JPH04340371A - 静電アクチュエータ - Google Patents
静電アクチュエータInfo
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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。
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、静電アクチュエータに
関するものであり、詳しくは、円滑に駆動し得るように
改良された静電アクチュエータに関するものである。 【0002】 【従来の技術】静電アクチュエータは、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の
ような絶縁性薄葉体に抵抗体層を設けた移動子とから成
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させるもの
である(平成元年度電気学会全国大会講演予稿集6−1
91,日経メカニカル1989.5.29,112〜1
13ページ等)。 【0003】静電アクチュエータは、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、静電
アクチュエータは、ワードプロセッサーやファクシミリ
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2(a)〜(d)は、移動子を絶縁性フ
ィルムにて構成した静電アクチュエータ(静電フィルム
アクチュエータ)の駆動原理の説明図であり、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。 【0006】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、抵抗体層(5)の抵抗
値が高いために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、右方向の駆動力が発生する。 【0007】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。 【0008】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、電荷充電操作と移動操作
と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、以下の[表1]に例示し
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(c)に示す状態である。 【0009】 【表1】 【0010】そして、静電アクチュエータを電極1ピッ
チ毎に安定に連続移動させるには、移動子(6)(抵抗
体層(5))の表面固有抵抗率は、1012〜1015
Ω/□の範囲でなければならないとされている。その理
由は、次の通りである。すなわち、移動子(6)の表面
固有抵抗が大きい場合には電荷充電に比較的長い時間を
要し、小さい場合には誘導された電荷が瞬時に減衰する
。 ところが、図2に示した静電アクチュエータの場合には
、移動子を構成する絶縁性フィルムの抵抗値が大き過ぎ
るために、上記のような抵抗体層を当該絶縁性フィルム
に設けて僅かな導電性を付与する必要がある。なお、当
然ではあるが、図2に示した公知の静電アクチュエータ
において、絶縁性フィルム(4)の代わりに、これと同
程度の抵抗値を有する他の絶縁性薄葉体を使用してもよ
い。 【0011】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、静電ア
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、移動子の絶縁性薄葉体が平滑である場合は、固
定子と移動子の間に空気が十分に進入せず、両者間の摩
擦が大きくなり、移動子が円滑に移動しなくなるとの問
題がある。特に、上記の電荷充電操作においては、移動
子が固定子に吸引密着されているために両者間の摩擦は
大きい。 【0012】 【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、固定子と移動子フィル
ムの接触表面を特定状態にするならば、両者間に空気を
十分に進入させることができ、上記の問題を効果的に解
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、円滑に駆動し得るように改良され
た静電アクチュエータの提供を目的とするものである。 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絶縁性薄葉体に正負
の電荷を付与した移動子とが接するように配置して成る
静電アクチュエータにおいて、固定子の移動子と接触す
る側の表面および/または移動子の固定子と接触する側
の表面に、特許請求の範囲に記載の数式[数1]及び[
数2]を満足する凹凸パターンを設けるか、または、特
許請求の範囲に記載の数式[数3]を満足する孔を0.
1個/cm2 以上設けたことを特徴とする静電アクチ
ュエータに存する。 【0013】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
静電アクチュエータの基本的構成は、図2において、移
動子(6)の構成材料が絶縁性フィルムに限定されず、
また、移動子の構成がこれに抵抗体層を設けたものに限
定されない点を除き、同図に示した公知の静電アクチュ
エータと同じである。従って、以下の説明においては、
便宜上、図2中の(4)を絶縁性薄葉体として図2を参
照する。本発明静電アクチュエータは、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)
と絶縁性薄葉体(4)に正負の電荷を付与した移動子(
6)とから成る。 【0014】先ず、固定子(3)について説明する。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、絶縁性の良好な各種の
合成樹脂、セラミックス、ガラス等を使用することがで
