モーター、ロボットハンドおよびロボット
【課題】高出力が得られるコアを備えるコイルと、コアを備えない配線と、を備え電流の切換頻度を少なくすることにより、ブラシの長寿命化を実現する小型モーターを提供する。
【解決手段】回転可能に支持された回転軸の中心に直交し、前記回転軸に固定される回転体と、基体に固定され円周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置された磁石と、を備え、前記回転体は、前記回転軸の回転中心を通る放射状の直線に平行に延伸された１以上の駆動配線と、円周状に配置された複数の渦巻状導体配線と、前記渦巻状導体配線内に配置されたコアと、前記駆動配線に接続された第１整流子と、前記渦巻状導体配線に接続された第２整流子と、を備え、前記第１整流子に接触し、電力を供給する第１ブラシと、前記第２整流子に接触し、電力を供給する第２ブラシと、を備え、前記渦巻状導体配線は、前記回転軸の軸方向の平面視において、前記駆動配線と重ならないモーター。
【解決手段】回転可能に支持された回転軸の中心に直交し、前記回転軸に固定される回転体と、基体に固定され円周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置された磁石と、を備え、前記回転体は、前記回転軸の回転中心を通る放射状の直線に平行に延伸された１以上の駆動配線と、円周状に配置された複数の渦巻状導体配線と、前記渦巻状導体配線内に配置されたコアと、前記駆動配線に接続された第１整流子と、前記渦巻状導体配線に接続された第２整流子と、を備え、前記第１整流子に接触し、電力を供給する第１ブラシと、前記第２整流子に接触し、電力を供給する第２ブラシと、を備え、前記渦巻状導体配線は、前記回転軸の軸方向の平面視において、前記駆動配線と重ならないモーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーター、ロボットハンドおよびロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、小型モーターとしては、ブラシモーターと呼ばれるＤＣモーターが良く知られている。このＤＣモーターでは、ローターに巻かれている巻線に流れる電流の向きを、ステーターに配置された永久磁石のＮＳ極に対応して、変化させてローターを回転させている。巻線の電流の向きはモーターに配置されたブラシと整流子によって機械的に切り替えることができ、簡単な構造による低コストのモーターを実現した（特許文献１）。
【０００３】
しかし、上述の特許文献１では、磁石の極数を増やすことで安定した出力を得られるモーターを実現できるが、そのことが頻繁な電流の向きの切換を必要とし、その結果、ブラシの寿命を短くするという課題が有った。この課題を解決する手段として無整流子モーター、すなわちブラシレスモーターとして、基板面に閉ループの巻線を形成したアーマチュアコイルによってローターマグネットを回転させる直流モーターが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−２６３５４号公報
【特許文献２】特開平１１−２２０８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述の特許文献２では、高トルクモーターを得ることが困難であり、しかも、モーターの動作を制御するために、回転検出手段としての検出回路、あるいは回転制御のための制御回路などを外部に備えなければならず、小型で高性能なモーターが得られない、という課題が有った。
【０００６】
そこで、高出力が得られるコアを備えるコイルと、コアを備えない配線と、を備え電流の切換頻度を少なくすることにより、ブラシの長寿命化を実現する小型モーターを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。
【０００８】
〔適用例１〕本適用例によるモーターは、対向配置された基体と、前記基体に回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸の中心に直交し、前記回転軸に固定され前記基体の対向領域内で回転可能に配置される円柱状の回転体と、前記基体の対向する一方の面、または両方の面に固定され、前記回転体と前記基体との間に配置される、前記回転軸の中心に対して円周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置された磁石と、を備え、前記回転体は、前記磁石に対向する第１の面および第２の面のどちらか一方、または両方に、前記回転軸の回転中心を通る放射状の直線に平行に延伸された１以上の駆動配線と、前記回転軸の中心に対して円周状に配置された複数の渦巻状導体配線と、前記渦巻状導体配線内に配置されたコアと、前記駆動配線と前記渦巻状導体配線との外周領域に形成される、前記駆動配線の端部と電気的に接続された第１整流子と、前記渦巻状導体配線と電気的に接続された第２整流子と、を備え、前記基体に固定され、前記第１整流子に接触し、電力を供給する少なくとも１対の第１ブラシと、前記第２整流子に接触し、電力を供給する少なくとも１対の第２ブラシと、を備え、前記渦巻状導体配線と、前記駆動配線と、は平面視において重ならないことを特徴とする。
【０００９】
上述の適用例によれば、磁界中において回転軸を通る直線に平行に延伸された駆動配線に電流を流すことで得られる回転力と、電磁石を構成する渦巻状導体配線による磁極間の斥力と引力とによって得られる回転力と、を合成させた高い出力（トルク）のモーターを得ることができる。また、駆動配線における出力のピークは、対向配置される磁石の磁極中心近傍で発生させることができ、その時、渦巻状導体配線の出力のピークは、磁石の磁極境界近傍で発生させることができる。これにより、出力変動の少ない安定した回転性能を有するモーターを得ることができる。
【００１０】
さらに、駆動配線および渦巻状導体配線は回転体へ形成される構成となっているため、いわゆる回路基板あるいは半導体装置などに用いられる微細な配線形成技術の適用が可能であり、これにより小型モーターを容易に得ることができる。また、駆動配線に対応する整流子と、渦巻状導体配線に対応する整流子と、を備えることで、磁石の極数に対する整流子数を少なくすることができるため、電流の切換機会が少なくなり、その結果、ブラシの寿命を長くすることができる。
【００１１】
〔適用例２〕上述の適用例において、前記駆動配線を複数備える前記回転体において、前記回転軸の軸方向平面視において、延伸方向が異なる前記駆動配線を１以上含むことを特徴とする。
【００１２】
上述の適用例によれば、一方の駆動配線に接続する隣り合う整流子に同時に一方のブラシが接触することで、駆動配線に電流が流れない状態にあっても、延伸方向の異なる駆動配線には、所定の方向に電流を流すことができる。これによって、滑らかに回転するモーターを得ることができる。
【００１３】
〔適用例３〕上述の適用例において、前記回転体は、２以上の基板を前記回転軸の軸方向に積層して形成され、少なくとも１以上の前記基板に前記駆動配線が形成され、および／または、前記基板の接合部の少なくとも１以上に、基板間渦巻状導体配線が配置され、前記渦巻状導体配線と前記基板間渦巻状導体配線とは、電気的に接続され、前記渦巻状導体配線および前記基板間渦巻状導体配線の配置面内に前記コアが配置されていることを特徴とする。
【００１４】
上述の適用例によれば、複数の基板面に駆動配線を形成し、積層することにより実質的に駆動配線の断面積の総和を大きくし、所定方向に流すことができる電流量を大きくすることができる。従って、大きな出力（トルク）を発生するモーターを得ることができる。また、渦巻状導体配線を複数の基板面に形成し、積層されることにより、コアを取り巻く渦巻状導体配線の巻線数を多くすることができ、電磁石を形成するコアからの磁力線を、より強くすることができる。従って、高いトルクを発生するモーターを得ることができる。
【００１５】
〔適用例４〕上述の適用例において、前記駆動配線と、前記回転軸中心に円弧状に形成された前記駆動配線の両端を繋ぐ接続配線と、が渦巻状に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
上述の適用例によれば、接続配線を円弧状とすることにより、接続配線に流れる電流によって発生する力を回転中心向き、もしくは放射方向に発生させることで、駆動配線に発生させた回転方向の力を減少させることが無い。従って、効率の良いモーターを得ることができる。
【００１７】
〔適用例５〕上述の適用例において、前記コアは、前記回転体に設けた前記回転軸方向の凹部、または貫通孔に挿通、固定されている、ことを特徴とする。
【００１８】
上述の適用例によれば、渦巻状導体配線を流れる電流による磁力線の発生の効率を高め、より高いトルクを発生するモーターを得ることができる。
【００１９】
〔適用例６〕上述の適用例において、前記コアは、前記回転体の平面視において、前記渦巻状導体配線を覆う鍔部を備えることを特徴とする。
【００２０】
上述の適用例によれば、鍔部によって、渦巻状導体配線の磁束をコアに集中させることができ、トルク性能を高めることができる。
【００２１】
〔適用例７〕上述の適用例のモーターを備えるロボットハンド。
【００２２】
本適用例によるロボットハンドは、小型のモーターを用いることで、汎用性が高く、複雑な電子機器の組み立て作業や検査等が可能なロボットに適用することができる。
【００２３】
〔適用例８〕上述の適用例のロボットハンドを備えるロボット。
【００２４】
本適用例によるロボットによれば、汎用性が高く、複雑な電子機器の組み立て作業や検査等を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態に係るモーターの、（ａ）は概略分解斜視図、（ｂ）は概略組立断面図。
【図２】第１実施形態に係る回転体の、（ａ），（ｃ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図３】第１実施形態に係る渦巻状導体配線のその他の形態を示す平面図。
【図４】第１実施形態に係るモーターの動作を説明する動作説明図。
【図５】第１実施形態に係るモーターの動作を説明する動作説明図。
【図６】第１実施形態に係るモーターの動作を説明する動作説明図。
【図７】第２実施形態に係る回転体の断面図。
【図８】第２実施形態に係る配線の一例を説明する概略斜視図。
【図９】第１，第２実施形態に係るコアのその他の例を示す図。
【図１０】第３実施形態に係るロボットハンドを示す外観図。
【図１１】第４実施形態に係るロボットを示す外観図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るモーター１００を示す、（ａ）は分解状態での概略斜視図、（ｂ）は組み立て状態を模式図的に示す断面図、である。
【００２８】
図１（ａ）に示すように、モーター１００は基体６１に固定された磁石１１と、基体６２に固定された磁石１２と、が対向配置されている。対向配置される磁石１１と１２の間には、円板状の回転体２０が配置されている。また回転体２０は、回転軸３０に固定され回転子４０が形成されている。回転子４０は、回転軸３０の一方の側を基体６１に、他方の側を基体６２に、例えばボールベアリングなどにより、回転可能に支持されている。
【００２９】
また、基体６１，６２には、後述する回転体２０に形成された整流子を介して回転体２０に形成された配線へ駆動用の電流を送るブラシとして、基体６１には第１ブラシ５１ａ，５１ｂと第２ブラシ５３ａ，５３ｂと、が各１対、固定され、基体６２には第１ブラシ５２ａ，５２ｂと第２ブラシ５４ａ，５４ｂと、が各１対、固定されている。
