(57)【要約】【課題】半導体上のパターン配線と、半導体内に位置検出回路、制御回路を形成することによってブラシレスの簡単な構造の小型コアレスレスモーターを提供する。【解決手段】対向配置された基体と、前記基体に回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に直交し、前記回転軸に固定され前記基体の対向領域内で回転可能に配置される磁石と、を備える回転子と、前記基体の対向する一方の面、または両方の面に固定され、前記磁石と前記基体との間に配置される半導体装置と、を備え、前記磁石は、前記回転軸中心に対して円周方向にＮ極とＳ極と、を交互に配置され、前記半導体装置は、前記回転軸中心を通る放射方向の直線に平行に延伸された１以上の駆動配線と、前記駆動配線の電流を制御する制御回路と、前記磁石の前記半導体装置との相対位置を検出するセンサーを含む検出回路と、を含むモーター。【選択図】図１
2012125041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された基体と、
前記基体に回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に直交し、前記回転軸に固定され前記基体の対向領域内で回転可能に配置される磁石と、を備える回転子と、
前記基体の対向する一方の面、または両方の面に固定され、前記磁石と前記基体との間に配置される半導体装置と、を備え、
前記磁石は、前記回転軸中心に対して円周方向にＮ極とＳ極と、を交互に配置され、
前記半導体装置は、前記回転軸中心を通る放射方向の直線に平行に延伸された１以上の駆動配線と、前記駆動配線の電流を制御する制御回路と、前記磁石の前記半導体装置との相対位置を検出するセンサーを含む検出回路と、を含む、
ことを特徴とするモーター。
【請求項２】
前記駆動配線は、前記半導体装置の前記回転軸の軸方向矢視において、延伸方向が異なる前記駆動配線を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のモーター。
【請求項３】
前記半導体装置は、２以上の半導体素子を前記回転軸の軸方向に積層して形成され、少なくとも１以上の前記半導体素子に前記駆動配線が形成されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のモーター。
【請求項４】
前記駆動配線が複数の配線により形成され、前記複数の配線に流れる電流の向きが同じ方向である、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のモーター。
【請求項５】
前記駆動配線と、前記駆動配線の両端を繋ぐ前記回転軸中心に円弧状に形成された接続配線と、が渦巻状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のモーター。
【請求項６】
前記センサーが磁気センサーである、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のモーター。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のモーターを備えるロボットハンド。
【請求項８】
請求項７に記載のロボットハンドを備えるロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーター、ロボットハンドおよびロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、小型モーターとしては、ブラシモーターと呼ばれるＤＣモーターが良く知られている。このＤＣモーターでは、ローターに巻かれている巻線に流れる電流の向きを、ステーターに配置された永久磁石のＮＳ極に対応して、変化させてローターを回転させている。巻線の電流の向きはモーターに配置されたブラシと整流子によって機械的に切り替えることができ、簡単な構造による低コストのモーターを実現した（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６４−２６３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述の特許文献１では、磁石の極数を増やすことで安定した出力を得られるモーターを実現できるが、そのことが頻繁な電流の向きの切換を必要とし、その結果、ブラシの寿命を短くするという課題が有った。
【０００５】
そこで、半導体上のパターン配線と、半導体内に位置検出回路、制御回路を形成することによって、簡単な構成によってブラシレスの小型コアレスレスモーターを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。
【０００７】
