(57)【要約】【課題】ロータとステータとの間隙を制御することで、ロータの回転時に磨耗を抑制するとともに、駆動力の大きなマイクロモータを提供する。【解決手段】ロータ１２と、ロータ１２に対向配置したステータ１３と、ロータ１２を固定したラジアルキャン１７と、ラジアルキャン１７と一体化した回転軸１５と、回転軸１５とステータ１３間においてラジアルキャン１７を軸支するスラスト軸受１６と、スラスト軸受１６を中心としてステータ１３を固定した固定キャン１４と、ラジアルキャン１７の外側面に対向する固定キャン１４の内側面に、４個が等角度で配置されたギャップ調整電極１８、１９、２０、２１とを備え、これらにそれぞれ正電位および負電位を印加して、これらに対向するラジアルキャン１７に電荷を誘起させ、発生する静電力によりラジアルキャン１７と固定キャン１４との間隙を保持する。【選択図】図１
2007151205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、
前記ロータに対向して配置されたステータと、
前記ロータを固定したラジアルキャンと、
前記ラジアルキャンと一体化した回転軸と、
前記回転軸と前記ステータ間に設けられ、前記ラジアルキャンを軸支するスラスト軸受と、
前記スラスト軸受を中心に形成し、前記ステータを固定した固定キャンと、
前記ラジアルキャンの外側面に対向する前記固定キャンの内側面に、少なくとも３個が等角度で配置された１対の電極から構成されるギャップ調整電極とを備え、
前記ギャップ調整電極を構成する前記１対の電極に、それぞれ正電位および負電位を印加することで、前記１対の電極と対向する前記ラジアルキャンに電荷を誘起させ、前記電荷により発生する静電力により前記ラジアルキャンと前記固定キャンとの間隙を保持することを特徴とするマイクロモータ。
【請求項２】
ロータと、
前記ロータに対向して配置されたステータと、
前記ステータを固定した固定キャンと、
前記ロータを固定したラジアルキャンと、
前記固定キャンの中心に形成し、前記固定キャンに接合された固定軸と、
前記固定軸と前記ラジアルキャンの間に設けられ、前記ラジアルキャンを軸支するスラスト軸受と、
前記ラジアルキャンの内側面に対向する前記固定キャンの外側面に、少なくとも３個が等角度で配置された１対の電極から構成されるギャップ調整電極とを備え、
前記ギャップ調整電極を構成する前記１対の電極に、それぞれ正電位および負電位を印加することで、前記１対の電極と対向する前記ラジアルキャンに電荷を誘起させ、前記電荷により発生する静電力により前記ラジアルキャンと前記固定キャンとの間隙を保持することを特徴とするマイクロモータ。
【請求項３】
ロータと、
前記ロータに対向して配置されたステータと、
前記ロータを固定したラジアルキャンと、
前記ステータを固定した固定キャンと、
前記固定キャンの中心において、前記固定キャンに接合された固定軸と、
前記固定軸と前記ラジアルキャンの間に設けられ、前記ラジアルキャンを軸支するスラスト軸受と、
前記ラジアルキャンの内側面に対向する位置の前記固定軸の外側面に、少なくとも３個が等角度で配置された１対の電極から構成されるギャップ調整電極とを備え、
前記ギャップ調整電極を構成する前記１対の電極に、それぞれ正電位および負電位を印加することで、前記１対の電極と対向する前記ラジアルキャンに電荷を誘起させ、前記電荷により発生する静電力により前記ラジアルキャンと前記固定キャンとの間隙を保持することを特徴とするマイクロモータ。
【請求項４】
前記ギャップ調整電極の断面形状が三角形状であり、前記ギャップ調整電極に対向する前記ラジアルキャンが前記ギャップ調整電極の面に対して一定のギャップを保持して、前記断面形状と逆三角形状であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のマイクロモータ。
【請求項５】
前記ギャップ調整電極が４個で構成され、
前記ギャップ調整電極の前記１対の電極間に設けたセンサーと、
前記センサーからの信号をもとにして前記ギャップ調整電極に印加する電圧を制御する制御部とをさらに有し、
前記センサーからの信号に基づき、前記制御部が前記ギャップ調整電極の前記１対の電極に印加する電圧を制御して、前記ラジアルキャンと前記固定キャンとの間隙を一定に保つことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のマイクロモータ。
【請求項６】
前記ラジアルキャンの少なくとも前記ギャップ調整電極に対向する面が誘電体により覆われていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のマイクロモータ。
【請求項７】
前記ラジアルキャンが、誘電体材料または表面に誘電体層を有する材料から形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のマイクロモータ。
【請求項８】
前記スラスト軸受、および前記スラスト軸受と接する前記固定軸もしくは前記回転軸の少なくとも一方が無機の硬質材料で被覆されていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のマイクロモータ。
【請求項９】
