JPH07337038A

JPH07337038A - 静電アクチュエータ

Info

Publication number: JPH07337038A
Application number: JP14569594A
Authority: JP
Inventors: Susumu Yashiro; 進屋代; Toshiro Higuchi; 俊郎樋口
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1994-06-04
Filing date: 1994-06-04
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】作成容易で生産性に優れると共に、湿度にも
摩擦にも強い構造とし、低電圧で大出力を安定的に得る
ようにする。【構成】固定子５Ａは、導電性線材２１'ａ，２１'
ｂ，２１'ｃと、絶縁性繊維２２とが互いに縦糸・横糸
となって織り込まれた電極織物２Ａと、微風を沸き出さ
せることができる多孔性基板３とを積層構造としたもの
である。駆動時、送風パイプ７１を介して、送風装置７
から固定子５Ａに乾燥空気Ｄが供給される。供給された
この乾燥空気Ｄは、多孔性基板３を経由して電極織物２
Ａの織目の通孔Ｍ，Ｍ，…から均等に緩やかに吹き出し
て、移動子６Ａを固定子５Ａから適当量浮上させる。

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り、装置構成につ
いて言えば、絶縁体内に３相の帯状電極を複数有する固
定子と、高抵抗率のフィルム又は誘電フィルムからなる
移動子とから単純に構成されるため、小型化・軽量化が
容易である。加えて、固定子電極（３相の帯状電極）の
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、ＯＡ機器、ロボット、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】上記構成の静電アクチュエータから駆動力
を抽出するには、移動子を固定子の表面に接するように
配置した状態で、固定子電極に３相の電圧を印加する。
すると、移動子に正負の誘導電荷が発生する。次に、電
圧を切り換えると、固定子電極の電荷は瞬時に入れ替わ
るが、移動子の電荷は、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・移動子の電荷間に静電力が働くの
で、移動子は固定子表面に沿って移動する。

【０００４】ところで、電圧の切換直後には、移動子の
移動方向と垂直な方向に静電力による反発力が働き、移
動子を瞬間的に浮上させて摩擦を防止するので、大出力
が抽出されるというのである。しかしながら、移動子
は、上述したように、フィルム（薄葉体）であるため、
固定子と移動子との間に空気が充分には進入できず、両
者間に大きな摩擦力が残存したままとなって、移動子の
円滑移動が妨げられるのが、実情であった。加えて、移
動子・固定子の接触側表面には、常温、常湿状態でも、
少なくともｎｍオーダの厚さで水分が吸着されており、
この吸着水が粘着剤となって、移動子を、ますます、移
動しにくい状態としていた。摩擦力や粘着抵抗（表面張
力）に打ち勝つには、理論上は、固定子電極に高い駆動
電圧を印加すれば良いが、固定子電極間に絶縁破壊を多
発させ、装置の耐久性が損なわれるので、得策ではな
い。

【０００５】この問題を解消する手段として、例えば、
特開平５−１９１９８４号公報に記載されているよう
に、固定子に、移動子の移動方向と垂直な方向に小径の
貫通孔を多数形成し、これらの貫通孔に固定子の一面側
から空気を移動子側に送り込むようにした静電アクチュ
エータが提供されている。この公報記載の静電アクチュ
エータによれば、固定子・移動子間に充分に空気を送り
込むことができるので、上述の摩擦や粘着抵抗（表面張
力）の問題が回避され、低電圧大出力を達成できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の固定子は、例えば銅箔を接着したポリイミドフィル
ム等のフレキシブルプリント基板の表面に、マスク・エ
ッチングによって、多数の帯状電極（例えば、電極幅１
２０μｍ、電極ピッチ２４０μｍ）を形成した後、その
上に絶縁フィルムを接着し、さらに、スルーホール加工
によって、電極と電極との間の隙間（例えば、１２０μ
ｍ）に送風用の貫通孔を多数穿設することによって作ら
れていたため、作成時困難を余儀なくされ、歩留まりが
悪く、このため、生産コストの高騰化を招いていた。

