JP2004208392A

JP2004208392A - Semiconductor electrostatic motor

Info

Publication number: JP2004208392A
Application number: JP2002373638A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Yoshida; 賢一吉田; Tomokazu Sato; 智和佐藤; Kiyomi Tagaya; 清美多賀谷
Original assignee: SHIRAKABA NOEN KK; Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: SHIRAKABA NOEN KK; Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem in conventional semiconductor electrostatic motor that charges accumulate on the surface of a movable body, and restrain the rotation of the movable body 1 and prevent the high-speed rotation with irregular rotation. <P>SOLUTION: The semiconductor electrostatic motor has the above movable body 1 storing charges to act by the outside charge or voltage, a stator 2 which acts by voltage, a plurality of impurity doped parts 1a which are arranged on the surface of the movable body 1 opposed to the stator 2, a plurality of impurity doped parts 2b for the stator which are arranged on the surface of the stator 2 opposed to the movable body 1, a shaft 5 which is buried in the vicinity of the center of the movable body 1, and bearings 31 and 41 which support the above shaft 5. The above shaft 5 and bearings 31 and 34 are conductors and are electrically connected with the movable body 1, and grounding electrodes 9 and 10 are installed for the bearings 31 and 41. Consequently, a semiconductor electrostatic motor free of irregular rotation and capable of high-speed rotation can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電荷に働くクーロン力を利用した回転型の半導体静電モータであって回転むらのない、高速回転可能な半導体静電モータである。
【０００２】
【従来の技術】
微細加工の進歩に伴ないマイクロアクチュエータとして半導体静電モータを利用する研究が活発に行なわれている。静電モータはそれぞれ電極部あるいは不純物添加部を有する可動体と固定子からなり、それぞれの不純物添加部内の電荷間あるいは、不純物添加部内の電荷と電極部間に働くクーロン力を利用して超高速で駆動するものである（例えば、非特許文献1参照。）。
【０００３】
図４は従来の半導体静電モータの例を説明するための回転中心を通る縦断面図である。以下従来の半導体静電モータの例の構造と動作について説明する。
【０００４】
この従来の半導体静電モータは、真性半導体からなる円板状の可動体１、絶縁物である貝殻などによる同心円状の固定子２、絶縁物であるガラス基板など電荷が流入及び流出しにくい材料による下側軸受け３と上側軸受け４、鋼の円柱状の軸５、絶縁物であるモールド部６で構成されている。絶縁物である固定子２の表面に導体である固定子の電極部２ａが形成される。
【０００５】
