(57)【要約】【課題】ロータとステータの両方に対してベアリングボールの転がりが可能な球面軸受機構を有した球面モータを提供する。【解決手段】ベアリングボールを回転自在な状態で保持した保持器１０６をステータ内側カバー１０１とロータカバー１１３との間に介在させる。保持器１０６が、ステータ内側カバー１０１およびロータカバー１１３に対して相対的に動ける構造とすることで、ステータ１１０の回転時にベアリングボールがステータ内側カバー１０１に対して転がり、またロータカバー１１３に対して転がる。これにより、ベアリングボールのステータ側部材およびロータ側部材への転がりが無理なく行われる球面軸受機構が実現される。【選択図】図１
2012175892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球殻構造を有した外側部材と、
球面状の外面を有し、前記外側部材に対して相対的に回転自在な状態で前記外側部材の内側に配置された内側部材と、
前記外側部材の内面に接触しての転がりが可能で、且つ、前記内側部材の外面に接触しての転がりが可能な複数のベアリングボールと、
前記複数のベアリングボールを回転自在な状態で保持し、前記外側部材と前記内側部材との間に位置すると共に前記外側部材および前記内側部材に対して相対的に動くことが可能な保持器と
を備えることを特徴とする球面モータ。
【請求項２】
前記保持器が骨組み構造を有することを特徴とする請求項１に記載の球面モータ。
【請求項３】
前記保持器に保持された前記複数のベアリングボールは、前記保持器の前記外側部材の側および前記内側部材の側のそれぞれにおいて、前記保持器から突出した状態にあり、前記保持器が前記外側部材および前記内側部材に非接触となる状態が可能であることを特徴とする請求項２に記載の球面モータ。
【請求項４】
前記保持器が、４つのベアリングボールを回転自在な状態で保持する正方額縁状の複数の単位保持器と、
前記複数の単位保持器を接続する接続部材と
を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の球面モータ。  
【請求項５】
前記複数のベアリングボールが切頂八面体の各頂点に対応する位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の球面モータ。
【請求項６】
前記保持器が、
円周方向に沿って複数のベアリングボールを保持する複数の円環形状部と、
前記複数の円環形状部を接続する接続部材と
を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の球面モータ。
【請求項７】
前記内側部材は回転軸を有し、
前記外側部材および保持器は、前記回転軸を前記外側部材の外側に延長させるための開口部を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の球面モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータを保持する構造に特徴のある球面モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
内部が中空の球体状の構造（球殻構造）を有するステータと、その内側に配置された回転自在な球体状のロータを備えた球面モータが知られている（例えば、特許文献１参照）。球面モータは、球殻構造のステータの内側で球状のロータが３自由度以上に回転可能な構造を有している。この構造の球面モータは、球殻構造のステータの内面に、球の中心方向に向かって延在する突極が複数設けられ、この突極にステータコイル（マグネットワイヤ）が巻かれている。他方で、ロータは、球体の表面に複数のマグネットが埋め込まれている。
【０００３】
以下、球面モータの原理を簡単に説明する。まず、球面モータの中心を通る面で切断した切断面を考える。この場合、ロータの回転位置に応じて複数のステータコイルに流す励磁電流の向きを適宜切り替えることで、ロータ側のマグネットとステータ側の磁極との間で生じる磁力の向きが切り替わり、ロータが上記切断面に垂直な方向を軸として回転する。これは、１軸自由度のブラシレスモータと同じ原理である。磁極が球殻構造のステータの内面において均等な位置に配置されていれば、上記の切断断面は任意の位置で考えることができ、ロータは任意の方向を軸として回転可能となる。言い換えると、回転軸の方向を変更しての回転が可能となる。
【０００４】
