(57)【要約】【課題】構成の簡略化を図ることで、小型・軽量とするとともに、十分な駆動力を得られる静電電動機を提供する。【解決手段】  本発明に係る静電電動機は、互いに絶縁され、所定の方向でかつ所定の間隔を設けて配置された複数の帯状電極５を有する固定子２と、固定子に対向するように配置され、複数の帯状電極６を有する可動子３とを有し、固定子の帯状電極に電圧を印加し、固定子２と可動子３の間に作用する静電気のクーロン力で移動子を移動せしめるものであり、可動子３が単極であって、固定子の帯状電極５と可動子の帯状電極６の一部が重ならないように構成されている。【選択図】図１
2015015881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに絶縁され、所定の方向でかつ所定の間隔を設けて配置された複数の帯状電極を有する固定子と、前記固定子に対向するように配置され、複数の帯状電極を有する可動子とを有し、前記固定子の帯状電極に電圧を印加し、前記固定子と前記可動子間に作用する静電気のクーロン力で前記移動子を移動せしめる静電電動機であって、
前記可動子が単極であって、前記固定子の帯状電極と前記可動子の帯状電極の一部が重ならない静電電動機。
【請求項２】
前記可動子の帯状電極は、前記固定子の帯状電極のパターンに対応した帯状パターン膜に電荷を注入したエレクトレットである請求項１記載の静電電動機。
【請求項３】
前記固定子の帯状電極の数と前記可動子の帯状電極の数の比率がｎ:ｎ±１（ｎは３以上の正の整数）である請求項１又は２に記載の静電電動機。
【請求項４】
前記固定子の帯状電極の数と前記可動子の帯状電極の数の比率がｎ:（ｎ−１）＊２（ｎは３以上の正の整数）である請求項１又は２に記載の静電電動機。
【請求項５】
前記固定子の帯状電極の数と前記可動子の帯状電極の数の比率が３：２である請求項１又は２に記載の静電電動機。
【請求項６】
前記固定子の帯状電極に印加する電圧は、前記可動子の帯状電極との間に引力と斥力とが作用するように切り替えられる請求項５記載の静電電動機。
【請求項７】
前記固定子の帯状電極の数と前記可動子の帯状電極の数の比率が３：４である請求項１又は２に記載の静電電動機。
【請求項８】
前記固定子の帯状電極に印加する電圧は、前記可動子の帯状電極の数との間に引力が作用するように切り替えられる請求項７記載の静電電動機。
【請求項９】
前記固定子及び前記可動子の対が、複数層積層されている請求項１乃至８の何れか１項に記載の静電電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁石を使用しない静電電動機の１例として静電モータが知られている。静電モータは軽い、薄い、構成が簡単といったメリットがあるが、磁石を使った電磁モータに比べトルクが小さく、高電圧を必要とするため未だに実用化に至っていない。そこで、半導体プロセス技術を使ってフィルムに複数のパターン電極を形成し、このフィルムを積層し、大トルクを取り出す方法やエレクトレットと呼ばれる永久帯電した物質を電極して使って駆動電圧を下げる方法が既に知られている。従来の静電モータは電極の数が互いに等しい可動子と固定子の両方に２相もしくは３相の交流電圧を印加することで、静電気のクーロン力となる引力および斥力を発生させて可動子を動かしていた。しかし、この駆動方式では高電圧の回路が必要なため、大型化になってしまい、静電モータのメリットである薄型化、小型化といったことが薄れてしまう。また、可動子に永久帯電したエレクトレットを使用する場合、固定子側移動子側の電極比率が３：１では十分な駆動力が得られず、駆動したとしても断続的な動きとなり、トルクリップルが大きかった。また、可動子に２極のエレクトレットを有する場合は、隣り合う電極同士が放電してしまうおそれがあった。
特許文献１（特開平２−２８５９７８号公報）には、固体表面の間に静電気を発生させたフィルムを利用した静電アクチュエータを提供する目的で、絶縁体内に配線される複数の帯状電極を具備する固定子と、その固定子上に設置され、フィルム上の絶縁体層および抵抗体層からなる移動子(可動子)と帯状電極への電圧の切り換えにより、移動子を浮上させ駆動するとともに、位置決めを行う構成が開示されている。
特許文献２（特開平４−１１２６８３号公報）には、移動子側の永久分極された誘電体を利用して立ち上がり時間短縮とトルクを大きくする目的で、表面に複数の電極が所定間隔で形成された絶縁基板を有し、かつこれら各電極表面が絶縁処理された固定子と、前記絶縁基板表面に対向して前記固定子上に載置され、前記絶縁基板表面に対向する面に永久分極された誘電体領域が形成され、該誘電体領域が前記電極の間隔に応じた間隔で複数配置された移動子と、互いに対向する前記電極と前記誘電体領域との間に前記移動子を移動せしめる移動電界を形成するように、前記複数の電極に多相電圧を印加する駆動手段とを具備したことを特徴とする静電アクチュエータが開示されている。
特許文献３（特開平５−１８４１６２号公報）には、零またはごくわずかな摩擦力で駆動する空間保持装置を提供する目的で、間隔をあけて配置されかつ相対的に予め定める移動方向に移動自在に第１手段と第２手段とが設けられ、第１手段は、移動方向に隣接して第１、第２および第３電極から成る第１組合せ領域が設けられて構成され、第２手段は、移動方向に延びる電気絶縁層の表面に、移動方向に隣接して第１および第２エレクトレットから成る第２組合せ領域が設けられて構成され、第１および第２エレクトレットにそれぞれ帯電されている電荷は相互に逆極性であり、第１、第２および第３電極には、第１手段と第２手段とが静電力によって移動方向に移動するための電圧を与える電源が接続されることを特徴とする静電アクチュエータが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の構成では、可動子にブラシ等の給電手段が無くてもよく、駆動回路が要らないという利点はあるものの、この構成でモータを構成した場合、可動子の剛性がないため、軸トルクによって可動子自身が破壊され実用上は使用できないという課題がある。また、可動子に給電しないため、固定子側の電極との電位差が小さく、十分な静電気による吸引力（駆動力）が発生しないという課題がある。
特許文献２の構成では、固定子と移動子の電極比率が３：１であり、駆動方法が記載されている。この構成の場合、常に固定子側の電極と可動子側のエレクトレットが重なる位置に存在するため、電圧を十分大きくするか、電極ＡＢＣの電極間距離を十分小さくし、固定子と可動子のギャップ距離を十分小さして、固定電極と斜めにあるエレクトレットを静電力が十分働く距離まで近づけなければならない。よって、Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍｓ（以下、「ＭＥＭＳ」と記す）レベルでは駆動可能でもマクロレベルでは駆動できないおそれがある。また、その際、隣り合う逆極性の電極が近接し、放電を起す可能性がある。さらに駆動したとしても断続的な駆動になるため、トルクリップルが大きくなってしまう。
