JP3053278B2

JP3053278B2 - 静電アクチュエータ

Info

Publication number: JP3053278B2
Application number: JP3315305A
Authority: JP
Inventors: 猛田中; 謹三袖子田; 俊郎樋口
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 1991-11-01
Filing date: 1991-11-01
Publication date: 2000-06-19
Anticipated expiration: 2015-06-19
Also published as: JPH05130784A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電誘導により誘起さ
れる分極を利用して移動体を動かす静電アクチュエータ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】静電アクチュエータは、静電誘導により
移動体上に分極を生起させ、この分極の一方と所定電圧
を印加した電極との間の反発力および吸引力を利用し、
移動体を移動させるものである。構造が簡単であるため
超小型化が容易であり、各種分野、例えば生体や宇宙機
器などへの応用が期待されている。

【０００３】図８（ａ）は、一般的な静電アクチュエー
タの構造の概略図である。移動体８８の移動方向に沿っ
た断面を示している。ステータ８０上には３組の電極８
２，８４，８６が交互に配置されており、各電極には３
相（Ａ相，Ｂ相，Ｃ相とする）のパルスが印加される。
移動体８８は絶縁体であり、ステータ８０上に配置され
た電極８２，８４，８６に電圧を印加すると、これらの
各電極に対向する移動体８８の面に静電誘導により分極
を生じる。この状態から、同図（ｂ）に示すように各電
極に印加する電圧を変化させると、分極により生じた各
電荷と各電極との間で吸引力あるいは反発力が作用し、
移動体８８が一定方向に移動する。

【０００４】また、従来の静電アクチュエータとして
は、特開平３−４０７７７号公報に開示された液体電極
型静電モータが知られており、基本的な動作原理は図８
に示したものと同じである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の静電アクチュエータにおいては、移動体の前進、後
退の方向（移動体がロータである場合には、右回り、左
回りの方向）を決めるために、最低でも３相以上の電極
が必要となる。そのため、この３相以上の電極を同一面
上で構成するには、２層以上の配線構造が必要であり、
配線が複雑になるという問題点があった。

【０００６】例えば、図９に上述した３相の電極８２，
８４，８６を移動体８８側から見た状態を示す。同図に
示すように、電極８２，８４のそれぞれは、櫛歯を相互
に噛み合わせる形状にすることにより、ステータ８０の
表面上でプリント配線技術等を用いて容易に配線するこ
とができる。ところが、３相目の電極８６は同一面上で
のプリント配線は不可能であり、裏面に導通穴を設ける
必要があり、配線が複雑になってしまう。なお、４相の
電極を用いる場合は少なくとも２層で、５相の電極を用
いる場合は少なくとも３層で配線を行う必要がある。

【０００７】また、従来の静電アクチュエータを立体構
造に適用した場合、例えば、円筒構造，２重管構造，長
方形筒構造に適用しようとすると、極めて複雑な電極の
配線が必要となり、事実上適用が困難であるという問題
点があった。特に、駆動力を増したい場合は、電極を立
体的に配置する必要があり、簡易に配線ができる方式が
望まれていた。

【０００８】本発明は、このような点に鑑みてなされた
ものであり、配線を簡略化することができるとともに、
電極の立体構造を容易に実現することができる静電アク
チュエータを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明は、多相電圧が印加される電極部を配置
したステータを有し、このステータに沿って絶縁性の移
動体を移動させる静電アクチュエータにおいて、前記電
極部は、前記多相電圧の各相に対応しかつ並列配置され
た複数の電極線を、前記移動体の移動経路に沿ってスパ
イラル状に巻き回して成る多相コイルとして形成され、
隣接する前記電極線が固着されてなることを特徴とす
る。

【００１０】ここにおいて、前記複数の電極線は、互い
に平行に配置された１本の平行線として形成することが
好ましい。

【００１１】

【作用】本発明の静電アクチュエータにおいては、前記
多相電圧の各相に対応しかつ並列配置された複数の電極
線を、前記移動体の移動経路に沿ってスパイラル状に巻
き回して多相コイルを形成する。より具体的には、複数
の電極線を１回巻き回したときに、複数の電極線の巻き
始めの位置と１回巻き回した後の位置をずらし、同様に
して複数回巻き回すことにより、ステータ上に多相電圧
の各相に対応した複数の電極を立体的に形成する。

