JP2014204651A - 静電アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】動作特性が優れ、製造が容易で、製造コストを低減でき、小型化ないしは細径化が容易な静電アクチュエータを提供する【解決手段】この静電アクチュエータ１は、それぞれ螺旋状をなす第一および第二の電極２，３を、互いに同軸で、かつ螺旋軸方向に関し両電極２，３の螺旋の巻き間に間隙が設けられるように配置し、両電極２，３の螺旋の巻き間に電気絶縁性およびゴム弾性を有する電気絶縁性エラストマー４，５からなるゴム弾性電気絶縁層を介在させてなる。両電極２，３間に電位差が印加され、螺旋軸方向に関し両電極２，３の螺旋の巻き間の間隔を小さくしようとする静電引力が作用すると、前記ゴム弾性電気絶縁層がそのゴム弾性に抗して圧縮される。このため、前記電位差の大きさに応じてアクチュエータ１が伸縮する。【選択図】図１

Description

本発明は静電アクチュエータに係り、特に第一の電極と第二の電極との間に電位差を与えて両電極間に静電引力を発生させ、この静電引力によって両電極間の間隔を変化させることにより伸縮する静電アクチュエータに関する。

従来のこの種の静電アクチュエータとしては、特許文献１に開示されているものがある。この従来の静電アクチュエータは、それぞれ銅等の金属層からなる導電部の上下にＰＥＴ等のフィルム状の電気絶縁部を重ねたサンドイッチ構造を有する２本の帯状の電極フィルムを、それぞれジグザク状となるようにして、互いに対し直交するように交互に折り込んでなるものである。

また、本出願人は、特許文献２に開示されている静電アクチュエータを先に提案している。

特開２００１−２６８９４８号公報 特開２０１３−０１７２８７号公報

特許文献１に開示されている静電アクチュエータにおいては、第一の電極と第二の電極（各電極フィルムの導電部の一部が構成している）とが各電極フィルムの折曲部（折り返し部）を回動中心として相対的に回動することにより、すなわち和鋏と同様の運動することにより、電極間の距離を変化するようになっていた。また、これに伴い、各電極フィルムは和鋏と同様のばね特性を有することが必要であった。

このため、謂わば互いに直交する和鋏が複数積層され、その動きの集積がアクチュエータ全体の収縮するような構造となっているので、各部の運度方向とアクチュエータ全体としての運動方向との間に比較的大きな相違があり、各部の動きがスムーズにアクチュエータ全体としての収縮につながって行かないため、動作特性において問題があった。また、外力により、各電極フィルムの折曲部を中心とする電極間の角度が一定以上増大されると、折曲部と反対側の第一および第二の電極間の間隔が大きく広がり、電極間に電位差を印加しても、収縮できなくなる等の問題もあった。

また、電極フィルムの導電部（電極部および配線部）並びに電気絶縁部を複雑な形状に加工しなければならないので、製造コストが高くなるという問題もあった。

特許文献２に開示されている静電アクチュエータは、このような問題を解決することができる。

しかしながら、特許文献２に開示されている静電アクチュエータの実施例においては、特許文献１に記載のものよりは大幅に製造を容易にすることができるものの、それでもなお、特許文献１の場合と同様に、第一の電極および第二の電極をそれぞれジグザク状になるとともに互いに直交するように交互に折り込む必要があり（図１〜１１の実施例の場合）、製造が必ずしも容易ではない点がなお残っていた。また、小型化ないしは細径化が難しいという問題もあった。

本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたもので、本発明の目的の一つは、動作特性が優れた静電アクチュエータを提供することにある。

本発明の他の目的は、製造が一層容易な静電アクチュエータを提供することにある。

本発明の他の目的は、製造コストを一層低減することができる静電アクチュエータを提供することにある。

本発明の他の目的は、小型化ないしは細径化が容易な静電アクチュエータを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、以下の説明から明らかになろう。

本発明による静電アクチュエータは、
螺旋状をなす第一の電極と、この第一の電極と同軸な螺旋状をなし、螺旋軸方向に関し自己の螺旋の巻きと前記第一の電極の螺旋の巻きとの間に間隔を設けられている第二の電極と、
前記第一の電極の螺旋の巻きと前記第二の電極の螺旋の巻きとの間に介在された、電気絶縁性およびゴム弾性を有する電気絶縁性エラストマーからなるゴム弾性電気絶縁層とを有し、
螺旋軸方向に関し前記第一の電極の螺旋の巻きと前記第二の電極の螺旋の巻きとの間の間隔は可変とされており、
前記第一の電極と前記第二の電極との間に電位差が印加され、螺旋軸方向に関し前記第一の電極の螺旋の巻きと前記第二の電極の螺旋の巻きとの間の間隔を小さくしようとする静電引力が作用したとき、前記ゴム弾性電気絶縁層が該絶縁層のゴム弾性に抗して圧縮されるようにしたものである。

