KR102654336B1

KR102654336B1 - 정전 흡착체

Info

Publication number: KR102654336B1
Application number: KR1020217002902A
Authority: KR
Inventors: 다이키 카네코; 요시아키 타츠미; 신스케 히라노
Original assignee: 가부시키가이샤 크리에이티브 테크놀러지
Priority date: 2018-08-02
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2024-04-04
Also published as: US11866281B2; TWI819046B; WO2020027246A1; EP3831748A1; US20210300698A1; JP7249047B2; CN112512945A; KR20210040057A; JPWO2020027246A1; EP3831748A4; EP3831748B1; TW202017100A

Abstract

전기적 흡착력을 이용하면서, 특히 천 등의 절연성이 높은 시트 형상의 피흡착물에 대하여 높은 흡착력을 발현할 수 있는 정전 흡착체를 제공한다.
피흡착물을 정전 흡착력으로 흡착하는 정전 흡착체로서, 두께 20~200㎛의 절연체, 두께 1~20㎛의 전극층, 및 두께 20~200㎛의 수지 필름이 순차 적층된 적층 시트와, 상기 전극층에 전압을 인가하는 전원장치를 구비하여, 적어도 상기 수지 필름의 인장탄성률이 1㎫ 이상 100㎫ 미만임과 함께 그 체적저항률이 1×10¹⁰~10¹³Ω·㎝이며, 또한 상기 전극층은 양전극 및 음전극을 가지는 쌍극형 전극으로 이루어지고, 상기 전극층에 전압이 인가되어서 발생하는 정전 흡착력에 의해, 상기 수지 필름을 흡착면으로 하여, 피흡착물을 흡착하는 것을 특징으로 하는 정전 흡착체이다.

Description

정전 흡착체

본 발명은 전기적 흡착력을 이용하여 피(被)흡착물을 흡착할 수 있는 정전 흡착체에 관한 것이며, 상세하게는, 종이나 천 등의 시트 형상의 절연물에 대해서도 흡착을 가능하게 하는 정전 흡착체에 관한 것이다.

종래부터, 종이나 천 등의 시트 형상의 피흡착물을 파지·반송하는 수단이 몇 가지 보고되고 있고, 특히, 복수장 쌓인 천 등으로부터 1장씩 박리·파지·반송하는 수단이 보고되고 있다. 예를 들면, 피흡착물의 유지부로서 점착 테이프를 사용하면서도 그 흡착면을 고안한 것이나(특허문헌 1을 참조), 롤러의 표면에 복수개의 후크 침을 가진 후크 롤러를 이용한 것이나(특허문헌 2를 참조), 파지부로서 이들 점착 테이프나 침이나 혹은 공기의 부압을 이용함과 함께, 쌓인 천 등에 공기를 내뿜어서 박리를 고안한 방법(특허문헌 3을 참조)이 보고되고 있다. 그러나 특허문헌 1과 같은 점착 테이프에 의한 방법으로는 점착력이 약해짐과 함께 교환이 필요해져 비용이 높아지고, 또한 점착 테이프로부터 피흡착물을 박리할 때에도 고안이 필요해지는 등의 문제가 있다. 또한, 특허문헌 2와 같은 침을 사용하여 걸어서 파지하는 방법으로는 피흡착물을 손상시킬 우려가 있어서 바람직하지 않고, 나아가서는 특허문헌 3의 방법과 같이 피흡착물의 파지나 박리에 부압 또는 압축의 공기를 사용한 방법으로는 피흡착물에 흡착 흔적이 남는다는 문제에 더하여, 컴프레서가 필요해져 장치가 대형화하는 등의 문제를 가지고 있었다.

한편으로, 상기와 같은 방법과는 별도로, 특히, 천 등의 공기 누설이 생기는 시트 형상의 반송물을 파지·반송하는 방법으로서, 파지부를 대전시켜서 그 정전기력을 이용하는 방법이 보고되고 있다(특허문헌 4를 참조). 특허문헌 4에 따르면, 병용하는 대전 장치(대전 건)로부터 전자 또는 이온을 조사하여, 파지부(제1 파지편(17))나 피흡착물(반송물(101))을 대전시키는 방법이나, 혹은 파지부(제1 파지편(17))로서 정전 척(chuck) 등을 이용하는 것이 보고되고 있다.

한편, 피흡착물을 전기적인 흡착력에 의해 흡착시키는 것으로서, 종래부터 정전 척이 사용되고 있다. 정전 척은 반도체 기판이나 유리 기판을 처리할 때의 흡착·유지를 위해 알맞게 사용되고 있고, 통상은 전극을 상하 방향으로부터 각각 유전체로 끼워 넣는 구조를 구비하고, 흡착 원리에 따라 전극에 전압을 인가함으로써, 한쪽의 유전체의 표면을 흡착면으로 하여 피흡착물을 흡착할 수 있는 것이며, 경우에 따라서는 가열 수단을 구비하거나, 혹은 냉매를 흐르게 하는 관로를 구비한 금속제의 베이스와 일체로 접착되는 구조를 가지는 것이다. 또한, 이와 같은 반도체 기판 등을 처리하는 정전 척 이외에도 본원의 발명자들은 정전 척의 전기적인 흡착의 구조·원리를 응용한 정전 흡착 구조체를 제안하고 있다.

