JPH06121549A - 静電アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 連続運転（搬送）時に生じる付帯帯電電荷に
よる充電妨害を防ぎ，駆動力を落とさず一定に保ちなが
ら，静かで安定した操行を可能とする，動力効率の高い
静電アクチュエータの構築。 【構成】 静電アクチュエータの固定子４と移動子７の
対抗する部分に，そのどちらか一方または相方に接触す
るようにブラシ１を設置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，静電アクチュエータに
関するもので，特に，移動子等可動物体の，より円滑な
駆動に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】静電アクチュエータは，図１２に示すよ
うに，絶縁性支持体２に電極３を所定間隔で並べて構成
された固定子４と，絶縁性フィルム状の絶縁性薄葉体５
に抵抗体層６を設けた移動子７とが，接するよう配置構
成されたものであり，静電気の反発・吸引作用によって
移動子を瞬間的に浮上させ，摩擦を防止しながら移動さ
せるものである。この原理の詳細は特開平２−２８５９
７８号公報に開示されている。

【０００３】このように，上記静電アクチュエータは，
フィルム等の薄葉体を用いて構成できることから，搬送
機構の小型化や薄型化が容易に実現できるという特徴を
有しており，小型搬送機構や微小システムの駆動装置と
しての応用が期待される。

【０００４】次に，静電アクチュエータの駆動の原理
を，図１３を用いて説明する。図中２は絶縁性支持体，
３は所定間隔で並べられた電極であり，絶縁性支持体２
と電極３で固定子４を構成する。５は絶縁性薄葉体，６
は抵抗体層であり，絶縁性薄葉体５と抵抗体層６で移動
子７を構成する。８ａから８ｃは配線用電線であり，固
定子４の電極３に電位を与える。

【０００５】電極３は，通常０．１〜２ｍｍ程度の間隔
で，絶縁性支持体２の表面に設けられるか，または中に
埋設され，その形には，帯状とドット型がある。

【０００６】固定子４を構成する絶縁性支持体２の材料
に特に制限はなく，絶縁性の良好な素材であれば，合成
樹脂，セラミックス，ガラス等を使用することができ
る。この絶縁性合成樹脂の具体例としては，エポキシ樹
脂，ポリイミド樹脂，ポリエステル樹脂，ポリプロピレ
ン樹脂，ポリ塩化ビニリデン樹脂，ポリスチレン樹脂，
ポリアミド樹脂，ポリ塩化ビニル樹脂，ポリエチレン樹
脂，ポリビニルアルコール系樹脂等が挙げられる。

【０００７】また，移動子７を構成する絶縁性薄葉体５
についても，前記絶縁性支持体２の材料と同様に，絶縁
性合成樹脂，セラミックス，ガラス等を用いることがで
きる。

【０００８】絶縁性薄葉体５の厚さは，絶縁性薄葉体５
と抵抗体層６から成る上記構造を持つ静電アクチュエー
タの場合には，１０〜２００μｍの範囲とするのが，駆
動効率の点で好ましい。

【０００９】移動子７の絶縁性薄葉体５上に設けられる
抵抗体層６の抵抗値については，表面固有抵抗率を１０
¹²〜１０¹⁵Ω／□の範囲に保つことが必要とされてお
り，この条件は，絶縁性薄葉体５の表面に上記抵抗値を
持つフィルムを貼るほかに，その表面に帯電防止材を塗
布する等の方法を用いて満たすことができる。

【００１０】次に，上記静電アクチュエータの動作につ
いて具体的に説明する。まず，図１３（ａ）に示すよう
に，配線用電線８ａに正，配線用電線８ｂに負の電圧を
印加する。これにより，各々の配線用電線８ａ，８ｂに
接続された電極３ａ，３ｂに電位差が生じて移動子７の
抵抗体層６に電流が流れ，図１３（ｂ）に示すように，
絶縁性薄葉体５と抵抗体層６の境界に電荷が誘導されて
平衡状態となる。これらの誘導された電荷と，印加電流
により発生した電極３ａ，３ｂ付近の電荷が作用して，
移動子７と固定子４は吸着する。

