JP2007209112A - 液体移動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液体移動装置10は、容器12と、第1、第2の液体14、16と、第1の電極18と、第2の電極20と、電圧印加手段22とを含んで構成されている。第1の液体14は、有極性または導電性を有し収容室30に封入され、第2の液体16は、第1の液体14と互いに混合しないものであり収容室30に封入されている。第1の電極18と第2の電極20は、第1、第2の端面壁24、26が互いに対向する方向である容器12の厚さ方向と直交する方向に延在する仮想軸Lに沿って配置されている。第2の電極20は、収容室30に臨む第1の端面壁24の内面と第2の端面壁26の内面との双方に形成され、第2の電極20は、仮想軸Lの延在方向に沿って分割された複数の第2電極体32で構成されている。
【選択図】図2
Description
また、有極性または導電性を有する液体に電界を作用させることにより、液体自体を所望の方向に移動させる液体移動手段が提案されている(特許文献1参照)。
この液体移動手段では、液体(液滴)に接触する第1電極と、液体に対して絶縁層を介して設けられ所定方向に沿って並べて配置された複数の第2電極と、第1電極と各第2電極との間に印加する電圧を個別に制御する制御手段とを備え、制御手段による第2電極への電圧印加の箇所を前記所定方向に変えることで絶縁層上の液体を前記所定方向に移動させるようにしている。
しかしながら上記の従来技術では、液体に作用する電界強度を上げるにも限界があり液体の移動速度を高速化する上で限界があった。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、液体の移動速度の高速化を図る上で有利な液体移動装置を提供することにある。
図1(A)は液体移動の原理を説明する断面図、(B)は(A)のAA線矢視図である。
図1(A)、(B)に示すように、間隔gをおいて互いに対向する第1、第2の端面壁1A、1Bと、第1、第2の端面壁1A、1Bを接続する側面壁1Cとにより密閉された収容室1が形成されている。
第1の端面壁1Aの内面全域には第1の電極2が形成され、第1の電極2が収容室1に臨む表面は撥水膜3Aで覆われている。
第2の端面壁1Bの内面には第2の電極4が設けられており、第2の電極4は2つの電極体4A、4Bが第1、第2の端面壁1A、1Bが対向する方向と直交する方向に延在する仮想軸Lに沿って並べて配置されている。
2つの電極体4A、4Bの表面および第2の端面壁1Bの内面の全域は絶縁膜5で覆われ、絶縁膜5が収容室1に臨む表面全域は撥水膜3Bで覆われている。
絶縁膜5の表面に有極性または導電性を有する第1の液体6が位置しており、第1の液体6には第1の電極2が撥水膜3Aを介して臨み、第2の電極4が絶縁膜5と撥水膜3Bを介して臨んでいる。
また、収容室1には第1の液体6の周囲を囲むように、第1の液体と互いに混合しない第2の液体7が満たされている。
この状態では、第1の液体6はその表面張力によって図1(A)、(B)に実線で示すように平面視円形の形状を呈している。
ここで、他方の電極体4Bに電圧Eが印加されると、絶縁体5が第1の液体6に臨む箇所に正電荷がチャージされ、これにより、第1の液体6が絶縁体5に臨む箇所に電界(静電気力)が作用して第1の液体6が絶縁体5に臨む箇所に負電荷が引寄せられ、言い換えると、第1の液体6を構成する分子が引き寄せられる。
すると、第1の液体6は、図1(A)、(B)に破線で示すように、電極体4Bに向かって引き寄せられるように形状が変化し、やがて、第1の液体6が第2の液体7によって周囲を囲まれた状態で第1の液体6全体が仮想軸Lの延在方向に沿って一方の電極体4Aの上から他方の電極体4Bの上に移動する。
なお、撥水膜3A、3Bは第1の液体6が第1、第2の電極2、4上で移動する際に液体6と第1、第2の端面壁1A、1Bとの間で生じる抵抗を削減し、移動しやすくする作用を果たすものである。
このように、有極性または導電性を有する第1の液体6に第1、第2の電極2、4によって電界を作用させることで第1の液体6が移動される。
本実施の形態において液体移動装置10はシャッターを構成している。
図2(A)は液体移動装置10の構成を示す縦断面図、(B)は(A)のAA線断面図である。
図3(A)は図2(A)のC矢視図、(B)は図2(A)のDD線矢視図である。
図2(A)、(B)に示すように、液体移動装置10は、容器12と、第1の液体14と、第2の液体16と、第1の電極18と、第2の電極20と、電圧印加手段22とを含んで構成されている。
容器12は、互いに対向し平行をなして延在する第1の端面壁24、第2の端面壁26と、これら第1、第2の端面壁24、26を接続する側面壁28とを有し、それら第1、第2の端面壁24、26と側面壁28とにより密閉して形成された収容室30を有している。
ここで容器12の厚さ方向とは、第1の端面壁24と第2の端面壁26とが互いに対向する方向をいう。
