JPH0638561A - 静電型マイクロウォブルモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウォブルモータの持つ低速高トルクという特
徴を活かし、最適形状をめざした自由な設計が可能であ
り、かつＩＣ製造方法を利用することによる小型軽量化
や量産性、信頼性の高さを保持しつつ、マイクロマシン
の駆動源となり得る静電駆動型のマイクロウォブルモー
タを提供する。 【構成】 円周状に配置された複数の電極１３ａ〜１３
ｈと、これらの電極の内側に位置し、内周には内歯歯車
を形成した円環形状のロータ１２と、このロータのさら
に内側に位置し、外周にはロータ内周の内歯歯車に歯合
する歯車を形成し、かつ電極と同芯に回動自在な状態で
支持された出力ギア１１とからなり、電極１３ａ〜１３
ｈの内直径と前記ロータ１２の外直径との差が、ロータ
内周の内歯歯車のピッチ円直径と出力ギア１１外周の歯
車のピッチ円直径との差に等しい静電駆動型のマイクロ
ウォブルモータであり、励起された電極に吸引されて公
転及び自転するロータの回転成分をすべて出力ギアの自
転成分に伝達して、この出力ギアからモータの出力を得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばエッチングやリ
ソグラフィなどのＩＣ製造方法によって製作される静電
型マイクロウォブルモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の静電型マイクロウォブルモータと
しては、例えば Ｍｅｈｒｅｇａｎｙらの論文（”Ｏｐ
ｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅ
ｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ａｎｄ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｓ
ｉｄｅ−ｄｒｉｖｅ ｍｏｔｏｒｓ”，ｉｎ Ｐｒｏｃ
ｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ＩＥＥＥ
Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ
ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ， Ｎａｐａ
Ｖａｌｌｅｙ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ， ＵＳＡ，
Ｆｅｂｒｕａｒｙ １１−１４， １９９０， ｐｐ．
１−８．）に示されている。

【０００３】図５はこの従来の静電型マイクロウォブル
モータの構成を模式的に示した平面図を示し、第６図に
同静電型マイクロウォブルモータの断面図を示す。

【０００４】図５及び図６において１はベアリング、２
は外径１００μｍ程度のロータ、また３ａ〜３ｈがロー
タ２の周囲に円周状に設けられた８個の電極（論文で紹
介されているモータの写真には１２個の電極が見られ
る）である。これらの電極３ａ〜３ｈには、図は省略す
るが電源よりそれぞれ配線がなされており、任意に選択
して電圧を印加することができる。

【０００５】図に示すようにロータ２が円環形状をな
し、その内周とベアリング１との間にはクリアランスＣ
が設けられているので、通常のモータとは異なり、ロー
タ２がベアリング１に軸支されて回動するという動作に
はならない。すなわち、電極３ａ〜３ｈへの電圧の印加
にともない、ロータ２は励起された電極３ａ〜３ｈに順
次吸引されながら公転することになる。しかし、同時に
ロータ２とベアリング１とが接点２ａの部分でころがり
接触をしながら移動するため、ベアリング１の外周とロ
ータ２の内周との差の分だけロータ２が自転する。この
動作に関しては後に詳述する。

【０００６】ロータ２はベアリング１のフランジ１ａに
よって、ベアリング１から抜けないように支持されてい
る。また、電極３ａ〜３ｈ（図は３ａ、３ｅのみ示して
いる）とロータ２とはほぼ同じ高さになっているが、ロ
ータ２の下面には環状ではなくポイント的に設けられた
複数の突起２ｂがあり、シールド層４上をスライドして
電気的な接触を得るように構成されている。

【０００７】図７（ａ）〜（ｅ）はこの静電型マイクロ
ウォブルモータの製作工程図を示しているが、製作には
エッチングやリソグラフィなどの一般的なＩＣ製造方法
が用いられている。以下、工程図にしたがって簡単に製
作方法を説明する。

