JPH07322647A - 静電アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動子の厚さ（例えば、７５μｍ）等を考慮
して、未だ電極ピッチの定まらない汎用固定子の電極
を、最大の駆動力が取り出せる最適の電極ピッチ（例え
ば、３００μｍ）に設定する。 【構成】 汎用固定子は、例えば、４０μｍ幅の線状電
極８，８，…が互いに平行にかつ１００μｍピッチで多
数配列された電極織物として予め作成される。固定子９
Ａを作成するには、汎用固定子を構成する多数の線状電
極８，８，…のうち、相隣る２本の線状電極８，８同士
を同相接続して３相の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃ，…と
する。駆動電極と隣の駆動電極との間には、１本の線状
電極８を３相給電線のいずれにも接続しない状態のまま
で残しておく。こうして、最大の駆動力を取り出せる電
極ピッチ（約３００μｍ）に設定された駆動電極８ａ，
８ｂ，８ｃ，…が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、静電力を利用して電
気から力を取り出す静電アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】静電アクチュエータは、電磁力の代わり
に、静電力、すなわち、電荷と電荷との間の吸引・反発
力を利用して駆動力を発生する装置であるので、構造が
単純なため、小型化・軽量化が容易である。加えて、電
極ピッチを微細にして小型化すればするほど、原理的
に、大きな力及び力密度を抽出し得るという特性を有す
ることから、近年、ロボット、ＯＡ機器、搬送機械、光
学機器、玩具等の小型駆動源として、高い関心を集めて
いる（日本機械学会ロボティクスメカトロニクス講演会
'９３講演論文集 PP.436-PP.439 「静電人工筋の開発
とロボットへの適用」等参照）。

【０００３】従来の静電アクチュエータは、図１７に示
すように、絶縁体１内に複数の帯状電極２ａ，２ｂ，２
ｃ，…を持つ固定子３と、この固定子３の表面に接する
ように配置された絶縁体層４と極めて高い抵抗率の抵抗
体層５を持つ移動子６とからなっている（平成２年電気
学会全国大会予稿集 Ｎｏ.７８３ 「フィルム静電アク
チュエータ」等参照）。上記帯状電極２ａ，２ｂ，２
ｃ，…は、所定の電極ピッチで相順に繰り返し配列され
て３相電極を構成する。駆動力を取り出すには、まず、
同図（ａ）に示すように、固定子電極（帯状電極）２
ａ，２ｂ，２ｃ，…に正負の電圧を印加する。すると、
移動子６の抵抗体層５内で電荷が移動し、同図（ｂ）に
示すように移動子６に固定子電極と逆符号の電荷が誘導
（充電）される。なお、図中、移動子６上部の破線は、
抵抗体層５の下面に対する固定子電極２ａ，２ｂ，２
ｃ，…の鏡像を表している。移動子６の電荷は、この鏡
像の位置に置いた電荷で置き換えることができる。次
に、同図（ｃ）に示すように、電圧を印加する固定子電
極を右にずらすと、固定子電極２ａ，２ｂ，２ｃ，…の
電荷は瞬時に入れ替わるが、移動子６の電荷は、抵抗率
が高いため変化に時間を要し、電圧を切り替えた直後
は、元の状態を保持する。このとき、固定子・移動子の
電荷間の静電力により、移動子６に対し右向きの駆動力
が発生する。また、垂直吸引力は減少ないしは反発力と
なり、移動子６を浮上させるので、摩擦が減少する。こ
の結果、同図（ｄ）に示すように、移動子６は電極１ピ
ッチ分右に動く。

【０００４】このとき、固定子電極から移動子６の抵抗
体層５下面までの距離Ｇ（以下、簡単のため、ギャップ
Ｇという(固定子電極・鏡像電極間距離ｄはギャップＧ
の２倍である)）が、電極ピッチ（固定子３の電極間距
離）の約１／４のときに、外部に取り出せる正味の駆動
力が最大になることが報告されている（日本機械学会ロ
ボティクスメカトロニクス講演会 '９０講演論文集 PP.
371-PP.372 「静電フィルムアクチュエータの特
性」）。