本実施の形態では、第1、第2の端面壁24、26は同形同大に形成された長方形板状を呈し、側面壁28は第1、第2の端面壁24、26の輪郭に沿った長方形枠状を呈し、収容室30は断面が長方形状の扁平な柱状を呈している。
また、第1、第2の端面壁24、26および側面壁28は、絶縁性を有する材料で形成され、さらに、第1、第2の端面壁24、26は光を透過する透明な材料で形成されている。
第1、第2の端面壁24、26を構成する材料として、例えば、透明で絶縁性を有する合成樹脂材料あるいは透明なガラス材料を用いることができる。
第2の液体16は、第1の液体14と互いに混合しないものであり収容室30に封入されている。
また、第1の液体14と第2の液体16は実質的に等しい比重を有しかつ第1の液体14の透過率は第2の液体16の透過率よりも低くなるように形成されている。
本実施の形態では、第1の液体14は、例えば、純水とエタノールとエチレングリコールを混合した液体に光を透過しない材料からなる微粒子が混合されることで形成されている。
前記微粒子としては、例えばカーボンブラックを用いることができる。カーボンブラックを用いる場合には、カーボンブラックが、第1の液体14に対して満遍なく混合されるように、それらの表面に親水コーティング処理をなすことが好ましい。前記親水コーティング処理は、例えば、カーボンブラックの表面に親水基を形成することでなされる。
また、本実施の形態では、第2の液体16は透明なシリコンオイルで構成されている。
第2の液体16を構成するシリコンオイルとして低粘度のものを用いることにより、第1、第2の液体14、16の間の粘性抵抗の低減と、第1の液体14と第1、第2の端面壁24、26との間の摩擦の緩和が図られ、第1の液体14の移動速度の高速化による応答性の向上を図る上で有利となっている。
なお、第1の液体14として使用できる液体としては、本実施の形態に限定されるものではなく、例えば、ニトロメタン、無水酢酸、酢酸メチル、酢酸エチル、メタノール、アセトニトリル、アセトン、エタノール、プロピオニトリル、テトロヒドロフラン、n−ヘキサン、2−プロパノール、2−ブタノン、n−ブチロニトリル、1−プロパノール、1−ブタノール、ジメチルスルホキシド、クロロベンゼン、エチレングリコール、ホルムアミド、ニトロベンゼン、炭酸プロピレン、1,2−ジクロロエタン、二硫化炭素、クロロホルム、ブロモベンゼン、四塩化炭素、トリクロロ酢酸無水物、トルエン、ベンゼン、エチレンジアミン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、リン酸トリブチル、ピリジン、ベンゾニトル、アニリン、1,4−ジオキサン、ヘキサメチルホスホルアミドなどが挙げられる。
また、第2の液体16として使用できる液体は、例えば、シリコン、デカン系、オクタン系、ノナン、ヘプタンなどが挙げられる。
また、第1の液体14および第2の液体16は、それぞれ単一の液体で形成してもよいし、複数の液体を混合して形成してもよい。要は、第1の液体14と第2の液体16が実質的に等しい比重を有するように形成されていればよい。
第1の電極18と第2の電極20は、第1、第2の端面壁24、26が互いに対向する方向である容器12の厚さ方向と直交する方向に延在する仮想軸Lに沿って配置されている。本実施の形態では、仮想軸Lの延在方向が容器12の長辺の方向と平行している。
本実施の形態では、図2(B)、図3(B)に示すように、第1の電極18は、第2の端面壁26に(第2の端面壁26が収容室30に臨む内面に)仮想軸Lに沿って線状(直線状)に延在形成されている。
また、第1の電極18は、第2の端面壁26の仮想軸Lと直交する幅方向の中心線上に配置されている。
第2の電極20は、収容室30に臨む第1の端面壁24の内面と第2の端面壁26の内面との双方に形成され、図2(A)、図3(A)、(B)に示すように、第2の電極20は、仮想軸Lの延在方向に沿って分割された複数の第2電極体32で構成されている。
本実施の形態では、図3(A)に示すように、第1の端面壁24の内面に形成された各第2電極体32は、同形同大の矩形状を呈し、互いに等しい間隔をおいて仮想軸Lに沿って配置されている。
また、図3(B)に示すように、第2の端面壁26の内面に形成された各第2電極体32は、同形同大の矩形状を呈し、第1の電極18を挟んで前記幅方向の両側に分離されて配置されている。
また、図2(A)に示すように、互いに対向する第1の端面壁24の第2電極体32と、第2の端面壁26の第2電極体32とは、容器12の厚さ方向から見ると、それらの輪郭が合致するように位置している。
なお、図3(A)、(B)において、符号3202は各第2電極体32から延出された配線部である。
図2(A)、(B)に示すように、電圧印加手段22は容器12の外部に設けられ、第1の電極18に電気的に接続されたグランド端子2202と、各第2電極体32に配線部3202を介して電気的に接続された複数の電圧出力端子2204とを備えている。
電圧印加手段22は、電圧出力端子2204を介して第2電極体32のそれぞれに選択的に電圧Eを印加できるように構成され、電圧印加の箇所を第1、第2の電極18、20の延在方向に変えることができるようになっている。
