JPS63265572A

JPS63265572A - 半導体型静電モーター

Info

Publication number: JPS63265572A
Application number: JP30855387A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Watanabe; 利秋渡辺; 昭男高橋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-12-17
Filing date: 1987-12-08
Publication date: 1988-11-02
Also published as: JPH0520995B2

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、アクチュエーター等、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Ｉ！ｆｉ１本発明の静電モーターは、それぞれ電極を有する可動体
と固定子とからなり、それぞれの電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って、可動体お
よび固定子の電極の一方はその周囲から絶縁されており
、かつ、その内部を動くことのできる電荷を保有してい
る。これによって、外部磁界に作用されず、非常に小型
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って駆動され
る電磁モーターであるが、この電磁モーターは外部磁界
の変動によって影響を受ける欠点がある。たとえば電磁
モーターを搭載した時計では、電磁調理器、リニアモー
ターカー等の近くで外部磁界の変化によって計時精度の
低下をもたらしている。また電磁式サーボモーターも外
部磁界の変化によって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。たとえばアナログ式電子詩計が
より小型化、薄型化できない最大の理由はコイルを小型
化、薄型化できない点にある［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クー
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］本発明の静電モーターは、それぞれ電極を有する可動体
と固定子とからなり、それぞれの電極内の電荷間に働く
クーロン力を利用して駆動する静電モーターにおいて、
前記可動体および固定子の電極の一方はその周囲から絶
縁されており、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】

