JP2007097357A - 静電モータおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 同一円周上に複数の電極を有する固定子と、固定子上に回転可能に配置され、一面に抵抗体層を有する回転子とを備えた静電モータにおいて、ファインピッチ化を図る。
【解決手段】 固定子１の基板２の上面（回転子側の面）には複数の電極４が基板２の中心を中心として放射状に設けられている。電極４は３相配線されている。この場合、基板２の上面のみで３相配線しようとすると、配線が交差してしまう。そこで、カバー基板４１の下面（固定子側の面）外周部に設けられた第３相用接続パッド４４（配線）を基板２の所定の電極４に異方性導電接着剤３１を介して接続すると、その電気的接続関係をカバー基板４１の配線で調整することができ、ひいては基板２にスルーホール導通部を有する多層配線構造とする場合と比較して、ファインピッチ化を図ることができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は静電モータおよびその製造方法に関する。

従来の静電モータには、ガラス等の非導電性材料からなる固定子基板上に複数の電極が、固定子基板の中心部に設けられた軸を中心にして放射状に設けられ、軸にガラス等の誘電材料からなる円板状の回転子が回転可能に取り付けられたものがある（例えば、特許文献１参照）。

上記のような構造の静電モータにおいて、回転子として、円形状のベースフィルムの一面に抵抗体層を設けたものが考えられている。この場合、固定子の電極を３相配線とし、固定子の電極と回転子の抵抗体層との間に発生するクーロン引力およびクーロン反発力により、回転子を回転させることになる。

ところで、固定子の電極を３相配線とする場合、同一平面では給電用配線が交差してしまう。そこで、例えば、第１工程において、第１相〜第３相の電極を形成し、且つ、電極の一方側に第１相の給電用配線を第１相の電極に接続させて形成するとともに、電極の他方側に第２相の給電用配線を第２相の電極に接続させて形成し、第２工程において、第２相の給電用配線を絶縁膜で覆い、第３工程において、絶縁膜の外側に第３相の給電用配線を第３相の電極に接続させて形成する方法がある（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６３−１３６９８１号公報（第４図） 特開２００１−２５１８７１号公報

しかしながら、このような静電モータの場合には、固定子基板上に複数の電極を固定子基板の中心を中心にして放射状に設けるため、例えば、電極の配置領域の内側に第１相の給電用配線をリング状に配置し、電極配置領域の外側に第２相および第３相の給電用配線をリング状に配置すると、第１相および第２相の給電用配線を固定子基板上において第３相の給電用配線の外側に引き回すことができない。そこで、固定子基板を多層配線構造とすることが考えられるが、スルーホール導通部を形成するため、ファインピッチ化に限界があるという問題がある。

このような構造の静電モータにおいて、（同じ駆動力を得られるならば、駆動電圧を下げることが、電力的に有利であるが、）駆動電圧を下げるためには、（逆に、同じ駆動電圧ならば、駆動力を上げるためには、）固定子の電極間隔を狭めるファインピッチ化が、有効であることが知られている。また、固定子電極のファインピッチ化は、位置決め分解能が上がるため、なめらかな回転や精密な位置決め移動を実現できるという観点からも望ましい。

