JP2001268948A - 静電アクチュエータおよびそれを用いた動作機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】形状安定性に優れた静電アクチュエータを提供
すること。 【解決手段】第１の電極５ａと第２の電極５ｂとが交互
に積層されており、第１の電極５ａと第２の電極５ｂと
の間の電位差によって発生する静電引力に応じて伸縮す
る静電アクチュエータ１において、直列に接続された複
数の第１の電極５ａを有する第１の電極フィルム２ａ
と、直列に接続された複数の第２の電極５ｂを有する第
２の電極フィルム２ｂとを有し、第１の電極フィルム２
ａと第２の電極フィルム２ｂとを交互に蛇腹状に折り畳
むことにより、第１の電極５ａと第２の電極５ｂとが互
いに対向配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層された電極間
の電位差によって発生する静電引力に応じて伸縮する静
電アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開平６−２９６３８０号公報
には、複数の表電極と複数の裏電極とが一体形成された
帯状部材を用いた積層型静電アクチュエータが開示され
ている。具体的には、図１１に示したように、各単位絶
縁基板２１は、折曲部２２を介して、一体的に形成され
ている。単位絶縁基板２１の表面に形成された表電極２
４は、下から奇数番目の単位絶縁基板２１に位置する。
すべての表電極２４は、単位絶縁基板２１と折曲部２２
との表面に形成された配線部２６によって、直列に接続
されている。また、単位絶縁基板２１の裏面に形成され
た裏電極２５は、下から偶数番目の単位絶縁基板２１に
位置する。すべての裏電極２５は、単位絶縁基板２１と
折曲部２２との裏面に形成された配線部２７によって、
直列に接続されている。そして、各折曲部２２を表側ま
たは裏側へ向けて交互に折り曲げて、単位絶縁基板２１
を所定間隔で積層していく。このようにして形成された
静電アクチュエータを動作させる場合、配線部２６，２
７を通して、表電極２４と裏電極２５との間に電位差を
生じさせる。これにより、両電極間に静電引力が生じる
ので、静電アクチュエータは、折曲部２２の弾性力に抗
して縮み側へと変位する。そして、両電極２４，２５間
の電位差をなくすと静電引力が消滅するため、折曲部２
２の弾性力によって、縮み側に変位した状態にある静電
アクチュエータが伸び側へ向けて変位する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
静電アクチュエータは、その形状安定性に優れていると
は必ずしもいえない。上述したように、この静電アクチ
ュエータは、一方の電極と他方の電極とが一体形成され
た一本の帯状部材を折り曲げることにより形成されてい
る。このように折り曲げ加工されたアクチュエータに外
力を加えて変形させた場合、その外力に対する抗力（復
帰力）は、折曲部の弾性力のみに依存する。そのため、
特に、アクチュエータを伸び方向へ引っ張るような外力
を加えた場合、それほど大きな外力を加えなくとも、容
易に積層構造が崩れて、伸びきった状態になってしま
う。

【０００４】また、静電アクチュエータの変位量、変化
速度または発生駆動力は、一方の電極と他方の電極との
間の電位差に応じて変化するが、これらを正確に制御す
ることは容易ではない。

【０００５】そこで、本発明の目的は、形状安定性に優
れた静電アクチュエータを提供することである。

【０００６】また、本発明の別の目的は、制御性に優れ
た静電アクチュエータを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、第１の発明は、第１の電極と第２の電極とが交互
に積層されており、第１の電極と第２の電極との間の電
位差によって発生する静電引力に応じて伸縮する静電ア
クチュエータにおいて、直列に接続された複数の第１の
電極を有する第１の電極フィルムと、直列に接続された
複数の第２の電極を有する第２の電極フィルムとを有
し、第１の電極フィルムと第２の電極フィルムとを交互
に折り畳むことにより、第１の電極と第２の電極とが互
いに対向配置された静電アクチュエータを提供する。

【０００８】また、第２の発明は、第１の電極と第２の
電極とが交互に積層されており、第１の電極と第２の電
極との間の電位差によって発生する静電引力に応じて伸
縮する静電アクチュエータにおいて、それぞれに第１の
電極が形成された複数の第１の電極部と、隣接した第１
の電極部の間に設けられているとともに、当該隣接した
第１の電極を電気的に接続する配線が形成された複数の
折曲部とが一体形成された第１の電極フィルムと、それ
ぞれに第２の電極が形成された複数の第２の電極部と、
隣接した第２の電極部の間に設けられているとともに、
当該隣接した第２の電極を電気的に接続する配線が形成
された複数の折曲部とが一体形成された第２の電極フィ
ルムとを有し、第１の電極フィルムと第２の電極フィル
ムとの折曲部は、第１の電極と第２の電極とが対向する
ように折り曲がっており、第１の電極部は、隣接して対
向する第２の電極部の間に位置しており、かつ、第２の
電極部は、隣接して対向する第１の電極部の間に位置し
た静電アクチュエータを提供する。

