(57)【要約】【課題】本発明は、被吸着物を吸着する大きな静電吸着力が得られる静電吸着装置に関する。【解決手段】絶縁体からなる基板１１と、前記基板上に互いに離間して噛み合うように配置した一対の櫛歯状電極１２，１３と、前記一対の櫛歯状電極上及び前記一対の櫛歯状電極間を覆ってその表面が平坦になるように形成した吸着層１４とを有し、前記一対の櫛歯状電極間に直流電圧を印加して前記一対の櫛歯状電極間に静電界を発生させて前記吸着層上に載せた被吸着物１８を前記吸着層に吸着させる静電吸着装置において、前記一対の櫛歯状電極上の前記吸着層部分１４Ａを第１の誘電体により形成すると共に前記一対の櫛歯状電極間の前記吸着層部分１４Ｂを第２の誘電体によりそれぞれ形成して、前記第１の誘電体の比誘電率を前記第２の誘電体の比誘電率より大きくした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体からなる基板と、前記基板上に互いに離間して噛み合うように配置した一対の櫛歯状電極と、前記一対の櫛歯状電極上及び前記一対の櫛歯状電極間を覆ってその表面が平坦になるように形成した吸着層とを有し、
前記一対の櫛歯状電極間に直流電圧を印加して前記一対の櫛歯状電極間に静電界を発生させて前記吸着層上に載せた被吸着物を前記吸着層に吸着させる静電吸着装置において、
前記一対の櫛歯状電極上の前記吸着層部分を第１の誘電体により形成すると共に前記一対の櫛歯状電極間の前記吸着層部分を第２の誘電体によりそれぞれ形成して、
前記第１の誘電体の比誘電率を前記第２の誘電体の比誘電率より大きくしたことを特徴とする静電吸着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被吸着物を静電力を利用して吸着する静電吸着装置に係り、特に被吸着物を吸着する大きな静電吸着力が得られる静電吸着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、紙、ＯＨＰシート、プラスチックシート等の被吸着物を画鋲やマグネットを使用しないで静電吸着力によって被吸着物に傷を付けることなく保持する静電吸着装置を備えたプロッターやデジタイザーなどが製品化されている。
これらの静電吸着装置は、基板上に配置した一対の櫛歯状電極上に、シート状プラスチックを設置し、この一対の櫛歯状電極間に直流電圧を印加して、そのシート状プラスチック表面に紙等の被吸着物を載せて、それらを静電力により静電保持するものである（例えば、特許文献１参照。）。
従来例の静電吸着装置として特許文献１に記載の静電吸着装置について図と共に説明する。
【０００３】
図５は従来例の静電吸着装置の断面図である。
図５に示されるように、この装置は、被吸着物５５を吸着するプラスチックシートで形成された吸着層５１と、前記吸着層５１と熱圧着可能なポリ塩化ビニール（プラスチック）よりなる絶縁層５２と、前記絶縁層５２に間隔を置いて埋設された正電極となる導体５３ａ，５３ｃ，５３ｅと負電極となる導体５３ｂ，５３ｄ，５３ｆとが互いに離間して噛み合うように配置された一対の櫛歯状電極を形成する複数個の導体５３ａ〜５３ｆと、これら２つの電極群間に直流高電圧を印加する直流電源５４とより構成される。
吸着層５１は、絶縁層５２と複数個の導体５３ａ〜５３ｆの上に覆うようにして一定の比誘電率を有する誘電体、例えば硬質ポリ塩化ビニール（比誘電率は約５）等の樹脂で構成されている。
【０００４】
この装置は、吸着層５１の表面に被吸着物５５を接触させると図示のように被吸着物５５の各電極５３ａ〜５３ｆと対向する部分にそれぞれ静電誘導により電極の電荷と異極性の電荷が発生する。
従って、被吸着物５５に生じた電荷と各電極５３ａ〜５３ｆの電荷との間に静電的吸引力が作用して被吸着物５５を吸着層５１の表面に吸着保持するものである。
【０００５】
