JP3278031B2 - ワブル型静電モータおよびその駆動方法 - Google Patents
ワブル型静電モータおよびその駆動方法Info
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- JP3278031B2 JP3278031B2 JP13582295A JP13582295A JP3278031B2 JP 3278031 B2 JP3278031 B2 JP 3278031B2 JP 13582295 A JP13582295 A JP 13582295A JP 13582295 A JP13582295 A JP 13582295A JP 3278031 B2 JP3278031 B2 JP 3278031B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、微小機械、いわゆるマ
イクロマシンに使用する静電モータに関し、とくに減速
機構をモータ内部に備えたワブル型静電モータに関す
る。
イクロマシンに使用する静電モータに関し、とくに減速
機構をモータ内部に備えたワブル型静電モータに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、微小機械、いわゆるマイクロマ
シンに使用するアクチュエータは、小形のものが要求さ
れる。小形のアクチュエータの駆動方法として電磁方
式、圧電方式、静電方式、あるいは形状記憶合金を使用
した方式等がある。この中で静電方式は、アクチュエー
タが小形になるほど、他の方式のアクチュエータに比
べ、単位体積あたりの出力が大きくなることが期待で
き、とくにワブル型静電モータは、モータ自身に減速機
構を有するため、静電モータの中でも高トルクが期待で
きる。図９（ａ）は従来のワブル型静電モータの概要を
示した斜視図である。図において、１は円筒状のステー
タ、２はステータ１の内径より小さい外径を有する円筒
状のロータ、３はステータ電極、４はステータ１を構成
する絶縁性の円筒体、５はロータ２を構成する絶縁性の
円筒体、６はロータ電極である。ステータ電極３は円筒
体４の内周に固定され、ステータの中心軸に平行な方
向、すなわちスラスト方向にスリット３１を設けること
により、所定のピッチで周方向に４分割されている。ロ
ータ電極６は、円筒体５の外周に固定され、ステータ電
極３と同様に、スラスト方向にスリット６１を設けるこ
とにより、所定のピッチで周方向に４分割されている。
ロータ２はステータ１の円筒体４の内部に、ロータ電極
６とステータ電極３が対向するように配置され、円筒体
４の内側を転動するようにしてある。この場合、４個の
ロータ電極６のうちの１個と、４個のステータ電極３の
うちの１個に電圧を印加し、ステータ１とロータ２が静
電吸引力で互いに吸引する。電圧を印加する電極を順次
切り替えると、ロータ２はステータ１の内周を転動する
ので、所定の回転出力を得ることができる。以上が、モ
ータ自身に減速機構を備えたワブルモータの原理であ
る。図９（ｂ）は、従来型のワブルモータの応用形を示
す正面図で、ロータ電極６を絶縁体２１によって仕切っ
て４等分に分割した小径円筒のロータ２を設け、このロ
ータ２の周方向に分割形成したロータ電極６の周方向ピ
ッチと、ステータ電極３の周方向ピッチを同一になるよ
うに、大径円筒体４の内周面の周方向にステータ電極３
を設けて、各々の電極どうしを対向させてある。この方
式のワブル型静電モータは、各電極の対応性能が一層的
確になり、ロータとステータの間で局所的なズレが生じ
ても、静電吸引作用によって相対的位置ズレを修正する
復元力が生じるものである。（例えば、特開平３−１１
２３８３号）。
シンに使用するアクチュエータは、小形のものが要求さ
れる。小形のアクチュエータの駆動方法として電磁方
式、圧電方式、静電方式、あるいは形状記憶合金を使用
した方式等がある。この中で静電方式は、アクチュエー
タが小形になるほど、他の方式のアクチュエータに比
べ、単位体積あたりの出力が大きくなることが期待で
き、とくにワブル型静電モータは、モータ自身に減速機
構を有するため、静電モータの中でも高トルクが期待で
きる。図９（ａ）は従来のワブル型静電モータの概要を
示した斜視図である。図において、１は円筒状のステー
タ、２はステータ１の内径より小さい外径を有する円筒
状のロータ、３はステータ電極、４はステータ１を構成
する絶縁性の円筒体、５はロータ２を構成する絶縁性の
円筒体、６はロータ電極である。ステータ電極３は円筒
体４の内周に固定され、ステータの中心軸に平行な方