特許文献３の構成では、隣接し合っているエレクトレットに帯電させる手段が明確に記載されていない。特許文献３の構成でトルクを大きくしようとすれば、エレクトレットの極数を増加させる必要があるが、極数が増加すると、その分、隣り合う逆極性のパターンが近接し、放電を起す可能性がある。また、エレクトレットを用いる場合、極性を交互に帯電させること自体が非常に難しい。
本発明は、前記の問題点を解決するためのものであり、構成の簡略化を図ることで、小型・軽量とするとともに、十分な駆動力を得られる静電電動機を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明に係る静電電動機は、互いに絶縁され、所定の方向でかつ所定の間隔を設けて配置された複数の帯状電極を有する固定子と、固定子に対向するように配置され、複数の帯状電極を有する可動子とを有し、固定子の帯状電極に電圧を印加し、固定子と可動子間に作用する静電気のクーロン力で移動子を移動せしめる静電電動機であって、可動子が単極であって、固定子の帯状電極と可動子の帯状電極の一部が重ならないことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、互いに絶縁され、所定の方向でかつ所定の間隔を設けて配置された複数の帯状電極を有する固定子と対向する側に配置され、複数の帯状電極を有する可動子が単極であって、固定子の帯状電極と可動子の帯状電極の一部が重ならないことで、構成の簡略化を図って小型・軽量とするとともに、固定子の複数の帯状電極と可動子の帯状電極間の静電気のクーロン力を、可動子に給電しない場合よりも多く得ることができ、駆動時常に力が働いているため、電極幅が同じで電極比率３：１の場合よりも十分な駆動力を得られ、トルクリップルも小さい静電電動機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明に係る静電電動機の第１の実施形態の主要構成をと示す斜視図。
【図２】（ａ）は第１の実施形態における固定子の構成を示す平面視図、（ｂ）は（ａ）の断面図。
【図３】（ａ）は第１の実施形態における可動子の構成を示す平面視図、（ｂ）は（ａ）の断面図。
【図４】本発明に係る静電電動機の第２の実施形態の概略構成を示す一部破断斜視図
【図５】本発明に係る静電電動機の第３の実施形態の概略構成を示す斜視図。
【図６】本発明に係る静電電動機の第４の実施形態の主要構成をと示す斜視図。
【図７】（ａ）は第４の実施形態における可動子の構成を示す平面視図、（ｂ）は（ａ）の断面図。
【図８】固定子と可動子の電極数比率が３対２の場合における駆動制御を示すもので、（ａ）は電圧切替えと可動子の移動状態を模式的に示す図、（ｂ）は固定子への印加する電圧の切替えパターンを示す図。
【図９】固定子と可動子の電極数比率が３対４の場合における、電圧切替えパターンと可動子の移動状態を模式的に示す図。
【図１０】電荷の注入に用いるコロナ荷電装置の概略構成図。
【図１１】従来構成の電極比率３：１の駆動方法を説明する図。
【図１２】電極比率の違いによるトルクリップルの概略図。
【図１３】解析モデルの概略図。
【図１４】電極比率３：２における電極幅ｗ／電極ピッチｐのトルクに対する影響を説明する図。
【図１５】電極比率３：２ｗ／ｐ＝０．５におけるステータ・ロータ間ギャップＧ／電極ピッチｐのトルクに対する影響を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて説明する。なお各図面、各実施形態において、同一部材又は同一機能を有する部材には、基本的には同一の符号を付し、重複説明は適宜省略する。
【０００８】
(第１の実施形態)
図１、図２、図３を用いて、本発明に係る静電電動機の第１の実施形態の構成について説明する。
第１の実施形態に係る静電電動機は、アキシャルギャップ型の静電モータ１である。図１に示すように、静電モータ１は薄い平面上に帯状電極としてのパターン電極５を形成した固定子（以下「ステータ」と記す）２と、帯状電極としてのパターン電極６を形成した可動子（以下「ロータ」記す）３と、駆動軸４を備えている。ステータ２とロータ３とは互いに対向して配置されていて、微小ギャップを保ちながら複数枚積層（複数層積層）されて構成されている。駆動軸４は金属製で、ロータ３だけに連結されていて、ロータ３が回転移動することで一体回転するように構成されている。ステータ２とロータ３の間に微小ギャップを設ける方法としては、例えば特開２００５−２７８３２４号公報に記載のように数十μｍのビーズをステータ２とロータ３の間に入れることや、特開２００５−２１０８５２号公報に記載のようにロータ３の側面にスペーサを挟む周知技術を用いて達成することができる。
【０００９】
ステータ２に形成された複数のパターン電極５には、ここでは、３相の配線が３つのパターン電極５を１組としてそれぞれ接続されている。この３相の配線はＵ、Ｖ、Ｗと記載する。ロータ３に形成された複数のパターン電極６には、単相の配線７がされている。ロータ３への給電は、スリップリング８と呼ばれる内面に給電ブラシがついたものを駆動軸４に装着し、このスリップリング８に配線７を接続することで、駆動軸４経由で行なわれる。図１に示す第１の実施形態では、ステータ２のパターン電極５にＵ、Ｖ、Ｗの３相の配線を接続して極数を３層として構成しているが、ステータ２側の相数は３相に限定されるものでしなく、２相の配線をして駆動するようにしても良い。
【００１０】
図２を用いてステータ２の構成についてより詳細に説明する。
ステータ２は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、中心に貫通孔２Ｃを有する円環状の基板２Ａ上に複数のパターン電極５が形成されている。基板２Ａは、例えばガラス、セラミックス、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド等の絶縁体で構成されている。基板２Ａ上に形成された複数のパターン電極５は、複数の金属電極をパターン化して形成したもので、それぞれの個別電極に３相配線が行われている。図２の例では、Ｕ、Ｖ、Ｗの１組の配線のみを例示している。本実施形態において、Ｕ配線が成されてＵ電極となる個別電極には符号５Ａを付し、Ｖ配線が成されてＶ電極となる個別電極には符号５Ｂを付し、Ｗ配線が成されてＷ電極となる個別電極には符号５Ｃを付して区別している。基板２Ａの貫通孔２Ｃには、駆動軸４が絶縁部材を介してあるいは非接触状態で挿入される。パターン電極５の電極形状は、図２（ａ）に示すように、放射状のパターンとして形成されている。また、パターン電極５の各個別電極５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、エッジからの絶縁破壊を防ぐために、曲率化処理を行うこともある。