예를 들면, 특허문헌 5에는 2개의 유전체의 사이에 전극이 끼워 넣어진 복수개의 시트 부재를 적층시키고, 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 부재끼리를 흡착 고정할 수 있음과 함께, 다른 흡착면에는 종이나 수지 시트 등의 전시·게시물 등을 흡착시킬 수 있고, 사용 후에는 전압의 인가를 끊음으로써, 시트 부재끼리나 피흡착물을 용이하게 분리할 수 있는 바와 같은, 구성 변경의 편의성이 높은 정전 흡착 구조체가 제안되고 있다. 또한, 예를 들면, 특허문헌 6에는 2개의 절연층의 사이에 흡착 전극을 끼워 넣은 정전 척의 표면을 탈착 수단으로 하여, 이것에 필름 형상의 태양전지를 장착함으로써, 설치 장소의 선택성이나 탈착성이 좋은 발전 장치가 제안되고 있다. 이들 특허문헌 5의 정전 흡착 구조체나 특허문헌 6의 발전 장치는 정전 척의 흡착 원리를 사용하여 탈착성이 좋고, 또한 얇으며 취급성이 고안된 것이긴 하지만, 본원의 발명자들의 사전 검토에 따르면, 특허문헌 5에 기재된 정전 흡착 구조체나 특허문헌 6에 기재된 발전 장치와 같은 지금까지 보고되어 온 정전 척에서는 유전층(절연체)으로 사용되고 있는 폴리이미드 필름이나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름의 체적저항률이 1×10¹⁷Ω·㎝ 정도로 높고, 쿨롱 력으로 피흡착물을 흡착하고 있다는 추측으로부터, 특히, 절연성이 높은 천에 대해서는 반드시 강한 흡착력을 발현할 수 없는 것을 지견했다.

한편, 본원의 출원인은 상기 이외의 정전 척에 관한 발명으로서, 특허문헌 7이나 특허문헌 8에 기재된 기술도 제안하고 있다. 여기서, 특허문헌 7에 대해서는 그 단락 0066(시험예 4) 및 도 26에서, 체적저항률을 폴리이미드가 가지는 1×10¹⁴Ω·m로부터 1×10⁸Ω·m 부근까지 줄였을 경우에서의 시정수 및 저항의 변화를 나타내는 그래프가 기재되어 있는데, 이것은 어디까지나 동(同)문헌의 단락 0041에서 과제로 하고 있는 정전 척의 시정수의 저감(시료 흡착면으로부터의 시료의 벗겨 내기 어려움의 해소)을 상정한 경우에서의 수치 시뮬레이션이며, 실제의 폴리이미드 필름이 이와 같은 낮은 체적저항률을 취할 수 있는 것은 아니다. 또한, 일반적으로 폴리이미드는 3㎬ 정도의 높은 인장탄성률을 가지는 것이며 피흡착물에 대한 형상추종성이 부족하기 때문에, 상기와 같이, 피흡착물의 흡착면에 유전층(절연체)으로서의 폴리이미드 필름을 사용한 경우에는 절연성이 높은 천 등의 시트 형상의 흡착물에 대하여 높은 흡착력은 발현되기 어렵다. 또한, 특허문헌 8에 대해서는 그 단락 0028의 기재에서, 워크 처리 장치를 구성하는 재료로서 탄성률이 0.5㎫ 이상 10㎫ 이하의 수지 재료를 사용하는 것이 기재되어 있는데, 이 수지 재료는 어디까지나 동문헌에 기재된 워크 가열 장치에서의 히터 부재와 베이스 기반의 흡착 고정을 위한 작용을 기대한 "흡착 시트"의 역할을 담당하는 것이지, 여전히 절연성이 높은 천 등의 시트 형상의 흡착물을 흡착하기 위해, 피흡착물의 흡착면의 유전층(절연체)으로서의 사용 양태를 개시하는 것은 아니다.

일본 공개특허공보 특개소62-244830호 일본 공개특허공보 특개평6-178883호 일본 공개특허공보 특개평7-68066호 일본 공개특허공보 특개2014-30887호 국제공개공보 WO2011/001978 국제공개공보 WO2012/128147 국제공개공보 WO2005/091356 국제공개공보 WO2012/090782

이와 같이, 종래의 정전 척에서는 특히, 천 등의 절연성이 높은 시트 형상의 피흡착물에 대하여 충분한 흡착력의 발현이 어렵다는 상황 하에, 본원의 발명자들이 예의 검토한 결과, 적어도 피흡착물에 대한 흡착면에는 특정 인장탄성률을 가짐과 함께 특정 체적저항률을 가지는 수지 필름을 채용하고, 이것을 다른 절연체와 함께 전극층을 끼워 넣어서 적층한 적층 시트로 하고, 전극층에 전압을 인가할 수 있는 바와 같은 전원장치와 함께 사용한 간편한 정전 흡착체의 구성으로 함으로써, 천 등의 절연성이 높은 시트 형상의 피흡착물에 대해서도 강한 흡착력을 발현할 수 있는 것을 지견하여, 본 발명을 완성시켰다. 더욱이 본원의 발명자들은 상기와 같은 정전 흡착체의 구성으로 하는 것에 더하여, 상기 정전 흡착체의 형상 등을 고안함으로써, 상기 시트 형상의 피흡착물을 1장씩 확실하게 흡착(박리)시킬 수 있는 것에 대해서도 지견했다.

