JP3839193B2 - 静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高抵抗体や誘電体材料の静電浮上ハンドリング装置に係り、特に、浮上ハンドリング時においてハンドリング対象物の表面に存在する残留電荷が
起因する不安定浮上因子を無くした、高抵抗体や誘電体材料の非接触ハンドリング技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この分野の先行技術としては、既に、本願発明者等によって、例えば、特開平９−３２２５６４号公報に開示されている。
【０００３】
図１５はその従来の静電浮上システムの概略構成図及びその電極形状を示す図である。
【０００４】
図１５において、１５５０はハンドリング対象物に静電気力による吸引浮上力を与えるための固定子及びその面上に形成されている電極である。１５６０はハンドリング対象物であり、電極１５５０に対向するように配置されている。１５４０〜１５４２は電極面とハンドリング対象物１５６０との間のギャップをセンシングする近接センサーである。１５００はスイッチング回路であり、スイッチ１５０１ａ，１５０１ｂ，１５０２ａ，１５０２ｂと反転素子１５０３から構成される。１５１０と１５２０は１５００と同じ構成のスイッチング回路である。なお、１５３０は電圧電源である。
【０００５】
このように構成したので、近接センサー１５４０〜１５４２でハンドリング対象物１５６０の位置をセンシングし、固定子１５５０とハンドリング対象物１５６０間のギャップはある設定値より小さくなったら電極への印加電圧をオフにし、逆にギャップはある設定値より大きくなったら印加電圧をオンにする。このようにして、ハンドリング対象物を完全に非接触な状態でハンドリングする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の静電浮上システムには、高抵抗体や誘電体材料であるハンドリング対象物を安定浮上することに問題がある。この静電浮上システムでは、ハンドリング対象物の浮上ギャップがターゲットギャップより大きい時、電極に電圧を印加して、電極とハンドリング対象物間に吸引力を発生し、ハンドリング対象物を吸引浮上し、ギャップを小さくしてターゲットギャップに近づける。
【０００７】
逆に、ギャップはターゲットギャップより小さければ、電極への印加電圧を遮断して静電吸引力を無くすようにし、自重で対象物を落してギャップを大きくし、ターゲットギャップに近づけようとする。
【０００８】
しかし、ハンドリング対象物は高抵抗体や誘電体材料であれば、印加電圧を遮断しても、ハンドリング対象物の表面に存在する残留電荷が瞬時になくならないため、電極とハンドリング対象物間の静電吸引力は印加電圧の遮断と同時に無くならない。この残留静電吸引力が原因で、この制御方式では、高抵抗体や誘電体材料であるハンドリング対象物を安定吸引浮上できないといった問題があった。
【０００９】
本発明は、高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物の静電気力浮上ハンドリング時における、ハンドリング対象物の表面に存在する残留電荷が起因する不安定浮上因子を無くし、高抵抗体や誘電体材料を安定浮上させハンドリングできる静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物のハンドリング装置において、前記ハンドリング対象物に対向する上面に配置され、前記ハンドリング対象物を非接触で支持する静電気力を発生する電極を有する固定子と、前記電極の面と前記ハンドリング対象物間のギャップをセンシングするセンサーと、前記ハンドリング対象物の表面に存在する残留電荷を考慮した上で、前記センサーの出力に基づいて、電圧電源から供給される複数の電圧を選択的に電極に印加するとともに、前記ハンドリング対象物を静電気力で吸引浮上するために前記電極に電圧を印加することに付加して、前記ハンドリング対象物の浮上ギャップが浮上ターゲットギャップより小さくなった場合に作動する、前記ハンドリング対象物の過度の吸引浮上を抑制する抑制制御手段を具備し、この抑制制御手段は、前記電極に静電気反発力を発生させるために逆極性の電圧を印加することにより、前記静電気吸引力を瞬時に無くしたり、小さくなるように制御するとともに、前記逆極性の電圧の印加時間を制限する遅延タイマを具備するようにしたものである。
【００１１】
〔２〕上記〔１〕記載の静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置において、前記誘電体材料はガラス板である。
【００１２】
〔３〕上記〔１〕記載の静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置において、前記誘電体材料はセラミックス板である。
【００１３】
〔４〕上記〔１〕記載の静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置において、前記誘電体材料はプラスチック板である。
【００１４】
〔５〕上記〔１〕記載の静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置において、前記ハンドリング対象物は母材の表面に高抵抗体や誘電体材料が塗布されている。
【００１５】
〔６〕上記〔１〕記載の静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置において、電圧極性の違う２つの電極要素が隣り合うように配置された電極構造の電極を具備するようにしたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の第１実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物のハンドリング装置の概略構成図、図２は本発明の第１実施例が有効であることを説明する静電気吸引力の実測データを示す図である。この図２には、図１のシステムはどうして高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物を安定浮上できるかについて説明する（詳細は後述する）。図３、図４、図５には高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物を静電浮上するのに適した電極形状を示す。
【００１８】
まず、図３に示す電極パターン３００の、基板３０１上の上半分の領域には、丸い形状の複数個に分割された第１の電極要素（＋）３０２と絶縁部分３０４を介してベタパターンである第２の電極要素（−）３０３とが配置されている。
【００１９】
一方、基板３０１上の下半分の領域には、丸い形状の複数個に分割された第２の電極要素（−）３０５と絶縁部分３０７を介してベタパターンである第１の電極要素（＋）３０６とが配置されている。つまり、基板３０１上の上半分の領域と下半分のパターン形状は同じであるが、電極には互いに逆極性の電位が印加されるように構成されている。また、電極パターン３００の中央にハンドリング対象物をセンシングするためのセンサー穴３０８が形成されている。
【００２０】
次に、図４に示す電極パターン４００は、基板４０１上に細かく分割された第１の電極要素（＋）４０２と第２の電極要素（−）４０４とが配置され、第１の電極要素（＋）４０２は第１の接続線４０３により、第２の電極要素（−）４０４は第２の接続線４０５により、斜行するようにそれぞれ電極要素を接続している。また、電極パターン４００の中央にハンドリング対象物をセンシングするためのセンサー穴４０６が形成されている。
【００２１】
また、図５に示す電極パターン５００は、基板５０１上に細かく分割された第１の電極要素（＋）５０２と第２の電極要素（−）５０４とが配置され、第１の電極要素（＋）５０２は第１の接続線５０３により、第２の電極要素（−）５０４は第２の接続線５０５により、斜行するようにそれぞれ電極要素を接続している。その斜行は、基板５０１のＸ軸中心線で対称となるように構成されている。また、電極パターン５００の中央にハンドリング対象物をセンシングするためのセンサー穴５０６が形成されている。
【００２２】
図１において、１００は面上に電極が形成されるベース、１０１は４つの電極ユニットに分割された電極面、１１０，１３０，１５０及び１７０は各電極ユニットに印加する電圧を制御するコントローラ（オンオフスイッチ）、１９０はハンドリング対象物である。１１６，１３６，１５６及び１７６は各電極ユニットとハンドリング対象物１９０間のギャップをセンシングする変位センサーや近接センサーである。
【００２３】
