JP2006042430A - Control device for er fluid - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電場に応じてレオロジー特性が変化するER流体の制御デバイスに関するものである。 The present invention relates to a control device for an ER fluid whose rheological properties change according to an electric field.
電場を印加することで材料の弾性や粘性等のレオロジー特性が変化する性質はER(エレクトロ・レオロジー)効果と呼ばれ、このような特性を持つER流体として、絶縁性の液体に誘電性固体微粒子を分散させた懸濁液や液晶がある。従来、こうしたER流体のER効果の発現及びその制御方法としては、一対の平板電極を対向させた平行二平板電極とした構造や、内筒に正、負の一方の電極、外筒に他方の電極を配置した二重円筒構造としたものがある(特開2003−113814号公報参照)。 The property that changes rheological properties such as elasticity and viscosity of a material by applying an electric field is called ER (electro-rheological) effect. As an ER fluid having such properties, an insulating liquid is mixed with dielectric solid fine particles. There are suspensions and liquid crystals in which are dispersed. Conventionally, the expression of the ER effect of such an ER fluid and a control method thereof include a structure in which a pair of flat plate electrodes are opposed to each other in parallel, two flat plate electrodes, one positive and negative electrode on the inner cylinder, and the other on the outer cylinder. Some have a double cylindrical structure in which electrodes are arranged (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-113814).
こうしたER流体の制御方法において、平行二平板電極構造は平板電極に所定の面積を要し、二重円筒構造はその構造上、筒体の微小径化が困難であり、制御デバイスとして超小型化、マイクロデバイス化に限界があった。
この発明は、所定全長の管体で形成したER流体の制御デバイスを提案し、ER流体の流動を簡単に制御することができ、例えば、ER流体を封入した管体内にロータを設けたマイクロモータとしての適用や、ER流体の流通路に設け、可動機構部を持たない駆動装置(ポンプ)として機能可能なER流体の制御デバイスを提案するものである。また、管体の微小径化によってデバイスの超小型化を図ることができ、マイクロマシンへの適用を可能としたER流体の制御デバイスを提案するものである。 The present invention proposes a control device for ER fluid formed by a tube having a predetermined length, and can easily control the flow of ER fluid. For example, a micromotor having a rotor in a tube enclosing ER fluid And an ER fluid control device that is provided in the ER fluid flow passage and can function as a driving device (pump) having no movable mechanism. Further, the present invention proposes an ER fluid control device that can be miniaturized by reducing the diameter of the tube and can be applied to a micromachine.
上記の課題を解決するため、この発明は、所定全長の管体10で形成し、管体10内をER流体が流動可能としたER流体の制御デバイスであって、複数の電極12を間隔を設けて配置して管壁を形成し、電極12に電圧を印加して生じる電場を所定方向へ移動させることでER流体に流動を誘起し、且つ流動を制御することを特徴とするものである。
In order to solve the above-described problem, the present invention is an ER fluid control device that is formed by a
請求項2に記載の構成は、管体10の管壁を、軸方向に沿って電極12を配置して形成するものである。
According to the second aspect of the present invention, the tube wall of the
請求項3に記載の構成は、管体10の管壁を、環状に複数の電極12を配置して形成するものである。
According to a third aspect of the present invention, the tube wall of the
請求項4に記載の構成は、電極12に三相電圧を印加してER流体の流動を制御するものである。
According to the fourth aspect of the present invention, the flow of the ER fluid is controlled by applying a three-phase voltage to the
請求項5に記載の構成は、ER流体として液晶を用いるものである。 The structure of Claim 5 uses a liquid crystal as ER fluid.