따라서, 본 발명의 목적은 전기적 흡착력을 이용하여, 특히, 천 등의 절연성이 높은 시트 형상의 피흡착물에 대하여 높은 흡착력을 발현할 수 있는 정전 흡착체를 제공하는 것이다.

즉, 본 발명의 요지는 이하와 같다.

[1] 피흡착물을 정전 흡착력으로 흡착하는 정전 흡착체로서, 두께 20~200㎛의 절연체, 두께 1~20㎛의 전극층, 및 두께 20~200㎛의 수지 필름이 순차 적층된 적층 시트와, 상기 전극층에 전압을 인가하는 전원장치를 구비하여, 적어도 상기 수지 필름의 인장탄성률이 1㎫ 이상 100㎫ 미만임과 함께 그 체적저항률이 1×10¹⁰~10¹³Ω·㎝이며, 또한 상기 전극층은 양전극 및 음전극을 가지는 쌍극형 전극으로 이루어지고, 상기 전극층에 전압이 인가되어서 발생하는 정전 흡착력에 의해, 상기 수지 필름을 흡착면으로 하여, 피흡착물을 흡착하는 것을 특징으로 하는 정전 흡착체.

[2] [1]에 있어서, 상기 수지 필름이 연질 폴리염화비닐로 이루어지는 정전 흡착체.

[3] [1] 또는 [2]에 있어서, 상기 쌍극형 전극으로 이루어지는 전극층이 한 쌍의 빗살 형상 전극인 것을 특징으로 하는 정전 흡착체.

[4] [3]에 있어서, 상기 쌍극형 전극으로 이루어지는 전극층은 한 쌍의 빗살 형상 전극의 빗살끼리가 서로 일정 간격을 유지하면서 동일 평면에서 맞물려서 형성되고, 각 빗살의 폭이 0.5~20㎜이며, 또한 상기 빗살끼리의 간격이 0.5~10㎜인 것을 특징으로 하는 정전 흡착체.

[5] [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 있어서, 적어도 피흡착물과의 흡착면이 곡면을 가지는 것을 특징으로 하는 정전 흡착체.

[6] [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 있어서, 흡착면의 면적이 피흡착물의 면적보다도 작은 것을 특징으로 하는 정전 흡착체.

[7] [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 있어서, 피흡착물이 시트 형상 절연물인 것을 특징으로 하는 정전 흡착체.

본 발명에 따르면, 전기적 흡착력을 이용하면서, 특히 천 등의 절연성이 높은 시트 형상의 피흡착물에 대하여 높은 흡착력을 발현할 수 있는 정전 흡착체를 제공할 수 있다. 이와 같이 전기적 흡착력에 의해 흡착·고정시킬 수 있게 되기 때문에, 점착 테이프나 침 등의 물리적인 수단을 사용하지 않고, 간편하고 확실하게 천 등의 시트 형상의 피흡착물을 흡착·파지하는 것이 가능해지고, 비용성도 좋다. 그리고 본 발명의 기술을 이용함으로써, 예를 들면, 로봇에 탑재함으로써 봉제 공장에서의 봉제 작업의 효율화에 의한 의제품의 생산성 향상이 가능해지고, 예를 들면, 어패럴 등의 분야·업계로의 전개가 기대된다.

도 1은 실시예 1에 따른 정전 흡착체(적층 시트)에서 사용된 쌍극형 전극(이하, 이것을 "평판 형상"이라고 부르는 경우가 있음.)을 설명하기 위한 모식도이며, (i)은 평면도이고, (ii)는 X-X 절단면에서의 절단면 설명도이다〔도면 중의 수치는 각 전극 폭이 30㎜, 전극의 간격(피치)이 2㎜인 것을 나타내는 것임〕.
도 2는 실시예 2에 따른 정전 흡착체(적층 시트)에서 사용된 쌍극형 전극(이하, 이것을 "빗살 형상"이라고 부르는 경우가 있음.)을 설명하기 위한 평면도이다〔도면 중의 수치는 각 빗살의 폭(전극 폭)이 10㎜, 전극의 간격(피치)이 2㎜인 것을 나타내는 것임〕.
도 3은 실시예에서 실시한 정전 흡착체의 흡착성의 평가 방법을 설명하기 위한 설명 사진이다. 도면 중의 흰 화살표는 수평방향을 나타낸다.
도 4는 시험예 18~19에서의 흡착성의 평가를 설명하기 위한 모식도이며, (i)은 시험예 18의 흡착 상태를 나타내고, (ii)는 시험예 19의 흡착 상태를 나타내는 것이다.
도 5는 시험예 20~21에서의 흡착성의 평가를 설명하기 위한 모식도이며, (i)은 시험예 20의 흡착 상태를 나타내고, (ii)는 시험예 21의 흡착 상태를 나타내는 것이다.

이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명의 정전 흡착체는, 도 1에 나타내지는 바와 같이, 적어도 피흡착물에 대한 흡착면이 되는 수지 필름과, 전극층과, 절연체가 순차 적층 되어서, 전극층이 수지 필름과 절연체에 끼워 넣어져서 이루어지는 적층 시트를 형성하고, 또한 전극층에 전압을 인가하는 전원장치(도시하지 않음)를 구비한다. 또한, 도 1 및 2에 나타내지는 바와 같이, 전극층으로서 양전극 및 음전극을 가지는 쌍극형 전극을 구비한다. 이하, 각 구성에 대해 상세하게 설명한다.