なお、一般的には、「螺旋」の語は、平面的な渦巻き形状の意味でも使用されることがあるが、本願の明細書および特許請求の範囲において、「螺旋」の語は、平面的な渦巻き形状は含まず、立体的な形状のみを意味する。

本発明においては、第一の電極と第二の電極との間に電位差が印加されると、螺旋軸方向に関し第一の電極の螺旋の巻きと第二の電極の螺旋の巻きとの間の間隔を小さくしようとする静電引力が両電極間に作用し、ゴム弾性電気絶縁層をそのゴム弾性に抗して圧縮するので、前記電位差の大きさに応じて両電極の螺旋の巻き間の間隔が小さくなり、アクチュエータ全体が収縮する。他方、電極間に対する電位差の印加が停止されれば、ゴム弾性によりゴム弾性電気絶縁層が元の状態に復帰する。このため、電極間に印加される電位差の大きさに応じて、電極の螺旋の巻き間の間隔が変化し、アクチュエータ全体が伸縮する。

ここにおいて、本発明では、第一および第二の電極は螺旋状をなしているので、特許文献１に開示されている静電アクチュエータの場合のように、第一の電極と第二の電極とが折曲部（折り返し部）を回動中心として相対的に回動運動をするようなことはなく、第一の電極の螺旋の巻きと第二の電極の螺旋の巻きとが螺旋軸方向に相対運動し、この相対運動の集積がアクチュエータ全体としての収縮となるので、両電極の螺旋の各部の相対運動がアクチュエータ全体としての収縮に極めてスムーズにつながって行くため、動作特性が非常に優れている。

また、第一および第二の電極を螺旋状に巻くこと、並びに第一および第二の電極の螺旋の巻き間にゴム弾性電気絶縁層を介在させることは容易であるので、製造が非常に容易であり、ひいては製造コストを一層低減できる。

また、特許文献２の実施例のようにシート状の電極および電気絶縁層を積層するのでなく、第一および第二の電極を螺旋状とするので、アクチュエータを容易に小型化ないしは細径化できる。

本発明の一つの態様においては、第一および第二の電極のうちの少なくとも一方が導電性およびゴム弾性を有する導電性エラストマーから構成される。この場合は、前記電位差の印加に応じて前記ゴム弾性電気絶縁層のみならずエラスマーからなる電極の横断面もそのゴム弾性に抗して圧縮され、アクチュエータの伸縮に寄与する。

本発明のさらにもう一つの態様においては、静電アクチュエータは、第一および第二の電極を、これらの電極の螺旋の巻き間の間隔は可変な状態で、全体として非直線状に延びるように維持する非直線状態維持手段をさらに有する。

本発明のアクチュエータのストロークは、第一および第二の電極の全長に対応する。したがって、アクチュエータが収容される空間の長さが同じであっても、前記非直線状態維持手段により第一および第二の電極を全体として非直線状に延びるように維持すれば、第一および第二の電極の全長を長くし、第一および第二の電極が全体として直線状に延びる場合より、アクチュエータのストロークを大きくすることができる。

本発明の静電アクチュエータは、
（イ）動作特性が優れている、
（ロ）製造が一層容易である、
（ハ）製造コストを一層低減できる、
（ニ）小型化ないしは細径化が容易である、
（ホ）第一および第二の電極を全体として非直線状に延びるように維持することにより、ストロークを大きくすることができる、
等の優れた効果を得られるものである。

本発明の静電アクチュエータの実施例１を示す平面図である。 図２のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 前記実施例１における第一および第二の電極並びに電気絶縁性エラストマー（ゴム弾性電気絶縁層）の圧縮変形状態を模式的に示す拡大断面図である。 前記実施例１の静電アクチュエータを製造する際、電気絶縁性エラストマーをそれぞれ被覆された第一および第二の電極を構成する２本の線材を螺旋状に巻く方法の一例を示す斜視図である。 本発明の静電アクチュエータの実施例４を示す縦断面図である。 前記実施例４における電気絶縁性エラストマー（ゴム弾性電気絶縁層）の圧縮変形状態を模式的に示す拡大断面図である。 本発明の静電アクチュエータの実施例５を示す縦断面図である。 本発明の静電アクチュエータの実施例６を示す縦断面図である。 本発明の静電アクチュエータの実施例７を直線状に延びている状態で示す縦断面図である。 前記実施例７を湾曲させた状態で示す部分断面図である。 本発明の静電アクチュエータの実施例８を一部断面して示す平面図である。 前記実施例８を示す正面図である。 本発明の静電アクチュエータの実施例９を示す部分断面図である。 本発明の静電アクチュエータの実施例１０を示す正面図である。 本発明の静電アクチュエータの実施例１１を示す縦断面図である。 本発明の静電アクチュエータの実施例１２を示す縦断面図である。

本発明においては、第一および第二の電極の両方を導電性およびゴム弾性を有する導電性エラストマーで構成することも、第一および第二の電極の両方を金属、炭素、導電性プラスチック等の導電性は有するがゴム弾性は有さない変形可能な非エラストマー材料で構成することも、第一および第二の電極のうちの一方を導電性エラストマー、他方を導電性を有する変形可能な非エラストマー材料で構成することもできる。