ところで、球面モータでは、外側のステータの内側において、ロータが回転可能な状態で保持される構造が必要とされる。この構造として、特許文献１に記載されているような、球殻構造のステータと球面構造のロータとの間にベアリングボールを配置する球面軸受構造が提案されている。この球面軸受構造では、ベアリングボールの位置の偏りを防ぐために、ロータまたはステータ側にベアリングボールを保持する構造が配置され、そこにベアリングボールが回転自在な状態で保持される構造とされる。特許文献１には、ステータ内面に保持されたベアリングボールを空気圧で浮上させることで、ベアリングボールが自在に転がることができる状態を実現する構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−６００１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１に記載されたベアリングボールを空気圧でステータから浮かせ、ロータに接触させる構造では、ロータの回転時におけるベアリングボールのロータに対する転がり状態が得られ、それによりロータの回転を受ける球面軸受構造が実現される。しかしながら、この構造は、空気圧を送り込む機構が必要であり、実用的ではない。
【０００７】
他方において、ベアリングボールをステータの内面に接触させた状態でステータ側に保持する構造も考えられる。しかしながらこの構造は、ベアリングボールをステータに束縛する構造が必要となるので、ベアリングボールのステータに対する理想的な転がりを実現することはできない。これは、ロータ側にベアリングボールを保持させる構造とした場合にも同様にいえる。ステータおよびロータの少なくとも一方に対するベアリングボールの転がり運動が行えない場合、ベアリングボールが圧力を受けながら滑る状態となるので、ベアリングボールの磨耗が生じ、またこれに関連して球面軸受としての抵抗が増加する。これは、球面軸受構造の耐久性の低下、およびモータ効率の低下の要因となる。
【０００８】
このような背景において、本発明は、ロータとステータの両方に対してベアリングボールの転がりが可能な球面軸受機構を有した球面モ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】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、球殻構造を有した外側部材と、球面状の外面を有し、前記外側部材に対して相対的に回転自在な状態で前記外側部材の内側に配置された内側部材と、前記外側部材の内面に接触しての転がりが可能で、且つ、前記内側部材の外面に接触しての転がりが可能な複数のベアリングボールと、前記複数のベアリングボールを回転自在な状態で保持し、前記外側部材と前記内側部材との間に位置すると共に前記外側部材および前記内側部材に対して相対的に動くことが可能な保持器とを備えることを特徴とする球面モータである。
【００１０】
請求項１に記載の発明においては、保持器に保持されたベアリングボールが球殻構造を有する外側部材の内面と内側部材の球面状の外面とに接触する。そして、外側部材に対して内側部材が相対的に回転すると、保持器に保持された状態でベアリングボールが回転する。この際、保持器が外側部材および内側部材に対して相対的に動くことで、ベアリングボールが外側部材の内面に接触しつつ転がり、且つ、内側部材の外面に接触しつつ転がることが可能となる。こうして、保持器に保持された複数のベアリングボールが外側部材および内側部材に対して転がることで、外側部材に対して内側部材が相対的に回転する際に生じるベアリングボールの磨耗が抑えられ、また抵抗の発生が抑えられる。
【００１１】
ここで、外側部材の球殻構造は、一部が欠けた構造であってもよい。また、内側部材も球面構造の一部が欠けた構造であってもよい。なお、本明細書で開示する発明は、外側部材がステータで内側部材がロータである形態、外側部材がロータで内側部材がステータである形態の両方が可能である。また、ステータ側の磁極に電磁石を採用し、ロータ側の磁極に永久磁石を採用する形態、ステータ側の磁極に永久磁石を採用し、ロータ側の磁極に電磁石を採用する形態、ステータ側の磁極とロータ側の磁極の両方に電磁石を採用する形態のいずれもが可能である。なお、これらの形態の中には、ロータの回転が制限される形態もあるが、例えば眼球の動きのような限られた範囲での三次元的な回転をロータが行う構成に本発明を利用することもできる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記保持器が骨組み構造を有することを特徴とする。