<수지 필름>

본 발명의 정전 흡착체에서, 피흡착물과의 흡착면에 사용되는 수지 필름은 그 체적저항률이 1×10¹⁰~10¹³Ω·㎝인 것이 필요하다. 후술할 실시예에서 나타내지는 바와 같이, 이 흡착면이 되는 수지 필름의 체적저항률이 1×10¹³Ω·㎝를 초과하면, 피흡착물에 대한 흡착력이 저하되어, 예를 들면, 피흡착물의 자체 무게로도 낙하하게 된다. 한편으로, 체적저항률이 1×10¹⁰Ω·cm 미만이면, 피흡착물에 작용하는 정전 흡착력 자체는 커진다고 추측되긴 하지만, 흡착면과 피흡착물 사이에 누설 전류가 생겨서 종이나 천 등의 섬유(피흡착물)에 데미지를 줄 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다. 바람직하게는 흡착력의 발현이나 안전성의 측면에서, 상기 체적저항률이 1×10¹⁰~10¹²Ω·㎝인 것이 좋다.

또한, 흡착면이 되는 상기 수지 필름에 대해서는 그 인장탄성률(영률)을 1㎫ 이상 100㎫ 미만으로 하는 것이 필요하다. 그 이유는, 상세한 원리는 확실하지 않긴 하지만, 본원에서 특히 흡착 대상으로 하는 시트 형상의 절연물은 비교적 얇고 부드러운 것이 많은데, 그와 같은 피흡착물의 형상 등에 추종하여 흡착할 수 있도록 하기 위해, 상기 수지 필름에 대해서는 적어도 흡착면이 되는 상기 수지 필름의 인장탄성률(영률)을 상기의 범위로 한다. 또한, 다른 이유로는, 후술하는 바와 같이, 본원에서 특히 흡착 대상으로 하는 시트 형상의 절연물을 1장씩 흡착·박리시키는 경우에는 본 발명의 정전 흡착체에서의 흡착면이 곡면을 가지도록 롤 형상의 형상 등으로 하는 것이 알맞은데, 그와 같은 형상으로 가공하는 경우에도 상기 인장탄성률을 가지는 것이 알맞기 때문이다.

또한, 상기 수지 필름에 대해서는 절연성, 유연성, 피흡착물에 대한 흡착의 추종성 및 흡착력의 확보 등을 위해, 그 두께를 20~200㎛로 할 필요가 있고, 바람직하게는 50~100㎛로 하는 것이 좋다. 상기 두께가 20㎛ 미만인 경우에는 절연 파괴가 일어나기 쉬워지고, 그로써 수지 필름에 핀홀(pin hole)이 생기면 정전 흡착체로서 기능하지 않게 될 우려가 있다. 한편으로, 200㎛를 초과하는 경우에는 피흡착물에 대한 흡착의 추종성이나 유연성이 떨어지게 되는 점이나, 피흡착물에 대한 거리가 커지는 점에서 그로 인해 흡착력이 저하될 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.

그리고 상기와 같은 수지 필름의 구체예로는 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 나일론, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 연질 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴 등을 들 수 있고, 또는 그들의 도전성을 조정하기 위해 가공(필러를 섞어 넣는 등)된 것 등을 들 수 있는데, 체적저항률 및 인장탄성률을 상기의 소정 범위 내로 하기 위해, 폴리우레탄, 연질 폴리염화비닐인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 연질 폴리염화비닐이다.

<절연체>

또한, 본 발명에서, 피흡착물과의 흡착면과는 반대 측에 사용되는 절연체에 대해서는 상기의 수지 필름과 동일한 것을 사용해도 되고, 혹은 다른 것이어도 되는데, 상기 수지 필름을 통해 피흡착물과의 사이에 흘러야 할 전류를 상기 절연체 측으로 흐르게 할 우려가 있기 때문에, 상기 절연체에 대해서는 상기 수지 필름의 체적저항률과 같거나, 그보다도 체적저항률이 큰 것을 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 정전 흡착체(적층 시트) 전체의 유연성 발현의 관점에서, 상기 절연체의 인장탄성률(영률)은 상기 수지 필름의 인장탄성률(영률)과 동일한 정도인 것이 바람직하다. 한편, 상기 절연체의 두께에 대해서는 20~200㎛로 할 필요가 있고, 바람직하게는 50~100㎛로 하는 것이 좋은데, 상기 수지 필름의 경우와 같은 이유에 의한다.

이와 같은 절연체의 구체예로는 한정되는 것은 아니지만, 상기 수지 필름과 동일한 것이나, 혹은 질화알루미늄, 알루미나 등의 세라믹스 등을 사용할 수 있는데, 바람직하게는 상기 수지 필름과 마찬가지로 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 나일론, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 연질 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴 등을 들 수 있고, 또는 그들의 도전성을 조정하기 위해 가공(필러를 섞어 넣는 등)된 것 등을 들 수 있고, 체적저항률 및 인장탄성률을 상기의 소정 범위 내로 하기 위해, 폴리우레탄, 연질 폴리염화비닐인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 연질 폴리염화비닐이다.