そこで、この発明は、ファインピッチ化を図ることができる静電モータおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明の静電モータは、一側面側に、少なくとも３つ以上の電極群を構成する各電極が順番に且つ繰り返し同一円周上に配列された固定子と、前記固定子の前記一側面に回転可能に設けられ、前記各電極に対向する抵抗体層を有する回転子と、を備えた静電モータであって、前記固定子の一側面に対向する面に前記各電極群のうち少なくとも１つ電極群の各電極に対向する複数の接続パッドおよび前記各接続パッドを接続する接続配線を有するカバー基板を、前記固定子に対向して配置し、前記カバー基板の前記各接続パッドを、対応する前記固定子の前記各電極群のうち少なくとも１つ電極群の前記各電極に導通手段を介して電気的に接続したことを特徴とするものである。
また、この発明の静電モータの製造方法は、一側面側に、少なくとも３つ以上の電極群を構成する各電極が順番に且つ繰り返し同一円周上に配列された固定子と、前記固定子の前記一側面に回転可能に設けられ、前記各電極に対向する抵抗体層を有する回転子と、を備えた静電モータの製造方法であって、前記固定子の一側面に対向する面に前記各電極群のうち少なくとも１つ電極群の各電極に対向する複数の接続パッドおよび前記各接続パッドを接続する接続配線を有するカバー基板を準備する工程と、前記固定子に対向して配置し、前記カバー基板の前記各接続パッドを、対応する前記固定子の前記各電極群のうち少なくとも１つ電極群の前記各電極に導通手段を介して電気的に接続させる接続工程と、を有することを特徴とするものである。

この発明によれば、カバー基板の回転子側の面の外周部に設けられた配線を固定子の電極に異方性導電接着剤中の導電性粒子を介して電気的に接続させているので、固定子の同一平面に電極および必要な給電用配線を設けても、その電気的接続関係をカバー基板の配線で調整することができ、ひいては固定子にスルーホール導通部を形成する必要がなく、ファインピッチ化を図ることができる静電モータおよびその製造方法を提供することができる。

（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態としての静電モータの要部の断面図を示す。この静電モータは、固定子１、回転子１１、軸２１、異方性導電接着剤３１、カバー基板４１等を備えている。そして、固定子１とカバー基板４１との間に挟まれ、異方性導電接着剤３１とで囲まれる空間の回転子室６１内に回転子１１が回転可能に配置されている。ここで、カバー基板４１は後述するように給電用配線の仲介する役割の他、固定子、回転子を保護する役割も果たす。

次に、図２は固定子１の平面図を示す。固定子１は、ガラス、セラミック、硬質樹脂等からなる円形状の基板２を備えている。基板２の上面中心部には円形状の軸支凹部３が設けられている。基板２の上面外周部（同一円周上）にはＩＴＯ、アルミニウム、銅等からなる複数の電極４が基板２の中心を中心として放射状に設けられている。

この場合、電極４の形状は、内側から外側に向かうに従って漸次幅広となるくさび形状である。電極４の径方向の長さは同じである。ここで、図２では、電極４およびその間の隙間の角度を５°として図示しているが、それよりも小さく、例えば３°としてもよい。

基板２の上面において、電極４の配置領域の外側には給電用配線５がほぼＣ字状に設けられ、電極４の配置領域の内側には給電用配線６がリング状に設けられている。ここで、電極４は３相配線されている。すなわち、第１相、第２相の電極４は第１相給用電配線５、第２相給電用配線６に接続され、第３相の電極４は所定の１つを除いて基板２上においてどことも電気的に接続されていない。

第１相給電用配線５の切断された部分の近傍における基板２の上面外周部には３つの第１相〜第３相の外部接続端子７、８、９が設けられている。第１相の外部接続端子７は、第１相給電用配線５の一端部に接続され、且つ、第１相給電用配線５を介して第１相の電極４の全てに接続されている。第２相の外部接続端子８は、第２相の電極４の所定の１つに接続され、且つ、第２相給電用配線６を介して第２相の電極４の残りの全てに接続されている。第３相の外部接続端子９は第３相の電極４の所定の１つに接続されている。

次に、図３は回転子１１の平面図を示す。回転子１１は、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート等からなる円形状のベースフィルム１２を備えている。ベースフィルム１２の中心部には円形状の軸取付孔１３が設けられている。ベースフィルム１２の上面外周部には、例えば、カーボンを含むウレタン樹脂の塗布により、リング状の抵抗体層１４が設けられている。

