JP3166378B2 - Micromotor and driving method thereof - Google Patents
Micromotor and driving method thereofInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ミクロンオーダの非常
に微細なマイクロモータの構造とその駆動方法に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a very fine micro motor of the order of a micron and a driving method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】現在では、センサや電子回路のほか、ア
クチュエータと呼ばれる運動機構まで持った小さな機械
システム(マイクロマシーン)をシリコン基板上などに
集積化する試みが行われている。このような集積化シス
テムは、超LSIの製作に用いられるフォトアプリケー
ションによって実現される。すなわち、マスクパターン
を転写してレジストに窓を明け、その窓から下地材料を
エッチングする除去加工や、窓の部分に電解メッキして
金属の構造体を作る付着加工等を行う。また、このよう
に加工された基板を接合することで複雑な構造体を作る
ことができ、固相のままで界面反応を利用して精密に接
合する。このようにして複雑な一体構造のシステムを作
る技術がマイクロマシーニングと呼ばれるものである。
こうした複雑な機械システムでは内部に情報処理機能を
持たないと制御不能になるため、知能や通信機能を担う
電子回路を内蔵することが不可欠であり、そのためには
電子回路と共存できる単結晶シリコンを基板材料に用い
ることが基本となる。2. Description of the Related Art At present, attempts are being made to integrate a small mechanical system (micro machine) having a motion mechanism called an actuator in addition to sensors and electronic circuits on a silicon substrate or the like. Such an integrated system is realized by a photo application used for manufacturing an VLSI. That is, a mask pattern is transferred, a window is formed in the resist, a removal process of etching a base material from the window, and an attachment process of electrolytic plating the window portion to form a metal structure are performed. In addition, a complex structure can be formed by joining the substrates processed in this manner, and the joining is precisely performed using an interface reaction in a solid phase. The technique of making a complex monolithic system in this way is called micromachining.
Since such complex mechanical systems cannot be controlled unless they have an information processing function inside, it is indispensable to incorporate electronic circuits that perform intelligence and communication functions. Basically, it is used for a substrate material.
【0003】ところで、最近ではマイクロマシーニング
における駆動装置として、電磁気力で回転駆動するマイ
クロモータの研究が盛んに行われている。図5は従来に
おけるマイクロモータの構造を説明する側断面図であ
る。図において、51はシリコン基板であり、このシリ
コン基板51上には支軸52が形成されている。また、
図中53は支軸52に嵌合されたロータであり、このロ
ータ53は支軸52を中心に回転自在となっている。さ
らに、図中54は上記ロータ3に回転力を付与するため
の駆動コイルであり、この駆動コイル54はロータ53
の周囲に設置されている。そして、従来のマイクロモー
タでは、駆動コイル54に電流を供給して磁界を発生さ
せるとともに、その磁界を所定のタイミングで変化させ
た際の電磁誘導によってロータ53の回転を可能として
いた。[0003] Recently, as a driving device in micromachining, research on a micromotor that is rotationally driven by electromagnetic force has been actively conducted. FIG. 5 is a side sectional view illustrating the structure of a conventional micromotor. In the figure, reference numeral 51 denotes a silicon substrate, on which a support shaft 52 is formed. Also,
In the figure, reference numeral 53 denotes a rotor fitted to the support shaft 52, and the rotor 53 is rotatable about the support shaft 52. Further, in the figure, reference numeral 54 denotes a drive coil for applying a rotational force to the rotor 3.
It is installed around. In the conventional micromotor, a current is supplied to the drive coil 54 to generate a magnetic field, and the rotor 53 can be rotated by electromagnetic induction when the magnetic field is changed at a predetermined timing.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のマイクロモータにおいては、ロータ53に回転力を付
与するための駆動コイル54がロータ53の周囲に多数
設置された構造であるため、駆動コイル54だけでモー
タ全体の設置面積の半分以上を占めることになり、この
ことがマイクロモータの小型化を図るうえで大きな障害
となっていた。However, in the above-mentioned conventional micromotor, since a large number of drive coils 54 for applying a rotational force to the rotor 53 are provided around the rotor 53, only the drive coil 54 is provided. Occupies more than half of the installation area of the entire motor, which has been a major obstacle to miniaturization of the micromotor.
