(57)【要約】【課題】制御がシンプルで電力消費が少なく、確実に位置を保持することができるスパイラルモータの駆動軸の位置保持方法を提供する。【解決手段】スパイラルモータ（１）は、駆動軸（４）と螺旋状ロータ（６）とこれに螺合する螺旋状ステータ（７）とからなる。螺旋状ロータ（６）は駆動軸（４）に沿って螺旋状に設けられているフライト（９）と該フライト（９）の両面に設けられている複数個の永久磁石（１０）とから構成され、螺旋状ステータ（７）は螺旋状の溝（１４）が形成されている鉄心（１２）と該溝（１４）内の両面に設けられている複数個のコイル（１３）とから構成されている。永久磁石とコイルは所定のギャップが維持されているが、所望の目標停止位置（２８）において永久磁石（１０）を、コイル（１３）に着座させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸と螺旋状ロータと螺旋状ステータとからなり、前記螺旋状ロータは前記駆動軸に沿って螺旋状に設けられているフライトと該フライトの両面に設けられている複数個の永久磁石とから構成され、前記螺旋状ステータは螺旋状の溝が形成されている鉄心と該溝内の両面に設けられている複数個のコイルとから構成され、前記永久磁石と前記コイルとの間に所定のギャップが維持されるように前記螺旋状ロータが前記螺旋状ステータに螺合され、駆動すると駆動軸が回転しながら軸方向にスライドするようになっているスパイラルモータにおいて、
前記フライトの一方の面に設けられている前記磁石を、前記鉄心の溝の一方の面に設けられている前記コイルに着座させて、前記駆動軸の位置を保持することを特徴とするスパイラルモータの駆動軸の位置保持方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記駆動軸を所定の目標停止位置において保持するとき、前記スパイラルモータを駆動して前記駆動軸を前記目標停止位置において停止させ、その後前記駆動軸の軸方向の移動を規制しながら前記螺旋状ロータを回転させて前記磁石を前記コイルに着座させることを特徴とするスパイラルモータの駆動軸の位置保持方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記駆動軸を所定の目標停止位置において保持するとき、前記スパイラルモータを駆動して前記駆動軸を前記目標停止位置から前記ギャップ分だけずれた位置で停止させ、その後前記螺旋状ロータの回転を規制しながら前記駆動軸を軸方向に駆動して前記磁石を前記コイルに着座させ、それによって前記駆動軸を前記目標停止位置において保持することを特徴とするスパイラルモータの駆動軸の位置保持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動軸と螺旋状ロータと螺旋状ステータとからなり、螺旋状ステータに対して螺旋状ロータが所定のギャップを維持して螺合され、駆動すると駆動軸が回転しながら軸方向にスライドされるようになっているスパイラルモータにおいて、この駆動軸の位置を保持する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータには、回転型モータ、リニアモータ等色々な種類があり、回転型モータは円形状に配置されているステータの内側にロータが設けられこのロータが回転するようになっており、リニアモータは直線状に複数個のコイルが配置されている固定子に対して複数個の永久磁石を備えた可動子が所定のギャップを介して配置され可動子が直線状にスライドするようになっている。このようなモータの他の種類として、いわゆるスパイラルモータが本出願人によって提案され、その優れた特性によって近年注目されている。スパイラルモータは、例えば特許文献１〜３に示されているように、駆動軸と、この駆動軸に設けられている螺旋状ロータと、螺旋状ステータとからなる。螺旋状ロータは、駆動軸に沿って螺旋状に設けられているフライトと該フライトの両面に設けられている複数個の永久磁石とから構成され、螺旋状ステータは螺旋状の溝が形成されている鉄心と該溝内の両面に設けられている複数個のコイルとから構成されている。そしてこれらの永久磁石とコイルとの間に所定のギャップが維持されるように螺旋状ロータが螺旋状ステータに対して螺合している。従って、コイルに供給する電流を制御すると、螺旋状ロータは回転しながら軸方向に移動する。すなわち駆動軸を回転しながら軸方向にスライドさせることができる。このようにスパイラルモータはボールネジ機構等の機械部品を使用することなく駆動軸を軸方向に駆動することができるし、さらに永久磁石とコイルとが螺旋状に配置されていて個数が多くリニアモータに比して大きい駆動力が得られるので、応用分野への適用が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７１２０７３号公報