また、収容室30に臨む第2の端面壁26の内面に設けられた第2電極体32上のみに絶縁膜34が形成されている。
したがって、第1の電極18と第2の電極20の第2電極体32との間に電圧が印加されることで絶縁膜34の表面に例えばプラス電荷が帯電され、これにより第1の液体14に電界がかかり、第1の液体14を構成する分子に電界(静電気力)が作用して第1の液体14の移動がなされるように構成されている。
また、第2の端面壁26の内面に設けられた絶縁膜34の全域および第1の電極18の全域を覆うように光を透過する透明な撥水膜36が形成されている。
また、側面壁28の内面を覆うように撥水膜36が形成されている。
撥水膜36は第2の液体16に対する濡れ性が第1の液体14に対する濡れ性よりも高くなるように構成されている。言い換えると、撥水膜36に対する第2の液体16の接触角は、撥水膜36に対する第1の液体14の接触角よりも小さい値となるように構成されている。
撥水膜36は第1の液体14が第1、第2の電極18、20上で移動する際に第1の液体14と第1、第2の端面壁24、26との間で生じる抵抗を削減し、移動しやすくする作用を果たすものである。
撥水膜36は、親油性を有する膜であり、例えば、シリコンを主成分とする材料を焼き付けることで、あるいは、非結晶フッ素樹脂からなる材料を成膜することで形成することができ、撥水膜36としては、従来公知の様々な材料を採用可能である。
図4(A)は液体移動装置10の断面図、(B)は(A)のDD線矢視図である。
なお、説明の便宜上、各第2電極体32には、仮想軸Lの延在方向の一方から他方に向かう順に符号32−1、32−2、32−3、32−4を付して説明する。
初期状態で、第1の液体14は仮想軸Lの延在方向の一方寄りの第1、第2の端面壁24、26の2つの第2電極体32−1で挟まれた箇所に位置しているものとして説明する。
この状態で、電圧印加手段22は、仮想軸Lの延在方向の最も一方寄りの第2電極体32−1に電圧Eを印加し、残りの第2電極体32−2乃至32−4にグランド電位を印加している。
したがって、第1の電極18と第2電極体32−1に印加された電圧Eによる電界が第2電極体32−1に臨んだ箇所に位置している第1の液体14に作用することで、第1の液体14は移動することなくその位置に位置した状態で保持され、その結果、第1の液体14の大部分は第2電極体32−1に臨み、第1の液体の一部が隣接する第2電極体32−2に臨んでいる。
なお、第1の液体14の移動方向を上述と反対方向にする場合には、電圧印加手段22による電圧印加の箇所の変更方向を上述とは反対向きとすればよい。
図5は液体移動装置10を撮像装置の撮影光学系に適用した例を示す構成図である。
図5に示すように、撮像装置100は、被写体像を撮像するCCDなどの撮像素子102と、前記被写体像を撮像素子102に導く撮影光学系104とを含んで構成されている。
撮影光学系104は、その光軸G上において、被写体から撮像素子102に向かって、第1のレンズ群106、第2のレンズ群108、第3のレンズ群110、第4のレンズ群112、フィルタ群114がこの順番で配置されている。
本例においては、第1のレンズ群106、第3のレンズ群110が光軸方向に移動不能に設けられ、第2のレンズ群108がズームレンズとして光軸方向に移動可能に設けられ、第4のレンズ群112がフォーカスレンズとして光軸方向に移動可能に設けられている。
第1のレンズ群106によって導かれた被写体からの光束は第2のレンズ群108によって平行な光束とされ第3のレンズ群110に導かれて、第4のレンズ群112、フィルタ群114を介して撮像素子102の撮像面102に収束される。
液体移動装置10は、フィルタ群114と撮像素子102の間に配置され、仮想軸Lを撮影光学系104の光軸Gと直交する平面と平行させた状態で、第1の液体14が移動することにより、第1の液体14が撮像素子102に導かれる光束を遮断できるように設けられている。
したがって、液体移動装置10において、第1の液体14の移動により光束が遮られると、撮像面102Aに照射される時間、すなわち、撮像素子102の露光時間を制御することができる。
なお、第1の液体14を仮想軸Lの延在方向に沿って往復させて開口時間を制御することも可能である。
従来の液体移動装置では、第1の液体14と接する面の片面にしか絶縁膜が設けられていない。
そのため、絶縁膜34に蓄えられる電気エネルギーによって誘起される力は、本発明のように第1の液体14と接する面の両面に絶縁膜を設けているものの1/2になる。
電気エネルギーの勾配によって第1の液体14に誘起される力を計算式で示す。すなわち、第2の電極20が本実施の形態のように2面に設けられている場合の力Fwは式(1)で示され、第2の電極20が従来のように1面のみに設けられている場合の力Fsは式(2)で示される。
Fw= ε0εrV2W⊥/t (1)
Fs = (1/2)ε0εrV2W⊥/t=Fw/2 (2)
