JP3262357B2 - 静電アクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フィルム状の薄形の静
電アクチュエータの駆動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアクチュエータは主として電磁力
を利用したものであり、その特質上電磁コイルや永久磁
石等を備えなければならず、構造が複雑で、又消費電力
も非常に大きいものであった。このため、アクチュエー
タよりの発熱量も大きかった。

【０００３】そのため、電磁式に比べ、低消費電力、高
効率、小型化可能という面から、静電モータや静電アク
チュエータが注目されている。

【０００４】静電モータとしては、誘電体の分極の遅れ
を利用した誘導モータや、誘電体の代わりに抵抗体を用
いたモータが存在している。誘導モータの原理は、電界
内におかれた誘電体が分極することに着目し、その分極
の時間遅れを利用したものである。又、抵抗体を用いた
モータは回転電界内で抵抗体内に誘導される電荷が、電
界の向きに対して遅れることを利用したものである。

【０００５】しかしながら、従来の静電モータは、固定
子と回転子とを具備し、ある程度のギャップを有する回
転機構を必須としている。そのため、そのギャップを保
持するために軸受等の機構を用い、より均一なギャップ
の保持のためには固定子、回転子の剛性を高くする必要
がある。従って、上記装置をコンパクトに構成すること
が難しく、又、その力密度も低いものであった。

【０００６】以上のような状況に鑑み、電界内に置かれ
た誘電体の分極の時間遅れを利用して固体表面間で静電
気力を発生させ、該静電気力によりアクチュエータとし
ての駆動力を得る静電アクチュエータが特開平２−２８
５９７８号公報に提案されている。この静電アクチュエ
ータは、図３、図４に示すように、固定子１と移動子１
０を有する。

【０００７】固定子１は、フィルム状の絶縁体２内に複
数の帯状電極４を一定ピッチで配列したものである。
又、移動子１０は、絶縁体層１１と高抵抗体層１２とか
らなるもので、固定子１の上に載置されている。そし
て、この静電アクチュエータは、図示しない駆動制御回
路によって帯状電極４への印加電圧を切り換えることに
より、固定子１と移動子１０との間に静電気力を発生さ
せ、それにより移動子１０を、固定子１から浮上させて
動かすようになっている。

【０００８】次に、この静電アクチュエータの動作を図
５を参照して説明する。

【０００９】まず、図５（ａ）に示すように、固定子１
を構成する絶縁体２に埋め込まれた第１の電極群（Ｉ
相）である電極４a1、４a2、４a3に正電圧＋Ｖを、第２
の電極群（II相）である電極４b1、４b2、４b3に負電圧
−Ｖを、第３の電極群（III 相）である電極４c1、４c
2、４c3に０Ｖを、それぞれ印加する。すると、始めは
電荷の存在していなかった高抵抗体層１２内に電流が流
れ、高抵抗体層１２と絶縁体層１１の境界に電荷が誘導
され、平衡状態になる。この電荷は、図５（ｂ）の点線
で示した位置の鏡像電荷（反対極性の電荷）で置き換え
ることができる。この状態で、移動子１０は固定子１に
吸引されている。この段階を充電ステップと言う。

【００１０】次に、図５（ｃ）に示すように、各電極へ
の印加電圧を切り換える。つまり第１の電極群（Ｉ相）
である電極４a1、４a2、４a3に負電圧−Ｖを、第２の電
極群（II相）である電極４b1、４b2、４b3に正電圧＋Ｖ
を、第３の電極群（III 相）である電極４c1、４c2、４
c3に負電圧−Ｖを、それぞれ印加する。すると、各電極
内の電荷は瞬時に移動するが、高抵抗体層１２に誘導さ
れた鏡像電荷は、同層材料の抵抗値が高いためにすぐに
は移動しない。したがって、電極４a1、４b1、４a2、４
b2上の電荷と、その直上の移動子１０上の鏡像電荷とが
同極性（同符号）となることにより、反発力が発生し、
移動子１０は固定子１の表面から浮上する。又、電極４
c1上の負電荷と、隣接する電極４b1の直上の鏡像正電荷
とが異極性（異符号）となることにより互いに吸引し、
同時に電極４c1上の負電荷と、電極４a2の直上の鏡像負
電荷とが同極性（同符号）となることにより互いに反発
するので、移動子１０は右方向の駆動力を受け、右に移
動する。この段階を駆動ステップと言う。