【００３０】
また、磁石１１，１２は、回転軸３０を中心とする円周方向にＮ極とＳ極が交互に配置されるが、本形態においてはＮ極、Ｓ極が１極ずつ、すなわち２極の磁石を例示している。具体的には、図１（ａ）に示す、第２ブラシ５３ａ，５３ｂ方向における断面を表わす図１（ｂ）にも示すように、磁石１１，１２の対向する面側の磁極は互いに異なる磁極となるように配置される。すなわち、基体６１に固定される磁石１１では、回転体２０に対向する面、すなわち磁石１２と対向する面側のＮ極に対して、基体６２に固定される磁石１２の回転体２０に対向する面、すなわち磁石１１と対向する面の磁極がＳ極となるように磁石１１，１２が配置される。従って、他の一方の磁極である、基体６１に固定される磁石１１の磁石１２と対向する面側のＳ極に対して、基体６２に固定される磁石１２の磁石１１と対向する面の磁極がＮ極となるように磁石１１，１２が配置される。
【００３１】
次に、図２により回転体２０の詳細について説明する。図２は、モーター１００に備える回転子４０を示し、図２（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に置けるＡ−Ａ´部の断面図、（ｃ）は（ｂ）における矢印Ｓ方向の透視図、である。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、回転子４０は回転軸３０と、回転体２０と、を含み、回転軸３０と回転体２０は固着されている。回転体２０は後述する導電体の配線を形成するため、例えば回路基板に用いられるポリイミドなどの樹脂材料、あるいは無機材料のガラス、などの電気絶縁性を有する材料により形成されることが好ましい。また、内部配線を形成するため、複数の基板を積層して形成することが好ましい。
【００３３】
図２（ａ）は、回転体２０の一方の面２０ａの平面図である。回転体２０の面２０ａには、半月状のパターン配線７１，７２が形成されている。パターン配線７１とパターン配線７２は回転軸３０の中心に対して点対称の形状となっている。パターン配線７１は、回転軸３０の回転中心を通る直線に平行な駆動配線７１ａと、駆動配線７１ａの端部を繋ぎ円弧状の接続配線７１ｂと、回転軸３０を回避する回避配線７１ｃと、を備え、各配線を渦巻状に、本例では２重巻きに形成されている。同様に、パターン配線７２も、駆動配線７２ａと、接続配線７２ｂと、回避配線７２ｃと、を備えている。
【００３４】
パターン配線７１，７２の接続端部７１ｅ，７１ｆ，７２ｅ，７２ｆは、パターン配線７１，７２の外周に円周状に形成された第１整流子７５と接続されている。なお、パターン配線７１，７２の渦巻内周と接続端部７１ｆ，７２ｆとは、接続配線７１ｂ，７２ｂとの電気的な短絡（ショート）防止のため、回転体２０の内部を通る内部パターン配線７１ｇ，７２ｇにより接続されている。
【００３５】
パターン配線７１，７２の渦巻状の内側には、渦巻状導体配線８１が形成されている。渦巻状導体配線８１は、後述する回転体２０の他の一方の面２０ｂに形成されるパターン配線７３，７４と、面２０ａに形成されるパターン配線７１，７２と、平面視において重ならない位置、大きさで形成されている。渦巻状導体配線８１の渦巻の内部にはコア９０を備えている。
【００３６】
コア９０は渦巻状導体配線８１に電流を流すことで生じる磁界の密度（磁束密度）を高くする、いわゆる磁心であり、軟磁性材料の、例えば、鉄に数％のケイ素を含む電磁鋼板、ＭｎＺｎ系フェライトコア、ＮｉＺｎ系フェライトコアなどが好適に用いられる。
【００３７】
渦巻状導体配線８１は、回転体２０の内部接続配線８１ａを介して、第１整流子７５の外側外周に形成された第２整流子８３と接続されている。本実施形態のモーター１００においては、第１整流子７５および第２整流子８３は、磁石１１および磁石１２の極数の２ｎ倍（ｎ：１以上の整数）に分割され、本例では磁石１１，１２は２極であるので４分割の整流子を備えている。パターン配線７１の接続端部７１ｅ，７１ｆは隣り合う第１整流子７５ｂ，７５ａと繋がり、パターン配線７２の接続端部７２ｅ，７２ｆは隣り合う第１整流子７５ｄ，７５ｃと繋がっている。また渦巻状導体配線８１では、内部接続配線８１ａを介して隣り合う第２整流子８３と、に接続される。
【００３８】
図３に、渦巻状導体配線８１のパターンの詳細を示す。図３（ａ）に示すように、渦巻状導体配線８１は、渦巻部８１ｂと、電流の入力端部としての一方の端部８１ｃと、他方の端部８１ｄと、を備えている。端部８１ｄには、渦巻部８１ｂと交差して接続する配線部８１ｅが繋がり、渦巻部８１ｂとの電気的な短絡（ショート）を防止するため、回転体２０の内部に配線部８１ｅは形成される。なお、渦巻状導体配線８１は、円形を基本形状とする図３（ａ）の形態に限定されず、図３（ｂ）に示すような、四角形、もしくは図示する六角形のような多角形の形状を基本としても良い。その場合、コア９０に効率よく磁界を発生させるために正多角形を基本とすることが好ましい。
【００３９】
次に、回転体２０の一方の面２０ｂに形成される配線について説明する。図２（ｃ）が、回転体２０の面２０ｂに形成される配線を示す平面図であるが、便宜上、図２（ｂ）に示す矢印Ｓ方向の透視図で描いている。従って、図示方向は図２（ａ）と同じであり、図２（ａ）の図示上下左右と、図２（ｃ）の図示上下左右は同じ方向である。
【００４０】
面２０ｂに形成される配線の構成は、上述した面２０ａに形成された配線と同じである。すなわち、駆動配線７３ａ、接続配線７３ｂ、回避配線７３ｃを備えるパターン配線７３と、駆動配線７４ａ、接続配線７４ｂ、回避配線７４ｃを備えるパターン配線７４と、渦巻状導体配線８２と、を備えている。また、パターン配線７３，７４の外側に円弧状に第１整流子７６と第２整流子８４とが形成され、パターン配線７３，７４は第１整流子７６と一端を内部パターン配線７３ｇ，７４ｇを介して接続され、渦巻状導体配線８２は第２整流子８４と内部接続配線８２ａを介して接続されている。
【００４１】
このように構成された面２０ｂに形成された配線は、面２０ａに形成された配線が回転軸３０中心を中心に略角度９０度回転した配置となっている。このように配置されて、渦巻状導体配線８１と渦巻状導体配線８２とは、平面視において略一致するようにも配置されている。また、渦巻状導体配線８１，８２は、平面視において略直交するように配置される駆動配線７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａに重ならないように、避けて配置されている。
【００４２】
次に、本実施形態に係るモーター１００の動作について説明する。説明の便宜上、パターン配線７１，７２，７３，７４による動作と、渦巻状導体配線８１，８２による動作と、を分けて説明する。図４は、パターン配線７１，７２，７３，７４と、第１整流子７５，７６と、第１ブラシ５１，５２と、の配置および動作を説明する図であり、図１（ｂ）に示す配置面Ｍ１，２０ａ，２０ｂ，Ｍ２を矢印Ｔ方向からの透視矢視図として、図示上段から面Ｍ１、面２０ａ、面２０ｂ、面Ｍ２の順に配置し、渦巻状導体配線８１，８２は図示を省略してある。
【００４３】
先ず、図４（ａ）に示すように、面２０ａにおいて、第１ブラシ５１ａは第１整流子７５ｃと第１整流子７５ｄの２箇所の整流子に同時に接触し、第１ブラシ５１ｂは第１整流子７５ａと第１整流子７５ｂの２箇所の整流子に同時に接触するように配置されている。また、面２０ｂにおいても、第１ブラシ５２ａは第１整流子７６ａと第１整流子７６ｄの２箇所の整流子に同時に接触し、第１ブラシ５２ｂは第１整流子７６ｂと第１整流子７６ｃの２箇所の整流子に同時に接触するように配置されている。
【００４４】
直流電源Ｂａより、面２０ａの第１ブラシ５１ａおよび面２０ｂの第１ブラシ５２ａにはプラス（＋）の電圧が、面２０ａの第１ブラシ５１ｂおよび面２０ｂの第１ブラシ５２ｂにはマイナス（−）の電圧が付加される。面２０ａにおいて、第１ブラシ５１ａと接触する第１整流子７５ｃ，７５ｄにはパターン配線７２の接続端部７２ｅ，７２ｆが接続され、同相のプラス（＋）電圧が付加されることとなる。従って、パターン配線７２には電流は流れない。同様に、第１ブラシ５１ｂと接触する第１整流子７５ａ，７５ｂにはパターン配線７１の接続端部７１ｅ，７１ｆが接続され、同相のマイナス（−）電圧が付加されることとなる。従って、パターン配線７１には電流は流れない。よって、面２０ａに形成されたパターン配線７１，７２の駆動配線７１ａ，７２ａには電流が流れず、駆動力は発生しない。
【００４５】
一方、面２０ｂにおいては、パターン配線７３の一方の接続端部７３ｆは第１ブラシ５２ａと接触する第１整流子７６ａと繋がっており、プラス（＋）の電位が付加され、他方の接続端部７３ｅは第１ブラシ５２ｂと接触する第１整流子７６ｂと繋がっており、マイナス（−）の電位が付加されている。従って、パターン配線７３の渦巻状の配線によって駆動配線７３ａには図示矢印方向の電流Ｉdが流れる。また、パターン配線７４の一方の接続端部７４ｅは第１ブラシ５２ａと接触する第１整流子７６ｄと繋がっており、プラス（＋）の電位が付加され、他方の接続端部７４ｆは第１ブラシ５２ｂと接触する第１整流子７６ｃと繋がっており、マイナス（−）の電位が付加されている。従って、パターン配線７４の渦巻状の配線によって駆動配線７４ａには図示矢印方向の電流Ｉdが流れる。
【００４６】
磁石１１および磁石１２の極性は、図４（ａ）に示すように、磁石１１では、図示上側にＳ極、下側にＮ極が回転体２０に対向し、磁石１２では、磁石１１の極性とは逆の、図示上側にＮ極、下側にＳ極が回転体２０に対向して配置されている。この極性の配置と、パターン配線７３，７４の駆動配線７３ａ，７４ａに流れる電流Ｉdの方向と、がフレミングの左手の法則に従って駆動配線７３ａ，７４ａに反時計回りの力ＦUWを発生させる。そして、この反時計回りの力ＦUWによって回転体２０は反時計回りのＲUW方向に回転する。
【００４７】
上述のように、磁石１１，１２の磁極の境界では磁束密度が低く、駆動力を得難い領域であり、また弱いながらも逆方向への駆動力を発生する可能性があるため、磁極境界と平面視で重なる領域の駆動配線には電流を流さない構成とする。
【００４８】
図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態より、回転体が反時計回りに角度９０度回転した状態を示す。図４（ｂ）に示すように、面２０ａにおいて、第１ブラシ５１ａは第１整流子７５ｂと第１整流子７５ｃの２箇所の整流子に同時に接触し、第１ブラシ５１ｂは第１整流子７５ａと第１整流子７５ｄの２箇所の整流子に同時に接触するように配置されている。また、面２０ｂにおいても、第１ブラシ５２ａは第１整流子７６ｃと第１整流子７６ｄの２箇所の整流子に同時に接触し、第１ブラシ５２ｂは第１整流子７６ａと第１整流子７６ｂの２箇所の整流子に同時に接触するように配置されている。
【００４９】
面２０ｂにおいて、第１ブラシ５２ａと接触する第１整流子７６ｃ，７６ｄにはパターン配線７４の接続端部７４ｅ，７４ｆが接続され、同相のプラス（＋）電圧が付加されることとなる。従って、パターン配線７４には電流は流れない。同様に、第１ブラシ５２ｂと接触する第１整流子７６ａ，７６ｂにはパターン配線７３の接続端部７３ｅ，７３ｆが接続され、同相のマイナス（−）電圧が付加されることとなる。従って、パターン配線７３には電流は流れない。よって、面２０ｂに形成されたパターン配線７３，７４の駆動配線７３ａ，７４ａには電流が流れず、駆動力は発生しない。
【００５０】
