JPH1026150A - 電気制御運動伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長時間の電圧印加に対しても誘起剪断応力が
一定であり、安定した運動伝達制御機能を発揮すること
ができる電気制御運動伝達装置を提供する。 【解決手段】 少なくとも対向面２ａ，３ａが導電性を
有する駆動体２と従動体３の対向面２ａ，３ａ間に繊維
４を介在させ、対向面２ａ，３ａ間に電源２９により印
加する電圧を調節して駆動体２側から従動体３側への運
動の伝達を制御する電気制御運動伝達装置１において、
対向面２ａ，３ａ間に介在させる繊維４として、すべて
に電子伝導性の繊維４を用い、あるいは一部に電子伝導
性の繊維４を用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気的信号により
回転運動や往復運動等の運動（応力、変位など）の伝達
を容易に制御できる新規な電気制御運動伝達装置に関す
るものであり、より具体的には、クラッチ，ブレーキ，
ショックアブソーバ，ダンパ，アクチュエータ等への応
用が可能である新規な電気制御運動伝達装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】本発明者は、本発明の構成からなる電気
制御運動伝達装置に関連する類似の従来技術として知ら
れていた電気粘性流体の問題点を解決すべく、少なくと
も対向面が導電性を有する駆動体と従動体の対向面間に
繊維集合体を介在させ、対向面間に印加する電圧を調節
して駆動体側から従動体側への運動の伝達を制御する構
成とした電気制御運動伝達装置を先に開発した。

【０００３】この新規な電気制御運動伝達装置は、電圧
の印加によって発生する静電引力を利用することによ
り、大きな誘起剪断応力を発生し、その際の電流密度お
よび消費電力が小さく、電気粘性流体において避けるこ
とができなかった分散相粒子の沈降およびシート材等の
摩耗の問題がなく、長期間優れた特性を維持でき、電圧
のみで運動伝達特性を制御できるという極めて有用な特
性を示す。

【０００４】このような電気制御運動伝達装置で用いる
繊維集合体について、レーヨンや綿などのセルロース繊
維（イオン伝導性の繊維）を使用した場合、高い誘起剪
断応力が発生することを報告している。

【０００５】しかし、これらのイオン伝導性の繊維を使
用した場合、長時間の電圧印加により、誘起剪断応力が
減少するという問題点があった。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、対向している駆動体と従動体
の対向面間に繊維集合体を介在させた従来の電気制御運
動伝達装置、特に、駆動体表面と従動体表面にイオン伝
導性の繊維集合体が相対向して固定され、電圧を印加し
たときの静電引力により剪断応力を発生する構成とした
従来の電気制御運動伝達装置が有していた上記の問題点
を解決するためになされたものであって、本発明の目的
は、長時間の電圧印加に対しても誘起剪断応力が一定で
ある電気制御運動伝達装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる電気制御
運動伝達装置は、請求項１に記載しているように、少な
くとも対向面が導電性を有する駆動体と従動体の対向面
間に繊維を介在させ、対向面間に印加する電圧を調節し
て駆動体側から従動体側への運動の伝達を制御する電気
制御運動伝達装置において、対向面間に介在させる繊維
として電子伝導性の繊維を用いた構成としたことを特徴
としている。

【０００８】そして、本発明に係わる電気制御運動伝達
装置の実施態様においては、請求項２に記載しているよ
うに、対向面間に介在させる繊維としてすべてに電子伝
導性の繊維を用いた構成とすることができ、あるいは、
請求項３に記載しているように、対向面間に介在させる
繊維として一部に電子伝導性の繊維を用い他部に非電子
伝導性の繊維や電子伝導性の粒子や非電子伝導性の粒子
などを用いた構成とすることができる。

【０００９】同じく、本発明に係わる電気制御運動伝達
装置の実施態様においては、請求項４に記載しているよ
うに、対向面間に介在させる電子伝導性の繊維として繊
維中に導電性粒子を混在させた電子伝導性の複合繊維を
用いたものとすることができ、この場合に、請求項５に
記載しているように、電子伝導性の複合繊維を構成する
繊維がポリエステル，ポリアミドなどの合成繊維のうち
から選ばれたものであるようになすことができ、請求項
６に記載しているように、電子伝導性の複合繊維を構成
する導電性粒子が電子伝導性を有するカーボンブラッ
ク，金属酸化物などの無機質導電性粒子のうちから選ば
れたものであるようになすことができる。

【００１０】同じく、本発明に係わる電気制御運動伝達
装置の実施態様においては、請求項７に記載しているよ
うに、対向面間に介在させる電子伝導性の繊維が炭素繊
維，炭化ケイ素繊維などの電子伝導性の無機質繊維のう
ちから選ばれたものであるようにすることができる。

