JP2816578B2 - 静電浮遊装置 - Google Patents
静電浮遊装置Info
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- JP2816578B2 JP2816578B2 JP28991389A JP28991389A JP2816578B2 JP 2816578 B2 JP2816578 B2 JP 2816578B2 JP 28991389 A JP28991389 A JP 28991389A JP 28991389 A JP28991389 A JP 28991389A JP 2816578 B2 JP2816578 B2 JP 2816578B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は試料を静電気的な力を利用して空間に浮遊さ
せるようにするもので、主として宇宙材料実験用の無容
器処理装置として用いる静電浮遊装置に関するものであ
る。
せるようにするもので、主として宇宙材料実験用の無容
器処理装置として用いる静電浮遊装置に関するものであ
る。
［従来の技術］ 近年の新素材の開発研究の進展に伴い地上はもとより
宇宙の微小重力環境を利用して新規な材料の開発を行う
ことが考えられており、素材を空間の一点に非接触状態
で保持して無容器で加熱、溶融、凝固等の処理を行わせ
ることが考えられている。そのため、物体を何等かの方
法で空間の一点に非接触状態で保持する技術と、該保持
された物体を加熱、溶融等する技術の開発が必要となっ
ている。
宇宙の微小重力環境を利用して新規な材料の開発を行う
ことが考えられており、素材を空間の一点に非接触状態
で保持して無容器で加熱、溶融、凝固等の処理を行わせ
ることが考えられている。そのため、物体を何等かの方
法で空間の一点に非接触状態で保持する技術と、該保持
された物体を加熱、溶融等する技術の開発が必要となっ
ている。
前者の物体を空間の一点に非接触状態で保持する技術
の１つとしては、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ため、具体的な
静電浮遊装置が提案されるようになっている。
の１つとしては、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ため、具体的な
静電浮遊装置が提案されるようになっている。
第５図はこれまでに提案されている静電浮遊装置の一
例として、対向電極を有する二次元四重極方式（以下、
二次元四重極方式という）の浮遊装置について示すもの
で、軸方向と直交する方向に閉じ込め力を発生する第１
浮遊用電極としての４本の円柱状電極からなる二次元四
重極電極a,b,c,dを、中心軸ｅから等距離の位置に、該
中心軸ｅに沿うよう平行に配置して各電極a,b,c,dが正
方形の頂点に位置しているようにし、且つ上記中心軸ｅ
の線上の上下位置に、上下方向閉じ込め力を発生する第
２浮遊用電極としての２つの直流電極f,gを所定間隔で
配置し、上記二次元四重極電極a,b,c,dは第１浮遊用電
源としての交流電源ｈに接続し、又、上記直流電極f,g
は第２浮遊用電源としての直流電源ｉに接続して、上記
二次元四重極電極と直流電極とを組み合わせてなる構成
とし、上記中心軸ｅの中心点に試料ｊを浮遊状態で保持
させるようにしてある。
例として、対向電極を有する二次元四重極方式（以下、
二次元四重極方式という）の浮遊装置について示すもの
で、軸方向と直交する方向に閉じ込め力を発生する第１
浮遊用電極としての４本の円柱状電極からなる二次元四
重極電極a,b,c,dを、中心軸ｅから等距離の位置に、該
中心軸ｅに沿うよう平行に配置して各電極a,b,c,dが正
方形の頂点に位置しているようにし、且つ上記中心軸ｅ
の線上の上下位置に、上下方向閉じ込め力を発生する第
２浮遊用電極としての２つの直流電極f,gを所定間隔で
配置し、上記二次元四重極電極a,b,c,dは第１浮遊用電
源としての交流電源ｈに接続し、又、上記直流電極f,g
は第２浮遊用電源としての直流電源ｉに接続して、上記
二次元四重極電極と直流電極とを組み合わせてなる構成
とし、上記中心軸ｅの中心点に試料ｊを浮遊状態で保持
させるようにしてある。
そのほかにも、上記円柱状にした電極に代えて、球
型、リング型、皿型にしたものもある。
型、リング型、皿型にしたものもある。
［発明が解決しようとする課題］ 電極に交流電圧を印加した場合は、プラスとマイナス
が交互に変って来るので、操作が楽であるが、上記二次
