JP2023138150A - 物体の接着・剥離方法、及び物体接着剥離装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】接着対象物を固定対象物に一時的に接着すると共に、残渣無く固定対象物を剥離することができる物体の接着・剥離方法、及び物体接着剥離装置を提供すること。【解決手段】実施形態の物体接着剥離装置は、粘着シートと、第1電極と、第2電極と、電源部と、を持つ。粘着シートは、固定対象面に接着される一面側と接着対象物が接着される他面側とに粘着面を有する。第1電極は、粘着シートの一面側に配置されている。第2電極は、粘着シートの一面側において第1電極に隣接して配置されている。電源部は、第1電極と第2電極とに所定電圧を入力し、第1電極と第2電極との間に電位差を与えることにより、粘着シートの一面側において層厚方向に直交する方向に所定電圧に基づく電位差を生じさせ、粘着シートに電気化学反応を生じさせ、粘着シートを固定対象面から剥離させる。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、物体の接着・剥離方法、及び物体接着剥離装置に関する。
例えば、コンクリートへセンサを一時的に接着する場合、一般的には接着剤や両面テープ等が用いられる。しかしながら、センサの剥離時には、コンクリート側に接着剤や両面テープが残渣となって残る場合がある。接着対象となる物品を一時的に固定対象物に接着し、再剥離する場合、固定対象物には、接着剤等の残渣が残らないことが望ましい。
近年、電圧の印加によって被着体から容易に剥離可能な粘着剤が実用化されている。この技術によれば、固定対象物及び接着対象物のいずれも導電性を有する必要があり、適用範囲が限定されていた。
本発明が解決しようとする課題は、接着対象物を固定対象物に一時的に接着すると共に、残渣無く固定対象物を剥離することができる物体の接着・剥離方法、及び物体接着剥離装置を提供することである。
実施形態の物体接着剥離装置は、粘着シートと、第1電極と、第2電極と、電源部と、を持つ。粘着シートは、固定対象面に接着される一面側と接着対象物が接着される他面側とに粘着面を有する。第1電極は、粘着シートの一面側に配置されている。第2電極は、粘着シートの一面側において第1電極に隣接して配置されている。電源部は、第1電極と第2電極とに所定電圧を入力し、第1電極と第2電極との間に電位差を与えることにより、粘着シートの一面側において層厚方向に直交する方向に所定電圧に基づく電位差を生じさせ、粘着シートに電気化学反応を生じさせ、粘着シートを固定対象面から剥離させる。
以下、実施形態の物体の接着・剥離方法、及び物体接着剥離装置を、図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1に示されるように、物体接着剥離装置1は、シート状に形成された粘着シート4と、粘着シート4の一面4A側に設けられた第1電極2及び第2電極3と、第1電極2と第2電極3とに電圧を与える電源部5とを備えている。粘着シート4は、例えば、一面4A側及び他面4B側に粘着面を有している。粘着シート4の一面4A側は、例えば、固定対象物の固定対象面に接着される。固定対象物は、例えば、コンクリートである。粘着シート4の他面4B側には、例えば、センサ等の接着対象物が接着される。粘着シート4の一面4A側には、第1電極2が配置されると共に、第1電極2に隣接して第2電極3が配置されている。第1電極2及び第2電極3には、電源部5が電気的に接続されている。
図1に示されるように、物体接着剥離装置1は、シート状に形成された粘着シート4と、粘着シート4の一面4A側に設けられた第1電極2及び第2電極3と、第1電極2と第2電極3とに電圧を与える電源部5とを備えている。粘着シート4は、例えば、一面4A側及び他面4B側に粘着面を有している。粘着シート4の一面4A側は、例えば、固定対象物の固定対象面に接着される。固定対象物は、例えば、コンクリートである。粘着シート4の他面4B側には、例えば、センサ等の接着対象物が接着される。粘着シート4の一面4A側には、第1電極2が配置されると共に、第1電極2に隣接して第2電極3が配置されている。第1電極2及び第2電極3には、電源部5が電気的に接続されている。