【０００８】（ａ）シリコン基板５の上に、熱成長させ
た１μｍ厚の酸化膜及びＬＰＣＶＤで堆積させた１μｍ
厚の窒化シリコン層とを重ねることによって絶縁層６を
形成する。

【０００９】この上に、リンを十分に拡散させた３５０
０Å厚のＬＰＣＶＤ多結晶シリコン薄膜を形成し、パタ
ーンニングを行なって電気的なシールド層４とする。

【００１０】さらに第１の犠牲層となる２．２μｍ厚の
低温酸化（ＬＴＯ）膜７を堆積させ、電極３ａ〜３ｈの
固定部７ａとロータ２の突起２ｂを形成する凹部７ｂの
ためのパターニングを２段階に分けて行なう。

【００１１】（ｂ）リンを十分に拡散させた２．５μｍ
厚のＬＰＣＶＤ多結晶シリコン層を堆積させ、反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）を用いて図５及び図６に示す
ロータ２、電極３ａ〜３ｈ（図示は３ａ、３ｅのみ）を
形成する。図のように電極３ａ〜３ｈはシリコン基板５
上に固定され、ロータ２には複数の突起２ｂが形成され
る。

【００１２】この多結晶シリコン層のＲＩＥ用のマスク
としてはパターンニングされた熱酸化膜を用いるため、
この段階でロータ２や電極３ａ〜３ｈの厚みは２．２μ
ｍ程度になっている。

【００１３】（ｃ）約０．３μｍ厚の第２の犠牲層とな
るＬＴＯ膜８を堆積させ、ベアリング１とロータ２のク
リアランスＣを確保するとともに、ベアリング１の固定
部８ａをパターンニングする。なお、このベアリング１
の直径は約３６μｍであるが、ここで用いているプロセ
ス上の制約から２６μｍが最小値とされている。

【００１４】（ｄ）リンを十分に拡散させた１μｍ厚の
ＬＰＣＶＤ多結晶シリコン層を堆積させ、フランジ１を
備えたベアリング１を形成する。

【００１５】（ｅ）第１及び第２の犠牲層であるＬＴＯ
膜７及び８を緩衝フッ酸（ＨＦ）で溶解し、ロータ２を
完全にリリースすることにより図６に示すような構成が
完成する。

【００１６】以上のように構成された従来の静電型マイ
クロウォブルモータにおいて、以下その動作について図
５を用いて説明を行なうが、前述のように、ロータ２は
ベアリング１に軸支されて回動するのではなく、励起さ
れた電極３ａ〜３ｈに順次吸引されながら公転し、同時
に接点２ａでころがり接触をしながらベアリング１の外
周とロータ２の内周との差の分だけ自転するのである。

【００１７】すなわち、図のＸ方向に電極３ａ、次に電
極３ｂ、電極３ｃというように順番に励起して行くもの
とすると、まず、図に示すようにロータ２は励起された
電極３ａに吸引された状態になる。そして次には励起さ
れた電極３ｂに吸引され、その次には電極３ｃに吸引さ
れ、という具合に作動するため、ロータ２も図のＸ方向
に公転することになる。

【００１８】ここで、ロータ２とベアリング１とのクリ
アランスＣが、ロータ２と電極３ａ〜３ｈとのギャップ
Ｇより小さく設定されているので、ロータ２がベアリン
グ１と接触して接点２ａが生じる。なお、ロータ２と電
極３ａ〜３ｈとのギャップは正しくは図のＧ＋Ｅに相当
するが、このＥはモータのトルクを生み出す実効ギャッ
プ長を意味しており、モータの構成から必然的に Ｅ＝Ｇ−Ｃ＞０ となる（電極３ｅを励起した状態を想定すれば明白であ
る）。この実効ギャップ長Ｅの値は可能な限り小さく設
定するため、便宜上ロータ２と電極３ａ〜３ｈとのギャ
ップとしてＧで取り扱う。