【００１１】さらにまた、本発明に係わる電気制御運動
伝達装置の実施態様においては、請求項８に記載してい
るように、繊維の電気比抵抗が１０^２〜１０^６Ω・ｃｍ
の範囲にあるものとすることができ、請求項９に記載し
ているように、繊維は駆動体の対向面および従動体の対
向面のうちいずれか一方に固定されているものとするこ
とができる。

【００１２】さらにまた、本発明に係わる電気制御運動
伝達装置の実施態様においては、請求項１０に記載して
いるように、駆動体の対向面と従動体の対向面との間に
媒体が介在させてあるものとすることができる。

【００１３】さらにまた、請求項１１に記載しているよ
うに、上記請求項１ないし１０のいずれかに記載の電気
制御運動伝達装置であって、対向面間に電圧を印加する
ための電圧印加手段を備え、さらには必要に応じて適宜
の電圧印加量制御手段を備えたクラッチ、ブレーキ、シ
ョックアブソーバ、ダンパおよびアクチュエータなどを
構成するものとなすことが可能である。

【００１４】

【発明の作用】従来のイオン伝導性の繊維を用いた電気
制御運動伝達装置においては、長時間の電圧印加にとも
ない、誘起剪断応力は減少する。この原因は、繊維中の
キャリアー（荷電粒子）がイオンであるのに対して電極
中でのキャリアーは電子であるため、電極界面でイオン
が酸化あるいは還元され、繊維中のイオン濃度が変化す
るためであると考えられる。

【００１５】例えば、セルロース繊維のイオン伝導機構
は、水分に依存するイオン伝導性であるため、電圧印加
により水の電気分解がおこることによって繊維中の水分
が減少し、繊維の導電率が変化（減少）するために、誘
起剪断応力が減少すると考えられる。

【００１６】一方、繊維として電子伝導性である繊維を
用いた場合は、繊維中において、電極のどちらでもキャ
リアーは電子であるため、電圧印加を続けても、繊維の
導電率はほとんど変化せず、したがって、誘起剪断応力
も経過時間によらずほぼ一定となり、安定な性能が長時
間にわたって得られることとなる。

【００１７】本発明において、駆動体表面と従動体表面
の間に設けられる繊維のうちのすべてのないしは一部の
電子伝導性の繊維として、具体的には、ポリエステルや
ポリアミドなどの化学合成繊維の内部あるいは表面にカ
ーボンブラックや導電性金属酸化物などの導電性粒子を
混在させた電子伝導性の複合繊維を使用することができ
る。この場合、複合繊維における複合構造としては、並
列（サイドバイサイド）型、芯鞘型、放射型、多重型、
多層型など任意であるが、導電性粒子の部分が表面に露
出していないほうが、電圧印加時の電流が小さい長所が
ある。

【００１８】電子伝導性の複合繊維に使用される合成繊
維としては公知のほとんどあらゆるものが可能であり、
たとえば、ポリエステル（商品名：テトロンなど）、ポ
リアミド（商品名；ナイロン，アラミド，ケブラーな
ど）などを使用することができる。また、複合繊維を構
成する導電性粒子としては、カーボンブラックや、酸化
スズ，酸化亜鉛等の金属酸化物などが使用でき、場合に
よっては非電子伝導性の繊維や粒子などと共に使用され
る。

【００１９】また、本発明において駆動体表面と従動体
表面の間に設けられる繊維のうちすべてのないしは一部
の電子伝導性の繊維として、繊維自体が均一な電子伝導
性半導体である炭素繊維，炭化ケイ素繊維なども使用す
ることができ、場合によっては非電子伝導性の繊維や粒
子などと共に使用される。

【００２０】次に、使用される繊維の電気比抵抗は、発
生する誘起剪断応力に大きく影響するが、この理由は以
下のように推測される。

【００２１】本発明による電気制御運動伝達装置におい
ては、電圧を印加したときに対向面に接する繊維に働く
静電引力により剪断応力を発生するため、剪断応力は静
電引力に比例する。この場合、対向面に接した繊維に働
く静電引力を正確に求めることは容易ではないが、ここ
では静電場（電場強度Ｅ）のもとにおかれた一様に分極
した楕円体繊維モデルにおいて繊維先端に蓄積される電
荷に働く静電引力（Ｆ）と仮定する。

【００２２】文献（伊藤友仁、増田閃一、五味増夫：静
電気学会誌、第１６巻、第４号、１９９２年、３１４−
３２２ページ）から、 Ｆ〜ε_１（ρ_１／ρ_２−１）Ｅ^２ｃｏｓθ （ただし、ε_１は周囲媒体の誘電率、ρ_１は周囲媒体の
電気比抵抗、ρ_２は繊維の電気比抵抗、θは繊維長軸と
電場のなす角）。