ここで、ベースフィルム１２の直径は、図２に示す固定子１の電極４配置領域の外径よりもある程度小さくなっている（図１参照）。抵抗体層１４の内径は、図２に示す固定子１の電極４配置領域の内径と同じとなっている（図１参照）。軸取付孔１３の直径は、図１に示す軸２１の直径よりもやや小さくなっている。

そして、図１に示すように、回転子１１の軸取付孔１３には軸２１が圧入挿通されて取り付けられている。この場合、軸２１の外周面において回転子１１の軸取付孔１３に取り付けられる部分には断面円弧形状のリング状の溝２２が設けられている。軸２１の下端部は、固定子１の軸支凹部３内に回転可能に軸支されている。これにより、回転子１１は軸２１と共に固定子１上に回転可能に配置されている。

次に、図４はカバー基板４１の平面（透過）図を示す。カバー基板４１は、固定子１の基板２と同一の材料によって基板２よりもある程度小さい円形状に形成されている。カバー基板４１の中心部には円形状の軸挿通孔４２が設けられている。カバー基板４１の下面外周部には第３相用接続配線４３がリング状に設けられている。カバー基板４１の下面の第３相用接続配線４３の内側において、図２に示す固定子１の第３相の電極４の外端部に対応する部分には、第３相用接続パッド４４が第３相用接続配線４３に接続されて設けられている。

そして、図１に示すように、カバー基板４１の下面外周部は、固定子１の上面外周部にリング状の異方性導電接着剤３１を介して接着されている。この状態では、軸２１は、カバー基板４１の軸挿通孔４２を回転可能に挿通されてカバー基板４１の上側に突出されている。また、図５に示すように、異方性導電接着剤３１は、熱硬化性樹脂からなる絶縁性接着剤３２中に導電性粒子３３を混入したものからなっている。そして、カバー基板４１の第３相用接続パッド４４は固定子１の第３相の電極４の外端部に異方性導電接着剤３１中の導電性粒子３３を介して電気的に接続されている。

ここで、図２に示すように、第３相の外部接続端子９は第３相の電極４の所定の１つに接続されている。そして、この所定の１つの第３相の電極４は、その真上の図４に示す第３相用接続パッド４４に異方性導電接着剤３１中の導電性粒子３３を介して接続され、且つ、第３相用接続配線４３を介して残りの第３相用接続パッド４４に接続されている。残りの第３相用接続パッド４４は、図２に示す残りの第３相の電極４に異方性導電接着剤３１中の導電性粒子３３を介して接続されている。これにより、第３相の外部接続端子９は第３相の電極４の全てに電気的に接続されている。

以上のように、この静電モータでは、固定子１の第３相の電極４をカバー基板４１の下面外周部に設けられた第３相用接続パッド４４（配線）に異方性導電接着剤３１中の導電性粒子３３を介して電気的に接続させているので、固定子１の基板２の同一平面に電極４および必要な給電用配線５、６を設けても、その電気的接続関係をカバー基板４１の第３相用接続配線４３および第３相用接続パッド４４（配線）で調整することができ、ひいては固定子１の基板２にスルーホール導通部を形成する必要がなく、ファインピッチ化を図ることができる。また、異方性導電接着剤３１は、回転子室６１の壁としても機能する。

次に、この静電モータの製造方法の一例について説明する。まず、固定子１の上面外周部に、異方性導電接着剤３１を形成するためのリング状シートを配置する。また、回転子１１の軸２１の下端部を固定子１の軸支凹部３内に配置する。次に、リング状シートの上面にカバー基板４１をその軸挿通孔４２に軸２１を相対的に挿通させながら且つ位置合わせして配置する。

次に、軸２１と干渉しない形状のボンディングヘッドを用いてカバー基板４１の上から熱圧着すると、カバー基板４１の第３相用接続パッド４４が固定子１の第３相の電極４に異方性導電接着剤３１中の導電性粒子３３を介して接続され、且つ、カバー基板４１の下面外周部が固定子１の上面外周部に異方性導電接着剤３１中の絶縁性接着剤３２を介して接着される。かくして、図１に示す静電モータが得られる。そして、異方性導電接着剤３１は、回転子室６１の壁としても機能する。