【００１９】さて、ロータ２のＸ方向への公転にともな
って接点２ａも同様にＸ方向に移動するが、この時ベア
リング１が固定されているため、ロータ２が自転しなけ
れば接点２ａの部分でベアリング１の外周とロータ２の
内周との差の分滑りを生じることになる。しかし、ロー
タ２にはベアリング１を押圧する方向に吸引力が働いて
おり、実際には接点２ａでの滑りがほとんど生じない。

【００２０】従ってロータ２は、電極３ａ〜３ｈへの印
加電圧の回転方向（Ｘ方向）と同じ方向への公転にとも
ない、同じ方向（図のＹ方向）にベアリング１の外周と
ロータ２の内周の差に相当する分だけ自転することにな
る。もちろん接点２ａはころがり接触をしながらＸ方向
に移動する。

【００２１】この静電型マイクロウォブルモータの特徴
は、ロータ２の自転の回転周波数がベアリング１の外径
Ｂとロータ２の内径Ｒとによって決定され、通常のモー
タに比べて入力電圧の回転周波数Ｆ（この例で言えば電
極３ａ〜３ｈへ印加される電圧の物理的な回転周波数）
に対して、著しくロータ２の自転の回転周波数Ｓが小さ
くなることにある。

【００２２】ロータ２の公転の回転周波数が入力電圧の
回転周波数Ｆに等しい場合、ロータ２の自転の回転周波
数Ｓは Ｓ＝Ｆ×（Ｒ−Ｂ）／Ｒ＝Ｆ×Ｃ／Ｒ で表わされ、通常のモータに比べれば回転数がＳ／Ｆ、
すなわちＣ／Ｒになるため、逆にトルクはＲ／Ｃ倍に増
大する。しかも、クリアランスＣを小さくすることによ
り、接点２ａでの滑りをなくし、かつ公転によるロータ
２の揺動を抑えるのにも都合がよい、という利点も合わ
せ持っている。

【００２３】この結果、特に減速手段などを用いずに低
速高トルクのモータが構成できることになり、マイクロ
マシンの駆動源などに利用できるのではないかという期
待が大きい。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記のよ
うな構成では、ロータ２を回転させることはできるが、
その回転駆動力を外部に取り出す方法がない。しかも、
ロータ２は通常のモータと違って公転と自転が並存して
おり、かつその自転成分のみを出力とすることが望まれ
るので、ロータ２から直接出力を得ることが困難であ
る。それも、平面構造を基本としたＩＣ製造方法を用い
ることによる、小型軽量化や量産性、信頼性の高さを活
かせる方法が見あたらない。また、モータの特性に影響
の大きいロータ２とベアリング１のクリアランスＣが基
本的に犠牲層の厚みで決ってしまうので、設計上の自由
度が少なくなり最適形状を得にくいという課題を有して
いた。

【００２５】本発明はかかる点に鑑み、ＩＣ製造方法で
の製作と自由な設計が可能で、マイクロマシンの駆動源
となり得る静電型マイクロウォブルモータを提供するこ
とを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明は、円周状に配置された複数の電極と、こ
れらの電極の内側に位置し、内周には内歯歯車を形成し
た円環形状のロータと、このロータのさらに内側に位置
し、外周にはロータ内周の内歯歯車に歯合する歯車を形
成し、かつ電極と同芯に回動自在な状態で支持された出
力ギアとからなり、電極の内直径とロータの外直径との
差が、ロータ内周の内歯歯車のピッチ円直径と出力ギア
外周の歯車のピッチ円直径との差に等しい静電型マイク
ロウォブルモータである。