前記スラスト軸受はピボット軸受であることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のマイクロモータ。
【請求項１０】
前記ロータは静電力により駆動されることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のマイクロモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等で利用されるマイクロモータに関し、特にラジアルギャップ型のマイクロモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロモータは、ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）技術の進展により種々の構成が開発されている。例えば、静電モータは、電磁界を使ったモータと異なり、小型化とともに体積当たりの出力が増加し、かつエネルギーの変換効率が高くなるため、消費電力が小さくなるという特徴を持っている。そのため、ＭＥＭＳ技術における機械的駆動源として期待されている。
【０００３】
図７は、従来の静電モータの一例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った断面図である。従来の静電モータは、ステータ１０２と、このステータ１０２に固定されているステータ電極１０１と、ステータ電極１０１に対向する位置に配置されているロータ電極１０３と、ロータ電極１０３を保持する固定軸１０５とを含み構成されている。
【０００４】
ステータ電極１０１は３つを１組として、４組がステータ１０２の内周領域に均等に配置され、固定されている。ロータ電極１０３は２つを１組として、４組がステータ電極１０１に対向する位置においてロータ１０４に固定されている。そして、このロータ１０４は、固定軸１０５を中心として回転可能に保持され、かつ、ロータ電極１０３とステータ電極１０１との間の間隙を一定に保持されている。これにより、ステータ電極１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃに順次電圧を印加することで、ロータ電極１０３ａ、１０３ｂに誘起される電圧との間に作用する静電力によりロータ１０４が回転する。
【０００５】
つまり、図７において、ステータ電極１０１ａには０Ｖの電圧、ステータ電極１０１ｃには正の電圧、ステータ電極１０１ｂには少しの時間遅れを有して負の電圧を印加する。この電圧の印加により、ロータ電極１０３ｂにはステータ電極１０１ｃの作用によって、最初負電位が誘導される。しかし、少し時間を遅らせてステータ電極１０１ｂに負の電圧が印加されるので、ロータ電極１０３ｂはステータ電極１０１ｂと反発し、かつステータ電極１０１ｃによって引きつけられて回転し始める。
【０００６】
回転によって、ロータ電極１０３ｂがステータ電極１０１ｃとちょうど対向したときに、ステータ電極１０１ｃの電圧を０Ｖになるように変化させるとともに、ステータ電極１０１ｂに正の電圧を印加し、さらに少し時間を遅らせてステータ電極１０１ａに負の電圧を印加する。このとき、ロータ電極１０３ａには負電位が誘導されるが、少し時間を遅らせてステータ電極１０１ａに負の電圧が印加されるので、ロータ電極１０３ａはステータ電極１０１ａと反発し、かつステータ電極１０１ｂによって引きつけられて回転を加速する。このように、それぞれのステータ電極１０１の電位を連続的に順次切り替えていくことによって、ロータ１０４は静電気力を得て一定方向に回転する。この電位の変化を与える方法として、三相交流を用いてもよいし、パルス駆動でもよい。
【０００７】
パルスを用いた静電誘導によるリニア駆動の方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、パルスを用いた駆動方式も、基本的な動作は上記方法と同じである。
【０００８】
また、静電モータは上記したような静電誘導を利用する方法だけでなく、ロータ電極にも電圧を印加する方式のものも報告されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００９】
さらに、ロータの下部にベアリングを設ける方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。また、通常のモータのように軸受を設ける方法も提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００３−３１９６６６号公報
【特許文献２】特開２０００−２４５１７２号公報
【特許文献３】特開平０６−３２７２７６号公報
【特許文献４】特開平１０−２４８２７１号公報
【非特許文献１】Ｓ．Ｅｇａｗａ，  Ｔ．Ｎｉｉｎｏ，  ａｎｄ  Ｔ．Ｈｉｇｕｃｈｉ，  “Ｆｉｌｍ  ａｃｔｕａｔｏｒｓ：  Ｐｌａｎａｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｄｒｉｖｅ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ”，  Ｐｒｏｃ．  １９９１  ＩＥＥＥ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  ｐｐ．  ９−１４  （１９９１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来の静電モータでは、ロータはステータの基板面と摺動しながら回転する。ロータの摺動面はステータの面に対して面接触状態で回転することから、摺動による摩擦負荷がかかり、駆動力が減少するだけでなく、磨耗も生じる。そのため、このような構成の静電モータを高速回転させると、摺動面間で焼き付けが生じやすい。特に、このような静電モータを真空中や乾燥空気中で駆動させると、摺動面の潤滑性が著しく落ちることから、信頼性を充分確保できないという課題を有していた。