〔適用例１〕本適用例によるモーターは、対向配置された基体と、前記基体に回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に直交し、前記回転軸に固定され前記基体の対向領域内で回転可能に配置される磁石と、を備える回転子と、前記基体の対向する一方の面、または両方の面に固定され、前記磁石と前記基体との間に配置される半導体装置と、を備え、前記磁石は、前記回転軸中心に対して円周方向にＮ極とＳ極と、を交互に配置され、前記半導体装置は、前記回転軸中心を通る放射方向の直線に平行に延伸された１以上の駆動配線と、前記駆動配線の電流を制御する制御回路と、前記磁石の前記半導体装置との相対位置を検出するセンサーを含む検出回路と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、２極以上を有する回転させる磁石に対して、磁石の回転位置を検出し、駆動配線に流す電流の切換を行う検出回路と制御回路などの回路を備えた半導体装置に、磁石を駆動する駆動配線をパターン配線して、磁石に対向配置させることで、外部に回路装置を持たない、小型で薄型のブラシレス、コアレスモーターを得ることができる。
【０００９】
〔適用例２〕上述の適用例において、前記駆動配線は、前記半導体装置の前記回転軸の軸方向矢視において、延伸方向が異なる前記駆動配線を含むことを特徴とする。
【００１０】
上述の適用例によれば、延伸方向が異なる駆動配線を備えることにより、磁界の境界に対応する駆動配線では、所定の回転方向に対して逆方向の駆動力を発生する可能性があることから電流を流さず、駆動力を発生させないが、それと異なる延伸方向の駆動配線は、磁極に対応した位置に配置されて駆動力が発生するため、滑らかに回転するモーターを得ることができる。
【００１１】
〔適用例３〕上述の適用例において、前記半導体装置は、２以上の半導体素子を前記回転軸の軸方向に積層して形成され、少なくとも１以上の前記半導体素子に前記駆動配線が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
上述の適用例によれば、半導体素子に備える駆動配線が軸方向に積層された配置となり、駆動配線領域に流れる電流値を大きくすることができる。従って、出力（トルク）の大きいモーターを得ることができる。また、同じ半導体素子を相対的に回転角度位置をずらせて積層することで、延伸方向の異なる駆動配線を備える半導体装置を容易に得ることができ、製造の合理化、歩留まり向上によるコストダウンが可能となる。
【００１３】
〔適用例４〕上述の適用例において、前記駆動配線が複数の配線により形成され、前記複数の配線に流れる電流の向きが同じ方向であることを特徴とする。
【００１４】
上述の適用例によれば、駆動配線の配線数を増やすことで、駆動配線の断面積の総和が大きくなり、駆動配線に流れる電流量を多くすることができる。従って、大きな出力（トルク）を発生するモーターを得ることができる。
【００１５】
〔適用例５〕上述の適用例において、前記駆動配線と、前記駆動配線の両端を繋ぐ前記回転軸中心に円弧状に形成された接続配線と、が渦巻状に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
上述の適用例によれば、渦巻状に配線することで、複数の駆動配線に同方向に電流を流すことできる配線を、実質的に１本に繋がった配線で形成することができる。また、接続配線を円弧状とすることにより、接続配線に流れる電流によって発生する力は回転中心向き、もしくは放射方向に発生するため、駆動配線に発生させた回転方向の力を減少させることが無い。従って、効率の良いモーターを得ることができる。
【００１７】
〔適用例６〕上述の適用例において、前記センサーが磁気センサーであることを特徴とする。
【００１８】
上述の適用例によれば、磁界の境界において駆動配線に流れる電流の向きを変換させて連続した回転を得る上述の適用例のモーターにおいては、磁気センサーを用いて、回転子に備える磁石の磁極の境界を正確に検出することができるため、安定した出力のモーターを得ることができる。
【００１９】
〔適用例７〕本適用例のロボットハンドは、上述の適用例のモーターを備える。
【００２０】
本適用例のロボットハンドは、小型のコアレスモーターを用いることで、汎用性が高く、複雑な電子機器の組み立て作業や検査等が可能なロボットに適用することができる。
【００２１】
〔適用例８〕本適用例のロボットは、上述のロボットハンドを備える。
【００２２】
本適用例のロボットよれば、汎用性が高く、複雑な電子機器の組み立て作業や検査等を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係るモーターを示す、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は断面図。
【図２】第１実施形態に係るパターン配線の配置を示す平面図。
【図３】パターン配線のその他の例を示す平面模式図。