【０００９】ここで、第２の発明において、折曲部は、
静電アクチュエータのすべての側部に分布するように配
置されていることが好ましい。

【００１０】また、第３の発明は、静電アクチュエータ
において、複数のアクチュエータ素子を行列状に配列し
たアクチュエータ群が、静電アクチュエータの駆動方向
に複数段配置されており、アクチュエータ素子は、外部
から供給された電圧によって発生する静電引力に応じて
伸縮するとともに、アクチュエータ素子のそれぞれは、
互いに独立して制御可能である静電アクチュエータを提
供する。

【００１１】ここで、第３の発明において、平面形状を
有する複数の保持部をさらに有し、それぞれのアクチュ
エータ群は、それぞれの保持部の平面に取り付けられて
いることが好ましい。

【００１２】また、第４の発明は、静電アクチュエータ
を用いた動作機構において、取付軸に取り付けられてい
るとともに、取付軸を中心として回転方向に変位可能な
変位部材と、外部から供給された電圧によって発生する
静電引力に応じて伸縮する静電アクチュエータを含む駆
動手段と、駆動手段の動作を変位部材の回転運動に変換
する変換機構とを有する、静電アクチュエータを用いた
動作機構を提供する。

【００１３】ここで、第４の発明において、上記の駆動
手段は、一対の静電アクチュエータであってもよい。こ
の場合、変位部材は、静電アクチュエータのそれぞれが
発生する駆動力に応じて変位する。

【００１４】また、第４の発明において、上記の駆動手
段は、静電アクチュエータとバネ部材であってもよい。
この場合、変位部材は、静電アクチュエータが発生する
駆動力とバネ部材の付勢力とが釣り合う位置に変位す
る。

【００１５】さらに、このような第４の発明に係る構成
において、上記の静電アクチュエータとして、上述した
第３の発明に係る静電アクチュエータを用いることが望
ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】（静電アクチュエータ）図１は、
本実施形態に係る積層型の静電アクチュエータ１の概略
斜視図である。この静電アクチュエータ１は、一対のリ
ボン状の電極フィルム２ａ，２ｂを交互に折り畳むこと
によって構成される。図２は、折り畳み前における電極
フィルム２ａ，２ｂの要部上面図であり、図３は、その
Ａ−Ａ断面図である。なお、これらの電極フィルム２
ａ，２ｂは同様の構成を有するので、以下、これらを総
称して電極フィルム２という。

【００１７】平面状の電極フィルム２は、図３に示すよ
うに、導電部３（例えば、厚さ0.2μm程度の銅層）の上
下に弾力性を有するフィルム状の絶縁部４（例えば厚さ
2.5μm程度のＰＥＴ）を重ねたサンドイッチ構造を有し
ている。この導電部３には、図２に示すように、複数の
電極５と複数の配線６とが所定のパターンで形成されて
いる。すなわち、ほぼ正方形状を有する電極５は、所定
の間隔で横一列に並んでいる。これらの電極５は、横一
列に配置された幅狭の配線６によって、直列に接続され
ている。なお、図示していないが、電極フィルム２の端
部には、各電極５に電圧を印加するための電圧供給端子
が形成されている。

【００１８】電極フィルム２には、複数の電極部７と複
数の折曲部８とが一体的に形成されている。ここで、電
極部７は、電極５が形成された部分と位置的に対応する
幅広な部分である。また、折曲部８は、配線６が形成さ
れた部分と位置的に対応する幅狭な部分であって、静電
アクチュエータ１の組み立て時に折り曲げ加工が施され
る部分である。静電アクチュエータ１の変位特性は、電
極部７よりも曲げ剛性が低い折曲部８の弾力性に依存す
る。すなわち、静電アクチュエータ１を縮み側へ変位さ
せた際に、折曲部８が容易に変形するように、硬質な配
線６は幅狭に形成されているとともに、折曲部８の両縁
がカットされている。これに対して、電極部７の大半は
硬質な電極５で占められているため、静電アクチュエー
タ１を縮み側へ変位させた場合においても、電極部７は
あまり変形しない。