向、すなわちスラスト方向にスリット３１を設けること
により、所定のピッチで周方向に４分割されている。ロ
ータ電極６は、円筒体５の外周に固定され、ステータ電
極３と同様に、スラスト方向にスリット６１を設けるこ
とにより、所定のピッチで周方向に４分割されている。
ロータ２はステータ１の円筒体４の内部に、ロータ電極
６とステータ電極３が対向するように配置され、円筒体
４の内側を転動するようにしてある。この場合、４個の
ロータ電極６のうちの１個と、４個のステータ電極３の
うちの１個に電圧を印加し、ステータ１とロータ２が静
電吸引力で互いに吸引する。電圧を印加する電極を順次
切り替えると、ロータ２はステータ１の内周を転動する
ので、所定の回転出力を得ることができる。以上が、モ
ータ自身に減速機構を備えたワブルモータの原理であ
る。図９（ｂ）は、従来型のワブルモータの応用形を示
す正面図で、ロータ電極６を絶縁体２１によって仕切っ
て４等分に分割した小径円筒のロータ２を設け、このロ
ータ２の周方向に分割形成したロータ電極６の周方向ピ
ッチと、ステータ電極３の周方向ピッチを同一になるよ
うに、大径円筒体４の内周面の周方向にステータ電極３
を設けて、各々の電極どうしを対向させてある。この方
式のワブル型静電モータは、各電極の対応性能が一層的
確になり、ロータとステータの間で局所的なズレが生じ
ても、静電吸引作用によって相対的位置ズレを修正する
復元力が生じるものである。（例えば、特開平３−１１
２３８３号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は、モータのサイズが小さくなると、たとえ静電吸引作
用による復元力が働いても、ロータおよびステータの電
極が高精度に円筒体上に位置合わせが行われていなけれ
ば、モータの発生力が低下することがあった。すなわ
ち、電極形成の位置合わせ精度が、モータの発生力を決
める大きな要因となっていた。実際には、電極形成時の
位置合わせは、ロータの直径サイズに比較して、２桁程
度の高精度で行う必要があった。例えば、外周直径が１
ｍｍのロータに電極を形成する時、その位置合わせ精度
は、少なくとも数十μｍ以下の精度を必要とし、ステー
タやロータの曲面にこの精度で電極を形成することは非
常に難しく、電極の位置ズレが生じ、その結果、モータ
トルクの低下を招くという問題があった。また、回転体
であるロータの電極に配線を行う必要があり、ブラシ等
を利用した電圧印加方法を採っていたが、ブラシ等を用
いれば摩擦による回転トルクの低下を招くという問題が
あった。本発明は、電極の位置合わせを容易にし、発生
力の高いワブル型静電モータを提供することを目的とす
るものである。
は、モータのサイズが小さくなると、たとえ静電吸引作
用による復元力が働いても、ロータおよびステータの電
極が高精度に円筒体上に位置合わせが行われていなけれ
ば、モータの発生力が低下することがあった。すなわ
ち、電極形成の位置合わせ精度が、モータの発生力を決
める大きな要因となっていた。実際には、電極形成時の
位置合わせは、ロータの直径サイズに比較して、２桁程
度の高精度で行う必要があった。例えば、外周直径が１
ｍｍのロータに電極を形成する時、その位置合わせ精度
は、少なくとも数十μｍ以下の精度を必要とし、ステー
タやロータの曲面にこの精度で電極を形成することは非
常に難しく、電極の位置ズレが生じ、その結果、モータ
トルクの低下を招くという問題があった。また、回転体
であるロータの電極に配線を行う必要があり、ブラシ等
を利用した電圧印加方法を採っていたが、ブラシ等を用
いれば摩擦による回転トルクの低下を招くという問題が
あった。本発明は、電極の位置合わせを容易にし、発生
力の高いワブル型静電モータを提供することを目的とす
るものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、絶縁性の円筒体の内周に所定のピッチで
ステータ電極を備えた円筒状のステータと、外周面の軸
方向に所定のピッチで設けたロータ電極をもつ円筒状ま
たは円柱状のロータとを備え、前記ロータの外周面の一
部が前記ステータの内周面に静電気力により接触するよ
うに配置したワブル型静電モータにおいて、前記ステー
タ電極は互いに平行な複数の導体がスパイラル状に形成
されたものとし、前記ロータは円板状の導体からなるロ
ータ電極と円板状の絶縁体とを軸方向に交互に設けたも
のである。また、前記ロータは、円筒状または円柱状の
絶縁体の表面に軸方向にリング状に導電性薄膜を形成し
たものである。また、前記ステータ電極は、表面に絶縁