【００１１】
また、ロータの下部にベアリングを設ける方法の場合でも、マイクロモータに応用しようとするとベアリングの固定や挿入が非常に困難となり、量産性を改善することが難しい。また、通常のモータのように軸受を設ける方法も、マイクロモータにおいては組立てが困難となる。さらにこの方法のように、例えば静電モータに軸受を設けると、低速回転時にロータとステータのそれぞれの電極に生じる静電気力がロータの周囲で均等にならない。このため、ロータが才差運動しつつ回転する。この結果、ロータとステータの同じ場所が接触して磨耗が顕著に生じやすくなる。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するもので、ロータとステータとの間隙を制御することで、ロータの回転時に磨耗を抑制するとともに、駆動力の大きなマイクロ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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明のマイクロモータは、ロータと、このロータに対向して配置されたステータと、ロータを固定したラジアルキャンと、このラジアルキャンと一体化した回転軸と、この回転軸とステータ間に設けられ、ラジアルキャンを軸支するスラスト軸受と、スラスト軸受を中心に形成し、ステータを固定した固定キャンと、ラジアルキャンの外側面に対向する固定キャンの内側面に、少なくとも３個が等角度で配置された１対の電極から構成されるギャップ調整電極とを備え、ギャップ調整電極を構成する１対の電極に、それぞれ正電位および負電位を印加することで、１対の電極と対向するラジアルキャンに電荷を誘起させ、この電荷により発生する静電力によりラジアルキャンと固定キャンとの間隙を保持する構成からなる。なお、この静電力は吸引力と反発力の双方があり、どちらも有効に利用できる。
【００１４】
また、本発明のマイクロモータは、ロータと、ロータに対向して配置されたステータと、ステータを固定した固定キャンと、ロータを固定したラジアルキャンと、固定キャンの中心に形成し、固定キャンに接合された固定軸と、固定軸とラジアルキャンの間に設けられ、ラジアルキャンを軸支するスラスト軸受と、ラジアルキャンの内側面に対向する固定キャンの外側面に、少なくとも３個が等角度で配置された１対の電極から構成されるギャップ調整電極とを備え、ギャップ調整電極を構成する１対の電極に、それぞれ正電位および負電位を印加することで、１対の電極と対向するラジアルキャンに電荷を誘起させ、電荷により発生する静電力によりラジアルキャンと固定キャンとの間隙を保持する構成からなる。なお、この静電力は吸引力と反発力の双方があり、どちらも有効に利用できる。
【００１５】
また、本発明のマイクロモータは、ロータと、ロータに対向して配置されたステータと、ロータを固定したラジアルキャンと、ステータを固定した固定キャンと、固定キャンの中心において、固定キャンに接合された固定軸と、固定軸とラジアルキャンの間に設けられ、ラジアルキャンを軸支するスラスト軸受と、ラジアルキャンの内側面に対向する位置の固定軸の外側面に、少なくとも３個が等角度で配置された１対の電極から構成されるギャップ調整電極とを備え、ギャップ調整電極を構成する１対の電極に、それぞれ正電位および負電位を印加することで、１対の電極と対向するラジアルキャンに電荷を誘起させ、電荷により発生する静電力によりラジアルキャンと固定キャンとの間隙を保持する構成からなる。なお、この静電力は吸引力と反発力の双方があり、どちらも有効に利用できる。
【００１６】
このような構成とすることにより、ロータを回転させるときに、ロータとステータとの間に間隙を保持することができるので、摺動による磨耗を非常に減らすことができ、かつ駆動トルクも大きくできる。
【００１７】
また、上記構成において、ギャップ調整電極の断面形状が三角形状であり、ギャップ調整電極に対向するラジアルキャンがギャップ調整電極の面に対して一定のギャップを保持して、断面形状と逆三角形状であってもよい。このような構成とすることにより、ラジアルキャンがスラスト軸受から抜けることを静電力の作用により防止することもできる。
【００１８】
また、上記構成において、ギャップ調整電極が４対で構成され、ギャップ調整電極の１対の電極間に設けたセンサーと、センサーからの信号をもとにしてギャップ調整電極に印加する電圧を制御する制御部とをさらに有し、センサーからの信号に基づき、制御部がギャップ調整電極の１対の電極に印加する電圧を制御して、ラジアルキャンと固定キャンとの間隙を一定に保つようにしてもよい。
【００１９】
このような構成とすることにより、ロータとステータとの間隙を精密に制御することができる。
【００２０】