円板状の可動体１の中心に円柱状の軸５が埋め込まれ、両者はコマ型に一体化されており、軸５は下側軸受け３に支えられ、上側軸受け４の中央には軸５の直径より大きい穴が空けられており、軸５の上部がこの穴の中に位置され、軸５があまり傾かないようにされている。上側軸受け４と下側軸受け３の間には円板状の可動体１を取り囲むように同心円状に固定子２が配置されており、固定子２と上側軸受け４の間は、モールド部６により接着されている。
【０００６】
軸５は下側軸受け３との接触抵抗を少なくするために下側が円錐状にすることが多い。
【０００７】
また、可動体１の円板の外周面部分にはＮ型高濃度層による可動体の不純物添加部１ａが等間隔で遇数個配置されている。
【０００８】
固定子２は、貝殻などによる絶縁物であり、固定子の電極部２ａは可動体の複数の不純物拡散部に対応する固定子２の上部とその電極部の中間に等間隔に配置されている。即ち固定子の電極部２ａは可動体の不純物添加部１ａの２倍の数である（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
従来の半導体静電モータは既に説明したように、下側軸受け３と上側軸受け4はガラス基板等の絶縁物で作られており、可動体1と他の部品間を絶縁している。
【００１０】
図３は従来の半導体静電モータの例の動作を説明するための図である。
図３は可動体１と固定子２を上面から見たものである。以下、本図面に基づき、可動体の不純物添加部１ａがＮ型高濃度層である場合における半導体静電モータの回転動作について説明する。
【００１１】
固定子の電極部２ａに対して一つおきに正の電位、その間の固定子の電極部２ａに負の電圧を印加する。Ｎ型高濃度層による可動体の不純物添加部１ａの多数キャリアである電子群は負の電位の固定子の電極部２ａから斥力を受けると同時に正の電位の固定子の電極部２ａから引力を受けるので可動体１は図の矢印方向に回転する。
【００１２】
Ｎ型高濃度層による可動体の不純物添加部１ａの多数キャリアである電子群は正の電位の固定子の電極部２ａの方向に偏る。可動体の不純物添加部のイオン化したアクセプタ即ちイオン化したＮ型拡散不純物(例えば燐)は固定電荷であるため、位置が固定されており、この負の電位の電極方向に動けない。
したがって、多数キャリアの電子群に働くクーロン力は、イオン化したアクセプタ原子群に働くクーロン力より大きくなるので、Ｎ型高濃度層による可動体の不純物添加部１ａ全体は正電位の電極側に電気的に引き寄せられる。
【００１３】
この後、可動体の不純物添加部１ａが最初正の電位に印加した固定子の電極２ａの正面を通過するまで、全ての固定子の電極２ａに電圧を加えない。可動体１は引き続き慣性により回転方向に回転する。
【００１４】
可動体１が回転方向における最初の固定子の電極部２ａの正面を通過した後、各固定子の電極部２ａに上記電圧と逆の電位の電圧を加える。この電圧極性の変更により、可動体１は上記回転方向に更に回転する。
【００１５】
時計周りの方向にそって正電位の固定子の電極２ａと負電位の固定子の電極２ａがあり、その間に可動体の不純物添加部１ａがあれば負電位から正電位の電極方向、反時計周りに回転する。反時計周りの方向にそって正電位の固定子の電極２ａと負電位の固定子の電極２ａがあり、その間に可動体の不純物添加部１ａがあれば負電位から正電位の電極方向、時計周りに回転する。
【００１６】
したがって、回転方向を一定にするためには、正電位の固定子の電極２ａ、負電位の固定子の電極２ａとその間にある可動体の不純物添加部１ａの位置関係を回転の開始前に確認調整する必要がある。
【００１７】
【特許文献１】
特開平３−２７７１８９号公報（第３頁、第１図）
【特許文献２】
特開２０００−２４５１７２号公報（第８頁、第２図）
【非特許文献１】
「不純物半導体を用いたパルスモータ」、静電気学会誌、第１５巻、第５号、１９９１年、ｐ．３８１−ｐ．３８２。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この構造では、可動体１の可動体の不純物添加部１ａ以外の場所にも移動性の乏しい電荷がたまってしまい、可動体の不純物添加部１ａだけの電荷を外部電界により力学的に制御するのが困難である。即ち、可動体の不純物添加部１ａとそれ以外の部分との境界が曖昧になり、可動体の不純物添加部１ａ内に保有する多数キャリアの本来の力学作用が得られにくい。また、帯電した電荷が作り出す電界あるいは帯電した電荷と外部電界との相互作用により作られた電界が、回転している可動体１の表面のチャネル構造を動的に撹乱するため、可動体１内の電気伝導状態が位置的及び時間的に意図した制御とは異なる変化をしてしまう。
【００１９】
