JPH03164081A - 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］ 本発明は静電気力を利用して物体を容器に非接触状態に
静止浮上して保持させるために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
ことか提案されている。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、該保持ざ
れた物体を加熱、溶融する技術の開発か必要となってい
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かあり、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とから、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図及び第６図はこれまでに提案ざれている静電浮遊
装置として、二次元四重極方式の静電浮遊装置の一例を
示すもので、軸方向と直交する方向の閉じ込め力を発生
する第１浮遊用電極として、２本１絹として２組の円柱
状電極からなる二次元四重極電極１ａ，　ｌｂ，　ｌｃ
，　ｌｄを、空間の原点○を通る中心軸から等距離の位
置に該中心軸と平行に配置して、平面状態で各電極１ａ
，Ｉｂ，　ＩＣ，　ｌｄが正方形の頂点に位置している
ようにし、且つ上記中心軸の軸線上の上下位置に、上下
方向の閉じ込め力を発生する第２浮遊用電極としての２
つの球状電極からなる直流電極２ａ，２ｂを所定間隔で
配置し、上記二次元四＠極電極１ａ，ｌｂとＩＣ，ｌｄ
は第１浮遊用電源としての交流電源３に接続し、又、上
記直流電％２ａ，２ｂは第２浮遊用電源としての直流電
源４に接続し、物体５を電極間中心部６に浮遊状態に保
持させるようにしてある。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、宇宙空間で用いる装置としては、占有空間、
重量共に小さいことか有利であるが、上記従来の静電浮
遊装置では、第１浮遊用電極としての二次元四重極電極
１ａ，　ｌｂ，　ｌｃ，　Ｉｄか円柱状の中実体である
ため、その重墨が大であると共に占有領域も大であり、
そのため宇宙空間への打ち上げの際の負荷か大きくなる
という問題がある。又、４本の電極１ａ，　ｌｂ，　Ｉ
Ｃ，　Ｉｄはいずれも枠に固定ざれていることから、大
粒径物体の浮上に対し妨げになるおそれがあると共に、
電極間に放電が生じた場合に電極間を拡げることができ
ないので、放電を防止するためには印加電圧を下げるこ
とになるが、印加電圧を下げると安定浮上に必要な電気
力も小さくなる、という問題もある。

そこで、本発明は、物体の浮遊に必要な空間は二次元四
重極電極の内側であって、外側の部分は不要であること
に看目して、四重極電極の重量を軽減させると共に占有
空間を小さくするようにし、又、四重極電極の間隔を可
変にして印加電圧を下げることなく火花放電を防止でき
るようにした静電浮遊装僧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１ 本発明は、上記課題を解決するために、静電気的な閉じ
込め力を発生する浮遊用電１博として、４本の棒状電極
を平行に配して平面状態で正方形の頂点に各電極が位置
するようにした二次元四単極電極を配置し、該二次元四
単極電俺と、各電極間の中心部の上下に配した直流電極
とを組み合わせ、上記二次元四重極電極は交流電源に接
続し且つ上記直流電極を直流電源に接続してなる静電浮
遊装置において、上記二次元四重極電極となる４本の棒
状電極の断面形状を、電極間中心部に而する内側を円弧
状の凸部として外側を平面状若しくは凹部にして半月状
若しくは三日月状にしてなり、又、上記半月状若しくは
三日月状の断面形状を有する二次元四重極電極の少なく
とも２本が独立して移動できるようにしてある構成とす
る。

［作　　用］ 二次元四重極電極を交流電源に接続すると、各電極間に
電気力線が発生し、この電気力線は電極間中心部へ向っ
て常に凸状になるので、電極間に投入された物体は、電
気力線により電極間中心部へ向い、該中心部で静止ざせ
られる。

静止させられた物体は、直流電極に印加された直流電圧
により重力方向の落下か防止ざれて安定に浮上保持ざれ
る。上記二次元四重極電極は、電気力線の存在する内側
が円弧で、外側は平面若しくは凹部としてあるので、電
極自体の重量は軽くなると共に占有空間も小さくできて
、宇宙空間に打ち上げる際の打ち上げ装置の負荷を軽減
させることができる。又、二次元四重極電極の少なくと
も２本を各々独立して移動できるようにすると、電極間
隔を容易に調整できて浮遊対象物体の径が大きくなって
も対応できると共に電極間隔を拡げることにより高電圧
を安定に印加できる。