【００１２】そして、ステータに沿って絶縁性の移動体
を移動させる場合は、各電極線に多相電圧を印加する。
このとき各電極線に対向する移動体の各部に分極が生じ
る。次に、印加している多相電圧の状態が変化すると、
分極を生じていた移動体の各部と極性が変化した電極線
との間で吸引力あるいは反発力が発生し、移動体が一定
方向に移動する。

【００１３】このように、本発明において、ステータの
複数の電極は、前記多相電圧の各相に対応しかつ並列配
置された複数の電極線を、前記移動体の移動経路に沿っ
てスパイラル状に巻き回して成る多相コイルとして形成
されることにより、複数の電極の途中の結線が不要であ
り、終端部を電源側と結線することにより配線を行うこ
とができ、配線の簡略化が可能となる。また、巻き回す
ことにより電極を形成しているため、円筒構造等の電極
の立体構造を容易に実現することができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例につい
て詳細に説明する。

【００１５】図１は、一実施例の静電アクチュエータの
構造の概略図である。同図は、移動体の移動方向に平行
なステータ１００の断面図を示しており、本発明の特徴
部分である電極の構造を説明するために電極部を拡大し
て示してある。

【００１６】実施例のステータ１００は、３相（Ａ相，
Ｂ相，Ｃ相とする）のパルス電圧が印加される電極部１
１０を有し、この電極部１１０の配置方向に沿って絶縁
性の移動体を移動させるようになっている。

【００１７】実施例において、前記電極部１１０は、前
記３相パルス電圧の各相に対応した３本の電極線５０，
５２，５４が互いに平行に配置されて成る１本の平行線
１４を、パイプ１０の外周に沿ってスパイラル状に巻き
回して形成されている。

【００１８】前記パイプ１０は、絶縁体で構成される円
筒形状の部材であり、その内部が空洞の通路１２を形成
している。

【００１９】図２は電極部１１０の詳細な構成を示す図
であり、同図（ａ）は外観を示す斜視図を、同図（ｂ）
は平行線１４の断面構造をそれぞれ示している。

【００２０】前記平行線１４を構成する３本の電極線５
０，５２，５４は、それぞれ電気導体部２０と、その周
囲を覆う電気絶縁膜２２と、その周囲を覆う自己溶着層
２４とから構成されている。

【００２１】ここにおいて、各電気導体部２０は、電圧
を印加したときに電極として機能するものであり、例え
ば長方形断面の線材を用いて形成されている。電気絶縁
膜２２は、電気導体部２０の外周部を覆う絶縁皮膜であ
り、電気導体部２０を漏電や錆等から保護している。自
己融着層２４は、半融着状態の熱硬化性樹脂を主体とし
たものであり、電気絶縁膜２２の外周部を覆っている。
この自己融着層２４は、３本の電極線５０，５２，５４
を偏平な平行線１４に接合保持する構造部材として機能
している。さらに、前記自己融着層２４は、加熱したと
きに一旦溶けて、その後硬化するものであり、隣接して
位置する平行線１４同士を接着する接着剤として機能す
る。

【００２２】そして、これら電気導体部２０，電気絶縁
膜２２および自己融着層２４からなる偏平な平行線１４
を、互いに重ならないように少しずつ位置をずらしなが
らスパイラル状に巻き回すことにより、電極部１１０と
して機能する円筒形状の３相コイル１６を成形する。

【００２３】この円筒形状に成形した３相コイル１６に
配線を施す場合は、図２（ａ）に示すように、平行線材
の終端部２６（巻き始めあるいは巻き終わりのどちらで
もよい）付近で電気導体部２０に結線すればよく、配線
用の特別な構成が不要となる。なお、４相以上の多相パ
ルス電圧を印加するために４本以上の電気導体部２０を
用いた場合についても同じ要領で配線を行うことがで
き、配線によって製造工程が複雑になったり、製造コス
トが高くなるといった不都合は全くない。