【特許文献２】特許第４５４３１６５号公報
【特許文献３】特開２００９−１７７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようにスパイラルモータは軸方向に強い駆動力で駆動できるので優れているが、次のように解決すべき問題も見受けられる。スパイラルモータによって所定の機械を駆動するようにする場合、スパイラルモータを停止しているときに機械が受ける外力によってスパイラルモータの駆動軸には軸力が作用することがある。このように外部から軸力が作用するときに、この軸力に抗して駆動軸の位置を保持する点に関して問題が見受けられる。詳しく説明するとスパイラルモータは永久磁石とコイルとの間に所定のギャップが維持された状態で制御されている。このように制御されているスパイラルモータの駆動軸に外部から軸方向の力が作用すると、瞬間的にギャップがわずかに変化し、スパイラルモータの制御部はこれをセンサによって検出して瞬間的にコイルに供給する電流を変化させる。そうするとギャップの変化が解消されて駆動軸は元の位置に復帰することになる。すなわち位置を保持することができる。しかしながら瞬間的に位置がわずかに変動することは防止できない。また、ギャップを適正に制御するために格別に電力を要することになるし、外部からの軸方向の力が大きい場合には位置を保持するために消費する電力も大きい。さらには軸方向に作用する外部からの力が短時間で大きく変化する場合にはギャップを維持するための制御が難しく、駆動軸の位置を保持できない可能性もある。
【０００５】
したがって、本発明は、スパイラルモータにおいて駆動軸の位置を保持するとき、制御がシンプルで最小限の電力しか必要としないにも拘わらず、確実に位置を保持することができるスパイラルモータの駆動軸の位置保持方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記目的を達成するために、スパイラルモータを構成しているロータの永久磁石をステータのコイルに着座させることによって駆動軸の位置を保持するように構成する。すなわちスパイラルモータは、駆動軸と螺旋状ロータと螺旋状ステータとからなり、螺旋状ロータは駆動軸に沿って螺旋状に設けられているフライトと該フライトの両面に設けられている複数個の永久磁石とから構成され、螺旋状ステータは螺旋状の溝が形成されている鉄心と該溝内の両面に設けられている複数個のコイルとから構成されている。そしてこれらの永久磁石とコイルとの間に所定のギャップが維持されるように螺旋状ロータが螺旋状ステータに螺合されている。このようなスパイラルモータにおいて、フライトの一方の面に設けられている永久磁石を、鉄心の溝の一方の面に設けられているコイルに着座させることによって、駆動軸の位置が保持されるようにする。
【０００７】
すなわち、請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、駆動軸と螺旋状ロータと螺旋状ステータとからなり、前記螺旋状ロータは前記駆動軸に沿って螺旋状に設けられているフライトと該フライトの両面に設けられている複数個の永久磁石とから構成され、前記螺旋状ステータは螺旋状の溝が形成されている鉄心と該溝内の両面に設けられている複数個のコイルとから構成され、前記永久磁石と前記コイルとの間に所定のギャップが維持されるように前記螺旋状ロータが前記螺旋状ステータに螺合され、駆動すると駆動軸が回転しながら軸方向にスライドするようになっているスパイラルモータにおいて、前記フライトの一方の面に設けられている前記磁石を、前記鉄心の溝の一方の面に設けられている前記コイルに着座させて、前記駆動軸の位置を保持することを特徴とするスパイラルモータの駆動軸の位置保持方法として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、前記駆動軸を所定の目標停止位置において保持するとき、前記スパイラルモータを駆動して前記駆動軸を前記目標停止位置において停止させ、その後前記駆動軸の軸方向の移動を規制しながら前記螺旋状ロータを回転させて前記磁石を前記コイルに着座させることを特徴とするスパイラルモータの駆動軸の位置保持方法として構成される。