【0005】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、より一層の小型化を可能としたマイクロモ
ータを提供することを目的とする。[0005] The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a micromotor capable of further miniaturization.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたもので、基体上に形成された支軸
と、この支軸を中心に回転自在なロータと、このロータ
に回転力を付与するための駆動コイルとを備えたマイク
ロモータにおいて、ロータに駆動コイルが巻装されたも
のであって、その駆動コイルは、ロータの上下面にそれ
ぞれ並設された棒状コイル部と、この棒状コイル部の各
々の一端をロータの上下面間で接続させたコンタクトコ
イル部とから成るものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to achieve the above object, and has a support shaft formed on a base, a rotor rotatable about the support shaft, and a rotor. In a micromotor provided with a drive coil for applying a rotating force, a drive coil is wound around a rotor, and the drive coil has a bar-shaped coil portion arranged side by side on the upper and lower surfaces of the rotor, respectively. And a contact coil portion in which one end of each bar-shaped coil portion is connected between the upper and lower surfaces of the rotor.
【0007】また、上記マイクロモータの駆動方法であ
って、ロータの回転により生じる誘導電流を支軸を通し
て検出し、この検出した誘導電流を基に駆動コイルに供
給される電流の流れ方向を制御するようにしたものであ
る。In the above-mentioned method for driving a micromotor, an induced current generated by rotation of a rotor is detected through a support shaft, and a flow direction of a current supplied to a drive coil is controlled based on the detected induced current. It is like that.
【0008】[0008]
【作用】本発明のマイクロモータおよびその駆動方法に
おいては、ロータに回転力を付与するための駆動コイル
がロータ自体に組み込まれ、支軸を通して検出される誘
導電流を基に駆動コイルへの供給電流の流れ方向を制御
することで、支軸を中心としたロータの回転が可能とな
る。In the micromotor and the method for driving the same according to the present invention, a drive coil for applying a rotational force to the rotor is incorporated in the rotor itself, and the current supplied to the drive coil is determined based on the induced current detected through the support shaft. By controlling the flow direction, the rotation of the rotor about the support shaft becomes possible.
【0009】[0009]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図1は、本発明に係わるマイク
ロモータの一実施例を説明する図であり、図中(a)は
平面図、(b)は側断面図である。図において、1は基
体となるシリコン基板であり、このシリコン基板1上に
は支軸2が形成されている。また、図中3は支軸2に嵌
合されたロータであり、このロータ3は支軸2を中心に
回転自在となっている。さらに、図中4は上記ロータ3
に回転力を付与するための駆動コイルである。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of a micromotor according to the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is a side sectional view. In the figure, reference numeral 1 denotes a silicon substrate as a base, on which a support shaft 2 is formed. In the figure, reference numeral 3 denotes a rotor fitted to the support shaft 2, and the rotor 3 is rotatable about the support shaft 2. Further, in FIG.
Is a drive coil for applying a rotational force to the motor.
【0010】本実施例のマイクロモータの構成では、回
転体であるロータ3自体に駆動コイル4が巻装されてい
る。すなわち、駆動コイル4は、棒状コイル部5とコン
タクトコイル部6とから成り、このうち、棒状コイル部
5はロータ3の上面と下面とにそれぞれ並設されてい
る。また、コンタクトコイル部6はロータ3の上下面に
形成された棒状コイル部5の各々の一端をそのロータ3
の上下面間で接続させている。こうした構成によりロー
タ3に駆動コイル4が巻装されている。なお、図中7は
シリコン基板1上に形成されたシリコン酸化膜であり、
また図中8は電極膜、9は電極部で、これらは図示せぬ
電源からの電流を駆動コイル4に供給するためのもので
ある。In the configuration of the micromotor of this embodiment, the driving coil 4 is wound around the rotor 3 itself, which is a rotating body. That is, the drive coil 4 includes the bar-shaped coil section 5 and the contact coil section 6, of which the bar-shaped coil section 5 is arranged in parallel on the upper surface and the lower surface of the rotor 3. The contact coil portion 6 is formed by connecting one end of each of the bar-shaped coil portions 5 formed on the upper and lower surfaces of the rotor 3 to the rotor 3.
