(57)【要約】【課題】  同一円周上に複数の電極を有する固定子上に、抵抗体層を有する回転子が回転可能に配置された静電モータにおいて、固定子と回転子との間の摩擦抵抗を安定的に低減する。【解決手段】  同一円周上に複数の電極３を有する固定子１上には、抵抗体層１３を有する回転子１１が回転可能に配置されている。固定子１と回転子１１との間には摩擦抵抗低減用の球状粒子２３が配置されている。なお、固定子１の外周部には、球状粒子２３の飛び出しを防止するためのリング状の凸部５が設けられている。【選択図】  図１
2007097277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一円周上に複数の電極を有する固定子と、前記固定子上に回転可能に配置され、一面に抵抗体層を有する回転子と、前記固定子と前記回転子との間に配置された摩擦抵抗低減用の球状粒子と、前記球状粒子が前記固定子の外側に飛び出すことを防止する球状粒子飛び出し防止手段とを具備することを特徴とする静電モータ。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、前記回転子は、円形状のベースフィルムの一面に前記抵抗体層が設けられたものからなることを特徴とする静電モータ。
【請求項３】
請求項２に記載の発明において、前記ベースフィルムの中心部に軸が圧入挿通されて取り付けられていることを特徴とする静電モータ。
【請求項４】
請求項１に記載の発明において、前記球状粒子飛び出し防止手段は、前記固定子上において前記電極の配置領域の外周部に、リング状の凸部または凹部を有していることを特徴とする静電モータ。
【請求項５】
請求項４に記載の発明において、前記リング状の凸部または凹部は、前記回転子よりも外側に設けられていることを特徴とする静電モータ。
【請求項６】
請求項１に記載の発明において、前記球状粒子飛び出し防止手段は、前記固定子上において前記電極の配置領域の外周部に、平面視した際にほぼＣ字状の凹部を有し、且つ、前記凹部の前記回転子の回転方向側の一端部側が他端部側の内側に螺旋状に入り込むように配置されていることを特徴とする静電モータ。
【請求項７】
請求項１に記載の発明において、前記球状粒子飛び出し防止手段は、前記固定子上において半径が異なる複数の同心円上にリング状の凹部を有し、これらの凹部内に前記球状粒子が配置されていることを特徴とする静電モータ。
【請求項８】
請求項１に記載の発明において、前記球状粒子飛び出し防止手段は、前記固定子上の前記電極間に凹部を有し、これらの凹部内に前記球状粒子が配置されていることを特徴とする静電モータ。
【請求項９】
請求項１に記載の発明において、前記球状粒子飛び出し防止手段は、前記固定子上に点状に設けられた多数の凹部を有し、これらの凹部内に前記球状粒子が配置されていることを特徴とする静電モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は静電モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の静電モータには、ガラス等の非導電性材料からなる固定子基板上に複数の電極が、固定子基板の中心部に設けられた軸を中心にして放射状に設けられ、軸にガラス等の誘電材料からなる円板状の回転子が回転可能に取り付けられたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−１３６９８１号公報（第４図）
【０００４】
ところで、上記のような構造の静電モータにおいて、回転子として、円形状のベースフィルムの一面に抵抗体層を設けたものが考えられている。この場合、固定子の電極と回転子の抵抗体層との間に発生するクーロン引力およびクーロン反発力により、回転子を回転させることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ベースフィルムを有する回転子において、その薄型化および軽量化を図るために、ベースフィルムを比較的薄くすることが考えられる。しかしながら、ベースフィルムを比較的薄くすると、ベースフィルムが柔らかくて撓み、ひいては回転子が撓んで特にその外周部が固定子の上面に接触し、その間の摩擦抵抗が大きくなってしまうという問題がある。
