JPH05115182A - 静電モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】小形で高出力が得られるようにした静電モータ
を提供する。 【構成】内周上に複数の電極１ａを配列した円筒形の固
定子１と、該固定子の内径より小径な円柱状電極体２ａ
の周面に絶縁層２ｂを施した回転子２と、回転子に取付
けた撓み性のある出力軸３と、出力軸の両端を軸支した
軸受４，５とからなり、固定子の各電極に順次電圧を切
換え印加した際に固定子電極と回転子との間に働く静電
力により、回転子を固定子の内周面上に転動させながら
回転駆動させる静電モータにおいて、回転子の中央部に
出力軸との結合部２ｃを残して該結合部と回転子の両端
面との間に出力軸より径大な遊嵌穴２ｄを形成し、該遊
嵌穴の中を通して出力軸を回転子より引出して構成し、
回転子の回転駆動に必要な撓み性を与える出力軸の全長
を縮減してモータ全体の小形化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電力を利用して回転
出力を得る超小型静電モータの構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近では、マイクロ・メカトロニクスの
分野に適用するモータとして、ＩＣなどのマイクロ加工
技術を利用して製作する外径が数ミリ以下の超小型静電
モータの研究，開発が進められており、その概要が例え
ば静電気学会誌 第１４巻 第３号（１９９０年）の特
集解説「マイクロ静電モータ」（執筆者：藤田 博之）
などに紹介されている。

【０００３】次に、現在開発が進められている静電モー
タの従来構造を図２に示す。図において、１は固定子、
２は固定子１に挿入した回転子、３は回転子２に取付け
てその両端より引出した撓み性のある出力軸、４は出力
軸３の一端を軸支するピボット軸受、５は出力軸の出力
端側を軸支するラジアル軸受である。ここで、固定子１
は互いに電気絶縁して円周上に配列した複数個の電極１
ａを有する円筒体としてなる。一方、固定子２は、前記
固定子１の内径よりも小径な円柱状電極体２ａの周面を
絶縁層２ｂで被覆し構成されており、前記の出力軸３お
よび軸受４，５を介して固定子１の中心位置に軸支保持
されている。

【０００４】また、前記構成の静電モータの動作原理は
次の通りである。すなわち、、回転子２の電極体２ａを
接地した状態で、周上に並ぶ固定子電極１ａの一部を直
流電源６に接続して電圧を印加する（残りの固定子電極
は接地しておく）と、電圧を印加した固定子電極１ａと
回転子２との間には静電力が作用し、その静電力で撓み
性のある出力軸３が撓んで回転子２が固定子電極面に吸
引される。ここから、電圧を印加する固定子電極１ａを
順次隣の電極に切換え制御すると、回転子２が固定子１
の内周面上を転がりながら連続的に回転する。この場合
に、回転子２が固定子１の内周面に沿って一周したとき
の固定子１と回転子２との相対的な回転角度、つまり回
転子２の自転角度は固定子１の内周長と回転子２の外周
長との差に対応して減速される。なお、回転子２の回転
トルクは出力軸３を介して外部に取り出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した静
電モータでは、回転子２が固定子１の電極１ａに吸引さ
れてその内周面上を転動しながら偏心回転するために、
その回転運動に伴って軸受４，５に軸支されている出力
軸３は中心の回りで軸と直角方向に撓む。この場合の出
力軸３の撓み量は固定子１の内径と回転子２の外径との
径差分に相応する。しかして、固定子１と回転子２との
間に働く静電力の一部は出力軸３を撓ませる分に費やさ
れることから、大きなモータ出力を得るには出力軸３の
撓み応力をできる限り小さくすることが望まれる。

【０００６】一方、撓み量を一定とした場合に梁の撓み
応力は梁長の３乗に反比例することが一般に知られてい
ることから、前記の静電モータにおいて出力軸３の軸長
を長くすれば、出力軸３を撓ませるのに費やされる静電
力が少なくて済むので、その分だけモータ出力を高める
ことが可能である。しかして、図２に示した従来構造の
まま出力軸３の軸長、つまり軸受４と５の間の長さＬを
長くすると、モータ全体の長さ寸法が大形化するため、
マイクロメカトロニクスの分野に適用するモータとして
好ましくない。

【０００７】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は出力軸の全長を縮減した小形な構成
で高出力が得られるようにした静電モータを提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の静電モータにおいては、回転子に出力軸と
の結合部を残して該結合部と回転子の端面との間に出力
軸より径大な遊嵌穴を形成し、該遊嵌穴を通して出力軸
を回転子より引出して構成するものとする。また、前記
構成においては、回転子の軸方向の中央一部を出力軸と
の結合部として、該結合部の両側に遊嵌穴を形成して実
施するのがよく、さらに、回転子の遊嵌穴の穴径は、該
穴径と出力軸の軸径との径差が固定子の内径と回転子の
外径との径差よりも大となるように定めるものとする。