【０００７】また、帯状電極をエッチングで作成する従
来の電極作成方法では、帯状電極にひげ状突起が形成さ
れ易く、これに、絶縁強度の低下を招きかねないスルー
ホール不良も加われば、隣の電極との間で絶縁破壊が生
じて、早晩、駆動不能の状態に陥る虞がある。さらに
は、静電アクチュエータは、湿度の影響を受け易く、湿
度が高い場合、固定子表面の電荷が流れてしまい、移動
子が動作しない事態となる。

【０００８】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、作成容易で生産性に優れると共に、湿度にも摩
擦にも強い静電アクチュエータを提供することを目的と
している。

【０００９】

【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
線状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、上記複数の線状電極に相毎に
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、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てなる電極織物からなり、
かつ、気体を、上記電極織物の織目の隙間を経由させ
て、上記固定子と移動子との間に送り込む送風手段が設
けられていることを特徴としている。

【００１０】また、請求項２記載の発明は、複数相に接
続される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、上記複数の線
状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、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てなる電極
織物と、該電極織物を両面側から挟持する一対の絶縁層
とからなり、上記移動子が対向配置される側の面に設け
られた上記絶縁層には複数の通孔が穿設され、かつ、気
体を、上記一対の絶縁層の間に供給し、上記通孔を経由
させて、上記固定子と移動子との間に送り込む送風手段
が設けられていることを特徴としている。ここで、絶縁
層には、フレキシブルな絶縁フィルムは勿論のこと、厚
膜の絶縁基板（例えばメタクリル樹脂基板）も含まれ
る。

【００１１】

【作用】請求項１記載の構成において、上記固定子は、
線状電極が織り込められた電極織物からなり、駆動時、
空気等の気体は、上記電極織物の織目の隙間を経由し
て、上記固定子と移動子との間に送り込まれる。それ
故、請求項１記載の構成によれば、微細加工技術を用い
て送風用の貫通孔を別途形成する手間を省くことができ
るので、低電圧大出力用の固定子の作成が極めて容易と
なる。

【００１２】なお、気体を電極織物の多数の織目から均
一かつ安定的に吹き出させるためには、電極織物を通孔
性に優れる多孔性の基板の表面に積層状態に設置すると
共に、この基板を経由させて空気等の気体を送り込むよ
うにするのが良い。また、湿度に強い固定子とするため
には、上記多孔性の基板を、水分子吸着性に優れる素材
から形成するのが良い。

【００１３】また、固定子へ空気を供給する他の手段と
して、請求項２記載の構成のように、上記電極織物を一
対の絶縁層で挟持すると共に、上記移動子が対向配置さ
れる側の面に設けられた上記絶縁層には複数の通孔を設
けて固定子を構成し、これら一対の絶縁層の間に空気等
の気体を供給するようにしても良い。請求項２記載の構
成によれば、電極織物の両面が一対の絶縁層によって保
護されるので、耐久性が向上する。加えて、固定子表面
の平滑性も確保されるので、移動子の移動が円滑に行わ
れる。

【００１４】

【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実施例である織物組織を利用し
た誘導電荷形の静電アクチュエータの構成を示す斜視
図、また、図３は同概略断面図である。これらの図に示
すように、この例の静電アクチュエータ１Ａは、電極織
物２Ａと多孔性基板３と空気導入板４との積層構造体で
ある固定子５Ａと、この固定子５Ａの表面（接触側表
面）に接触状態に配置される移動子６Ａと、多孔性基板
３を経由させて固定子５Ａと移動子６Ａとの間に空気を
送り込む送風装置７と、固定子５Ａに３相電源を供給す
る駆動装置８Ａとからなっている。

【００１５】上記固定子５Ａにおいて、電極織物２Ａ
は、図２に示すように、線径６０μｍの裸の導電性線材
２１'ａ，２１'ｂ，２１'ｃ，…と、同じく線径６０μ
ｍの絶縁性繊維２２とを、互いに"縦糸・横糸"として、
図示せぬ織機を用いて、所定のピッチ（この例では縦横
とも４００μｍピッチ）で１本ずつ互い違いに織り込ん
で、所定の大きさの織目の通孔（この例では、約３４０
μｍ角の通孔）Ｍ，Ｍ，…を有するものとして形成さ
れ、ストライプ状に織り込まれた導電性線材２１'ａ，
２１'ｂ，２１'ｃ，…が３相の給電線に接続されて、３
相の線状電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，…とされてい
る。図では、Ａ相の固定子電極群に属する線状電極には
２１ａの符号が、Ｂ相の固定子電極群に属する線状電極
には２１ｂの符号が、また、Ｃ相の固定子電極群に属す
る線状電極には２１ｃの符号が付されている。