【００１１】次に，図１３（ｃ）に示すように，配線用
電線８ａに負，配線用電線８ｂに正，配線用電線８ｃに
負の電圧を印加する。これにより，各々の配線用電線８
ａ，８ｂ，８ｃに接続された電極３ａ，３ｂ，３ｃの電
位が変化し，それにより，電極３ａ，３ｂと，移動子７
上の電極３ａ，３ｂに対向して誘導されていた電荷とが
同極性になり反発力が発生するため，移動子７は固定子
４から離れ，若干浮き上がる。そこで，固定子４と移動
子７の間の摩擦力は減少する。すると，電極３ｃ，３ｂ
とそれらに対向する移動子７上の誘導電荷の間に吸引力
が働き，駆動力が生じて，移動子７は，図１３（ｄ）に
示すように，右方向へ移動する。

【００１２】この時，移動子７に誘導されていた電荷
は，抵抗体層６を通して一部放電する。この失われた電
荷は，図１３（ｅ）に示すように，配線用電線８ｂに
正，８ｃに負の電圧を印加したままの状態で，８ａの電
圧を０Ｖ（ＧＮＤ）にすることにより充電され，充分な
駆動エネルギーが確保できる。

【００１３】移動子７の移動を継続して行うためには，
上記のような一連の動作，すなわち配線用電線８ａ，８
ｂ，８ｃに，以下に示すパターン１〜６からなる１サイ
クルの電圧を，繰り返して印加することが必要である。 配線用電線８ａ，配線用電線８ｂ，配線用電線８ｃ パターン１ 正（＋） 負（−） ０（ＧＮＤ） パターン２ 負（−） 正（＋） 負（−） パターン３ ０（ＧＮＤ） 正（＋） 負（−） パターン４ 負（−） 負（−） 正（＋） パターン５ 負（−） ０（ＧＮＤ） 正（＋） パターン６ 正（＋） 負（−） 負（−）

【００１４】移動子７を左方向に移動させる場合は，図
１３（ｃ），（ｄ）において，配線用電線８ｃに正の電
圧を印加すればよい。これにより，配線用電線８ｃに接
続された電極３ｃと，電極３ａに対向して誘導されてい
た電荷の間に吸引力が生じ，移動子７は駆動力を得て左
方向へ移動する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来の静電アクチュエ
ータにおいては，図１４に示すように，配線用電線８
ａ，８ｂ，８ｃ，すなわち電極３ａ，３ｂ，３ｃに電圧
を印加した場合，移動子７の絶縁性薄葉体５と抵抗体層
６の間に電荷が充電，蓄積されると同時に，移動子７の
絶縁性薄葉体５の固定子側の面および固定子４の移動子
側の面にも帯電する。この付帯電荷により，移動子７の
駆動源となる，抵抗体層６をとおしての電荷の充電（駆
動開始時の初期充電ならびに，駆動中における再充電）
は妨害され，その結果，移動子の駆動力は運転量に反比
例して，減少していくという問題点があった。

【００１６】本発明は，上記問題点を解決するためにな
されたもので，連続運転時における移動子駆動能力およ
び効率の高い静電アクチュエータの構築を目的としてい
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明による静電アクチ
ュエータは，絶縁性薄葉体等を用いた移動子等の第二の
物体および固定子等の第一の物体の対向する部分に接す
るように，ブラシ等の放電手段を設けたものである。

【００１８】

【作用】上記静電アクチュエータにおいて，第一の物体
と第二の物体の対向する部分のどちらか一方，もしくは
相方に接するように設けられた放電手段が，第一の物体
および第二の物体に帯電する不要な電荷を放電させるた
め，第二の物体上に，電荷が効率的に充電され，この結
果，第二の物体の安定駆動が可能となる。

