JPH02228263A - 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、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
応用できるものである。

［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）に示すように、２つの皿形電極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、同図（ｂ）に示すように、４つの球形電極３
．３，３．３を立方体の対角線の端部４か所に配置して
それぞれに独立した直流電源４を接続することにより電
界Ｅを形成するようにしており、電極間に置かれた物体
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、電界Ｅの形成のため皿
形電極１間や球形電極３間に直流電圧を印加するだけで
あるため、物体の位置の変動に対し、ビデオカメラなど
でモニタして位置検出を行い、非常に応答性良く、電源
をコントロールして安定位置に戻すことが技術的に難し
く、物体の安定浮遊が難しいという問題がある。

また、皿形ｔｈ極１間に発生する電界Ｅでは、物体を横
方向に拘束する閉じ込み力が無く、球形電極３間に発生
する電界Ｅでも横方向の閉じ込み力が弱いため物体を散
逸し易いという問題がある。

そこで、これらの欠点を解消するため格子形電極を用い
る静電浮遊装置を新たに提案しており（特願昭６３−２
９６７８２参照）、例えば第５図（ｃ）に示すように、
平行な２本１組の棒状電極５を２組互いに直交させて空
間を形成するように配置し、これら棒状電極５の各組に
交流電源６または直流分を重畳した交流電源を接続する
ようにして構成されている。

このような偶数層の棒状型＠５を用いる静電浮遊装置に
よれば、交流方式で立体構造であるため、皿形電極や球
状電極の場合に比べ、制御変数が電圧と周波数の２つに
なり、位置制御性を向上できるが、物体を安定に浮遊さ
せることができる空間の範囲が小さく、改良の余地があ
る。

この発明は、かかる現状に鑑みてなされたもので、安定
に浮遊させることができる範囲を拡大することができる
とともに、制御変数を増加できる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、中心軸方向の閉じ込め力を発生させる第１電極
および中心軸方向と直交する方向の閉じ込め力を発生さ
せるための４本の棒状電極からなる第２電極を中心部に
空間を形成して設け、前記第１電極間に直流電源を接続
する一方、前記第２電極間に少なくとも交流分を含む電
源を接続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、直流が印加される中心軸方
向の第１電極と、これと直交する交流または直流分を含
む交流が印加される第２電極とで電界を形成するように
しており、互いに直角方向に閉じ込め力を発生させて空
間の広範囲の部分で帯電物体を安定した状態で浮遊させ
ることができるようにするとともに、電源として交流お
よび直流の使用をも可能とし、交流及び直流電圧のみな
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、この発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する
。

第１図はこの発明の静電浮遊装置にかかる一実施例の概
略斜視図である。

この静電浮遊装置１０では、軸方向の閉じ込め力を発生
させる第１　ｔ　極１１と、これと直交する方向の閉じ
込め力を発生する第２電極１２とを備えている。

そこで、説明の便宜上、空間の軸方向（上下方向）をＺ
方向とし、これと直行する方向（左右方向）をｒ方向と
した座標系で考える。

まず、空間の左右方向の閉じ込め力を発生させる第２電
ｔ！１２は、例えば第１図に示すように、２本１組の棒
状型＠１２ａ、１２ａおよびもう１組の棒状型＆１２ｂ
、１２ｂの４本で構成され、空間の原点を通る中心軸（
ｚ）から等距離（ｒ）の位置に２軸に沿うよう配置され
、平面状態では各型；ｔｉ１２ａ、１２ａ、１２ｂ、１
２ｂが正方形の頂点に位置している。

次に、空間の上下方向の閉じ込み力を発生させる第１電
極１１は、２個１組の球形型％２は平板電極（説明図は
球状で示しである）１１ａ、１１ａで構成され、空間の
原点を挾む中心軸（Ｚ）上の上下に等距離の位置に配置
されている。

そして、これら第１電極１１に電圧を印加する電源１３
は、直流電源が使用される。

一方、４本の棒状電極１２ａ、１２ａ、１２ｂ。

１２ｂで構成された第２電極１２に電圧を印加する電源
１４は、少なくとも交流分を含む電源が使用され、例え
ば交流のみの交流電源や直流を重畳した交流電源が使用
される。この場合の電源１４の交流分の周波数は、低周
波から商用周波数を含む高周波までの広い範囲のものの
適用が可能である。

