JPH05276766A - 静電モータ及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、柔軟な出力特性を有し、任意の曲面
に配置でき、かつ可動子と固定子との間の摩擦の影響を
なくそうとするものである。 【構成】複数の電極(3-1〜3-10) が配列された固定子
(1) と、この固定子(1) 上に載置された可撓性の誘電体
(10)と、各電極(3-1〜3-10) への電圧印加を走査する電
源走査手段(5-1〜5-10，6)、例えば各電極(3-1〜3-10)
に各スイッチ(5-1〜5-10) を介して電源(6) を接続しも
のを備え、固定子(1) に配列された各電極(3-1〜3-10)
に対して各スイッチ(5-1〜5-10) をオン状態として電圧
印加を走査する。このとき誘電体(10)は、電圧の印加に
よる静電力によって電極に吸引され、電圧印加がなくな
ると誘電体(10)の弾性力により電極(3-1〜3-10) から剥
離する。従って、誘電体(10)の剥離した部分は電圧印加
の走査に応じて移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボット、精密
機械、自動車機器部品、家庭電化製品、オフィスオート
メーション機器、医用福祉機器等の機械の駆動に用いる
静電モータ及びその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボット、精密機械、自動車機器
部品、家庭電化製品、オフィスオートメーション機器、
医用福祉機器等の機械の駆動には、磁気力を用いた例え
ば回転型モータやリニアモータ、ステッピングモータ等
が利用されたり、又静電力を用いた静電モータのアクチ
ュエータが利用されている。

【０００３】しかしながら、磁気力を用いた回転型モー
タ等では、モータ単体でコンプライアンスを持たせると
は困難であり、最近要求されているマニプレータ等に適
用する空気圧機器のような任意の方向で回転位置に応答
性よく駆動させることが困難である。又、電磁型のリニ
アモータでは任意の曲面に配置することは困難であり、
この場合にはチェーンやベルト等を用いることになる。

【０００４】一方、静電力を用いた静電モータでは、こ
のモータをマイクロ化した場合に可動子と固定子との間
の摩擦が大きい駆動に困難であり、極端な場合には摩擦
により駆動しないことがある。又、マニプレータの動作
では長い期間に亘って物体を把持することが多く、この
場合に静電モータを適用したとすれば、この静電モータ
にはできるだけ少ないエネルギで可動子をロックした状
態を保つことが要求される。しかしながら、静電モータ
では可動子をロックした状態を保つことは難しい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように磁気力を
用いた回転型モータ等ではモータ単体でコンプライアン
スを持たせることは困難であり、又静電モータではマイ
クロ化した場合に可動子と固定子との間の摩擦が大きな
問題となる。

【０００６】そこで本発明は、柔軟な出力特性を有し、
任意の曲面に配置でき、かつ可動子と固定子との間の摩
擦の影響をなくすことができる静電モータ及びその駆動
方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の電極が
配列された固定子と、この固定子上に載置された可撓性
の誘電体と、各電極への電圧印加を走査する電源走査手
段とを備えて上記目的を達成しようとする静電モータで
ある。

【０００８】又、本発明は、複数の電極を固定子に配置
するとともにこの固定子上に可撓性の誘電体を配置した
静電モータにおいて、各電極に各スイッチを介して電源
を接続し、これらスイッチのうち少なくとも１つのスイ
ッチをオン状態とし、かつこのオン状態のスイッチを走
査して各電極に対して電圧を印加して上記目的を達成し
ようとする静電モータの駆動方法である。