一方、面２０ａにおいては、パターン配線７２の一方の接続端部７２ｆは第１ブラシ５１ａと接触する第１整流子７５ｃと繋がっており、プラス（＋）の電位が付加され、他方の接続端部７２ｅは第１ブラシ５１ｂと接触する第１整流子７５ｄと繋がっており、マイナス（−）の電位が付加されている。従って、パターン配線７２の渦巻状の配線によって駆動配線７２ａには図示矢印方向の電流Ｉdが流れる。また、パターン配線７１の一方の接続端部７１ｅは第１ブラシ５１ａと接触する第１整流子７５ｂと繋がっており、プラス（＋）の電位が付加され、他方の接続端部７１ｆは第１ブラシ５１ｂと接触する第１整流子７５ａと繋がっており、マイナス（−）の電位が付加されている。従って、パターン配線７１の渦巻状の配線によって駆動配線７１ａには図示矢印方向の電流Ｉdが流れる。
【００５１】
そして、磁石１１，１２の極性の配置と、パターン配線７１，７２の駆動配線７１ａ，７２ａに流れる電流Ｉdの方向と、がフレミングの左手の法則に従って駆動配線７１ａ，７２ａに反時計回りの力ＦUWを発生させる。そして、この反時計回りの力ＦUWによって回転体２０は反時計回りのＲUW方向に回転する。
【００５２】
更に、図４（ｂ）の状態から回転体２０が角度９０度回転すると、図４（ａ）と実質的に同じ状態となり、上述の動作を繰り返して回転体２０が回転し続ける。なお、電源Ｂａの電位を逆にすることによって、上述とは逆の時計回りの回転を容易に得ることができる。
【００５３】
次に、渦巻状導体配線８１，８２による動作を説明する。図５は、渦巻状導体配線８１，８２と、第２整流子８３，８４と、第２ブラシ５３，５４と、の配置および動作を説明する図である。図５では、回転体２０の面２０ａの平面図を図示上段に、面２０ｂの平面図を図示下段に配置し、パターン配線７１，７２，７３，７４は模式的に描き、第１整流子７５，７６と共に想像線（２点鎖線）にて描いてある。
【００５４】
次に、渦巻状導体配線８１，８２によるモーター１００の動作を図５および図６を用いて説明する。図５（ａ）は、回転体２０の面２０ａ側の平面図を示し、図５（ｂ）は、回転体２０の面２０ｂ側の平面図を示す。従って、図示上、図５（ａ）に示すＸ方向に対して図５（ｂ）のＸ方向は反対となる。
【００５５】
図５（ａ）に示すように、回転体２０の面２０ａに形成された渦巻状導体配線８１は４つの渦巻状導体配線８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ，８１Ｄを備えている。そして、各配線の端部は第２整流子８３に接続されている。例えば、渦巻状導体配線８１Ａの一方の接続端部は、第２整流子８３ａと、他方の接続端部は第２整流子８３ｂと、に接続されている。同様に、渦巻状導体配線８１Ｂは第２整流子８３ｂ，８３ｃと接続され、渦巻状導体配線８１Ｃは第２整流子８３ｃ，８３ｄと接続され、渦巻状導体配線８１Ｄは第２整流子８３ｄ，８３ａと接続されている。すなわち、渦巻状導体配線８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ，８１Ｄは第２整流子８３を介して直列に接続されている。また、第２整流子８３には、第２ブラシ５３が接触し駆動用の電源が第２整流子８３を介して渦巻状導体配線８１に供給される。
【００５６】
図５（ｂ）に示す、回転体２０の面２０ｂにおける渦巻状導体配線８２および第２整流子８４は、面２０ａの形成された渦巻状導体配線８１および第２整流子８３に対して、面２０ａ側からの平面視において互いに重なるように配置されている。例えば、渦巻状導体配線８１Ａに対して渦巻状導体配線８２Ａが、回転体２０の平面視において重なるように配置されている。このように配置されて、渦巻状導体配線８２は第２整流子８４を介して直列に繋がれ、第２ブラシ５４から駆動用の電源が供給される。ここで、電源Ｂａより、第２ブラシ５３ａおよび第２ブラシ５４ａにプラス（＋）の電位、第２ブラシ５３ｂおよび第２ブラシ５４ｂにはマイナス（−）の電位の電流が供給される場合、次のようにモーター１００は動作する。
【００５７】
回転体２０の面２０ａ側においては、プラス（＋）電位の第２ブラシ５３ａを通して、第２整流子８３ａから、渦巻状導体配線８１Ａ、第２整流子８３ｂ、渦巻状導体配線８１Ｂ、そして第２整流子８３ｃを経由し、マイナス（−）電位の第２ブラシ５３ｂへと電流が流れる。このとき、渦巻状導体配線８１Ａ，８１Ｂには図示矢印方向に電流が流れ、渦巻部では図示における反時計回りに電流が流れ、コア９０に磁界が発生する。この磁界は、アンペールの法則に従ってコア９０の回転体２０の面２０ａ側の端部をＮ極とする磁石となる。
【００５８】
渦巻状導体配線８１Ａは、対向配置される磁石１１の磁極のＳ極範囲と対向していることで、磁石１１の磁束密度の高い磁石中心部に引寄せられる力ｆ1aが生まれる。また渦巻状導体配線８１Ｂは、対向配置される磁石１１の磁極のＮ極範囲と対向していることで、磁石１１の磁束密度の高い磁石中心部から反発する力ｆ1bが生まれる。
【００５９】
また、プラス（＋）電位の第２ブラシ５３ａを通して、第２整流子８３ａから、渦巻状導体配線８１Ｄ、第２整流子８３ｄ、渦巻状導体配線８１Ｃ、そして第２整流子８３ｃを経由し、マイナス（−）電位の第２ブラシ５３ｂへと電流が流れる。このとき、渦巻状導体配線８１Ｄ，８１Ｃには図示矢印方向に電流が流れ、渦巻部では図示における時計回りに電流が流れ、コア９０に磁界が発生する。この磁界は、アンペールの法則に従ってコア９０の回転体２０の面２０ａ側の端部をＳ極とする磁石となる。
【００６０】
渦巻状導体配線８１Ｄは、対向配置される磁石１１の磁極のＳ極範囲と対向していることで、磁石１１の磁束密度の高い磁石中心部と反発する力ｆ1dが生まれる。また渦巻状導体配線８１Ｃは、対向配置される磁石１１の磁極のＮ極範囲と対向していることで、磁石１１の磁束密度の高い磁石中心部に引寄せられる力ｆ1cが生まれる。こうして発生した、力ｆ1a，ｆ1b，ｆ1c，ｆ1dにより、回転体２０には図示する反時計回りＲUW方向に回転させる力が発生する。
【００６１】
一方、回転体２０の面２０ｂ側においては、プラス（＋）電位の第２ブラシ５４ａを通して、第２整流子８４ａから、渦巻状導体配線８２Ａ、第２整流子８４ｂ、渦巻状導体配線８２Ｂ、そして第２整流子８４ｃを経由し、マイナス（−）電位の第２ブラシ５４ｂへと電流が流れる。このとき、渦巻状導体配線８２Ａ，８２Ｂには図示矢印方向に電流が流れ、渦巻部では図示における時計回りに電流が流れ、コア９０に磁界が発生する。この磁界は、アンペールの法則に従ってコア９０の回転体２０の面２０ｂ側の端部をＳ極とする磁石となる。
【００６２】
渦巻状導体配線８２Ａは、対向配置される磁石１２の磁極のＮ極範囲と対向していることで、磁石１２の磁束密度の高い磁石中心部に引寄せられる力ｆ2aが生まれる。また渦巻状導体配線８２Ｂは、対向配置される磁石１２の磁極のＳ極範囲と対向していることで、磁石１２の磁束密度の高い磁石中心部に反発する力ｆ2bが生まれる。
【００６３】
また、プラス（＋）電位の第２ブラシ５４ａを通して、第２整流子８４ａから、渦巻状導体配線８２Ｄ、第２整流子８４ｄ、渦巻状導体配線８２Ｃ、そして第２整流子８４ｃを経由し、マイナス（−）電位の第２ブラシ５４ｂへと電流が流れる。このとき、渦巻状導体配線８２Ｄ，８１Ｃには図示矢印方向に電流が流れ、渦巻部では図示における反時計回りに電流が流れ、コア９０に磁界が発生する。この磁界は、アンペールの法則に従ってコア９０の回転体２０の面２０ｂ側の端部をＮ極とする磁石となる。
【００６４】
渦巻状導体配線８２Ｄは、対向配置される磁石１２の磁極のＮ極範囲と対向していることで、磁石１２の磁束密度の高い磁石中心部と反発する力ｆ2dが生まれる。また渦巻状導体配線８２Ｃは、対向配置される磁石１２の磁極のＳ極範囲と対向していることで、磁石１２の磁束密度の高い磁石中心部に引寄せられる力ｆ2cが生まれる。こうして発生した、力ｆ2a，ｆ2b，ｆ2c，ｆ2dにより、回転体２０には図示する時計回りＲ´CW方向に回転させる力が発生する。すなわち、この回転方向Ｒ´CWは図５（ａ）におけるＲUWと同方向の回転方向であり、上述の面２０ａにおける力ｆ1a，ｆ1b，ｆ1c，ｆ1dと面２０ｂにおける力ｆ2a，ｆ2b，ｆ2c，ｆ2dとが加わり、回転体２０を、図５（ａ）で示すＲUW方向へ回転させる。
【００６５】
図６は、上述の図５に示す状態からＲUW方向に角度４５度回転した状態を示す。図５同様に、図６（ａ）は、回転体２０の面２０ａ側の平面図を示し、図６（ｂ）は、回転体２０の面２０ｂ側の平面図を示す。従って、図示上、図６（ａ）に示すＸ方向に対して図６（ｂ）のＸ方向は反対となる。
【００６６】
図６（ａ）に示すように、回転体２０がＲUW方向に４５度回転すると、第２ブラシ５３ａは第２整流子８３ａ，８３ｂの両方と接触する状態となる。同様に、第２ブラシ５３ｂは第２整流子８３ｃ，８３ｄの両方と接触する。従って、第２整流子８３ａと第２整流子８３ｂとに接続端部が繋がれた渦巻状導体配線８１Ａは、両端子に電源Ｂａからのプラス（＋）の電位が付加され、渦巻状導体配線８１Ａには電流は流れない。また、第２整流子８３ｃと第２整流子８３ｄとに接続端部が繋がれた渦巻状導体配線８１Ｃは、両端子に電源Ｂａからのマイナス（−）の電位が付加され、渦巻状導体配線８１Ｃには電流は流れない。
【００６７】
渦巻状導体配線８１Ｂは、一方の接続端部を第２整流子８３ｂに接続され、他方の接続端部を第２整流子８３ｃに接続されているので、プラス（＋）電位の第２ブラシ５３ａを通して、第２整流子８３ｂから、渦巻状導体配線８１Ｂ、第２整流子８３ｃを経由し、マイナス（−）電位の第２ブラシ５３ｂへと電流が流れる。このとき、渦巻状導体配線８１Ｂには図示矢印方向に電流が流れ、渦巻部では図示における反時計回りに電流が流れ、コア９０に磁界が発生し、コア９０の回転体２０の面２０ａ側の端部をＮ極とする磁石となる。
【００６８】
渦巻状導体配線８１Ｂは、対向配置される磁石１１の磁極境界に対向しているので、磁石１１のＳ極側に引寄せられる力と、磁石１１のＮ極側と反発する力が合成された力ｆ1bが発生する。
【００６９】
渦巻状導体配線８１Ｄは、一方の接続端部を第２整流子８３ａに接続され、他方の接続端部を第２整流子８３ｄに接続されているので、プラス（＋）電位の第２ブラシ５３ａを通して、第２整流子８３ａから、渦巻状導体配線８１Ｄ、第２整流子８３ｄを経由し、マイナス（−）電位の第２ブラシ５３ｂへと電流が流れる。このとき、渦巻状導体配線８１Ｄには図示矢印方向に電流が流れ、渦巻部では図示における時計回りに電流が流れ、コア９０に磁界が発生し、コア９０の回転体２０の面２０ａ側の端部をＳ極とする磁石となる。
【００７０】
渦巻状導体配線８１Ｄは、対向配置される磁石１１の磁極境界に対向しているので、磁石１１のＮ極側に引寄せられる力と、磁石１１のＳ極側と反発する力が合成された力ｆ1dが発生する。このように発生した力ｆ1b，ｆ1dによって、回転体２０は反時計方向のＲUW方向に回転する。
【００７１】
一方、図６（ｂ）に示すように、回転体２０が図６（ａ）におけるＲUW方向、すなわち、Ｒ´CW方向に４５度回転すると、第２ブラシ５４ａは第２整流子８４ａ，８４ｂの両方と接触する状態となる。同様に、第２ブラシ５４ｂは第２整流子８４ｃ，８４ｄの両方と接触する。従って、第２整流子８４ａと第２整流子８４ｂとに接続端部が繋がれた渦巻状導体配線８２Ａは、両端子に電源Ｂａからのプラス（＋）の電位が付加され、渦巻状導体配線８２Ａには電流は流れない。また、第２整流子８４ｃと第２整流子８４ｄとに接続端部が繋がれた渦巻状導体配線８２Ｃは、両端子に電源Ｂａからのマイナス（−）の電位が付加され、渦巻状導体配線８２Ｃには電流は流れない。
【００７２】