<전극층>

본 발명에서 사용되는 전극층으로는 만일 단극으로 하고자 하면 피흡착물 쪽에 전극을 배치할 필요가 있는데, 특히 피흡착물이 천인 경우는 그와 같이 배치하는 것이 불가능하기 때문에, 적어도 양전극 및 음전극을 가지는 쌍극형 전극으로 한다. 그 재질, 형상 등에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 그 두께를 1~20㎛로 할 필요가 있다. 두께가 1㎛ 미만인 경우에는 정전 흡착체의 변형에 의해 전극층의 단절이나 도전성의 저하가 일어날 우려가 있고, 한편으로, 두께가 20㎛를 초과하는 경우에는 전극층의 경도가 높아지는 경향이 있기 때문에 정전 흡착체 전체의 유연성이 저해되고, 피흡착물에 대한 추종성이 부족해질 우려가 있다. 재질, 제조법에 대해서는 예를 들면, 금속박을 그대로 사용하거나, 스퍼터법, 이온 플레이팅법 등에 의해 성막한 금속을 소정 형상으로 에칭하여 얻은 것이어도 되고, 또한 금속 재료를 용사하거나, 도전성 잉크를 인쇄하여 소정 형상으로 한 것이어도 된다.

여기서, 상기 쌍극형 전극의 형상으로는 예를 들면, 평판 형상, 반원 형상, 빗살 형상이나 메쉬와 같은 패턴 형상 등, 적절히 선정할 수 있는데, 바람직하게는 한 쌍의 빗살 형상 전극을 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 도 2에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 빗살 형상 전극의 빗살끼리가 서로 일정 간격을 유지하면서 동일 평면에서 맞물려서 형성된 것을 사용하는 것이 좋고, 본 발명에서 사용하는 피흡착물에 대하여 흡착력을 보다 강하게 발현할 수 있게 되기 때문에 바람직하다. 이 이유로는 상세원리는 확실하지 않긴 하지만, 본 발명에서 특히 흡착 대상으로 하는 종이나 천 등이 시트 형상 절연물이기 때문에, 피흡착물이 도체나 반도체인 경우에 지배적으로 생기는 쿨롱 력이 적어진다고 추측되는데, 이에 대하여, 전극층으로서 상기와 같은 한 쌍의 빗살 형상 전극을 사용하면, 상기 시트 형상의 절연물(피흡착물)과의 사이에서 글라디엔트(gradient) 력이 발현되어, 일반적인 양전극 및 음전극으로 이루어지는 평판 형상의 쌍극형 전극을 사용한 경우보다도 강한 흡착력을 발현할 수 있는 것을 확인했다.

그리고 본 발명의 쌍극형 전극에 대해, 상기한 바와 같이, 한 쌍의 빗살 형상 전극의 빗살끼리가 서로 일정 간격을 유지하면서 동일 평면에서 맞물려서 형성하는 경우에는 바람직하게는, 각 빗살의 폭(전극 폭)이 0.5~20㎜이며, 또한 상기 빗살끼리의 간격(피치)이 0.5~10㎜인 것이 좋고, 보다 바람직하게는 각 빗살의 폭(전극 폭)이 1~10㎜이며, 또한 상기 빗살끼리의 간격(피치)이 1~2㎜가 되도록 한다. 각 빗살의 폭(전극 폭)을 1㎜ 이상으로 함으로써 전극의 가공성이 향상되고, 한편으로, 상기 폭을 10㎜ 이하로 함으로써 흡착력의 저하를 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 빗살끼리의 간격(피치)을 1㎜ 이상으로 함으로써 전극 사이에서의 방전을 억제하는 것에 기여하고, 한편으로, 상기 간격을 2㎜ 이하로 함으로써 흡착력의 저하를 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 즉, 이와 같은 각 빗살의 폭(전극 폭) 및 빗살끼리의 간격(피치)으로 형성함으로써, 흡착력, 전극의 가공성, 및 사용 시의 안전성 등을 확보할 수 있게 되기 때문에 바람직하다.

<적층 시트>

그리고 이와 같은 수지 필름, 전극층 및 절연체를 사용하여, 이들을 적층하여 적층 시트로 한다. 전극층이 노출되지 않도록 수지 필름과 절연체에 끼워 넣을 필요가 있고, 구체적인 방법으로는 이들 수지 필름, 전극층 및 절연체를 순차 적층시켜서, 열과 압력을 가하여, 융착시키는 방법을 들 수 있다. 혹은, 필요에 따라 본딩 시트나 접착제 혹은 점착제를 통해 접착시켜도 된다. 단, 정전 흡착체를 변형 및 신축시켰을 때, 접착층에 다른 소재가 삽입되어 있으면, 변형 및 신축을 저해하거나 접착면의 박리가 일어날 우려가 있기 때문에, 필름의 열가소성에 의해 융착시키는 방법이 바람직하다.