【００１１】
図３を用いてロータ３の構成についてより詳細に説明する。
ロータ３は、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、中心に貫通孔３Ｃを有する円環状の基板３Ａ上に複数のパターン電極６が形成されている。基板３Ａも、基板２Ａ同様に、ガラス、セラミックス、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド等の絶縁体で構成されている。パターン電極６は、基板３Ａ上に金属により複数の個別電極６Ａが放射状に形成されていて、各個別電極６Ａに単相の配線が接続する。本実施形態では、基板３Ａの貫通孔３Ｃに駆動軸４が挿入されることで駆動軸４と金属電極６Ａと接触するとともに、駆動軸４と基板３Ａとが固定されて一体化される。
このような構成において、ステータ２の各個別電極５Ａ、５Ｂ、５Ｃに３相電圧を印加するとともに、ロータ３の個別電極６Ａを単極とし、個別電極５Ａ、５Ｂ、５Ｃの極を、順次切り替えることで、ステータ２とロータ３間に静電気のクーロン力が作用する。このクーロン力は、ロータ３の個別電極６Ａの極性に対して対極となるステータ側の個別電極との間には引力が発生し、同極となるステータ側の個別電極との間には斥力が発生する。このため、個別電極５Ａ、５Ｂ、５Ｃの極の切換え方向、すなわち、各相で発生する電界の合成電界が順次方向を変えて移動する方向にロータ３を移動することができる。また、本実施形態のように、ロータ３のパターン電極６の各個別電極６Ａが単極であることで、ステータ２への給電手段が簡素化でき、駆動ドライバの部品も少なくて済むことから、小型化を図り易くなる。また、ロータ３に給電しない場合よりも、パターン電極５、６間の静電気のクーロン力を多く得ることができ、十分な駆動力を得ることができる。個別電極５Ａ、５Ｂ、５Ｃに対する極性切換え制御については、後述する。
【００１２】
（第２の実施形態）
次に図４を用いて第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、静電電動機としてラジアルギャップ型の静電モータ１０を示している。図４に示すように、静電モータ１０は、円筒状の固定子となるステータ１２と、ステータ１２内に配置された可動子となる円柱状のロータ１３とを備えている。ステータ１２とロータ１３とは半径方向に隙間を有するように配置されていて、それぞれに帯状電極として形成されたパターン電極１５とパターン電極１６が接触しないように構成されている。パターン電極１５は、軸線方向に延びていて、絶縁性のステータ１２の内周面１２Ａの周方向に、複数の金属電極をパターン化して形成したもので、それぞれの個別電極に３相配線が行われている。図４の例では、Ｕ、Ｖ、Ｗの１組の配線のみを例示している。本実施形態において、Ｕ配線が成されてＵ電極となる個別電極には符号１５Ａを付し、Ｖ配線が成されてＶ電極となる個別電極には符号１５Ｂを付し、Ｗ配線が成されてＷ電極となる個別電極には符号１５Ｃを付して区別している。
絶縁性を有する円筒状のロータ１３の外周面１３Ａには、複数のパターン電極１６が形成されている。パターン電極１６は、外周面１３Ａ上に金属により複数の個別電極１６Ａが軸線方向に延び、周方向に並んで形成されていて、各個別電極１６Ａに、単相の配線７がスリップリング８、駆動軸１４を介して接続されている。本実施形態では、ロータ１３の回転中心に金属製の駆動軸１４が装着されていて、駆動軸１４と金属電極１６Ａとがロータ内部で接触している。
【００１３】
このような構成において、ステータ１２の各個別電極１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃに３相電圧を印加するとともに、ロータ１３の個別電極１６Ａを単極とし、個別電極１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの極を、順次切り替えることで、ステータ１２とロータ１３間に静電気のクーロン力が作用する。このクーロン力は、ロータ１３の個別電極１６Ａの極性に対して対極となるステータ側の個別電極との間には引力が発生し、同極となるステータ側の個別電極との間には斥力が発生する。このため、個別電極１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの極の切換え方向、すなわち、各相で発生する電界の合成電界が順次方向を変えて移動する方向にステータ１２を移動することができる。
【００１４】
また、本実施形態のように、ロータ１３のパターン電極１６の各個別電極１６Ａが単極であることで、ロータ１３への給電手段が簡素化でき、駆動ドライバの部品も少なくて済むことから、小型化を図り易くなる。また、ロータ１３に給電しない場合よりも、パターン電極１５、１６間の静電気のクーロン力を多く得ることができ、十分な駆動力を得ることができる。
第１の実施形態のようにアキシャルギャップ型は放射状に電極パターン５Ａを形成する際、内周と外周の長さが異なるためピッチが可変するが、本実施形態のようにラジアル型の場合、ピッチが可変するということはない。個別電極１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃに対する極の切換え制御については、後述する。
【００１５】
（第３の実施形態）
次に図５を用いて第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、静電電動機としてリニア型の静電電動機２０を説明する。基本的な構成はアキシャルギャップ型、ラジアルギャップ型と同じであり、帯状電極としてのパターン電極２５を備えた固定子としてのステータ２２と、帯状電極としてのパターン電極２６を備えた可動子２３とが互いて隙間を持って配置構成されている。
ステータ２２は、絶縁性の基板２２Ａ上に複数のパターン電極２５が可動方向と直交する方向に延びていて、可動方向に間隔を空けて形成されている。基板２２Ａ上に形成された複数のパターン電極２５は、複数の金属電極をパターン化して形成したもので、それぞれの個別電極に３相配線が行われている。本実施形態にでは、Ｕ、Ｖ、Ｗの１組の配線のみを例示している。本実施形態において、Ｕ配線が成されてＵ電極となる個別電極には符号２５Ａを付し、Ｖ配線が成されてＶ電極となる個別電極には符号２５Ｂを付し、Ｗ配線が成されてＷ電極となる個別電極には符号２５Ｃを付して区別している。
可動子２３は、絶縁性の基板２３Ａ上に金属により複数の個別電極２６Ａが可動方向と直交する方向に延びていて、可動方向に間隔を空けて形成されている。パターン電極２６は、基板２３Ａ上に金属により複数の個別電極２６Ａが形成されていて、各個別電極２６Ａに単相の配線７が接続する。
