JPH09103063A

JPH09103063A - 小型モータ

Info

Publication number: JPH09103063A
Application number: JP7257612A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Sato; 勝裕佐藤; Kougan Ka; 鴻雁賈
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 1995-10-04
Filing date: 1995-10-04
Publication date: 1997-04-15

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は小型モータに関し、大きさをミクロン
サイズにでき、かつ、大きなトルクを得られることを課
題とする。【解決手段】極薄い板状のスライダの駆動部２１には、
薄膜プロセスにより形成した棒状の永久磁石５５が一定
ピッチで配設されている。極薄い板状のステータの駆動
部２４₁，２４₂には、薄膜プロセスにより磁心４６及
びコイル４７を形成した棒状の電磁石４５が、永久磁石
５５に対応する位置に、一定ピッチで配設されている。
電磁石４５の極性を変化させることにより、スライダの
駆動部２１が駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は小型モータに係り、
特に、薄膜プロセスを用いた超小型モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業用・医療用マイクロマシン等
に使用できる超小型のモータが必要とされてきている。
従来、上記のような用途に使用される小型モータとして
は、薄膜磁石を用いた電磁モータがある。従来の薄膜磁
石を用いた電磁モータでは、薄膜磁石に通常の導線を巻
いたバルクタイプの電磁石を用いており、直径が数ｍｍ
程度の大きさである。

【０００３】また、静電力で駆動される静電モータとし
ては、従来、直径０．０５ｍｍ程度のものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の薄膜磁
石を用いた電磁モータでは、薄膜磁石に通常の導線を巻
いたバルクタイプの電磁石を用いているため、現在より
更に電磁石を小型化することが困難である。このため、
大きさがミリサイズのものしか実現できないという問題
がある。

【０００５】また、静電モータは、大きさがミクロンサ
イズのものを実現できるが、発生できるトルクが小さ
く、電磁モータの１／１００程度しかないという問題が
ある。本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、大
きさをミクロンサイズにでき、かつ、大きなトルクを得
られる小型モータを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、薄膜
プロセスにより磁心及びコイルを形成した電磁石を所定
位置に複数配設した薄い板状のステータ部材と薄膜プロ
セスにより形成した永久磁石を上記電磁石に対応する位
置に複数配設した薄い板状の部材であり、上記ステータ
部材に対して直線的に移動可能に配設したスライダ部材
とを有する構成とする。

【０００７】請求項２の発明は、薄膜プロセスにより磁
心及びコイルを形成した電磁石を円周方向に沿って所定
位置に複数配設した薄い板状のステータ部材と薄膜プロ
セスにより形成した永久磁石を円周方向に沿って上記電
磁石に対応する位置に複数配設した薄い板状の部材であ
り、回転軸に対して回転自在に配設したロータ部材とを
有する構成とする。

【０００８】請求項３の発明では、前記永久磁石及び前
記電磁石の磁心は、細長い棒状の形状とする。上記の各
手段は下記のように作用する。請求項１の発明では、薄
膜プロセスにより永久磁石、電磁石の磁心及びコイルを
形成するので、十分なトルクを確保しつつ、スライダ部
材とステータ部材を、極薄く、かつ小さい形状にするこ
とができる。このため、十分なトルクを有し、かつミク
ロンサイズのモータを実現することを可能とする。

【０００９】請求項２の発明では、薄膜プロセスにより
永久磁石、電磁石の磁心及びコイルを形成するので、十
分なトルクを確保しつつ、ロータ部材とステータ部材
を、極薄く、かつ小さい形状にすることができる。この
ため、十分なトルクを有し、かつミクロンサイズのモー
タを実現することを可能とする。

【００１０】請求項３の発明では、永久磁石及び電磁石
の磁心を細長い棒状の形状としているため、形状異方性
により強い磁界を発生させることができる。このため、
更に大きなトルクを発生させることを可能とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例の超小型
リニアモータ１１の構造図を示す。また、図２は、リニ
アモータ１１の主要部の分解斜視図を示す。リニアモー
タ１１は、リニアモータ１１を取り付ける装置の筐体３
７に固定されているステータ１３，１４と、２つのステ
ータ１３，１４の間に磁力により浮上したスライダ１２
とから構成される。図１において、紙面と垂直方向が、
スライダ１２の可動方向である。