第一および（または）第二の電極を導電性エラストマーで構成する場合、その導電性エラストマーとしては、次のようなものが使用可能である。

（Ａ）導電性ゴム
イ）電子伝導性ゴム
ゴムに導電性フィラーを分散させたもの。ゴムとしては、あらゆる種類のゴムを使 用可能である。導電性フィラーとしては、例えば、カーボンブラック、カーボンファ イバー、グラファイト、金属粉、金属繊維、金属被覆された粒子等を使用できる。

上記のように本発明においては、広範囲の電子伝導性ゴムが使用可能であるが、特 に好ましい電子導電性ゴムは、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）またはシリコー ンゴムにカーボンブラックを分散させたものである。

ロ）イオン伝導性ゴム
ゴムにイオン伝導剤を分散したもの。ゴムとしては、ウレタンゴム、アクリルゴム 等を使用できる。イオン伝導剤としては、例えば電解質溶液（ゲル）、過塩素リチウ ムの炭酸プロピレン溶液等を使用できる。

（Ｂ）導電性ＴＰＥ（熱可塑性エラストマー）
イ）電子伝導性ＴＰＥ
ＴＰＥに導電性フィラーを分散させたもの。ＴＰＥとしては、あらゆる種類のＴＰ Ｅを使用可能である。導電性フィラーとしては、前記電子導電性ゴムの場合と同じも のを使用できる。

特に好ましい電子導電性ＴＰＥは、スチレン系またはオレフィン系ＴＰＥにカーボ ンブラックを分散させたものである。

ロ）イオン伝導性ＴＰＥ
ＴＰＥにイオン伝導剤を分散したもの。ＴＰＥとしては、ウレタン系、アクリル系 、エステル系ＴＰＥ等を使用できる。イオン伝導剤としては、前記イオン伝導性ゴム の場合と同じものを使用できる。

本発明において、ゴム弾性電気絶縁層を構成するエラストマーとしては、導電性フィラーおよびイオン伝導剤を含まないあらゆる種類のゴムまたはＴＰＥが使用可能である。なお、電極を導電性エラストマーで構成する場合は、電極とゴム弾性電気絶縁層との親和性の観点からは、一般には、電極に使用する導電性エラストマーとゴム弾性電気絶縁層に使用するエラストマーとは、その成分中のゴムまたはＴＰＥが同一になるようにすることが好ましいが、場合によっては、電極に使用する導電性エラストマーと電気絶縁層に使用するエラストマーとの成分中のゴムまたはＴＰＥが異なるようにしてもよい。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

図１〜３は本発明による静電アクチュエータの実施例１を示している。このうち、図１および２は、電位差を印加されていない状態における本実施例の静電アクチュエータ１を示している。第一および第二の電極２，３は、それぞれ導電性およびゴム弾性を有する導電性エラストマーからなる。具体的には、ＥＰＤＭにカーボンブラックを分散させた電子伝導性ゴムからなる。 前記第一および第二の電極２，３は、それぞれ螺旋状とされている。外力を作用されていない状態において、前記第一および第二の電極２，３を構成する線材の横断面はそれぞれ円形とされている。また、外力を作用されていない状態における前記第一および第二の電極２，３の線材径および螺旋径は、それらの全長に渡って均一で互いに同一とされている。

前記第一の電極２は、その外周の全周に電気絶縁性およびゴム弾性を有する第一の電気絶縁性エラストマー４を被覆されている。前記第二の電極３も、その外周の全周に電気絶縁性およびゴム弾性を有する第二の電気絶縁性エラストマー５を被覆されている。前記第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５は、それぞれ具体的には、導電性フィラーおよびイオン伝導剤を含まないスチレン系ＴＰＥからなる。外力を作用されていない状態における前記第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５の被覆層の厚さは、互いに同一とされている。

前記第一および第二の電極２，３が構成する螺旋は互いに同軸に配置されており、かつ第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５の被覆層は互いに接触された状態とされている。これにより、螺旋軸方向に関し、第一の電極２の螺旋の巻きと第二の電極３の螺旋の巻きとの間に間隔が設けられ、両電極２，３の螺旋の巻き間に第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５の一部が介在された状態となっている。したがって、本実施例では、本発明における第一および第二の電極２，３間のゴム弾性電気絶縁層は、第一および第二の電極２，３の外周を被覆している第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５により構成されている。

このような第一および第二の電極２，３並びに第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５からなる静電アクチュエータ１の基本構成は、例えば、次のようにして容易に得ることができる。

まず、第一および第二の電極２，３を構成する線材は、例えば押出成形により容易に製造できる。第一および第二の電極２，３に対する第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５の被覆は、二重押出成形により、第一および第二の電極２，３を構成する線材の成形と同時に行うこともできるし、第一および第二の電極２，３を構成する線材に対しディッピング処理や、スプレーイング処理等によって行うこともできる。

