JP2001343005A - アクチュエータおよびマイクロポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極間に保持されたＥＲ流体に電圧を印加し
た場合に、該ＥＲ流体に剪断流れを生じさせることな
く、電極面の法線方向に作用する法線応力が発生すると
いう特性を利用したアクチュエータを提供する 【解決手段】 移動電極１と固定電極２との間にＥＲ流
体３を保持し、これらの電極間に電圧を印加することに
よって、上記ＥＲ流体３に電極面に対して法線方向の応
力（法線応力）を発生させ、この法線応力によって上記
両電極を引きつけることによって移動電極１に変位を生
じさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気粘性流体を用
いたアクチュエータ、および該アクチュエータを用いた
マイクロポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＥＲ流体（Electro Rheoligical
Fluid:電気粘性流体）に関して、該ＥＲ流体を用いたア
クチュエータや、ＥＲ流体を作動流体とするマイクロポ
ンプ等が開発されている。ここで、上記ＥＲ流体とは、
誘電体の微粒子である分散相粒子を絶縁性の液媒中に分
散させてなる流体であり、通常は上記分散相粒子が液媒
中を自由に移動できるため低粘度の状態を示している
が、該ＥＲ流体に電圧を印加した場合には、剪断流れに
対して剪断応力が発生するという特性を有する。

【０００３】上記ＥＲ流体を用いたアクチュエータとし
ては、特開平８−２７０６１５号公報に記載のものがあ
る。上記公報におけるアクチュエータは、図１１に示す
ように、２つの駆動源部１０１・１０１と出力部１０２
とを流体流路１０３にて結合した構成であり、上記駆動
源部１０１においては、その内部にくし形の電極１０４
を配置すると共にＥＲ流体１０５を留置している。そし
て、上記電極間に電圧を印加することにより静電引力に
よって、動作流体であるＥＲ流体１０５を電極面に平行
に吸引することができる。また、上記出力部１０２は、
シリンダ１０６およびピストン１０７からなり、上記シ
リンダ１０６およびピストン１０７の間の空間にはＥＲ
流体１０５が満たされている。それゆえ、上記駆動源部
１０１における上記ＥＲ流体１０５の移動に伴って、上
記出力部１０２内のＥＲ流体１０５が流体流路１０３を
通じて駆動源部１０１側へ移動し、この移動をシリンダ
１０６およびピストン１０７によって取り出すことで変
位出力を得ることができる。

【０００４】また、ＥＲ流体を輸送するポンプとして
は、特開平９−２６４２８４号公報や特開平１１−１３
６７７号公報に記載のものがある。

【０００５】上記特開平９−２６４２８４号公報に記載
のポンプは、例えば、図１２（ａ）または（ｂ）に示す
ように、ローラ電極１１１と固定電極１１２（若しく
は、２つのローラ電極１１１Ａ・１１１Ｂ）を対向さ
せ、上記電極間に電界を印加することでＥＲ流体中の分
散相粒子１１３に架橋構造を形成させ、電極間に該架橋
構造を維持したまま、上記ローラ電極１１１（若しく
は、ローラ電極１１１Ａ・１１１Ｂの両方）をモータに
よって回転駆動することで、上記ＥＲ流体を搬送する構
成である。

【０００６】また、特開平１１−１３６７７号公報に記
載のポンプは、図１３に示すように、一対の電極群１１
４・１１４間にＥＲ流体を満たし、上記各電極群１１４
を構成する各電極において流路の一端側から他端側へ順
次電圧を印加することで見かけ上の電極の移動を生じさ
せ、ＥＲ流体中の分散相粒子１１５に生じる架橋構造を
この見かけ上の電極の移動に沿って移動させることによ
り上記ＥＲ流体を搬送する構成である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
構成では、以下に述べるような問題が生じる。

【０００８】上記特開平８−２７０６１５号公報に記載
のアクチュエータは、駆動源部１０１と出力部１０２と
を別個に備えていると共に、ＥＲ流体の体積移動を変位
出力に変換する構成であるため、駆動源部１０１や出力
部１０２においてある程度の容積を必要とし、装置の大
型化に繋がり易いといった問題がある。

【０００９】上記特開平９−２６４２８４号公報に記載
のポンプは、ローラ電極１１１の駆動にモータ等の駆動
源を必要とするため、装置が大型化し易く、さらに、ロ
ーラ電極１１１の摺動部において、ＥＲ流体中の分散相
粒子に破損や磨耗が生じたり、あるいは、分散相粒子に
よって上記摺動部における磨耗が促進されるなどの問題
が生じる。