【００２３】上式から、繊維の電気比抵抗ρ_２が十分大
きいところでは蓄積される電荷が小さくなり、静電引
力、従って、剪断応力も小さくなることがわかる。

【００２４】実際は、繊維が対向面に接すれば電流が流
れる。そして、電気比抵抗が小さくなるにつれ、この電
流は大きくなり、ある比抵抗のところから放電がおこ
り、繊維先端には電荷が蓄積されなくなる。したがっ
て、あまり電気比抵抗が小さくても、大きな静電引力あ
るいは剪断応力は得られない。このようなことから、繊
維の電気比抵抗には最適な範囲のあることが推定され
る。

【００２５】実際に、繊維の電気比抵抗を変えて誘起剪
断応力を測定すると、電気比抵抗が１０^２〜１０^６Ω・
ｃｍの範囲で大きな誘起剪断応力が得られ、この領域よ
り大きい場合と小さい場合の誘起剪断応力は上記の範囲
の場合にくらべると小さくなる。

【００２６】同じ電場強度のもとでは、電気比抵抗が小
さくなるほど大きな静電引力、従って、誘起剪断応力が
得られることになり、これはある範囲までは確認でき、
本実施例でも示した。

【００２７】一方、電気比抵抗が小さくなるほど、低い
電圧で放電がおこり、高い電圧を印加できなくなる。従
って、実際に得られる最大の誘起剪断応力は１０^２〜１
０^６Ω・ｃｍの範囲であまり大きな差はない。

【００２８】上述の電気比抵抗の範囲では、同じ誘起剪
断応力を得るには、電気比抵抗が小さい繊維では、印加
電圧を小さくできる利点があるものの、電気比抵抗が小
さくなるほど、電流が大きくなり、かつ、放電の可能性
が大きくなるという短所もでてくる。

【００２９】本発明による電気制御運動伝達装置を動作
させる場合、対向面間に印加する電圧形式は、直流、交
流のどちらでも可能である。そして、交流の場合、周波
数が高くなるに従い、発生する誘起剪断応力は減少して
いくが、周波数が数ｋＨｚまでの交流電圧は可能であ
る。

【００３０】本発明において使用される少なくとも一部
が電子伝導性の繊維の集合体としては、糸、ひも、布地
一般すなわち織物、編物、レース、組物、不織布、フェ
ルトなどを用いることができるが、繊維が駆動体表面あ
るいは従動体表面に対してケバ（毛羽）立っている（起
毛）状態のものが好ましく、添毛繊維とよばれる織物
（ベルベットなど）などが特に良い結果を与える。

【００３１】本発明において駆動体表面あるいは従動体
表面上にケバ（毛羽）立っている（起毛）状態の電子伝
導性の繊維を設けた場合、繊維を設けていない一方の表
面（以下、対極と呼ぶ）には繊維を設けても、設けなく
てもよい。そして、設ける場合は、電子伝導性の繊維が
より好ましい。

【００３２】また、対極に繊維を設けない場合、対極表
面に適当な表面剤を塗布したり、表面改質等の処理を加
えたりすることも可能である。

【００３３】本発明による電気制御運動伝達装置におい
て、駆動体の対向面と従動体の対向面との間に媒体を介
在させることが可能であり、このような媒体としては、
気体および液体のどちらでも可能である。そして、気体
としては、電気伝導性の小さいものであれば可能であ
り、たとえば、空気、窒素、酸素、ヘリウム、ネオン等
の気体を用いることができる。また、液体としては、電
気伝導性が小さく、使用する繊維集合体を溶解させない
ものであれば可能であり、広くは、鉱物油、動植物油、
合成油などを使用でき、鉱物油系に関しては、パラフィ
ン系、ナフテン系、オレフィン系、合成油に関しては、
炭化水素、シリコーン油等の液体を用いることができ
る。

【００３４】以上述べてきた、少なくとも対向面が導電
性を有する駆動体と従動体の対向面間に電子伝導性の繊
維を設けた電気制御運動伝達装置は、対向面間に電圧を
印加するための電圧印加手段と、電圧印加量を制御する
ための電圧印加量制御手段を備えたものとすることによ
り、クラッチ、ブレーキ、ショックアブソーバ、ダン
パ、アクチュエータなどの部品へ適用することが可能で
ある。

【００３５】そして、実際の部品への適用にあたって
は、各装置の固有の運動形態にあわせた電極形状、装置
構成、電圧印加手段、電圧印加量制御手段などを適宜選
択して各装置を製作することができることはいうまでも
ない。

