JP2007143299A - 静電モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 小型・薄型化に適するとともに大きな回転トルクを発生させることを可能とした静電モータを提供する。
【解決手段】 複数の同心円上に複数の凸型電極１５が形成されたステータ１０と、同じく複数の同心円上に複数の凸型電極２５が形成されたロータ２０と、前記ステータ１０に前記ロータ２０を対向させた状態で前記ロータ２０を回転自在に支持する支持機構１２ａ，１２ｂと、半径方向に所定のギャップｇ１，ｇ２，ｇ３，ｇ４，ｇ５を介して面対向する前記凸型電極１５，２５間に所定の駆動信号を前記ロータ２０の回転方向に順次供給する給電部３０と、を有するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステータに対しロータが回転する静電モータに係わり、特に小型・薄型化に適するとともに比較的大きな回転トルクを発生させることを可能とした静電モータに関する。

従来の静電型のモータとしては、例えば円環状の電極を周方向に分割してなる平面円弧状の電極パターンを備えたステータと、平面扇形状からなる誘電体歯パターンを備えたロータとが対向配置され、前記電極パターンと誘電体歯パターンとの間に所定の駆動電圧を印加することにより、前記電極間に静電反発力及び静電吸引力を発生させて前記ロータを回転させるようにしたものがある（例えば、特許文献１）。

また固定子を形成する中空の外側シリンダの内面に内向きに突出する櫛型状極２６と、回転子を形成する内側シリンダの外面に外向きに突出する複数の櫛型状極２８とを有し、互いの櫛型状極２６，２８どうしを対向させた状態で前記固定子の内部に前記回転子を配置するとともに、両櫛型状極間に発生する静電力で前記回転子を回転させるようにしている（例えば、特許文献２）。
特願平８−３３３６０号公報 特表２００４−５２１５９３号公報

前記静電力で回転する静電型のモータは、原理上、静電力は駆動電圧の２乗及び電極間の対向面積に比例し、電極間距離（ギャップ長）の二乗に反比例する。このため、モータとして十分な回転トルク（駆動力）を得るためには、前記駆動電圧又は対向面積を大きくするか、電極間距離を小さく（短く）する必要がある。

しかし、電極間距離を小さくする方法は、軸支持体の精度の関係から自ずと限界があり、ステータやロータの対向面の平滑度などを保証して狭い空隙を確保することは困難である。しかも、前記駆動電圧は高電圧を用いるため、前記電極間距離を小さくし過ぎると、電極間が絶縁破壊による短絡が発生しやすくなるという問題もある。

また特許文献１記載の静電モータでは、その構造上の特徴より前記電極間の対向面積を大きくする方法を採用しやすいが、ロータを小型化し難くなるという問題がある。しかも、ロータは円板状をしており、その半径が長くなると慣性モーメントが半径の二乗に比例して大きくなるため、ロータ自体を回転させるためにより大きな回転トルクが必要になるという問題もある。

一方、特許文献２に記載のモータでは、櫛型状極を外側シリンダの内面に内向きに突出するように固定子を形成することが困難である。しかも、このような固定子の内部に、外向きに突出する複数の櫛型状極を備えた回転子を、前記回転子が回転する際に前記櫛型状極どうしが互いに接触することのないように設置する必要があるところ、外側シリンダの内面や内側シリンダの外面は共に曲面であるため、極めて高い寸法精度が要求されるという問題もある。

また前記外側シリンダ及び内側シリンダは、共に長手方向（軸方向）に所定の長さ寸法を有する筒型形状であるため、小型化又は薄型化しにくいという問題もある。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、小型・薄型化に適するとともに比較的大きな回転トルクを発生させることを可能とした静電モータを提供することを目的としている。

本発明は、複数の同心円上に複数の凸型電極が形成されたステータと、同じく複数の同心円上に複数の凸型電極が形成されたロータと、前記ステータに前記ロータを対向させた状態で前記ロータを回転自在に支持する支持機構と、半径方向に所定のギャップを介して面対向する前記凸型電極間に所定の駆動信号を前記ロータの回転方向に順次供給する給電部と、を有することを特徴とするものである。

本発明の静電モータでは、静電力に寄与する電極間の対向面積を高さ方向（板厚方向）に稼ぐことができるため、ロータを小型化することができる。また同じ面積のロータにあっては駆動トルク（回転トルク）を大きくすることができる。