本発明は上記問題を解決しようとするものであり、回転速度を制限し、回転むらを起こす原因となる可動体１の可動体の不純物添加部１ａ以外の場所の表面上に蓄積する意図しない電荷を押え、効果的に可動体１の電荷と固定子２の電荷あるいは電圧を利用して高速にしかも均一に回転する半導体静電モータを提供する。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために軸５に加え、下側軸受け３１と上側軸受け4１の少なくとも一方を電荷がたまりにくく逃げやすい導体とし、さらに接地電位に接続するものである。
具体的には、請求項1記載の発明は外部の電荷または電圧によって作用する電荷を保有する可動体と、電圧によって作用する固定子と、固定子と相対する可動体の表面に配置された複数の不純物添加部と、可動体と相対する固定子の表面に配置された複数の電極部と、可動体の中央付近に埋め込まれた軸と、当該軸を支える軸受けとを有する半導体静電モータにおいて、前記軸は導体であって、固定子と電気的に接続されていることを特徴とする半導体モータである。
請求項２記載の発明は前記軸受けの少なくとも一方は導体であることを特徴とする請求項１記載の半導体モータである。
請求項３記載の発明は前記固定子は半導体であり、且つ、前記電極部は不純物添加部であることを特徴とする請求項１または請求項2に記載の半導体静電モータ。
請求項４記載の発明は前記軸受けは絶縁物を介して固定子に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか１項に記載の半導体静電モータである。
請求項５記載の発明は前記軸受けに接地用端子が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか１項に記載の半導体静電モータである。
請求項６記載の発明は前記導体は比抵抗が１０^１０Ω−cm以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれか１項に記載の半導体静電モータである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施例を説明するための縦断面構造図である。半導体静電モータの回転中心を通る縦断面図である。以下、本発明の第１の実施例を図１に基づいて説明する。
【００２２】
本発明の半導体静電モータは、円板状の可動体１、同心円状に配置された固定子２、下側軸受け３１、上側軸受け４１、円柱状の軸５、接地電極９、１０で構成されている。また、同心円状に配置された固定子２と下側軸受け３１、上側軸受け４１は絶縁物７，８で接着されているとともに電気的に絶縁されている。
【００２３】
円板状の可動体１の中心に円柱状の軸５が埋め込まれ、コマ型にされており、軸５は下側軸受け３１に支えられ、上側軸受け４１には、中央に軸の径より大きい穴が空けられており、円板状の可動体１と円柱状の軸５軸は電気的に接続されるよう導電性の接着剤で接続されている。
【００２４】
軸５は下側軸受け３１との接触抵抗を少なくするために下側が円錐状になっている。軸５は、導体であり、耐摩耗性のある鋼やシリコン半導体が用いられる。下側軸受け３１と上側軸受け４１は電荷が流出するように導体である金属、シリコンなどの半導体あるいは半絶縁物が用いられる。
【００２５】
軸５または下側軸受け３１あるいは上側軸受け４１の材質である前記導体の比抵抗が１０^１０Ω−cm以下であることが望ましい。これ以上の比抵抗の物質では、電荷が蓄積してしまい、また蓄積した電荷が動きにくくなって、半導体静電モータの回転速度が押さえられてしまい、回転むらも出てしまう。
【００２６】
耐摩耗性のあるシリコン半導体を用いると長期にわたり回転が安定し、このシリコン半導体基板内あるいは基板上に配線や駆動回路を形成できる利点がある。
【００２７】
下側軸受け３１と上側軸受け４１の少なくとも一方に接地電極９、１０をつければ更に電荷が蓄積しにくくなり、たまった電荷も流出するので効果が上がる。軸５自体に伝導性のブラシ(図示せず)をアースとして接触させれば下側軸受け３１と上側軸受け４１は導体でなくともよい。
【００２８】
可動体１は高抵抗のＰ型半導体からなる。シリコン半導体の単結晶が望ましいが多結晶であってもよい。また、上面からみると、可動体１の周辺部の側面と上面に接しＮ型高濃度層による可動体の不純物添加部１ａが等間隔で遇数個配置されている。Ｎ型高濃度層による可動体の不純物添加部１ａは円板上面から拡散により精度よく浅くでき、可動体１の中心方向に広い面積にできる。即ち、広い面積のため、多数キャリアである電子が数多く発生し、これを可動体１の側面に集めることが可能であり、この力を打ち消す正にイオン化した固定電荷は広い面積にばらまかれ、電圧によって移動できないので、回転に必要なクーロン力を大きくできる。
【００２９】