【０００５】これは、ギャップＧが、電極ピッチの約１
／４のときに、移動子６を浮上させる垂直方向の反発力
が最大となり、電極ピッチの１／４以下では、固定子電
極２ａ，２ｂ，２ｃ，…に移動子６の電荷と逆符号の電
荷を誘導する効果が強く現れてきて、垂直方向の反発力
は減少し、ついには逆に吸引力になることと深く関係し
ている。すなわち、ギャップＧが小さくなるほど、横方
向の駆動力は増大するのであるが、移動子６の抵抗体層
５が固定子電極２ａ，２ｂ，２ｃ，…に接近し過ぎる
と、上記したように、垂直方向の反発力が減少し、つい
には逆に吸引力となって、固定子・移動子間の摩擦が増
大するので、外部に取り出せる正味の駆動力は減少す
る。それ故、ギャップＧが、電極ピッチの約１／４のと
きに、垂直方向の反発力が最大となり、固定子・移動子
間の摩擦が減少するので、外部に取り出せる正味の駆動
力も最大になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、移動子６
は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム等
を絶縁体層４とし、この上にカーボンやウレタン樹脂等
の混合物を塗布して抵抗体層として形成され、この際、
絶縁体層４は、結合される負荷の大きさ、装置の用途、
耐久性要求、駆動環境等を考慮してその最適の厚さが決
定される。ここで、移動子（絶縁体層４）の厚さが変化
すると、一般にギャップＧも変化するので、外部に取り
出せる正味の駆動力を最大とするためには、移動子の厚
さの変更に伴い、固定子３の電極ピッチに対しても、ギ
ャップＧの約４倍になるように変更を加える必要があ
る。しかしながら、上記従来の静電アクチュエータにあ
っては、固定子は、例えば銅箔を接着したフレキシブル
プリント基板に、マスク・エッチングによって、３相電
極となる互いに平行な帯状電極を多数形成した後、その
上に絶縁フィルムを接着して作成されていたため、移動
子の厚さを変更する度に、最適の電極ピッチ及び電極幅
を持つ印刷用マスクを新たに作成用意することから始め
なくてはならないという、製造上不都合な問題があっ
た。

【０００７】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、移動子の厚さが異なる静電アクチュエータを数
種類作成する場合に好適な静電アクチュエータを提供す
ることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、複数相に接続される複数の
駆動電極が一方向又は互いに直交する二方向に所定の電
極ピッチで相順に繰り返し配列されてなる固定子と、該
固定子の表面に配置され、上記複数の駆動電極に相毎に
印加する電圧を変化させることで静電駆動力を付与され
る移動子とを備えてなる静電アクチュエータであって、
上記固定子は、複数の線状電極が一方向又は互いに直交
する二方向に所定のピッチで配設されてなると共に、上
記各駆動電極は、連続する複数本の上記線状電極を同相
に接続してなることを特徴としている。

【０００９】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の静電アクチュエータであって、上記固定子が、上記
一方向に配列された複数の上記線状電極となる裸の又は
絶縁被覆付きの導電性線材と、絶縁性線材又は上記一方
向に直交する方向に配列された複数の線状電極ともなる
絶縁被覆付きの導電性線材とが互いに縦糸・横糸となっ
て織り込まれた電極織物からなることを特徴としてい
る。

【００１０】また、請求項３記載の発明は、複数相に接
続される複数の駆動電極が一方向又は互いに直交する二
方向に所定の電極ピッチで相順に繰り返し配列されてそ
れぞれなる固定子と移動子とを有し、これら固定子と移
動子とにおける複数の駆動電極に相毎に印加する電圧を
変化させることで上記移動子に静電駆動力を付与する静
電アクチュエータであって、上記固定子及び移動子は、
それぞれ、複数の線状電極が一方向又は互いに直交する
二方向に所定のピッチで配設されてなると共に、上記各
駆動電極は、連続する複数本の上記線状電極を同相に接
続してなることを特徴としている。

【００１１】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の静電アクチュエータであって、少なくとも上記移動
子が、上記一方向に配列された複数の線状電極となる裸
の又は絶縁被覆付きの導電性線材と、絶縁性線材又は上
記一方向に直交する方向に配列された複数の線状電極と
もなる絶縁被覆付きの導電性線材とが互いに縦糸・横糸
となって織り込まれた電極織物からなることを特徴とし
ている。

【００１２】また、請求項５記載の発明は、請求項２又
は４記載の静電アクチュエータであって、上記電極織物
の少なくとも移動子と相対向する側の面又は固定子と相
対向する側の面には絶縁層が設けられていることを特徴
としている。

【００１３】さらにまた、請求項６記載の発明は、請求
項１，２，３，４又は５記載の静電アクチュエータであ
って、上記駆動電極と隣の上記駆動電極との間には単数
又は複数本の線状電極が介挿され、これら線状電極の両
端は、電気的に開端状態になされていることを特徴とし
ている。

【００１４】

【作用】請求項１記載の構成において、固定子には、線
状電極が、一方向又は互いに直交する二方向に、かつ所
定のピッチで多数配列された汎用固定子が用いられる。
この汎用固定子の線状電極を連続する複数本毎に”束ね
る”（同相接続する）ことによって、特定の電極幅を有
し、特定の電極ピッチで配列された駆動電極が形成され
る。すなわち、汎用固定子の特定固定子化が行われる。
駆動電極の電極ピッチ及び電極幅は、元となる線状電極
の”束ねる”個数を増減することによって、広狭が調整
できる。したがって、電極パターン印刷用マスクを新た
に作成しなくとも、電極ピッチをギャップの約４倍に設
定することが可能となる。それ故、汎用固定子の線状電
極を”何本かに束ねる”ことにより、外部に取り出せる
正味の駆動力が最大となる特定固定子を容易に作成する
ことができる。

【００１５】また、請求項３記載の構成においては、固
定子に加えて、移動子も駆動電極を有している。この移
動子にも、線状電極が、一方向又は互いに直交する二方
向にそれぞれ所定のピッチで配列された汎用移動子が用
いられる。したがって、電極パターン印刷用のマスクを
新たに作成しなくとも、汎用移動子の線状電極を”何本
かに束ねれば”、移動子の厚さに対応した電極ピッチの
駆動電極を持つ特定移動子を容易に作成できる。

