JPH0475483A

JPH0475483A - 静電力を利用した薄葉材料の駆動装置

Info

Publication number: JPH0475483A
Application number: JP18539790A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Higuchi; 俊郎樋口; Saku Egawa; 索柄川
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1990-07-16
Filing date: 1990-07-16
Publication date: 1992-03-10
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: JP2719035B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、静電力を利用した薄葉材料の駆動装置に関す
る。

（従来の技術）従来から、機械的エネルギーを電界エネルギーに変換す
るものとして静電発電機がよく知られており、それとは
逆の変換、つまり電界エネルギーを機械的エネルギーに
変換するのが静電モータである。

このような静電モータの歴史は古く、１８世紀頃から既
に研究されており、例えば「静電気ハンドブ、り」、静
電気学会論、オーム社発行、第６６４頁〜第６７５頁に
詳細に記載されている。上記文献中には、誘電体の分極
の遅れを利用した誘導モータが示されている。この誘電
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
。即ち、第１０図に示すように、回転子としてのｍＷ体
すが固定子ａ内部の回転電界内におかれた場合、誘電体
すの誘電負荷は、時間遅れのために回転電界とは角度が
ずれた形となる。その電荷と回転電界との間の相互作用
が回転力となる。

また、誘電体の代わりに抵抗体を用いたモータも存在し
ている。この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てい
る。

（発明が解決しようとする課Ｂ）しかしながら、従来の静電モータは、（１）抵抗体と電極の間に吸引力が働くので、フィルム
化することが困難である。

（２）固定子と回転子を具備し、ある程度のギヤツブを
有する回転機構からなっており、そのギャップを保持す
るために軸受は等の機構を用いている。

そのため、広い面積にわたってギヤツブを狭くすること
は困難である。また、それを実現するためには、固定子
、回転子を十分厚くして剛性を高くしなければならない
ので、大密度（単位当たりに発生できる力）が損なわれ
てしまう。

従って、上記装置をコンパクトに構成することには難が
あり、その大密度も低いものであった。

このような状況に鑑みて、本願出願人は、既にフィルム
を利用した静電アクチエエータを提案している。しかし
、そのアクチュエータによって駆動できる移動体は、抵
抗体を塗布した特殊なフィルムに限られていた。

本発明は、上記問題点を除去し、絶縁性フィルムや紙な
どの一般的な材料を駆動することができる静電力を利用
した薄葉材料の駆動装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するだめの手段）本発明は、上記目的を達成するために、静電力を利用し
た薄葉材料の駆動装置において、薄葉材料に正負の電荷
を与える電荷付与手段と、該１葉材料が載置され、絶縁
体内に配線される複数の電極を具備する固定子と、前記
複数の電極への電圧の切り換えにより前記薄葉材料に浮
上力と駆動力を与え駆動するとともに、位置決めを行う
ようにしたものである。

また、薄葉材料として正負の帯状の電荷パターンを付与
されエレクトレット化されたものを用いることができる
。

更に、前記複数の電極は中心点を基準として放射状に所
定ピッチで配置され、前記中心点を軸にして回転する薄
葉材料を設けた回転型の薄葉材料の駆動装置を構成する
ことができる。

（作用）本発明によれば、固定子の電極に電圧を印加した状態で
正負のイオンを薄葉材料としての絶縁性フィルム上に振
りかけると、イオンがそれぞれ逆符号の電圧の電極に引
き付けられ、絶縁性フィルム上に電極に沿った電荷パタ
ーンが作られる。この電荷は、本願出願人が既に提案し
た抵抗体を用いたアクチュエータにおいて作られる電荷
パターンと等価であり、その場合と同様の力が発生する
。

この方式は、イオンにより空気に導電性を与えることで
、従来の方式における抵抗体層の役割を、空気が代行さ
せていると考えられる。

なお、イオン発生装置は、最初に電荷パターンを作り出
した後は停止させても、動作させ続けてもよい。イオン
供給を停止すると、電荷パターンが固定されるので、フ
ィルムを正確なピッチで駆動できる。一方、イオンを供
給し続けると、電荷パターンと電極がずれても、電荷パ
ターンが電極に沿うように修正されるので、脱調現象が
発生しなくなるという利点が生しる。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１閃は本発明の実施例を示す静電力を利用した薄葉材
料の駆動装置の斜視図、第２図乃至第６図はその駆動装
置の動作説明図である。