性樹脂を被覆した複数の金属ワイヤからなるものであ
る。また、前記ステータ電極は、ポリイミド樹脂フィル
ムの上に複数の金属テープを貼り付けたものである。ま
た、前記ステータ電極の内周面と前記ロータ電極の外周
面の少なくとも一方の面に絶縁被膜を形成したものであ
る。また、前記ロータ電極が誘電体であり、前記ロータ
電極に隣接する絶縁体と前記誘電体の比誘電率の差が１
００以上であるものである。また、絶縁性の円筒体の内
周に所定のピッチでステータ電極を備えた円筒状のステ
ータと、外周面の軸方向に所定のピッチで設けたロータ
電極をもつ円筒状または円柱状のロータとを備え、前記
ロータの外周面の一部が前記ステータの内周面に静電気
力により接触するように配置し、前記ステータ電極の複
数の導体に順次印加電圧を切り替えて前記ロータを前記
ステータの内側に転動させるワブル型静電モータの駆動
方法において、前記ステータ電極を互いに平行な複数の
スパイラル状の導体で形成し、前記ロータ電極をリング
状の導体と絶縁体とを軸方向に交互に設けて形成し、前
記ロータ電極の軸方向両端に対向する前記ステータ電極
の二つの任意の導体間に電圧を印加する方法である。
め、本発明は、絶縁性の円筒体の内周に所定のピッチで
ステータ電極を備えた円筒状のステータと、外周面の軸
方向に所定のピッチで設けたロータ電極をもつ円筒状ま
たは円柱状のロータとを備え、前記ロータの外周面の一
部が前記ステータの内周面に静電気力により接触するよ
うに配置したワブル型静電モータにおいて、前記ステー
タ電極は互いに平行な複数の導体がスパイラル状に形成
されたものとし、前記ロータは円板状の導体からなるロ
ータ電極と円板状の絶縁体とを軸方向に交互に設けたも
のである。また、前記ロータは、円筒状または円柱状の
絶縁体の表面に軸方向にリング状に導電性薄膜を形成し
たものである。また、前記ステータ電極は、表面に絶縁
性樹脂を被覆した複数の金属ワイヤからなるものであ
る。また、前記ステータ電極は、ポリイミド樹脂フィル
ムの上に複数の金属テープを貼り付けたものである。ま
た、前記ステータ電極の内周面と前記ロータ電極の外周
面の少なくとも一方の面に絶縁被膜を形成したものであ
る。また、前記ロータ電極が誘電体であり、前記ロータ
電極に隣接する絶縁体と前記誘電体の比誘電率の差が１
００以上であるものである。また、絶縁性の円筒体の内
周に所定のピッチでステータ電極を備えた円筒状のステ
ータと、外周面の軸方向に所定のピッチで設けたロータ
電極をもつ円筒状または円柱状のロータとを備え、前記
ロータの外周面の一部が前記ステータの内周面に静電気
力により接触するように配置し、前記ステータ電極の複
数の導体に順次印加電圧を切り替えて前記ロータを前記
ステータの内側に転動させるワブル型静電モータの駆動
方法において、前記ステータ電極を互いに平行な複数の
スパイラル状の導体で形成し、前記ロータ電極をリング
状の導体と絶縁体とを軸方向に交互に設けて形成し、前
記ロータ電極の軸方向両端に対向する前記ステータ電極
の二つの任意の導体間に電圧を印加する方法である。
【０００５】
【作用】上記手段により、ステータ電極はワイヤ状ある
いはパターン形状になっているため、コイルを作る時の
ように円柱棒表面にワイヤを巻付けるか、パターン状の
テープを円柱棒表面にスパイラル状に巻付けるだけで電
極形成が可能となり、従来技術のような精密な位置合わ
せを必要としない。また、ロータ電極は所定の厚さを持
つ円板状（ペレット状）の絶縁体と導体を交互に接着す
るだけなので、特別な位置合わせを必要としない。また
回転体であるロータに電圧印加のためのワイヤを取りつ
ける必要がなく、ブラシ等の接触摩擦によるトルクの低
下がなくなる。したがって、特別な位置合わせを行わな
くても微小なステータおよびロータの曲面に精密に電極
を形成でき、高い発生力を持つワブル型静電モータとな
る。
いはパターン形状になっているため、コイルを作る時の
ように円柱棒表面にワイヤを巻付けるか、パターン状の
テープを円柱棒表面にスパイラル状に巻付けるだけで電
極形成が可能となり、従来技術のような精密な位置合わ
せを必要としない。また、ロータ電極は所定の厚さを持
つ円板状（ペレット状）の絶縁体と導体を交互に接着す
るだけなので、特別な位置合わせを必要としない。また
回転体であるロータに電圧印加のためのワイヤを取りつ
ける必要がなく、ブラシ等の接触摩擦によるトルクの低
下がなくなる。したがって、特別な位置合わせを行わな
くても微小なステータおよびロータの曲面に精密に電極
を形成でき、高い発生力を持つワブル型静電モータとな
る。
【０００６】
