(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも誘電体上に複数の電極を配置した搬送面と、該電極に交番電界を印可せしめる電圧供給手段を有する粉体搬送装置であって、前記複数の電極の間隔を搬送する帯電粒子の体積平均径よりも長く配置しており、前記帯電粒子を搬送面上の絶縁性液体中に分散させて、前記複数の電極の電界により前記帯電粒子を搬送することを特長とする粉体搬送装置。
【請求項２】
前記電極間に硬化性樹脂がプレス成形によって充填される事を特長とした請求項１記載の粉体搬送装置。
【請求項３】
前記硬化性樹脂は紫外線硬化樹脂であることを特長とした請求項１及び２記載の粉体搬送装置。
【請求項４】
前記電極上に保護層を設け、前記保護層の層厚を前記電極のピッチ以下の厚さに設定することを特長とする請求項１から３に記載の粉体搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体を搬送するための方法並びにそれを用いた装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、粉体を搬送する方法としてはスクリューを用いたものが一般的であり、例えばパイプ内の粉体をパイプ内部に設けられたスクリューを回転することによって搬送していた。しかしながらパイプ内のスクリューを回転させるには比較的大きな消費電力をもってモータを駆動する必要があり、かつ回転音も大きいという問題点があった。さらにパイプ内壁とスクリュー間に粉体が詰まると摩擦熱により溶融しトルクの増加や搬送不良を生じることがあった。
【０００３】
一方、その他の粉体搬送方法としては、粉体に空気流を当てたり巻き込んだりすることで粉体を空気流とともに搬送する方法や、振動により粉体が傾斜に沿って滑り落ちるのを助ける搬送方法、帯電した粉体を電界により搬送する方法等も知られている。
【０００４】
しかしながら粉体を空気流とともに搬送する方法においては微小な粒子状物体の搬送密度は空気で薄められて疎になり低効率な搬送方法であった。また振動によって搬送を助ける搬送方法は大きな振動を起こさせるために大きなエネルギーが必要であり、搬送方向も重力方向に限られるという不都合が生じていた。
【０００５】
ここで電界を用いた粉体の搬送方法について図５を用いて説明する。
【０００６】
電界を用いた搬送方法によれば樹脂・ガラス等の誘電体１００上からなる搬送面に１〜１００μｍの電極を、一定間隔で多数形成する。各電極には帯電粒子を駆動すべくそれぞれに電圧が印可されており、例えば３相の電圧で駆動する例を取ると、各電極には３本毎に３種類いずれかの位相を有する交番電界が印可されている。そこで多数の電極の中で連続した６本の電極について図により説明すると、時間ｔｌにおいて電極１と電極４には０Ｖが印可され、電極２と電極５にはプラスの電位が、電極３と電極６にはマイナスの電位が図示されていない電圧印可手段により印可されている。
【０００７】
搬送面上には搬送される粒子が供給される。ここで粒子が十分に高抵抗で摩擦帯電電荷等により所定の極性に帯電可能な粒子の場合について説明すると、プラスかマイナスいずれかの極性に帯電した粒子は、クーロン力により最も電気的に安定する電極に付着する。即ちプラスに帯電した粒子２・粒子４は電位が最も低い電極３・電極６上に存在し、一方マイナスに帯電した粒子１・粒子３は電極２・電極５上に存在する。
【０００８】
次に時間ｔ２において各電極に印可する電圧を変化させる。図のように電極１と電極４にプラス電位を印可し、電極２と電極５にはマイナスの電位を印可することで、電極２上のマイナス帯電粒子はクーロン力により電極１・電極４に移動する。ここで電極３と電極６は０ボルトとされており、電極１・電極４に粒子が移動する電界よりも弱いためマイナス帯電粒子が移動することはない。さらに時間ｔ３において各電極の電位を変化せしめ、電極１と電極４にマイナス電位を印可し、電極３と電極６にはプラスの電位を印可することで、電極４上のマイナス帯電粒子はクーロン力により電極３に移動する（ｔ２において電極１上の粒子はｔ３で図外に移動する）。