１１７と１１８は第１電極ユニットを構成する電極要素群であり、同じ模様に塗布されている電極要素にはそのユニット内において同じ電圧が印加される。１１９は電極ユニットの大体中心部に構成されているセンサー穴である。１１１，１１２，１１４及び１１５はスイッチ、１１３はインバータであり、模式図として示されており、センサー１１６，１３６，１５６及び１７６からの出力信号（例えば、「１」の信号）により、スイッチ１１１と１１２をオンにし、センサー１１６，１３６，１５６及び１７６からの出力信号がインバータ１１３により変換された信号（例えば、「０」）を出力してスイッチ１１４と１１５をオフにする。
【００２４】
変位センサー１１６は電極ユニットとハンドリング対象物１９０のギャップをセンシングし、信号をコントローラ１１０に送信する。そのギャップはターゲットギャップより大きければ、スイッチ１１１及び１１２をオンにし、電圧Ｖ１及びＶ２をそれぞれ電極要素１１７及び１１８に印加する。発生する静電気吸引力で対向するハンドリング対象物１９０を吸引し、ギャップをターゲットギャップに近づける。
【００２５】
逆に、ギャップがターゲットギャップより小さい場合は、スイッチ１１１と１１２をオフにし、スイッチ１１４と１１５をオンにする。今まで正極性の電圧Ｖ１を印加された電極群１１７に負極性の電圧Ｖ３を印加し、今まで負極性の電圧Ｖ２を印加された電極群１１８に正極性の電圧Ｖ４を印加する。この電圧Ｖ３及びＶ４を印加することにより、電極ユニットとその対向する対象物の面の間に生じていた静電気吸引力を瞬時に無くすか、または小さくすることができる。電極とハンドリング対象物間のギャップを大きくしターゲットギャップに近づける。
【００２６】
以下、どのようにしてこの電圧Ｖ３とＶ４の印加で、瞬時的に静電気吸引力が無くなったり、小さくなるかについて説明する。
【００２７】
図６に示すように互いに極性の違う電圧が印加されている２つの電極６０１に対向するように、高抵抗体や誘電体材料であるハンドリング対象物６０２を真下に持ってくると、２つの電極６０１に対向する面にそれぞれの印加電圧と反対極性の電荷が誘導される。また、ハンドリング対象物６０２の高い表面抵抗のため、各電極６０１に印加されている電圧を遮断しても、一度誘導した電荷は瞬時には消えず、電極とハンドリング対象物６０２間に依然として静電気吸引力が存在する。この残留静電気力によって浮上ハンドリングが乱される。
【００２８】
一方、印加電圧を遮断する代わりに、今まで、−Ｖが印加されていた電極６０１に正電圧を印加し、今まで、＋Ｖが印加されていた電極６０１に負電圧を印加すると、それぞれの電極とそれらに対向する電荷とは同じ極性なため、静電気吸引力が瞬時的に無くなるかまたは小さくなる。
【００２９】
また、ハンドリング対象物６０２の表面抵抗が十分に高い場合では、静電気吸引力が無くなるのみではなく電極６０１とハンドリング対象物６０２間に静電気反発力が生じる。以降、これら、静電気吸引力を瞬時的に無くすために印加する電圧のことを逆電圧と呼ぶことにする。しかしながら、この逆電圧はあまり高いと、逆に浮上ハンドリングを乱すことになる。
【００３０】
以下、これに関する実験データを示す。
【００３１】
この逆電圧の影響を見るために、力測定センサーの先端にガラス板（面寸法：１３０ｍｍ×１１０ｍｍ、表面抵抗：５５％ＲＨおいて１０12Ω）を取付け、図３の電極形状を有し面積は該ガラス板と同じになっている電極板に対向して、２０μｍのギャップを隔てて水平に固定した。前記逆電圧の絶対値を変えて、その場合にガラス板に生じる静電気吸引力を実時間で測定した。
【００３２】
図２にその測定結果を示す。この測定では、電極は図３のように２グループに分割され（同じ模様の電極要素には同一電圧が印加される）、それぞれに絶対値が同じで極性が逆の電圧を印加したが、図２では一電極要素群に印加した電圧しか図示していない。なお、図２において、２０１は印加電圧であり、２０２は静電気吸引力である。
【００３３】
図２（ａ）は前述逆電圧を印加していない場合に、ガラス板に働いていた静電気吸引力を示す。印加電圧２０１としては、６００Ｖ0-p と０Ｖの２電圧を０．５秒周期で切り替えて電極に印加した。図２（ａ）から分かるように、印加電圧を遮断しても、Ａ部に示されるように、静電気吸引力はすぐに無くならず、ゆっくりと減衰していった。
【００３４】
図２（ｂ）においては、前記逆電圧として絶対値２００Ｖの電圧を印加した場合を示す。明らかに、上図の場合に比べて、Ｂ部に示されるように、静電気吸引力が早く減衰したことが分かる。
【００３５】
図２（ｃ）においては、逆電圧として絶対値４００Ｖの電圧を印加した場合を示す。この場合では、静電気吸引力が瞬時的に減衰したが、そのあとすぐ、Ｃ部に示すように、静電気吸引力を再び誘導してしまう。
【００３６】
このように、前記逆電圧は有効であるが、あまり高い逆電圧では逆に逆効果をもたらす。
【００３７】
次に、高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物の表面分極を加速できる電極形状を図３〜図５に示したが、ハンドリング対象物はガラス板のような高抵抗体である場合には、その高い表面抵抗のため、電極に電圧を印加してから対向するハンドリング対象物の表面に電荷が誘導され、十分な静電気力が得られるまでには時間がかかる。この遅れは、電極に電圧を印加してから高抵抗体であるハンドリング対象物を持上げられるまでの所要時間を長くし、かつ、ハンドリング時のハンドリング対象物の支持安定性を悪くする。図３〜図５の電極パターンは電極面が細かく分割され、隣り合う電極要素に極性の違う電圧を印加するように構成している。
【００３８】
これらの図３〜図５では、同じハッチング模様の電極要素は同じ電圧が印加されることを表している。また、正電圧が印加される電極要素の総面積は負電圧が印加される電極要素の総面積に等しく、ハンドリング対象物の電位を０Ｖに保つように電極が形成されている。図３，図４及び図５の電極パターンはガラスのような高抵抗体に対してより速く静電気力を誘導できる。
【００３９】
その原因を以下に説明する。
【００４０】
誘電体板を電界に入れると、電子分極、原子分極と双極子分極が起きる。その内の電子分極と原子分極は瞬時に完成するが、双極子分極の進行は周囲の分子に妨げられるため完成するまで時間がかかる。また、この双極子分極は強い電界ほど加速されるということは発明者等の実験データで分かっている。図３，４，５の電極パターンでは、電極面が細かく分割され、隣り合う電極要素に違う極性の電圧を印加されるようになっているため、境界が密度高く分布され、電極全域に亘り強い電界が形成され、誘電体板全面に素早く分極を進行させる。
【００４１】
また、図３，図４，図５の電極パターンはガラスなどの高抵抗体や誘電体材料の表面分極を加速できるのみではなく、ハンドリング時において、ハンドリング対象物が横方向に逸脱しないように、ハンドリング対象物に対して上下方向の吸引力と同時に横方向の拘束力も働く。
【００４２】
図６を用いてその横方向拘束力の発生を説明する。
【００４３】
この図において、６０１は電極要素、６０２は高抵抗体の薄状部材のハンドリング対象物である。なお、Ｅ1 は強い電界、Ｅ2 は強い横方向の拘束力を有する電界を示している。
【００４４】
図６（ａ）は異なった極性の電圧が印加されている２つの電極要素６０１の真下に置かれる高抵抗体の薄状部材６０２の表面に起きる不均一な電荷誘導を示している。この不均一な分極は不均一な電界による結果である。
【００４５】
図６（ｂ）は横方向拘束力の発生を説明している。高い表面抵抗のため一旦表面に誘導された電荷は瞬時に移動できず、外力で横方向に逸脱しようとするハンドリング対象物６０２に対して元の位置に戻そうとする力（以下復元力と言う）が働く。特に電極境界付近では、多くの電荷が誘導されているため強い復元力が発生する。
【００４６】
図３，図４及び図５の電極パターンは、このような境界を四面八方に構成しているため、横方向の復元力は一般的なスリット形電極に比べて遥かに強い。
図７は本発明の第２実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物のハンドリング装置の構成概略図である。
【００４７】
この図において、７００は面上に電極が形成されるベース、７０１は４つの電極ユニットに分割された電極面、７１０，７３０，７５０及び７７０は各電極ユニットに印加する電圧を制御するコントローラ（オンオフスイッチ）である。７１６，７３６，７５６及び７７６は各電極ユニットとハンドリング対象物間のギャップをセンシングする変位センサーや近接センサー、７１３はインバータ、７２０は遅延タイマであり、これらは模式的に示されている。
【００４８】
７１７と７１８は第１電極ユニットを構成する電極要素群であり、同じ模様で塗布されている電極要素にはそのユニット内において同じ電圧が印加される。７１９は電極ユニットの大体中心部に構成されているセンサー穴である。
【００４９】