【００１０】上記特開平１１−１３６７７号公報に記載
のポンプは、電界を印加するための電極対において、複
数の電極に電界を切り替えて印加する必要が有り、印加
タイミングの制御が複雑になるといった問題がある。

【００１１】また、上記各公報における装置は、何れ
も、ＥＲ流体に電界を印加した時に生じる架橋構造の剪
断方向（すなわち、電界方向に直交する方向）に対する
抗力を利用して、ＥＲ流体の移動（剪断流れ）が生じて
いる。

【００１２】これに対し、特開平６−１８５５６５号公
報は、電極間のＥＲ流体に電界を印加した時に、剪断方
向のみならず、電極面の法線応力が生じることに着目
し、上記電極面の法線応力を用いて、外部からの振動等
による外力を吸収するダンパーを提案している。

【００１３】上記特開平６−１８５５６５号公報に記載
のダンパーは、図１４に示すように、内部にＥＲ流体１
２１を保留する室１２２内において、移動電極１２３と
固定電極１２４とを対向させ、これら電極間にＥＲ流体
が存在する状態で配置した構成である。

【００１４】上記ダンパーでは、移動電極１２３と固定
電極１２４との電極間に電圧を印加することで、電極間
におけるＥＲ流体１２１に架橋構造を生じさせている。
そして、上記ダンパーの外部から伝達される振動等によ
って移動電極１２３に電極面の法線方向の強制駆動力が
作用した場合、上記ＥＲ流体１２１に発生する法線応力
によって振動等の外力を吸収することができる。

【００１５】ここで、本願発明者は、鋭意研究の結果、
電極間に保持されたＥＲ流体に電圧を印加した場合に、
該ＥＲ流体に対して上述のような剪断流れを生じさせる
ことなく、かつ、電極面の法線方向に電極同士を引きつ
ける方向に作用する法線応力が発生するという知見を得
た。

【００１６】このような知見は、従来、知られていなか
ったことであり、このようなＥＲ流体の特性をアクチュ
エータ等の駆動力等に応用した発明はなかった。

【００１７】本発明の目的は、電極間に保持されたＥＲ
流体に電圧を印加した場合に、該ＥＲ流体に剪断流れを
生じさせることなく、電極面の法線方向に作用する法線
応力が発生するという上記知見を利用したアクチュエー
タ、および該アクチュエータを適用したマイクロポンプ
を提供することにあり、さらに、アクチュエータについ
ては装置の小型化を図ることを目的とし、マイクロポン
プについては制御の容易さと装置の小型化を図ることを
目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１のアクチュエー
タは、少なくとも一方の電極がその電極面の法線方向に
移動可能に備えられた１対の電極間に、これら両電極の
電極面と接するように電気粘性流体を配置し、上記電気
粘性流体に上記電極面と平行な方向に剪断流れを生じさ
せることなく、上記電極間に電圧を印加して、上記電気
粘性流体に電極面の法線方向に生じる法線応力を発生さ
せることにより、電極が駆動することを特徴としてい
る。

【００１９】また、請求項２のアクチュエータは、少な
くとも一方の電極がその電極面の法線方向に移動可能に
備えられた１対の電極と、上記電極間に、これら両電極
の電極面と接するように配置された電気粘性流体とを備
えており、移動可能に設けられた上記電極は、上記電気
粘性流体に上記電極面と平行な方向に剪断流れを生じさ
せることなく、上記電極間に電圧を印加した場合に、上
記電極間の電気粘性流体において発生する電極面の法線
方向に生じる法線応力によって駆動されることを特徴と
している。

【００２０】上記の構成によれば、電極面が互いに対向
して配置された１対の電極においてその電極間に電気粘
性流体が備えられ、上記電極間に電圧を印加した場合
に、上記電極間の電気粘性流体において法線応力が発生
して両電極を引きつけるように作用することにより、電
極面の法線方向に移動可能に設けられた少なくとも一方
の電極に変位を生じさせる。

【００２１】これにより、電極間に保持された電気粘性
流体に電圧を印加した場合に、該電気粘性流体に剪断流
れを生じさせることなく、電極面の法線方向に作用する
法線応力が発生するという知見を応用したアクチュエー
タを提供することができる。また、上記アクチュエータ
の駆動力は、電極間に保持された電気粘性流体の法線応
力によって得られるが、上記電気粘性流体において大き
な体積移動等を必要とせず、該アクチュエータにおける
薄型化を実現することが容易となる。

