JPH04172979A - 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］ 本発明は浮遊用試料である帯電物体を静電気的な力を利
用して容器に非接触状態で静止、浮上保持するようにし
、更に上記浮上保持した物体を加熱溶融するようにする
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、凝固処理を行うことが考
えられている。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、保持された物体を
加熱溶融する技術の開発が必要となっている。

従来、かかる物体を空間の一点に非接触状態で浮上保持
するようにしたものとしては、第６図に概略を示す如く
、浮遊用試料としての物体２を静電気的な力で閉し込め
るようにする第１浮遊用電極として、４本の金属製の円
柱状電極を平行に且つ平面状態で正方形の頂点に位置す
るように配置してなる二次元四重極電極１ａ、ｌｂ。

］ｅ、ｌｄを用い、該二次元四重極電極１ａ、　ｌｂ、
　Ｉｃ。

１ｄを浮遊用電源としての交流電源３に接続して、各電
極に交流電圧を印加し電極間に電気力線を生じさせるこ
とにより物体２を電極間中心部９へ向わせるようにし、
又、電極間中心部９の上下位置に、物体２に上下方向の
反発力としての閉じ込め力を生じさせる第２浮遊用電極
として直流電極４，５を配置して、浮遊用電源としての
直流電源６に接続し、直流電源４，５に物体２の極性と
同一極性の直流電圧を印加させることにより物体２を上
下方向に閉じ込めて静止浮上させ、物体２を空間の一点
に保持させるようにしてあり、更に、上記のように浮上
保持した物体２を加熱溶融させるときは、上記浮上させ
て保持した物体２に加熱源７からレーザ光線等の熱線８
を照射させて加熱溶融させるようにしたものがある。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記従来の静電浮遊装置では、浮遊用電極の
一部である二次元四重極電極が電極内部の等電位面に沿
った金属でその半径が大きいため、電極重量が大きく、
宇宙空間へロケット等を用いて打ち上げる際の負担とな
る問題があると共に、二次元四重極電極１ａ、　Ｉｂ、
　ｌｃ、　Ｉｄの空間に占める割り合いが大きく、他の
部分の空隙が少ないため、加熱源７からの加熱用の熱線
８を大部分遮蔽してしまうことになって加熱効率が悪い
、という問題がある。

そこで、本発明は、電極の重量軽減と、物体を加熱でき
る空間を大きくして加熱効率の向上を図るようにした静
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］ 本発明は、上記課題を解決するために、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、又、上記直流電極を直流電源にそれぞ
れ接続した構成を有する静電浮遊装置における上記二次
元四重極電極に代る複数の小径の円柱状電極を、上記二
次元四重極電極表面の包路線の一部に沿うよう所定間隔
で配置した構成とする。上記小径の円柱状電極の外側に
、反射体を配置し、浮上した物体に加熱源から照射され
て反射されて来た加熱用熱線を上記反射体により反射さ
せて物体に再照射させるようにする。

［作　　　用］ 従来の４本の二次元四重極電極の各々に代えて複数本の
小径円柱状電極群で二次元四重極電極を形成させても、
試料としての帯電物体に電極間中心部への閉じ込め力を
生じさせることができる。二次元四重極電極を構成する
個々の電極は小径円柱状であるため、電極重量を軽減で
きると共に、電極間中心部に閉じ込めた物体に加熱源か
ら加熱用熱線を照射するときにも、個々の電極が空間に
占める割り合いが小さいために、外側から照射される加
熱用熱線の遮蔽される部分が少なく、したがって、加熱
効率を向上させることができる。又、小径円柱状の電極
群からなる二次元四重極電極の外側に反射体を配置する
と、加熱源から試料としての物体に照射された加熱用熱
線の一部が物体より反射されたとき、その反射された熱
線は反射体により反射されて物体に再照射されることに
なり、加熱用熱線に無駄がない。

［実　施　例コ 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３図は本発明の一実施例を示すもので、第
６図に示した従来の静電浮遊装置における４本の円柱状
電極からなる二次元四重極電極ＩＬ　Ｉｂ、　ｌｃ、　
ｌｄの各々の表面包絡線１０（第１図乃至第３図参照）
の一部に複数木兄の小径の円柱状電極１１ａ、　１２ａ
、　１３ａ、　１４ａを、浮上対象試料としての帯電物
体２の径に応じて定めた間隔で配置して、これら各小径
の円柱状電極群１１．１２゜１３．１４で従来の二次元
四重極電極の代用をさせるようにする。すなわち、従来
の１本１本の円柱状電極からなる二次元四重極電極１ａ
、　Ｉｂ、　Ｉｃ。

