JPH04308453A - 球面駆動装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、球面駆動装置に関する
ものであり、詳しくは、凹球面体および凸球面体の各球
面を滑動自在に接触させて成る球面駆動装置において、
凸球面体の球面駆動にフィルムアクチュエータの原理を
利用した球面駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】フィルムアクチュエータは、絶縁性支持
体に帯状電極を所定間隔で並べた固定子と絶縁性フィル
ムに抵抗体層を設けた移動子から成り、当該固定子と当
該移動子とが接するように配置して構成されている。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子を移動させるものであり、
静電アクチュエータとも呼ばれる（平成元年度電気学会
全国大会講演予稿集６−１９１，日経メカニカル１９８
９．５．２９，１１２〜１１３ページ等）。上記のフィ
ルムアクチュエータは、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。

【０００３】図２（ａ）〜（ｄ）は、上記のフィルムア
クチュエータの作動原理の説明図である。図中、（１）
は絶縁性支持体、（２）は帯状電極、（３）は固定子、
（４）は絶縁性フィルム、（５）は抵抗体層、（６）は
移動子、（７）〜（９）は電線を示す。

【０００４】先ず、図２（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）の絶縁性フィル
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２（ｂ）
の点線で示した鏡像電荷で置き換えることができる。そ
して、この電荷■、■の極性は、それぞれ電荷■、■の
極性と異なるので、図２（ｂ）の状態では移動子（６）
は固定子（３）に吸引されている。

【０００５】次に、図２（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、抵抗層（５）の抵抗値
が高いため、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。 反発力が発生することにより、固定子（３）と移動子（
６）の間の摩擦が減少し、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■）によって、進行方向の駆動力が発生する。

【０００６】図２（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２（ｃ）に示すパターン）は、図２（ａ）に示す状
態とは逆符号の電圧を電線（７）、（８）に印加するも
のであるから、図２（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。

【０００７】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、電荷充電と移動操作を繰
り返す次のようなパターンの電圧を繰り返し印加するこ
とが必要である。なお、以下に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
してない状態を示し、（Ｃ）及び（Ａ）は、それぞれ、
電荷充電操作、移動操作を示し、最初の（Ｃ）は図２（
ａ）に示す状態、最初の（Ａ）は図２（ｄ）に示す状態
である。

【０００８】そして、フィルムアクチュエータを上記の
ように電極１ピッチ毎に安定して連続移動させるには、
移動子（６）の表面、すなわち、抵抗低層（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と
されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
のようなフィルムアクチュエータを応用することにより
斬新的な構造の球面駆動装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
は、凹球面体および凸球面体の各球面を滑動自在に接触
させて成る球面駆動装置において、上記の凹球面体の内
面には、絶縁性支持体に帯状電極を所定間隔で並べた固
定子が構成され、上記の凸球面体は、その表面固有抵抗
率を１０１２〜１０１５Ω／□の範囲にすることにより
凸球面状の移動子を構成しており、固定子と凸球面状の
移動子との間の静電気の作用にて凸球面状の移動子が球
面駆動するように成されていることを特徴とする球面駆
動装置に存する。

【００１１】

【作用】凹球面体の内面に構成された固定子と凸球面状
の移動子との間には、従来のフィルムアクチュエータと
同様に、固定子の帯状電極に印加する電圧パターンに従
い、凸球面状の移動子を駆動させる静電気作用が生じる
。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１及び前述の図２
に基づいて説明する。図１は、本発明の球面駆動装置の
一例を示す説明図であり、図１（ａ）は、凸球面体（２
０）を凹球面体（１０）から外した状態の平面説明図で
あり、図１（ｂ）は、凸球面体（２０）を凹球面体（１
０）に嵌合した状態における図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿
った断面説明図である。

【００１３】本発明の球面駆動装置は、凹球面体（１０
）と凸球面体（２０）とより構成される。図１に示した
凹球面体（１０）は、球形状の外形を有し支持体（３０
）にて固定支持されているが、本発明における凹球面体
は、その内側の凹面が球面になされていれば十分であり
、その外形は方形状などの任意の形状であってもよい。 また、図１に示した凸球面体（２０）は、完全球形状の
外形を有しているが、その滑動面が凹球面体（１０）に
合うような凸球面であれば十分であり、その他の面は球
面である必要はない。そして、凸球面体（２０）はその
内部が中空状のものが軽量で好ましい。

【００１４】上記の凹球面体（１０）と凸球面体（２０
）とは、それらの各球面を滑動自在に接触させて配置さ
れている。そして、凹球面体（１０）の内面には、絶縁
性支持体（１）に帯状電極（２）を所定間隔で並べた固
定子（３）が構成されており、凸球面体（２０）は、そ
の表面固有抵抗率を１０１２〜１０１５Ω／□の範囲に
することにより凸球面状の移動子を構成している。そし
て、上記の固定子（３）及び移動子（６）は、図２に示
す前述の公知のフィルムアクチュエータと同様に構成す
ることができる。

【００１５】先ず、凹球面体（１０）の内面に構成され
る固定子（３）について説明する。固定子（３）は、絶
縁性支持体（１）に帯状電極（２）を所定間隔で並べて
構成される。