【００１６】なお、請求項２又は４記載の電極織物から
なる汎用固定子又は汎用移動子を用いるようにすれば、
線状電極（導電性線材）を”束ね易い”ので、特定固定
子又は特定移動子の作成が容易となる。この場合におい
て、電極織物の表面に請求項５記載の絶縁層を設けるよ
うにすれば、電極ピッチが固定されるので、一段と安定
した駆動力を得ることができる。また、上記駆動電極と
隣の上記駆動電極との間に、単数又は複数本の線状電極
を電気的に開端状態のまま残しておくようにすれば、移
動子の厚さに対応した電極ピッチを一段と容易に得るこ
とができる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。 ◇第１実施例 図１は、この発明の第１実施例である誘導電荷形の静電
アクチュエータの構成を示す斜視図、図２は同平面図、
また、図３は同断面図である。これらの図に示すよう
に、この例の静電アクチュエータ７は、３相電極を構成
する駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃ，…が、互いに平行にか
つ相順に繰り返し配列された固定子９Ａと、この固定子
９Ａの表面に接するように配置された絶縁体層４と極め
て高い抵抗率の抵抗体層５を持つ移動子６とからなって
いる。この例において、（固定子）駆動電極８ａ，８
ｂ，８ｃ，…は、電極幅が約１４０μｍに設定され、電
極ピッチが、（移動子）絶縁体層４の厚さの約４倍に相
当する約３００μｍに設定されている。ここで、電極ピ
ッチを（移動子）絶縁体層４の厚さの約４倍としたの
は、この例の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃ，…表面には、
絶縁体が被覆されておらず、したがって、（移動子）絶
縁体層４の厚さがギャップ（固定子電極・移動子抵抗体
層間距離）Ｇに相当することとなるからである。

【００１８】上記固定子９Ａは、汎用固定子９から作成
される。この汎用固定子９は、駆動電極の電極ピッチ及
び電極幅が未だ定まっていない状態の固定子であり、こ
の例では、４０μｍ電極幅の線状電極８，８，…が互い
に平行にかつ１００μｍピッチで多数配列されてなって
いる。上記汎用固定子９は、図４及び図５に示すよう
に、線径４０μｍの裸の導電性線材８'，８'，…と、同
じく線径４０μｍの絶縁性繊維１０，１０，…とを、互
いに縦糸・横糸として、図示せぬ織機を用いて、１００
μｍピッチで１本ずつ互い違いに織り込んで形成され、
織り込まれた導電性線材８'，８'，…によって線状電極
８，８，…が構成される。

【００１９】ここで、好適な導電性線材８'，８'，…
（線状電極８，８，…の素材）としては、銅線、アルミ
線、ステンレス線、ニクロム線、金線、銀線、あるいは
チタン線等を挙げることができ、また、好適な絶縁性繊
維１１，１１，…としては、ポリエステル繊維、軟質ポ
リ塩化ビニル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン
繊維、ポリイミド繊維、ポリアミド繊維、ポリウレタン
繊維、ポリアクリルニトリル繊維、ポリビニルアルコー
ル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、あるいはポリフッ化
エチレン繊維を挙げることができる。なお、線状電極
８，８，…のピッチは、導電性線材８'，８'，…が"縦
糸"とされる場合には、"縦糸"を織機にかけ、"縦糸"を
通す糸孔のピッチを変えることで調節され、また、導電
性線材８'，８'，…が"横糸"とされる場合には、巻取り
速度を変えることで調節される。すなわち、巻取り速度
を速めれば速めるほど、線状電極８，８，…のピッチは
狭くなり、逆に、巻取り速度を遅くすれば、ピッチは広
くなる。

【００２０】このような構成の汎用固定子９からこの例
の固定子９Ａを作成するには、図１乃至図３に示すよう
に、汎用固定子９を構成する多数の線状電極８，８，…
のうち、相隣る２本の線状電極８，８同士を同相接続し
て駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃ，…を得ると共に、駆動電
極と隣の駆動電極との間に、１本の線状電極８を３相給
電線のいずれにも接続しない状態のままで残すようにす
る。こうして、電極幅約１４０μｍで、電極ピッチ約３
００μｍの駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃ，…が多数配列さ
れた固定子９Ａが得られる。これらの駆動電極８ａ，８
ｂ，８ｃ，…は、相順に、３相給電線１１ａ，１１ｂ，
１１ｃを介して駆動装置１２に接続される。なお、駆動
電極８ａ，８ａ，…は、３相電極のうち、Ａ相の電極を
構成し、同様に、駆動電極８ｂ，８ｂ，…はＢ相の電極
を、駆動電極８ｃ，８ｃ，…は、Ｃ相の電極をそれぞれ
構成する。また、上記移動子６において、絶縁体層４に
は、厚さ約７５μｍのＰＥＴフィルム、ＰＶＣ（ポリ塩
化ビニル）フィルム、ポリプロピレンフィルム、あるい
はポリイミドフィルム等の高分子フィルムが用いられ、
この上にカーボンやウレタン樹脂等の混合物が塗布され
て表面抵抗率が１０¹⁴Ω／□の抵抗体層５が形成されて
いる。