次に、このように構成された静電浮遊装置１０の作用に
ついて、第２図を参照しながら説明する。

第１電極１１である球形電極１１ａ、ｌｌａに電源１３
から帯電物体１５の極性と同一の直流電圧を印加すると
ともに、第２　ｔ＠　１２である棒状型［２１２ａ、１
２ａ、と棒状型＠１２ｂ、１２ｂとの間に電源１４から
交流電圧を印加し、空間の中心部に帯電物体１５を位置
させる。

すると、第１電極１１である球形＠＃１１１　ａ　。

１１ａによってＺ方向（上下方向）の反発力としての閉
じ込め力が発生するとともに、第２電極１２である棒状
電極１２ａ、１２ａと１２ｂ。

１２ｂ間にｒ方向く左右方向）の閉じ込め力が発生し、
この場合の電気力線パターンのイメージは、平面状態で
示すと第２図（ａ＞のようになり、側面状態で示すと第
２図（ｂ）のようになる。

このような電界Ｅによって左右方向（ｒ方向）について
は、帯電物＃１５は電気力線パターンに沿って運動し、
第２電極１２の中心部に向かって閉じ込め力が作用し散
逸が防止されるとともに、上下方向（Ｚ方向）について
は、上下の電極１１の極性と（強制的に同じ極性になる
ように荷電された）同極性の帯電物体１５が、第１電極
１１間の反発力（閉じ込め力）によって重力に逆らって
浮上されることとなり、帯電物体１５は左右方向（ｒ方
向）及び上下方向（Ｚ方向）の閉じ込め力で第１．第２
電極１１．１２の中央部で安定した状態で浮上される。

次に、この発明の静電浮遊装置の他の一実施例について
、第３図及び第４図により説明する。

この静電浮遊袋ｆｆ２０では、軸方向と直行する方向の
閉じ込め力を発生する第２電［！２１の形状のみが異な
り、他の構成は既に説明した静電浮遊装置１０と同一で
あるので、同一部分に同一番号を記し説明を省略する。

この第２電極２１は３個のリング状電極２１ａ。

２１ｂ、２１ｃ″Ｃ″構成されており、中心軸（Ｚ軸）
を中心とし、かつ上下方向（Ｚ方向）に一定の間隔を明
けて配置されている。

そして、中央部のリング状電極２１ｂが接地され、これ
を挾む両側のリング状電極２１ａ、２１Ｃに交流分を含
む電源１４が接続されている。

このように構成された静電浮遊装置２０によれば、第４
図に示すような電気力線パターンの電界が発生する。

この結果、既に説明した静電浮遊装置１０と同様に、ｒ
方向（左右方向）の閉じ込め力と２方向（上下方向）の
反発力としての閉じ込め力が発生し、散逸が防止されて
第１．第２電＃１１１．２１の中心部に帯電物体１５が
安定した状態で浮遊される。

したがって、このような静電浮遊装置１゜２０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、しかも浮遊物体の安定浮遊
領域を拡大することができる。

なお、上記実施例では、第１電極として球形電極を用い
、第２電極として２本１組の棒状電極を２組用いる場合
で説明したが、電極形状はこれに限らず他の形状であっ
ても良く、さらに電極の個数や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
変更しても良いことは言うまでのもない。

［発明の効果］ 以上、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、直流が印加される中心軸方向
の第１電極と、これと直交する交流または直流分を含む
交流が印加される第２電極とで電界を形成して帯電物体
を浮上するようにしなので、互いに直角方向に閉じ込み
力を発生させて帯電物体を浮上することができ、空間の
広範囲に渡って帯電物体を安定した状態で浮遊させるこ
とができる。

また、第２電極に電圧を印加する電源として交流および
直流の使用をも可能とし、交流及び直流電圧のみならず
、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、制御性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の静電浮遊装置にかかる
一実施例の概略斜視図および電気力線パターンの平面状
態と側面状態の説明図、第３図および第４図はこの発明
の静電浮遊装置にかかる他の一実施例の概略断面図およ
び電気力線パターンの説明図、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：第１を極、１１ａ。 １１ａ：球形＠極、１２：第２電極、１２ａ。 １２ａ、１２ｂ、１２ｂ：棒状電極、１３：直流電源、
１４：交流分を含む電源、１５：帯電物体、２０：静電
浮遊装置、２１：第２を極、２１ａ。 ２１ｂ、２１ｃ：リング状電極。

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、中心軸方向の閉じ込め力を発生させる第１電
   極および中心軸方向と直交する方向の閉じ込め力を発生
   させるための４本の棒状電極からなる第２電極を中心部
   に空間を形成して設け、前記第１電極間に直流電源を接
   続する一方、前記第２電極間に少なくとも交流分を含む
   電源を接続したことを特徴とする静電浮遊装置。