これらの図に示すように、下部の固定子Ｉは、絶縁体２
に帯状電極４を埋め込んだものである。

更に、詳細に述べると、この固定子１は、フィルム状の
絶縁体からなるベース層と、咳ヘース層上に配線される
帯状電極４と、その上に形成されるフィルム状の絶縁層
とからなる。

薄葉材料１０は、駆動対象物であり、絶縁性のフィルム
や紙を用いることができる。本願出願人が既に提案した
抵抗体を用いる従来の方式では、高い抵抗体層をもつ材
料のみが駆動可能であり、絶縁性材料は駆動できなかっ
た。一般に用いられているプラスチックフィルムは絶縁
体であるので、従来の方式は一般的なフィルムを駆動す
ることはできず、その有用性が限られていた。本発明に
よれば、以下に説明するように、絶縁性フィルムでも駆
動を行うことができ、−船釣な薄葉材料の駆動装置とし
て利用できる。また、プラスチックフィルムに限定する
ことなく、薄い絶縁体であれば、紙、ガラス、セラミン
クなども駆動できる。

このような１葉材料１０を固定子１の上に接触した状態
に載１する。また、薄葉材料１０上には正負の電荷を付
与するための針電極６と、それに接続される交流高電圧
源５（例えば、７〜ｌ０ＫＶ）と、送風Ｉ！７とからな
るイオン発生装置としてのイオンブロワ−（コロナ放電
式除電器：例えば、シムコジャパン■製エアロスタット
Ａ−８０型）８を用いる。なお、上記した針電極６の代
わりに細いワイヤを用いることもできる。このイオンブ
ロワ−８により、薄葉材料１０上に正負の電荷を付与し
、帯状電極４には、後述するように、選択的に電圧が印
加され、薄葉材料１０を駆動するとともに、位置決めが
行われる。

なお、イオンブロワ−８が生成するイオン化空気の体積
抵抗率は、ＩＱＩＯ〜１０１２Ω・ｍであることが望ま
しい。

また、イオンブロワ−８の針電極６は１個のみ図示され
ているが、薄葉材料１０上に複数個設けることが望まし
い。

因みに、例えば帯状電極４の幅！、は０．４　ｍ、帯状
電極４のピッチｒ２は１．２７ｍ、帯状電極４が配置さ
れる全体の幅ｌ、は１２６　ｍ、帯状電極４の長さは１
７５■である。

次に、この静電力を利用した薄葉材料の駆動装置の動作
について第２図乃至第６回を参照しながら説明する。

まず、第２回に示すように、絶縁性フィルム２゜（例え
ば、１０１４Ω以上）の前処理を行う。即ち、固定子１
を構成する絶縁体２に埋め込まれた各電極群４ａ＋　＋
　４ａｚ　＋　４ａｘ　、４ｂ＋　＋　４ｂｚ　＋　４
ｂ：＋　、４ｃ＋４Ｃ２＋　４Ｃ３をＯ■にした状態で
、イオンブロワ−８により、正負の電荷を付与して、残
留電荷があるような場合にはこれを中和して除電を行い
、初期設定を行う。

次に、第３図に示すように、固定子ｌを構成する絶縁体
２に埋め込まれた第１の電極群である電極４ａ＋　ｌ　
４ａｚ　＋　４ａ３に正電圧＋■、第２の電極群である
電極４ｂ＋　、　４ｂｚ　、４ｂ３に負電圧−■、第３
の電極群である電極４ｃ＋　＋　４Ｃ２、４ｃ３に０■
をそれぞれ印加する。その状態で固定子ｌに載置されて
いる絶縁性フィルム２０にイオンブロワ−８によってイ
オンを振り掛け、電極に沿った電荷パタンを作る。

次に、第４図に示すように、各電極に印加する電圧を切
り換える。つまり、第１の電極群である電極４ａ＋　、
　４ａｚ　＋　４ａ：＋に負電圧−■、第２の電極群テ
アルミ極４ｂ、　、　４ｂＺ　、　４ｂ３　ニ正電圧＋
Ｖ、第３の電極群である電極４Ｃ＋　、　４ｃｚ　、　
４ｃ３に負電圧■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、絶縁性フィルム２０の電
荷は抵抗値が高いため保持される。