【００３６】また、上述のクラッチ、ブレーキなどの電
気制御運動伝達装置は、電圧の印加のみで動作するため
機構がきわめて簡単であり、装置の軽量化、低コスト化
が図れるという大きなメリットがある。

【００３７】

【発明の効果】本発明に係わる電気制御運動伝達装置で
は、少なくとも対向面が導電性を有する駆動体と従動体
の対向面間に繊維を介在させ、対向面間に印加する電圧
を調節して駆動体側から従動体側への運動の伝達を制御
する電気制御運動伝達装置において、対向面間に介在さ
せる繊維として電子伝導性の繊維を用いた構成としたか
ら、長時間の電圧印加に対しても誘起剪断応力が一定で
あり、安定した電気制御運動伝達性能を発揮することが
可能であって、電気的信号により回転運動や往復運動等
の運動（応力，変位など）の伝達を容易にかつ長期にわ
たって安定して制御することが可能であるという著しく
優れた効果がもたらされる。

【００３８】そして、請求項２に記載しているように、
対向面間に介在させる繊維としてすべてに電子伝導性の
繊維を用いたり、あるいは、請求項３に記載しているよ
うに、対向面間に介在させる繊維として一部に電子伝導
性の繊維を用い他部に非電子伝導性の繊維や粒子を用い
たりしたときにおいても請求項１と同様の効果を得るこ
とが可能である。

【００３９】そしてまた、請求項４に記載しているよう
に、対向面間に介在させる電子伝導性の繊維として繊維
中に導電性粒子を混在させた電子伝導性の複合繊維を用
いるようになすことによって、電子伝導性を有しないか
電子伝導性の小さい繊維をも使用することが可能である
という著しく優れた効果がもたらされる。

【００４０】また、請求項５に記載しているように、電
子伝導性の複合繊維を構成する繊維がポリエステル，ポ
リアミドなどの合成繊維のうちから選ばれたものである
ようになすことによって、市販され入手の著しく容易な
繊維を使用することが可能であり、請求項６に記載して
いるように、電子伝導性の複合繊維を構成する導電性粒
子が電子伝導性を有するカーボンブラック，金属酸化物
などの無機質導電性粒子のうちから選ばれたものである
ようになすことによっても入手が容易で安価な素材を使
用することが可能であるという著しく優れた効果がもた
らされる。

【００４１】さらにまた、請求項７に記載しているよう
に、対向面間に介在させる電子伝導性の繊維が炭素繊
維，炭化ケイ素繊維などの電子伝導性の無機質繊維のう
ちから選ばれたものであるようになすことによって、合
成高分子繊維と導電性粒子との組み合わせに必ずしもし
なくとも、そしてまた、導電性粒子を必ずしも使用しな
くとも、電気制御運動伝達性能が良好である運動伝達装
置を提供することが可能である。

【００４２】そしてまた、請求項８に記載しているよう
に、繊維の電気比抵抗が１０^２〜１０^６Ω・ｃｍの範囲
にあるものとすることによって、より大きな静電引力を
得ることが可能であり、したがって、より大きな誘起剪
断応力を得ることが可能であって、より大きなトルク伝
達能力を具備させることが可能であるという著しく優れ
た効果がもたらされる。

【００４３】さらにまた、請求項９に記載しているよう
に、繊維は駆動体の対向面および従動体の対向面のうち
いずれか一方に固定されているものとなすことによっ
て、繊維の安定性が良好なものとなり、請求項１０に記
載しているように、駆動体の対向面と従動体の対向面と
の間に媒体が介在させてあるものとすることによって、
より一層安定した運動伝達の制御を行うことが可能であ
るという著しく優れた効果がもたらされる。

【００４４】さらにまた、請求項１１に記載しているよ
うに、対向面間に電圧を印加するための電圧印加手段を
備え、場合によってはさらに電圧印加量制御手段を備え
たクラッチ、ブレーキ、ショックアブソーバ、ダンパ、
アクチュエータなどに適用することによって、電圧の印
加のみで動作し、場合によってはさらに電圧印加量の制
御によって、運動の伝達を自在に制御することが可能で
あるクラッチ、ブレーキ、ショックアブソーバなどを得
ることができ、これらクラッチ、ブレーキ、ショックア
ブソーバなどの機構の著しい簡略化，軽量化，低コスト
化等を実現することが可能であるという著しく優れた効
果がもたらされる。

【００４５】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明の作用・効果を
説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定される
ものではもちろんない。

