JPH0520994B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体中の電荷を巧みに制御して駆動
トルクを発生させる半導体型静電モーターに関す
る。この半導体型静電モーターは制御回路を含む
電子回路部とステーターとを同一半導体集積回路
素子として構成する事ができ、電磁モーターや超
音波モーターと比較すると原理的に簡素且つ小型
な構造を有する。従つて、電子時計に組み込まれ
るモーターや微小角度制御を必要とする光関連部
品やサーボモーターに利用できる。又、電磁ノイ
ズや磁界が存在する環境下での使用に適してい
る。この半導体型静電モーターは半導体中の電荷
を制御して駆動トルクを得るという新たな原理に
基くものである。

〔発明の概要〕

本発明にかかる半導体型静電モーターは、半導
体中の電荷を巧み制御して得られたクーロン力に
より、ローターを回転させる方式のものである。
特に、半導体からなる複数のローターを同心的に
配列し複数の回転出力を得ている。

〔従来の技術〕

従来から電磁モーターや、誘電分極あるいはエ
レクトレツトを利用した静電モーターが知られて
いた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

(a) 小型の電磁モーターは例えば時計に搭載され
ている。電磁モーターは外部磁界の影響を受け
負荷に変動が生じ時計精度の低下をもたらすと
いう問題点がある。又、電磁式のサーボモータ
ーもその回転角や応答速度に対して外部磁界か
ら悪影響を受けるという問題点がある。

(b) 従来の電磁モーターにおいてローターを永久
磁石で構成した場合、質量が大きくなり慣性力
が増大するので、速度制御に対する応答性が悪
いという問題点がある。

(c) 従来の電磁モーターはコイルを必要とする
為、制御回路を含む電子回路部と結線をとる必
要があり、小型化に限界があるとともに製造コ
ストが高いという問題点がある。

(d) 従来の電磁モーターや静電モーターは集積化
する事が困難であり、半導体集積回路素子と一
体化する事が不可能であるという問題点があ
る。モーターと制御回路を含めた一素子として
システム化する事ができない。

(e) 従来の静電モーターはローター及びステータ
ーに誘電体からなる電極あるいはチヤンネルを
有していた。しかしながら、個々の電極もしく
はチヤンネルの境界構造を機能的に明確化する
事ができないという問題点があつた。

(f) 従来の電磁モーターや静電モーターではロー
ター軸及びステーター軸受けとして金属もしく
は絶縁材料を利用していた。しかしながら、こ
れらの材料ではモーター中に発生する電荷を効
率的に利用する事ができないという問題点があ
つた。

(g) 従来の電磁モーターや静電モーターの構造で
は、ローター軸とステーター軸受けとの摩擦係
数を低下させる為潤滑油を用いていた。しかし
ながら潤滑油は取り扱いに不便であるという問
題点があつた。

(h) 前述した様に電磁モーターは例えば腕時計に
用いられている。この場合、ローター軸に対し
て複数の歯車を連結し歯車軸に表示針を取り付
けていた。この為、全体の部品点数が100個近
くに及び、設計、品質、精度、コスト等の面で
様々な不都合があるという問題点があつた。

(i) 従来の電磁モーターや静電モーターでは同心
状に複数のローターを組み込む事が構造的に困
難であつた。従つて、針表示式の時計の様に、
同心状の軸から複数の回転出力を得る場合に適
していないという問題点があつた。

(j) 従来の静電モーターは誘電分極やエレクトレ
ツトを利用している為ローターとステーターと
の間で絶縁破壊が生じ易く寿命が短かいという
問題点があつた。又、変換効率が悪い為小型化
した場合実用的なレベルでの駆動トルクが得ら
れないという問題点があつた。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した従来の技術の問題点に鑑み、本発明は
寿命が長く小型化でき且つ高い駆動トルクが得ら
れる新規なモーターを提供する事を目的とする。
併せて、同心的に複数の回転出力が得られるモー
ターを提供する事を目的とする。かかる目的を達
成する為に以下に手段を講じた。即ち、本発明に
かかる半導体型静電モーターは、第１及び第２の
ローター３１，３２と、第１及び第２のステータ
ー２１，２２と、電圧印加手段１１，１２とを有
する。第１及び第２のローター３１，３２と、第
１及び第２のステーター２１，２２とは外周に極
を有し、少くとも一方が半導体からなる。第１の
ローター３１と第２のローター３２とは同軸状に
配置され、それぞれ第１のステーター２１と第２
のステーター２２とに対し間〓を介して対向して
回転可能に支持されている。電圧印加手段１１，
１２は第１及び第２のステーター２１，２２に電
圧を印加して駆動トルクを発生させる。

