JP7717650B2 - 物体の接着・剥離方法、及び物体接着剥離装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、物体の接着・剥離方法、及び物体接着剥離装置に関する。

例えば、コンクリートへセンサを一時的に接着する場合、一般的には接着剤や両面テープ等が用いられる。しかしながら、センサの剥離時には、コンクリート側に接着剤や両面テープが残渣となって残る場合がある。接着対象となる物品を一時的に固定対象物に接着し、再剥離する場合、固定対象物には、接着剤等の残渣が残らないことが望ましい。

近年、電圧の印加によって被着体から容易に剥離可能な粘着剤が実用化されている。この技術によれば、固定対象物及び接着対象物のいずれも導電性を有する必要があり、適用範囲が限定されていた。

特開２０２０－２００４８１号公報 国際公開第２０２１／１６６８０３号

本発明が解決しようとする課題は、接着対象物を固定対象物に一時的に接着すると共に、残渣無く固定対象物を剥離することができる物体の接着・剥離方法、及び物体接着剥離装置を提供することである。

実施形態の物体接着剥離装置は、粘着シートと、第１電極と、第２電極と、電源部と、を持つ。粘着シートは、固定対象面に接着される一面側と接着対象物が接着される他面側とに粘着面を有する。第１電極は、粘着シートの一面側に配置されている。第２電極は、粘着シートの一面側において第１電極に隣接して配置されている。電源部は、第１電極と第２電極とに所定電圧を入力し、第１電極と第２電極との間に電位差を与えることにより、粘着シートの一面側において層厚方向に直交する方向に所定電圧に基づく電位差を生じさせ、粘着シートに電気化学反応を生じさせ、粘着シートを固定対象面から剥離させる。

第１の実施形態の物体接着剥離装置の構成を示す斜視図。 第１の実施形態の物体接着剥離装置の電界分布を示す断面図。 第１の実施形態の第１電極及び第２電極の寸法を示す図。 比較例の物体接着剥離装置の電界分布を示す断面図。 第１の実施形態の物体の接着・剥離方法の処理の流れを示すフローチャート。 第２の実施形態の物体接着剥離装置の構成を示す斜視図。

以下、実施形態の物体の接着・剥離方法、及び物体接着剥離装置を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１に示されるように、物体接着剥離装置１は、シート状に形成された粘着シート４と、粘着シート４の一面４Ａ側に設けられた第１電極２及び第２電極３と、第１電極２と第２電極３とに電圧を与える電源部５とを備えている。粘着シート４は、例えば、一面４Ａ側及び他面４Ｂ側に粘着面を有している。粘着シート４の一面４Ａ側は、例えば、固定対象物の固定対象面に接着される。固定対象物は、例えば、コンクリートである。粘着シート４の他面４Ｂ側には、例えば、センサ等の接着対象物が接着される。粘着シート４の一面４Ａ側には、第１電極２が配置されると共に、第１電極２に隣接して第２電極３が配置されている。第１電極２及び第２電極３には、電源部５が電気的に接続されている。

粘着シート４は、例えば、イミダゾリウムイオン液体を用いたアクリル系ポリマー粘着剤により形成されている。粘着シート４は、例えば、所定の電気的特性を有する電気剥離粘着剤層により形成されている。粘着シート４は、例えば、アクリル系ポリマーと、アクリル系ポリマーに含有され所定のイオン伝導率を示すイオン液体と、イオン液体の移動を促進する移動促進剤を含む材料を用いてシート状に形成されている。粘着シート４は、一面４Ａ側及び他面４Ｂ側に粘着性が与えられている。

第１電極２は、例えば、複数の第１櫛歯電極２Ａを有している。複数の第１櫛歯電極２Ａは、所定の電極幅を有する金属製の線状体により形成されている。複数の第１櫛歯電極２Ａは、所定間隔において並置されている。複数の第１櫛歯電極２Ａは、第１接続部２Ｂにより電気的に並列接続されている。第１接続部２Ｂは、各第１櫛歯電極２Ａの基端同士を電気的に接続している。第１接続部２Ｂは、電源部５に電気的に接続されている。