【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。 ［第１の実施例］図１は本発明の第１の実施例を示す斜
視図、図２はステータの一部を切り欠いた斜視図、図３
はロータの斜視図である。図において、１は円筒状のス
テータ、２はステータ１の内径より小さい外径を有する
円柱状のロータ、４はステータ１を構成する絶縁性の円
筒体である。７は金属ワイヤで、表面がポリイミド等の
絶縁性高分子材料からなる絶縁被覆８で覆われており、
複数の金属ワイヤ７が円筒体４の内周面に互いに平行
に、かつスパイラル状に接着などにより固定されて、ス
テータ電極３を形成している。ロータ２は、図３に示す
ように、厚みがａの円板状（ペレット状）の絶縁体９
と、同じく円板状の導体からなるロータ電極１０を交互
に接着して円柱状に形成してあり、ステータ１の内側に
設けられている。
する。 ［第１の実施例］図１は本発明の第１の実施例を示す斜
視図、図２はステータの一部を切り欠いた斜視図、図３
はロータの斜視図である。図において、１は円筒状のス
テータ、２はステータ１の内径より小さい外径を有する
円柱状のロータ、４はステータ１を構成する絶縁性の円
筒体である。７は金属ワイヤで、表面がポリイミド等の
絶縁性高分子材料からなる絶縁被覆８で覆われており、
複数の金属ワイヤ７が円筒体４の内周面に互いに平行
に、かつスパイラル状に接着などにより固定されて、ス
テータ電極３を形成している。ロータ２は、図３に示す
ように、厚みがａの円板状（ペレット状）の絶縁体９
と、同じく円板状の導体からなるロータ電極１０を交互
に接着して円柱状に形成してあり、ステータ１の内側に
設けられている。
【０００７】ここで、ロータ２がステータ１の内周面で
転動する動作原理を、ロータ２とステータ１の接触部分
を拡大した斜視図の図４に基づいて説明する。ロータ電
極１０に対向する幅ａの範囲の両端の金属ワイヤ７１〜
７７間に直流電圧を印加すると、静電誘導によってロー
タ電極１０は電荷分布を生じる。この電荷分布によって
ロータ電極１０は金属ワイヤ７１および７７に吸引され
る。次に金属ワイヤ７１〜７７間の電圧印加を止め、金
属ワイヤ７２〜７８間に電圧を印加する。この操作操作
により、金属ワイヤ７２および７８とロータ電極１０と
の間に静電誘導によって吸引力が働く。最初、金属ワイ
ヤ７２および７８はロータ電極１０から離れているが、
吸引力によりロータ電極１０は金属ワイヤ７２および７
８に引き寄せられて、ロータ２の軸の回りにトルクが生
じ、ロータ２が転動する。さらに、印加する直流電圧を
間隔ａの金属ワイヤ７３〜７９間、金属ワイヤ７４〜７
１０間へと順次切り替えれば、ロータ２はステータ１上
を転動し続ける。
転動する動作原理を、ロータ２とステータ１の接触部分
を拡大した斜視図の図４に基づいて説明する。ロータ電
極１０に対向する幅ａの範囲の両端の金属ワイヤ７１〜
７７間に直流電圧を印加すると、静電誘導によってロー
タ電極１０は電荷分布を生じる。この電荷分布によって
ロータ電極１０は金属ワイヤ７１および７７に吸引され
る。次に金属ワイヤ７１〜７７間の電圧印加を止め、金
属ワイヤ７２〜７８間に電圧を印加する。この操作操作
により、金属ワイヤ７２および７８とロータ電極１０と
の間に静電誘導によって吸引力が働く。最初、金属ワイ
ヤ７２および７８はロータ電極１０から離れているが、
吸引力によりロータ電極１０は金属ワイヤ７２および７
８に引き寄せられて、ロータ２の軸の回りにトルクが生
じ、ロータ２が転動する。さらに、印加する直流電圧を
間隔ａの金属ワイヤ７３〜７９間、金属ワイヤ７４〜７
１０間へと順次切り替えれば、ロータ２はステータ１上
を転動し続ける。
【０００８】次に、ステータ１の作製方法を、製作工程
を示す図５に基づいて説明する。まず、図５（ａ）に示
すように、離形性の良いフッ素樹脂（例えばテフロン
棒）からなる円柱状の治具Ａを用意し、端部Ａ１の径Ｒ
と段差をつけた径ｒの直線部Ａ２を形成し、端部Ａ１と
直線部Ａ２との境に角度θの傾斜部Ａ３を形成してお
く。次に、図５（ｂ）に示すように、６本の金属ワイヤ
７（７１、７２…７６）を１列に並べて一組とし、治具
Ａの傾斜部Ａ３から直線部Ａ２に巻付ける。次に、図５
（ｃ）に示すように、治具Ａに巻付けた金属ワイヤ７
（７１、７２…７６）の外周にポリイミド樹脂などの絶
縁部材４１を塗布し、硬化させて円筒体４を形成する。
次に、図５（ｄ）に示すように、絶縁部材４１が完全に
硬化した後、治具Ａを金属ワイヤ７から抜き来出せば、
円筒体４の内周に金属ワイヤ７を固定した内径ｒのステ