【０００９】
また同様にプラス帯電粒子についても図示したように時間ｔｌにおいて電極３・電極５に存在したものが、時間ｔ２には電極２・電極５に移動し、さらに時間ｔ３においては電極１・電極４へと搬送することが可能である。
【００１０】
したがってｔｌからｔ３を繰り返すことで粒子を連続的に一方向に搬送することが可能となる。
【００１１】
ここで粒子の搬送速度については時間ｔｌ・ｔ２・ｔ３のスイッチング速度即ち、印可電圧の周波数と、スイッチング一回あたりの移動量（電極ピッチ）の積となる。また搬送量については電極幅と印可電圧により制御することが可能である。
【００１２】
したがってこのような電界を用いた粉体の搬送方法を用いることで、帯電した粒子の搬送を正確に制御することが可能となり、一定量の粉体を一定速度で搬送することが可能となる。したがって本粉体搬送方法の応用例として粉体塗料、粉体材料等の生産過程における正確な粉体搬送量制御や、もしくは電子写真装置等の画像形成装置における粉体インク（トナー）の現像プロセスに用いることが可能である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このように上述の電界を用いた粉体の搬送方法に依れば、スクリューのように粉体にストレスを与えることなく、且つ必要量の粉体を効率よく搬送することが可能となる。
【００１４】
しかしながら上述の電界を用いた粉体の搬送方法においては、粉体が搬送面上を滑るように移動していくため、粉体が電極間の窪みに落ちて搬送途中で停止してしまう事があった。搬送装置中で停止した粉体は、他の正常な粉体の搬送路を塞いで搬送の妨害となるため、長期の使用により搬送性の低下や、搬送不良が発生していた。
【００１５】
また粉体を停止させることなく搬送するためには駆動力である印加電圧を増加させることが有効であるが、過大な電界を微小な電極間に印加することは電極間における電流のリークを引き起こし搬送電極の破壊につながっていた。
【００１６】
また上述の電界を用いた粉体の搬送方法においては粉体の搬送領域全面に搬送電極を形成する必要があるため、搬送装置を大型化する際に搬送電極が長くなる。長い搬送電極において電圧降下なく、全領域において均一に粉体を搬送するためには搬送電極を厚くする必要がある。搬送電極を厚くすると粉体が窪みに落ちる確率が増大し、安定した粉体搬送を妨げていた。したがって従来の電界を用いた粉体の搬送装置においては大面積化して大量の粉体を搬送するのは困難であった。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本出願に係る第１の発明は、少なくとも誘電体上に複数の電極を配置した搬送面と、該電極に交番電界を印可せしめる電圧供給手段を有する粉体搬送装置であって、複数の電極の間隔を搬送する帯電粒子の体積平均径よりも長く配置しており、帯電粒子を搬送面上の絶縁性液体中に分散させて、複数の電極の電界により帯電粒子を搬送することを特長とする。
【００１８】
上記構成を取ることにより電極間におけるリークの発生を抑えると共に粉体の電極への固着を防ぎ、長期にわたり安定した粉体搬送が実現できる。
【００１９】
本出願に係わる第２の発明は、前記電極間に硬化性樹脂がプレス成形によって充填される事を特長とし、平坦な搬送面を容易に形成できると同時に、電極上に余分な樹胎を乗せることがないため、粉体に大きな電界を印可することが可能となる。
【００２０】
本出願に係わる第３の発明は、前記硬化性樹胎は紫外線硬化樹脂であることを特長とし、前記硬化性樹脂の成形を容易にする。
