JPH0919131A - リニア駆動用マイクロモータ - Google Patents

リニア駆動用マイクロモータ

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Publication number
JPH0919131A
JPH0919131A JP18216195A JP18216195A JPH0919131A JP H0919131 A JPH0919131 A JP H0919131A JP 18216195 A JP18216195 A JP 18216195A JP 18216195 A JP18216195 A JP 18216195A JP H0919131 A JPH0919131 A JP H0919131A
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JP
Japan
Prior art keywords
rotor
stator
peripheral surface
micromotor
inner peripheral
Prior art date
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Pending
Application number
JP18216195A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyuki Fujita
博之 藤田
Tetsuhiko Iizuka
哲彦 飯塚
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Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Research Development Corp of Japan
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 直線方向の大きな駆動力を発生するマイクロ
モータを得る。 【構成】 ロータ11は鉄製で、その外周面には雄ねじ
が形成されている。ステータ12は放射状に配置された
数個の磁極S1,S2,S3,S4からなり、それらの
先端によって、ロータ11の外径よりやや大径の円筒状
内周面が形成されるようになっている。そのステータ1
2の内周面には、ロータ11の雄ねじが係合する雌ねじ
が形成されている。磁極S1,S2,S3,S4は周方
向に順に励磁されるようになっており、それによって、
ロータ11がステータ12の内周面に吸着されて周方向
に転動する。ロータ11が1周公転すると、そのロータ
11はステータ12の内径とロータ11の外径との差に
応じた角度だけ自転する。したがって、ねじの作用によ
り、ロータ11が軸方向に駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロメカニズム用
の駆動源として用いられるマイクロモータに関するもの
で、特に、ワブルモータの原理を利用して直線方向の駆
動力を取り出すようにしたリニア駆動用マイクロモータ
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、マイクロメカニズムが注目を浴
び、その駆動源として、微小で出力の大きいマイクロモ
ータが求められるようになってきている。そのようなマ
イクロモータについてもいくつかの形式のものが開発さ
れているが、その中の一つに、ワブルモータ(Wobble Mo
tor)がある。ワブルモータは、円筒状のステータ内にそ
れよりやや小径のロータを配置し、そのロータをステー
タの内周面に吸着させて周方向に転動させるようにした
ものである。
【0003】そのようなワブルモータの回転原理につい
て説明する。図1に示されているように、ロータ1は円
柱状のもので、その外周面には誘電体の膜2が形成され
ている。一方、ステータ3はロータ1の外径よりやや大
きい内径を有する円筒状のもので、その内周面には複数
の電極4,4,…が周方向に設けられている。それらの
電極4,4,…には、駆動電源5からスイッチング回路
6を介して電圧が印加されるようになっている。
【0004】このように構成されたワブルモータにおい
ては、ロータ1をアース電位としておき、電極4,4,
…のいずれかに電圧を印加すると、ロータ1は、静電吸
着力により、電圧が印加された電極4の位置でステータ
3の内周面に吸着する。したがって、スイッチング回路
6により電極4,4,…に周方向に順に電圧を印加して
いくと、図2に示されているように、ロータ1はステー
タ3の内周面に沿って転がりながら公転をする。ロータ
1上の1点aについて見ると、ロータ1が一周公転した
とき、その点aは、元の位置から角度αだけ移動する。
すなわち、ロータ1は、1回の公転で角度αだけ自転す
ることになる。その角度αは、ロータ1の外径をr、ス
テータ3の内径をRとすると、 α=(R−r)/r となる。
【0005】このようにして、ロータ1とステータ3と
の間に働く吸引力がロータ1の回転力に変換される。こ