【０００９】

【作用】このような手段を備えたことにより、固定子に
配列された複数の電極に対して電源走査手段、例えば各
電極に各スイッチを介して電源を接続し、このオン状態
のスイッチを走査して各電極に対して電圧を印加する。
このとき誘電体は、電圧の印加による静電力によって電
極に吸引され、電圧印加がなくなると誘電体の弾性力に
より電極から剥離する。従って、誘電体の剥離した部分
が電圧印加の走査に応じて移動する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００１１】先ず、実施例を具体的に説明する前に静電
モータの基本動作原理について図１を参照して説明す
る。固定子１は支持体２及びこの支持体２上に配列され
た複数の電極３−１〜３−８から成っている。この固定
子１上には可動子としての可撓性の誘電体４が載置され
ている。

【００１２】又、各電極３−１〜３−８にはそれぞれス
イッチ５−１〜５−８が接続され、これらスイッチ５−
１〜５−８におけるａ端子が直流電源６の＋電極に接続
されるとともにｂ端子が同電源６のアースに接続されて
いる。これらスイッチ５−１〜５−８は、例えば２つの
スイッチづつｂ端子に接続して走査するようになってい
る。

【００１３】かかる構成において例えばスイッチ５−１
をａ端子に接続すると、電極３−１には＋電圧が加わ
り、この＋電圧による静電力により電極３−１の部位の
誘電体４は電極３−１に吸引される。又、スイッチ５−
１をｂ端子に接続すると、電極３−１はアースに接続さ
れ電荷がなくなり、誘電体４の弾性力により電極３−１
の部位の誘電体４は電極３−１から剥離する。

【００１４】従って、例えば３つのスイッチ５−３〜５
−４をそれぞれｂ端子に接続すると、各電極３−３〜３
−４はアースに接続され、電荷がなくなり、誘電帯４の
弾性力により各電極３−３〜３−４の部位の誘電体４は
これら電極３−３〜３−４から剥離する。

【００１５】従って、３つのスイッチのｂ端子への接続
を走査させる、例えばスイッチ５−３〜５−４をそれぞ
れｂ端子に接続し、次にスイッチ５−４〜５−５をｂ端
子に接続し、次にスイッチ５−５〜５−６をｂ端子に接
続すれば、誘電体４の剥離した部分７は矢印（イ）方向
に示すように移動する。又、スイッチのｂ端子への接続
を逆方向に走査すれば、誘電体４の剥離部分７は矢印
（イ）方向とは逆方向に移動する。

【００１６】次に図２により静電モータの原理について
説明する。なお、図１に示す部分と同一部分には同一符
号を付してその詳しい説明は省略する。固定子１には電
極３−１〜３−18が配列され、これら電極３−１〜３−
18にはそれぞれスイッチ５−１〜５−18が接続されてい
る。

【００１７】かかる構成において、例えば各スイッチ５
−４〜５−７及び各スイッチ５−11〜５−14をそれぞれ
ｂ端子に接続すると、各電極３−４〜３−７及び各電極
３−11〜３−14はそれぞれアースに接続され電荷がなく
なり、誘電帯４の弾性力により各電極３−４〜３−７及
び各電極３−11〜３−14の部位の誘電体４はこれら電極
３−４〜３−７及び各電極３−11〜３−14からそれぞれ
剥離する。これにより、各剥離した部分８、９はスイッ
チの走査方向に応じて移動する。以下、本発明の第１実
施例について説明する。なお、図１に示す部分と同一部
分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。

【００１８】図３は静電モータの構成図である。固定子
１には電極３−１〜３−10が配列され、これら電極３−
１〜３−10にはそれぞれスイッチ５−１〜５−10が接続
されている。この場合、各スイッチ５−１〜５−10のう
ちスイッチ５−２と５−３及びスイッチ５−６と５−７
とがｂ端子に接続されている。従って、各電極３−２〜
３−３及び各電極３−６〜３−７にはそれぞれアースに
接続され電荷がなくなり、誘電帯４の弾性力により各電
極３−２〜３−３及び各電極３−６〜３−７の部位の誘
電体４はこれら電極３−２〜３−３及び各電極３−６〜
３−７からそれぞれ剥離する。そして、これら剥離した
誘電体４の部分１０、１１上には移動体１２が載置され
ている。この移動体１２の底部には誘電体４の剥離部分
１０、１１の湾曲形状と嵌合する凹部１３、１４が形成
されている。