【００２２】請求項３のアクチュエータは、請求項１ま
たは２の構成に加えて、上記電気粘性流体が、上記電極
間に液柱として配置されることを特徴としている。

【００２３】上記の構成によれば、電圧印加時において
生じる法線応力によってアクチュエータの駆動力を発生
させる電気粘性流体が、電極間で液柱として配置される
場合、その液柱の径を適切な大きさにすることにより、
アクチュエータの変位量を増大させることができる。

【００２４】請求項４のマイクロポンプは、流路を形成
する壁面の一部にダイアフラムを設け、該ダイアフラム
の流路前後に配置された弁の開閉との連携動作により流
体の搬送を行なうマイクロポンプにおいて、上記請求項
１ないし３に記載のアクチュエータを用いて上記ダイア
フラムを駆動することを特徴としている。

【００２５】上記の構成によれば、上記マイクロポンプ
におけるダイアフロムを、薄型のアクチュエータによっ
て駆動することができ、該マイクロポンプの小型化に寄
与することとなる。また、上記アクチュエータによるダ
イアフラムの振動動作と、該ダイアフラムの流路前後に
配置された弁の開閉動作とを連携させることが作動流体
の搬送が可能であり、その動作制御が簡単である。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１ないし図１０に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。

【００２７】本実施の形態に係るアクチュエータに作動
原理を図１を参照して説明する。

【００２８】上記アクチュエータは、移動電極１と固定
電極２との間にＥＲ流体３を保持し、これらの電極間に
電圧を印加することによって、上記ＥＲ流体３に電極面
に対して法線方向の応力（以下、法線応力と称する）を
発生させ、この法線応力によって上記両電極を引きつけ
ることによって移動電極１に変位を生じさせる。すなわ
ち、上記アクチュエータは、上記電極間に印加する電界
の電気エネルギーを上記移動電極１の変位に変換する作
用を有するものである。

【００２９】上記図１（ａ）は、上記移動電極１および
固定電極２の電極間に電圧を印加していない状態を示す
ものであり、この時、ＥＲ流体３中の分散相粒子に架橋
構造が生じておらず、該ＥＲ流体３における法線応力は
生じていない。一方、図１（ｂ）は、上記移動電極１お
よび固定電極２の電極間に電圧を印加した状態を示すも
のであり、この時、ＥＲ流体３中の分散相粒子に架橋構
造が生ずることによってＥＲ流体３に法線応力が生じ、
該法線応力によって移動電極１および固定電極２が引き
寄せられ移動電極１の変位が生じる。

【００３０】図１に示す上記アクチュエータにおいて、
移動電極１および固定電極２の電極間に電圧を印加した
場合に該移動電極１を変位させる力はＥＲ流体３に生じ
る法線応力によって得られる。しかしながら、逆に、上
記電極間に印加されていた電圧をＯＦＦした場合に、変
位が生じていた移動電極１を電圧無印加時の元の位置
（ホームポジション）に戻す力は上記ＥＲ流体３からは
得られない。

【００３１】このため、上記図１の構成において、電極
間の電圧をＯＦＦした場合にそれまで移動電極１に生じ
ていた変位を無くし、該移動電極１をホームポジション
に戻すためには、該移動電極１自身を弾性部材として固
定部材に対して取り付けるか、あるいは、該移動電極１
にバネ等の弾性部材を取り付けて電圧印加時に上記ＥＲ
流体３に生じる法線応力の発生方向と逆方向の弾性力を
移動電極１に付与する必要がある。

【００３２】すなわち、この場合、上記電極間に電圧を
印加した場合には、ＥＲ流体３に生じる法線応力によっ
て移動電極１が変位し、電圧をＯＦＦにした場合には、
該移動電極１に作用する弾性力によって該移動電極１が
ホームポジションに戻る構成となる。つまり、上記移動
電極１は、電圧ＯＮ時におけるＥＲ流体の法線応力と、
電圧ＯＦＦ時における弾性力とにより、それぞれ異なる
方向に移動する。

【００３３】また、上述のように弾性力を用いずに、移
動電極１を異なる方向に移動可能とするためには、図２
に示すように、移動電極１の両側に固定電極２Ａ・２Ｂ
を配置し、移動電極１と固定電極２Ａとの間、および移
動電極１と固定電極２Ｂとの間の両方にＥＲ流体３Ａ・
３Ｂを保持させる構成とすることができる。この構成に
おいては、上記ＥＲ流体３Ａ・３Ｂに対して交互に電圧
を印加することによって移動電極１を異なる方向へ移動
させることができる。