次に、上述の方法等によって得られた、第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５を外周に被覆された第一および第二の電極２，３の線材を、例えば図４に示されるように、横断面円形の芯材１４に一緒に巻き付けて行くことにより、前述のような螺旋構造を容易に得ることができる。

本実施例では、第一の電気絶縁性エラストマー４と第二の電気絶縁性エラストマー５とは、焼結成形法により焼結されることにより、互いの接触部において互いに固着されている。これにより、第一および第二の電極２，３は、第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５を介して互いに分離できないように結合されており、螺旋軸方向に関し第一の電極２の螺旋の巻きと第二の電極３の螺旋の巻きとの間の間隔は所定範囲内においてのみ可変とされている。

この静電アクチュエータ１においては、第一の電極２と第二の電極３との間に電位差が印加されると、これらの電極２，３を互いに近づけようとする静電引力が電極２，３間に作用し、図３に模式的に示されているように、電極２，３の螺旋の巻き間の第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５（ゴム弾性電気絶縁層）がそのゴム弾性に抗して圧縮され、前記電位差の大きさに応じて電極２，３の螺旋の巻き間の間隔が小さくなる。また、本実施例では、第一および第二の電極２，３もエラストマーからなるので、前記電位差の印加により、第一および第二の電極２，３の横断面もそのゴム弾性に抗して圧縮される。

これにより、前記電位差の大きさに応じて、アクチュエータ１全体が収縮する。他方、電極２，３間に対する電位差の印加が停止されれば、ゴム弾性により電極２，３の螺旋の巻き間の第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５の被覆層（ゴム弾性電気絶縁層）が元の状態に復帰するとともに、第一および第二の電極２，３の横断面も元の状態に復帰する。このため、電極２，３間に印加される電位差の大きさに応じて電極２，３の螺旋の巻き間の間隔が変化し、アクチュエータ１が伸縮する。

ここにおいて、この静電アクチュエータ１では、第一および第二の電極２，３は螺旋状をなしているので、特許文献１に開示されている静電アクチュエータの場合のように、第一の電極２と第二の電極３とが折曲部（折り返し部）を回動中心として相対的に回動運動をするようなことはなく、第一の電極２の螺旋の巻きと第二の電極３の螺旋の巻きとが螺旋軸方向に相対運動し、この相対運動の集積がアクチュエータ１全体としての収縮となるので、両電極２，３の螺旋の各部の相対運動がアクチュエータ１全体としての収縮に極めてスムーズにつながって行くため、動作特性が非常に優れている。

また、既に述べように、第一および第二の電極２，３を螺旋状とすること、並びに第一および第二の電極２，３の螺旋の巻き間に第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５（ゴム弾性電気絶縁層）を介在させることは容易であるので、製造が非常に容易であり、ひいては製造コストを一層低減できる。

また、特許文献２の実施例のようにシート状の電極および電気絶縁層を積層するのでなく、第一および第二の電極２，３をを螺旋状とするので、アクチュエータ１を容易に小型化ないしは細径化できる。

なお、本発明においては、第一および第二の電極２，３を構成する線材は、必ずしも横断面円形でなくてもよく、横断面矩形等の他の横断面形状としてもよい。しかし、多くの場合、本実施例のように横断面円形とすることが好ましい。これは次の理由による。

本実施例のように、第一および第二の電極２，３を構成する線材を横断面円形とすると、図２，３に示されるように、第一の電気絶縁性エラストマー４と第二の電気絶縁性エラストマー５との接触部に隣接して両エラストマー４，５間に空隙６が形成され、静電引力が作用して圧縮されたときにエラストマー４，５が横方向に逃げ易くなる（前記空隙６に逃げる）ので、第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５（ゴム弾性電気絶縁層）並びに第一および第二の電極２，３が電極２，３間の間隔が縮小する方向に変形し易くなる。

ところが、前記線材が例えば横断面矩形状となっていると、静電引力が作用して圧縮力を受けても、第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５が横方向に逃げにくいので、第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５並びに第一および第二の電極２，３が電極２，３間の間隔が縮小する方向に変形しにくいのである。

また、本実施例では、第一および第二の電極２，３は第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５の被覆層を介して互いに分離できないように結合されており、螺旋軸方向に関し第一の電極２の螺旋の巻きと第二の電極３の螺旋の巻きとの間の間隔は所定範囲内においてのみ可変とされているので、アクチュエータ１を伸ばそうとする大きな外力が作用しても、電極２，３間の間隔が過大に広がり、電位差を印加しても電極２，３間の間隔を縮小できなくなるような不都合が防止される。

なお、第一の電気絶縁性エラストマー４と第二の電気絶縁性エラストマー５とを、焼結ではなく、接着等の他の方法により互いに分離できないように結合してもよい。

第一および第二の電極２，３並びに第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５を構成する材料のみを実施例１から変更した。第一および第二の電極２，３は、それぞれスチレン系ＴＰＥにカーボンブラックを分散させた電子伝導性ＴＰＥからなり、第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５は、それぞれ導電性フィラーおよびイオン伝導剤を含まないスチレン系ＴＰＥからなる。他の構成は実施例１と同様である。

