(57)【要約】【課題】Ｚ軸方向の推力中心とθ軸方向の回転中心とを一致させることができるアクチュエータを提供する。【解決手段】界磁部１には、θ軸方向とＺ軸方向に、表面がＮ極の永久磁石３ａと表面がＳ極の永久磁石３ｂが交互に格子状に並べられる。電機子部１１には、第一コア１２ａ、第一コア１２ａに対してθ軸方向に配置される第二コア１２ｂ、第一コア１２ａに対してＺ軸方向に配置される第三コア１２ｃ、及び第一ないし第三コア１２ａ〜１２ｃに巻かれる第一ないし第三コイル１３ａ〜１３ｃが設けられる。制御装置１４は、界磁部１が電機子部１１に対してθ軸方向に回転するとき、θ軸方向にトルクが発生するように、第一コイル１３ａと第二コイル１３ｂに電流を供給する。また、制御装置１４は、界磁部１が電機子部１１に対してＺ軸方向に移動するとき、Ｚ軸方向に推力が発生するように、第一コイル１３ａと第三コイル１３ｃに電流を供給する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一方向と前記第一方向に直交する第二方向に表面がＮ極の永久磁石と表面がＳ極の永久磁石が交互に格子状に並べられる界磁部と、
第一コア、前記第一コアに対して前記第一方向に配置される第二コア、前記第一コアに対して前記第二方向に配置される第三コア、及び前記第一ないし前記第三コアに巻かれる第一ないし第三コイルを有する電機子部と、
前記界磁部が前記電機子部に対して前記第一方向に相対的に移動するとき、前記第一方向に推力が発生するように、前記第一コイルと前記第二コイルに電流を供給し、前記界磁部が前記電機子部に対して前記第二方向に相対的に移動するとき、前記第二方向に推力が発生するように、前記第一コイルと前記第三コイルに電流を供給する制御装置と、を備えるアクチュエータ。
【請求項２】
第一方向と前記第一方向に直交する第二方向に表面がＮ極の永久磁石と表面がＳ極の永久磁石が交互に格子状に並べられる界磁部と、
第一コア、前記第一コアに対して前記第一方向に配置される第二コア、前記第一コアに対して前記第二方向に配置される第三コア、前記第一コアに対して斜め方向に配置される第四コア、及び前記第一ないし前記第四コアに巻かれる第一ないし第四コイルを有する電機子部と、
前記界磁部が前記電機子部に対して前記第一方向に相対的に移動するとき、前記第一方向に推力が発生するように、前記第一コイルと前記第二コイル、又は、前記第三コイルと前記第四コイルに電流を供給し、前記界磁部が前記電機子部に対して前記第二方向に相対的に移動するとき、前記第二方向に推力が発生するように、前記第一コイルと前記第三コイル、又は、前記第二コイルと前記第四コイルに電流を供給する制御装置と、を備えるアクチュエータ。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記界磁部が前記電機子部に対して前記第一方向に相対的に移動するとき、前記第一コイルを励磁し、その後、前記第二コイルを励磁し、又は、前記第三コイルを励磁し、その後、前記第四コイルを励磁し、
前記界磁部が前記電機子部に対して前記第二方向に相対的に移動するとき、前記第一コイルを励磁し、その後、前記第三コイルを励磁し、又は、前記第二コイルを励磁し、その後、前記第四コイルを励磁することを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記界磁部が前記電機子部に対して前記斜め方向に相対的に移動するとき、前記第一コイルを励磁し、その後、前記第二コイルと前記第三コイルとを同時に励磁し、その後、前記第四コイルを励磁することを特徴とする請求項２又は３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記第一方向に隣り合う前記第一コアと前記第二コアは、τ１／４＋ｎ１×τ１ずれた位置に配置され、
前記第二方向に隣り合う前記第一コアと前記第三コアは、τ２／４＋ｎ２×τ２ずれた位置に配置されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
ここで、τ１は前記界磁部の前記第一方向のＮ−Ｎ間ピッチ、ｎ１は０以上の整数、τ２は前記界磁部の前記第二方向のＮ−Ｎ間ピッチ、ｎ２は０以上の整数。
【請求項６】
前記電機子部は、前記第一方向に前記第一コア及び前記第二コアを含む少なくとも３つのコアを有すると共に、前記第二方向に前記第一コア及び前記第三コアを含む少なくとも３つのコアを有し、