第２電極３は、例えば、複数の第２櫛歯電極３Ａを有している。複数の第２櫛歯電極３Ａは、所定の電極幅を有する金属製の線状体により形成されている。複数の第２櫛歯電極３Ａは、所定間隔において並置されている。複数の第２櫛歯電極３Ａは、第２接続部３Ｂにより電気的に並列接続されている。第２接続部３Ｂは、各第２櫛歯電極３Ａの基端同士を電気的に接続している。第２接続部３Ｂは、電源部５に電気的に接続されている。

第２電極３と第１電極２とは、互いの櫛歯電極同士が隣接して配置されるように線対称に配置されている。各第２櫛歯電極３Ａの間には、各第１櫛歯電極２Ａが配置されている。即ち、各第１櫛歯電極と、各第２櫛歯電極とは、交互に隣接して配置されている。各第１櫛歯電極２Ａと各第２櫛歯電極３Ａとは、例えば、１０００μｍ未満の離間距離ｄにより配置されている。各第１櫛歯電極２Ａ及び各第２櫛歯電極３Ａの電極幅は、離間距離ｄに比して小さく形成されている。離間距離ｄは、粘着シート４の層厚Ｔに比して小さいことが望ましい。

電源部５は、第１接続部２Ｂ及び第２接続部３Ｂを介して第１電極２と第２電極３とに所定電圧を入力する。所定電圧は、所定周波数を有する交流電圧である。所定周波数は、例えば、１０００Ｈｚ以下であることが望ましく、より確実に後述の剥離を生じさせるには１０Ｈｚ以下であることが好ましい。電源部５は、第１電極２と第２電極３との間に電位差を与えることにより、粘着シート４の層厚方向（法線方向）に直交する粘着シート４の面方向に所定電圧に基づく電位差を生じさせる。電源部５は、後述のように粘着シート４の他面４Ｂ側に接着対象物が固定され、粘着シート４の一面４Ａ側が固定対象面に接着された状態において、所定電圧の入力に基づいて粘着シート４に電気化学反応を生じさせ、粘着シート４を固定対象面から剥離させる。

粘着シート４の材料であるイミダゾリウムイオン液体を用いたアクリル系ポリマー粘着剤は、接着面における電気剥離に用いられることが知られている。例えば、シート状に形成されたアクリル系ポリマー粘着剤は、アノード側とカソード側との電極を対向して両面側に設けた場合、アノード側とカソード側との２つの電極間に与えられる電位差に基づいて化学反応が発生し、粘着力が低下することが知られている。

アノード側とカソード側との２つの電極が設けられた粘着シートは、電極間に電位差を与えると、カソード側の電極において水素の気泡が発生する。発生した気泡は、カソード側電極と粘着シートとの間を引きはがすことで粘着力を大幅に低下させる。発生する気泡の大きさは１μｍ－１００μｍ程度である。この範囲において、電極と粘着シート４との間の粘着力が低下する。

図２には、物体接着剥離装置１の断面の一部における電界分布が示されている。第１櫛歯電極２Ａと、第２櫛歯電極３Ａとは、粘着シート４の一面４Ａ側において、粘着シート４の法線方向（Ｚ軸方向）と直交する面方向（Ｘ軸方向）に離間して配置されている。第１櫛歯電極２Ａと、第２櫛歯電極３Ａとの間は、粘着シート４により粘着性を有し、固定対象面に接着可能である。また、粘着シート４の他面４Ｂ側も粘着面であり、接着対象物を接着可能である。接着対象物及び固定対象面は、導電性を有する必要はなく、絶縁体、誘電体、抵抗体、導電体のいずかにより形成されていてもよい。第１櫛歯電極２Ａと、第２櫛歯電極３Ａとは、粘着シート４側に予め設けられていてもよいし、固定対象面側に設けられていてもよい。