【００１６】
このような構成において、ステータ２２の各個別電極２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃに３相交流電流を流すとともに、可動子２３の個別電極２６Ａを単極とし、個別電極２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃの極を、順次切り替えることで、ロータ２２と可動子２３間に静電気のクーロン力が作用する。このクーロン力は、可動子２３の個別電極２６Ａの極性に対して対極となるステータ側の個別電極との間には引力が発生し、同極となるステータ側の個別電極との間には斥力が発生する。このため、個別電極２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃの極の切換え方向、すなわち、各相で発生する電界の合成電界が順次方向を変えて移動する方向に可動子２３を移動することができる。また、本実施形態のように、可動子２３のパターン電極２６の各個別電極２６Ａが単極であることで、可動子２３への配線を簡略化することができるので、静電電動機２０および印加するための駆動ドライバの小型化、軽量化を図ることができる。可動子２３に給電しない場合よりも、パターン電極２５、２６間の静電気のクーロン力を多く得ることができ、十分な駆動力を得ることができる。
【００１７】
リニア型の静電電動機の特徴としては、回転型であるアキシャルギャップ型やラジアルギャップ型に比べて、電極パターン２５、２６の寸法精度が緩和でき、比較的製作しやすい点にある。このようなリニア型の静電電動機２０の場合、可動子２３への給電手段が簡素化でき、駆動ドライバの部品も少なくて済むことから、より小型化を図り易くなる。
【００１８】
（第４の実施形態）
図６、図７、図８を用いて第４実施形態について説明する。第４の実施形態に係る静電電動機は、アキシャルギャップ型の静電モータ３０である。図６に示すように、静電モータ３０は薄い平面上にパターン電極５を形成した固定子としてのステータ２と、帯状電極としてのパターン電極３６を形成した可動子としてのロータ３３と、駆動軸３４を備えている。ステータ２とロータ３３とは互いに対向して配置されていて、微小ギャップを保ちながら複数枚積層されて構成されている。駆動軸３４は第１の実施形態同様、ロータ３３だけに連結されていて、ロータ３３が回転移動することで一体回転するように構成されている。
第４の実施形態に係る静電モータ３０は、第１の実施形態に係る静電モータ１に対してロータ３３の構成が異なっている。このため、ロータ３３の構成を中心に説明する。ロータ３３は、図７（ａ）に示すように、中心に貫通孔３３Ｃを有する円環状の基板３３Ａ上に複数のパターン電極３６が形成されている。基板３３Ａは、絶縁性の板であって、図７（ｂ）に示すように、その表面にアルミ等の導電パターン電極３３Ｂを介してエレクトレットパターン電極３６が形成されている。
【００１９】
本実施形態において、パターン電極３６は、帯状パターン膜に電荷を注入したエレクトレットとして形成されている。ここでエレクトレットとは、フッ素樹脂などの絶縁体に電場を加えて電気分極（正と負の電気に分かれた状態）を起させ、その状態が半永久的に保持されているものをいう。本実施形態の場合、図７（ｂ）に示すように、絶縁性の基板３３Ａに導電パターン３３Ｂを形成しているので、電場を加えた際の電気分極の状態が安定し、パターン電極３６をエレクトレットとして安定した状態で形成することができる。
上述した特許文献３には、静電引力に加え反発力（斥力）を利用してトルクを大きくする目的で、偶数個のエレクトレットを等間隔に形成し、隣接し合っているエレクトレットを互いに逆極性となるように帯電させて可動子とし、各エレクトレットの個数の倍数の電極をエレクトレットと対面するように等間隔に配置して各エレクトレットにそれぞれ２つの電極を対応させて固定子としている。そして固定子の電極の極性を順次切り替えることで、可動子を駆動させる駆動回路が開示されている。しかし、この構成でトルクを大きくしようとすれば、エレクトレットの極数を増加させる必要があるが、極数が小さくなるとその分隣り合う逆極性のパターンが近接し、隣接するパターン（個別電極）間で放電を起す可能性がある。また、極性を交互に帯電させること自体が非常に難しい。
【００２０】
そこで本実施形態のように基板３３Ａの同一平面上に形成されるエレクトレット電極となる個別電極３６Ａは、全て＋極あるいは−極の何れかの同一極（単極）に帯電させて、単極の電極とした。このため、製造上容易に形成することができる。
このようにステータ２のパターン電極５に、エレクトレットされたパターン電極３６を形成されたロータ３３を近づけると、ステータ２とロータ３３の間に電界が生じるため、ロータ３３に給電手段が不要になり、モータ構造が大幅に簡素化できる。さらに、ロータ３３のエレクトレット製の電極(パターン電極３６／個別電極３６Ａ)の表面電荷密度を向上させることによって、ステータ２側に印加する２相又は３相の電圧を低減することができる。このため、低電圧駆動が可能になり、モータ本体だけでなく駆動ドライバも小型化することができる。また、ロータ３３に給電しない場合よりも、パターン電極５、３６間の静電気のクーロン力を多く得ることができ、十分な駆動力を得ることができる。
【００２１】
本実施形態では、アキシャルギャップ型のロータ３３のパターン電極３６をエレクトレットにしたが、エレクトレットのパターン電極を用いる実施形態としては、第２、３の実施形態のようなラジアルギャップ型やリニア型の静電電動機にも適用することができる。このような実施形態に適用した場合、ロータ１３や可動子２３に給電手段が不要になり、静電電動機の大幅な簡素化を図ることができる。また、エレクトレット電極(パターン電極１６，２６)の表面電荷密度を向上させることによって、ステータ１２、２２側に印加する２相又は３相の電圧を低減することができ、低電圧駆動が可能になり、駆動ドライバも小型化することができる。
【００２２】
次に、上述した静電電動機の駆動原理となる極性切換え制御の実施形態について従来構成と比較しながら説明する。
図１１は、従来技術である特許文献２（特開平４−１１２６８３号公報）に記載の静電アクチュエータを示す図であって、断面構造を示している。この静電アクチュエータは、図１１（ａ）に示すように、固定子１０Ａと、これに載置された移動子２０Ｂと、アクチュエータを駆動するための駆動回路（不図示）とから構成されている。固定子１０Ａは、絶縁基板１１Ａの表面に複数の固定子電極１２Ａが所定間隔で形成されていて、さらにこれら固定子電極１２Ａ上に絶縁膜１３Ａが成膜されている。また、各固定子電極１２Ａには、電圧印加端子Ａ、Ｂ、Ｃがそれぞれ設けられている。各固定子電極１２Ａには、三相駆動電圧が駆動回路から印加される。移動子２０Ａは、絶縁基板２１Ａの固定子２０Ａとの対向面に永久分極された誘電体（以下、「エレクトレット」と呼ぶ）２２Ａが複数箇所に形成されていて、もう一方の面には導電膜２３Ａが形成されている。エレクトレット２２Ａは、固定子電極１２Ａの電極幅と同一幅で、固定子電極１２Ａの３ピッチに１つ形成されている。つまり、電極比率は３：１である。
