JPH05227771A - 静電浮遊物体の位置制御方法 - Google Patents
静電浮遊物体の位置制御方法Info
- Publication number
- JPH05227771A JPH05227771A JP5649992A JP5649992A JPH05227771A JP H05227771 A JPH05227771 A JP H05227771A JP 5649992 A JP5649992 A JP 5649992A JP 5649992 A JP5649992 A JP 5649992A JP H05227771 A JPH05227771 A JP H05227771A
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- electrode
- dimensional quadrupole
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 静電浮遊させられている物体の位置がずれる
と電気的に元の位置へ戻す。 【構成】 二次元四重極電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに
交流電圧を印加して物体２を電極間中心部７を閉じ込め
る。電極間中心部７の上下位置の直流電極４，５に直流
電圧を印加して物体２を上下方向に閉じ込める。空間の
一点に静止浮上させられた物体２は外乱の作用で運動し
始める。この物体２の位置を検出して、ずれた位置が大
きくなったときのみ上記二次元四重極電極１ａ，１ｂ，
１ｃ，１ｄに直流電圧を印加し、物体２を反発力で元の
位置へ戻すようにする。
と電気的に元の位置へ戻す。 【構成】 二次元四重極電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに
交流電圧を印加して物体２を電極間中心部７を閉じ込め
る。電極間中心部７の上下位置の直流電極４，５に直流
電圧を印加して物体２を上下方向に閉じ込める。空間の
一点に静止浮上させられた物体２は外乱の作用で運動し
始める。この物体２の位置を検出して、ずれた位置が大
きくなったときのみ上記二次元四重極電極１ａ，１ｂ，
１ｃ，１ｄに直流電圧を印加し、物体２を反発力で元の
位置へ戻すようにする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は静電気力を利用して空間
に静止浮遊させられる物体が外乱で運動し始めたときに
元の静止浮上位置へ戻すようにするために用いる静電浮
遊物体の位置制御方法に関するものである。
に静止浮遊させられる物体が外乱で運動し始めたときに
元の静止浮上位置へ戻すようにするために用いる静電浮
遊物体の位置制御方法に関するものである。
【０００２】
【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。
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。
【０００３】従来、前者の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、図４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
で閉じ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水平状態で正方形の頂
点に位置するように配置してなる二次元四重極電極１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを用い、該二次元四重極電極１
ａ，１ｂ，１ｃ，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静電気
力線を生じさせることにより物体２を電極間中心部７へ
向わせるようにし、且つ、電極間中心部７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浮遊用電極としての直流電極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
極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たもの
がある。
態で浮上保持するようにしたものとしては、図４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
で閉じ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水平状態で正方形の頂
点に位置するように配置してなる二次元四重極電極１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを用い、該二次元四重極電極１
ａ，１ｂ，１ｃ，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静電気
力線を生じさせることにより物体２を電極間中心部７へ
向わせるようにし、且つ、電極間中心部７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浮遊用電極としての直流電極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
