JP2007236174A

JP2007236174A - 吸着装置

Info

Publication number: JP2007236174A
Application number: JP2006084143A
Authority: JP
Inventors: Oriol Lopez Berengueres Jose; ベレンゲレスホセオリオルロペス
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ダイポール発生部を用いた壁面移動手段として、簡単な構造で吸着面の材質を問わず吸着が可能な吸着装置を提供することを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するために、本発明の吸着装置は、電荷負荷装置と、片持ち梁構造である複数の長手と、該長手を供える本体と、長手の片持ち梁構造の先端には、蓄電のために負の導体と正の導体を有し、正の導体よび負の導体はそれぞれ導線により電荷負荷装置と接続されている。電荷負荷装置により電荷が導線に負荷されると、正と負の電荷がそれぞれ正の導体および負の導体で蓄電され、ダイポールが発生し吸着面と吸着体の間に吸着力が発生する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気を用いた物体の表面に吸着が可能な吸着装置に関する。

橋梁や鉄塔の構造物外壁面を昇降する移動体には、重力により滑落・脱落しないよう磁石を備え壁面に吸着しながら移動し得る吸着式移動手段が従来から考えられている。磁気吸着式壁面移動装置は、重力にかかわらず移動体を定位置に維持することが可能であり、また壁面吸着のための他の動力源等は必要としないという利点を有している。従来の磁気吸着式壁面移動機構の代表的なものは、全周が磁石によって形成された車輪、すなわち磁気を備えた車輪を用いて、そのマグネットホイールにより壁面に吸着させるとともに走行させるようにしたものであった（例えば、特許文献１参照）。
また、外壁面で作業を行う壁面走行ロボットにおいては、その足回り装置において壁面に対する吸着体として磁石が設けられている手段が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−２５４９０４号公報（第１図）特開平１０−２４８７５号公報（第１図）

しかしながら、上述した従来の壁面吸着手段は、移動面の材質が磁性体である場合に限られるという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ダイポール発生部を用いた壁面移動手段として、簡単な構造で吸着面の材質を問わず吸着が可能な吸着装置を提供することを目的とする。

この上記目的を達成するために、本発明の物体表面に吸着が可能な吸着装置は、ダイポール発生部を備え、人工的にファン・デル・ワールス力を発生させ、吸着装置と吸着対象となる物体の間の吸着力を得る。

ファン・デル・ワールス力は、分子間の結合力である。水滴がガラスに付いたり接着剤がものを接着させる現象は、分子間力である。壁に吸着して移動する爬虫類であるヤモリもファンデルワールスの力をによって天井や壁面を移動する（例えば引用文献［１］）。
［１］Ｒ．Ｊ．Ｓｔｏｋｅｓ，ＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓｏｆＩｎｔｅｒｆａｃｉａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｅｗＹｏｒｋ，ＮＹ：Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ，１９９７，ｐｐ．１７−３８．

本発明においては、上記ヤモリの壁面吸着移動手段を応用し、人工的にダイポールを発生させることで物質間の吸着力であるファン・デル・ワールス力を得ることを可能にする装置を提供することを目的とする。人工的にダイポールを発生させるためには、吸着部に正と負の電荷を帯びさせることにより可能となる。

この目的を達成するために、本発明の吸着装置は、ヤモリの足裏にある繊毛における吸着原理原理に着目している（例えば引用文献［２］参照）。
図１はヤモリの足裏にある繊毛における吸着原理を示す説明図である。ヤモリの足先は毛状吸着体１上の表面にランダムに存在する吸着体一時的ダイポール３をもち、吸着面２上にある吸着面一時的ダイポール５と、電気力線４を介してファンデルワールス力により吸着効果を得るものである。この原理を利用し、本発明では、電荷負荷装置と、片持ち梁構造である複数の長手１１と、該長手を供える本体１５と、該長手先端にダイポール発生部を備え、前記ダイポール発生部において固定されうる制御可能な人工ダイポールを発生可能としている。
［２］Ｋ．Ａｕｔｕｍｎ，ｅｔａｌ．，Ａｄｈｅｓｉｖｅｆｏｒｃｅｏｆａｓｉｎｇｌｅｇｅｃｋｏｆｏｏｔ−ｈａｉｒ，Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．４０５，ｐｐ．６８１−６８５，２０００．

上記長手は、片持ち梁構造先端が吸着面と接触しやすいよう、固定されていない端部側で湾曲していて、該長手の他端は、傾斜して本体１５に固定されている。

図２は、本発明の吸着装置の原理を示す説明図である。長手１１の片持ち梁構造の先端には、蓄電のために負の導体８と正の導体９を有し、正の導体９および負の導体８はそれぞれ導線６ａおよび６ｂにより電荷負荷装置と接続されている。正の導体９と負の導体８および導線６ａと６ｂは、絶縁体７を介して電気的に正と負の電荷が分離した状態を保つ。例えば絶縁体性物質を長手に内蔵することにより、正負の電荷が分離した状態を保つことが可能となる。電荷負荷装置がオンの時、電荷が導線６ａおよび導線６ｂに負荷されると、正と負の電荷がそれぞれ正の導体９および負の導体８に蓄電され、ダイポールが発生する。したがって、電気力線１０が発生し、これにより、吸着面２上の一時的ダイポール５によりファン・デル・ワールス力が発生する。結果として、吸着面と吸着体の間に吸着力が発生する。図６は本発明の吸着装置の長手を吸着面から長手方向に見たときの斜視図である。