【００３４】また、上記図２における構成は、図１に示
す構成に比べて移動電極１の変位幅を大きくすることが
できるという利点がある。

【００３５】すなわち、図１のアクチュエータでは、移
動電極１の変位は、ＥＲ流体３の法線応力が作用しない
ホームポジション状態と、法線応力の作用による強制変
位が生じた状態との間で移動する。これに対し、図２の
アクチュエータでは、ＥＲ流体３Ａ・３Ｂのそれぞれに
おける法線応力が作用する強制変位状態の間で移動する
ため、図１のアクチュエータに比べて変位幅が大きくな
る。

【００３６】また、図１のアクチュエータでは、電極間
に電圧を印加してＥＲ流体３の法線応力によって移動電
極１を変位させる場合であっても、該移動電極１に弾性
力が作用するため変位量が減少する。一方、図２のアク
チュエータでは、移動電極１に対し弾性力の作用が無い
（若しくは、小さい）ため、変位量の減少が生じない。

【００３７】ここで、上記アクチュエータにおいて、Ｅ
Ｒ流体３は、移動電極１および固定電極２の電極間にお
いて、該電極間の全面を満たすように保持されるもので
はなく、電極面に対してその一部で液柱を形成するよう
に配置される。これについては、詳しくは後述するが、
上記移動電極１の変位量は、電極間に保持されるＥＲ流
体３の量を増やせば単純に増加するものではなく、ＥＲ
流体３を液柱として配置し、その直径を細くした方が移
動電極１の変位量が大きくなる場合があるとの知見が得
られたためである。

【００３８】尚、上記ＥＲ流体を電極間で液柱形状とし
た場合、該ＥＲ流体３の周囲に空間が存在するため、電
圧ＯＦＦ時において、該ＥＲ流体３の分散相粒子の架橋
構造がなくなり粘性が低下することによって該ＥＲ流体
３が電極間から流れ出し、電極間にＥＲ流体３を保持で
きなくなるといった懸念がある。しかしながら、上記懸
念については、電圧ＯＮ時の電圧よりも弱い電圧をＯＦ
Ｆ電圧として印加することで解決できる。すなわち、電
圧ＯＦＦ時においても、０でない弱電圧を電極間に印加
することにより、移動電極１に変位を生じさせることな
く、かつ、電極間でＥＲ流体３を保持できる程度の架橋
構造を形成することが可能である。

【００３９】ここで、上記アクチュエータの作動特性を
調べるために行なった実験の結果を図３〜８を参照して
説明する。

【００４０】図３は、実験装置の概略構成を示す図であ
る。上記実験装置は、片持ち梁１１の先端部分におい
て、その両面に移動電極１２Ａ・１２Ｂを設け、移動電
極１２Ａと対向するように固定電極１３Ａを、移動電極
１２Ｂと対向するように固定電極１３Ｂを配置した構成
である。そして、移動電極１２Ａおよび固定電極１３Ａ
の電極間と、移動電極１２Ｂおよび固定電極１３Ｂの電
極間とにおいて、各電極のほぼ中央付近にＥＲ流体１４
の液柱を形成している。また、実験開始の電圧無印加時
（移動電極１２Ａおよび固定電極１３Ａの電極間距離
と、移動電極１２Ｂおよび固定電極１３Ｂの電極間距離
とが等しい状態）において、上記ＥＲ流体１４の液柱の
径をｄ〔ｍｍ〕、液柱高さをＨ〔ｍｍ〕とする。

【００４１】ｄ＝２ｍｍ、Ｈ＝３ｍｍの条件で、電圧
１．５ｋＶの矩形波を周波数０．５Ｈｚで印加した場合
の結果を図４に示す。尚、図４において、（ａ）は片持
ち梁１１の先端での変位を示し、（ｂ），（ｃ）は移動
電極１２Ａおよび固定電極１３Ａの電極間、移動電極１
２Ｂおよび固定電極１３Ｂの電極間に生じる電界を示
す。（ｂ），（ｃ）からも分かるように、移動電極１２
Ａおよび固定電極１３Ａの電極間、移動電極１２Ｂおよ
び固定電極１３Ｂの電極間には、常に逆極性の電圧が印
加されている。

【００４２】また、同じくｄ＝２ｍｍ、Ｈ＝３ｍｍの条
件で、電圧３ｋＶの矩形波を周波数０．５Ｈｚで印加し
た場合の結果を図５に示す。図５においても、（ａ）は
片持ち梁１１の先端での変位を、（ｂ），（ｃ）は移動
電極１２Ａおよび固定電極１３Ａの電極間、移動電極１
２Ｂおよび固定電極１３Ｂの電極間に生じる電界を示
す。