渦巻状導体配線８２Ｂは、一方の接続端部を第２整流子８４ｂに接続され、他方の接続端部を第２整流子８４ｃに接続されているので、プラス（＋）電位の第２ブラシ５４ａを通して、第２整流子８４ｂから、渦巻状導体配線８２Ｂ、第２整流子８４ｃを経由し、マイナス（−）電位の第２ブラシ５４ｂへと電流が流れる。このとき、渦巻状導体配線８２Ｂには図示矢印方向に電流が流れ、渦巻部では図示における時計回りに電流が流れ、コア９０に磁界が発生し、コア９０の回転体２０の面２０ｂ側の端部をＳ極とする磁石となる。
【００７３】
渦巻状導体配線８２Ｂは、対向配置される磁石１２の磁極境界に対向しているので、磁石１２のＮ極側に引寄せられる力と、磁石１２のＳ極側と反発する力が合成された力ｆ2bが発生する。
【００７４】
渦巻状導体配線８２Ｄは、一方の接続端部を第２整流子８４ａに接続され、他方の接続端部を第２整流子８４ｄに接続されているので、プラス（＋）電位の第２ブラシ５４ａを通して、第２整流子８４ａから、渦巻状導体配線８２Ｄ、第２整流子８４ｄを経由し、マイナス（−）電位の第２ブラシ５４ｂへと電流が流れる。このとき、渦巻状導体配線８２Ｄには図示矢印方向に電流が流れ、渦巻部では図示における反時計回りに電流が流れ、コア９０に磁界が発生し、コア９０の回転体２０の面２０ｂ側の端部をＮ極とする磁石となる。
【００７５】
渦巻状導体配線８２Ｄは、対向配置される磁石１２の磁極境界に対向しているので、磁石１２のＳ極側に引寄せられる力と、磁石１２のＮ極側と反発する力が合成された力ｆ2dが発生する。このように発生した力ｆ2b，ｆ2dによって、回転体２０は時計方向のＲ´CW方向に回転する。すなわち、この回転方向Ｒ´CWは図６（ａ）におけるＲUWと同方向の回転方向であり、上述の面２０ａにおける力ｆ1b，ｆ1dと面２０ｂにおける力ｆ2b，ｆ2dとが加わり、回転体２０を、図６（ａ）で示すＲUW方向へ回転させる。
【００７６】
上述した、パターン配線７１，７２，７３，７４に電流を流すことにより得られる駆動力と、渦巻状導体配線８１，８２に電流を流すことにより得られる駆動力と、が合成され、モーター１００に高出力（高トルク）で安定した回転を与えることができる。また、渦巻状導体配線８１，８２は、平面視におけるパターン配線７１，７２，７３，７４の配置されない領域に配置されることで、回転体２０の配線面となる面２０ａ，２０ｂのスペースを効率よく使うことができる。また、パターン配線においては、最も高いトルクを発揮する領域が磁石の磁極中心近傍に駆動配線が重なる状態であり、渦巻状導体配線においては、磁石の磁極境界にコアが重なる状態で最も高いトルクを得ることができるので、本実施形態に係るモーター１００のパターン配線と渦巻状導体配線の配置によって、トルク変動の少ない安定した回転性能を備えるモーターを得ることができる。
【００７７】
（第２実施形態）
第２実施形態に係るモーターは、第１実施形態に係るモーター１００における回転体２０の構成が異なるものであり、モーター１００と同じ構成についての説明は省略する。図７は、第２実施形態に係る回転体２１を示す断面図である。
【００７８】
図７に示すように、回転体２１は両面にパターン配線および渦巻状導体配線を形成した基板２１ａ，２１ｂ，２１ｃを積層して形成され、基板２１ａと基板２１ｂとの間、および基板２１ｂと基板２１ｃとの間に配置される渦巻状導体配線は基板間渦巻状導体配線となる。各基板間には基板を接着固定する接合層２１ｄを備えている。接合層２１ｄは、配線間の電気的な短絡（ショート）を防止するため、電気絶縁性を有する材料により形成される。また、回転体２１の配線形成面２１ｅ，２１ｆには、第１整流子７５，７６と第２整流子８３，８４も形成されている。
【００７９】
各基板２１ａ，２１ｂ，２１ｃに形成されている各配線は、第１実施形態に係る回転体２０と同じ配置がされ、各配線は平面視において略一致するように基板２１ａ，２１ｂ，２１ｃは積層される。各基板２１ａ，２１ｂ，２１ｃの渦巻状導体配線の内側には、回転体２１の面２１ｅから面２１ｆに至るコア９１が挿通され、固着されている。
【００８０】
各基板２１ａ，２１ｂ，２１ｃに形成されている各配線の電気的な接続は、直列に接続しても良く、並列で接続しても良い。図８は、接続の１例として渦巻状導体配線で例示する模式的な斜視図であり、（ａ）は直列に接続し、（ｂ）は並列に接続された渦巻状導体配線の例を示す。なお、接続方法は本例に限定されず、例えば、図８では１系統の配線であるが２系統の配線としても良く、２系統配線に直列と並列とを用いても良い。
【００８１】
（その他の例）
第１実施形態および第２実施形態に係る回転体２０に備えるコア９０，９１の、その他の形態を図９に示す。図９（ａ）は、第１実施形態に係る回転体２０において鍔部を備えるコア９２を用いた形態を示す断面図、（ｂ）は回転体２０において、２体構成のコア９３を示す断面図である。
【００８２】
図９（ａ）に示すように、コア９２は渦巻状導体配線８１，８２を平面的に覆う鍔部９２ｂを備え、挿入部９２ａを回転体２０に挿入し固定される。このようにコア９２の鍔部９２ｂにより渦巻状導体配線８１，８２を平面視において覆うことにより、渦巻状導体配線８１から発生する磁束の発散を防ぐことができ、トルク性能を高めることができる。
【００８３】
図９（ｂ）に示すように、回転体２０には面２０ａ側に凹部２０ｃ、面２０ｂ側に凹部２０ｄが設けられ、凹部２０ｃにはコア９３ａ、凹部２０ｄにはコア９３ｂが挿入され固着されている。本例のように、未貫通の凹部２０ｃ，２０ｄにコア９３ａ，９３ｂを配置することにより、回転体２０の加工時間を短くすることができ、また凹部２０ｃ，２０ｄの底部２０ｅによって、貫通孔を設けた場合に対して回転体の強度低下を緩和することができる。
【００８４】
上述した、第１実施形態、および第２実施形態に係る回転体２０および２１は、回転面である面２０ａ，２０ｂ、および面２１ｅ，２１ｆに第１整流子７５，７６および第２整流子８３，８４を備える構成とし、それに対応する第１ブラシ５１，５２および第２ブラシ５３，５４を、回転体の面２０ａ，２０ｂ、および面２１ｅ，２１ｆに配置した。しかし、本願はこれに限定されず、回転体２０および２１の内部配線によって、面２０ａまたは面２０ｂのどちらか１面、および面２１ｅもしくは面２１ｆのどちらか１面に整流子およびブラシを配置することもできる。
【００８５】
（第３実施形態）
図１０は、本実施形態のモーター１００を備えるロボットハンド１０００の構成を示す図である。ロボットハンド１０００は、基部１１００と、基部１１００に接続された指部１２００とを備えている。基部１１００と指部１２００との接続部と、指部１２００の間接部とには、モーター１００が設けられている。モーター１００が駆動することによって、指部１２００が屈曲し、物体を把持することができる。超小型モーターであるモーター１００を用いることによって、小型でありながら多数のモーターを備えるロボットハンドを実現することができる。
【００８６】
（第４実施形態）
図１１は、ロボットハンド１０００を備えるロボット２０００の構成を示す図である。ロボット２０００は、本体部２１００、アーム部２２００およびロボットハンド１０００等から構成されている。本体部２１００は、例えば床、壁、天井、移動可能な台車の上などに固定される。アーム部２２００は、本体部２１００に対して可動に設けられており、本体部２１００にはアーム部２２００を回転させるための動力を発生させる図示しないアクチュエーターや、アクチュエーターを制御する制御部等が内蔵されている。
【００８７】
アーム部２２００は、第１フレーム２２１０、第２フレーム２２２０、第３フレーム２２３０、第４フレーム２２４０および第５フレーム２２５０から構成されている。第１フレーム２２１０は、回転屈折軸を介して、本体部２１００に回転可能または屈折可能に接続されている。第２フレーム２２２０は、回転屈折軸を介して、第１フレーム２２１０および第３フレーム２２３０に接続されている。第３フレーム２２３０は、回転屈折軸を介して、第２フレーム２２２０および第４フレーム２２４０に接続されている。第４フレーム２２４０は、回転屈折軸を介して、第３フレーム２２３０および第５フレーム２２５０に接続されている。第５フレーム２２５０は、回転屈折軸を介して、第４フレーム２２４０に接続されている。アーム部２２００は、制御部の制御によって、各フレーム２２１０〜２２５０が各回転屈折軸を中心に複合的に回転または屈折し動く。
【００８８】
アーム部２２００の第５フレーム２２５０のうち第４フレーム２２４０が設けられた他方には、ロボットハンド１０００が取り付けられており、対象物を把持することができる。
ロボットハンド１０００を用いることによって、汎用性が高く、複雑な電子機器の組み立て作業や検査等が可能なロボットを提供することができる。
【００８９】
以上のように実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、モーター、ロボットハンドおよびロボットの構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１１，１２…磁石、２０…回転体、３０…回転軸、４０…回転子、５１，５２…第１ブラシ、５３，５４…第２ブラシ、６１，６２…基体、１００…モーター。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーター、ロボットハンドおよびロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、小型モーターとしては、ブラシモーターと呼ばれるＤＣモーターが良く知られている。このＤＣモーターでは、ローターに巻かれている巻線に流れる電流の向きを、ステーターに配置された永久磁石のＮＳ極に対応して、変化させてローターを回転させている。巻線の電流の向きはモーターに配置されたブラシと整流子によって機械的に切り替えることができ、簡単な構造による低コストのモーターを実現した（特許文献１）。
【０００３】
しかし、上述の特許文献１では、磁石の極数を増やすことで安定した出力を得られるモーターを実現できるが、そのことが頻繁な電流の向きの切換を必要とし、その結果、ブラシの寿命を短くするという課題が有った。この課題を解決する手段として無整流子モーター、すなわちブラシレスモーターとして、基板面に閉ループの巻線を形成したアーマチュアコイルによってローターマグネットを回転させる直流モーターが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−２６３５４号公報
【特許文献２】特開平１１−２２０８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述の特許文献２では、高トルクモーターを得ることが困難であり、しかも、モーターの動作を制御するために、回転検出手段としての検出回路、あるいは回転制御のための制御回路などを外部に備えなければならず、小型で高性能なモーターが得られない、という課題が有った。
【０００６】
そこで、高出力が得られるコアを備えるコイルと、コアを備えない配線と、を備え電流の切換頻度を少なくすることにより、ブラシの長寿命化を実現する小型モーターを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。
【０００８】