【００２７】

【作用】本発明は前記した構成の特徴により、励起され
た電極に吸引されて公転及び自転するロータの内歯歯車
と、固定軸に軸支された出力ギアとが常に良好な状態で
歯合することになり、ロータの公転及び自転成分をすべ
て出力ギアの自転成分に伝達することができるので、こ
の出力ギアからモータの出力を直接得ることが容易で、
ウォブルモータの持つ低速高トルクという特徴を活かす
ことができる。また、各要素が平面的に構成されてお
り、犠牲層の厚みでモータの特性が左右されることがな
く最適形状をめざした自由な設計が可能であり、かつＩ
Ｃ製造方法によって容易に製作できるので、小型軽量化
や量産性、信頼性の高さを保持しつつ、マイクロマシン
の駆動源となり得る静電型マイクロウォブルモータを提
供することができる。

【００２８】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例における静電型
マイクロウォブルモータの構成を模式的に示した平面図
を示し、図２に同静電型マイクロウォブルモータの断面
図を示す。

【００２９】図１及び図２において１０はベアリング、
１１が出力ギア、１２は外径１００μｍ程度のロータ、
また１３ａ〜１３ｈがロータ１２の周囲に円周状に設け
られた８個の電極である。これらの電極１３ａ〜１３ｈ
には、従来例と同様に図は省略するが電源よりそれぞれ
配線がなされており、任意に選択して電圧を印加するこ
とができる。

【００３０】図に示すようにロータ１２は従来例よりや
や細い円環形状をなし、その外周に絶縁膜１２ｄ、内周
には内歯歯車であるギア１２ｃが形成されている。そし
てこのギア１２ｃが、出力ギア１１の外周に形成された
ギア１１ｃと歯合している。ただし、図２はすべて離間
した状態を示している。これに対して出力ギア１１はベ
アリング１０に軸支されて自由に回動することができ
る。

【００３１】そして従来例と同様に、電極１３ａ〜１３
ｈへの電圧の印加にともない、ロータ１２は励起された
電極１３ａ〜１３ｈに順次吸引されながら公転すること
になる。しかし、同時にロータ１２と電極１３ａ〜１３
ｈとが接点１２ａの部分でころがり接触をしながら移動
するため、電極１３ａ〜１３ｈの内周とロータ１２の外
周との差の分だけロータ１２が自転する。ただし、この
自転の方向は従来例とは逆方向になるが、この動作に関
しては後に詳述する。

【００３２】出力ギア１１は、ベアリング１０のフラン
ジ１０ａによってベアリング１０から抜けないように支
持されており、ロータ１２も同様に、出力ギア１１のフ
ランジ１１ａによって保持されている。ここでロータ１
２を電極１３ａ〜１３ｈによって保持することも可能で
あるが、ロータ１２に上向きの吸引力が作用しない方が
好ましいため、図２に示す構成を選択している。

【００３３】また、電極１３ａ〜１３ｈ（図は１３ａ、
１３ｅのみ示している）とロータ１２及び出力ギア１１
とはほぼ同じ高さになっているが、従来例と同様にロー
タ１２の下面には複数の突起１２ｂが、また出力ギア１
１の下面にも複数の突起１１ｂが設けられ、シールド層
１４上をスライドして電気的な接触を得るように構成さ
れている。そして、前述のようにロータ１２の外周には
絶縁膜１２ｄが設けられ、電極１３ａ〜１３ｈ（図は１
３ａ、１３ｅのみ）と直接電気的な接触をしないように
構成されている。

【００３４】図３（ａ）〜（ｆ）はこの静電型マイクロ
ウォブルモータの製作工程図を示しているが、製作には
エッチングやリソグラフィなどの一般的なＩＣ製造方法
が用いられている。従来例に比較すると少し工程が複雑
になるが、以下、工程図にしたがって簡単に製作方法を
説明する。

【００３５】（ａ）シリコン基板１５の上に、熱成長さ
せた１μｍ厚の酸化膜及びＬＰＣＶＤで堆積させた１μ
ｍ厚の窒化シリコン層とを重ねることによって絶縁層１
６を形成する。