ここで、軸２１と干渉しない形状のボンディングヘッドとしては、例えば、軸２１に対応する部分に挿通孔が形成されているものであってもよく、また第２のリング状シートに対応する形状のリング状のものであってもよい。なお、リング状シートを用いる代わりに、固定子１の上面外周部にシリンジを用いて、導電性粒子を含む液状の絶縁性接着剤を塗布するようにしてもよい。

次に、この静電モータの駆動方法の一例について説明する。ここで、固定子１上の３相配線された電極４への印加電圧が例えば正電圧、負電圧、０Ｖである場合には、以下の説明において、固定子１の電極４に電圧（＋、−、０）を印加するという。また、その電圧印加状態は、図６（Ａ）の下図のように示すこととする。ここで、図６（Ａ）の下図に示す固定子１においては、実線で区切られた各枡目は各電極４に対応するものである（以下同じ）。なお、図６では固定子側６極分、回転子側３極分のみを示す。

さて、充電工程において、図６（Ａ）の下図に示すように、固定子１の電極４（左側から３つずつの電極、以下同じ）に電圧（＋、−、０）を印加すると、回転子１１の抵抗体層１４の電極４と対向する領域に当該電極４の電荷と逆極性の電荷が充電（誘導）される（初期充電）。ここで、図６（Ａ）の上図に示す回転子１１の抵抗体層１４においては、点線で区切られた各枡目は各電極４に対応する領域である（以下同じ）。

次に、移動工程において、図６（Ｂ）の下図に示すように、固定子１の電極４に印加する電圧を（−、＋、−）に切り替えると、電極の電荷は瞬時に入れ替わるが、回転子側の電荷配置が新たな平衡状態に変化するには、ある程度の時間を要するので、切り替え直後は回転子側の電荷は保持されており、図６（Ｂ）の上図のような電荷配置となっている。このとき、回転子１１の抵抗体層１４の電荷領域の電荷とその真下の固定子１の電極４の電荷とが同符号となる領域が現れ、その間にクーロン反発力が発生し、このクーロン反発力により、矢印で示すように、回転子１１を浮き上がらせようとする力が働く。

そして、図６（Ｂ）においては、固定子１と回転子１１との横方向のクーロン引力およびクーロン反発力の釣り合いが崩れることにより、右方向の回転駆動力が発生し、図６（Ｃ）に示すように、回転子１１が固定子１上を右方向に１ピッチ（１電極分）移動し、停止する。

次に、移動中に回転子の電荷は一部失われるので、クーロン力（回転駆動力）が減少する。そこで、この力を維持して連続して駆動するために、図６（Ｃ）の状態で次の充電工程において、図６（Ｄ）の下図に示すように、固定子１の電極４に図６（Ａ）の下図から右方向に１ピッチ（１電極分）ずらした電圧（０、＋、−）を印加する。すると、図６（Ｄ）の上図に示すように、回転子１１の抵抗体層１４の電極４と対向する領域に当該電極４の電荷と逆極性の電荷が再充電される。（上記失われる電荷は全体の一部なので、再充電の時間は初期充電の時間よりも短くてよい。）以下、上記と同様の工程が繰り返され、回転子１１が軸２１と共に１ピッチずつ回転される。

ところで、上記第１実施形態では、固定子１とカバー基板４１との間に回転子１１を配置しているため、回転子１１のベースフィルム１２の厚さを例えば１５μｍ程度と比較的薄くしても、固定子１の基板２とカバー基板４１との間隔がそれよりもある程度大きくなってしまう。なお、固定子１の電極４およびカバー基板４１の第３相用接続パッド４４の厚さは例えば０．１５μｍ程度とかなり薄く、無視することとする。