〔適用例１〕本適用例によるモーターは、対向配置された基体と、前記基体に回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸の中心に直交し、前記回転軸に固定され前記基体の対向領域内で回転可能に配置される円柱状の回転体と、前記基体の対向する一方の面、または両方の面に固定され、前記回転体と前記基体との間に配置される、前記回転軸の中心に対して円周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置された磁石と、を備え、前記回転体は、前記磁石に対向する第１の面および第２の面のどちらか一方、または両方に、前記回転軸の回転中心を通る放射状の直線に平行に延伸された１以上の駆動配線と、前記回転軸の中心に対して円周状に配置された複数の渦巻状導体配線と、前記渦巻状導体配線内に配置されたコアと、前記駆動配線と前記渦巻状導体配線との外周領域に形成される、前記駆動配線の端部と電気的に接続された第１整流子と、前記渦巻状導体配線と電気的に接続された第２整流子と、を備え、前記基体に固定され、前記第１整流子に接触し、電力を供給する少なくとも１対の第１ブラシと、前記第２整流子に接触し、電力を供給する少なくとも１対の第２ブラシと、を備え、前記渦巻状導体配線と、前記駆動配線と、は平面視において重ならないことを特徴とする。
【０００９】
上述の適用例によれば、磁界中において回転軸を通る直線に平行に延伸された駆動配線に電流を流すことで得られる回転力と、電磁石を構成する渦巻状導体配線による磁極間の斥力と引力とによって得られる回転力と、を合成させた高い出力（トルク）のモーターを得ることができる。また、駆動配線における出力のピークは、対向配置される磁石の磁極中心近傍で発生させることができ、その時、渦巻状導体配線の出力のピークは、磁石の磁極境界近傍で発生させることができる。これにより、出力変動の少ない安定した回転性能を有するモーターを得ることができる。
【００１０】
さらに、駆動配線および渦巻状導体配線は回転体へ形成される構成となっているため、いわゆる回路基板あるいは半導体装置などに用いられる微細な配線形成技術の適用が可能であり、これにより小型モーターを容易に得ることができる。また、駆動配線に対応する整流子と、渦巻状導体配線に対応する整流子と、を備えることで、磁石の極数に対する整流子数を少なくすることができるため、電流の切換機会が少なくなり、その結果、ブラシの寿命を長くすることができる。
【００１１】
〔適用例２〕上述の適用例において、前記駆動配線を複数備える前記回転体において、前記回転軸の軸方向平面視において、延伸方向が異なる前記駆動配線を１以上含むことを特徴とする。
【００１２】
上述の適用例によれば、一方の駆動配線に接続する隣り合う整流子に同時に一方のブラシが接触することで、駆動配線に電流が流れない状態にあっても、延伸方向の異なる駆動配線には、所定の方向に電流を流すことができる。これによって、滑らかに回転するモーターを得ることができる。
【００１３】
〔適用例３〕上述の適用例において、前記回転体は、２以上の基板を前記回転軸の軸方向に積層して形成され、少なくとも１以上の前記基板に前記駆動配線が形成され、および／または、前記基板の接合部の少なくとも１以上に、基板間渦巻状導体配線が配置され、前記渦巻状導体配線と前記基板間渦巻状導体配線とは、電気的に接続され、前記渦巻状導体配線および前記基板間渦巻状導体配線の配置面内に前記コアが配置されていることを特徴とする。
【００１４】
上述の適用例によれば、複数の基板面に駆動配線を形成し、積層することにより実質的に駆動配線の断面積の総和を大きくし、所定方向に流すことができる電流量を大きくすることができる。従って、大きな出力（トルク）を発生するモーターを得ることができる。また、渦巻状導体配線を複数の基板面に形成し、積層されることにより、コアを取り巻く渦巻状導体配線の巻線数を多くすることができ、電磁石を形成するコアからの磁力線を、より強くすることができる。従って、高いトルクを発生するモーターを得ることができる。
【００１５】
〔適用例４〕上述の適用例において、前記駆動配線と、前記回転軸中心に円弧状に形成された前記駆動配線の両端を繋ぐ接続配線と、が渦巻状に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
上述の適用例によれば、接続配線を円弧状とすることにより、接続配線に流れる電流によって発生する力を回転中心向き、もしくは放射方向に発生させることで、駆動配線に発生させた回転方向の力を減少させることが無い。従って、効率の良いモーターを得ることができる。
【００１７】
〔適用例５〕上述の適用例において、前記コアは、前記回転体に設けた前記回転軸方向の凹部、または貫通孔に挿通、固定されている、ことを特徴とする。
【００１８】
上述の適用例によれば、渦巻状導体配線を流れる電流による磁力線の発生の効率を高め、より高いトルクを発生するモーターを得ることができる。
【００１９】
〔適用例６〕上述の適用例において、前記コアは、前記回転体の平面視において、前記渦巻状導体配線を覆う鍔部を備えることを特徴とする。
【００２０】
上述の適用例によれば、鍔部によって、渦巻状導体配線の磁束をコアに集中させることができ、トルク性能を高めることができる。
【００２１】
〔適用例７〕上述の適用例のモーターを備えるロボットハンド。
【００２２】
本適用例によるロボットハンドは、小型のモーターを用いることで、汎用性が高く、複雑な電子機器の組み立て作業や検査等が可能なロボットに適用することができる。
【００２３】
〔適用例８〕上述の適用例のロボットハンドを備えるロボット。
【００２４】
本適用例によるロボットによれば、汎用性が高く、複雑な電子機器の組み立て作業や検査等を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態に係るモーターの、（ａ）は概略分解斜視図、（ｂ）は概略組立断面図。
【図２】第１実施形態に係る回転体の、（ａ），（ｃ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図３】第１実施形態に係る渦巻状導体配線のその他の形態を示す平面図。
【図４】第１実施形態に係るモーターの動作を説明する動作説明図。
【図５】第１実施形態に係るモーターの動作を説明する動作説明図。
【図６】第１実施形態に係るモーターの動作を説明する動作説明図。
【図７】第２実施形態に係る回転体の断面図。
【図８】第２実施形態に係る配線の一例を説明する概略斜視図。
【図９】第１，第２実施形態に係るコアのその他の例を示す図。
【図１０】第３実施形態に係るロボットハンドを示す外観図。
【図１１】第４実施形態に係るロボットを示す外観図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るモーター１００を示す、（ａ）は分解状態での概略斜視図、（ｂ）は組み立て状態を模式図的に示す断面図、である。
【００２８】
図１（ａ）に示すように、モーター１００は基体６１に固定された磁石１１と、基体６２に固定された磁石１２と、が対向配置されている。対向配置される磁石１１と１２の間には、円板状の回転体２０が配置されている。また回転体２０は、回転軸３０に固定され回転子４０が形成されている。回転子４０は、回転軸３０の一方の側を基体６１に、他方の側を基体６２に、例えばボールベアリングなどにより、回転可能に支持されている。
【００２９】
また、基体６１，６２には、後述する回転体２０に形成された整流子を介して回転体２０に形成された配線へ駆動用の電流を送るブラシとして、基体６１には第１ブラシ５１ａ，５１ｂと第２ブラシ５３ａ，５３ｂと、が各１対、固定され、基体６２には第１ブラシ５２ａ，５２ｂと第２ブラシ５４ａ，５４ｂと、が各１対、固定されている。
【００３０】
また、磁石１１，１２は、回転軸３０を中心とする円周方向にＮ極とＳ極が交互に配置されるが、本形態においてはＮ極、Ｓ極が１極ずつ、すなわち２極の磁石を例示している。具体的には、図１（ａ）に示す、第２ブラシ５３ａ，５３ｂ方向における断面を表わす図１（ｂ）にも示すように、磁石１１，１２の対向する面側の磁極は互いに異なる磁極となるように配置される。すなわち、基体６１に固定される磁石１１では、回転体２０に対向する面、すなわち磁石１２と対向する面側のＮ極に対して、基体６２に固定される磁石１２の回転体２０に対向する面、すなわち磁石１１と対向する面の磁極がＳ極となるように磁石１１，１２が配置される。従って、他の一方の磁極である、基体６１に固定される磁石１１の磁石１２と対向する面側のＳ極に対して、基体６２に固定される磁石１２の磁石１１と対向する面の磁極がＮ極となるように磁石１１，１２が配置される。
【００３１】
次に、図２により回転体２０の詳細について説明する。図２は、モーター１００に備える回転子４０を示し、図２（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に置けるＡ−Ａ´部の断面図、（ｃ）は（ｂ）における矢印Ｓ方向の透視図、である。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、回転子４０は回転軸３０と、回転体２０と、を含み、回転軸３０と回転体２０は固着されている。回転体２０は後述する導電体の配線を形成するため、例えば回路基板に用いられるポリイミドなどの樹脂材料、あるいは無機材料のガラス、などの電気絶縁性を有する材料により形成されることが好ましい。また、内部配線を形成するため、複数の基板を積層して形成することが好ましい。
【００３３】
図２（ａ）は、回転体２０の一方の面２０ａの平面図である。回転体２０の面２０ａには、半月状のパターン配線７１，７２が形成されている。パターン配線７１とパターン配線７２は回転軸３０の中心に対して点対称の形状となっている。パターン配線７１は、回転軸３０の回転中心を通る直線に平行な駆動配線７１ａと、駆動配線７１ａの端部を繋ぎ円弧状の接続配線７１ｂと、回転軸３０を回避する回避配線７１ｃと、を備え、各配線を渦巻状に、本例では２重巻きに形成されている。同様に、パターン配線７２も、駆動配線７２ａと、接続配線７２ｂと、回避配線７２ｃと、を備えている。
【００３４】
パターン配線７１，７２の接続端部７１ｅ，７１ｆ，７２ｅ，７２ｆは、パターン配線７１，７２の外周に円周状に形成された第１整流子７５と接続されている。なお、パターン配線７１，７２の渦巻内周と接続端部７１ｆ，７２ｆとは、接続配線７１ｂ，７２ｂとの電気的な短絡（ショート）防止のため、回転体２０の内部を通る内部パターン配線７１ｇ，７２ｇにより接続されている。
【００３５】
パターン配線７１，７２の渦巻状の内側には、渦巻状導体配線８１が形成されている。渦巻状導体配線８１は、後述する回転体２０の他の一方の面２０ｂに形成されるパターン配線７３，７４と、面２０ａに形成されるパターン配線７１，７２と、平面視において重ならない位置、大きさで形成されている。渦巻状導体配線８１の渦巻の内部にはコア９０を備えている。
【００３６】
コア９０は渦巻状導体配線８１に電流を流すことで生じる磁界の密度（磁束密度）を高くする、いわゆる磁心であり、軟磁性材料の、例えば、鉄に数％のケイ素を含む電磁鋼板、ＭｎＺｎ系フェライトコア、ＮｉＺｎ系フェライトコアなどが好適に用いられる。
【００３７】
渦巻状導体配線８１は、回転体２０の内部接続配線８１ａを介して、第１整流子７５の外側外周に形成された第２整流子８３と接続されている。本実施形態のモーター１００においては、第１整流子７５および第２整流子８３は、磁石１１および磁石１２の極数の２ｎ倍（ｎ：１以上の整数）に分割され、本例では磁石１１，１２は２極であるので４分割の整流子を備えている。パターン配線７１の接続端部７１ｅ，７１ｆは隣り合う第１整流子７５ｂ，７５ａと繋がり、パターン配線７２の接続端部７２ｅ，７２ｆは隣り合う第１整流子７５ｄ，７５ｃと繋がっている。また渦巻状導体配線８１では、内部接続配線８１ａを介して隣り合う第２整流子８３と、に接続される。
【００３８】