きる。そして、具体的には、後述の凹凸パターン等の形
成態様に適合した材料が選定される。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、エポキシ樹
脂、ポリエステル樹脂である。 【0015】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)の表面に並べて設けても
、または、絶縁性支持体(1)の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、静電アク
チュエータの発生力、駆動電圧等の駆動性能を向上させ
る為には帯状電極間隔の微細化が望ましい。 【0016】次に、移動子(6)について説明する。移
動子(6)を構成する絶縁性薄葉体(4)は、好適には
、固定子(3)を構成する前記の絶縁性樹脂と同様の合
成樹脂より構成されるが、斯かる合成樹脂と同程度の抵
抗値を有するガラス又はセラミックスにて構成すること
もできる。そして、この場合も、後述の凹凸パターン等
の形成態様に適合した材料が選定される。絶縁性薄葉体
(4)を絶縁性フィルムで構成する場合、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。 【0017】絶縁性薄葉体(4)に正負の電荷を付与す
る方法は、図2に示した公知の静電フィルムアクチュエ
ータと同様に、絶縁性薄葉体(4)に抵抗体層(5)を
設ける方法が挙げられる。具体的には、例えば、絶縁性
薄葉体(4)の表面に帯電防止効果の弱い帯電防止剤を
塗布する方法等を使用し得る。この場合、抵抗体層(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。そして、抵抗体層(5)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あ
ってもよいが、後者の面上が好ましい。 【0018】また、絶縁性薄葉体(4)に正負の電荷を
付与する方法は、上記の方法に限られず、当業者にとっ
て自明の各種の他の方法を採用し得る。例えば、絶縁性
薄葉体(4)を絶縁性フィルムで構成する場合には、カ
ーボンブラック等の導電性物質を練り込んで絶縁性薄葉
体(4)自体を上記と同様の抵抗率を有する抵抗体とす
る方法、絶縁性薄葉体(4)に帯状電極を設ける方法、
イオン発生装置を利用する方法、絶縁性薄葉体(4)に
エレクトレット材料を利用する方法等が挙げられる。 【0019】絶縁性薄葉体(4)に帯状電極を設ける方
法は、特に図示しないが、図2において、電線(7)及
び(8)に対応する2相構造の帯状電極を固定子の帯状
電極(2)と対応させて設け、これらの電線に常時正負
の電圧を印加する方法であって、各帯状電極に存する正
負の電荷を鏡像電荷■及び■の代わりに利用する方法で
ある。また、イオン発生装置を利用する方法は、固定子
(3)に接して絶縁性薄葉体(4)を配置し、電線(7
)、電線(8)に正負の電圧を印加して電荷を誘導した
後、除電器として知られているイオン発生装置(針電極
に交流電圧を印加してコロナ放電を起こさせ生じた正負
のイオン風を送風機にて帯電物体に当てるようになされ
た装置)からのイオン風を絶縁性薄葉体(4)の表面に
当てる方法であって、絶縁性薄葉体(4)の表面に形成
されたイオン化空気層を鏡像電荷■及び■の代わりに利
用する方法である。そして、イオン発生装置としては、
「静電気ハンドブック」(静電気学会偏、オーム社出版
、第1版819頁以降)に記載の各種の除電器を使用す
ることができる。 【0020】絶縁性薄葉体(4)の厚さは、当該絶縁性
薄葉体に電荷を付与する方法によって静電アクチュエー
タの発生力が異なるために一概には決定できないが、通
常は10μm以上とされる。そして、電荷を付与する方
法として絶縁性薄葉体(4)に抵抗体層(5)を設ける
方法を採用した場合には、10〜200μmの範囲とす
るのが好ましい。また、電荷の付与が何れの方法で行わ
れる場合においても、絶縁性薄葉体(4)の厚さは、絶
縁性支持体(1)に並べた帯状電極(2)の間隔をPと
し、帯状電極(2)の表面と絶縁性薄葉体(4)と抵抗
体層(5)(絶縁性薄葉体(4)に帯状電極を設けた場
合は当該帯状電極、イオン化空気層を形成した場合はそ
れ自体)との境界面との距離をGとした場合、0.15
<G/P<0.4の関係を満足する範囲とするのが好ま
しい。 【0021】本発明の最大の特徴は、固定子(3)の移
動子(6)と接触する側の表面および/または移動子(
6)の固定子(3)と接触する側の表面に、次の数式[
数4]([数1]と同じ)及び[数5]([数2]と同
じ)を満足する凹凸パターンを設けるか、または、次の
数式[数6]([数3]と同じ)を満足する孔を0.1
個/cm2 以上設けた点にある。そして、このような
粗面化により、固定子(3)と移動子(6)の接触面積
を減少させて摩擦を小さくでき、移動子(6)の滑り性
を向上させることができる。上記の粗面化は、固定子(
3)と移動子(6)との両者の接触間に対して行うこと
ができるが、一方は平坦面とし、他方のみを粗面化する
ことが好ましい。 【0022】 【数4】0.01<h/t 【数5】10(μm)<t 【数6】20<D 【0023】上記の各数式中、hは凹凸パターンの凸部
の高さ(Rmax.,μm)、tは移動子の絶縁性薄葉
体(4)または固定子(3)の厚さ(μm)、Dは孔直
径(μm)を表す。そして、移動子の絶縁性薄葉体(4
)の厚さは、導電性物質を練り込んで絶縁性薄葉体(4
)自体を抵抗体とした場合は移動子(6)自体の厚さを
意味し、また、絶縁性薄葉体(4)に抵抗層(5)を設
けた場合において当該抵抗体層の厚さが無視し得るよう
に薄い場合も移動子(6)自体の厚さを意味する。そし
て、上記の各数式において、[数4]式の好ましい値は
0.05、固定子(3)についての[数5]式の好まし
い値は50、移動子(6)についての[数5]式の好ま
しい値は25、[数6]式の好ましい値は50である。 【0024】上記の凹凸パターンの形成方法は、特に限
定されず、凹凸パターンを施す面の材料の種類に応じ、
以下に例示する方法を適宜採用し得る。 (a)平滑面に無機粒子等を含む塗布液をコーティング