【００４６】実施例１ この実施例１では、駆動体と従動体の対向面間に介在さ
せる繊維として繊維中に導電性粒子を混在させた電子伝
導性の複合繊維を用いた場合を示す。

【００４７】この実施例１において、電子伝導性の複合
繊維を構成する繊維（マトリックスポリマー）がポリア
ミド（商品名：ナイロン）からなり、導電性粒子が金属
酸化物（酸化スズ）からなる並列型電子伝導性の複合繊
維（カネボウ社製、商品名：ホワイトベルトロン、電気
比抵抗１０^２〜１０^４Ω・ｃｍ）を用い、この複合繊維
を直径３０ｍｍのステンレス鋼製円盤（高圧側電極また
は駆動体側電極）の外周に約２０００本／ｃｍ（繊維束
の厚みを考慮すると約８万本／ｃｍ^２の繊維密度）の割
合で、導電性接着テープを用いて貼り付け、さらにその
外周に、幅３ｍｍの補助電極を取付けて繊維を固定し
た。このとき、繊維は電極面法線に対して約５０度傾斜
させ、電極面から繊維先端までの足の長さは２ｍｍであ
った。

【００４８】次に、上記電極（高圧側電極または駆動体
側電極）の対極（グランド側電極または従動体側電極）
として、直径５０ｍｍのステンレス鋼製電極（中心線平
均粗さ１μｍ）を使用し、繊維を固定した前記電極とこ
の対極とを対向させ、繊維の先端がわずかに対極表面に
触れ合うようにした。このとき、相対向する電極面の距
離は２ｍｍであった。

【００４９】次いで、電極および繊維の周囲をシリコー
ンオイル（東芝シリコーン社製、ＴＳＦ４５１−１０）
で満たし、高圧側電極を一定回転数（５ｒｐｍ）で回転
させ、両電極間に２ｋＶの電圧を印加したとき、グラン
ド側電極に伝達されるトルクを測定し、剪断応力に換算
した。

【００５０】このとき、電圧の印加に際しては、菊水電
子工業社製モデルＰＨＳ３５Ｋ−３型高圧電源を用い
た。また、剪断応力の測定に際しては、岩本製作所製Ｉ
Ｒ２００型回転粘度計を用いた。

【００５１】図１に電圧印加時間と剪断応力との関係を
示す。

【００５２】図１より明らかであるように、電圧印加
（電場強度が１ｋＶ／ｍｍ）に伴い、約４０ｇｆ／ｃｍ
^２の誘起剪断応力が生じ、この誘起剪断応力は数十時間
の電圧印加に対してもほぼ一定の値をとり、安定な性能
を示すことがわかった。

【００５３】実施例２ この実施例２では、駆動体と従動体の対向面間に介在さ
せる繊維として電子伝導性半導体である炭化ケイ素繊維
を用いた場合を示す。

【００５４】この実施例２においては、繊維として炭化
ケイ素繊維（宇部興産社製、商品名：チラノ繊維、電気
比抵抗５×１０^５Ω・ｃｍ、繊維径８μｍ）を用い、こ
の繊維を直径３０ｍｍのステンレス鋼製円盤（高圧側電
極または駆動体側電極）の外周に約４０００本／ｃｍ
（繊維束の厚みを考慮すると約１６万本／ｃｍ^２の繊維
密度）の割合で、導電性接着テープを用いて貼り付け、
さらにその外周に、幅３ｍｍの補助電極を取付けて炭化
ケイ素繊維を固定した。このとき、炭化ケイ素繊維は電
極面法線に対して約７０度傾斜させ、電極面から繊維先
端までの足の長さは１．５ｍｍ〜２ｍｍであった。

【００５５】次に、上記電極（高圧側電極または駆動体
側電極）の対極（グランド側電極または従動体側電極）
として、直径５０ｍｍのステンレス鋼製電極（中心線平
均粗さ１μｍ）を使用し、炭化ケイ素繊維を固定した前
記電極とこの対極とを対向させ、炭化ケイ素繊維の先端
がわずかに対極表面に触れ合うようにした。このとき、
相対向する電極面の距離は２ｍｍであった。

【００５６】次いで、電極および炭化ケイ素繊維の周囲
をシリコーンオイル（東芝シリコーン社製、ＴＳＦ４５
１−１０）で満たし、高圧側電極を一定回転数（５ｒｐ
ｍ）で回転させ、両電極間に２ｋＶの電圧を印加したと
き、グランド側電極に伝達されるトルクを測定し、剪断
応力に換算した。