ータ１が完成する。このようにして作製されたステータ
１は、従来技術で作製したステータのように、スラスト
方向に精密なスリットをいれて周方向に分離する必要が
なく、被覆された金属ワイヤの直径の寸法精度が許容範
囲にあれば、従来のワブル型静電モータのような発生力
が低下することがなくなる。したがって、本発明では、
電極の特別な取り付け精度を必要としない。また、ロー
タにおいても、スラスト方向に精密にスリットを入れる
必要がないので、ステータの場合と同様に、電極の取り
付け精度による発生力の低下がなくなると共に、組立作
業が従来に比べて著しく容易となる。なお、上記実施例
では金属ワイヤ７を６本を一組にしてステータ電極３を
形成した例について説明したが、金属ワイヤ７の本数は
６本に限るものではない。
を示す図５に基づいて説明する。まず、図５（ａ）に示
すように、離形性の良いフッ素樹脂（例えばテフロン
棒）からなる円柱状の治具Ａを用意し、端部Ａ１の径Ｒ
と段差をつけた径ｒの直線部Ａ２を形成し、端部Ａ１と
直線部Ａ２との境に角度θの傾斜部Ａ３を形成してお
く。次に、図５（ｂ）に示すように、６本の金属ワイヤ
７（７１、７２…７６）を１列に並べて一組とし、治具
Ａの傾斜部Ａ３から直線部Ａ２に巻付ける。次に、図５
（ｃ）に示すように、治具Ａに巻付けた金属ワイヤ７
（７１、７２…７６）の外周にポリイミド樹脂などの絶
縁部材４１を塗布し、硬化させて円筒体４を形成する。
次に、図５（ｄ）に示すように、絶縁部材４１が完全に
硬化した後、治具Ａを金属ワイヤ７から抜き来出せば、
円筒体４の内周に金属ワイヤ７を固定した内径ｒのステ
ータ１が完成する。このようにして作製されたステータ
１は、従来技術で作製したステータのように、スラスト
方向に精密なスリットをいれて周方向に分離する必要が
なく、被覆された金属ワイヤの直径の寸法精度が許容範
囲にあれば、従来のワブル型静電モータのような発生力
が低下することがなくなる。したがって、本発明では、
電極の特別な取り付け精度を必要としない。また、ロー
タにおいても、スラスト方向に精密にスリットを入れる
必要がないので、ステータの場合と同様に、電極の取り
付け精度による発生力の低下がなくなると共に、組立作
業が従来に比べて著しく容易となる。なお、上記実施例
では金属ワイヤ７を６本を一組にしてステータ電極３を
形成した例について説明したが、金属ワイヤ７の本数は
６本に限るものではない。
【０００９】［第２の実施例］図６（ａ）は本発明の第
２の実施例のステータを示す斜視図である。ステータ１
の内周に固定されたステータ電極３は、互いに平行な短
冊状にパターン化された銅などの金属フィルム７’によ
って形成してある。ステータ１の作製方法は、まず、ポ
リイミド樹脂などの絶縁性を有するテープ状の絶縁フィ
ルム４１’に、６列の短冊状のパターン化された銅など
の金属フィルム７’（７１’、７２’〜７６’）を互い
に等間隔で平行に並べて貼り付け、さらに金属フィルム
７’をポリイミド樹脂などの絶縁被膜８’で覆うように
塗布し、金属テープ７０を形成する。次に、第１の実施
例で使用した治具Ａに金属ワイヤを巻付けた要領と同様
に、絶縁フィルム４１’が外側になるようにして、金属
テープ７０をスパイラルを形成しながら円筒状に巻付け
る。その後、外周面に接着剤を塗布し、隣接する絶縁テ
ープ４１’を互いに固定して、絶縁テープ４１’によっ
て円筒状に一体になった円筒体４を形成する。接着剤が
硬化した後、治具Ａを抜き出すとステータ１が完成す
る。このとき、金属フィルム７’の並んでいる順に１番
目から４番目の金属フィルムの間の軸方向長さ、すなわ
ち、図６（ｂ）に示した金属フィルム７１’−７４’間
の長さｂがロータ電極１０の軸方向長さａと一致するよ
うにしてある。したがって、第１の実施例のように、金
属ワイヤを１列に並べて巻付ける必要がないため、ステ
ータ電極の作成作業が容易となる。なお、金属フィルム
７’の表面に絶縁被膜８’を塗布せず、ロータ電極１０
の表面に絶縁被膜を形成しても同様の効果がある。
２の実施例のステータを示す斜視図である。ステータ１
の内周に固定されたステータ電極３は、互いに平行な短
冊状にパターン化された銅などの金属フィルム７’によ
って形成してある。ステータ１の作製方法は、まず、ポ
リイミド樹脂などの絶縁性を有するテープ状の絶縁フィ
ルム４１’に、６列の短冊状のパターン化された銅など
の金属フィルム７’（７１’、７２’〜７６’）を互い
に等間隔で平行に並べて貼り付け、さらに金属フィルム
７’をポリイミド樹脂などの絶縁被膜８’で覆うように
塗布し、金属テープ７０を形成する。次に、第１の実施
