JPH0365082A

JPH0365082A - 静電モータ

Info

Publication number: JPH0365082A
Application number: JP19928489A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shimizu; 博清水; Masafumi Yano; 雅文矢野; Hiroaki Tanaka; 広明田仲; Takao Tomono; 孝夫友野; Toru Kira; 吉良　徹
Original assignee: Research Development Corp of Japan; Sharp Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; Sharp Corp
Priority date: 1989-08-02
Filing date: 1989-08-02
Publication date: 1991-03-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、静電モータ、更に詳細には、複数の電極を周
期的に配置した固定子と、この固定子と所定の間隔を保
って相対的に移動可能で、固定子と同じ周期で複数の電
極を配置した可動子とを備え、固定子と可動子の電極間
に電圧を印加して発生する静電力を駆動力とする回転型
の静電モータに関する。

［従来の技術］最近、微細技術の進歩にともないマイクロアクチュエー
タとして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、周期的に配置された複数の電極を
支持する基板を可動子とし、一方、同様に周期的に配置
された電極基板を固定子として配置し、固定子と可動子
の各電極に駆動電圧を印加することにより、電極間に発
生する静電的吸引力を駆動力とするモータであるにのよ
うな静電モータは、従来主流であった電磁モータと比較
して、構造が簡単で超小型であり、しかも消費電力が少
ないために電磁モータでは実現不可能なマイクロアクチ
ュエータとしてその応用が期待されている。このような
、超小型のアクチュエータとして、例えば、特開昭６３
−１３６９７８号公報には、それぞれ固定子と可動子の
電極を移動方向に直線上に配置したリニア型の静電誘導
モータが説明されている。また、特開昭６３−１３６９
７９号公報には、固定子及び可動子上に径方向に延びる
電極を周期的に配置し、隣接する電極にそれぞれ３相の
電圧を印加して電極間に静電力を発生させ、可動子を固
定子に対して回転させるようにした回転型の静電誘導モ
ータが開示されている。

［発明が解決しようとする課題］従来回転型のモータで、高精度でしかもステップ角の小
さなモータを実現するためには、極めて微細な加工を必
要とし、現在の加工技術においてはその精度には限界が
ある。また、従来の回転型の静電誘導モータでは、駆動
面に均一なトルクを発生させることが困難であった。

従って、本発明は、このような従来の欠点を解消するた
めになされたもので、高い精度のステップ角が実現でき
、しかも駆動面に均一なトルクを発生することが可能な
回転型の静電モータを提供することを課題とする。

［課題を解決するための手段］本発明は、このような課題を解決するために、円周方向
に周期的に配置した複数の電極からなる少なくとも３相
の電極群を互いに所定のピッチずらして半径方向に異な
る位置に配置した固定子と、固定子の電極と同じ周期で
円周方向に周期的に配置した複数の電極を前記固定子の
各相の電極群に対応して配置した可動子とからなり、固
定子の電極群に前記所定ピッチに対応する位相のずれた
電圧を順次印加し電極間に発生する静電力により可動子
を固定子に対して相対的に回転させる構成を採用した。

［作用］このような構成では、固定子に円周方向に周期的に配置
した複数の電極からなる第１相の電極群が形成され、こ
の第１相の電極群に対して所定ピッチ電極をずらしてそ
れぞれ第２、第３相の電極群が形成される。各第１〜第
３相の電極群は、それぞれ半径方向に異なる位置に配置
されるので、従来得られなかった高精度のステップ角を
有する超薄型の回転モータが実現できる。静電モータは
、電極構造に依存することにより電極支持構造体が薄膜
化可能であればモータ自体を薄膜にすることができる。

また、微細加工技術により、ミクロン単位の電極をバタ
ーニングすると、ステップ角を０．１°以下にすること
も可能である。また、それぞれの相は、すべて円周上に
その電極が存在するために、トルクを駆動面金てに均一
に発生させることができる。