【００２３】
次に、特許文献２の構成による動作について図１１、図１２を参照して説明する。図１２は、固定子と可動子の電極比率によるトルクリップルを示す線図である。図１２において、横軸は固定子に対する可動子の移動角度（極性切換え角度）を示し、縦軸はトルクを示す。
先ず、移動子２０Ａのエレクトレット２２Ａが固定子１０Ａの所定の固定子電極１２Ａの真上にくるように設定する。この状態で、固定子電極１２Ａの各端子Ａ−Ｃに印加する電圧を全て負電圧にすると、図１１（ａ）に示すように、移動子２０Ａ側から固定子１０Ａ側へ向かう電気力線が生じ、移動子２０Ａが固定子１０Ａに吸着される（ステップ１）。
次に、Ａ端子に正電圧、Ｂ端子に負電圧、Ｃ端子に０電位がそれぞれ印加され、図１１（ｂ）に示すような、Ａ端子電極側から隣接したＢ端子電極側へ向かう電気力線が形成される（ステップ２）。その結果、エレクトレット２２Ａの正電荷は電気力線に沿った力を受けて、浮上し、かつ図中右方向へ電極１ピッチ分移動する。図１１（ｃ）は移動後の状態を示す。
次に、全ての固定子電極１２Ａが負電位とされて、図１１（ｄ）に示すような電気力線が形成され、移動子２０Ａが固定子１０Ａに吸着される（ステップ３）。以下、図示しないシーケンスで上記ステップ１〜３を繰返すことにより、移動子２０Ａが図中右方向へ移動する。
【００２４】
特許文献２では上記のような３：１の電極比率で固定子の帯状電極幅と可動子の帯状電極幅が同じことを特徴としていた。この構成の場合、固定子側の電極と可動子側のエレクトレットが完全に重なる位置に存在するため、固定側電極と斜めにある可動子側エレクトレットを静電力が十分働く距離まで近づけなければならない。電極Ａ、Ｂ、Ｃの電極間距離を十分小さくし、固定子と可動子のギャップ距離を十分小さくすることで達成できるが、ＭＥＭＳレベルでは駆動可能でもマクロレベルでは駆動できないおそれがある。また、電極Ａ、Ｂ、Ｃの隣り合う逆極性の電極が近接し、放電を起す可能性がある。さらに駆動したとしても極性が切り替わる瞬間トルクが零になるので、断続的な駆動になり、トルクリップルが非常に大きく、騒音や振動も大きいおそれがあった。
【００２５】
上記従来技術に対し、本発明に係る静電電動機としての静電モータ１、静電モータ１０、静電電動機２０、静電モータ３０は、互いに絶縁され、所定の方向でかつ所定の間隔を設けて配置された複数の帯状電極（パターン電極５、１５、２５）を有する固定子（ステータ２、１２、２２）と対向する側に配置され、複数の帯状電極（パターン電極６、１６、２６、３６）を有する可動子（ステータ２、１３、２３、３３）が単極であって、固定子の帯状電極（パターン電極５、１５、２５）と可動子の帯状電極（パターン電極６、１６、２６、３６）の一部が重ならないことを特徴としている。
（第５の実施形態）
【００２６】
図８は、本発明に係る静電電動機の駆動原理となる極性切換え制御を説明する図である。図８（ａ）は、固定子（ステータ）と可動子（ロータ）の各個別電極と、各個別電極への電圧の印加状態を模式的に示し、図８（ｂ）は固定子へ印加する電圧の切り替えパターンを示す。本実施形態では可動子側は１相であり、固定子側は３相電圧を印加するようにしている。そして、固定子と可動子の個別電極数の比率を、固定子側が可動子側よりも大きくして異なるようにしている。また、固定側の電極幅と可動子側の電極幅は異なっている。図８の例では、固定子の個別電極を４５０極とし、可動子の個別電極を３００極とし、電極比率を３：２としている。つまり固定子の個別電極と可動子の個別電極比率をｎ:（ｎ−１）＊２（ｎは３以上の正の整数としている。図８（ａ）は、回転角度０°を開始位置として回転角度０．６°まで移動した状態を示している。本実施形態では、可動子は単相に接続して−極（マイナス極）に給電した状態であり、エレクトレットの場合は−帯電した状態とする。ここでは、説明上、便宜的に−極（マイナス極）としたが、＋極（プラス極）としてもよい。
固定子側は、図８（ｂ）に示すように、３相電圧に給電し、所定角度(ここでは０．１°)毎に、Ｖ電極、Ｗ電極、Ｕ電極に対して＋極、０、−極に電極の極性切換え制御がなされている。なお、所定角度は０．１°に限定されるものではない。
【００２７】
このように各個別電極を定義した場合、固定子の＋極と可動子の−極の間には引力が発生する。同時に固定子の−極と可動子の−極の間には斥力が発生する。固定子の０と可動子の−極の間には引力が発生するが、固定子の＋極と可動子の−極の間に発生する引力に比べて小さい。図８（ａ）の例では、これら引力と斥力(静電気のクーロン力)を利用して可動子が右方向へ移動する。このように固定子の電極にかける電圧を角度毎に＋、０、−に極性切換え制御すべくスイッチングさせることで、可動子は右方向に持続的に移動する。すなわち、図８に示す極性切換え制御では、斥力と引力の双方を駆動力として利用しているので、十分な駆動力を得ることができる。
この極性切換え制御を、第１、第２、第４の実施形態で示した各静電モータに適用することで、駆動軸４、１４、３４を持続的に回転駆動することができ、第３の実施形態で示した静電電動機２０に利用することで、モータ以外のリニア型の静電電動機の駆動を持続的に行うことができるようになる。
【００２８】
このような静電電動機（静電モータ１、静電モータ１０、静電電動機２０、静電モータ３０）の駆動方法とすることにより、図１２に示すように駆動時常に力が働いているため、固定側電極と斜めにある可動子側エレクトレットの距離を電極比率３：１の場合よりも離すことができ、寸法上余裕によってマクロレベルのモータも製作することが可能である。また、固定子の隣接間の電極を十分距離を離すことで放電を防ぐことが可能になる。
さらに、図１２に示すように、連続的な駆動になるため、トルクリップルが非常に小さく、騒音や振動も抑えることが可能である。また、可動子が単相であっても駆動することができるので、実用上十分な駆動トルクと剛性を実現しつつも、小型・軽量・薄型な静電電動機を実現することができる。
【００２９】
（第６の実施形態）
図９を用いて、極性切換え制御の別な実施形態について説明する。
図９は、固定子と可動子の各個別電極と、各個別電極への電圧の印加状態を模式的に示す。本実施形態では可動子（ロータ）側は１相であり、固定子側はパルス電圧を印加するようにしている。そして、固定子と可動子の個別電極数の比率を、固定子側よりも可動子側を大きくして異ならせている。図９の例では、固定子の個別電極を４５０極とし、可動子の個別電極を６００極とし、電極比率を３：４としている。つまり固定子の個別電極と可動子の個別電極比率をｎ:ｎ±１（ｎは３以上の正の整数）としている。図９は、回転角度０°を開始位置として回転角度０．２°まで移動した状態を示している。