【００２４】図３は、平行線１４の製造装置の概略を示
す図である。同図（ａ）はその全体側面概略図、同図
（ｂ）はそのセクタ側正面概略図である。

【００２５】セクター３０は、断面が円弧形状の部材で
あり、４つが合わさって１つの円筒形状をなしている。
円環３２は、４つのセクター３０の外周部に取り付けら
れる部材であり、コア３４は外形が円錐形状の部材であ
る。４つのセクター３０を円環３２およびコア３４で挟
持することによりセクター３０を固定し、その外周部の
円筒形状を保っている。

【００２６】出力軸３６は、モータ３８の回転をコア３
４に伝えるための回転軸である。出力軸３６は一部に凹
部を有し、コア３４はこの凹部に対応する凸部を有し、
この凹部と凸部を噛み合わせることにより、モータ３８
によって発生した回転力をコア３４を介してセクター３
０に伝えるようになっている。また、モータ３８の出力
軸の一端３９（コア３４との接合面と反対側）近傍には
センサ４０が取り付けられている。このセンサ４０は、
モータ３８の出力軸３６の回転位置を検出するためのも
のであり、後述するモータ制御装置４８に検出信号を送
る。

【００２７】スライダ４２は、セクタ３０へ向け平行線
１４を供給する平行線ガイド部４２ａを有し、回転軸４
４をモータ４６によって回転したときにこの回転軸４４
に沿って移動する。回転軸４４は、セクター３０の回転
中心軸に平行に設置されており、セクター３０を回転さ
せて平行線１４を巻き回す際にスライダ４２を一定速度
で移動させ、円筒形状において隣接する平行線１４が重
ならないようにしている。

【００２８】モータ制御装置４８は、この回転軸４４を
駆動するモータ４６を制御するものであり、上述したセ
ンサ４０からの検出信号に応じてモータ４６の回転数を
制御する。このモータ制御装置４８の制御によって、セ
クター３０を回転させて平行線１４を巻き回す際に、こ
のセクター３０の回転に合わせてスライダ４２を一定速
度で移動させている。

【００２９】これにより、前述した３相コイル１６が形
成されることになる。

【００３０】図４は、図３に示した装置を用いて図２に
示した３相コイル１６を製造する場合の手順（製造工
程）を示す図である。

【００３１】先ず、巻線に先立って平行線、すなわち平
行線１４を製造する（ステップ１００）。断面形状が長
方形の電気導体部２０（例えば銅線）の外周部に電気絶
縁膜２２（例えばポリアミド樹脂）を被覆し、さらにそ
の外周部に自己融着層２４を被覆形成する。

【００３２】次に、図３に示した装置によって巻線を行
う（ステップ１０１）。ステップ１００の工程で製造し
た平行線１４の先端をセクター３０の先端付近に取り付
け固定する。そして、この平行線１４の位置決めを行っ
ているスライダ４２の水平位置をずらしながらセクター
３０を回転させ、セクター３０の外周部に平行線、ずな
わち平行線１４を巻き付ける（図３参照）。なお、この
巻き付けは、隣接する平行線１４同士が互いに隙間なく
並ぶようにする。

【００３３】次に、コア３４を出力軸３６から取り外
し、セクター３０の外周部に巻き付けられた平行線１４
を加熱する（ステップ１０３）。例えば、１８０℃で加
熱し、半融着状態の自己融着層２４を硬化させることに
より、平行線１４を線間で固着する。

【００３４】最後に、固着した平行線１４をセクター３
０から取り外す（ステップ１０４）。コア３４をセクタ
ー３０から抜き取った後、セクター３０を取り外す。ま
た、取り外しが容易になるように、予めセクター３０の
外周部に剥離材を塗布しておく。そして、取り外した平
行線１４の終端部の処理（端子付け等）を行って３相コ
イル１６が完成する。

【００３５】図５は、図１に示した本実施例の静電アク
チュエータの制御回路の構成を示す図である。

【００３６】高電圧発生回路６０は、本実施例の静電ア
クチュエータの３つの電極線５０，５２，５４に供給す
る所定の高電圧を発生する回路である。例えば、３つの
出力端子を備えており、０と±Ｖの定電圧を発生して出
力する。高電圧制御回路６２は、高電圧発生回路６０か
ら出力される３つの定電圧を入力として、相互に１２０
度位相が異なる３相パルス電圧を発生する制御を行う回
路である。サイリスタ等を用いて所定時間毎のスイッチ
ング動作を行うことにより、図６に示す３相のパルス電
圧を出力する。図６において、「＋」が＋Ｖの電圧に対
応する部分であり、「−」が−Ｖの電圧に対応する部分
である。高電圧制御回路６２から出力する３相パルス電
圧を電極線５０，５２，５４に供給する。上述したよう
に、このパルス電圧の供給は、図２に示した円筒形状の
３相コイル１６の終端付近に結線を施すだけで簡単に行
うことができる。

