JPH0698565A

JPH0698565A - 静電アクチュエータ

Info

Publication number: JPH0698565A
Application number: JP20308392A
Authority: JP
Inventors: Shinji Konno; 信次今野; Tomio Aida; 富男合田; Etsuo Hatabe; 悦生畑部; Yoshihiro Nagata; 良浩永田
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Kasei Corp; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-07-07
Filing date: 1992-07-07
Publication date: 1994-04-08

Abstract

(57)【要約】【目的】固定子の電極を容易かつ安価にファインパター
ン化し得るように改良された静電アクチュエータを提供
する。【構成】絶縁性支持体（１）に電極（２）を所定間隔で
並べた固定子と絶縁性薄葉体に正負の電荷を付与した移
動子とが接するように配置されて成る静電アクチュエー
タにおいて、電極（２）の形成手段として、平均粒径が
２０μｍ以下の導電性微粒子を含有し且つ粘度が５，０
００〜１００，０００ｃｐｓの導電性インクを使用した
スクリーン印刷法を採用した。

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
関するものであり、詳しくは、固定子の電極を容易かつ
安価にファインパターン化し得るように改良された静電
アクチュエータ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、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フイルムのよう
な絶縁性薄葉体に抵抗体層を設けた移動子とから成り、
固定子と当該移動子とが接するように配置されて構成さ
れる。そして、静電気の作用により、移動子を瞬間的に
浮上させて摩擦を防止しながら移動させるものである
（平成元年度電気学会全国大会講演予稿集６−１９１，
特開平２−２８５９７８号公報等）。

【０００３】静電アクチュエータは、電極やギャップの
寸法を小さくすることにより、力密度を大きくでき、ま
た、小型化し易いという特徴を有する。そのため、静電
アクチュエータは、ワードプロセッサーやファクシミリ
等における用紙搬送機構のような小型駆動装置、その他
の微小な機械システムの駆動装置として応用されること
が期待されている。

【０００４】図４（ａ）〜（ｄ）は、移動子を絶縁性フ
イルムにて構成した静電アクチュエータ（静電フイルム
アクチュエータ）の駆動原理の説明図であり、図中、
（１）は絶縁性支持体、（２）は帯状電極、（３）は固
定子、（４）は絶縁性フイルム、（５）は抵抗体層、
（６）は移動子、（７）〜（９）は電線を示す。

【０００５】先ず、図４（ａ）に示すように、電線
（７）に正、電線（８）に負の電圧を印加する。これに
より、電線（７）に接続した電極に存する電荷と電線
（８）に接続した電極に存する電荷の電位差により、
抵抗体層（５）に電流が流れ、移動子（６）の絶縁性フ
イルム（４）と抵抗体層（５）の境界に電荷が誘導され
て平衡状態となる。この電荷は、説明の便宜上、図４
（ｂ）の点線で示した鏡像電荷、で置き換えること
が出来る。そして、この電荷、の極性は、それぞれ
電荷、の極性と異なるため、図４（ｂ）の状態では
移動子（６）は固定子（３）に吸引されている。

【０００６】次に、図４（ｃ）に示すように、電線
（７）に負、電線（８）に正、電線（９）に負の電圧を
印加する。これにより、電極内の電荷は、瞬時に移動で
きるが、移動子（６）の誘導電荷は、抵抗体層（５）の
抵抗値が高いために直ぐには移動できない。その結果、
移動子（６）と固定子（３）の間には反発力が発生す
る。反発力により、固定子（３）と移動子（６）の間の
摩擦が減少し、そして、電線（９）に電圧を印加した結
果生じる負の電荷と正の誘導電荷（鏡像電荷で言えば
）の吸引力により、移動子（６）には右方向の駆動力
が発生する。

【０００７】図４（ｄ）は、上記の駆動力により、移動
子（６）が電極１ピッチ分右方向に移動した結果を示し
ている。移動子（６）を左方向に移動させる場合には、
電線（９）に正の電圧を印加すればよい。そして、上記
の電極１ピッチ毎の移動操作における印加電圧パターン
（図４（ｃ）に示すパターン）は、図４（ａ）に示す状
態とは逆符号の電圧を電線（７）、（８）に印加するパ
ターンあることから、図４（ｃ）における誘導電荷（鏡
像電荷で言えば、及び）は減衰することになる。