前記第一方向に隣り合う一対の前記コアは、τ１／６＋ｎ１×τ１ずれた位置に配置され、
前記第二方向に隣り合う一対の前記コアは、τ２／６＋ｎ２×τ２ずれた位置に配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
ここで、τ１は前記界磁部の前記第一方向のＮ−Ｎ間の磁極ピッチ、ｎ１は０以上の整数、τ２は前記界磁部の前記第二方向のＮ−Ｎ間の磁極ピッチ、ｎ２は０以上の整数。
【請求項７】
前記第一ないし前記第三コアそれぞれは、前記第一ないし前記第三コイルそれぞれが巻かれる本体部と、前記本体部に対して鉤爪状に曲げられた両端部と、を有し、
前記両端部が前記界磁部の前記永久磁石にすきまを介して対向することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記第一ないし前記第三コアそれぞれは、前記第一ないし前記第三コイルそれぞれが巻かれるティースを有し、前記ティースの先端が前記界磁部の前記永久磁石にすきまを介して対向することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記第一方向がθ軸方向であり、
前記第二方向がＺ軸方向であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばθ軸方向とＺ軸方向の２軸方向に駆動が可能なアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体、電子部品などの実装装置のピック＆プレース機構、各種の検査装置には、θ軸方向（すなわち回転方向）とＺ軸方向に駆動が可能なＺθアクチュエータが使用される。ピック＆プレース機構にＺθアクチュエータを使用する場合、Ｚ軸にてワークを持ち上げ、θ軸にてワークの角度の位置決めをし、再びＺ軸にてワークを実装位置に押し付ける。
【０００３】
従来のＺθアクチュエータとして、Ｚ軸用のモータ（すなわちＺ軸方向に推力を発生させるＺ電機子）と、θ軸用のモータ（すなわちθ軸方向に推力を発生させるθ電機子）と、を備えるものが知られている（特許文献１参照）。界磁部は、Ｚ軸方向に磁極を形成するＺ界磁と、θ軸方向に磁極を形成するθ界磁とから構成される。Ｚ電機子のコイルを励磁すると、Ｚ軸方向に推力が発生し、界磁部に対して電機子部がＺ軸方向に相対的に移動する。θ電機子のコイルを励磁すると、θ軸方向に推力（すなわちトルク）が発生し、界磁部に対して電機子部がθ軸方向に相対的に回転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−６０８５３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、従来のＺθアクチュエータにあっては、Ｚ軸用のモータとθ軸用のモータとが別々であるので、Ｚ軸方向の推力中心とθ軸方向の回転中心とが僅かにずれる。これが原因で、Ｚ軸方向のワークの上昇・下降に伴って、せっかく位置決めしたθ軸に微小な位置ずれが生ずる場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、Ｚ軸方向の推力中心とθ軸方向の回転中心とを一致させることができるアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、第一方向と前記第一方向に直交する第二方向に表面がＮ極の永久磁石と表面がＳ極の永久磁石が交互に格子状に並べられる界磁部と、第一コア、前記第一コアに対して前記第一方向に配置される第二コア、前記第一コアに対して前記第二方向に配置される第三コア、及び前記第一ないし前記第三コアに巻かれる第一ないし第三コイルを有する電機子部と、前記界磁部が前記電機子部に対して前記第一方向に相対的に移動するとき、前記第一方向に推力が発生するように、前記第一コイルと前記第二コイルに電流を供給し、前記界磁部が前記電機子部に対して前記第二方向に相対的に移動するとき、前記第二方向に推力が発生するように、前記第一コイルと前記第三コイルに電流を供給する制御装置と、を備えるアクチュエータである。
【０００８】