【００１９】静電アクチュエータ１を組み立てる場合、
まず、図２に示した延びきった状態にある一対の電極フ
ィルム２ａ，２ｂを用意する。つぎに、それぞれの電極
フィルム２ａ，２ｂの延在方向が直交し、かつ、第１の
電極フィルム２ａの一の電極部７が第２の電極フィルム
２ｂの一の電極７と重なるように、電極フィルム２ａ，
２ｂを配置する。そして、電極フィルム２ａ，２ｂの山
折りと谷折りとを交互に行い、これらを蛇腹状に折り畳
んでいく。これにより、第１の電極フィルム２ａの電極
部７と第２の電極フィルム２ｂの電極部７とが高さ方向
に交互に積層された、図１に示した静電アクチュエータ
１を得ることができる。

【００２０】完成した静電アクチュエータ１において、
第１の電極フィルム２ａの各電極５（第１の電極５ａ）
と第２の電極フィルム２ｂの各電極５（第２の電極５
ｂ）とは、高さ方向において互いに対向して配置されて
いる。第１の電極５ａは、隣接する２つの第２の電極５
ｂの間に位置しており、第２の電極５ｂは、隣接する２
つの第１の電極５ａの間に位置している。第１の電極５
ａのそれぞれは、第１の配線６ａを介して直列に接続さ
れており、第２の電極のそれぞれは、第２の配線６ｂを
介して直列に接続されている。ここで、第１の電極５ａ
と第２の電極５ｂとの間隔（ギャップ）は、折曲部８の
湾曲や電極フィルム２の厚さ等を無視した場合、折曲部
８の延在方向長の約半分となる。また、図１に示したよ
うに、各折曲部８は、上方に向かって時計方向に９０度
ずつずれながら、静電アクチュエータ１の各側部に配置
される。このことを換言すれば、各折曲部８は、静電ア
クチュエータ１のすべての側部に分布するように配置さ
れている。

【００２１】静電アクチュエータ１を動作させる場合、
上述した電圧供給端子に電圧を印加して、第１の電極５
ａと第２の電極５ｂとの間に電位差を生じさせる。この
電位差に応じて、第１の電極５ａと第２の電極５ｂとの
間に静電引力が生じるため、各電極５ａ，５ｂ間の間隔
は、静電引力と折曲部８の弾性力とが釣り合うように変
化する。そして、この縮み変位量の積算値分が、静電ア
クチュエータ１の全体的な変位量に相当する。一方、こ
のような状態において電圧の印加を停止すれば、発生し
ていた静電引力が消滅するため、静電アクチュエータ１
は折曲部８の弾性力によって、伸び側へと変位して元の
状態に戻る。

【００２２】このような構造を有する静電アクチュエー
タ１は、一対の電極フィルム２を交互に畳んだ蛇腹構造
を有している。したがって、静電アクチュエータ１に外
力が加わった場合に比較的大きな抗力が生じるため、形
状安定性に優れているという効果がある。例えば、静電
アクチュエータ１を伸び方向へ引っ張るような外力を加
えた場合、一方の電極フィルム２の電極部７が他方の電
極フィルム２ｂの電極部７と当接するため、電極フィル
ム２の変位が相互に規制される。このような蛇腹構造に
より、従来の技術と比べて、積層構造が崩れにくく、伸
びきった状態になりにくい。また、折曲部８が電極部７
と当接することにより、電極フィルム２の水平方向への
変位も規制される。例えば、図１に示したように、第１
の電極フィルム２ａに関するａ方向（左右方向）への変
位は、第１の電極フィルム２ａにおける電極部７の左右
が、第２の電極フィルム２ｂにおける左右の折曲部８と
当接することによって規制される。また、第１の電極５
ａに関するｂ方向（前後方向）への変位は、第１の電極
フィルム２ａにおける前後の折曲部８が、第２の電極フ
ィルム２ｂにおける電極部７の前後と当接することによ
って規制される。同様の理由で、第２の電極フィルム２
ｂについても上下方向および左右方向の変位は規制され
る。このように、折り畳まれた状態にある電極フィルム
２ａ，２ｂが互いの変位を規制し合うため、形状安定性
に優れた静電アクチュエータ１を形成することができ
る。