元四重極方式浮遊装置では、２つの直流電極f,gを用
い、直流電圧を印加させるようにしてあるため、直流電
圧を印加したときに試料ｊの浮上位置が変化させられる
と、試料ｊを押し戻すために直流電圧を印加して操作す
る必要があり、操作が複雑となるという問題があり、更
に、二次元四重極電極a,b,c,dは正方形の各頂点に位置
するように配置されていて、該４本の電極間の電気力線
により試料ｊを中心部へ向けるようにするもので、本発
明装置の場合と比較して、電極間隔が大きいため中心部
へ向ける力が弱いといえる。
が交互に変って来るので、操作が楽であるが、上記二次
元四重極方式浮遊装置では、２つの直流電極f,gを用
い、直流電圧を印加させるようにしてあるため、直流電
圧を印加したときに試料ｊの浮上位置が変化させられる
と、試料ｊを押し戻すために直流電圧を印加して操作す
る必要があり、操作が複雑となるという問題があり、更
に、二次元四重極電極a,b,c,dは正方形の各頂点に位置
するように配置されていて、該４本の電極間の電気力線
により試料ｊを中心部へ向けるようにするもので、本発
明装置の場合と比較して、電極間隔が大きいため中心部
へ向ける力が弱いといえる。
そこで、本発明は、電源系統を一系統にして操作を簡
単にすると共に浮遊している試料を無制御で安定に保持
できるようにし、更に、試料を中心に向ける力を増すこ
とができるようにしようとするものである。
単にすると共に浮遊している試料を無制御で安定に保持
できるようにし、更に、試料を中心に向ける力を増すこ
とができるようにしようとするものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記課題を解決するために、静電的な閉じ
込め力を発生させる浮遊用電極として、リング状にして
内周面を曲面状にした電極と該電極の中心部の上下両位
置に対向させて配置させた椀状の２つの電極とからなる
回転四重極電極を構成し、上記回転四重極電極のリング
状電極と２つの椀状電極を交流電源又は交流と直流を重
畳した電源に接続し、且つ上記各電極間に試料を導入さ
せる試料導入装置を設置してなる構成とする。上記各電
極には中心部へ向けて試料導入孔を貫通させ、電極内を
通して試料を各電極間の空間部へ導入させるようにする
こともできる。又、浮遊用電源としての交流電源の周波
数は1Hz程度の低周波から数100Hz程度の高周波の範囲で
可変することができる。
込め力を発生させる浮遊用電極として、リング状にして
内周面を曲面状にした電極と該電極の中心部の上下両位
置に対向させて配置させた椀状の２つの電極とからなる
回転四重極電極を構成し、上記回転四重極電極のリング
状電極と２つの椀状電極を交流電源又は交流と直流を重
畳した電源に接続し、且つ上記各電極間に試料を導入さ
せる試料導入装置を設置してなる構成とする。上記各電
極には中心部へ向けて試料導入孔を貫通させ、電極内を
通して試料を各電極間の空間部へ導入させるようにする
こともできる。又、浮遊用電源としての交流電源の周波
数は1Hz程度の低周波から数100Hz程度の高周波の範囲で
可変することができる。
［作用］ 回転四重極電極に交流電源を印加し、帯電物体である
試料を電極間に導入すると、該試料は電極間で発生する
電気力線に沿って運動させられる。この運動は電気力線
が電極中心部へ向っているので、試料は常に電極中心部
へ向う力を受けて浮上する。浮上すると、無制限で安定
に電極間中央部に保持される。この際、直流電圧は試料
の保持力には関係せず、単に試料の静止位置を制御する
ためのもので、本質的な安定性には影響を与えない。
試料を電極間に導入すると、該試料は電極間で発生する
電気力線に沿って運動させられる。この運動は電気力線
が電極中心部へ向っているので、試料は常に電極中心部
へ向う力を受けて浮上する。浮上すると、無制限で安定
に電極間中央部に保持される。この際、直流電圧は試料
の保持力には関係せず、単に試料の静止位置を制御する
ためのもので、本質的な安定性には影響を与えない。
［実 施 例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例を示すもので、静電気的な
閉じ込め力を発生する浮遊用電極として、回転四重極電
極１を配置し、該回転四重極電極１を浮遊用電極として
の交流電極２に接続し、且つ上記回転四重極電極１の中
心部へ帯電物体である試料３を導入させるための試料導
入装置４を設置する。
閉じ込め力を発生する浮遊用電極として、回転四重極電
極１を配置し、該回転四重極電極１を浮遊用電極として