する方法 (b)結晶化促進処理および結晶化促進剤などを添加す
る方法 (c)二酸化珪素、二酸化チタン、炭酸カルシウム等の
無機粒子および相溶性のないポリマー等を添加する方法
(d)機械的エンボス加工、サンドブラスト加工による
方法 (e)溶剤処理、コロナ放電、プラズマ放電、電子線照
射、X線照射等の表面処理による方法 (f)グラビアコーティングにより独立セル又は溝を転
写させる方法 上記の(b)及び(c)の方法は、主として合成樹脂を
使用した場合に適用される。そして、上記の各方法のう
ち、特に、無機粒子として略均一粒径(5〜20μmの
範囲)の球状粒子(例えばガラスヒーズ)を使用した(
a)の方法は好適である。 【0025】また、孔の形成は、例えば、機械的パンチ
法あるいはその他の適当な方法により容易に行い得る。 【0026】そして、上記の凹凸パターンが固定子(3
)の表面に設けられる場合においては、凹凸パターンの
凸部の高さ(Rmax.)を5μm以上とするのが好ま
しい。また、上記の孔は移動子に設けるのが好ましい。 【0027】本発明の静電アクチュエータは、上記のよ
うにして構成された固定子と移動子とから成り、公知の
静電アクチュエータと同様の駆動原理に従って駆動され
る。 【0028】 【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳しく説明
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。 【0029】実施例1 厚さ50μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(
ダイアホイル社製、S−100)の一方の表面に平均粒
径10μmの中空ガラスビーズ(東芝バロティーニ社製
)を含むポリウレタン樹脂塗布液(溶剤:テトラドロフ
ラン、固形分濃度:15重量%、ガラスビース濃度:約
1重量%)をバーコーターにて塗布して乾燥した。乾燥
後の塗膜の厚さは、1〜2μmであった。 【0030】上記の粗面化フィルムの表面粗度Rmax
.を測定し、凸部の高さ(hμm)を求めてh/tを計
算したところ、それぞれ、Rmax.=8μm、h/t
=0.16であった。上記の粗面化フィルムを100m
m×100mmに切断して移動子の絶縁フィルム(4)
とし、平滑面側の表面に帯電防止効果の弱い帯電防止剤
をスプレー塗布して抵抗体層(5)を形成して移動子(
6)を作製した(抵抗体層の表面抵抗率は、1×101
4Ω/□)。電極幅が0.4mm、電極ピッチが1.2
7mmの3相構造の帯状電極(2)を設けた固定子(3
)(絶縁性支持体:エポキシ樹脂シート)と上記の移動
子(6)とを接するように配置し、図1の概念図に示す
本発明の静電アクチュエータを作製した。上記の静電ア
クチュエータを図2(a)〜図2(d)示す要領に従っ
て、以下の[表2]に示す駆動条件で駆動させたところ
、移動子(6)は、連続的かつ円滑に移動した。 【0031】 【表2】<駆動条件> 初期充電時間:10s 充電時間 :450ms 移動時間 :50ms 駆動周波数 :2Hz 駆動電圧 :±800v 【0032】実施例2 厚さ100μmのポリエチレンテレフタレートフィルム
(ダイアホイル社製、S−100)の一方の表面にエン
ボスロールで凹凸パターンを形成した。凹凸パターンの
形成条件は次の[表3]に示す通りである。 【表3】 エンボスロール
#800 エンボスロール温度
170℃ バ
ックアップロール線圧
100kg/cm フィルム巻取速度
2m/min 【0
033】上記の粗面化フィルムの表面粗度Rmax.を
測定し、凸部の高さ(hμm)を求めてh/tを計算し
たところ、それぞれ、Rmax.=5μm、h/t=0
.05であった。上記の粗面化フィルムを移動子の絶縁
フィルム(4)として使用した他は、実施例1と同様に
して図1に示す静電アクチュエータを作製し、実施例1
と同一条件で駆動させたところ、移動子(6)は、連続
的かつ円滑に移動した。 【0034】実施例3 厚さ25μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(
ダイアホイル社製、S−100)の一方の表面にグラビ
アロールで凹凸パターンを転写加工した。凹凸パターン
の転写加工条件は次の[表4]に示す通りである。 【表4】 グラビアロール
13.3線/cm 塗布液
セル寸法150μm ニトロセルロース(
セルノバBTH1/2) 100重量部 アエ
ロジルシリカR972
2重量部 メチルエチルケトン
150重量部 トルエン
40重量部【0035】上記の粗面化フィルムの表面粗
度Rmax.を測定し、凸部の高さ(hμm)を求めて
h/tを計算したところ、それぞれ、Rmax.=5μ
m、h/t=0.2であった。上記の粗面化フィルムを
移動子の絶縁フィルム(4)として使用した他は、実施
例1と同様にして図1に示す静電アクチュエータを作製
し、実施例1と同一条件で駆動させたところ、移動子(
6)は、連続的かつ円滑に移動した。 【0036】実施例4 厚さ100μmのポリエチレンテレフタレートフィルム
(ダイアホイル社製、S−100)に機械的パンチ法に
よって孔直径0.2mm孔を4個/cm2形成した。上
記の粗面化フィルムを移動子の絶縁フィルム(4)とし
て使用した他は、実施例1と同様にして図1に示す静電
アクチュエータを作製し、実施例1と同一条件で駆動さ
せたところ、移動子(6)は、連続的かつ円滑に移動し
た。 【0037】実施例5 実施例1で使用した粗面化フィルムの平坦面側の表面に
電極幅が0.2mm、電極ピッチが0.4mmの2相構
造の帯状電極を形成して移動子(6)を作製した。電極
幅が0.2mm、電極ピッチが0.4mmの3相構造の
帯状電極(2)を設けた固定子(3)(絶縁性支持体:
ポリエチレンテレフタレートフィルム)と上記の移動子
(6)とを接するように配置し、図1の概念図に示す本
発明の静電アクチュエータを作製した。次いで、2相構
造の帯状電極に±600vの電圧を印加した状態で以下
の[表5]に示す駆動条件で駆動させたところ、移動子