本発明の他の態様は、第一方向と前記第一方向に直交する第二方向に表面がＮ極の永久磁石と表面がＳ極の永久磁石が交互に格子状に並べられる界磁部と、第一コア、前記第一コアに対して前記第一方向に配置される第二コア、前記第一コアに対して前記第二方向に配置される第三コア、前記第一コアに対して斜め方向に配置される第四コア、及び前記第一ないし前記第四コアに巻かれる第一ないし第四コイルを有する電機子部と、前記界磁部が前記電機子部に対して前記第一方向に相対的に移動するとき、前記第一方向に推力が発生するように、前記第一コイルと前記第二コイル、又は、前記第三コイルと前記第四コイルに電流を供給し、前記界磁部が前記電機子部に対して前記第二方向に相対的に移動するとき、前記第二方向に推力が発生するように、前記第一コイルと前記第三コイル、又は、前記第二コイルと前記第四コイルに電流を供給する制御装置と、を備えるアクチュエータである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、第一方向（例えばθ軸方向）に推力（例えばトルク）を発生させるための第一コア及び第一コイルと、第二方向（例えばＺ軸方向）に推力を発生させるための第一コア及び第一コイルと、を兼用する。このため、Ｚ軸方向の推力中心とθ軸方向の回転中心とを一致させることができる。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、第一ないし第四コアの少なくとも一つ及び第一ないし第四コイルの少なくとも一つを、第一方向（例えばθ軸方向）に推力（例えばトルク）を発生させるときと、第二方向（例えばＺ軸方向）に推力を発生させるときとで兼用する。このため、Ｚ軸方向の推力中心とθ軸方向の回転中心とを一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一の実施形態のアクチュエータの斜視図である。
【図２】本実施形態のアクチュエータの側面図である。
【図３】本実施形態のアクチュエータの正面図である。
【図４】図１のIV部拡大図（コア及びコイルの側面図）である。
【図５】平面に展開した永久磁石とコイルを示す図である。
【図６】本実施形態のアクチュエータがθ軸方向に回転する原理を説明する図である。
【図７】本実施形態のアクチュエータがＺ軸方向に移動する原理を説明する図である。
【図８】本実施形態のアクチュエータが斜め方向に移動する原理を説明する図である。
【図９】本発明の第二の実施形態のアクチュエータに組み込まれるコア及びコイルの側面図である。
【図１０】本発明の第二の実施形態のアクチュエータにおける、平面に展開した永久磁石とコイルを示す図である。
【図１１】本発明の第三の実施形態のアクチュエータにおける、平面に展開した永久磁石とコイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態のアクチュエータを詳細に説明する。ただし、本発明のアクチュエータは種々の形態で具体化することができ、明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。
（第一の実施形態）
【００１３】
図１は本発明の第一の実施形態のアクチュエータの斜視図、図２は側面図、図３は正面図である。図１において、１が界磁部、２が軸、３ａが表面がＮ極の永久磁石、３ｂが表面がＳ極の永久磁石、１１が電機子部、１２がコア、１３がコイルである。電機子部１１が固定子を構成し、界磁部１が可動子を構成する。本実施形態のアクチュエータは、２相Ｚθステッピングモータである。電機子部１１のコイル１３の励磁を切り替えると、θ軸方向に推力（すなわちトルク）が発生し、界磁部１が一定のステップ角でθ軸方向に回転する。また、電機子部１１のコイル１３の励磁を切り替えると、Ｚ軸方向に推力が発生し、界磁部１が一定のステップ量でＺ軸方向に移動する。
【００１４】
界磁部１は、軸２と、軸２の表面に取り付けられる多数の永久磁石３ａ，３ｂと、Ｚ軸方向に隣接する一対の永久磁石３ａ，３ｂを覆う多数のカバー４と、を備える。軸２は、Ｚ軸方向に細長く、断面が多角形（この実施形態では六角形）である。軸２の形状は、円柱状又は円筒状にすることもできる。
【００１５】
図３に示すように、軸２には、第一方向であるθ軸方向に表面をＮ極とする永久磁石３ａと表面をＳ極とする永久磁石３ｂが一定のピッチで交互に並べられる。図中λ１はＮ−Ｓ間ピッチであり、λ１＝τ１（すなわちＮ−Ｎ間ピッチ）／２である。この実施形態では、θ軸方向に合計で６個の永久磁石３ａ，３ｂが並べられる。
【００１６】