また、上記構成において、ラジアルキャンの少なくともギャップ調整電極に対向する面が誘電体により覆われていてもよい。あるいは、ラジアルキャンが、誘電体材料または表面に誘電体層を有する材料から形成されていてもよい。このような構成とすることにより、ギャップ調整電極に印加する電圧に対応してラジアルキャンに発生する電位を安定に維持することができる。なお、発生した電位は適当な時間で外部に逃げていくことが好ましい。このために、誘電体材料または誘電体層は１０６Ω・ｃｍ〜１０１０Ω・ｃｍの比抵抗を有する材料を用いることが好ましい。さらに、１０８Ω・ｃｍ〜１０９Ω・ｃｍの比抵抗の材料を用いることがより好ましい。
【００２１】
また、上記構成において、スラスト軸受、およびスラスト軸受と接する固定軸もしくは回転軸の少なくとも一方が無機の硬質材料で被覆されていてもよい。この構成とすることにより、軸受の磨耗を大幅に減らすことができ、長寿命のマイクロモータを実現できる。
【００２２】
また、上記構成において、スラスト軸受はピボット軸受であってもよい。この構成とすることにより、軸受構成が簡略となり、より小型化が可能となる。
【００２３】
また、上記構成において、ロータは静電力により駆動される構成であってもよい。この構成とすることにより、マイクロモータとして静電力で駆動する静電モータを小型で、かつ長寿命とすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のマイクロモータによれば、高速回転あるいは低速回転時においても、ステータとロータとの間に一定の間隙を保持することができる。したがって、摺動部での磨耗が生じず、かつ摩擦力による負荷も非常に小さくできるため、マイクロモータであっても大きなトルクを得ることができる。この結果、駆動力が大きく、長寿命で、回転むらの小さいモータを実現できるという大きな効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する場合がある。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるマイクロモータの構成を説明するための図で、（ａ）は概略の断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿って切断して上面からみた図である。また、図２は、本実施の形態のマイクロモータのギャップ調整動作とその制御を説明するための図である。さらに、図３は、ギャップ調整動作において、電圧の印加によりラジアルキャンに発生する電位を説明するための部分図である。なお、本実施の形態においては、マイクロモータとして静電力を利用した静電モータを例として説明する。
【００２７】
本実施の形態の静電モータ１０は、ロータ１２と、ロータ１２に対向して配置されたステータ１３と、ロータ１２を固定したラジアルキャン１７と、ラジアルキャン１７と一体化した回転軸１５と、回転軸１５とステータ１３間に設けられ、ラジアルキャン１７を軸支するスラスト軸受１６と、スラスト軸受１６を中心に形成し、ステータ１３を固定した固定キャン１４と、ラジアルキャン１７の外側面に対向する固定キャン１４の内側面に、４個が等角度で配置された１対の電極１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂから構成されるギャップ調整電極１８、１９、２０、２１とを備えている。
【００２８】
そして、ギャップ調整電極１８、１９、２０、２１を構成する１対の電極１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂに、それぞれ正電位および負電位を印加することで、１対の電極１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂとそれぞれ対向するラジアルキャン１７に電荷を誘起させ、この電荷により発生する静電力によりラジアルキャン１７と固定キャン１４との間隙を保持する構成からなる。
【００２９】
さらに、具体的に説明する。図１において、ロータ１２はラジアルキャン１７に取り付けられ固定されている。ステータ１３は固定キャン１４に取り付けられ、かつロータ１２に対向して配置されている。ラジアルキャン１７の中心には回転軸１５が、軸頭１１をラジアルキャン１７に接着して固定されている。ロータ１２には、突出電極が複数のステータ１３に対応して配置されており、ロータ１２は、ステータ１３に印加される静電力により吸引力と反発力とを受けて回転する。
【００３０】
固定キャン１４の内側には、１対の電極１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂからそれぞれ構成されるギャップ調整電極１８、１９、２０、２１が４対設けられている。さらに、ギャップ調整電極１８、１９、２０、２１を構成するそれぞれの１対の電極１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂの間には、センサー２２、２３、２４、２５が設けられている。このセンサー２２、２３、２４、２５は、本実施の形態では光学センサーを用いている。この光学センサーは反射光量を測定し、反射光量の増減によって距離を測定するものである。センサー２２、２３、２４、２５からの信号が、センサー回路２６に入力される。センサー回路２６で、それぞれのギャップの信号として処理した後に、これらの信号が制御部２７に入力される。制御部２７では、これらの信号を比較し、回転軸１５とそれぞれの位置におけるラジアルキャン１７とのギャップ量を求める。そして、これらのギャップ量が同一となるように、ギャップ調整電極１８、１９、２０、２１に印加する電圧を設定する。