【図４】第１実施形態に係るパターン配線の接続配線を模式図的に示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は中間配線の平面図。
【図５】第１実施形態に係る制御回路のブロック図。
【図６】第１実施形態に係るモーターの動作を模式図的に示す平面図。
【図７】第１実施形態に係るモーターの動作を模式図的に示す平面図。
【図８】第２実施形態に係るモーターを示す概略断面図。
【図９】第２実施形態に係るモーターのパターン配線の組み合わせを例示する平面図。
【図１０】その他の形態のモーターの動作を模式図的に示す平面図。
【図１１】第３実施形態に係るロボットハンドを示す外観図。
【図１２】第４実施形態に係るロボットを示す外観図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係るコアレスモーター１００（以下、モーター１００という）の構成を示す、（ａ）は模式的に示す分解斜視図、（ｂ）は断面図である。
【００２６】
図１（ａ）に示すように、モーター１００は基体６１と基体６２との間に、永久磁石により形成された円柱状の磁石回転体２０（以下、磁石２０という）が配置され、磁石２０の円柱軸に沿って磁石２０に固着された回転軸３０を備えた回転子４０を形成している。回転軸３０は、回転軸３０の両端部側を基体６１と基体６２に回転可能に、例えばベアリング軸受けなどにより装着されている。また、磁石２０は、円周方向に交互にＮ極、Ｓ極となるように形成されており、図１に示す形態においては２極、すなわち、回転軸３０の軸方向の面に１つのＮ極と１つのＳ極の極性を備える。なお、磁石材料としては、特に限定されないが、より高い磁力を保持する材料を用いることが好ましいが、例えば鉄、コバルト、ニッケル、ネオジウムなどが好適に用いられる。
【００２７】
図１（ｂ）にも示すように、モーター１００の磁石２０と基体６１，６２との間には、半導体装置１１，１２が基体６１，６２に固着されて配置されている。半導体装置１１，１２には磁石２０の一方の面２０ａ、および他方の面２０ｂと略平行な面１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを備え、半導体装置１１の面１１ａ，１１ｂにはパターン配線５１が、半導体装置１２の面１２ａ，１２ｂにはパターン配線５２が形成されている。
【００２８】
図２は、図１（ｂ）に示す半導体装置１１の矢印ＡおよびＢ方向から矢視したパターン配線５１を説明する模式図である。なお、半導体装置１１，１２は同じ形態であるので、本図では半導体装置１１を例に説明する。図２に示すように半導体装置１１の面１１ａにはパターン配線５１が形成されている。パターン配線５１は、回転子４０の回転中心を通る直線Ｓに平行に形成される駆動配線５１ａと、円弧状の接続配線５１ｂと、中心孔１１ｃを回避する迂回配線５１ｃと、が渦巻状のパターンで形成されたパターン配線５１ｄを、回転中心に対して点対称に配置されて形成されている。図示された本実施形態においては２重巻、すなわち駆動配線５１ａ、接続配線５１ｂ、迂回配線５１ｃがそれぞれ２本の配線により形成され、渦巻状パターンによって配線の端部ｃ１と端部ｃ２とは１本の繋がった配線となっている。
【００２９】
一方、半導体装置１１の他方の面１１ｂにも、面１１ａに形成されたパターン配線５１と同じパターンのパターン配線５１が、面１１ａに形成されたパターン配線５１とは回転方向に角度９０°ずらせて形成されている。また、半導体装置１２も、半導体装置１１のパターン配線５１と同じ形態のパターン配線５２が、面１２ａ，１２ｂに形成されている。
【００３０】
なお、上述の実施形態においては２重の渦巻状パターンであり、例えば駆動配線５１ａは２本の配線を備えている例を説明したが、これに限定されず、３重以上の渦巻状パターン、すなわち３本以上の配線を備える駆動配線５１ａであっても良い。また、図３のパターン配線５１´の模式図に示すように、１重の渦巻状パターン、すなわち１本の駆動配線５１ａ´であっても、所定の電流量を流すことができる断面積を備える配線であれば、適用することができる。
【００３１】
次に。半導体装置１１，１２に形成されるパターン配線５１について詳細に説明するが、モーター１００においては半導体装置１１と半導体装置１２は同じ構成であるため、半導体装置１１を例に説明する。図４（ａ）は、半導体装置１１のパターン配線５１の構成を模式的に示す斜視図である。半導体装置１１に形成されているパターン配線５１は、半導体装置１１の磁石２０に対向する面１１ａと、面１１ａの反対の面１１ｂと、に形成されている。また、パターン配線５１は面１１ａではパターン配線５Ａと５Ｂの２配線により、面１１ｂではパターン配線５Ｃと５Ｄの２配線により構成されている。
【００３２】