また、上記対策として、球状粒子を固定子と回転子の間に介在させることも考えられているが、その場合、球状粒子が遠心力等で飛び出してしまうなど、安定的に摩擦抵抗を低減することができないという問題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、回転子と固定子との間の摩擦抵抗を安定的に低減することができる静電モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、上記目的を達成するため、同一円周上に複数の電極を有する固定子と、前記固定子上に回転可能に配置され、一面に抵抗体層を有する回転子と、前記固定子と前記回転子との間に配置された摩擦抵抗低減用の球状粒子と、前記球状粒子が前記固定子の外側に飛び出すことを防止する球状粒子飛び出し防止手段とを具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、固定子と回転子との間に摩擦抵抗低減用の球状粒子を配置し、球状粒子が固定子の外側に飛び出すことを防止する球状粒子飛び出し防止手段を備えているので、回転子と固定子との間の摩擦抵抗を安定的に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態としての静電モータの要部の断面図を示す。この静電モータは、固定子１上に回転子１１がその中心部（軸取付孔１４）に取り付けられた軸２１と共に回転可能に配置され、固定子１と回転子１１との間に摩擦抵抗低減用の球状粒子２３が設けられた構造となっている。
【００１０】
次に、図２は固定子１の平面面を示す。固定子１は、ガラス、セラミック、硬質樹脂等からなる円形状の基板２を備えている。基板２の上面外周部（同一円周上）にはアルミニウム、銅、ＩＴＯ等からなる複数の電極３が基板２の中心を中心として放射状に設けられている。この場合、電極３の形状は、内側から外側に向かうに従って漸次幅広となるくさび形状である。電極３の径方向の長さは同じである。ここで、図２では、電極３およびその間の隙間の角度を５°として図示しているが、それよりも小さく、例えば１°としてもよい。
【００１１】
基板２の上面中心部には円形状の軸支凹部４が設けられている。基板２の上面において電極３の配置領域の外側には、後述する球状粒子２３の飛び出しを防止するためのリング状の凸部５が設けられている。軸支凹部４および凸部５は、基板２の材料がガラスである場合、サンドブラストやエッチング等により形成されている。なお、凸部５は、基板２上に樹脂によって形成されたものであってもよい。
【００１２】
次に、図３は回転子１１の平面図を示す。回転子１１は、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド等からなる円形状のベースフィルム１２を備えている。ベースフィルム１２の上面外周部にはカーボン等からなるリング状の抵抗体層１３が設けられている。ベースフィルム１２の中心部には軸取付孔１４が設けられている。回転子１１の抵抗体層１３の外径および内径は、図２に示す回転子１の電極３配置領域の外径および内径と同じとなっている。
【００１３】
そして、図１に示すように、回転子１１のベースフィルム１２の軸取付孔１４には軸２１が圧入挿通されて取り付けられている。この場合、軸２１の外周面においてベースフィルム１２の軸取付孔１４に取り付けられる部分には断面円弧形状のリング状の溝２２が設けられている。軸２１の下端部は、固定子１の基板２の軸支凹部４内に回転可能に軸支されている。固定子１の凸部５の内側において固定子１と回転子１１との間にはガラス、シリカ、硬質樹脂等からなる多数の摩擦抵抗低減用の球状粒子２３が回転可能且つ移動可能に配置されている。
【００１４】
ここで、一例として、回転子１１のベースフィルム１２の直径が３０ｍｍであり、厚さが例えば１６μｍであると、ベースフィルム１２が極めて薄く柔らかくて撓んでしまう。なお、抵抗体層１３は例えばカーボン粉末を含むウレタン樹脂の塗布により形成され、その厚さは１μｍ程度である。球状粒子２３の直径は５〜５０μｍ程度である。固定子１の凸部５の高さは、球状粒子２３の直径以下で球状粒子２３の飛び出しを防止し得る高さであればよい。固定子１の電極３の厚さは１μｍ以下例えば０．１５μｍである。
【００１５】
そして、球状粒子２３がない場合には、回転子１１が撓んで特にその外周部が固定子１の上面に接触し、その間の摩擦抵抗が大きくなってしまう。これに対し、球状粒子２３がある場合には、回転子１１の撓みが球状粒子２３により抑制されることにより、回転子１１の固定子１の上面への接触が防止され、且つ、球状粒子２３が固定子１と回転子１１との間において回転し且つ移動することにより、回転子１１と固定子１との間の摩擦抵抗が低減される。
【００１６】
