JPH04331476A - フィルムアクチュエータ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フィルムアクチュエー
タに関するものであり、詳しくは、湿度の影響を受ける
ことなく正確に作動し得るように改良されたフィルムア
クチュエータ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されて構成される。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１９８９
．５．２９，１１２〜１１３ページ等）。

【０００３】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。そのため、フ
ィルムアクチュエータは、ワードプロセッサやファクシ
ミリ等における用紙搬送機構のような小型駆動装置、そ
の他の微小な機械システムの駆動装置として応用される
ことが期待されている。

【０００４】図１（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。

【０００５】先ず、図１（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、図１（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、それぞれ電極■、■の極性と異なるの
で、第１図（ｂ）の状態では移動子（６）は固定子（３
）に吸引されている。

【０００６】次に、図１（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、抵抗体層（５）に誘導された鏡像電荷は、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
じる電荷■と鏡像電荷■によって、進行方向の駆動力が
発生する。

【０００７】図１（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。上記の移動操作を１つずつ電極をずらしながら
行うことにより、移動子（６）を連続的に移動させるこ
とができる。そして、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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フィル
ムアクチュエータは、未だ研究段階にあり、実用化のた
めには、各要素の詳細を検討しなければならない状況に
ある。特に、抵抗体層の抵抗率が大きすぎる場合には、
移動子に電荷を誘導するのに時間を要し、また、抵抗率
が小さすぎる場合には、発生する電荷が瞬時に消滅して
アクチュエータが正しく作動しないという問題がある。

【０００９】すなわち、フィルムアクチュエータを安定
に作動させるためには、抵抗体層の表面固有抵抗は、１
０１２〜１０１５Ω／□の範囲にすることが必要である
。ところで、高分子材料は、一般に、絶縁体であり、抵
抗値が高すぎるためにそのまま使用できない。一方、高
分子材料に導電性を付与する方法として、界面活性剤（
帯電防止剤）、カーボンブラック、金属酸化物粉などを
利用する方法が考えられる。しかしながら、一般に帯電
防止剤として使用されている４級アンモニウム塩やスル
ホン酸塩などの界面活性剤では、抵抗値の温度依存性が
高く且つ表面にブリードアウトして長期間の安定性に劣
り、カーボンブラックでは透明性が損なわれ、金属酸化
物粉ではミクロな導電性むらを生じ易いという欠点があ
る。 従って、フィルムアクチュエータの実用化のためには、
上記の問題を解決し、適切な抵抗率を有し且つ信頼性の
高い抵抗体層が必要である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記実情
に鑑み、種々検討を重ねた結果、特定の抵抗体よりなる
移動子の採用により、上記の問題を一挙に解決し得ると
の知見を得た。本発明は、上記知見を基に完成されたも
のであり、湿度の影響を受けることなく、且つ、正確に
作動し得るように改良されたフィルムアクチュエータの
提供を目的とするものである。

【００１１】本発明の上記目的は、本発明に従い、絶縁
性支持体に帯状電極を所定間隔で並べた固定子と抵抗体
よりなる移動子とが接するように配置されて成るフィル
ムアクチュエータにおいて、前記抵抗体として、繰り返
し単位の５０重量％以上が塩化ビニルで構成され、５〜
６０重量％のエステル系可塑剤が配合され、且つ、１０
１２〜１０１５Ω／□の範囲の表面固有抵抗を有するビ
ニル系樹脂を使用することを特徴とするフィルムアクチ
ュエータにより容易に達成される。

【００１２】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
フィルムアクチュエータの基本的構成は、前記の公知の
ものと同じである。

【００１３】先ず、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。固定子（３）を構成する
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、ポリイ
ミド樹脂、ポリエステル樹脂である。

【００１４】絶縁性支持体（１）に設けられる帯状電極
（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。