の交流電極２に接続し、且つ上記回転四重極電極１の中
心部へ帯電物体である試料３を導入させるための試料導
入装置４を設置する。
記述すると、上記回転四重極電極１は、内周面を曲面
上としてリング上に成形した電極1aと、該リング状の電
極1aの中心部の上下両位置に相対向させて配置し且つ相
対向する側の面を球面状にしてなる２つの椀状の電極1
b,1cとを組み合わせてなり、且つ上記各電極1a,1b,1cの
各内側の曲線を、第２図に示す如く、ｒ−ｚ座標で、Ｒ
を電極定数として、r2−2z2＝±R2で表わされるように
した構成とする。又、上記各電極1a,1b,1cの間へ試料３
へ導入させるための試料導入装置４は、試料３を溜めて
おく試料溜め部4aと試料３を放出させるノズル部4bとを
有し、上記リング状の電極1aと上方の椀状の電極1bとの
間の空隙部５にノズル部4bを電極中心部Ｏへ向けて挿入
させた構成としてある。更に、上記回転四重極電極１を
構成する電極1bと1cを共通にして電極1aとの間に交流電
圧を印加するように交流電源２に接続し、又、上記交流
電源２の周波数は、上記試料３の質量、荷電量、直径、
等に応じて、1Hz程度の低周波から数100Hz程度の高周波
の範囲で変化させることができるようにしてある。又、
電極1bと1cには直流電圧を印加させて試料の浮上位置を
変化させるようにするために直流電源９とコンデンサ10
を第１図の如く組み込んだ構成とする。
上としてリング上に成形した電極1aと、該リング状の電
極1aの中心部の上下両位置に相対向させて配置し且つ相
対向する側の面を球面状にしてなる２つの椀状の電極1
b,1cとを組み合わせてなり、且つ上記各電極1a,1b,1cの
各内側の曲線を、第２図に示す如く、ｒ−ｚ座標で、Ｒ
を電極定数として、r2−2z2＝±R2で表わされるように
した構成とする。又、上記各電極1a,1b,1cの間へ試料３
へ導入させるための試料導入装置４は、試料３を溜めて
おく試料溜め部4aと試料３を放出させるノズル部4bとを
有し、上記リング状の電極1aと上方の椀状の電極1bとの
間の空隙部５にノズル部4bを電極中心部Ｏへ向けて挿入
させた構成としてある。更に、上記回転四重極電極１を
構成する電極1bと1cを共通にして電極1aとの間に交流電
圧を印加するように交流電源２に接続し、又、上記交流
電源２の周波数は、上記試料３の質量、荷電量、直径、
等に応じて、1Hz程度の低周波から数100Hz程度の高周波
の範囲で変化させることができるようにしてある。又、
電極1bと1cには直流電圧を印加させて試料の浮上位置を
変化させるようにするために直流電源９とコンデンサ10
を第１図の如く組み込んだ構成とする。
なお、第１図に示す如く、各電極1a,1b,1cに、電極の
中心部Ｏへ向けて開口するように試料導入孔6,7を貫通
させて設け、該各試料導入孔6,7を通して試料３を電極
の中心部Ｏへ導入させるようにして電極1aと1b間の空隙
部５からの導入に代えることもできる。
中心部Ｏへ向けて開口するように試料導入孔6,7を貫通
させて設け、該各試料導入孔6,7を通して試料３を電極
の中心部Ｏへ導入させるようにして電極1aと1b間の空隙
部５からの導入に代えることもできる。
今、リング状の電極極1aと上下２つの椀状の電極1b,1
cとの間に交流電源２から交流電圧を印加させた状態
で、電極1a,1b,1cの内部へ試料３を導入すると、導入さ
れた試料３は、各電極1aと1b,1c間に生じている電気力
線に沿って運動し、電極1a,1b,1cの中心部Ｏへ強い力で
向けられて安定して静止し浮上し、この浮遊状態で保持
される。すなわち、試料３が各電極1aと1b,1c間の電気
力線に沿って運動するときの運動モードには、試料３と
しての粒子の初期位置、交流電源２の周波数、試料３の
荷電量に応じて、第３図に示す振動モード運動と、第４
図に示す渦モード運動があるが、上記電極1aと1b,1c間
に導入された試料３の運動は、第３図、第４図に示す如
く電気力線８が電極の中心部Ｏに向っているため、該電
気力線８に沿って行われ、上記第３図の振動モード運動
又は第４図の渦モード運動をしながら試料３は常に電極
中心部Ｏへ向って閉じ込められて行き、電極中心部Ｏで
安定して静止し浮上させられ、試料３は電極中心部に浮
遊状態で保持される。試料３が電極中心部Ｏで浮上させ
られると、上記電極1aと1b,1c間の電気力線８により試
料３は常に電極中心部Ｏに向う強い力を受けているた
め、以後は無制限で電極中心部Ｏに試料３を安定に保持
させることができる。