【００３１】
ギャップ調整電極１８、１９、２０、２１のそれぞれの１対の電極１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂに、それぞれ正電圧と負電圧とを印加すると、これらの電極に対向するラジアルキャン１７の表面にそれぞれ逆の電荷が誘導される。これによって、ラジアルキャン１７は、ギャップ調整電極１８、１９、２０、２１にそれぞれ吸引される。この吸引力により一定のギャップを保持することができるが、ラジアルキャン１７はロータ１２と固定されて回転していることから、さらに以下のような作用を得ることができる。
【００３２】
すなわち、図３で示すように、ギャップ調整電極１８の１対の電極１８ａにより誘導されたラジアルキャン１７の表面の電荷は、すぐに１対の電極１８ｂの位置に移動する。この場合には、同極同士となるため反発する。また、このギャップ調整電極１８に対向する位置のギャップ調整電極２０においても、同様に同極同士となり反発力が生じる。したがって、ギャップ調整電極１８、２０においては、それぞれに吸引力または反発力が作用する。この作用により、ラジアルキャン１７は、固定キャン１４に対して一定のギャップを保持する。ギャップ調整電極１９、２１についても同様にすれば、これらギャップ調整電極１８、１９、２０、２１の全体により、それぞれのギャップを常に一定に保持する作用が得られる。この結果、ラジアルキャン１７が固定キャン１４やステータ１３に接触することを防止できる。
【００３３】
なお、この場合において、ギャップ調整電極１８の１対の電極１８ａ、に印加する電圧と、ギャップ調整電極２０の１対の電極２０ａに印加する電圧と、これらと対である１対の電極１８ｂおよび１対の電極２０ｂに印加する電圧を回転数に応じて一定時間遅延するようにしてもよい。これにより、より確実にギャップを調整できる。
【００３４】
なお、ギャップ調整電極１８、１９、２０、２１に対向するラジアルキャン１７の表面は誘電体で覆われている必要がある。しかし、ラジアルキャン１７の絶縁性が高いと、断続的駆動をするときに、誘起された電荷が消失しにくくなるため、電荷が適当に消失するようにある程度の導電性を持たせたほうがよい場合もある。
【００３５】
本実施の形態の静電モータ１０は、ロータ１２の回転が回転軸１５とスラスト軸受１６によって軸支されており、回転時の摩擦面は最小限に抑えられている。また、回転軸１５およびスラスト軸受１６は、例えばフッ素をドープしたＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）薄膜等の低摩擦係数の硬質膜によって覆われているので、非常に摩擦損失が小さく、かつ磨耗も少ない。
【００３６】
このように、本実施の形態の静電モータ１０は、ラジアルキャン１７と固定キャン１４との一定ギャップを確保することができるので、磨耗や摩擦等による機械的な損失を低減できる。この結果、駆動力を大きくでき、かつ長寿命の静電モータを実現できる。また、摺動面が回転軸１５とスラスト軸受１６だけなので、摩擦熱の発生も小さい。
【００３７】
なお、本実施の形態の静電モータ１０では、４個のギャップ調整電極１８、１９、２０、２１を設けたが、３個でもよい。あるいは、５個、６個等であってもよく、これらが回転軸１５に対して等角度で配置されていればよい。
【００３８】
さらに、本実施の形態では、センサー２２、２３、２４、２５を設けたが、初期に回転の変動とギャップ調整電極１８、１９、２０、２１に印加する電圧との関係を求めておき、補正方法を記憶させておけば、センサー２２、２３、２４、２５を設けなくても、一定のギャップを確保することもできる。
【００３９】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態のマイクロモータの構成を示す図で、（ａ）は中心軸を通る線で切断した断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿って紙面に垂直方向に切断して上面からみた図である。なお、本実施の形態においても、マイクロモータとして静電力を利用した静電モータを例として説明する。
【００４０】
本実施の形態の静電モータ３０は、ロータ３３と、ロータ３３に対向して配置されたステータ３１と、ステータ３１を固定した固定キャン３４と、ロータ３３を固定したラジアルキャン３２と、固定キャン３４の中心に形成し、固定キャン３４に接合された固定軸３６と、固定軸３６とラジアルキャン３２の間に設けられ、ラジアルキャン３２を軸支するスラスト軸受３７と、ラジアルキャン３２の内側面に対向する固定キャン３４の外側面に、４個が等角度で配置されたギャップ調整電極３９、４０、４１、４２とを備えている。なお、ギャップ調整電極３９、４０、４１、４２は、それぞれ１対の電極３９ａ、３９ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂから構成されている。
