JPH0520995B2

JPH0520995B2 -

Info

Publication number: JPH0520995B2
Application number: JP30855387A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Watanabe; Akio Takahashi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-12-17
Filing date: 1987-12-08
Publication date: 1993-03-23
Also published as: JPS63265572A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は電荷間に働くクーロン力を利用したモ
ーター、すなわち静電モーターに関するものであ
る。

ここでいう静電モーターは、回転型モーター、
リニアモーター、アクチユエーター等、電界変化
により静電的に動くことができるすべてのものを
意味する。

〔発明の概要〕

本発明の静電モーターは、それぞれ極を有する
可動子と固定子とからなり、それぞれの極内の電
荷間に働くクーロン力を利用して駆動するもので
あつて、可動子及び固定子の極の少くとも一方は
その周囲から絶縁された半導体からなり、かつそ
の内部を動くことのできる電荷を保有している。
これによつて、外部磁界に作用されず、小型のモ
ーターを提供することができる。

〔従来の技術〕

従来のモーターはそのほとんどが磁気によつて
駆動される電磁モーターであるが、この電磁モー
ターは外部磁界の変動によつて影響を受ける欠点
がある。また電磁式サーボモーターも外部磁界の
変化によつて回転角度や応答速度等に悪影響を受
ける。また、電磁モーターはコイルを必要とする
ため小型化できない欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記問題点を解決しようとするもので
あり、外部磁界に作用されず、かつ小型化を可能
とするモーターを提供することを目的とするもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のモーターは、それぞれ極を有する可動
子と固定子とからなり、それぞれの極内の電荷間
に働くクーロン力を利用して駆動する半導体型静
電モーターである。前記可動子及び固定子の極の
少くとも一方はその周囲から絶縁された半導体か
らなり、かつ、その内部を動くことのできる電荷
を保有している。

〔作用〕

固定子及び可動子の一方の極が外部電源に接続
されると、この極の端部にある電荷は他方の半導
体極内の電荷に作用し、これを吸引あるいは反発
させ、他方の半導体極内を端部まで移動させる。
他方の半導体極はその周囲から絶縁されているた
め、端部まで移動させられた電荷はそれ以上この
半導体極内を動くことができない。この移動電荷
と前記一方の極の端部にある電荷とのクーロン力
による作用によつて可動子は動かされることにな
る。その後、外部の電気的手段等によつて電界を
さらに変化させることにより可動子の動きを維持
することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図面に基いて説明
する。

第１図〜第３図は本発明の第１〜第３の実施例
を示すものであり、それぞれ回転型、平板リニア
型、及び円筒リニア型の半導体静電モーターの実
施例を示している。１は可動子または可動体であ
り、回転型モーター（第１図）の場合には、外周
部表面にＰ型もしくはＮ型の不純物半導体で対象
位置に形成された複数の極２，３が設けられてい
る。リニアモーターの場合には、第２図、第３図
に示すように、半導体極２，３が所定間隔で設け
られている。半導体極２，３以外の領域は真性半
導体、プラスチツク、セラミツクス、ガラス等、
絶縁性を有し、Ｐ型もしくはＮ型の不純物半導体
で形成された極２，３内の電荷を外部に逃がさな
い誘電体基材１１でできている。この意味で極
２，３を以後電極と呼ぶことにする。４はわずか
な間〓を残して可動体１の入る穴が形成されてい
るステーターであり、このステーターの内側には
可動体電極に対向するようにステーター極６１〜
６８が互いに絶縁されて設けられている。これら
の極６１〜６８は金属体等、導電材料で作られて
おり、それぞれ電源のプラス極あるいはマイナス
極と選択的に接続され、あるいは切れるようにな
つている。この意味でステーター極も以後電極と
呼ぶことにする。ステーター電極６１〜６８に対
する可動体電極２，３の長さは種々考えられる
が、ステーター電極の各々よりも長く、その二個
分と間〓の合計長さより短いほうが好ましい。こ
の実施例ではおよそステーター電極の1.5倍と間
〓の長さを加えた寸法となつている。

第２図において、１はＰ型もしくはＮ型の半導
体で形成された電極２，３を有し板状部材１３か
らなる可動体であり、電極２，３以外の部分は真
性半導体、プラスチツク、セラミツクス、ガラス
等、絶縁性の材料でできている。４，４は、わず
かな間〓をあけて可動体１をはさむように設けら
れた平面部材４１からなるステーターであり、そ
れぞれの内面には可動体の電極２，３に対向する
ようにステーター電極６１〜６８が設けられてい
る。