上記においては、前記支持機構が、前記ステータと前記ロータの中心から所定の半径寸法内に設けられた少なくとも３ヶ以上の転動部材であることが好ましい。
上記手段では、少ない部品点数でロータを回転自在に支持することができる。

また前記ステータと前記ロータとの回転中心に支持部が設けられていることが好ましい。

上記手段では、ロータが回転中心を中心として回転することができるため、回転精度を高めること、すなわち回転ムラを抑えることができる。

さらには前記ロータには前記転動部材が転動する通路が環状に形成されていることが好ましく、より好ましくは前記通路が環状のガイド溝で形成されていることである。

上記手段では、前記転動部材が転がるための通路又はガイド溝を確保することができ、特にガイド溝にあってはロータの回転精度を高めることができる。

また前記転動部材が、小球又は回転ローラーであるものとすることができる。
上記手段では、ロータ回転時の摩擦を小さくすることができるため、スムーズな回転を実現することができる。

前記凸型電極は、周方向に分割された所定のピッチ角内に半径方向に沿って配列されており、前記ピッチ角内では半径方向に配列された個々の前記凸型電極が互いに導通接続されていることが好ましい。

上記手段では、ピッチ角ごとに電気系統（極または相）を形成することができるため、外部の給電部から駆動信号を供給して行うロータの回転制御を容易とすることが可能となる。

また前記半径方向に配列された個々の凸型電極は、前記ロータ及び固定子の表面に前記ピッチ角ごとに形成された接続パターンで接続されているものが好ましい。

上記構成では、前記接続パターンも静電力を発生させる電極として機能させることができるため、駆動トルクを大きくすることができる。

また前記凸型電極の長さ寸法は、外周側の長さ寸法の方が内周側の長さ寸法よりも長いものが好ましい。

上記手段では、ステータ電極とロータ電極とが面対向する時間を、円板の外周と内周側とで同じくすることができる。このため、各電極間に発生する静電力を円板の外周と内周側とで等しくすることができ、回転ムラの発生を抑制することができる。

さらには前記凸型電極が円弧状に形成されていることが好ましい。
上記手段では、ステータ電極の長手方向の縁部とロータ電極の長手方向の縁部とが回転中に接触するような事故を回避することができ、回転をよりスムーズなものとすることができる。

本発明では、小型かつ薄型で比較的大きな回転トルクを発生させることができるの静電モータを提供することができる。
また回転ムラの発生を抑えて回転精度の高い静電モータとすることができる。

図１は本発明の第１の実施の形態としての静電モータの概観を概略的に示す斜視図、図２は図１に示す静電モータの側面図、図３は図１に示す静電モータのステータの対向面を概念的に示す平面図、図４は図１に示す静電モータのロータの対向面を概念的に示す平面図である。なお、図１ではステータ電極及びロータ電極を省略して示している。また図３、図４は概念図であり、実際のステータ及びロータには数千個の電極が円周方向に沿うとともに同心円状に形成されている。

図１に第１の実施の形態として示す静電モータ１は、円板形状からなるステータ１０とロータ２０とを有している。図１ないし図４に示すように、前記ステータ１０は絶縁材料で形成されており、その対向面１０Ａには５つの凹部１１が形成されている。このうち、軸受け凹部１１ａは前記ステータ１０の中心（円板の軸中心）に形成されており、他の４つの凹部１１ｂは前記軸受け凹部１１ａから外周方向に等距離ｒの位置で且つ正方形の頂点をなす位置に形成されている。そして、前記軸受け凹部１１ａには支持部材として機能する小球１２ａが配置され、また４つの凹部１１ｂには転動部材として機能する小球１２ｂが設けられている。各小球１２ａ，１２ｂは前記軸受け凹部１１ａ及び４つの凹部１１ｂ内で転動自在に配置されている。

図３に示すように、前記ステータ１０の対向面１０Ａには凸型形状をした複数のステータ電極（凸型電極）１５（個別に１５ａ，１５ｂ，１５ｃとして示す。）が設けられている。なお、図３では複数のステータ電極１５を直線的な形状として示しているが、より好ましい形状は前記軸受け凹部１１ａを中心とする円弧形状である。