【００１９】

【実施例】以下，この発明の実施例を図を参照して説明
する。 実施例１．図１（ａ）は，この発明の一実施例を示す静
電アクチュエータの斜視図，（ｂ）はそのＡ−Ａ面断面
図である。図中２〜７は図１２の従来装置と同一の構成
要素を示す。図中１は，本発明の特徴である放電手段の
ブラシであり，ブラシ１は固定子４の移動子７の排出側
の端に固定されており，ブラシの先端が移動子７の固定
子４側の面に接するよう固定されている。

【００２０】図１の静電アクチュエータにおける，移動
子７の駆動原理は，従来装置と同様であり，この図の場
合，移動子は右方向に動く。移動子駆動の際，図１４に
示すように，移動子７の固定子４側にも，付帯電荷が帯
電し，抵抗体層６を通しての，移動子７の電荷の充電を
妨害する。その結果，移動子７上の充電電荷は減少し，
移動子の駆動力が低下する。

【００２１】図１では，移動子７は，排出される際に固
定子４側に設置されたブラシ１に接触する。このブラシ
１を，アルミニウム等の金属に代表される導電性物質で
構成し，また，ＧＮＤに接続することにより，移動子７
の絶縁性薄葉体５の固定子側に帯電した不要な電荷は放
電され，移動子７は無帯電状態に復帰し，駆動力を回復
する。この結果，移動子７は連続運転時にも，常時効率
的な駆動力を確保し，スムーズな操行が行える。

【００２２】実施例２．上記実施例１では，ブラシ１
を，固定子４の移動子７排出側の端に固定するよう配置
したが，図２に示すように，固定子４の中程に設置して
もよい。この場合も実施例１と同様，ブラシ１の放電作
用により移動子７は駆動力を回復し，その後はスムーズ
な駆動が実現できる。

【００２３】実施例３．また，図３に示すように，ブラ
シ１を固定子４の移動子７挿入側の端に固定するよう配
置することもできる。この場合，移動子は駆動開始前に
ブラシ１を通過するため，移動子は駆動開始当初から無
帯電状態の最強のパワーで駆動ができる。

【００２４】実施例４．また，図４の斜視図（ａ），側
断面図（ｂ）に示すように，上記実施例のブラシ１に相
当する，導電性ファイバ等の針金状物質９を，固定子４
に分散配置してもよい。この場合，移動子上の不要な付
帯電荷が比較的細かなピッチで放電されるため，一カ所
に配置された集中ブラシを通過してからは再び帯電が始
まる前記の実施例に比して，移動子の駆動効率はより高
い状態で維持される。

【００２５】この針金状物質９は，構造上，移動子７を
固定子４から浮かせる。このため，前記実施例のように
両者の接触による摩擦力というマイナス要因がないた
め，移動子７はよりスムーズに駆動できるという利点が
ある。

【００２６】実施例５．さらに，図５に示すように，ブ
ラシ１を移動子７に取り付け，固定子４の移動子７側の
面に接するよう設置しても良い。この場合，図１４に示
す，固定子４に帯電する不要な付帯電荷を取り除くこと
ができ，他の実施例と同様，移動子７の充電効率は高ま
り，良好な駆動力が確保される。

【００２７】実施例６．さらに，図６に示すように，ブ
ラシ１を全く別の構造体１０で保持し，移動子７の搬送
後，この構造体１０を手動または自動で動かすことによ
り，固定子４上をブラシが移動するよう構成しても良
い。これにより，実施例５と同様，固定子４上の不要な
付帯電荷は取り除かれ，この結果，移動子７の充電効率
は高まり，良好な駆動力が保たれる。