第１櫛歯電極２Ａと、第２櫛歯電極３Ａとの間に電圧を入力すると、粘着シート４の層厚方向（Ｚ軸方向）に直行する方向（Ｘ軸方向）に電界が生じる。電源部５により交流電圧が入力される際に第１櫛歯電極２Ａがカソード側となった場合（図２（Ａ）参照）、第１櫛歯電極２Ａと、第２櫛歯電極３Ａとの間において、第１櫛歯電極２Ａに隣接した領域は、水素の気泡が生成される水素発生領域Ｒとなる。電源部５により交流電圧が入力される際に第２櫛歯電極３Ａがカソード側となった場合（図２（Ｂ）参照）、第１櫛歯電極２Ａと、第２櫛歯電極３Ａとの間において、第２櫛歯電極３Ａに隣接した領域は、水素の気泡が生成される水素発生領域Ｒとなる。

水素発生領域Ｒにおいては、水素の気泡の発生により空間が生じ、粘着シート４と固定対象面との間の粘着力が低下する。従って、電源部５により、第１櫛歯電極２Ａと第２櫛歯電極３Ａとに交流電圧を入力すると、粘着シート４の一面４Ａ側において、第１櫛歯電極２Ａと第２櫛歯電極３Ａとに隣接する水素発生領域Ｒにおいて粘着力が低下し、粘着シート４の一面４Ａ側の粘着力が低下する。この場合、第１櫛歯電極２Ａと第２櫛歯電極３Ａとが設けられた粘着シート４の一面４Ａ側の粘着力が他面４Ｂ側の粘着力に比して相対的に低下し、一面４Ａ側が選択的に剥離する。

このとき、電源部５が入力する交流電圧の周波数を所定以上に高めると、粘着シート４の一面４Ａ側において、第１櫛歯電極２Ａと第２櫛歯電極３Ａとの間の領域に存在する電解質の移動が追従しなくなる。この状態においては、第１櫛歯電極２Ａ或いは第２櫛歯電極３Ａに十分な量の電解質が到達できず、粘着シート４の一面４Ａ側の粘着力が低下せず、固定対象面から剥離しなくなる。従って、電源部５が入力する交流電圧の周波数は、第１櫛歯電極２Ａと第２櫛歯電極３Ａとの間の領域に存在する電解質の移動量を示すイオン移動度に基づいて、１ｋＨｚ以下に設定されることが望ましい。より確実に両電極での剥離を生じさせるためには、電源部５が入力する交流電圧の周波数は、１０Ｈｚ以下であることが好ましい。

図３には、第１櫛歯電極２Ａと第２櫛歯電極３Ａとの短手方向の電極幅と離間距離の関係が示されている。第１櫛歯電極２Ａ及び第２櫛歯電極３Ａの短手方向の電極幅Ｗ、離間距離ｄとすると、以下の式（１）の条件を満たす場合、粘着シート４の一面４Ａ側において十分な粘着力を確保することができる。
Ｗ＜ｄ （１）

また、第１櫛歯電極２Ａ及び第２櫛歯電極３Ａに隣接する水素発生領域Ｒにおいて水素の気泡の径ｒｂとすると、以下の式（２）の条件を満たす場合、粘着シート４の一面４Ａ側において良好な剥離効果が得られる。
ｄ＜２×ｒｂ （２）

離間距離ｄは、粘着力の低下効果が得られる範囲であればよく、必ずしも上記関係に限定されるわけではない。離間距離ｄは、より好適には、以下の式（３）の条件を満たすことが望ましい。
ｄ＜１０×ｒｂ （３）

水素の気泡の径ｒｂは、およそ１００μｍであることが望ましい。従って離間距離ｄの条件は、１０００μｍ以下の範囲に設定することができ、より剥離性を高めるためには２００μｍ以下の範囲に設定される。

図４には、比較例に係る物体接着剥離装置１０が示されている。比較例において上記実施形態と同一の構成については、同一の名称を用い、重複する説明は適宜省略する。比較例に係る物体接着剥離装置１０は、粘着シート４０、第１電極２０、及び第２電極３０を備えている。粘着シート４０の一面４０Ａ側には、第１電極２０が設けられ、他面４０Ｂ側には、第２電極３０が設けられている。第１電極２０と第２電極３０とは、電源部５０に電気的に接続されている。この構成において、電源部５０は、第１電極２０と第２電極３０に直流の所定電圧を入力する。第１電極２０をカソード側とすると、第１電極２０と第２電極３０との間において、第１電極２０に隣接した領域は、水素の気泡が生成される水素発生領域Ｒとなる。