ステータ電極１５ａ，１５ａ，・・・は前記軸受け凹部１１ａから半径Ｒ１となる最外周部に形成されたステータ電極であり、周方向に所定の長さ寸法Ｌ１で周設されている。またステータ電極１５ｂ，１５ｂ，・・・は前記ステータ電極１５ａ，１５ａ，・・・の内側となる半径Ｒ２（＜Ｒ１）の位置に形成されたステータ電極であり、周方向に所定の長さ寸法Ｌ２（＜Ｌ１）で周設されている。

またステータ電極１５ｃ，１５ｃ，・・・は前記軸受け凹部１１ａから半径Ｒ３（＜Ｒ２＜Ｒ１）となる最内周部に形成されたステータ電極であり、周方向に所定の長さ寸法Ｌ３（＜Ｌ２＜Ｌ１）で周設されている。

前記ステータ電極１５ａ，１５ｂおよび１５ｃは、すべて同じピッチ角Ｐ（＝Ｐ１＋ΔＰ１）で周方向に配列されている。なお、円板状のロータ２０の回転速度は内周が遅く、外周側が早い。このため、上記のようにステータ電極１５ａ，１５ｂおよび１５ｃの長さ寸法は、外周側が長く、且つ内周側が短くなるように設定されている。このため、径方向に並ぶ各ステータ電極１５ａ，１５ｂおよび１５ｃは、所定の第１のピッチ角Ｐ１で形成された扇状の領域１６内に配置されている。そして、１つの扇状の領域１６内においては、半径方向に並ぶ各ステータ電極１５ａ，１５ｂおよび１５ｃが、例えば前記ステータ１０に形成される図示しないスルーホールを介して背面（下面）側で導通接続されていることにより同電位に設定されている。

ただし、隣り合う扇状の領域１６と扇状の領域１６との間には、所定のピッチ角からなる第１の隙間ΔＰ１で形成された間隙１７が設けられている。すなわち、１つの扇状の領域１６内に設けられた一組のステータ電極１５ａ，１５ｂおよび１５ｃは半径方向には互いに導通接続され、周方向に隣り合う一組のステータ電極１５ａ，１５ｂおよび１５ｃとの間では互いに絶縁された状態にある。

なお、前記一組のステータ電極１５ａ，１５ｂおよび１５ｃへの電力の供給は、前記ステータ１０にステータ電極１５ａ，１５ｂおよび１５ｃごとにスルーホール（図示せず）を形成し、ステータ１０の背面から前記各スルーホールを介して行うことができる。さらにはステータ１０の表面で前記扇状の領域１６に、下地相として銅箔などからなる接続パターン１６Ａを形成することにより、前記一組のステータ電極１５ａ，１５ｂおよび１５ｃを前記接続パターン１６Ａを介して導通接続するようにしてもよい。

前記径方向に並ぶ一組のステータ電極１５ａ，１５ｂおよび１５ｃは１つの電気角に対応しており、例えば駆動信号がＡ相、Ｂ相およびＣ相の３相（電気角＝１２０度）からなる場合にあっては一組のステータ電極１５ａ，１５ｂおよび１５ｃは周方向３つおきに同相となるように設定され、また図３に示すようにＡ相ないしＥ相の５相（電気角＝７２度）からなる場合にあっては、一組のステータ電極１５ａ，１５ｂおよび１５ｃは周方向に５つおきに同相となるように設定されている。

なお、１つの相を形成する前記一組のステータ電極１５ａ，１５ｂおよび１５ｃは、外部に設けられた給電部３０の出力部と各相ごとに接続されている。

他方、図４に示すように、ロータ２０は前記ステータ１０とほぼ同様の構成であり、軸中心に形成された軸受け凹部２１ａと凸型形状からなる複数のロータ電極（凸型電極）２５とを有している。ただし、ロータ２０の下面には銅箔などからなる接続層２２が一面に形成されている点、および前記４つの凹部１１ｂに対応する凹部を有していない点で相違している。