固定子２は、高抵抗のＰ型半導体からなる。シリコン半導体の単結晶が望ましいが多結晶であってもよい。可動体１の不純物添加部１ａに対応する固定子２の内周部と同上部に接し円周方向等間隔に、またその中間にもＮ型高濃度不純物拡散領域である固定子の不純物添加部２ｂが配置されている。固定子の不純物添加部２ｂは可動体の不純物添加部１ａの２倍の数が望ましい。固定子の不純物添加部２ｂは固定子の電極部２ａの役目を果たす。
【００３０】
固定子２は、可動体１の径よりも大きい径の穴が開けられており、この中央に可動体１と軸５が配置される。固定子２を挟んで上下に材質が導体であるである下側軸受け３１と上側軸受け４１が固定されている。
【００３１】
下側軸受け３１、上側軸受け４１がシリコン半導体であれば、絶縁物７、８はシリコン半導体上に熱酸化で付けた酸化膜で代用することもできる。
【００３２】
第１の実施例の動作についても従来の半導体静電モータの例と同様に図４を用いて説明できる。従来の半導体静電モータ例の前記説明において固定子の電極部２ａを固定子の不純物添加部２ａにおきかえれば動作説明となるので詳細は省略する。
【００３３】
図２は本発明の第２の実施例を説明するための縦断面構造図である。半導体静電モータの回転中心を通る縦断面図である。以下、本発明の第２の実施例を図２に基づいて説明する。
【００３４】
構成は第１の実施例と同じである。異なる点は、絶縁物７、８が、固定子２より、中心部からみて外側の位置になっており、絶縁物７、８の表面に蓄積した電荷の影響も避けることができる。
【００３５】
第２の実施例の動作も第１の実施例と同じである。詳細な説明は省略する。
【００３６】
各実施例において、固定子２、可動体１について高抵抗のＰ型半導体でなくＮ型半導体であってもよい。この場合、可動体の不純物添加部１ａと固定子の不純物添加部２ｂはＰ型拡散領域であってもよい。
【００３７】
シリコンを半導体材料として用いた場合を説明したが、ＧａＡｓやＳｉＣ等の半導体材料であってもよい。
【００３８】
固定子２は絶縁物であってもかまわない。この場合、固定子の不純物添加部２ｂは金属で置きかえられる。固定子の不純物添加部２ｂに対応する位置に、Ａｌなどの金属を蒸着方法などによって堆積し、写真、エッチングプロセスで必要な形状に加工すればよい。
【００３９】
実施例において下側軸受け３１、上側軸受け４１が導体である例を示したが、絶縁物の表面に導体を貼りつけたものであってもよい。この導体は比抵抗が１０^１０Ω−cm以下の金属、半導体、半絶縁物の他、比抵抗が１０^１０Ω−cm以下であれば有機物であってもよい。
【００４０】
実施例において軸５が導体である例を示したが絶縁体の軸に比抵抗が１０^１０Ω−cm以下である金属や有機物を塗布する二重構造であってもよい。
【００４１】
次に試作結果を示す。
外形の直径５mm、且つ、可動体の直径２mm、の大きさの第１の実施例の構造による半導体静電モータを試作し、特性を測定した。固定子の不純物添加部２ｂに±５００Ｖの電圧をかけて駆動したところ、１分間に２万６千回転させることができた。また、電圧を上昇させるにつれ連続的に回転数があがった。
【００４２】
上記の半導体静電モータにおいて、下側軸受け３１と上側軸受け４１を絶縁物とした従来の半導体静電モータの構造相当品において、固定子の不純物添加部２ｂに±５００Ｖの電圧をかけて駆動したところ、１分間に１万１千回転しか回転しなかった。また、電圧を上昇させると不連続に回転数があがった。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば下側軸受け３１あるいは上側軸受け４１の電荷の蓄積をなくし、あるいは、蓄積したとしてもその影響を少なくし高速回転が可能な回転むらのない小型半導体静電モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を説明するための縦断面構造図である。
【図２】本発明の第２の実施例を説明するための縦断面構造図である。
【図３】従来の半導体静電モータの例の動作を説明するための図である。
【図４】従来の半導体静電モータの例を説明するための回転中心を通る縦断面図である。
【符号の説明】
１可動体
１ａ可動体の不純物添加部
２固定子
２ａ固定子の電極部
２ｂ固定子の不純物添加部
３、３１下側軸受け
４、４１上側軸受け
５軸
６モールド部
７絶縁物
８絶縁物
９、１０接地電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is a rotary-type semiconductor electrostatic motor that utilizes Coulomb force acting on electric charges and is capable of high-speed rotation without uneven rotation.
