JP4961554B2

JP4961554B2 - 静電誘導吸着具及び静電誘導吸着方法

Info

Publication number: JP4961554B2
Application number: JP2006336511A
Authority: JP
Inventors: 滋規齋藤; 雄士鞠谷; ホセオリオルロペスベレンゲレス; 寛之目黒; 建二郎多田隈
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2026-12-14
Also published as: JP2008154301A

Description

本発明は、静電誘導により被吸着物を吸着する静電誘導吸着具及び静電誘導吸着方法に関するものである。

従来、静電誘導で被吸着物を吸着する静電チャックが知られている。静電チャックは、セラミックスなど平坦な面に一対の電極を櫛状に対向して配置し、一対の電極間に電圧を印加し、平坦な面付近に静電場を発生し、静電誘導により平坦な面に半導体ウエーハなど被吸着物を吸着している。この従来の静電チャックは、表面が硬く、完全な平坦性が要求されている。そのため、被吸着物の表面が平坦でないと、吸着が困難であった。また、一対の電極間の間隙が広くなるため、強い吸着力を得るために数ＫＶの印加電圧が必要であった。

また、従来、複数の導電線を有する電線があるが、これらの電線は、負荷装置に電力を供給するために電流を流したり、電気信号を送るために電流を流すものである。そのため、これらの電線は、電流を流すものであり、静電界を発生して静電誘導により被吸着物を吸着するものではない。

（１）本発明は、低い電圧で大きな被吸着力が得られる静電誘導吸着具と静電誘導吸着方法を提供することにある。
（２）また、本発明は、被吸着物の表面粗さを吸収できる静電誘導吸着具と静電誘導吸着方法を提供することにある。
（３）また、本発明は、多くの被吸着物に対応可能な用途の広い静電誘導吸着具と静電誘導吸着方法を提供することにある。

（１）本発明は、静電誘導により被吸着物を吸着する静電誘導吸着具において、糸状の誘電材内に並置された複数本の導電線を有する静電誘導糸と、導電線間に静電場を発生する電源と、を備え、電源により導電線間に静電場を発生し、静電誘導により静電誘導糸の表面付近で被吸着物を吸着する、静電誘導吸着具にある。
（２）また、本発明は、静電誘導により被吸着物を吸着する静電誘導吸着方法において、糸状の誘電材内に複数本の導電線を並置して静電誘導糸を作製し、導電線間に電圧を印加し、静電誘導糸の表面付近に静電場を発生させ、静電誘導により静電誘導糸の表面付近で被吸着物を吸着する、静電誘導吸着方法にある。

（１）本発明は、低い電圧で大きな被吸着力が得られる静電誘導吸着具と静電誘導吸着方法を提供することができる。
（２）また、本発明は、被吸着物の表面粗さを吸収できる静電誘導吸着具と静電誘導吸着方法を提供することができる。
（３）また、本発明は、多くの被吸着物に対応可能な用途の広い静電誘導吸着具と静電誘導吸着方法を提供することができる。

（静電誘導吸着具）
静電誘導吸着具は、糸状の誘電材内に複数の導電線を並置した静電誘導糸を用いる。静電誘導糸の導電線間に静電場を発生し、静電誘導により静電誘導糸の表面付近に被吸着物を吸着するものである。静電誘導吸着具は、静電誘導糸を用いるために、複数の導電線の間隔を狭められ、低電圧で大きな静電場を発生できるので、低電圧で大きな吸着力を得ることができる。また、静電誘導吸着具は、静電誘導糸を用いるために、任意の形状を得ることができ、広い用途に使用することができる。また、静電誘導吸着具は、大きな静電場を有するために、静電誘導糸で作製された面を有する静電誘導繊維体を備えている。また、静電誘導吸着具は、被吸着物の凹凸面に容易に対応できるように、静電誘導繊維体の面を柔軟にする。そのために、静電誘導繊維体は、静電誘導糸の織編物で面を形成したり、ループ状の静電誘導糸の集合で繊毛形状を作製し、その静電誘導糸先端の集合で面を形成している。これらの構造により、静電誘導繊維体は、被吸着物の複雑な凹凸面に対しても容易に対応でき、被吸着物の吸着力を高めることができる。