【００４１】
そして、ギャップ調整電極３９、４０、４１、４２を構成するそれぞれの１対の電極３９ａ、３９ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂに、それぞれ正電位および負電位を印加することで、１対の電極３９ａ、３９ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂと対向するラジアルキャン３２に電荷を誘起させ、この電荷により発生する静電力によりラジアルキャン３２と固定キャン３４との間隙を保持する構成からなる。
【００４２】
さらに、具体的にその構成を説明する。図４において、ロータ３３はラジアルキャン３２に取り付けられ固定されている。ステータ３１は固定キャン３４に取り付けられ、ロータ３３に対向して配置されている。固定キャン３４の中心には、固定軸３６が固定されており、ラジアルキャン３２をスラスト軸受３７で軸支している。このスラスト軸受３７は、固定軸３６の先端に、例えばタングステンとイリジュームの合金で作られた硬質材料が形成され、ラジアルキャン３２側にも同様の材料が形成されている。これにより、軽量で、かつ耐磨耗性および摩擦係数を小さくしている。
【００４３】
ラジアルキャン３２は、例えば樹脂を成型して形成することで軽量化している。このような構成からなる静電モータ３０の回転動作については、第１の実施の形態の静電モータ１０と同じであるので説明を省略する。
【００４４】
固定キャン３４の内側面には、１対の電極３９ａ、３９ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂによりそれぞれ構成される４対のギャップ調整電極３９、４０、４１、４２が固定軸３６を基準として等角度に配置されている。さらに、ギャップ調整電極３９、４０、４１、４２を構成するそれぞれ１対の電極３９ａ、３９ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂの間には、ギャップを計測するセンサー４３、４４、４５、４６が配置されている。このセンサー４３、４４、４５、４６により、それぞれのギャップを測定する。このセンサー４３、４４、４５、４６の動作については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。また、センサー４３、４４、４５、４６を用い、かつギャップ量が同一となるようにギャップ調整電極３９、４０、４１、４２に印加する電圧を設定する方法についても、第１の実施の形態と同様にすることができるので説明を省略する。なお、固定キャン３４は支持台３５に固定されている。
【００４５】
以上のように、本実施の形態の静電モータ３０は、ラジアルキャン３２と固定キャン３４との一定ギャップを確保することができるので、磨耗や摩擦等による機械的な損失を低減できる。この結果、駆動力を大きくでき、かつ長寿命の静電モータを実現できる。また、摺動面がスラスト軸受３７だけなので、摩擦熱の発生も小さい。
【００４６】
なお、本実施の形態の静電モータ３０では、４個のギャップ調整電極３９、４０、４１、４２を設けたが、３個でもよい。あるいは、５個、６個等であってもよく、これらが固定軸３６に対して等角度で配置されていればよい。
【００４７】
なお、本実施の形態では、センサー４３、４４、４５、４６を設けたが、初期に回転の変動とギャップ調整電極３９、４０、４１、４２に印加する電圧との関係を求めておき、補正方法を記憶させておけば、センサー４３、４４、４５、４６を設けなくても、一定のギャップを確保することもできる。
【００４８】
本実施の形態の静電モータ３０は、長寿命で、かつ高速回転も可能となる。また、慣性力が小さいため、オン、オフ動作時のずれが小さく、回転角の位置決めを精度よくできる。このため、プロジェクションディスプレイ等で用いられるミラー素子に本発明を適用すると、高速スイッチングが可能となる。
【００４９】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態にかかる静電モータ５０の構成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図である。なお、本実施の形態においても、マイクロモータが静電モータである場合について説明する。
【００５０】
本実施の形態の静電モータ５０は、ロータ５１と、ロータ５１に対向して配置されたステータ５４と、ロータ５１を固定したラジアルキャン５３と、ステータ５４を固定した固定キャン５５と、固定キャン５５の中心において、固定キャン５５に接合された固定軸５６と、固定軸５６とラジアルキャン５３の間に設けられ、ラジアルキャン５３を軸支するスラスト軸受５７と、ラジアルキャン５３の内側面に対向する位置の固定軸５６の外側面に、４個が等角度で配置され、１対の電極から構成されるギャップ調整電極５８とを備えている。なお、図５では、ギャップ調整電極５８は２個のみしか示していないが、４個がそれぞれ等角度となる位置に配置されている。
【００５１】
そして、ギャップ調整電極５８を構成するそれぞれの１対の電極に、それぞれ正電位および負電位を印加する。これにより、１対の電極と対向するラジアルキャン５３に電荷を誘起させ、電荷により発生する静電力によりラジアルキャン５３と固定キャン５５との間隙を保持する。