この装置は、導体５３ａ〜５３ｆ及び絶縁層５２を同種のプラスチックにより吸着層５１に熱圧着して一体に形成したもので、各部の接着が極めて良好で形状変形がないので被吸着物５５を吸着する性能を長期間にわたって安定に保持することが出来る。
しかし大きな保持力を必要とする被吸着物の場合は、このままの構成では対応に自ずと限界があり保持力を大きくすることは難しいものである。
【０００６】
また、保持力改善の例としては、被吸着物の保持面に導電性を付与して保持面に掛かる電圧を小さくして、実効的に電極と吸着保持面間に掛かる電圧をより大きくして静電保持力を高め、吸着力を向上させるものがある（例えば、特許文献２参照。）。
しかし、このものを実施しても、カールや軽くしわのある紙やプラスチックシート等を平坦に吸着保持させることは出来なかった。
【０００７】
【特許文献１】
実公昭５４−４１８９２号公報（第２頁，第１図）
【特許文献２】
特開平６−２７４１１４号公報（第５頁）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
よって、上記従来例は、紙やプラスチックシート等の被吸着物（被保持体）がカールしていたり、軽くシワがよっている場合に、静電保持が十分に出来ず、カールやシワを十分に補正して被吸着物を平坦に静電保持することが出来ないという問題があった。
そこで本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、吸着力をより大きくして、被吸着物を平坦に静電保持することを可能にした静電吸着装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために
請求項１に記載された発明は、
絶縁体からなる基板１１と、前記基板１１上に互いに離間して噛み合うように配置した一対の櫛歯状電極１２，１３と、前記一対の櫛歯状電極１２，１３上及び前記一対の櫛歯状電極１２，１３間を覆ってその表面が平坦になるように形成した吸着層１４とを有し、
前記一対の櫛歯状電極間に直流電圧を印加して前記一対の櫛歯状電極１２，１３間に静電界を発生させて前記吸着層１４上に載せた被吸着物１８を前記吸着層１４に吸着させる静電吸着装置において、
前記一対の櫛歯状電極１２，１３上の前記吸着層部分１４Ａを第１の誘電体により形成すると共に前記一対の櫛歯状電極１２，１３間の前記吸着層部分１４Ｂを第２の誘電体によりそれぞれ形成して、
前記第１の誘電体の比誘電率を前記第２の誘電体の比誘電率より大きくしたことを特徴とする静電吸着装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の静電吸着装置の実施の形態につき、好ましい実施例により、以下に図と共に説明する。
＜実施例＞
図１は本発明の静電吸着装置の実施例の構成を示した斜視図であり、図２は図１のＡ‐Ａ部分の断面図である。
【００１１】
図１、図２に示されるように本発明の実施例の静電吸着装置１０は、絶縁体からなる基板１１、前記基板１１上に互いに離間して噛み合うように配置した一対の櫛歯状電極１２，１３、前記一対の櫛歯状電極１２，１３上に形成した吸着層部分１４Ａ、前記一対の櫛歯状電極１２，１３間に形成した吸着層部分１４Ａより比誘電率が小さい吸着層部分１４Ｂ、保護膜１６、及び前記一対の櫛歯状電極１２，１３間に直流（ＤＣ）電圧を印加する直流電源１７より構成されている。
【００１２】
本発明の実施例は、導電材料で作られた一対の櫛歯状電極１２，１３間に直流（ＤＣ）電圧を印加することで前記一対の櫛歯状電極１２，１３上に静電界を発生させて前記吸着層１４（吸着層部分１４Ａ及び１４Ｂ）上に載せた被吸着物１８を吸着するようにした静電吸着装置である。
【００１３】