【０００８】従って、移動子（６）を右方向に電極１ピ
ッチ毎に連続移動させるには、電荷充電操作と移動操作
とを繰り返す必要があり、例えば、以下の表１に例示す
るようなパターンの電圧を繰り返し印加する必要であ
る。表１に例示した電圧パターンは、１サイクルの電圧
パターンであり、（Ｇ）は電圧を印加してない状態（ア
ース状態）を示し、（Ｃ₁）〜（Ｃ₂）及び（Ａ₁）〜
（Ａ₃）は、それぞれ、電荷充電操作、移動操作を示
し、（Ｃ₁）は図４（ａ）に示す状態、（Ａ₁）は図４
（ｃ）に示す状態である。

【０００９】

【表１】Ｃ₁Ａ₁Ｃ₂Ａ₂Ｃ₃Ａ₃ （１サイクル）電線（７）＋ − Ｇ − − ＋（８） − ＋＋ − Ｇ − （９）Ｇ − − ＋＋ −

【００１０】そして、駆動電圧のパターンは、例えば、
３相構造の電極の場合は、表１に例示するように、アー
ス状態を適宜のタイミングで設けて電荷充電操作と移動
操作とを繰り返し得るパターンであれば、各種のパター
ンを採用することが出来、例えば、表１に例示するパタ
ーンにおいて、（Ｃ₂）と（Ｃ₃）とを省略したパター
ンを採用することも出来る。斯かる変形パターンは、例
えば、ステッピングモータの駆動用ＩＣを利用して容易
に達成することが出来る。

【００１１】静電アクチュエータを電極１ピッチ毎に安
定に連続移動させるには、移動子（６）（抵抗体層
（５））の表面固有抵抗率は、１０¹²〜１０¹⁵Ω／□の
範囲でなければならないとされている。その理由は次の
通りである。すなわち、移動子（６）の表面固有抵抗が
大きい場合には電荷充電に比較的長い時間を要し、小さ
い場合には誘導された電荷が瞬時に減衰する。ところ
が、図４に示した静電アクチュエータの場合には、移動
子を構成する絶縁性フイルムの抵抗値が大き過ぎるため
に、上記のような抵抗体層を当該絶縁性フイルムに設け
て僅かな導電性を付与する必要がある。なお、当然では
あるが、図４に示した公知の静電アクチュエータにおい
て、絶縁性フイルム（４）の代わりに、これと同程度の
抵抗値を有する他の絶縁性薄葉体を使用してもよい。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、固定子の電
極の形成方法としては、エッチング法を採用し、絶縁性
支持体に積層された銅などの導電性材料を電極に仕上げ
る方法が採用されている。しかしながら、エッチング法
による場合は、電極やギャップの寸法を小さくするこ
と、すなわち、電極のファインパターン化は比較的容易
に達成し得るが、エッチングによって導電性材料の大半
を溶解除去するために材料の無駄が多く、しかも、高価
な設備を要すると言う問題がある。本発明は、上記実情
に鑑みなされたものであり、その目的は、固定子の電極
を容易かつ安価にファインパターン化し得るように改良
された静電アクチュエータを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
は、絶縁性支持体に電極を所定間隔で並べた固定子と絶
縁性薄葉体に正負の電荷を付与した移動子とが接するよ
うに配置されて成る静電アクチュエータにおいて、前記
の電極の形成手段として、平均粒径が２０μｍ以下の導
電性微粒子を含有し且つ粘度が５，０００〜１００，０
００ｃｐｓの導電性インクを使用したスクリーン印刷法
を採用したことを特徴とする静電アクチュエータに存す
る。

【００１４】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
静電アクチュエータの基本的構成は、図４において、移
動子（６）の構成材料が絶縁性フィルムに限定されず、
また、移動子の構成がこれに抵抗体層を設けたものに限
定されない点を除き、同図に示した公知の静電アクチュ
エータと同じである。従って、以下の説明においては、
便宜上、図４中の（４）を絶縁性薄葉体として図４を参
照する。

【００１５】本発明の静電アクチュエータは、絶縁性支
持体（１）に電極（２）を所定間隔で並べた固定子
（３）と絶縁性薄葉体（４）に正負の電荷を付与した移
動子（６）から成る。

【００１６】先ず、固定子について説明する。固定子
（３）を構成する絶縁性支持体（１）は、絶縁性材料よ
り成るフィルムやシート等より構成される。絶縁性材料
としては、特に制限はなく、絶縁性の良好な各種の合成
樹脂、セラミックス、ガラス等を使用することが出来
る。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。好ましい絶縁性
樹脂は、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂である。

