JPH04236172A - 静電力または磁力を利用した空間保持装置 - 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、エレクトレットによる
静電力、または磁石による磁力を利用して一対の各部材
を、間隔をあけて保持するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録媒体として用いられるたとえば
フロッピディスクは、低摩擦力で回転可能に保持される
必要があり、このようなフロッピディスクは、磁界によ
る悪影響を防ぐために、磁力を用いることなく、保持す
ることが望まれる。先行技術では、フロッピディスクを
、零またはごくわずかな摩擦力で、しかも磁気ヘッドな
どと一定のわずかな間隔をあけて空間に保持するための
構成は実現されていない。また他の用途では、磁界によ
って悪影響を受けない部材を、磁力によって、固定位置
に設けられた部材と一定の間隔を保って空間に保持する
ための構成の実現が望まれている。

【０００３】

【発明が解決すべき課題】本発明の目的は、一対の部材
の間隔を一定に保って保持することができるようにした
静電力または磁力を利用した空間保持装置を提供するこ
とである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、一対の間隔を
あけて配置された各部材に、相互に対向して電極をそれ
ぞれ設け、これらの各電極には、相互に逆極性の電圧を
印加し、前記各部材には、相互に対向してエレクトレッ
トをそれぞれ設け、これらの各エレクトレットには、同
一極性の電荷を帯電させることを特徴とする静電力を利
用した空間保持装置である。

【０００５】また本発明は、各電極間の距離を、各エレ
クトレット間の距離を超える値に選ぶことを特徴とする
。

【０００６】また本発明は、各電極の相互に対向する面
積は、ほぼ同一であり、各エレクトレットの相互に対向
する面積は、異なっていることを特徴とする。

【０００７】本発明は、一対の間隔をあけて配置された
各部材に、相互に対向して電極をそれぞれ設け、これら
の各電極には、相互に逆極性の電圧を印加し、前記各部
材にはまた、相互に対向して磁石をそれぞれ設け、これ
らの各磁石は、同一極性の磁極が対向するように磁化さ
れていることを特徴とする磁力を利用した空間保持装置
である。

【０００８】

【作用】本発明に従えば、一対の間隔をあけて配置され
た各部材のうち、一方の部材は固定位置に設けられ、他
方の部材は空間に配置され、これらの各部材には、地球
の電位に関して逆極性の電圧が印加された電極がそれぞ
れ設けられ、これによって相互の反発力が発生し、各部
材にはまた、同一極性の電荷が帯電されたエレクトレッ
トがそれぞれ設けられ、または同一極性の磁極が対向す
るように磁化された永久磁石片などのような磁石が設け
られ、これによって反発力が発生される。

【０００９】こうして電極による吸引力とエレクトレッ
トまたは磁石による反発力とが平衡するようにして、各
部材の間隔が一定に保たれる。磁界による悪影響を防ぐ
必要がある用途、たとえば前述のフロッピディスクなど
を保持するための用途では、エレクトレットが用いられ
、また磁界による悪影響が生じない用途では、前記磁石
が用いられ得る。

【００１０】また本発明に従えば、各部材を間隔をあけ
てたとえば上下に配置した状態で、各電極間の距離を、
各エレクトレット間の距離を超える値に選び、これによ
ってエレクトレット間の距離を小さくしてそれらのエレ
クトレットによる反発力を大きくすることができる。し
たがって各部材間の間隔が、平衡状態に比べて小さくな
ったときには、反発力の方が大きくなり、またその間隔
が大きくなったときには吸引力が大きくなるようにする
ことができる。

【００１１】さらに本発明に従えば、吸引力を得るため
の各電極の相互に対向する面積はほぼ同一とし、これに
対して、反発力を得るためのエレクトレットの相互に対
向する面積は異なっており、換言すると一方のエレクト
レットの対向する面積は、他方のエレクトレットの対向
する面積を超える値に選ばれており、したがって各部材
が、相互に平衡している位置から平行にずれたとき、エ
レクトレットに帯電されている面状の電荷の静電力によ
って、平衡位置に戻る力が働く。