各パターン配線５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの配線端部を、パターン配線５ＡではｃＡ１，ｃＡ２とし、パターン配線５ＢではｃＢ１，ｃＢ２とし、パターン配線５ＣではｃＣ１，ｃＣ２とし、パターン配線５ＤではｃＤ１，ｃＤ２とする。
【００３３】
また半導体装置１１には、図４（ｂ）にも示すように、半導体装置１１に備える制御回路２００から送られる電源を分配する接続点ｃＭ１，ｃＭ２を備える内部配線５３Ａ、接続点ｃＭ３，ｃＭ４を備える内部配線５３Ｂ、接続点ｃＭ５，ｃＭ６を備える内部配線５３Ｃ、接続点ｃＭ７，ｃＭ８を備える内部配線５３Ｄが形成されている。
【００３４】
また、内部配線５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄは、図４（ａ）に示すように、パターン配線５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄと接続されている。内部配線５３Ａは、接続点ｃＭ１と、面１１ａのパターン配線５Ａの配線端部ｃＡ１とに、内部接続配線Ｌ１１によって接続され、接続点ｃＭ２と、面１１ｂのパターン配線５Ｃの配線端部ｃＣ２と内部接続配線Ｌ１２によって接続されている。
【００３５】
同様に、内部配線５３Ｂは、接続点ｃＭ３と、面１１ｂのパターン配線５Ｃの配線端部ｃＣ１とに、内部接続配線Ｌ２１によって接続され、接続点ｃＭ４と、面１１ａのパターン配線５Ｂの配線端部ｃＢ２とに、内部接続配線Ｌ２２によって接続されている。内部配線５３Ｃは、接続点ｃＭ５と、面１１ａのパターン配線５Ｂの配線端部ｃＢ１とに、内部接続配線Ｌ３１によって接続され、接続点ｃＭ６と、面１１ｂのパターン配線５Ｄの配線端部ｃＤ２とに、内部接続配線Ｌ３２によって接続されている。そして、内部配線５３Ｄは、接続点ｃＭ７と、面１１ｂのパターン配線５Ｄの配線端部ｃＤ１とに、内部接続配線Ｌ４１によって接続され、接続点ｃＭ８と、面１１ａのパターン配線５Ａの配線端部ｃＡ２とに、内部接続配線Ｌ４２によって接続されている。
【００３６】
上述の配線を備える半導体装置１１，１２を備えるモーター１００における磁石２０の動作について説明する。図５は、半導体装置１１，１２の回路ブロック図である。モーター１００に備える半導体装置１１，１２は、モーター１００を備える図示しない機器が有する装置制御部４００からの制御信号を制御回路２００で受ける。制御回路２００には、装置制御部４００から送られる電源を、所定出力に調整する電源回路部２１０と、内部配線５３に出力する電源の電流方向を切り換え、投入するスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４を含む切換回路部２２０を備えている。
【００３７】
スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４は、内部配線５３のそれぞれの内部配線５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄと接続されている。上述したように、内部配線５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄは半導体装置１１，１２の面に形成されたパターン配線５１に繋がり、電流が流される。また、半導体装置１１，１２には、磁石２０の回転角度、すなわち極性位置を検出する検出手段３１０と、検出結果を演算する演算手段３２０と、を備える検出回路３００を備えている。
【００３８】
上述の回路を備える半導体装置１１，１２は、磁石２０の回転位置を検出回路３００により検出し、検出された位置情報に基づいて制御回路２００はスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４に所定の電圧の電流の投入、あるいは、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４のオン（入）とオフ（切）を制御し、パターン配線５１に所定の電流を流し、磁石２０を所定に方向に回転させる。
【００３９】
図６および図７は、上述の制御によるモーター１００の動作を、模式的に示す図である。説明の便宜上、図６，７では、図４において半導体装置１１を例に説明した面１１ｂ領域のパターン配線５Ｃ，５Ｄと、面１１ａ領域のパターン配線５Ａ，５Ｂと、磁石２０の半導体装置１１に対向する磁極を、それぞれ図示上側より順に平面的に並べて描いている。
【００４０】
また、図５を用いて上述したように、半導体装置１１に備える内部配線５３における内部配線５３Ｂと切換回路部２２０のスイッチＳＷ１が接続され、内部配線５３Ｂは図４を用いて上述したように、面１１ｂに形成されたパターン配線５Ｃの配線端部ｃＣ１と、面１１ａに形成されたパターン配線５Ｂの配線端部ｃＢ２と、へ繋がっている。そこで、図６では図示を省略し、配線端部ｃＣ１と配線端部ｃＢ２にスイッチＳＷ１が接続されているように図示した。同様にスイッチＳＷ２は配線端部ｃＣ２，ｃＡ１と繋がり、スイッチＳＷ３は配線端部ｃＤ１，ｃＡ２と繋がり、スイッチＳＷ４は配線端部ｃＤ２，ｃＢ１と繋がっている図示とした。
