JP7229505B2 - 静電吸着装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1実施形態に係る静電吸着装置1の概略構成を示している。図1に示されるように、第1実施形態に係る静電吸着装置1は、収容部2、吸着電極3、基準電極4、アーム部材5、電源6及び制御部7を含む。
E0=V0/(d+dc/εr)・・・(1)
ここで、V0は、吸着電極3に印加される前記吸着電圧[V]、dは、絶縁被覆32の表面から導電性粒子pの中心までの距離[m]、dcは、絶縁被覆32の厚さ[m]、εrは、絶縁被覆32の比誘電率である。
Q=(ε0・Dp2・π3.E0)/6・・・(2)
F=Q・E0=(ε0・Dp2・π3.V02)/6・(d+dc/εr)・・・(3)
次に、本発明の第2実施形態に係る静電吸着装置について説明する。なお、第1実施形態に係る静電吸着装置1と共通する要素については同一の符号を付してその説明は省略する。図3は、第2実施形態に係る静電吸着装置10の要部図である。第1実施形態に係る静電吸着装置1と第2実施形態に係る静電吸着装置10との主な相違点は、以下のとおりである。
第1実施形態に係る静電吸着装置1において、吸着電極3として直径8mmの円柱状の真鍮電極を用いると共に、電極ホルダ31の代わりに吸着電極3の側面に絶縁テープを巻き付けた。また、絶縁被覆32として厚さ165μmのPTFEフィルムテープ(NITTO社製、P-421)を吸着電極3の底面に貼付し、吸着電極3の前記底面を吸着電極3に前記吸着電圧が印加されたときに導電性粒子pを吸着させる吸着面とした。吸着電極3を電動ステージ(シグマ光機社製、SGSP33-100)に取り付け、当該電動ステージによって吸着電極3を上下移動させるようにした。導電性粒子pとして、粒径1.0±0.02mmの金属球(千住金属工業株式会社製、エコソルダーボール M705 1.0φ、1粒約4mg)を使用した。収容部2として金属製の容器を用意し、当該容器に多数の導電性粒子pからなる導電性粒子群Pを収容した。除電装置8には、特許第6008269号公報に記載のイオナイザーにおいて、対向針対針型コロナ放電電極(針電極間距離:12mm、接地円筒電極の外径:15mm)を使用したものを用いた。針電極は、先端曲率半径が7μmのタングステン針である。脱離アシスト装置9には、市販の振動子を使用した。
実施例1と同様の構成において、吸着電極3に印加する負極性の電圧(吸着電圧)を-0.5~-3.0kVの範囲で変化させて導電性粒子pの吸着個数を確認する実験を行った。実験は各吸着電圧について10回行った。その結果を図6に示す。図6に示されるように、前記吸着電圧が-0.5kVの場合、吸着電極3の前記吸着面には導電性粒子pが吸着されなかった。これは、静電気力が不足しているためであると考えられる。一方、前記吸着電圧が-1.0~-3.0kVの場合には、吸着電極3の前記吸着面に複数の導電性粒子pが吸着されることが確認された。
実施例1と同様の構成において、吸着電極3の直径(前記吸着面の面積)を変化させて導電性粒子pの吸着個数を確認する実験を行った。具体的には、直径(前記吸着面の面積)が2mm(3.14mm2)、4mm(12.56mm2)、6mm(28.26mm2)、8mm(50.24mm2)の吸着電極3を用意し、前記吸着電圧を-3.0kVとしたときの導電性粒子pの吸着個数を確認した。実験は各吸着電極3について10回行った。その結果を図7に示す。図7に示されるように、吸着電極3の直径(前記吸着面の面積)に比例して導電性粒子pの吸着個数が増加することが確認された。