【００２８】実施例７．また，図７に示すように，固定
子４側と，移動子７側の相方にブラシ１を取り付けても
良い。この場合，固定子４と移動子７の間に帯電する不
要な電荷を同時に除くことができ，その放電効果はブラ
シを一ヶ所だけに設けた場合より大きくなる。なお，固
定子４の電極は不図示としているが，図１と同様に配置
されている。

【００２９】実施例８．次に，他の実施例を図８に示
す。図８は静電アクチュエータの断面図であり，移動子
７は紙面に対して垂直方向に移動するものとする。ここ
では，固定子４はアルミニウム等の導電性材料で作られ
た基板の中央に接着固定される。基板は移動子７の案内
を行う側板を有する。Ｂは導電性のボールで，基板の側
板と固定子の間に，左右それぞれに置かれたリテイナー
によって間隔を一定に保たれている。移動子７は絶縁性
物質で構成され，固定子４と同様の電極を備える。ボー
ルＢは固定子４と移動子７のギャップを転動・保持する
とともに，接地電位につながれた基板と移動子の電極と
の導電をとる役目を果たす。図中１は移動子７の，固定
子４の対向する部分に接するよう固定子４に固定された
ブラシである。Ｌはブラシ１の設置範囲である固定子４
と移動子７の対向する部分を示す。なお，固定子４の電
極は不図示としているが，図１と同様に配置されてい
る。図８に示すように，固定子４と移動子７が接しない
構造をもつ静電アクチュエータにおいて，両者の対向す
る部分Ｌにブラシを設置することにより，両者間に帯電
する不要な電荷の放電効率は従来のものと比べて高くな
り，移動子はより強力な駆動力を期待できる。

【００３０】実施例９．また，以上の各実施例では，導
電性のブラシ１を接地（ＧＮＤに接続）するよう構成し
たが，他の電位への接続，あるいは，未接続も可能であ
る。

【００３１】ブラシ１を接地せずに未接続とした場合，
放電効果は接地の場合よりも劣るが，固定子４および移
動子７の表面に帯電する不要な電荷を除くという本発明
の目的は達成できる。以下，この原理について説明す
る。図１（ｂ）に示すように，固定子４の電極３は，細
かいピッチで，所定間隔に並べられている。したがっ
て，固定子４および移動子７の表面に帯電する電荷は，
上記の電極３と同様細かいピッチとなる。この場合，こ
のピッチより幅の広いブラシを設けることにより，両者
の表面に生じた帯電電荷はブラシを通して，隣合う異符
号の電荷が打ち消し合い，放電する。このようにして，
固定子４および移動子７の表面に帯電する不要な電荷は
除去されるため，移動子７は，充電効率の高い強力な駆
動力を維持することができる。

【００３２】実施例１０．なお，図９・図１０は，固定
子４と移動子７の対向する部分にブラシを設けた図を示
したものである。移動子の幅をＸ，固定子の幅をＹ，ブ
ラシの長さをＬとした場合，図９の斜視図（ａ）と平面
図（ｂ）によれば，Ｌ＝Ｘ＜Ｙとなり，また，図１０の
斜視図（ａ）と平面図（ｂ）によれば，Ｌ＝Ｙ＜Ｘとな
る。

【００３３】実施例１１．図１１（ａ）〜（ｆ）は，上
記各実施例に採用可能と考えられる，ブラシの配置方法
および形状の一例を示す平面図である。

【００３４】実施例１２．一般に抵抗体層６は絶縁性薄
葉体５の上側に設けられるが，下側，つまり固定子４側
に設けることも可能である。

【００３５】実施例１３．移動子７の構成については，
上記絶縁性薄葉体５と抵抗体層６の組み合わせの他に，
抵抗体層６のかわりに絶縁性薄葉体５に２相電極を張り
付けたもの，エレクトレットフィルムを用いたもの，カ
ーボンブラック等の導電性物質を練り込んで絶縁性薄葉
体５自体を上記抵抗率を持つようにしたもの，また，電
荷の誘導を可能とする，イオンシャワー等を利用したも
のが考えられる。