次に、可動体電極２，３をそれぞれＮ型半導体
とした場合の作用について説明する。

第１図あるいは第２図の位置に可動体電極が来
ている場合、ステーター電極６１，６５をプラス
電位に、６８，６４をマイナス電位に接続する。
すると、可動体の半導体電極２，３内部の多数キ
ヤリアである電子はステーター電極６１，６５近
傍に移動する。可動体電極の反対側にはプラスの
固定電荷が残りステーターのマイナス電位電極６
８，６４との間で吸引力が働くが、このプラス固
定電荷はステーターのマイナス電位電極６８，６
４から離れているためその力は弱い。クーロン力
は距離の２乗に反比例するからである。これに反
し、移動電荷である電子はプラス電位電極６１，
６５に可能な限り接近するため、可動体の半導体
電極２，３内部の電子とステーター電極６１，６
５との間に働く吸引力は強い。したがつて、可動
体１は矢印の向きに静電力を受け、半導体電極
２，３がステーター電極６１，６５にほぼ正対す
る位置まで移動する。次に、ステーターのプラス
電位を６１，６５から６２，６６に、マイナス電
位を６８，６４から６１，６５に一個ずつ変え
る。

すると、前記の作用と同様に、可動体の半導体
電極２，３内部の電子はステーターのプラス電位
電極６２，６６に吸引され、可動体１は矢印の向
きに静電力を受け、半導体電極２，３がステータ
ー電極６２，６６にほぼ正対する位置まで移動す
る。このようにステーターのプラス電位電極、マ
イナス電位電極を順次変えていくことによつて可
動体を連続的に動かすことができる。棒状部材１
４と円筒部材４２からなる円筒状リニア静電モー
ターの場合も同様に動かすことができる。

可動体電極２，３をそれぞれＰ型半導体とした
場合には、プラス電位とマイナス電位の関係を逆
にすれば、多数キヤリアである正孔の働きによ
り、前述の場合と同様の動作をさせることができ
る。なお、可動体電極２，３を金属等導電性の材
料で作り、移動電荷として内部の自由電子を用い
ることもできるが、この場合にはステーター電極
との間で放電しやすいという問題がある。

第４図〜第６図は本発明の第４〜６の実施例を
示すもので、それぞれ回転型、平板リニア型、円
筒リニア型半導体静電モーターの実施例を示して
いる。可動体１の電極２，３が、電源に接続され
る金属電極２ｂ，３ｂとその上に形成されるＰ型
もしくはＮ型の半導体電極２ａ，３ａとからなる
積層体である点が第１〜３図の場合と異なつてい
る。また、電極２，３は電極以外の部分よりも間
〓側に突出している。可動体半導体電極２ａ，３
ａをそれぞれＮ型半導体とした場合の作用につい
て説明する。

第４図、第５図の位置に可動体電極が来ている
場合、ステーター電極６１，６５をプラス電位
に、６８，６４をマイナス電位に接続する。可動
体の金属電極２ｂ，３ｂは常にマイナス電位に接
続しておく。すると、可動体の半導体電極２ａ，
３ａ内部の電子は金属電極２ｂ，３ｂのマイナス
電位によつてステーター電極側に偏るとともに、
ステーターのプラス側電極６１，６５に引きつけ
られる。さらにステーター電極６８，６４のマイ
ナス電位によつてプラス側電極６１，６５側に偏
る。その結果、電子は可能な限りステーター電極
６１，６５に接近し、より強いクーロン力によつ
て可動体１を矢印の方向に移動させる。半導体電
極２ａ，３ａがステーター電極６１，６５にほぼ
正対する位置まで回転した時に、ステーターのプ
ラス側電極を６１，６５から６２，６６に、マイ
ナス側電極を６８，６４から６１，６５に一個ず
つ変える。すると、前記の作用と同様に可動体１
は矢印の向きにさらに電極一つ分移動する。この
ようにステーターのプラス側電極、マイナス側電
極を順次切り換えていくことによつて可動体を連
続的に移動させることができる。

なお、ステーターのマイナス側電極を設けなく
てもよいが、設ければ移動電荷をより効果的に働
かせることができる。

可動体電極２ａ，３ａをそれぞれＰ型半導体と
した場合には、プラス側電極とマイナス側電極の
関係を逆にすれば、正孔の働きにより、前述の場
合と同様の移動をさせることができる。

第７〜９図は本発明の第７〜９の実施例を示す
ものであり、ステーター電極６１〜６８の内側に
誘電体５が積層されている点が第４〜６図の場合
と異なつている。

可動体半導体電極２ａ，３ａをそれぞれＮ型半
導体とした場合の作用について説明する。

可動体の金属電極２ｂ，３ｂは常にマイナス電
位に接続される。第７，８図の位置に可動体電極
が来ている場合、、ステーター電極６１，６５を
プラス側に接続すると、誘電体５のステーター電
極６１，６５に近い部分はマイナス側に、それと
反対の可動体側の部分はプラス側に分極する。