粘着シート4は、例えば、イミダゾリウムイオン液体を用いたアクリル系ポリマー粘着剤により形成されている。粘着シート4は、例えば、所定の電気的特性を有する電気剥離粘着剤層により形成されている。粘着シート4は、例えば、アクリル系ポリマーと、アクリル系ポリマーに含有され所定のイオン伝導率を示すイオン液体と、イオン液体の移動を促進する移動促進剤を含む材料を用いてシート状に形成されている。粘着シート4は、一面4A側及び他面4B側に粘着性が与えられている。
第1電極2は、例えば、複数の第1櫛歯電極2Aを有している。複数の第1櫛歯電極2Aは、所定の電極幅を有する金属製の線状体により形成されている。複数の第1櫛歯電極2Aは、所定間隔において並置されている。複数の第1櫛歯電極2Aは、第1接続部2Bにより電気的に並列接続されている。第1接続部2Bは、各第1櫛歯電極2Aの基端同士を電気的に接続している。第1接続部2Bは、電源部5に電気的に接続されている。
第2電極3は、例えば、複数の第2櫛歯電極3Aを有している。複数の第2櫛歯電極3Aは、所定の電極幅を有する金属製の線状体により形成されている。複数の第2櫛歯電極3Aは、所定間隔において並置されている。複数の第2櫛歯電極3Aは、第2接続部3Bにより電気的に並列接続されている。第2接続部3Bは、各第2櫛歯電極3Aの基端同士を電気的に接続している。第2接続部3Bは、電源部5に電気的に接続されている。
第2電極3と第1電極2とは、互いの櫛歯電極同士が隣接して配置されるように線対称に配置されている。各第2櫛歯電極3Aの間には、各第1櫛歯電極2Aが配置されている。即ち、各第1櫛歯電極と、各第2櫛歯電極とは、交互に隣接して配置されている。各第1櫛歯電極2Aと各第2櫛歯電極3Aとは、例えば、1000μm未満の離間距離dにより配置されている。各第1櫛歯電極2A及び各第2櫛歯電極3Aの電極幅は、離間距離dに比して小さく形成されている。離間距離dは、粘着シート4の層厚Tに比して小さいことが望ましい。
電源部5は、第1接続部2B及び第2接続部3Bを介して第1電極2と第2電極3とに所定電圧を入力する。所定電圧は、所定周波数を有する交流電圧である。所定周波数は、例えば、1000Hz以下であることが望ましく、より確実に後述の剥離を生じさせるには10Hz以下であることが好ましい。電源部5は、第1電極2と第2電極3との間に電位差を与えることにより、粘着シート4の層厚方向(法線方向)に直交する粘着シート4の面方向に所定電圧に基づく電位差を生じさせる。電源部5は、後述のように粘着シート4の他面4B側に接着対象物が固定され、粘着シート4の一面4A側が固定対象面に接着された状態において、所定電圧の入力に基づいて粘着シート4に電気化学反応を生じさせ、粘着シート4を固定対象面から剥離させる。
粘着シート4の材料であるイミダゾリウムイオン液体を用いたアクリル系ポリマー粘着剤は、接着面における電気剥離に用いられることが知られている。例えば、シート状に形成されたアクリル系ポリマー粘着剤は、アノード側とカソード側との電極を対向して両面側に設けた場合、アノード側とカソード側との2つの電極間に与えられる電位差に基づいて化学反応が発生し、粘着力が低下することが知られている。
アノード側とカソード側との2つの電極が設けられた粘着シートは、電極間に電位差を与えると、カソード側の電極において水素の気泡が発生する。発生した気泡は、カソード側電極と粘着シートとの間を引きはがすことで粘着力を大幅に低下させる。発生する気泡の大きさは1μm-100μm程度である。この範囲において、電極と粘着シート4との間の粘着力が低下する。
