JPS6395859A - 静電アクチユエ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は出力軸を備える誘電材料からなる回転体と、該
回転体と対向して所定の間隔を保ち対向面に電極の配設
された固定子とより成る静電アクチュエータに関するも
のである。

［従来の技術］ 従来のアクチュエータは主として電磁力を利用したもの
であり、その特質上電磁コイルや永久磁石等を備えなけ
ればならず、構造が複雑で、また消費電力も非常に大き
いものであった。このため、アクチュエータよりの発熱
量も大きかった。

このため、これらの点を解決するため、電磁力に変えて
静電力を利用したものとして、エレクトレットを用いた
同期モータ（例えば実開昭５７−９８１９１号等）が提
案されている。このような静電力を利用したアクチュエ
ータの駆動力は、印加電圧（Ｖ）の２乗に比例し、固定
子と可動子間距煎（ｄ）に反比例することがわかってい
る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、エレクトレットタイプのアクチュエータは特殊
なエレクトレットを用いなければならず、ロータ自体の
製作もエレクトレット片を張り付けする等の複雑な工程
が必要となり、小型化するのが容易でない。

更にエレクトレットの作成には、特殊な工程が必要なた
めコストアップが避けられなかった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上述の問題点を解決することを目的として成さ
れたもので、小型かつ構成の簡単な扉側なアクチュエー
タを提供するため本発明の一実施例は以下の構成を備え
る。

即ち、出力軸を備える８電材料からなる回転体と、該回
転体と対向して所定の間隔を保ち配設され、回転体の出
力軸を軸支する軸支手段と、回転体との対向面に出力軸
の軸線に対して放射状に所定間隔で配列された複数の電
極の配設された固定子とを備える。

［作用］ 以上の構成において、電極に順次電圧を印加し、電極よ
り発生する電界を移動させることによって、該電極によ
り回転体に蓄積される電荷との静電作用により当該回転
体を回転させる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明に係る一実施例を詳細に説
明する。

第１図は本発明に係る一実施例の分解斜視図であり、第
２図はその断面図である。

図中１は話電体より成るロータであり、本実施例ではロ
ータ１としてガラスを用いている。このロータ１は、比
話電率が例えば、ε＝１〜１０程度であり、また、表面
抵抗率は約１０１′〜１ｏ１３Ω程度の微弱な導電性を
有する話電体であればよく、フェノール樹脂等でもよい
。更に、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やチタン酸バ
リウム等で形成することもできる。

２はロータ１の軸着された回転軸であり、上板５に設け
られた軸受７と下板６に設けられた軸受８とにより回動
可能に軸支されている。なお、ロータ１は厚さ０．４ｍ
ｍ、直径６６ｍｍであり、回転軸２は直径１．５ｍｍで
ある。

下板６上面のロータ１対向面には基板４が積層されてお
り、基板４のロータ対向面には電極パターン３が配設さ
れている。この電極は、ロータ１の回転軸２の軸線に対
して放射状に所定の間隔となるよう蒸着して形成してい
る。この電極のパターニングはエツチング等、種々の方
法を取ることができる。なお、電ｉ３にはＣｒを用いて
いるが、Ａｇ、Ａｕ、Ａ文、Ｃｕ等の各種導電性金属を
用いてバターニングしてもよく、放電による電極の溶融
を防ぐためＴｉやＴａ（タンタル）等の高融点金属を用
いてもよい。

本実施例では、基板４はガラスにより構成されている。

しかし、これらはガラスに限るものではなく、絶縁性の
あるものであればプラスチックスやセラミックス等であ
ってもよい。

このロータ１と基板４、上板５間は、スペーサ及びネジ
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄと軸受７，８により所定間隙に
保持され、図の矢印Ａ又は矢印Ｂ方向に回動可能に構成
されている。

本実施例においては、電極３の平均パターン幅１ｍｍ、
パターンピッチ２ｍｍに形成し、電極３とロータ１、ロ
ータ１と上板５との間隔は共に０．２５ｍ　ｍとしてい
る。そして、各電極には、駆動回路１０よりφＡ１１．
φＢ１２．φＣ１３（７）３相の電圧が印加され、基板
４上に回転電界を発生させてロータ１を回転させている
。

この駆動回路１０による電極３への電圧印加タイミング
を第３図（ａ）、（ｂ）に示す。ここで第３図（ａ）は
各相（各電極）に（ＯＶ／＋Ｖ）■のパルス状電圧を印
加した場合、第３図（ｂ）は（＋Ｖ／−Ｖ）の交流電圧
を印加した場合を示している。