(6)は、連続的かつ円滑に移動した。 【0038】 【表5】<駆動条件> 充電時間 :450ms 移動時間 :50ms 駆動周波数 :2Hz 駆動電圧 :±600v 【0039】実施例6 実施例1において、粗面化フィルムに帯電防止剤のスプ
レー塗布を省略した他は、実施例1と同様に、粗面化フ
ィルムと固定子(3)とを接するように配置した。そし
て、固定子(3)の帯状電極(7)と(8)に正負の電
圧を印加した状態で粗面化フィルムの表面にイオン風を
当てた。イオン化装置としては、日本スタテック社製の
除電装置SH−2型を使用した。次いで、実施例1と同
一条件で駆動させたところ、移動子(6)は、連続的か
つ円滑に移動した。なお、連続駆動試験においては、粗
面化フィルムの表面にイオン風を連続的に当てた方が円
滑に駆動することが確認された。 【0040】比較例1 厚さ100μmのポリエチレンテレフタレートフィルム
(ダイアホイル社製、S−100)の表面粗度Rmax
.を測定し、凸部の高さ(hμm)を求めてh/tを計
算したところ、それぞれ、Rmax.=0.2μm、h
/t=0.002であった。上記の平坦フィルムを移動
子の絶縁フィルム(4)として使用した他は、実施例1
と同様にして図1に示す静電アクチュエータを作製し、
実施例1と同一条件で駆動させたところ、移動子(6)
は、全く移動しなかった。そして、駆動電圧を±100
0vに高めて力密度を向上させても、移動子(6)は、
移動しなかった。 【0041】 【発明の効果】以上説明した本発明によれば、円滑に駆
動し得るように改良された静電アクチュエータが提供さ
れる。よって、本発明は、静電アクチュエータの実用化
に寄与するところ大である。
関するものであり、詳しくは、円滑に駆動し得るように
改良された静電アクチュエータに関するものである。 【0002】 【従来の技術】静電アクチュエータは、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の
ような絶縁性薄葉体に抵抗体層を設けた移動子とから成
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させるもの
である(平成元年度電気学会全国大会講演予稿集6−1
91,日経メカニカル1989.5.29,112〜1
13ページ等)。 【0003】静電アクチュエータは、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、静電
アクチュエータは、ワードプロセッサーやファクシミリ
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2(a)〜(d)は、移動子を絶縁性フ
ィルムにて構成した静電アクチュエータ(静電フィルム
アクチュエータ)の駆動原理の説明図であり、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。 【0006】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、抵抗体層(5)の抵抗
値が高いために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、右方向の駆動力が発生する。 【0007】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。 【0008】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、電荷充電操作と移動操作
と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、以下の[表1]に例示し
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(c)に示す状態である。 【0009】 【表1】 【0010】そして、静電アクチュエータを電極1ピッ
チ毎に安定に連続移動させるには、移動子(6)(抵抗
体層(5))の表面固有抵抗率は、1012〜1015
Ω/□の範囲でなければならないとされている。その理
由は、次の通りである。すなわち、移動子(6)の表面
固有抵抗が大きい場合には電荷充電に比較的長い時間を
要し、小さい場合には誘導された電荷が瞬時に減衰する
。 ところが、図2に示した静電アクチュエータの場合には
、移動子を構成する絶縁性フィルムの抵抗値が大き過ぎ
るために、上記のような抵抗体層を当該絶縁性フィルム
に設けて僅かな導電性を付与する必要がある。なお、当
然ではあるが、図2に示した公知の静電アクチュエータ
において、絶縁性フィルム(4)の代わりに、これと同
程度の抵抗値を有する他の絶縁性薄葉体を使用してもよ
い。 【0011】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、静電ア
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、移動子の絶縁性薄葉体が平滑である場合は、固
定子と移動子の間に空気が十分に進入せず、両者間の摩
擦が大きくなり、移動子が円滑に移動しなくなるとの問
題がある。特に、上記の電荷充電操作においては、移動
子が固定子に吸引密着されているために両者間の摩擦は
大きい。 【0012】 【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、固定子と移動子フィル
ムの接触表面を特定状態にするならば、両者間に空気を
十分に進入させることができ、上記の問題を効果的に解
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、円滑に駆動し得るように改良され
た静電アクチュエータの提供を目的とするものである。 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絶縁性薄葉体に正負
の電荷を付与した移動子とが接するように配置して成る
静電アクチュエータにおいて、固定子の移動子と接触す
る側の表面および/または移動子の固定子と接触する側
の表面に、特許請求の範囲に記載の数式[数1]及び[
数2]を満足する凹凸パターンを設けるか、または、特
許請求の範囲に記載の数式[数3]を満足する孔を0.