本実施例においては、これまで一種類の比誘電率の吸着層で構成していたものを、本実施例の静電吸着装置は前記一対の櫛歯状電極１２，１３上の吸着層部分１４Ａと前記一対の櫛歯状電極１２，１３間の前記吸着層部分１４Ｂとに分け、前記吸着層部分１４Ａの比誘電率を前記吸着層部分１４Ｂの比誘電率より大きくしたものである。
【００１４】
次に、本実施例の各構成について、図１及び図２と共に説明する。
本実施例は、Ａ４〜Ｂ５相当の紙、ＯＨＰシート、プラスチックシート等の被吸着物１８の吸着を行うもので、絶縁体よりなる基板１１としては、縦２３０ｍｍ、横３２０ｍｍ、厚さ５ｍｍの大きさのガラス繊維入りエポキシ基板を使用する。
【００１５】
一対の櫛歯状電極（正電極１２，負電極１３）は、図１に示されるように、前記基板１１上に並行に複数の導体が配置され、複数の導体の各左端が一本置きに接続され、次に残りの複数の導体の右端が接続され、これらの左端が接続された複数の導体（正電極１２）と右端が接続された複数の導体（負電極１３）とを互いに離間して噛み合うように前記基板１１上に配置される。
一対の櫛歯状電極１２，１３は、縦２３０ｍｍ、横３２０ｍｍ、厚さ７５μｍｍの銅板をエッチングにより、銅導電材幅（電極幅）２ｍｍ、銅導電材幅間隔（電極間隔）５ｍｍで等間隔に配設された複数の銅導電材を交互に接続して互いに対向して櫛歯状に噛み合うように基板１１上に形成させる。なお、複数の銅導電材は、基板１１に埋設させるようにしてもよい。
【００１６】
前記基板１１上に形成される吸着層１４のうち厚さ０．２〜０．７ｍｍの吸着層（高比誘電率体）１４Ａは、一対の櫛歯状電極１２，１３の上に形成され、その吸着層（高比誘電率体）部分１４Ａは、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）粉末が９０パーセント混入された炭酸ポリエステル、ポリ塩化ビニル、アクリル、ポリカーボネート等の中から選択される比誘電率が３０程度のものを、電極１２，１３部分を型抜きした厚さ０．２〜０．７ｍｍのマスクを電極１２，１３の位置とマスクの電極１２，１３部分を型抜きした部分の位置とが一致するように配置し、そのマスク上よりスプレー等により電極１２，１３部分に塗布して形成されたものである。
【００１７】
前記基板１１上に形成される吸着層のうち厚さ０．２〜０．７ｍｍの吸着層（低比誘電率体）部分１４Ｂは、一対の櫛歯状電極１２，１３間に形成され、シリカ粉末が９０パーセント混入された炭酸ポリエステル、ポリ塩化ビニル、アクリル、ポリカーボネート等の中から選択される、比誘電率が４〜５程度のものを、電極１２，１３がない部分を型抜きした厚さ０．２〜０．７ｍｍのマスクを電極１２，１３がない部分の位置と、このマスクの電極１２，１３がない部分を型抜きした部分の位置とが一致するように配置し、そのマスク上よりスプレー等により電極１２，１３がない部分に塗布して形成されたものである。
【００１８】
そのマスクを除去した後に、保護膜１６が吸着層１４Ｂと同じ材料のものをスプレー等により更に０．０１〜０．１ｍｍ程度、吸着層１４Ａ及び吸着層１４Ｂの上に塗布して表面の凸凹を平滑化して形成される。保護膜１６は帯電防止剤を含めて形成される。
【００１９】
直流電源１７は一対の互いに離間して噛み合う櫛歯状電極（正電極１２，負電極１３）間に結合される。直流電源１７は印加電圧が直流３００〜３０００Ｖで図示していない電源スイッチを、被吸着物１８を吸着層１４（吸着層部分１４Ａ及び１４Ｂ）に保護膜１６を介して保持する時にＯＮし（電流１０μＡ程度）、被吸着物１８を取り外す時にＯＦＦして使用されるようにしている。
以上で本実施例の静電吸着装置の各構成の説明を終了する。
【００２０】
次に、既に上記実施例に適用した吸着力を大きくする方法（吸着層を一対の櫛歯状電極１２，１３表面の１４Ａの部分と前記一対の櫛歯状電極１２，１３間の前記吸着層部分１４Ｂの部分とに分け、吸着層部分１４Ａの比誘電率を前記吸着層部分１４Ｂの比誘電率より大きくする）について、図３、図４と共に更に説明する。