のようなワブルモータは、構造が単純でありながら、減
速機構を内蔵しているために低速で高トルクが得られる
という特徴がある。
【0006】このようなワブルモータを用いる場合、従
来は、そのロータの回転をそのまま回転力として取り出
すようにしていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ワブル
モータの場合には、そのロータは偏心した運動をするこ
とになる。そのために、ロータの回転を被動部に伝えよ
うとすると、その間に等速ジョイント等の特別な機構を
介在させることが必要となる。マイクロスケールの環境
下では摩擦による影響が著しく大きくなるので、そのよ
うな機構を介してロータの回転を効率よく被動部に伝達
させるようにすることは難しい。
【0008】一方、マイクロメカニズムにおいては、回
転駆動力よりも直線方向の駆動力が求められることの方
が多い。そのような場合、従来のワブルモータでは、ロ
ータの回転運動を直線運動に変換する機構が更に必要と
なり、その伝動効率が著しく低下する。直線方向の駆動
力を直接発生するマイクロリニアアクチュエータなども
開発されているが、そのようなアクチュエータの場合に
は、可動部がサスペンションによって支えられているの
で、その変位が数十μmに限られるという問題がある。
【0009】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、直線方向の大きな駆動力
を大きな変位で取り出すことのできるリニア駆動用マイ
クロモータを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明では、ワブル機構を構成するロータとステー
タとに、互いに噛み合うねじを形成するようにしてい
る。すなわち、本発明によるリニア駆動用マイクロモー
タは、軸状のロータと、そのロータの外径より大径の円
筒状内周面を有し、そのロータの外周に配置されるステ
ータと、前記ロータをステータの内周面に吸着させて周
方向に転動させる駆動手段と、からなり、それらロータ
の外周面及びステータの内周面に、互いに噛み合うねじ
が形成されていることを特徴としている。逆に、ロータ
を円筒状、ステータをそのロータの内径より小径の円柱
状として、それらロータの内周面及びステータの外周面
に互いに噛み合うねじを形成するようにしてもよい。
【0011】
【作用】このように構成することにより、従来のワブル
モータと同様にしてロータを回転させると、ねじによっ
てその回転運動が軸方向のリニア変位に変換される。し
たがって、ベアリング等を介してロータの先端を被動部
材の端面に摺接させておけば、その被動部材は直線方向
に駆動されることになる。その場合、ロータとステータ
とは転がりによる接触をするので、その間の摩擦は小さ
い。また、ワブルモータによる高トルクに加えて、ねじ
により増力されるので、大きな駆動力を得ることができ
る。そして、ねじの長さだけ変位させることができるの
で、軸方向の変位量が制約されることもない。
【0012】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図中、図3〜7は本発明によるリニア駆動用マイク
ロモータの一実施例を示すもので、図3はその平面図で
あり、図4はその縦断面図である。また、図5及び図6
はそれらの要部の拡大図、図7はその駆動手段である駆
動回路の回路図である。
【0013】図3及び4から明らかなように、このリニ
ア駆動用マイクロモータ10は、ロータ11とステータ
12とによって構成されている。ロータ11は、例えば
直径が約1mm、長さが20mmの、細くて長い軸状のもの
で、鉄からなり、その上端部外周面には雄ねじ11aが
形成されている。また、ステータ12は、コイルC1,
C2,C3,C4の上下両端に、先細に形成された幅約
2.5mm、厚さ約2mmの鉄製角柱を取り付けて形成され
る4組の磁極S1,S2,S3,S4を放射状に配置し
たもので、それらの磁極はリング状の銅製フレーム13
によって一体的に固定されている。図5,6に示されて
いるように、各磁極S1,S2,S3,S4の先端は円
弧状の曲面に形成されており、それらが集合することに
よって円筒面が形成されるようになっている。そして、
その内面に雌ねじ12aが形成されている。ロータ11
の雄ねじ11aとステータ12の雌ねじ12aとは互い
に噛み合う形状とされているが、その間のギャップは通
常のねじより大きくされている。すなわち、ステータ1
2の内径はロータ11の外径よりやや大きくされてい
る。
【0014】ステータ12のコイルC1,C2,C3,
C4には、図7に示されている駆動回路15によって電
流が供給されるようになっている。その駆動回路15
は、一対のハイレベル信号を4個のオア回路16,1
6,…の各入力部に順にシフトして供給するシフト回路
17から構成されている。そのシフトは、クロック回路
18からクロック信号が出力されるたびに行われる。そ
して、いずれかのオア回路16にハイレベル信号が入力
されると、それに対応するコイルに増幅器19を介して
電源20から電流が供給される。したがって、各コイル