【００２１】次に、図６を参照して、上記構成の静電ア
クチュエータ１の動作について説明する。まず、同図
（ａ）に示すように、駆動装置１２（図１）を作動させ
て、Ａ相の電極（駆動電極８ａ，８ａ，…）に正電圧＋
Ｖを、Ｂ相の電極（駆動電極８ｂ，８ｂ，…）に負電圧
−Ｖを、Ｃ相の電極（駆動電極８ｃ，８ｃ，…）にゼロ
電圧０Ｖを印加する。すると、同図（ｂ）に示すよう
に、始めは電荷の存在していなかった移動子６の抵抗体
層５内に微弱な電流が流れ、駆動電極８ａ，８ｂ，８
ｃ，…と相対向する移動子６の抵抗体層５内の部位に、
駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃ，…の電荷と逆符号の電荷が
誘導（充電）されて平衡状態になる。この電荷は、同図
（ｂ）に示す鏡像電荷で置き換えることができる。それ
故、移動子６には、図中垂直下向きの吸引力が働くの
で、移動子６は、摩擦により固定子９Ａ上に保持され
る。

【００２２】次に、同図（ｃ）に示すように、正電圧、
負電圧、ゼロ電圧を印加する駆動電極８ａ，８ｂ，８
ｃ，…を例えば図中右にずらす。すなわち、電圧を切り
替えて、Ａ相の電極（駆動電極８ａ，８ａ，…）にゼロ
電圧０Ｖを、Ｂ相の電極（駆動電極８ｂ，８ｂ，…）に
正電圧＋Ｖを、Ｃ相の電極（駆動電極８ｃ，８ｃ，…）
に負電圧−Ｖをそれぞれ印加すると、駆動電極８ａ，８
ｂ，８ｃ，…の電荷は瞬時に入れ替わるが、移動子６の
抵抗体層５内の電荷は、抵抗率が高いため変化に時間を
要し、電圧を切り替えた直後は、元の電荷の状態を保持
する。それ故、固定子９Ａ・移動子６の電荷間の静電力
により、移動子６に対し右向きの駆動力が発生する。こ
のとき、垂直吸引力は減少ないし反発力となる。それ
故、移動子６は浮上でき、摩擦が減少するので、同図
（ｄ）に示すように、移動子６は電極１ピッチ分（約３
００μｍ）右に動く。

【００２３】以下、駆動装置１２が、正電圧、負電圧、
ゼロ電圧を印加する駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃ，…を右
にずらす態様の電圧切換操作を繰り返す度に、移動子６
は順次電極１ピッチ（約３００μｍ）ずつ右に移動し、
電圧の切換操作を停止すると、垂直下向きの吸引力が働
いて、移動子６は、摩擦により保持されるので、正確に
位置決めされて停止する。一方、正電圧、負電圧、ゼロ
電圧を印加する駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃ，…を左にず
らす電圧切換操作を繰り返すと、移動子６は順次電極１
ピッチ（約３００μｍ）ずつ左に移動する。移動子６
は、軽量な上、単位質量当たりの誘導荷電量が多いの
で、加速され易く、したがって、電圧切替操作の繰り返
しを早めることにより、高速移動を達成できる。

【００２４】上記構成によれば、固定子９Ａには、汎用
固定子９が用いられ、この汎用固定子９の線状電極８，
８，…を、１本置きに、相隣る２本ずつ”束ねる”（同
相に接続する）ことで、所望の電極ピッチ（約３００μ
ｍ）で配列された所望の電極幅（約１４０μｍ）の駆動
電極８ａ，８ｂ，８ｃ，…が形成されるので、電極パタ
ーン印刷用マスクを新たに作成しなくとも、容易に、電
極ピッチをギャップの約４倍に設定することができる
（汎用固定子の特定固定子化）。それ故、外部に取り出
せる正味の駆動力が最大となる特定固定子を容易に作成
することができる。

【００２５】なお、上記構成の汎用固定子９を用いれ
ば、この例の固定子９の他にも、駆動電極の電極ピッチ
あるいは電極幅が異なる様々の”特定”固定子を作成で
きる。例えば、図７に示すように、汎用固定子９の線状
電極を、相隣る２本ずつ連続して”束ねれば”、電極ピ
ッチ約２００μｍで配列された電極幅約１４０μｍの駆
動電極を有する”特定”固定子を得ることができる。ま
た、図８に示すように、汎用固定子９の線状電極を、２
本置きに、相隣る３本ずつ”束ねれば”、電極ピッチ約
５００μｍで配列された電極幅約２４０μｍの駆動電極
を有する”特定”固定子を得ることができる。さらに、
ピッチ１００μｍで配列された線状電極（電極幅４０μ
ｍ）を有する汎用固定子９に代えて、ピッチ５０μｍで
配列された線状電極（電極幅２０μｍ）を有する汎用固
定子９を用いるようにすれば、図２の構成では、電極ピ
ッチ約１５０μｍで配列された電極幅約７０μｍの駆動
電極を有する”特定”固定子となり、図７の構成では、
電極ピッチ約１００μｍで配列された電極幅約７０μｍ
の駆動電極を有する”特定”固定子となり、また、図８
の構成では、電極ピッチ約２５０μｍで配列された電極
幅約１２０μｍの駆動電極を有する”特定”固定子とな
る。

