
くなると、一定の応答周波数まで対応させるためには大
きな推力が必要になり、コスト並びに大きさが増大する
からである。このような複合型電磁アクチュエータ装置
を用いれば、祖調／微調の機能を完全に分離できるの
で、位置決め装置をトータル的に見て、漏洩磁束が極め
て少ない、高速／高精度で且つ安価な位置決め機構が構
成できる特徴がある。
【００６０】
【発明の効果】本発明によれば、可動コイル型のアクチ
ュエータの欠点のない簡潔な構成で安価な電磁アクチュ
エータを提供することができる。また、本発明による電
磁アクチュエータを用いた複合型アクチュエータ装置で
は粗調／微調の機能を完全に分離することができるの
で、漏洩磁束が少なく、安価で且つ高速／高精度の情報
記憶装置のトラック位置決め機構が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電磁アクチュエータの一実施の形
態の分解斜視図である。
【図２】（ａ)および（ｂ）は本発明による電磁アクチ
ュエータの動作原理を説明する図である。
【図３】図１に示した電磁アクチュエータの可動部の分
解斜視図である。
【図４】本発明による電磁アクチュエータの可動部の他
の実施例の分解斜視図である。
【図５】図４に示した可動部を用いた電磁アクチュエー
タの動作原理を説明する図２と同様な図である。
【図６】本発明による電磁アクチュエータの可動部のさ
らに他の実施例の分解斜視図である。
【図７】本発明による多段式電磁アクチュエータの半断
面図である。
【図８】本発明による電磁アクチュエータの第２の実施
の形態の分解斜視図である。
【図９】本発明による複合型電磁アクチュエータ装置の
一実施の形態の斜視図である。
【符号の説明】
１ 固定部 １１ ステ−タヨーク １２、１３ コイル組立体 １２ａ、１３ａ ボビン １２ｂ、１３ｂ コイル ２ 可動部 ２１、４０ 可動磁石 ２２、２３、４１、４２ 可動ヨーク ２４ 支持軸 ３ 前フランジ、４ 後フランジ １００ 電磁アクチュエータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 尚之 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−１ ミネベ ア株式会社浜松製作所内 (72)発明者 松下 晋武 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−１ ミネベ ア株式会社浜松製作所内 Ｆターム(参考） 5D068 CC08 EE21 5D096 NN05 NN07 5H607 AA12 BB01 BB10 CC03 DD19 EE52 5H633 BB03 BB08 GG02 GG05 GG07 GG09 GG11 GG13 GG15 HH03 HH07 HH09 HH13 HH17 HH24 JA06 JB07

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軟磁性材からなる中空のステータヨーク
    の内周側に２組のコイルを軸心を合わせて軸方向に配置
    してなる固定部と、前記コイルの内部に微小エアギャッ
    プを介して軸方向に可動自在に配置された可動磁石と可
    動ヨークから成る可動部とを備え、前記可動磁石が発生
    する磁界と前記コイルに流れる電流との相互作用によっ
    て前記可動部が軸方向に移動することを特徴とする電磁
    アクチュエータ。
  2. 【請求項２】 前記２組のコイルの一方に流す電流の向
    きを他方に流す電流の向きと逆にしたことを特徴とする
    請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
  3. 【請求項３】 前記２組のコイルの各々がほぼ同一形状
    の別々の合成樹脂製ボビンに巻回され、コイルを巻回し
    た２組のボビンが前記ステ−タヨークの内部に軸方向に
    所定の距離離間して配置されたことを特徴とする請求項
    １に記載の電磁アクチュエータ。
  4. 【請求項４】 前記固定部のステータヨークは中空円筒
    でありかつ２組のコイルの各々は共に円筒状ボビンに巻
    回されたリング状コイルであり、 前記可動部は中心に支持軸を有しかつ可動ヨークは前記
    ２組のコイルと相互に電磁作用を及ぼし合う位置にあ
    り、前記ステ−タヨークの軸方向両端面には各々軸受機
    構を有する一対のフランジが配設され、該軸受機構によ
    り前記支持軸を軸方向に移動自在に保持するようにした
    ことを特徴とする請求項１または３に記載の電磁アクチ
    ュエータ。
  5. 【請求項５】 前記可動部の可動磁石は、軸方向にＮ、
    Ｓ２極に着磁された少なくとも１個以上の柱状または中
    空状の磁石から成り、可動ヨークは前記可動磁石のＮ、
    Ｓ磁極面に各々当設したほぼ同形状の一対の軟磁性体ヨ
    ークから成ることを特徴とする請求項1ないし４のいず
    れか１項に記載の電磁アクチュエータ。
  6. 【請求項６】 前記可動部の可動ヨークは１個以上の柱
    状または中空状の軟磁性体から成り、可動磁石は前記可
    動ヨークの軸方向両端面に各々当設したぼぼ同形状の一
    対の磁石から成り、該一対の磁石は中心部と外周部で極
    性が異なる２極に着磁されかつ一方の磁石の外周部と他
    方の磁石の外周部は互いに逆極性に着磁されていること
    を特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の
    電磁アクチュエータ。
  7. 【請求項７】 前記可動部の可動磁石の外径寸法が可動
    ヨークの外径寸法より小さいことを特徴とする請求項５
    に記載の電磁アクチュエータ。
  8. 【請求項８】 前記可動部の可動ヨークの外径寸法が可
    動磁石の外径寸法より小さいことを特徴とする請求項６
    に記載の電磁アクチュエータ。
  9. 【請求項９】 前記可動部の軸方向の移動量が１.０ｍ
    ｍ以下であることを特徴とする請求項７または８に記載
    の電磁アクチュエータ
  10. 【請求項１０】 軟磁性材からなる中空のステータヨー
    クの内周側に２組のコイルから成るコイル対を複数個軸
    心を合わせて軸方向に配置して成る固定部と、前記コイ
    ルの内部に可動磁石と可動ヨークから成る可動ユニット
    を前記コイル対と同数だけ前記固定部から微小距離離間
    させて同一軸上に軸方向に配置して成る可動部とを備
    え、前記可動磁石が発生する磁界と前記コイルに流れる
    電流との相互作用によって前記可動部が軸方向に移動す
    ることを特徴とする電磁アクチュエータ。
  11. 【請求項１１】 請求項１〜９のいずれか１項に記載の
    電磁アクチュエータとステッピングモータとが回転軸を
    共有して配置され、前記ステッピングモータによる回転
    軸の回転運動を直線運動に変換する変換機構を有し、前
    記電磁アクチュエータにより前記回転軸が直線運動する
    複合型アクチュエータ装置において、 前記ステッピングモータによる粗調はオープンループで
    行われ、電磁アクチュエータによる微調はクローズドル
    ープで行われることを特徴とする複合型電磁アクチュエ
    ータ装置。
  12. 【請求項１２】 前記ステッピングモータが２相クロー
    ポール型ステッピングモータであることを特徴とする請
    求項１１に記載の複合型電磁アクチュエータ装置。
  13. 【請求項１３】 情報記憶装置の記録メディアのトラッ
    ク位置決め用アクチュエータとして用いられることを特
    徴とする請求項１２に記載の複合型アクチュエータ装
    置。
  14. 【請求項１４】 前記ステッピングモータと前記電磁ア
    クチュエータとの間に非磁性体から成るスペーサを配設
    したことを特徴とする請求項１１に記載の複合型電磁ア
    クチュエータ装置。
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