cとの間に交流電源２から交流電圧を印加させた状態
で、電極1a,1b,1cの内部へ試料３を導入すると、導入さ
れた試料３は、各電極1aと1b,1c間に生じている電気力
線に沿って運動し、電極1a,1b,1cの中心部Ｏへ強い力で
向けられて安定して静止し浮上し、この浮遊状態で保持
される。すなわち、試料３が各電極1aと1b,1c間の電気
力線に沿って運動するときの運動モードには、試料３と
しての粒子の初期位置、交流電源２の周波数、試料３の
荷電量に応じて、第３図に示す振動モード運動と、第４
図に示す渦モード運動があるが、上記電極1aと1b,1c間
に導入された試料３の運動は、第３図、第４図に示す如
く電気力線８が電極の中心部Ｏに向っているため、該電
気力線８に沿って行われ、上記第３図の振動モード運動
又は第４図の渦モード運動をしながら試料３は常に電極
中心部Ｏへ向って閉じ込められて行き、電極中心部Ｏで
安定して静止し浮上させられ、試料３は電極中心部に浮
遊状態で保持される。試料３が電極中心部Ｏで浮上させ
られると、上記電極1aと1b,1c間の電気力線８により試
料３は常に電極中心部Ｏに向う強い力を受けているた
め、以後は無制限で電極中心部Ｏに試料３を安定に保持
させることができる。
上記電極中心部Ｏに浮遊状態で保持している試料３の
浮上位置を変えたいときは、電極1b,1cに直流電圧を印
加させるようにして交流と直流を重畳させるようにすれ
ばよい。この場合は、第１図に示す如く組み込まれた直
流電源９から直流電圧を電極1b,1cに印加させて試料３
の浮上位置を変更させるようにする。この際、試料３の
質量、荷電量、浮遊位置の精度によっては電極1b,1cに
直流電圧を印加する必要がないので、かかる場合は直流
電源９を省略してもよい。10はコンデンサである。
浮上位置を変えたいときは、電極1b,1cに直流電圧を印
加させるようにして交流と直流を重畳させるようにすれ
ばよい。この場合は、第１図に示す如く組み込まれた直
流電源９から直流電圧を電極1b,1cに印加させて試料３
の浮上位置を変更させるようにする。この際、試料３の
質量、荷電量、浮遊位置の精度によっては電極1b,1cに
直流電圧を印加する必要がないので、かかる場合は直流
電源９を省略してもよい。10はコンデンサである。
なお、第１図は、リング状の電極1aの断面がr2−2z2
＝±R2に従う形状や半円状の場合を示したが、断面が円
形もしくはこれに近い形状としても浮遊用電極として同
様に機能できること、その他本発明の要旨を逸脱しない
範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
＝±R2に従う形状や半円状の場合を示したが、断面が円
形もしくはこれに近い形状としても浮遊用電極として同
様に機能できること、その他本発明の要旨を逸脱しない
範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
［発明の効果］ 以上述べた如く、本発明の静電浮遊装置によれば、内
周面を曲面にしたリング状の電極と該リング状の電極の
中心に向けて相対向させた２つの椀状の電極とを組み合
わせてなる浮遊用電極と、各電極に交流電圧を印加する
交流電源からなる浮遊用電源と、上記浮遊用電極の中心
部に荷電された試料を導入させる試料導入装置とからな
る構成としてあるので、次の如き優れた効果を奏し得
る。
周面を曲面にしたリング状の電極と該リング状の電極の
中心に向けて相対向させた２つの椀状の電極とを組み合
わせてなる浮遊用電極と、各電極に交流電圧を印加する
交流電源からなる浮遊用電源と、上記浮遊用電極の中心
部に荷電された試料を導入させる試料導入装置とからな
る構成としてあるので、次の如き優れた効果を奏し得
る。
（ｉ） 試料を常に電極中心部へ向ける力（保持力）が
強く、試料を安定に電極中心部へ保持させることができ
る。
強く、試料を安定に電極中心部へ保持させることができ
る。
（ii） 試料の保持力が強いことから、試料が電極中心
部で静止し浮上すると、無制御で試料を浮遊状態に保持
できる。
部で静止し浮上すると、無制御で試料を浮遊状態に保持
できる。
（iii） 試料の浮上位置を変化させる場合を除き、安
定静止浮上のための電源系統は交流電源のみで済むた
め、構成が簡単となり、操作も簡単である。
定静止浮上のための電源系統は交流電源のみで済むた
め、構成が簡単となり、操作も簡単である。
第１図は本発明の静電浮遊装置の一実施例を示す切断側
面図、第２図は第１図に示す浮遊用電極の断面図、第３
図及び第４図は電気力線による試料の運動を示す図、第