【００４３】図４（ａ）のグラフと図５（ａ）のグラフ
とを比較することにより、図５（ａ）のグラフの方が変
位量が大きくなっていることが容易に読み取れる。これ
より、本発明のアクチュエータにおいては、ＥＲ流体１
４を保持する電極間において、印加電圧を増大させるこ
とに伴って変位量の増大が生じることが分かる。

【００４４】また、同じくｄ＝２ｍｍ、Ｈ＝３ｍｍの条
件で、電圧１．５ｋＶの矩形波を周波数１０Ｈｚで印加
した場合の結果を図６に示す。図６においても、（ａ）
は片持ち梁１１の先端での変位を、（ｂ），（ｃ）は移
動電極１２Ａおよび固定電極１３Ａの電極間、移動電極
１２Ｂおよび固定電極１３Ｂの電極間に生じる電界を示
す。

【００４５】図４（ａ）のグラフと図６（ａ）のグラフ
とを比較すると、図４（ａ）のグラフでは、その変位が
印加電圧と同じく矩形波に近い形状を示しているのに対
し、図６（ａ）のグラフでは、変位が矩形波となってい
ない。これは、印加電圧の周波数を上げた場合、電極の
変位が印加電圧の変化に十分に追従できないためと考え
られる。一方、図４（ａ）および図６（ａ）のグラフに
おいて変位量を比較してみると、変位量についてはあま
り差が生じていないことが分かる。すなわち、印加電圧
の周波数は、電極の変位量に対してはその影響が極めて
小さいことが分かる。

【００４６】次に、図７および図８を参照し、電極間に
保持されるＥＲ流体１４の液柱の径が変位量に与える影
響を考察する。

【００４７】図７は、ｄ＝２ｍｍ、Ｈ＝３ｍｍの条件
で、電圧３ｋＶの正弦波を周波数１５Ｈｚで印加した場
合の結果であり、図８は、ｄ＝４ｍｍ、Ｈ＝３ｍｍの条
件で、同じく電圧３ｋＶの正弦波を周波数１５Ｈｚで印
加した場合の結果である。尚、図７、図８において、
（ａ）は片持ち梁１１の先端での変位を示し、（ｂ），
（ｃ）は移動電極１２Ａおよび固定電極１３Ａの電極
間、移動電極１２Ｂおよび固定電極１３Ｂの電極間に生
じる電界を示す。（ｂ），（ｃ）からも分かるように、
移動電極１２Ａおよび固定電極１３Ａの電極間、移動電
極１２Ｂおよび固定電極１３Ｂの電極間には、常に逆極
性の電圧が印加されている。

【００４８】図７（ａ）のグラフと図８（ａ）のグラフ
とを比較すると、図７（ａ）のグラフでは、変位の幅が
約０．６ｍｍでノイズも小さい挙動を示しているのに対
し、図８（ａ）のグラフでは、変位の幅が約０．０１ｍ
ｍと極めて小さく、且つノイズも多く発生していること
が分かる。

【００４９】これは、電極間に保持されるＥＲ流体１４
の液柱径が太くなったことにより、電圧印加時において
該ＥＲ流体１４に生じるの法線応力が大幅に減少したた
めと考えられる。すなわち、電極間に保持されるＥＲ流
体１４の液柱径が太くなることによって上記法線応力が
減少する場合があることを示している。

【００５０】次に、上記アクチュエータの応用例とし
て、図９に示すマイクロポンプを説明する。ポンプを用
いてのＥＲ流体の輸送において通常のポンプを利用する
と、輸送されるＥＲ流体と接する接液部分に摺動部が存
在する場合、ＥＲ流体中の分散相粒子に破損や磨耗が生
じたり、あるいは、分散相粒子によって上記摺動部にお
ける磨耗が促進されるなどの問題が生じる。このため、
従来より、ＥＲ流体の輸送にはダイアフラムを用いたポ
ンプが用いられることが多い。

【００５１】本実施の形態に係るマイクロポンプは、図
９（ａ）〜（ｃ）に示すように、流路を形成する壁面の
一部にダイアフラム２１を設け、該ダイアフラム２１の
流路前後に弁２２・２３を配置した構成である。また、
上記ダイアフラム２１の略中央に移動電極２４が設けら
れ、流路外において上記移動電極２４と対向するように
固定電極２５が設けられている。さらに、上記移動電極
２４と固定電極２５との電極間には、ＥＲ流体の液柱２
６が保持されている。