図３に、渦巻状導体配線８１のパターンの詳細を示す。図３（ａ）に示すように、渦巻状導体配線８１は、渦巻部８１ｂと、電流の入力端部としての一方の端部８１ｃと、他方の端部８１ｄと、を備えている。端部８１ｄには、渦巻部８１ｂと交差して接続する配線部８１ｅが繋がり、渦巻部８１ｂとの電気的な短絡（ショート）を防止するため、回転体２０の内部に配線部８１ｅは形成される。なお、渦巻状導体配線８１は、円形を基本形状とする図３（ａ）の形態に限定されず、図３（ｂ）に示すような、四角形、もしくは図示する六角形のような多角形の形状を基本としても良い。その場合、コア９０に効率よく磁界を発生させるために正多角形を基本とすることが好ましい。
【００３９】
次に、回転体２０の一方の面２０ｂに形成される配線について説明する。図２（ｃ）が、回転体２０の面２０ｂに形成される配線を示す平面図であるが、便宜上、図２（ｂ）に示す矢印Ｓ方向の透視図で描いている。従って、図示方向は図２（ａ）と同じであり、図２（ａ）の図示上下左右と、図２（ｃ）の図示上下左右は同じ方向である。
【００４０】
面２０ｂに形成される配線の構成は、上述した面２０ａに形成された配線と同じである。すなわち、駆動配線７３ａ、接続配線７３ｂ、回避配線７３ｃを備えるパターン配線７３と、駆動配線７４ａ、接続配線７４ｂ、回避配線７４ｃを備えるパターン配線７４と、渦巻状導体配線８２と、を備えている。また、パターン配線７３，７４の外側に円弧状に第１整流子７６と第２整流子８４とが形成され、パターン配線７３，７４は第１整流子７６と一端を内部パターン配線７３ｇ，７４ｇを介して接続され、渦巻状導体配線８２は第２整流子８４と内部接続配線８２ａを介して接続されている。
【００４１】
このように構成された面２０ｂに形成された配線は、面２０ａに形成された配線が回転軸３０中心を中心に略角度９０度回転した配置となっている。このように配置されて、渦巻状導体配線８１と渦巻状導体配線８２とは、平面視において略一致するようにも配置されている。また、渦巻状導体配線８１，８２は、平面視において略直交するように配置される駆動配線７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａに重ならないように、避けて配置されている。
【００４２】
次に、本実施形態に係るモーター１００の動作について説明する。説明の便宜上、パターン配線７１，７２，７３，７４による動作と、渦巻状導体配線８１，８２による動作と、を分けて説明する。図４は、パターン配線７１，７２，７３，７４と、第１整流子７５，７６と、第１ブラシ５１，５２と、の配置および動作を説明する図であり、図１（ｂ）に示す配置面Ｍ１，２０ａ，２０ｂ，Ｍ２を矢印Ｔ方向からの透視矢視図として、図示上段から面Ｍ１、面２０ａ、面２０ｂ、面Ｍ２の順に配置し、渦巻状導体配線８１，８２は図示を省略してある。
【００４３】
先ず、図４（ａ）に示すように、面２０ａにおいて、第１ブラシ５１ａは第１整流子７５ｃと第１整流子７５ｄの２箇所の整流子に同時に接触し、第１ブラシ５１ｂは第１整流子７５ａと第１整流子７５ｂの２箇所の整流子に同時に接触するように配置されている。また、面２０ｂにおいても、第１ブラシ５２ａは第１整流子７６ａと第１整流子７６ｄの２箇所の整流子に同時に接触し、第１ブラシ５２ｂは第１整流子７６ｂと第１整流子７６ｃの２箇所の整流子に同時に接触するように配置されている。
【００４４】
直流電源Ｂａより、面２０ａの第１ブラシ５１ａおよび面２０ｂの第１ブラシ５２ａにはプラス（＋）の電圧が、面２０ａの第１ブラシ５１ｂおよび面２０ｂの第１ブラシ５２ｂにはマイナス（−）の電圧が付加される。面２０ａにおいて、第１ブラシ５１ａと接触する第１整流子７５ｃ，７５ｄにはパターン配線７２の接続端部７２ｅ，７２ｆが接続され、同相のプラス（＋）電圧が付加されることとなる。従って、パターン配線７２には電流は流れない。同様に、第１ブラシ５１ｂと接触する第１整流子７５ａ，７５ｂにはパターン配線７１の接続端部７１ｅ，７１ｆが接続され、同相のマイナス（−）電圧が付加されることとなる。従って、パターン配線７１には電流は流れない。よって、面２０ａに形成されたパターン配線７１，７２の駆動配線７１ａ，７２ａには電流が流れず、駆動力は発生しない。
【００４５】
一方、面２０ｂにおいては、パターン配線７３の一方の接続端部７３ｆは第１ブラシ５２ａと接触する第１整流子７６ａと繋がっており、プラス（＋）の電位が付加され、他方の接続端部７３ｅは第１ブラシ５２ｂと接触する第１整流子７６ｂと繋がっており、マイナス（−）の電位が付加されている。従って、パターン配線７３の渦巻状の配線によって駆動配線７３ａには図示矢印方向の電流Ｉdが流れる。また、パターン配線７４の一方の接続端部７４ｅは第１ブラシ５２ａと接触する第１整流子７６ｄと繋がっており、プラス（＋）の電位が付加され、他方の接続端部７４ｆは第１ブラシ５２ｂと接触する第１整流子７６ｃと繋がっており、マイナス（−）の電位が付加されている。従って、パターン配線７４の渦巻状の配線によって駆動配線７４ａには図示矢印方向の電流Ｉdが流れる。
【００４６】
磁石１１および磁石１２の極性は、図４（ａ）に示すように、磁石１１では、図示上側にＳ極、下側にＮ極が回転体２０に対向し、磁石１２では、磁石１１の極性とは逆の、図示上側にＮ極、下側にＳ極が回転体２０に対向して配置されている。この極性の配置と、パターン配線７３，７４の駆動配線７３ａ，７４ａに流れる電流Ｉdの方向と、がフレミングの左手の法則に従って駆動配線７３ａ，７４ａに反時計回りの力ＦUWを発生させる。そして、この反時計回りの力ＦUWによって回転体２０は反時計回りのＲUW方向に回転する。
【００４７】
上述のように、磁石１１，１２の磁極の境界では磁束密度が低く、駆動力を得難い領域であり、また弱いながらも逆方向への駆動力を発生する可能性があるため、磁極境界と平面視で重なる領域の駆動配線には電流を流さない構成とする。
【００４８】
図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態より、回転体が反時計回りに角度９０度回転した状態を示す。図４（ｂ）に示すように、面２０ａにおいて、第１ブラシ５１ａは第１整流子７５ｂと第１整流子７５ｃの２箇所の整流子に同時に接触し、第１ブラシ５１ｂは第１整流子７５ａと第１整流子７５ｄの２箇所の整流子に同時に接触するように配置されている。また、面２０ｂにおいても、第１ブラシ５２ａは第１整流子７６ｃと第１整流子７６ｄの２箇所の整流子に同時に接触し、第１ブラシ５２ｂは第１整流子７６ａと第１整流子７６ｂの２箇所の整流子に同時に接触するように配置されている。
【００４９】
面２０ｂにおいて、第１ブラシ５２ａと接触する第１整流子７６ｃ，７６ｄにはパターン配線７４の接続端部７４ｅ，７４ｆが接続され、同相のプラス（＋）電圧が付加されることとなる。従って、パターン配線７４には電流は流れない。同様に、第１ブラシ５２ｂと接触する第１整流子７６ａ，７６ｂにはパターン配線７３の接続端部７３ｅ，７３ｆが接続され、同相のマイナス（−）電圧が付加されることとなる。従って、パターン配線７３には電流は流れない。よって、面２０ｂに形成されたパターン配線７３，７４の駆動配線７３ａ，７４ａには電流が流れず、駆動力は発生しない。
【００５０】
一方、面２０ａにおいては、パターン配線７２の一方の接続端部７２ｆは第１ブラシ５１ａと接触する第１整流子７５ｃと繋がっており、プラス（＋）の電位が付加され、他方の接続端部７２ｅは第１ブラシ５１ｂと接触する第１整流子７５ｄと繋がっており、マイナス（−）の電位が付加されている。従って、パターン配線７２の渦巻状の配線によって駆動配線７２ａには図示矢印方向の電流Ｉdが流れる。また、パターン配線７１の一方の接続端部７１ｅは第１ブラシ５１ａと接触する第１整流子７５ｂと繋がっており、プラス（＋）の電位が付加され、他方の接続端部７１ｆは第１ブラシ５１ｂと接触する第１整流子７５ａと繋がっており、マイナス（−）の電位が付加されている。従って、パターン配線７１の渦巻状の配線によって駆動配線７１ａには図示矢印方向の電流Ｉdが流れる。
【００５１】
そして、磁石１１，１２の極性の配置と、パターン配線７１，７２の駆動配線７１ａ，７２ａに流れる電流Ｉdの方向と、がフレミングの左手の法則に従って駆動配線７１ａ，７２ａに反時計回りの力ＦUWを発生させる。そして、この反時計回りの力ＦUWによって回転体２０は反時計回りのＲUW方向に回転する。
【００５２】
更に、図４（ｂ）の状態から回転体２０が角度９０度回転すると、図４（ａ）と実質的に同じ状態となり、上述の動作を繰り返して回転体２０が回転し続ける。なお、電源Ｂａの電位を逆にすることによって、上述とは逆の時計回りの回転を容易に得ることができる。
【００５３】
次に、渦巻状導体配線８１，８２による動作を説明する。図５は、渦巻状導体配線８１，８２と、第２整流子８３，８４と、第２ブラシ５３，５４と、の配置および動作を説明する図である。図５では、回転体２０の面２０ａの平面図を図示上段に、面２０ｂの平面図を図示下段に配置し、パターン配線７１，７２，７３，７４は模式的に描き、第１整流子７５，７６と共に想像線（２点鎖線）にて描いてある。
【００５４】
次に、渦巻状導体配線８１，８２によるモーター１００の動作を図５および図６を用いて説明する。図５（ａ）は、回転体２０の面２０ａ側の平面図を示し、図５（ｂ）は、回転体２０の面２０ｂ側の平面図を示す。従って、図示上、図５（ａ）に示すＸ方向に対して図５（ｂ）のＸ方向は反対となる。
【００５５】
図５（ａ）に示すように、回転体２０の面２０ａに形成された渦巻状導体配線８１は４つの渦巻状導体配線８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ，８１Ｄを備えている。そして、各配線の端部は第２整流子８３に接続されている。例えば、渦巻状導体配線８１Ａの一方の接続端部は、第２整流子８３ａと、他方の接続端部は第２整流子８３ｂと、に接続されている。同様に、渦巻状導体配線８１Ｂは第２整流子８３ｂ，８３ｃと接続され、渦巻状導体配線８１Ｃは第２整流子８３ｃ，８３ｄと接続され、渦巻状導体配線８１Ｄは第２整流子８３ｄ，８３ａと接続されている。すなわち、渦巻状導体配線８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ，８１Ｄは第２整流子８３を介して直列に接続されている。また、第２整流子８３には、第２ブラシ５３が接触し駆動用の電源が第２整流子８３を介して渦巻状導体配線８１に供給される。
【００５６】
図５（ｂ）に示す、回転体２０の面２０ｂにおける渦巻状導体配線８２および第２整流子８４は、面２０ａの形成された渦巻状導体配線８１および第２整流子８３に対して、面２０ａ側からの平面視において互いに重なるように配置されている。例えば、渦巻状導体配線８１Ａに対して渦巻状導体配線８２Ａが、回転体２０の平面視において重なるように配置されている。このように配置されて、渦巻状導体配線８２は第２整流子８４を介して直列に繋がれ、第２ブラシ５４から駆動用の電源が供給される。ここで、電源Ｂａより、第２ブラシ５３ａおよび第２ブラシ５４ａにプラス（＋）の電位、第２ブラシ５３ｂおよび第２ブラシ５４ｂにはマイナス（−）の電位の電流が供給される場合、次のようにモーター１００は動作する。
【００５７】
回転体２０の面２０ａ側においては、プラス（＋）電位の第２ブラシ５３ａを通して、第２整流子８３ａから、渦巻状導体配線８１Ａ、第２整流子８３ｂ、渦巻状導体配線８１Ｂ、そして第２整流子８３ｃを経由し、マイナス（−）電位の第２ブラシ５３ｂへと電流が流れる。このとき、渦巻状導体配線８１Ａ，８１Ｂには図示矢印方向に電流が流れ、渦巻部では図示における反時計回りに電流が流れ、コア９０に磁界が発生する。この磁界は、アンペールの法則に従ってコア９０の回転体２０の面２０ａ側の端部をＮ極とする磁石となる。