【００５７】図２に電圧印加時間と剪断応力との関係を
示す。

【００５８】図２より明らかであるように、電圧印加
（電場強度が１ｋＶ／ｍｍ）に伴い、約２０ｇｆ／ｃｍ
^２の誘起剪断応力が生じ、この誘起剪断応力は数十時間
の電圧印加に対してもほぼ一定の値をとり、安定な性能
を示すことがわかった。

【００５９】実施例３ 対極に炭化ケイ素繊維平織り（宇部興産社製、繊維の電
気比抵抗１×１０^６Ω・ｃｍ）を導電性接着剤で固定し
たグランド側電極を使用した以外は実施例２と同様な方
法を用いて、誘起剪断応力の経時変化を測定した。その
結果を図３に示す。

【００６０】図３より明らかであるように、誘起剪断応
力は数十時間の電圧印加に対してもほぼ一定の値をと
り、安定な性能を示すことがわかった。

【００６１】実施例４ 対極にシリコーンウエハ（体積比抵抗４０Ω・ｃｍ、ｎ
型）を導電性接着剤で固定したグランド側電極を使用し
た以外は実施例２と同様な方法を用いて、誘起剪断応力
の経時変化を測定した。その結果を図４に示す。

【００６２】図４より明らかであるように、誘起剪断応
力は数十時間の電圧印加に対してもほぼ一定の値をと
り、安定な性能を示すことがわかった。

【００６３】実施例５ 炭化ケイ素繊維（宇部興産社製、商品名：チラノ繊維、
電気比抵抗１０^２〜１０^６Ω・ｃｍ、繊維径８μｍ）を
用い、この繊維を直径３０ｍｍのステンレス鋼製円盤
（高圧側電極または駆動体側電極）の外周に約４０００
本／ｃｍ（繊維束の厚みを考慮すると約１６万本／ｃｍ
^２の繊維密度）の割合で、導電性接着テープを用いて貼
り付け、さらにその外周に、幅３ｍｍの補助電極を取付
けて炭化ケイ素繊維を固定した。このとき、炭化ケイ素
繊維は電極面法線に対して約７０度傾斜させ、電極面か
ら繊維先端までの足の長さは１．５ｍｍ〜２ｍｍであっ
た。

【００６４】次に、上記電極（高圧側電極または駆動体
側電極）の対極（グランド側電極または従動体側電極）
には、直径５０ｍｍのステンレス鋼製電極（中心線平均
粗さ１μｍ）にチラノ繊維平織り（電気比抵抗１×１０
^６Ω・ｃｍ）をエポキシ接着剤で固定したものを使用
し、炭化ケイ素繊維を固定した電極と対極とを対向さ
せ、炭化ケイ素繊維の先端がわずかに対極の平織り表面
に触れ合うようにした。このとき、相対向する電極面の
距離は２ｍｍであった。

【００６５】次いで、電極および炭化ケイ素繊維の周囲
をシリコーンオイル（東芝シリコーン社製、ＴＳＦ４５
１−１０）で満たし、高圧側電極を一定回転数（５ｒｐ
ｍ）で回転させ、両電極間に一定の電圧を印加したと
き、グランド側電極に伝達されるトルクを測定し、剪断
応力に換算した。

【００６６】図５に電場強度０．５ｋＶ／ｍｍと１ｋＶ
／ｍｍのもとで、高圧側に固定した炭化ケイ素繊維の電
気比抵抗と誘起剪断応力との関係を示す。

【００６７】図５より明らかであるように、電気比抵抗
が１０^２〜１０^６Ω・ｃｍの範囲で大きな誘起剪断応力
が生じていることがわかった。また、誘起剪断応力は長
時間の電圧印加に対してもほぼ一定の値をとり、安定な
性能を示すことがわかった。

【００６８】実施例６ 高電圧側繊維として、ポリアミド（商品名：ナイロン）
繊維またはポリエステル繊維にカーボンブラック粒子ま
たは金属酸化物粒子を混入させた多層型および並列型電
子伝導性複合繊維（カネボウ社製、商品名：ベルトロ
ン、電気比抵抗１０^０〜１０^４Ω・ｃｍ、繊維径２０μ
ｍ）を用い、この高電圧側繊維をステンレス鋼製円盤の
外周に約１０００本／ｃｍの割合で固定した電極を用
い、この電極の対極にはステンレス鋼製電極（中心線平
均粗さ１μｍ）を使用し、実施例１と同様な方法を用い
て、誘起剪断応力を測定した。