【００２６】◇第２実施例 図９は、この発明の第２実施例である誘導電荷形の静電
アクチュエータの構成を示す斜視図である。この例の静
電アクチュエータ７Ａでは、固定子１３Ａは、複数の駆
動横電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，…と複数の駆動縦電
極１４ｘ，１４ｙ，１４ｚ，…とが横縦（格子状）にそ
れぞれ相順に配列されて構成され、第１実施例と同一構
成の移動子６を２次元駆動できるようにしている。この
例において、（固定子）駆動横電極１４ａ，１４ｂ，１
４ｃ，…、及び（固定子）駆動縦電極１４ｘ，１４ｙ，
１４ｚ，…は、いずれも、電極幅が約１４０μｍに設定
され、それぞれの電極ピッチが、（移動子）絶縁体層４
の厚さの約４倍に相当する約３００μｍに設定されてい
る。ここで、縦横の電極ピッチを（移動子）絶縁体層４
の厚さの約４倍としたのは、第１実施例において述べた
と同一の理由からである。

【００２７】上記固定子１３Ａは、汎用固定子１３から
作成される。この汎用固定子１３は、駆動横電極及び駆
動縦電極の電極ピッチや電極幅が未だ定まっていない状
態の固定子であり、この例では、４０μｍ電極幅の多数
の線状電極１４，１４…が縦横に、かつそれぞれ１００
μｍピッチで配列されてなっている。上記汎用固定子１
３は、図１０に示すように、線径４０μｍの導電性線材
１４'，１４'，…を縦糸・横糸として、縦横１００μｍ
ピッチで１本ずつ互い違いに平織して形成され、縦横に
織り込まれた導電性線材１４'，１４'，…によって全体
として格子状の線状電極１４，１４，…が形成される。
ここで、導電性線材１４'，１４'，…として、線径４０
μｍの絶縁被覆電線が用いられている。なお、好適な絶
縁被覆電線としては、テフロン被覆電線、ポリエステル
被覆電線、ポリ塩化ビニル被覆電線、ポリエチレン被覆
電線、ポリプロピレン被覆電線、ポリイミド被覆電線、
ポリアミド被覆電線、ポリウレタン被覆電線、ポリフッ
化エチレン被覆電線、あるいは絶縁ワニス被覆電線等を
挙げることができる。

【００２８】このような構成の汎用固定子１３からこの
例の固定子１３Ａを作成するには、図９及び図１０に示
すように、汎用固定子１３を構成する多数の線状電極１
４，１４，…のうち、相隣る２本の線状電極１４，１４
同士を同相接続して駆動横電極１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，…及び駆動縦電極１４ｘ，１４ｙ，１４ｚ，…を得
ると共に、駆動横（縦）電極と隣の駆動横（縦）電極と
の間に、１本の線状電極１４を３相給電線のいずれにも
接続しない状態のままで残すようにする。こうして、電
極幅約１４０μｍで、電極ピッチ約３００μｍの駆動横
電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，…及び駆動縦電極１４
ｘ，１４ｙ，１４ｚ，…が格子状に配列された固定子１
３Ａが得られる。これらの駆動横電極１４ａ，１４ｂ，
１４ｃ，…は、相順に、３相給電線１５ａ，１５ｂ，１
５ｃを介して駆動装置１２Ａに接続される。一方、駆動
縦電極１４ｘ，１４ｙ，１４ｚ，…は、相順に、３相給
電線１５ｘ，１５ｙ，１５ｚを介して駆動装置１２Ｂに
接続される。

【００２９】上記構成において、移動子６を縦方向に移
動させるには、駆動装置１２Ａのみを作動させ、３相の
駆動電圧を駆動横電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，…に印
加する。この後、電圧切換操作を行う毎に移動子６は縦
方向に電極１ピッチ分移動する。移動子６を横方向に移
動させるには、駆動装置１２Ｂのみを作動させ、３相の
駆動電圧を駆動縦電極１４ｘ，１４ｙ，１４ｚ，…に印
加する。この後、電圧切換操作を行う毎に移動子６は横
方向に電極１ピッチ分移動する。また、移動子を斜め方
向に移動させるには、駆動装置１２Ａ，１２Ｂを作動さ
せて、３相の駆動電圧を駆動横電極１４ｘ，１４ｙ，１
４ｚ，…と駆動縦電極１４ｘ，１４ｙ，１４ｚ，…とに
印加する。この後、駆動横電極１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，…に対して電圧切換操作をＭ回行うと、移動子６は
縦方向に電極Ｍピッチ分移動し、駆動縦電極１４ｘ，１
４ｙ，１４ｚ，…に対して電圧切換操作をＮ回行うと、
移動子６は横方向に電極Ｎピッチ分移動する。

