JPH11507293A - 基体上に材料を静電的に付着させて保持する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 誘電体層（１０８）の第１の表面上に存在する平坦な導電性被覆（１０６）を有し、導電性被覆（１０６）と平行に離間されるように誘電体層（１０８）の第２の表面上に配置された導電性の収集トレース（１１０）を有する基体（１０４）である。収集トレース（１１０）は、被覆（１０６）およびトレース（１１０）に電圧を供給することにより帯電され、誘電体層（１０８）の両側に電圧差を形成する。付着した材料（１０２）が静電的に保持されるように、付着させるべき材料（１１６）は、トレース（１１０）と反対の極性に帯電させられる。

Description

【発明の詳細な説明】 基体上に材料を静電的に付着させて保持する装置 本発明は、静電材料付着技術に関するものであり、特に、基体上に種々の材料 を保持するための静電界を形成する電極を含んだ基体に関する。 開示内容の背景 トナー粉末などの材料の静電付着は、通常、イオン銃または印刷ヘッドを用い て誘電体基体上に電荷パターンを付着させることにより行われる。作業時には、 印刷ヘッドが誘電体基体を走査し、基体上に電荷のパターンを選択的に堆積させ る。この電荷パターンは、この後、反対の極性に帯電した粉末粒子の雲にさらさ れ、この電荷パターンは、この粉末を基体に引き寄せる。この粉末は、帯電した 基体とその反対の極性に帯電した粉末との間の静電気力により基体に付着する。 例えば、その粉末が印刷トナーの場合、その基体（例えば、紙）は、印刷パター ンが永久的にその基体に付着するように加熱によりトナー粉末を溶解することで 現像される。上述したように、このような先行技術の材料付着システムは、基体 から離れた印刷ヘッドを使用する。このシステムは、基体上を印刷ヘッドで機械 走査して、正確な電荷パターンを作成する。このような機械走査は、複雑なヘッ ド走査機構を必要とする。このような機構は、一般に、一つの印刷ジョブから次 のジョブへ絶え間なく変化する場合、例えばテキストやグラフィックを印刷する システムで必要とされる。しかし、他の印刷応用例では、特定の電荷量を所定の パターンで繰り返し堆積させる必要がある。このような応用例としては、薬剤吸 入器の部品である基体上の所定の場所に粉末状の薬（薬剤）を保持する例が挙げ られる。別の応用例としては、使用のたびに反復パターンを生じさせる必要のあ る印刷スタンプも挙げられる。これらの応用例の双方とも、同じ電荷パターンが 基体上に繰り返し堆積されるが、基体をロボット走査して基体上に電荷を堆積さ せる先行技術の印刷ヘッドを使用すると、コストの高いロボットが必要となる。 従って、電荷パターンを形成する印刷ヘッドを使用せずに基体上に付着材料を 直接付着させて保持する材料付着技術がこの技術分野で要望されている。 発明の概要 本発明は、先行技術に付随する不利な点を解決するものである。具体的には、 本発明は、誘電体層の第１の表面上に配置された平坦な導電性被覆と、誘電体層 の第２の表面上に配置された導電性トレース（収集トレース）であって導電性被 覆と導電性トレースとが互いに平行に離間するように配置された導電性トレース と、を有する基体である。この導電性トレースは、被覆およびトレースの双方に 電圧を加えて誘電体層の両側に電圧差を形成することによって帯電させられる。 このため、電圧の大きさ、電圧の極性、およびトレースに電圧が印加される時間 に応じて、特定の量および極性の電荷がトレース上に蓄積する。 付着させるべき材料は、トレースの極性と反対の極性に帯電させられ、この後 、付着材料がトレースに付着する。付着材料が粉末、例えば粉末状の薬剤、の場 合には、通常、摩擦帯電銃（tribo-electric charging gun）内で粉末が帯電さ せられる。