【００２１】
本出願に係わる第４の発明は、前記電極上に保護層を設け、前記保護層の層厚を前記電極のピッチ以下の厚さに設定することを特長し、搬送電極の保護と、粉体に作用する電極間の電界強度の維持を両立する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明における第一の実施形態を図１に示す。
【００２３】
本実施形態における粉体搬送方法はミクロンサイズの樹脂粒子の搬送に本発明を適用したものである。
【００２４】
図１中のＰはポリスチレン等のバインダ樹脂に帯電量制御剤を分散させる事により製造された体積平均径５μｍの粒子であり、イソパラフィン系の絶縁性液体中に分散されている。帯電量制御材の働きにより粒子Ｐは絶縁性液体Ｌ中のイオンを吸着し帯電させられた状態で搬送面に供給される。
【００２５】
このとき粒子Ｐの帯電極性は帯電量制御材により制御される。例としてステアリン酸、ナフテン酸の金属塩を帯電量制御材として用いることで粒子を正極性に帯電可能である。
【００２６】
キャリア液としての絶縁性液体としてはジメチルポリシロキサンオイルやイソパラフィン系溶剤等を用いることで安全性（低引火性、低毒性）を維持しつつ電極間のリークを抑制することができる。また揮発性の液体とすることで搬送後の粒子の乾燥も容易となる。
【００２７】
図１中の１は絶縁体である厚さ５ｍｍのガラス基盤であり、そのガラス基板１上には高さ５ミクロン、幅８ミクロンのアルミ電極が１６ミクロンピッチで形成されている。搬送電極３は３本おきにａ相コモン電極２、ｂ相取り出し電極４、Ｃ相コモン電極５に結線されており、おのおの３種類の電源に接続される。したがってその搬送電極３には３相交流が印加可能であり（ａ相、ｂ相、Ｃ相）、帯電粒子Ｐを搬送する為の移動電界を逐次形成する。
【００２８】
ａ相コモン電極２、Ｃ相コモン電極５についてはａ相、ｂ相それぞれの搬送電極をショートして電圧供給手段１０、１２により駆動電圧を一括供給されている。
【００２９】
また、ｂ相取り出し電極４は、絶縁フィルム上に８μｍ幅で４８μｍピッチの電極が形成されたもので、搬送電極３におけるｂ相の端部とのみ対向するように位置合わせされた後、導電粒子分散フィルムを介してガラス基板上のｂ相電極に圧着されている。導電粒子分散フィルムは異方導電性により圧着方向のみに導電することが可能である。したがってａ相、ｃ相とショートすることなくｂ相を取り出すことが可能となり、大量のワイヤーボンディング作業なしに３相目を取り出すことが可能となる。
【００３０】
搬送電極３には隣接する電極間で位相差を有する３相の交番電圧が電圧供給手段電源１０、１１、１２から入力される。
【００３１】
電圧供給手段１０，１１，１２はいずれも０Ｖ→＋５０Ｖ→−５０Ｖを順次印加して１周期としているが、電圧供給手段１０，１１，１２各々で位相が異なっている。例として電圧供給手段１０が０Ｖの時には電圧供給手段１１が＋５０Ｖであり、電圧供給手段１２は−５０Ｖを印加するようになっている。
【００３２】
本実施形態では振幅１００Ｖｐｐ、駆動周波数１ｋＨｚの交番電圧を電圧供給手段１０，１１，１２のいずれにも適用することで５０ｍｍ／ｓｅｃの搬送速度と１ｃｍ当り１ｍｇ／ｓｅｃの搬送量を実現した。
【００３３】
ここで本実施形態における粒子搬送方法について詳しく説明する。キャリア液Ｌ中に分散された粒子Ｐは、たとえば粒子が正の帯電電荷を持つ場合には最も電位の低い搬送電極に移動し安定する。しかしながら従来の気中における静電粒子搬送法とは異なり、搬送電極と粒子Ｐ間には僅かながらもキャリア液層が存在するため粒子と搬送面間の摩擦は小さい。したがって粒子Ｐは比較的自由に搬送面上を移動可能であり、搬送電極上に形成された電界に追従する。
【００３４】