請求項３に記載の方法は、請求項１に記載の方法において、前記駆動軸を所定の目標停止位置において保持するとき、前記スパイラルモータを駆動して前記駆動軸を前記目標停止位置から前記ギャップ分だけずれた位置で停止させ、その後前記螺旋状ロータの回転を規制しながら前記駆動軸を軸方向に駆動して前記磁石を前記コイルに着座させ、それによって前記駆動軸を前記目標停止位置において保持することを特徴とするスパイラルモータの駆動軸の位置保持方法として構成される。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明は、駆動軸と螺旋状ロータと螺旋状ステータとからなり、螺旋状ロータは駆動軸に沿って螺旋状に設けられているフライトと該フライトの両面に設けられている複数個の永久磁石とから構成され、螺旋状ステータは螺旋状の溝が形成されている鉄心と該溝内の両面に設けられている複数個のコイルとから構成され、永久磁石とコイルとの間に所定のギャップが維持されるように螺旋状ロータが螺旋状ステータに螺合され、駆動すると駆動軸が回転しながら軸方向にスライドするようになっているスパイラルモータを対象として、その駆動軸の位置の保持方法として構成されている。そして本発明は、フライトの一方の面に設けられている磁石を、鉄心の溝の一方の面に設けられているコイルに着座させて、駆動軸の位置を保持するように構成されている。このように駆動軸を保持するので、外力によって駆動軸に一方の方向の軸力が作用しても、磁石が着座しているコイルにさらに強く押し付けられるだけで駆動軸の位置は変化しない。またこのとき磁石とコイルの間には摩擦力が作用し、駆動軸が滑って回転することも防止される。これに対して、外力によって駆動軸に作用する軸力が反対方向のとき、磁石は着座しているコイルから離間しようとする。しかしながらコイルに所定の電流を流しておけば磁力によって磁石がコイルから離間することがなく駆動軸の位置は保持される。つまり反対方向の軸力が作用しても駆動軸の位置を保持することができる。このように磁石をコイルに着座させて駆動軸の位置を保持すると、必要な電力もわずかで済むし、複雑な制御は不要であり、確実に位置を保持できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係るスパイラルモータを示す図で、その（ア）はスパイラルモータの主要部をその一部を切断した状態で示す斜視図であり、（その（イ）はスパイラルモータの正面断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るスパイラルモータの動作を示す図で、その（ア）は通常時の動作を、その（イ）、（ウ）はそれぞれ本発明の実施の形態に係る保持方法における動作を示す、スパイラルモータの一部の正面断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るスパイラルモータにおける、駆動軸の軸方向における位置と回転角度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明はスパイラルモータの駆動軸の位置保持方法に関するものであるが、最初に本実施の形態に係るスパイラルモータ１について説明する。本実施の形態に係るスパイラルモータ１は、図１の（ア）、（イ）に示されているように、軸方向に所定の長さを有する円筒状のケーシング２内に設けられており、このケーシング２に対して所定の軸受機構３、３によって軸受けされている駆動軸４と、駆動軸４に設けられている螺旋状ロータ６と、ケーシング２の内周面に固定されている螺旋状ステータ７とから構成されている。
【００１１】
螺旋状ロータ６は、駆動軸４の軸方向に沿って所定のピッチの螺旋状に設けられているフライト９と、このフライト９の両面に設けられている複数個の永久磁石１０、１０、…とから構成されている。本実施の形態において永久磁石１０、１０、…は、軸回りに６０度の等間隔になるように、かつＳ極とＮ極とが交互になるように配置されており、フライト９を軸方向に投影して見ると永久磁石１０、１０、…が円周方向に６個配置されているように見える。つまり回転型モータとして考えるとロータの極数は６極と言うことができる。ただし、実際には永久磁石１０、１０、…はフライト９の裏面にも設けられているし、螺旋状に設けられているので、永久磁石１０、１０、…の個数は相当多い。