材料が液体、例えばインク、の場合には、液体噴霧器内でコロナ放電 装置を使用して液体が帯電させされる。双方の場合とも、帯電した材料は、帯電 した収集トレース上に配置され、このトレースに静電的に引き寄せられる。この ため、この材料は、トレースに付着する。付着する材料の量は、トレース上の電 荷量、および付着材料の粒子の電荷対質量比、に正比例する。トレース上に蓄積 される電荷量と電荷対質量比とを決定することにより、特定の再現性のある量の 付着材料が基体によって保持されることになる。 本発明は、ロボット走査式印刷ヘッドを使用せずに明確に定められた電荷パタ ーンを繰り返し生成する費用効果の高い装置を提供する。この装置の応用例には 、薬剤吸入器内で乾燥粉末薬を保持する基体や、プログラム可能印刷スタンプで インクやトナーを保持する基体が含まれる。 図面の簡単な説明 本発明の内容は、添付図面とともに以下の詳細な説明を考慮することによって 容易に理解することができる。ここで、 図１は、本発明に係る基体の斜視図である。 図２は、２−２線に沿った図１の基体の断面図である。 図３は、本発明に応用例、すなわち粉末薬剤吸入器、を示している。 図４は、図３の吸入器で使用するための基体を示している。 図５は、５−５線に沿った図４の基体中の要素の断面図である。 図６は、本発明の第２の応用例、すなわちプログラム可能ドットマトリクス印 刷スタンプ、を示している。 理解を容易にするため、各図面に共通な同一の部品要素を示す場合には、可能 な限り同一の参照番号を使用した。 詳細な説明 本発明は、基体上に付着材料を静電的に保持する装置である。一般に、この装 置は、導電性プレートと、このプレート上に配置された誘電体層と、この誘電体 層上において、導電性プレートに対して平行に離間するように配置された導電性 トレースと、を含んでいる。使用の際には、プレートとトレースとの間に電圧が 一時的に印加されて、トレースが帯電させられる。この後、トレース上の電荷と 反対の電荷を有する付着材料が帯電トレース上に付着する。この帯電付着材料は 、帯電トレースに引き寄せられ、そのトレースに静電的に付着する。このように 、この装置は、機械走査式印刷ヘッドを使用せずに付着材料を静電的に保持して 基体中に電荷パターンを形成するために比較的簡単な技術を用いている。 更に具体的に述べると、図１は、本発明の斜視図を示しており、図２は、図１ の２−２線に沿った基体１０４の断面図を示している。本発明を良く理解するた めに、読者は、図１および図２の双方を参照しながら、本発明の以下の詳細な説 明を読むことが必要である。 装置１００は、基体１０４上の明確に定められた領域に所定量の付着材料１０ ２を静電的に保持するように設計されている。この装置は、基体１０４、電圧源 １１２、電流計１１８、およびスイッチ１１４を備えている。基体１０４は、導 電性プレート１０６と、誘電体層１０８によって前記導電性プレートから分離さ れた導電性トレース１１０（本明細書では、収集トレースとも呼ぶ）と、を備え ている。この誘電体層は、通常、厚さ５マイクロメートルのアルミナである。こ れらの導体は、通常、従来の薄膜堆積プロセスを用いて形成される。 収集トレース１１０およびプレート１０６は、互いに平行に離間されている。 直流電圧源１１２の一方の端子は、スイッチ１１４を介して、トレース１１０に 接続されている。直流電圧源１１２の他方の端子は、コネクタ１１８を介してプ レート１０６に接続されている。スイッチ１１４を一時的に閉じることにより、 電圧源が収集トレースをプレートに対して帯電させる。特定の時間にトレース上 に蓄積する電荷の量は、プレートとトレースとの間の電圧差に正比例する。すな わち、電圧差が大きくなるほど、与えられた時間中に蓄積される電荷は多くなる 。通常、スイッチが閉じられてからの特定の時間内にプレート上に蓄積される電 荷量を求めるため、電流計１１８が示す電流の大きさが監視される。 