【００３６】この上に、リンを十分に拡散させた３５０
０Å厚のＬＰＣＶＤ多結晶シリコン薄膜を形成し、パタ
ーンニングを行なって電気的なシールド層１４とする。

【００３７】さらに第１の犠牲層となる２．２μｍ厚の
低温酸化（ＬＴＯ）膜１７を堆積させ、電極１３ａ〜１
３ｈの固定部１７ａとロータ１２の突起１２ｂ及び出力
ギア１１の突起１１ｂを形成する凹部１７ｂ、１７ｃの
ためのパターニングを２段階に分けて行なう。

【００３８】（ｂ）リンを十分に拡散させた２．５μｍ
厚のＬＰＣＶＤ多結晶シリコン層を堆積させ、反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）を用いて、第１及び図２に示
すロータ１２、電極１３ａ〜１３ｈ（図示は１３ａ、１
３ｅのみ）と出力ギア１１の下半分を形成する。もちろ
ん、出力ギア１１の外周にギア１１ｃ、ロータ１２の内
周にギア１２ｃがそれぞれ形成されており、図のように
電極１３ａ〜１３ｈはシリコン基板１５上に固定され、
ロータ１２、出力ギア１１にはそれぞれ複数の突起１２
ｂ、１１ｂが形成される。

【００３９】この多結晶シリコン層のＲＩＥ用のマスク
としてはパターンニングされた熱酸化膜を用いるため、
この段階で出力ギア１１やロータ１２、及び電極１３ａ
〜１３ｈの厚みは２．２μｍ程度になっている。

【００４０】またロータ１２の外径は、後の工程で形成
される絶縁膜１２ｄの分だけ小さく設定されている。

【００４１】（ｃ）０．１μｍの熱酸化膜とその上に
０．３４μｍ厚の窒化シリコン層を堆積させ、ロータ１
２の外周に絶縁膜１２ｄを形成するようにパターンニン
グする。ロータ１２の外径と電極１３ａ〜１３ｈのクリ
アランスはこの段階で図１に示すようにＰとなる。

【００４２】（ｄ）約０．３μｍ厚の第２の犠牲層とな
るＬＴＯ膜１８を堆積させ、ベアリング１０と出力ギア
１１のすき間を確保するとともに、ベアリング１０の固
定部１８ａ及び出力ギア１１の上部にフランジ１１ｂを
形成するための環状凹部１８ｂをパターンニングする。
なおベアリング１０の直径は、従来例よりやや小さく３
０μｍ程度である。

【００４３】（ｅ）リンを十分に拡散させた１μｍ厚の
ＬＰＣＶＤ多結晶シリコン層を堆積させ、ベアリング１
０及び出力ギア１１のフランジ１１ｂを形を形成する。
フランジ１０ａも同時に形成される。

【００４４】（ｆ）最後に第１及び第２の犠牲層である
ＬＴＯ膜１７及び１８を緩衝フッ酸（ＨＦ）で溶解し、
出力ギア１１とロータ１２をそれぞれ完全にリリースす
ることにより図２に示すような構成が完成する。

【００４５】以上のように構成されたこの実施例の静電
型マイクロウォブルモータにおいて、以下その動作につ
いて図１を用いて説明を行なうが、前述のように、ロー
タ１２の内周に内歯歯車であるギア１２ｃが形成されて
おり、このギア１２ｃが、出力ギア１１の外周に形成さ
れたギア１１ｃと歯合している。出力ギア１１はベアリ
ング１０に軸支されて回動するが、電極１３ａ〜１３ｈ
への電圧の印加にともない、ロータ１２は励起された電
極１３ａ〜１３ｈに順次吸引されながら公転することに
なるのである。

【００４６】ここで従来例と違うところは、ロータ１２
が、出力ギア１１ではなく電極１３ａ〜１３ｈと、絶縁
膜１２ｄを介して接触するように設定されている点であ
る。従って、ロータ１２と電極１３ａ〜１３ｈとの間に
接点１２ａが生じる。この接点１２ａにおいては、従来
例と同様にころがり接触をすることになるため、結果的
に電極１３ａ〜１３ｈの内周とロータ１２の外周との差
の分だけロータ１２が自転する。