図2には、物体接着剥離装置1の断面の一部における電界分布が示されている。第1櫛歯電極2Aと、第2櫛歯電極3Aとは、粘着シート4の一面4A側において、粘着シート4の法線方向(Z軸方向)と直交する面方向(X軸方向)に離間して配置されている。第1櫛歯電極2Aと、第2櫛歯電極3Aとの間は、粘着シート4により粘着性を有し、固定対象面に接着可能である。また、粘着シート4の他面4B側も粘着面であり、接着対象物を接着可能である。接着対象物及び固定対象面は、導電性を有する必要はなく、絶縁体、誘電体、抵抗体、導電体のいずかにより形成されていてもよい。第1櫛歯電極2Aと、第2櫛歯電極3Aとは、粘着シート4側に予め設けられていてもよいし、固定対象面側に設けられていてもよい。
第1櫛歯電極2Aと、第2櫛歯電極3Aとの間に電圧を入力すると、粘着シート4の層厚方向(Z軸方向)に直行する方向(X軸方向)に電界が生じる。電源部5により交流電圧が入力される際に第1櫛歯電極2Aがカソード側となった場合(図2(A)参照)、第1櫛歯電極2Aと、第2櫛歯電極3Aとの間において、第1櫛歯電極2Aに隣接した領域は、水素の気泡が生成される水素発生領域Rとなる。電源部5により交流電圧が入力される際に第2櫛歯電極3Aがカソード側となった場合(図2(B)参照)、第1櫛歯電極2Aと、第2櫛歯電極3Aとの間において、第2櫛歯電極3Aに隣接した領域は、水素の気泡が生成される水素発生領域Rとなる。
水素発生領域Rにおいては、水素の気泡の発生により空間が生じ、粘着シート4と固定対象面との間の粘着力が低下する。従って、電源部5により、第1櫛歯電極2Aと第2櫛歯電極3Aとに交流電圧を入力すると、粘着シート4の一面4A側において、第1櫛歯電極2Aと第2櫛歯電極3Aとに隣接する水素発生領域Rにおいて粘着力が低下し、粘着シート4の一面4A側の粘着力が低下する。この場合、第1櫛歯電極2Aと第2櫛歯電極3Aとが設けられた粘着シート4の一面4A側の粘着力が他面4B側の粘着力に比して相対的に低下し、一面4A側が選択的に剥離する。
このとき、電源部5が入力する交流電圧の周波数を所定以上に高めると、粘着シート4の一面4A側において、第1櫛歯電極2Aと第2櫛歯電極3Aとの間の領域に存在する電解質の移動が追従しなくなる。この状態においては、第1櫛歯電極2A或いは第2櫛歯電極3Aに十分な量の電解質が到達できず、粘着シート4の一面4A側の粘着力が低下せず、固定対象面から剥離しなくなる。従って、電源部5が入力する交流電圧の周波数は、第1櫛歯電極2Aと第2櫛歯電極3Aとの間の領域に存在する電解質の移動量を示すイオン移動度に基づいて、1kHz以下に設定されることが望ましい。より確実に両電極での剥離を生じさせるためには、電源部5が入力する交流電圧の周波数は、10Hz以下であることが好ましい。
図3には、第1櫛歯電極2Aと第2櫛歯電極3Aとの短手方向の電極幅と離間距離の関係が示されている。第1櫛歯電極2A及び第2櫛歯電極3Aの短手方向の電極幅W、離間距離dとすると、以下の式(1)の条件を満たす場合、粘着シート4の一面4A側において十分な粘着力を確保することができる。
W<d (1)
W<d (1)
また、第1櫛歯電極2A及び第2櫛歯電極3Aに隣接する水素発生領域Rにおいて水素の気泡の径rbとすると、以下の式(2)の条件を満たす場合、粘着シート4の一面4A側において良好な剥離効果が得られる。
d<2×rb (2)
d<2×rb (2)
離間距離dは、粘着力の低下効果が得られる範囲であればよく、必ずしも上記関係に限定されるわけではない。離間距離dは、より好適には、以下の式(3)の条件を満たすことが望ましい。
d<10×rb (3)
d<10×rb (3)
水素の気泡の径rbは、およそ100μmであることが望ましい。従って離間距離dの条件は、1000μm以下の範囲に設定することができ、より剥離性を高めるためには200μm以下の範囲に設定される。
図4には、比較例に係る物体接着剥離装置10が示されている。比較例において上記実施形態と同一の構成については、同一の名称を用い、重複する説明は適宜省略する。比較例に係る物体接着剥離装置10は、粘着シート40、第1電極20、及び第2電極30を備えている。粘着シート40の一面40A側には、第1電極20が設けられ、他面40B側には、第2電極30が設けられている。第1電極20と第2電極30とは、電源部50に電気的に接続されている。この構成において、電源部50は、第1電極20と第2電極30に直流の所定電圧を入力する。第1電極20をカソード側とすると、第1電極20と第2電極30との間において、第1電極20に隣接した領域は、水素の気泡が生成される水素発生領域Rとなる。