図に示すように、トレースは、電圧源の正の端子に接続されており、電圧源の 負の端子（接地）は、プレートに接続されている。このため、スイッチを閉じる と、トレースはプレートに対して正に帯電する。勿論、このプレートは、本発明 の装置の操作に悪影響を与えることなくプレートに対して負に帯電させることも 可能である。トレースを帯電するために使用される電圧は、比較的低い電圧であ る。すなわち、この電圧は、通常、数十ボルトから数百ボルトのオーダである。 誘電体の厚さが５マイクロメートル、収集トレースの直径が０．０４０インチで あるとすると、トレースとプレートとの間の静電容量は約５ｐＦである。この静 電容量では、プレートを帯電させるのに必要な時間は、約５０ピコ秒である。帯 電プロセスをもっと容易に監視するために、プレートと電圧源との間に直列抵抗 を加えて帯電時間を長くすることも可能である。 トレース上に特定の電荷が蓄積されると、付着材料１１６が、帯電した収集ト レースの上方に配置される。材料１１６は、薬剤や印刷トナーなどの粉末か、あ るいは印刷インク等の液体である。粉末か液体のどちらを使用するにしても、こ の材料は、トレース上に配置される前に帯電させられる。材料とトレースとの間 の静電引張りを容易にするため、材料上の電荷は、トレース上の電荷と反対の極 性を有している。 通常、粉末付着材料は、粉末粒子に実質的に均一な電荷対質量比を与える従来 の摩擦帯電技術（例えば、摩擦帯電銃として一般に知られるもの）を用いて帯電 させられる。この粉末は、トレース上の電荷と反対の極性に帯電させられる。帯 電させられると、この粉末は、空気あるいは他のガスの流れによって摩擦帯電銃 から排出される。排出された粉末は、帯電した収集トレースの付近に帯電粉末粒 子の雲を形成する。このトレースは、この帯電粒子を引き寄せて保持する。粉末 粒子に実質的に均一な電荷対質量比があるものとすると、トレース上に蓄積した 粉末の量は、トレース上の電荷密度に正比例する。さらに、トレースの寸法は、 粉末が保持される面積を定める。従って、本発明を利用すれば、基体上の特定の 場所に特定の量の粉末が保持される。 一方、付着させられる材料が液体の場合、この液体は、通常、従来のコロナ帯 電装置によって液体噴霧装置内で帯電させられる。この液体は、通常、噴霧器内 で霧化されるときに帯電させられる。この噴霧器は、霧化した液体を帯電した収 集トレース付近に放出する。このトレースは、この帯電した液体を引き寄せて保 持する。このため、トレースの特定の寸法は、液体が保持される面積を定める。 本発明の基体の幾つかの応用例では、収集トレースを含む基体表面を誘電体材 料で被覆する必要が生じる場合がある。このような被覆には、通常、収集トレー ス金属または基体の誘電体層材料が付着材料と化学反応を起こさないようにする ことが求められる。このタイプの被覆は、本明細書に記載される本発明の動作お よび有用性にほとんど、あるいは全く影響を与えない。 図３は、本発明の特別な応用例を示している。具体的には、図３の装置は、基 体３０２上の特定の場所に乾燥粉末薬を保持するように設計された乾燥粉末薬（ 薬剤）吸入器３００である。このため、粉末薬は、明確に定められた投与量だけ 上記の方式によって堆積させられ、外力によって取り除かれるまで基体上の特定 の場所に保持される。薬剤が保持される場所と面積を定める収集トレース３０４ は、通常、０．０４０インチの直径を有する。このような吸入器では、複数の円 形収集トレース３０４が基体３０２上に配置されており、複数回分の薬剤を単一 の基体上の明確に定められた場所に保持できるようになっている。ハウジング３ ０６は、基体３０２を収容し、柔軟送出チューブ３０８を支持する。この基体は 、中心軸３１４を中心としてハウジングおよび送出チューブと相対的に回転する ことが可能である。