【００１５】次に、移動子（６）について説明する。本
発明においては、移動子（６）は抵抗体よりなり、本発
明の特徴は、斯かる抵抗体としてエステル系可塑剤が配
合されたビニル系樹脂を使用した点にある。そして、本
発明においては、上記の塩化ビニル系樹脂は、フィルム
乃至はシート状になし得るため、それ自体を抵抗体とし
て単独に使用して移動子（６）を構成することもでき、
また、上記の塩化ビニル系樹脂は、例えば溶剤に溶解し
て塗布することができるため、該塗布層を抵抗体層とし
て絶縁性フィルム（４）に設けて移動子（６）を構成す
ることもできる。

【００１６】本発明においては、ビニル系樹脂としては
、繰り返し単位の５０重量％以上が塩化ビニルで構成さ
れているビニル系樹脂を使用する。そして、ビニル系樹
脂の平均重合度は、通常、５００〜１０，０００の範囲
である。上記のビニル系樹脂は、塊状重合、懸濁重合、
乳化重合などの公知の方法により、塩化ビニルモノマー
単独または塩化ビニルモノマー及びこれと共重合可能な
他のビニル系モノマーとの混合モノマーを重合させて得
られる。

【００１７】塩化ビニルモノマーと共重合可能な他のビ
ニル系モノマーは、特に制限はないが、具体的には、臭
化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン等の塩化
ビニル以外のハロゲン化ビニルないしはビニリデン類；
エチレン、プロピレン、スチレン等のα−オレフィン類
；ブタジエン、イソプレン等のジエン類；酢酸ビニル、
プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類；メチル（メ
タ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、ヒド
ロキシルエチル（メタ）アクリレート等の（メタ）アク
リル酸エステル類；（メタ）アクリロニトリル等のシア
ン化ビニル類が挙げられる。これらのビニル系モノマー
は、５０重量％以下、好ましくは、３０重量％以下の割
合で共重合に供せられる。

【００１８】本発明においては、エステル系可塑剤とし
ては、特に制限はなく、塩化ビニル樹脂に配合される一
般的なエステル系可塑剤がいずれも使用し得る。具体的
には、フタル酸ジブチル、フタル酸ジ−２−エチルヘキ
シル（ジオクチルフタレート）、フタル酸ジウンデシル
等のフタル酸エステル類；トリメリット酸ジ−２−エチ
ルヘキシル等のトリメリット酸エステル類；オレイン酸
ブチル、アジピン酸ブチル、アジピン酸ジ−２−エチル
ヘキシル、アゼライン酸ジ−２−エチルヘキシル、セバ
シン酸ジブチル等の脂肪酸エステル類；ジエチレングリ
コール−ジベンゾエート等の二価アルコールエステル類
；アセチルリシノール酸メチル等のオキシ酸エステル類
；リン酸トリブチル、リン酸トリクレジル等のリン酸エ
ステル類；ポリカプロラクトン、ポリバレロラクトン等
のラクトン重合体；アジピン酸やフタル酸などとグリコ
ールとを縮合させることにより得られるポリエステル類
が挙げられる。

【００１９】エステル系可塑剤のビニル系樹脂に対する
配合割合は、可塑剤を配合したビニル系樹脂の表面固有
抵抗が１０１２〜１０１５Ω／□の範囲となるように、
５〜６０重量％の範囲（両者に対するエステル系可塑剤
の割合）から適宜選択される。そして、使用するビニル
系樹脂や可塑剤の種類により異なるが、一般的には、可
塑剤の割合が上記範囲より少ない場合は抵抗値が高すぎ
て電荷の移動が困難となり、また、可塑剤の割合が上記
範囲より多い場合（樹脂の割合が少ない場合）は抵抗値
が低すぎて電荷の漏洩が速くなり、従って、可塑剤の割
合が上記範囲外では、可塑剤を配合したビニル系樹脂の
表面固有抵抗を前記範囲内に調節ことは容易ではない。 しかも、可塑剤の割合が上記範囲より多い場合は、ビニ
ル系樹脂の機械的強度が劣り実用性に欠けるという問題
もある。エステル系可塑剤の特に好ましい配合割合は、
２０〜５０重量％の範囲である。