Are connected between the upper and lower surfaces. With such a configuration, the drive coil 4 is wound around the rotor 3. In the figure, reference numeral 7 denotes a silicon oxide film formed on the silicon substrate 1,
In the figure, reference numeral 8 denotes an electrode film, and 9 denotes an electrode portion, which supplies current from a power source (not shown) to the drive coil 4.
【0011】続いて、本実施例のマイクロモータを得る
ための具体的な製造プロセスについて図2及び図3を参
照しながら説明する。まず最初は、図2(a)に示すよ
うに、レジストパターニングによるドライエッチングに
てシリコン基板1上に支軸2を形成し、その後、全面酸
化を行ってシリコン基板1上にシリコン酸化膜7を形成
する。次に、図2(b)に示すように、シリコン酸化膜
7の上にタングステンによる電極膜8を形成してパター
ニングし、さらにその上からニッケルチタンをスパッタ
してパターニングする。これにより電極膜8の先端部に
ニッケルチタンによる電極部9が形成される。続いて、
図2(c)に示すように、シリコンを酸化して酸化膜1
0を形成し、さらにその上からタングステンを成膜して
パターニングすることで、酸化膜10の上にタングステ
ンによる棒状コイル部5を形成する。Next, a specific manufacturing process for obtaining the micromotor of this embodiment will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2A, a support shaft 2 is formed on a silicon substrate 1 by dry etching by resist patterning, and thereafter, the entire surface is oxidized to form a silicon oxide film 7 on the silicon substrate 1. Form. Next, as shown in FIG. 2B, an electrode film 8 made of tungsten is formed on the silicon oxide film 7 and patterned, and further, nickel titanium is sputtered from the electrode film and patterned. As a result, an electrode portion 9 made of nickel titanium is formed at the tip of the electrode film 8. continue,
As shown in FIG. 2C, the silicon is oxidized to form an oxide film 1.
0 is formed, and then tungsten is formed thereon and patterned to form a bar-shaped coil portion 5 made of tungsten on the oxide film 10.
【0012】次に、図3(a)に示すように、窒化シリ
コンによる絶縁膜11を全面に形成し、さらにその上か
らコバルト層12を堆積させるとともに、窒化シリコン
による絶縁膜13を形成する。続いて、図3(b)に示
すように、ドライエッチングによりコバルト層12にコ
ンタクトホール14を明け、その後、コンタクトホール
14の側壁にコバルト酸化による絶縁膜15を形成す
る。次いで、図3(c)に示すように、上記コンタクト
ホール14の内部とコバルト層12の上面にタングステ
ンを成膜し、その後、パターニングによるドライエッチ
ングにてコバルト層12の上面とその内部とに棒状コイ
ル部5とコンタクトコイル部6とを形成する。その後
は、希釈フッ酸に浸してシリコン基板1上の酸化膜10
だけを選択エッチングにより除去し、これにより図1に
示すようなマイクロモータがシリコン基板1上に構築さ
れる。Next, as shown in FIG. 3A, an insulating film 11 made of silicon nitride is formed on the entire surface, a cobalt layer 12 is further deposited thereon, and an insulating film 13 made of silicon nitride is formed. Subsequently, as shown in FIG. 3B, a contact hole 14 is formed in the cobalt layer 12 by dry etching, and then an insulating film 15 is formed on the side wall of the contact hole 14 by cobalt oxidation. Next, as shown in FIG. 3C, a tungsten film is formed on the inside of the contact hole 14 and on the upper surface of the cobalt layer 12, and thereafter, a bar-like shape is formed on the upper surface of the cobalt layer 12 and the inside thereof by dry etching by patterning. The coil part 5 and the contact coil part 6 are formed. Thereafter, the oxide film 10 on the silicon substrate 1 is immersed in diluted hydrofluoric acid.