好ましくは、第１及び第２のローターは、ロー
ター軸が同心状に配置されている。さらに好まし
くは片方のローター軸５３の基端部に環状突起部
５２が形成されている。さらに好ましくは、前記
複数のローターの回転平面上に凸部６が形成され
ている。一層好ましくは、前記複数のローターの
ローター軸５１，５３、軸受け１１１，１１２、
及びローター軸と軸受け間のギヤツプ材７が、真
性半導体から構成されている。加えて、複数のロ
ーターの各々のローター軸に、表示針９，１０を
装着する事により極めて簡素化された時計装置が
得られる。

本発明の理解に供する為、その特徴事項を以下
箇条書きに列挙する。

(a) 本発明にかかる半導体型静電モーターは半導
体中の電荷を制御してクーロンカを誘起し駆動
トルクを得ている。従つて、磁界の影響を受け
ないという特徴がある。

(b) ローターの材質は例えばSiを主体として構成
できる。従来の電磁モーターのローター材料に
用いられたサマリウムコバルト等の重金属より
も軽量化でき慣性力を抑制できる。

(c) ステーターを半導体材料で構成する事により
半導体集積回路素子の一部として組み込む事が
できる。従つて、ステーターの電極の配線と周
辺回路構成とを同一の印刷技術を利用して実現
する事ができる。

(d) ローター及びステーターに形成された各チヤ
ンネルあるいは電極を間仕切りする為に、誘電
分極が起りにくく且つ仕事関数の大きい真性半
導体を用いる。

(e) ローターの軸やステーターに形成された軸受
け、ローター軸と軸受け間のギヤツプ材に、誘
電分極がしにくく且つ仕事関数の大きい真性半
導体を利用する事により変換効率を高めてい
る。

(f) ギヤツプ材として真球に近いミクロンメート
ルオーダーの超微粒子を用いる事により、ロー
ターとステーターの間隔を一定としつつ、転が
り摩擦でローター軸を支える事によりトルクロ
スを防いでいる。

(g) 本半導体型静電モーターの複数のローター軸
に各々直接表示針を取り付ける事により、腕時
計に利用した場合部品点数を20個以下に抑える
事ができる。

(h) 互いに同軸的に配列された一対のローターの
内、一方のローター軸の回転中心部をくり貫
き、他方のローター軸を挿通する同心構造とす
る事により、異なる回転出力を同時に得る事が
できる。

〔作用〕

本発明によれば、半導体型静電モーターは磁界
の影響を受ける事がない。又、速度応答性が改善
される。ステーターの製造が簡単となる。ロータ
ー及びステーター中に蓄えられる電荷を効率的に
利用する事ができる。ギヤツプを一定に制御する
事により、ローターとステーター間に作用するク
ーロン力の変動を抑えられる。半導体材料を用い
て構成する為生産性が飛躍的に向上する。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。第１図は本発明にかかる半導体型静電モータ
ーの一実施例を示し、その回転軸に沿つた縦断面
図である。１１は第１の半導体集積回路素子で、
モーター制御回路あるいは電圧印加手段を含む電
子回路部が形成されている。２１は一方のステー
ターであり半導体集積回路素子１１の一部に形成
されている。３１は一方のローターであり極ある
いはチヤンネル３１Ｃを備えるとともに対応する
ステーター２１と組を構成する。４は真性半導体
からなるスペーサーであり、半導体集積回路素子
１１に形成されたステーター２１に対してロータ
ー３１を組み込んだ後、半導体集積回路素子１１
に密着させる。この際真性半導体からなるロータ
ー軸５１をスペーサー４の中央開口に挿通させ
る。即ち、ステーター２１の形成された半導体集
積回路素子１１の凹部にローター３１を組み込
み、スペーサー４を蓋として取り付け第１のモー
ターが構成される。

３２は他方のローターでありチヤンネル３２Ｃ
あるいは極と筒状のローター軸５３とが設けられ
ている。ローター軸５３の基端部に設けられた環
状突起部５２は、スペーサー４の表面に設けられ
た軸受け１１２に嵌合する。この軸受け１１２は
第１のモーターとは反対側の面に設けられてい
る。筒状ローター軸５３の中に第１のモーターの
ローター軸５１が貫通し、同心状に筒状ローター
軸５３と整列する。１２は他方の半導体集積回路
素子で他方のステーター２２が設けられていると
ともに、モーター制御回路あるいは電圧印加手段
を含む電子回路部が形成されている。このステー
ター２２が形成された半導体集積回路素子１２を
ローター３２に重なる様に組み込みスペーサー４
に密着して第２のモーターを構成する。この様に
して、第１のモーターと第２のモーターが同心状
に整合し複数の回転出力を与える。