【００３７】次に、本実施例の静電アクチュエータの動
作を説明する。

【００３８】図７は、実施例の静電アクチュエータに実
際に３相パルス電圧を印加した場合の動作説明図であ
る。同図（ａ）は移動体が静止しているときに所定の３
相パルス電圧を印加した場合であり、同図（ｂ）は印加
するパルス電圧の波形が変化した場合をそれぞれ示して
いる。なお、本実施例では移動体として液体（例えばシ
リコン油７０）を考えるものとし、移動体としてのロー
タと被搬送物が一緒になった場合を取り扱っている。

【００３９】先ず、パイプ１０内の通路１２にシリコン
油７０を満たす。このとき、シリコン油７０は静止状態
にあり、外部からの力は何も作用していない。この状態
において、Ａ相の電極線５０に０電位を、Ｂ相の電極線
５２に−Ｖの電位を、Ｃ相の電極線５４に＋Ｖの電位を
印加する。このとき、パイプ１０の管壁の電極線近傍で
は、電極線電位と対抗する電荷が誘導される。シリコン
油７０の場合は一分子の単位で静電分極が生じて電荷が
現れる（図７（ａ）参照）。具体的には、Ｂ相の電極線
５２の近傍に位置するシリコン油７０はプラスに帯電
し、Ｃ相の電極線５４の近傍に位置するシリコン油７０
はマイナスに帯電する。

【００４０】次に、各電極線に印加するパルス電圧の状
態を変化させる。例えば、Ａ相の電極線５０に＋Ｖの電
位を、Ｂ相の電極線５２に０電位を、Ｃ相の電極線５４
に−Ｖの電位をそれぞれ印加する。すると、Ｃ相近傍で
マイナスに帯電していたシリコン油７０は、Ａ相の電極
線５０に印加した＋Ｖの電位に引き寄せられる。同様
に、Ｂ相近傍でプラスに帯電していたシリコン油７０
は、Ｃ相の電極線５４に印加した−Ｖの電位に引き寄せ
られるとともに、Ａ相の電極線５０に印加した＋Ｖの電
位は反発される。また、Ｃ相近傍でマイナスに帯電した
シリコン油７０は、Ｃ相の電極線５４に印加した−Ｖの
電位に反発されるため、被搬送体であるシリコン油７０
がパイプ１０に付着することを防止し、摩擦力を低減さ
せる働きもある。

【００４１】このような現象がパイプ１０のいたる所で
起こって、全体として、シリコン油７０は図７の左方向
に移動することになり、本実施例の静電アクチュエータ
がポンプとしての機能を持つことになる。なお、シリコ
ン油７０の搬送方向を変えたい場合は、各電極線に供給
する３相パルス電圧の相順を入れ換えれるだけでよい。

【００４２】このように、本実施例の静電アクチュエー
タによれば、３相コイル１６の一方端近傍の電極線５
０，５２，５４に結線を行うだけで３相コイル１６全体
の配線を行うことができ、配線を簡略化することができ
る。また、４相以上の多相コイルを形成し、これに多相
パルス電圧を印加する場合であっても全く同様に配線の
簡略化が可能となる。また、巻き回すことにより多相コ
イル１６を形成しているため、電極線の立体構造を容易
に実現することができる。さらに、多相コイル１６の内
部を移動体が移動するため、上下左右から推進力が作用
することになり、駆動力を増すことも可能となる。特
に、この大きな駆動力に加えて上述した摩擦を低減する
利点をも有するため、超小型の駆動源として用いる場合
に適している。

【００４３】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。

【００４４】本実施例の静電アクチュエータでは、移動
体として液体のシリコン油７０を搬送する場合を例にと
って説明したが、移動体としては粉体や固体であっても
よい。例えば、複写機においてトナーを搬送するポンプ
として本実施例の静電アクチュエータを適用してもよ
い。この場合は、反発力によりパイプ１０の内壁にトナ
ーの粒子が付着することを防止する効果もあり、円滑に
搬送することができる。