【００４７】すなわち、図のＫ方向に電極１３ａから１
３ｂ、１３ｃというように順に励起して行くものとする
と、まず、図に示すようにロータ１２は励起された電極
１３ａに吸引された状態になる。そして、次に励起され
た電極１３ｂに吸引され、その次には電極１３ｃに吸引
され、という具合に作動するため、ロータ１２も図のＫ
方向に公転することになる。ここまでは従来例と変わら
ない。

【００４８】しかし、ロータ１２と電極１３ａ〜１３ｈ
とのクリアランスＰは１μｍ程度と極めて小さく設定
（図では実際より大きく示している）されているが、こ
のクリアランスＰと、出力ギア１１及びロータ１２のそ
れぞれのギア１１ｃ、１２ｃのピッチ円直径Ｈ及びＪの
差Ｔとが等しく設定されている。従ってロータ１２が公
転する際は、常にロータ１２の絶縁膜１２ｄが電極１３
ａ〜１３ｈと接触して接点１２ａが生じ、かつギア１１
ｃ、１２ｃが正常に歯合する。

【００４９】さて、ロータ１２の公転にともなって接点
１２ａも図のＫ方向に移動するが、この時電極１３ａ〜
１３ｈが固定されているため、ロータ１２が自転しなけ
れば接点１２ａの部分で電極１３ａ〜１３ｈの内周とロ
ータ１２の外周との差の分滑りを生じることになる。し
かし、ロータ１２には電極１３ａ〜１３ｈを押圧する方
向に吸引力が働いており、実際には接点１２ａで滑りが
ほとんど生じない。

【００５０】従ってロータ１２は、電極１３ａ〜１３ｈ
への印加電圧の回転方向（Ｋ方向）と同じ方向への公転
にともない、今度は逆にＬ方向に電極１３ａ〜１３ｈの
内周とロータ１２の外周との差に相当する分だけ自転す
ることになる。もちろん接点１２ａはころがり接触をし
ながら移動するのであり、その方向は前述のようにＫ方
向となる。

【００５１】これらのロータ１２の公転成分と自転成分
は、ギア１２ｃ、１１ｃを介して出力ギア１１に伝達さ
れる。出力ギア１１がベアリング１０に軸支されている
ので、ロータ１２と出力ギア１１とは、ベアリング１０
及び電極１３ａ〜１３ｈの中心に対して常に接点１２ａ
と対称の位置で歯合し、それぞれのギア１２ｃ及び１１
ｃとのギア比に相当する速度差を持って回転する。ただ
し、ロータ１２が公転と自転を同時にしているので、出
力ギア１１の回転数の計算が少し複雑になる。

【００５２】本実施例の静電型マイクロウォブルモータ
の特徴は、出力ギア１１の回転周波数が電極１３ａ〜１
３ｈの内径Ａとロータ１２の外径Ｄ及びギア１２ｃとギ
ア１１ｃのそれぞれのピッチ円直径Ｈ及びＪによって決
定し、従来例と同様に、通常のモータに比べて入力電圧
の回転周波数Ｆ（本実施例で言えば電極１３ａ〜１３ｈ
へ印加される電圧の物理的な回転周波数）に対して、著
しくロータ１２の自転の回転周波数Ｑが小さくなること
にある。

【００５３】ロータ１２の公転の回転周波数が入力電圧
の回転周波数Ｆに等しい場合、ロータ１２の自転の回転
周波数Ｑは、 Ｑ＝−Ｆ×（Ａ−Ｄ）／Ｄ＝−Ｆ×Ｐ／Ｄ で表わされる。これは前述のように公転と逆方向への回
転であるので、マイナス符号をつけている。