【００１６】ここで、好適な導電性線材２１'ａ，２１'
ｂ，２１'ｃ，…（線状電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，
…）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２２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。また、"縦糸"のピッチは、"縦糸"を織機にかける際
に、"縦糸"を通す糸孔のピッチを変えることで、ま
た、"横糸"のピッチは、巻取り速度を加減することで、
それぞれ所望の設定値に調節される。

【００１７】次に、上記多孔性基板３は、表面抵抗率が
１０¹⁵Ω／□以上ある多孔性の無機材材料又は有機材料
からなり、その多孔度は、電極織物２Ａが接着される側
の面から微風を沸き出させることができる程度である。
空気導入板４は、メタクリル樹脂板（株式会社クラレ
製、パラグラス）等の硬質プラスチック板からなり、４
方の周縁部に配置されたスペーサ（厚さ０．５〜１．０
ｍｍ）４１，４１，…を介して、多孔性基板３の下面に
接着されることによって、多孔性基板３と空気導入板４
とスペーサ４１，４１，…とで高さ０．５〜１．０ｍｍ
の半密閉の空隙を構成する。この半密閉の空隙は金属製
又はプラスチック製の送風パイプ（この例では、外径３
１０μｍ、内径１３０μｍ）７１を介して送風装置７に
連通されている。

【００１８】送風装置７は、図示せぬ送風ポンプ及びこ
れを制御する駆動制御回路とからなり、アクチュエータ
駆動時、送風パイプ７１を介して、多孔性基板３と空気
導入板４との間の空隙に（シリカゲルを通して除湿され
た）乾燥空気Ｄを供給する。供給されたこの乾燥空気Ｄ
は、多孔性基板３と空気導入板４との間で一旦空気バッ
ファ層４ａを形成した後、多孔性基板３を経由して電極
織物２Ａの織目の通孔Ｍ，Ｍ，…から均等に緩やかに吹
き出して、移動子６Ａを固定子５Ａから適当量（この例
では、５μｍ〜１０μｍ）浮上させる。

【００１９】なお、多孔性基板３としては、水分子吸着
性に優れる素材を用いるようにすれば、湿度の高い雰囲
気下でも、除湿された空気を絶えず沸き出させることが
でき、固定子表面の電荷の流れを阻止できるので、好ま
しい。また、多孔性基板３と電極織物２Ａとの接着、及
び多孔性基板３と空気導入板４との接着には、エポキシ
系接着剤、ポリイミド系接着剤、アクリル系接着剤等が
用いられ、超音波接着も可能である。

【００２０】また、上記移動子６Ａは、固定子５Ａの表
面に接するように配置された絶縁体層６１と極めて高い
抵抗率（例えば、表面抵抗率１０¹⁴Ω／□）の抵抗体層
６２を有し、具体的には、例えば縦１５ｃｍ×横１２ｃ
ｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）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上にカーボン
やウレタン樹脂等の高抵抗性混合物を塗布してなってい
る。

【００２１】次に、図４を参照して、上記構成の静電ア
クチュエータ１Ａ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８Ａ（図１）を作動させ
て、Ａ相の固定子電極群（線状電極２１ａ，２１ａ，
…）に正電圧＋Ｖを、Ｂ相の固定子電極群（線状電極２
１ｂ，２１ｂ，…）に負電圧−Ｖを、Ｃ相の固定子電極
群（線状電極２１ｃ，２１ｃ，…）にゼロ電圧０Ｖをそ
れぞれ印加する。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６Ａ内に微弱な電
流が流れ、線状電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，…と相対
向する移動子６Ａの部位に、線状電極２１ａ，２１ｂ，
２１ｃ，…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、説明の都合上、同図
（ｂ）に示す鏡像電荷で置き換えることができる。