ｌｄ表面の包絡線１０の一部を満足する位置に径の小さ
い円柱状電極１１ａ、　１２ａ、　Ｈａ、　１４ａを複
数本ずつ所定間隔で配置して、各々の小径円柱状電極群
１１．１２．１３．１４により二次元四重極電極を代用
させ、２つの電極群を１組とする２組の小径円柱状電極
群ＩＩ、　１２．１３．１４からなる二次元四重極電極
を交流電源３に接続して、物体２に静電気的に電極間中
心部９に閉じ込めるための閉じ込め力を発生させるよう
にし、又、上記電極間中心部９の上下位置に、物体２を
上下方向に閉じ込める閉じ込め力を発生させる浮遊用電
極としての球状電極からなる直流電極４．５を配置し、
該直流電極４，５を直流電源６に接続して、物体２を電
極間中心部９に静止させるようにするものであり、その
他の構成は第６図の場合と同様であり、同一物には同一
符号が付してある。

小径円柱状電極群Ｉ１．　＋２．１３．１４で代用させ
た二次元四重極電極に交流電圧を印加して、物体２が横
方向へ移動するのを阻止するような力を発生させると、
物体２は第３図に示す如く渦巻き運動をしながら電極間
中心部９に移動し、最終的に電極間中心部９に静止させ
られる。

次に、直流電極４．５に直流電源６より物体２の帯電極
性と同じ極性を有する直流電圧を印加すると、上記電極
間中心部９に静止した物体２は、上記直流電極４，５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
に静止されて安定浮上させられる。

上記において、小径の円柱状電極群によって代用された
二次元四重極電極における個々の小径円柱状電極ＩＬａ
、　１２ａ、　１３ａ、　１４ａ及びこれらの電極群で
作る等電位面は第２図に示すとおりの分布となる。すな
わち、個々の円柱状電極１１３゜１２ｇ、　１３ａ、　
１４ａの極く近傍では符号１５で示す電位分布で円とな
っている。円柱状電極１１ａ、　１２ａ。

１３ａ、　１４ａから少し離れた位置では符号１６で示
す如き少しでこぼこした電位分布となる。円柱状電極１
１ａ、　１２ａ、　１３２．１４ｘから離れて電極間中
心付近では、符号１７で示す如く円又は双曲線状の電位
分布となり、特に、電極間中心付近では、従来の１本ず
つの円柱状電極からなる二次元四重極電極の場合の電位
分布に近いものとなり、物体２の閉じ込めた同様の効果
が得られる。

本発明においては、上記のようにして物体２を空間の一
点に浮上保持させると、この浮上保持した物体２に加熱
源７からレーザ光線等の加熱用熱線８を照射させて、物
体２を加熱溶融させるようにする。この際、二次元四重
極電極は小径の円柱状電極群１１．１２．　＋３．　Ｉ
４から構成されているので、個々の円柱状電極１１ａ、
１２Ｂ、　１３Ｌ１４ａが空間に占める領域が非常に小
さくて空隙が大きくなり、これにより加熱源７から物体
２に照射される加熱用熱線８が電極により遮ぎられるこ
とか少なくなって物体２の加熱効率を向上させることが
できる。

次に、第４図は本発明の他の実施例を示すもので、小径
円柱状電極群＋１．１２．１３．１４で代用した二次元
四重極電極の外側に、球の内面に反射率の大きい金属を
コーティングしてなる球形の反射鏡１８を反射体として
配置し、加熱源１９から物体２に照射される加熱用熱線
２０が一部物体２から反射すると、その反射光が反射鏡
１８で反射されて再び物体２に照射させられるようにし
たものである。

この実施例によると、空間の一点に保持した物体２に加
熱源ｊ９からレーザ光線等の加熱用熱線２０を照射して
、物体２を加熱溶融させるとき、物体２に照射された熱
線２０のうち、一部は物体２に吸収されて物体２の温度
上昇に寄与して加熱溶融に供せられるが、他は物体２よ
り反射されて反射鏡１８に達する。反射鏡に達した熱線
２０は、一部は該反射鏡１８に吸収されるが、大部分は
反射鏡１８で反射されて物体２に再照射されることにな
る。これにより物体２には、熱線２０が有効に照射され
ることになって無駄がなく、物体２の加熱効率をより向
上させることができる。