本発明の吸着装置によれば、導体における電荷の量を増大させるすることで、自然界の一時的ダイポールよりも強力なダイポールを生み出し、結果として、自然界のファンデルワールス力よりも大きな力を発生させることが可能となる。

これにより、本発明を用いると、吸着面の材質によらず、物体間に吸着力を発生させることが可能であるといった効果が発揮できる。

発明を実施するための裁量形態

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
図３は吸着装置の蓄電部としてコンデンサを用いた実施例の一つである。吸着装置は、導線６ａと６ｂ、絶縁体７、負の導体８、正の導体９、電気力線１０、長手１１、負の電極１２、正の電極１３、電荷負荷装置１４、本体１５からなる。以下、それぞれについて説明する。

導線６ａと６ｂについて説明する。
導線６ａと６ｂの数は合わせて２以上である。導線は電気を通す、例えば鉄、銅、銀、鉛、金、アルミニウム、ニッケル、鉛などを材質とする。導線６ａおよび６ｂの端部は電荷負荷装置１４に、他端はそれぞれ負の導体８および正の導体９に接続されている。

絶縁体７について説明する。
絶縁体は柔軟性があるものが望ましい。絶縁体の材質は例えばプラスチック、ビニール、ポリエチレン、紙、ガラスなどがある。また、絶縁体は負の導体８および正の導体９の間を電気的に遮断する働きをするものである。

負の導体８について説明する。
負の導体８は導線６ｂの先端に１または２以上備わっている。材質は金属などの導体でなければならない。例えば銅、銀、鉛、金、アルミニウム、ニッケル、鉛などが望ましい。負の導体は導線６ｂの端部に接続されている。また、絶縁体７により、電気的に正の導体９と遮断されている。また、負の導体８は、より電荷をダイポールの効果を出すために、長手１１の端部表面に可能な限り近い位置に設置するのが望ましい。

正の導体９について説明する。
正の導体９は導線６ａの先端に１または２以上備わっている。材質は金属などの導体でなければならない。例えば銅、銀、鉛、金、アルミニウム、ニッケル、鉛などが望ましい。正の導体は二つある上記導体６ａの、負の導体８と接続しているのとは別の、導体の端部に接続されている。また、絶縁体７により、電気的に負の導体８と遮断されている。また、正の導体８は、負に導体８と同様に、より電荷をダイポールの効果を出すために、長手１１の端部表面に可能な限り近い位置に設置するのが望ましい。

電気力線１０について説明する。
電気力線１０は、正の導体９と負の導体８との間に生じるダイポールによるものである。

長手１１について説明する。
長手１１の数は１または２以上あればよい。また、長手１１の直径は微細であり、例えば５００ｎｍ−５μｍであることが望ましい。

負の電極１２について説明する。
負の電極１２一つある。負の電極１２は、上記導体６ａおよび６ｂの一端と接続されている。

正の電極１３について説明する。
正の電極１３一つある。正の電極１２は、上記導体６ａおよび６ｂの一端と接続されている。

電荷負荷装置１４について説明する。
電荷負荷装置１４は、例えば、電池または安定化電源などの電源である。電源は本体内部電源でも本体外部電源でもどちらでもよい。電荷負荷装置は、負の電極１２と正の電極１３を持ち、導体を通じて、負の導体８と正の導体９に電荷をかける。

本体１５について説明する。
本体１５は、長手１１を支持するものである。材質は、金属、プラスチック、木材などを使用することができる。例えばＡＢＳプラスチックなどが望ましい。

以上の構成要素により、図３に示した吸着装置は自然界のファンデルワールス力よりも大きな力を発生させることが可能となる。使用例としては図４のような歩用式移動体の足先などがある。

図４の歩行式移動体２０について説明する。歩行式移動体は足先端部１６、歩行式移動体本体１８、脚部１９よりなる。足先端部１６の裏面には、本発明の吸着装置が取り付けられており、これにより吸着面１７に吸着している。

次に図５の吸着装置について説明する。この吸着装置は基本的に図３の吸着装置と同様のものであるが、本体１５に取り付けている長手１１の数を複数本にすることによって、より吸着力を高めている。
以上が、本発明の吸着装置の吸着力を高める実施例の一つである。

ヤモリの足裏にある繊毛における吸着原理を示す説明図である。本発明の吸着装置の吸着原理を示す説明図である。吸着装置の蓄電部としてコンデンサを用いた実施例の一つである。本発明の吸着装置の使用例の一つを表す歩行式移動体２０を示す説明図である。本発明の吸着装置の吸着力を高める実施例の一つである。本発明の吸着装置の長手を吸着面から長手方向に見たときの斜視図である。

符号の説明

１毛状吸着体
２吸着面
３一時的ダイポール
４電気力線
５一時的ダイポール
６ａ導線
６ｂ導線
７絶縁体
８負の導体
９正の導体
１０電気力線
１１長手
１２負の電極
１３正の電極
１４電荷負荷装置
１５本体
１６足先端部
１７吸着面
１８歩行式移動体本体
１９脚部
２０歩行式移動体

Claims

本発明の物体表面に吸着可能な吸着装置は以下の長手と電荷付加装置を有し、制御可能なダイポールを発生させ、ファンデルワールス力を利用した高い吸着力を得るものである。
イ）以下の正の導体、負の導体、導線、絶縁体よりなる長手。
ｉ）長手先端部に位置する正の導体
ｉｉ）長手先端部に位置する負の導体
ｉｉｉ）上記正の導体、負の導体とを電荷付加装置にそれぞれ接続する導線
ｉｖ）上記正の導体、負の導体とを電気的に遮断する絶縁体
ロ）上記長手の導線に電荷を付加する電荷付加装置。