この発明のER流体の制御デバイスは、ER流体が流動可能とした管体10の管壁を、複数の電極12を間隔を設けて配置して形成し、電場を所定方向へ移動させることでER流体に流動を誘起するもので、電場の移動方向を切り替えてER流体の流動方向を切り替え、電場強度、電場の移動速度を制御してER流体の流速、流量を制御するなど、ER流体の流動を簡単に制御することができる。また、従来の二重円筒構造と異なり、管体10の微小径化が可能であり、デバイスの超小型化を図り、マイクロデバイスとしてマイクロマシンへの適用が可能である。
In the ER fluid control device according to the present invention, the tube wall of the
また、軸方向に沿った複数の電極12を配置して管壁を形成すれば、ER流体に回転流動を誘起し、渦流を生じさせることができる。本構成によれば、電場強度を制御してER流体の見かけの粘性を可変することにより、ER流体の軸方向の流速、流量を制御することができる。また、電場強度、電場の移動速度を制御することで、ER流体の回転流動速度を制御することができ、ER流体を封入した管体内にロータ(ギア)を設け、電場強度、電場の移動速度の制御でロータの回転数やトルクを制御するマイクロモータなどの応用機器として適用可能である。
Moreover, if a plurality of
また、環状に複数の電極12を配置して管壁を形成すれば、ER流体に軸方向に沿った流動を誘起することができる。したがって、本構成によれば、ER流体の流通路に設けて可動機構部を持たないポンプとして機能することができる。
Further, if a plurality of
また、電極12に三相電圧を印加する構造とすれば、電圧、周波数、三相の順序等を制御することでER流体の流動を容易に制御することができ、その制御回路を簡単に構成することができる。
In addition, if the structure is such that a three-phase voltage is applied to the
以下にこの発明の実施の形態を、図面の実施例について具体的に説明する。 Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to examples of the drawings.
図1から4は、この発明の最初の実施例で、作動原理を説明するための最も基本的な構成である。図に示すように、この制御デバイスは所定全長の管体10で形成され、管体10内をER流体が流動可能としている。管体10の管壁は、絶縁部11を挟んで複数の電極12を配置して形成され、電極12は間隔を設けて軸方向に沿って並置され、放射状位置に配置されている。
1 to 4 show the first embodiment of the present invention and the most basic configuration for explaining the operation principle. As shown in the figure, this control device is formed of a
次に、この制御デバイスの作動原理を説明する。
ER流体として液晶を用い、電極12に電圧が印加されない状態では、図2に示すように、液晶分子15は無秩序、不規則の状態である。
Next, the operating principle of this control device will be described.
In a state where liquid crystal is used as the ER fluid and no voltage is applied to the
図3(イ)は、相対向した位置に位置する隣接した一対の電極(正極、負極)に電圧を印加した状態である。ここで、電圧の印加で生じた電場に従い、図に示すように、液晶分子15が一部配向する。次に、(ロ)に示すように、正極、負極が時計方向へ隣接した位置の電極12へ移動するように電圧を印加すると、電場が時計方向へ移動し、液晶分子15が電場の移動に従って再配向する。さらに、(ハ)、(ニ)に示すように、正極、負極が時計方向へ隣接した位置の電極12へ順次移動するように電圧を印加すると、液晶分子15が電場の移動に従って順次再配向する。このようにして、電場を所定方向へ移動すると、液晶分子15が順次再配向して移動し、その結果、図4に示すように、電場の移動方向(矢印方向)に従って、管体10内に白抜き矢印方向への回転流動(渦流)が誘起される。
FIG. 3 (a) shows a state in which a voltage is applied to a pair of adjacent electrodes (positive electrode and negative electrode) located at opposite positions. Here, according to the electric field generated by the application of voltage, the
本例において、液晶分子15の配向の状態(強さ)は電場強度に依存するので、電場強度を制御して液晶の見かけの粘性を可変することができ、この制御デバイスを液晶の流通路に設け、電場強度の制御で液晶の軸方向の流速、流量を可変する制御弁として機能することができる。また、電場強度、電場の移動速度を制御することで、液晶の回転流動速度を制御することができ、液晶を封入した管体10内にロータを設けて制御デバイスを構成し、電場の移動方向、電場強度、電場の移動速度を制御してロータの回転方向、回転数、トルクを制御するマイクロモータなどの応用機器として適用可能である。
In this example, since the orientation state (strength) of the
図5は、この発明の制御デバイスの第2実施例である。本例は、前例と同様に、複数の電極12を軸方向に沿って配置して管壁を形成するとともに、正極、負極を交番関係として電極12に電圧を印加したもので、管体10自体を所定方向へ回転させるものである。図に示すように、電圧の印加で生じた電場に従って液晶分子15が配向し、この管体10を時計方向(矢印方向)へ回転させれば、電場が同じく時計方向へ移動し、電場の移動方向に従って、前例と同様にして管体10内に回転流動を誘起することができる。したがって、管体10の回転速度を制御することで、液晶の回転流動速度を簡単に制御可能としたものである。