【００２３】また、各折曲部８は、静電アクチュエータ
１のすべての側部に分布している。したがって、折曲部
８の弾性力が、静電アクチュエータ１全体に均一に作用
するため、電極５ａ，５ｂの積層方向に沿った、真っ直
ぐな静電アクチュエータ１を容易に形成することがで
き、かつ、その安定性にも優れている。

【００２４】また、静電アクチュエータ１を構成する各
電極フィルム２には、正または負のいずれか一方の電極
（および配線）だけが形成されている。換言すれば、正
負の双方の電極を、一つの電極フィルムに別層として形
成する必要がない。したがって、一つの電極フィルムに
別層として正負の電極を形成した場合に問題となる、電
極間のショートや絶縁性等を考慮する必要はない。その
結果、電極フィルム２における配線関係の信頼性の向上
を図ることができる。

【００２５】さらに、本実施形態においては、電極フィ
ルム２の厚さを薄くすることができる。従来技術のよう
に、単位絶縁基板の表裏に正負の電極を形成した場合、
その分だけ絶縁基板の厚みが増すため、折曲部分の弾性
力が大きくなる。その結果、静電アクチュエータ１を縮
み側へと変位させるのに必要な静電引力の増大、または
消費電力の増大を招くおそれがある。これに対して、本
実施形態において、電極フィルム２には正負のいずれか
の電極だけを形成すればよい。そのため、従来技術と比
べて、電極フィルム２の厚さを薄くすることができる。
その結果、特に、折曲部８の弾性力の設定に関する自由
度が向上させることができ、静電アクチュエータ１の消
費電力等を有効に低減させることが可能となる。

【００２６】（静電アレイアクチュエータ）つぎに、静
電アクチュエータをアクチュエータ素子として、これを
三次元的に多数配列したアクチュエータ（以下、「静電
アレイアクチュエータ」という）について、図４を参照
しながら説明する。この静電アレイアクチュエータ１０
は、高さ方向（すなわち、アクチュエータの駆動方向）
に配置された複数の保持部１１と、隣接した保持部１１
の間に行列状に配置された複数のアクチュエータ素子１
２とで構成される。アクチュエータ素子１２は、一例と
して図１に示した静電アクチュエータ１を用いることが
できる。しかしながら、このアクチュエータ素子１２
は、その他にも、特開平６−２９６３８０号公報に開示
されたものも含めてさまざまな構造の静電アクチュエー
タを用いることができる。また、保持部１１は、剛性の
高い材料で形成された平板状の部材である。

【００２７】この静電アレイアクチュエータ１０は、以
下の手順で製造される。まず、１段目（最下段）の保持
部１１の一方の平面上に、複数のアクチュエータ素子１
２を行列状に配置する。このように行列状に配置された
複数のアクチュエータ素子１２を、以下、「アクチュエ
ータ群」という。つぎに、保持部１１上に取り付けられ
た１段目のアクチュエータ群上に２段目の保持部１１を
載置し、その上面に２段目のアクチュエータ群を配置す
る。同様の手法で、保持部１１とアクチュエータ群とを
必要な段数分だけ順次重ねていく。最後に、このように
して三次元的に配置された各アクチュエータ素子１２に
対して別個の信号ラインを接続して、静電アレイアクチ
ュエータ１０が完成する。

【００２８】静電アレイアクチュエータ１０を構成する
各アクチュエータ素子１２は、図示しない制御ユニット
からの制御信号によって、互いに独立して伸縮制御する
ことができる。これにより、静電アレイアクチュエータ
１０を様々な伸縮状態に設定することが可能となる。

【００２９】例えば、静電アレイアクチュエータ１０全
体を均一に縮み側へ変位させたい場合には、同一段にお
けるアクチュエータ群の全アクチュエータ素子１２に所
定電圧を印加すればよい。これにより、このアクチュエ
ータ群は、ほぼ均一に縮み側へと変位するため、保持部
１１の平面が水平を保ったまま、静電アレイアクチュエ
ータ１０が縮み側へと変位する。すべての段のアクチュ
エータ群に電圧を印加した場合（オンにした場合）、静
電アレイアクチュエータ１０の縮み変位量は最大とな
る。また、いずれか一つの段のアクチュエータ群にのみ
オンにした場合、静電アレイアクチュエータ１０の縮み
変位量は最小となる。静電アレイアクチュエータ１０の
縮み変位量は、オンにするアクチュエータ群の段数に応
じて変化する。また、一段のアクチュエータ群におい
て、保持部１１の全面に静電引力が均一に作用するよう
な位置関係となるアクチュエータ１０のみをオンしても
よい（例えば、一つ飛び）。これにより、オンにするア
クチュエータ１０の個数に応じて、静電アレイアクチュ
エータ１０の縮み変位量をより細かく設定することがで
きる。