このため、基体を回転させることにより、特定の薬剤投与部 （すなわち、特定の収集トレース）を送出チューブ３０８の入口端３１０に位置 合わせすることができる。患者がチューブの出口端３１２を通じて吸入すると、 その薬剤は基体から離脱し、空気流によって患者の肺まで運ばれる。薬剤を離脱 させるのに十分な空気流を確保するため、基体の各トレース位置には、最小の薬 剤粒子よりも小さな孔が複数あけられている。このため、投薬位置、すなわち収 集トレース中の孔、誘電体層およびプレートを通って空気が流れ、薬剤を患者ま で運ぶ。 図４は、図３の吸入器などの乾燥粉末薬剤吸入器で利用するための本発明の基 体の別の実施形態の斜視図である。図５は、５−５線に沿った図４の基体の断面 図である。本発明のこの実施形態を良く理解するため、読者は、図４および図５ を参照しながら以下の詳細な説明を読むべきである。 装置４００は、基体４０２、充電用プレート４０４、電流計４０５、および電 圧源４０６を備えている。各薬剤投与位置には、誘電体層４１０を貫通する孔４ ０８が含まれている。この孔の内部には、収集トレース４１２が配置されている 。この収集トレースは、孔の表面と誘電体層４１０の上面４１４上の領域とを覆 っている。誘電体層４１１全体の下には、導電性プレート４１６が配置されてい る。このプレートは、開口４１８を備えている。この開口４１８は、誘電体層４ １０を貫通する孔４０８と同軸であるが、孔４０８よりも直径がわずかに大きい 。更に、この装置は、導電性材料から製造され、複数の円錐形突出部４２０を有 する充電用プレート４０１を備えている。これらの突出部４２０は、誘電体層４ １０および導電性プレート４１６中のそれぞれの開口４０８および開口４１８と 位置合わせされている。これらの突出部は、誘電体層中の孔４０８に入るような 大きさを有しており、各孔４０８の内部で導電性プレート４１６と接触すること なくトレース被覆４１２と接触する。充電用プレートは、直流電圧源４０６の一 方の端子に接続されており、導電性プレート４１６は、電流計を介して電圧源の 他方の端子に接続されている。このため、充電用プレートの突出部が収集トレー スと接触すると、電荷がトレース上に蓄積される。このような充電は、充電用プ レートを矢印４２２で示される向きに沿って上方に移動させることにより達成す ることができる。蓄積される電荷は、トレースと導電性プレートとの間に印加さ れた電圧に正比例する。特定の電荷が蓄積されると、充電用プレートは、矢印４ ２４で示される方向に沿って下方に充電用プレートを移動させることにより、収 集トレースとの接点から外される。 前記の実施形態と同様に、薬剤粉末を保持するため、帯電した薬剤の雲を収集 トレースの付近に生成する。薬剤電荷をトレース電荷と反対の極性にすることで 、トレースは、収集トレース上に蓄積された電荷に比例した量の薬剤を保持する 。このため、薬剤投与の位置および量（投薬量）は、厳密に制御される。 薬剤が基体上の全ての位置に堆積すると、基体４０２は、図３を参照して説明 したような吸入器内で使用される。この実施形態では、患者が送出チューブを通 じて吸入を行うと、空気が誘電体層４１０中の孔４０８を通って流れ、トレース ４１２から薬剤を離脱させる。この空気流は、離脱した薬剤粉末を患者の肺まで 運ぶ。 図６は、本発明の更に別の実施形態を示している。この実施形態では、各収集 トレースを選択的に、かつ個別に帯電できるようになっている。具体的に述べる と、基体６１６は、誘電体層６００上にアレイ６０２を形成するように配置され た図５に示される複数の収集トレース４１２を備えている。この実施形態のトレ ースは、トレースを貫通して延びる孔を有していてもよく、有さなくてもよい。 すなわち、孔４０８は、収集トレース４１２を構成する導電性材料で充填されて いてもよい。図６の実施形態では、充電用プレート６０４は、その表面上に配置 された複数の導電性突出部６０６を有する絶縁体から製造されている。