여기서, 상기 적층 시트에 대해서는 수지 필름, 전극층 및 절연체를 적층한 평판 형상의 것을 그대로 사용하거나, 혹은 피흡착물의 상태에 따라 형상 등을 적절히 변경해도 된다. 구체적으로는 본 발명에서 흡착 대상으로 하는 시트 형상의 절연물이 복수장 겹쳐져 있어서 각 시트(피흡착물)끼리의 밀착성이 강한 바와 같은 경우에는 1장씩 박리하는 것이 어려운 경우가 있기 때문에, 최표면(最表面)의 첫 번째 장만 확실하게 흡착하여 박리시키는 것이 요구된다. 이에 대해, 본원의 발명자들이 검증한 결과, 도 4의 (i)에 나타낸 바와 같이 본 발명의 정전 흡착체(적층 시트)의 흡착면이 곡면이 되도록 롤의 형상으로 하여 이것을 피흡착물의 표면에서 굴림으로써, 피흡착물을 1장씩 박리하는(넘겨 올리는) 동작에 가깝게 되는 것을 알 수 있었다. 한편으로, 정전 흡착체(적층 시트)가 평판 형상 등이며 그 흡착면이 평탄한 채여도 도 5의 (ii)에 나타내는 바와 같이, 상기 흡착면의 면적이 피흡착물의 면적보다도 작게 하도록 하여, 정전 흡착체(적층 시트)의 바깥둘레 측으로부터 두 번째 장 이후의 피흡착물에 끼치는 흡착력의 영향을 가급적으로 배제하는 것이 알맞은 것을 지견했다. 전자에 대해서는 예를 들면, 정전 흡착체(적층 시트)의 흡착면 측의 곡률반경(R)이 25㎜ 정도가 되도록 구부리는 것이 바람직하고, 이와 같은 곡면(곡부)이 형성된다면, 그 이외의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 또한, 후자에 대해서는 상기 흡착면의 면적이 피흡착물의 면적의 80% 정도로 하는 것이 바람직하다.

<전원장치>

상기와 같이 적층 시트를 형성한 후에는 전극층에 전압을 인가하여 전기적 흡착력을 발생시키기 위한 전원장치가 필요하다. 전원장치는 상기 적층 시트의 전극층과 접속 단자 및 스위치(모두 도시하지 않음)를 통해 접속시킬 수 있고, 일반적인 정전 흡착 구조체에서 사용되는 것과 동일한 것을 사용할 수 있으며, 직류의 고전압을 발생시킬 수 있는 것이면 된다. 발생시키는 전위차는 ±100~±5000V 정도로 할 수 있고, 필요에 따라, 필요한 전압까지 승압(昇壓)시킬 수 있는 승압 회로(고전압 발생 회로)를 구비하도록 해도 된다.

상기와 같은 적층 시트 및 전원장치를 구비하도록 하여 본 발명의 정전 흡착체로 한다. 본 발명의 정전 흡착체는 필요에 따라, 센서 등이 별도 마련되어도 되고, 또한 예를 들면, 전극층의 패턴의 변경 등, 본 발명이 목적으로 하는 범위에서 적절히 구성의 변경 및 추가 등이 이루어져도 된다.

한편, 본 발명에서 흡착 대상이 되는 피흡착물로는 도전체는 물론, 특히 글라디엔트 력을 통해 흡착하는 것이 요구되는 것 중 시트 형상이며 절연성이 높은 종이나 천이나 수지 필름을 대상으로 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 시트 형상의 절연물로는, 바람직하게는 그 각 두께가 0.1~0.5㎜ 정도이며, 절연성을 나타내는 체적저항률이 10¹²~10¹⁴Ω·㎝ 정도인 것을 특히 대상으로 한다.

실시예

이하, 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명의 알맞은 실시형태를 구체적으로 설명하겠지만, 본 발명이 이에 의해 한정되어 해석되는 것도 아니다.

[실시예 1]

<정전 흡착체의 제작(평판 형상 전극)>

우선, 전극층이 되는 동박(두께: 18㎛)의 편면(片面) 측에 양면 카프톤(등록상표) 테이프〔가부시키가이샤 테라오카 세이사쿠쇼, 상품명: 카프톤(등록상표) 양면 테이프 760H〕를 붙였다. 이어서, 이 중 동박 부분만 커팅플로터(그라프텍 가부시키가이샤, 상품명: FC2250-180VC)로, 도 1에 나타내는 바와 같이 2장의 전극〔각 전극 폭 30㎜(길이 60㎜), 및 전극의 간격(피치) 2㎜〕으로 잘라내어 전극 패턴을 형성하여 전극 시트로 한 후에, 상기 전극 시트의 동박면과는 반대의 면에 베이스 기재가 되는 절연체(가부시키가이샤 키누가와, 상품명: 그라폼 GF-5)를 맞붙였다. 불필요한 부분의 동박을 제거한 후, 동박면 측에 수지 필름인 연질 폴리염화비닐 필름〔체적저항률: 1×10¹⁰Ω·㎝(후술의 방법으로 측정), 인장탄성률(영률): 20~30㎫, 두께 100㎛〕을 라미네이터 및 롤러를 이용하여 붙여서, 전극층(동박)을 상기 절연체 및 수지 필름에 끼워 넣어 이루어지는 쌍극형 적층 시트로 하여 얻었다.

이와 같이 하여 제작한 적층 시트에 대하여, 전원장치〔고전압 발생 장치(±2000V 출력), 급전 케이블 및 24V 전원으로 이루어지는 전원장치〕를 장착하여 실시예 1에 따른 정전 흡착체로 했다.