比較例に係る物体接着剥離装置10を固定対象面と接着対象物との間の固定に用いる場合、少なくとも固定対象面と接着対象物とのいずれか一方が電気伝導性を有する導体に形成されている必要がある。比較例に係る物体接着剥離装置10に比して、実施形態の物体接着剥離装置1によれば、固定対象面と接着対象物とは、導体である必要がなく、不導体に形成されていてもよい。
図5には、物体の接着・剥離方法において実行される各工程が示されている。一面4A側に第1電極2及び第2電極3が設けられた粘着シート4の他面4B側に接着対象物を接着する(ステップS100)。粘着シート4の一面4A側を固定対象面に接着する(ステップS102)。第1電極2と第2電極3とに所定電圧を入力し、粘着シート4の層厚方向に直交する方向に所定電圧に基づく電位差を生じさせる(ステップS104)。粘着シート4の一面4A側に電気化学反応を生じさせ、粘着シート4を第1電極2及び第2電極3と共に固定対象面から剥離する(ステップS106)。ステップS100、ステップS102は入れ換えられてもよい。
上述したように、物体接着剥離装置1によれば、接着対象物を固定対象物に一時的に接着すると共に、残渣無く固定対象物を剥離することができる。物体接着剥離装置1によれば、粘着シート4の一面側に複数の第1櫛歯電極2A及び複数の第2櫛歯電極3Aが交互に配置されているため、複数の第1櫛歯電極2A及び複数の第2櫛歯電極3Aに所定電圧を入力した際に、粘着シートの層厚方向に直交する方向に所定電圧に基づく電位差を生じさせ、粘着シート4の一面側4Aに電気化学反応を生じさせ、固定対象面に残滓が残らないように粘着シート4を固定対象面から剥離することができる。
物体接着剥離装置1によれば、固定対象面が導体或いは不導体に形成されているか否かによらず、粘着シート4を固定対象面から剥離することができる。物体接着剥離装置によれば、第1電極2及び第2電極3に所定周波数の所定電圧を入力することにより、粘着シート4の剥離性を向上することができる。物体接着剥離装置1によれば、所定周波数が粘着シート4内のイオン移動度に基づいて、所定値以下の範囲に設定されることにより粘着シート4の剥離性を向上させることができる。
(第2実施形態)
以下、第2実施形態に係る物体接着剥離装置について説明する。以下の説明では、第1実施形態と同一の構成については、同一の名称及び符号を用い、重複する説明については、適宜省略する。
以下、第2実施形態に係る物体接着剥離装置について説明する。以下の説明では、第1実施形態と同一の構成については、同一の名称及び符号を用い、重複する説明については、適宜省略する。
図6に示されるように、物体接着剥離装置1Aは、粘着シート4の一面4A側に第1電極2C及び第2電極3Cが設けられている。第1電極2Cは、金属製の第1線状体を螺旋状に配置した第1螺旋電極2Dを有する。第1螺旋電極2Dは、所定の巻回方向により巻回された螺旋形状に形成されている。第2電極3Cは、金属製の第2線状体を螺旋状に配置した第2螺旋電極3Dを有する。第2螺旋電極3Dは、第1螺旋電極2Dと同じ所定の巻回方向により巻回された螺旋形状に形成されている。第1線状体と第2線状体とは交互に隣接して配置されている。第1線状体と第2線状体とは、離間距離d離間して配置されている。第1螺旋電極2Dと第2螺旋電極3Dとにより2重螺旋が構成されている。