７１１，７１２，７１４及び７１５はスイッチである。変位センサー７１６は電極ユニットとハンドリング対象物７９０のギャップをセンシングし、信号をコントローラ７１０に送信する。そのギャップはターゲットギャップより大きければ、７１１及び７１２をオンにし、電圧Ｖ１及びＶ２をそれぞれ電極要素群７１７及び７１８に印加する。発生する静電気吸引力で対向するハンドリング対象物を吸引し、ギャップをターゲットギャップに近づける。
【００５０】
逆に、ギャップがターゲットギャップより小さい場合は、スイッチ７１１と７１２をオフにし、スイッチ７１４と７１５をオンにする。今まで正極性の電圧Ｖ１を印加された電極群７１７に負極性の電圧Ｖ２を印加し、今まで負極性の電圧Ｖ２を印加された電極群７１８に正極性の電圧Ｖ１を印加する。
【００５１】
このように、電圧Ｖ１とＶ２を逆に印加することによって、電極要素群７１７，７１８（電極ユニット）とその対向するハンドリング対象物７９０の面の間に生じていた静電気吸引力を瞬時に無くしまたは小さくする。これにより、電極要素群７１７，７１８とハンドリング対象物７９０間のギャップを大きくしターゲットギャップに近づける。また、これらの逆電圧の印加時間は遅延タイマで制限され、前もって設定した時間だけこれらの逆電圧を電極要素群に印加し、その後はスイッチ７１４と７１５をオフにし、これらの逆電圧を遮断する。
【００５２】
前記したように、逆電圧として印加した電圧はあまり高いと、逆に瞬時的に静電気吸引力を再び誘導してしまい、安定浮上を乱す。
【００５３】
この第２実施例では電圧Ｖ１及びＶ２を逆に印加して前記逆電圧として用いるため、高い電圧を逆電圧に用いることになる。そこで、図７に示しているように、遅延タイマ７２０を組み込み、前述逆電圧の印加時間を制限して逆電圧による静電気吸引力の発生を防止する。
【００５４】
以下、この遅延タイマを組み込んだ場合の静電気力の変動を示す。
【００５５】
図２の測定法と同じように、力測定センサーの先端にガラス板（面寸法：１３０ｍｍ×１１０ｍｍ、表面抵抗：５５％ＲＨおいて１０12Ω）を取付け、図３の電極形状を有し、面積は該ガラス板と同じになっている電極板に対向して、２０μｍのギャップを隔てて水平に固定した。
【００５６】
図８にその測定結果を示す。なお、図８において、８０１は印加電圧であり、８０２は静電気吸引力である。
【００５７】
図８（ａ）は逆電圧を印加していない場合に、ガラス板に働いていた静電気吸引力を示す。図８（ｂ）と図８（ｃ）では、前記逆電圧としては吸引浮上するために印加する電圧をその極性を逆にして印加し、逆電圧の印加時間をそれぞれ５０ｍｓと１００ｍｓとした。つまり、短い時間だけ逆電圧を印加するようにした。
【００５８】
この測定では、電極は図３のように２グループに分割し（同じ模様の電極要素には同一電圧が印加される）、それぞれに絶対値が同じで極性が逆の電圧を印加したが、図８では一電極要素群に印加した電圧しか図示していない。
【００５９】
図８（ｂ）から分かるように、高い逆電圧をある短い時間だけ印加するのは、前記残留静電気力を瞬時的に小さくするのに有効であることが分かる。
【００６０】
しかし、図８（ｃ）から分かる様に、当逆電圧をあまり長い時間印加すると、一度小さくなった静電気吸引力がまた大きくなる。この高い逆電圧の適切な印加時間はハンドリング対象物の表面抵抗によって違い、表面抵抗が低いほど、印加時間を短くする必要がある。
【００６１】
図９は本発明の第３実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物のハンドリング装置の構成概略図を示す。
【００６２】
この図において、９００は面上に電極が形成されるベース、９０１は４つの電極ユニットに分割された電極面、９１０，９３０，９５０及び９７０は各電極ユニットに印加する電圧を制御するコントローラ（オンオフスイッチ）である。９１６，９３６，９５６及び９７６は各電極ユニットとハンドリング対象物間のギャップをセンシングする変位センサーや近接センサーである。９１７と９１８は第１電極ユニットを構成する電極要素群であり、同じ模様で塗布されている電極要素にはそのユニット内において同じ電圧が印加される。９１９は電極ユニットの大体中心部に構成されているセンサー穴である。９１１及び９１４はスイッチである。
【００６３】
変位センサー９１６は電極ユニットとハンドリング対象物９９０のギャップをセンシングし、信号をコントローラ９１０に送信する。そのギャップはターゲットギャップより大きい場合には、スイッチ９１１をオンにし、電圧Ｖ１を電極要素９１７に印加する。発生する静電吸引力で対向するハンドリング対象物を吸引し、ギャップをターゲットギャップに近づける。
【００６４】
逆に、ギャップがターゲットギャップより小さい場合は、スイッチ９１１をオフにし、スイッチ９１４をオンにする。今まで正極性の電圧Ｖ１を印加された電極群９１７に負極性の電圧Ｖ２を印加する。なお、９１３はインバータであり、模式的に示されている。
【００６５】
このように、前記逆電圧を印加することによって、電極ユニットとその対向するハンドリング対象物の面の間に生じていた静電気吸引力を瞬時に無くしまたは小さくする。電極とハンドリング対象物間のギャップを大きくしターゲットギャップに近づける。ただし、この浮上方式では、電極要素群９１８は常時接地している。また、前記逆電圧として印加するＶ２の絶対値はＶ１のそれに比べて小さい。
【００６６】
図１０は本発明の第４実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物のハンドリング装置の構成概略図を示す。
【００６７】
この図において、１０００は面上に電極が形成されるベース、１００１は４つの電極ユニットに分割された電極面、１０１０，１０３０，１０５０及び１０７０は各電極ユニットに印加する電圧を制御するコントローラ（オンオフスイッチ）である。
【００６８】
また、１０１６，１０３６，１０５６及び１０７６は各電極ユニットとハンドリング対象物間のギャップをセンシングする変位センサーや近接センサーである。１０１７と１０１８は第一電極ユニットを構成する電極要素群であり、同じ模様で塗布されている電極要素にはそのユニット内において同じ電圧が印加される。１０１９は電極ユニットの大体中心部に構成されているセンサー穴である。１０１１及び１０１４はスイッチ、１０１３はインバータ、１０１４Ａは遅延タイマであり、これらは模式的に示されている。
【００６９】
また、変位センサー１０１６は電極ユニットとハンドリング対象物１０９０のギャップをセンシングし、信号をコントローラ１０１０に送信する。そのギャップはターゲットギャップより大きければ、スイッチ１０１１をオンにし、電圧Ｖ１を電極要素群１０１７に印加する。発生する静電気吸引力で対向するハンドリング対象物１０９０を吸引し、ギャップをターゲットギャップに近づける。
【００７０】
逆に、ギャップがターゲットギャップより小さい場合は、スイッチ１０１１をオフにし、スイッチ１０１４をオンにする。今まで正極性の電圧Ｖ１を印加された電極群１０１７に負極性の電圧Ｖ２を印加する。
【００７１】
このように、前記逆電圧を印加することによって、電極ユニットとその対向するハンドリング対象物の面の間に生じていた静電気吸引力を瞬時に無くしまたは小さくする。電極要素群とハンドリング対象物間のギャップを大きくしターゲットギャップに近づける。ただし、この浮上方式では、電極要素群１０１８は常時接地している。
【００７２】
この第４実施例と図９に示した第３実施例との違いは、遅延タイマを組み込んで逆電圧として印加する電圧Ｖ２の印加時間を制限するようにするため、逆電圧の絶対値を上げられることである。この逆電圧の絶対値を上げることによって、図９のシステムに比べて、より速く前記残留静電気吸引力を降下できる。
【００７３】
図１１は本発明の第５実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料のハンドリング装置の構成概略図である。
【００７４】
この図において、１１０３は面上に電極が形成されるベース、１１０４は１４個の電極ユニットに分割された電極面、１１０２は各電極ユニットに印加する電圧を制御するコントローラ（オンオフスイッチ）である。このコントローラは、図１に示されるコントローラユニット１１０を１４個持ち、各電極ユニットに印加する電圧を各コントローラが独自に制御する構成となっている。
【００７５】
１１０１は各電極ユニットとハンドリング対象物間のギャップをセンシングする近接センサーである。１１０５は一つの電極ユニットであり、同じ模様で塗布されている電極要素には、そのユニット内において同じ電圧が印加される。１１０６は各電極ユニットの大体中心部に構成されているセンサー穴である。１１０７はハンドリング対象物である。
【００７６】