［実施例］以下、図面に示す実施例に従い本発明の詳細な説明する
。

第１図、第２図には、本発明の一実施例に係わる回転型
静電モータの構造が図示されており、各図において、符
号１に示すものは、固定子であり、円板上の薄膜ガラス
基板３と、その上に配置された上部電極４並びに上部電
極を被覆する５ｉ０２層５から構成されている。この固
定子ｌと所定距離を保って相対的に移動可能な可動子２
が配置され、この可動子２は、下部電極７を配置した、
固定子１と同様な円板上の薄膜ガラス基板６と下部電極
７を被覆する５ｉ０２層８から構成されている。

可動子２は、回転軸１５に固定された可動子支持体９に
支持されており、また固定子ｌは、固定子支持体１０に
支持されている。固定子支持体ｌＯは、ロッド１２を介
して下方の固定子支持体１１と結合されており、固定子
支持体１０．１１間に可動子支持体９が配置される。回
転軸１５は、ベアリング１３により固定子支持体１０と
、またベアリング１４を介して固定子支持体１１に回転
自在に軸承されており、それにより可動子２は、回転軸
１５を中心にして固定子１に対して回転できるように構
成されている。

上部電極４は、第３図に詳細に図示されているように、
３相の電圧φＡ、φＢ、φＣが印加される３相の電極群
２１．２２．２３からできており、φＡ相が印加される
電極群２１は、単位電極２１ａを周期的に円周方向に配
置して構成されている。また、φＢ相が印加される電極
群２２は、単位電極２２ａを、またφＣ相が印加される
電極群２３は、単位電極２３ａをそれぞれ周期的に円周
方向に配置して構成されている。各電極群２１．２２．
２３は、それぞれ互いに所定の位相、この実施例で１よ
、３分の１ピツチに相当する位相だけ円周方向にずらし
てそれぞれ半径方向に異なる位置に配置されている。さ
らに、各電極２１〜２３には、外周方向に電圧供給ライ
ン２１ｂ、２２ｂ、２３ｂが形成されており、この電圧
供給ラインを介して３相の電圧φＡ、φＢ、φＣが電極
群２１〜２３に供給される。

一方、下部電極７は、第４図に図示したように電極群３
１．３２．３３から形成されており、電極群３１．３２
．３３は、それぞれ単位電極３１ａ、３２ａ、３３ａを
固定子の各電極と同じ周期で円周方向に周期的に配置し
て構成されている。電極群３１〜３３は、それぞれ電極
群２１〜２３に対応するようにそれぞれ半径方向に異な
る位置に配置されている。下部電極の単位電極３１ａ〜
３３ａは、上部電極の単位電極２１ａ〜２３ａのそれぞ
れと同様なサイズとなっている。

また、電極群３１〜３３は、電極群２１〜２３と異なり
位相をずらすことなく、同じ位相で周期的に配置されて
いる。また、電極群３１．３２．３３には、外周方向に
電圧供給ライン３１ｂ、３２ｂ、３３ｂが形成されてお
り、各電圧供給ラインは、アースに接続されている。な
お、単位電極２１ａ〜２３ａ、３１ａ〜３３ａの大きさ
は、それぞれその位置、並びに印加される電圧等に関係
して均一なトルクが発生するように決められれ、同じ工
程により以下のようにして製作される。すなわち、よく
洗浄した例えば、厚さ０−７ｎ＋■、直径４ｃｒｎの大
きさのガラス基板３．６にそれぞれモリブデンを約１０
００λ蒸着する。続いて、レジスト剤を付着させた後、
ホトマスクを載せ、紫外線によりパターニングを行う、
ＲＩＥ　（リアクチイブイオンエツチング）によりモリ
ブデンのエツチングを行なうことによりそれぞれ上述し
たような形状の微細加工された上部電極４及び下部電極
７のバターニングを行なう。続いて、レジスト剤を除去
した後、メタルマスクを用いて５ｉ０２層５．８を約１
０００Ａ蒸着し、それぞれ上部電極４、下部電極６を被
覆する。