［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図乃至第４図は本発明の一実施例を示すもので、第
５図、第６図に示した従来の静電浮遊装置と同様に、物
体５を静電気的に電極間中心部６に閉し込めるための閉
じ込め力を発生する第１浮遊用電極としで、２本を１組
とする２組の円柱状電極からなる二次元四重極電極１ａ
ｌｂ，　ｌｃ，　１ｄを平行に且つ平而状態て各電俺か
正方形の頂点に位置づるように配置し、又、上記電極間
中心部６の上下位直に、物体５を上−ド方向に閉じ込め
る閉じ込め力を発生させる第２浮遊用電極として球状電
極からなる直流電庵２ａ，２ｂを配置し、上記２組の二
次元四重極電極１ａ，ｌｂとｌｃ，ｌｄを交流電源３に
接続し、又、上記直流電極２ａ，　２ｂを直流電源４に
接続して、物体５を電極間中心部６に静止させるように
してある構成において、上記４本の円柱状の電極を使用
した従来方式の二次元四重悼電極１ａ，　ｌｂ，　ｌｃ
，　ｌｄに代えて、図示の如く内側のみに円弧状凸部を
有する断而積の小さい半円柱状電極を用いてなる二次元
四重極電極７ａ，　７ｂ，　７ｃ，　７ｄとし、且つ上
記二次元四重極電極７ａ，　７ｂ，　７ｃ，　７ｄの各
々が独立して移動できるようにした構成とする。

詳ｊボづると、物体５を長手方向に対して直角方向に閉
じ込める閉じ込め力を発生させる第１浮遊用電極として
の二次元四重極電極７ａ，　７ｂ，　７Ｃ，７ｄを構成
する４本の電極を、電極間中心部６に面する内側を円弧
状の凸部とし、外側を平面状にして断面形状が半月状を
なすようにするか、又は第２図に示す方向に空間の原点
Ｏを通るｒ、２ｍをとり、電極間隔の１／２をＲとした
ときに、ｒ２　　　ｚ　２−±Ｒ２を満足する直角双曲
線の一部とし、断而積を小さくして空間を占有する領域
を小さくし且つ重量の軽減を図るようにする。

又、上記４本の半円柱状電極とした二次元四重極電極７
ａ，　７ｂ，　７ｃ，　７ｄを、各々独立に内外方向、
すなわち、電極間中心部６を挟／υで相対向する方向へ
移動できるように枠８に取り付け、電１極間隔を任意に
拡縮できるようにし、二次元四重｛セ電極７ａ，　７ｂ
，　７ｃ，　７ｄ間に発生する電気力線９により物体５
か電極間中心部６に向けられ、最終的に電性間中心部６
て静止浮上させられるようにし、更に、上記二次元四重
極電ｅ　７ａ，　７ｂ，　７ｃ，７ｄに交流電圧を印Ｉ
ノ［１する交流電源３の周波数は、物体５の質量、帯電
量、直径、等（こ応じて１　Ｈｚ程度の低周波から数１
００Ｈｚ程度の高周波までの範囲で変化させられるよう
にしてある＝今、半円柱状とした４木の電極からなる二
次元四重極電極７ａ，　７ｂ，　７ｃ，　７ｄに交流電
源３より交流電圧を印加させると、第３図に示す如く、
各電極７ａ，γｂ，　７ｃ，　７ｄ間に電気力線９か生
じる。この電気力線９は、電極間中心部６に向って凸状
となるため、物体５は電気力線９に沿って図示の如き振
動（交流電源３の周波教にほぼ一致する振動〉をしなが
ら電極間中心部６に向って動かざれ、最終的に電極間中
心部６に静止させられる。一方、直流電極２ａ，２ｂに
は直流電源４より物体５の帯電極性と同じ極性を有する
直流電圧が印ＩＪＯざれるので、上記電極間中心部６に
静止した物体５は、上記直流電極２ａ，　２ｂに印加さ
れた直流電圧によって生じるクーロン反発力（電気的な
反発力）のために物体質量とつり合って重力方向に静止
させられ、重力方向の落下が防止されて一定位置に静止
ざれて安定浮上ざせられる。