この実施例のシステム構造は、図１の構成と同様であるが、ただし、この実施例では、浮上ハンドリング対象物１１０７が柔軟体である場合に適している。この場合では、電極面１１０４を細かく電極ユニット１１０５に分割し、各電極ユニットに印加する電圧を各コントローラユニットで制御する。電極ユニットのサイズはハンドリング対象物１１０７のヤング率などで決められる。
【００７７】
図１１のシステムを用いて３８５ｍｍ×１３０ｍｍ×０．７ｍｍｔのガラス板を浮上ハンドリングした実験結果を図１２及び図１３に示す。
【００７８】
大気湿度は５８％ＲＨであった。図１２と図１３にそれぞれガラス板の４個所のギャップを示している。つまり、図１２（ａ）と図１３（ａ）は一番外側に配置された電極とガラス板とのギャップを、図１２（ｄ）と図１３（ｄ）は中央に配置された電極とガラス板とのギャップを、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）は中央と１番外側に配置されたセンサーの間に配置される２箇所の電極とガラス板とのギャップをそれぞれ示している。浮上前において、ハンドリング対象物のガラス板を下から支持板を用いて支持し、電極板とのギャップを３００μｍになる様に水平に設置した。浮上ターゲットを２００μｍになる様に、コントローラに記憶した。
【００７９】
図１２の結果は前述逆電圧を０Ｖとした場合の浮上結果を示す。
【００８０】
この図から分かるように、浮上ハンドリングに失敗した。また、同じ条件で何回か浮上実験をしたところ、たまには、浮上ハンドリングに成功した例もあるが、そのギャップはターゲットギャップと一致せず、かつ、浮上が安定せず、数分間の内にガラス板が電極板に吸着された。
【００８１】
図１３の実験結果は、本発明にかかる逆電圧の絶対値を１６０Ｖとした場合の浮上結果を示す。
【００８２】
図１３から明らかなように、ハンドリング対象物であるガラス板が約０．３秒でターゲットギャップである２００μｍ当たりで安定浮上した。また、この浮上ハンドリングは安定して、一時間以上放置しても電極板に吸着されることや脱落することは無かった。
【００８３】
なお、上記実施例では、単なる高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物について述べたが、図１４に示すように、母材１４０１としては、全てが高抵抗体や誘電体材料でなくても、その母材１４０１の表面に高抵抗体や誘電体材料１４０２が塗布されているハンドリング対象物であってもよい。
【００８４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００８５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した様に、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００８６】
高抵抗体や誘電体材料であるハンドリング対象物の静電気力浮上ハンドリングの安定性を乱す前記残留静電気力の影響を無くすかまたは小さくなるようにしたので、電極とハンドリング対象物間のギャップはターゲットギャップより小さい時に、ハンドリング対象物を吸引浮上するために印加した電圧と極性の違う電圧を各電極要素に印加する。
【００８７】
この電圧はハンドリング対象物の表面に存在する残留電荷と同じ極性を持つため、残留静電気力を瞬時に無くしたり最小にする。また、ハンドリング対象物の表面抵抗によっては静電気反発力を起こす。残留静電気吸引力を無くすことによって、ハンドリング対象物の浮上ギャップはターゲットギャップに比べて過剰に小さくなるのを防止することができる。更に、ハンドリング対象物が電極に吸着されること無く、安定浮上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリン対象物のハンドリング装置の概略構成図である。
【図２】 本発明の第１実施例が有効であることを説明する静電気吸引力の実測データを示す図である。
【図３】 本発明の第１実施例を示すハンドリング対象物が高抵抗体や誘電体材料である場合に適する電極形状の平面図（その１）である。
【図４】 本発明の第１実施例を示すハンドリング対象物が高抵抗体や誘電体材料である場合に適する電極形状の平面図（その２）である。
【図５】 本発明の第１実施例を示すハンドリング対象物が高抵抗体や誘電体材料である場合に適する電極形状の平面図（その３）である。
【図６】 図３〜図５の電極形状が高抵抗体や誘電体材料であるハンドリング対象物に対して、浮上ハンドリング時に、強い横方向拘束力を発生する原理を説明する図である。
【図７】 本発明の第２実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料のハンドリング装置の模式図である。
【図８】 本発明の第２実施例が有効であることを説明する静電気吸引力の実測データを示す図である。
【図９】 本発明の第３実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物のハンドリング装置の模式図である。
【図１０】 本発明の第４実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物のハンドリング装置の模式図である。
【図１１】 本発明の第５実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング装置の模式図である。
【図１２】 図１１の装置を用いて浮上実験を行った結果を示す図である。
【図１３】 図１１の装置を用いて浮上実験を行った結果を示す図である。
【図１４】 本発明の他の実施例を示すハンドリング対象物の断面図である。
【図１５】 従来の静電浮上システムの概略構成図及びその電極形状を示す図である。
【符号の説明】
１００，７００，９００，１０００，１１０３ ベース
１０１，７０１，９０１，１００１，１１０４ 電極面
１１０，１３０，１５０，１７０，７１０，７３０，７５０，７７０，９１０，９３０，９５０，９７０，１０１０，１０３０，１０５０，１０７０，１１０２ コントローラ（オンオフスイッチ）
１１１，１１２，１１４，１１５，７１１，７１２，７１４，７１５，９１１，９１４，１０１１，１０１４ スイッチ
１１３，７１３，９１３，１０１３ インバータ
１１６，１３６，１５６，１７６，７１６，７３６，７５６，７７６，９１６，９３６，９５６，９７６，１０１６，１０３６，１０５６，１０７６，１１０１ 変位センサー（近接センサー）
１１７，１１８，７１７，７１８，９１７，９１８，１０１７，１０１８ 電極要素群
１１９，３０８，４０６，５０６，７１９，９１９，１０１９，１１０６ センサー穴
１９０，６０２，７９０，９９０，１０９０，１１０７ ハンドリング対象物
２０１，８０１ 印加電圧
２０２，８０２ 静電気吸引力
３００，４００，５００ 電極パターン
３０１，４０１，５０１ 基板
３０２，３０６，４０２，５０２ 第１の電極要素（＋）
３０３，３０５，４０４，５０４ 第２の電極要素（−）
３０４，３０７ 絶縁部分
４０３，５０３ 第１の接続線
４０５，５０５ 第２の接続線
６０１ ２つの電極（電極要素）
７２０，１０１４Ａ 遅延タイマ
１１０５ 電極ユニット
１４０１ 母材
１４０２ 高抵抗体や誘電体材料
【発明の属する技術分野】
本発明は、高抵抗体や誘電体材料の静電浮上ハンドリング装置に係り、特に、浮上ハンドリング時においてハンドリング対象物の表面に存在する残留電荷が
起因する不安定浮上因子を無くした、高抵抗体や誘電体材料の非接触ハンドリング技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この分野の先行技術としては、既に、本願発明者等によって、例えば、特開平９−３２２５６４号公報に開示されている。
【０００３】
図１５はその従来の静電浮上システムの概略構成図及びその電極形状を示す図である。
【０００４】
図１５において、１５５０はハンドリング対象物に静電気力による吸引浮上力を与えるための固定子及びその面上に形成されている電極である。１５６０はハンドリング対象物であり、電極１５５０に対向するように配置されている。１５４０〜１５４２は電極面とハンドリング対象物１５６０との間のギャップをセンシングする近接センサーである。１５００はスイッチング回路であり、スイッチ１５０１ａ，１５０１ｂ，１５０２ａ，１５０２ｂと反転素子１５０３から構成される。１５１０と１５２０は１５００と同じ構成のスイッチング回路である。なお、１５３０は電圧電源である。
【０００５】