1個/cm2 以上設けたことを特徴とする静電アクチ
ュエータに存する。 【0013】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
静電アクチュエータの基本的構成は、図2において、移
動子(6)の構成材料が絶縁性フィルムに限定されず、
また、移動子の構成がこれに抵抗体層を設けたものに限
定されない点を除き、同図に示した公知の静電アクチュ
エータと同じである。従って、以下の説明においては、
便宜上、図2中の(4)を絶縁性薄葉体として図2を参
照する。本発明静電アクチュエータは、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)
と絶縁性薄葉体(4)に正負の電荷を付与した移動子(
6)とから成る。 【0014】先ず、固定子(3)について説明する。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、絶縁性の良好な各種の
合成樹脂、セラミックス、ガラス等を使用することがで
きる。そして、具体的には、後述の凹凸パターン等の形
成態様に適合した材料が選定される。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、エポキシ樹
脂、ポリエステル樹脂である。 【0015】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)の表面に並べて設けても
、または、絶縁性支持体(1)の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、静電アク
チュエータの発生力、駆動電圧等の駆動性能を向上させ
る為には帯状電極間隔の微細化が望ましい。 【0016】次に、移動子(6)について説明する。移
動子(6)を構成する絶縁性薄葉体(4)は、好適には
、固定子(3)を構成する前記の絶縁性樹脂と同様の合
成樹脂より構成されるが、斯かる合成樹脂と同程度の抵
抗値を有するガラス又はセラミックスにて構成すること
もできる。そして、この場合も、後述の凹凸パターン等
の形成態様に適合した材料が選定される。絶縁性薄葉体
(4)を絶縁性フィルムで構成する場合、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。 【0017】絶縁性薄葉体(4)に正負の電荷を付与す
る方法は、図2に示した公知の静電フィルムアクチュエ
ータと同様に、絶縁性薄葉体(4)に抵抗体層(5)を
設ける方法が挙げられる。具体的には、例えば、絶縁性
薄葉体(4)の表面に帯電防止効果の弱い帯電防止剤を
塗布する方法等を使用し得る。この場合、抵抗体層(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。そして、抵抗体層(5)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あ
ってもよいが、後者の面上が好ましい。 【0018】また、絶縁性薄葉体(4)に正負の電荷を
付与する方法は、上記の方法に限られず、当業者にとっ
て自明の各種の他の方法を採用し得る。例えば、絶縁性
薄葉体(4)を絶縁性フィルムで構成する場合には、カ
ーボンブラック等の導電性物質を練り込んで絶縁性薄葉
体(4)自体を上記と同様の抵抗率を有する抵抗体とす
る方法、絶縁性薄葉体(4)に帯状電極を設ける方法、
イオン発生装置を利用する方法、絶縁性薄葉体(4)に
エレクトレット材料を利用する方法等が挙げられる。 【0019】絶縁性薄葉体(4)に帯状電極を設ける方
法は、特に図示しないが、図2において、電線(7)及
び(8)に対応する2相構造の帯状電極を固定子の帯状
電極(2)と対応させて設け、これらの電線に常時正負
の電圧を印加する方法であって、各帯状電極に存する正
負の電荷を鏡像電荷■及び■の代わりに利用する方法で
ある。また、イオン発生装置を利用する方法は、固定子
(3)に接して絶縁性薄葉体(4)を配置し、電線(7
)、電線(8)に正負の電圧を印加して電荷を誘導した
後、除電器として知られているイオン発生装置(針電極
に交流電圧を印加してコロナ放電を起こさせ生じた正負
のイオン風を送風機にて帯電物体に当てるようになされ
た装置)からのイオン風を絶縁性薄葉体(4)の表面に
当てる方法であって、絶縁性薄葉体(4)の表面に形成
されたイオン化空気層を鏡像電荷■及び■の代わりに利
用する方法である。そして、イオン発生装置としては、
「静電気ハンドブック」(静電気学会偏、オーム社出版
、第1版819頁以降)に記載の各種の除電器を使用す
ることができる。 【0020】絶縁性薄葉体(4)の厚さは、当該絶縁性
薄葉体に電荷を付与する方法によって静電アクチュエー
タの発生力が異なるために一概には決定できないが、通
常は10μm以上とされる。そして、電荷を付与する方
法として絶縁性薄葉体(4)に抵抗体層(5)を設ける
方法を採用した場合には、10〜200μmの範囲とす
るのが好ましい。また、電荷の付与が何れの方法で行わ
れる場合においても、絶縁性薄葉体(4)の厚さは、絶
縁性支持体(1)に並べた帯状電極(2)の間隔をPと