【００３０】また、この静電アレイアクチュエータ１０
を、図５に示したように不均一に変形させることも可能
である。同図は、アクチュエータ群の右奥に位置するグ
ループｃに含まれるアクチュエータ素子１２のみ変位さ
せた場合を示している。なお、この変形の程度は、上述
したように、オンにするアクチュエータ素子１２の段数
または個数に応じて決定される。

【００３１】さらに、オンにするアクチュエータ素子１
２の段数や個数を変えることで、静電アレイアクチュエ
ータ１０が発生する駆動力を制御することができる。静
電アレイアクチュエータ１０の駆動力は、オンにするア
クチュエータ素子１２の数が多いほど大きくなる。

【００３２】このような構造を有する静電アレイアクチ
ュエータ１０は、三次元的に配置されたアクチュエータ
素子１２に対して、電圧を選択的に印加することで、そ
の変位方向、変位量、変化速度、或いは発生力を任意に
制御することができる。このような静電アレイアクチュ
エータ１０の制御は、アクチュエータ素子１２のオン／
オフを切り換えるだけで容易かつ精度よく行うことがで
きるため、操作性・制御性に優れている。

【００３３】また、静電アレイアクチュエータ１０は、
静電引力、すなわち電荷のクーロン力を直接利用して動
作するため、エネルギーの変換効率がよい。また、電磁
モータ等と同等の駆動力を軽量で得ることができる。さ
らに、排気ガスも発生しないので環境面でも優れてい
る。

【００３４】さらに、静電アレイアクチュエータ１０は
直動型のアクチュエータであるから、これを後述するよ
うな動作機構に適用すれば、敏速な動作機構を得ること
ができる。それとともに、アクチュエータの重量が増加
する要因となるギヤやプーリの使用数を減らすことがで
き、広い出力レンジを確保することができる。

【００３５】（静電アレイアクチュエータの適用例）こ
のように、静電アレイアクチュエータ１０は、上述した
ように数々の優れたメリットを有しているため、以下の
適用例を含めて、さまざまな動作機構に適用することが
できる。

【００３６】（第１の適用例）図６は、静電アレイアク
チュエータを用いた揺動機構の説明図である。第１のリ
ンク１３ａの一端には、取付軸１９を介して、第２のリ
ンク１３ｂが取り付けられている。この第２のリンク１
３ｂは、このリンク１３ｂに一体的に取り付けられたプ
ーリ１４の回転に伴い、取付軸１９を中心として回転方
向に変位可能である。第１のリンク１３ａには、一対の
静電アクチュエータユニット１５ａ，１５ｂが取り付け
られている。これらの静電アクチュエータユニット１５
ａ，１５ｂは、図４に示した静電アレイアクチュエータ
１０を含むユニットである。また、プーリ１４と係合し
た駆動ワイヤ１６の一端は、第１の静電アクチュエータ
ユニット１５ａの駆動部（例えば、図４の静電アレイア
クチュエータ１０の最上部）に取り付けられている。ま
た、駆動ワイヤ１６の他端は、第２の静電アクチュエー
タユニット１５ｂの駆動部に取り付けられている。一対
の静電アクチュエータユニット１５ａ，１５ｂの動作
（伸縮運動）は、プーリ１４と駆動ワイヤ１６とで構成
される変換機構によって、第２のリンク１３ｂの回転運
動（揺動運動）へと変換される。

【００３７】なお、第１の静電アクチュエータユニット
１５ａには、このユニット１５ａの駆動力（出力トル
ク）を検出する力センサ１７が取り付けられている。図
示しない制御ユニットは、力センサ１７のセンサ情報に
基づいて、静電アクチュエータユニット１５ａ，１５ｂ
を制御する。

【００３８】第２のリンク１３ｂは、静電アクチュエー
タ１５ａ，１５ｂのそれぞれが発生する駆動力に応じて
変位する。第２のリンク１３ｂを反時計方向に揺動させ
る場合、第１の静電アクチュエータユニット１５ａに電
圧を印加する。これにより、第１の静電アクチュエータ
ユニット１５ａの縮み側への変位は、駆動ワイヤ１６の
直線運動となる。その際、駆動ワイヤ１６の直線運動に
よって、第２の静電アクチュエータユニット１５ｂが伸
び側へと変位する。このような駆動ワイヤ１６の直線運
動は、プーリ１４を介して、第２のリンク１３ｂの反時
計方向への揺動運動へと変換される。なお、第２のリン
ク１３ｂの反時計方向への揺動量、速度等は、第１の静
電アクチュエータユニット１５ａの駆動状態に依存す
る。