このように構成したので、近接センサー１５４０〜１５４２でハンドリング対象物１５６０の位置をセンシングし、固定子１５５０とハンドリング対象物１５６０間のギャップはある設定値より小さくなったら電極への印加電圧をオフにし、逆にギャップはある設定値より大きくなったら印加電圧をオンにする。このようにして、ハンドリング対象物を完全に非接触な状態でハンドリングする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の静電浮上システムには、高抵抗体や誘電体材料であるハンドリング対象物を安定浮上することに問題がある。この静電浮上システムでは、ハンドリング対象物の浮上ギャップがターゲットギャップより大きい時、電極に電圧を印加して、電極とハンドリング対象物間に吸引力を発生し、ハンドリング対象物を吸引浮上し、ギャップを小さくしてターゲットギャップに近づける。
【０００７】
逆に、ギャップはターゲットギャップより小さければ、電極への印加電圧を遮断して静電吸引力を無くすようにし、自重で対象物を落してギャップを大きくし、ターゲットギャップに近づけようとする。
【０００８】
しかし、ハンドリング対象物は高抵抗体や誘電体材料であれば、印加電圧を遮断しても、ハンドリング対象物の表面に存在する残留電荷が瞬時になくならないため、電極とハンドリング対象物間の静電吸引力は印加電圧の遮断と同時に無くならない。この残留静電吸引力が原因で、この制御方式では、高抵抗体や誘電体材料であるハンドリング対象物を安定吸引浮上できないといった問題があった。
【０００９】
本発明は、高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物の静電気力浮上ハンドリング時における、ハンドリング対象物の表面に存在する残留電荷が起因する不安定浮上因子を無くし、高抵抗体や誘電体材料を安定浮上させハンドリングできる静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物のハンドリング装置において、前記ハンドリング対象物に対向する上面に配置され、前記ハンドリング対象物を非接触で支持する静電気力を発生する電極を有する固定子と、前記電極の面と前記ハンドリング対象物間のギャップをセンシングするセンサーと、前記ハンドリング対象物の表面に存在する残留電荷を考慮した上で、前記センサーの出力に基づいて、電圧電源から供給される複数の電圧を選択的に電極に印加するとともに、前記ハンドリング対象物を静電気力で吸引浮上するために前記電極に電圧を印加することに付加して、前記ハンドリング対象物の浮上ギャップが浮上ターゲットギャップより小さくなった場合に作動する、前記ハンドリング対象物の過度の吸引浮上を抑制する抑制制御手段を具備し、この抑制制御手段は、前記電極に静電気反発力を発生させるために逆極性の電圧を印加することにより、前記静電気吸引力を瞬時に無くしたり、小さくなるように制御するとともに、前記逆極性の電圧の印加時間を制限する遅延タイマを具備するようにしたものである。
【００１１】
〔２〕上記〔１〕記載の静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置において、前記誘電体材料はガラス板である。
【００１２】
〔３〕上記〔１〕記載の静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置において、前記誘電体材料はセラミックス板である。
【００１３】
〔４〕上記〔１〕記載の静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置において、前記誘電体材料はプラスチック板である。
【００１４】
〔５〕上記〔１〕記載の静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置において、前記ハンドリング対象物は母材の表面に高抵抗体や誘電体材料が塗布されている。
【００１５】
〔６〕上記〔１〕記載の静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置において、電圧極性の違う２つの電極要素が隣り合うように配置された電極構造の電極を具備するようにしたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の第１実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物のハンドリング装置の概略構成図、図２は本発明の第１実施例が有効であることを説明する静電気吸引力の実測データを示す図である。この図２には、図１のシステムはどうして高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物を安定浮上できるかについて説明する（詳細は後述する）。図３、図４、図５には高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物を静電浮上するのに適した電極形状を示す。
【００１８】
まず、図３に示す電極パターン３００の、基板３０１上の上半分の領域には、丸い形状の複数個に分割された第１の電極要素（＋）３０２と絶縁部分３０４を介してベタパターンである第２の電極要素（−）３０３とが配置されている。
【００１９】
一方、基板３０１上の下半分の領域には、丸い形状の複数個に分割された第２の電極要素（−）３０５と絶縁部分３０７を介してベタパターンである第１の電極要素（＋）３０６とが配置されている。つまり、基板３０１上の上半分の領域と下半分のパターン形状は同じであるが、電極には互いに逆極性の電位が印加されるように構成されている。また、電極パターン３００の中央にハンドリング対象物をセンシングするためのセンサー穴３０８が形成されている。
【００２０】
次に、図４に示す電極パターン４００は、基板４０１上に細かく分割された第１の電極要素（＋）４０２と第２の電極要素（−）４０４とが配置され、第１の電極要素（＋）４０２は第１の接続線４０３により、第２の電極要素（−）４０４は第２の接続線４０５により、斜行するようにそれぞれ電極要素を接続している。また、電極パターン４００の中央にハンドリング対象物をセンシングするためのセンサー穴４０６が形成されている。
【００２１】
また、図５に示す電極パターン５００は、基板５０１上に細かく分割された第１の電極要素（＋）５０２と第２の電極要素（−）５０４とが配置され、第１の電極要素（＋）５０２は第１の接続線５０３により、第２の電極要素（−）５０４は第２の接続線５０５により、斜行するようにそれぞれ電極要素を接続している。その斜行は、基板５０１のＸ軸中心線で対称となるように構成されている。また、電極パターン５００の中央にハンドリング対象物をセンシングするためのセンサー穴５０６が形成されている。
【００２２】
図１において、１００は面上に電極が形成されるベース、１０１は４つの電極ユニットに分割された電極面、１１０，１３０，１５０及び１７０は各電極ユニットに印加する電圧を制御するコントローラ（オンオフスイッチ）、１９０はハンドリング対象物である。１１６，１３６，１５６及び１７６は各電極ユニットとハンドリング対象物１９０間のギャップをセンシングする変位センサーや近接センサーである。
【００２３】
１１７と１１８は第１電極ユニットを構成する電極要素群であり、同じ模様に塗布されている電極要素にはそのユニット内において同じ電圧が印加される。１１９は電極ユニットの大体中心部に構成されているセンサー穴である。１１１，１１２，１１４及び１１５はスイッチ、１１３はインバータであり、模式図として示されており、センサー１１６，１３６，１５６及び１７６からの出力信号（例えば、「１」の信号）により、スイッチ１１１と１１２をオンにし、センサー１１６，１３６，１５６及び１７６からの出力信号がインバータ１１３により変換された信号（例えば、「０」）を出力してスイッチ１１４と１１５をオフにする。
【００２４】
変位センサー１１６は電極ユニットとハンドリング対象物１９０のギャップをセンシングし、信号をコントローラ１１０に送信する。そのギャップはターゲットギャップより大きければ、スイッチ１１１及び１１２をオンにし、電圧Ｖ１及びＶ２をそれぞれ電極要素１１７及び１１８に印加する。発生する静電気吸引力で対向するハンドリング対象物１９０を吸引し、ギャップをターゲットギャップに近づける。
【００２５】
逆に、ギャップがターゲットギャップより小さい場合は、スイッチ１１１と１１２をオフにし、スイッチ１１４と１１５をオンにする。今まで正極性の電圧Ｖ１を印加された電極群１１７に負極性の電圧Ｖ３を印加し、今まで負極性の電圧Ｖ２を印加された電極群１１８に正極性の電圧Ｖ４を印加する。この電圧Ｖ３及びＶ４を印加することにより、電極ユニットとその対向する対象物の面の間に生じていた静電気吸引力を瞬時に無くすか、または小さくすることができる。電極とハンドリング対象物間のギャップを大きくしターゲットギャップに近づける。
【００２６】
以下、どのようにしてこの電圧Ｖ３とＶ４の印加で、瞬時的に静電気吸引力が無くなったり、小さくなるかについて説明する。