なお、静電場（又は静電界）は、実質的に変動しない電荷により作られる電場（又は電界）である。また、本発明の静電誘導糸に発生する力は、静電誘導に起因する力であるが、従来の給電線に発生する力は、電線を流れる電流が誘起する磁界に起因する力であり、静電誘導糸と従来の給電線とは力の発生メカニズムが異なっている。また、糸状の誘電材は、絶縁性を有する誘電材で作製された線状のものであり、いわゆる糸や紐の形状を有するものである。誘電材は、静電誘導糸の外側に大きな静電場を誘導できるものがよく、誘電率εの高いものが好ましい。静電誘導繊維体は、静電誘導糸を織ったり編んだりして編成して得られた織編物などがある。複数本の導電線を並置するとは、複数本の導電線を相互に離間して並べて置くことであり、即ち、複数本の導電線を電気的に接触することなく、平行状態、又はねじれ状態など、並べて配置してある状態にすることである。織編物は、糸を編成して得られた織物や編物である。被吸着物は、静電誘導により静電誘導吸着具に吸着されるものであればよく、半導体ウエーハからゴミ、細菌など種々のものが対象になる。導電線の材料は、電位が全体に均一に分布するものが好ましく、金属や導電性の有機や無機材料などがある。繊毛形状とは、多数の毛の集合であり、毛の先端部の集合により面を形成する形状である。静電誘導糸をループ状の連続した繊毛形状にし、多数の繊毛形状の先端が面を形成する。静電誘導糸の繊毛形状は、静電誘導糸をループ状に形成し、繊毛のように多数、表面から突出させ、ループの突出した多数の先端部で面を形成する。被吸着物を静電誘導により静電誘導糸に吸着するとは、物理的には、被吸着物と静電誘導糸が静電誘導により相互に引っ張り合い、付着することである。

（静電誘導糸）
図１は、静電誘導糸１０の例を示している。図１（Ａ）は、静電誘導糸１０の一部を切断したものであり、一端に静電誘導糸１０の断面が示されている。図１（Ｂ）は、静電誘導糸１０が糸巻１６に巻かれた状態を示している。静電誘導糸１０は、糸状の誘電材１２の内部に複数の導電線１４ａ、１４ｂが並置されている。導電線１４ａ、１４ｂは、電力を供給したり信号を伝達するために電流を流すものではなく、静電誘導糸１０の外側に静電場を形成するものである。誘電材１２は、導電線１４ａ、１４ｂを絶縁し、静電誘導糸１０の外周近傍、外周面付近に静電場を誘起するものである。

静電誘導糸１０の断面は、円形、楕円、又は、正方形、長方形、多角形など任意の形状を取ることができ、被付着物に応じて選択することができる。導電線１４は、２本でも、又はそれ以上の複数本でもよく、また、その断面形状も円形、楕円、又は、正方形、長方形、多角形など任意の形状を取ることができる。静電誘導糸１０や導電線１４は、被付着物の吸着力を高められる形状にするのが好ましい。静電誘導糸１０の断面は、例えば、楕円とし、長径を約３０μｍ、短径を約１２μｍとする。また、楕円の長径上に一対の導電線１４ａと１４ｂを離間して並置する。導電線１４の直径を約１０μｍとする。静電誘導糸１０の密度を高くして、一対の導電線１４ａと１４ｂに約６Ｖ程度の電圧を印加すると、数ｋＶの電圧を印加する従来の静電チャック程度の単位面積当たりの吸着力を発生することができる。

（静電誘導繊維体）
図２は、静電誘導繊維体１８の例を示している。静電誘導繊維体１８は、静電誘導糸１０により形成された平面や曲面などの面を有するものであり、例えば静電誘導糸１０を編成して作製された織編物がある。図２（Ａ）の静電誘導繊維体１８は、静電誘導糸１０で編成された織物である。織物は、平織、綾織など種々の方法で織られるが、静電誘導繊維体１８は、表面に静電誘導が発生するものであればどのような織り方でも良い。又は、静電誘導繊維体１８は、静電誘導糸１０で編成された編物でもよい。静電誘導具２０は、このような静電誘導繊維体１８と、その導電線１４に印加する電源２２などを備えている。

織編物の静電誘導繊維体１８は、突出した静電誘導糸１０で面を形成している。そのため、静電誘導繊維体１８の表面は、静電誘導糸１０で全体に静電場を発生し、トータルとして被吸着物に対して強力な吸着力を発生することができる。しかも、織編物の静電誘導繊維体１８の表面は、柔軟性があるので、被吸着物の表面の凹凸に追従でき、被吸着物に効果的に静電誘導を誘起して、強い吸着力を作用することができる。

