JPH02146973A - 静電浮遊装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
工業や原子カニ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
体工業や原子カニ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
の位置設定が誼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相互いに直交
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
が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　
（，１２，１３，１４）を偶数組、例えば第１図に示す
ように２　＃ＪＩ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！１，１２，１３
．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ｔ　ｉ　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１．１．１２．１
３．１４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゜１３．１
４との接続は、２組の＠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１．６．１５と１６．１５と１６を接続するよ
うにしたり、上下段の各組のｔ極ｌｌ、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
互に十極、−極となるようにするのちなどがある。

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ｆ！ｌｌ、１
２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′に沿
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／ｍ
ｍ、セラミックスで被覆した場合には１０〜２０　ｋ　
Ｖ　／　ｍ　ｍ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＠ｌｌ、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［！１１．１２゜１３．１
４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
工業や原子カニ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、１５：交流電源、１６：直流電源、１７
：試料、Ｅ：電界、Ａ：安定領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。