比較例に係る物体接着剥離装置１０を固定対象面と接着対象物との間の固定に用いる場合、少なくとも固定対象面と接着対象物とのいずれか一方が電気伝導性を有する導体に形成されている必要がある。比較例に係る物体接着剥離装置１０に比して、実施形態の物体接着剥離装置１によれば、固定対象面と接着対象物とは、導体である必要がなく、不導体に形成されていてもよい。

図５には、物体の接着・剥離方法において実行される各工程が示されている。一面４Ａ側に第１電極２及び第２電極３が設けられた粘着シート４の他面４Ｂ側に接着対象物を接着する（ステップＳ１００）。粘着シート４の一面４Ａ側を固定対象面に接着する（ステップＳ１０２）。第１電極２と第２電極３とに所定電圧を入力し、粘着シート４の層厚方向に直交する方向に所定電圧に基づく電位差を生じさせる（ステップＳ１０４）。粘着シート４の一面４Ａ側に電気化学反応を生じさせ、粘着シート４を第１電極２及び第２電極３と共に固定対象面から剥離する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１００、ステップＳ１０２は入れ換えられてもよい。

上述したように、物体接着剥離装置１によれば、接着対象物を固定対象物に一時的に接着すると共に、残渣無く固定対象物を剥離することができる。物体接着剥離装置１によれば、粘着シート４の一面側に複数の第１櫛歯電極２Ａ及び複数の第２櫛歯電極３Ａが交互に配置されているため、複数の第１櫛歯電極２Ａ及び複数の第２櫛歯電極３Ａに所定電圧を入力した際に、粘着シートの層厚方向に直交する方向に所定電圧に基づく電位差を生じさせ、粘着シート４の一面側４Ａに電気化学反応を生じさせ、固定対象面に残滓が残らないように粘着シート４を固定対象面から剥離することができる。

物体接着剥離装置１によれば、固定対象面が導体或いは不導体に形成されているか否かによらず、粘着シート４を固定対象面から剥離することができる。物体接着剥離装置によれば、第１電極２及び第２電極３に所定周波数の所定電圧を入力することにより、粘着シート４の剥離性を向上することができる。物体接着剥離装置１によれば、所定周波数が粘着シート４内のイオン移動度に基づいて、所定値以下の範囲に設定されることにより粘着シート４の剥離性を向上させることができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態に係る物体接着剥離装置について説明する。以下の説明では、第１実施形態と同一の構成については、同一の名称及び符号を用い、重複する説明については、適宜省略する。

図６に示されるように、物体接着剥離装置１Ａは、粘着シート４の一面４Ａ側に第１電極２Ｃ及び第２電極３Ｃが設けられている。第１電極２Ｃは、金属製の第１線状体を螺旋状に配置した第１螺旋電極２Ｄを有する。第１螺旋電極２Ｄは、所定の巻回方向により巻回された螺旋形状に形成されている。第２電極３Ｃは、金属製の第２線状体を螺旋状に配置した第２螺旋電極３Ｄを有する。第２螺旋電極３Ｄは、第１螺旋電極２Ｄと同じ所定の巻回方向により巻回された螺旋形状に形成されている。第１線状体と第２線状体とは交互に隣接して配置されている。第１線状体と第２線状体とは、離間距離ｄ離間して配置されている。第１螺旋電極２Ｄと第２螺旋電極３Ｄとにより２重螺旋が構成されている。