【００１２】さらに本発明に従えば、エレクトレットに
代えて永久磁石片などの磁石を用いても、各部材の間隔
を一定に保つことができる。またこの磁石を用いた構成
において、各磁極の相互に対向する面積を相互に異なら
せて、各部材が平行にずれたときに、元の平衡する位置
に戻る力を発生して、平衡位置に保つことが可能となる
。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例の簡略化した斜視図
であり、図２はその図１における切断面線ＩＩ−ＩＩか
ら見た断面図である。この空間保持装置は、固定位置に
設けられた平板状の電気絶縁性材料、たとえばガラスな
どから成る部材１と、矢符２の方向に変位可能に設けら
れる平板状の電気絶縁性材料、たとえばガラスなどから
成るもう１つの部材３とを有する。これらの一対の各部
材１，３には、相互に対向して電極４，５が形成される
。これらの電極４，５には、直流電源６が接続され、こ
うして電極４，５には地球の電位に関して相互に逆極性
の電圧が印加される。電源６は、交流電源であってもよ
い。

【００１４】部材１，３にはまた、電極４，５上で、エ
レクトレット７，８がそれぞれ形成される。エレクトレ
ット７，８は、相互に対向して配置されており、これら
の各エレクトレットには、同一極性の電荷が帯電される
。エレクトレット７，８は、高分子材料、たとえばフッ
素樹脂、さらに好ましくは、ＦＥＰ（Ｆｌｕｏｒｉｎａ
ｔｅｄＥｔｈｙｌｅｎｅ　Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、４フッ
化エチレン６フッ化プロピレン共重合体樹脂）、および
ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙ　Ｔｅｔｒａ　Ｆｌｕｏｒｏ　Ｅｔ
ｈｙｌｅｎｅ、４フッ化エチレン樹脂）などがあり、こ
れらの高分子材料をエレクトレット化するために（ａ）
高温にした材料に電界をかけ、そのまま常温まで冷却す
るサーモ法、（ｂ）常温で材料に電界をかけコロナ放電
をさせるコロナ法、および（ｃ）真空中で材料に電子線
を照射する電子ビーム法などがある。

【００１５】エレクトレット７，８間の間隔Ｄｓはたと
えば５μｍであり、エレクトレット７，８の厚みはそれ
ぞれ５μｍであり、電極４，５の厚みはたとえば１μｍ
である。

【００１６】図３は、図１および図２に示される実施例
の動作の原理を説明するための簡略化した図である。こ
の図３を参照して、各部材１，３の上下の間隔Ｄｓが平
衡する原理について述べる。電極４，５に上述のように
逆極性の電圧が印加されることによって、吸引力Ｆｉが
作用し、このとき電極４，５間の距離をＤｉとする。図
３では理解の便宜のために、エレクトレット７，８は２
つにそれぞれ分けて描かれており、これらのエレクトレ
ット７，８の間隔を図３のようにＤｓとし、これらのエ
レクトレット７，８には前述のように同一極性の電荷が
帯電され、これによって全体として静電反発力Ｆｓが作
用する。ここで

【００１７】

【数１】ａ　＝　Ｄｉ／Ｄｓ＞１

【００１８】

【数２】Ｄｉ　＝　ａ・Ｄｓとし、Ｋｉ，Ｋｓを定数と
するとき、

【００１９】

【数３】

【００２０】

【数４】

【００２１】平衡状態では、

【００２２】

【数５】Ｆｉ　＝　Ｆｓ

【００２３】

【数６】

【００２４】

【数７】∴Ｋｉ　＝　ａ２・Ｋｓ今、間隔Ｄｓ、したが
ってＤｉがδだけ変化したとき、電極４，５による吸引
力をＦｉ１とし、エレクトレット７，８による反発力を
Ｆｓ１とすると、

【００２５】

【数８】

【００２６】ただし

【００２７】

【数９】

【００２８】ここで、図４に示されるように、δ１の値
に応じて、数８の分子および分母の値が変化し、したが
って図５に示されるようにＦｉ１／Ｆｓ１が、値δ１に
応じて変化する。図５から、

【００２９】

【数１０】δ　＞　０であるとき、すなわちδ１が正で
あるときには、

【００３０】

【数１１】｜Ｆｉ１｜　＞　｜Ｆｓ１｜すなわち吸引力
が反発力を超える値となる。

【００３１】また

【００３２】

【数１２】δ　＜　０のとき、すなわちδ１が負である
ときには、

【００３３】

【数１３】｜Ｆｉ１｜　＜　｜Ｆｓ１｜したがって電極
４，５間の距離Ｄｉを、エレクトレット７，８間の距離
Ｄｓを超える値に選ぶことによって、図１および図２の
上下方向の安定が実現されることが判る。