【００１２】ステータ１３は、板状の部材で、駆動用の
複数の電磁石４５が配設された駆動部２４₁と駆動部２
４₁の両側に設けた浮上部２５，２６からなる。浮上部
２５，２６には、浮上用の永久磁石３３，３４が配設さ
れている。ステータ１４は、ステータ１３と同様の板状
の部材で、駆動用の複数の電磁石４５が配設された駆動
部２４₂と駆動部２４₂の両側に設けた浮上部２７，２
８からなる。浮上部２７，２８には、浮上用の永久磁石
３５，３６が配設されている。

【００１３】スライダ１２は、板状の部材で、駆動用の
複数の永久磁石５５が配設された駆動部２１と、駆動部
２１の両側に設けた浮上部２２，２３からなる。浮上部
２２，２３には、浮上用の永久磁石３８，３９が配設さ
れている。また、スライダの両側端部には、装置筐体３
７のガイド溝３７ａ，３７ｂに嵌入するガイド部３１，
３２が設けてある。

【００１４】図２は、スライダ１２の駆動部２１と、ス
テータ１３，１４の駆動部２４₁，２４₂とが対向する
様子を示している。スライダ１２の駆動部２１は、板状
の部材で、駆動部半体５１ａ，５１ｂが接合されて構成
されている。駆動部半体５１ａ，５１ｂの、夫々の基板
５２の端部には、スライダ１２の可動方向（Ｄ₁，Ｄ₂
方向）に沿って所定のピッチで、永久磁石５５が配設さ
れている。なお、永久磁石５５は、後述するステータ１
３，１４の電磁石４５に対応する位置に配設してある。

【００１５】基板５２の材料としては、セラミック、ガ
ラス等を用いる。また、永久磁石５５は、ＳｍＣｏ、Ｎ
ｄＦｅＢ等の磁石材料を用いて、薄膜プロセスにより形
成されている。スライダ１２の寸法としては、例えば、
Ｄ₁，Ｄ₂方向の長さ０．５ｍｍ、Ｄ ₃，Ｄ₄方向の幅
０．５ｍｍ、厚さ（Ｚ₁，Ｚ₂方向）０．１ｍｍの寸法
とすることができる。この場合、駆動部２１は、スライ
ダ１２よりも、浮上部３１，３２の分だけ幅が狭く、Ｄ
₃，Ｄ₄方向の幅０．３ｍｍ程度にできる。

【００１６】永久磁石５５は、三角柱状の棒状としてあ
り、例えば、Ｄ₁，Ｄ₂方向の幅ｍ ₁が０．０５ｍｍ
、Ｄ₃，Ｄ₄方向の奥行きｍ₂が０．０４ｍｍ、長さ
（Ｚ₁，Ｚ₂方向）０．１ｍｍの寸法とすることができ
る。この場合、永久磁石５５のＤ₁，Ｄ₂方向の配設ピ
ッチは、０．１ｍｍ程度にすることができる。

【００１７】また、浮上部２２，２３には、浮上用の永
久磁石３８，３９が、永久磁石５５と同様に、薄膜プロ
セスにより形成される。なお、スライダ１２のガイド部
３１，３２が両側に突出する寸法は、極僅かとすること
ができる。ステータ１３，１４の駆動部２４₁，２４₂
は、スライダ１２の駆動部２１と同様の板状の部材で、
駆動部半体４２ａ，４２ｂが接合されて構成されてい
る。駆動部半体４２ａ，４２ｂの、夫々の基板４３の端
部には、スライダ１２の可動方向（Ｄ₁，Ｄ₂方向）に
沿って所定のピッチで、電磁石４５が配設されている。

【００１８】基板４３の材料としては、セラミック、ガ
ラス等を用いる。また、電磁石４５は、磁心４６と磁心
４６の外周に沿って形成された薄膜コイル４７から構成
される。磁心４６は、ＦｅＳｉ，Ｆｅ，ＮｉＦｅ，Ｃｏ
アモルファス等の磁心材料を用いて、薄膜プロセスによ
り形成してあり、薄膜コイル４７も、Ｃｕ，Ａｌ等の材
料を用いて薄膜プロセスにより形成してある。