【００４１】
先ず、図６（ａ）に示す位置において、スイッチＳＷ２，ＳＷ３にプラス（＋）の電圧、スイッチＳＷ１，ＳＷ４にマイナス（−）の電圧がかけられる。このとき、面１１ｂのパターン配線５ＣにはスイッチＳＷ２からスイッチＳＷ１に向けて電流が流れ、パターン配線５Ｃの駆動配線部には図示する矢印向きの電流ＩCUが流れる。また、パターン配線５ＤにはスイッチＳＷ３からＳＷ４に向けて電流が流れ、パターン配線５Ｄの駆動配線部にもパターン配線５Ｃと同じ向きの電流ＩDUが流れる。この電流ＩCU，ＩDUによって、対向する磁石２０のＮ極およびＳ極に対して、駆動配線部にはフレミング左手の法則に従って、矢印に示す時計回り方向の力Ｆcw´が発生する。しかし、パターン配線５Ｃ，５Ｄが形成されている半導体装置１１は基体６１に固定されているため、力Ｆcw´に対する反時計回りの反力Ｆuwが磁石２０に作用し、磁石２０は反時計回りの矢印Ｒuw方向に回転する。
【００４２】
一方、面１１ａに形成されたパターン配線５Ａ，５Ｂにおいては、パターン配線５ＡはスイッチＳＷ２、スイッチＳＷ３共にプラス（＋）の電圧が付加され、パターン配線５ＢはスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ４共にマイナス（−）の電圧が付加される。すなわち、同相の電圧が付加されているため、パターン配線５Ａ，５Ｂには電流が流れず、駆動配線部には力は発生しない。しかし、パターン配線５Ａ，５Ｂの駆動配線部に対向する磁石２０の磁極は、Ｎ極とＳ極との境界領域となっており、磁石２０の回転に対して逆方向の力も発生させることも無い。
【００４３】
次に図６（ｂ）に示すように、磁石２０が図６（ａ）の磁石２０の位置から９０度、反時計回りに回転すると、半導体装置１１に備える検出回路３００によって磁石２０の回転位置が検出され、制御回路２００において切換回路部２２０はスイッチＳＷ１，ＳＷ２にプラス（＋）、スイッチＳＷ３，ＳＷ４にマイナス（−）の電源が投入される。このとき、面１１ｂのパターン配線５ＣはスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２共にプラス（＋）の電圧が付加され、パターン配線５ＤはスイッチＳＷ３、スイッチＳＷ４共にマイナス（−）の電圧が付加される。すなわち、同相の電圧が付加されているため、パターン配線５Ｃ，５Ｄには電流が流れず、駆動配線部には力は発生しない。
【００４４】
一方、面１１ａに形成されたパターン配線５Ａ，５Ｂにおいては、パターン配線５ＡはスイッチＳＷ２にプラス（＋）の電圧が付加され、スイッチＳＷ３にマイナス（−）の電圧が付加され、スイッチＳＷ２からスイッチＳＷ３に向けて電流が流れる。また、パターン配線５ＢはスイッチＳＷ１にプラス（＋）の電圧が付加され、スイッチＳＷ４にマイナス（−）の電圧が付加され、スイッチＳＷ１からスイッチＳＷ４に向けて電流が流れる。これにより、パターン配線５Ａの駆動配線部には図示する矢印向きの電流ＩALが流れ、パターン配線５Ｂの駆動配線部にもパターン配線５Ａと同じ向きの電流ＩBLが流れる。この電流ＩAL，ＩBLによって、対向する磁石２０のＮ極およびＳ極に対して、駆動配線部にはフレミング左手の法則に従って、矢印に示す時計回り方向の力Ｆcw´が発生し、磁石２０には力Ｆcw´に対する反時計回りの反力Ｆuwが作用し、磁石２０は反時計回りの矢印Ｒuw方向に回転する。
【００４５】
図７（ｃ）は、磁石２０が図６（ｂ）の状態の磁石２０の位置から９０度、反時計回りに回転した状態を示す。図７（ｃ）に示す状態における磁石２０の回転位置が、半導体装置１１に備える検出回路３００によって検出され、制御回路２００において切換回路部２２０はスイッチＳＷ１，ＳＷ４にプラス（＋）、スイッチＳＷ２，ＳＷ３にマイナス（−）の電源が投入される。このとき、面１１ｂのパターン配線５ＣにはスイッチＳＷ１からスイッチＳＷ２に向けて電流が流れ、パターン配線５Ｃの駆動配線部には図示する矢印向きの電流ＩCDが流れる。また、パターン配線５ＤにはスイッチＳＷ４からＳＷ３に向けて電流が流れ、パターン配線５Ｄの駆動配線部にもパターン配線５Ｃと同じ向きの電流ＩDDが流れる。この電流ＩCD，ＩDDによって、対向する磁石２０のＮ極およびＳ極に対して、駆動配線部にはフレミング左手の法則に従って、矢印に示す時計回り方向の力Ｆcw´が発生し、磁石２０には力Ｆcw´に対する反時計回りの反力Ｆuwが作用し、磁石２０は反時計回りの矢印Ｒuw方向に回転する。
【００４６】
一方、面１１ａに形成されたパターン配線５Ａ，５Ｂにおいては、パターン配線５ＡはスイッチＳＷ２、スイッチＳＷ３共にマイナス（−）の電圧が付加され、パターン配線５ＢはスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ４共にプラス（＋）の電圧が付加される。すなわち、同相の電圧が付加されているため、パターン配線５Ａ，５Ｂには電流が流れず、駆動配線部には力は発生しない。