【００３９】一方、第２のリンク１３ｂを時計方向に揺
動させる場合、第２の静電アクチュエータユニット１５
ｂに電圧を印加する。これにより、伸びた状態にある第
２の静電アクチュエータユニット１５ｂが縮み側へと変
位する。これにより、駆動ワイヤ１６が直線運動するた
め、プーリ１４を介して、第２のリンク１３ｂは、時計
方向へ揺動する。なお、第２のリンク１３ｂの時計方向
への揺動量、速度等は、第２の静電アクチュエータユニ
ット１５ｂの駆動状態に依存する。

【００４０】（第２の適用例）図７は、静電アレイアク
チュエータを用いた他の揺動機構の説明図である。な
お、図６に示した部材と同一部材については同一の符号
を付して説明を省略する。この揺動機構が、図６の揺動
機構と異なる点は、静電アクチュエータユニット１５ａ
とバネ部材１８とによってプーリ１４を回転させている
点である。駆動ワイヤ１６は、バネ部材１８の付勢力に
よりバネ部材１８側に常時引っ張られている。第２のリ
ンク１３ｂを反時計方向に揺動させる場合、第１の静電
アクチュエータユニット１５ａに電圧を印加する。これ
により、バネ部材１８の付勢力に抗して、第１の静電ア
クチュエータユニット１５ａが縮み側へと変位するた
め、第２のリンク１３ｂは反時計方向に揺動する。そし
て、第２のリンク１３ｂは、静電アクチュエータ１５ａ
が発生する駆動力とバネ部材１８の付勢力とが釣り合う
位置に変位する。一方、第２のリンク１３ｂを時計方向
に揺動させる場合、静電アクチュエータユニット１５ａ
への印加電圧を低減または停止する。これにより、静電
アクチュエータユニット１５ａの駆動力よりもバネ部材
１８の付勢力が勝るため、第２のリンク１３ｂは反時計
方向に揺動する。なお、第２のリンク１３ｂの位置は、
静電アクチュエータユニット１５ａが発生する駆動力に
よって決定される。

【００４１】（第３の適用例）つぎに、静電アレイアク
チュエータを用いた歩行ロボットを、図８および図９に
基づいて説明する。この歩行ロボットは、本体部３０
と、本体部３０に取り付けられた複数の歩行脚とで構成
される。これらの歩行脚は、本体部３０に取り付けられ
た第１の脚部３１と、一端が第１の脚部３１に取り付け
られているとともに、他端が接地した第２の脚部３２と
を有する。

【００４２】第１の脚部３１は、図９の方向ａで示した
ように、第１の関節３３を中心として回動させることが
可能である。この方向ａにおける揺動運動は、本体部３
０に装着された第１の揺動機構３６を動作させることに
より行われる。また、この第１の脚部３１は、図８の方
向ｂで示したように、第２の関節３４を中心とした回転
変位が可能であり、第１の脚部３１に装着された第２の
揺動機構３７によって揺動運動する。一方、第２の脚部
３２は、図８の方向ｃで示したように、第３の関節３５
を中心とした回転変位が可能であり、第２の脚部３２に
装着された第３の揺動機構３８によって揺動運動する。

【００４３】各揺動機構３６〜３８は、静電アクチュエ
ータの駆動力を用いた機構とする。例えば、図６に示し
たように、一対の静電アクチュエータユニット１５ａ，
１５ｂを有する構成を用いることができる。また、図７
に示したように、静電アクチュエータ１５ａとバネ部材
１８とを有する構成としてもよい。

【００４４】このような構成を有する歩行ロボットにお
いては、各揺動機構３６〜３８を制御して、各歩行脚の
脚部３１，３２を適切に揺動動作させる。このような歩
行脚の三次元的な運動によって歩行ロボットが移動す
る。歩行ロボットの移動速度等は、各揺動機構３６〜３
８により任意に設定することができる。