【００２０】ビニル系樹脂にエステル系可塑剤を配合す
る方法は、例えば、ロールやブラベンダーによる混練法
または双方の共通溶媒を利用した溶液法を適宜採用し得
る。

【００２１】エステル系可塑剤を配合したビニル系樹脂
を抵抗体層（５）として絶縁性フィルム（４）に設けて
移動子（６）を構成する場合、絶縁性フィルム（４）と
しては、固定子（３）を構成する前記の絶縁性樹脂と同
様の樹脂より成るフィルムが使用される。移動子（６）
を構成する絶縁性フィルム（４）として、特に好ましい
フィルムは、密度、曲げ弾性率、耐皺性等の点からポリ
エチレンテレフタレートフィルムである。

【００２２】絶縁性フィルム（４）の厚さは、１０〜２
００μｍであり、好ましくは、絶縁性支持体（１）に並
べた帯状電極（２）のピッチをＰとし、帯状電極（２）
の表面と絶縁性フィルム（４）と抵抗体層（５）との境
界面との距離をＧとした場合、絶縁性フィルム（４）の
厚さは、０．１５＜Ｇ／Ｐ＜０．４の関係を満足する範
囲とするのがよい。

【００２３】そして、抵抗体層（５）を設ける方向は、
移動子（６）の固定子（３）と接する面または他方の面
の何れでも可能であるが、好ましくは、後者の面上が望
ましい。

【００２４】絶縁性フィルム（４）にエステル系可塑剤
を配合したビニル系樹脂を抵抗体層（５）として積層す
る方法は、特に制限されず、例えば、共押し出しやカレ
ンダーによる溶融成型法、ペースト状態で塗布したのち
加熱ゲル化させるペースト加工法、溶剤に溶解した溶液
をグラビアロールやバーコーターダイにより塗布したの
ち乾燥させる溶液塗布法などを採用し得る。

【００２５】上記の溶液塗布法において、溶媒としては
、ビニル系樹脂とエステル系可塑剤の共通溶媒であれば
いずれの溶媒でも使用できる。このような溶媒としては
、例えば、テトラヒドロフラン、メチルエチルケトン等
が挙げられる。そして、斯かる溶液塗布法を採用する場
合は、ビニル系樹脂にエステル系可塑剤を予め配合する
必要はない。

【００２６】絶縁性フィルム（４）にエステル系可塑剤
を配合したビニル系樹脂を抵抗体層（５）として積層す
る場合、その厚さは、０．０１〜２０μ、好ましくは、
０．１〜１０μの範囲とされる。抵抗体層（５）の厚さ
が０．０１μより薄い場合は、厚さむらが生じ易く、抵
抗値のばらつきの原因となるので好ましくない。

【００２７】なお、本発明においては、前述のように、
エステル系可塑剤を配合した塩化ビニル系樹脂をフィル
ム乃至はシート状となし、それ自体を抵抗体として単独
に使用して移動子（６）を構成することもできる。そし
て、この場合は、フィルム等の厚さは、強度などを勘案
した適宜の厚さが選ばれる。

【００２８】本発明のフィルムアクチュエータは、上記
のようにして構成された固定子（３）と移動子（６）か
ら成り、公知のフィルムアクチュエータと同様の作動原
理に従って駆動される。

【００２９】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を越えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。なお、以下の例におい
ては、次の材料を使用した。 （１）移動子の絶縁性フィルム ポリエチレンテレフタレートフィルム（ダイヤホイル社
製、Ｓ−２５、厚さ２５μｍ　） （２）抵抗体層のビニル系樹脂および可塑剤塩化ビニル
樹脂（三菱化成ビニル社製、Ｐ４４０）ジオクチルフタ
レート（三菱化成ビニル社製）（３）塗布溶剤 テトラヒドロフラン