【００１２】
螺旋状ステータ７は、ケーシング２の内周面に固定されている鉄心１２あるいはヨークと、この鉄心１２に設けられている複数個のコイル１３、１３、…とから構成されている。鉄心１２は駆動軸４が緩やかに貫通する軸方向の孔が空けられていると共に、所定幅の螺旋状の溝１４が螺旋状ロータ６のフライト９と同ピッチになるように形成されている。複数個のコイル１３、１３、…は、このような鉄心１２の溝１４内の両面に等間隔に設けられている。螺旋状ロータ６は、このような螺旋状ステータ７に螺合しているが、螺旋状ロータ６の永久磁石１０、１０、…と、螺旋状ステータ７のコイル１３、１３、…との間には所定の隙間すなわちギャップ１６、１６、…が維持されている。つまりスパイラルモータ１を制御するコントローラによって、センサで検出されるギャップ１６、１６、…が適正になるように制御されている。なお、図１にはコントローラとセンサは示されていない。
【００１３】
本実施の形態に係るスパイラルモータ１も、それぞれのコイル１３、１３、…に供給する電流を適切に制御すると、ギャップ１６、１６が維持された状態で螺旋状ロータ６が螺旋状ステータ７に対して螺旋状に駆動される。そうすると駆動軸４を回転させながら軸方向に駆動することができる。このようなスパイラルモータ１を停止しているときに、外力によって駆動軸４に軸方向の力が作用するとき、従来は次のようにして駆動軸４の位置を保持している。すなわち、図２の（ア）に示されているように外部から駆動軸４に軸力Ｙ１が作用すると、軸力によって駆動軸４の位置が瞬間的にわずかにずれて螺旋状ロータ６の永久磁石１０、１０、…と、螺旋状ステータ７のコイル１３、１３、…とのギャップ１６、１６、…がわずかに変化する。センサがこのギャップ１６、１６、…の変化を検出する。コントローラはコイル１３、１３、…に供給する電流を制御して、このギャップ１６、１６、…を速やかに元に戻す。すなわち駆動軸４の位置は回復する。
【００１４】
本実施の形態に係る駆動軸４の位置の保持方法は、所定のギャップ１６、１６、…が維持されるようにコイル１３、１３、…から浮上、あるいは離間している永久磁石１０、１０、…のうち、フライト９の一方の面に設けられている永久磁石１０、１０、…について、対向しているコア１３、１３、…にタッチダウンあるいは着座させる方法である。このように着座させた状態で外力による軸力を受ける。ところで、着座させる永久磁石１０、１０、…のうち、フライト９のどちらの面の永久磁石１０、１０、…をコイル１３、１３、…に着座させるかに関しては２通りの方法がある。すなわち図２の（イ）に示されているように、予想される外部からの軸力Ｙ１の方向に対して、これを受ける方のフライト９の面の永久磁石１０、１０、…をコイル１３、１３、…に着座させる方法と、図２の（ウ）に示されているように、予想される外部からの軸力Ｙ１の方向とは反対側の面の永久磁石１０、１０、…をコイル１３、１３、…に着座させる方法である。前者の方法を採ると、軸力Ｙ１によって永久磁石１０、１０、…が強くコイル１３、１３、…に押し付けられるので、摩擦力が強く作用して駆動軸４が回転することなく効率的に位置を保持できる。この場合には永久磁石１０、１０、…をコイル１３、１３、…に着座した状態を維持するために必要な最小限の電流だけで済む。一方後者の方法を採ると、コイル１３、１３、…に着座している永久磁石１０、１０、…が離間する方向に軸力Ｙ１が作用することになる。従って着座している状態を維持するためにある程度の電流は必要であるが、駆動軸４の位置は前者と同様に保持される。なお後者の方法を採る場合であっても、永久磁石１０、１０、…はコイル１３、１３、…に所定の引力によって着座しているので、摩擦力が作用して駆動軸４は回転しない。
【００１５】
本実施の形態に係るスパイラルモータ１において、所望の目標停止位置において駆動軸４の位置を保持する方法について説明する。スパイラルモータ１の駆動軸４は、駆動可能範囲２１〜２２において軸方向に駆動されるようになっているが回転しながら駆動される。つまり駆動軸４の回転角度と位置は、図３のグラフ２０のように比例関係にある。この駆動軸４のグラフ２０に対して、これを横軸方向にギャップ１６、１６だけ前後に並行移動させて描画した２本のグラフ２４、２５を考える。そうするとグラフ２４は、フライト９の一方の面の永久磁石１０、１０、…がコイル１３、１３、…に着座するときの、そしてグラフ２５は、フライト９の他方の面の永久磁石１０、１０、…がコイル１３、１３、…に着座するときの、それぞれ駆動軸４の位置と回転角度の関係を示すグラフになっている。