[0002]
[Prior art]
With the advance of microfabrication, research on using a semiconductor electrostatic motor as a microactuator has been actively conducted. The electrostatic motor is composed of a movable body and a stator, each having an electrode or an impurity-added part. (For example, see Non-Patent Document 1).
[0003]
FIG. 4 is a longitudinal sectional view passing through a center of rotation for explaining an example of a conventional semiconductor electrostatic motor. Hereinafter, the structure and operation of an example of a conventional semiconductor electrostatic motor will be described.
[0004]
This conventional semiconductor electrostatic motor includes a disk-shaped movable body 1 made of an intrinsic semiconductor, a concentric stator 2 made of a shell or the like as an insulator, a glass substrate as an insulator, etc. , A lower bearing 3 and an upper bearing 4, a steel cylindrical shaft 5, and a molded part 6 which is an insulator. An electrode portion 2a of the stator, which is a conductor, is formed on the surface of the stator 2, which is an insulator.
[0005]
A cylindrical shaft 5 is embedded in the center of the disk-shaped movable body 1, and both are integrated in a frame shape. The shaft 5 is supported by the lower bearing 3, and the center of the upper bearing 4 is a shaft 5. The upper part of the shaft 5 is located in this hole so that the shaft 5 does not tilt too much. A stator 2 is concentrically arranged between the upper bearing 4 and the lower bearing 3 so as to surround the disk-shaped movable body 1, and a mold 6 forms a space between the stator 2 and the upper bearing 4. Glued.
[0006]
The shaft 5 is often conical on the lower side in order to reduce the contact resistance with the lower bearing 3.
[0007]
Further, on the outer peripheral surface of the disk of the movable body 1, several even-numbered impurity-added portions 1 a of the movable body formed of an N-type high-concentration layer are arranged.
[0008]
The stator 2 is an insulator made of a shell or the like, and the electrode portions 2a of the stator are arranged at equal intervals between the upper portion of the stator 2 corresponding to the plurality of impurity diffusion portions of the movable body and the electrode portion. . That is, the number of the electrode portions 2a of the stator is twice the number of the impurity-added portions 1a of the movable body (for example, see Patent Document 2).
[0009]
As described above, in the conventional semiconductor electrostatic motor, the lower bearing 3 and the upper bearing 4 are made of an insulator such as a glass substrate, and insulate the movable body 1 from other components.
[0010]
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of an example of a conventional semiconductor electrostatic motor.
FIG. 3 shows the movable body 1 and the stator 2 as viewed from above. Hereinafter, the rotation operation of the semiconductor electrostatic motor when the impurity-added portion 1a of the movable body is an N-type high concentration layer will be described with reference to the drawing.
[0011]
A positive potential is applied to every other electrode portion 2a of the stator, and a negative voltage is applied to the electrode portion 2a of the stator in between. An electron group, which is a majority carrier in the impurity-added portion 1a of the movable body due to the N-type high-concentration layer, receives a repulsive force from the electrode portion 2a of the stator having a negative potential and at the same time generates an attractive force from the electrode portion 2a of the stator having a positive potential. Therefore, the movable body 1 rotates in the direction of the arrow in the figure.
[0012]
The electron group, which is a majority carrier in the impurity-added portion 1a of the movable body due to the N-type high-concentration layer, is biased toward the stator electrode portion 2a having a positive potential. Since the ionized acceptor in the impurity-added portion of the movable body, that is, the ionized N-type diffusion impurity (for example, phosphorus) is a fixed charge, its position is fixed, and it cannot move in the direction of the negative potential electrode.
Therefore, the Coulomb force acting on the majority carrier electron group becomes larger than the Coulomb force acting on the ionized acceptor atom group, and the entire impurity-added portion 1a of the movable body by the N-type high concentration layer is electrically connected to the positive electrode side. Attracted to.
[0013]
Thereafter, no voltage is applied to the electrodes 2a of all the stators until the impurity-added portion 1a of the movable body passes in front of the electrodes 2a of the stator to which a positive potential is initially applied. The movable body 1 continues to rotate in the rotational direction due to inertia.