【００６９】そして、電場強度が１ｋＶ／ｍｍとなる電
圧まで印加したときに得られる最大の誘起剪断応力を各
繊維の電気比抵抗に対してプロットしたものを図６に示
す。

【００７０】図６より明らかであるように、およそ１０
^２Ω・ｃｍより大きな電気比抵抗の範囲で大きな誘起剪
断応力が得られることがわかった。

【００７１】比較例１ レーヨンベルベット（繊維径２０μｍ、けば密度３万本
／ｃｍ^２）をステンレス鋼製円盤の外周側に固定した電
極（高電圧側電極または駆動体側電極）と、レーヨン平
織りをステンレス鋼製電極に固定した対極（グランド側
電極または従動体側電極）とを対向させ、電極間隔を１
ｍｍに保持して、実施例１と同様に剪断応力の経時変化
を測定した。

【００７２】その結果、測定開始直後には９０ｇｆ／ｃ
ｍ^２の誘起剪断応力が得られたが、約３時間後には２０
ｇｆ／ｃｍ^２まで減少しており、安定な特性は得られな
かった。

【００７３】実施例７ 本発明による電気制御運動伝達装置のクラッチへの適用
を図るため、図７に示すような一組の対向円盤電極（ス
テンレス鋼製、円盤直径１２０ｍｍ）をそなえた静電型
クラッチ装置を製作した。

【００７４】すなわち、この静電型クラッチ装置１にお
いて、一方の対向円盤電極は駆動体２に対応するもので
あって、駆動体軸１２は端面ケーシング１３（１３ａ）
との間にＯ−リング１４が設けてあると共に絶縁ベアリ
ング１５によって支持されており、電源接続部材１６が
設けてあって電圧印加手段としての電源２９の非接地側
に接続されるようにしてあると共に、絶縁継手１７を介
してモータ１８に連結してある。

【００７５】また、他方の対向円盤電極は従動体３に対
応するものであって、従動体軸２２はケーシング１３
（１３ｂ）との間にＯ−リング２４が設けてあると共に
ベアリング２５によって支持されており、また、電源接
続部材２６が設けてあって前記電源２９の接地側へ接続
されるようにしてあると共に、継手２７を介してトルク
検出器２８に連結してある。

【００７６】そして、駆動体２の対向面２ａの電極面に
実施例１記載の電子伝導性の繊維４をエポキシ樹脂で接
着して固定化し、パイル密度約３万本／ｃｍ^２程度とな
るようにしたのち、電極間隔を２ｍｍとなるように駆動
体２と従動体３とを向かい合わせにして保持し、装置の
ケーシング１３（１３ａ，１３ｂ）の内部を媒体８とし
てシリコーンオイルを満たしてその特性を評価した。

【００７７】この評価に際して、モータ１８側の駆動体
２を５ｒｐｍの回転数で矢印Ｂ方向に回転させ、電源２
９により電源接続部材１６，２６を介して、駆動体２と
従動体３との間に電源２９より２ｋＶの直流電圧を印加
したときに、従動体３側に０．４ｋｇｆ・ｍのトルクが
発生したことがトルク検出器２８により検知された。

【００７８】そして、１５秒に１回の割合で２ｋＶの直
流電圧パルスのＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、伝達されるト
ルクの経時変化を観察したところ、５０００回駆動した
あとも伝達トルクの値は変化しなかった。

【００７９】また、トルク検出器２８を除去し、駆動体
２を５ｒｐｍの回転数で矢印Ｂ方向に回転させ、２ｋＶ
の直流電圧パルスのＯＮによって、駆動体２と従動体３
は締結して一体となって回転し、電圧パルスのＯＦＦに
よって、駆動体２と従動体３との間の締結は解除され
た。

【００８０】そして、電圧パルスのＯＮ／ＯＦＦを繰り
返すことにより、駆動体２と従動体３の締結／解除を繰
り返したところ、５０００回駆動したあともその特性に
変化はなかった。

【００８１】実施例８ 従動体３側を固定した以外は図７に示した装置と同様な
構成において、モータ１８の回転による駆動体２の回転
運動を停止させることができる静電型ブレーキ装置を試
作した。その結果、このブレーキ装置においては駆動体
２と従動体３との間に一定の電圧を印加するのみで、駆
動体２の回転運動を停止させることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１において、一方の電極として電子伝
導性の複合繊維をステンレス鋼製円盤の外周に貼着した
ものを使用し、他方の対極としてステンレス鋼製電極を
使用して、シリコーンオイルで満たしたときの剪断応力
の経時変化を測定した結果を例示するグラフである。

【図２】 実施例２において、一方の電極として電子伝
導性の炭化ケイ素繊維をステンレス鋼製円盤の外周に貼
着したものを使用し、他方の対極としてステンレス鋼製
電極を使用して、シリコーンオイルで満たしたときの剪
断応力の経時変化を測定した結果を例示するグラフであ
る。