【００１９】ステータ１３，１４は、スライダ１２とほ
ぼ同じ寸法とすることができ、例えば、Ｄ₁，Ｄ₂方向
の長さ０．５ｍｍ、Ｄ₃，Ｄ₄方向の幅０．５ｍｍ、
厚さ（Ｚ₁，Ｚ₂方向）０．１ｍｍの寸法とすることが
できる。この場合、駆動部２４₁，２４₂は、ステータ
１３，１４よりも、浮上部２５，２６、３５，３６の分
だけ幅が狭く、Ｄ₃，Ｄ₄方向の幅０．３ｍｍ程度にで
きる。

【００２０】磁心４６は、三角柱状の棒状としてあり、
例えば、Ｄ₁，Ｄ₂方向の幅ｍ₃が０．０５ｍｍ、Ｄ
₃，Ｄ₄方向の奥行きｍ₄が０．０４ｍｍ、長さ
（Ｚ₁，Ｚ ₂方向）０．１ｍｍの寸法とすることができ
る。この場合、電磁石４５のＤ₁，Ｄ₂方向の配設ピッ
チは、０．１ｍｍ程度にすることができる。

【００２１】また、浮上部２５，２６、２７，２８に
は、浮上用の永久磁石３３，３４、３５，３６が、永久
磁石５５と同様に、薄膜プロセスにより形成される。図
１に示すように、ステータ１３の浮上部２５，２６の永
久磁石３３，３４とスライダ１２の浮上部２２，２３の
永久磁石３８，３９が反発し、ステータ１４の浮上部２
７，２８の永久磁石３５，３６とスライダ１２の浮上部
２２，２３の永久磁石３８，３９が反発するように、永
久磁石３３〜３６，３８，３９の極性を設定している。
この永久磁石３３〜３６，３８，３９の反発力により、
上下のステータ１３，１４の間隙に、ステータ１３，１
４と極近接してスライダ１２が浮上する。

【００２２】リニアモータ１１の全体の寸法は、ステー
タ１３，１４とスライダ１２を対向させて一体にした寸
法と、ほぼ等しい寸法となる。なお、スライダ１２のガ
イド部３１，３２が両側に突出する寸法は、極僅かでよ
い。例えば、スライダ１２、ステータ１３，１４の寸法
を、Ｄ₁，Ｄ₂方向の長さ０．５ｍｍ、Ｄ₃，Ｄ₄方
向の幅０．５ｍｍ、厚さ（Ｚ₁，Ｚ₂方向）０．１ｍｍ
の寸法とした場合、リニアモータ１１全体の寸法は、ほ
ぼ、Ｄ₁，Ｄ₂方向の長さ０．５ｍｍ、Ｄ₃，Ｄ₄方
向の幅０．５ｍｍ、厚さ（Ｚ₁，Ｚ₂方向）０．３ｍｍ
の寸法とすることができる。

【００２３】上記のように、本実施例のリニアモータ１
１は、薄膜プロセスによりスライダ１２の永久磁石５
５、ステータ１３，１４の電磁石４５を構成する磁心４
６及び薄膜コイル４７を形成しているため、スライダ１
２、ステータ１３，１４を極めて薄く、かつ小さくする
ことができる。

【００２４】また、従来の導線を巻くタイプの電磁石に
比べて、電磁石４５は、薄膜コイル４７を、高密度に巻
いた状態とすることができる。このため、従来の電磁石
よりもずっと形状が小さく、かつ、同等以上の強さの磁
界を発生させることできる。従って、永久磁石５５と電
磁石４５が発生させる磁界により生ずる、スライダ１２
を駆動するトルクは、従来のミリサイズのモータと同等
以上の値とすることができる。例えば、上記の、リニア
モータ１１全体の寸法が、Ｄ₁，Ｄ₂方向の長さ０．５
ｍｍ、Ｄ₃，Ｄ₄方向の幅０．５ｍｍ、厚さ（Ｚ₁，
Ｚ₂方向）０．３ｍｍの場合、発生するトルクは、数ｍ
ｇｆ／ｃｍ²程度とすることができる。