このようにして作製した固定子ｌと可動子をそれぞれ支
持体１Ｏ１９に取り付ける。また、可動子支持体９の中
心部に約直径５開の円形の穴をくり抜き、その穴に表面
を導電性処理を施した回転軸１５（ガラス材から構成す
る）を挿入し導電性接着剤により固定する６続いて、固
定子支持体１０と可動子支持体９を各電極群２１〜２３
と３１〜３３が対応するように位置あわせし、上部電極
４と下部電極７間のギャップが約１０μｍになるように
して取り付ける。このとき上部電極４と下部電極７間を
、第２図に示したようにコンデンサ用絶縁油、Ｔｒｉｃ
ｒ−ｅｓｙｌ　Ｐｈｏｓｈａｔｅ等からなる液体誘電体
オイル１６で満たすようにする。また、この液体誘電体
オイル１６の流出を防止するために固定子支持体ｌＯと
可動子支持体９の外周にそれぞれマグネット１７を張り
巡らし磁性流体１８でシールドする。

３相の電圧を供給するリード線は、電極基板の穴より裏
面から取り出し、固定子支持体１０の外部から３相の電
圧を供給する。また、外部アース線は、回転軸１５に接
続され、それにより電極群３１〜３３をアースに接続さ
せることができる。

第５図には、このように構成された回転型の静電モータ
を駆動する駆動回路図が図示されている。同図において
、発振器４４よりクロックを送り、カウンタ４５に信号
を入力し、カウンタ４５より３分周された信号を得る。

この信号と発振器のクロックをシフトレジスタ４６に入
力し。

互いに１２０°位相のずれた３相の矩形波信号を得る。

その後、ブースタ４７を経て、第６図に図示したような
３相１００Ｖ矩形波信号を得る。

このような構成において、第６図に図示したような互い
に１２０”位相のずれたφＡ、φＢ、φＣの電圧が電圧
供給ライン２１ｂ〜２３ｂを介して固定子ｌの電極群２
１〜２３に供給される。この場合、まず電極２１と３１
が重なっていると、隣接する電極が１／３ピツチずつず
れているので、電極２２と３２の２つの電極の端部が接
する状態になる。電極２１にもし電荷が貯っていたら放
電させ、電極２２と電極３２にφＢ相の電圧を印加する
。電極は、静電力により互いに引合い電極２２と電極３
２が重なるまで移動する。そのときこんどは電極２３と
電極３３の２つの電極の端部が接する状態となる。同様
に電極２２に貯った電荷を放電させ、今度は電極２３と
電極３３にφＣ相の電圧を印加する。以下同様の繰り返
しにより電極を動かすことによりモータとして駆動する
ことができる。

また、上述した実施例では、３相の構造の静電モータに
ついて説明したが、本発明は、原理的には、ｌ相の構造
あるいは３相以上の多相構造の静電モータにも適用でき
るものである。

さらに、上述した実施例において、電極保持基板３．６
としてガラス基板以外に高分子基板（ＰＭＭＡ）も使用
できる。また、電極材料としてモリブデン以外に高融点
金属もしくは導電性高分子膜も使用できる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明では、円周方向に周期的に
配置した複数の電極からなる少なくとも３相の電極群を
互いに所定のピッチずらして半径方向に異なる位置に配
置したので、高精度のステップ角を有する静電モータが
実現でき、しかもそれぞれの相の電極がすべて円周上に
存在するために、トルクを駆動面金てに均一に発生させ
ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の静電モータの構造を示す断面図、第
２図は、第１図のＡ部分の詳細図、第３図は固定子の構
造を示す説明図、第４図は、可動子の構造を示す説明図
、第５図は静電モータの駆動回路図、第６図は印加電圧
のタイミングチャート図である。ｌ・・−固定子、２・・・可動子、３．６−基板、４−
上部電極、　　　７・・・下部電極、２１〜２３．３１
〜３３・・−電極群、２１ａ〜２３ａ、３１ａ〜３３ａ
−・−単位電極、２１ｂ〜２３ｂ　、　３１ｂ〜３３ｂ
−・・電圧供給ライン５１０◎ひｆ椅俸

Claims

【特許請求の範囲】１）円周方向に周期的に配置した複数の電極からなる少
なくとも３相の電極群を互いに所定のピッチずらして半
径方向に異なる位置に配置した固定子と、固定子の電極と同じ周期で円周方向に周期的に配置した
複数の電極を前記固定子の各相の電極群に対応して配置
した可動子とからなり、固定子の電極群に前記所定ピッチに対応する位相のずれ
た電圧を順次印加し電極間に発生する静電力により可動
子を固定子に対して相対的に回転させることを特徴とす
る静電モータ。