一方、図５に示すように、カバー基板４１の第３相用接続パッド４４と固定子１の第３相の電極４との間には導電性粒子３３が介在されている。したがって、導電性粒子３３の直径は、回転子１１のベースフィルム１２の厚さよりもある程度大きくなってしまう。導電性粒子３３の直径が大きくなると、それに応じて、例えば第３相用接続パッド４４のサイズおよびピッチも大きくする必要があり、ファインピッチ化には限界がある。そこで、次に、導電性粒子３３の直径を小さくすることができるこの発明の第２実施形態について説明する。

（第２実施形態）
図７はこの発明の第２実施形態としての図５同様の静電モータの一部の断面図を示す。この静電モータにおいて、図５に示す静電モータと異なる点は、固定子１の第３相の電極４の外端部上面に金、銅等からなる突起電極５１を設け、この突起電極５１とカバー基板４１の第３相用接続パッド４４とをその間に介在された導電性粒子３３を介して接続した点である。

このようにした場合には、固定子１の基板２とカバー基板４１との間隔がある程度大きくても、突起電極５１と第３相用接続パッド４４との間に介在される導電性粒子３３の直径を突起電極５１の高さの分だけ小さくすることができ、それに応じて、例えば第３相用接続パッド４４のサイズおよびピッチを小さくすることができるので、ファインピッチ化を図ることができる。なお、第３相用接続パッド４４の下面にも突起電極を設けるようにしてもよく、また第３相用接続パッド４４の下面のみに突起電極を設けるようにしてもよい。

（第３実施形態）
第１実施形態では、第１相給電用配線５を電極４の配置領域の外側に設け、第２相給電用配線６を電極４の配置領域の内側に設ける例を示したが、第１相や第２相の給電も第３相接続用配線と同様に、カバー基板の接続配線と異方性導電接着剤中の導電性粒子を介して接続するようにしてもよい。その場合、カバー基板の配線および異方性導電接着剤を形成するためのリング状シートは相毎に半径を変えて設けるようにすればよい。

第２相の給電もカバー基板の第２相用接続配線および異方性導電接着剤中の導電性粒子を介して行うようにした場合の例を図８、図９に示す。（第１実施形態の図２に対応する図が図８に、第１実施形態の図４に対応する図が図９である。）ここで、図８に示すように、固定子１ａには、第２相用の異方性導電接着剤を形成するためのリング状シート３１ａを設け、図９に示すように、カバー基板４１ａには、第２相用接続配線４３ａと、第２相用接続パッド４４ａが等間隔に設けられている（接続パッド４４ａの位置はリング状シート３１ａに対応する位置にある）。そして、第２相の外部接続端子８は、第２相用接続パッド４４ａ、第２相用接続配線４３ａ、異方性導電接着剤３１ａ中の導電性粒子を介して、第２相の電極４の全てに接続されている。

（その他の実施形態）
例えば、図１に示す場合において、軸２１を固定子１の下面側にも回転可能に突出させるようにしてもよく、また軸２１を固定子１の下面側のみに回転可能に突出させるようにしてもよい。

この発明の第１実施形態としての静電モータの要部の断面図。 図１に示す固定子の平面図。 図１に示す回転子の平面図。 図１に示すカバー基板の平面（透過）図。 図１に示す静電モータの一部の断面図。 図１に示す静電モータの駆動方法の一例を説明するために示す図。 この発明の第２実施形態としての図５同様の静電モータの一部の断面図。 この発明の第３実施形態としての静電モータの図２に対応する図。 この発明の第３実施形態としての静電モータの図４に対応する図。

符号の説明

１、１ａ 固定子
２ 基板
３ 軸支凹部
４ 電極
５ （第１相）給電用配線
６ （第２相）給電用配線
７、８、９ 外部接続端子
１１ 回転子
１２ ベースフィルム
１３ 軸取付孔
１４ 抵抗体層
２１ 軸
２２ 溝
３１、３１ａ 異方性導電接着剤
３２ 絶縁性接着剤
３３ 導電性粒子
４１、４１ａ カバー基板
４２ 軸挿通孔
４３ 第３相用接続配線
４３ａ 第２相用接続配線
４４ 第３相用接続パッド（配線）
４４ａ 第２相用接続パッド（配線）
５１ 突起電極
６１ 回転子室