従って、電極４ａ、　、　４ｂ、　、　４ａｘ　、　４
ｂｚの電荷とその上の電荷は同符号となるので、反発力
、すなわち、絶縁性フィルム２０を浮上させる力が発生
する。

そして、電極４ｃ＋　の−電荷と電極４ｂ、　’の上の
絶縁性フィルム２０の十電荷は吸引し、電極４ｃ、の電
荷と電極４ａｚの上の絶縁性フィルム２０の一電荷は反
発するので、絶縁性フィルム２０は右方向の駆動力を受
け、右に移動する。

そこで、絶縁性フィルム２０が右方向へｌピッチ移動す
ると、第５図に示すように、電極の電荷と絶縁性フィル
ム２０の電荷とが異極性となるので、吸引力が働き絶縁
性フィルム２０はそこで停止する。

上記ステップを繰り返すことにより、絶縁性フィルム２
０を駆動し、移動させることができる。

絶縁性フィルム２０が所定位置に移動が完了すると、後
処理を行う。即ち、第６図に示すように、固定子１を構
成する絶縁体２に埋め込まれた各電極群４ａ＋　、　４
ａｚ　、　４ａ：＋　、４ｂ＋　、　４ｂｚ　＋　４ｂ
３．４ｃ４ｃｚ　＋　４Ｃ３には電圧を印加しない状態
で、イオンブロワ−８により、正負の電荷を付与して、
残留電荷があるような場合にはこれを中和して除電を行
った後、絶縁性フィルム２０を外す場合、これを容易に
剥がすことができる。

上記実施例においては、イオンブロワ−８は常時稼働さ
せるようにしたが、この装置の駆動動作を行う前に１度
だけイオンブロワ−８を作動させるようにしてもよい。

また、駆動対象フィルムにイオンを振りかける際には、
フィルムが固定子電極に面している全ての部分に振りか
ける必要はなく、第７図に示すように、固定子の端の部
分のみにイオンを与えるようにすることもできる。この
ような構成であっても、イオンが振りかけられる部分で
作られた帯状の電荷パターンは、フィルムがイオンがか
からない部分に移動しても保持されるので、フィルムを
駆動できる。

次に、第８図は本発明の他の実施例を示す静電力を利用
した薄葉材料の駆動装置の動作説明図である。

以下、この図を用いて薄葉材料の駆動装置の動作を説明
する。

この実施例においては、薄葉材料として電荷を有するエ
レクトレット３０を用いる。

ここで、エレクトレットとは、恒久的に電気分極を保持
し、外界に対して、電気力を及ぼす物質であり、例えば
電気的絶縁性が優れ、成型加工が容易な合成ポリマー材
料であるポリ四ふっ化エチレン（ＰＴＦＥ）　、ポリ六
ぶつ化プロピレン（ＦＥＰ−テフロン）、マイラー（Ｐ
ＥＴ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのフィルムがエレ
クトレット化されたものを用いることができる。

まず、第８図（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の電極群である電極４ａ＋
　＋　４ａｚ　＋　４ａｚに正電圧＋■、第２の電極群
である電極４ｂ＋　、　４ｂｚ　、　４ｂｉに負電圧−
■、第３の電極群である電極４ｃ、　＋　４ｃｚ　＋　
４Ｃ３をＯＶにする。すると、固定子１に載置されたエ
レクトレット３０には固定子ｌの電極に沿った電荷パタ
ーンができる。

次に、第８図（ｂ）に示すように、各電極に印加する電
圧を切り換える。つまり、第１の電極群である電極４ａ
＋　＋　４ａｚ　＋　４ａｚに負電圧−■、第２の電極
群である電極４ｂ＋　、　４ｂｚ　、４ｂ：＋に正電圧
子■、第３の電極群である電極４ｃ＋　＋　４Ｃ２＋　
４ｃｘ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、エレクトレット３０の
電荷は変化しない。

従って、電極４ａ＋　、　４ｂ＋　、　４ａｚ　、　４
ｂｚの電荷とその上の電荷は同符号となるので、反発力
、すなわち、エレクトレット３０を浮上させる力が発生
する。そして、電極４ｃ、の−電荷と電極４ｂ＋　の上
のエレクトレット３０の十電荷は吸引し、電極４ｃ＋　
の電荷と電極４３ｚの上のエレクトレット３０の一電荷
は反発するので、エレクトレット３０は右方向の駆動力
を受け、右に移動する。