これらの 突出部は、導電性トレース６０８に接続されている。この導電性トレースは、充 電用プレートの一端に配置されたエッジコネクタ６１０に達している。各突出部 ６０６は、基体６１６の対応する収集トレース４１２と位置合わせされている。 使用時には、直流電圧源６１２の一方の端子が基体の導電性プレートに接続さ れ、他方の端子は、選択された突出部６０６に電流計６１８を介して接続される 。プログラム可能アレイロジック（ＰＡＬ）などのスイッチングロジック６１４ が、電圧源に接続されるべき突出部を選択するために使用される。選択が終了し たら、突出部６０６の各々がその対応する収集トレース４１２と接触するように 、充電用プレートが矢印６２０に沿って上方に動かされ、基体と接触させられる 。このため、電圧源６１２に選択的に接続された突出部は、その対応する収集ト レースの帯電を促進する。 電流計６１８で測定したときに所定の電荷量まで帯電していると、付着材料は 、 収集トレース上に付着させられる。上述したように、印刷トナーなどの粉末は、 摩擦帯電技術を用いて帯電および付着させることができ、印刷用インクなどの液 体は、コロナ帯電技術を液体噴霧器とともに用いて付着させることができる。い ずれの場合も、帯電した付着材料は、帯電した収集トレースのみに付着する。こ のため、この材料は、帯電した収集トレースによって定められるパターンに付着 する。この後、付着材料で被覆されたトレースは、様々な応用分野、例えば紙ま たは他の材料上への繰り返し印刷、で使用することができる。 例えば、トレースが選択的にインクで覆われてドットマトリクスパターンを形 成する場合、このトレースは、紙、布、厚紙または他の材料にプレスすることが できる。印刷が行われる材料へのインクの吸収により、収集トレースからインク が取り除かれる。このため、この基体は、ドットマトリクスパターンで印刷を行 うプログラム可能スタンプを形成する。インクの離脱を容易にするために、全て の突出部を接地しつつ充電用プレートを収集トレースに再び当接させてもよい。 この方法では、非吸収性の面であってもインクが容易にその面に移行できるよう に、静電荷が収集トレースから除去される。 プログラム可能スタンプの印刷パターンを変えるためには、使用者は、全ての 収集トレースを接地して前のパターンを消去した後、スイッチングロジックを変 更して、どの収集トレースを帯電させるべきかを再設定するだけでよい。帯電が 終われば、使用者は再びインクを付着させることができる。この同じプロセスは 、粉末状トナーの堆積についても機能する。しかし、トナーで印刷する場合には 、プロセスステップがもう一つ必要である。印刷を行うべき材料上にトナーが堆 積したら、その材料を加熱してトナーを固定する。この他に、本発明の前述の実 施形態のいずれにおいても充電用プレートを用いて収集トレースを帯電させずに 、従来のイオン放出器や電子銃を用いて収集トレースを帯電させる。このため、 イオン放出器や電子銃は、収集トレースの付近に配置して作動させられ、イオン や電子による衝撃に応じて収集トレースが帯電させられる。 本発明の内容を組み入れた種々の実施形態を本明細書中に示し、詳細に説明し てきたが、当業者であれば、これらの内容を組み込んだ多くの他の変形例を容易 に考案することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ， ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 基体上に付着材料を静電的に保持する装置であって、 誘電体層と、 前記誘電体層の第１の表面上に配置された導電性プレートと、 前記誘電体層の第２の表面上に配置され、前記導電性プレートと平行に離間し た収集トレースと、 前記導電性プレートおよび前記収集トレースに接続され、前記収集トレースを 第１の帯電極性に帯電させる電圧源と、 前記第１帯電極性と反対の第２の帯電極性を有する付着材料であって、前記収 集トレースに静電的に引き寄せられて保持される付着材料と、 を備える装置。 ２． 前記電圧源は、電流計を介して前記導電性プレートおよび前記収集トレー スに接続されている、請求項１記載の装置。 ３． 前記電圧源と前記収集トレースとの間に接続され、前記収集トレース上に 蓄積される電荷量を制御するスイッチ手段を更に備える請求項１記載の装置。 ４． 前記付着材料が粉末である請求項１記載の装置。 ５． 前記付着材料が液体である請求項１記載の装置。 ６． 前記誘電体層は孔を画成しており、前記収集トレースは前記第１表面上に おいて前記孔の近傍および前記孔の内部に配置されており、前記導電性プレート は、前記誘電体層によって画成される前記孔と同軸に位置合わせされた孔を画成 している、請求項１記載の装置。 ７． 前記電圧源の第１の端子が前記導電性プレートに接続されており、前記電 圧源の第２の端子が充電用のプレートに接続されている請求項６記載の装置。 ８． 前記充電用プレートは、前記充電用プレートの表面から延在する突出部で あって、前記誘電体層中の前記孔と嵌合して前記導電性プレートに接触すること なく前記収集トレースと接触するように形成されている突出部を更に備えている 、請求項７記載の装置。 ９． 前記誘電体層は、前記第１表面上に複数の収集トレースを配置しており、 前記充電用プレートは、複数の突出部を更に備えており、これらの突出部の各々 は、前記誘電体層によって画成された対応する孔と同軸に位置合わせされている 、請求項８記載の装置。 １０． 粉末の薬剤である付着材料と、 前記収集トレースの近傍に配置され、前記収集トレースから前記粉末薬剤を抽 出する手段と、 を更に備える請求項１記載の装置。 １１． 前記抽出手段は、前記粉末薬剤の吸入を行うための送出チューブである 、請求項１０記載の装置。 １２． 基体上に付着材料を静電的に保持する装置であって、 複数の孔を画成している誘電体層と、 前記誘電体層の第１の表面上に配置され、前記誘電体層によって画成される前 記孔と同軸に位置合わせされた孔を画成している導電性プレートと、 前記誘電体層の第２の表面上において前記誘電体層によって画成された前記孔 の各々の近傍および内部に配置された複数の収集トレースと、 前記導電性プレートに接続された第１の端子と、充電用のプレートに接続され た第２の端子と、を有する電圧源であって、前記収集トレースの各々を第１の帯 電極性に帯電させる電圧源と、 前記第１帯電極性と反対の第２の帯電極性を有し、前記収集トレースの各々に 静電的に引き寄せられて保持される付着材料と、 を備える装置。 １３． 前記充電用プレートは、更に、前記充電用プレートの表面から延在する 突出部であって、前記誘電体層中の前記孔と嵌合して前記導電性プレートに接触 することなく前記収集トレースの一つと接触するように形成されている突出部を 複数備えている、請求項１２記載の装置。 １４． 前記付着材料が粉末薬剤である請求項１３記載の装置。 １５． 前記誘電体層を支持する手段であって、前記複数の収集トレースから一 つの収集トレースを選択する手段と、 この選択された収集トレースの近傍に配置され、この選択された収集トレース から前記粉末薬剤を抽出する手段と、 を更に備える請求項１４記載の装置。 １６． 前記抽出手段は、前記粉末薬剤の吸入を行うための送出チューブである 、請求項１５記載の装置。 １７． 前記収集トレースの各々が、前記誘電体によって画成された前記孔の各 々を充填し、印刷要素のドットマトリクスアレイを形成する、請求項１２記載の 装置。 １８． 前記電圧源と前記充電用プレートとの間に接続され、前記突出部のなか から特定の突出部を前記電圧源との接続用に選択するスイッチングロジックを更 に備える請求項１７記載の装置。 １９． 前記付着材料が印刷可能物質である請求項１８記載の装置。