例で使用した治具Ａに金属ワイヤを巻付けた要領と同様
に、絶縁フィルム４１’が外側になるようにして、金属
テープ７０をスパイラルを形成しながら円筒状に巻付け
る。その後、外周面に接着剤を塗布し、隣接する絶縁テ
ープ４１’を互いに固定して、絶縁テープ４１’によっ
て円筒状に一体になった円筒体４を形成する。接着剤が
硬化した後、治具Ａを抜き出すとステータ１が完成す
る。このとき、金属フィルム７’の並んでいる順に１番
目から４番目の金属フィルムの間の軸方向長さ、すなわ
ち、図６（ｂ）に示した金属フィルム７１’−７４’間
の長さｂがロータ電極１０の軸方向長さａと一致するよ
うにしてある。したがって、第１の実施例のように、金
属ワイヤを１列に並べて巻付ける必要がないため、ステ
ータ電極の作成作業が容易となる。なお、金属フィルム
７’の表面に絶縁被膜８’を塗布せず、ロータ電極１０
の表面に絶縁被膜を形成しても同様の効果がある。
【００１０】［第３の実施例］図７は本発明の第３の実
施例のロータ２を示す斜視図である。この場合、ロータ
２は絶縁体からなる円筒体５の外周表面に、軸方向に所
定の幅ａおよび間隔ａで金属膜を蒸着によりリング状に
付着させてロータ電極１０を形成し、円筒状のロータ２
としたものである。このような構成により、ロータ２の
質量を小さくでき、慣性モーメントが小さくなるので、
回転駆動時の発生力を大きくするすることができる。な
お、第１の実施例で説明した円柱状のロータと、この円
筒状のロータとを第１の実施例で説明したステータ１に
組み合わせて駆動時のトルクを測定した結果、円筒状の
ロータを使用した場合は、円柱状のロータを使用した場
合に比べて、約１．３倍のトルクとなった。また、回転
中の回転速度を急速に変化させた時も、円筒状のロータ
を使用した場合の方が回転追従性が良くなった。
施例のロータ２を示す斜視図である。この場合、ロータ
２は絶縁体からなる円筒体５の外周表面に、軸方向に所
定の幅ａおよび間隔ａで金属膜を蒸着によりリング状に
付着させてロータ電極１０を形成し、円筒状のロータ２
としたものである。このような構成により、ロータ２の
質量を小さくでき、慣性モーメントが小さくなるので、
回転駆動時の発生力を大きくするすることができる。な
お、第１の実施例で説明した円柱状のロータと、この円
筒状のロータとを第１の実施例で説明したステータ１に
組み合わせて駆動時のトルクを測定した結果、円筒状の
ロータを使用した場合は、円柱状のロータを使用した場
合に比べて、約１．３倍のトルクとなった。また、回転
中の回転速度を急速に変化させた時も、円筒状のロータ
を使用した場合の方が回転追従性が良くなった。
【００１１】［第４の実施例］第１の実施例の場合は、
ロータ電極１０を円板状の金属とし、絶縁体９と交互に
軸方向に接着していたが、第４の実施例の場合、ロータ
電極１０は円板状の比誘電率の異なる強誘電体を軸方向
に交互に接着して形成したものである。静電モータのロ
ータは、ステータ電極による吸引力が交互に変化するよ
うに、比誘電率の異なる材料が軸方向に交互に配置され
ていればよい。そこで、比誘電率が３の円板状のポリイ
ミド樹脂と、比誘電率の異なる円板状の誘電材料を軸方
向に接合して、いくつかのロータを作製し、モータトル
クを計測した。図８は円板状の導体の代わりに使用した
誘電材料の比誘電率とポリイミド樹脂の比誘電率の差を
横軸とし、モータトルクを縦軸として表したものであ
る。静電モータは図１に示した構成のステータ１とロー
タ２を使用し、誘電材料として、比誘電率３０、５０の
酸化チタン（ＴｉＯ2 ）と、誘電材料に原料製法の異な
る比誘電率１００、２００、４００、６００、１００
０、２０００、３０００、５０００のチタン酸バリウム
（ＢａＴｉＯ3 ）を使用した。この結果、比誘電率５０
以上の材料を使用してロータを作製したとき、モータと
しての回転が確認できた。また、ロータ２を構成する材
料の比誘電率差が１００以上でモータトルクはμＮｍオ
ーダ以上となり、実用上問題なく使用できることがわか
った。また、導体の代わりに使用した誘電材料が１００
０以上では、モータトルクにほとんど変化がなく、金属
を使用した場合とほぼ同等であることがわかった。すな
わち、１００以上の比誘電率差を有する材料を交互に配
置したロータを作製することで、十分にモータとして機
能することがわかった。
ロータ電極１０を円板状の金属とし、絶縁体９と交互に
軸方向に接着していたが、第４の実施例の場合、ロータ
電極１０は円板状の比誘電率の異なる強誘電体を軸方向
に交互に接着して形成したものである。静電モータのロ