５図は現在までの静電浮遊装置の一例を示す概略斜視図
である。 １……回転四重極電極（浮遊用電極）、1a……リング状
の電極、1b,1c……椀状の電極、２……交流電源（浮遊
用電源）、３……試料、４……試料導入装置、８……電
気力線、９……直流電源、10……コンデンサ、Ｏ……電
極の中心部。
面図、第２図は第１図に示す浮遊用電極の断面図、第３
図及び第４図は電気力線による試料の運動を示す図、第
５図は現在までの静電浮遊装置の一例を示す概略斜視図
である。 １……回転四重極電極（浮遊用電極）、1a……リング状
の電極、1b,1c……椀状の電極、２……交流電源（浮遊
用電源）、３……試料、４……試料導入装置、８……電
気力線、９……直流電源、10……コンデンサ、Ｏ……電
極の中心部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−228263（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−146973（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−241372（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02N 11/00 H02N 13/00
Claims (1)
- 【請求項１】内周面を曲面状にしたリング状の電極と該
リング状の電極の中心に向けて相対向させ且つ対向面を
球面状にした２つの椀状の電極とを組み合わせて静電気
的な閉じ込め力を発生させる浮遊用電極を構成し、且つ
上記浮遊用電極間に交流電圧又は交流と直流を重畳した
電圧を印加する浮遊用電源を接続し、更に、上記浮遊用
電極間に試料を導入させる試料導入装置を備えてなるこ
とを特徴とする静電浮遊装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28991389A JP2816578B2 (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 静電浮遊装置 |
| DE1990623522 DE69023522T2 (de) | 1989-02-23 | 1990-02-22 | Elektrostatische Haltevorrichtung. |
| EP19900301900 EP0384751B1 (en) | 1989-02-23 | 1990-02-22 | Electrostatic locating apparatus |
| US08/074,283 US5303117A (en) | 1989-02-23 | 1993-06-09 | Electrostatic positioner |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28991389A JP2816578B2 (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 静電浮遊装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03155377A JPH03155377A (ja) | 1991-07-03 |
| JP2816578B2 true JP2816578B2 (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=17749388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28991389A Expired - Fee Related JP2816578B2 (ja) | 1989-02-23 | 1989-11-09 | 静電浮遊装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2816578B2 (ja) |
-
1989
- 1989-11-09 JP JP28991389A patent/JP2816578B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03155377A (ja) | 1991-07-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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