図２に示すように、軸２には、第二方向であるＺ軸方向に表面をＮ極とする永久磁石３ａと表面をＳ極とする永久磁石３ｂが一定のピッチλ２で交互に並べられる。λ２はＮ−Ｓ間ピッチであり、λ２＝τ２（すなわちＮ−Ｎ間ピッチ）／２である。図１ないし３において、表面をＮ極とする永久磁石３ａに斜線を付記し、表面をＳ極とする永久磁石３ｂにドットを付記する。
【００１７】
図２及び図３に示すように、多数の永久磁石３ａ，３ｂは、θ軸方向及びＺ軸方向に一定の間隔で格子状（言い換えればマトリクス状）に並べられる。Ｚ軸方向に隣接する永久磁石３ａと永久磁石３ｂ（図２参照）とは、θ軸方向の位置が一致する（図３参照）。θ軸方向に隣接する永久磁石３ａと永久磁石３ｂ（図３参照）とは、Ｚ軸方向の位置が一致する（図２参照）。このため、界磁部１には、θ軸方向にもＺ軸方向にも交互に格子状にＮ極とＳ極が形成される。
【００１８】
図１に示すように、界磁部１の周囲には、多数のコア１２及び多数のコイル１３が周方向及び軸方向に並べられる。この実施形態では、θ軸方向に１２個のコア１２及び１２個のコイル１３が一定のピッチで並べられ、Ｚ軸方向に４列のコア１２及びコイル１３が一定のピッチで並べられる。なお、図１、図２にはＺ軸方向に４列のコア１２及びコイル１３が図示されているが、コア１２及びコイル１３の最小列数は２である。
【００１９】
各コア１２は互いに分離している。コア１２及びコイル１３は、図示しない円筒状のケースに固定される。
【００２０】
図４は、コア１２及びコア１２に巻かれるコイル１３の側面図を示す。コア１２は、Ｚ軸方向に細長い板状の本体部１６と、本体部１６から界磁部１に向かって鉤爪状に曲げられた両端部１７ａ，１７ｂと、を有する。本体部１６には、コイル１３が巻かれる。両端部１７ａ，１７ｂは、コイル１３から突出しており、界磁部１の永久磁石３ａ，３ｂにすきまを介して対向する。コイル１３を励磁すると、コア１２の両端部１７ａ，１７ｂがＮ極及びＳ極に着磁される。両端部１７ａ，１７ｂの磁極間ピッチＰ１は、永久磁石３ａ，３ｂのＺ軸方向のＮ−Ｓ間ピッチλ２（図２参照）に等しい。
【００２１】
図３に示すように、θ軸方向に隣り合う一対のコア１２ａ，１２ｂは、τ１／４ずれた位置に配置される。すなわち、隣り合う一対のコア１２ａ，１２ｂのうち、一方のコア１２ａが永久磁石３ａのＮ極の直上にあるとき、他方のコア１２ｂは永久磁石３ａと永久磁石３ｂの中間にある。ここで、隣り合う一対のコア１２ａ，１２ｂをτ１／４＋ｎ１×τ１（ｎ１は０以上の整数）ずれた位置に配置することもできる。
【００２２】
図２に示すように、Ｚ軸方向に隣り合う一対のコア１２ａ，１２ｃは、τ２×５／４ずれた位置に配置される（図５も参照）。すなわち、隣り合う一対のコア１２ａ，１２ｃのうち、一方のコア１２ａの両端部１７ａ，１７ｂが永久磁石３ａ，３ｂの直上にあるとき、他方のコア１２ｃの両端部１７ａ，１７ｂは永久磁石３ａ，３ｂの中間にある（図５も参照）。ここで、隣り合う一対のコア１２ａ，１２ｃをτ２／４＋ｎ２×τ２（ｎ２は０以上の整数）ずれた位置に配置することもできる。
【００２３】
図２に示すように、コイル１３は４つで１つのコイルユニットを構成する。すなわち、Ａ相コイル１３ａ、Ｂ相コイル１３ｂ、Ｃ相コイル１３ｃ、Ｄ相コイル１３ｄが、１つのコイルユニットを構成する。Ａ相コイル１３ａと／Ａ相コイル１３ａ´は、同時に逆方向に電流が流れるように結線される。同様に、Ｂ相コイル１３ｂと／Ｂ相コイル１３ｂ´、Ｃ相コイル１３ｃと／Ｃ相コイル１３ｃ´、Ｄ相コイル１３ｄと／Ｄ相コイル１３ｄ´は、同時に逆方向に電流が流れるように結線される。
【００２４】
コア１２も４つで１つのコアユニットを構成する。すなわち、Ａ相コア１２ａ、Ｂ相コア１２ｂ、Ｃ相コア１２ｃ、Ｄ相コア１２ｄが１つのコアユニットを構成する。
【００２５】
制御装置１４は、界磁部１をθ軸方向に回転させるとき、Ａ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂ、又は、Ｃ相コイル１３ｃとＤ相コイル１３ｄに位相をずらした電流を供給する。また、制御装置１４は、界磁部１をＺ軸方向に移動させるとき、Ａ相コイル１３ａとＣ相コイル１３ｃ、又は、Ｂ相コイル１３ｂとＤ相コイル１３ｄに位相をずらした電流を供給する。界磁部１がθ軸方向及びＺ軸方向に駆動される原理は後述する。
【００２６】