可動体金属電極２ｂ，３ｂのマイナス電位によ
つてステーター電極側に偏つている電子は、この
正分極電荷に引きつけられ、その結果、可動体１
は半導体電極２ａ，３ａがステーター電極６１，
６５にほぼ正対する位置まで移動する。その後、
ステーターのプラス側電極を順次ひとつずつ変え
ていくことによつて可動体を連続的に移動するこ
とができる。

第１０〜１２図は本発明の第10〜12の実施例を
示すものであり、ステーター電極６１〜６８の内
側に半導体層が設けられている点が第１〜３図の
場合と異なつている。ステーター電極６１〜６８
の内側にはＰ型半導体層７１，７３，７５，７７
とＮ型半導体層７２，７４，７６，７８の反対導
電型領域が交互に設けられており、各半導体層領
域間は真性半導体、絶縁体等で作られた分離体５
１〜５８で絶縁されている。この分離体５１〜５
８は、Ｐ型あるいはＮ型の不純物半導体層７１〜
７８内の正孔、電子等の移動電荷が隣の半導体層
領域に移動するのを防ぐ働きをする。

可動体半導体電極２，３をそれぞれ同一導電型
のＮ型半導体とした場合の作用について説明す
る。

第１０，１１図の位置に可動体電極が来ている
場合、ステーター電極６１，６５をプラス側に、
６８，６４をマイナス側に接続する。すると、ス
テーターＰ型半導体層７１，７５内の正孔、Ｎ型
半導体層７８，７４内の電子は可動体側に偏る。
このため可動体Ｎ型半導体電極２，３内の多数キ
ヤリアである電子はステーターＰ型半導体層７
１，７５に引きつけられ、その結果、強いクーロ
ン力によつて可動体１を矢印の方向に回転させ
る。そして可動体電極２，３がステーターＰ型半
導体層７１，７５にほぼ正対する位置まで回転し
た時に、ステーターのプラス側電極を６１，６５
から６２，６６に、マイナス側電極を６８，６４
から６１，６５に一個ずつ切り換える。すると、
ステーターＰ型半導体層７１，７５内の正孔、Ｎ
型半導体層７２，７６内の電子はステーター電極
側に偏る。このため可動体のＮ型半導体電極２，
３内の電子は、ステーターＰ型半導体層７１，７
５内のマイナス固定電荷から反発を受けるととも
に、ステーターＮ型半導体層７２，７６内のプラ
ス固定電荷に引きつけられる。その結果、可動体
１をさらに矢印の方向に移動させる。前記の作用
と同様に可動体１は矢印の向きにさらに電極一つ
分回転する。このようにステーターのプラス側電
極、マイナス側電極を順次変えていくことによつ
て可動体を連続的に移動させることができる。

第１３〜１５図は本発明の第13〜15の実施例を
示すものであり、ステーター電極６１〜６８の内
側に半導体層が設けられている点が第４〜６図の
場合と異なつている。ステーター電極６１〜６８
の内側にはＰ型もしくはＮ型の半導体層８１〜８
８が設けられており、各半導体層間は真性半導
体、絶縁体等で作られた分離体５１〜５８で絶縁
されている。

第１３，１４図の位置に可動体電極が来ている
場合、ステーター電極６１，６５をプラス側に、
可動体の金属電極２ｂ，３ｂをマイナス側に接続
しておく。すると、ステーターＰ型半導体層８
１，８５内の正孔は可動体側に偏る。可動体のＮ
型半導体電極２ａ，３ａ内部の電子は金属電極２
ｂ，３ｂのマイナス電位によつてステーター電極
側に偏り、ステーターＰ型半導体層８１，８５内
の正孔に強く引きつけられる。その結果、強いク
ーロン力によつて可動体１を矢印の方向に移動さ
せる。

そして、半導体電極２ａ，３ａがステーター電
極６１，６５にほぼ正対する位置まで移動した時
に、ステーターのプラス側電極を６１，６５から
６２，６６に変えれば、前記の作用と同様に可動
体１は矢印の向きにさらに電極一つ分回転する。
このようにステーターのプラス側電極を順次変え
ていくことによつて可動体を連続的に移動するこ
とができる。