【００２２】一方、送風装置７も作動させて、送風パイ
プ７１を介して、固定子５Ａの多孔性基板３と空気導入
板４との間の空隙に乾燥空気Ｄを送り込む。空隙に送り
込まれた乾燥空気Ｄは、同図に縦向き矢印↑で示すよう
に、多孔性基板３と空気導入板４との間で一旦空気バッ
ファ層４ａを形成した後、多孔性基板３を経由して電極
織物２Ａの織目の通孔Ｍ，Ｍ，…から均等に緩やかに吹
き出すが、移動子６Ａには、図中垂直下向きの静電吸引
力が働くので、移動子６Ａは、固定子５Ａ上に保持され
たままである（吸引フェイズ）。

【００２３】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線状電極２１ａ，２１ｂ，
２１ｃ，…を例えば図中右にずらす。すなわち、電圧を
切り替えて、Ａ相の固定子電極群（線状電極２１ａ，２
１ａ，…）にゼロ電圧０Ｖを、Ｂ相の固定子電極群（線
状電極２１ｂ，２１ｂ，…）に正電圧＋Ｖを、Ｃ相の固
定子電極群（線状電極２１ｃ，２１ｃ，…）に負電圧−
Ｖをそれぞれ印加すると、線状電極２１ａ，２１ｂ，２
１ｃ，…の電荷は瞬時に入れ替わるが、移動子６Ａ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５Ａ・移動子６Ａの電荷間の静電力により、移動子
６Ａに対し右向きの駆動力が発生する。このとき、静電
力の垂直成分は減少ないし反発力となる（反発フェイ
ズ）。それ故、移動子６Ａは、乾燥空気Ｄが、多孔性基
板３を経由して電極織物２Ａの織目の通孔Ｍ，Ｍ，…か
ら均等に緩やかに吹き出していることにも助けられて、
固定子５Ａ上から適当量（この例では、５μｍ〜１０μ
ｍ）浮上する。これにより、摩擦が減少するので、同図
（ｄ）に示すように、移動子６Ａは迅速に電極１ピッチ
分右に動く。

【００２４】移動子６Ａは、電極１ピッチ分右に動く
と、消えかけた電荷（同図（ｃ））が、再び充電されて
平衡状態になるので、図中垂直下向きの吸引力が働き、
固定子５Ａに接触する（吸引フェイズ）。次に、同図
（ｅ）に示すように、正電圧、負電圧、ゼロ電圧を印加
する線状電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，…をさらに右に
ずらす操作を行う。すなわち、電圧を切り替えて、Ａ相
の固定子電極群（線状電極２１ａ，２１ａ，…）に負電
圧−Ｖを、Ｂ相の固定子電極群（線状電極２１ｂ，２１
ｂ，…）に０Ｖを、Ｃ相の固定子電極群（線状電極２１
ｃ，２１ｃ，…）に正電圧＋Ｖをそれぞれ印加すると、
線状電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，…の電荷は再び瞬時
に入れ替わるが、移動子６Ａの電荷は、このときも、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ので、このときも、固
定子５Ａ・移動子６Ａの電荷間の静電力により、移動子
６Ａに対し右向きの駆動力が発生する。

【００２５】同時に、静電力の垂直成分は減少ないし反
発力となる（反発フェイズ）。それ故、移動子６Ａは、
乾燥空気Ｄが、多孔性基板３を経由して電極織物２Ａの
織目の通孔Ｍ，Ｍ，…から均等に緩やかに吹き出してい
ることにも助けられて、固定子５Ａ上から適当量（この
例では、５μｍ〜１０μｍ）浮上する。これにより、摩
擦が減少するので、同図（ｆ）に示すように、移動子６
Ａはさらに電極１ピッチ分右に動く。移動子６Ａは、さ
らに電極１ピッチ分右に動くと、消えかけた電荷（同図
（ｅ））が、再び充電されて平衡状態になるので、図中
垂直下向きの吸引力が働き、固定子５Ａに接触する（吸
引フェイズ）。

【００２６】以下、駆動装置８Ａが、正電圧、負電圧、
ゼロ電圧を印加する線状電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，
…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６Ａは順次電極１ピッチずつ右に移動し、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６Ａ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
印加する線状電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，…を左にず
らす電圧切換操作を繰り返すと、移動子６Ａは順次電極
１ピッチずつ左に移動する。移動子６Ａは、軽量で、単
位質量当たりの誘導荷電量が多い上、上記したように、
乾燥空気が、多孔性基板３を経由して電極織物２Ａの織
目の通孔Ｍ，Ｍ，…から均等に緩やかに吹き出している
ことにも助けられて、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。