本実施形態では、可動子は単相に接続して−極（マイナス極）に給電した状態であり、エレクトレットの場合は−帯電した状態とする。ここでは、説明上、便宜的に−極（マイナス極）としたが、＋極（プラス極）としてもよい。
固定子側は、パルス電圧に給電し、ここでは、Ｖ電極、Ｗ電極、Ｕ電極に対して初期において＋極、−極、−極とし、第１の所定角度(０．１５°)移動後に電極の極性切換え制御を行って＋極、＋極、−極とし、第２の所定角度(０．２°)となると、電極の極性切換え制御を行って−極、＋極、−極とする。
【００３０】
このように各個別電極を定義した場合、固定子の＋極と可動子の−極の間には引力が発生し、この引力を利用して可動子が図中、右方向へ移動する。このように固定子の個別電極への電圧の極性切換え制御をすべくスイッチングさせることで、可動子は右方向に持続的に移動する。すなわち、図９に示す極性切換え制御では、引力のみを駆動力として利用している。そしてこの実施形態の場合、固定子の＋極と可動子の−極とが対向して引力が作用する極数が増えることで、駆動トルクが増大することになり、十分な駆動力を得ることができる。
この極性切換え制御を、第１、第２、第４の実施形態で示した各静電モータに適用することで、駆動軸４、１４、３４を持続的に回転駆動することができ、第３の実施形態で示した静電電動機２０に利用することで、モータ以外のリニア型の静電電動機の駆動を持続的に駆動することができるようになる。
【００３１】
次に固定子と可動子の電極数比率について説明する。
図８に示すように固定子と可動子の個別電極の電極数比率が３：２の場合と、図９に示すように固定子と可動子の個別電極の電極数比率が３：４の場合の駆動原理を説明する。
電極数比率が３：２の場合は、上記で記載した通り、引力と斥力を利用した駆動方法とする。この駆動方法は可動子の電極パターン(個別電極)が第４の実施形態で示したエレクトレットの場合は問題ないが、可動子が単なる電極の場合は斥力を働かせるために大きな電圧（数ｋV〜）を必要とする。このことは、ＭＥＭＳの静電アクチュエータの分野では知られており、静電アクチュエータは引力駆動が一般的である。
【００３２】
そこで、可動子がエレクトレットではない電極の場合は、引力のみによって駆動する方法を考えると、電極数比率は図９に示すように３：４とするのが好ましい。これは固定子と可動子の電極数比率を３：４にし、図９に示した電極の極性切換え制御を行なうことで、引力によって、可動子が図９中、持続的に右方向へと移動することになる。電極数比率が３：４の電極の切換え制御は、単に電極の場合だけでなく、エレクトレット製の電極の場合に用いても構わない。
このような静電電動機の駆動方法とすることにより、駆動時常に力が働いているため、固定側電極と斜めにある可動子側エレクトレットの距離を電極比率３：１の場合よりも離すことができ、寸法上余裕によってマクロレベルのモータも製作することが可能である。また、ステータの隣接間の電極を十分距離を離すことで放電を防ぐことが可能になる。さらに、図１２に示すように連続的な駆動になるため、トルクリップルが非常に小さく、騒音や振動も抑えることが可能である。また、可動子が単相であっても駆動することができるので、実用上十分な駆動トルクと剛性を実現しつつも、小型・軽量・薄型な静電電動機を実現することができる。
【００３３】
次に、静電電動機の駆動力について説明する。
ここで１９８７年にW.S.N．Trimmer，K.J.Gabrielが発表した非特許文献１に記載のコンデンサモデルを使った平均トルクＴを求める式を下記に記載する。
【００３４】
【数１】
2015015881.tif 000003
【００３５】
Ｔ０:平均トルク
ε０：空気の誘電率
Ｖ：印加電圧[V]
Ｇ：固定子・可動子間のギャップ  [ｍｍ]
ｎ：可動子有効極数
ｐ：可動子ピッチ、[mm]
ｒ０：外半径、[mm]
ｒｉ：内半径  [mm]
Ｎ：積層数
【００３６】
上記数１から、トルクを増やすためには以下の方法が考えられる。
（１）電圧を上げる。
（２）固定子や可動子の基板に形成される電極数および積層数を増やす。
（３）固定子・可動子間のギャップを小さくする。
（４）各個別電極の長さを大きくする。
駆動トルクを増やすには（１）の電圧を上げる方法が一番効果的だが、絶縁破壊の課題や駆動ドライバが大型化する課題がある。このため、最大でも印加電圧を１ｋＶ程度しか上げることができない。また、（３）の固定子・可動子間のギャップを小さくする方法も機械公差や回転時のブレの観点から大変難しく、実現できたとしてもコストが大幅にアップしてしまう。（４）の各個別電極の長さを大きくすることは、静電電動機が大型化してしまう。このような観点から、静電電動機の小型化を実現しつつ、駆動トルクを増やすには（２）の固定子や可動子の基板に形成される個別電極数および積層数を増やす方法が好ましい。
【００３７】
上記「数１」に記載の式は、あくまでは平行平板におけるコンデンサモデルを基に作られている。よって、可動子回転時、エレクトレット幅と電極幅の重なる領域が変化する際の静電エネルギの影響は考慮されていない。実際のトルクは電極ピッチｐと電極幅ｗの影響を考慮しなければならない。そこで、コンピュータを用いたシミュレーションによる解析を行った。図１３は、解析に用いたモデルを示す。図１３に示す解析モデルは、電極比率３：２でステータが３相電極、可動子がエレクトレット単極とする。固定子、可動子ともに外形６５ｍｍ、内径４３．４ｍｍのアキシャルギャップモータを考える。ステータは５００μｍのポリイミド上に厚さ１０μｍの３相アルミ電極ＵＶＷを電極ピッチ０．８°で配列する。ロータは厚さ１０μｍのエレクトレットがアルミ基板上に０Ｖで接地された状態でピッチ１．２°で配列する。電圧はＵＶＷ電極に０Ｖ、−３００Ｖ、＋３００Ｖ、エレクトレットに−３００Ｖを設定する。固定子・可動子間のギャップ１２０μｍ、固定子、可動子ともに電極ピッチ固定の条件で電極幅を振ったときのトルクを計算した。このモデルを用いた解析結果を図１４に示す。縦軸のトルクは上記「数１」で計算されたトルクで解析トルクを割っている。図１４の結果から、固定子の電極幅ｗ／電極ピッチｐが０．５の場合、トルクが最大となることがわかる。
【００３８】
次にｗ／ｐ＝０．５固定で、固定子・可動子間のギャップＧを変更した場合の解析結果を図１５に示す。図１５の解析結果から、固定子・可動子間のギャップＧが小さいほど上記「数１」に近づきトルクが大きくなることがわかる。
このシミュレーション結果から電極比率３：２の場合、固定子、可動子ともに電極幅ｗ／電極ピッチｐ＝０．５でパターンを作製すると最大トルクが得られ、その状態でさらにステータ・ロータ間ギャップを小さくすることでよりトルクを大きくすることができる。