なお、ロータ電極２５ａ，２５ｂ，２５ｃ及び２５ｄは所定の第２のピッチ角Ｐ２内に配置されており、周方向に隣り合うロータ電極２５ａ，２５ｂ，２５ｃ及び２５ｄとロータ電極２５ａ，２５ｂ，２５ｃ及び２５ｄとの間は所定のピッチ角らなる第２の隙間ΔＰ２で形成された間隙１７が設けられている。このため、周方向に隣り合う一方のロータ電極２５ａ，２５ｂ，２５ｃ及び２５ｄと他方のロータ電極２５ａ，２５ｂ，２５ｃ及び２５ｄとの間は一定のピッチ角Ｔａ（＝Ｐ２＋ΔＰ２）に設定されている。

複数のロータ電極２５は、下地として形成した接続層２２の上に塗布したフォトレジスト膜をフォトリソグラフィによって所定の形状にパターン形成し、その後に銅などの金属をメッキ成長させることにより形成されている。よって、複数のロータ電極２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ及び２５ｄ）はすべて同電位に設定されている。

図２及び図４に示すように、ロータ電極２５ａ，２５ａ，・・・は前記軸受け凹部２１ａから半径Ｒａとなる最外周部に形成されたロータ電極であり、周方向に所定の長さ寸法Ｌａで周設されている。またロータ電極２５ｂ，２５ｂ，・・・は前記ロータ電極２５ａ，２５ａ，・・・の内側となる半径Ｒｂの位置に形成されたロータ電極であり、周方向に所定の長さ寸法Ｌｂで周設されている。

またロータ電極２５ｃ，２５ｃ，・・・は前記軸受け凹部２１ａから半径Ｒｃの位置に形成されたロータ電極であり、周方向に所定の長さ寸法Ｌｃで周設されている。さらにロータ電極２５ｄ，２５ｄ，・・・は前記軸受け凹部２１ａから半径Ｒｄとなる最内周部に形成されたロータ電極であり、周方向に所定の長さ寸法Ｌｄで周設されている。図４に一点鎖線示すように、前記ロータ電極２５ｂとロータ電極２５ｃとの間には、径方向及び周方向に環状の空きスペースとして形成された通路２４が設けられている。

図２に示すように、前記軸受け凹部１１ａ，２１ａに対する各ロータ電極２５と各ステータ電極１５の半径方向における長さ寸法の関係は、Ｒｄ＜Ｒ３＜Ｒｃ＜ｒ＜Ｒｂ＜Ｒ２＜Ｒａ＜Ｒ１である。また各ロータ電極２５と各ステータ電極１５の周方向における長さ寸法の関係は、Ｌｄ＜Ｌ３＜Ｌｃ＜Ｌｂ＜Ｌ２＜Ｌａ＜Ｌ１である。

図２に示すように、前記ステータ１０にロータ２０を載置すると、互いに対向する軸受け凹部１１ａと軸受け凹部２１ａとの間に設けられた小球１２ａにより、ロータ２０の軸中心が支持される。

また残りの４つの凹部１１ｂは前記ロータ２０に形成された通路２４に対向配置されており、前記４つの凹部１１ｂ内に配置された４つの小球１２ｂの各頂点がそれぞれ前記通路２４に接している。

すなわち、前記ロータ２０は、その軸中心と前記空きスペースＳが、前記５つの小球１２ａ及び１２ｂによって支持されており、ロータ２０に対し周方向の力を与えると、前記ロータを前記力が加えられた周方向に回転させることが可能である。このとき、前記中央に設けられた小球１２ａが軸中心（ピボット）を形成し、前記凹部１１ｂ内に配置された４つの小球１２ｂは前記通路２４内を転動するため、ロータ２０を高い回転精度で回転させること、すなわち回転ムラを抑えることができる。

前記支持部（小球１２ａ）及び転動部材（４つの小球１２ｂ）は前記ステータ１０に対しロータ２０を回転自在に支持する支持機構を形成している。なお、前記軸受け凹部１１ａ内に配置される支持部は、前記小球１２ａに限られるものではなく、例えば前記軸受け凹部２１ａを支持する支持ピンなどであってもよい。また前記４つの凹部１１ｂ内に設けられる転動部材は、前記小球１２に限られるものではなく、例えば半径方向に回転軸を有する回転ローラーなどであってもよい。また前記転動部材は、回転中心の周囲に１２０度間隔以内で少なくとも３ヶ以上有していればよい。