Claims (12)

1. 一側面側に、少なくとも３つ以上の電極群を構成する各電極が順番に且つ繰り返し同一円周上に配列された固定子と、前記固定子の前記一側面に回転可能に設けられ、前記各電極に対向する抵抗体層を有する回転子と、を備えた静電モータであって、
   前記固定子の一側面に対向する面に前記各電極群のうち少なくとも１つ電極群の各電極に対向する複数の接続パッドおよび前記各接続パッドを接続する接続配線を有するカバー基板を、前記固定子に対向して配置し、前記カバー基板の前記各接続パッドを、対応する前記固定子の前記各電極群のうち少なくとも１つ電極群の前記各電極に導通手段を介して電気的に接続したことを特徴とする静電モータ。
2. 請求項１に記載の発明において、前記少なくとも３つ以上の電極群は３つであり、前記各電極群のうち１つの電極群が前記導通手段を介して前記カバー基板の接続配線により接続されていることを特徴とする静電モータ。
3. 請求項１に記載の発明において、前記少なくとも３つ以上の電極群は３つであり、前記各電極群のうち２つの電極群が前記導通手段を介して前記カバー基板の接続配線により接続されていることを特徴とする静電モータ。
4. 請求項１に記載の発明において、前記電極群のうち、前記導通手段を介して前記カバー基板の接続配線に電気的に接続された電極群を除いた残りの電極群の前記各電極が前記固定子上の給電用配線により接続されていることを特徴とする静電モータ。
5. 請求項４に記載の発明において、前記固定子上の前記各給電用配線には外部接続端子が設けられていることを特徴とする静電モータ。
6. 請求項１に記載の発明において、前記複数の電極は前記固定子の中心を中心として放射状に配置されていることを特徴とする静電モータ。
7. 請求項１に記載の発明において、前記導通手段は、前記固定子の電極上と前記カバー基板の前記回転子側の接続パッド上とのうちの少なくとも一方に設けられた突起電極を含むことを特徴とする静電モータ。
8. 請求項１に記載の発明において、前記導通手段は、導電性粒子が混入された異方性導電接着剤であることを特徴とする静電モータ。
9. 請求項１に記載の発明において、前記回転子の中心部に軸が取り付けられ、前記軸は前記カバー基板と前記固定子とのうちの少なくとも一方の中心部を回転可能に挿通されてその外側に突出されていることを特徴とする静電モータ。
10. 一側面側に、少なくとも３つ以上の電極群を構成する各電極が順番に且つ繰り返し同一円周上に配列された固定子と、前記固定子の前記一側面に回転可能に設けられ、前記各電極に対向する抵抗体層を有する回転子と、を備えた静電モータの製造方法であって、
    前記固定子の一側面に対向する面に前記各電極群のうち少なくとも１つ電極群の各電極に対向する複数の接続パッドおよび前記各接続パッドを接続する接続配線を有するカバー基板を準備する工程と、前記固定子に対向して配置し、前記カバー基板の前記各接続パッドを、対応する前記固定子の前記各電極群のうち少なくとも１つ電極群の前記各電極に導通手段を介して電気的に接続させる接続工程と、を有することを特徴とする静電モータの製造方法。
11. 請求項１０に記載の発明において、前記導通手段は前記固定子の電極上と前記カバー基板の前記回転子側の接続パッド上とのうちの少なくとも一方に設けられた突起電極を含むことを特徴とする静電モータの製造方法。
12. 請求項１０に記載の発明において、前記導通手段は、導電性粒子が混入された異方性導電接着剤であることを特徴とする静電モータの製造方法。

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