そこで、エレクトレット３０が右方向へ１ピツチ移動す
ると、第８図（ｃ）に示すように、電極の電荷とエレク
トレット３０の電荷とが異極性となるので、吸引力が働
き、エレクトレット３０はそこで停止する。

第９図は本発明の更なる実施例を示す静電力を利用した
薄葉材料の駆動装置の構成図である。

ここでは、固定子の複数のｔ橿は中心点を基準としてそ
の放射状に所定ピッチで配置され、前記中心点を軸にし
て回転する薄葉材料を設けることにより、回転型の薄葉
材料の駆動装置を得ることができる。

この実施例においては、第９図（ａ）に示すように、固
定子４０を構成する。つまり、リング状の絶縁体４１内
に第１の！極群である電極４２ａ１〜４２ａ８第２の’
５ｉＲｉ群である電極４２ｂ＋〜４２ｂ、、第３の電極
群である電極４２ｃ１〜４２ｃ８を放射状に配置する。

一方、円板状の絶縁性フィルム５０の中心軸５１を固定
子４０の中心０と一致させて、回転可能にセ。

トする。この円板状の絶縁性フィルム５０には表示針５
２をデザインしておく。

そこで、円板状の絶縁性フィルム５０に図示しないが上
記したようにしてイオンを振り掛けるか、円板状の絶縁
性フィルム５０に代えて、エレクトレットを用いる。

そこで、固定子４０を構成するリング状の絶縁体４１に
埋め込まれた第１の電極群である電極４２ａ１〜４２ａ
、に正電圧子Ｖ、第２の電極群である電極４２ｂ〜４２
ｂ８に負電圧−■、第３の電極群である電極４２Ｃ１〜
４２ｃ、に０■をそれぞれ印加する。すると、固定子４
０に載置された円板状の絶縁性フィルム５゜には固定子
４０の電極に沿った電荷パターンができる。

次に、各電極に印加する電圧を切り換える。つまり、第
１の電極群である電１４２ａ＋〜４２ａ、に負電圧−■
、第２の電極群である電極４２ｂ　、〜４２ｂ８に正電
圧＋■、第３の！極群である電極４２ｃ１〜４２ｃ８に
負電圧−■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、円板状の絶縁性フィルム５０の
電荷は保持される。

従って、電極４２ａ＋　、４２ｂ＋　、４２ａｚ　、４
２ｂｚ、　４２ａｚ４２ｂ３．４２ａａ、　４２ｂ−、
４２ａｓ　、４２ｂｓ　＋４２ａｉ、４２ｂａ４２ａ１
．４２ｂ１．４２ａｓ、　４２ｂｓの電荷とその上の円
板状の絶縁性フィルム５０の電荷は同符号となるので、
反発力が発生し、円板状の絶縁性フィルム５ｏは浮上す
る。そして、電極４２ｃ１の一電荷と電極４２ｂ１の上
の円板状の絶縁性フィルム５０の十電荷は吸引し、電極
４２ｃ、の−電荷と電極４２ａ２の上の円板状の絶縁性
フィルム５０の一電荷は反発するので、円板状の絶縁性
フィルム５０は時計方向に１ピッチ回転する。

そこで、円板状の絶縁性フィルム５０が時計方向へｌピ
ッチ移動すると、電極の電荷と円板状の絶縁性フィルム
５０の電荷とが異極性となるので、吸引力が働き、円板
状の絶縁性フィルム５０はそこで停止する。

このように電極の電圧の切り換えを、正規な矩形パルス
で行うことにより、円板状の絶縁性フィルム５０を間欠
的に正確に回転させることができ、表示針５２により正
確な時刻を表示することができる。

なお、このように構成することにより、極めて薄い時計
を得ることができる。また、固定子４０、円板状の絶縁
性フィルム５０、電極及び配線を透明体で構成すること
により、表示針５２だけが時を刻むハイセンスな時計を
得ることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果）以上、詳細に説明したように、本発明によれば、機構に
ローラ等の可動部がなく、電極と駆動回路のみで構成さ
れるため、構造が単純であり小型化できる。また、駆動
する薄葉材料としては絶縁性フィルム、紙、ガラス、セ
ラミックス等の薄い絶縁材料、エレクトレット等その材
料は広汎なものを用いることができる。