【００１７】本発明の特徴は、電極（２）の形成手段と
して、平均粒径が２０μｍ以下の導電性微粒子を含有し
且つ粘度が５，０００〜１００，０００ｃｐｓの導電性
インクを使用したスクリーン印刷法を採用した点にあ
る。そして、斯かるスクリーン印刷法によれば、５００
μｍピッチ以下にファインパターン化された電極（２）
を絶縁性支持体（１）上に容易かつ安価に形成すること
が出来る。

【００１８】本発明において、電極（２）は、通常、帯
状に形成される。そして、、従来公知のスクリーン印刷
装置を使用して形成することが出来る。図１は、スクリ
ーン印刷法による電極形成過程を示す説明図であり、ポ
リエステルやステンレススチールの繊維で織られたスク
リーンマスク（１１）がアルミ等からなる枠（１２）に
固定され、印刷台（１５）上に載置された絶縁性支持体
（１）の上に配置され状態を示している。

【００１９】スクリーンマスク（１１）には、帯状電極
パターン（２）のための透孔パターンが形成されてい
る。そして、スクリーンマスク（１１）と絶縁性支持体
（１）とのギャップは、要求されるパターン精度や印刷
性等を考慮して決定される。なお、スクリーン印刷装置
には、上記のギャップを一定に保持するため、印刷台
（１５）の昇降機構など（図示せず）が設置されてい
る。

【００２０】導電性インク（１３）は、スクリーンマス
ク（１１）の一端に載せられ、ウレタンゴム等の弾性材
料からなるスキージ（１４）で矢印方向に掻き寄せら
れ、スクリーンマスク（１１）上を移動させられる。そ
の結果、導電性インク（１３）はスクリーンマスク（１
１）の透孔を通過して絶縁性支持体（１）に固着され、
帯状電極（２）が形成される。図２は、スクリーン印刷
で形成した帯状電極（２）の一例を示す説明図である
が、図１に示したスキージ（１４）の移動方向は、Ｙ方
向よりもＸ方向の方が電極線幅の誤差が少なくて好まし
い。また、図２中の上下に示された円形のランドはスル
ホールを表わしているが、スルホールの形成もスクリー
ン印刷を適用することが出来る。

【００２１】導電性インク（１３）は、樹脂バインダー
と溶媒中に導電性材料を分散させて調製されるが、本発
明においては、ファインパターン化された帯状電極
（２）の形成のために、平均粒径が２０μｍ以下の導電
性微粒子を含有し且つ粘度が５，０００〜１００，００
０ｃｐｓの導電性インクを使用することが不可欠であ
る。

【００２２】通常のスクリーン印刷では、粘度２００，
０００ｃｐｓ程度のインクが使用されているが、静電ア
クチュエータで要求される帯状電極（２）のファインパ
ターン化を達成し且つ数１００以上の帯状電極（２）を
形成するためには、スクリーンマスク（１１）の微小な
パターンにも導電性インク（１３）が入り込むようにす
ることが必要であり、インクの粘度（常温）は、５，０
００〜１００，０００ｃｐｓにする必要がある。

【００２３】また、帯状電極（２）の印刷厚さは、１５
μｍ以下とし、表面固有抵抗率は１００Ω／□以下とす
ることが必要あり、導電性および印刷性を考慮した場
合、導電性微粒子の平均粒径は２０μｍ以下であること
が必要であり、好ましくは０．０５〜１０μｍの粒径の
範囲にする必要がある。

【００２４】バインダー樹脂としては、ポリエステル樹
脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、
塩化ビニル樹脂等が適宜用いられる。溶媒としては、バ
インダー樹脂の溶解性を考慮し、ケトン系溶媒等適宜選
択される。導電性微粒子としては、銀、銅およびケッチ
エンブラック、アセチレンブラック、グラファイトのよ
うなカーボンが用いられる。

【００２５】絶縁性支持体（１）に設けられる帯状電極
（２）は、絶縁性支持体（１）の表面に並べて設けて
も、または、絶縁性支持体（１）の中に埋設して設けて
もよい。そして、電極の絶縁性を向上させるためには、
印刷や塗布等の方法により帯状電極（２）の表面に絶縁
層を形成し、絶縁性支持体（１）と絶縁層との間に帯状
電極（２）を埋設するのがよい。図３は、スクリーン印
刷で形成した帯状電極（２）の一例を示す断面説明図で
あるが、絶縁性支持体（１）にスクリーン印刷法で帯状
電極（２）を形成した後、別なスクリーンマスクを用い
て、帯状電極（２）の表面に絶縁ペースト等を印刷し
て、絶縁層（１０）を設けたものである。