【００５２】すなわち、上記マイクロポンプは、移動電
極２４、固定電極２５、およびＥＲ流体の液柱２６によ
って構成される本発明のアクチュエータによって、上記
ダイアフラム２１を駆動する構成であり、上記アクチュ
エータへの電圧印加によるダイアフラム２１の往復運動
と、弁２２・２３の開閉動作との連携により流体の搬送
を行なうようになっている。

【００５３】上記構成のマイクロポンプにおいて、ダイ
アフラム２１は弾性力を有する部材として備えられてお
り、上記アクチュエータに電圧を印加した時のＥＲ流体
２６に生じる法線応力と、該ダイアフラム２１自身の弾
性力とによって変位する。

【００５４】また、上記弁２２・２３は、該ポンプにて
搬送される作動流体をＥＲ流体とする場合には、流路断
面を挟むように配置される電極対にて形成することがで
きる。この構成では、該電極に電圧印加を行なうことに
よって流路中のＥＲ流体に架橋構造が誘起され、この架
橋構造によって流路を閉鎖することができる。これによ
り、上記弁２２・２３を電磁弁等で構成する場合に比
べ、弁の構造を簡略化することができ、装置の小型化に
寄与する。

【００５５】吸込動作時においては、流出側の弁２２を
閉じて流入側の弁２３を開くと共に、上記電極間にＯＮ
電圧を印加してダイアフラム２１を変位させることによ
って、該ダイアフラム２１が配置された流路内の容積を
増す。この動作によって、流入側から流路内に作動流体
であるＥＲ流体が流れ込む。

【００５６】一方、排出動作時には、流出側の弁２２を
開いて流入側の弁２３を閉じると共に、上記電極間にＯ
ＦＦ電圧を印加してダイアフラム２１を弾性力によって
ホームポジションに変位させることによってダイアフラ
ム２１が配置された流路内の容積を減ずる。この動作に
よって、作動流体であるＥＲ流体が流路内から流れ出
す。

【００５７】上記図９（ｂ）および（ｃ）の動作を交互
に繰り返すことにより、作動流体であるＥＲ流体の搬送
が行なえる。尚、上記マイクロポンプはＥＲ流体の搬送
に好適なものではあるが、搬送される作動流体は特にＥ
Ｒ流体に限定されるものでなく、他の流体搬送にも用い
ることができる。但しＥＲ流体以外の作動流体を搬送す
る場合には、上記弁２２・２３には、機械的に開閉を行
なう電磁弁等を用いる必要がある。

【００５８】また、上記図９に示すマイクロポンプは、
ダイアフラム２１を駆動するアクチュエータが作動流体
の流路外に設けられており、このため、流路外にＥＲ流
体の液柱２６が配されている。これに対し、ＥＲ流体を
作動流体とするマイクロポンプでは、作動流体であるＥ
Ｒ流体を利用してダイアフラムを駆動するアクチュエー
タを構成することも可能である。ダイアフラムの駆動に
作動流体であるＥＲ流体を利用可能とするマイクロポン
プの構造を図１０に示す。

【００５９】図１０に示すマイクロポンプは、（ａ）〜
（ｃ）に示すように、互いに平行な２層構造の流路を有
しており、これら２つの流路を分割する壁面の一部にダ
イアフラム３１が配置されている。上記ダイアフラム３
１の略中央に移動電極３２が設けられ、上記２層の流路
のそれぞれにおいて、流路を挟んで上記移動電極３２１
と対向するように固定電極３３・３４が設けられてい
る。この構成においては、移動電極３２と固定電極３３
または３４との電極間にＯＮ電圧を印加した場合、電極
間に存在する作動流体であるＥＲ流体に架橋構造が生
じ、その法線応力によってダイアフラム３１に変位が生
じる。

【００６０】また、上記マイクロポンプにおいて、一方
の流路（図中、上層側の流路）には該ダイアフラム３１
の流路前後に弁３５・３６が配置され、他方の流路（図
中、下層側の流路）には該ダイアフラム３１の流路前後
に弁３７・３８が配置されている。

【００６１】上記構成のマイクロポンプにおいて、図１
０（ｂ）に示す状態は、図中の上層の流路において流出
側の弁３５を閉じて流入側の弁３６を開き、下層の流路
において流出側の弁３７を開いて流入側の弁３８を閉じ
ると共に、移動電極３２および固定電極３４の電極間に
ＯＮ電圧を印加している。この時、上記ダイアフラム３
１の変位は、上層の流路容積を増し、下層の流路容積を
減ずるように生じるので、上層の流路では吸込動作が行
なわれ、下層の流路では排出動作が行なわれる。