し、帯状電極(2)の表面と絶縁性薄葉体(4)と抵抗
体層(5)(絶縁性薄葉体(4)に帯状電極を設けた場
合は当該帯状電極、イオン化空気層を形成した場合はそ
れ自体)との境界面との距離をGとした場合、0.15
<G/P<0.4の関係を満足する範囲とするのが好ま
しい。 【0021】本発明の最大の特徴は、固定子(3)の移
動子(6)と接触する側の表面および/または移動子(
6)の固定子(3)と接触する側の表面に、次の数式[
数4]([数1]と同じ)及び[数5]([数2]と同
じ)を満足する凹凸パターンを設けるか、または、次の
数式[数6]([数3]と同じ)を満足する孔を0.1
個/cm2 以上設けた点にある。そして、このような
粗面化により、固定子(3)と移動子(6)の接触面積
を減少させて摩擦を小さくでき、移動子(6)の滑り性
を向上させることができる。上記の粗面化は、固定子(
3)と移動子(6)との両者の接触間に対して行うこと
ができるが、一方は平坦面とし、他方のみを粗面化する
ことが好ましい。 【0022】 【数4】0.01<h/t 【数5】10(μm)<t 【数6】20<D 【0023】上記の各数式中、hは凹凸パターンの凸部
の高さ(Rmax.,μm)、tは移動子の絶縁性薄葉
体(4)または固定子(3)の厚さ(μm)、Dは孔直
径(μm)を表す。そして、移動子の絶縁性薄葉体(4
)の厚さは、導電性物質を練り込んで絶縁性薄葉体(4
)自体を抵抗体とした場合は移動子(6)自体の厚さを
意味し、また、絶縁性薄葉体(4)に抵抗層(5)を設
けた場合において当該抵抗体層の厚さが無視し得るよう
に薄い場合も移動子(6)自体の厚さを意味する。そし
て、上記の各数式において、[数4]式の好ましい値は
0.05、固定子(3)についての[数5]式の好まし
い値は50、移動子(6)についての[数5]式の好ま
しい値は25、[数6]式の好ましい値は50である。 【0024】上記の凹凸パターンの形成方法は、特に限
定されず、凹凸パターンを施す面の材料の種類に応じ、
以下に例示する方法を適宜採用し得る。 (a)平滑面に無機粒子等を含む塗布液をコーティング
する方法 (b)結晶化促進処理および結晶化促進剤などを添加す
る方法 (c)二酸化珪素、二酸化チタン、炭酸カルシウム等の
無機粒子および相溶性のないポリマー等を添加する方法
(d)機械的エンボス加工、サンドブラスト加工による
方法 (e)溶剤処理、コロナ放電、プラズマ放電、電子線照
射、X線照射等の表面処理による方法 (f)グラビアコーティングにより独立セル又は溝を転
写させる方法 上記の(b)及び(c)の方法は、主として合成樹脂を
使用した場合に適用される。そして、上記の各方法のう
ち、特に、無機粒子として略均一粒径(5〜20μmの
範囲)の球状粒子(例えばガラスヒーズ)を使用した(
a)の方法は好適である。 【0025】また、孔の形成は、例えば、機械的パンチ
法あるいはその他の適当な方法により容易に行い得る。 【0026】そして、上記の凹凸パターンが固定子(3
)の表面に設けられる場合においては、凹凸パターンの
凸部の高さ(Rmax.)を5μm以上とするのが好ま
しい。また、上記の孔は移動子に設けるのが好ましい。 【0027】本発明の静電アクチュエータは、上記のよ
うにして構成された固定子と移動子とから成り、公知の
静電アクチュエータと同様の駆動原理に従って駆動され
る。 【0028】 【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳しく説明
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。 【0029】実施例1 厚さ50μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(
ダイアホイル社製、S−100)の一方の表面に平均粒
径10μmの中空ガラスビーズ(東芝バロティーニ社製
)を含むポリウレタン樹脂塗布液(溶剤:テトラドロフ
ラン、固形分濃度:15重量%、ガラスビース濃度:約
1重量%)をバーコーターにて塗布して乾燥した。乾燥
後の塗膜の厚さは、1〜2μmであった。 【0030】上記の粗面化フィルムの表面粗度Rmax
.を測定し、凸部の高さ(hμm)を求めてh/tを計
算したところ、それぞれ、Rmax.=8μm、h/t
=0.16であった。上記の粗面化フィルムを100m
m×100mmに切断して移動子の絶縁フィルム(4)
とし、平滑面側の表面に帯電防止効果の弱い帯電防止剤
をスプレー塗布して抵抗体層(5)を形成して移動子(
6)を作製した(抵抗体層の表面抵抗率は、1×101
4Ω/□)。電極幅が0.4mm、電極ピッチが1.2
7mmの3相構造の帯状電極(2)を設けた固定子(3
)(絶縁性支持体:エポキシ樹脂シート)と上記の移動
子(6)とを接するように配置し、図1の概念図に示す
本発明の静電アクチュエータを作製した。上記の静電ア
クチュエータを図2(a)〜図2(d)示す要領に従っ
て、以下の[表2]に示す駆動条件で駆動させたところ