更に、薄葉材料の全面に直接に力を与えられることから
、ごく薄い材料でもしわをよせることなく駆動できる。

例えば、工場における薄い材料を扱う工程や、小型の機
器における用紙送り装置等に利用することができる。

また、複数の電極は中心点を基準として放射状に所定ピ
ッチで配置され、前記中心点を軸にして回転する薄葉材
料を配置することにより、薄型の時計を得ることもでき
る。また、各部材を透明体とすることにより、透明な時
計を得ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す静電力を利用した薄葉材
料の駆動装置の斜視図、第２図乃至第６図はその駆動装
置の動作説明図、第７図は本発明の固定子の端の部分の
みシこイオン発生装置を設置した例を示す図、第８図は
本発明の他の実施例を示す静電力を利用したエレクトレ
ット薄葉材料の駆動装置の動作説明図、第９図は本発明
の更なる他の実施例を示す静電力を利用した薄葉材料の
駆動装置（回転型駆動装置〕の構成図、第１０図は従来
の静電モータの構成図である。 ■、４０・・固定子、２・・・絶縁体、４・・・帯状電
極、４ａ＋　”−４ａ３．４ｂ＋　〜４ｂ３．４ｃ＋　
−４Ｃ３、４２ａ＋〜４２ａａ、　４２ｂ＋〜４２ｂｓ
、　４２ｃ、〜４２ｃ、・−・電極群、５・・・交流高
電圧源、６・・・針電極、７・・・送風機、８・・・イ
オンブロワ−（イオン発生装置）、ｌＯ・・・薄葉材料
、２０・・・絶縁性フィルム、３０・・・エレクトレッ
ト、４１・・・リング状の絶縁体、５０・・・円板状の
絶縁性フィルム、５１・・・中心軸、５２・・・表示針
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）薄葉材料に正負の電荷を与える電荷付与手段と、（ｂ）該薄葉材料が載置され、絶縁体内に配線される複
数の電極を具備する固定子と、（ｃ）前記複数の電極への電圧の切り換えにより前記薄
葉材料に浮上力と駆動力を与え駆動するとともに、位置
決めを行う手段とを具備する静電力を利用した薄葉材料
の駆動装置。
（２）前記電荷付与手段はイオン発生装置である請求項
１記載の静電力を利用した薄葉材料の駆動装置。
（３）前記薄葉材料には駆動前にのみ電荷を付与するこ
とを特徴とする請求項１記載の静電力を利用した薄葉材
料の駆動装置。
（４）前記薄葉材料には駆動中持続して電荷を付与する
ことを特徴とする請求項１記載の静電力を利用した薄葉
材料の駆動装置。
（５）前記薄葉材料に対する電荷の付与が、固定子電極
の一部分の上のみにおいて行われることを特徴とする請
求項１記載の静電力を利用した薄葉材料の駆動装置。
（６）前記薄葉材料は表面抵抗１０＾１＾４Ω／□以上
の絶縁性フィルムや紙である請求項１記載の静電力を利
用した薄葉材料の駆動装置。
（７）前記薄葉材料に対して前処理として電荷除去を行
う手段を具備することを特徴とする請求項１記載の静電
力を利用した薄葉材料の駆動装置。
（８）前記薄葉材料に対して後処理として電荷除去を行
う手段を具備することを特徴とする請求項１記載の静電
力を利用した薄葉材料の駆動装置。
（９）（ａ）正負の帯状の電荷パターンを付与されエレクトレ
ット化された薄葉材料と、（ｂ）該薄葉材料が載置され、絶縁体内に配線される複
数の電極を具備する固定子と、（ｃ）前記複数の電極への電圧の切り換えにより前記薄
葉材料に浮上力と駆動力を与え駆動するとともに、位置
決めを行う手段とを具備する静電力を利用した薄葉材料
の駆動装置。
（１０）前記複数の電極は中心点を基準として放射状に
所定ピッチで配置され、前記中心点を軸にして回転する
薄葉材料を具備する請求項１又は９記載の静電力を利用
した薄葉材料の駆動装置。
（１１）前記薄葉材料は表示針を有する請求項１０記載
の静電力を利用した薄葉材料の駆動装置。