図２（Ｂ）の静電誘導繊維体１８は、螺旋状、ループ状の静電誘導糸１０が静電誘導繊維体１８の表面に形成されたものである。この静電誘導繊維体１８は、ループの断面形状を、円形、楕円、更に先端が鋭角な形状にして、静電誘導繊維体１８の表面に多数のループを配置し、静電誘導繊維体１８の表面に静電誘導糸１０の繊毛２４を形成している。これにより、静電誘導繊維体１８は、ループ状の静電誘導糸１０を細くすることにより、サブミクロン程度の被吸着物の表面粗さにまで対応でき、表面粗さを吸収して吸着効果を発揮できる。静電誘導吸着具２０は、この静電誘導繊維体１８を基材２６で保持し、電源２２を接続して、静電誘導糸１０の一対の導電線１４に電圧を印加し、被吸着物を吸着する。一対の導電線１４の印加電圧を下げるか、零にすると、被吸着物を離すことができる。

（静電吸着方法）
静電誘導繊維体１８の静電吸着方法は、糸状の誘電材１２内に複数本の導電線１４を並置して静電誘導糸１０を作製し、導電線１４、１４間に電圧を印加し、静電誘導糸１０の表面付近に静電場を発生させ、静電誘導により静電誘導糸１０の表面付近で被吸着物を吸着する方法である。導電線１４、１４間に印加する電圧を高めたり低下させたり、逆電圧にしたりするなど変化することにより、被吸着物に作用する吸着力を変化させ、被吸着物を吸着したり離間したり、吸着状態を変化させることができる。

（静電誘導吸着具の応用例）
図３は、静電誘導吸着具２０の応用例を示している。図３（Ａ）は、高性能フィルタ機能を有するマスクを示している。静電誘導吸着具２０のマスクは、静電誘導繊維体１８の布地と耳に取り付ける固定紐２８と静電誘導糸１０に電圧を印加する電源２２の電池を備えている。このマスクは、半導体製造装置のクリーンルームや病院などで使用することができる。このマスクの布地は、埃を吸着し、クリーンルーム内や病室内に埃を撒き散らすことを防止する。

図３（Ｂ）は、埃を取るダスタを示している。ダスタは、ループ状の静電誘導糸１０が多数、基材２６に取り付けたものである。基材２６には柄３０を備え、柄３０の部分には、電源２２の電池と切替スイッチ３２を有している。切替スイッチ３２は、静電誘導糸１０に印加する電圧を可変にしたり、オンオフを切り替える手段である。切替スイッチ３２により、埃を吸着したり、吸着していた埃を離し、放出したり、又は、印加電圧を上げて、吸着し難い埃を吸着することができる。

また、静電誘導吸着具２０は、一本のループ状の繊毛が「単双極子静電チャック」として機能するので，装置自体を小型化することできる。これにより、ヤモリのように壁を重力に抗して移動することが可能なマイクロロボットなどを実現することができる。

以上のように、本発明は、静電誘導糸１０の導電線１４に電圧を印加することにより、静電場を発生でき、被吸着物を容易に吸着、離間できるものであり、上記実施の形態以外にも、様々な分野に応用することができる。

静電誘導糸の説明図静電誘導糸で形成された静電誘導繊維体の説明図静電誘導吸着具の応用例の説明図

符号の説明

１０・・・静電誘導糸
１２・・・誘電材
１４・・・導電線
１６・・・糸巻
１８・・・静電誘導繊維体
２０・・・静電誘導吸着具
２２・・・電源
２４・・・繊毛
２６・・・基材
２８・・・固定紐
３０・・・柄
３２・・・切替スイッチ

Claims

静電誘導により被吸着物を吸着する静電誘導吸着具において、
糸状の誘電材内に並置された複数本の導電線を有する静電誘導糸と、
導電線間に静電場を発生する電源と、を備え、
電源により導電線間に静電場を発生し、静電誘導により静電誘導糸の表面付近で被吸着物を吸着する、静電誘導吸着具。
請求項１に記載の静電誘導吸着具において、
静電誘導糸により面が形成された静電誘導繊維体を備える、静電誘導吸着具。
請求項２に記載の静電誘導吸着具において、
静電誘導繊維体は、静電誘導糸の織編物である、静電誘導吸着具。
請求項２に記載の静電誘導吸着具において、
静電誘導繊維体は、静電誘導糸をループ状の連続した繊毛形状にし、多数の繊毛形状の先端が面を形成する、静電誘導吸着具。
請求項１に記載の静電誘導吸着具において、
導電線間に印加する電圧を変化させて、被吸着物の吸着力を変化させる、静電誘導吸着具。
静電誘導により被吸着物を吸着する静電誘導吸着方法において、
糸状の誘電材内に複数本の導電線を並置して静電誘導糸を作製し、導電線間に電圧を印加し、静電誘導糸の表面付近に静電場を発生させ、静電誘導により静電誘導糸の表面付近で被吸着物を吸着する、静電誘導吸着方法。
請求項７に記載の静電誘導吸着方法において、
導電線間に印加する電圧を変化させて、被吸着物の吸着力を変化させる、静電誘導吸着方法。