JP2615944B2 - 静電浮遊装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、帯電物体を静電気的な力を利用して容器
に非接触状態に保持するための静電浮遊装置に関し、主
として宇宙の微小重力環境下での材料開発や地上での粉
体工業や原子力工業における物体の非接触ハンドリング
に適用する。

〔従来の技術〕

物体を空間の一点に非接触状態で保持する必要がある
場合として宇宙の微小重力環境での材料開発や地上での
粉体工業や原子力工業における非接触ハンドリングなど
がある。

例えば宇宙での材料開発においては、微小重力環境を
利用して材料を無容器で加熱、溶融、凝固処理を行うこ
とが考えられているが、浮遊している物体が必ずしも一
定の位置にとどまっているわけでないため何等かの方法
で空間の一点に非接触状態で保持することが必要となっ
ている。

その一つの方法として静電場を用いる方法があり、対
象とする物体が帯電物体であればこれを空間の所定の位
置に浮遊させて保持させることが可能である。

このような静電場を利用した従来の浮遊装置は、例え
ば第５図（ａ）、（ｂ）に示すように、２つの皿形の電
極1,1を上下に配置して直流電源２によって電界Ｅを形
成するようにしたり、４つの球形の電極3,3,3,3を立方
体の対角線の端部４か所に配置して高圧電源４により電
界Ｅを形成するようにしており、電極間に置かれた物体
５の位置をビデオカメラなどでモニタし、定位置からず
れると元の位置に戻すようにコンピュータ６によって電
源電圧をコントロールするようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、従来の浮遊装置では、皿形に湾曲した電極
1,1を平行に配置しなければならないなど、電極1,2の位
置設定が難しいという問題がある。

また、直流電源２だけであるので、物体５の浮遊位置
の制御を電圧だけで行わねばならず、制御パラメータが
１つだけで少ないという問題がある。

さらに、金属電極なので、高電圧の印加が出来ず、高
電圧を印加すると火花放電が発生し、物体５の浮遊が不
可能になったり、取扱が危険であるという問題もある。

この発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされ
たもので、電極構造を簡単にでき、制御変数を増加する
ことも可能な静電浮遊装置を提供しようとするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するためこの発明の静電浮遊装置は、
帯電物体を静電気的な力で空間に保持する静電浮遊装置
において、平行な２本１組の棒状電極を偶数組互いに直
交させ空間を形成するよう井桁状に配置したことを特徴
とするものである。

〔作用〕

この静電浮遊装置によれば、２本１組の棒状の電極を
用い、これらを２組や４組など偶数組で空間を形成する
ように井桁状に配置するようにしており、電極の配置を
簡単にできるようにするとともに、電源として交流の使
用をも可能とし、電圧のみならず、周波数も変えること
で制御パラメータの増大をはかっている。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明
する。

第１図及び第２図はそれぞれこの発明の静電浮遊装置
にかかる一実施例の概略構成図である。

この静電浮遊装置10は、２本１組の棒状の電極11（1
2,13,14）を偶数組、例えば第１図に示すように２組や
第２図に示すように４組用いて構成される。

このような棒状の電極11,12,13,14は、第１図や第２
図に示すように、各組の電極11,12,13,14が平行に配置
されるとともに、それぞれの組の電極11と12,13と14同
志が互いに直角となり、偶数組の電極で立方体もしくは
直方体状の空間を形成するように配置される。

すなわち、２組の電極を用いる場合には、直方体の上
面と下面のそれぞれに１組の電極11,12が配置され、し
かもこれらの電極11と12が互いに直行するように直方体
の辺に沿って配置され、平面状態で井桁状になってお
り、４組の電極11,12,13,14を用いる場合には、直方体
の上面の各辺に沿って電極11,13が、直方体の下面の各
辺に沿って電極12,14が配置され、同様に平面状態で井
桁状になっている。

このような棒状電極11,12,13,14としては、導電性の
金属、又は、金属に絶縁被覆を施したものが使用され、
加えられる電圧などによって適宜選択される。

このような井桁状で空間を形成するように配置された
棒状電極を備えた静電浮遊装置10では、電源として交流
15または交流15と直流16とを組み合わせて使用され、交
流の周波数は、浮遊状態に保持すべき物体の浮遊安定状
態に応じて低周波から高周波まで適宜変化させて使用さ
れる。