保持器を骨組み構造とすることで、材料使用量を減らし、また軽量化を図ることができる。また、骨組み構造とすることで、成形が容易な形状の構造部材を組み合わせて保持器を構成することが可能となり、製造コストの低減化を図ることができる。さらに、開口面積を大きくすることが可能となり、外部との信号の送受信が容易になる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記保持器に保持された前記複数のベアリングボールは、前記保持器の前記外側部材の側および前記内側部材の側のそれぞれにおいて、前記保持器から突出した状態にあり、前記保持器が前記外側部材および前記内側部材に非接触となる状態が可能であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、ベアリングボールが保持器から突出した状態で、外側部材と内側部材に同時に接触するので、保持器が外側部材に直接接触せず、且つ、内側部材に接触しない状態が可能となる。これにより、保持器と外側部材の接触による抵抗、および保持器と内側部材との接触による抵抗が抑えられ、回転時の損失が少ない球面モータが得られる。また、保持器の外側部材および内側部材に対する動きがより自由に行われるので、ベアリングボールの外側部材および内側部材に対する転がりがより理想的に行われるようになる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明において、前記保持器が、４つのベアリングボールを回転自在な状態で保持する正方額縁状の複数の単位保持器と、前記複数の単位保持器を接続する接続部材とを備えることを特徴とする。請求項４に記載の発明によれば、単位保持器と接続部材の組み合わせにより保持器が構成されるので、作製の容易な保持器の構造が提供される。また、単位保持器の組み合わせにより、特定の軸回りにおける軸受構造の対称性の確保、直交する３軸の軸回りにおける軸受構造の対称性の確保、といった選択が行える自由度が得られる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記複数のベアリングボールが切頂八面体の各頂点に対応する位置に配置されていることを特徴とする。請求項５に記載の発明によれば、直交する３軸のいずれに対しても軸周り方向におけるベアリングボールの配置の対称性が確保され、直交する３軸の回りにおける回転特性の均一性が得られる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明において、前記保持器が、円周方向に沿って複数のベアリングボールを保持する複数の円環形状部と、前記複数の円環形状部を接続する接続部材とを備えることを特徴とする。請求項６に記載の発明によれば、円環形状部の軸回りにおけるベアリングボールの配置の対称性が確保される。また、円環形状部の開口部から内側部分を露出させる構造が可能となるので、この開口部から内側部分の軸を外側に出す構造等が実現可能となる。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発明において、前記内側部材は軸部材を備え、前記外側部材および保持器は、前記軸部材を前記外側部材の外側に延長させるための開口部を備えることを特徴とする。請求項７に記載の発明によれば、内側部が軸部材を備える構造において、この軸部材を球面モータの外側に出した構造が実現される。これにより、例えば、円錐状の範囲内で三次元的な回転が可能な球面モータが得られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ロータとステータの両方に対してベアリングボールの転がりが可能な球面軸受機構を有した球面モータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】球面モータの分解斜視図である。
【図２】球面モータの断面図（Ａ）と上面図（Ｂ）である。
【図３】ロータの概要を示す分解斜視図（Ａ）と斜視図（Ｂ）である。
【図４】ロータと保持器を組み合わせた状態を示す斜視図である。
【図５】球面モータの応用例の一つを示す斜視図である。
【図６】球面モータの分解斜視図である。
【図７】保持器の斜視図（Ａ）と正面図（Ｂ）である。
【図８】単位保持器の斜視図と正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（１）第１の実施形態