図５は、平面に展開した永久磁石３ａ，３ｂとコイル１３ａ〜１３ｄ，１３ａ´〜１３ｄ´を示す。上記のように、θ軸方向に隣接するＡ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂとの間隔は、τ１／４である。Ｚ軸方向に隣接するＡ相コイル１３ａとＣ相コイル１３ｃとの間隔は、τ２×５／４である。
【００２７】
本実施形態のアクチュエータにおいて、Ａ相コイル１３ａが第一コイルである。Ａ相コイル１３ａに対してθ軸方向に配置されたＢ相コイル１３ｂが第二コイルである。Ａ相コイル１３ａに対してＺ軸方向に配置されたＣ相コイル１３ｃが第三コイルである。Ａ相コイル１３ａに対して斜め方向（θ軸方向にもＺ軸方向にも傾斜する方向）に配置されたＤ相コイル１３ｄが第四コイルである。Ａ相コア１２ａ、Ｂ相コア１２ｂ、Ｃ相コア１２ｃ、Ｄ相コア１２ｄが、それぞれ第一コア、第二コア、第三コア、第四コアである。
【００２８】
図５に示すように、Ａ相コイル１３ａを励磁すると、Ａ相コイル１３ａの左端部がＮ極に着磁され、Ａ相コイル１３ａの右端部がＳ極に着磁される。／Ａ相コイル１３ａ´には、Ａ相コイル１３ａと逆方向の電流が供給されるので、／Ａ相コイル１３ａ´の左端部がＳ極に着磁され、／Ａ相コイル１３ａ´の右端部がＮ極に着磁される。Ａ相コイル１３ａ、／Ａ相コイル１３ａ´の両端部の磁極と永久磁石３ａ，３ｂとが互いに引き付け合うので、電機子部１１が図５に示す位置に静止する。
【００２９】
図６を参照して、本実施形態のアクチュエータがθ軸方向に回転する原理を説明する。以下では、説明の便宜上、電機子部１１が界磁部１に対してθ軸プラス方向に回転するものとする。表１は、Ａ相〜Ｄ相コイル１３ａ〜１３ｄの励磁パターンを示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１におけるＮ，Ｓは、図６におけるコイル１３ａ〜１３ｄの左端部に発生する磁極を示す。×はコイル１３ａ〜１３ｄが通電されていないことを意味する。
【００３２】
まず、Ｓ１において、Ａ相コイル１３ａを励磁すると、Ａ相コイル１３ａ、／Ａ相コイル１３ａ´の両端部には、Ｓ１に示す磁極が形成される。電機子部１１は、Ｓ１で示す位置で吸引され、安定的に静止する。
【００３３】
次に、Ｓ２に移り、Ａ相コイル１３ａの励磁を停止し、Ｂ相コイル１３ｂを励磁する。すると、Ｂ相コイル１３ｂ、／Ｂ相コイル１３ｂ´の両端部には、Ｓ２に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ１の位置からτ１／４だけθ軸プラス方向に回転して静止する。このτ１／４がステップ角である。
【００３４】
次に、Ｓ３に移り、Ｂ相コイル１３ｂの励磁を停止し、Ａ相コイル１３ａを逆向きの電流が流れるように励磁する。すると、Ａ相コイル１３ａ、／Ａ相コイル１３ａ´の両端部には、Ｓ３に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ２の位置からさらにτ１／４だけθ軸プラス方向に回転して静止する。
【００３５】
次に、Ｓ４に移り、Ａ相コイル１３ａの励磁を停止し、Ｂ相コイル１３ｂを逆向きの電流が流れるように励磁する。すると、Ｂ相コイル１３ｂ、／Ｂ相コイル１３ｂ´の両端部には、Ｓ４に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ３の位置からさらにτ１／４だけθ軸プラス方向に回転して静止する。
【００３６】
次に、Ｓ１に戻る。以下、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を繰り返すことで、１ステップずつ歩進する。以上がθ軸方向の回転原理である。
【００３７】
この回転原理から、Ａ相コイル１３ａ、Ｂ相コイル１３ｂに９０°の位相差を持つ交流を流せば、同期モータと同様に電機子部１１に回転磁界が発生し、界磁部１がその回転磁界に吸引されながら回転磁界の同期速度で回転することがわかる。したがって、本実施形態のアクチュエータは、ステッピングモータだけでなく、同期モータにも適用できる。
【００３８】
図７を参照して、本実施形態のアクチュエータがＺ軸方向に移動する原理を説明する。表２は、Ａ相〜Ｄ相コイル１３ａ〜１３ｄの励磁パターンを示す。
【００３９】
【表２】
2018019477.tif 000004
【００４０】
表２におけるＮ，Ｓは、図７におけるコイル１３ａ〜１３ｄの左端部に発生する磁極を示す。×はコイル１３ａ〜１３ｄが通電されていないことを意味する。