C1,C2,C3,C4に順に電流が供給され、それに
よってステータ12の各磁極S1,S2,S3,S4が
励磁される。励磁の順序は、(S1)→(S1及びS
2)→(S2)→(S2及びS3)→(S3)→…とな
る。このようにして、ステータ12の励磁の状態は、駆
動回路15にクロック信号が入力されるたびに推移して
いき、8回クロックを与えると一周する。
【0015】次に、このように構成されたリニア駆動用
マイクロモータ10の作用について説明する。いま、駆
動回路15によりステータ12の磁極S1を励磁したと
すると、鉄製のロータ11は磁気吸着力によってその磁
極S1に引き付けられる。次いで、磁極S1及びS2が
励磁されることにより、ロータ11はそれらの磁極S
1,S2間の中間位置に引き付けられる。そして、磁極
S1の励磁が停止され、磁極S2のみの励磁となること
により、ロータ11は磁極S2に引き付けられる。この
ようにして、ロータ11はステータ12の内周面に沿っ
て転がりながら周方向に移動する。その結果、前述のワ
ブルモータと同様に、ステータ12の励磁が一周したと
き、ロータ11は、ステータ12の内周とロータ11の
外周との差に応じた角度だけ自転することになる。
【0016】この間において、ロータ11とステータ1
2とは、雄ねじ11aと雌ねじ12aとによって互いに
係合している。したがって、ロータ11が自転すると、
そのロータ11は軸方向に移動する。その移動量は、ロ
ータ11の1回転につきねじ1ピッチ分である。すなわ
ち、ステータ12の励磁に比べると、ロータ11の回転
数が小さくなる上に、ねじによって更に減速されるの
で、その減速比は極めて大きくなる。その結果、ロータ
11には大きな軸方向の力が加えられることになる。
【0017】こうして、このマイクロモータ10によ
り、軸方向の大きな駆動力を得ることができる。その場
合、ロータ11とステータ12とは転がりによる接触を
しているので、その間の摩擦は小さい。したがって、マ
イクロスケールの環境下においても、摩擦の影響を受け
ることは少ない。また、ワブルモータを利用することに
より、そのロータ11を単純な軸状のものとすることが
できる。したがって、そのロータ11に形成されるねじ
11aは十分に長くすることができる。そして、このマ
イクロモータ10のリニア変位量はロータ11のねじ部
の長さのみによって制約されるので、そのねじ11aを
長くすることにより、極めて大きなリニア変位を得るこ
とができる。
【0018】さらに、ロータ11とステータ12とがね
じ係合することにより、ステータ12の励磁を停止した
ときにも、ロータ11はその位置で保持される。したが
って、軸方向の負荷が機械的に支えられるという利点も
ある。
【0019】このようなリニア駆動用マイクロモータ1
0を実際に試作して実験をしたところ、良好に駆動する
ことが確かめられ、ロータ11の直径を1mm、ロータ1
1とステータ12との間のギャップを40〜100μ
m、それらのねじ11a,12aのピッチを0.25mm
としたとき、軸方向の最大速度5mm/s、最大発生力45
mNが得られた。
【0020】図8及び図9は、本発明によるリニア駆動
用マイクロモータの異なる実施例を示す平面図及び縦断
面図である。このマイクロモータ20の場合には、ロー
タ21が円筒状で、ステータ22がそのロータ21の内
部に配置される円柱状のものとされている。そのステー
タ22も、上記実施例と同様に4組の磁極S1,S2,
S3,S4によって構成され、それらの磁極が順に励磁
されるようになっている。そのロータ21の内周面及び
ステータ22の外周面には互いに噛み合うねじ21a,
22aが形成されている。
【0021】このように構成されたマイクロモータ20
においても、ステータ22の磁極S1,S2,S3,S
4を周方向に順に励磁していくと、ロータ21がそれら
の磁極に順に引き付けられて回転し、ねじによって軸方
向に変位する。すなわち、ロータ21とステータ22と
の間に働く吸引力がワブル機構によってロータ21の回
転運動に変換され、その回転運動がねじによって軸方向
のリニア変位へと変換される。したがって、前述の実施
例と同様の作用効果を得ることができる。また、この実
施例のマイクロモータ20の場合には、ステータ22が
小さくまとめられるので、よりコンパクト化することが
できるという利点もある。
【0022】なお、以上の実施例においては、ロータ1
1あるいは21をステータ12,22に吸着させて転動
させる駆動手段として磁気吸着機構を用いる例について
説明したが、その駆動手段としては、図1で説明したよ
うなワブルモータに用いられている静電吸着機構を採用
することもできる。そのようにすれば、マイクロモータ
のより小型化を図ることも可能と考えられる。
【0023】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ワブルモータのロータ及びステータに互いに
噛み合うねじを形成するようにしているので、ロータの
軸方向の変位を直接取り出すことができ、高出力のリニ
ア駆動用マイクロモータを得ることができる。また、そ