FIG. 5 shows a second embodiment of the control device of the present invention. In this example, as in the previous example, a plurality of
図6は、この発明の制御デバイスの第3実施例である。本例は、軸方向に沿って絶縁部11を挟んで6個の電極12を配置して管壁を形成し、電極12に2組の三相(RST)電圧を印加する構造としたものである。この制御デバイスは、所定周期で各相が正極、負極が反転して電場を所定方向へ移動させ、前例と同様にして液晶に回転流動を誘起し、電圧、周波数、三相の順序等を制御して回転流動を制御するものである。また、三相電圧を用いることで、その制御回路を簡単に構成可能としたものである。
FIG. 6 shows a third embodiment of the control device of the present invention. In this example, six
図7、8は、この発明の制御デバイスの第4実施例である。図に示すように、本例の制御デバイスも所定全長の管体10で形成され、管体10内を液晶が流動可能としている。管体10の管壁は、環状の電極12と絶縁部11を交互に並置し、多数の電極12を間隔を設けて環状に配置して形成されている。
7 and 8 show a fourth embodiment of the control device of the present invention. As shown in the figure, the control device of this example is also formed of a
この制御デバイスは、軸方向に沿って所定の間隔を隔てて隣接した一対の電極(正極、負極)に電圧を印加し、正極、負極が順次右方向へ隣接した位置の電極12へ移動するように電圧を印加し、電場を順次移動する。このようにして、電場を所定方向へ移動すると、液晶分子15が順次再配向して移動し、その結果、図8に示すように、電場の移動方向(矢印方向)に従って、管体10内に白抜き矢印方向への軸方向流動が誘起される。この制御デバイスは、液晶の流通路に設け、電場の移動方向、電場強度、電場の移動速度を制御して軸方向流動の方向、流速、流量を制御することで、可動機構部を持たないポンプとして適用可能である。
The control device applies a voltage to a pair of electrodes (positive electrode and negative electrode) adjacent to each other at a predetermined interval along the axial direction so that the positive electrode and the negative electrode sequentially move to the
図9は、この発明の制御デバイスの第5実施例である。本例は、前例と同様に、管体10の管壁を多数の電極12を環状に配置して形成し、電極12に順次三相(RST)電圧を印加する構造としたものである。この制御デバイスは、所定周期で各相が正極、負極が反転して電場を所定方向へ移動させ、前例と同様にして液晶に軸方向流動を誘起し、電圧、周波数、三相の順序等を制御して軸方向流動を制御するものである。また、第3実施例と同様に、三相電圧を用いることで、その制御回路を簡単に構成可能としたものである。
FIG. 9 shows a fifth embodiment of the control device of the present invention. In this example, the tube wall of the
10 管体
12 電極
10
Claims (5)
複数の電極12を間隔を設けて配置して管壁を形成し、電極12に電圧を印加して生じる電場を所定方向へ移動させることでER流体に流動を誘起し、且つ流動を制御することを特徴としたER流体の制御デバイス。 An ER fluid control device that is formed of a tube body 10 having a predetermined length, and that allows the ER fluid to flow in the tube body 10
A plurality of electrodes 12 are arranged at intervals to form a tube wall, and an electric field generated by applying a voltage to the electrodes 12 is moved in a predetermined direction to induce a flow in the ER fluid and control the flow. ER fluid control device characterized by the above.
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JP2010183754A (en) * | 2009-02-06 | 2010-08-19 | Kochi Univ Of Technology | Multipole liquid crystal motor |
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JP2015152028A (en) * | 2014-02-10 | 2015-08-24 | 公立大学法人高知工科大学 | Lateral electric field type liquid crystal fluidization formation mechanism and lateral electric field type object movement mechanism utilizing liquid crystal fluidization |
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