図２に示すように、本実施の形態に示す前記４つの凹部１１ｂよりも外周側の位置では、前記ロータ電極２５ａが前記ステータ電極１５ａと前記ステータ電極１５ｂとの間に配置されており、同時に前記ステータ電極１５ｂが前記ロータ電極２５ａとロータ電極２５ｂとの間に配置されている。

このとき、前記ロータ電極２５ａの外周側の電極面が、その外周方向に位置する前記前記ステータ電極１５ａの内周側の電極面に対し所定の隙間余裕（ギャップ）ｇ１を有して面対向する。また前記ロータ電極２５ａの内周側の電極面が、その内周方向に位置する前記前記ステータ電極１５ｂの外周側の電極面に対し所定の隙間余裕（ギャップ）ｇ２を有して面対向する。また前記ロータ電極２５ｂの外周側の電極面が、その外周方向に位置する前記前記ステータ電極１５ｂの内周側の電極面に対し所定の隙間余裕（ギャップ）ｇ３を有して面対向する。

すなわち、前記４つの凹部１１ｂよりも外周側では、前記ロータ電極２５ａ，２５ｂと前記ステータ電極１５ａ，１５ｂとが互い違いに配置されており、半径方向に面対向する各電極間に３つのギャップｇ１，ｇ２およびｇ３が形成されている。

同様に、本実施の形態に示す前記４つの凹部１１ｂよりも内周側の位置でも、前記ステータ電極１５ｃが前記ロータ電極２５ｃとロータ電極２５ｄとの間に配置されている。そして、前記ステータ電極１５ｃの外周側の電極面が、その外周方向に位置する前記ロータ電極２５ｃの内周側の電極面に対し、所定の隙間余裕（ギャップ）ｇ４を有して面対向している。また前記ステータ電極１５ｃの内周側の電極面が、その内周方向に位置する前記ロータ電極２５ｄの外周側の電極面に対し、所定の隙間余裕（ギャップ）ｇ５を有して面対向している。

すなわち、前記４つの凹部１１ｂよりも内周側では、前記ロータ電極２５ｃ，２５ｄ間に前記ステータ電極１５ｃが配置されており、半径方向に面対向する各電極間に２つのギャップｇ４およびｇ５が形成されている。

そして、ロータ２０が回転したときには、回転した地点においてロータ２０側の各ロータ電極２５とステータ１０側の各ステータ電極１５との間の対向関係が維持される限り、前記ギャップｇ１，ｇ２，ｇ３，ｇ４およびｇ５が形成される。

前記ステータ１０に設けられたステータ電極１５ａ，１５ｂおよび１５ｃにプラスとし且つ前記ロータ２０側の接続層２２にマイナスとして、所定の駆動電圧を印加すると、前記前記ギャップｇ１，ｇ２，ｇ３，ｇ４およびｇ５を挟んで対向する各ステータ電極１５と各ロータ電極２５との間に電位差が生じるため、各電極間に静電力（静電吸引力）を発生させることが可能とされている。

上記静電モータの動作について、電気系統の相数（極数）が５種類のＡ相電極群，Ｂ相電極群，Ｃ相電極群、Ｄ相電極群、Ｅ相電極群からなる５相（極）の場合（図３参照）について説明する。前記Ａ相ないしＤ相電極群は、この順番で回転方向α１に向かって順次配列されている。

図５は、電極配置の一例（等ピッチ配列）であり、ステータ電極とロータ電極との配置関係を等価的に直線状とみなして示す部分平面図であり、前記ステータ電極１５ａとステータ電極１５ｂとの間にロータ電極２５ａが対向配置されている様子を示している。また図６は給電部から静電モータの各電極群に与えられる駆動信号の一例を示すタイミングチャートである。なお、図６中のＳＴＥＰ１はＡ相電極群及びＤ相電極群に電圧を印加した状態、ＳＴＥＰ２はＢ相電極群及びＤ相電極群に電圧を印加した状態、ＳＴＥＰ３はＢ相電極群及びＥ相電極群に電圧を印加した状態、ＳＴＥＰ４はＣ相電極群及びＥ相電極群に電圧を印加した状態、ＳＴＥＰ５はＡ相電極群及びＣ相電極群に電圧を印加した状態をそれぞれ示している。また図５では、Ａ相電極群ないしＥ相電極群を形成するステータ電極１５ａと１５ｂ（１５ｃは省略）を符号ＡないしＥで示している。さらに図５では駆動信号の電圧が印加されたステータ電極群（ＡとＤ）をハッチングで示している。