【００１９】従って、例えばスイッチ５−２〜５−３及
びスイッチ５−６〜５−７の各組のスイッチをそれぞれ
ｂ端子に接続し、次にスイッチ５−３〜５−４及びスイ
ッチ５−７〜５−８をｂ端子に接続し、次にスイッチ５
−４〜５−５及びスイッチ５−８〜５−９をｂ端子に接
続して走査すれば、誘電体４の剥離部分１０、１１はそ
れぞれ矢印（イ）方向に示すように移動する。これら剥
離部分１０、１１の移動に伴って移動体１２は矢印
（イ）方向に示すように移動する。又、スイッチのｂ端
子への接続を逆方向に走査すれば、移動体１２は矢印
（イ）方向とは逆方向に移動する。これにより、移動体
１２の移動を取り出すことによってアクチュエータとし
て駆動できる。次に本発明の第２実施例について図４を
参照して説明する。

【００２０】固定子２０は円筒に形成された支持体２１
及びこの支持体２１の外周上に配列された複数の電極２
２−１〜２２−１８から成っている。この固定子２０の
外周には可動子としての可撓性の誘電体２３が密着され
ている。

【００２１】又、各電極２２−１〜２２−１８にはそれ
ぞれスイッチ２４−１〜２４−１８が接続され、これら
スイッチ２４−１〜２４−１８におけるａ端子が直流電
源２５の＋電極に接続されるとともにｂ端子が同電源２
５のアースに接続されている。これらスイッチ２４−１
〜２４−１８は、例えば２つのスイッチづつｂ端子に接
続して走査するようになっている。

【００２２】かかる構成であれば、各スイッチ２４−１
〜２４−１８のｂ端子への接続を走査することにより上
記の如く誘電体２３の剥離部分が形成される。図４は各
スイッチ２２−１〜２２−１８の走査中の状態を示して
おり、例えばスイッチ２４−１、２４−５、２４−６、
２４−１０、２４−１４、２４−１５がそれぞれｂ端子
に接続され、これらスイッチ２４−１、２４−５、…２
４−１５に対応した部分で誘電体２３の剥離部分２６〜
２９が生じている。従って、各スイッチ２４−１〜２４
−１８のｂ端子への接続を時計回り方向に走査すれば、
各剥離部分２６〜２９は各スイッチ２４−１〜２４−１
８の走査に応じて時計回り方向に移動する。又、各スイ
ッチ２４−１〜２４−１８のｂ端子への接続を反時計回
り方向に走査すれば、各剥離部分２６〜２９は反時計回
り方向に移動する。

【００２３】従って、各剥離部分２６〜２９に対して円
筒状の回転体を設ければ、回転モータとして動作でき
る。又、各剥離部分２６〜２９により形成された各空間
部に流体を満たしてシールし、かつこれら剥離部分２６
〜２９と対応する４つの流路を配置すれば、各流体を移
動させてその流路を変更することに用いられる。次に本
発明の第３実施例について図５を参照して説明する。

【００２４】固定子３０は円筒に形成された支持体３１
及びこの支持体３１の内周に配列された複数の電極３２
−１〜３２−１６から成っている。この固定子３０の内
周面には可動子としての可撓性の誘電体３３が密着され
ている。

【００２５】又、各電極３２−１〜３２−１６にはそれ
ぞれスイッチ３４−１〜３４−１６が接続され、これら
スイッチ３４−１〜３４−１６におけるａ端子が直流電
源３５の＋電極に接続されるとともにｂ端子が同電源２
５のアースに接続されている。なお、これらスイッチ３
４−１〜３４−１６においてａ端子及びｂ端子は隣合う
スイッチ３４−１〜３４−１６同士で共用している。そ
して、これらスイッチ３４−１〜３４−１６は、所定間
隔をおいて例えば２つのスイッチがｂ端子に接続されて
走査するようになっている。