【０００９】

【作用】前記構成によれば、回転子に取付けた出力軸の
一部は回転子自身の内部に形成した遊嵌穴の中を通して
引出してあるので、撓み性に関与する出力軸の実効長は
回転子の両端から突き出した部分の軸長と遊嵌穴内に没
入した部分の軸長との合計となる。したがって、回転子
の両端から突き出す軸長、つまり軸受の間にまたがる出
力軸の長さ寸法を最小必要限に抑えつつ、出力軸に十分
な撓み性を与えてモータ出力を増大することができる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明実施例の構成図であり、図２に
対応する同一部材には同じ符号が付してある。すなわ
ち、図１の構造においては、まず回転子２に対し、その
軸方向の中央一部に出力軸３と嵌め合い結合する結合部
２ｃを残して、該結合部２ｃと回転子２の両端面との間
に出力軸３の軸径より径大な遊嵌穴２ｄが穿孔されてい
る。そして、出力軸３は前記の遊嵌穴２ｄを通じて回転
子２より引出し、その両端が軸受４，５に軸支されてい
る。なお、固定子１において、１ｂは固定子外筒、１ｃ
は固定子外筒１ｂと電極１ａとの間に介挿した絶縁層で
ある。

【００１１】また、前記遊嵌穴２ｄの穴径は、モータ運
転時に出力軸３が撓んだ際に軸が回転子２と触れること
のないように定めるものとし、具体的には遊嵌穴２ｄの
穴径と出力軸３の軸径との径差（半径方向の残余空隙）
が固定子１の内径と回転子２の外径との径差に相当する
出力軸の撓み量よりも大となるように設定する。例えば
外径３ｍｍの静電モータで、減速比を１００とすれば、
固定子１の内径と回転子２の外径との径差（半径）は１
５μｍとなる。したがって、モータ運転時における出力
軸３の撓み量で軸と回転子２とが接触しないようにする
には、遊嵌穴２ｄの穴径と出力軸３の軸径との径差を１
５μｍ以上に設定すればよいことが判る。

【００１２】かかる構成により、出力軸３の撓み性に関
与する実効長は、回転子２の結合部２ｃから軸受４，５
までの間の長さとなるので、これと同じ実効長を図２の
従来構造で設定したものと比べて回転子２の両端からの
軸の突き出し寸法が小さくて済み、これによりモータ全
体の長さ寸法を大幅に縮減できる。

【００１３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の構成によれ
ば、回転子に結合した出力軸について、回転子の両端か
ら突き出す軸長寸法を最小必要限に抑えてモータ全体の
小型化を図りつつ、しかも出力軸の撓み応力を低めて高
いモータ出力の得られる静電モータを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例による静電モータの構成図であ
り、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａ断
面図

【図２】従来における静電モータの基本構成図であり、
（ａ）はモータ全体の外形斜視図、（ｂ）は要部の横断
面図

【符号の説明】

１ 固定子 １ａ 電極 ２ 回転子 ２ａ 電極体 ２ｂ 絶縁層 ２ｃ 結合部 ２ｄ 遊嵌穴 ３ 出力軸 ４ ピボット軸受 ５ ラジアル軸受

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内周の周上に複数の電極を配列した円筒形
   の固定子と、該固定子の内径より小径な円柱状電極体を
   有し、かつその外周面に絶縁を施して固定子内に遊嵌し
   た回転子と、該回転子に取付けた撓み性のある出力軸
   と、該出力軸の両端を軸支した軸受とからなり、前記固
   定子の各電極に順次電圧を切換え印加し、固定子電極と
   回転子との間に働く静電力により回転子を回転駆動する
   静電モータにおいて、回転子に出力軸との結合部を残し
   て該結合部と回転子の端面との間に出力軸より径大な遊
   嵌穴を形成し、該遊嵌穴を通して出力軸を回転子より引
   出して構成したことを特徴とする静電モータ。
2. 【請求項２】請求項１記載の静電モータにおいて、回転
   子の軸方向の中央一部を出力軸との結合部として、該結
   合部の両側に遊嵌穴を形成したことを特徴とする静電モ
   ータ。
3. 【請求項３】請求項１記載の静電モータにおいて、遊嵌
   穴の穴径と出力軸の軸径との径差を固定子の内径と回転
   子の外径との径差よりも大に定めたことを特徴とする静
   電モータ。