【００４７】
次に、図７（ｄ）においては図７（ｃ）の状態から磁石２０の位置から９０度、反時計回りに回転した状態を示す。図７（ｄ）に示す状態における磁石２０の回転位置が、半導体装置１１に備える検出回路３００によって検出され、制御回路２００において切換回路部２２０はスイッチＳＷ３，ＳＷ４にプラス（＋）、スイッチＳＷ１，ＳＷ２にマイナス（−）の電源が投入される。このとき、面１１ｂのパターン配線５ＣはスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２共にマイナス（−）の電圧が付加され、パターン配線５ＤはスイッチＳＷ３、スイッチＳＷ４共にプラス（＋）の電圧が付加される。すなわち、同相の電圧が付加されているため、パターン配線５Ｃ，５Ｄには電流が流れず、駆動配線部には力は発生しない。
【００４８】
一方、面１１ａに形成されたパターン配線５Ａ，５Ｂにおいては、パターン配線５ＡはスイッチＳＷ３にプラス（＋）の電圧が付加され、スイッチＳＷ２にマイナス（−）の電圧が付加され、スイッチＳＷ３からスイッチＳＷ２に向けて電流が流れる。また、パターン配線５ＢはスイッチＳＷ４にプラス（＋）の電圧が付加され、スイッチＳＷ１にマイナス（−）の電圧が付加され、スイッチＳＷ４からスイッチＳＷ１に向けて電流が流れる。これにより、パターン配線５Ａの駆動配線部には図示する矢印向きの電流ＩARが流れ、パターン配線５Ｂの駆動配線部にもパターン配線５Ａと同じ向きの電流ＩBRが流れる。この電流ＩAR，ＩBRによって、対向する磁石２０のＮ極およびＳ極に対して、駆動配線部にはフレミング左手の法則に従って、矢印に示す時計回り方向の力Ｆcw´が発生し、磁石２０には力Ｆcw´に対する反時計回りの反力Ｆuwが作用し、磁石２０は反時計回りの矢印Ｒuw方向に回転する。
【００４９】
このように、上述の電流の向きを磁石２０の回転位置を検出回路３００によって検出し、磁極の境界がいずれかのパターン配線５２の駆動配線５１ａと対向する際に切換回路部２２０のスイッチＳＷ１からＳＷ４への電圧正負を切り換えて、磁石２０を連続して回転させるモーター１００を得ることができる。
【００５０】
上述では半導体装置１１を例にモーター１００の動作を説明したが、半導体装置１２の場合であっても、上述の半導体装置１１と同様の電流の切り換えによって磁石２０を回転させる。また、回転方向は、上述の半導体装置１１によって説明した図６および図７においてパターン配線５１に流れる電流の向きを逆方向にすることで、容易に逆転させることができる。
【００５１】
以上のように、本実施形態に係るモーター１００は、半導体装置１１，１２に回転子４０の回転位置を検出する検出回路３００を備え、回転子４０の位置検出結果に基づいて制御回路２００に備える切換回路部２２０によって、いわゆるローレンツパターン線のパターン配線５１に流れる電流の向きを切換えることで、回転子４０に備える磁石２０を回転させる。このように、モーター１００の外部に検出回路、制御回路などの回路装置を備えず、回路を備える半導体装置１１，１２そのものにパターン配線５１，５２を形成することで、小型で薄型のモーターを得ることができる。
【００５２】
（第２実施形態）
図８は、第２実施形態に係るモーター１１０の概略断面図を示す。なお、第２実施形態に係るモーター１１０は、第１実施形態に係るモーター１００に対して、半導体装置１１，１２の構成のみが異なるため、モーター１００と共通する構成についての説明は省略する。
【００５３】
図８に示すように、本実施形態に係るモーター１１０に備える半導体装置１１は、半導体素子１１Ａと半導体素子１１Ｂと、が絶縁層１３を挟んで積層されて形成されている。また、半導体装置１２も、半導体装置１１と同じ構成を備え、半導体素子１２Ａと半導体素子１２Ｂと、が絶縁層１３を挟んで積層されて形成されている。半導体素子１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂは、回転軸３０の軸方向の両面にパターン配線５１が形成されている。
【００５４】
パターン配線５１の配置を図９により説明する。図９は、図８に指示するＰ方向の矢視における、半導体素子１１Ｂのパターン配線５１の形成面１１Ｂｂ，１１Ｂａ、および半導体素子１１Ａのパターン配線５１の形成面１１Ａｂ，１１Ａａを描いた矢視図を縦に並べて示している。
【００５５】
図９（ａ）は、半導体素子１１Ｂにおけるパターン配線５１が、略直交して配置され、同様に半導体素子１１Ａにおけるパターン配線５１が、略直交して配置されている。このようにパターン配線５１が配置された半導体素子１１Ａ，１１Ｂを積層して半導体装置１１を得ることができる。
【００５６】