【図３】 実施例３において、一方の電極として電子伝
導性の炭化ケイ素繊維をステンレス鋼製円盤の外周に貼
着したものを使用し、他方の対極として電子伝導性の炭
化ケイ素繊維平織りをステンレス鋼製電極に貼着したも
のを使用して、シリコーンオイルで満たしたときの剪断
応力の経時変化を測定した結果を例示するグラフであ
る。

【図４】 実施例４において、一方の電極として電子伝
導性の炭化ケイ素繊維をステンレス鋼製円盤の外周に貼
着したものを使用し、他方の対極として電子伝導性のシ
リコンウエハをステンレス鋼製電極に貼着したものを使
用して、シリコーンオイルで満たしたときの剪断応力の
経時変化を測定した結果を例示するグラフである。

【図５】 実施例５において、一方の電極として電子伝
導性の炭化ケイ素繊維をステンレス鋼製円盤の外周に貼
着したものを使用し、他方の対極として炭化ケイ素繊維
平織りをステンレス鋼製電極に貼着したものを使用し
て、シリコーンオイルで満たしたときの高圧側に固定し
た炭化ケイ素繊維の電気比抵抗と誘起剪断応力との関係
を調べた結果を例示するグラフである。

【図６】 実施例６において、一方の電極として合成繊
維に導電性粒子を混在させた電子伝導性の複合繊維をス
テンレス鋼製円盤の外周に貼着したものを使用し、他方
の対極としてステンレス鋼製電極を使用して、シリコー
ンオイルで満たしたときの電子伝導性の複合繊維におけ
る電気比抵抗と誘起剪断応力との関係を調べた結果を例
示するグラフである。

【図７】 実施例７で採用した電気制御運動伝達装置と
しての静電型クラッチ装置の基本構成を示す断面説明図
である。

【符号の説明】

１ 静電型クラッチ装置（（電気制御運動伝達装置） ２ 一方の対向円盤電極（駆動体） ２ａ 駆動体側電極の対向面 ３ 他方の対向円盤電極（従動体） ３ａ 従動体側電極の対向面 ４ 電子伝導性の繊維 ８ 媒体 ２９ 電源（電圧印加手段）

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも対向面が導電性を有する駆動
   体と従動体の対向面間に繊維を介在させ、対向面間に印
   加する電圧を調節して駆動体側から従動体側への運動の
   伝達を制御する電気制御運動伝達装置において、対向面
   間に介在させる繊維として電子伝導性の繊維を用いたこ
   とを特徴とする電気制御運動伝達装置。
2. 【請求項２】 対向面間に介在させる繊維としてすべて
   に電子伝導性の繊維を用いた請求項１に記載の電気制御
   運動伝達装置。
3. 【請求項３】 対向面間に介在させる繊維として一部に
   電子伝導性の繊維を用いた請求項１に記載の電気制御運
   動伝達装置。
4. 【請求項４】 対向面間に介在させる電子伝導性の繊維
   として繊維中に導電性粒子を混在させた電子伝導性の複
   合繊維を用いた請求項１ないし３のいずれかに記載の電
   気制御運動伝達装置。
5. 【請求項５】 電子伝導性の複合繊維を構成する繊維が
   ポリエステル，ポリアミドなどの合成繊維のうちから選
   ばれたものである請求項４に記載の電気制御運動伝達装
   置。
6. 【請求項６】電子伝導性の複合繊維を構成する導電性粒
   子が電子伝導性を有するカーボンブラック，金属酸化物
   などの無機質導電性粒子のうちから選ばれたものである
   請求項４に記載の電気制御運動伝達装置。
7. 【請求項７】 対向面間に介在させる電子伝導性の繊維
   が炭素繊維，炭化ケイ素繊維などの電子伝導性の無機質
   繊維のうちから選ばれたものである請求項１ないし３の
   いずれかに記載の電気制御運動伝達装置。
8. 【請求項８】 繊維の電気比抵抗が１０^２〜１０^６Ω・
   ｃｍの範囲にある請求項１ないし７のいずれかに記載の
   電気制御運動伝達装置。
9. 【請求項９】 繊維は駆動体の対向面および従動体の対
   向面のうちいずれか一方に固定されている請求項１ない
   し８のいずれかに記載の電気制御運動伝達装置。
10. 【請求項１０】 駆動体の対向面と従動体の対向面との
    間に媒体が介在させてある請求項１ないし９のいずれか
    に記載の電気制御運動伝達装置。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし１０のいずれかに記載
    の電気制御運動伝達装置であって、対向面間に電圧を印
    加するための電圧印加手段を備えたことを特徴とするク
    ラッチ、ブレーキ、ショックアブソーバ、ダンパおよび
    アクチュエータ。