【００３４】次に部材１，３が図１の左右方向に平衡位
置にある状態から、水平方向にずれたとき、元に戻る力
が作用する動作について説明する。電極４，５では、そ
れらの相互に対向する面積はほぼ同一であり、換言する
と、図１の左右方向の幅Ｗ１，Ｗ２は等しい。

【００３５】エレクトレット７，８は、相互に対向する
面積が異なっており、一方のエレクトレット７の幅をＷ
３とするとき、他方のエレクトレット８の幅はＷ２であ
り、Ｗ３＞Ｗ２である。図６（１）を参照して電極４，
５がその幅方向にずれたとき、その電極５の電極４から
図６（１）の左方にずれた領域を参照符５ａで示し、そ
の分、参照符５ｂで示す部分がなくなったものと考える
ことができる。図６（２）で示されるように、電極５の
部分５ａと電極４とは相互に吸引力が作用する。

【００３６】またエレクトレット７，８に関しては、図
７（１）で示されるようにそのエレクトレット８の部分
８ａが幅方向に、水平方向の平衡位置からがれたものと
し、その分、エレクトレット８の部分８ｂがなくなった
ものと考えることができ、この部分８ａとエレクトレッ
ト７とは図７（２）で示されるように反発力が作用する
と考えることができる。

【００３７】そこで図６（２）の状態を、図８に示す。 相対位置のずれた電極４と、電極５の部分５ａとの間に
働く吸引力について述べる。部分５ａは微小であり、そ
の幅は充分小さく、電荷を均一に分布しているものとす
る。この図８において、電極４の端部からの距離をｕ１
とし、微小な幅をｄｕ１とし、電極部分５ａの端部の距
離をｖ１とし、微小な幅をｄｖ１とし、これらの電極４
と電極部分５ａの水平方向の距離をｍ１とし、微小な幅
ｄｕ１，ｄｖ１間の距離をＬとするとき、

【００３８】

【数１４】

【００３９】

【数１５】

【００４０】

【数１６】

【００４１】

【数１７】

【００４２】

【数１８】Ｌ２　＝　Ｄｉ２＋（ｍ１＋ｕ１＋ｖ１）２
電荷ｑ１，ｑ２をそれぞれ有する各ｄｕ１，ｄｖ１との
間に働く力ｄ２　Ｆは、

【００４３】

【数１９】

【００４４】したがって

【００４５】

【数２０】

【００４６】図９（１）に関して、具体的に述べると、
電極４，５に作用する吸引力に関して、ｍ＝０、ｖ１＝
０、Ｄｉ＝２０μｍ＝０．０２ｍｍとし、幅Ｗ１＝２０
ｍｍとするとき、微小領域ｄｖが電極４から受ける力ｄ
Ｆ１は、

【００４７】

【数２１】

【００４８】また図９（２）で示されるようにエレクト
レット７，８の反発力に関して、数２０と同様に考える
ことができ、それらの間隔Ｄｓを１０μｍ＝０．０１ｍ
ｍとし、広い方のエレクトレット７の幅Ｗ３を４０ｍｍ
とし、ｍ１＝１０ｍｍ、ｖ＝０とするとき、エレクトレ
ット８がエレクトレット７が受ける力ｄＦ２は、

【００
４９】

【数２２】

【００５０】したがって反発力ｄＦ２よりも吸引力ｄＦ
１が充分に大きく、したがって電極５、エレクトレット
８および部材３は、電極４、エレクトレット７および部
材１の幅方向の中央位置で安定することが判る。

【００５１】図１０を参照して、前述の数２０における
ｖ＝０としたときに得られる値ｄ２Ｆについては、範囲
Ａにおいて電極４，５によって斜線で示す吸引復元力ｄ
Ｆ１が得られる。またエレクトレット７，８によって得
られる反発力ｄＦ２は、図１０の範囲Ｂの面積である。 このことからもまた、電極４，５による吸引復元力ｄＦ
１がエレクトレット７，８による反発力ｄＦ２よりも充
分に大きく、したがって水平方向の復元力が充分に得ら
れることが判る。