第2実施形態に係る静電吸着装置10において、図8に示されるように、五つの吸着電極3a~3eとしてそれぞれ直径1.6mmの円柱状の鋼製棒電極を用い、これらをABS樹脂製の円柱状の電極ホルダ31に組み込んだ。電極ホルダ31の側面にはアルミテープを巻き付けた。また、各吸着電極3a~3eの底面が露出する電極ホルダ31の底面に絶縁被覆32として厚さ165μmのPTFEフィルムテープ(NITTO社製、P-421)を貼付し、当該PTFEフィルムテープによって被覆された各吸着電極3a~3eの前記底面を各吸着電極3a~3eに前記吸着電圧が印加されたときに導電性粒子pを吸着させる吸着面とした。吸着電極3a~3eが組み込まれた電極ホルダ31を電動ステージ(シグマ光機社製、SGSP33-100)に取り付け、当該電動ステージによって電極ホルダ31(すなわち、各吸着電極3a~3e)を上下移動させるようにした。導電性粒子pとして、粒径1.0±0.02mmの金属球(千住金属工業社製、エコソルダーボール M705 1.0φ)を使用した。また、各吸着電極3a~3eに印加する吸着電圧を-2.0kVに設定した。
実施例1と同様の構成において、前記金属球の代わりに種子を用いた場合の種子の吸着個数を確認する実験を行った。具体的には、前記吸着電圧を-2.0kVとし、前記金属球の代わりに水菜の種子を用いた場合(実施例5)、前記金属球の代わりにからし菜の種子を用いた場合(実施例6)、前記金属球の代わりにスイートバジルの種子を用いた場合(実施例7)及び前記金属球の代わりにルッコラの種子を用いた場合(実施例8)の種子の吸着個数を確認した。実験はそれぞれについて10回行い、吸着個数の平均値及びばらつき(標準偏差)を算出した。その結果を図12に示す。図12に示されるように、実施例5~8のいずれにおいても吸着電極3の前記吸着面に複数の種子が吸着されること、つまり、自然物である種子も導電性粒子pとして吸着され得ることが確認された。
実施例1と同様の構成において、前記金属球に代えて直径1mmのガラスビーズ(ブライト標示工業社製)を使用し、前記吸着電圧を-3.0kVとして吸着実験を行ったが、絶縁体であるガラスビーズは吸着電極3の前記吸着面に吸着されなかった。但し、同じガラスビーズに帯電スプレー(アイ・エイ・シー社製、アンモニウム硝酸塩含有帯電スプレー)を噴霧して表面に導電被膜を形成した後に、上記と同様の吸着実験を行ったところ、吸着電極3の前記吸着面に所定数のガラスビーズが一層吸着された。すなわち、絶縁性粒子であっても、導電被膜の形成などの表面導電化処理が施されたものは導電性粒子pとして吸着され得ることが確認された。また、その後、吸着電極3への前記吸着電圧の印加を遮断した後に、除電装置8を動作させることによって、吸着電極3の前記吸着面に吸着された前記所定数のガラスビーズを完全に脱離させることができることも確認された。
Claims (12)
- 多数の導電性粒子からなる導電性粒子群に基準電位を与える基準電極と
絶縁被覆が施された吸着面を有する少なくとも一つの吸着電極と、
前記少なくとも一つの吸着電極に対する吸着電圧の印加をオンオフするスイッチ部と、
前記少なくとも一つの吸着電極を前記吸着面が前記導電性粒子群に近接又接触する吸着位置と前記吸着面が前記吸着位置よりも前記導電性粒子群から離れた退避位置との間で移動させる移動機構と、
を含み、
前記少なくとも一つの吸着電極を前記吸着位置に移動させ、及び前記少なくとも一つの吸着電極に前記吸着電圧を印加することにより、前記基準電位が与えられている前記導電性粒子群の各導電性粒子のうち、前記少なくとも一つの吸着電極の前記吸着面に近接又は接触する複数の導電性粒子に前記吸着電圧とは逆極性の電荷を誘起させて前記複数の導電性粒子を前記少なくとも一つの吸着電極の前記吸着面に一層の状態で吸着させ、
その後、前記少なくとも一つの吸着電極を前記吸着位置から前記退避位置に移動させることによって、前記少なくとも一つの吸着電極の前記吸着面に吸着した前記複数の導電性粒子を、前記導電性粒子群の前記少なくとも一つの吸着電極の前記吸着面に吸着しなかった他の導電性粒子から分離して取り出すように構成されており、