（構成）
図１には、実施形態の球面モータ１００の分解斜視図が示されている。図２（Ａ）には、球面モータ１００の断面構造が示され、図２（Ｂ）には、球面モータ１００の上面図が示されている。ここで、図２（Ｂ）におけるＡ−Ａの線で切断した断面の構造が図２（Ａ）に示されている。球面モータ１００は、略球殻構造を有するステータ１０１を備えている。ステータ１０１は、略球殻構造を半分に割った構造を有するステータ構成部材１０１ａ，１０１ｂにより構成されている。ステータ１０１の内側には、滑らかな球面状の内周面を有するステータ内側カバー１０２が配置されている。
【００２２】
ステータ内側カバー１０２は、半割にされた構造のステータ内側カバー構成部材１０２ａ，１０２ｂにより構成されている。ステータ内側カバー構成部材１０２ａは、嵌め込み用突出部１０２ｃを備えている。嵌め込み用突出部１０２ｃは、ステータ構成部材１０１ａの開口部１０１ｃに嵌め込まれ、それにより、ステータ構成部材１０１ａにステータ内側カバー構成部材１０２ａが固定されている。また、ステータ内側カバー構成部材１０２ｂは、嵌め込み用突出部１０２ｄを備えている。嵌め込み用突出部１０２ｄは、ステータ構成部材１０１ｂの円筒形状を有した嵌め込み部１０１ｄに嵌め込まれ、それにより、ステータ構成部材１０１ｂにステータ内側カバー構成部材１０２ｂが固定されている。以上の構造により、ステータ１０１の内周側に、滑らかな内側球面構造を有するステータカバー１０２が固定されている。この例では、ステータ構成部材１０１ａ，１０１ｂ、およびステータ内側カバー構成部材１０２ａ，１０２ｂにより球殻構造を有する外側部材が構成されている。
【００２３】
ステータ内側カバー１０２の内側には、保持器１０６が配置される。保持器１０６は、環状のベアリングボール保持部１０３，１０５、およびこれら環状のベアリングボール保持部１０３，１０５と結合する骨格部材１０４により構成された骨組み構造を有している。環状のベアリングボール保持器１０３，１０５は、環状に延在した円周上において複数のベアリングボールを等間隔に回転自在な状態で保持している。この保持器１０６がベアリングボールを保持する構造については、後述する。
【００２４】
保持器１０６の内側には、ロータカバー１１３で覆われたロータ１１０が配置されている。図３には、ロータ１１０が示されている。ロータ１１０は、軟磁性材料で構成された内球部１１１、内球部１１１の表面に埋め込まれた永久磁石により構成される複数のロータマグネット１１２を有している。また、ロータ１１０の外面は、セラミックス等の非磁性材料により構成された外側を覆う中空形状のロータカバー１１３により覆われている。ロータカバー１１３は、外周面が滑らかな球面構造を有している。ロータカバー１１３には、内球部１１１に設けられた嵌め込み用突出部（図示せず）が嵌め込まれる開口１１３ａを備え、この開口１１３ａに内球部１１１側の上記図示しない嵌め込み用突出部が嵌め込まれることで、内球部１１１に対するロータカバー１１３の固定が行われている。この例では、ロータマグネット１１２を備えた内球部１１１およびロータカバー１１３により、球面状の外面を有し、外側部材に対して相対的に回転可能な状態で外側部材の内側に配置された内側部材が構成されている。
【００２５】
図４には、保持器１０６の内側にロータカバー１１３によって外側が覆われたロータ１１０が保持されている状態が示されている。ここで、保持器１０６を構成する環状のベアリングボール保持部１０３は、ベアリングボール保持用開口部１２１にベアリングボール１２２を回転可能な状態で保持している。ベアリングボール１２２は、等角な位置に１２個（つまり３０°毎の角度位置）が配置されている。ベアリングボール保持用開口部１２１は、図示されない裏側にも貫通している。また、ベアリングボール１２２の直径は、ベアリングボール保持部１０３を構成する部材の厚みよりも大きく設定されている。この構造により、ベアリングボール保持用開口部１２１に保持されたベアリングボール１２２が、保持器１０６から内側のロータ１１０の方向、およびこの方向と逆方向の外側の方向（ステータ１０１の方向）に同時に突出可能な構造とされている。図３（Ｂ）に示す状態のものが、図４に示されるように、保持器１０６の内側に納められている。
【００２６】