上記の静電気力を利用して物体５を静止、浮上させる場
合において、本発明では、電気力線９の存在しない部分
、すなわち、静電気力に対し不要の部分である各電（ｉ
　７ａ，　７ｂ，　７ｃ，　７ｄの外側の部分をカット
して、各電極の断面形状が半月状となるようにしてある
ので、上述の如き物体５の静止、安定浮上を図りながら
空間での占有領域を小さくして且つ装置重量を軽減する
ことができて、装置全体の小型化を図ることかできる。

又、本発明では、二次元四重極電極７ａ，　７ｂ，　７
ｃ，７ｄを個々に独立して動かすことができるようにし
てあるので、第４図に示す如く、電極間中心部もの方向
へ接近させたり、逆に離したりして電気力線を生じさせ
ることかできる。したがって、浮遊用試料としての物体
５の径か大きくなったときは、各電恒間隔を拡げること
により容易に対応させることができ、又、電極間隔を拡
げることにより各電極に高電圧を安定に印１ノ目できる
ことになるので、電気力を増大できて、大粒径の物体で
あってもその浮上を容易に行わせることが可能となる。

又、電極間に放電が生じた場合は、放電を防止するため
に電極への印加電圧を下げる必要があるが、上記のよう
に電極間隔を拡げることにまり印加電住を下げる必要が
なくなり、印加電圧を下げることにより物体の安定浮上
に必要な電気力も小さくなる、という問題を解消でぎる
。

なお、本発明は上記実施例に限定ざれるものではなく、
たとえば、４本の半円社状電極からなる二次元四重極電
極７ａ，　７ｂ，　７ｃ，　７ｄすべてを可変にした場
合を示したか、２本１絹とした電極７ａ，　７ｂと７ｃ
，７ｄにおいて少なくとも各組の１水の電極が動けるよ
うになっていてもよいこと、各電極７ａ，　７ｂ，　７
ｃ，　７ｄは断面形状か三日月状となる、ほぼ半円筒状
のものとしてもよく、このようにすれば、より軽積化で
きて有利であること、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、二次
元四重極電極とする４本の電極に、内側のみに円弧状の
凸部を有して外側を平面状あるいは凹部状にした扁平形
状の電極を使用し、又、４本の電極のうち、少なくとも
２本の電極を可変式としてあるので、次の如き優れた効
果を奏し得る。

（１）二次元四重極電極の断面形状が半月状若しくは三
日月状の如き扁平形状としてあるため、空間での占有饋
域を小さくできると共に装置の重罹を従来の円柱状のも
のに比して大幅に軽減できて、宇宙空間への打ち上げに
際して打ら上げ装置の負荷を軽減させることができる。

（１１）二次元四単極電極の電極間隔の調整かできるの
で、電極間に放電が生じた場合にも電極間隔を拡げるこ
とにより電極への印加電圧を下げることなく火花赦電の
防止対策が図れ、浮遊用試料としての物体の安定浮上に
支障を来たすことがない。

（ｉｉｉ）　　上記（１！〉の如く電極間隔を調整でき
ることがら、電極間隔を拡げて電極に印加でぎる電圧を
大きくづることかできるので、電気力も増えることから
、物体か大粒径のものでも｝７上ざぜることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の静電浮遊装置の概略を示す斜視図、第
２図は第１図の平面図、第３図は電気力線により物体か
動かされる状態を示す平面図、第４図は二次元四単極電
極を可変にした例を示す平面図、第５図は従来の静電浮
遊装置の概略を示す斜視図、第６図は第５図の平面図で
ある。 ｌａ，　ｌｂ，　ｌｃ，　１ｄ，　７ａ，　７ｂ，　７
ｃ，　７ｄ　・・・二次元四％　４４ｉ電極（棒状電極
）　、２ａ，２ｂ・・・直流電極、３・・・交流電源、
４・・・直流電源、５・・・物体、６・・・電極間中心
部、Ｏ・・・原点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）長手方向と直交する方向に閉じ込め力を発生する
   ４本の棒状電極からなる二次元四重極電極と、上記閉じ
   込め方向と直交する方向の閉じ込め力を発生する直流電
   極とを組み合わせ、上記二次元四重極電極を交流電源に
   接続すると共に、上記直流電極を直流電源に接続してな
   る静電浮遊装置において、上記二次元四重極電極となる
   ４本の棒状電極を、電極間中心部に面する内側のみに円
   弧状凸部を有して断面形状が半月状の如き扁平状をなす
   構成とし、且つ該扁平断面の４本の電極のうち、少なく
   とも２本を独立して移動できるようにしてなることを特
   徴とする静電浮遊装置。