ここで、Fw、Fsは第1の液体14が受ける力[N]、Vは印加電圧[V]、ε0は真空の誘電率8.85×10-12[F/m]、εrは絶縁膜34の比誘電率、W⊥は仮想軸Lと直交する幅方向において第1の液体14が第2電極体32上を占有する電極幅(第1の液体14の移動方向に垂直な方向における第2の電極20の幅)[m]、tは絶縁膜34の厚み[m]である。
すなわち、本実施の形態では、従来の液体移動装置に比較して第1の液体14に作用する力が2倍となるため、第1の液体14の移動速度の高速化を図る上で有利となる。
また、本実施の形態では、仮想軸Lに沿って設けられた第2の電極体32の数が4個の場合について説明したが、仮想軸Lに沿って設けられた第2の電極体32の数が多いほど第1の液体14の助走距離が長くなり、第1の液体14の移動速度が加速されるため、第2の電極体32の数を増やすほど第1の液体14の移動速度の高速化を図る上で有利となる。
また、従来のように、第2の電極が1つのみである場合には、第1の液体に作用する電界の向きが一方向となることから、第1の液体を移動させるために電界を作用させた際に、第1の液体の形状が第2の電極に沿って広がるため第1の液体の形状が安定性を欠き、シャッターを構成した場合に第1の液体によって光束の遮断を確実に行なう上で不利がある。
これに対して、本実施の形態では、第2の電極20を構成する第2電極体32が第1の端面壁24の内面と第2の端面壁26の内面との双方に形成されているため、それら2つの第2電極体32から第1の液体14に作用する電界の向きが2方向となることから、第1の液体14の形状の安定化を図りつつ、第1の液体14を移動させることができるので、シャッターを構成した場合に光束の遮断を確実に行なうことができ光学特性を確保する上で有利となる。
次に第2の実施の形態について説明する。
第2の実施の形態は、第1の実施の形態の変形例であり、第1の電極18、第2の電極20の形状が第1の実施の形態と異なっている。
図6は(A)は第2の実施の形態における液体移動装置10の構成を示す縦断面図、(B)は(A)のAA線断面図、図7(A)は図6(A)のC矢視図、(B)は図6(A)のDD線矢視図である。なお、以下の実施の形態においては、第1の実施の形態と同様または同一の部分には同一の符号を付して説明する。
図6(A)、(B)に示すように、第1の実施の形態と同様に、第1の電極18と第2の電極20は、第1、第2の端面壁24、26が互いに対向する方向である容器12の厚さ方向と直交する方向に延在する仮想軸Lに沿って配置されており、仮想軸Lの延在方向と容器12の長辺の方向とが平行している。
第1の電極18は、仮想軸Lに沿って線状に延在形成されており、第2の実施の形態では、例えば、金線などの線状の導電部材で形成されている。
本実施の形態では、図6(A)、(B)に示すように、第1の電極18は、第1、第2の端面壁24、26が互いに対向する方向である容器12の厚さ方向の中間において、図7(B)に示すように、第1の端面壁24の仮想軸Lと直交する幅方向の一方寄りの箇所で仮想軸Lに沿って延在形成され、第1の電極18は第1、第2の端面壁24、26の内面から離間し、かつ、仮想軸Lに沿って延在する2つの側面壁28の内面から離間した位置に配置されている。
なお、第1の電極18が金線などの線状の導電部材で形成されている場合には第1の電極18により光が遮られるため、第1の電極18を撮影光学系の光路から外れた箇所に配置する。
第2の実施の形態では、図7(A)に示すように、第1の端面壁24の内面に形成された各第2電極体32は、同形同大の矩形状を呈し、互いに等しい間隔をおいて仮想軸Lに沿って配置されている。
また、図7(B)に示すように、第2の端面壁26の内面に形成された各第2電極体32は、同形同大の矩形状を呈し、互いに等しい間隔をおいて仮想軸Lに沿って配置されている。
また、図6(A)に示すように、互いに対向する第1の端面壁24の第2電極体32と、第2の端面壁26の第2電極体32とは、容器12の厚さ方向から見ると、それらの輪郭が合致するように位置している。
第1、第2の電極18、20は、第1の実施の形態と同様に光を透過可能な導電材料で形成されている。
第1の電極18は、電圧印加手段22のグランド端子2202に接続され、第2の電極20の各第2電極体32は配線部3202を介して電圧印加手段22の電圧出力端子2204に接続されている。
電圧印加手段22は、第1の実施の形態と同様に、電圧出力端子2204を介して第2電極体32のそれぞれに選択的に電圧Eを印加できるように構成され、電圧印加の箇所を第1、第2の電極18、20の延在方向に変えることができるようになっている。
したがって、第1の電極18と第2の電極20の第2電極体32との間に電圧が印加されることで絶縁膜34の表面に例えばプラス電荷が帯電され、これにより第1の液体14に電界がかかり、第1の液体14を構成する分子に電界(静電気力)が作用して第1の液体14の移動がなされるように構成されている。
また、側面壁28の内面を覆うように撥水膜36が形成されている。
したがって、第2の実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を奏する。