【００２７】
図６に示すように互いに極性の違う電圧が印加されている２つの電極６０１に対向するように、高抵抗体や誘電体材料であるハンドリング対象物６０２を真下に持ってくると、２つの電極６０１に対向する面にそれぞれの印加電圧と反対極性の電荷が誘導される。また、ハンドリング対象物６０２の高い表面抵抗のため、各電極６０１に印加されている電圧を遮断しても、一度誘導した電荷は瞬時には消えず、電極とハンドリング対象物６０２間に依然として静電気吸引力が存在する。この残留静電気力によって浮上ハンドリングが乱される。
【００２８】
一方、印加電圧を遮断する代わりに、今まで、−Ｖが印加されていた電極６０１に正電圧を印加し、今まで、＋Ｖが印加されていた電極６０１に負電圧を印加すると、それぞれの電極とそれらに対向する電荷とは同じ極性なため、静電気吸引力が瞬時的に無くなるかまたは小さくなる。
【００２９】
また、ハンドリング対象物６０２の表面抵抗が十分に高い場合では、静電気吸引力が無くなるのみではなく電極６０１とハンドリング対象物６０２間に静電気反発力が生じる。以降、これら、静電気吸引力を瞬時的に無くすために印加する電圧のことを逆電圧と呼ぶことにする。しかしながら、この逆電圧はあまり高いと、逆に浮上ハンドリングを乱すことになる。
【００３０】
以下、これに関する実験データを示す。
【００３１】
この逆電圧の影響を見るために、力測定センサーの先端にガラス板（面寸法：１３０ｍｍ×１１０ｍｍ、表面抵抗：５５％ＲＨおいて１０12Ω）を取付け、図３の電極形状を有し面積は該ガラス板と同じになっている電極板に対向して、２０μｍのギャップを隔てて水平に固定した。前記逆電圧の絶対値を変えて、その場合にガラス板に生じる静電気吸引力を実時間で測定した。
【００３２】
図２にその測定結果を示す。この測定では、電極は図３のように２グループに分割され（同じ模様の電極要素には同一電圧が印加される）、それぞれに絶対値が同じで極性が逆の電圧を印加したが、図２では一電極要素群に印加した電圧しか図示していない。なお、図２において、２０１は印加電圧であり、２０２は静電気吸引力である。
【００３３】
図２（ａ）は前述逆電圧を印加していない場合に、ガラス板に働いていた静電気吸引力を示す。印加電圧２０１としては、６００Ｖ0-p と０Ｖの２電圧を０．５秒周期で切り替えて電極に印加した。図２（ａ）から分かるように、印加電圧を遮断しても、Ａ部に示されるように、静電気吸引力はすぐに無くならず、ゆっくりと減衰していった。
【００３４】
図２（ｂ）においては、前記逆電圧として絶対値２００Ｖの電圧を印加した場合を示す。明らかに、上図の場合に比べて、Ｂ部に示されるように、静電気吸引力が早く減衰したことが分かる。
【００３５】
図２（ｃ）においては、逆電圧として絶対値４００Ｖの電圧を印加した場合を示す。この場合では、静電気吸引力が瞬時的に減衰したが、そのあとすぐ、Ｃ部に示すように、静電気吸引力を再び誘導してしまう。
【００３６】
このように、前記逆電圧は有効であるが、あまり高い逆電圧では逆に逆効果をもたらす。
【００３７】
次に、高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物の表面分極を加速できる電極形状を図３〜図５に示したが、ハンドリング対象物はガラス板のような高抵抗体である場合には、その高い表面抵抗のため、電極に電圧を印加してから対向するハンドリング対象物の表面に電荷が誘導され、十分な静電気力が得られるまでには時間がかかる。この遅れは、電極に電圧を印加してから高抵抗体であるハンドリング対象物を持上げられるまでの所要時間を長くし、かつ、ハンドリング時のハンドリング対象物の支持安定性を悪くする。図３〜図５の電極パターンは電極面が細かく分割され、隣り合う電極要素に極性の違う電圧を印加するように構成している。
【００３８】
これらの図３〜図５では、同じハッチング模様の電極要素は同じ電圧が印加されることを表している。また、正電圧が印加される電極要素の総面積は負電圧が印加される電極要素の総面積に等しく、ハンドリング対象物の電位を０Ｖに保つように電極が形成されている。図３，図４及び図５の電極パターンはガラスのような高抵抗体に対してより速く静電気力を誘導できる。
【００３９】
その原因を以下に説明する。
【００４０】
誘電体板を電界に入れると、電子分極、原子分極と双極子分極が起きる。その内の電子分極と原子分極は瞬時に完成するが、双極子分極の進行は周囲の分子に妨げられるため完成するまで時間がかかる。また、この双極子分極は強い電界ほど加速されるということは発明者等の実験データで分かっている。図３，４，５の電極パターンでは、電極面が細かく分割され、隣り合う電極要素に違う極性の電圧を印加されるようになっているため、境界が密度高く分布され、電極全域に亘り強い電界が形成され、誘電体板全面に素早く分極を進行させる。
【００４１】
また、図３，図４，図５の電極パターンはガラスなどの高抵抗体や誘電体材料の表面分極を加速できるのみではなく、ハンドリング時において、ハンドリング対象物が横方向に逸脱しないように、ハンドリング対象物に対して上下方向の吸引力と同時に横方向の拘束力も働く。
【００４２】
図６を用いてその横方向拘束力の発生を説明する。
【００４３】
この図において、６０１は電極要素、６０２は高抵抗体の薄状部材のハンドリング対象物である。なお、Ｅ1 は強い電界、Ｅ2 は強い横方向の拘束力を有する電界を示している。
【００４４】
図６（ａ）は異なった極性の電圧が印加されている２つの電極要素６０１の真下に置かれる高抵抗体の薄状部材６０２の表面に起きる不均一な電荷誘導を示している。この不均一な分極は不均一な電界による結果である。
【００４５】
図６（ｂ）は横方向拘束力の発生を説明している。高い表面抵抗のため一旦表面に誘導された電荷は瞬時に移動できず、外力で横方向に逸脱しようとするハンドリング対象物６０２に対して元の位置に戻そうとする力（以下復元力と言う）が働く。特に電極境界付近では、多くの電荷が誘導されているため強い復元力が発生する。
【００４６】
図３，図４及び図５の電極パターンは、このような境界を四面八方に構成しているため、横方向の復元力は一般的なスリット形電極に比べて遥かに強い。
図７は本発明の第２実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物のハンドリング装置の構成概略図である。
【００４７】
この図において、７００は面上に電極が形成されるベース、７０１は４つの電極ユニットに分割された電極面、７１０，７３０，７５０及び７７０は各電極ユニットに印加する電圧を制御するコントローラ（オンオフスイッチ）である。７１６，７３６，７５６及び７７６は各電極ユニットとハンドリング対象物間のギャップをセンシングする変位センサーや近接センサー、７１３はインバータ、７２０は遅延タイマであり、これらは模式的に示されている。
【００４８】
７１７と７１８は第１電極ユニットを構成する電極要素群であり、同じ模様で塗布されている電極要素にはそのユニット内において同じ電圧が印加される。７１９は電極ユニットの大体中心部に構成されているセンサー穴である。
【００４９】
７１１，７１２，７１４及び７１５はスイッチである。変位センサー７１６は電極ユニットとハンドリング対象物７９０のギャップをセンシングし、信号をコントローラ７１０に送信する。そのギャップはターゲットギャップより大きければ、７１１及び７１２をオンにし、電圧Ｖ１及びＶ２をそれぞれ電極要素群７１７及び７１８に印加する。発生する静電気吸引力で対向するハンドリング対象物を吸引し、ギャップをターゲットギャップに近づける。
【００５０】
逆に、ギャップがターゲットギャップより小さい場合は、スイッチ７１１と７１２をオフにし、スイッチ７１４と７１５をオンにする。今まで正極性の電圧Ｖ１を印加された電極群７１７に負極性の電圧Ｖ２を印加し、今まで負極性の電圧Ｖ２を印加された電極群７１８に正極性の電圧Ｖ１を印加する。
【００５１】
このように、電圧Ｖ１とＶ２を逆に印加することによって、電極要素群７１７，７１８（電極ユニット）とその対向するハンドリング対象物７９０の面の間に生じていた静電気吸引力を瞬時に無くしまたは小さくする。これにより、電極要素群７１７，７１８とハンドリング対象物７９０間のギャップを大きくしターゲットギャップに近づける。また、これらの逆電圧の印加時間は遅延タイマで制限され、前もって設定した時間だけこれらの逆電圧を電極要素群に印加し、その後はスイッチ７１４と７１５をオフにし、これらの逆電圧を遮断する。
【００５２】
前記したように、逆電圧として印加した電圧はあまり高いと、逆に瞬時的に静電気吸引力を再び誘導してしまい、安定浮上を乱す。
【００５３】