【００１１】移動子１０が右方向に１ピッチ移動する
と、図５（ｄ）に示すように、電極４b1、４c1、４b2、
４c2の電荷と、それらの上の鏡像電荷とが異極性となる
ので、吸引力が働き、移動子１０はその位置で位置決め
されて停止する。移動子１０が移動する間に鏡像電荷は
拡散するが、引き続いて図５（ｅ）に示すように、第１
の電極群（Ｉ相）である電極４a1、４a2、４a3に０Ｖ
を、第２の電極群（II相）である電極４b1、４b2、４b3
に正電圧＋Ｖを、第３の電極群（III 相）である電極４
c1、４c2、４c3に負電圧−Ｖを、それぞれ印加すること
により、移動子１０上に再び鏡像電荷を誘導（充電）す
る。この段階も充電ステップと言う。

【００１２】そして、以下同様に、各電極群への印加電
圧を順次切り換えていくことにより、移動子１０を１ピ
ッチずつ移動させる。

【００１３】図６は、この例での各相へ印加する電圧の
時間変化を示す。駆動制御回路は、充電ステップと駆動
ステップを交互に実行することにより、充電と駆動を制
御する。

【００１４】この静電アクチュエータは、移動子１０に
は電極がなく、充電操作によって固定子１側の帯状電極
４のパターンを移動子１０側に転写するようにしている
ので、固定子１と移動子１０の位置合わせが不要であ
り、帯状電極４を高精度に加工する必要がないという点
で有益である。

【００１５】又、固定子１と移動子１０を接触させるこ
とで、固定子１と移動子１０間の距離（ギャップ）を保
持しているので、その距離を極めて小さくすることがで
き、よって、薄形でコンパクトな構造にすることができ
る上、大きな力密度（単位当たりに発生する力）を得る
ことができるという点でも有益である。

【００１６】更に、１９９０年度精密工学秋季大会講演
論文（樋口俊郎、柄川索、新野俊樹）によれば、この静
電アクチュエータは、ある「特定の条件」の下では紙を
直接搬送することができることが示されている。

【００１７】同論文によれば、この静電アクチュエータ
による紙送りには、以下のような特徴があるとされてい
る。

【００１８】当該紙送り機構は電極と駆動回路のみで
構成されており、ローラ等の機械的可動部がないため、
構造が簡単で故障が少なく、且つ小型化にも適してい
る。

【００１９】駆動する材料の全面に直接力を与えるた
め、極薄い紙でも皺を寄せることなく搬送することがで
きる。

【００２０】本体と対象物の間には反発力と吸引力が
交互に働くが、図６において例示されているように、そ
の時間比率は吸引力のほうが長い。従って、全体的には
搬送対象物を本体に保持する力が働くことになり、装置
をどのような向きにおいても搬送対象物を落下させるこ
となく搬送することができる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同論文
によれば、前記「特定の条件」として、搬送される紙の
表面抵抗が１０¹³（Ω／□）以上あることが必須と謳っ
ており、これを理論的にも実験的にも確認したデータが
示されている。

【００２２】そのため、従来の静電アクチュエータで
は、例えばＰＰＣ用紙等の上質紙を通常の環境状態（常
温常湿の状態）で搬送することは不可能であるという問
題があった。

【００２３】本発明は、このような従来の問題に鑑みて
なされたものであって、例えばＰＰＣ用紙等の上質紙を
常温常湿の状態で搬送することのできる静電アクチュエ
ータを提供し、上記課題を解決せんとしたものである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁体内に複
数の帯状電極を配列してなるフィルム状の固定子と、該
固定子上に載置されるフィルム状の移動子と、前記帯状
電極への印加電圧の切り換えにより固定子と移動子との
間に静電気力を発生させ、それにより前記移動子を固定
子から浮上させて帯状電極の配列方向に沿って移動させ
る駆動回路とを、を備えた静電アクチュエータにおい
て、前記固定子の前記絶縁体内に、固定子の温度を制御
するための電熱線を組込んだことにより、上記課題を解
決したものである。

【００２５】なお、前記電熱線に流す電流は、前記固定
子の温度が設定された温度を維持するようにフィードバ
ック制御するように構成すると一層良好である。

【００２６】

【作用】本発明においては、固定子に組込まれた電熱線
によって固定子全体がある温度状態に保たれるため、こ
の固定子上に接触した状態で載置される移動子（この場
合、紙）はこの発熱によって乾燥させられることと同様
な作用を受け、紙の搬送条件に当てはまる表面抵抗値を
持たせることができるようになる。