この際、球形の反射鏡１８を用いると、物体２から反射
された熱線２０が鏡面で反射した後、すべての反射熱線
が中央に集まって物体２に再照射されることになり、有
効である。

又、第５図は本発明の他の実施例を示すもので、反射体
として楕円球形の反射鏡２１を用いるようにし、且つ楕
円球形の１つの焦点位置に光源２２を、又、もう１つの
焦点位置に物体２を静止浮上させておくようにしたもの
である。

この実施例では、光源２２から発せられる光が直接又は
反射鏡１８で反射して物体２に照射され、物体２から反
射された光の一部は反射鏡１８の鏡面で反射されて再び
物体２に照射されることになる。

なお、本発明は上記した各実施例にのみ限定されるもの
ではなく、たとえば、小径円柱状型　　゛極１１ａ、　
１２ａ、　１３ａ、　１４ａは、いずれも包絡線１０上
のすべてを満足するように配置してもよいこと、加熱源
７，１９の数は物体２の形状、溶融の難易度に応じてい
くつでもよいこと、又、加熱源７，１９は、赤外線照射
方式でもよく、抵抗加熱方式でもよいこと、反射体とし
ては球形反射鏡Ｉ８、楕円球形反射鏡２１以外のものに
よってもよいこと、等は勿論である。

［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、従来の
二次元四重極電極の表面の包絡線の一部に、小径とした
円柱状電極を複数本ずつ配置した構成として、小径円柱
状電極群で従来の二次元四重極電極を代用させるように
してあるので、電極自体の重量を軽減できて宇宙空間へ
の打ち上げの際の負荷を小さく抑えることができると共
に、小径円柱状電極のため空間での占有領域が小さく空
隙を大きくとることができて、加熱源からの加熱用熱線
が電極により遮ぎられることを少なくできることにより
物体への照射量を多くでき、加熱効率を向上させること
ができる。又、上記小径円柱状電極群で代用した二次元
四重極電極の外側に反射体を配置して、物体で反射した
熱線を反射体で反射させて物体に再照射させることがで
きて、加熱効率をより向上させることができる、という
優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の静電浮遊装置の一実施例を示す概略斜
視図、第２図は二次元四重極電極の代用としての小径円
柱状電極群が作る等電位分布を示す概略平面図、第３図
は物体が移動させられるときの運動軌跡を示す概略平面
図、第４図は球形反射鏡で浮遊用電極を覆うようにした
例を示す概略平面図、第５図は球形反射鏡に代え楕円球
形反射鏡を用いた例を示す概略平面図、第６図は従来の
静電浮遊装置の概略斜視図、第７図は第６図の切断平面
図である。 ｌａ、　Ｉｂ、　ｌｃ、　Ｉｄ−・・二次元四重極電極
、２・１．物体、３・・・交流電源、４．５・・・直流
電極、６・・・直流電源、７・・・加熱源、８・・・加
熱用熱線、１０・・・包絡線、ｌｌ。 １２、　ｌ　３．１４−・・小径の円柱状電極群、ｌｌ
ａ、　１２ａ、　１３ａ。 １４ａ・・・小径の円柱状電極、１５．１６．１７・・
・電位分布、１８・・・球形反射鏡（反射体）、１９・
・・加熱源、２０・・・加熱用熱線、２１・・・楕円球
形反射鏡（反射体）、２２・・・光源。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極間中心部に物体の閉じ込め力を発生させるよ
   うに配置してある４本の円柱状電極からなる二次元四重
   極電極と、上記電極間中心部で上下方向に閉じ込め力を
   発生させるように配置してあ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し、又、上記
   直流電極を直流電源に接続した構成を有する静電浮遊装
   置における上記二次元四重極電極となる４本の円柱状電
   極の各表面の包絡線の一部に、該４本の円柱状電極に代
   る複数本の小径円柱状電極を配置した構成を有すること
   を特徴とする静電浮遊装置。
2. （２）複数本の小径円柱状電極で代用する二次元四重極
   電極の外側に、空間に浮上保持された物体に加熱源から
   照射されて該物体で反射された加熱用熱線を上記物体に
   再照射させるように反射体を配置してなる請求項（１）
   記載の静電浮遊装置。
3. （３）反射体を球形もしくは楕円球形の反射鏡として、
   二次元四重極電極、直流電極を覆うようにしてなる請求
   項（２）記載の静電浮遊装置。