極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たもの
がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
静電浮遊装置で物体２を静止浮上させて空間の一点に保
持しているときに、外乱が作用して物体２が静止位置か
らずれて水平面内で運動し始めることがある。物体２の
質量が大きい場合は慣性力も大きいので静止しにくい。
静止させるためには、外部から何等かの力を加えて制御
しなければならないが、従来の図４に示す二次元四重極
電極を用いた装置では、電気的に物体の位置を制御する
ことができないので、物体２は図３に示すＡの如く、物
体２の静止位置であった電極間中心部７を中心とした同
じ位置を円運動し続けることになる。
静電浮遊装置で物体２を静止浮上させて空間の一点に保
持しているときに、外乱が作用して物体２が静止位置か
らずれて水平面内で運動し始めることがある。物体２の
質量が大きい場合は慣性力も大きいので静止しにくい。
静止させるためには、外部から何等かの力を加えて制御
しなければならないが、従来の図４に示す二次元四重極
電極を用いた装置では、電気的に物体の位置を制御する
ことができないので、物体２は図３に示すＡの如く、物
体２の静止位置であった電極間中心部７を中心とした同
じ位置を円運動し続けることになる。
【０００５】なお、物体の運動を減衰させる場合、これ
までは、気体の粘性抵抗による運動減衰のみであったた
め、特に、物体の質量が大きい場合は元の位置に戻るま
でに長時間を要することが予想され、このことは、宇宙
空間の如き微小重力領域では顕著になることが予想され
る。
までは、気体の粘性抵抗による運動減衰のみであったた
め、特に、物体の質量が大きい場合は元の位置に戻るま
でに長時間を要することが予想され、このことは、宇宙
空間の如き微小重力領域では顕著になることが予想され
る。
【０００６】そこで、本発明は、静電浮遊物体が外乱の
作用で静止位置からずれた位置で運動を始めた場合に、
外部から電気的な力を加えて元の静止位置へ物体を戻す
位置制御方法を提供しようとするものである。
作用で静止位置からずれた位置で運動を始めた場合に、
外部から電気的な力を加えて元の静止位置へ物体を戻す
位置制御方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【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、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て、空間の
一点に静止浮上させている物体の位置が水平面内でずれ
たときに、該物体の位置変動の信号に基づき上記二次元
四重極電極に直流電圧を印加し、物体が元の位置に戻る
まで直流電圧を印加し続けて、物体の位置制御を行わせ
るようにする。
決するために、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て、空間の
一点に静止浮上させている物体の位置が水平面内でずれ
たときに、該物体の位置変動の信号に基づき上記二次元
四重極電極に直流電圧を印加し、物体が元の位置に戻る
まで直流電圧を印加し続けて、物体の位置制御を行わせ
るようにする。
【０００８】
【作用】静止浮上している物体が外乱の作用で位置がず
れて来ると、その位置の検出信号により二次元四重極電
極に、物体の帯電極性と一致させてある直流電圧を印加
することにより、円軌跡で運動している物体に水平面内
で反発力が作用するため、物体は電極間中心部に閉じ込
められるように運動させられる。
れて来ると、その位置の検出信号により二次元四重極電
極に、物体の帯電極性と一致させてある直流電圧を印加
することにより、円軌跡で運動している物体に水平面内
で反発力が作用するため、物体は電極間中心部に閉じ込
められるように運動させられる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１０】図１は本発明の実施例を示すもので、図４
に示した従来の静電浮遊装置の場合と同様に、電極間中
心部７に物体２を閉じ込める力を発生させるように、４
本の円柱状電極を正方形の頂点に位置するように平行に
配置してなる二次元四重極電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ
を用い、且つ電極間中心部７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ように
直流電極４と５を配置し、上記二次元四重極電極１ａ，
１ｂ，１ｃ，１ｄは交流電源３に接続し、上記直流電極
４，５は直流電源６に接続してある構成において、上記
二次元四重極電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを直流電源に
も接続して、二次元四重極電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ
に直流電圧を印加できるようにする。なお、図１では、
対向する２本１組の二次元四重極電極１ａと１ｃ、１ｂ
と１ｄの極性を同じにするために２つの交流電源３ａと
３ｂとして示し、且つ新たに設ける直流電源は電源８で
交流電源の中性点に印加する。
に示した従来の静電浮遊装置の場合と同様に、電極間中
心部７に物体２を閉じ込める力を発生させるように、４
本の円柱状電極を正方形の頂点に位置するように平行に