このように、クーロン力を及ぼしあう電極の少
くとも一方を半導体で形成すると、電極間におけ
る移動電荷の放電を防ぐことができる。

第１６〜１８図は本発明の第16〜18の実施例を
示すのものであり、第４〜６図の実施例とは逆
に、可動体１には金属電極９１〜９８が形成され
ている。ステーター電極１０１〜１０４の内周に
Ｐ型もしくはＮ型の半導体層１１１〜１１４が設
けられている。Ｎ型の半導体層を用いる場合、第
１６，１７図の位置に可動体電極が来ている時
に、ステーター電極１０１〜１０４を常にマイナ
ス側に接続し、可動体の金属電極の内ステーター
半導体層１１１〜１１４に対向しようとしている
電極９１，９３，９５，９７をプラス側に接続す
る。その後、このプラス電位の印加された可動体
電極を順次切り換えていけば可動体を矢印方向に
連続的に移動させることができる。

第１９図〜２１図は本発明の第19〜21の実施例
を示すものであり、可動体１には四極の金属電極
１２１〜１２４を形成し、ステーター側には八極
のステーター電極６１〜６８及びその内側に八極
のＰ型もしくはＮ型の半導体層８１〜８８を設け
た例を示している。半導体層８１〜８８にＮ型の
半導体層を用いる場合、第１９，２０図の位置に
可動体電極が来ている時に、可動体電極１２１〜
１２４を常にプラス側に接続し、ステーター電極
６１，６３，６５，６７を選択的にマイナス側に
接続する。その後、このマイナス電位の印加され
たステーター電極を順次切り換えていけば可動体
を矢印方向に連続的に移動させることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、コイルを必要とせず、外部磁
界に作用されず、かつ小型化を可能とする半導体
型静電モーターを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第２１図は本発明の半導体型静電モー
ターの第１〜第21の実施例を示すものであり、第
１，４，７，１０，１３，１６，１９図は平面
図、第２，５，８，１１，１４，１７，２０図は
正面図、第３，６，９，１２，１５，１８，２１
図は斜視図である。１……可動体、２，３……電極、２ａ，３ａ…
…半導体電極、２ａ，３ｂ……金属電極、４……
ステーター、５……誘電体、５１〜５８……分離
体、６１〜６８……ステーター電極、７１〜７
８，８１〜８８……半導体層、９１〜９８……金
属電極、１０１〜１０５……ステーター電極、１
１１〜１１５……半導体層、１２１〜１２４……
可動体電極。

Claims

【特許請求の範囲】１可動子１と、固定子４とを有する半導体型静
電モーターであつて、可動子１と固定子４とは、表面に沿つてそれぞ
れ極２，３；６１〜６８を有し、両者が半導体か
らなるか、または一方が半導体からなり、間〓を
介して対向配置されて相対移動可能に支持され、可動子１または固定子４の極は、電圧を供給さ
れて駆動トルクを発生し、半導体からなる極は電
圧により局在化し静電力を生じる多数キヤリアを
含んだものである半導体型静電モーター。２可動子１の極２，３は半導体、固定子４の極
６１〜６８は金属体からなる特許請求の範囲第１項記載の半導体型静電モータ
ー。３可動子１の極９１〜９８は金属体、固定子４
の極１１１〜１１４は半導体からなる特許請求の範囲第１項記載の半導体型静電モータ
ー。４可動子１または固定子４の半導体からなる極
は、半導体２ａ，３ａと金属体２ｂ，３ｂの積層
体からなる特許請求の範囲第１項記載の半導体型静電モータ
ー。５可動子１または固定子４の半導体ではない極
は、金属体６１〜６８と誘電体５の積層体からな
る特許請求の範囲第１項記載の半導体型静電モータ
ー。６可動子１または固定子４の半導体からなる極
は、真性半導体基材１１または誘電体基材１１に
形成された不純物半導体領域１２からなる特許請求の範囲第１項記載の半導体型静電モータ
ー。７不純物半導体領域は、複数の同一導電型領域
からなる特許請求の範囲第６項記載の半導体型静電モータ
ー。８不純物半導体領域７１〜７８は、反対導電型
領域Ｐ，Ｎが交互に配列したものである、特許請求の範囲第６項記載の半導体型静電モータ
ー。９可動子１または固定子４の極は、間〓方向に
突出しているものである特許請求の範囲第１項記載の半導体型静電モータ
ー。１０可動子１は、回転変位するローターである特許請求の範囲第１項記載の半導体型静電モータ
ー。１１可動子１は、直線変位する板状部材１３か
らなり、固定子４は、板状部材１３に対面配置した平面
部材４１からなる特許請求の範囲第１項記載の半導体型静電モータ
ー。１２可動子１は、直線変位する棒状部材１４か
らなり、固定子４は、棒状部材１４を収容する円筒部材
４２からなる特許請求の範囲第１項記載の半導体型静電モータ
ー。