【００４５】また、本実施例では、３相コイル１６の内
部で移動体を搬送する場合を示したが、３相コイル１６
の外周部を円筒状の移動体を移動させる場合や、外周部
と内部とを併用する場合等各種の変形が考えられる。こ
れらの場合であっても、３相コイル１６は円筒形状に巻
き回して形成するため、配線容易、立体構造への適用容
易等の効果に変わりはない。

【００４６】また、本実施例では３相パルス電圧を印加
する場合について説明したが、４相以上の多相コイルを
形成し、これにパルス電圧を印加する場合であってもよ
く、また巻線間隔を不等間隔にして２相コイルを形成
し、２相のパルス電圧を印加するように構成してもよ
い。

【００４７】さらに、本実施例では円筒形状の３相コイ
ル１６を用いたが、断面が長方形等他の形状であっても
よい。

【００４８】また、実施例では、複数の電極線を１本の
平行線として形成したが、複数の電極線は、並列配置さ
れるならば必ずしも１本の平行線として形成する必要は
ない。

【００４９】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、多相
電圧が印加される複数の電極を、前記多相電圧の各相に
対応しかつ並列配置された複数の電極線を、前記移動体
の移動経路に沿ってスパイラル状に巻き回して成る多相
コイルとして形成することにより、その終端部を結線す
ることにより配線を行うことができ、途中の結線が不要
となり、配線の簡略化が可能となる。また、巻き回すこ
とにより電極を形成しているため、円筒構造等の電極の
立体構造を容易に実現することができる。

【００５０】また、請求項２に記載の発明によれば、前
記複数の電極線を、互いに平行に配置された１本の平行
線として形成することにより、その巻線作業をより簡単
かつ正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の静電アクチュエータの構造の概略図
である。

【図２】コイルの詳細な構成を示す図であり、同図
（ａ）は外観を示す図、同図（ｂ）は断面構造を示す図
である。

【図３】コイルの製造装置の概略を示す図であり、同図
（ａ）はその全体側面概略図、同図（ｂ）はそのセクタ
側正面概略図である。

【図４】図３に示した装置を用いてコイルを製造する場
合の手順を示す図である。

【図５】本実施例の静電アクチュエータの制御回路の構
成図である。

【図６】３相パルス電圧の説明図である。

【図７】本実施例の動作説明図であり、同図（ａ）およ
び（ｂ）は所定のパルス電圧を印加したときの状態の説
明図である。

【図８】同図（ａ）は従来の静電アクチュエータの構造
を示す図、同図（ｂ）はその動作原理を示す図である。

【図９】従来の電極配線の説明図である。

【符号の説明】

１０パイプ１２通路１４平行線１６多相コイル２０電気導体部２２電気絶縁膜２４自己融着層５０，５２，５４電極線６０高電圧発生回路６２高電圧制御回路７０シリコン油
ＡＳ０１１５０１

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者樋口俊郎神奈川県横浜市港北区茅ヶ崎南４−14− １−109 (56)参考文献特開平４−222471（ＪＰ，Ａ) 特開平４−112685（ＪＰ，Ａ) 特開平１−185177（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】多相電圧が印加される電極部を配置した
ステータを有し、このステータに沿って絶縁性の移動体
を移動させる静電アクチュエータにおいて、前記電極部は、前記多相電圧の各相に対応しかつ並列配
置された複数の電極線を、前記移動体の移動経路に沿っ
てスパイラル状に巻き回して成る多相コイルとして形成
され、隣接する前記電極線が固着されてなることを特徴
とする静電アクチュエータ。
【請求項２】請求項１において、前記複数の電極線は、互いに平行に配置された１本の平
行線として形成されたことを特徴とする静電アクチュエ
ータ。
【請求項３】請求項１，２のいずれかにおいて、前記ステータは、前記多相コイルの内周側に、前記移動体が移動する空洞
部を有することを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項４】請求項１，２のいずれかにおいて、前記ステータは、前記多相コイルの外周側を、前記移動体が移動するよう
形成されたことを特徴とする静電アクチュエータ。