【００２６】かかる構成であれば、各スイッチ３４−１
〜３４−１６のｂ端子への接続を走査することにより上
記の如く誘電体３３の剥離部分３６〜３９が走査方向に
応じて移動する。図５は走査中、例えばスイッチ３４−
４、３４−５、…３４−１６がそれぞれｂ端子に接続さ
れ、これらスイッチ３４−４、３４−５、…３４−１６
に対応した部分で誘電体３３の剥離部分３６〜３９が生
じている状態である。

【００２７】従って、各スイッチ３４−１〜３４−１６
のｂ端子への接続を時計回り方向に走査すれば、各剥離
部分３６〜３９は各スイッチ３４−１〜３４−１６の走
査に応じて時計回り方向に移動し、又各スイッチ３４−
１〜３４−１６のｂ端子への接続を反時計回り方向に走
査すれば、各剥離部分３６〜３９は反時計回り方向に移
動する。従って、上記同様に各剥離部分３６〜３９に対
して形状を合わせた回転体４０を設ければ、回転モータ
として動作できる。次に本発明の第４実施例について図
６を参照して説明する。

【００２８】各固定体４０、５０が対向配置され、これ
ら固定体４０、５０はそれぞれ支持体４１、５１及びこ
れら支持体４１、５１の対向面に配置された複数の電極
４２−１〜４２−１０、５２−１〜５２−１０から成っ
ている。そして、これら電極４２−１〜４２−１０、５
２−１〜５２−１０にはそれぞれスイッチ４３−１〜４
３−１０、５３−１〜５３−１０が接続され、これらス
イッチ４３−１〜４３−１０、５３−１〜５３−１０の
ａ端子が電源４４の＋電極に接続され、ｂ端子が電源４
４のアースに接続されている。又、各電極４２−１〜４
２−１０、５２−１〜５２−１０はそれぞれ薄膜の絶縁
体４５、５４により被膜されている。そして、これら固
定体４０、５０との間に可撓性の誘電体４６が配置さ
れ、この誘電体４６が変形して両固定体４０、５０に接
触するようになっている。

【００２９】かかる構成であれば、上記実施例と同様に
各スイッチ４３−１〜４３−１０のｂ端子接続への走査
を行うとともに、これらスイッチ４３−１〜４３−１０
の走査によるｂ端子接続位置に応動して他方の各スイッ
チ５２−１〜５２−１０のｂ端子への接続を走査する。
これにより、誘電体４６の各変形部分４７〜４９は各固
定体４０、５０との間を図面上左右に移動する。この場
合、各変形部分４７〜４９は、各スイッチ４３−１〜４
３−１０、５２−１〜５２−１０の走査方向をそれぞれ
任意に行って個別に移動方向を設定できる。

【００３０】従って、各変形部分４７〜４９の移動を取
り出すことによってアクチュエータとして動作できる。
又、各固定体４０、５０の両側面をシールするととも
に、そのシール体に流体出入口５５〜５８を形成し、か
つ各固定体４０、５０と誘電体４６とで囲まれる各領域
に流体を流入させれば、誘電体４６の各変形部分４７〜
４９を移動させることによって流体の方向切替え弁とし
て作用させることができる。次に本発明の第５実施例に
ついて図７を参照して説明する。

【００３１】円筒状の固定子６０及びこの固定子７０の
内部に挿入されるピストン用の固定子７０が備られてい
る。このうち一方の固定子６０は支持体６１とこの支持
体６１の内周に配置された円筒状の各電極６２−１〜６
２−ｎとを有し、かつその内周に薄膜の絶縁体６３が施
されている。そして、これら電極６２−１〜６２−ｎに
はそれぞれスイッチ６４−１〜６４−ｎが接続されてい
る。