【００４１】
まず、Ｓ１において、Ａ相コイル１３ａを励磁すると、Ａ相コイル１３ａ、／Ａ相コイル１３ａ´の両端部には、Ｓ１に示す磁極が形成される。電機子部１１は、Ｓ１で示す位置で吸引され、安定的に静止する。
【００４２】
次に、Ｓ２に移り、Ａ相コイル１３ａの励磁を停止し、Ｃ相コイル１３ｃを励磁する。すると、Ｃ相コイル１３ｃ、／Ｃ相コイル１３ｃ´の両端部には、Ｓ２に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ１の位置からτ２／４だけＺ軸プラス方向に移動して静止する。このτ２／４がステップ量である。
【００４３】
次に、Ｓ３に移り、Ｃ相コイル１３ｃの励磁を停止し、Ａ相コイル１３ａを逆向きの電流が流れるように励磁する。すると、Ａ相コイル１３ａ、／Ａ相コイル１３ａ´の両端部には、Ｓ３に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ２の位置からさらにτ２／４だけＺ軸プラス方向に移動して静止する。
【００４４】
次に、Ｓ４に移り、Ａ相コイル１３ａの励磁を停止し、Ｃ相コイル１３ｃを逆向きの電流が流れるように励磁する。すると、Ｃ相コイル１３ｃ、／Ｃ相コイル１３ｃ´の両端部には、Ｓ４に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ３の位置からさらにτ２／４だけＺ軸プラス方向に移動して静止する。
【００４５】
次に、Ｓ１に戻る。以下、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を繰り返すことで、１ステップずつ歩進する。以上がＺ軸プラス方向の移動原理である。
【００４６】
この移動原理から、Ａ相コイル１３ａ、Ｃ相コイル１３ｃに９０°の位相差を持つ交流を流せば、同期モータと同様に電機子部１１に移動磁界が発生し、界磁部１がその移動磁界に吸引されながら移動磁界の同期速度で移動することがわかる。したがって、本実施形態のアクチュエータは、ステッピングモータだけでなく、同期モータにも適用できる。
【００４７】
本実施形態のアクチュエータによれば、θ軸方向トルクを発生させるためのＡ相コア１２ａ及びＡ相コイル１３ａと、Ｚ軸方向に推力を発生させるためのＡ相コア１２ａ及びＡ相コイル１３ａと、を兼用する。このため、Ｚ軸方向の推力中心とθ軸方向の回転中心とを一致させることができる。また、１つの制御装置１４でＺ軸方向へもθ軸方向へも界磁部１を駆動させることができるので、θ電機子とＺ電機子を別々に設けた場合に比べて、制御装置を減らすことができる。さらに、θ電機子とＺ電機子を別々に設けた場合に比べて、コイルの数を減らすことができるので、コンパクトなアクチュエータが得られる。
【００４８】
図６において、θ軸プラス方向に電機子部１１を回転させるために、Ａ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂを励磁している。しかし、電機子部１１が図７のＳ２に示す位置に静止しているときは、Ａ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂを励磁しても、電機子部１１をθ軸プラス方向に回転させることができない。Ａ相コイル１３ａ及びＢ相コイル１３ｂの両端部の磁極が永久磁石３ａ，３ｂの中間に位置するからである。この場合、Ｃ相コイル１３ｃ及びＤ相コイル１３ｄを励磁する必要がある。
【００４９】
また、図７において、Ｚ軸プラス方向に電機子部１１を移動させるために、Ａ相コイル１３ａとＣ相コイル１３ｃを励磁している。しかし、電機子部１１が図６のＳ２に示す位置に静止しているときは、Ａ相コイル１３ａとＣ相コイル１３ｃを励磁しても、電機子部１１を移動させることができない。Ａ相コイル１３ａ及びＣ相コイル１３ｃの両端部の磁極が永久磁石３ａ，３ｂの中間に位置するからである。この場合、Ｂ相コイル１３ｂ及びＤ相コイル１３ｄを励磁する必要がある。
【００５０】
図８を参照して、本実施形態のアクチュエータが斜め方向に移動する原理を説明する。表３は、Ａ相〜Ｄ相コイル１３ａ〜１３ｄの励磁パターンを示す。
【００５１】
【表３】
2018019477.tif 000005
【００５２】
表３におけるＮ，Ｓは、図８におけるコイル１３ａ〜１３ｄの左端部に発生する磁極を意味する。×はコイル１３ａ〜１３ｄが通電されていないことを意味する。