【００５８】
渦巻状導体配線８１Ａは、対向配置される磁石１１の磁極のＳ極範囲と対向していることで、磁石１１の磁束密度の高い磁石中心部に引寄せられる力ｆ1aが生まれる。また渦巻状導体配線８１Ｂは、対向配置される磁石１１の磁極のＮ極範囲と対向していることで、磁石１１の磁束密度の高い磁石中心部から反発する力ｆ1bが生まれる。
【００５９】
また、プラス（＋）電位の第２ブラシ５３ａを通して、第２整流子８３ａから、渦巻状導体配線８１Ｄ、第２整流子８３ｄ、渦巻状導体配線８１Ｃ、そして第２整流子８３ｃを経由し、マイナス（−）電位の第２ブラシ５３ｂへと電流が流れる。このとき、渦巻状導体配線８１Ｄ，８１Ｃには図示矢印方向に電流が流れ、渦巻部では図示における時計回りに電流が流れ、コア９０に磁界が発生する。この磁界は、アンペールの法則に従ってコア９０の回転体２０の面２０ａ側の端部をＳ極とする磁石となる。
【００６０】
渦巻状導体配線８１Ｄは、対向配置される磁石１１の磁極のＳ極範囲と対向していることで、磁石１１の磁束密度の高い磁石中心部と反発する力ｆ1dが生まれる。また渦巻状導体配線８１Ｃは、対向配置される磁石１１の磁極のＮ極範囲と対向していることで、磁石１１の磁束密度の高い磁石中心部に引寄せられる力ｆ1cが生まれる。こうして発生した、力ｆ1a，ｆ1b，ｆ1c，ｆ1dにより、回転体２０には図示する反時計回りＲUW方向に回転させる力が発生する。
【００６１】
一方、回転体２０の面２０ｂ側においては、プラス（＋）電位の第２ブラシ５４ａを通して、第２整流子８４ａから、渦巻状導体配線８２Ａ、第２整流子８４ｂ、渦巻状導体配線８２Ｂ、そして第２整流子８４ｃを経由し、マイナス（−）電位の第２ブラシ５４ｂへと電流が流れる。このとき、渦巻状導体配線８２Ａ，８２Ｂには図示矢印方向に電流が流れ、渦巻部では図示における時計回りに電流が流れ、コア９０に磁界が発生する。この磁界は、アンペールの法則に従ってコア９０の回転体２０の面２０ｂ側の端部をＳ極とする磁石となる。
【００６２】
渦巻状導体配線８２Ａは、対向配置される磁石１２の磁極のＮ極範囲と対向していることで、磁石１２の磁束密度の高い磁石中心部に引寄せられる力ｆ2aが生まれる。また渦巻状導体配線８２Ｂは、対向配置される磁石１２の磁極のＳ極範囲と対向していることで、磁石１２の磁束密度の高い磁石中心部に反発する力ｆ2bが生まれる。
【００６３】
また、プラス（＋）電位の第２ブラシ５４ａを通して、第２整流子８４ａから、渦巻状導体配線８２Ｄ、第２整流子８４ｄ、渦巻状導体配線８２Ｃ、そして第２整流子８４ｃを経由し、マイナス（−）電位の第２ブラシ５４ｂへと電流が流れる。このとき、渦巻状導体配線８２Ｄ，８１Ｃには図示矢印方向に電流が流れ、渦巻部では図示における反時計回りに電流が流れ、コア９０に磁界が発生する。この磁界は、アンペールの法則に従ってコア９０の回転体２０の面２０ｂ側の端部をＮ極とする磁石となる。
【００６４】
渦巻状導体配線８２Ｄは、対向配置される磁石１２の磁極のＮ極範囲と対向していることで、磁石１２の磁束密度の高い磁石中心部と反発する力ｆ2dが生まれる。また渦巻状導体配線８２Ｃは、対向配置される磁石１２の磁極のＳ極範囲と対向していることで、磁石１２の磁束密度の高い磁石中心部に引寄せられる力ｆ2cが生まれる。こうして発生した、力ｆ2a，ｆ2b，ｆ2c，ｆ2dにより、回転体２０には図示する時計回りＲ´CW方向に回転させる力が発生する。すなわち、この回転方向Ｒ´CWは図５（ａ）におけるＲUWと同方向の回転方向であり、上述の面２０ａにおける力ｆ1a，ｆ1b，ｆ1c，ｆ1dと面２０ｂにおける力ｆ2a，ｆ2b，ｆ2c，ｆ2dとが加わり、回転体２０を、図５（ａ）で示すＲUW方向へ回転させる。
【００６５】
図６は、上述の図５に示す状態からＲUW方向に角度４５度回転した状態を示す。図５同様に、図６（ａ）は、回転体２０の面２０ａ側の平面図を示し、図６（ｂ）は、回転体２０の面２０ｂ側の平面図を示す。従って、図示上、図６（ａ）に示すＸ方向に対して図６（ｂ）のＸ方向は反対となる。
【００６６】
図６（ａ）に示すように、回転体２０がＲUW方向に４５度回転すると、第２ブラシ５３ａは第２整流子８３ａ，８３ｂの両方と接触する状態となる。同様に、第２ブラシ５３ｂは第２整流子８３ｃ，８３ｄの両方と接触する。従って、第２整流子８３ａと第２整流子８３ｂとに接続端部が繋がれた渦巻状導体配線８１Ａは、両端子に電源Ｂａからのプラス（＋）の電位が付加され、渦巻状導体配線８１Ａには電流は流れない。また、第２整流子８３ｃと第２整流子８３ｄとに接続端部が繋がれた渦巻状導体配線８１Ｃは、両端子に電源Ｂａからのマイナス（−）の電位が付加され、渦巻状導体配線８１Ｃには電流は流れない。
【００６７】
渦巻状導体配線８１Ｂは、一方の接続端部を第２整流子８３ｂに接続され、他方の接続端部を第２整流子８３ｃに接続されているので、プラス（＋）電位の第２ブラシ５３ａを通して、第２整流子８３ｂから、渦巻状導体配線８１Ｂ、第２整流子８３ｃを経由し、マイナス（−）電位の第２ブラシ５３ｂへと電流が流れる。このとき、渦巻状導体配線８１Ｂには図示矢印方向に電流が流れ、渦巻部では図示における反時計回りに電流が流れ、コア９０に磁界が発生し、コア９０の回転体２０の面２０ａ側の端部をＮ極とする磁石となる。
【００６８】
渦巻状導体配線８１Ｂは、対向配置される磁石１１の磁極境界に対向しているので、磁石１１のＳ極側に引寄せられる力と、磁石１１のＮ極側と反発する力が合成された力ｆ1bが発生する。
【００６９】
渦巻状導体配線８１Ｄは、一方の接続端部を第２整流子８３ａに接続され、他方の接続端部を第２整流子８３ｄに接続されているので、プラス（＋）電位の第２ブラシ５３ａを通して、第２整流子８３ａから、渦巻状導体配線８１Ｄ、第２整流子８３ｄを経由し、マイナス（−）電位の第２ブラシ５３ｂへと電流が流れる。このとき、渦巻状導体配線８１Ｄには図示矢印方向に電流が流れ、渦巻部では図示における時計回りに電流が流れ、コア９０に磁界が発生し、コア９０の回転体２０の面２０ａ側の端部をＳ極とする磁石となる。
【００７０】
渦巻状導体配線８１Ｄは、対向配置される磁石１１の磁極境界に対向しているので、磁石１１のＮ極側に引寄せられる力と、磁石１１のＳ極側と反発する力が合成された力ｆ1dが発生する。このように発生した力ｆ1b，ｆ1dによって、回転体２０は反時計方向のＲUW方向に回転する。
【００７１】
一方、図６（ｂ）に示すように、回転体２０が図６（ａ）におけるＲUW方向、すなわち、Ｒ´CW方向に４５度回転すると、第２ブラシ５４ａは第２整流子８４ａ，８４ｂの両方と接触する状態となる。同様に、第２ブラシ５４ｂは第２整流子８４ｃ，８４ｄの両方と接触する。従って、第２整流子８４ａと第２整流子８４ｂとに接続端部が繋がれた渦巻状導体配線８２Ａは、両端子に電源Ｂａからのプラス（＋）の電位が付加され、渦巻状導体配線８２Ａには電流は流れない。また、第２整流子８４ｃと第２整流子８４ｄとに接続端部が繋がれた渦巻状導体配線８２Ｃは、両端子に電源Ｂａからのマイナス（−）の電位が付加され、渦巻状導体配線８２Ｃには電流は流れない。
【００７２】
渦巻状導体配線８２Ｂは、一方の接続端部を第２整流子８４ｂに接続され、他方の接続端部を第２整流子８４ｃに接続されているので、プラス（＋）電位の第２ブラシ５４ａを通して、第２整流子８４ｂから、渦巻状導体配線８２Ｂ、第２整流子８４ｃを経由し、マイナス（−）電位の第２ブラシ５４ｂへと電流が流れる。このとき、渦巻状導体配線８２Ｂには図示矢印方向に電流が流れ、渦巻部では図示における時計回りに電流が流れ、コア９０に磁界が発生し、コア９０の回転体２０の面２０ｂ側の端部をＳ極とする磁石となる。
【００７３】
渦巻状導体配線８２Ｂは、対向配置される磁石１２の磁極境界に対向しているので、磁石１２のＮ極側に引寄せられる力と、磁石１２のＳ極側と反発する力が合成された力ｆ2bが発生する。
【００７４】
渦巻状導体配線８２Ｄは、一方の接続端部を第２整流子８４ａに接続され、他方の接続端部を第２整流子８４ｄに接続されているので、プラス（＋）電位の第２ブラシ５４ａを通して、第２整流子８４ａから、渦巻状導体配線８２Ｄ、第２整流子８４ｄを経由し、マイナス（−）電位の第２ブラシ５４ｂへと電流が流れる。このとき、渦巻状導体配線８２Ｄには図示矢印方向に電流が流れ、渦巻部では図示における反時計回りに電流が流れ、コア９０に磁界が発生し、コア９０の回転体２０の面２０ｂ側の端部をＮ極とする磁石となる。
【００７５】
渦巻状導体配線８２Ｄは、対向配置される磁石１２の磁極境界に対向しているので、磁石１２のＳ極側に引寄せられる力と、磁石１２のＮ極側と反発する力が合成された力ｆ2dが発生する。このように発生した力ｆ2b，ｆ2dによって、回転体２０は時計方向のＲ´CW方向に回転する。すなわち、この回転方向Ｒ´CWは図６（ａ）におけるＲUWと同方向の回転方向であり、上述の面２０ａにおける力ｆ1b，ｆ1dと面２０ｂにおける力ｆ2b，ｆ2dとが加わり、回転体２０を、図６（ａ）で示すＲUW方向へ回転させる。
【００７６】
上述した、パターン配線７１，７２，７３，７４に電流を流すことにより得られる駆動力と、渦巻状導体配線８１，８２に電流を流すことにより得られる駆動力と、が合成され、モーター１００に高出力（高トルク）で安定した回転を与えることができる。また、渦巻状導体配線８１，８２は、平面視におけるパターン配線７１，７２，７３，７４の配置されない領域に配置されることで、回転体２０の配線面となる面２０ａ，２０ｂのスペースを効率よく使うことができる。また、パターン配線においては、最も高いトルクを発揮する領域が磁石の磁極中心近傍に駆動配線が重なる状態であり、渦巻状導体配線においては、磁石の磁極境界にコアが重なる状態で最も高いトルクを得ることができるので、本実施形態に係るモーター１００のパターン配線と渦巻状導体配線の配置によって、トルク変動の少ない安定した回転性能を備えるモーターを得ることができる。
【００７７】
（第２実施形態）
第２実施形態に係るモーターは、第１実施形態に係るモーター１００における回転体２０の構成が異なるものであり、モーター１００と同じ構成についての説明は省略する。図７は、第２実施形態に係る回転体２１を示す断面図である。
【００７８】
図７に示すように、回転体２１は両面にパターン配線および渦巻状導体配線を形成した基板２１ａ，２１ｂ，２１ｃを積層して形成され、基板２１ａと基板２１ｂとの間、および基板２１ｂと基板２１ｃとの間に配置される渦巻状導体配線は基板間渦巻状導体配線となる。各基板間には基板を接着固定する接合層２１ｄを備えている。接合層２１ｄは、配線間の電気的な短絡（ショート）を防止するため、電気絶縁性を有する材料により形成される。また、回転体２１の配線形成面２１ｅ，２１ｆには、第１整流子７５，７６と第２整流子８３，８４も形成されている。
【００７９】
各基板２１ａ，２１ｂ，２１ｃに形成されている各配線は、第１実施形態に係る回転体２０と同じ配置がされ、各配線は平面視において略一致するように基板２１ａ，２１ｂ，２１ｃは積層される。各基板２１ａ，２１ｂ，２１ｃの渦巻状導体配線の内側には、回転体２１の面２１ｅから面２１ｆに至るコア９１が挿通され、固着されている。
【００８０】
各基板２１ａ，２１ｂ，２１ｃに形成されている各配線の電気的な接続は、直列に接続しても良く、並列で接続しても良い。図８は、接続の１例として渦巻状導体配線で例示する模式的な斜視図であり、（ａ）は直列に接続し、（ｂ）は並列に接続された渦巻状導体配線の例を示す。なお、接続方法は本例に限定されず、例えば、図８では１系統の配線であるが２系統の配線としても良く、２系統配線に直列と並列とを用いても良い。
【００８１】
（その他の例）