【００６２】一方、上記マイクロポンプにおける図１０
（ｃ）の状態は、上層の流路において流出側の弁３５を
開いて流入側の弁３６を閉じ、下層の流路において流出
側の弁３７を閉じて流入側の弁３８を開くと共に、移動
電極３２および固定電極３３の電極間にＯＮ電圧を印加
している。この時、上記ダイアフラム３１の変位は、上
層の流路容積を減じ、下層の流路容積を増すように生じ
るので、上層の流路では排出動作が行なわれ、下層の流
路では吸込動作が行なわれる。

【００６３】したがって、上記図１０（ｂ）および
（ｃ）の動作を交互に繰り返すことにより、上層および
下層の流路の両方において、作動流体であるＥＲ流体の
搬送が行なえる。

【００６４】上述のような２層構造のマイクロポンプに
おいては、図１０（ｂ）および（ｃ）の両方の状態にお
いて、ダイアフラム３１の変位を、ＥＲ流体の法線応力
によって生じさせることができる。このため、上記ダイ
アフラム３１を弾性力の小さい部材によって構成するこ
とが可能であり、図２で説明した理由によってダイアフ
ラム３１の変位量を大きくとることができるので、よっ
て、該マイクロポンプの作動流体の搬送能力を向上させ
ることができる。

【００６５】尚、ダイアフラムの駆動に作動流体である
ＥＲ流体を利用するマイクロポンプは、必ずしも図１０
に示すような２層構造とする必要はなく、１層構造のポ
ンプであってもよい。但し、その場合には、電圧ＯＦＦ
時のダイアフラムの変位は、該ダイアフラム自身の弾性
力によって生じさせる構造とする必要がある。

【００６６】

【発明の効果】請求項１の発明のアクチュエータは、以
上のように、少なくとも一方の電極がその電極面の法線
方向に移動可能に備えられた１対の電極間に、これら両
電極の電極面と接するように電気粘性流体を配置し、上
記電気粘性流体に上記電極面と平行な方向に剪断流れを
生じさせることなく、上記電極間に電圧を印加して、上
記電気粘性流体に電極面の法線方向に生じる法線応力を
発生させることにより、電極が駆動する構成である。

【００６７】請求項２の発明のアクチュエータは、以上
のように、少なくとも一方の電極がその電極面の法線方
向に移動可能に備えられた１対の電極と、上記電極間
に、これら両電極の電極面と接するように配置された電
気粘性流体とを備えており、移動可能に設けられた上記
電極は、上記電気粘性流体に上記電極面と平行な方向に
剪断流れを生じさせることなく、上記電極間に電圧を印
加した場合に、上記電極間の電気粘性流体において発生
する電極面の法線方向に生じる法線応力によって駆動さ
れる構成である。

【００６８】それゆえ、電極間に保持された電気粘性流
体に電圧を印加した場合に、該電気粘性流体に剪断流れ
を生じさせることなく、電極面の法線方向に作用する法
線応力が発生するという知見を応用し、薄型化を実現し
たアクチュエータを提供することができるという効果を
奏する。

【００６９】請求項３の発明のアクチュエータは、以上
のように、請求項１または２の構成に加えて、上記電気
粘性流体が、上記電極間に液柱として配置される構成で
ある。

【００７０】それゆえ、請求項１または２の構成による
効果に加えて、電極間に配置される電気粘性流体の液柱
の径を適切な大きさにすることにより、アクチュエータ
の変位量を増大させることができるという効果を奏す
る。

【００７１】請求項４の発明のマイクロポンプは、以上
のように、流路を形成する壁面の一部にダイアフラムを
設け、該ダイアフラムの流路前後に配置された弁の開閉
との連携動作により流体の搬送を行なうマイクロポンプ
において、上記請求項１ないし３に記載のアクチュエー
タを用いて上記ダイアフラムを駆動する構成である。

【００７２】それゆえ、上記マイクロポンプにおけるダ
イアフロムを、薄型のアクチュエータによって駆動する
ことができ、該マイクロポンプの小型化を実現できると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ），（ｂ）は、本発明に係るアクチュ
エータの作動原理を示す説明図である。