本実施例においても、実施例１と同様であるの作用効果を得ることができる。

第一および第二の電極２，３並びに第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５を構成する材料と、隣り合う第一の電気絶縁層４と第二の電気絶縁層５との結合方法のみを実施例１および２から変更した。

第一および第二の電極２，３は、それぞれＥＰＤＭにカーボンブラックを分散させた電子伝導性ゴムからなり、第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５はそれぞれ導電性フィラーおよびイオン伝導剤を含まないＥＰＤＭからなる。第一の電気絶縁層４と第二の電気絶縁層５とは、焼結ではなく、接着により互いに固着されている。他の構成は実施例１と同様である。

本実施例においても、実施例１の場合と同様の作用効果を得ることができる。

図５および６は、本発明による静電アクチュエータ１の実施例４を示している。本実施例においては、第一および第二の電極２，３は、それぞれ銅合金等の金属、炭素、導電性プラスチック等の、導電性は有するがゴム弾性は有さない変形可能な非エラストマー材料からなる。前記第一の電極２は、その外周の全周に電気絶縁性およびゴム弾性を有する第一の電気絶縁性エラストマー４を被覆されている。前記第二の電極も、その外周の全周に電気絶縁性およびゴム弾性を有する第二の電気絶縁性エラストマー５を被覆されている。他の構成は実施例１と同様である。

本実施例においても、第一の電極２と第二の電極３との間に電位差が印加されると、これらの電極２，３を互いに近づけようとする静電引力が電極２，３間に作用し、これらの電極２，３間の第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５（ゴム弾性電気絶縁層）をそのゴム弾性に抗して圧縮するので、図６に模式的に示されているように、前記電位差の大きさに応じて電極２，３の螺旋の巻き間の間隔が小さくなり、アクチュエータ１全体が収縮する。他方、電極２，３間に対する電位差の印加が停止されれば、ゴム弾性により電極２，３間の第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５（ゴム弾性電気絶縁層）が元の状態に復帰する。このため、電極２，３間に印加される電位差の大きさに応じて電極２，３の螺旋の巻き間の間隔が変化し、アクチュエータ１が伸縮する。

本実施例では、第一および第二の電極２，３はゴム弾性を有さない非エラストマー材料からなるので、前記電位差の印加により圧縮されるのは、電極２，３間の第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５（ゴム弾性電気絶縁層）のみで、第一および第二の電極２，３の横断面が圧縮されることはないが、その他は、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

図７は本発明による静電アクチュエータ１の実施例５を示している。本実施例においては、第一の電極２は導電性およびゴム弾性を有する導電性エラストマーからなる。他方、第二の電極３は金属、炭素、導電性プラスチック等の導電性は有するがゴム弾性は有さない変形可能な非エラストマー材料からなる。前記第一の電極２は、その外周の全周に電気絶縁性およびゴム弾性を有する第一の電気絶縁性エラストマー４を被覆されている。前記第二の電極３も、その外周の全周に電気絶縁性およびゴム弾性を有する第二の電気絶縁性エラストマー５を被覆されている。他の構成は実施例１と同様である。

本実施例においては、第一の電極２と第二の電極３との間に電位差が印加されると、電極２，３間の第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５（ゴム弾性電気絶縁層）および第一の電極２の横断面がそのゴム弾性に抗して圧縮される。

したがって、ゴム弾性を有さない非エラストマー材料からなる第二の電極３の横断面は圧縮されないことを除いて、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

図８は本発明による静電アクチュエータ１の実施例６を示している。本実施例においては、第一の電極２は、導電性およびゴム弾性を有する導電性エラストマーまたは金属、炭素、導電性プラスチック等の導電性は有するがゴム弾性は有さない変形可能な非エラストマー材料からなり、その外周の全周に電気絶縁性およびゴム弾性を有する電気絶縁性エラストマー４を被覆されている。他方、第二の電極３は、導電性およびゴム弾性を有する導電性エラストマーまたは金属、炭素、導電性プラスチック等の導電性は有するがゴム弾性は有さない変形可能な非エラストマー材料からなり、その外周には何も被覆されていない。他の構成は実施例１と同様である。

本実施例においては、第一の電極２と第二の電極３との間に電位差が印加されると、電極２，３間の電気絶縁性エラストマー４（ゴム弾性電気絶縁層）がそのゴム弾性に抗して圧縮される。第一および（または）第二の電極２，３が導電性エラストマーからなる場合は、その導電性エラストマーからなる電極の横断面も圧縮される。

したがって、第二の電気絶縁性エラストマー５が存在しないことを除いて、実施例１，４または５と同様の作用効果を得ることができる。

図９および１０は、本発明による静電アクチュエータ１の実施例７を示している。本実施例において、静電アクチュエータ１は、可撓性を有していて湾曲可能な、金属またはプラスチック等からなる可撓性管体７を有している。この可撓性管体７内には、実施例１の静電アクチュエータ１（第一および第二の電極２，３並びに第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５）がアクチュエータ本体８として、該可撓性管体７に沿って延びるように収容されている。アクチュエータ本体８の一端部（図９における下端部）は可撓性管体７の一端部に固定されている。アクチュエータ本体８の他端部（図９における上端部）には出力端部材９が固定されている。