【００４５】（第４の適用例）図１０は、静電アレイア
クチュエータを用いたハンドロボットの説明図である。
このハンドロボットは、本体部４０と、本体部４０に取
り付けられた作業アームとで構成される。この作業アー
ムは、本体部４０に取り付けられた第１のアーム部４１
と、一端が第１のアーム部４１に取り付けられた第２の
アーム部４２と、このアーム部４２の他端に取り付けら
れたハンド部４９とを有する。

【００４６】第１のアーム部４１は、同図の方向ａで示
したように、図９と同様の位置に設けられた第１の関節
を中心として回動させることが可能である。この方向ａ
における揺動運動は、本体部４０に装着された第１の揺
動機構４６を動作させることにより行われる。また、こ
の第１のアーム部４１は、方向ｂで示したように、第２
の関節４４を中心とした回転変位が可能であり、第１の
アーム部４１に装着された第２の揺動機構４７によって
揺動運動する。一方、第２のアーム部４２は、方向ｃで
示したように、第３の関節４５を中心とした回転変位が
可能であり、第２のアーム部４２に装着された第３の揺
動機構４８によって揺動運動する。なお、ハンド部４９
は、ハンド用静電アクチュエータ４３によって、対象物
を把持または開放することができる。

【００４７】このような構成を有するアームロボットに
おいては、揺動機構４６〜４８を制御して、アーム部４
１，４２を適切に揺動動作させる。それとともに、ハン
ド用静電アクチュエータ４３を動作させることにより、
対象物を掴み、或いはそれを開放する。これにより、こ
のアームロボットは、対象物を掴んで、それを移動し、
そして適切な位置で放すといった一連の作業を行うこと
ができる。

【００４８】

【発明の効果】このように、本発明に係る静電アクチュ
エータは、直列に接続された複数の電極を有する一対の
電極フィルムを交互に折り畳んだ蛇腹構成を有してい
る。したがって、このような構造を有する静電アクチュ
エータに外力が加わった場合、蛇腹状に折り畳まれた電
極フィルムが相互に変位を規制し合うため、外力に対し
て大きな抗力が生じる。したがって、形状安定性に優れ
た静電アクチュエータを得ることができる。

【００４９】また、このような静電アクチュエータをア
クチュエータ素子として、これを三次元的に多数配列す
る。そして、それぞれのアクチュエータ素子を互いに独
立して制御する。これにより、アクチュエータの全体的
な変位方向、変位量、変化速度、或いは発生力を任意に
制御することができるため、操作性・制御性に優れたア
クチュエータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 静電アクチュエータの概略斜視図

【図２】 電極フィルムの要部上面図

【図３】 電極フィルムの断面図

【図４】 静電アレイアクチュエータの概略斜視図

【図５】 不均一に変位した静電アレイアクチュエータ
の概略斜視図

【図６】 静電アレイアクチュエータを用いた揺動機構
の説明図

【図７】 静電アレイアクチュエータを用いた他の揺動
機構の説明図

【図８】 静電アレイアクチュエータを用いた歩行ロボ
ットの正面図

【図９】 静電アレイアクチュエータを用いた歩行ロボ
ットの側面図

【図１０】 静電アレイアクチュエータを用いたハンド
ロボットの説明図

【図１１】 従来の積層型静電アクチュエータの全体斜
視図

【符号の説明】

１ 静電アクチュエータ、 ２ 電極
フィルム、２ａ 電極フィルム、 ２
ｂ 電極フィルム、３ 導電部、
４ 絶縁部、５ 電極、
５ａ 第１の電極、５ｂ 第２の電極、
６ 配線、６ａ 第１の配
線、 ６ｂ 第２の配線、７
電極部、 ８ 折曲部、１
０ 静電アレイアクチュエータ、 １１ 保持
部、１２ アクチュエータ素子、 １３ａ
第１のリンク、１３ｂ 第２のリンク、
１４ プーリ、１５ａ 第１の静電アクチュエ
ータユニット、１５ｂ 第２の静電アクチュエータユニ
ット、１６ 駆動ワイヤ、 １７
力センサ、１８ バネ部材、
１９ 取付軸、２１ 単位絶縁基板、
２２ 折曲部、２４ 表電極、
２５ 裏電極、２６ 配線部、
２７ 配線部、３０ 本体
部、 ３１ 第１の脚部、３
２ 第２の脚部、 ３３ 第１
の関節、３４ 第２の関節、 ３
５ 第３の関節、３６ 第１の揺動機構、
３７ 第２の揺動機構、３８ 第３の揺動
機構、 ４０ 本体部、４１ 第１
のアーム部、 ４２ 第２のアーム
部、４３ ハンド用静電アクチュエータ、 ４４
第２の関節、４５ 第３の関節、
４６ 第１の揺動機構、４７ 第２の揺動機
構、 ４８ 第３の揺動機構、４９
ハンド部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鳥居 毅 東京都三鷹市大沢三丁目９番６号 株式会 社スバル研究所内 Ｆターム(参考） 3F060 CA14 DA10 EB13 EC13 GA00 GA01 GA11 GB04 GD07 GD11