【００２５】また、永久磁石５５、電磁石４５の磁心４
６は、細長い棒状の形状としているため、形状異方性に
より、反磁界を小さくすることができる。このため、供
給する電流、電磁石の体積等に関して、効率よく強い磁
界を発生させることができる。従って、リニアモータ１
１としては、効率よく強い磁界を発生させられる分、体
積当たりのトルク，従って面積当たりのトルクを更に大
きくすることができる。

【００２６】上記のように、本実施例では、十分なトル
クを確保しつつ、スライダ１２とステータ１３，１４
を、極薄く、かつ小さい形状にすることができるため、
従来のミリサイズのモータと同等以上の十分なトルクを
有し、かつミクロンサイズのリニアモータ１１を実現す
ることができる。

【００２７】図３は、リニアモータ１１の動作説明用の
模式図を示す。リニアモータ１１の駆動方法は、従来の
リニアモータと同様である。即ち、ステータ１３，１４
の駆動部２４₁，２４₂の電磁石４５の極性を変化させ
ることにより、ステータ１３，１４とスライダ１２の関
係が安定する方向に、スライダ１２を移動させる。

【００２８】図３に示すように、スライダ１２の駆動部
２１の永久磁石５５は、隣接する同士で極性が逆になる
ようにしてある。また、ステータ１３，１４の駆動部２
４₁，２４₂の電磁石４５₁〜４５₃、４５₁₁〜４５₁₃
の極性は、リニアモータ１１を駆動するための駆動回路
（図示せず）により設定される。

【００２９】図３（Ａ）では、電磁石４５₁〜４５₃、
４５₁₁〜４５₁₃の発生させる磁界と、永久磁石５５₁〜
５５₃が発生させる磁界の相互作用により、ステータ１
３，１４とスライダ１２の位置関係が安定せず、スライ
ダ１２は、Ｄ₂方向に移動する。図３（Ｂ）は、図３
（Ａ）の状態からスライダ１２がＤ₂方向に移動して安
定した状態を示す。

【００３０】この後、更にスライダ１２を移動させるた
め、図３（Ｃ）に示すように、ステータ１３，１４の電
磁石４５₂，４５₃、４５₁₂，４５₁₃の極性を反転させ
る。これにより、再び、スライダ１２は、ステータ１
３，１４と安定しない位置関係となり、Ｄ₂方向に移動
する。図３（Ｄ）は、図３（Ｃ）の状態からスライダ１
２がＤ₂方向に移動して安定した状態を示す。

【００３１】上記のように、移動方向に隣接する電磁石
４５の極性を順次変化させて、スライダ１２を一定の方
向に移動させることができる。次に、スライダ１２の駆
動部２１、ステータ１３，１４の駆動部２４₁，２４ ₂
の製造手順について説明する。

【００３２】図４は、スライダ１２の駆動部２１の製造
手順を示す。図４（Ａ）に示す材料取りした基板５２₁
に対して、図４（Ｂ）に示すように、永久磁石５５を形
成するための溝６０を形成する。これにより、溝６０を
有する基板５２₂ができる。この溝６０は、エッチング
又はダイサー等による機械加工により形成される。溝６
０を形成した後、洗浄を行う。

【００３３】次に、図４（Ｃ）に示すように、永久磁石
５５を形成するための下地膜６１を、形成した後、図４
（Ｄ）に示すように、永久磁石膜６２を厚めに形成す
る。下地膜６１、永久磁石膜６２は、スパッタリング，
蒸着、メッキ等により形成する。

【００３４】次に、図４（Ｅ）に示すように、永久磁石
膜６２を研磨して、夫々の溝６０に分離した、三角柱状
の永久磁石５５を形成する。この研磨は、機械研磨又は
エッチングにより行う。次に図４（Ｆ）に示すように、
基板５２₃の接合面５２_3aを研磨した後、図４（Ｇ）に
示すように、接合時に十分な強度を得るための接合溝６
４を、エッチング又は機械加工により形成する。この
後、洗浄を行った後で、基板５２と永久磁石５５の全体
に保護用のＳｉＯ₂膜を形成する。