【００５４】一方、出力ギア１１の回転は、ロータ１２
の公転と自転の双方によって影響を受け、歯合するギア
１２ｃ及び１１ｃの各ピッチ円直径Ｈ及びＪよって回転
周波数が決定される。

【００５５】まず、ロータ１２の公転による出力ギア１
１の回転周波数成分Ｖは、出力ギア１１が固定されてい
ないことから、ロータ１２の公転の回転周波数がＦであ
れば、従来例の考え方を発展させると、 Ｖ＝−Ｆ×（Ｈ−Ｊ）／Ｊ＝−Ｆ×Ｔ／Ｊ となる。

【００５６】また、ロータ１２の自転による出力ギア１
１の回転周波数成分Ｗは、そのままギア比で計算できる
ので、ロータ１２の自転の回転周波数がＱなら、 Ｗ＝Ｑ×Ｈ／Ｊ となり、当然ではあるが、回転方向が同じで若干回転周
波数が高くなる。

【００５７】これらから、最終的な出力ギア１１の回転
周波数Ｍは、入力電圧の回転周波数Ｆにロータ１２の公
転の回転周波数が等しい場合、 Ｍ＝Ｖ＋Ｗ＝−Ｆ×Ｔ／Ｊ＋Ｑ×Ｈ／Ｊ＝−Ｆ×（Ｔ＋Ｈ×Ｐ／Ｄ）／Ｊ であるが、Ｔ＝Ｐなので結局、 Ｍ＝−Ｆ×Ｔ／Ｊ×（１＋Ｈ／Ｄ） となる。

【００５８】この結果、回転方向がロータ１２の自転と
同じ方向であるＮ方向になって、通常のモータに比べれ
ばＭ／Ｆ、すなわち回転周波数がＴ／Ｊ×（１＋Ｈ／
Ｄ）になる。従って、この時のトルクはＪ／（Ｔ×（１
＋Ｈ／Ｄ））倍となることがわかる。

【００５９】前述のようにロータ１２は従来例より細め
に設定されているので、ほぼ同一の大きさのモータを想
定すれば、Ｔ／Ｊは従来例のＣ／Ｒと同等か若しくはや
や小さめの値になることが予想される。ただし、Ｊの値
を大きく設定すればＨ／Ｄが１に近づいて行くため、出
力ギア１１の回転周波数Ｍは、従来例のロータ２の自転
の回転周波数Ｓより数１０パーセント高くなる。

【００６０】このように本実施例では、モータの回転駆
動力を、ロータ１２の回転を出力ギア１１を介して外部
に取り出す構成になる。ロータ１２は公転と自転が並存
しているが、出力ギア１１は通常の軸を中心にした回転
をしているだけなので、ＩＣ製造方法を用いた機構でも
容易に出力を得ることができる。しかも、犠牲層の厚み
がモータの特性を左右することもないので、製造プロセ
スに捕らわれない最適形状をめざした自由な設計が可能
であり、静電型マイクロウォブルモータの持つ低速高ト
ルクという特徴を最大限に活かすことが可能である。

【００６１】なお、本実施例においては、ベアリング１
０がシャフト形状であり、出力ギア１１の中心に形成さ
れた孔に係合して軸支する構成を示したが、もちろんこ
の限りではなく、出力ギア１１の中心にシャフトを形成
し、ベアリング１０若しくはシリコン基板１５自体に軸
受けとなる孔を形成して軸支する構成も考えられる。

【００６２】以下、本発明の第２の実施例である静電型
マイクロウォブルモータの構成について図を用いて簡単
に説明する。

【００６３】図４は、同静電型マイクロウォブルモータ
の断面図を示しているが、第１の実施例と異なるのは出
力ギア１１に相当する部材が外部部材の一部に形成され
ており、モータ内に挿入されていることである。