[0014]
After the movable body 1 passes through the front surface of the first stator electrode portion 2a in the rotation direction, a voltage having a potential opposite to the above-described voltage is applied to each stator electrode portion 2a. Due to the change in the voltage polarity, the movable body 1 further rotates in the above-described rotation direction.
[0015]
There are a positive potential stator electrode 2a and a negative potential stator electrode 2a along the clockwise direction, and if there is an impurity-added portion 1a of the movable body between them, the negative to positive potential electrode direction, counterclockwise. Rotate around. There are a positive potential stator electrode 2a and a negative potential stator electrode 2a along the counterclockwise direction, and if there is an impurity-added portion 1a of the movable body between them, a negative potential to a positive potential electrode direction, clock Rotate around.
[0016]
Therefore, in order to keep the rotation direction constant, the positional relationship between the positive potential stator electrode 2a, the negative potential stator electrode 2a, and the impurity-added portion 1a of the movable body between them is checked before the start of rotation. Need to adjust.
[0017]
[Patent Document 1]
JP-A-3-277189 (page 3, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-2000-245172 (page 8, FIG. 2)
[Non-patent document 1]
"Pulse motor using impurity semiconductor", Journal of the Institute of Electrostatics, Vol. 15, No. 5, 1991, p. 381-p. 382.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this structure, charges having poor mobility accumulate in places other than the impurity-added portion 1a of the movable body of the movable body 1, and the charge of only the impurity-added portion 1a of the movable body is dynamically controlled by an external electric field. Difficult to do. That is, the boundary between the impurity-added portion 1a of the movable body and the other portion becomes ambiguous, and it is difficult to obtain the original mechanical action of the majority carrier held in the impurity-added portion 1a of the movable body. In addition, the electric field created by the charged electric charge or the electric field created by the interaction between the charged electric charge and the external electric field dynamically disturbs the channel structure on the surface of the rotating movable body 1, so that the inside of the movable body 1 The electrical conduction state changes differently from the intended control in terms of position and time.
[0019]
The present invention is intended to solve the above-described problem. Unintended charges that accumulate on the surface of the movable body 1 other than the impurity-added portion 1a of the movable body 1 that limits the rotation speed and causes rotation unevenness are provided. The present invention provides a semiconductor electrostatic motor that rotates at high speed and uniformly by effectively utilizing the charge of the movable body 1 and the charge or voltage of the stator 2 effectively.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, in addition to the shaft 5, at least one of the lower bearing 31 and the upper bearing 41 is made of a conductor in which electric charges hardly accumulate and escape easily, and is further connected to a ground potential.
Specifically, the invention according to claim 1 has a movable body holding an electric charge acting by an external charge or a voltage, a stator acting by a voltage, and a plurality of movable members arranged on the surface of the movable body facing the stator. And a plurality of electrode portions disposed on the surface of the stator opposed to the movable body, a shaft embedded near the center of the movable body, and a bearing supporting the shaft. And the shaft is a conductor, and is electrically connected to the stator.
The invention according to claim 2 is the semiconductor motor according to claim 1, wherein at least one of the bearings is a conductor.
The invention according to claim 3 is the semiconductor electrostatic motor according to claim 1 or 2, wherein the stator is a semiconductor, and the electrode portion is an impurity-added portion.
The invention according to claim 4 is the semiconductor electrostatic motor according to any one of claims 1 to 3, wherein the bearing is connected to a stator via an insulator.
The invention according to claim 5 is the semiconductor electrostatic motor according to any one of claims 1 to 4, wherein a grounding terminal is provided on the bearing.
The invention according to claim 6 is the semiconductor electrostatic motor according to any one of claims 1 to 5, wherein the conductor has a specific resistance of 10 ¹⁰ Ω-cm or less.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a longitudinal sectional structural view for explaining a first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a longitudinal sectional view passing through the center of rotation of the semiconductor electrostatic motor. Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0022]
The semiconductor electrostatic motor of the present invention comprises a disk-shaped movable body 1, a stator 2 arranged concentrically, a lower bearing 31, an upper bearing 41, a cylindrical shaft 5, and ground electrodes 9 and 10. ing. Further, the stator 2, the lower bearing 31, and the upper bearing 41 which are arranged concentrically are adhered by insulators 7 and 8 and are electrically insulated.