【００３５】次に、図４（Ｈ）に示すように、接合溝６
４を形成した面を合わせて、永久磁石５５を形成した基
板５２同士を、ガラスボンディングにより接合する。こ
の後、機械加工により、所定の寸法にスライスして、駆
動部２１が完成する。図５は、ステータ１３，１４の駆
動部２４₁，２４₂の製造手順を示す。図５（Ａ）に示
す材料取りした基板４３₁に対して、図５（Ｂ）に示す
ように、磁心４６を形成するための溝７０を形成する。
これにより、溝７０を有する基板４３ ₂ができる。この
溝７０は、エッチング又はダイサー等による機械加工に
より形成される。溝７０を形成した後、洗浄を行う。

【００３６】次に、図５（Ｃ）に示すように、コイル４
７の内側部分４７ａを形成するための下地膜７１を形成
した後、図５（Ｄ）に示すように、銅のコイル膜７２を
厚めに形成する。下地膜７１、コイル膜７２は、スパッ
タリング，蒸着、メッキ等により形成する。

【００３７】次に、図５（Ｅ）に示すように、コイル膜
７２をエッチングして、コイル４７の内側部分４７ａを
形成する。この後、図５（Ｆ）に示すように、コイル４
７の内側部分４７ａを覆うように、絶縁膜７４を形成す
る。

【００３８】次に、図５（Ｇ）に示すように、磁心４６
を形成するための磁心材料膜７５を、スパッタリング，
蒸着、メッキ等により形成する。この後、図５（Ｈ）に
示すように、エッチングにより、夫々の溝７０に分離し
た、三角柱状の磁心４６を形成する。この後、図５
（Ｉ）に示すように、各磁心４６の上面に、絶縁膜７６
を形成する。

【００３９】次に、コイル４７の外側部分４７ｂを形成
するために、図５（Ｃ）〜図５（Ｅ）での工程と同様に
して、銅のコイル膜を形成した後、このコイル膜をエッ
チングして、コイル４７の外側部分４７ｂを形成する。
これにより、電磁石４５が完成する。この後、基板４３
₂と電磁石４５の全体に保護用のＳｉＯ₂膜を形成する
（図５（Ｊ））。

【００４０】次に、に図５（Ｋ）に示すように、接合時
に十分な強度を得るための接合溝７７を、エッチング又
は機械加工により形成する。この後、洗浄を行った後
で、基板４３と電磁石４５の全体に保護用のＳｉＯ₂膜
を形成する。次に、図５（Ｌ）に示すように、接合溝７
７を形成した面を合わせて、電磁石４５を形成した基板
４３同士を、ガラスボンディングにより接合する。この
後、機械加工により、所定の寸法にスライスして、駆動
部２４₁，２４₂が完成する。

【００４１】上記のように、スライダー１２の駆動部２
１、ステータ１３，１４の駆動部２４₁，２４₂は、一
般的な薄膜プロセスにより容易に製造することができ
る。図６は、薄膜プロセスを用いた超小型回転モータ８
０の説明図を示す。回転モータ８０のロータ８１は、円
盤状の極薄い部材で、セラミック又はガラス製の基板８
２の円周方向に沿って、永久磁石８３が配設されてい
る。永久磁石８３は、図２のリニアモータ１１の永久磁
石５５と同様に薄膜プロセスにより形成された、棒状の
形状異方性磁石である。

【００４２】ステータ８５は、略方形の板状の極薄い部
材で、セラミック又はガラス製の基板８６の外周部に、
電磁石８７が配設されている。電磁石８７は、図２のリ
ニアモータ１１の電磁石４５と同様に薄膜プロセスによ
り磁心及びコイルを形成された、棒状の電磁石である。

【００４３】回転モータ８０を構成する際、ロータ８１
は、軸９１に対して回動自在に支持され、ステータ８５
は、ロータ８１と極近接して対向する位置に固定され
る。ロータ８１の永久磁石８３とステータ８５の電磁石
８７は、互いに対応する位置関係に配置されている。