第2実施形態に係る物体接着剥離装置1Aによれば、電源部5により第1電極2C及び第2電極3Cに所定電圧の交流電圧を入力することにより、粘着シート4の層厚方向に直交する方向(X軸方向及びY軸方向)に所定電圧に基づく電位差を生じさせ、粘着シート4の一面側4Aに電気化学反応を生じさせ、固定対象面に残滓が残らないように粘着シート4を固定対象面から剥離することができる。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、物体接着剥離装置1は、固定対象面に接着される一面4A側と接着対象物が接着される他面4B側とに粘着面を有する粘着シート4と、粘着シート4の一面4A側に配置された第1電極2と、粘着シート4の一面側において第1電極2に隣接して配置された第2電極3と、第1電極2と第2電極3とに所定電圧を入力し、第1電極2と第2電極3との間に電位差を与えることにより、粘着シート4の一面4A側において層厚方向に直交する方向に所定電圧に基づく電位差を生じさせ、粘着シート4に電気化学反応を生じさせ、粘着シート4を固定対象面から剥離させる電源部5とを持つことにより、接着対象物を固定対象物に一時的に接着すると共に、残渣無く固定対象物を剥離することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1、1A…物体接着剥離装置、2、2C…第1電極、2A…第1櫛歯電極、2D…第1螺旋電極、3、3C…第2電極、3A…第2櫛歯電極、3D…第2螺旋電極、4…粘着シート、5…電源部
Claims (9)
- 一面側と他面側に粘着面を有し前記一面側に第1電極と前記第1電極に隣接して配置された第2電極とを有する粘着シートの前記他面側に接着対象物を接着し、
前記粘着シートの前記一面側を固定対象面に接着し、
前記第1電極と前記第2電極とに所定電圧を入力し、前記粘着シートの層厚方向に直交する方向に前記所定電圧に基づく電位差を生じさせ、
前記粘着シートの前記一面側に電気化学反応を生じさせ、前記粘着シートを前記固定対象面から剥離する、
物体の接着・剥離方法。 - 前記所定電圧は、所定周波数を有する交流電圧である、
請求項1に記載の物体の接着・剥離方法。 - 前記所定周波数は、1000Hz以下である、
請求項2に記載の物体の接着・剥離方法。 - 前記粘着シートは、アクリル系ポリマーと、前記アクリル系ポリマーに含有され所定のイオン伝導率を示すイオン液体と、前記イオン液体の移動を促進する移動促進剤を含む電気剥離粘着剤層により形成されている、
請求項1から3のうちいずれか1項に記載の物体の接着・剥離方法。 - 前記第1電極と前記第2電極とは1000μm未満の離間距離により配置されている、
請求項1から3のうちいずれか1項に記載の物体の接着・剥離方法。 - 前記第1電極及び前記第2電極とは所定の電極幅を有する線状体によりに形成され、
前記電極幅は、前記離間距離に比して小さく形成されている、
請求項5に記載の物体の接着・剥離方法。 - 前記第1電極は、電気的に並列接続され並置された複数の第1櫛歯電極を有し、
前記第2電極は、電気的に並列接続され並置された複数の第2櫛歯電極を有し、各前記第1櫛歯電極と、各前記第2櫛歯電極とは、交互に隣接して配置されている、
請求項1から6のうちいずれか1項に記載の物体の接着・剥離方法。 - 前記第1電極は、第1線状体を螺旋状に配置した第1螺旋電極を有し、
前記第2電極は、第2線状体を螺旋状に配置した第2螺旋電極を有し、
前記第1線状体と前記第2線状体とは交互に隣接して配置された2重螺旋を構成している、
請求項1から6のうちいずれか1項に記載の物体の接着・剥離方法。 - 固定対象面に接着される一面側と接着対象物が接着される他面側とに粘着面を有する粘着シートと、
前記粘着シートの前記一面側に配置された第1電極と、
前記粘着シートの前記一面側において前記第1電極に隣接して配置された第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極とに所定電圧を入力し、前記第1電極と前記第2電極との間に電位差を与えることにより、前記粘着シートの前記一面側において層厚方向に直交する方向に前記所定電圧に基づく電位差を生じさせ、前記粘着シートに電気化学反応を生じさせ、前記粘着シートを前記固定対象面から剥離させる電源部と、を備える、
物体接着剥離装置。
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