また粒子Ｐはキャリア液中で室温におけるブラウン運動により常に微小に揺動せしめられ搬送電極に完全に固着することが無い。したがって長期の使用においても搬送不良が発生せず安定した粉体搬送が実現される。
【００３５】
搬送量の調整については電圧供給を間欠で行ってもいいし印加電圧を変化させたり、印加周波数を変調する事によっても実現することができる。
【００３６】
また、供給電圧の位相を変化させる（０Ｖ→−５０Ｖ→＋５０Ｖ）ことで搬送方向の逆転も容易に可能である。
【００３７】
キャリア液としては電極間のリーク防止と粒子の帯電性を良好にするために１０１２Ω・ｃｍ以上の電気抵抗を持たせる事が好ましい。このような絶縁性キャリア液を用いることで長期間にわたり安定した粉体搬送が可能となる。
【００３８】
本実施形態では粉体粒子として５μｍのポリスチレン粒子を用いたが、帯電制御剤等により帯電可能な粒子であれば本発明における粉体搬送は可能であり、一例としてポリエステル系樹脂、アクリル系樹胎を用いても同様の効果が得られた。
【００３９】
すなわち本実施形態によれば粉体搬送方法として、絶縁性液体中に分散せしめた該粉体粒子を搬送面上に設けられた移動電界により搬送を行うことで、粉体の搬送量、搬送スピードの正確な制御が可能となった。またキャリア液中で粉体を搬送することにより、粉体と搬送面間の摩擦が低減されるため、粉体粒子が搬送途中で停止することなく長期にわたり安定した粉体搬送が可能となった。さらにキャリア液に絶縁性液体を用いることで電極間のリークを防ぎ粉体を駆動する実効電界を増加させ、且つ電界搬送に必要な粉体粒子の帯電も安定化した。
【００４０】
（実施形態２）
第２の実施形態を図３に示す。本実施形態は電極間に樹脂層を設けて粉体が電極間に落ち込んで搬送不良となることを抑制した構成を特徴とする。
【００４１】
なお基本的な構成は実施形態１と同様であるため、同一な部材には同一の記号が付してある。図３において１は誘電体たるガラス基盤であり、その表面にはｃ相のみ取り出し結線するｃ相導電層９が形成されている。さらに厚さ１μｍの窒化シリコン膜からなる絶縁層８を介してａ相、ｂ相、ｃ相の電極たる搬送電極３のパターンが形成される。ｃ相の結線をとるにはｃ相直下の絶縁層８をエッジングしてコンタクトホール１３が形成されている。
【００４２】
したがってａ相、ｂ相は第一の実施形態と同様にガラス基盤１の端部から電圧を供給されるが、３相日のｃ相については電気基盤を多層化することで電極間を結線し、さらに一点にコンタクトホール（不図示）を設けてｃ相導電層９と表面のｃ相給電部とを導電せしめている。これら多層基盤の形成には通常の半導体や液晶の製造プロセスを使用可能である。
【００４３】
図３において７は紫外線硬化樹脂たる樹脂層であり、搬送面の表面粗さを大幅に低減する。以下にその製法について図４を用いて説明する。
【００４４】
図４（ａ）に示すように８μｍ幅で５μｍ厚の搬送電極３のパターンを形成された誘電体たるガラス基盤５０１に、配線面が型基盤５０５に対向するように平坦化用の埋め込み樹脂５０６を挟むように接触させる。
【００４５】
この際、型基盤としては金属、ガラス、セラミック、合成樹脂等の透明なものを用いることが可能で、埋め込み樹脂としてはエポキシ系、アクリル系の紫外線硬化型樹脂のモノマーを用いることができる。
【００４６】
次に、図４（ｂ）に示すように、型基盤５０５とガラス基盤５０１をプレス機５０７等で上下から圧力を加え全面にわたって密着させる。
【００４７】
その後、図４（ｃ）に示すように、紫外線５０８を当てて硬化させ、型基盤を離型して図４（ｄ）に示すような樹脂層７を形成することができる。
【００４８】
このように形成された搬送面表面には電極による凹凸が殆ど存在せず、測定値ではＲｍａｘは０．１μｍ以下であった。
【００４９】
ここで本実施形態における表面粗さはＪＩＳ表面粗さＢ０６０１に基づく最大高さＲｍａｘにより測定した。