Is removed by selective etching, whereby a micromotor as shown in FIG. 1 is built on the silicon substrate 1.
【0013】続いて、本実施例におけるマイクロモータ
の駆動方法について図4を参照しながら説明する。ま
ず、図4において、シリコン基板1上に形成された支軸
2には電流計16を介してマイクロコンピュータ17が
接続されている。また、マイクロコンピュータ17には
電源18が接続されており、この電源18からシリコン
基板1上の電極膜8に電流が供給されるようになってい
る。ここで、東西南北のうち、図中右側が北で左側が南
とすると、起動時における電源18からの電流の流れ方
向をA矢視方向とする。これにより、ロータ3は磁化さ
れて、駆動コイル4の巻き方向及び電流の流れ方向に応
じてロータ3の右側がN極、左側がS極となるため、地
磁気との引っ張り合いによりロータ3が回転を開始す
る。Next, a method of driving the micromotor in this embodiment will be described with reference to FIG. First, in FIG. 4, a microcomputer 17 is connected to a support shaft 2 formed on a silicon substrate 1 via an ammeter 16. A power supply 18 is connected to the microcomputer 17, and a current is supplied from the power supply 18 to the electrode film 8 on the silicon substrate 1. Here, assuming that the right side in the figure is north and the left side is south in the east-west north-south direction, the flow direction of the current from the power supply 18 at the time of startup is defined as the arrow A direction. As a result, the rotor 3 is magnetized, and the right side of the rotor 3 becomes the N pole and the left side becomes the S pole according to the winding direction of the drive coil 4 and the current flow direction. To start.
【0014】こうしてロータ3が回転を開始すると支軸
2には誘導電流が流れるようになるため、この誘導電流
を支軸2を通して検出し、その大きさと極性をマイクロ
コンピュータ17によって判断する。このとき、誘導電
流の大きさはロータ3の右側つまりN極側が南方向に近
づくにつれて徐々に小さくなっていき、完全に南方向を
向いた時点で最小となる。この誘導電流が最小となる時
点をマイクロコンピュータ17で検出し、その時点で電
源8からの電流の流れ方向を反対、つまりB矢視方向に
切り換えるようにする。そうすれば、先程とは逆にロー
タ3の右側がN極となって再びロータ3に回転力が付与
されることになる。あとは、上記同様に駆動コイル4へ
の電流の流れ方向をマイクロコンピュータ17によって
制御すれば、そのままロータ3を同一方向に回転させ続
けることができる。When the rotor 3 starts rotating, an induced current flows through the support shaft 2. The induced current is detected through the support shaft 2, and its magnitude and polarity are determined by the microcomputer 17. At this time, the magnitude of the induced current gradually decreases as the right side of the rotor 3, that is, the N pole side approaches the south direction, and becomes minimum when the rotor 3 completely faces the south direction. The microcomputer 17 detects the time when the induced current is minimized, and at that time, the direction of current flow from the power supply 8 is switched to the opposite direction, that is, the direction of the arrow B is switched. Then, contrary to the above, the right side of the rotor 3 becomes the N pole, and the rotational force is again applied to the rotor 3. Thereafter, if the direction of current flow to the drive coil 4 is controlled by the microcomputer 17 as described above, the rotor 3 can be kept rotating in the same direction.