図１および図２には、ステータ１０１に配置された磁極２００が示されている。磁極２００は、軟磁性材料により構成されており、突極２０１と突極面２０２を備えている。突極２０１は、球面モータ１００の中心方向に延在する円筒形状を有し、突極面２０２は、突極２０１の先端部分にあり、ロータ側の球面構造に沿った曲面を有している。突極２０１は、バックヨークとしても機能する軟磁性材料により構成された押さえ部材２０３により、ステータ１０１に固定されている。突極２０１には、ボビン２０４が装着され、ボビン２０４には、ステータコイル２０５が巻かれている。ステータコイル２０５の巻線の端部は、端子板２０６に取り付けられた端子２０７に絡げられて接続されている。この端子２０７に図示しない駆動回路からの配線が接続される。
【００２７】
図１および図２に示す球面モータ１００では、球面の内周面を有するステータ内側カバー１０２の内径寸法、保持器１０６の形状と寸法、ベアリングボール保持用開口部１２１の内側形状と寸法、球面の外周面を有するロータカバー１１３の外径寸法が調整されることで、ステータ内側カバー１０２とロータカバー１１３にベアリングボールが接触し、且つ、保持器１０６がステータ内側カバー１０２とロータカバー１１３に接触せず、ステータ内側カバー１０２とロータカバー１１３との間の隙間に保持されることが可能となる構造が実現されている。この構造によれば、保持器１０６がステータ内側カバー１０２およびロータカバー１１３に束縛されておらず、両者に対して相対的に動くことができる。
【００２８】
また、保持器１０６およびステータ内側カバー構成部材１０２ａ，１０２ｂの互いに対向する面は、滑らかな表面仕上げとされ、本実施形態ではさらに両者の間には潤滑剤が塗布され介在する状態とされている。また、保持器１０６およびロータカバー１１３の互いに対向する面は、滑らかな表面仕上げとされ、本実施形態ではさらに両者の間には潤滑剤が塗布され介在する状態とされている。この潤滑剤の膜により、保持器１０６がステータ内側部材１０２ａ，１０２ｂおよびロータカバー１１３に対して浮き、保持器１０６の動きがよりスムーズに行われるようにされている。
【００２９】
すなわち、球面モータ１００は、ベアリングボール１２２を回転自在な状態で保持した保持器１０６をステータ側の部材であるステータ内側カバー１０２とロータ側の部材であるロータカバー１１３との間に介在させ、更に保持器１０６がステータ内側カバー１０２およびロータカバー１１３に対して自由に動ける構造を有している。
【００３０】
（動作の一例）
端子２０７に図示しない駆動回路からの配線を接続し、端子２０７に駆動電流が流れることで、磁極２００の部分が突極２０１をコアとした電磁石となる。ここで、複数の磁極２００の極性を適当なタイミングで切り替えることで、磁極２００とロータ１１０側のロータマグネット１１２との間で作用する磁力の向きが切り替わり、ステータ１０１に対して、ロータ１１０が回転する。この際、磁極２００の組み合わせを変えることで、ロータ１１０の回転軸の向きは自由に設定することができ、更にロータ１１０を回転させながら、その回転軸の向きを変更することが可能となる。つまり、ステータ１０１に対するロータ１１０の三次元的な回転が可能となる。
【００３１】
次に、ロータ１１０を回転自在な状態で保持する球面軸受機構について説明する。いま、端子２０７への通電の切り替えタイミングを調整することで、ロータ１１０が図２（Ａ）における時計周り方向に回転する場合を想定する。この場合、図４で見えているベアリングボール１２２は、図４（Ａ）の視点から見てロータ１１０と逆方向の反時計回り方向に回転する。この際、このベアリングボール１２２は、ステータ内側カバー１０２の内周面を転がり、それにより時計回りに移動する。また、このベアリングボール１２２の移動を許容するように、保持器１０６が時計回り方向に回転する。上述したように、保持器１０６がステータ内側カバー１０２およびロータカバー１１３に束縛されておらず、両者に対して相対的に動くことができるので、この動きはスムーズに行われる。
【００３２】
見方を変えると、保持器１０６がステータ内側カバー１０２およびロータカバー１１３に束縛されておらず、両者に対して相対的に自由に動くことができることで、ステータ内側カバー１０２およびロータカバー１１３に対するベアリングボール１２２の転がりが許容される。これは、図４に示されていない他のベアリングボールについても同じである。なお、保持器１０６がステータ内側カバー１０２およびロータカバー１１３の一方または両方に接触しても問題なくロータ１１０の回転を行わせることができる。
【００３３】
（優位性）