ータは、ステータ電極による吸引力が交互に変化するよ
うに、比誘電率の異なる材料が軸方向に交互に配置され
ていればよい。そこで、比誘電率が３の円板状のポリイ
ミド樹脂と、比誘電率の異なる円板状の誘電材料を軸方
向に接合して、いくつかのロータを作製し、モータトル
クを計測した。図８は円板状の導体の代わりに使用した
誘電材料の比誘電率とポリイミド樹脂の比誘電率の差を
横軸とし、モータトルクを縦軸として表したものであ
る。静電モータは図１に示した構成のステータ１とロー
タ２を使用し、誘電材料として、比誘電率３０、５０の
酸化チタン（ＴｉＯ2 ）と、誘電材料に原料製法の異な
る比誘電率１００、２００、４００、６００、１００
０、２０００、３０００、５０００のチタン酸バリウム
（ＢａＴｉＯ3 ）を使用した。この結果、比誘電率５０
以上の材料を使用してロータを作製したとき、モータと
しての回転が確認できた。また、ロータ２を構成する材
料の比誘電率差が１００以上でモータトルクはμＮｍオ
ーダ以上となり、実用上問題なく使用できることがわか
った。また、導体の代わりに使用した誘電材料が１００
０以上では、モータトルクにほとんど変化がなく、金属
を使用した場合とほぼ同等であることがわかった。すな
わち、１００以上の比誘電率差を有する材料を交互に配
置したロータを作製することで、十分にモータとして機
能することがわかった。
【００１２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ス
テータ電極は金属ワイヤまたは金属フィルムをステータ
内周面にスパイラル状に形成し、ロータは絶縁体と導体
あるいは強誘電体を軸方向に交互に並べた構造にしてあ
るので、電極の位置合わせ精度が向上し、静電モータの
トルクアップが容易となる。また、電極作製時に、特別
なアライメントが必要でないため、ステータ、ロータと
もに作製が容易となると共に、回転体であるロータに電
圧を印加するためのワイヤを取りつける必要がなく、ブ
ラシの接触摩擦によるトルクの低下がなくなり、発生力
の高いワブル型静電モータを提供できる効果がある。
テータ電極は金属ワイヤまたは金属フィルムをステータ
内周面にスパイラル状に形成し、ロータは絶縁体と導体
あるいは強誘電体を軸方向に交互に並べた構造にしてあ
るので、電極の位置合わせ精度が向上し、静電モータの
トルクアップが容易となる。また、電極作製時に、特別
なアライメントが必要でないため、ステータ、ロータと
もに作製が容易となると共に、回転体であるロータに電
圧を印加するためのワイヤを取りつける必要がなく、ブ
ラシの接触摩擦によるトルクの低下がなくなり、発生力
の高いワブル型静電モータを提供できる効果がある。
【図１】 本発明の第１の実施例を示す斜視図である。
【図２】 本発明の第１の実施例のステータを示す斜視
図である。
図である。
【図３】 本発明の第１の実施例のロータを示す斜視図
である。
である。
【図４】 本発明の第１の実施例の要部を拡大して示す
斜視図である。
斜視図である。
【図５】 本発明の第１の実施例の製造工程を示す斜視
図である。
図である。
【図６】 本発明の第２の実施例のステータを示す斜視
図である。
図である。
【図７】 本発明の第３の実施例のロータを示す斜視図
である。
である。
【図８】 本発明の第４の実施例の計測結果を示す説明
図である。
図である。
【図９】 従来例を示す（ａ）斜視図および（ｂ）正面
図である。
図である。
【符号の説明】 １ ステータ、２ ロータ、３ ステータ電極、４、５
円筒体、４１ 絶縁部材、４１’ 絶縁フィルム、７
金属ワイヤ、７’ 金属フィルム、８、８’絶縁被
膜、９ 絶縁体、１０ ロータ電極、Ａ 治具
円筒体、４１ 絶縁部材、４１’ 絶縁フィルム、７
金属ワイヤ、７’ 金属フィルム、８、８’絶縁被
膜、９ 絶縁体、１０ ロータ電極、Ａ 治具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02N 1/00
Claims (7)
- 【請求項１】絶縁性の円筒体の内周に所定のピッチでス
テータ電極を備えた円筒状のステータと、外周面の軸方
向に所定のピッチで設けたロータ電極をもつ円筒状また
は円柱状のロータとを備え、前記ロータの外周面の一部
が前記ステータの内周面に静電気力により接触するよう
に配置したワブル型静電モータにおいて、 前記ステータ電極は互いに平行な複数の導体がスパイラ
ル状に形成されたものとし、前記ロータは円板状の導体
からなるロータ電極と円板状の絶縁体とを軸方向に交互
に設けてなることを特徴とするワブル型静電モータ。 - 【請求項２】絶縁性の円筒体の内周に所定のピッチでス