<정전 흡착체의 흡착성 평가>

상기 제작한 실시예 1에 따른 정전 흡착체에 ±2㎸의 전압을 인가하고, 그 흡착면(수지 필름 측)에 피흡착물로서 4종류의 시험편〔복사 용지(상질지, 두께: 0.092㎜ 정도), 폴리에스테르(PE) 100%의 천조각(두께 0.47㎜ 정도), 면 100%의 천조각1(이하, 이것을 "면1"이라고 기재함. 수예용의 무늬가 인쇄된 단단한 옷감, 두께 0.24㎜ 정도), 면 100%의 천조각2(이하, 이것을 "면2"라고 기재함. 속옷용의 부드러운 옷감, 두께 0.32㎜ 정도)를 각각 얹어서 흡착시켰다. 상기 시험편에 미리 장착한 루프 형상의 후크 부분(나일론제)에 대하여, 푸쉬풀 게이지(니혼 덴산 심포 가부시키가이샤 제품 상품명: 디지털 포스 게이지 FGJN-5)의 후크를 건 후, 푸쉬 풀 게이지를 수평방향으로 잡아 당겨서, 그 측정 결과를 각 시험편에 대한 흡착력(단위: gf/㎠)으로 했다. 그 모습을 도 3에 나타내고, 또한 결과를 이하의 표 1에 나타낸다.

한편, 상기 실시예 1에서의 연질 폴리염화비닐 필름의 체적저항률에 대해서는 이중 링 전극법(IEC60093, ASTM D257, JIS K6911, JIS K6271)에 의해 측정하고, 후술할 실시예 2~3 및 비교예 1~2에서 사용한 각 수지 필름의 체적저항률에 대해서도 동일한 방법으로 측정했다.

[실시예 2]

전극층으로서, 도 2에 나타내는 바와 같은 동일 면 상에 한 쌍의 빗살을 맞물려서 이루어지는 빗살 형상 전극〔각 빗살의 폭(전극 폭) 10㎜, 전극의 간격(피치) 2㎜〕을 사용한 것 이외에는 상기 실시예 1과 마찬가지로 하여 실시예 2에 따른 정전 흡착체를 제작하고, 또한 동일하게 그 흡착성의 평가를 실시했다. 결과는 표 1에 나타낸 바와 같다.

[실시예 3]

전극층으로서, 상기 실시예 2와 동일하게 빗살 형상 전극으로서, 그 각 빗살의 폭(전극 폭)을 10㎜, 전극의 간격(피치)을 5㎜로 한 것 이외에는 상기 실시예 2와 마찬가지로 하여 실시예 3에 따른 정전 흡착체를 제작하고, 또한 동일하게 그 흡착성의 평가를 실시했다. 결과는 표 1에 나타낸 바와 같다.

[비교예 1]

피흡착물의 흡착면이 되는 수지 필름으로서, 폴리이미드 필름〔토레이·듀퐁 가부시키가이샤 제품 상품명: 카프톤(등록상표) H, 체적저항률: 1×10¹⁷Ω·㎝(전술한 방법으로 측정), 인장탄성률(영률): 3×10³㎫, 두께 50㎛〕을 사용하고, 또한 전극층으로서, 실시예 1과 동일한 바와 같은 평판 형상의 쌍극형 전극〔전극 폭 60㎜(길이 110㎜) 및 전극의 간격(피치) 2㎜〕을 사용한 것 이외에는 상기 실시예 1과 마찬가지로 하여 비교예 1에 따른 정전 흡착체를 제작하고, 또한 동일하게 하여 그 흡착성의 평가를 실시했다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같다.

[비교예 2]

피흡착물의 흡착면이 되는 수지 필름으로서, 폴리이미드 필름〔토레이·듀퐁 가부시키가이샤 제품 상품명: 카프톤(등록상표) H, 체적저항률: 1×10¹⁷Ω·㎝(전술한 방법으로 측정), 인장탄성률(영률): 3×10³㎫, 두께 50㎛〕을 사용하고, 또한 전극층으로서, 실시예 2와 동일한 바와 같은 빗살 형상의 쌍극형 전극〔각 빗살의 폭(전극 폭) 0.7㎜, 전극의 간격(피치) 0.7㎜〕을 사용한 것 이외에는 상기 실시예 1과 마찬가지로 하여 비교예 2에 따른 정전 흡착체를 제작하고, 또한 동일하게 하여 그 흡착성의 평가를 실시했다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같다.

[시험예 1~12(전극 폭에 의한 흡착력의 측정)]

전극층으로서 실시예 2와 같은 빗살 형상 전극을 이용하여, 그 각 전극의 간격(피치)을 2㎜로 고정하면서, 각 빗살의 폭(전극 폭)을 각각 1㎜~30㎜로 변경한 것 이외에는 상기 실시예 2와 마찬가지로 하여 시험예 1~12 각각의 정전 흡착체를 제작하고, 또한 동일하게 그 흡착성의 평가를 실시했다. 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다. 한편, 상기 실시예 2와 동일한 전극 폭 및 피치를 가지는 전극층을 이용하여 실시한 시험예 10에서, 그 흡착력(gf/㎠)의 결과가 상기 실시예 2의 경우와 달랐던 이유로는 실험일이 달랐기 때문에 측정했을 때의 온습도가 영향을 준 것으로 추측된다.

[시험예 13~17(전극 피치에 의한 흡착력의 측정)]

전극층으로서 실시예 2와 같은 빗살 형상 전극을 이용하여, 그 각 빗살의 폭(전극 폭)을 10㎜로 고정하면서, 전극의 간격(피치)을 1㎜~5㎜로 변경한 것 이외에는 상기 실시예 2와 마찬가지로 하여 시험예 13~17 각각의 정전 흡착체를 제작하고, 또한 동일하게 그 흡착성의 평가를 실시했다. 결과는 표 3에 나타낸 바와 같다. 한편, 상기 실시예 2나 시험예 10과 동일한 전극 폭 및 피치를 가지는 전극층을 이용하여 실시한 시험예 14에서, 그 흡착력(gf/㎠)의 결과가 상기 실시예 2나 시험예 10의 경우와 달랐던 이유로는 실험일이 달랐기 때문에 측정할 때의 온습도가 영향을 준 것으로 추측된다.