本実施例においては、図１０に示されるように、可撓性管体７を、その内部に収容されているアクチュエータ本体８（第一および第二の電極２，３並びに第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５）とともに所望の形状に湾曲することができる。すなわち、本実施例において、可撓性管体７は、第一および第二の電極２，３を、それらの螺旋の巻き間の間隔は可変な状態で、全体として非直線状に延びるように維持する非直線状態維持手段を構成している。アクチュエータ本体８は、勿論、図に示される形状以外の形状にも湾曲できる。そして、可撓性管体７を所望の形状に湾曲させた状態でも、第一の電極２と第二の電極３との間に電位差を印加することにより、アクチュエータ本体８を収縮させることができる。

ここで、アクチュエータ１のストロークは第一および第二の電極２，３の全長に対応する。したがって、可撓性管体７を湾曲させて第一および第二の電極２，３を全体として非直線状に延びるようにすれば、第一および第二の電極２，３が全体として直線状に延びている状態では収容できない長さの空間にもアクチュエータ１を収容し、直線状に延びる短いアクチュエータを使用する場合より第一および第二の電極２，３の全長を長くし、ひいてはアクチュエータ１のストロークを大きくすることができる。ストロークを大きく取れるか否かは、アクチュエータの性能評価上極めて重要なファクターであるので、これは特筆すべきことである。

また、本実施例においては、出力の方向（出力端部材９の移動方向）の選択の自由度も大きくなる。

さらに、本実施例においては、直線状とすると障害物にぶつかって設置できないような場合でも、可撓性管体７を適当に湾曲することにより、障害物をよけてアクチュエータ１を設置することも可能になる。

なお、第一および第二の電極２，３の動きを円滑にするため、可撓性管体７の内壁と第一および第二の電極２，３の外周との間に潤滑剤を介在させてもよい。

また、電位差を印加したとき、可撓性管体７のみでは、電極２，３から受ける力により可撓性管体７が所望の非直線形状を維持できなくなるような場合には、可撓性管体７を所望の非直線形状に湾曲させた後、適当な固定手段により可撓性管体７の適当な箇所を固定し、可撓性管体７が確実に所望の非直線形状を維持するようにしてもよい。

また、本実施例においては、アクチュエータ本体８の一端部を可撓性管体７に固定しているが、本発明においては、必ずしもアクチュエータ本体８の一部を可撓性管体７に固定しなくてもよい。

また、本実施例においては、アクチュエータ本体８の一端部に出力端部材９を固定しているが、本発明においては、アクチュエータ本体８の一端部に出力端部材９を固定しなくてもよいし、アクチュエータ本体８の一端部に他の形状の出力端部材を固定してもよい。

図１１および１２は、本発明による静電アクチュエータ１の実施例８を示している。本実施例において、金属またはプラスチック等からなる非可撓性管体１０は非可撓性であり、大部分を螺旋状に湾曲されている。この非可撓性管体１０内には、実施例１の静電アクチュエータ１（第一および第二の電極２，３並びに第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５）がアクチュエータ本体８として、該非可撓性管体１０に沿って延びるように収容されている。本実施例においては、非可撓性管体１０が、第一および第二の電極２，３を、両電極２，３の螺旋の巻き間の間隔は可変な状態で、全体として非直線状に延びるように維持する非直線状態維持手段を構成している。

本実施例においても、アクチュエータ本体８の一端部（図１１における下端部）は非可撓性管体１０の一端部に固定されている。アクチュエータ本体８の他端部（図１１における上端部）には出力端部材９が固定されている。

本実施例においては、非可撓性管体１０の湾曲形状が決まっており、変化させることはできないが、実施例７の場合と同様に、アクチュエータ１が収容される空間の長さが同じであっても、第一および第二の電極２，３が全体として直線状に延びる場合より、アクチュエータ１のストロークを大きくすることができる。

なお、本実施例においても、第一および第二の電極２，３の動きを円滑にするため、非可撓性管体１０の内壁と第一および第二の電極２，３の外周との間に潤滑剤を介在させてもよい。

また、アクチュエータ本体８の一部を非可撓性管体１０に固定しなくてもよいし、アクチュエータ本体８の一端部に出力端部材９を固定しなくてもよいし、アクチュエータ本体８の一端部に他の形状の出力端部材を固定してもよい。

図１３は、本発明による静電アクチュエータ１の実施例９を示している。本実施例において、静電アクチュエータ１は、可撓性を有していて湾曲可能な、金属またはプラスチック等からなる可撓性軸体１１を有している。この可撓性軸体１１は、アクチュエータ本体８（実施例１の静電アクチュエータ１）の第一および第二の電極２，３が構成する螺旋内を螺旋軸に沿って延びている。アクチュエータ本体８の一端部（図１３における左端部）は可撓性軸体１１の一端部に固定されている。