【００２６】帯状電極（２）の間隔は、静電アクチュエ
ータの発生力、駆動電圧等の駆動性能を向上させるため
には帯状電極間隔の微細化が望ましく、通常は５００μ
ｍ以下、好ましくは３００μｍ以下とされる。そして、
電極（２）としては、上記のように、通常は帯状電極が
採用されるが、ドット型電極であってもよい。また、電
極（２）の構造は、通常、３相構造が基本的であるが、
これに限られず、３ｎ（ｎは整数）構造であってもよ
い。

【００２７】次に、移動子（６）について説明する。移
動子（６）を構成する絶縁性薄葉体（４）は、好適に
は、固定子（３）を構成する前記の絶縁性樹脂と同様の
合成樹脂より構成されるが、斯かる合成樹脂と同程度の
抵抗値を有するガラス又はセラミックスにて構成するこ
とも出来る。そして、絶縁性薄葉体（４）を合成樹脂フ
イルムで構成する場合、特に好ましいフイルムは、密
度、曲げ弾性率、耐皺性等の点からポリエチレンテレフ
タレートフイルムである。

【００２８】絶縁性薄葉体（４）に正負の電荷を付与す
る方法は、図４に示した公知の静電フイルムアクチュエ
ータと同様に、絶縁性薄葉体（４）に抵抗体層（５）を
設ける方法が挙げられる。具体的には、例えば、絶縁性
薄葉体（４）の表面に帯電防止効果の弱い帯電防止剤を
塗布する方法等を使用し得る。この場合、抵抗体層
（５）の表面固有抵抗率は１０¹²〜１０¹⁵Ω／□の範
囲、好ましくは１０¹⁴Ω／□前後にすることが必要であ
る。そして、抵抗体層（５）設ける方向は、移動子
（６）の固定子（３）と接する面または他方の面の何れ
であってもよいが、後者の面上が好ましい。

【００２９】また、絶縁性薄葉体（４）に正負の電荷を
付与する方法は、上記の方法に限られず、当業者にとっ
て自明の各種の他の方法を採用し得る。例えば、絶縁性
薄葉体（４）を絶縁性フイルムで構成する場合には、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（４）自体を上記と同様の抵抗率を有する抵抗体とす
る方法、絶縁性薄葉体（４）に帯状電極を設ける方法、
イオン発生装置を利用する方法、絶縁性薄葉体（４）に
エレクトレット材料を利用する方法等が挙げられる。

【００３０】絶縁性薄葉体（４）に帯状電極を設ける方
法は、特に図示しないが、図１において、電線（７）及
び（８）に対応する２相構造の帯状電極を固定子の帯状
電極（２）と対応させて設け、これらの電線に常時正負
の電圧を印加する方法であって、各帯状電極に存する正
負の電荷を鏡像電荷及びの代わりに利用する方法で
ある。また、イオン発生装置を利用する方法は、固定子
（３）に接して絶縁性薄葉体（４）を配置し、電線
（７）、電線（８）に正負の電圧を印加して電荷を誘導
した後、除電器として知られているイオン発生装置（針
電極に交流電圧を印加してコロナ放電を起こさせ、生じ
た正負のイオン風を送風機にて帯電物体に当てるように
なされた装置）からのイオン風を絶縁性薄葉体（４）の
表面に当てる方法であって、絶縁性薄葉体（４）の表面
に形成されたイオン化空気層を鏡像電荷及びの代わ
りに利用する方法である。そして、イオン発生装置とし
ては、「静電気ハンドブック」（静電気学会偏、オーム
社出版、第１版８１９頁以降）に記載の各種の除電器を
使用することが出来る。なお、絶縁性薄葉体（４）に帯
状電極を設ける場合は、前述のスクリーン印刷法を採用
するのがよい。

【００３１】絶縁性薄葉体（４）の厚さは、当該絶縁性
薄葉体に電荷を付与する方法によって静電アクチュエー
タの発生力が異なるために一概には決定できないが、通
常は１０μｍ以上とされる。そして、電荷を付与する方
法として絶縁性薄葉体（４）に抵抗体層（５）を設ける
方法を採用した場合には、１０〜２００μｍの範囲とす
るのが好ましい。また、電荷の付与が何れの方法で行わ
れる場合においても、絶縁性薄葉体（４）の厚さは、絶
縁性支持体（１）に並べた帯状電極（２）の間隔をＰと
し、帯状電極（２）の表面と絶縁性薄葉体（４）と抵抗
体層（５）（絶縁性薄葉体（４）に帯状電極を設けた場
合は当該帯状電極、イオン化空気層を形成した場合はそ
れ自体）との境界面との距離をＧとした場合、０．１＜
Ｇ／Ｐ＜０．４の関係を満足する範囲とするのが好まし
い。