【0015】[0015]
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
ロータに回転力を付与するための駆動コイルがロータ自
体に組み込まれており、支軸を通して検出される誘導電
流を基に駆動コイルへの供給電流の流れ方向を制御する
ことでロータの回転が可能となっているので、従来のよ
うなロータの周囲に駆動コイルを設置した構造に比べ
て、より一層のマイクロモータの小型化が実現されると
ともに、モータの回転に地磁気が利用されることから駆
動エネルギーの節約にもつながる。As described above, according to the present invention,
A drive coil for applying rotational force to the rotor is built into the rotor itself, and the rotor can be rotated by controlling the direction of current supplied to the drive coil based on the induced current detected through the support shaft. Therefore, compared to the conventional structure in which the drive coil is installed around the rotor, the size of the micromotor can be further reduced, and the drive is performed because the earth magnetism is used for the rotation of the motor. It also saves energy.
【図1】本発明に係わるマイクロモータの一実施例を説
明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of a micromotor according to the present invention.
【図2】実施例におけるマイクロモータの製造プロセス
を説明する図(その1)である。FIG. 2 is a view (No. 1) for explaining the manufacturing process of the micromotor in the embodiment.
【図3】実施例におけるマイクロモータの製造プロセス
を説明する図(その2)である。FIG. 3 is a diagram (part 2) for explaining the manufacturing process of the micromotor in the embodiment.
【図4】マイクロモータの駆動方法を説明するための図
である。FIG. 4 is a diagram for explaining a driving method of a micromotor.
【図5】従来におけるマイクロモータの構造を説明する
側断面図である。FIG. 5 is a side sectional view illustrating the structure of a conventional micromotor.
1 シリコン基板(基体) 2 支軸 3 ロータ 4 駆動コイル 5 棒状コイル部 6 コンタクトコイル部 Reference Signs List 1 silicon substrate (substrate) 2 support shaft 3 rotor 4 drive coil 5 rod-shaped coil 6 contact coil
Claims (2)
中心に回転自在なロータと、前記ロータに回転力を付与
するための駆動コイルとを備えたマイクロモータにおい
て、 前記ロータに前記駆動コイルが巻装されたものであっ
て、 前記駆動コイルは、前記ロータの上下面にそれぞれ並設
された棒状コイル部と、前記棒状コイル部の各々の一端
を前記ロータの上下面間で接続させたコンタクトコイル
部とから成ることを特徴とするマイクロモータ。1. A micromotor comprising: a support shaft formed on a base; a rotor rotatable around the support shaft; and a drive coil for applying a rotational force to the rotor. Wherein the drive coil is wound, wherein the drive coil has a rod-shaped coil portion arranged in parallel on the upper and lower surfaces of the rotor, and one end of each of the rod-shaped coil portions is disposed between the upper and lower surfaces of the rotor. A micromotor comprising a contact coil portion connected to the micromotor.
法であって、 前記ロータの回転により生じる誘導電流を前記支軸を通
して検出し、この検出した誘導電流を基に前記駆動コイ
ルに供給される電流の流れ方向を制御するようにしたこ
とを特徴とするマイクロモータの駆動方法。2. The method for driving a micromotor according to claim 1, wherein an induced current generated by rotation of the rotor is detected through the support shaft, and supplied to the drive coil based on the detected induced current. A method for driving a micromotor, wherein a direction of current flow is controlled.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2380293A JP3166378B2 (en) | 1993-01-19 | 1993-01-19 | Micromotor and driving method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2380293A JP3166378B2 (en) | 1993-01-19 | 1993-01-19 | Micromotor and driving method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06217507A JPH06217507A (en) | 1994-08-05 |
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ID=12120462
Family Applications (1)
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| JP2380293A Expired - Fee Related JP3166378B2 (en) | 1993-01-19 | 1993-01-19 | Micromotor and driving method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3166378B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6937125B1 (en) | 1999-10-18 | 2005-08-30 | William W. French | Self rotating display spherical device |
-
1993
- 1993-01-19 JP JP2380293A patent/JP3166378B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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|---|---|
| JPH06217507A (en) | 1994-08-05 |
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