【００１６】
駆動軸４を目標停止位置２８において保持する場合を考える。ただし、フライト９の一方の面の永久磁石１０、１０、…をコイル１３、１３、…に着座させるものとする。本実施の形態においては２通りの方法がある。第１の方法は、まず永久磁石１０、１０、…とコイル１３、１３、…との間に所定のギャップ１６、１６が維持された状態で駆動軸４を駆動して目標停止位置２８に達するように制御する。グラフにおいてこの位置は符号３１で示されている。次いで駆動軸４の軸方向の位置を一定に維持して、螺旋状ロータ６を回転させフライト９の一方の面の永久磁石１０、１０、…をコイル１３、１３、…に着座させる。この位置は符号３２で示されている。すなわち駆動軸４を目標停止位置２８において保持することができる。第２の方法は、まず永久磁石１０、１０、…とコイル１３、１３、…との間に所定のギャップ１６、１６が維持された状態で駆動軸４を駆動し、駆動軸４を目標停止位置２８よりもギャップ１６だけ大きい位置で停止する。グラフにおいて符号３３で示されている。次いで駆動軸４の回転を規制した状態で駆動軸４の位置をギャップ１６だけ後退させる。そうすると符号３２で示されている位置に達する。すなわち駆動軸４を目標停止位置２８において保持することができる。当業者であれば容易に理解できるように、フライト９の他方の面の永久磁石１０、１０、…をコイル１３、１３、…に着座させる場合であっても同様に２通りの方法がある。すなわち第１の方法は、永久磁石１０、１０、…とコイル１３、１３、…とが所定のギャップ１６、１６が維持される状態で駆動軸４を駆動して目標停止位置２８に達する符号３１の位置で停止し、次いで駆動軸４の軸方向の位置を一定にした状態で、螺旋状ロータ６を回転させフライト９の一方の面の永久磁石１０、１０、…をコイル１３、１３、…に着座させる。この位置が符号３４で示されている。また第２の方法は、永久磁石１０、１０、…とコイル１３、１３、…の所定のギャップ１６、１６を維持した状態で駆動軸４を駆動し、その位置が目標停止位置２８よりもギャップ１６だけ小さい位置、すなわち符号３５で示されている位置で停止する。次いで駆動軸４の回転を規制した状態で駆動軸４の位置をギャップ１６だけ前進させ、符号３４の位置で着座させる。このようにいずれの方法によっても目標停止位置２８において駆動軸４を保持できる。
【００１７】
本実施の形態に係るスパイラルモータ１の駆動軸４の位置の保持方法は色々な変形が可能である。例えば、駆動軸４を目標停止位置２８において保持するように永久磁石１０、１０、…をコイル１３、１３、…に着座させるときに、駆動軸４の回転を規制しながら軸方向の位置を変化させたり、あるいは駆動軸４の軸方向の位置を一定にしながら回転させるように説明したが、駆動軸４を回転させながら軸方向の位置も変化させて永久磁石１０、１０、…をコイル１３、１３、…に着座させてもよい。また、永久磁石１０、１０、…をコイル１３、１３、…に着座させるときに、ギャップ１６、１６だけ維持された状態からすぐに着座させるように説明したが、例えば永久磁石１０、１０、…とコイル１３、１３、…の距離を２段階あるいは３段階以上の多段階に渡って徐々に近づけるように制御し、最後に着座させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００１８】
１      スパイラルモータ        ２      ケーシング
３      軸受機構                ４      駆動軸
６      螺旋状ロータ            ７      螺旋状ステータ
９      フライト              １０      永久磁石
１２      鉄心                  １３      コイル
１４      溝                    １６      ギャップ
２８      目標停止位置
【図１】
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【図２】
2014217207.tif 000004
【図３】
2014217207.tif 000005