図５に示すように、前記５種類のＡ相電極群，Ｂ相電極群，Ｃ相電極群、Ｄ相電極群、Ｅ相電極群には、例えば図６に示すような所定の駆動信号が与えられる。すなわち、ＳＴＥＰ１ではＡ相電極群とＤ相電極群が印加され、ＳＴＥＰ２ではＢ相電極群とＤ相電極群が印加され、ＳＴＥＰ３ではＢ相電極群とＥ相電極群が印加され、ＳＴＥＰ４ではＣ相電極群とＥ相電極群が印加され、ＳＴＥＰ５ではＡ相電極群とＣ相電極群が印加される。

例えば図５に示すような初期状態、すなわち前記静電モータ１０のロータ電極２５ａ１がＥ相電極群とＡ相電極群との間に部分的にまたがって対向し、かつロータ電極２５ａ２がＣ相電極群に対向している状態にあったとする。

この初期状態から、図６のＳＴＥＰ１に示すように所定の駆動電圧がＡ相電極群とＤ相電極群に同時に印加されると、Ａ相電極群を形成するステータ電極１５ａ，１５ｂは前記ロータ電極２５ａ１に対し回転方向α１の下流側に位置ずれしているため、これらの間に発生する静電力（クーロン力）により、前記Ａ相電極群（ステータ電極１５ａ，１５ｂ等）が前記ロータ電極２５ａ１を吸引する。同時に、前記ロータ電極２５ａ２が回転方向の下流側に位置するＤ相電極群によって吸引される。

よって、ステータ１０は前記電極間に発生した前記静電力の回転方向α１の成分によって前記回転方向α１に回転させられる。

そして、このような駆動信号を、前記図６にしたがってＳＴＥＰ１→ＳＴＥＰ２→ＳＴＥＰ３→ＳＴＥＰ４→ＳＴＥＰ５→ＳＴＥＰ１→ＳＴＥＰ２→・・・と順番に繰り返すと、前記ロータ電極２５ａ，２５ｂ，２５ｃ及び２５ｄとこれに面対向する一組のステータ電極１５ａ，１５ｂおよび１５ｃからなるＡ相ないしＥ相電極群との間にこの順番で順次静電力が発生するため、前記ロータを回転方向α１に移動（回転）させることができる。

また、駆動信号を印加する順番を前記とは逆方向に変えると、前記ロータ２０を逆方向である回転方向α２に回転させることが可能である。

前記ステータ電極とロータ電極との電極配置関係は、例えば以下に説明するような不等ピッチ配列であってもよい。

図７は電極配置の他の一例（不等ピッチ配列）を示す図５同様の部分平面図、図８は図７の電極配置における駆動信号の一例を示す図６同様のタイミングチャートである。なお、図８中のＳＴＥＰ１はＡ相電極群及びＢ相電極群に電圧を印加した状態、ＳＴＥＰ２はＢ相電極群及びＣ相電極群に電圧を印加した状態、ＳＴＥＰ３はＣ相電極群及びＤ相電極群に電圧を印加した状態、ＳＴＥＰ４はＤ相電極群及びＡ相電極群に電圧を印加した状態をそれぞれ示している。また図７では、Ａ相電極群ないしＥ相電極群を形成するステータ電極１５ａと１５ｂ（１５ｃは省略）を符号ＡないしＥで示している。さらに図５では駆動信号の電圧が印加されたステータ電極群（ＡとＢ）をハッチングで示している。

図７に示すように、ステータ１０の電極配置は上記同様である。すなわち、ステータ電極１５ａ，１５ｂおよび１５ｃは、すべて同じピッチ角Ｐ（＝Ｐ１＋ΔＰ１）で周方向に配列され、隣り合うステータ電極間に設けられた間隙１７の第１の隙間角はΔＰ１に設定されている。