【００１６】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、絶縁性の良好なセラミックスや
各種の樹脂を使用することができる。絶縁性樹脂の具体
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、ポリイミド樹
脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリブタジエン樹脂、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、エポキシ樹脂、ポリイミド
樹脂、ポリエステル樹脂である。

【００１７】帯状電極（２）は、絶縁性支持体（１）表
面に並べて設けても、または、絶縁性支持体（１）中に
埋設して設けてもよい。また、帯状電極（２）の間隔は
、特に限定されるものではないが、通常０．１〜２ｍｍ
であり、フィルム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為には帯状電極（２）の間隔の
微細化が望ましい。

【００１８】また、凹球面体（１０）の内面の材質が絶
縁性支持体（１）と同様の材質の場合は、固定子（３）
は、凹球面体（１０）の内面を絶縁性支持体（１）とし
て利用して当該内面に帯状電極（２）を所定間隔で並べ
て構成することも可能である。

【００１９】しかしながら、可撓性の帯状の絶縁性支持
体（１）又は凹球面体（１０）の内面形状に成形された
帯状の絶縁性支持体（１）に帯状電極（２）を所定間隔
で並べて固定子（３）を構成し、これを凹球面体（１０
）の内面に装着して使用するのが簡便である。

【００２０】次に、凸球面状の移動子（６）ついて説明
する。凸球面状の移動子（６）は、凸球面体（２０）の
表面固有抵抗率を１０１２〜１０１５Ω／□の範囲にす
ることにより構成される。

【００２１】凸球面体（２０）が前記の絶縁性支持体（
１）と同様の絶縁性樹脂にて構成されている場合は、例
えば、帯電防止効果の弱い帯電防止剤のスプレー塗布に
より、その表面に抵抗体層（５）を設けて上記の表面固
有抵抗率の範囲にすればよい。

【００２２】また、表面固有抵抗が上記範囲内の材料に
て凸球面体（２０）を構成することもできる。このよう
な材料としては、例えば、エステル系可塑剤を配合した
ビニル系樹脂などが挙げられる。具体的に言えば、可塑
剤として３５重量％のジオクチルフタレートを含有する
塩化ビニル樹脂は、その表面固有抵抗率が１．２×１０
１４Ω／□（アドバンテスト社製の超高抵抗計、Ｒ８３
４０Ａを使用し、２３℃、５０％の条件下の測定結果）
であり好適に使用し得る。可塑剤を配合したビニル系樹
脂は、容易に中空球状体に成形し得るが、絶縁性樹脂に
て構成された凸球面体（２０）の表面に上記のビニル系
樹脂より成る抵抗体層（５）を設けることもできる。

【００２３】本発明の球面駆動装置は、公知のフィルム
アクチュエータと同様に、帯状電極（２）に対し、電荷
充電と移動操作を繰り返す前述のパターンの電圧を印加
することにより駆動させることができる。そして、凹球
面体（１０）の内面に構成される固定子（３）と凸球面
体（２０）が構成する凸球面状の移動子（６）との間の
静電気の作用にて凸球面状の移動子（６）が球面駆動す
る

【００２４】上記の球面駆動は、公知のフィルムアクチ
ュエータと同様に印加電圧のパターンの制御により行わ
れ、凸球面状の移動子（６）は、固定子（３）に沿って
駆動する。例えば、図１（ａ）に示すように構成された
固定子（３）の場合は、凸球面状の移動子（６）は、図
１（ｂ）の左右または前後のいずれか一方向に回転また
は往復駆動する。そして、左右および前後の各固定子（
３）に印加する電圧の大きさを変化させることにより、
上記以外の方向に対しても駆動させることができる。ま
た、凹球面体（１０）の内縁面に一周させて固定子（３
）を構成した場合は、図１（ｂ）の左右の一方向に回転
駆動する。

【００２５】本発明の球面駆動装置は、例えば、自動車
のサイドミラーの駆動装置、地球儀、広告塔などの各種
の用途に利用される。そして、凹球面体（１０）及び凸
球面状の移動子（６）は、凹球面体（１０）の内面に構
成される固定子（３）を含めて透明に構成することもで
きる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、フィルム
アクチュエータを応用することにより斬新的な構造の球
面駆動装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の球面駆動装置の一例を示す説明図であ
り、図１（ａ）は、凸球面体（２０）を凹球面体（１０
）から外した状態の平面説明図であり、図１（ｂ）は、
凸球面体（２０）を凹球面体（１０）に嵌合した状態に
おける図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面説明図である
。

【図２】フィルムアクチュエータの作動原理の説明図で
ある。

【符号の説明】

（１）：絶縁性支持体 （２）：帯状電極 （３）：固定子 （４）：絶縁性フィルム （５）：抵抗体層 （６）：移動子 （７）〜（９）：電線 （１０）：凹球面体 （２０）：凸球面体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　凹球面体および凸球面体の各球面を滑
   動自在に接触させて成る球面駆動装置において、上記の
   凹球面体の内面には、絶縁性支持体に帯状電極を所定間
   隔で並べた固定子が構成され、上記の凸球面体は、その
   表面固有抵抗率を１０１２〜１０１５Ω／□の範囲にす
   ることにより凸球面状の移動子を構成しており、固定子
   と凸球面状の移動子との間の静電気の作用にて凸球面状
   の移動子が球面駆動するように成されていることを特徴
   とする球面駆動装置。