ところで、回転子１１が回転すると、遠心力が発生し、この遠心力により球状粒子２３が外側に向かって移動するが、固定子１のリング状の凸部５により、球状粒子２３が固定子１の外側に飛び出さないようにすることができる。このとき、回転子１１と固定子１との間に配置された球状粒子２３の大部分が凸部５の内側近傍に集合することがあるが、回転子１１の外周部が固定子１の上面に接触するのを防止すればよい場合には、別に支障はない。
【００１７】
次に、この静電モータの駆動方法の一例について説明する。ここで、固定子１の電極３が３相配線され、この３相配線された電極３への印加電圧が例えば正電圧、負電圧、０Ｖである場合には、以下の説明において、固定子１の電極３に電圧（＋、−、０）を印加するという。また、その電圧印加状態は、図４（Ａ）の下図のように示すこととする。ここで、図４（Ａ）に示す固定子１においては、実線で区切られた各枡目は各電極３に対応するものである（以下同じ）。なお、図５では固定子側６極分、回転子側３極分のみを示す。
【００１８】
さて、充電工程において、図４（Ａ）の下図に示すように、固定子１の電極３（左側から３つずつの電極、以下同じ）に電圧（＋、−、０）を印加すると、回転子１１の抵抗体層１３の電極３と対向する領域に当該電極３の電荷と逆極性の電荷が充電（誘導）される（初期充電）。ここで、図４（Ａ）の上図に示す回転子１１の抵抗体層１３においては、点線で区切られた各枡目は各電極３に対応する領域である（以下同じ）。
【００１９】
次に、移動工程において、図４（Ｂ）の下図に示すように、固定子１の電極３に印加する電圧を（−、＋、−）に切り替えると、電極の電荷は瞬時に入れ替わるが、回転子側の電荷配置が新たな平衡状態に変化するには、ある程度の時間を要するので、切り替え直後は回転子側の電荷は保持されており、図４（Ｂ）の上図のような電荷配置となっている。このとき、回転子１１の抵抗体層１３の電荷領域の電荷とその真下の固定子１の電極３の電荷とが同符号となる領域が現れ、その間にクーロン反発力が発生し、このクーロン反発力により、矢印で示すように、回転子１１を浮き上がらせようとする力が働き、回転子１１と固定子１との間の摩擦抵抗が低減される。
【００２０】
そして、図４（Ｂ）においては、固定子１と回転子１１との横方向のクーロン引力およびクーロン反発力の釣り合いが崩れることにより、右方向の回転駆動力が発生し、図４（Ｃ）に示すように、回転子１１が固定子１上を右方向に１ピッチ（１電極分）移動し、停止する。
【００２１】
次に、移動中に回転子の電荷は一部失われるので、クーロン力（回転駆動力）が減少する。そこで、この力を維持して連続して駆動するために、図４（Ｃ）の状態で次の充電工程において、図４（Ｄ）の下図に示すように、固定子１の電極３に図４（Ａ）の下図から右方向に１ピッチ（１電極分）ずらした電圧（０、＋、−）を印加する。すると、図４（Ｄ）の上図に示すように、回転子１１の抵抗体層１３の電極３と対向する領域に当該電極３の電荷と逆極性の電荷が再充電される。（上記失われる電荷は全体の一部なので、再充電の時間は初期充電の時間よりも短くてよい。）以下、上記と同様の工程が繰り返され、回転子１１が軸２１と共に１ピッチずつ回転される。
【００２２】
（第２実施形態）
図５はこの発明の第２実施形態としての静電モータの要部の断面図を示す。この静電モータにおいて、図１に示す静電モータと異なる点は、基板２の上面において電極３の配置領域の外側には、球状粒子２３の飛び出しを防止するためのリング状の凹部３１を設けた点である。凹部３１の幅は球状粒子２３の直径よりもやや大きく、深さは球状粒子２３の直径の半分程度である。そして、リング状の凹部３１内全域に球状粒子２３が配置されていると、この凹部３１内全域に配置された球状粒子２３がその内側に存在する球状粒子２３の飛び出しを防止するための壁として機能する。
【００２３】
（第３実施形態）
図６はこの発明の第３実施形態としての静電モータの要部の断面図を示し、図７はその固定子１の平面図を示す。この静電モータにおいて、図５に示す静電モータと異なる点は、電極３を含む基板２の上面にポリイミド等からなる絶縁膜３２を設け、絶縁膜３２の上面において電極３の配置領域の外周部に平面視した際にほぼＣ字状の凹部３３を設け、且つ、回転子１１の回転方向が時計方向である場合、凹部３３の回転子１１の回転方向側の一端部側３３ａを他端部側の内側に螺旋状に配置した点である。この場合、凹部３３の一端部側３３ａは先端に向かうに従って漸次浅く且つ幅狭となっている。絶縁膜３２の中心部には円形状の軸支孔３４が設けられている。
【００２４】