【００３０】上記構成によれば、固定子１３Ａには、格
子電極構造の汎用固定子１３が用いられ、この汎用固定
子１３の縦横の線状電極１４，１４，…を、それぞれ１
本置きに、相隣る２本ずつ”束ねる”（同相に接続す
る）ことによって、所望の電極ピッチ（約３００μｍ）
で縦横に配列された所望の電極幅（約１４０μｍ）の駆
動横（縦）電極が形成されるので、電極パターン印刷用
マスクを新たに作成しなくとも、容易に、縦横の電極ピ
ッチをギャップの約４倍に設定することができる（汎用
固定子の特定固定子化）。それ故、外部に２次元的に取
り出せる正味の駆動力が最大となる特定固定子を容易に
作成することができる。

【００３１】◇第３実施例 図１１は、この発明の第３実施例である誘導電荷形の静
電アクチュエータの構成を示す斜視図であり、この例の
静電アクチュエータ７Ｂが、第１実施例のそれ（図１）
と大きく異なるところは、第１実施例の固定子９Ａを両
側から一対の絶縁フィルムで挟持してこの例の固定子９
Ｂとした点である。一方、細かな点では、この例の移動
子６Ａは、第１実施例における絶縁体層４よりも、２０
μｍ程薄い絶縁体層４Ａによって構成されている。

【００３２】この例の固定子９Ｂは、図１１及び図１２
に示すように、第１実施例の固定子９Ａと、この固定子
９Ａをその両面から挟持する一対の絶縁フィルム９２
ａ，９２ａと、これらの絶縁フィルム９２ａ，９２ａを
接着して電極ピッチを不動状態にするための接着剤９３
とから構成されている。

【００３３】この例において、（固定子）駆動電極８
ａ，８ｂ，８ｃ，…は、電極幅が約１４０μｍに設定さ
れ、電極ピッチが、ギャップＧの約４倍に相当する約３
００μｍに設定されている。ここで、ギャップＧは、上
述したように、（固定子）駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃ，
…から（移動子）抵抗体層５下面までの距離であり、
（移動子）絶縁体層４の厚さ（５５μｍ）と（固定子）
絶縁フィルム９２ａの厚さ（２０μｍ）との和に相当す
る。

【００３４】上記絶縁フィルム９２ａ，９２ａには、表
面抵抗率が１０¹⁵Ω／□以上で厚さ約２０μｍの高分子
フィルム、好適にはＰＥＴフィルム、ポリプロピレンフ
ィルム、ポリイミドフィルム、軟質ポリ塩化ビニルフィ
ルム、ポリエチレンフィルム等が用いられる。また、接
着剤９３としては、エポキシ系接着剤、アクリル系接着
剤、ブチルゴム、ブタジエン−スチレンゴム等の合成ゴ
ム、あるいは天然ゴム等が好適である。

【００３５】この例の固定子９Ｂを作成するには、図１
３に示すように、第１実施例の汎用固定子９に相当する
電極織物９１を絶縁フィルム９２ａの上面に重ね、この
上から接着剤９３を微量塗布する。塗布された接着剤９
３は、電極織物９１の織目から下方の絶縁フィルム９２
ａの図中上面にまで浸透する。次に、別の絶縁フィルム
９２ａを電極織物９１の上に重ね、圧着機を用いて、こ
の積層体（絶縁フィルム９２ａ／電極織物９１／絶縁フ
ィルム９２ａ）を加圧接着する。この後、多数の線状電
極８，８，…のうち、相隣る２本の線状電極８，８同士
を同相接続して駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃ，…を得ると
共に、駆動電極と隣の駆動電極との間に、１本の線状電
極８を３相給電線のいずれにも接続しない状態のままで
残すようにする。こうして、電極幅約１４０μｍで、電
極ピッチ約３００μｍの駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃ，…
が多数配列された固定子９Ｂが完成する。

【００３６】この例の構成によれば、電極織物９１の織
目が絶縁フィルム等によって固定され、固定子９Ｂの電
極ピッチが不動の状態になるので、一段と安定した駆動
力を抽出し得る。また、（固定子）絶縁フィルム９２ａ
の厚さを調節することで、ギャップＧと電極ピッチとの
適正な関係を維持できる。なお、一対の絶縁フィルム９
２ａ，９２ａのうち、いずれか一方の絶縁フィルムにつ
いては、必要に応じて、省略しても良い。