【００５２】
さらに、詳しく図５を用いて説明する。図５において、ロータ５１はラジアルキャン５３に取り付けられ固定されている。ロータ５１には、８個のロータ電極５２が形成されている。また、ステータ５４には、ロータ電極５２と対向して１２個のステータ電極が形成されている。それぞれのステータ電極に三相電圧を印加すると、各ロータ電極５２には電荷が誘起される。この電荷とステータ電極との間で生じる静電力により、各々反発力と吸引力が作用して、ロータ５１がラジアルキャン５３とともに回転する。
【００５３】
このラジアルキャン５３は、ステータ５４に固定された固定軸５６の先端のスラスト軸受５７で軸支されている。本実施の形態では、ラジアルキャン５３がアルミニウムで形成されているが、ギャップ調整電極５８と対向する面上には絶縁層６０が形成されている。
【００５４】
固定軸５６の周囲には、４対のギャップ調整電極５８が形成されており、それぞれのギャップ調整電極５８を構成する１対の電極の間に、ギャップを計測するセンサー５９が配置されている。このセンサー５９による情報をもとに、ギャップ調整電極５８に電圧を印加するが、この方法については第１の実施の形態で説明した方法を用いることができる。また、センサー５９を用い、かつギャップ量が同一となるようにギャップ調整電極５８に印加する電圧を設定する方法についても、第１の実施の形態と同様にすることができるので説明を省略する。この方法により、固定軸５６とラジアルキャン５３とのギャップを一定に保持し、ロータ５１を長期間安定して回転させることができる。
【００５５】
また、ラジアルキャン５３の揺動を抑制することもできるので、高精度の安定した回転も可能である。
【００５６】
なお、本実施の形態の静電モータ５０では、４個のギャップ調整電極５８を設けたが、３個でもよい。あるいは、５個、６個等であってもよく、これらが固定軸５６に対して等角度で配置されていればよい。
【００５７】
なお、本実施の形態では、センサー５９を４つ設けたが、初期に回転の変動とギャップ調整電極５８に印加する電圧との関係を求めておき、補正方法を記憶させておけば、センサー５９を設けなくても、一定のギャップを確保することもできる。
【００５８】
本実施の形態の静電モータ５０は、長寿命で、かつ高速回転も可能となる。また、慣性力が小さいため、オン、オフ動作時のずれが小さく、回転角の位置決めを精度よくできる。このため、プロジェクションディスプレイ等で用いられるミラー素子に本発明を適用すると、高速スイッチングが可能となる。
【００５９】
（第４の実施の形態）
図６は、本発明の第４の実施の形態にかかる静電モータ７０の構成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）はＤ−Ｄ線に沿って切断した断面図である。なお、本実施の形態においても、マイクロモータが静電モータである場合を例として説明する。
【００６０】
本実施の形態の静電モータ７０は、ロータ８０を構成するロータ電極７１と、ロータ８０のロータ電極７１に対向して配置されたステータ７４と、ロータ８０を固定したラジアルキャン７２と、ステータ７４を固定した固定キャン７３と、固定キャン７３の中心において、固定キャン７３に接合された固定軸７５と、固定軸７５とラジアルキャン７２の間に設けられ、ラジアルキャン７２を軸支するスラスト軸受７６と、ラジアルキャン７２の内側面に対向する位置の固定軸７５の外側面に、４個が等角度で配置された１対の電極から構成されるギャップ調整電極７７とを備えている。
【００６１】
そして、ギャップ調整電極７７を構成する１対の電極に、それぞれ正電位および負電位を印加することで、１対の電極と対向するラジアルキャン７２に電荷を誘起させ、この電荷により発生する静電力によりラジアルキャン７２と固定キャン７３との間隙を保持する。
【００６２】
さらに、本実施の形態の静電モータ７０は、ギャップ調整電極７７の断面形状が三角形状であり、ギャップ調整電極７７に対向するラジアルキャン７２がギャップ調整電極７７の面に対して一定のギャップを保持し、上記三角形状とは逆三角形状とされている。すなわち、ギャップ調整電極７７は、センサー７８を頂点として断面が三角形状であり、この三角形状に対応して一定のギャップを設けて、逆三角形状の絶縁層７９が設けられている。
【００６３】
さらに、具体的に図６を用いて説明する。図６において、８個のロータ電極７１はラジアルキャン７２に直接取り付けられ固定されている。ロータ電極７１と対向して、ステータ７４には１２個のステータ電極が形成されている。それぞれのステータ電極に位相の異なるパルス電圧を印加すると、各ロータ電極７１に電荷が誘起される。そして、ロータ電極７１とステータ電極との間で、各々反発力と吸引力とが作用し、ラジアルキャン７２が回転する。このラジアルキャン７２は、ステータ７４に固定された固定軸７５の先端のスラスト軸受７６で軸支されている。
【００６４】
ラジアルキャン７２は、例えば樹脂で形成されており、ギャップ調整電極７７と対向する面には、上記したように絶縁層７９が形成されている。固定軸７５の周囲には、１対の電極からなるギャップ調整電極７７が４個設けられている。また、それぞれのギャップ調整電極７７を構成する１対の電極の間には、ギャップを計測するセンサー７８が配置されている。このセンサー７８による情報をもとに、ギャップ調整電極７７を第１の実施の形態で説明した方法によって制御部で制御すれば、固定キャン７３の絶縁層７９とのギャップを一定に保持することができる。これにより、ラジアルキャン７２を高速で回転させることができる。