以上説明したように、球面モータ１００は、ベアリングボール１２２を回転自在な状態で保持した保持器１０６をステータ側の部材であるステータ内側カバー１０２とロータ側の部材であるロータカバー１１３との間に介在させ、更に保持器１０６をステータ内側カバー１０２およびロータカバー１１３に対して自由に動ける構造としている。こうすることで、ロータ１１０の回転時にベアリングボール１２２がステータ内側カバー１０２およびロータカバー１１３に対して転がることが可能となる。これにより、ベアリングボール１２２のステータ内側カバー１０２およびロータカバー１１３に対する転がりが阻害されることによるベアリングボール１２２の磨耗やロータ１１０の回転に対する抵抗の増加が抑えられる。
【００３４】
（応用例）
図１および図２に示す球面モータ１００では、ロータ１１０の回転を外部に出力する構成が示されていない。ロータ１１０の回転を外部に出力する構成としては、例えば、ステータ１０１に開口を設け、この開口からロータ１１０に固定した出力軸を外部に突出させる構成が挙げられる。この場合、この開口の設けられた範囲において、出力軸が自在に動き、この出力軸が回転する構成が得られる。以下、この一例を説明する。
【００３５】
図５には、球面モータ３００が示されている。球面モータ３００は、外側の円殻構造を有したステータ３０１、内側の球状のロータ３０２、ロータ３０２の回転軸３０３を備えている。ステータ３０１には、円形状に切り取られた開口部３０４が設けられ、そこから回転軸３０３が外部に出ている構造とされている。開口部３０４は、図４の円環形状のベアリングボール保持部１０３の円形の開口部分に対応して設けられている。ロータ３０２が３自由度以上に回転することで、回転軸３０３は、この開口部３０４が設けられた範囲（つまり円錐３０５の範囲）で動かすことができる。また、この範囲において、回転軸３０３を回転させることもできる。図４の保持器１０６は、円形の開口部を有しているので、図５に示すような構成に利用するのに適している。この球面モータ３００は、例えば、ロボットの関節部分の駆動機構に利用することができる。また、円錐３０５の範囲で三次元的に軸の向きを自由に動かしたいセンサー、カメラ、照明装置、マイク等の駆動機構に用いることができる。
【００３６】
図５に示す構造において、符号３０２の部分をステータとして、符号３０１の部分をロータとすることもできる。この場合、符号３０３の部分を軸部材として固定し、外側の符号３０１の部分が制限された範囲において三次元的に回転する。この構造も三次元的に指向方向を動かしたいセンサー等の駆動に利用することができる。
【００３７】
なお、球面モータの用途としては、回転軸の向きを変えることが可能なスタビライザーのような形態を考えることもできる。この場合、出力軸をステータ１０１の外側に出す必要はないので、図１の構造をそのまま利用することができる。
【００３８】
（２）第２の実施形態
第１の実施形態とは異なる構造の保持器の例を説明する。図６には、球面モータ４００が示されている。球面モータ４００において、保持器以外の構成は第１の実施形態の球面モータ１００と同じである。
【００３９】
以下、球面モータ４００の保持器以外の構成について簡単に説明する。球面モータ４００は、ステータ１０１を構成するステータ構成部材１０１ａ，１０１ｂを備えている。ステータ構成部材１０１ａの内側には、ステータ内側カバー１０２ａが取り付けられ、ステータ構成部材１０１ｂの内側には、ステータ内側カバー１０２ｂが取り付けられている。ステータ構成部材１０１ａ，１０１ｂおよびステータ内側カバー１０２ａ，１０２ｂにより、球殻構造の外側部材が構成されている。この部分の構成は、図１の球面モータ１００と同じである。
【００４０】
ステータ内側カバー１０２ａ，１０２ｂの内側には、保持器４１０、更に保持器４１０の内側に保持されたロータ１１０が配置されている。ロータ１１０の構成は、実施形態１と同じである。ここで、保持器４１０は、ステータ内側カバー１０２ａ，１０２ｂに対して相対的に回転自在な状態にあり、且つ、ロータ１１０に対しても相対的に回転自在な状態にある。この点は、第１の実施形態の場合と同じである。
【００４１】
図７（Ａ）には、保持器４１０の斜視図が示され、図７（Ｂ）には、保持器４１０の正面図が示されている。図８（Ａ）には、保持器４１０を構成する単位保持器４１１の斜視図が示され、図８（Ｂ）には、その正面図が示されている。保持器４１０は、６個の単位保持器４１１を接続部材４１２で接続した骨組み構造を有している。単位保持器４１１は、４つのベアリングボール４１３を回転自在な状態で保持し、球面に沿った湾曲した正方額縁状の構造を有する。単位保持器４１１の中央部は開口部４１４とされている。この開口部４１４は、軽量化に寄与する。また開口部４１４は、図５に示すような構造とした場合のロータ回転軸を外部に突出させるスペースとしても利用可能である。