本実施例においては、可撓性軸体１１を、アクチュエータ本体８（第一および第二の電極２，３並びに第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５）とともに所望の形状に湾曲することができる。これにより、本実施例において、可撓性軸体１１は、第一および第二の電極２，３を、それらの螺旋の巻き間の間隔は可変な状態で、全体として非直線状に延びるように維持する非直線状態維持手段を構成している。そして、可撓性軸体１１を所望の形状に湾曲させた状態でも、第一の電極２と第二の電極３との間に電位差を印加することにより、アクチュエータ本体８を収縮させることができる。

このため、本実施例においても、可撓性軸体１１を湾曲させて第一および第二の電極２，３を全体として非直線状に延びるようにすれば、第一および第二の電極２，３が全体として直線状に延びている状態では収容できない長さの空間にもアクチュエータ１を収容し、直線状に延びる短いアクチュエータを使用する場合より第一および第二の電極２，３の全長を長くし、ひいてはアクチュエータ１のストロークを大きくすることができる。

また、本実施例においても、出力の方向の選択の自由度が大きくなる。

さらに、本実施例においても、直線状とすると障害物にぶつかって設置できないような場合でも、管体を適当に湾曲することにより、障害物をよけてアクチュエータ１を設置することも可能になる。

なお、本実施例においては、アクチュエータ本体８の一端部を可撓性軸体１１の一端部に固定しているが、本発明においては、必ずしもアクチュエータ本体８の一部を可撓性軸体１１に固定しなくてもよい。

また、可撓性軸体１１の代わりに非可撓性かつ非直線状の非可撓性軸体を用いてもよい。その場合は軸体の形状が決まっており、変化させることはできないが、本実施例と同様に、アクチュエータ１のストロークを大きくすることができる。

図１４は本発明による静電アクチュエータ１の実施例１０を示している。本実施例において、静電アクチュエータ１は、プーリー１２，１３を有しており、これらのプーリー１２，１３は設置位置を固定されている軸１２ａ，１３ａを中心として回転可能とされている。

本実施例においては、実施例１の静電アクチュエータ１（第一および第二の電極２，３並びに第一および第二の電気絶縁性エラストマー４，５）がアクチュエータ本体８として巻き掛けられている。ここにおいて、本実施例においては、プーリー１２，１３が第一および第二の電極２，３を、それらの螺旋の巻き間の間隔は可変な状態で、全体として非直線状に延びるように維持する非直線状態維持手段を構成している。

このため、本実施例においても、アクチュエータ１が収容される空間の長さが同じであっても、第一および第二の電極２，３が全体として直線状に延びる場合より、アクチュエータ１のストロークを大きくすることができる。

なお、プーリーの設置数は適宜選択できるし、プーリーに巻き掛けられてアクチュエータ本体８が延びる非直線形状も適宜選択できる。また、本実施例では、プーリー２，３が回転可能とされているが、場合によってはプーリーを回転不可能としてもよい（ただし、勿論、回転可能とした方がアクチュエータ本体８がプーリーから受ける運動抵抗を小さくすることができる）。

また、本発明において、非直線状態維持手段を設ける場合、その非直線状態維持手段は、前述の可撓性管体７、非可撓性管体１０、可撓性軸体１１、非可撓性軸体、プーリー２，３に限られることはなく、例えば固体部材に設けられた穴や、管のように横断面が完全には閉じられていない横断面形状を有する部材等のその他の手段であってもよい。

また、前記実施例７〜１０においては、全体として直線状に延びる状態で成形された第一および第二の電極２，３を非直線状に延びるように使用しているが、本発明においては、はじめから全体として非直線状に延びるよう成形された第一および第二の電極を非直線状に延びるように使用してもよい。

図１５は本発明による静電アクチュエータ１の実施例１１を示している。本実施例においては、第一および第二の電極２，３が構成する螺旋の径が螺旋軸に沿って変化している。他の構成は実施例１と同様である。

本実施例においても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

図１６は本発明による静電アクチュエータ１の実施例１２を示している。本実施例においては、金属、炭素、導電性プラスチック等の導電性は有するがゴム弾性は有さない変形可能な非エラストマー材料からなる第一および第二の電極２，３が、電気絶縁性およびゴム弾性を有する１つの筒状をなす電気絶縁性エラストマー１５内に埋め込まれている。他の構成は実施例１と同様である。

本実施例においては、筒状の電気絶縁性エラストマー１５のうちの、第一および第二の電極２，３の螺旋の巻き間に介在された部分がゴム弾性電気絶縁層を構成する。

本実施例においても、基本的に実施例１と同様の作用効果を得ることができる。また、第一および第二の電極２，３が電気絶縁性エラストマー１５（ゴム弾性電気絶縁層）を介して互いに分離できないように結合されており、これにより螺旋軸方向に関し第一の電極２の螺旋の巻きと第二の電極３の螺旋の巻きとの間の間隔の大きさは所定の大きさの範囲内においてのみ可変とされているので、アクチュエータ１を伸ばそうとする大きな外力が作用しても、電極２，３間の間隔が過大に広がり、電位差を印加しても電極２，３間の間隔を縮小できなくなるような不都合が防止される。