【００２１】
（Ａ）吸着力と電極上の吸着層の比誘電率と電極間の吸着層の比誘電率との関係について
図２に示したように、電極１２，１３上に吸着層部分１４Ａを、電極１２，１３間に吸着層部分１４Ｂを配設した。
【００２２】
吸着層部分１４Ａと吸着層部分１４Ｂとを構成する材料について、その材料の比誘電率（吸着層部分１４Ａ，１４Ｂの比誘電率をε１，ε２とする）を変えた場合の比誘電率と吸着力との関係を図３に示す。
【００２３】
吸着層部分１４Ａ，１４Ｂの比誘電率率ε１，ε２が共に１の場合の被吸着物１８に作用する吸着力を１として、吸着力は相対値として示した。吸着力は、厚さ０．１ｍｍの紙を吸着層の上に間隔を空けてその吸着層に並行に両端を固定して配置し、その固定した紙の垂直方向のたわみ量の相対値で示し評価した。
【００２４】
図３より、番号（２）〜（４）のデータを見ると、電極間の同じ比誘電率の吸着層部分１４Ｂに対して、電極上の吸着層部分１４Ａは比誘電率を２．５，３０，５０と大きくするほど吸着力は１．２５，２．２３，２．２５と大きくなっていくことが分かる。
同様に、番号（５）〜（６）、番号（７）〜（８）のデータからも、電極間の同じ比誘電率の吸着層部分１４Ｂに対して、電極上の吸着層部分１４Ａは比誘電率を大きくするほど吸着力は大きくなっていくことが分かる。
これに対して、電極間の吸着層部分１４Ｂと電極上の吸着層部分１４Ａとで比誘電率を同じ比誘電率とする場合の吸着力は、番号（１），（３），（７）で夫々１，１．２５，１．３３と示されるように電極上の吸着層部分１４Ａの比誘電率を電極間の吸着層部分１４Ｂの比誘電率より大きくする場合と比較すると、いずれも小さいことが分かる。
【００２５】
電極間の吸着層部分１４Ｂの比誘電率に対して電極上の吸着層部分１４Ａの比誘電率の比を大きくするほど吸着力は大きくなっていくことが分かる。電極上の吸着層部分１４Ａの比誘電率は２０以上程度で、電極間部の吸着層部分１４Ｂの比誘電率は５以下程度（番号（６）の場合）にするのがよい。
【００２６】
また、電極上の吸着層部分１４Ａの比誘電率が２０未満では吸着力の向上が顕著には認められず、図３には示されていないが、１００以上では、吸着層部分１４Ａを構成するベース、例えばエポキシ樹脂等に高比誘電率体（比誘電率１００〜３００程度）であるチタン酸バリウムの粉体を混錬、塗布して作製するが、比誘電率が１００以上になると、チタン酸バリウム粉体の充填率を上げるために粘度が上がり、容易にシート状に塗布出来なくなる問題がおこる。
【００２７】
（Ｂ）吸着力と電極幅Ｌと電極間隔Ｓとの関係について
図４に電極間隔Ｓに対して電極幅Ｌを変化させた場合の吸着力（相対値）の変化を示す。ここで、電極上の吸着層の比誘電率ε１は５０、電極間部の吸着層の比誘電率ε２は５とした。
【００２８】
電極間隔Ｓを３ｍｍとして、電極幅Ｌを１０〜１．５ｍｍとしてＳ／Ｌ＝０．３〜２と変化させると、それに対応して吸着力（相対値）は、１８．１〜８３と増大していく。
【００２９】
具体的には、吸着層を上記高比誘電率と低比誘電率をなす２種類の誘電体で構成し、櫛歯状部の電極幅Ｌと電極間隔Ｓの比（Ｓ／Ｌ）をより大きくした（電極間隔幅Ｓに対して電極幅Ｌをより小さくした）構成の櫛歯状電極とすることにより、吸着力をさらに大きく出来ることが分かる。これより、単位長さ当りの端面部（電極断面の両端部）の出現回数を多くするのが被吸着物１８の吸着力を大きくするのに有効であることが分かる。
【００３０】
電極幅Ｌをより細く、電極間隔Ｓを放電しない範囲でより狭くするとよい。実施例は電極幅Ｌ＝２ｍｍ、電極間隔Ｓ＝５ｍｍである。電極間隔Ｓを狭くすると、ある値から放電してしまうので、それらを勘案して３〜５ｍｍで作製した。
【００３１】