配置してなる二次元四重極電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ
を用い、且つ電極間中心部７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ように
直流電極４と５を配置し、上記二次元四重極電極１ａ，
１ｂ，１ｃ，１ｄは交流電源３に接続し、上記直流電極
４，５は直流電源６に接続してある構成において、上記
二次元四重極電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを直流電源に
も接続して、二次元四重極電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ
に直流電圧を印加できるようにする。なお、図１では、
対向する２本１組の二次元四重極電極１ａと１ｃ、１ｂ
と１ｄの極性を同じにするために２つの交流電源３ａと
３ｂとして示し、且つ新たに設ける直流電源は電源８で
交流電源の中性点に印加する。
【００１１】詳述すると、二次元四重極電極１ａと１ｃ
を交流電源３ａに接続し、二次元四重極電極１ｂと１ｄ
を交流電源３ｂに接続し、その中性点に直流電源８を接
続し、上記交流電源３ａ及び３ｂの電流が直流電源８に
流入するのを防止するために回路途中に、抵抗、コンデ
ンサ等の回路制御素子９を設置し、又、交流電源は、別
の回路制御素子１０を介してアースする。更に、電極間
中心部７に静止浮上している物体２の運動を監視して物
体２の位置を検出する位置検出装置としてのＣＣＤカメ
ラ１１と、該ＣＣＤカメラ１１により物体２が静止点か
らずれていることとそのずれた位置が検出されると直流
電圧を二次元四重極電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに印加
するよう直流電源８に指令を与える制御装置１２とを設
置し、該制御装置１２と直流電源８とを接続した構成と
する。
を交流電源３ａに接続し、二次元四重極電極１ｂと１ｄ
を交流電源３ｂに接続し、その中性点に直流電源８を接
続し、上記交流電源３ａ及び３ｂの電流が直流電源８に
流入するのを防止するために回路途中に、抵抗、コンデ
ンサ等の回路制御素子９を設置し、又、交流電源は、別
の回路制御素子１０を介してアースする。更に、電極間
中心部７に静止浮上している物体２の運動を監視して物
体２の位置を検出する位置検出装置としてのＣＣＤカメ
ラ１１と、該ＣＣＤカメラ１１により物体２が静止点か
らずれていることとそのずれた位置が検出されると直流
電圧を二次元四重極電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに印加
するよう直流電源８に指令を与える制御装置１２とを設
置し、該制御装置１２と直流電源８とを接続した構成と
する。
【００１２】物体２は、二次元四重極電極１ａ，１ｂ，
１ｃ，１ｄの電極間中心部７に閉じ込められ、上下の直
流電極４，５により空間の一点に静止浮上されて保持さ
れているが、この物体２自体は、交流電源３ａ，３ｂか
らの交流電圧が印加された二次元四重極電極１ａ，１
ｂ，１ｃ，１ｄの作る電界が作用する面内で振動しなが
ら運動しており、静止浮上させる空間の一点（原点）を
中心としてその付近で運動しており、物体２の質量が大
きい場合は慣性力が大きいので静止しにくい。
１ｃ，１ｄの電極間中心部７に閉じ込められ、上下の直
流電極４，５により空間の一点に静止浮上されて保持さ
れているが、この物体２自体は、交流電源３ａ，３ｂか
らの交流電圧が印加された二次元四重極電極１ａ，１
ｂ，１ｃ，１ｄの作る電界が作用する面内で振動しなが
ら運動しており、静止浮上させる空間の一点（原点）を
中心としてその付近で運動しており、物体２の質量が大
きい場合は慣性力が大きいので静止しにくい。
【００１３】今、図２に示す如く、物体２が原点１３か
ら距離ｒ0 だけ離れているときも、又、外乱の作用で物
体２が大きく運動して原点１３から距離ｒ1 の位置２ａ
に来たときも、ＣＣＤカメラ１１で計測されており、原
点１３からずれて運動している物体２の位置が検出され
て制御装置１２に入力されている。物体２が原点１３か
ら大きく離れた位置へ運動し、上記距離ｒ0 とｒ1 がｒ
1 ＞ｒ0 の条件が達成できたときに制御装置１２からの
指令により直流電源８に送られ、二次元四重極電極１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに直流電圧が印加される。この直
流電圧の極性は、物体２の帯電極性と一致させてあるの
で、物体２は原点１３に向う力を受け、これにより物体
２は原点１３に拘束され、安定浮上する。慣性力の大き
い物体２が原点１３からずれて運動し始めると、その位
置で図３に示す如く同じ位置を運動する円軌道Ａをとる
が、本発明により物体２の位置を制御させるようにする
と、図３の軌道Ｂのように物体２は渦巻状に原点に向う
よう作用を受ける。
ら距離ｒ0 だけ離れているときも、又、外乱の作用で物
体２が大きく運動して原点１３から距離ｒ1 の位置２ａ
に来たときも、ＣＣＤカメラ１１で計測されており、原
点１３からずれて運動している物体２の位置が検出され
て制御装置１２に入力されている。物体２が原点１３か
ら大きく離れた位置へ運動し、上記距離ｒ0 とｒ1 がｒ
1 ＞ｒ0 の条件が達成できたときに制御装置１２からの