【００３７】◇第４実施例 図１４は、この発明の第４実施例である交流駆動形の静
電アクチュエータの構成を示す斜視図、また、図１５は
同断面図である。この例の静電アクチュエータ７Ｃに
は、同図に示すように、固定子７Ａのみならず、移動子
６Ｂにも駆動電極を設けた点、及び、これに伴い、３相
交流駆動方式を採用した点で、上述の第１実施例の静電
アクチュエータと大きく異なっている。この例の移動子
６Ｂは、第３実施例の固定子９Ｂと略同一構成とされ、
図１４及び図１５に示すように、（後述する汎用移動子
から形成される）駆動電極の配列体をその両面から挟持
する一対の絶縁フィルム６１ａ，６１ａと、これらの絶
縁フィルム６１ａ，６１ａを接着して電極ピッチを不動
状態にするための図示せぬ接着剤とから構成されてい
る。また、移動子６Ｂの駆動電極１６ａ，１６ｂ，１６
ｃ，…も、固定子９Ａの駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃ，…
と同様に、電極幅が約１４０μｍに設定され、電極ピッ
チが、（移動子）絶縁フィルム６１ａの厚さの約４倍に
相当する約３００μｍに設定されている。ここで、電極
ピッチを（移動子）絶縁フィルム６１ａの厚さの約４倍
としたのは、この例の（固定子）駆動電極８ａ，８ｂ，
８ｃ，…表面には、絶縁体が被覆されておらず、したが
って、（移動子）絶縁フィルム６１ａの厚さがギャップ
（固定子電極・移動子抵抗体層間距離）Ｇに相当するこ
ととなるからである。

【００３８】上記移動子６Ｂは、図４に示す汎用固定子
９と略同一構成の図示せぬ汎用移動子から作成される。
この汎用移動子は、駆動電極の電極ピッチ及び電極幅が
未だ定まっていない状態の移動子であり、この例では、
同図に示す汎用固定子９と同様に、４０μｍ電極幅の多
数の線状電極１６，１６，…（図１５参照）が互いに平
行にかつ１００μｍピッチで配列されてなっている。上
記汎用移動子は、汎用固定子９と同様に、線径４０μｍ
の裸の導電性線材と、同じく線径４０μｍの絶縁性繊維
とを、互いに縦糸・横糸として、図示せぬ織機を用い
て、１００μｍピッチで１本ずつ互い違いに織り込んで
電極織物として形成される。なお、移動子６Ｂの作成
は、固定子９Ｂ（図１３）を作成する場合（第３実施例
参照）と略同一の方法によって行われるので、その説明
を省略する。ただし、絶縁フィルム６１ａの厚さは、７
５μｍのものが用いられている。移動子６Ｂの駆動電極
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…は、相順に、３相給電線１
７ａ，１７ｂ，１７ｃを介して駆動装置１２Ｃに接続さ
れ、一方、固定子９Ａの駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃ，…
は、相順に、３相給電線１１ａ，１１ｂ，１１ｃを介し
て駆動装置１２Ｃに接続される。

【００３９】上記構成の移動子６Ｂを駆動させるには、
（固定子）駆動装置１２Ｃを作動させて、固定子９Ａの
駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃ，…を周波数ω1／２π（角
速度ω1）の３相交流電圧で励起させると共に、移動子
６Ｂの駆動電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，…を周波数ω
2／２π（角速度ω2）の３相交流電圧で励起させる。こ
の励起により、固定子９Ａと移動子６Ｂとのそれぞれの
対向面上には、進行する電位の波が発生して、静電駆動
力が生じる。

【００４０】この第４実施例の構成によれば、移動子の
電荷を高速に制御できる上、帯電粒子の付着等によるノ
イズにも強いため、移動子の高速移動を達成でき、大出
力を一段と確実に抽出し得る。

【００４１】なお、この第４実施例の変形例として、図
１６に示すように、（移動子）駆動電極１６ａ，１６
ｂ，１６ｃの配列体（織物）を、例えば厚さ２０μｍの
一対の絶縁フィルム６１ｂ，６１ｂで挟持して移動子６
Ｃを構成すると共に、（固定子）駆動電極８ａ，８ｂ，
８ｃ，…の配列体（織物）を、例えば厚さ５５μｍの一
対の絶縁フィルム９２ｂ，９２ｂで挟持して固定子９Ｃ
を構成するようにしても良い。

【００４２】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。線材は、単線に限
らず、撚り線でも良い。固定子又は移動子の織り方は、
平織に限定されない。導電性線材の線径は、４０μｍに
限定されない。導電性線材は、金属線に限らず、導電性
高分子材料又は導電性ガラス繊維でも良い。同様に、絶
縁性線材の線径も４０μｍに限定されない。

【００４３】また、上述の実施例においては、導電性線
材を織り込むことによって、汎用固定子を作成する場合
について述べたが、これに限定するものではなく、例え
ば、絶縁フィルムの表面に接着剤を塗布した後、この表
面に、多数の導電性線材を所定のピッチで配列して行
き、接着剤が硬化するまで、各導電性線材を緊張状態に
保つことでも汎用固定子を得ることができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の静電ア
クチュエータによれば、一方向又は互いに直交する二方
向に、かつ所定のピッチで多数配列された汎用固定子を
用いて固定子が作成される。したがって、電極パターン
印刷用マスクを新たに作成しなくとも、汎用固定子の線
状電極を”何本かに束ねる”ことにより、電極ピッチを
ギャップの約４倍に設定できる。それ故、汎用固定子作
成用の印刷マスクを１枚用意するだけで、移動子の厚さ
等の変化に応じて、電極ピッチも異なる数種類の特定固
定子を容易に作成できる。

【００４５】また、駆動電極を有する移動子にも、この
発明の構成が適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例である誘導電荷形の静電
アクチュエータの構成を示す斜視図である。