固定子および可動体の一方の電極が外部電源に接続され
ると、この電極端部にある電荷は他方の電極内の電荷に
作用し、これを吸引あるいは反発させ、他方の電極内を
端部まで移動させる。他方の電極はその周囲から絶縁さ
れているため、電極端部まで移動させられた電荷はそれ
以上この電極内を動くことができ、ない、この移動電荷
と前記一方の電極端部にある電荷とのクーロン力による
作用によって可動体は動かされることになる。その後、
外部の電気的手段などによって電界をさらに変化させる
ことにより可動体の動きを維持することができる。［実施例１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、平板型リニア、円筒型リニ
ア静電モーターの実施例を示している。ｌは可動体であ
り、回転型モ、−ター（第１図）の場合には、外周部に
Ｐ型もしくはＮ型の半導体または金属等の導電材料で対
称位置に形成された電極２．３が設けられ、リニアモー
タの場合には、第２図、第３図に示すように、電極２．
３が所定間隔で設けられている。電極２．３以外の部分
は真性半導体、プラスチック、セラミックス、ガラス等
、絶縁性の（Ｐ型もしくはＮ型の半導体で形成された電
極２．３内の電荷を外部に逃がさない）材料でできてい
る。４は、わずかな隙間を残して可動体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電極６１〜
６８が互いに絶縁されて設けられている。これらの電極
６１〜６８は金属等、導電材料で作られておりそれぞれ
電源のプラス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っている、ステーター電極６１
〜６８に対する可動体電極２，３の長さは、？！ｈ考え
られるが、ステーター電極の各々よりも長く二つぶんプ
ラス隙間の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倍プラス隙簡の長さと
なって、いる。第２図において、ｌはＰ型もしくはＮｆｉの半導体また
は金属等の導電材料で形成された電極２゜３を有する平
板状の可動体であり、電極２，３以外の部分は真性半導
体、プラスチック、セラミックス、ガラス等、絶縁性の
材料でできている。４．４は、わずかな隙間をあけて可
動体１をはさむように設けられたステーターであり、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奄プラスに、６８．６４
をマイナスに接続する。すると。可動体の半導体電極２．３内部の多数キャリアである電
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
ーのマイナス電極６８．６４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極８８．
６４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８１．８５との間に働く吸引力は強い、
したがって、可動体１は矢印の向きに、半導体電極２．
３がステーター電極６１．８５にほぼ正対する位置まで
移動する０次に、ステーターのプラス電極を６１．６５
から６２．６６に。マイナス電極を６８．６４から６１．６５にひとつずつ
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マイナス電ａｉ６２
，６６に吸引され、可動体１は矢印の向き、に、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極、マイナス電極を順
次変えていくことによって可動体を連続的に動かすこと
かで３６る０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Ｐｆｉ半導体とした場合に
は、プラス電極とマイナス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動作をさせること
ができる。また、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
電しやすい問題がある。第４図〜ｗＳ６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、平板型リニア、円筒型リニア静
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２
ｂ、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とからなっている点が第１〜３図の場
合と異なっている。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。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をプラスに、６８．６４をマイ
ナスに接続する。可動体の金属電極２ｂ、３ｂは常にマ
イナスに接続しておく、すると、可動体の半導体電極２
ａ、３ａ内部の電子は金属電極２ｂ、３ｂのマイナスに
よっ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のマイナスによってプラス電極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っ
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電極を８１．８
５から６２．６６に、マイナス電極を６８．６４から６
１．６５にひとつずつ変える。すると、前記の作用と同
様に可動体ｌ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電極、マイナス電極を
順次変えていくことによっ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電極は設けなくてもよいが
、疎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、プラス電極とマイナス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６１〜６Ｂの内側に誘電体層５が設
けられている点が第４〜６図の場合と異なっている。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をプラスに接続すると、誘電体
ＰＦＩＩ５のステーター電極６１．６５に近い部分はブ
イナスに、それと反対の可動体側の部分はプラスに分極
する。可動体金属電極２ｂ、３ｂのマイナスによってステータ
ー電極側に偏っている電子は、このプラスの分極電荷に
引きつけられ、その結果、可動体ｌ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電極を順次ひ
とつずつ変えていくことによって可動体を連続的に移動
することができる。可動体電極２ａ、３ａをそれぞれＰ型半導体とした場合
には、プラス電極とマイナス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１θ〜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図の場合と異なってい
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７２．７４．７
６．７８が交互に設けられており、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。この分離体５１〜５８は、Ｐ型あるいはＮ型
の半導体層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をプラスに、６８．６４をマイ
ナスに接続する。すると、ステー−ターＰ型半導体ｊｉ
Ｊ７１．７５内の正孔゛、Ｎ型半導体層内の電子は可動
体優に偏る。このため可動体Ｎ型半導体電極２．３内の
多数キャリアの電子はステーターＰ型半導体７！！７１
．７５に引き、つけられ、その結果、強いクーロン力に
よって可動体ｌ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
ス電極を６１．６５から６２．６６に、マイナス電極を
６８．６４から６１．６５にひとつずつ変える。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７１．７５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、その結果、可動体
ｌ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ｌ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電極、
マイナス電極を順次変えていくことによって可動体を連
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図の場合と異なってい
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８１〜８８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５１〜５
８で絶縁されている。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。第１３．１４図の位置に０■動体電極が来ている場合、
ステーター電極６１　、６５．をプラスに、可動体の金
属電極２ｂ、３ｂをマイナスに′ｖｃ続しておく、する
と、ステーターＰ型半導体層８１．８５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２ｂ、３ｂのマイナスによってステータ
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って可動体
ｌ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ｌ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電極を
順次変えていくことによっ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を半導体、誘
電体等で形成すると、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
ものであり、第４〜６Ｉ！４の実施例とは逆に、可動体
１には金属電極９１〜９８が、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１１１〜１
１４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１０１〜１
０４を常にマイナスに、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をプラスに接続し、その後、こ
のプラス印加可動体電極を順次変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１９〜２１図は本発明の第１９〜２１の実施例を示す
ものであり、可動体ｌには４極の金属電極１２１〜１２
４を、ステーター側には８極のステーター電極６１〜６
８およびその内側に８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を常にプラスに、ステーター電極６１，６３．６
５．．６７をマイナスに接続し、その後、このマイナス
印加ステーター電極を順次変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２第２１図は本発明の静電モーターの第１〜第２
１の実施例を示すものであり、第１．４．７，１０，１
３．．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。１１１・・可動体２．３拳・争電極２ａ、３ａ・拳・半導体電極２ｂ、３ｂ・・・金属電極４・・・ステーター　　５・・Φ誘電体層５１〜５８・
・・分離体６１〜６８・・Φステーター電極・７１〜７８．８１〜８８−・・半導体層９１〜９８・
・・金属電極１０１〜１０５・・・ステーター電極１１１〜１１５・・・半導体層１２１〜１２４・・・可動体電極第１図第２図第３図第４図第５図第６図第７図第８図第９図第１Ｉ図第１３図第１４図第１５図第１６図第１７図第１８図第１ｃＩ図第２０図

Claims

【特許請求の範囲】１）それぞれ電極を有する可動体と固定子とからなり、
それぞれの電極内の電荷間に働くクーロン力を利用して
駆動する静電モーターにおいて、前記可動体および固定
子の電極の一方はその周囲から絶縁されており、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とを
特徴とする静電モーター。２）前記可動体および固定子の電極の一方はその周囲か
ら絶縁され、かつ、その内部を動くことのできる電荷を
保有しているとともに、他方は電源に接続されている静
電モーター。３）前記可動体および固定子の電極の少なくとも一方が
半導体からなる特許請求の範囲第１項記載の静電モータ
ー。４）半導体集積回路素子の一部を固定子とする特許請求
の範囲第１項記載の静電モーター。５）ローターが誘電体でステーターが半導体である特許
請求の範囲第１項に記載の静電モーター。６）特許請求の範囲第３項及び第４項に記載のステータ
ーが誘電体であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の静電モーター。７）特許請求の範囲第５項に記載のローターと、特許請
求の範囲第６項に記載のステーターにおいて、チャンネ
ル境界部を半導体とすることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の静電モーター。