この静電モータでは、回転子１１が時計方向に回転すると、球状粒子２３に時計方向の遠心力が働き、凹部３３内に配置された球状粒子２３が凹部３３内を時計方向に移動し、さらに凹部３３の一端部側３３ａに案内されて絶縁膜３２の上面中央部側に向かって移動し、且つ、絶縁膜３２上を遠心力により外側に向かって移動する球状粒子２３が凹部３３内の空いた部分に入り込む。これにより、絶縁膜３２上を遠心力により外側に向かって移動して凹部３３内の空いた部分に入り込んだ球状粒子２３を絶縁膜３２の上面中央部側に戻すことができる。
【００２５】
（第４実施形態）
図８はこの発明の第４実施形態としての静電モータの要部の断面図を示し、図９はその固定子１の平面図を示す。この静電モータにおいて、図６に示す静電モータと異なる点は、電極３配置領域上における絶縁膜３２の上面において半径が異なる複数の同心円上にリング状の凹部３５を設け、これらの凹部３５内に球状粒子２３を配置した点である。この場合も、凹部３５の幅は球状粒子２３の直径よりもやや大きく、深さは球状粒子２３の直径の半分程度である。
【００２６】
この静電モータでは、凹部３５内に配置された球状粒子２３が凹部３５から飛び出すことがなく、凹部３５内に留められる。この場合、球状粒子２３は、凹部３５内にある程度の余裕をもって配置されている。なお、電極３配置領域の内側における絶縁膜３２の上面にもリング状の凹部３５を設けるようにしてもよい。
【００２７】
（第５実施形態）
図１０はこの発明の第５実施形態としての静電モータの要部の断面図を示し、図１１はその固定子１の平面図を示す。この静電モータにおいて、図６に示す静電モータと異なる点は、電極３間における絶縁膜３２の上面に一定の幅の放射状の凹部３６を設け、これらの凹部３６内に球状粒子２３を配置した点である。この場合、電極３の外周側の幅は、図２に示す場合よりもある程度大きくなっている。また、凹部３６の幅は球状粒子２３の直径よりもやや大きく、深さは球状粒子２３の直径の半分程度である。
【００２８】
この静電モータでは、凹部３６内に配置された球状粒子２３が凹部３６から飛び出すことがなく、凹部３６内に留められる。この場合、球状粒子２３は、凹部３６内にある程度の余裕をもって配置されている。なお、電極３配置領域の内側における絶縁膜３２の上面にも凹部３６を設けるようにしてもよい。また、電極３配置領域の内側における絶縁膜３２の上面全体を凹部としてもよい。
【００２９】
（その他の実施形態）
図１１に示す場合において、電極３の外周側の幅を図２に示す場合と同じとし、凹部３６の形状を内側から外側に向かうに従って漸次幅広となるくさび形状としてもよい。また、図示していないが、固定子の基板の上面またはその上に設けられた絶縁膜の上面に多数の円形状の凹部を点状に設け、これらの凹部内に球状粒子を配置するようにしてもよい。この場合、凹部の直径は球状粒子の直径よりもやや大きく、深さは球状粒子の直径の半分程度である。また、凹部は、規則的に設けてもよく、またランダムに設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の第１実施形態としての静電モータの要部の断面図。
【図２】図１に示す固定子の平面図。
【図３】図１に示す回転子の平面図。
【図４】図１に示す静電モータの駆動方法の一例を説明するために示す図。
【図５】この発明の第２実施形態としての静電モータの要部の断面図。
【図６】この発明の第３実施形態としての静電モータの要部の断面図。
【図７】図６に示す固定子の平面図。
【図８】この発明の第４実施形態としての静電モータの要部の断面図。
【図９】図８に示す固定子の平面図。
【図１０】この発明の第５実施形態としての静電モータの要部の断面図。
【図１１】図１０に示す固定子の平面図。
【符号の説明】
【００３１】
１  固定子
２  基板
３  電極
４  軸支凹部
５  リング状の凸部
１１  回転子
１２  ベースフィルム
１３  抵抗体層
１４  軸取付孔
２１  軸
２２  溝
２３  球状粒子
３１  リング状の凹部
３３  平面視した際にほぼＣ字状の凹部
３３ａ  凹部３３の回転方向内側に螺旋状に配置された一端部
３４  軸支孔
３５  リング状の凹部
３６  放射状の凹部
【図１】
2007097277.tif 000003
【図２】
2007097277.tif 000004
【図３】
2007097277.tif 000005
【図４】
2007097277.tif 000006
【図５】
2007097277.tif 000007
【図６】
2007097277.tif 000008
【図７】
2007097277.tif 000009
【図８】
2007097277.tif 000010
【図９】
2007097277.tif 000011
【図１０】
2007097277.tif 000012
【図１１】
2007097277.tif 000013