【００２７】上記構成の静電アクチュエータを用いて、
駆動実験を行って見たところ、において、固定子・移動
子間に空気を送風した場合には、駆動電圧５００Ｖで、
単位面積あたり０．１ｇを牽引できた。これに対して、
固定子・移動子間に空気を送風しない場合には、駆動電
圧６００Ｖでも０．１ｇ／ｃｍ²の力密度を得ることが
できなかった。

【００２８】この例の構成によれば、電極織物の織目の
隙間が、送風用の貫通孔として利用できる。それ故、微
細加工技術を用いて送風用の貫通孔を別途形成する手間
を省くことができるので、低電圧大出力用の固定子の作
成が極めて容易となる。また、電極織物を通孔性に優れ
る多孔性基板の表面に積層状態に接着固定すると共に、
この多孔性基板を経由させて空気等の気体を送り込む構
成としたので、気体を電極織物の多数の織目から均一か
つ安定的に吹き出させることができる。

【００２９】◇第２実施例図５は、この発明の第２実施例である織物組織を利用し
た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１Ｂが、第１実施
例の静電アクチュエータ１Ａと大きく異なるところは、
第１実施例の構成では、移動子６Ａは１方向にしか移動
できないのに対し、この実施例では、移動子６Ｂが２次
元移動できる構成とした点である。なお、この例（図
５）において、第１実施例（図１）と同一の構成各部に
ついては同一の符号を付してその説明を省略する。

【００３０】この例の固定子５Ｂにおいて、電極織物２
Ｂは、図５に示すように、線径６０μｍの絶縁被覆付き
導電性線材２３'ａ，２３'ｂ，２３'ｃと、同じく線径
６μｍの絶縁被覆付き導電性線材２３'ｘ，２３'ｙ，２
３'ｚ，…とを互いに"縦糸・横糸"として、図示せぬ織
機を用いて、所定のピッチ（この例では縦横とも４００
μｍピッチ）で１本ずつ互い違いに織り込んで、所定の
大きさの織目の通孔（この例では、約３４０μｍ角の通
孔）Ｍ，Ｍ，…を有するものとして形成され、横方向に
織り込まれた導電性線材２３'ａ，２３'ｂ，２３'ｃ，
…、及び、縦方向に織り込まれた導電性線材２３'ｘ，
２３'ｙ，２３'ｚ，…が、３相の給電線に接続されて、
それぞれ、３相の線状横電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，
…、線状縦電極２３ｘ，２３ｙ，２３ｚ，…とされてい
る。図では、Ａ相の固定子横（縦）電極群に属する線状
横（縦）電極には２３ａ（２３ｘ）の符号が、Ｂ相の固
定子横（縦）電極群に属する線状横（縦）電極には２３
ｂ（２３ｙ）の符号が、また、Ｃ相の固定子横（縦）電
極群に属する線状横（縦）電極には２３ｃ（２３ｚ）の
符号が付されている。

【００３１】ここで、好適な絶縁被覆付き導電性線材２
３'ａ，２３'ｘ，…として、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。

【００３２】次に、第２実施例の動作について説明す
る。上記構成において、固定子５Ｂ上の移動子６Ｂを縦
方向（線状横電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，…に直交す
る方向）に所定の距離移動させるには、横電極駆動装置
８Ｂを作動させて、３相の駆動電圧を線状横電極２３
ａ，２３ｂ，２３ｃ，…に印加する。一方、送風装置７
も作動させて、送風パイプ７１を介して、固定子５Ｂの
多孔性基板３と空気導入板４との間の空隙に乾燥空気Ｄ
を送り込む。空隙に送り込まれた乾燥空気Ｄは、多孔性
基板３と空気導入板４との間で一旦空気バッファ層４ａ
を形成した後、多孔性基板３を経由して電極織物２Ｂの
織目の通孔Ｍ，Ｍ，…から均等に緩やかに吹き出す。こ
のとき、静電力の垂直成分が、吸引フェーズ（第１実施
例参照）の場合には、移動子６Ｂには、垂直下向きの静
電吸引力が働くので、移動子６Ｂは、固定子５Ｂ上に保
持されたままである。これに対して、静電力の垂直成分
が、反発フェーズ（第１実施例参照）の場合には、移動
子６Ｂは、乾燥空気Ｄが、多孔性基板３を経由して電極
織物２Ａの織目の通孔Ｍ，Ｍ，…から均等に緩やかに吹
き出していることにも助けられて、固定子５Ｂ上から適
当量（この例では、５μｍ〜１０μｍ）浮上する。それ
故、移動子６Ｂは充分に浮上でき、摩擦が減少するの
で、例えば、電圧切換操作を１０回行えば、迅速に電極
１０ピッチ分連続移動する。