φＡ１１．φＢ１２．φＣ１３の各相に第３図（ａ）に
示すようなパルス状の電圧（横軸は時間ｔを表わす）を
加えると、第１図の矢印Ａの方向に移動電界が発生する
。すると、ロータ１にこの移動電界により電荷が誘起さ
れ、ｆＪ　ｒＲＪ電界に対しであるすべりをもって同じ
矢印六方向に追従する駆動力が働く。この状態を第４図
（ａ）、（ｂ）に示す。ここで、第４図（ａ）のように
電極３ａに例えば“−”電位が印加されると、該電極３
ａと対向するロータ１面上に電８ｉ３ａの印加電圧と逆
の極性をもった電荷２１（この場合には“＋”電荷）が
ロータ１上の微弱な導電性により、局所的にチャージさ
れる。この状態時に第４図（ｂ）のように電ｆ！３ａに
印加される電位が変化しく相が切り変わり）、矢印２２
のような電気力線が生じると、力Ｆ＝ｑＥ　（ｑ　：ロ
ータの表面電荷、Ｅ；電気力線の回転方向の電界の強さ
）が働き、回転力が生じることになる。これは第３図（
ｂ）の交流電圧を印加しても同様である。

但し、相順はＡ、ご、Ｂ、λ、ｃ、百、Ａ・・・（−は
１８０°位相のずれたものを意味する）が望ましい。逆
方向（矢印Ｂ方向）にロータ１を動かすには、印加電圧
の相順を逆にしてやればよく、実施例の場合、３相のう
ちの２相を入れ換えてやればよい。また、相数は移動電
界を発生させられるものであれば同相でも構わない。

本実施例では、第３図（ａ）の最大１．５ｋＶの電位を
印加した時に約０．７ｇ−ａｍのトルクを発生させるこ
とができる。

このパターンピッチ及び間隙を微小化することにより、
ロータ１上に発生するトルクはより大きなものとなる。

なお、以上の説明は全てロータの片側対向面にのみ電極
パターンがあるもので行なったが、両側にあってももち
ろん構わない。両側式とすることで駆動力を２倍にする
ことができる。

この電極が両側にある場合の例を第５図に示す。この場
合には、ロータ１の上面である上板５のロータ１対向面
に上部基板４ａを取り付け、ここに図示の如くの電極パ
ターン３ａを配設している。この電極３ａの電極パター
ンとロータ１の下面である下板６上の基板４に配設され
た電極３の電極パターンとは同じものであり、電極３と
電極３ａとが同相となるよう駆動すればよい。これによ
り、片側のみ電極を配設した場合に比し、２倍の回転ト
ルクが発生する。

以上説明したように、基板４等の電極をバターニングで
作成し、ロータとして８電材料を用いることにより以下
に示すような効果が得られる。

（１）電極をパターニングで作成するとともに、基板と
ロータのギャップの微小化により、小型で薄形のアクチ
ュエータが可能となる。

（２）ギャップの微小化に伴い、印加電圧が低減でき、
より消費電力の少ないアクチュエータが可能である。

（３）ロータとして、エレクトレットのような特殊な材
料は必要なく、ガラスやフェノール樹脂のような安価な
誘電材料でよい。

（４）静電力で駆動するため、消費電力が極めて少なく
て済み、ジュール熱による発熱のおそれもない。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、特殊な材料でなく
、安価な誘電材料によって低消費電力の静電アクチュエ
ータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例の分解斜視図、第２図は
第１図に示す本実施例の断面図、第３図（ａ）、（ｂ）
は本実施例の電極駆動タイミングチャート、 第４図（ａ）、（ｂ）は本実施例の回転力発生メカニズ
ムを説明する図、 第５図は本発明に係る更に他の実施例の分解斜視図であ
る。 図中、１・・・ロータ、２・・・回転軸、３，３ａ・・
・電極、４．４ａ・・・基板、５・・・上板、６・・・
下板、７．８・・・軸受、９ａ〜９ｄ・・・スペーサ及
びネジ、１０・・・駆動回路、２１・・・電荷、２２・
・・電気力線である。 特許出願人　　　　　キャノン株式会社第１図 第２図 （ａ）　　　　　　　　　　　（ｂ） 第３図 Ｇ 第４図（Ｇ） 第４図　（ｂ） 手続補正書岬発） 昭和６１年１２月　１日 特　　許　庁　　長　　官　　殿 代表者　賀来龍三部 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）出力軸を備える誘電材料からなる回転体と、該回
   転体と対向して所定の間隔を保つよう配設され、かつ、
   前記回転体の出力軸を軸支する軸支手段と前記回転体と
   の対向面に出力軸の軸線に対して放射状に所定間隔で配
   列された複数の電極の配設された固定子とを備え、該電
   極に順次電圧を印加し電極より発生する電界を移動させ
   ることによつて、該電極により前記回転体に蓄積される
   電荷との静電作用により回転体を回転させるようにした
   ことを特徴とする静電アクチュエータ。