[0023]
A cylindrical shaft 5 is embedded in the center of the disk-shaped movable body 1 and has a frame shape. The shaft 5 is supported by a lower bearing 31, and the upper bearing 41 has a center larger than the diameter of the shaft at the center. A hole is formed, and the disk-shaped movable body 1 and the five cylindrical shafts are connected by a conductive adhesive so as to be electrically connected.
[0024]
The shaft 5 has a conical lower side in order to reduce the contact resistance with the lower bearing 31. The shaft 5 is a conductor, and is made of wear-resistant steel or silicon semiconductor. The lower bearing 31 and the upper bearing 41 are made of a conductor such as a metal, a semiconductor such as silicon, or a semi-insulating material so that electric charge flows out.
[0025]
It is desirable that the conductor, which is the material of the shaft 5, the lower bearing 31, or the upper bearing 41, has a specific resistance of 10 ¹⁰ Ω-cm or less. With a substance having a specific resistance higher than this, the electric charge is accumulated, and the accumulated electric charge becomes difficult to move, so that the rotation speed of the semiconductor electrostatic motor is suppressed, and the rotation becomes uneven.
[0026]
The use of a wear-resistant silicon semiconductor has the advantage that the rotation is stable for a long period of time, and wirings and drive circuits can be formed in or on the silicon semiconductor substrate.
[0027]
If the ground electrodes 9 and 10 are attached to at least one of the lower bearing 31 and the upper bearing 41, it becomes more difficult to accumulate electric charges, and the accumulated electric charge flows out, so that the effect is improved. If a conductive brush (not shown) is brought into contact with the shaft 5 itself as a ground, the lower bearing 31 and the upper bearing 41 may not be conductors.
[0028]
The movable body 1 is made of a high-resistance P-type semiconductor. Although a single crystal of a silicon semiconductor is desirable, it may be a polycrystal. Further, when viewed from the upper surface, an even number of the impurity-added portions 1a of the movable body made of an N-type high concentration layer are arranged at equal intervals in contact with the side surface and the upper surface of the periphery of the movable body 1. The impurity-added portion 1a of the movable body by the N-type high-concentration layer can be made shallow with high precision by diffusion from the upper surface of the disk, and can have a large area in the center direction of the movable body 1. That is, because of the large area, a large number of electrons, which are majority carriers, are generated and can be collected on the side surface of the movable body 1. Positively ionized fixed charges that cancel this force are dispersed over a large area, and the voltage is increased. Can not move, the Coulomb force required for rotation can be increased.
[0029]
The stator 2 is made of a high-resistance P-type semiconductor. Although a single crystal of a silicon semiconductor is desirable, it may be a polycrystal. The impurity-added portion of the stator, which is an N-type high-concentration impurity diffusion region, is in contact with the inner peripheral portion of the stator 2 corresponding to the impurity-added portion 1a of the movable body 1 and at the same upper portion in the circumferential direction and at the middle thereof. 2b are arranged. The number of impurity-added portions 2b of the stator is desirably twice the number of impurity-added portions 1a of the movable body. The impurity-added portion 2b of the stator functions as the electrode portion 2a of the stator.
[0030]
The stator 2 has a hole with a diameter larger than the diameter of the movable body 1, and the movable body 1 and the shaft 5 are arranged at the center of the hole. A lower bearing 31 and an upper bearing 41 whose materials are conductors are fixed above and below the stator 2.
[0031]
If the lower bearing 31 and the upper bearing 41 are silicon semiconductors, the insulators 7 and 8 can be replaced with an oxide film formed on the silicon semiconductor by thermal oxidation.
[0032]
The operation of the first embodiment can be described with reference to FIG. 4, similarly to the example of the conventional semiconductor electrostatic motor. In the above description of the example of the conventional semiconductor electrostatic motor, if the electrode portion 2a of the stator is replaced with the impurity-added portion 2a of the stator, the operation will be described, and the details will be omitted.