【００５３】
まず、Ｓ１において、Ａ相コイル１３ａを励磁すると、Ａ相コイル１３ａ、／Ａ相コイル１３ａ´の両端部には、Ｓ１に示す磁極が形成される。電機子部１１は、Ｓ１で示す位置で吸引され、安定的に静止する。
【００５４】
次に、Ｓ２に移り、Ａ相コイル１３ａの励磁を停止し、Ｂ相コイル１３ｂ及びＣ相コイル１３ｃを励磁する。すると、Ｂ相コイル１３ｂ、Ｃ相コイル１３ｃ、／Ｂ相コイル１３ｂ´、／Ｃ相コイル１３ｃ´の両端部には、Ｓ２に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ１の位置からτ１／８だけθ軸プラス方向に回転し、τ２／８だけＺ軸プラス方向に移動して静止する。Ｂ相コイル１３ｂとＣ相コイル１３ｃとを同時に励磁するのは、次のＳ３でＤ相コイル１３ｄを励磁したとき、電機子部１１の回転及び移動が不安定になるのを防止するためである。
【００５５】
次に、Ｓ３に移り、Ｂ相コイル１３ｂ及びＣ相コイル１３ｃの励磁を停止し、Ｄ相コイル１３ｄを励磁する。すると、Ｄ相コイル１３ｄ、／Ｄ相コイル１３ｄ´の両端部には、Ｓ３に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ２の位置からさらにτ１／８だけθ軸プラス方向に回転し、τ２／８だけＺ軸プラス方向に移動して静止する。
【００５６】
次に、Ｓ４に移り、Ｄ相コイル１３ｄの励磁を停止し、Ｂ相コイル１３ｂ及びＣ相コイル１３ｃを逆向きの電流が流れるように励磁する。すると、Ｂ相コイル１３ｂ、Ｃ相コイル１３ｃ、／Ｂ相コイル１３ｂ´、／Ｃ相コイル１３ｃ´の両端部には、Ｓ４に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ３の位置からさらにτ１／８だけθ軸プラス方向に回転し、τ２／８だけＺ軸プラス方向に移動して静止する。
【００５７】
次に、Ｓ５に移り、Ｂ相コイル１３ｂ及びＣ相コイル１３ｃの励磁を停止し、Ａ相コイル１３ａを励磁する。すると、Ａ相コイル１３ａ、／Ａ相コイル１３ａ´の両端部には、Ｓ５に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ４の位置からさらにτ１／８だけθ軸プラス方向に回転し、τ２／８だけＺ軸プラス方向に移動して静止する。以下、Ｓ１〜Ｓ５を繰り返すことで、電機子部１１は、斜め方向に移動する。以上が斜め方向の移動原理である。
（第二の実施形態）
【００５８】
図９は、本発明の第二の実施形態のアクチュエータに用いられるコア２２及びコイル２３を示す。第一の実施形態では、クローポール（Claw Pole）式のコアを用いているが、第二の実施形態では、櫛歯式のコア２２を用いる。界磁部１、電機子部１１の全体的な構成は、第一の実施形態と同一である。
【００５９】
図９に示すように、コア２２は板状の本体部２２ａと、本体部２２ａから界磁部１に向かって突出するティース２２ｂと、を有する。ティース２２ｂにコイル２３が巻かれる。ティース２２ｂの先端が界磁部１の永久磁石３ａ，３ｂにすきまを介して対向する。コイル２３を励磁すると、ティース２２ｂの先端にＮ極又はＳ極の磁極が形成される。なお、環状磁性体の内周から複数のティースが界磁部１に向かって突き出るようにコアを形成することもできる。
【００６０】
図１０は、平面に展開した永久磁石３ａ，３ｂ、コイル１３ａ〜１３ｄを示す。第二の実施形態のアクチュエータは、第一の実施形態と同様に、２相Ｚθステッピングモータである。コイル１３ａ〜１３ｄは、第一の実施形態と同様に、Ａ相コイル１３ａ、Ｂ相コイル１３ｂ、Ｃ相コイル１３ｃ、Ｄ相コイル１３ｄに分類される。θ軸方向に隣接する一対のコイル１３ａ，１３ｂ間の間隔は、τ１／４である。Ｚ軸方向に隣接する一対のコイル１３ａ，１３ｃ間の間隔は、τ２／４である。
【００６１】
第二の実施形態においても、第一の実施形態と同様にＡ相〜Ｄ相コイル１３ａ〜１３ｄを励磁することで、電機子部１１をθ軸方向に１ステップずつ回転させ、Ｚ軸方向に１ステップずつ移動させることができる。また、斜め方向に移動させることができる。
（第三の実施形態）
【００６２】
図１１は、平面に展開した本発明の第三の実施形態の永久磁石３ａ，３ｂ、コイルを示す。第三の実施形態では、第二の実施形態と同様に、コアは櫛歯式である。
【００６３】