【００６４】図において、電極１３ａ〜１３ｈとロータ
１２の構成及び製作方法は第１の実施例と同じである。
ただし、出力ギア１１及びベアリング１０の位置してい
た部分に出力軸２０がモータ形成後に外部から挿入され
る。出力軸２０の直径は小さくすることが可能であるた
め、ロータ１２を従来例程度に太い円環形状とすること
ができ、出力軸２０の回転数を低く抑えることに役立
つ。

【００６５】出力軸２０にはロータ１２を保持するフラ
ンジ２０ａ、回転中心付近に配された１つの突起２０
ｂ、そしてロータ１２のギア１２ｃと歯合するギア２０
ｃがそれぞれ設けられいる。出力軸２０自体は、図には
示さないが、外部で回動自在に保持されている。

【００６６】この実施例の動作に関しては第１の実施例
と同じである。従って、回転周波数やトルクの計算も同
様であり、特に説明はしない。

【００６７】しかし、外部部材である出力軸２０がその
ままモータの構成要素になっているため、トルクの伝達
ロスが非常に少ない、きわめて効率の高いマイクロマシ
ンの駆動源となり得る静電型マイクロウォブルモータが
得られることになる。そしてもちろん、出力軸２０以外
はＩＣ製造方法を利用して製作することができ、この点
でも第１の実施例と遜色のないものである。

【００６８】

【発明の効果】本発明の構成によれば、公転及び自転す
るロータのトルクをすべて出力ギアの自転成分に伝達し
て、モータの出力を容易に得ることができるので、ウォ
ブルモータの持つ低速高トルクという特徴を活かしてマ
イクロマシンの駆動源となり得る静電型マイクロウォブ
ルモータを提供することができ、最適形状をめざした自
由な設計が可能であり、かつＩＣ製造方法を用いること
によって、小型軽量化や量産性、高信頼性をはかること
も可能であるため、その工業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電型マイクロウォブルモータの第１
の実施例の構成を模式的に示した平面図

【図２】同実施例における断面図

【図３】同実施例の製作工程図

【図４】本発明の静電型マイクロウォブルモータの第２
の実施例の断面図

【図５】従来の静電型マイクロウォブルモータの構成を
模式的に示した平面図

【図６】同従来例における断面図

【図７】同従来例の製作工程図

【符号の説明】

１０ ベアリング １０ａ、１１ａ、２０ａ フランジ １１ 出力ギア １１ｃ、１２ｃ、２０ｃ ギア １２ ロータ １２ｄ 絶縁膜 １３ａ〜１３ｈ 電極 ２０ 出力軸

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円周状に配置された複数の電極と、これら
   の電極の内側に位置し、内周には内歯歯車を形成した円
   環形状のロータと、このロータのさらに内側に位置し、
   外周には前記ロータ内周の内歯歯車に歯合する歯車を形
   成し、かつ前記電極と同芯に回動自在な状態で支持され
   た出力ギアとからなり、前記電極の内直径と前記ロータ
   の外直径との差が、前記ロータ内周の内歯歯車のピッチ
   円直径と前記出力ギア外周の歯車のピッチ円直径との差
   に等しいことを特徴とする静電型マイクロウォブルモー
   タ。
2. 【請求項２】出力ギアが固定軸に軸支され、この固定軸
   に形成されたフランジに前記出力ギアが保持されるよう
   に構成したことを特徴とする請求項１記載の静電型マイ
   クロウォブルモータ。
3. 【請求項３】出力ギアにフランジを設けてロータを保持
   するように構成したことを特徴とする請求項１記載の静
   電型マイクロウォブルモータ。
4. 【請求項４】ロータの外周に絶縁膜を形成し、この絶縁
   膜を介して前記ロータと電極が接触するように構成した
   ことを特徴とする請求項１記載の静電型マイクロウォブ
   ルモータ。
5. 【請求項５】出力ギアを外部部材の一部に構成すること
   を特徴とする請求項１記載の静電型マイクロウォブルモ
   ータ。