【００３２】以下、本発明を実施例により更に詳細に説
明するが、本発明は、その要旨を超えない限り以下の実
施例に限定されるものではない。実施例１（１）固定子の作成以下に示すスクリーンマスク及び導電性インクを使用
し、スクリーン印刷法により、１２５μｍのポリエチレ
ンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）上に図２
に示すような帯状電極を形成して固定子とした。スクリ
ーン印刷機には三谷電子工業製２４００を使用した。

【００３３】＜スクリーンマスク＞製版材料：ステンレス紗（線径：約２０μｍ、メッシ
ュ：４００メッシュ）電極ピッチ：２００μｍ（印刷される電極巾１００μ
ｍ）電極サイズ：８０ｍｍ×９０ｍｍ＜導電性インク＞導電性微粒子：銀（平均粒径約３μｍ）樹脂バインダー：ポリエステル樹脂溶媒：ブチルセルソルブアセテート粘度（２５℃）：約３００００ｃｐｓ（Ｂｒｏｏｋｆｉ
ｅｌｄ法にて測定）

【００３４】＜電極の形成＞先ず、ウレタン製のスキー
ジを用いて、ＰＥＴフィルム上に導電性インクを印刷
し、８０℃、３０分間熱風乾燥した。乾燥後の銀インク
の厚さは、約５μｍであり、表面固有抵抗率は、約１Ω
／□であった。次いで、別のスクリーンマスクを使用
し、円形ランド部分を除くＰＥＴフィルム上の電極印刷
面全体に透明のポリエステル樹脂をスクリーン印刷し
た。透明のポリエステル樹脂の厚さは１０μｍとし、印
刷後の乾燥条件は上記と同様とした。

【００３５】（２）結線円形ランド部分をＮＣ工作機械を用いて、直径０．２ｍ
ｍの穴明け加工を行い、その後、ディスペンサーを使用
し、銀ペーストによってスルホール部分を導通させて結
線を行なった。

【００３６】（３）移動子の作製厚さ２５μｍのＰＥＴフィルムに帯電防止効果の弱い帯
電防止剤をフィルムの片面にスプレー塗布して抵抗体層
を形成して移動子とした。なお、抵抗体層の表面固有抵
抗率は、２×１０¹⁴Ω／□であった。

【００３７】（４）静電アクチュエータの作製上記の（１）で作製した固定子と上記（３）で作製した
移動子とを重ね合わせて本発明の静電アクチュエータを
作製した。上記の静電アクチュエータを図４（ａ）〜
（ｄ）に示す要領に従って、以下に示す駆動条件で駆動
させたところ、移動子が連続的に駆動できるのが確認で
きた。また、移動子が２ｋＨｚ、４０ｃｍ／ｓまで駆動
できることを確認した。

【００３８】＜駆動条件＞初期充電時間：１ｓ充電時間：９ｍｓ移動時間：１ｍｓ駆動周波数：１００Ｈｚ駆動電圧：±２００Ｖ

【００３９】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、固定子の
電極を容易かつ安価にファインパターン化し得るように
改良された静電アクチュエータが提供される。よって、
本発明は、静電アクチュエータの多種多様な応用展開に
寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】スクリーン印刷法による電極形成過程を示す説
明図である。

【図２】スクリーン印刷で形成した帯状電極の一例を示
す平面説明図である。

【図３】スクリーン印刷で形成した帯状電極の一例を示
す断面説明図である。

【図４】静電アクチュエータの駆動原理の説明図であ
る。

【符号の説明】

（１）：絶縁性支持体（２）：帯状電極（３）：固定子（４）：絶縁性フイルム又は絶縁性薄葉体（５）：抵抗体層（６）：移動子（７）〜（９）：電線（１０）：絶縁層（１１）：スクリーンマスク（１２）：枠（１３）：導電性インク（１４）：スキージ（１５）：印刷台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者畑部悦生神奈川県鎌倉市大船二丁目14番40号三菱電機株式会社生活システム研究所内 (72)発明者永田良浩神奈川県鎌倉市大船二丁目14番40号三菱電機株式会社生活システム研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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に正負の電荷を付与した移動子と
が接するように配置されて成る静電アクチュエータにお
いて、前記の電極の形成手段として、平均粒径が２０μ
ｍ以下の導電性微粒子を含有し且つ粘度が５，０００〜
１００，０００ｃｐｓの導電性インクを使用したスクリ
ーン印刷法を採用したことを特徴とする静電アクチュエ
ータ。