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の電極と第２の電極とが交互に積層さ
   れており、第１の電極と第２の電極との間の電位差によ
   って発生する静電引力に応じて伸縮する静電アクチュエ
   ータにおいて、 直列に接続された複数の第１の電極を有する第１の電極
   フィルムと、 直列に接続された複数の第２の電極を有する第２の電極
   フィルムとを有し、 前記第１の電極フィルムと前記第２の電極フィルムとを
   交互に折り畳むことにより、前記第１の電極と前記第２
   の電極とが互いに対向配置されていることを特徴とする
   静電アクチュエータ。
2. 【請求項２】第１の電極と第２の電極とが交互に積層さ
   れており、第１の電極と第２の電極との間の電位差によ
   って発生する静電引力に応じて伸縮する静電アクチュエ
   ータにおいて、 それぞれに第１の電極が形成された複数の第１の電極部
   と、隣接した第１の電極部の間に設けられているととも
   に、当該隣接した第１の電極を電気的に接続する配線が
   形成された複数の折曲部とが一体形成された第１の電極
   フィルムと、 それぞれに第２の電極が形成された複数の第２の電極部
   と、隣接した第２の電極部の間に設けられているととも
   に、当該隣接した第２の電極を電気的に接続する配線が
   形成された複数の折曲部とが一体形成された第２の電極
   フィルムとを有し、 前記第１の電極フィルムと前記第２の電極フィルムとの
   前記折曲部は、前記第１の電極と前記第２の電極とが対
   向するように折り曲がっており、 前記第１の電極部は、隣接して対向する第２の電極部の
   間に位置しており、 前記第２の電極部は、隣接して対向する第１の電極部の
   間に位置していることを特徴とする静電アクチュエー
   タ。
3. 【請求項３】前記折曲部は、前記静電アクチュエータの
   すべての側部に分布するように配置されていることを特
   徴とする請求項２に記載された静電アクチュエータ。
4. 【請求項４】静電アクチュエータにおいて、 複数のアクチュエータ素子を行列状に配列したアクチュ
   エータ群が、前記静電アクチュエータの駆動方向に複数
   段配置されており、 前記アクチュエータ素子は、外部から供給された電圧に
   よって発生する静電引力に応じて伸縮するとともに、前
   記アクチュエータ素子のそれぞれは、互いに独立して制
   御可能であることを特徴とする静電アクチュエータ。
5. 【請求項５】平面形状を有する複数の保持部をさらに有
   し、 それぞれの前記アクチュエータ群は、それぞれの前記保
   持部の平面に取り付けられていることを特徴とする請求
   項４に記載された静電アクチュエータ。
6. 【請求項６】静電アクチュエータを用いた動作機構にお
   いて、 取付軸に取り付けられているとともに、前記取付軸を中
   心として回転方向に変位可能な変位部材と、 外部から供給された電圧によって発生する静電引力に応
   じて伸縮する静電アクチュエータを含む駆動手段と、 前記駆動手段の動作を前記変位部材の回転運動に変換す
   る変換機構とを有することを特徴とする静電アクチュエ
   ータを用いた動作機構。
7. 【請求項７】前記駆動手段は、一対の静電アクチュエー
   タを有し、 前記変位部材は、前記静電アクチュエータのそれぞれが
   発生する駆動力に応じて変位することを特徴とする請求
   項６に記載された静電アクチュエータを用いた動作機
   構。
8. 【請求項８】前記駆動手段は、静電アクチュエータとバ
   ネ部材とを有し、 前記変位部材は、前記静電アクチュエータが発生する駆
   動力と前記バネ部材の付勢力とが釣り合う位置に変位す
   ることを特徴とする請求項６に記載された静電アクチュ
   エータを用いた動作機構。
9. 【請求項９】前記静電アクチュエータは、請求項４また
   は５に記載された静電アクチュエータであることを特徴
   とする請求項６，７または８に記載された静電アクチュ
   エータを用いた動作機構。