また、第2の実施の形態では、第1の電極18が第1、第2の端面壁24、26の内面から離間した位置に配置されているので、第1の実施の形態に比較して第2電極体34の面積を確保する上でより有利となり、第1の電極18と、第2の電極20との間に印加された電圧によって発生する電界を第1の液体14のより広い面積に作用させることができ、したがって、第1の液体14に作用する力がより大きなものとなり、第1の液体14の移動速度の高速化を図る上でより有利となる。
次に第3の実施の形態について説明する。
第3の実施の形態は、第1の実施の形態の変形例であり、第1、第2の電極18、20の形状が第1の実施の形態と異なっている。
図8は第3の実施の形態における液体移動装置10の第1の端面壁24の内面に形成されている第2の電極20の形状を示す平面図、図9は第2の端面壁26の内面に形成されている第1、第2の電極18、20の形状を示す平面図である。
図8、図9に示すように、第2の電極20は、第1の端面壁24の内面と第2の端面壁26の内面との双方に形成され、第2の電極20は、仮想軸Lの延在方向に沿って分割された複数の第2電極体32で構成されている。
各第2電極体32は、同形同大を呈し、互いに等しい間隔をおいて仮想軸Lに沿って配置され、第2電極体32が互いに隣り合う箇所には仮想軸Lの延在方向と直交する方向に凹凸部3210が延在形成され、隣り合う第2電極体32は、凹凸部3210が互いに係合した状態で配置されている。
また、互いに対向する第1の端面壁24の第2電極体32と、第2の端面壁26の第2電極体32とは、容器12の厚さ方向から見ると、それらの輪郭が合致するように位置している。
図9に示すように、第1の電極18は、第2の端面壁26上において仮想軸Lの延在方向に間隔をおいて配置された複数の第1電極体38で形成されている。
第3の実施の形態では、各第1の電極体38は、仮想軸Lに沿って延在形成されている共通配線部3810によって共通接続されている。
第1、第2の電極18、20は、第1の実施の形態と同様に光を透過可能な導電材料で形成されている。
第1の電極18の各第1電極体38は、共通配線部3810を介して電圧印加手段22のグランド端子2202に共通接続され、第2電極体32は配線部3202を介して電圧印加手段22の電圧出力端子2204にそれぞれ接続されている。
電圧印加手段22は、第1の実施の形態と同様に、電圧出力端子2204を介して第2電極体32のそれぞれに選択的に電圧Eを印加できるように構成され、電圧印加の箇所を第1、第2の電極18、20の延在方向に変えることができるようになっている。
また、第2の端面壁26の内面に設けられた第1電極体38の部分には絶縁膜は形成されていない。
したがって、第1の電極18と第2の電極20の第2電極体32との間に電圧が印加されることで絶縁膜の表面に例えばプラス電荷が帯電され、これにより第1の液体14に電界がかかり、第1の液体14を構成する分子に電界(静電気力)が作用して第1の液体14の移動がなされるように構成されている。
また、第2の端面壁26の内面に設けられた絶縁膜の全域および第1の電極18の全域を覆うように光を透過する透明な撥水膜が形成されている。
したがって、第3の実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を奏する。
これに対して、第3の実施の形態では、隣り合う第2電極体32の凹凸部3210が互いに係合した状態で配置されているため、第2電極体32の仮想軸L方向の配置間隔を第1の液体14の直径と同じ寸法か、直径よりもやや大きな寸法としても、第1の液体14の大部分が1つの第2電極体32に位置した状態で、仮想軸L方向における第1の液体14の一部が隣の第2電極体32に臨ませることができ、第2電極体32の配置間隔を大きくしたい場合に有利となる。
次に第4の実施の形態について説明する。
第4の実施の形態は、第1の実施の形態の変形例であり、第2の電極20の形状が第1の実施の形態と異なっている。
図10は第4の実施の形態における液体移動装置10の第1の端面壁24の内面に形成されている第2の電極20の形状を示す平面図、図11は第2の端面壁26の内面に形成されている第1、第2の電極18、20の形状を示す平面図である。
図10、図11に示すように、第2の電極20は、第1の端面壁24の内面と第2の端面壁26の内面との双方に形成され、第2の電極20は、仮想軸Lの延在方向に沿って分割された複数の第2電極体32で構成されている。
各第2電極体32は、同形同大を呈し、互いに等しい間隔をおいて仮想軸Lに沿って配置されている。
なお、以下では、仮想軸Lと直交する幅方向において第1の液体14が第2電極体32上を占有する寸法を電極幅W⊥とする。
第2電極体32は、仮想軸Lの延在方向と直交する幅方向に沿って少なくとも3つに分割された複数の電極体で構成され、第4の実施の形態では、第2電極体32は3つに分割された電極体4002、4004、4006で構成されている。
図10、図11に示すように、複数の電極体4002、4004、4006のうち第1の端面壁24の仮想軸Lと直交する幅方向の両側に配置される各電極体4002、4006、および、第2の端面壁26の仮想軸Lと直交する幅方向の両側に配置される各電極体4002、4006は、第1の液体14の両側箇所に接触可能な箇所に配置されている。