【００４２】
単位保持器４１１は、接続部材４１２によって隣接する単位保持器と接続され、図７に示す骨組み構造(スケルトン構造)が構成されている。ベアリングボール４１３の位置は、計２４個のベアリングボール４１３が、切頂八面体の各頂点に対応する位置に配置されるように決められている。これにより、どのような向きに回転しても均等な位置配分でベアリングボールがステータ側の部材およびロータ側の部材に接触する。
【００４３】
第１の実施形態の保持器１０６と同様に、保持器４１０もステータ側の部材およびロータ側の部材から離れた状態で、ステータ側の部材およびロータ側の部材に対して自在に動くことができる構造とされている。すなわち、保持器４１０がステータ内側カバー構成部材１０２ａ，１０２ｂおよびロータカバー１１３に接触せずに両者に対して動くことが可能な構造とされている。
【００４４】
また、保持器４１０およびステータ内側カバー構成部材１０２ａ，１０２ｂの互いに対向する面は、滑らかな表面仕上げとされ、本実施形態ではさらにその間には潤滑剤が塗布され介在する状態とされている。また、保持器４１０およびロータカバー１１３の互いに対向する面は、滑らかな表面仕上げとされ、本実施形態ではさらにその間には潤滑剤が塗布され介在する状態とされている。この潤滑剤の膜により、保持器４１０がステータ内側カバー構成部材１０２ａ，１０２ｂおよびロータカバー１１３に対して浮き、保持器１４０の動きがよりスムーズに行われるようにされている。
【００４５】
この構造において、ロータ１１０が回転すると、ベアリングボール４１３がステータ内側カバー構成部材１０２ａ，１０２ｂおよびロータカバー１１３に対して転がる。また、このベアリングボール４１３の転がりに伴って保持器４１０が、ステータ内側カバー構成部材１０２ａ，１０２ｂおよびロータカバー１１３に対して動く。見方を変えると、保持器４１０がステータ内側カバー構成部材１０２ａ，１０２ｂおよびロータカバー１１３に対して動くことが可能な構造とされることで、ベアリングボール４１３がステータ内側カバー構成部材１０２ａ，１０２ｂおよびロータカバー１１３に対して無理なく転がる状態が実現される。
【００４６】
（その他）
図１に示す構造では、円環形状のベアリングボール保持器が符号１０３，１０５により示される２つであるが、更にベアリングボール保持器１０３，１０５の間に１または複数の円環形状を有したベアリングボール保持器を配置した構造も可能である。また、図６および図７に示す保持器４１０の構造を有する球面モータを図５に示す構造に適用する場合に、６個ある保持器４１１の一つを外し、この部分を利用して回転軸を開部に延長させるスペースを確保することができる。また、この保持器４１１を一つ外した部分からロータを外部に露出させることで、例えば眼球の動きを模したセンサー駆動構造を得ることも可能である。
【００４７】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、球面モータに利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１００…球面モータ、１０１…ステータ、１０１ａ，１０１ｂ…ステータ構成部材、１０１ｃ…開口部、１０１ｄ…嵌め込み部，１０２…ステータ内側カバー、１０２ａ，１０２ｂ…ステータ内側カバー構成部材、１０２ｃ，１０２ｄ…嵌め込み突出用部、１０３…ベアリングボール保持部、１０４…骨格部材、１０５…ベアリングボール保持部、１０６…保持器、１１０…ロータ、１１１…内球部、１１２…ロータマグネット、１１３…ロータカバー、１２１…ベアリングボール保持用開口部、１２２…ベアリングボール、２００…磁極、２０１…突極、２０２…突極面、２０３…押さえ部材、２０４…ボビン、２０５…コイル、２０６…端子板、２０７…端子、３００…球面モータ、３０１…ステータ、３０２…ロータ、３０３…回転軸、３０４…開口部、３０５…円錐状の範囲、４００…球面モータ、４１０…保持器、４１１…単位保持器、４１２…接続部材、４１３…ベアリングボール、４１４…開口部。
【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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