【００３９】
次は、固定子および可動子の製造方法について説明する。
本発明に係る固定子および可動子の製造方法は、既存技術が使用できる。例えば特開２０１２−２５７３６８号公報に記載の方法が挙げられる。
【００４０】
（電極形成工程）
固定子および可動子のパターン電極の形成方法としては、特に限定されず、公知の方法を利用できる。具体的には、たとえば基板上に導電性薄膜を形成し、該導電性薄膜をパターニングする方法が挙げられる。導電性薄膜の形成方法としては、物理的蒸着法、無電解めっき法等が挙げられる。物理蒸着法としては、スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。
無電解めっき法とは、金属塩、還元剤等を含む無電解めっき液に、表面に触媒が付着した基板を浸漬し、還元剤から生じる電子の還元力によって、触媒が付着した基板表面において選択的に金属を析出させ、無電解めっき膜を形成する方法である。無電解めっき液に含まれる金属塩としては、ニッケル塩（硫酸ニッケル、塩化ニッケル、次亜リン酸ニッケル等。）、第二銅塩（硫酸銅、塩化銅、ピロリン酸等。）、コバルト塩（硫酸コバルト、塩化コバルト等。）、貴金属塩（塩化白金酸、塩化金酸、ジニトロジアンミン白金、硝酸銀等。）等が挙げられる。無電解めっき液に含まれる還元剤としては、次亜リン酸ナトリウム、ホルムアルデヒド、テトラヒドロほう酸ナトリウム、ジアルキルアミンボラン、ヒドラジン等が挙げられる。
無電解めっき法により導電性薄膜を形成する場合、導電性薄膜を形成する前に、予め、基板の表面に触媒を付着させておくことが好ましい。無電解めっき法に用いる触媒としては、金属微粒子、金属を担持した微粒子、コロイド、有機金属錯体等が挙げられる。
【００４１】
導電性薄膜のパターニングは、フォトリソグラフィー法とウェットエッチング法の組み合わせ、ナノメタルインク等を印刷することによる配線形成、等により実施できる。例えばフォトリソグラフィー法とウェットエッチング法の組み合わせによるパターニングは、導電性薄膜上にフォトレジストを塗布してレジスト膜を形成した後、該レジスト膜に対し、露光、現像を行うことでパターン（レジストマスク）を形成し、該レジストマスクをマスクとして導電性薄膜をエッチングすることにより実施できる。
導電性薄膜のエッチングは、例えばエッチング液として導電性薄膜を溶解する液体（通常は酸性溶液）を用いたウェットエッチングにより実施できる。また、ナノメタルインク等を印刷する方法としてはスクリーン印刷法、インクジェット法またはマイクロコンタクトプリンティング法等を用いることができる。ナノメタルインクとは前述の導電性材料のナノ粒子を有機溶媒や水等に分散させたインクのことをいう。
【００４２】
（パターン膜形成工程）
パターン膜の形成方法としては、特に限定されず、公知のパターニング技術を利用できる。具体例として、たとえば下記方法（Ｉａ）〜（Ｉｅ）等が挙げられる。
方法（Ｉａ）：前記パターン電極が形成された基板上に、前記含フッ素重合体（Ａ）を含むコーティング液を塗布し、ベークしてコーティング膜を形成し、該コーティング膜を、エッチングにより、前記パターン電極に対応するパターンにパターニングして前記パターン膜を形成する方法。
方法（Ｉｂ）：電極付き基板上に、前記コーティング液を塗布し、ベークしてコーティング膜を形成し、該コーティング膜上に、パターン電極に対応するパターンでパターニングされたレジスト膜を形成し、該レジスト膜をマスクとして前記コーティング膜をドライエッチングして、該レジスト膜の形状を前記コーティング膜に転写する方法。
方法（Ｉｃ）：電極付き基板上に、前記コーティング液を塗布し、ベークしてコーティング膜を形成し、該コーティング膜を、インプリント法により、前記パターン電極に対応するパターンにパターニングして前記パターン膜を形成する方法。
方法（Ｉｄ）：電極付き基板上に、前記コーティング液の印刷により、前記パターン電極を被覆し、該パターン電極に対応するパターンで形成されたパターン液層を形成し、乾燥して、パターン膜を形成する方法。
方法（Ｉｅ）：電極付き基板表面に、前記パターン電極に対応する撥油・親油のパターニングを施した後、前記コーティング液のディップまたは印刷により、前記パターン電極を被覆し、該パターン電極に対応するパターンで形成されたパターン液層を形成し、乾燥して、パターン膜を形成する方法。
【００４３】
パターニング後、さらに、形成されたパターン膜の角（上面と側面との連絡部分）を曲面とするための処理（曲面化処理）を行ってもよい。該曲面化処理方法としては、該パターン膜を熱処理する方法、該パターン膜をウェットエッチングする方法、該パターン膜上にポリマー溶液を塗布してポリマー膜を形成し、該ポリマー膜をドライエッチングする方法等が挙げられる。これらの中でも、熱処理する方法が好ましい。特に、コーティング液としてシランカップリング剤を含有するものを用いる場合、熱処理を行うことで、保持した電荷の熱安定性がさらに向上する。上記方法（Ｉａ）〜（Ｉｅ）や曲面化処理については、特開２０１１−５０２１２号公報に記載の方法により実施できる。
【００４４】
（電荷注入工程）
上述のようにして形成されたパターン膜に電荷を注入することで、該パターン膜をエレクトレットとすることができる。
電荷の注入方法としては、一般的に絶縁体を帯電させる方法であれば手段を選ばずに用いることができる。たとえば、G.M.Sessler, Electrets Third Edition,pp20,Chapter2.2“Charging and  Polarizing Methods”(Laplacian Press, 1998)に記載のコロナ放電法、電子ビーム衝突法、イオンビーム衝突法、放射線照射法、光照射法、接触帯電法、液体接触帯電法等が適用可能である。本発明においては特にコロナ放電法、電子ビーム衝突法を用いることが好ましい。
【００４５】
コロナ放電法による電荷の注入方法の一例を、図１０を用いて説明する。図１０は、電荷の注入に用いるコロナ荷電装置の概略構成図である。コロナ荷電装置においては、コロナ針７２と、電極７３とが対向配置され、直流高圧電源装置７１（たとえばＨＡＲ−２０Ｒ５；松定プレシジョン製）により、コロナ針７２と電極７３との間に高電圧を印加できるように構成されている。コロナ針７２と電極７３との間にはグリッド７４が配置され、該グリッド７４にはグリッド用電源７５からグリッド電圧を印加できるように構成されている。パターン膜に注入される電荷の安定を図るため、ホットプレート７６によって、電荷注入工程中のパターン膜をガラス転移温度以上に加熱できるように構成されている。符号７７は電流計である。このコロナ荷電装置の電極７３上に、パターン膜が形成された基板を戴置し、ホットプレート７６によって加熱し、グリッド用電源７５からグリッド７４にグリッド電圧を印加するとともに、直流高圧電源装置７１によりコロナ針７２と電極７３との間に高電圧を印加する。これにより、コロナ針７２から放電した負イオンが、グリッド７４で均一化された後、電極７３上に戴置したガラス基板６１表面のパターン膜上に降り注ぎ、電荷が注入されることで、エレクトレットの電極パターン（個別電極）を得ることができる。