【００４４】この回転モータ８０は、従来の回転モータ
同様に、電磁石８７の磁界の方向を変化させることによ
り、所定の方向（Ｒ₁又はＲ₂方向）に回転する。本実
施例の回転モータ８０は、薄膜プロセスによりロータ８
１の永久磁石８３、ステータ８５の電磁石８７の磁心及
びコイルを形成しているため、ロータ８１、ステータ８
５を極めて薄く、かつ小さくすることができる。

【００４５】また、電磁石８７は、従来の電磁石と同等
以上の強さの磁界を発生させることできる。従って、ロ
ータ８１を駆動するトルクは、従来のミリサイズのモー
タと同等以上の値とすることができる。また、永久磁石
８３、電磁石８７の磁心は、細長い棒状の形状としてい
るため、形状異方性により、反磁界を小さくすることが
できる。このため、供給する電流、電磁石の体積等に関
して、効率よく強い磁界を発生させることができる。従
って、回転モータ８０としては、効率よく強い磁界を発
生させられる分、体積当たりのトルクを更に大きくする
ことができる。

【００４６】上記のように、本実施例では、十分なトル
クを確保しつつ、ロータ８１とステータ８５を、極薄
く、かつ小さい形状にすることができるため、従来のミ
リサイズのモータと同等以上の十分なトルクを有し、か
つミクロンサイズの回転モータ８０を実現することがで
きる。

【００４７】

【発明の効果】上述の如く、請求項１の発明によれば、
薄膜プロセスにより永久磁石、電磁石の磁心及びコイル
を形成して、十分なトルクを確保しつつ、スライダ部材
とステータ部材を、極薄く、かつ小さい形状にすること
ができるため、十分なトルクを有し、かつミクロンサイ
ズのモータを実現することができる特長を有する。

【００４８】請求項３の発明では、薄膜プロセスにより
永久磁石、電磁石の磁心及びコイルを形成して、十分な
トルクを確保しつつ、ロータ部材とステータ部材を、極
薄く、かつ小さい形状にすることができるため、十分な
トルクを有し、かつミクロンサイズのモータを実現する
ことができる。

【００４９】請求項３の発明によれば、永久磁石及び電
磁石の磁心を細長い棒状の形状としているため、形状異
方性により強い磁界を発生させることができ、更に大き
なトルクを発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の超小型リニアモータの構造
図である。

【図２】本発明の一実施例のリニアモータの主要部の分
解斜視図である。

【図３】本発明の一実施例のリニアモータの動作説明用
模式図である。

【図４】スライダの駆動部の製造手順を示す図である。

【図５】ステータの駆動部の製造手順を示す図である。

【図６】本発明の一実施例の超小型回転モータの説明図
である。

【符号の説明】

１１リニアモータ１２スライダ１３，１４ステータ２１駆動部２２，２３浮上部２４₁，２４₂ 駆動部２５〜２８浮上部３１，３２ガイド部３３〜３６、３８，３９浮上用永久磁石３７装置筐体４２ａ，４２ｂ駆動部半体４５電磁石４６磁心４７薄膜コイル５１ａ，５１ｂ駆動部半体５５永久磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜プロセスにより磁心及びコイルを形
成した電磁石を所定位置に複数配設した薄い板状のステ
ータ部材と薄膜プロセスにより形成した永久磁石を上記
電磁石に対応する位置に複数配設した薄い板状の部材で
あり、上記ステータ部材に対して直線的に移動可能に配
設したスライダ部材とを有することを特徴とする小型モ
ータ。
【請求項２】薄膜プロセスにより磁心及びコイルを形
成した電磁石を円周方向に沿って所定位置に複数配設し
た薄い板状のステータ部材と薄膜プロセスにより形成し
た永久磁石を円周方向に沿って上記電磁石に対応する位
置に複数配設した薄い板状の部材であり、回転軸に対し
て回転自在に配設したロータ部材とを有することを特徴
とする小型モータ。
【請求項３】前記永久磁石及び前記電磁石の磁心は、
細長い棒状の形状であることを特徴とする請求項１又は
請求項２記載の小型モータ。