【００３０】実施例１ 移動子の絶縁性フィルムの一方の面に下記混合物の溶液
を塗布して乾燥した。塗布量は、乾燥後の塗布厚さが５
μとなるようにＴダイにて調整した。 （１）塩化ビニル樹脂　　　　　　　　　　　　　　９
．８重量部（２）ジオクチルフタレート　　　　　　　
　５．２重量部（３）テトラヒドロフラン　　　　　　
　　　　　　８５重量部

【００３１】得られた移動子の
抵抗体層の表面固有抵抗率を測定したところ、１．２×
１０１４Ω／□であった。 なお、測定器は、アドバンテスト社製の超高抵抗計、Ｒ
８３４０Ａを使用し、２３℃、５０％の条件下に行った
。また、上記の抵抗体層を強制的に加湿させた状態（２
３℃、８０％）で表面固有抵抗率を測定（測定は上記と
同様）したところ、１．２×１０１４Ω／□であり、湿
度の影響は殆どなかった。また、帯状電極のピッチが０
．４ｍｍの固定子（ポリエチレンテレフタレートフィル
ム使用）を用いて、第１図（ａ）〜（ｄ）に示す要領で
駆動したところ、移動子は円滑に移動した。

【００３２】上記において、±５００ｖの駆動電圧を用
い、第１図（ｂ）における電線（７）、（８）のそれぞ
れに、負、正の電圧を印加する時間を４５０〜０．９ｍ
ｓ、第１図（ｃ）における電線（７）、（８）、（９）
のそれぞれに、負、正、負の電圧を印加する時間を５０
〜０．１ｍｓに変化させた印可電圧パターンを適用した
ところ（すなわち、周波数を２Ｈｚから１ＫＨｚに変化
させる）、移動子が０．８〜４００ｍｍ／ｓで移動する
のが確認された。

【００３３】比較例１塩化ビニル樹脂とジオクチルフタ
レートとの割合を下記のように変更した他は、実施例１
と同様にして移動子を作製した。塗布量は、乾燥後の塗
布厚さが５μとなるようにＴダイにて調整した。 （１）塩化ビニル樹脂　　　　　　　　　　　　１４．
５重量部（２）ジオクチルフタレート　　　　　　　　
０．５重量部（３）テトラヒドロフラン　　　　　　　
　　　　　８５重量部

【００３４】得られた移動子の抵
抗体層の表面固有抵抗率について、実施例１と同様にし
て測定したところ、５×１０１６Ω／□以上であった。 また、実施例１と同様にして移動子を駆動したところ、
移動子は移動しなかった。

【００３５】比較例２ 塩化ビニル樹脂とジオクチルフタレートとの割合を下記
のように変更した他は、実施例１と同様にして移動子を
作製した。塗布量は、乾燥後の塗布厚さが５μとなるよ
うにＴダイにて調整した。 （１）塩化ビニル樹脂　　　　　　　　　　　　６．７
５重量部（２）ジオクチルフタレート　　　　　　９．
７５重量部（３）テトラヒドロフラン　　　　　　　　
　　　　８５重量部

【００３６】得られた移動子の抵抗
体層の表面固有抵抗率について、実施例１と同様にして
測定したところ、２×１０１１Ω／□以上であった。ま
た、実施例１と同様にして移動子を駆動したところ、移
動子は移動しなかった。

【００３７】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、湿度の影
響を受けず、且つ、正確に作動し得るフィルムアクチュ
エータが提供される。しかも、本発明によれば、フィル
ムアクチュエーターを透明なものとすることも出来る。 よって、本発明は、フィルムアクチュエータの実用化に
寄与するところ大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）〜（ｄ）は、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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　絶縁性支持体に帯状電極を所定間隔で
   並べた固定子と抵抗体よりなる移動子とが接するように
   配置されて成るフィルムアクチュエータにおいて、前記
   抵抗体として、繰り返し単位の５０重量％以上が塩化ビ
   ニルで構成され、５〜６０重量％のエステル系可塑剤が
   配合され、且つ、１０１２〜１０１５Ω／□の範囲の表
   面固有抵抗を有するビニル系樹脂を使用することを特徴
   とするフィルムアクチュエータ。