他方、ロータ２０の電極配置は上記と異なる不等ピッチ配列に設定されている。図７に示すように、周方向に隣合うロータ電極２５ａ間（ロータ電極２５ｂ，２５ｃおよび２５ｄも同様）に設けられるピッチ角は、ロータ電極２５ａ１とロータ電極２５ａ２との間が第３の隙間角Δ３に、ロータ電極２５ａ２とロータ電極２５ａ３との間が第４の隙間角Δ４に設定されている。そして、このような第３の隙間角Δ３と第４の隙間角Δ４とは、交互に周方向に繰り返し形成されている。なお、ロータ電極２５ａ，２５ｂ，２５ｃおよび２５ｄが形成される前記第２のピッチ角Ｐ２は上記同様に一定である。

このため、周方向に隣合うロータ電極２５ａ１とロータ電極２５ａ２との間の周期ピッチ角Ｔ１はＴ１＝Ｐ２＋ΔＰ３に設定され、またロータ電極２５ａ２とロータ電極２５ａ３との間の周期ピッチＴ２はＴ２＝Ｐ２＋ΔＰ４に設定されており、両者の関係はＴ１≠Ｔ２（不等ピッチ配列）に設定されている。

なお、このロータ２０における先のロータ電極２５ａ１と後のロータ電極２５ａ３との間の周期ピッチ角Ｔｂは、Ｔｂ＝Ｔ１＋Ｔ２に設定されている。

上記のような電極配置を有する静電アクチュエータは、例えばステータ電極１５ａ，１５ｂおよび１５ｃをＡ相電極ないしＤ相電極からなる４相に分けるとともに、以下に示すような駆動信号を用いて駆動することができる。

図８に示すように、ロータ２０が回転方向α１方向に移動する場合には、ＳＴＥＰ１ではＡ相電極及びＢ相電極に電圧が印加され、ＳＴＥＰ２ではＢ相電極及びＣ相電極に電圧が印加され、ＳＴＥＰ３ではＣ相電極及びＤ相電極に電圧が印加され、ＳＴＥＰ４ではＤ相電極及びＡ相電極に電圧が印加される。そして、これらの各ステップを、ＳＴＥＰ１→ＳＴＥＰ２→ＳＴＥＰ３→ＳＴＥＰ４→ＳＴＥＰ１→ＳＴＥＰ２・・・の順番で繰り返すと、前記ロータ２０を回転方向α１に回転させることができる。また前記とは逆に、各ステップを、ＳＴＥＰ４→ＳＴＥＰ３→ＳＴＥＰ２→ＳＴＥＰ１→ＳＴＥＰ４→ＳＴＥＰ３・・・の順番で繰り返すと、前記ロータ２０を回転方向α２に回転させることができる。

図９は本発明の第２の実施の形態としての静電モータの概観を概略的に示す斜視図、図１０は図９における静電モータのロータの対向面（表面）を示す平面図である。

第２の実施の形態に示す静電モータは、支持機構を除き前記第１の実施の形態に示す静電モータと同様の構成である。

すなわち、第２の実施の形態では、ステータ１０とロータ２０の中心に貫通孔１３，２３が形成されており、上記のような軸受け凹部１１ａ，２１ａと小球１２ａからなり支持部、あるいは支持ピンからなる支持部は設けられておらず、この点で部品点数が低減されている。

一方、ステータ１０側には、４つ（最低３ヶ以上あればよい）の凹部１１ｂと、これら４つの凹部１１ｂ内に設けられる小球１２ｂ、または回転ローラー（図示せず）が設けられる。ただし、ロータ２０の表面（対向面）には前記通路２４の代わりに環状のガイド溝２６が形成されている。

この実施の形態では、ロータ２０に回転方向の静電力が作用すると、前記小球１２ｂまたは図示しない回転ローラーが前記ガイド溝２６内を周回する。このとき、前記小球１２ｂまたは図示しない回転ローラーは前記ガイド溝２６に案内されるため、ロータ２０の回転中心が支持部により支持されない構造であってもロータ２０を回転方向α１又はα２方向にスムーズに、且つ高い回転精度で回転させることが可能である。

しかも、前記第２の実施の形態に示す静電モータでは、ロータ２０の中心に貫通孔２３を形成することができるが、これにより前記ロータ２０の重量が軽くでき、且つ前記ロータ２０の慣性モーメントを小さくすることができる。よって、ロータ２０自体を回転させるのに必要な回転トルクを減少させることが可能となるため、静電モータが発生する回転トルクを前記減少分だけ大きくすることができる。