【００３６】以上のように，これらの実施例は，絶縁性
支持体に電極を所定間隔で並べた固定子と，絶縁性薄葉
体などを用いた移動子とが接するように配置されて構成
された静電アクチュエータにおいて，移動子と固定子の
少なくとも一方，または両方について，ブラシまたはブ
ラシ状のものを，移動子と固定子とが互いに接する面に
接するように設けたことを特徴とする静電アクチュエー
タを説明したものである。

【００３７】このように，移動子もしくは固定子に接す
るように設けられたブラシが，移動子の絶縁性薄葉体や
固定子に帯電した電荷を放電させることにより，固定子
の電極による移動子上の電荷充電をスムーズに行うよう
にさせ，この結果，移動子の駆動が安定して行える。つ
まり，前記実施例によれば，静電アクチュエータの，移
動子と固定子とが互いに接する面に接するようにブラシ
を取り付けることにより，静電アクチュエータの移動子
や固定子に帯電する不要な電荷を取り除くことができ，
この結果，駆動力が確保できて，スムーズな移動子の駆
動が実現できる。また，このブラシを移動子に固定する
か，移動子と接するように取り付けた場合，静電アクチ
ュエータの駆動時に発生する移動子の反発，吸着による
振動を吸収でき，より静かな移動子の搬送が実現でき
る。

【００３８】

【発明の効果】本発明から，以下のような効果が得られ
る。静電アクチュエータの，第一の物体と第二の物体が
対向する部分に接するように放電手段を取り付けること
により，第一の物体および第二の物体の表面に帯電する
不要な電荷を取り除くことができる。この結果，第二の
物体の移動に最適な駆動力が確保でき，また，駆動時に
発生する反発・吸着運動による振動も吸収されるため，
より円滑で静かな第二の物体の搬送が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による静電アクチュエータの
斜視図（ａ）と側断面図（ｂ）である。

【図２】本発明の実施例２による静電アクチュエータの
構成図である。

【図３】本発明の実施例３による静電アクチュエータの
構成図である。

【図４】本発明の実施例４による静電アクチュエータの
斜視図（ａ）と側断面図（ｂ）である。

【図５】本発明の実施例５による静電アクチュエータの
構成図である。

【図６】本発明の実施例６による静電アクチュエータの
構成図である。

【図７】本発明の実施例７による静電アクチュエータの
構成図である。

【図８】本発明の実施例８による静電アクチュエータの
縦断面図である。

【図９】本発明の静電アクチュエータの固定子と移動子
の対向する部分を説明した斜視図（ａ）と平面図（ｂ）
である。

【図１０】本発明の静電アクチュエータの固定子と移動
子の対向する部分を説明した斜視図（ａ）と平面図
（ｂ）である。

【図１１】本発明の実施例による放電手段の配置および
形状の一例を示した平面図である。

【図１２】従来の静電アクチュエータの構成を示す図で
ある。

【図１３】従来の静電アクチュエータの動作原理を示す
図である。

【図１４】従来の静電アクチュエータの課題の原因を示
す図である。

【符号の説明】

１ ブラシ ２ 絶縁性支持体 ３ 電極 ４ 固定子 ５ 絶縁性薄葉体 ６ 抵抗体層 ７ 移動子 ８ 配線用電線 ９ 針金状物質 １０ ブラシを保持する構造体

フロントページの続き (72)発明者 永田 良浩 鎌倉市大船二丁目14番40号 三菱電機株式 会社生活システム研究所内 (72)発明者 畑部 悦生 鎌倉市大船二丁目14番40号 三菱電機株式 会社生活システム研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極を設けた第一の物体と，第一の物体
   に対向して設けられ，移動するよう配置された第二の物
   体から成る静電アクチュエータにおいて，第一の物体と
   第二の物体の対向する部分に放電手段を設けることを特
   徴とする静電アクチュエータ。