また、互いに対向する第1の端面壁24の第2電極体32と、第2の端面壁26の第2電極体32とは、容器12の厚さ方向から見ると、それらの輪郭が合致するように位置している。
また、互いに対向する第1の端面壁24の電極体4002、4004、4006と、第2の端面壁26の電極体4002、4004、4006とは、容器12の厚さ方向から見ると、それらの輪郭が合致するように位置している。
図11に示すように、第1の電極18は、第2の端面壁26に(第2の端面壁26が収容室30に臨む内面に)仮想軸Lに沿って線状(直線状)に延在形成されている。
また、第2の端面壁26に配置された電極体4002、4004、4006は、図11に示すように、第1の電極18を挟んで前記幅方向の一方に1つの電極体4002が、前記幅方向の他方に2つの電極体4004、4006が分離されて配置されている。
また、図10、図11において、符号4010は各電極体4002、4004、4006から延出された配線部である。
第1の電極18は、電圧印加手段22のグランド端子2202に接続され、第2電極体32の各電極体4002、4004、4006は、各配線部4010を介して電圧印加手段22に接続されている。
本実施の形態では、電圧印加手段22は、配線部4010毎に設けられたスイッチ42を選択的にオン、オフすることで、スイッチ42を介して電極体4002、4004、4006のそれぞれに選択的に電圧Eを印加できるように構成され、電圧印加の箇所を第1、第2の電極18、20の延在方向に変えることができるようになっている。
また、第1、第2の電極18、20は、第1の実施の形態と同様に光を透過可能な導電材料で形成されている。
また、第2の端面壁26の内面に設けられた第1電極体38の部分には絶縁膜は形成されていない。
したがって、第1の電極18と第2の電極20の第2電極体32との間に電圧が印加されることで絶縁膜の表面に例えばプラス電荷が帯電され、これにより第1の液体14に電界がかかり、第1の液体14を構成する分子に電界(静電気力)が作用して第1の液体14の移動がなされるように構成されている。
また、図示は省略するが、第1の実施の形態と同様に、第1の端面壁24の内面に設けられた絶縁膜の全域を覆うように光を透過する透明な撥水膜が形成されている。
また、第2の端面壁26の内面に設けられた絶縁膜の全域および第1の電極18の全域を覆うように光を透過する透明な撥水膜が形成されている。
図12、図13、図14は液体移動装置10の動作を説明する説明図である。
なお、説明の便宜上、スイッチ42のうち、オン状態にあるスイッチ42の回りを円で囲んで表示する。
また、以下では、第2の端面壁26の電極体4002、4004、4006に対する電圧Eの印加動作について説明するが、第1の端面壁24の電極体4002、4004、4006に対する電圧Eの印加動作も同様であるため説明を省略する。
まず、初期状態では、図11に示すように、第1の液体14が仮想軸Lの延在方向に並べられた3つの第2の電極20のうち、中央の第2の電極20上に位置している。
この際、第1の液体14が位置している第2の電極20のうち、中央の電極体4004に対応するスイッチ42のみがオン状態となっており、電極体4004に電圧Eが印加され、これにより、第1の液体14には電極体4004と第1の電極18の間に形成される電界が作用しており、したがって、第1の液体14は、その形状が円形となり中央の第2の電極20上に位置した状態が保持される。
これにより、3つの電極体4002、4004、4006の全てに電圧Eが印加されることにより、第1の液体14には電極体4004と第1の電極18の間に形成される電界に加えて、電極体4002、4006と第1の電極18の間に形成される電界が作用するため、第1の液体14に仮想軸Lと直交する方向に力が加わり、第1の液体14の形状は、円形から仮想軸Lと直交する方向に延在する長円となる。
すると、隣の第2の電極20の3つの電極体4002、4004、4006の全てに電圧Eが印加されることにより、3つの電極体4002、4004、4006と第1の電極18の間に形成される電界が作用するため、第1の液体14に仮想軸Lと直交する方向に力が加わり、第1の液体14は、その形状が仮想軸Lと直交する方向に延在する長円となった状態を維持しつつ、中央の第2の電極20から隣の第2の電極20に向かって移動する。
すると、電極体4004に電圧Eが印加され、これにより、第1の液体14には電極体4004と第1の電極18の間に形成される電界のみが作用しており、したがって、第1の液体14はその形状が長円から円形となり、隣の第2の電極20上に位置した状態が保持される。
ここで、前述した式(1)に示すように、第1の液体14が受ける力Fwは電極幅W⊥に比例するため、第1の液体14に作用する力が増大することになり、したがって、第1の液体14に作用する力がより大きなものとなり、第1の液体14の移動速度の高速化を図る上でより有利となる。