テータ電極を備えた円筒状のステータと、外周面の軸方
向に所定のピッチで設けたロータ電極をもつ円筒状また
は円柱状のロータとを備え、前記ロータの外周面の一部
が前記ステータの内周面に静電気力により接触するよう
に配置したワブル型静電モータにおいて、 前記ステータ電極は互いに平行な複数の導体がスパイラ
ル状に形成され、前記ロータは円筒状または円柱状の絶
縁体の表面に軸方向に導電性薄膜を形成したことを特徴
とするワブル型静電モータ。 - 【請求項３】前記ステータ電極は、表面に絶縁性樹脂を
被覆した複数の金属ワイヤからなる請求項１または２記
載のワブル型静電モータ。 - 【請求項４】前記ステータ電極は、絶縁性樹脂フィルム
の上に複数の金属テープを貼り付けた請求項２記載のワ
ブル型静電モータ。 - 【請求項５】前記ステータ電極の内周面と前記ロータ電
極の外周面の少なくとも一方の面に絶縁被膜を形成した
請求項１、２および４のいずれか１項に記載のワブル型
静電モータ。 - 【請求項６】前記ロータ電極が誘電体であり、前記ロー
タ電極に隣接する絶縁体と前記誘電体の比誘電率の差が
１００以上である請求項１から５までのいずれか１項に
記載のワブル型静電モータ。 - 【請求項７】絶縁性の円筒体の内周に所定のピッチでス
テータ電極を備えた円筒状のステータと、外周面の軸方
向に所定のピッチで設けたロータ電極をも つ円筒状また
は円柱状のロータとを備え、前記ロータの外周面の一部
が前記ステータの内周面に静電気力により接触するよう
に配置し、前記ステータ電極の複数の導体に順次印加電
圧を切り替えて前記ロータを前記ステータの内側に転動
させるワブル型静電モータの駆動方法において、 前記ステータ電極を互いに平行な複数のスパイラル状の
導体で形成し、前記ロータ電極をリング状の導体と絶縁
体とを軸方向に交互に設けて形成し、前記ロータ電極の
軸方向両端に対向する前記ステータ電極の二つの任意の
導体間に電圧を印加することを特徴とするワブル型静電
モータの駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13582295A JP3278031B2 (ja) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | ワブル型静電モータおよびその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13582295A JP3278031B2 (ja) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | ワブル型静電モータおよびその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08308261A JPH08308261A (ja) | 1996-11-22 |
| JP3278031B2 true JP3278031B2 (ja) | 2002-04-30 |
Family
ID=15160615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13582295A Expired - Fee Related JP3278031B2 (ja) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | ワブル型静電モータおよびその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3278031B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112564540A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-26 | 湘潭大学 | 一种自适应性滚动纳米摩擦发电机 |
| CN114362583B (zh) * | 2022-03-11 | 2022-11-11 | 东莞市兵力电子科技有限公司 | 一种基于电场力的继电器驱动用电机及其使用方法 |
-
1995
- 1995-05-08 JP JP13582295A patent/JP3278031B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08308261A (ja) | 1996-11-22 |
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