のねじの長さを長くすることによって軸方向の変位量を
大きくすることができるので、リニア変位の大きいマイ
クロモータとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明において利用するワブルモータの構成図
である。
【図2】そのワブルモータの作動原理を説明するための
説明図である。
【図3】本発明によるリニア駆動用マイクロモータの一
実施例を示す平面図である。
【図4】そのマイクロモータの縦断面図である。
【図5】そのマイクロモータの要部の拡大平面図であ
る。
【図6】そのマイクロモータの要部の拡大縦断面図であ
る。
【図7】そのマイクロモータの駆動回路を示す回路図で
ある。
【図8】本発明によるリニア駆動用マイクロモータの他
の実施例を示す平面図である。
【図9】図8のマイクロモータの縦断面図である。
【符号の説明】
10,20 リニア駆動用マイクロモータ 11,21 ロータ 11a,21a ねじ 12,22 ステータ 12a,22a ねじ 15 駆動回路(駆動手段)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸状のロータと、そのロータの外径より
    大径の円筒状内周面を有し、そのロータの外周に配置さ
    れるステータと、前記ロータをステータの内周面に吸着
    させて周方向に転動させる駆動手段と、からなり、 前記ロータの外周面及びステータの内周面に、互いに噛
    み合うねじが形成されていることを特徴とする、 リニア駆動用マイクロモータ。
  2. 【請求項2】 円筒状のロータと、そのロータの内径よ
    り小径の円柱状外周面を有し、そのロータの内側に配置
    されるステータと、前記ロータをステータの外周面に吸
    着させて周方向に転動させる駆動手段と、からなり、 前記ロータの内周面及びステータの外周面に、互いに噛
    み合うねじが形成されていることを特徴とする、 リニア駆動用マイクロモータ。
JP18216195A 1995-06-26 1995-06-26 リニア駆動用マイクロモータ Pending JPH0919131A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18216195A JPH0919131A (ja) 1995-06-26 1995-06-26 リニア駆動用マイクロモータ

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JP18216195A JPH0919131A (ja) 1995-06-26 1995-06-26 リニア駆動用マイクロモータ

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JP18216195A Pending JPH0919131A (ja) 1995-06-26 1995-06-26 リニア駆動用マイクロモータ

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JP (1) JPH0919131A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6799483B2 (en) 2001-05-15 2004-10-05 Patrick Andreas Petri Method and mechanism for converting vibration induced rotation into translational motion
US7170214B2 (en) 2003-09-08 2007-01-30 New Scale Technologies, Inc. Mechanism comprised of ultrasonic lead screw motor
US7309943B2 (en) 2003-09-08 2007-12-18 New Scale Technologies, Inc. Mechanism comprised of ultrasonic lead screw motor
US7339306B2 (en) 2003-09-08 2008-03-04 New Scale Technologies Inc. Mechanism comprised of ultrasonic lead screw motor
JP2008312310A (ja) * 2007-06-13 2008-12-25 Kikuchiseisakusho Co Ltd サイクロイドモーター

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7339306B2 (en) 2003-09-08 2008-03-04 New Scale Technologies Inc. Mechanism comprised of ultrasonic lead screw motor
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