また、図９（ｂ）に示すように、半導体素子１１Ｂにおけるパターン配線５１が、略同じ方向に向いて配置され、同様に半導体素子１１Ａにおけるパターン配線５１が、略同じ方向に向いて配置されている。このようにパターン配線５１が配置された半導体素子１１Ａ，１１Ｂを略直交させて積層し、半導体装置１１を得ることもできる。半導体装置１２についても、同様の構成とすることができる。
【００５７】
また、複数の半導体素子の一方の面側にだけパターン配線５１を形成し、半導体素子を相対的に角度９０°にずらせて積層するだけで、図９に例示するようなパターン配線５１の組み合わせを得ることができる。すなわち、同じ半導体装置を製造し、その組み合わせ積層によって半導体装置１１，１２を得られるため、製造の合理化、歩留まりの向上などが可能となる。
【００５８】
第２実施形態に係るモーター１１０では、半導体装置１１，１２を複数の半導体素子１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂを積層して形成することにより、パターン配線５１における駆動配線５１ａ（図１参照）をより多く形成することができるため、実質的に駆動配線５１ａの配線数を多くすることとなり、より大きい電流値で電流を流すことが可能となる。従って、小型、薄型であっても高出力（高トルク）のモーターを得ることができる。
【００５９】
（その他の例）
上述のモーター１００は、磁石２０は円周方向にＮ極とＳ極を、それぞれ１極配置し、パターン配線５１は、半導体装置１１あるいは半導体装置１２において回転軸３０の軸方向の２面に配置した、いわゆる「２極２相」のモーターである。しかし、本願発明はこれに限定されず、２極以上、あるいは２相以上の構成であっても良い。図１０により、４極２相の場合の概要を説明する。
【００６０】
図１０は、４極２相の場合の半導体装置１４と磁石２１と、を磁石２１に対向する半導体装置１４の面１４ａと反対の面１４ｂに形成されたパターン配線５４を図示上段に示し、磁石２１に対向する半導体装置１４の面１４ａに形成されたパターン配線５５を図示中段に示し、磁石２１を図示下段に配し、いずれも回転軸３０の軸方向に沿った面１４ｂから磁石２１方向への矢視図を模式図的に示している。
【００６１】
図１０（ａ）に示すように、磁石２１は回転方向にＮ極とＳ極が交互に４極配置された形態となっている。この４極の磁石２１に対応して、回転軸３０に対して放射線状に互いに直交する駆動配線５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅ，５４ｆ，５４ｇ，５４ｈ（以下、駆動配線５４ａ〜５４ｈという）を備えるパターン配線５４と、駆動配線５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ，５５ｅ，５５ｆ，５５ｇ，５５ｈ（以下、駆動配線５５ａ〜５５ｈという）を備えるパターン配線５５と、を備えている。パターン配線５４とパターン配線５５とは、相対的に略４５°の角度差をもって配置される。
【００６２】
パターン配線５４，５５は、図示するように渦巻状のパターンを４つ配置し、パターン間を半導体装置１４の内部に配線した接続線５４ｊ，５５ｊによって接続し、１本の繋がった配線として形成されている。従って、パターン配線５４は配線端部ｃ５４ａ，ｃ５４ｂの２箇所の端部を備え、配線端部ｃ５４ａは切換回路部２２０に備えるスイッチＳＷ２１と、配線端部ｃ５４ｂは切換回路部２２０に備えるスイッチＳＷ２２と、に接続されている。同様に、パターン配線５５は配線端部ｃ５５ａ，ｃ５５ｂの２箇所の端部を備え、配線端部ｃ５５ａは切換回路部２２０に備えるスイッチＳＷ２３と、配線端部ｃ５５ｂは切換回路部２２０に備えるスイッチＳＷ２４と、に接続されている。
【００６３】
このように構成された４極２相のモーターの動作は、先ず、図１０（ａ）に示すように、パターン配線５４の駆動配線５４ａ〜５４ｈと略重なるように磁石２１の極性の境界が位置する状態においては、パターン配線５４にはスイッチＳＷ２１とＳＷ２２に同相の電圧が付加されるか、もしくはＯＦＦ（切断）状態として電流を流さない制御が行われ、駆動配線５４ａ〜５４ｈにはフレミングの左手の法則に基づく力は発生しない。
【００６４】
一方、パターン配線５４に対して相対的に略４５°の角度差で配置されるパターン配線５５は、配線端部ｃ５５ａに繋がるスイッチＳＷ２３にプラス（＋）、配線端部ｃ５５ｂに繋がるスイッチＳＷ２４にマイナス（−）の電圧が付加される。これにより、磁石２１のＳ極に対向する駆動配線５５ａ，５５ｂ，５５ｅ，５５ｆには回転中心に向かう電流ＩINが流れ、Ｎ極に対向する駆動配線５５ｃ，５５ｄ，５５ｇ，５５ｈには外側に向かう電流ＩOUTが流れる。従って、駆動配線５５ａ〜５５ｈにはフレミングの左手の法則により図示する時計回りの力ＦCW´が発生し、磁石２１にはその反力としての反時計回り力ＦUWが生じ、磁石２１は反時計回りＲUWに回転する。
【００６５】