次に第5の実施の形態について説明する。
第5の実施の形態は第1の実施の形態の変形例であり、第1の実施の形態では、第1の液体14の透過率が第2の液体16の透過率よりも低くなるように形成されているのに対して、第2の実施の形態では、第2の液体16の透過率が第1の液体14の透過率よりも低くなるように形成されている点が第1の実施の形態と異なっており、その他は第1の実施の形態と同様である。
図15は第5の実施の形態の液体移動装置10の構成を示す説明図である。
図15に示すように、第1の液体14は、透明で有極性または導電性を有し収容室30に封入されている。
第2の液体16は、第1の液体14と互いに混合しないものであり収容室30に封入されている。
また、第1の液体14と第2の液体16は実質的に等しい比重を有しかつ第2の液体16の透過率は第1の液体14の透過率よりも低くなるように形成されている。
本実施の形態では、第2の液体16は透明なシリコンオイルで構成され、表面が親油性に処理された着色剤を第2の液体16に分散させることで第2の液体16の透過率を第1の液体14の透過率よりも低くなるように形成している。
T = (1/V) (2LMt/ε0εrW⊥)1/2[sec] (3)
例えば、移動距離L=1[mm]、第1の液体14の質量M=0.5[mg]、絶縁膜の厚みを1[μm]、絶縁膜の比誘電率εrを3、仮想軸Lと直交する幅方向において第1の液体14が第2電極体32上を占有する寸法を電極幅W⊥を第1の液体14の直径とし、その直径を1[mm]とすると、式(3)からT = 194/V [msec]となる。
例えば、印加電圧が100[V]であるならば、第1の液体14は、約1.9[msec]で移動する。
高い誘電率をもつ絶縁膜を用いれば、更に低電圧化が可能となる。
実際には、第1の液体14が移動する際に第2の液体16から受ける粘性抵抗や第1の液体14と第1の液体14と接する撥水膜との摩擦等も影響するため、1.9[msec]より遅くなるが、撥水性のよい撥水膜、低粘度の第2の液体16、例えば、低粘度のシリコーンオイルを用いることによって、これを緩和することができる。
また、第5の実施の形態の液体移動装置10も、第1の実施の形態と同様に、例えば、図5に示す撮像装置100のシャッターとして使用することができる。
液体移動装置10は、フィルタ群114と撮像素子102の間に配置され、仮想軸Lを撮影光学系104の光軸Gと直交する平面と平行させた状態で、第1の液体14が移動することにより、第1の液体14が光軸G上に位置することで撮像素子102に光束を導き、第1の液体14が光軸Gから外れることで第2の液体16が撮像素子102に導かれる光束を遮断することができる。
したがって、第5の実施の形態においても、液体移動装置10において、第1の液体14の移動により光束が遮られると、撮像面102Aに照射される時間、すなわち、撮像素子102の露光時間を制御することができる。
なお、第1の液体14を仮想軸Lの延在方向に沿って往復させて開口時間を制御することも可能である。
次に第6の実施の形態について説明する。
第6の実施の形態は、第1の実施の形態の変形例であり、透過率が互いに異なる第1の液体14を複数用いることで、NDフィルター(Neutral Density Filter)の機能を実現するようにしてものである。
図16は第6の実施の形態の液体移動装置10の説明図である。
図16に示すように、4種類の第1の液体1402、1404、1406、1408は、有極性または導電性を有し収容室30に封入されている。
第2の液体16は透明であり、4種類の第1の液体1402、1404、1406、1408と互いに混合しないものであり収容室30に封入されている。
また、4種類の第1の液体1402、1404、1406、1408と第2の液体16は実質的に等しい比重を有している。
また、4種類の第1の液体1402、1404、1406、1408の透過率をそれぞれT1、T2、T3、T4としたとき、透過率T1、T2、T3、T4は第2の液体16の透過率よりも低くなるように、かつ、T1<T2<T3<T4となるように形成されている。
第2の電極20は、第1、第2の端面壁24、26に、互いに同形同大の矩形状を呈する5つの第2電極体3202、3204、3206、3208、3210で構成されている。
また、互いに対向する第1の端面壁24の第2電極体3202、3204、3206、3208、3210と、第2の端面壁26の第2電極体3202、3204、3206、3208、3210とは、容器12の厚さ方向から見ると、それらの輪郭が合致するように位置している。
本実施の形態では、1つの第2電極体3210の4辺に隣接して4つの第2電極体3202、3204、3206、3208が配置されている。
また、第1の電極18は、第2の端面壁26に、中央の第2電極体3210を4分割するように、かつ、残りの4つの第2電極体3202、3204、3206、3208をそれぞれ2分割するように線状に延在形成されている。
第1の液体1402、1404、1406、1408は、第2電極体3202、3204、3206、3208上に位置するように配置されている。