この第２実施例では電圧Ｖ１及びＶ２を逆に印加して前記逆電圧として用いるため、高い電圧を逆電圧に用いることになる。そこで、図７に示しているように、遅延タイマ７２０を組み込み、前述逆電圧の印加時間を制限して逆電圧による静電気吸引力の発生を防止する。
【００５４】
以下、この遅延タイマを組み込んだ場合の静電気力の変動を示す。
【００５５】
図２の測定法と同じように、力測定センサーの先端にガラス板（面寸法：１３０ｍｍ×１１０ｍｍ、表面抵抗：５５％ＲＨおいて１０12Ω）を取付け、図３の電極形状を有し、面積は該ガラス板と同じになっている電極板に対向して、２０μｍのギャップを隔てて水平に固定した。
【００５６】
図８にその測定結果を示す。なお、図８において、８０１は印加電圧であり、８０２は静電気吸引力である。
【００５７】
図８（ａ）は逆電圧を印加していない場合に、ガラス板に働いていた静電気吸引力を示す。図８（ｂ）と図８（ｃ）では、前記逆電圧としては吸引浮上するために印加する電圧をその極性を逆にして印加し、逆電圧の印加時間をそれぞれ５０ｍｓと１００ｍｓとした。つまり、短い時間だけ逆電圧を印加するようにした。
【００５８】
この測定では、電極は図３のように２グループに分割し（同じ模様の電極要素には同一電圧が印加される）、それぞれに絶対値が同じで極性が逆の電圧を印加したが、図８では一電極要素群に印加した電圧しか図示していない。
【００５９】
図８（ｂ）から分かるように、高い逆電圧をある短い時間だけ印加するのは、前記残留静電気力を瞬時的に小さくするのに有効であることが分かる。
【００６０】
しかし、図８（ｃ）から分かる様に、当逆電圧をあまり長い時間印加すると、一度小さくなった静電気吸引力がまた大きくなる。この高い逆電圧の適切な印加時間はハンドリング対象物の表面抵抗によって違い、表面抵抗が低いほど、印加時間を短くする必要がある。
【００６１】
図９は本発明の第３実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物のハンドリング装置の構成概略図を示す。
【００６２】
この図において、９００は面上に電極が形成されるベース、９０１は４つの電極ユニットに分割された電極面、９１０，９３０，９５０及び９７０は各電極ユニットに印加する電圧を制御するコントローラ（オンオフスイッチ）である。９１６，９３６，９５６及び９７６は各電極ユニットとハンドリング対象物間のギャップをセンシングする変位センサーや近接センサーである。９１７と９１８は第１電極ユニットを構成する電極要素群であり、同じ模様で塗布されている電極要素にはそのユニット内において同じ電圧が印加される。９１９は電極ユニットの大体中心部に構成されているセンサー穴である。９１１及び９１４はスイッチである。
【００６３】
変位センサー９１６は電極ユニットとハンドリング対象物９９０のギャップをセンシングし、信号をコントローラ９１０に送信する。そのギャップはターゲットギャップより大きい場合には、スイッチ９１１をオンにし、電圧Ｖ１を電極要素９１７に印加する。発生する静電吸引力で対向するハンドリング対象物を吸引し、ギャップをターゲットギャップに近づける。
【００６４】
逆に、ギャップがターゲットギャップより小さい場合は、スイッチ９１１をオフにし、スイッチ９１４をオンにする。今まで正極性の電圧Ｖ１を印加された電極群９１７に負極性の電圧Ｖ２を印加する。なお、９１３はインバータであり、模式的に示されている。
【００６５】
このように、前記逆電圧を印加することによって、電極ユニットとその対向するハンドリング対象物の面の間に生じていた静電気吸引力を瞬時に無くしまたは小さくする。電極とハンドリング対象物間のギャップを大きくしターゲットギャップに近づける。ただし、この浮上方式では、電極要素群９１８は常時接地している。また、前記逆電圧として印加するＶ２の絶対値はＶ１のそれに比べて小さい。
【００６６】
図１０は本発明の第４実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物のハンドリング装置の構成概略図を示す。
【００６７】
この図において、１０００は面上に電極が形成されるベース、１００１は４つの電極ユニットに分割された電極面、１０１０，１０３０，１０５０及び１０７０は各電極ユニットに印加する電圧を制御するコントローラ（オンオフスイッチ）である。
【００６８】
また、１０１６，１０３６，１０５６及び１０７６は各電極ユニットとハンドリング対象物間のギャップをセンシングする変位センサーや近接センサーである。１０１７と１０１８は第一電極ユニットを構成する電極要素群であり、同じ模様で塗布されている電極要素にはそのユニット内において同じ電圧が印加される。１０１９は電極ユニットの大体中心部に構成されているセンサー穴である。１０１１及び１０１４はスイッチ、１０１３はインバータ、１０１４Ａは遅延タイマであり、これらは模式的に示されている。
【００６９】
また、変位センサー１０１６は電極ユニットとハンドリング対象物１０９０のギャップをセンシングし、信号をコントローラ１０１０に送信する。そのギャップはターゲットギャップより大きければ、スイッチ１０１１をオンにし、電圧Ｖ１を電極要素群１０１７に印加する。発生する静電気吸引力で対向するハンドリング対象物１０９０を吸引し、ギャップをターゲットギャップに近づける。
【００７０】
逆に、ギャップがターゲットギャップより小さい場合は、スイッチ１０１１をオフにし、スイッチ１０１４をオンにする。今まで正極性の電圧Ｖ１を印加された電極群１０１７に負極性の電圧Ｖ２を印加する。
【００７１】
このように、前記逆電圧を印加することによって、電極ユニットとその対向するハンドリング対象物の面の間に生じていた静電気吸引力を瞬時に無くしまたは小さくする。電極要素群とハンドリング対象物間のギャップを大きくしターゲットギャップに近づける。ただし、この浮上方式では、電極要素群１０１８は常時接地している。
【００７２】
この第４実施例と図９に示した第３実施例との違いは、遅延タイマを組み込んで逆電圧として印加する電圧Ｖ２の印加時間を制限するようにするため、逆電圧の絶対値を上げられることである。この逆電圧の絶対値を上げることによって、図９のシステムに比べて、より速く前記残留静電気吸引力を降下できる。
【００７３】
図１１は本発明の第５実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料のハンドリング装置の構成概略図である。
【００７４】
この図において、１１０３は面上に電極が形成されるベース、１１０４は１４個の電極ユニットに分割された電極面、１１０２は各電極ユニットに印加する電圧を制御するコントローラ（オンオフスイッチ）である。このコントローラは、図１に示されるコントローラユニット１１０を１４個持ち、各電極ユニットに印加する電圧を各コントローラが独自に制御する構成となっている。
【００７５】
１１０１は各電極ユニットとハンドリング対象物間のギャップをセンシングする近接センサーである。１１０５は一つの電極ユニットであり、同じ模様で塗布されている電極要素には、そのユニット内において同じ電圧が印加される。１１０６は各電極ユニットの大体中心部に構成されているセンサー穴である。１１０７はハンドリング対象物である。
【００７６】
この実施例のシステム構造は、図１の構成と同様であるが、ただし、この実施例では、浮上ハンドリング対象物１１０７が柔軟体である場合に適している。この場合では、電極面１１０４を細かく電極ユニット１１０５に分割し、各電極ユニットに印加する電圧を各コントローラユニットで制御する。電極ユニットのサイズはハンドリング対象物１１０７のヤング率などで決められる。
【００７７】
図１１のシステムを用いて３８５ｍｍ×１３０ｍｍ×０．７ｍｍｔのガラス板を浮上ハンドリングした実験結果を図１２及び図１３に示す。
【００７８】
大気湿度は５８％ＲＨであった。図１２と図１３にそれぞれガラス板の４個所のギャップを示している。つまり、図１２（ａ）と図１３（ａ）は一番外側に配置された電極とガラス板とのギャップを、図１２（ｄ）と図１３（ｄ）は中央に配置された電極とガラス板とのギャップを、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）は中央と１番外側に配置されたセンサーの間に配置される２箇所の電極とガラス板とのギャップをそれぞれ示している。浮上前において、ハンドリング対象物のガラス板を下から支持板を用いて支持し、電極板とのギャップを３００μｍになる様に水平に設置した。浮上ターゲットを２００μｍになる様に、コントローラに記憶した。
【００７９】
図１２の結果は前述逆電圧を０Ｖとした場合の浮上結果を示す。
【００８０】
この図から分かるように、浮上ハンドリングに失敗した。また、同じ条件で何回か浮上実験をしたところ、たまには、浮上ハンドリングに成功した例もあるが、そのギャップはターゲットギャップと一致せず、かつ、浮上が安定せず、数分間の内にガラス板が電極板に吸着された。