【００６５】
さらに、本実施の形態では、ギャップ調整電極７７と絶縁層７９とが対応する三角形状とされているので、スラスト方向の力とラジアル方向の力を受ける。これにより、ラジアルキャン７２が抜けることがなくなる。
【００６６】
なお、本実施の形態の静電モータ７０では、４個のギャップ調整電極７７を設けたが、３個でもよい。あるいは、５個、６個等であってもよく、これらが固定軸７５に対して等角度で配置されていればよい。
【００６７】
なお、本実施の形態では、センサー７８を４つ設けたが、初期に回転の変動とギャップ調整電極７７に印加する電圧との関係を求めておき、補正方法を記憶させておけば、センサー７８を設けなくても、一定のギャップを確保することもできる。
【００６８】
本実施の形態の静電モータ７０は、長寿命で、かつ高速回転も可能となる。また、慣性力が小さいため、オン、オフ動作時のずれが小さく、回転角の位置決めを精度よくできる。このため、プロジェクションディスプレイ等で用いられるミラー素子に本発明を適用すると、高速スイッチングが可能となる。
【００６９】
なお、第１の実施の形態から第４の実施の形態までにおいては、スラスト軸受をピボット軸受として図示したが、本発明はピボット軸受に限定されない。スラスト軸受の形態としては、永久磁石の反発を利用した軸軸受、静圧エアー軸受、固体潤滑軸受、真空中で有効なイオン注入による表面改質軸受等を用いることができる。さらに、第１の実施の形態から第４の実施の形態までにおいて、静電モータを例として説明したが、本発明はこれに限定されない。固定軸を有して回転する構成のモータであれば、同様に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明のマイクロモータは、静電力によりラジアルキャンと固定キャンとのギャップを一定に確保することができ、摩擦や磨耗を減らし、かつ高速で安定した回転が得られることから、回転駆動を必要とする機器、例えば投射型ディスプレイの駆動用のミラー等の駆動装置や半導体を冷却する微少ファンの駆動装置等の分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態にかかるマイクロモータの構成を説明するための概略の断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿って切断して上面からみた図
【図２】同実施の形態のマイクロモータのギャップ調整動作とその制御を説明するための図
【図３】同実施の形態のマイクロモータのギャップ調整動作において、電圧の印加によりラジアルキャンに発生する電位を説明するための部分図
【図４】（ａ）は本発明の第２の実施の形態のマイクロモータの構成を示す図で、中心軸を通る線で切断した断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿って紙面に垂直方向に切断して上面からみた図
【図５】（ａ）は本発明の第３の実施の形態にかかる静電モータの構成を示す正面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図
【図６】（ａ）は本発明の第４の実施の形態にかかる静電モータの構成を示す正面図、（ｂ）はＤ−Ｄ線に沿って切断した断面図
【図７】（ａ）は従来の静電モータの一例を示す平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った断面図
【符号の説明】
【００７２】
１０，３０，５０，７０    静電モータ（マイクロモータ）
１１    軸頭
１２，３３，５１，８０，１０４    ロータ
１３，３１，５４，７４，１０２    ステータ
１４，３４，５５，７３    固定キャン
１５    回転軸
１６，３７，５７，７６    スラスト軸受
１７，３２，５３，７２    ラジアルキャン
１８，１９，２０，２１，３９，４０，４１，４２，５８，７７    ギャップ調整電極
１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ，３９ａ，３９ｂ，４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ    １対の電極
２２，２３，２４，２５，４３，４４，４５，４６，５９，７８    センサー
２６    センサー回路
２７    制御部
３５    支持台
３６，５６，７５，１０５    固定軸
５２，７１，１０３，１０３ａ，１０３ｂ    ロータ電極
６０，７９    絶縁層
１０１，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ    ステータ電極
【図１】
2007151205.tif 000003
【図２】
2007151205.tif 000004
【図３】
2007151205.tif 000005
【図４】
2007151205.tif 000006
【図５】
2007151205.tif 000007
【図６】
2007151205.tif 000008
【図７】
2007151205.tif 000009