【００４６】
（実験結果）
上記の知見を元に実際に固定子と可動子を製作し駆動実験を行った。固定子は電極内径４４ｍｍ、電極外径１１２ｍｍ電極数６７５個の３相のFlexible printed circuits（ＦＰＣ）製のプリント回路基板（ＦＰＣ基板）を製作した。可動子はΦ１２５ｍｍのガラス基板に電極内径４４ｍｍ、電極外径１１２ｍｍ、電極数４５０個のアルミ電極を蒸着し、パターン電極上にエレクトレット材料であるサイトップ（旭硝子製）を約１０μｍスピンコートしてフォトリソプロセスでパターン化した。固定子/可動子の電極比率は３：２であり、固定子/可動子ともに電極幅ｗ／電極ピッチｐ＝０．５で試作した。
パターン化したエレクトレットはグリット加熱装置付きのコロナ帯電器で１００℃にサンプルを加熱しながらチャージャー印加電圧５ｋV、グリット電圧１．３ｋＶ、グリット-サンプル間距離１．５ｍｍの条件で４０回帯電した。その結果、平均−４００Ｖの電位を得た。
【００４７】
駆動実験は３相のＦＰＣ基板をガラス板に固定し、ギャップに１０μｍのミクロパール（積水化学製）の微粒子をまき、その上からエレクトレットロータを載せて、３相のＦＰＣ基板に１０Ｈｚ、±３００Ｖの矩形波を印加した。その結果、可動子が１ｒｐｍで回転することを確認した。
【００４８】
上述した実施形態によると、電極パターンを有する固定子と、固定子に対向するように配置され、複数の帯状電極となる個別電極で構成された電極パターンを有する可動子とを設け、固定子の帯状電極に電圧を印加し、固定子と可動子間の静電気のクーロン力で可動子を移動せしめる静電電動機において、固定子の帯状電極と可動子の帯状電極の一部が重ならないことで、駆動時常に力が働いく。このため、固定側電極と斜めにある可動子側エレクトレットの距離を電極比率３：１の場合よりも離すことができ、寸法上余裕によってマクロレベルのモータも製作することが可能である。また、固定子の隣接間の電極を十分距離を離すことで放電を防ぐことが可能になる。さらに、連続的な駆動になるため、トルクリップルが非常に小さく、騒音や振動も抑えることが可能である。また、可動子が単相であっても駆動することができるので、実用上十分な駆動トルクと剛性を実現しつつも、小型・軽量・薄型な静電電動機を実現することができる。
【００４９】
第４の実施形態に係る静電電動機としての静電モータ３０では、ステータ２の電極パターン５に対応したロータ３３の電極パターン３６となる帯状パターン膜に電荷を注入して可動子側をエレクトレットとすることで、磁石を用いた電動機に比べて巻線が不要となり、薄くすることができるとともに、ロータ３３への給電機構が不要になり、ブラシレス化を図れる。また、必要電圧−エレクトレット帯電電圧が実施際の給電電圧となるので、低電圧駆動を実現できる。このため、より小型化と軽量化を図ることができるとともに、高出力化を図ることができる。
さらに、エレクトレット化したパターン電極３６を高電圧とすることで、印加電圧をより低減することができるので、高電圧を印加するための回路などが不要となり、省スペース、軽量化をより一層図ることができる。
【００５０】
第５、第６の実施形態に係る静電電動機では、固定子の個別電極数と移動子の個別電極数の比率を３：２あるいは３：４として、可動子側の電極ピッチを変更することで、静電電動機の出力を調整することができる。また、静電電動機の製造を考えると、電極ピッチを変更するよりも、パターン電極の積層枚数を必要な駆動トルクに応じて増減することで製造するのが現実的である。しかし、電極ピッチ(比率)だけを変更して出力を変更すると、積層する場合よりも容易に出力調整がし易くなる。静電電動機の駆動トルクを調整するためには、電極パターンの積層枚数と個別電極のピッチ(比率)の双方を変更して調整するようにしても良い。
また、固定子の個別電極数と移動子の個別電極数の比率を３：２とする場合、可動子の隣り合う電極の間隔を十分に維持して、電極間の放電を防止しながらも、可動子の電極に対する三相交流電極の極性切換えを行なうことで、固定側と可動側の電極間に作用する引力と斥力を調整しやすく、駆動力を調整しやすくなる。
さらに、固定子の個別電極数と移動子の個別電極数の比率を３：４とした場合、単位面積当たりの移動子の個別電極数を多くできるので、駆動力を得易くなるとともに、可動子が単相であって、斥力が弱い場合であっても駆動することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１、１０、３０、    静電モータ（静電電動機）
２、１２、２２    ステータ（固定子）
３、１３、３３    ロータ（可動子）
５、１５、２５    パターン電極（固定子の複数の帯状電極）
６、１６、２６、３６  パターン電極（可動子の複数の帯状電極））
２０              静電電動機
２３              可動子
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５２】
【特許文献１】特開平２−２８５９７８号公報
【特許文献２】特開平４−１１２６８３号公報
【特許文献３】特開平５−１８４１６２号公報
【非特許文献】
【００５３】
【非特許文献１】『DESIGN CONSIDERATION FOR A PRACTICAL ELECTRO STATIC MICRO MOTOR』Sensor and Actuators Vol.11,No2,pp189〜206 W.S.N.Trimmer,K.J.Gabriel
【図１】
2015015881.tif 000004
【図２】
2015015881.tif 000005
【図３】
2015015881.tif 000006
【図４】
2015015881.tif 000007
【図５】
2015015881.tif 000008
【図６】
2015015881.tif 000009
【図７】
2015015881.tif 000010
【図８】
2015015881.tif 000011
【図９】
2015015881.tif 000012
【図１０】
2015015881.tif 000013
【図１１】
2015015881.tif 000014
【図１２】
2015015881.tif 000015
【図１３】
2015015881.tif 000016
【図１４】
2015015881.tif 000017
【図１５】
2015015881.tif 000018