【００２７】これにより、従来常温常湿下では搬送不可
能であった上質紙の搬送をも行うことができる静電アク
チュエータを得ることができる。

【００２８】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例を詳細に
説明する。

【００２９】図１は、本発明に係る静電アクチュエータ
２０の実施例を示す斜視図、図２はそのII−II線断面図
である。

【００３０】固定子２１は、フィルム状の絶縁体からな
るベース層２３と、該ベース層２３上に配置された帯状
電極２４と、その上に形成されるフィルム状の誘電体層
２５とからなる。

【００３１】この誘電体層２５のベース層３側には前記
帯状電極２４と干渉しない位置に電熱線２６が組込まれ
ている。この電熱線２６には電源２８により常時電流を
流し得るように回路が形成されている。電熱線２６に流
す電流は電流コントロール部２９によって制御可能であ
る。

【００３２】もしこの静電アクチュエータ２０のおかれ
ている環境の温度、湿度等があまり変化しない場合に
は、当該環境に合せて流す電流を設定することにより、
ＰＰＣ上質紙（移動子）３０の状態を意図した乾燥状態
（抵抗値）に維持することが可能である。

【００３３】しかしながら、当該静電アクチュエータ２
０のおかれている環境が必ずしも安定していない場合、
あるいはＰＰＣ上質紙３０の移動をより確実に確保する
必要がある場合には、固定子２１のいずれかの部分に感
温素子（図示省略）を備え、現実の固定子２１の温度状
態に基づいて電熱線２６に流す電流をフィードバック制
御するようにすると良い。

【００３４】なお、感温素子を備えなくても、例えばベ
ース層２３あるいは誘電体層２５の抵抗値とその温度と
に固有の関係がある場合には、該抵抗値を検出すること
によって温度を推定することも可能である。

【００３５】ＰＰＣ上質紙３０は、固定子２１の上に接
触した状態で載置される。

【００３６】一般に、ＰＰＣ上質紙３０は湿度２５％以
上では搬送条件に当てはまる表面抵抗値を持たないため
搬送できないが、電熱線２６の発熱によって固定子２１
全体がある温度状態に維持されるため、ちょうど熱風で
乾燥させられた状態と同様な作用を受け搬送条件に当て
はまる表面抵抗値を持つようになる。

【００３７】その結果、従来常温常湿下では搬送不可能
とされていたＰＰＣ上質子紙３０でも良好に搬送するこ
とができるようになる。

【００３８】なお、本発明はＰＰＣ上質紙のような紙を
移動子として直接搬送する場合に最もその効果が顕著で
あるが、本発明では、移動子の材質については特にこれ
を紙に限定するものではない。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
従来不可能とされていたＰＰＣ上質紙のような素材であ
ってもこれを移動子として直接的に搬送することができ
るようになるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る静電アクチュエータの実
施例の構成を示す斜視図である。

【図２】図２は、図１のII−II線断面図である。

【図３】図３は、従来の静電アクチュエータの構成を示
す斜視図である。

【図４】図４は、図３のIV−IV線に沿う断面図である。

【図５】図５は、この種の静電アクチュエータの動作を
順を追って示す図である。

【図６】図６は、上記静電アクチュエータに印加する電
圧パターンを示す線図である。

【符号の説明】 ４…電極、 ４a1，４a2，４a3，４b1，４b2，４b3，４c1，４c2，４
c3…電極、 １０…移動子、 ２０…静電アクチュエータ、 ２１…固定子、 ２３…ベース層、 ２４…誘電体層、 ２５…帯状電極、 ２６…電熱線、 ２８…電源、 ２９…電流コントロール部、 ３０…ＰＰＣ上質紙（移動子）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−285978（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−75483（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−133674（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−133907（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 1/00 B65H 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁体内に複数の帯状電極を配列してなる
   フィルム状の固定子と、該固定子上に載置されるフィル
   ム状の移動子と、前記帯状電極への印加電圧の切り換え
   により固定子と移動子との間に静電気力を発生させ、そ
   れにより前記移動子を固定子から浮上させて帯状電極の
   配列方向に沿って移動させる駆動回路とを、を備えた静
   電アクチュエータにおいて、 前記固定子の前記絶縁体内に、固定子の温度を制御する
   ための電熱線を組込んだことを特徴とする静電アクチュ
   エータ。
2. 【請求項２】前記電熱線に流す電流を、前記固定子の温
   度が設定された温度を維持するようにフィードバック制
   御する手段が備えられている請求項１に記載の静電アク
   チュエータ。