第１実施形態および第２実施形態に係る回転体２０に備えるコア９０，９１の、その他の形態を図９に示す。図９（ａ）は、第１実施形態に係る回転体２０において鍔部を備えるコア９２を用いた形態を示す断面図、（ｂ）は回転体２０において、２体構成のコア９３を示す断面図である。
【００８２】
図９（ａ）に示すように、コア９２は渦巻状導体配線８１，８２を平面的に覆う鍔部９２ｂを備え、挿入部９２ａを回転体２０に挿入し固定される。このようにコア９２の鍔部９２ｂにより渦巻状導体配線８１，８２を平面視において覆うことにより、渦巻状導体配線８１から発生する磁束の発散を防ぐことができ、トルク性能を高めることができる。
【００８３】
図９（ｂ）に示すように、回転体２０には面２０ａ側に凹部２０ｃ、面２０ｂ側に凹部２０ｄが設けられ、凹部２０ｃにはコア９３ａ、凹部２０ｄにはコア９３ｂが挿入され固着されている。本例のように、未貫通の凹部２０ｃ，２０ｄにコア９３ａ，９３ｂを配置することにより、回転体２０の加工時間を短くすることができ、また凹部２０ｃ，２０ｄの底部２０ｅによって、貫通孔を設けた場合に対して回転体の強度低下を緩和することができる。
【００８４】
上述した、第１実施形態、および第２実施形態に係る回転体２０および２１は、回転面である面２０ａ，２０ｂ、および面２１ｅ，２１ｆに第１整流子７５，７６および第２整流子８３，８４を備える構成とし、それに対応する第１ブラシ５１，５２および第２ブラシ５３，５４を、回転体の面２０ａ，２０ｂ、および面２１ｅ，２１ｆに配置した。しかし、本願はこれに限定されず、回転体２０および２１の内部配線によって、面２０ａまたは面２０ｂのどちらか１面、および面２１ｅもしくは面２１ｆのどちらか１面に整流子およびブラシを配置することもできる。
【００８５】
（第３実施形態）
図１０は、本実施形態のモーター１００を備えるロボットハンド１０００の構成を示す図である。ロボットハンド１０００は、基部１１００と、基部１１００に接続された指部１２００とを備えている。基部１１００と指部１２００との接続部と、指部１２００の間接部とには、モーター１００が設けられている。モーター１００が駆動することによって、指部１２００が屈曲し、物体を把持することができる。超小型モーターであるモーター１００を用いることによって、小型でありながら多数のモーターを備えるロボットハンドを実現することができる。
【００８６】
（第４実施形態）
図１１は、ロボットハンド１０００を備えるロボット２０００の構成を示す図である。ロボット２０００は、本体部２１００、アーム部２２００およびロボットハンド１０００等から構成されている。本体部２１００は、例えば床、壁、天井、移動可能な台車の上などに固定される。アーム部２２００は、本体部２１００に対して可動に設けられており、本体部２１００にはアーム部２２００を回転させるための動力を発生させる図示しないアクチュエーターや、アクチュエーターを制御する制御部等が内蔵されている。
【００８７】
アーム部２２００は、第１フレーム２２１０、第２フレーム２２２０、第３フレーム２２３０、第４フレーム２２４０および第５フレーム２２５０から構成されている。第１フレーム２２１０は、回転屈折軸を介して、本体部２１００に回転可能または屈折可能に接続されている。第２フレーム２２２０は、回転屈折軸を介して、第１フレーム２２１０および第３フレーム２２３０に接続されている。第３フレーム２２３０は、回転屈折軸を介して、第２フレーム２２２０および第４フレーム２２４０に接続されている。第４フレーム２２４０は、回転屈折軸を介して、第３フレーム２２３０および第５フレーム２２５０に接続されている。第５フレーム２２５０は、回転屈折軸を介して、第４フレーム２２４０に接続されている。アーム部２２００は、制御部の制御によって、各フレーム２２１０〜２２５０が各回転屈折軸を中心に複合的に回転または屈折し動く。
【００８８】
アーム部２２００の第５フレーム２２５０のうち第４フレーム２２４０が設けられた他方には、ロボットハンド１０００が取り付けられており、対象物を把持することができる。
ロボットハンド１０００を用いることによって、汎用性が高く、複雑な電子機器の組み立て作業や検査等が可能なロボットを提供することができる。
【００８９】
以上のように実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、モーター、ロボットハンドおよびロボットの構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１１，１２…磁石、２０…回転体、３０…回転軸、４０…回転子、５１，５２…第１ブラシ、５３，５４…第２ブラシ、６１，６２…基体、１００…モーター。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された基体と、
前記基体に回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸の中心に直交し、前記回転軸に固定され前記基体の対向領域内で回転可能に配置される円柱状の回転体と、
前記基体の対向する一方の面、または両方の面に固定され、前記回転体と前記基体との間に配置される、前記回転軸の中心に対して円周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置された磁石と、を備え、
前記回転体は、前記磁石に対向する第１の面および第２の面のどちらか一方、または両方に、前記回転軸の回転中心を通る放射状の直線に平行に延伸された１以上の駆動配線と、前記回転軸の中心に対して円周状に配置された複数の渦巻状導体配線と、前記渦巻状導体配線内に配置されたコアと、前記駆動配線と前記渦巻状導体配線との外周領域に形成される、前記駆動配線の端部と電気的に接続された第１整流子と、前記渦巻状導体配線と電気的に接続された第２整流子と、を備え、
前記基体に固定され、前記第１整流子に接触し、電力を供給する少なくとも１対の第１ブラシと、前記第２整流子に接触し、電力を供給する少なくとも１対の第２ブラシと、を備え、
前記渦巻状導体配線と、前記駆動配線と、は平面視において重ならない、
ことを特徴とするモーター。
【請求項２】
前記駆動配線を複数備える前記回転体において、前記回転軸の軸方向平面視において、延伸方向が異なる前記駆動配線を１以上含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のモーター。
【請求項３】
前記回転体は、２以上の基板を前記回転軸の軸方向に積層して形成され、
少なくとも１以上の前記基板に前記駆動配線が形成され、
および／または、前記基板の接合部の少なくとも１以上に、基板間渦巻状導体配線が配置され、前記渦巻状導体配線と前記基板間渦巻状導体配線とは、電気的に接続され、前記渦巻状導体配線および前記基板間渦巻状導体配線の配置面内に前記コアが配置されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のモーター。
【請求項４】
前記駆動配線と、前記回転軸中心に円弧状に形成された前記駆動配線の両端を繋ぐ接続配線と、が渦巻状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載にモーター。
【請求項５】
前記コアは、前記回転体に設けた前記回転軸方向の凹部、または貫通孔に挿通、固定されている、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のモーター。
【請求項６】
前記コアは、前記回転体の平面視において、前記渦巻状導体配線を覆う鍔部を備える、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のモーター。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のモーターを備えるロボットハンド。
【請求項８】
請求項７に記載のロボットハンドを備えるロボット。
【請求項１】
対向配置された基体と、
前記基体に回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸の中心に直交し、前記回転軸に固定され前記基体の対向領域内で回転可能に配置される円柱状の回転体と、
前記基体の対向する一方の面、または両方の面に固定され、前記回転体と前記基体との間に配置される、前記回転軸の中心に対して円周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置された磁石と、を備え、
前記回転体は、前記磁石に対向する第１の面および第２の面のどちらか一方、または両方に、前記回転軸の回転中心を通る放射状の直線に平行に延伸された１以上の駆動配線と、前記回転軸の中心に対して円周状に配置された複数の渦巻状導体配線と、前記渦巻状導体配線内に配置されたコアと、前記駆動配線と前記渦巻状導体配線との外周領域に形成される、前記駆動配線の端部と電気的に接続された第１整流子と、前記渦巻状導体配線と電気的に接続された第２整流子と、を備え、
前記基体に固定され、前記第１整流子に接触し、電力を供給する少なくとも１対の第１ブラシと、前記第２整流子に接触し、電力を供給する少なくとも１対の第２ブラシと、を備え、
前記渦巻状導体配線と、前記駆動配線と、は平面視において重ならない、
ことを特徴とするモーター。
【請求項２】
前記駆動配線を複数備える前記回転体において、前記回転軸の軸方向平面視において、延伸方向が異なる前記駆動配線を１以上含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のモーター。
【請求項３】
前記回転体は、２以上の基板を前記回転軸の軸方向に積層して形成され、
少なくとも１以上の前記基板に前記駆動配線が形成され、
および／または、前記基板の接合部の少なくとも１以上に、基板間渦巻状導体配線が配置され、前記渦巻状導体配線と前記基板間渦巻状導体配線とは、電気的に接続され、前記渦巻状導体配線および前記基板間渦巻状導体配線の配置面内に前記コアが配置されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のモーター。
【請求項４】
前記駆動配線と、前記回転軸中心に円弧状に形成された前記駆動配線の両端を繋ぐ接続配線と、が渦巻状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載にモーター。
【請求項５】
前記コアは、前記回転体に設けた前記回転軸方向の凹部、または貫通孔に挿通、固定されている、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のモーター。
【請求項６】
前記コアは、前記回転体の平面視において、前記渦巻状導体配線を覆う鍔部を備える、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のモーター。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のモーターを備えるロボットハンド。
【請求項８】
請求項７に記載のロボットハンドを備えるロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１３５０７６（Ｐ２０１２−１３５０７６Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８２７３８（Ｐ２０１０−２８２７３８）
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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