指令により直流電源８に送られ、二次元四重極電極１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに直流電圧が印加される。この直
流電圧の極性は、物体２の帯電極性と一致させてあるの
で、物体２は原点１３に向う力を受け、これにより物体
２は原点１３に拘束され、安定浮上する。慣性力の大き
い物体２が原点１３からずれて運動し始めると、その位
置で図３に示す如く同じ位置を運動する円軌道Ａをとる
が、本発明により物体２の位置を制御させるようにする
と、図３の軌道Ｂのように物体２は渦巻状に原点に向う
よう作用を受ける。
【００１４】物体２自体は、前記したように常時交流電
圧の作る交流電界のため振動しながら運動しているの
で、周期的に上記ｒ1 ＞ｒ0 の条件が達成できるので、
ｒ1 ＞ｒ0 の条件が成立したときのみ、制御装置１２か
らの指令によって二次元四重極電極１ａ，１ｂ，１ｃ，
１ｄへ直流電圧が直流電源８から印加されて、物体２は
原点に戻されて静止浮上するまで直流電圧の周期的な作
用を受けることになる。これにより物体２が静止浮上中
に外乱の作用で物体２が水平面内で運動を始めても、電
気的に物体２の位置を制御できて、常に中心位置に浮上
させておくことができることになる。
圧の作る交流電界のため振動しながら運動しているの
で、周期的に上記ｒ1 ＞ｒ0 の条件が達成できるので、
ｒ1 ＞ｒ0 の条件が成立したときのみ、制御装置１２か
らの指令によって二次元四重極電極１ａ，１ｂ，１ｃ，
１ｄへ直流電圧が直流電源８から印加されて、物体２は
原点に戻されて静止浮上するまで直流電圧の周期的な作
用を受けることになる。これにより物体２が静止浮上中
に外乱の作用で物体２が水平面内で運動を始めても、電
気的に物体２の位置を制御できて、常に中心位置に浮上
させておくことができることになる。
【００１５】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の静電浮遊物体
の位置制御方法によれば、交流電圧を印加している二次
元四重極電極に、物体が電極間中心部からずれた位置を
運動しているときのみ物体の位置検出信号により直流電
圧を印加し、運動し始めた物体を元の位置へ戻すように
するので、物体が静止浮上している位置からずれた位置
で運動し始めても容易に且つ確実に中心の元の位置へ戻
すように作用させることができる。
の位置制御方法によれば、交流電圧を印加している二次
元四重極電極に、物体が電極間中心部からずれた位置を
運動しているときのみ物体の位置検出信号により直流電
圧を印加し、運動し始めた物体を元の位置へ戻すように
するので、物体が静止浮上している位置からずれた位置
で運動し始めても容易に且つ確実に中心の元の位置へ戻
すように作用させることができる。
【図１】本発明の静電浮遊物体の位置制御方法の実施例
を示す概略斜視図である。
を示す概略斜視図である。
【図２】物体の位置と原点からの距離を示す図である。
【図３】物体を位置制御させた場合とさせない場合につ
いて示す概略図である。
いて示す概略図である。
【図４】従来の静電浮遊装置の概略斜視図である。
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 二次元四重極電極 ２ 物体 ３，３ａ，３ｂ 交流電源 ４，５ 直流電極 ６ 直流電源 ７ 電極間中心部 ８ 直流電源 １１ ＣＣＤカメラ（位置検出装置） １２ 制御装置
Claims (1)
- 【請求項１】 二次元四重極電極による電極間中心部へ
の物体の閉じ込め力と、電極間中心部の上下位置に配し
た直流電極による上下方向からの物体の閉じ込め力とに
より、電極間中心部の空間の一点に静止浮上させられた
物体の位置を検出し、物体が上記空間の一点の位置から
直流電極の方向に対し直角方向にずれて運動し始める
と、物体の位置検出信号により上記二次元四重極電極に
直流電圧を印加して、物体を直流電圧による反発力によ
り元の位置に戻すよう制御することを特徴とする静電浮
遊物体の位置制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5649992A JPH05227771A (ja) | 1992-02-10 | 1992-02-10 | 静電浮遊物体の位置制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5649992A JPH05227771A (ja) | 1992-02-10 | 1992-02-10 | 静電浮遊物体の位置制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05227771A true JPH05227771A (ja) | 1993-09-03 |
Family
ID=13028801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5649992A Pending JPH05227771A (ja) | 1992-02-10 | 1992-02-10 | 静電浮遊物体の位置制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05227771A (ja) |
-
1992
- 1992-02-10 JP JP5649992A patent/JPH05227771A/ja active Pending
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