前記少なくとも一つの吸着電極の前記吸着面に吸着した前記複数の導電性粒子は、前記他の導電性粒子から分離された後、前記基準電極に電気的に接触しない、
静電吸着装置。 - 前記少なくとも一つの吸着電極の前記吸着面に吸着した前記複数の導電性粒子は、前記他の導電性粒子から分離された後、前記少なくとも一つの吸着電極への前記吸着電圧の印加が遮断された後においても前記少なくとも一つの吸着電極の前記吸着面に吸着した状態が維持される、請求項1に記載の静電吸着装置。
- 前記退避位置の近傍に設けられた除電装置をさらに含み、
前記少なくとも一つの吸着電極への前記吸着電圧の印加を遮断すると共に、前記除電装置によって前記少なくとも一つの吸着電極の前記吸着面に吸着した前記複数の導電性粒子の電荷を除去することにより、前記複数の導電性粒子を前記少なくとも一つの吸着電極の前記吸着面から脱離させるように構成されている、
請求項1又は2に記載の静電吸着装置。 - 前記除電装置は、前記複数の導電性粒子が脱離した後の前記少なくとも一つの吸着電極の前記吸着面の残留電荷をも除去するように構成されている、請求項3に記載の静電吸着装置。
- 機械的な力を前記少なくとも一つの吸着電極又は前記複数の導電性粒子に加えて前記複数の導電性粒子の前記少なくとも一つの吸着電極の前記吸着面からの脱離をアシストする脱離アシスト装置をさらに含む、請求項3又は4に記載の静電吸着装置。
- 前記基準電位を持つ導電性のブラシ状部材を有し、前記退避位置の近傍に設けられた除電・脱離装置をさらに含み、
前記少なくとも一つの吸着電極への前記吸着電圧の印加を遮断すると共に、前記除電・脱離装置の前記ブラシ状部材を前記少なくとも一つの吸着電極の前記吸着面に吸着した前記複数の導電性粒子に接触させることにより、前記複数の導電性粒子の電荷を除去すると共に、前記複数の導電性粒子に機械的な力を加えて前記複数の導電性粒子を前記少なくとも一つの吸着電極の前記吸着面から脱離させるように構成されている、
請求項1又は2に記載の静電吸着装置。 - 前記導電性粒子群を、隣接する導電性粒子同士が互いに接触するように収容する収容部を含み、前記基準電極は、前記導電性粒子群のうちの少なくとも一つの導電性粒子に接触するように配置されている、請求項1~6のいずれか一つに記載の静電吸着装置。
- 前記導電性粒子群を、隣接する導電性粒子同士が互いに接触するように収容する導電性の収容部を含み、前記基準電極は、前記収容部に接触するように配置されている、請求項1~6のいずれか一つに記載の静電吸着装置。
- 前記導電性粒子群を、隣接する導電性粒子同士が互いに接触するように収容する導電性の収容部を含み、前記収容部が前記基準電極としての機能を有する、請求項1~6のいずれか一つに記載の静電吸着装置。
- 前記吸着位置は、前記収容部内における前記導電性粒子群の上層部に近接又は接触する位置であり、前記退避位置は、前記収容部の外側の位置である、
請求項7~10のいずれか一つに記載の静電吸着装置。 - 前記導電性粒子群は、導電性を有する導電性面上に散在し、前記基準電極は、前記導電性面に接触するように配置されている、請求項1~6のいずれか一つに記載の静電吸着装置。
- 前記少なくとも一つの吸着電極は、複数の吸着電極であり、
前記スイッチ部は、それぞれが前記複数の吸着電極のいずれかに対する吸着電圧の印加をオンオフする複数のスイッチを含み、
前記複数の吸着電極に選択的に前記吸着電圧を印加することにより、前記導電性粒子群から取り出す導電性粒子の数を変更可能に構成されている、請求項1~11のいずれか一つに記載の静電吸着装置。
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