第２実施形態に係る物体接着剥離装置１Ａによれば、電源部５により第１電極２Ｃ及び第２電極３Ｃに所定電圧の交流電圧を入力することにより、粘着シート４の層厚方向に直交する方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に所定電圧に基づく電位差を生じさせ、粘着シート４の一面側４Ａに電気化学反応を生じさせ、固定対象面に残滓が残らないように粘着シート４を固定対象面から剥離することができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、物体接着剥離装置１は、固定対象面に接着される一面４Ａ側と接着対象物が接着される他面４Ｂ側とに粘着面を有する粘着シート４と、粘着シート４の一面４Ａ側に配置された第１電極２と、粘着シート４の一面側において第１電極２に隣接して配置された第２電極３と、第１電極２と第２電極３とに所定電圧を入力し、第１電極２と第２電極３との間に電位差を与えることにより、粘着シート４の一面４Ａ側において層厚方向に直交する方向に所定電圧に基づく電位差を生じさせ、粘着シート４に電気化学反応を生じさせ、粘着シート４を固定対象面から剥離させる電源部５とを持つことにより、接着対象物を固定対象物に一時的に接着すると共に、残渣無く固定対象物を剥離することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１、１Ａ…物体接着剥離装置、２、２Ｃ…第１電極、２Ａ…第１櫛歯電極、２Ｄ…第１螺旋電極、３、３Ｃ…第２電極、３Ａ…第２櫛歯電極、３Ｄ…第２螺旋電極、４…粘着シート、５…電源部

Claims (9)

1. 一面側と他面側に粘着面を有し前記一面側に第１電極と前記第１電極に隣接して配置された第２電極とを有する粘着シートの前記他面側に接着対象物を接着し、
   前記粘着シートの前記一面側を固定対象面に接着し、
   前記第１電極と前記第２電極とに所定電圧を入力し、前記粘着シートの層厚方向に直交する方向に前記所定電圧に基づく電位差を生じさせ、
   前記粘着シートの前記一面側に電気化学反応を生じさせ、前記粘着シートを前記固定対象面から剥離する、
   物体の接着・剥離方法。
2. 前記所定電圧は、所定周波数を有する交流電圧である、請求項１に記載の物体の接着・剥離方法。
3. 前記所定周波数は、１０００Ｈｚ以下である、
   請求項２に記載の物体の接着・剥離方法。
4. 前記粘着シートは、アクリル系ポリマーと、前記アクリル系ポリマーに含有され所定のイオン伝導率を示すイオン液体と、前記イオン液体の移動を促進する移動促進剤を含む電気剥離粘着剤層により形成されている、
   請求項１から３のうちいずれか１項に記載の物体の接着・剥離方法。
5. 前記第１電極と前記第２電極とは１０００μｍ未満の離間距離により配置されている、請求項１から３のうちいずれか１項に記載の物体の接着・剥離方法。
6. 前記第１電極及び前記第２電極は、所定の電極幅を有する線状体により形成され、
   前記電極幅は、前記離間距離に比して小さく形成されている、請求項５に記載の物体の接着・剥離方法。
7. 前記第１電極は、電気的に並列接続され並置された複数の第１櫛歯電極を有し、
   前記第２電極は、電気的に並列接続され並置された複数の第２櫛歯電極を有し、各前記第１櫛歯電極と、各前記第２櫛歯電極とは、交互に隣接して配置されている、請求項１から６のうちいずれか１項に記載の物体の接着・剥離方法。
8. 前記第１電極は、第１線状体を螺旋状に配置した第１螺旋電極を有し、
   前記第２電極は、第２線状体を螺旋状に配置した第２螺旋電極を有し、
   前記第１線状体と前記第２線状体とは交互に隣接して配置された２重螺旋を構成している、
   請求項１から６のうちいずれか１項に記載の物体の接着・剥離方法。
9. 固定対象面に接着される一面側と接着対象物が接着される他面側とに粘着面を有する粘着シートと、
   前記粘着シートの前記一面側に配置された第１電極と、
   前記粘着シートの前記一面側において前記第１電極に隣接して配置された第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極とに所定電圧を入力し、前記第１電極と前記第２電極との間に電位差を与えることにより、前記粘着シートの前記一面側において層厚方向に直交する方向に前記所定電圧に基づく電位差を生じさせ、前記粘着シートに電気化学反応を生じさせ、前記粘着シートを前記固定対象面から剥離させる電源部と、を備える、物体接着剥離装置。