[0033]
FIG. 2 is a longitudinal sectional structural view for explaining a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a longitudinal sectional view passing through the center of rotation of the semiconductor electrostatic motor. Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0034]
The configuration is the same as that of the first embodiment. The difference is that the insulators 7 and 8 are located outside the center of the stator 2 when viewed from the center, so that the effects of electric charges accumulated on the surfaces of the insulators 7 and 8 can be avoided.
[0035]
The operation of the second embodiment is the same as that of the first embodiment. Detailed description is omitted.
[0036]
In each embodiment, the stator 2 and the movable body 1 may be N-type semiconductors instead of high-resistance P-type semiconductors. In this case, the impurity doped portion 1a of the movable body and the impurity doped portion 2b of the stator may be P-type diffusion regions.
[0037]
Although the case where silicon is used as the semiconductor material has been described, a semiconductor material such as GaAs or SiC may be used.
[0038]
The stator 2 may be an insulator. In this case, the impurity added portion 2b of the stator is replaced with a metal. A metal such as Al may be deposited at a position corresponding to the impurity-added portion 2b of the stator by an evaporation method or the like, and processed into a required shape by a photograph and an etching process.
[0039]
Although the example in which the lower bearing 31 and the upper bearing 41 are conductors is shown in the embodiment, the conductor may be attached to the surface of the insulator. The conductor resistivity ¹⁰ 10 Ω-cm or less of the metal, a semiconductor, other semi-insulator, the resistivity may be organic as long as less ¹⁰ 10 Ω-cm.
[0040]
Although an example in which the shaft 5 is a conductor has been described in the embodiment, a double structure in which a metal or an organic material having a specific resistance of 10 ¹⁰ Ω-cm or less is applied to the shaft of the insulator may be used.
[0041]
Next, the results of the prototype are shown.
A prototype of a semiconductor electrostatic motor having the outer diameter of 5 mm and the movable body having a diameter of 2 mm and having the structure of the first embodiment was manufactured, and its characteristics were measured. When driving was performed by applying a voltage of ± 500 V to the impurity-added portion 2b of the stator, 26,000 rotations could be performed per minute. Also, the number of rotations increased continuously as the voltage was increased.
[0042]
In the above-described semiconductor electrostatic motor, in a product equivalent to the structure of a conventional semiconductor electrostatic motor in which the lower bearing 31 and the upper bearing 41 are made of an insulator, a voltage of ± 500 V is applied to the impurity-added portion 2b of the stator. However, only 11,000 rotations were performed per minute. When the voltage was increased, the number of revolutions increased discontinuously.
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a small semiconductor electrostatic motor that eliminates accumulation of electric charge in the lower bearing 31 or the upper bearing 41, or reduces the influence of accumulated electric charge, and is capable of high-speed rotation without rotation unevenness. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional structural view for explaining a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional structural view for explaining a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining an operation of an example of a conventional semiconductor electrostatic motor.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view passing through a center of rotation for explaining an example of a conventional semiconductor electrostatic motor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Movable body 1a Movable body impurity addition part 2 Stator 2a Stator electrode part 2b Stator impurity addition part 3, 31 Lower bearing 4, 41 Upper bearing 5 Shaft 6 Mold part 7 Insulator 8 Insulator 9, 10 Ground electrode

Claims

A movable body having an external charge or a charge acting by a voltage, a stator acting by a voltage, a plurality of impurity-added portions arranged on a surface of the movable body facing the stator, and a stationary facing the movable body A plurality of electrode portions arranged on the surface of the child, a shaft embedded near the center of the movable body, and a semiconductor electrostatic motor having a bearing supporting the shaft, wherein the shaft is a conductor, the movable body and A semiconductor motor, which is electrically connected.

The semiconductor motor according to claim 1, wherein at least one of the bearings is a conductor.

3. The semiconductor electrostatic motor according to claim 1, wherein the stator is a semiconductor, and the electrode unit is an impurity-added unit.

4. The semiconductor electrostatic motor according to claim 1, wherein the bearing is connected to a stator via an insulator. 5.

The semiconductor electrostatic motor according to claim 1, wherein a grounding terminal is provided on the bearing.

The semiconductor electrostatic motor according to claim 1, wherein the conductor has a specific resistance of 10 ¹⁰ Ω-cm or less.