【００３３】次に、移動子６Ｂを横方向（線状縦電極２
３ｘ，２３ｙ，２３ｚ，…に直交する方向）に所定の距
離移動させるには、縦電極駆動装置８Ｃを作動させて、
３相の駆動電圧を線状縦電極２３ｘ，２３ｙ，２３ｚ，
…に印加する。同時に、送風装置７も作動させて、固定
子５Ｂと移動子６Ｂとの間に乾燥空気Ｄを送り込んで、
摩擦を減少させる。それ故、例えば、電圧切換操作を２
０回行えば、移動子６Ｂは２０電極ピッチ分だけ横方向
に移動する。

【００３４】今度は、移動子６Ｂを斜め方向に所定の距
離移動させるには、横電極駆動装置８Ｂ及び縦電極駆動
装置８Ｃを同時に作動させて、３相の駆動電圧を線状横
電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，…及び線状縦電極２３
ｘ，２３ｙ，２３ｚ，…に印加する。同時に、送風装置
７も作動させて、固定子５Ｂと移動子６Ｂとの間に乾燥
空気Ｄを送り込んで、摩擦を減少させる。それ故、例え
ば、線状横電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，…に対する電
圧切換操作を１０回、線状縦電極２３ｘ，２３ｙ，２３
ｚ，…に対する電圧切換操作を２０回行えば、移動子６
Ｂは１０電極ピッチ分だけ縦方向に進むと同時に、２０
電極ピッチ分だけ横方向に進む。

【００３５】このように、この第２実施例の構成によれ
ば、第１実施例で述べたと略同様の効果を得ることがで
き、加えて、移動子の２次元移動が可能となる。

【００３６】◇第３実施例図６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、図７は、同静電ア
クチュエータに用いられる固定子の構成を分解して示す
分解斜視図、また、図８は、同静電アクチュエータの駆
動時における概略断面図である。この例の静電アクチュ
エータ１Ｃが、第１実施例の静電アクチュエータ１Ａ
（図１）と大きく異なるところは、第１実施例の固定子
５Ａから多孔性基板３と空気導入板４とを除去し、代わ
りに、電極織物２Ａを絶縁基板９１と通孔９２ａ，９２
ａ，…を多数有する絶縁フィルム９２とで挟持すると共
に、絶縁基板９１と絶縁フィルム９２との間に送風パイ
プ７１を差し込み、これらを接着剤９３で相互に接合す
ることによって、この例の固定子５Ｃを構成するように
した点である。

【００３７】送風装置７は、アクチュエータ駆動時、送
風パイプ７１を介して、電極織物２Ａ内の織目等の空隙
に乾燥空気Ｄを供給する。供給されたこの乾燥空気Ｄ
は、絶縁フィルム９２の表面に穿孔された多数の通孔９
２ａ，９２ａ，…から緩やかに吹き出して、移動子６Ａ
を固定子５Ｃから適当量（この例では、５μｍ〜１０μ
ｍ）浮上させる。なお、織目は、"縦糸・横糸"が、１本
ずつ互い違いに上下して、浮沈しながら交錯して織り込
まれることにより形成されるので、孤立することなく互
いに連通状態となっている。

【００３８】この例において、絶縁基板９１には表面抵
抗率が１０¹⁵Ω／□以上あるメタクリル樹脂板（例え
ば、株式会社クラレ製、パラグラス）が用いられる。ま
た、絶縁フィルム９２には同じく表面抵抗率が１０¹⁵Ω
／□以上あって、表面に多数の通孔（直径５００μｍ）
９２ａ，９２ａ，…が散在するＰＥＴフィルム（厚さ１
２μｍ）が用いられる。また、接着剤９３としては、エ
ポキシ系接着剤（例えば、チバガイギー社製、アラルダ
イト）が用いられる。