ただし、電気絶縁性エラストマー１５が１つの筒状をなしているため、電極２，３間に゜電位差を印加されて圧縮力を受けたとき、変形し難いという不利はある。

以上のように本発明による静電アクチュエータは、第一の電極と第二の電極との間に与えられる電位差によって両電極間に発生する静電引力により伸縮する静電アクチュエータとして有用である。

１ 静電アクチュエータ
２ 第一の電極
３ 第二の電極
４ 第一の電気絶縁性エラストマー（ゴム弾性電気絶縁層）
５ 第二の電気絶縁性エラストマー（ゴム弾性電気絶縁層）
７ 可撓性管体（非直線状態維持手段）
８ アクチュエータ本体
１０ 非可撓性管体（非直線状態維持手段）
１１ 可撓性軸体（非直線状態維持手段）
１２，１３ プーリー（非直線状態維持手段）
１２ａ，１３ａ プーリーの回転軸
１５ 電気絶縁性エラストマー（ゴム弾性電気絶縁層）

Claims (13)

1. 螺旋状をなす第一の電極と、この第一の電極と同軸な螺旋状をなし、螺旋軸方向に関し自己の螺旋の巻きと前記第一の電極の螺旋の巻きとの間に間隔を設けられている第二の電極と、
   前記第一の電極の螺旋の巻きと前記第二の電極の螺旋の巻きとの間に介在された、電気絶縁性およびゴム弾性を有する電気絶縁性エラストマーからなるゴム弾性電気絶縁層とを有し、
   螺旋軸方向に関し前記第一の電極の螺旋の巻きと前記第二の電極の螺旋の巻きとの間の間隔は可変とされており、
   前記第一の電極と前記第二の電極との間に電位差が印加され、螺旋軸方向に関し前記第一の電極の螺旋の巻きと前記第二の電極の螺旋の巻きとの間の間隔を小さくしようとする静電引力が作用したとき、前記ゴム弾性電気絶縁層が該絶縁層のゴム弾性に抗して圧縮されるようにした静電アクチュエータ。
2. 前記ゴム弾性電気絶縁層は、前記第一および第二の電極のうちの少なくとも一方の外周に被覆された電気絶縁性およびゴム弾性を有する電気絶縁性エラストマーからなる請求項１記載の静電アクチュエータ。
3. 前記第一および第二の電極の両方が導電性およびゴム弾性を有する導電性エラストマーからなる請求項１または２記載の静電アクチュエータ。
4. 前記第一および第二の電極の両方が導電性を有する非エラストマー材料からなる請求項１または２記載の静電アクチュエータ。
5. 前記第一および第二の電極のうちの一方が導電性およびゴム弾性を有する導電性エラストマーからなり、他方が導電性を有する非エラストマー材料からなる請求項１または２記載の静電アクチュエータ。
6. 前記第一および第二の電極を、これらの電極の螺旋の巻き間の間隔は可変な状態で、全体として非直線状に延びるように維持する非直線状態維持手段をさらに有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の静電アクチュエータ。
7. 前記非直線状態維持手段は、可撓性を有していて湾曲可能な可撓性管体であり、この可撓性管体内に前記第一および第二の電極が該管体に沿って延びるように収容されている請求項６記載の静電アクチュエータ。
8. 前記非直線状態維持手段は、非可撓性かつ非直線状をなす非可撓性管体であり、この非可撓性管体内に前記第一および第二の電極が該管体に沿って延びるように収容されている請求項６記載の静電アクチュエータ。
9. 前記管体の内壁と前記第一および第二の電極の外周との間に潤滑剤が介在されている請求項７または８記載の静電アクチュエータ。
10. 前記非直線状態維持手段は、可撓性を有していて湾曲可能な可撓性軸体であり、この可撓性軸体が前記第一および第二の電極が構成する螺旋内を螺旋軸に沿って延びている請求項６記載の静電アクチュエータ。
11. 前記非直線状態維持手段は、非可撓性かつ非直線状をなす非可撓性軸体であり、この非可撓性軸体が前記第一および第二の電極が構成する螺旋内を螺旋軸に沿って延びている請求項６記載の静電アクチュエータ。
12. 前記非直線状態維持手段は、プーリーであり、このプーリーに前記第一および第二の電極が巻き掛けられている請求項６記載の静電アクチュエータ。
13. 前記第一および第二の電極が前記ゴム弾性電気絶縁層を介して互いに分離できないように結合されており、これにより螺旋軸方向に関し前記第一の電極の螺旋の巻きと前記第二の電極の螺旋の巻きとの間の間隔の大きさは所定の大きさの範囲内においてのみ可変とされている請求項２記載の静電アクチュエータ。
    

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