【図２】同静電アクチュエータの構成を示す平面図であ
る。

【図３】同静電アクチュエータの構成を示す断面図であ
る。

【図４】同静電アクチュエータを構成する固定子の完成
前の姿である汎用固定子の構成を示す平面図である。

【図５】同汎用固定子の構成を示す部分拡大斜視図であ
る。

【図６】同静電アクチュエータの動作原理を説明するた
めの説明図である。

【図７】同実施例の変形例である静電アクチュエータを
示す図である。

【図８】同実施例の変形例である静電アクチュエータを
示す図である。

【図９】この発明の第２実施例である誘導電荷形の静電
アクチュエータの構成を示す斜視図である。

【図１０】同静電アクチュエータを構成する固定子の完
成前の姿である汎用固定子の構成を示す平面図である。

【図１１】この発明の第３実施例である誘導電荷形の静
電アクチュエータの構成を示す斜視図である。

【図１２】同静電アクチュエータの構成を示す断面図で
ある。

【図１３】同静電アクチュエータを構成する固定子を分
解して示す分解斜視図である。

【図１４】この発明の第４実施例である交流駆動形の静
電アクチュエータの構成を示す斜視図である。

【図１５】同静電アクチュエータの構成を示す断面図で
ある。

【図１６】同実施例の変形例である静電アクチュエータ
の構成を示す断面図である。

【図１７】従来における静電アクチュエータの構成を動
作原理を説明するための説明図である。

【符号の説明】

４ 絶縁体層 ５ 抵抗体層 ６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ 移動子 ７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ 静電アクチュエータ ８ａ，８ｂ，８ｃ 固定子の駆動電極 ８ 汎用固定子の線状電極 ８' 導電性線材 ９，１３ 汎用固定子（電極織物） ９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，１３Ａ 固定子 １０ 絶縁性繊維（絶縁性線材） １１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ
３相給電線 １２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ 駆動装置 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ 駆動横電極 １４ｘ，１４ｙ，１４ｚ 駆動縦電極 １４ 絶縁被覆付きの線状電極 １４' 絶縁被覆付きの導電性線材 １５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｘ，１５ｙ，１５ｚ
３相給電線 １６ 汎用移動子の線状電極 １６ａ，１６ｂ，１６ｃ 移動子の駆動電極 ６１ａ，６１ｂ 移動子の絶縁フィルム（絶縁層） ９１ 電極織物（汎用固定子９に相当） ９２ａ，９２ｂ 固定子の絶縁フィルム（絶縁層）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数相に接続される複数の駆動電極が一
   方向又は互いに直交する二方向に所定の電極ピッチで相
   順に繰り返し配列されてなる固定子と、該固定子の表面
   に配置され、前記複数の駆動電極に相毎に印加する電圧
   を変化させることで静電駆動力を付与される移動子とを
   備えてなる静電アクチュエータであって、 前記固定子は、複数の線状電極が一方向又は互いに直交
   する二方向に所定のピッチで配設されてなると共に、前
   記各駆動電極は、連続する複数本の前記線状電極を同相
   に接続してなることを特徴とする静電アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記固定子は、前記一方向に配列された
   複数の前記線状電極となる裸の又は絶縁被覆付きの導電
   性線材と、絶縁性線材又は前記一方向に直交する方向に
   配列された複数の前記線状電極ともなる絶縁被覆付きの
   導電性線材とが互いに縦糸・横糸となって織り込まれた
   電極織物からなることを特徴とする請求項１記載の静電
   アクチュエータ。
3. 【請求項３】 複数相に接続される複数の駆動電極が一
   方向又は互いに直交する二方向に所定の電極ピッチで相
   順に繰り返し配列されてそれぞれなる固定子と移動子と
   を有し、これら固定子と移動子とにおける複数の駆動電
   極に相毎に印加する電圧を変化させることで前記移動子
   に静電駆動力を付与する静電アクチュエータであって、 前記固定子及び移動子は、それぞれ、複数の線状電極が
   一方向又は互いに直交する二方向に所定のピッチで配設
   されてなると共に、前記各駆動電極は、連続する複数本
   の前記線状電極を同相に接続してなることを特徴とする
   静電アクチュエータ。
4. 【請求項４】 少なくとも前記移動子は、前記一方向に
   配列された複数の前記線状電極となる裸の又は絶縁被覆
   付きの導電性線材と、絶縁性線材又は前記一方向に直交
   する方向に配列された複数の前記線状電極ともなる絶縁
   被覆付きの導電性線材とが互いに縦糸・横糸となって織
   り込まれた電極織物からなることを特徴とする請求項３
   記載の静電アクチュエータ。
5. 【請求項５】 前記電極織物の少なくとも移動子と相対
   向する側の面又は固定子と相対向する側の面には絶縁層
   が設けられていることを特徴とする請求項２又は４記載
   の静電アクチュエータ。
6. 【請求項６】 前記駆動電極と隣の前記駆動電極との間
   には単数又は複数本の線状電極が介挿されていて、これ
   ら線状電極の両端は、電気的に開端状態になされている
   ことを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の静
   電アクチュエータ。