【００３９】なお、素材は上記のものに限定されない。
例えば、絶縁基板９１は、メタクリル樹脂板に限らず、
ガラスエポキシ樹脂積層板、ガラスフェノール樹脂積層
板、ベークライト樹脂板でも良く、絶縁フィルム９２
は、表面抵抗率が１０¹⁵Ω／□以上である限り、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でも良い。同様
に、接着剤９３は、アクリル系接着剤、ポリイミド系接
着剤でも良い。また、絶縁フィルム９２の通孔９２ａ，
９２ａ，…は、フィルム成形時に同時に成形しても良
く、あるいは、フィルム成形後にレーザ加工、プレス加
工を施して穿孔しても良い。

【００４０】固定子５Ｃを作成するには、縦横寸法を略
同一に揃えられた方形の電極織物２Ａ、絶縁基板９１、
絶縁フィルム９２及び外径３１０μｍ、内径１３０μｍ
の送風パイプ７１を用意する。そして、まず、図７に示
すように、絶縁基板９１の上面周縁部と上面内側の適当
な数箇所とに接着剤９３を線形に塗布する。ここで、４
方の周縁部には、供給された空気が漏れ出ないようにす
るために、接着剤９３を切れ目なくコの字ループ状に塗
布する。一方し、内側には、供給された空気が電極織物
２Ａ内の隙間の隅々まで行きわたり易くするために、接
着剤９３を途切れ途切れに塗布する。次に、絶縁基板９
１の接着剤９３が塗布された面に電極織物２Ａを重ね置
き、さらに、送風パイプ７１の一端部を周縁部の接着剤
９３と交差状態に置いて接着する。この後、絶縁フィル
ム９２を電極織物２Ａの上に重ね置く。そして、最後
に、絶縁基板９１・絶縁フィルム９２間のギャップを一
定にするために、全体を加圧して、固定子５Ｃを完成さ
せる。

【００４１】上記構成の静電アクチュエータを用いて、
駆動実験を行って見たところ、送風状態では、駆動電圧
５００Ｖで、単位面積あたり０．１ｇを牽引できた。こ
れに対して、無送風状態では、駆動電圧６００Ｖでも
０．１ｇ／ｃｍ²の力密度を得ることができなかった。
次に、移動子を代えて実験を行って見た。まず、表面抵
抗率１０¹⁴Ω／□、厚さ２０μｍ、大きさ１５ｃｍ×１
２ｃｍのポリプロピレンフィルムの移動子を用いた実験
では、送風状態で、０．０８ｇ／ｃｍ²の力密度を得る
ことができたが、無送風状態では、駆動電圧６００Ｖで
も０．０８ｇ／ｃｍ²の力密度を得ることができなかっ
た。帯電防止剤がコーティングされたＡ４サイズのポリ
エステルフィルム（３Ｍ社製、ＯＨＰ用ＰＰＣフィル
ム、７３２タイプ）の移動子を用いた実験では、送風状
態で、０．０４ｇ／ｃｍ²の力密度を得ることができた
が、無送風状態では、駆動電圧６００Ｖで０．０４ｇ／
ｃｍ²の力密度を得ることができた。さらに、表面抵抗
率１０¹³Ω／□、厚さ２０μｍ、大きさ１５ｃｍ×１２
ｃｍのポリカーボネートフィルムの移動子を用いた実験
では、送風状態で、０．１ｇ／ｃｍ²の力密度を得るこ
とができたが、無送風状態では、駆動電圧６００Ｖで
０．１ｇ／ｃｍ²の力密度を得ることができた。

【００４２】この第３実施例の構成によれば、第１実施
例で示した略同様の効果を得ることができる。加えて、
固定子の構成が、第１実施例のそれよりも簡易である。
また、負荷（送風抵抗）が小さいので、送風装置の省電
化が可能である。

【００４３】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。例えば、上述の各
種線材は、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。導電性線材及
び絶縁性繊維の線径は、６０μｍのものに限定されな
い。同様に、絶縁フィルムの通孔の個数及び直径も任意
である。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。