【００５２】図１１は、本発明の他の実施例の断面図で
ある。円盤状の部材１１，１３には、鉛直軸線１９を中
心とする円環状の同一形状の電極１４，１５が形成され
、さらにその上に、エレクトレット１７，１８が形成さ
れる。エレクトレット１７，１８もまた軸線１９を中心
とする円環状となっており、一方のエレクトレット１７
の半径方向の幅は、他方のエレクトレット１８の半径方
向の幅を超える値に選ばれている。電極１４，１５には
、地球の電位に関して、相互に逆極性の直流電圧が印加
され、エレクトレット１７，１８には同一極性の電荷が
帯電される。これによって部材１１，１３は軸線１９を
共通の軸線として、相互に上下の間隔をあけて安定した
状態が保たれる。

【００５３】図１２は、本発明のさらに他の実施例の一
部断面図である。この実施例は前述の図１１に示される
実施例に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す
。注目すべきはこの実施例では同一の円板状の形状を有
する電極２１，２２は、部材１１，１３の中央位置に配
置される。その他の構成は前述の実施例と同様である。

【００５４】電極１４，１５；２１，２２はエレクトレ
ット１７，１８の半径方向外方に円環状に形成されてい
てもよい。

【００５５】エレクトレット７，８；１７，１８に代え
て、永久磁石片などの磁石であってもよく、対向する各
磁石は相互に同一磁極となるように磁化される。

【００５６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、一対の間
隔をあけて配置された各部材に、相互に逆極性の電圧が
印加された電極を相互に対向してそれぞれ設けるととも
に、各部材にはまた、同一極性の電荷が帯電されたエレ
クトレットが相互に対向してそれぞれ設けられ、これに
よって電極による吸引力とエレクトレットによる反発力
とが平衡する位置で、前記間隔を一定に保つことが可能
となる。このようなエレクトレットを用いる構成では、
磁界が生じることがないので、たとえばフロッピディス
クなどを用いる用途では、好ましい。また吸引力を発生
するための各電極間の距離は、反発力を発生するエレク
トレット間の距離を超える値に選び、これによって間隔
を一定に保つことができる。さらにまた電極の相互に対
向する面積をほぼ同一とし、これに対して、各エレクト
レットの相互に対向する面積は相互に異ならせて、各部
材が平行にずれたときに、元の平衡する位置に戻す力を
発生させることができる。さらにまた、エレクトレット
に代えて永久磁石片などのような磁石を用いて反発力を
発生して、各部材の間隔を一定に保ち、また各部材の平
行なずれを矯正することもまた可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の斜視図である。

【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図であ
る。

【図３】電極４，５およびエレクトレット７，８による
上下方向に平衡する動作を説明するための簡略化した図
である。

【図４】数８を説明するための図である。

【図５】部材１，３が上下方向に平衡位置からずれたと
きの動作を説明するためのグラフである。

【図６】電極４，５の水平方向にずれたときの状態を示
す図である。

【図７】エレクトレット７，８が水平方向にずれたとき
の状態を示す図である。

【図８】電極４，５が水平方向にずれたときに作用する
復元のための吸引力を説明するための図である。

【図９】電極４，５およびエレクトレット７，８の具体
的な寸法を示す図である。

【図１０】部材１，３が水平方向にずれたときの復元の
ための吸引力と反発力を説明するためのグラフである。

【図１１】本発明の他の実施例の断面図である。

【図１２】本発明の他の実施例の断面図である。

【符号の説明】

１，３，１１，１３　　部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一対の間隔をあけて配置された各部材
   に、相互に対向して電極をそれぞれ設け、これらの各電
   極には、相互に逆極性の電圧を印加し、前記各部材には
   、相互に対向してエレクトレットをそれぞれ設け、これ
   らの各エレクトレットには、同一極性の電荷を帯電させ
   ることを特徴とする静電力を利用した空間保持装置。
2. 【請求項２】　　各電極間の距離を、各エレクトレット
   間の距離を超える値に選ぶことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の静電力を利用した空間保持装置。
3. 【請求項３】各電極の相互に対向する面積は、ほぼ同一
   であり、各エレクトレットの相互に対向する面積は、異
   なっていることを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の静電力を利用した空間保持装置。
4. 【請求項４】一対の間隔をあけて配置された各部材に、
   相互に対向して電極をそれぞれ設け、これらの各電極に
   は、相互に逆極性の電圧を印加し、前記各部材にはまた
   、相互に対向して磁石をそれぞれ設け、これらの各磁石
   は、同一極性の磁極が対向するように磁化されているこ
   とを特徴とする磁力を利用した空間保持装置。