、移動子(6)は、連続的かつ円滑に移動した。 【0031】 【表2】<駆動条件> 初期充電時間:10s 充電時間 :450ms 移動時間 :50ms 駆動周波数 :2Hz 駆動電圧 :±800v 【0032】実施例2 厚さ100μmのポリエチレンテレフタレートフィルム
(ダイアホイル社製、S−100)の一方の表面にエン
ボスロールで凹凸パターンを形成した。凹凸パターンの
形成条件は次の[表3]に示す通りである。 【表3】 エンボスロール
#800 エンボスロール温度
170℃ バ
ックアップロール線圧
100kg/cm フィルム巻取速度
2m/min 【0
033】上記の粗面化フィルムの表面粗度Rmax.を
測定し、凸部の高さ(hμm)を求めてh/tを計算し
たところ、それぞれ、Rmax.=5μm、h/t=0
.05であった。上記の粗面化フィルムを移動子の絶縁
フィルム(4)として使用した他は、実施例1と同様に
して図1に示す静電アクチュエータを作製し、実施例1
と同一条件で駆動させたところ、移動子(6)は、連続
的かつ円滑に移動した。 【0034】実施例3 厚さ25μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(
ダイアホイル社製、S−100)の一方の表面にグラビ
アロールで凹凸パターンを転写加工した。凹凸パターン
の転写加工条件は次の[表4]に示す通りである。 【表4】 グラビアロール
13.3線/cm 塗布液
セル寸法150μm ニトロセルロース(
セルノバBTH1/2) 100重量部 アエ
ロジルシリカR972
2重量部 メチルエチルケトン
150重量部 トルエン
40重量部【0035】上記の粗面化フィルムの表面粗
度Rmax.を測定し、凸部の高さ(hμm)を求めて
h/tを計算したところ、それぞれ、Rmax.=5μ
m、h/t=0.2であった。上記の粗面化フィルムを
移動子の絶縁フィルム(4)として使用した他は、実施
例1と同様にして図1に示す静電アクチュエータを作製
し、実施例1と同一条件で駆動させたところ、移動子(
6)は、連続的かつ円滑に移動した。 【0036】実施例4 厚さ100μmのポリエチレンテレフタレートフィルム
(ダイアホイル社製、S−100)に機械的パンチ法に
よって孔直径0.2mm孔を4個/cm2形成した。上
記の粗面化フィルムを移動子の絶縁フィルム(4)とし
て使用した他は、実施例1と同様にして図1に示す静電
アクチュエータを作製し、実施例1と同一条件で駆動さ
せたところ、移動子(6)は、連続的かつ円滑に移動し
た。 【0037】実施例5 実施例1で使用した粗面化フィルムの平坦面側の表面に
電極幅が0.2mm、電極ピッチが0.4mmの2相構
造の帯状電極を形成して移動子(6)を作製した。電極
幅が0.2mm、電極ピッチが0.4mmの3相構造の
帯状電極(2)を設けた固定子(3)(絶縁性支持体:
ポリエチレンテレフタレートフィルム)と上記の移動子
(6)とを接するように配置し、図1の概念図に示す本
発明の静電アクチュエータを作製した。次いで、2相構
造の帯状電極に±600vの電圧を印加した状態で以下
の[表5]に示す駆動条件で駆動させたところ、移動子
(6)は、連続的かつ円滑に移動した。 【0038】 【表5】<駆動条件> 充電時間 :450ms 移動時間 :50ms 駆動周波数 :2Hz 駆動電圧 :±600v 【0039】実施例6 実施例1において、粗面化フィルムに帯電防止剤のスプ
レー塗布を省略した他は、実施例1と同様に、粗面化フ
ィルムと固定子(3)とを接するように配置した。そし
て、固定子(3)の帯状電極(7)と(8)に正負の電
圧を印加した状態で粗面化フィルムの表面にイオン風を
当てた。イオン化装置としては、日本スタテック社製の
除電装置SH−2型を使用した。次いで、実施例1と同
一条件で駆動させたところ、移動子(6)は、連続的か
つ円滑に移動した。なお、連続駆動試験においては、粗
面化フィルムの表面にイオン風を連続的に当てた方が円
滑に駆動することが確認された。 【0040】比較例1 厚さ100μmのポリエチレンテレフタレートフィルム
(ダイアホイル社製、S−100)の表面粗度Rmax
.を測定し、凸部の高さ(hμm)を求めてh/tを計
算したところ、それぞれ、Rmax.=0.2μm、h
/t=0.002であった。上記の平坦フィルムを移動
子の絶縁フィルム(4)として使用した他は、実施例1
と同様にして図1に示す静電アクチュエータを作製し、
実施例1と同一条件で駆動させたところ、移動子(6)
は、全く移動しなかった。そして、駆動電圧を±100
0vに高めて力密度を向上させても、移動子(6)は、
移動しなかった。 【0041】 【発明の効果】以上説明した本発明によれば、円滑に駆
動し得るように改良された静電アクチュエータが提供さ
れる。よって、本発明は、静電アクチュエータの実用化
に寄与するところ大である。
【図1】本発明の静電アクチュエータの一例を示す概念
図である。
図である。
【図2】静電アクチュエータの駆動原理の説明図である
。
。
(1):絶縁性支持体
(2):帯状電極
(3):固定子
(4):絶縁性フィルム又は絶縁性薄葉体(5):抵抗
体 (6):移動子 (7)〜(9):電線
体 (6):移動子 (7)〜(9):電線