第三の実施形態のアクチュエータは、３相Ｚθステッピングモータである。コイルは、Ａ１〜Ａ４相コイル、Ｂ１〜Ｂ４相コイル、Ｃ１〜Ｃ４相コイルに分類される。／Ａ１〜／Ａ４相コイルには、Ａ１〜Ａ４相コイルと同時に逆方向に電流が流れるように結線される。θ軸方向に隣接する一対のコイルＡ１，Ｂ１間の間隔は、τ１／６である。Ｚ軸方向に隣接する一対のＡ１，Ａ２間の間隔は、τ２／６である。
【００６４】
Ａ１相コイル及びＡ４相コイルを励磁すると、電機子部３１は図１１に示す位置で静止する。次に、Ａ１相コイル及びＡ４相コイルの励磁を停止し、Ｃ１相コイル及びＣ４相コイルを励磁すると、電機子部１１はθ軸プラス方向にτ１／６だけ歩進する。次に、Ｃ１相コイル及びＣ４相コイルの励磁を停止し、Ｂ１相コイル及びＢ４相コイルを励磁すると、電機子部３１はθ軸プラス方向にτ１／６だけ歩進する。次に、Ｂ１相コイル及びＢ４相コイルの励磁を停止し、Ａ１相コイル及びＡ４相コイルに逆向きの電流が流れるように励磁すると、電機子部３１はθ軸プラス方向にτ１／６だけ歩進する。上記を繰り返すことで、θ軸プラス方向に１ステップずつ歩進する。以上がθ軸プラス方向の回転原理である。
【００６５】
この回転原理から、Ａ１，Ｂ１，Ｃ１相コイル、及びＡ４，Ｂ４，Ｃ４相コイルに１２０°の位相差を持つ交流を流せば、同期モータと同様に電機子部３１に回転磁界が発生し、界磁部１がその回転磁界に吸引されながら回転磁界の同期速度で回転することがわかる。したがって、本実施形態のアクチュエータは、ステッピングモータだけでなく、同期モータにも適用できる。
【００６６】
図１１に示す静止位置から、Ａ１相コイル及びＡ４相コイルの励磁を停止し、Ａ３相コイルを励磁すると、電機子部３１はＺ軸プラス方向にτ２／６だけ歩進する。次にＡ３相コイルの励磁を停止し、Ａ２相コイルを励磁すると、電機子部３１はＺ軸プラス方向にτ２／６だけ歩進する。次に、Ａ２相コイルの励磁を停止し、Ａ１相コイル及びＡ４相コイルに逆向きの電流が流れるように励磁すると、電機子部３１はＺ軸プラス方向にτ１／６だけ歩進する。上記を繰り返すことで、Ｚ軸プラス方向に１ステップずつ歩進する。以上がＺ軸プラス方向の移動原理である。
【００６７】
この移動原理から、Ａ１，Ａ２，Ａ３相コイルに１２０°の位相差を持つ交流を流せば、同期モータと同様に電機子部３１に移動磁界が発生し、界磁部１がその移動磁界に吸引されながら移動磁界の同期速度で移動することがわかる。したがって、本実施形態のアクチュエータは、ステッピングモータだけでなく、同期モータにも適用可能である。
【００６８】
なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲でさまざまな実施形態に具現化可能である。
【００６９】
上記実施形態では、本発明のアクチュエータをＺθステッピングモータに適用した例を説明したが、上記のように本発明のアクチュエータをＺθ同期モータに適用することもできる。
【００７０】
上記実施形態では、アクチュエータをθ軸方向とＺ軸方向に駆動させる例を説明したが、アクチュエータを平面内のＸ軸方向とＹ軸方向に駆動させることもできる。
【００７１】
電機子部に対する界磁部の移動は相対的なものであり、界磁部が移動しても電機子部が移動してもよい。
【００７２】
Ａ相〜Ｄ相コイルの駆動方式は限定されるものではない。例えば、バイポーラ駆動することも、ユニポーラ駆動することもできる。また、１相励磁することも、２相励磁することもできる。１相励磁で駆動可能ならば、２相励磁でも必ず動作する。さらに、マイクロステップ駆動することもできる。
【符号の説明】
【００７３】
１…界磁部、３ａ…表面がＮ極の永久磁石、３ｂ…表面がＳ極の永久磁石、１１…電機子部、１２…コア、１２ａ…Ａ相コア（第一コア）、１２ｂ…Ｂ相コア（第二コア）、１２ｃ…Ｃ相コア（第三コア）、１２ｄ…Ｄ相コア（第四コア）、１３…コイル、１３ａ…Ａ相コイル（第一コイル）、１３ｂ…Ｂ相コイル（第二コイル）、１３ｃ…Ｃ相コイル（第三コイル）、１３ｄ…Ｄ相コイル（第四コイル）、１４…制御装置、１６…コアの本体部、１７ａ，１７ｂ…コアの両端部、２２…コア、２２ｂ…ティース、２３…コイル、３１…電機子部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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