【００４４】また、上述の実施例においては、送風用空
気として乾燥空気を用いるようにしたが、静電アクチュ
エータが密閉系で用いられる限り、高誘電率を有する気
体を循環させて用いるようにすれば、絶縁破壊を防止で
きると共に、低電力大出力化を一段と達成することがで
きる。

【００４５】また、上述の第３実施例においては、絶縁
基板９１の４方の周縁部には、供給された空気が漏れ出
ないようにするために、接着剤９３を切れ目なくコの字
ループ状に塗布するようにした場合について述べたが、
絶縁フィルム９２の通孔９２ａ，９２ａ，…から適当量
の乾燥空気Ｄの流出がある限り、必要に応じて、図９に
示すように、絶縁基板９１の４方の周縁部であっても、
接着剤９３を切れ目切れ目に塗布するようにしても良
い。

【００４６】また、移動子にも線状電極を設け、３相交
流駆動方式で駆動するようにしても、上述したと同様の
効果を得ることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の静電ア
クチュエータは、固定子が電極織物からなるものなの
で、駆動時、空気等の気体を、上記電極織物の織目の隙
間を経由して、固定子と移動子との間に送り込むことが
できる。それ故、微細加工技術を用いて送風用の貫通孔
を別途形成する手間を省くことができるので、低電圧大
出力用の固定子の作成が極めて容易となる。

【００４８】なお、気体を電極織物の多数の織目から均
一かつ安定的に吹き出させるためには、電極織物を通孔
性に優れる多孔性の基板の表面に積層状態に設置すると
共に、この基板を経由させて空気等の気体を送り込むよ
うにするのが良い。また、湿度に強い固定子とするため
には、上記多孔性の基板を、水分子吸着性に優れる素材
から形成するのが良い。

【００４９】また、請求項２記載の構成によれば、電極
織物の両面が一対の絶縁層によって保護されるので、耐
久性が向上する。加えて、固定子表面の平滑性も確保さ
れるので、移動子の移動が円滑に行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例である織物組織を利用し
た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固定子を構成する電極
織物を部分的に拡大して示す概略斜視図である。

【図３】同静電アクチュエータの構成を示す概略断面図
である。

【図４】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５】この発明の第２実施例である織物組織を利用し
た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６】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７】同静電アクチュエータに用いられる固定子の構
成を分解して示す分解斜視図である。

【図８】同静電アクチュエータの駆動時における概略断
面図である。

【図９】第３実施例の変形例に係る固定子の構成を分解
して示す分解斜視図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ静電アクチュエータ２Ａ，２Ｂ電極織物２１ａ，２１ｂ，２１ｃ線状電極２１'ａ，２１'ｂ，２１'ｃ導電性線材（裸の導
電性線材）２２絶縁性繊維（絶縁性線材）Ｍ織目の隙間（織目の通孔）２３ａ，２３ｂ，２３ｃ線状横電極（線状電極）２３ｘ，２３ｙ，２３ｚ線状縦電極（線状電極）２３'ａ，２３'ｂ，２３'ｃ絶縁被覆付き導電性
線材２３'ｘ，２３'ｙ，２３'ｚ絶縁被覆付き導電性
線材３多孔性基板（多孔性の基板）４空気導入板５Ａ，５Ｂ，５Ｃ固定子６Ａ，６Ｂ移動子７送風手段（送風手段）７１送風パイプ８Ａ駆動装置９１絶縁基板（絶縁層）９２絶縁フィルム（絶縁層）９２ａ通孔９３接着剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数相に接続される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、前記複数の線状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、前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
材又は前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てなる電極織物からなり、
かつ、気体を、前記電極織物の織目の隙間を経由させ
て、前記固定子と移動子との間に送り込む送風手段が設
けられていることを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】複数相に接続される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、前記複数の線状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、前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
材又は前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てなる電極織物と、該電極
織物を両面側から挟持する一対の絶縁層とからなり、前
記移動子が対向配置される側の面に設けられた前記絶縁
層には複数の通孔が穿設され、かつ、気体を、前記一対の絶縁層の間に供給し、前記通孔を経
由させて、前記固定子と移動子との間に送り込む送風手
段が設けられていることを特徴とする静電アクチュエー
タ。