そして、電源15,16と各電極11,12,13,14との接続は、
２組の電極を用いる場合の例を示す第３図（ａ），
（ｂ），（ｃ）のように、４本の電極11,11,12,12のそ
れぞれに独立した電源15と16,15と16,15と16,15と16を
接続するようにしたり、上下段の各組の電極11,12をそ
れぞれ独立した電源15,15に接続したり、上下段の各組
の電極11,12を一つの電源15に接続して上下段が交互に
＋極，−極となるようにするのもなどがある。

このように構成された静電浮遊装置10によれば、例え
ば第３図（ｃ）に示した上下段の各組の電極11,12を一
つの電源15に接続して上下段が交互に＋極，−極となる
ようにした場合には、第４図（ａ）及び（ｂ）に示すよ
うに、各電極11,11,12,12の回りに形成される電界Ｅに
よって井桁状の電極によって形成される空間の中心部に
電界の安定領域Ａが形成される。

したがって、電荷を有した試料17をこの安定領域Ａに
おくことによって試料17は、第４図（ｂ）に示すよう
に、中心部で周波数に応じた周期で電気力線12′で沿っ
て井桁状の電極11,11,12,12の外部に飛び出すことな
く、安定領域Ａ内で運動し続ける安定な運動を行うこと
になる。

この場合に電極11,12に加えられる電圧は、電極が金
属のままの場合は最大3kV/mmであるのに対し、金属をテ
フロンで被覆した場合には20〜25kV/mm、セラミックス
で被覆した場合には10〜20kV/mm程度の絶縁物の破壊電
界強度まで上げることができ、大きな安定領域Ａを確保
し、浮遊力の増大をはかることができる。

また、電源として交流を用いることも可能となり、周
波数を低周波から高周波まで変えることによっても安定
領域Ａを大巾に拡げることができ、浮遊力の増大をはか
ることができる。

さらに、浮遊物17の位置を制御するファクターとして
電源15の電圧のほか、電源15の周波数も加わり、制御範
囲を拡大することができる。

また、電極11,12を棒状にし、井桁状に配置するよう
にしたので、電極の組み合わせが単純で位置合わせを容
易に行うことができるとともに、精度良く配置すること
が可能となる。

さらに、電源15,16と電極11,12,13,14との接続も多様
化することができる。

したがって、このような静電浮遊装置10を用いること
で、宇宙の微小重力環境下での材料開発や地上での粉体
工業や原子力工業における物体の非接触ハンドリングを
容易に行うことができ、しかも浮遊物の位置制御などを
精度良く行うことができる。

なお、上記実施例では、２本１組の電極を２組ないし
４組用いる場合で説明したが、さらに電極の組数を増大
するようにしても良い。

また、この発明の範囲を逸脱しない範囲で各構成要素
を変更してもよいことは言うまでのもない。

〔発明の効果〕

以上、一実施例とともに具体的に説明したようにこの
発明の静電浮遊装置によれば、２本１組の棒状の電極を
用い、これらを２組や４組など偶数組で空間を形成する
ように井桁状に配置するようにしたので、電極の配置を
簡単することができるとともに、電源として交流の使用
をも可能とし、電圧のみならず、周波数も変えることで
制御パラメータの増大をはかることができる。

また、被覆電極を用いるようにすれば、電極に加える
電圧を絶縁被覆の破壊電界強度まで高めることができ、
浮遊力の増大をはかり、浮遊状態を安定させることがで
きるとともに、試料への放電を防止して安定に浮遊させ
ることができ、しかも安全である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれこの発明の静電浮遊装置に
かかる一実施例の概略構成図、第３図はこの発明の電源
と各電極との接続例の説明図、第４図はこの発明の電気
力線と粒子運動モードの説明図、第５図は従来の静電浮
遊装置の概略構成図である。 10:静電浮遊装置、11,12,13,14:2本１組の棒状電極、1
5:交流電源、16:直流電源、17:試料、E:電界、A:安定領
域。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】帯電物体を静電気的な力で空間に保持する
   静電浮遊装置において、平行な２本１組の棒状電極を偶
   数組互いに直交させ空間を形成するよう井桁状に配置し
   たことを特徴とする静電浮遊装置。