【００８１】
図１３の実験結果は、本発明にかかる逆電圧の絶対値を１６０Ｖとした場合の浮上結果を示す。
【００８２】
図１３から明らかなように、ハンドリング対象物であるガラス板が約０．３秒でターゲットギャップである２００μｍ当たりで安定浮上した。また、この浮上ハンドリングは安定して、一時間以上放置しても電極板に吸着されることや脱落することは無かった。
【００８３】
なお、上記実施例では、単なる高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物について述べたが、図１４に示すように、母材１４０１としては、全てが高抵抗体や誘電体材料でなくても、その母材１４０１の表面に高抵抗体や誘電体材料１４０２が塗布されているハンドリング対象物であってもよい。
【００８４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００８５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した様に、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００８６】
高抵抗体や誘電体材料であるハンドリング対象物の静電気力浮上ハンドリングの安定性を乱す前記残留静電気力の影響を無くすかまたは小さくなるようにしたので、電極とハンドリング対象物間のギャップはターゲットギャップより小さい時に、ハンドリング対象物を吸引浮上するために印加した電圧と極性の違う電圧を各電極要素に印加する。
【００８７】
この電圧はハンドリング対象物の表面に存在する残留電荷と同じ極性を持つため、残留静電気力を瞬時に無くしたり最小にする。また、ハンドリング対象物の表面抵抗によっては静電気反発力を起こす。残留静電気吸引力を無くすことによって、ハンドリング対象物の浮上ギャップはターゲットギャップに比べて過剰に小さくなるのを防止することができる。更に、ハンドリング対象物が電極に吸着されること無く、安定浮上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリン対象物のハンドリング装置の概略構成図である。
【図２】 本発明の第１実施例が有効であることを説明する静電気吸引力の実測データを示す図である。
【図３】 本発明の第１実施例を示すハンドリング対象物が高抵抗体や誘電体材料である場合に適する電極形状の平面図（その１）である。
【図４】 本発明の第１実施例を示すハンドリング対象物が高抵抗体や誘電体材料である場合に適する電極形状の平面図（その２）である。
【図５】 本発明の第１実施例を示すハンドリング対象物が高抵抗体や誘電体材料である場合に適する電極形状の平面図（その３）である。
【図６】 図３〜図５の電極形状が高抵抗体や誘電体材料であるハンドリング対象物に対して、浮上ハンドリング時に、強い横方向拘束力を発生する原理を説明する図である。
【図７】 本発明の第２実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料のハンドリング装置の模式図である。
【図８】 本発明の第２実施例が有効であることを説明する静電気吸引力の実測データを示す図である。
【図９】 本発明の第３実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物のハンドリング装置の模式図である。
【図１０】 本発明の第４実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物のハンドリング装置の模式図である。
【図１１】 本発明の第５実施例を示す静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング装置の模式図である。
【図１２】 図１１の装置を用いて浮上実験を行った結果を示す図である。
【図１３】 図１１の装置を用いて浮上実験を行った結果を示す図である。
【図１４】 本発明の他の実施例を示すハンドリング対象物の断面図である。
【図１５】 従来の静電浮上システムの概略構成図及びその電極形状を示す図である。
【符号の説明】
１００，７００，９００，１０００，１１０３ ベース
１０１，７０１，９０１，１００１，１１０４ 電極面
１１０，１３０，１５０，１７０，７１０，７３０，７５０，７７０，９１０，９３０，９５０，９７０，１０１０，１０３０，１０５０，１０７０，１１０２ コントローラ（オンオフスイッチ）
１１１，１１２，１１４，１１５，７１１，７１２，７１４，７１５，９１１，９１４，１０１１，１０１４ スイッチ
１１３，７１３，９１３，１０１３ インバータ
１１６，１３６，１５６，１７６，７１６，７３６，７５６，７７６，９１６，９３６，９５６，９７６，１０１６，１０３６，１０５６，１０７６，１１０１ 変位センサー（近接センサー）
１１７，１１８，７１７，７１８，９１７，９１８，１０１７，１０１８ 電極要素群
１１９，３０８，４０６，５０６，７１９，９１９，１０１９，１１０６ センサー穴
１９０，６０２，７９０，９９０，１０９０，１１０７ ハンドリング対象物
２０１，８０１ 印加電圧
２０２，８０２ 静電気吸引力
３００，４００，５００ 電極パターン
３０１，４０１，５０１ 基板
３０２，３０６，４０２，５０２ 第１の電極要素（＋）
３０３，３０５，４０４，５０４ 第２の電極要素（−）
３０４，３０７ 絶縁部分
４０３，５０３ 第１の接続線
４０５，５０５ 第２の接続線
６０１ ２つの電極（電極要素）
７２０，１０１４Ａ 遅延タイマ
１１０５ 電極ユニット
１４０１ 母材
１４０２ 高抵抗体や誘電体材料
Claims (6)
- 静電気力を用いた高抵抗体や誘電体材料からなるハンドリング対象物のハンドリング装置において、
（ａ）前記ハンドリング対象物に対向する上面に配置され、前記ハンドリング対象物を非接触で支持する静電気力を発生する電極を有する固定子と、
（ｂ）前記電極の面と前記ハンドリング対象物間のギャップをセンシングするセンサーと、
（ｃ）前記ハンドリング対象物の表面に存在する残留電荷を考慮した上で、前記センサーの出力に基づいて、電圧電源から供給される複数の電圧を選択的に電極に印加するとともに、前記ハンドリング対象物を静電気力で吸引浮上するために前記電極に電圧を印加することに付加して、前記ハンドリング対象物の浮上ギャップが浮上ターゲットギャップより小さくなった場合に作動する、前記ハンドリング対象物の過度の吸引浮上を抑制する抑制制御手段を具備し、
（ｄ）該抑制制御手段は、前記電極に静電気反発力を発生させるために逆極性の電圧を印加することにより、前記静電気吸引力を瞬時に無くしたり、小さくなるように制御するとともに、前記逆極性の電圧の印加時間を制限する遅延タイマを具備することを特徴とする静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置。 - 請求項１記載の静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置において、前記誘電体材料はガラス板であることを特徴とする静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置。
- 請求項１記載の静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置において、前記誘電体材料はセラミックス板であることを特徴とする静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置。
- 請求項１記載の静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置において、前記誘電体材料はプラスチック板であることを特徴とする静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置。
- 請求項１記載の静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置において、前記ハンドリング対象物は母材の表面に高抵抗体や誘電体材料が塗布されていることを特徴とする静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置。
- 請求項１記載の静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置において、電圧極性の違う２つの電極要素が隣り合うように配置された電極構造の電極を具備することを特徴とする静電気力を用いたハンドリング対象物のハンドリング装置。
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