櫛歯状電極間には通常５００Ｖ〜３ＫＶの直流電圧を印加するので、電極間で放電が生じない間隔、すなわち３ｍｍ以上離して櫛歯状電極を設置するとよい。
【００３２】
また、紙、ＯＨＰシート等の平面状の被吸着物１８を吸着する場合、吸着層１４Ａの上には電荷が帯電しているので、そのまま電極がむき出しの状態では、手等を通して放電することがある。この放電を防止するために、低比誘電率体の保護膜１６を吸着層部分１４Ａ，１４Ｂの上に形成した。
【００３３】
この保護膜１６は厚くなると吸着力を劣化させるので、０．２ｍｍ以下で吸着層より薄く、望ましくは０．１ｍｍ程度がよい。この厚さ０．１ｍｍの保護膜１６を設置することによる吸着力の低下は、電極上の比誘電率ε１＝５０、電極間の比誘電率ε２＝５の場合、吸着力（相対値）は１．９０となり、保護膜１６がない場合の吸着力（相対値）２．０６に対して８％程度小さくなる。
【００３４】
本実施例の静電吸着装置は、吸着層部分１４Ａ，１４Ｂの表面に被吸着物１８を接触させると被吸着物１８の各電極（正電極１２、負電極１３）と対向する部分に、それぞれ静電誘導により各電極１２，１３の電荷と異極性の電荷が発生する。
従って、被吸着物１８に生じた電荷と各電極１２，１３の電荷との間に静電的吸引力が作用して被吸着物１８を吸着層部分１４Ａ，１４Ｂの表面に吸着保持するものである。
【００３５】
電荷との間の静電的吸引力は、電極間の比誘電率より電極上の比誘電率の方を大きくしたので、電極上（電極端部）での電気力線の密度が大きくなり、電極上での静電保持力は従来よりも大きく出来、被吸着物の吸着力をより大きく出来るものである。
【００３６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の静電吸着装置によると、絶縁体からなる基板と、前記基板上に互いに離間して噛み合うように配置した一対の櫛歯状電極と、前記一対の櫛歯状電極上及び前記一対の櫛歯状電極間を覆ってその表面が平坦になるように形成した吸着層とを有し、前記一対の櫛歯状電極間に直流電圧を印加して前記一対の櫛歯状電極間に静電界を発生させて前記吸着層上に載せた被吸着物を前記吸着層に吸着させる静電吸着装置において、前記一対の櫛歯状電極上の前記吸着層部分を第１の誘電体により形成すると共に前記一対の櫛歯状電極間の前記吸着層部分を第２の誘電体によりそれぞれ形成して、前記第１の誘電体の比誘電率を前記第２の誘電体の比誘電率より大きくしたので、吸着力がより大きくなり、被吸着物のカールやシワを十分に補正出来る静電保持力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電吸着装置の実施例の構成を示した斜視図である。
【図２】図１のＡ‐Ａ部分の断面図である。
【図３】電極上の吸着層の比誘電率及び電極間の吸着層の比誘電率を変化させた場合の吸着力（相対値）を示した図である。
【図４】電極間隔と電極幅とを変化させた場合の吸着力（相対値）を示した図である。
【図５】従来例の静電吸着装置の断面図を示す。
【符号の説明】
１０  静電吸着装置
１１  基板
１２  正電極
１３  負電極
１４  吸着層
１４Ａ  一対の櫛歯状電極１２，１３上に形成された吸着層部分（第１の誘電体）
１４Ｂ  一対の櫛歯状電極１２，１３間に形成された吸着層部分（第１の誘電体より小さな比誘電率を有する第２の誘電体）
１６  保護膜
１７  直流電源
１８  被吸着物
Ｌ  電極幅
Ｓ  電極間隔
ε１  吸着層１４Ａの比誘電率
ε２  吸着層１４Ｂの比誘電率
【図１】
2004229342.tif 000003
【図２】
2004229342.tif 000004
【図３】
2004229342.tif 000005
【図４】
2004229342.tif 000006
【図５】
2004229342.tif 000007