【００３２】他方の固定子７０は支持体７１とこの支持
体７１の外周に配置された円筒状の各電極７２−１〜７
２−ｎとを有し、かつその外周に薄膜の絶縁体７３が施
されている。そして、これら電極７２−１〜７２−ｎに
はそれぞれスイッチ７４−１〜７４−ｎが接続されてい
る。そして、これらスイッチ６４−１〜６４−ｎ及び７
４−１〜７４−ｎはそのａ端子が電源６５の＋電極に接
続されるとともにｂ端子は電源６５の−電極に接続され
ている。又、固定体６０の内面及び固定体７０の外面に
対して接触して可撓性体６６が設けられている。

【００３３】一方、固定体６０の端部には互いに逆方向
の一対の逆止弁６７、６８が設けられている。そして、
これら逆止弁６７、６８を通して流体が可撓性体６６で
囲まれる部分６９に流入出するようになっている。

【００３４】かかる構成であれば、上記実施例と同様に
各スイッチ６４−１〜６４−ｎのｂ端子接続への走査を
行うとともに、これらスイッチ６４−１〜６４−ｎの走
査によるｂ端子接続位置に応動して他方の各スイッチ７
４−１〜７４−１０のｂ端子への接続を走査する。これ
により、可撓性体６６の各固定子６０、７０に対する接
触面積が共に増減する。しかして、固定体７０は矢印
（ロ）方向にピストンと同様に移動する。この固定体７
０のピストン移動により可撓性体６６で囲まれる部分６
９内の流体は一対の逆止弁６７、６８を通して流入出す
る。

【００３５】このように上記各実施例においては、固定
子に配列された複数の電極に対して＋−電極の電圧を走
査し、このときに静電力によって変形した誘電体を移動
させるようにしたので、誘電体は変形するだけで固定体
に対して移動することなく摩擦を生ぜずにアクチュエー
タとして動作でき、かつその移動は任意の力で移動させ
ることができ、いわゆるコンプライアンスを持たせるこ
とができる。そして、誘電体の移動を停止してその状態
を保持する場合でも少ないエネルギーでよい。又、任意
の曲面に対して設けることができ、さらにベルトコンベ
アと同一の作用を行せることができる。又、上記実施例
のように流体の移送ができるとともに流体の切替え弁と
して作用でき、さらに誘電体の移動を応用してポンプと
して作用できる。なお、本発明は上記各実施例に限定さ
れるものでなくその要旨を変更しない範囲で変形しても
よい。

【００３６】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、柔
軟な出力特性を有し、任意の曲面に配置でき、かつ可動
子と固定子との間の摩擦の影響をなくすことができる静
電モータ及びその駆動方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電モータの動作原理を説明する
ための図。

【図２】同静電モータの駆動原理を説明するための図。

【図３】本発明に係る静電モータの第１実施例を示す構
成図。

【図４】同静電モータの第２実施例を示す構成図。

【図５】同静電モータの第３実施例を示す構成図。

【図６】同静電モータの第４実施例を示す構成図。

【図７】同静電モータの第５実施例を示す構成図。

【符号の説明】

１…固定子、２…支持体、３−１〜３−８…電極、４…
誘電体、５−１〜５−８…スイッチ、６…電源、１２…
移動体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の電極が配列された固定子と、この
   固定子上に載置された可撓性の誘電体と、前記各電極へ
   の電圧印加を走査する電源走査手段とを具備したことを
   特徴とする静電モータ。
2. 【請求項２】 複数の電極を固定子に配置するとともに
   この固定子上に可撓性の誘電体を配置した静電モータに
   おいて、 前記各電極に各スイッチを介して電源を接続し、これら
   スイッチのうち少なくとも１つのスイッチをオン状態と
   し、かつこのオン状態の前記スイッチを走査して前記各
   電極に対して電圧を印加することを特徴とする静電モー
   タの駆動方法。