【図２】本発明のアクチュエータの図１とは異なる変形
例を示す説明図である。

【図３】上記アクチュエータの特性を調べるために行な
った実験における、実験装置の構成を示す説明図であ
る。

【図４】上記実験における実験結果の一例を示すグラフ
であり、液柱径ｄ＝２ｍｍ、液柱高さＨ＝３ｍｍの条件
で、電圧１．５ｋＶの矩形波を周波数０．５Ｈｚで印加
した場合の、変位（ａ）、印加電界（ｂ）および（ｃ）
を示すグラフである。

【図５】上記実験における実験結果の一例を示すグラフ
であり、液柱径ｄ＝２ｍｍ、液柱高さＨ＝３ｍｍの条件
で、電圧３ｋＶの矩形波を周波数０．５Ｈｚで印加した
場合の、変位（ａ）、印加電界（ｂ）および（ｃ）を示
すグラフである。

【図６】上記実験における実験結果の一例を示すグラフ
であり、液柱径ｄ＝２ｍｍ、液柱高さＨ＝３ｍｍの条件
で、電圧１．５ｋＶの矩形波を周波数１０Ｈｚで印加し
た場合の、変位（ａ）、印加電界（ｂ）および（ｃ）を
示すグラフである。

【図７】上記実験における実験結果の一例を示すグラフ
であり、液柱径ｄ＝２ｍｍ、液柱高さＨ＝３ｍｍの条件
で、電圧３ｋＶの正弦波を周波数１５Ｈｚで印加した場
合の、変位（ａ）、印加電界（ｂ）および（ｃ）を示す
グラフである。

【図８】上記実験における実験結果の一例を示すグラフ
であり、液柱径ｄ＝４ｍｍ、液柱高さＨ＝３ｍｍの条件
で、電圧３ｋＶの正弦波を周波数１５Ｈｚで印加した場
合の、変位（ａ）、印加電界（ｂ）および（ｃ）を示す
グラフである。

【図９】本発明のアクチュエータをダイアフラムの駆動
源に応用したマイクロポンプの構造を示すものであり、
（ａ）は平面図、（ｂ）および（ｃ）は互いに異なる動
作状態を示す断面図である。

【図１０】本発明のアクチュエータをダイアフラムの駆
動源に応用したマイクロポンプの変形例を示すものであ
り、（ａ）は平面図、（ｂ）および（ｃ）は互いに異な
る動作状態を示す断面図である。

【図１１】従来の、ＥＲ流体を利用したアクチュエータ
の構成を示す説明図である。

【図１２】図１２（ａ），（ｂ）は、従来の、ＥＲ流体
を搬送するポンプの構成を示す説明図である。

【図１３】従来の、ＥＲ流体を搬送するポンプの構成を
示す説明図である。

【図１４】従来の、ＥＲ流体を利用したダンパーの構成
を示す説明図である。

【符号の説明】

１，１２Ａ，１２Ｂ，２４，３２
移動電極 ２，２Ａ，２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ，２５，３３，３４
固定電極 ３，１４，２６
ＥＲ流体 ２１，３１
ダイアフラム ２２，２３，３５〜３８
弁

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一方の電極がその電極面の法線
   方向に移動可能に備えられた１対の電極間に、これら両
   電極の電極面と接するように電気粘性流体を配置し、 上記電気粘性流体に上記電極面と平行な方向に剪断流れ
   を生じさせることなく、上記電極間に電圧を印加して、
   上記電気粘性流体に電極面の法線方向に生じる法線応力
   を発生させることにより、電極が駆動することを特徴と
   するアクチュエータ。
2. 【請求項２】少なくとも一方の電極がその電極面の法線
   方向に移動可能に備えられた１対の電極と、 上記電極間に、これら両電極の電極面と接するように配
   置された電気粘性流体とを備えており、 移動可能に設けられた上記電極は、上記電気粘性流体に
   上記電極面と平行な方向に剪断流れを生じさせることな
   く、上記電極間に電圧を印加した場合に、上記電極間の
   電気粘性流体において発生する電極面の法線方向に生じ
   る法線応力によって駆動されることを特徴とするアクチ
   ュエータ。
3. 【請求項３】上記電気粘性流体が、上記電極間に液柱と
   して配置されることを特徴とする請求項１または２に記
   載のアクチュエータ。
4. 【請求項４】流路を形成する壁面の一部にダイアフラム
   を設け、該ダイアフラムの流路前後に配置された弁の開
   閉との連携動作により流体の搬送を行なうマイクロポン
   プにおいて、 上記請求項１ないし３の何れかに記載のアクチュエータ
   を用いて上記ダイアフラムを駆動することを特徴とする
   マイクロポンプ。