[시험예 18~19(정전 흡착체의 형상에 의한 흡착성의 비교)]

상기 실시예 2에서 제작한 정전 흡착체를 2개 준비하고, 그 중 하나를, 도 4(i)과 같이 흡착면의 곡률반경(R)이 25㎜ 정도의 곡면이 되도록 접어 구부리고, 이것을 피흡착물인 복수장 쌓인 폴리에스테르(PE) 100%의 천조각(210㎜×297㎜, 두께 0.047㎜ 정도)의 최표면을 구르도록 접촉시켰을 때에, 최표면의 첫 번째 장만 흡착되어서 박리되는지 여부, 그 성공률을 확인했다(시험예 18). 다른 한쪽은 도 4(ii)와 같이 흡착면을 접어 구부리지 않고 그대로 사용했다(시험예 19). 인가 전압은 ±2㎸로 하고, 각각 20회 시행했다.

결과는 정전 흡착체의 흡착면을 곡면으로 한 시험예 18에 대해서는 최표면의 천조각만 흡착·박리될 확률이 80%이었던 것에 반해, 흡착면을 평면인 채로 사용한 시험예 19의 경우의 성공률은 불과 5%에 머물렀다. 흡착면을 평면인 채로 사용한 시험예 19의 경우, 쌓인 천조각의 두 번째 장 이후에도 정전기력이 작용하여, 상기의 성공률이 극단적으로 저하된 것으로 추측된다.

[시험예 20~21(정전 흡착체의 흡착 면적에 의한 흡착성의 비교)]

상기 실시예 2에서 제작한 정전 흡착체를 2개 준비하고, 도 5(i)과 같이 그 하나는 그대로 사용하고(흡착면의 면적: 62370㎟, 시험예 20), 다른 한쪽에 대해서는, 도 5(ii)와 같이 그 흡착면의 면적이 피흡착물 면적의 80%가 되도록 잘라내고(시험예 21), 이들 정전 흡착체의 흡착면을, 각각 피흡착물인 복수장 쌓인 폴리에스테르(PE) 100%의 천조각(210㎜×297㎜, 두께 0.47㎜ 정도, 면적: 62370㎟)에 흡착시켰을 때에, 최표면의 첫 번째 장만 흡착되어서 박리되는지 여부, 그 성공률을 각각 확인했다. 인가 전압은 ±2㎸로 하고, 각각 20회 시행했다.

결과는, 정전 흡착체의 흡착면의 면적이 피흡착물인 폴리에스테르 천조각의 면적과 동일한 시험예 20에서는 최표면의 천조각만 흡착·박리될 확률이 불과 5%였던 것에 반해, 정전 흡착체의 흡착면의 면적이 피흡착물인 폴리에스테르 천조각의 면적보다도 작은 시험예 21의 경우의 성공률은 100%로 뛰어난 것이었다. 정전 흡착체의 흡착면의 면적이 피흡착물보다도 큰 경우에는 쌓인 천조각의 두 번째 장 이후에도 정전기력이 작용하여, 상기의 성공률이 극단적으로 저하된 것으로 추측된다.

a: 전극(양전극 또는 음전극)
b: 수지 필름
b': 절연체
c·c': 정전 흡착체(적층 시트)
d: 피흡착물
e: 푸쉬 풀 게이지

Claims

피(被)흡착물을 정전 흡착력으로 흡착하는 정전 흡착체로서, 두께 20~200㎛의 절연체, 두께 1~20㎛의 전극층, 및 두께 20~200㎛의 수지 필름이 순차 적층된 적층 시트와, 상기 전극층에 전압을 인가하는 전원장치를 구비하여, 적어도 상기 수지 필름의 인장탄성률이 1㎫ 이상 100㎫ 미만임과 함께 그 체적저항률이 1×10¹⁰~10¹³Ω·㎝이며, 또한 상기 전극층은 양전극 및 음전극을 가지는 쌍극형 전극으로 이루어지고, 상기 전극층에 전압이 인가되어서 발생하는 정전 흡착력에 의해, 상기 수지 필름을 흡착면으로 하여, 피흡착물을 흡착하는 것을 특징으로 하는 정전 흡착체.
제1항에 있어서,
상기 수지 필름이 연질 폴리염화비닐로 이루어지는 정전 흡착체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 쌍극형 전극으로 이루어지는 전극층이 한 쌍의 빗살 형상 전극인 것을 특징으로 하는 정전 흡착체.
제3항에 있어서,
상기 쌍극형 전극으로 이루어지는 전극층은 한 쌍의 빗살 형상 전극의 빗살끼리가 서로 일정 간격을 유지하면서 동일 평면에서 맞물려서 형성되고, 각 빗살의 폭이 0.5~20㎜이며, 또한 상기 빗살끼리의 간격이 0.5~10㎜인 것을 특징으로 하는 정전 흡착체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
적어도 피흡착물과의 흡착면이 곡면을 가지는 것을 특징으로 하는 정전 흡착체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
흡착면의 면적이 피흡착물의 면적보다도 작은 것을 특징으로 하는 정전 흡착체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
피흡착물이 시트 형상 절연물인 것을 특징으로 하는 정전 흡착체.