そして、不図示の電圧印加手段により第2電極体3202、3204、3206、3208、3210に選択的に電圧Eが印加されることにより、第1の液体1402、1404、1406、1408が選択的に第2電極体3210上に移動されるように構成されている。
次に第7の実施の形態について説明する。
第7の実施の形態は、第1の実施の形態の変形例であり、第2の電極20を第1の液体14の直径に比較してより小さい寸法に分割した点が第1の実施の形態と異なっており、その他は第1の実施の形態と同様である。
図17は第7の実施の形態において第2の端面壁26の内面に形成されている第1、第2の電極18、20の形状を示す平面図である。
図17に示すように、第2の電極20を構成する複数の第2電極体32の仮想軸Lの延在方向における寸法を電極幅W〃とすると、電極幅W〃は第1の液体14の直径より小さく、本例では第1の液体14の直径の1/4以下となっている。
したがって、第7の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を奏することができることは無論のこと、第1の液体14の移動量を第1の実施の形態に比較してより小刻みに移動させる上で有利となる。
図18(A)は第7の実施の形態を用いて液体移動装置10をアイリスとして機能させる場合の原理を示す図、(B)は(A)の断面図である。
図18(A)、(B)に示すように、互いの仮想軸Lが平行するように2つの液体移動装置10を容器12の厚さ方向に重ね合わせて固定する。
また、第5の実施の形態と同様に、第1の液体14と第2の液体16は実質的に等しい比重を有しかつ第2の液体16の透過率は第1の液体14の透過率よりも低くなるように形成されている。
このような構成によれば、2つの液体移動装置10の第2電極体32に対して電圧Eを印加して第1の液体14をそれぞれ仮想軸Lの延在方向に小刻みに移動させることにより、図18(B)に示すように、第1の液体14が重なる領域の面積を増減することにより、入射光の光量を小刻みに調整することができ、光量を段階的に絞るアイリスとして機能させることができる。
Claims (9)
- 互いに対向する第1、第2の端面壁と、前記第1、第2の端面壁を接続する側面壁とによりそれらの内部に密閉して形成された収容室を有する容器と、
前記収容室に封入された有極性または導電性を有する第1の液体と、
前記収容室に封入され前記第1の液体と互いに混合しない第2の液体と、
前記第1の液体に電界をかけるための第1の電極および第2の電極と、
前記第1の電極と第2の電極の間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記第1の電極と前記第2の電極は、前記第1、第2の端面壁が互いに対向する方向である前記容器の厚さ方向と直交する方向に延在する仮想軸に沿って配置され、
前記電圧印加手段による電圧印加の箇所を前記第1、第2の電極の前記延在方向に変えることで前記第1の液体を前記第1、第2の端面壁の双方に接触しつつかつ前記第1の液体が前記第2の液体によって周囲を囲まれた状態で前記第1の液体の全体を前記仮想軸に沿って移動する液体移動装置であって、
前記第2の電極は、前記収容室に臨む第1の端面壁の内面と第2の端面壁の内面との双方に形成され、前記仮想軸の延在方向に沿って分割された複数の第2電極体で構成されている、
ことを特徴とする液体移動装置。 - 前記第1の端面壁の内面と第2の端面壁の内面との双方に形成された複数の第2電極体は、前記容器の厚さ方向から見ると、それらの輪郭が合致するように形成されていることを特徴とする請求項1記載の液体移動装置。
- 前記第1の電極は、前記仮想軸に沿って線状に延在形成されていることを特徴とする請求項1記載の液体移動装置。
- 前記第1の電極は、前記第2の端面壁に前記仮想軸に沿って線状に延在形成されていることを特徴とする請求項1記載の液体移動装置。
- 前記第1の電極は、前記第2の端面壁に前記仮想軸の延在方向に間隔をおいて配置された複数の第1電極体で形成されていることを特徴とする請求項1記載の液体移動装置。
- 前記第1の電極は、前記収容室内において前記仮想軸に沿って延在形成されていることを特徴とする請求項1記載の液体移動装置。
- 前記第1の電極は、前記収容室内において前記容器の仮想軸と直交する幅方向の一方寄りの箇所に配置されていることを特徴とする請求項6記載の液体移動装置。
- 前記第2電極体が互いに隣り合う箇所には前記仮想軸の延在方向と直交する方向に凹凸部が延在形成され、
前記隣り合う第2電極体は、前記凹凸部が互いに係合した状態で配置されている、
ことを特徴とする請求項1記載の液体移動装置。 - 前記第2電極体は、前記仮想軸の延在方向と直交する方向に沿って少なくとも3つに分割された複数の電極体で構成され、
前記複数の電極体のうち両側に配置される各電極体は、前記第1の液体の両側箇所に接触可能な箇所に配置されている、
ことを特徴とする請求項1記載の液体移動装置。
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