【００５０】
最大高さＲｍａｘは断面曲線から基準長さだけ抜き取った部分の平均線に平行な２直線で抜き取り部分を挟んだとき、この２直線の感覚を断面曲線のたて倍率の方向に測定して、この値をマイクロメートルで表したものである。
【００５１】
本実施形態では表面粗さ最大高さの測定に小阪製作所の表面粗さ測定装置ＳＥ３４００並びに非接触検出ユニットＰＵ・ＯＳｌ００を用いた。
【００５２】
搬送面の表面粗さを低減することは電極の厚さを小さくすることでも可能であるが、搬送電極の電気抵抗が上昇するため、搬送装置の大型化が困難となる。
【００５３】
搬送電極３および樹脂層７の表面には外部からの衝撃から搬送電極を保護する保護層６を設けてもよい。本実施形態における該保護層６は絶縁性である１μｍ厚のポリイミドから形成されており、搬送電極をキズ、リークから保護している。この際保護層が厚くなるほどキャリア液中の搬送電界は弱くなり搬送性が低下するため、保護層の厚さとしては電極のピッチ以下とすることが好ましい。
【００５４】
本実施形態ではアルミより形成される対向壁１３によりキャリア液Ｌと粒子Ｐは高さ１００μｍの流路Ｍ中に規制されており、搬送面３上に形成される交番電界により搬送されている。本発明における粉体搬送では搬送の駆動力が電界であるため、粒子Ｐの搬送特性は流路Ｍ内でキャリア液に印加される微小な圧力変動に依存することが少なく、したがって粉体の正確な搬送量制御が可能となる。
【００５５】
すなわち本実施形態では電界を用いた粉体搬送装置における搬送電極間に樹脂層を設け、粉体が電極間に落ち込むことによる搬送不良を防止した。またプレス加工により平坦化された搬送面表面は粒子との摩擦をさらに低減し、搬送効率が向上した。さらに搬送面表面に保護層を設けることで搬送電極への損傷を防止し、長期にわたり安定した粉体搬送が実現された。
【００５６】
【発明の効果】
以上、説明してきたように本出願に係わる第１の発明によれば、少なくとも誘電体上に複数の電極を配置した搬送面と、該電極に交番電界を印可せしめる電圧供給手段を有し、搬送面上の絶縁体液体中に分散された帯電粒子を電界により搬送することを特長とし、上記構成を取ることにより電極間におけるリークの発生を抑えると共に粉体の電極への固着を防ぎ、長期にわたり安定した粉体搬送が実現された。
【００５７】
本出願に係わる第２の発明は、前記電極間に硬化性樹脂がプレス成形によって充填される事を特長とし、平坦な搬送面を容易に形成できると同時に、電極上に余分な樹脂を乗せることがないため、粉体に大きな電界を印可することが可能とした。
【００５８】
本出願に係わる第３の発明は、前記硬化性樹脂は紫外線硬化樹脂であることを特長とし、前記硬化性樹脂の成形を容易にした。
【００５９】
本出願に係わる第４の発明は、前記電極上に保護層を設け、前記保護層の層厚を前記電極のピッチ以下の厚さに設定することを特長し、搬送電極の拐傷防止と、粉体に作用する電極間の電界の維持を両立した。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の概念構成図である。
【図２】実施形態１の概念構成図である。
【図３】実施形態２の槻略構成図である。
【図４】図３の粉体搬送装置の製造方法を説明するための概念図である。
【図５】従来の静電式粉体搬送方法の概念図である。
【符号の説明】
１  ガラス基盤
２  ａ相コモン電極
３  搬送電極面
４  ｂ相取り出し電極
５  ｃ相コモン電極
Ｌ  キャリア液
Ｐ  粉体粒子
Ｍ  搬送流路
【図１】
0004174232.tif 000002
【図２】
0004174232.tif 000003
【図３】
0004174232.tif 000004
【図４】
0004174232.tif 000005
【図５】
0004174232.tif 000006