６は両ローターの回転平面に設けられた凸部で
あつて真性半導体からなりローターの一部を構成
する。このローター凸部はステーターに対するギ
ヤツプの制御とローターのがたつきを防止してい
る。加えてローター及びステーターに蓄積される
電荷の効率的な処理を可能にしている。７はギヤ
ツプ材であり、真性半導体からなる真球度の高い
超微粒子で構成されている。ギヤツプ材７は真性
半導体からなる軸受け部１１１ローター軸５１の
間、及び他の軸受け部１２と筒状ローター軸５３
の突起部５２との間に介在する。８はピンであ
り、第１のモーターと第２のモーターを組み立て
る時、寸法位置出し精度を確保する為に用いられ
る。さらに、一対の半導体集積回路素子１１及び
１２の電気的な接続端子も兼ねる。９は一方の表
示針であり、筒状のローター軸５３に取り付けら
れており、ローター３２の回転角度を示す。１０
は他方の表示針であり内側のローター軸５１に取
り付けられローター３１の回転角度を示す。

以上の様な構成により、第１のモーターと第２
のモーターを同心的に配置し且つ互いに独立して
回転駆動する事ができる。又、第１のモーターと
第２のモーターとを信号を介して互いに関連させ
ながら回転させる事もできる。なお、この実施例
では２個のローターが同心的に組み込まれていた
が、３個あるいは４個のローターを同心的に組み
込む事もできる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、半導体か
らなる複数のローターを同心的に組み込みその電
荷を制御する事により駆動力を得ているので、以
下に列挙する様々な効果が得られる。

一方のローター軸を筒状とする事により同心
的に回転する複数のモーターを一体的に構成す
る事ができ、複数の回転出力が得られるととも
に収納スペースを削減できるという効果があ
る。

かかるモーターの複数のローター軸に表示針
を取り付け回転角度表示を行なう事により、例
えば腕時計に利用した場合輪列が不要になると
いう効果がある。

ローター軸、軸受け、ギヤツプ材、ローター
回転面の凸部等を真性半導体により構成する事
で、電荷を効率的に利用する事ができるという
効果がある。

かかる構造を有する半導体型静電モーターを
例えば腕時計に利用した場合には、部品点数を
著しく削減できるとともに、品質、精度及びコ
ストの面で顕著な改善が得られるという効果が
ある。

半導体中の電荷を制御してクーロン力を得る
ので従来の誘電分極あるいはエレクトレツトを
利用した静電モーターに比べ著しくエネルギー
変換効率が向上するという効果がある。加え
て、従来問題となつていたギヤツプでの絶縁破
壊が防止でき長寿命化が図れるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる半導体型静電モーター
の一実施例を示し、モーターの回転中心に沿つて
切断された縦断面図である。 ４……スペーサー、６……ローター凸部、７…
…ギヤツプ材、８……ピン、９……表示針、１０
……表示針、１１……半導体集積回路素子、１２
……半導体集積回路素子、２１……ステーター、
２２……ステーター、３１……ローター、３２…
…ローター、５１……ローター軸、５２……突起
部、５３……ローター軸、１１１……軸受け、１
１２……軸受け。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１及び第２のローター３１，３２と、第１
   及び第２のステーター２１，２２と、電圧印加手
   段１１，１２とを有する半導体型静電モーターで
   あつて、 第１及び第２のローター３１，３２と、第１及
   び第２のステーター２１，２２とは外周に極を有
   し、少くとも一方が半導体からなり、 第１のローター３１と第２のローター３２とは
   同軸状に配置され、それぞれ第１のステーター２
   １と第２のステーター２２とに対し間〓を介して
   対向して回転可能に支持され、 電圧印加手段１１，１２は第１及び第２のステ
   ーター２１，２２に電圧を印加して駆動トルクを
   発生させるものである 半導体型静電モーター。 ２ 第１のローター３１と第２のローター３２と
   は、ローター軸５１，５３が同心状に配置された
   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。 ３ 一方のローター３２は、環状突起部５２がロ
   ーター軸５３の基端部に形成されたものである 特許請求の範囲第２項記載の半導体型静電モータ
   ー。 ４ 第１及び第２のローター３１，３２は、凸部
   ６がそれぞれの回転平面上に形成されているもの
   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。 ５ 第１及び第２のローター３１，３２は、表示
   針１０，９がそれぞれのローター軸５１，５３の
   一端部に取り付けられたものである 特許請求の範囲第１項記載の半導体型静電モータ
   ー。 ６ 第１及び第２のローター３１，３２は、ロー
   ター軸５１，５３と、軸受１１１，１１２と、ギ
   ヤツプ材７が真性半導体からなるものであり、 ギヤツプ材７は、ローター軸５１，５３の端部
   と軸受１１１，１１２の間に介在している 特許請求の範囲第１項記載の半導体型静電モータ
   ー。