次に、磁石２１が略４５°回転した図１０（ｂ）の状態になると、パターン配線５５の駆動配線５５ａ〜５５ｈと磁石２１の極性の境界とが略重なる状態となる。従って、パターン配線５５に繋がるスイッチＳＷ２３，ＳＷ２４には同相の電圧が付加されるか、もしくはＯＦＦ（切断）状態として、パターン配線５５には電流は流れない。一方、パターン配線５５に対して相対的に略４５°の角度差で配置されるパターン配線５４は、配線端部ｃ５４ａに繋がるスイッチＳＷ２１にプラス（＋）、配線端部ｃ５４ｂに繋がるスイッチＳＷ２２にマイナス（−）の電圧が付加される。これにより、磁石２１のＳ極に対向する駆動配線５４ａ，５４ｂ，５４ｅ，５４ｆには回転中心に向かう電流ＩINが流れ、Ｎ極に対向する駆動配線５４ｃ，５４ｄ，５４ｇ，５４ｈには外側に向かう電流ＩOUTが流れる。従って、駆動配線５４ａ〜５４ｈにはフレミングの左手の法則により図示する時計回りの力ＦCW´が発生し、磁石２１にはその反力としての反時計回り力ＦUWが生じ、磁石２１は反時計回りＲUWに回転する。
【００６６】
このように、順次、磁石２１の極性に応じて、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４に付加する電流の極性を変換することにより、磁石２１を含む回転子４０が回転する。なお、上述の例ではパターン配線５４，５５は接続線５４ｊ、５５ｊを形成し、切換はスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４の４個を用いる構成としたが、これに限定されず、例えば、接続線５４ｊ，５５ｊを形成せずに、パターン配線５４，５５を構成する個々の渦巻状パターンそれぞれにスイッチを備えて、制御することもできる。
【００６７】
（第３実施形態）
図１１は、本実施形態のモーター１００を備えるロボットハンド１０００の構成を示す図である。ロボットハンド１０００は、基部１１００と、基部１１００に接続された指部１２００とを備えている。基部１１００と指部１２００との接続部と、指部１２００の間接部とには、モーター１００が設けられている。モーター１００が駆動することによって、指部１２００が屈曲し、物体を把持することができる。超小型モーターであるモーター１００を用いることによって、小型でありながら多数のモーターを備えるロボットハンドを実現することができる。
【００６８】
（第４実施形態）
図１２は、ロボットハンド１０００を備えるロボット２０００の構成を示す図である。ロボット２０００は、本体部２１００、アーム部２２００およびロボットハンド１０００等から構成されている。本体部２１００は、例えば床、壁、天井、移動可能な台車の上などに固定される。アーム部２２００は、本体部２１００に対して可動に設けられており、本体部２１００にはアーム部２２００を回転させるための動力を発生させる図示しないアクチュエーターや、アクチュエーターを制御する制御部等が内蔵されている。
【００６９】
アーム部２２００は、第１フレーム２２１０、第２フレーム２２２０、第３フレーム２２３０、第４フレーム２２４０および第５フレーム２２５０から構成されている。第１フレーム２２１０は、回転屈折軸を介して、本体部２１００に回転可能または屈折可能に接続されている。第２フレーム２２２０は、回転屈折軸を介して、第１フレーム２２１０および第３フレーム２２３０に接続されている。第３フレーム２２３０は、回転屈折軸を介して、第２フレーム２２２０および第４フレーム２２４０に接続されている。第４フレーム２２４０は、回転屈折軸を介して、第３フレーム２２３０および第５フレーム２２５０に接続されている。第５フレーム２２５０は、回転屈折軸を介して、第４フレーム２２４０に接続されている。アーム部２２００は、制御部の制御によって、各フレーム２２１０〜２２５０が各回転屈折軸を中心に複合的に回転または屈折し動く。
【００７０】
アーム部２２００の第５フレーム２２５０のうち第４フレーム２２４０が設けられた他方には、ロボットハンド１０００が取り付けられており、対象物を把持することができる。
ロボットハンド１０００を用いることによって、汎用性が高く、複雑な電子機器の組み立て作業や検査等が可能なロボットを提供することができる。
【００７１】
以上のように実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、モーター、ロボットハンドおよびロボットの構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１１，１２…半導体装置、２０…磁石、３０…回転軸、４０…回転子、５１，５２…パターン配線、６１，６２…基体、１００…モーター。
【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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【図１２】
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