Claims (1)
- 【請求項1】 絶縁性支持体に帯状電極を所定間隔で
並べた固定子と絶縁性薄葉体に正負の電荷を付与した移
動子とが接するように配置して成る静電アクチュエータ
において、固定子の移動子と接触する側の表面および/
または移動子の固定子と接触する側の表面に、次の数式
[数1]及び[数2]を満足する凹凸パターンを設ける
か、または、次の数式[数3]を満足する孔を0.1個
/cm2 以上設けたことを特徴とする静電アクチュエ
ータ。 【数1】0.01<h/t 【数2】10(μm)<t 【数3】20<D (上記の各数式中、hは凹凸パターンの凸部の高さ(R
max.,μm)、tは移動子の絶縁性薄葉体または固
定子の厚さ(μm)、Dは孔直径(μm)を表す)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15965191A JPH04340371A (ja) | 1990-06-05 | 1991-06-04 | 静電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-147078 | 1990-06-05 | ||
| JP14707890 | 1990-06-05 | ||
| JP15965191A JPH04340371A (ja) | 1990-06-05 | 1991-06-04 | 静電アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04340371A true JPH04340371A (ja) | 1992-11-26 |
Family
ID=26477738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15965191A Pending JPH04340371A (ja) | 1990-06-05 | 1991-06-04 | 静電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04340371A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6191518B1 (en) | 1997-05-12 | 2001-02-20 | Nec Corporation | Microactuator and method of manufacturing the same |
| JP2003244972A (ja) * | 2002-02-21 | 2003-08-29 | Toto Ltd | 静電アクチュエータ |
| US7304410B2 (en) * | 2004-03-25 | 2007-12-04 | Fanuc Ltd | Electrostatic motor including projections providing a clearance between stator and slider electrode members |
| JP2021500841A (ja) * | 2017-10-19 | 2021-01-07 | ルクセンブルク インスティトゥート オブ サイエンス アンド テクノロジー(リスト) | エンボス加工がされたハチの巣模様を有する摩擦帯電発電機 |
-
1991
- 1991-06-04 JP JP15965191A patent/JPH04340371A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6191518B1 (en) | 1997-05-12 | 2001-02-20 | Nec Corporation | Microactuator and method of manufacturing the same |
| US7152300B1 (en) | 1997-05-12 | 2006-12-26 | Denso Corporation | Method of manufacturing a micromechanical structure |
| JP2003244972A (ja) * | 2002-02-21 | 2003-08-29 | Toto Ltd | 静電アクチュエータ |
| US7304410B2 (en) * | 2004-03-25 | 2007-12-04 | Fanuc Ltd | Electrostatic motor including projections providing a clearance between stator and slider electrode members |
| JP2021500841A (ja) * | 2017-10-19 | 2021-01-07 | ルクセンブルク インスティトゥート オブ サイエンス アンド テクノロジー(リスト) | エンボス加工がされたハチの巣模様を有する摩擦帯電発電機 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
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