以上のように、本願発明の静電モータではステータ１０とロータ２０とが対向する部分に凸型のステータ電極（凸型電極）１５とロータ電極（凸型電極）２５をそれぞれ形成し、前記凸型電極どうしが面対向配置されるようにしたため、静電力に寄与する電極間対向面積を拡大することができ、より大きな静電力で前記ロータ２０を回転させること、すなわち従来に比較してより大きな駆動トルクを発生させることができる。

しかも、電極間面積を高さ方向に稼ぐことができるため、従来のように大きな駆動トルクを得るためにロータ自体の面積（半径）を拡大させる必要がない。

また上記のようにステータ１０の表面に形成した扇状の各接続パターン１６Ａを形成しておくと、前記接続パターン１６Ａとこれに対向する各ロータ電極２５の天面２５Ａ（図２参照）との間にも静電力が発生し、駆動トルクとして寄与させることができる。よって、さらに大きな駆動トルクを発生させることができる。

なお、図６及び図８に示すように、各ステップと各ステップとの間に、ロータ２０をグランドに接地して前記各ステータ電極１５と各ロータ電極２５との間に蓄積させている電荷をその都度除電させると、確実に大きな駆動力を発生させることが可能となる。

上記実施の形態においては、電気系統の相数（極数）がＡ相ないしＥ相電極群からなる５相（極）の場合およびＡ相ないしＤ相電極群からなる４相（極）について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、電気系統の相数は３相であってもよいし、６相以上であってもよい。

本発明の第１の実施の形態としての静電モータの概観を概略的に示す斜視図、 図１に示す静電モータの側面図、 図１に示すステータの対向面を概念的に示す平面図、 図１に示すロータの対向面を概念的に示す平面図、 電極配置の一例（等ピッチ配列）であり、ステータ電極とロータ電極との配置関係を等価的に直線状とみなして示す部分平面図、 給電部から静電モータの各電極群に与えられる駆動信号の一例を示すタイミングチャート、 電極配置の他の一例（不等ピッチ配列）を示す図５同様の部分平面図、 図７の電極配置における駆動信号の一例を示す図６同様のタイミングチャート、 本発明の第２の実施の形態としての静電モータの概観を概略的に示す斜視図、 図９におけるロータの対向面を示す平面図、

符号の説明

１０ ステータ
１１ａ 軸受け凹部
１１ｂ 凹部
１２ａ，１２ｂ 小球
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ ステータ電極（凸型電極）
１６ 扇状の領域
１６Ａ 接続パターン
２０ ロータ
２３ 貫通孔
２４ 通路
２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ ロータ電極（凸型電極）
２６ ガイド溝
３０ 給電部

Claims (10)

1. 複数の同心円上に複数の凸型電極が形成されたステータと、同じく複数の同心円上に複数の凸型電極が形成されたロータと、前記ステータに前記ロータを対向させた状態で前記ロータを回転自在に支持する支持機構と、半径方向に所定のギャップを介して面対向する前記凸型電極間に所定の駆動信号を前記ロータの回転方向に順次供給する給電部と、を有することを特徴とする静電モータ。
2. 前記支持機構が、前記ステータと前記ロータの中心から所定の半径寸法内に設けられた少なくとも３ヶ以上の転動部材であることを特徴とする静電モータ。
3. 前記ステータと前記ロータとの回転中心に支持部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の静電モータ。
4. 前記ロータには前記転動部材が転動する通路が環状に形成されていることを特徴とする請求項２又は３記載の静電モータ。
5. 前記通路が環状のガイド溝で形成されていることを特徴とする請求項４記載の静電モータ。
6. 前記転動部材が、小球又は回転ローラーであることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか一項に記載の静電モータ。
7. 前記凸型電極は、周方向に分割された所定のピッチ角内に半径方向に沿って配列されており、前記ピッチ角内では半径方向に配列された個々の前記凸型電極が互いに導通接続されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の静電モータ。
8. 前記半径方向に配列された個々の凸型電極は、前記ロータ及び固定子の表面に前記ピッチ角ごとに形成された接続パターンで接続されている請求項１ないし７のいずれか一項に記載の静電モータ。
9. 前記凸型電極の長さ寸法は、外周側の長さ寸法の方が内周側の長さ寸法よりも長いことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の静電モータ。
10. 前記凸型電極が円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の静電モータ。

Images