JP2012189498A - Electric field generation device and electric field generation method - Google Patents

Electric field generation device and electric field generation method Download PDF

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晃秀 柴田
Kenji Komiya
健治 小宮
Satoru Negishi
哲 根岸
Hiroshi Kotaki
浩 小瀧
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent corrosion of an electrode by suppressing occurrence of electrolysis and an electrochemical reaction when producing an electric field in one direction in a liquid.SOLUTION: An electric field generation device includes a container charged with a liquid, first and second electrodes arranged in the liquid charged in the container with a prescribed gap therebetween so as to be partly immersed in the liquid, and an AC generator that is connected to the first and second electrodes and applies an asymmetric AC current between both the electrodes. In the liquid, the AC generator generates either one of an electric field substantially directed from the first electrode to the second electrode, and an electric field substantially directed from the second electrode to the first electrode.

Description

この発明は、液体中に電界を発生させる電界発生装置および電界発生方法に関する。また、液体中に浮遊する固体を移動させる浮遊体移動装置および浮遊体移動方法、電気泳動装置および電気泳動方法、電気浸透流ポンプおよびその動作方法に関する。   The present invention relates to an electric field generating apparatus and an electric field generating method for generating an electric field in a liquid. The present invention also relates to a floating body moving device and a floating body moving method for moving a solid floating in a liquid, an electrophoresis device and an electrophoresis method, an electroosmotic flow pump, and an operation method thereof.

従来から、荷電粒子やタンパク質などの分子の分離・分析をするために、分子等を含む溶液中に一対の電極を浸してその電極間に直流電圧を印加する電気泳動法が用いられてきた。このように、一対の電極間に直流電圧を印加すると、溶液中に一方向の電界が生じるので、荷電粒子等を一方の電極の方向へ移動させることができる。   Conventionally, in order to separate and analyze molecules such as charged particles and proteins, an electrophoresis method has been used in which a pair of electrodes is immersed in a solution containing the molecules and a DC voltage is applied between the electrodes. In this way, when a DC voltage is applied between the pair of electrodes, an electric field in one direction is generated in the solution, so that charged particles or the like can be moved in the direction of one electrode.

たとえば、特許文献1には、DNAの塩基配列を決定するのに用いられる電気泳動装置が記載されている。
この特許文献1の電気泳動装置では、溶液に相当するスラブ状泳動ゲルの両端に、電解液に収容された電極層を配置し、この電極層には泳動電圧を印加する泳動電源が接続される。泳動電源は直流電源であり、電極層間に一方向の直流電圧(電界)が印加されると、一方向に直流電流が流れ、泳動ゲル中に注入された分析対象のDNA断片試料が、泳動ゲル中を泳動して分離される。
また、液体中に一対の電極を配置して、この電極間に直流電圧を印加して液体中に一方向の電界を発生させる装置は、電気浸透流ポンプや、帯電した微細な粒子を移動させる装置など、種々の分野で利用されている。
For example, Patent Document 1 describes an electrophoresis apparatus used to determine the base sequence of DNA.
In the electrophoresis apparatus of Patent Document 1, electrode layers accommodated in an electrolytic solution are arranged at both ends of a slab-like electrophoresis gel corresponding to a solution, and an electrophoresis power source for applying an electrophoresis voltage is connected to the electrode layers. . The electrophoresis power source is a DC power source. When a unidirectional DC voltage (electric field) is applied between the electrode layers, a DC current flows in one direction, and the DNA fragment sample to be analyzed injected into the electrophoresis gel becomes the electrophoresis gel. It is separated by running inside.
In addition, a device that arranges a pair of electrodes in a liquid and applies a DC voltage between the electrodes to generate a unidirectional electric field in the liquid moves an electroosmotic flow pump or charged fine particles. It is used in various fields such as devices.

特開平7−151687号公報JP-A-7-151687

しかしながら、電極間に直流電流を流すことにより液体内に電界を発生させた場合、長時間一方向への電流が流れることにより、液体が電気分解し、または電気化学反応により電極が腐食するといった問題があった。
さらに、これらの反応により、液体中に気泡が発生し、又は液体が汚染されるという問題も発生する。また、これらの問題は、電気泳動装置においては、試料の汚染につながり、電気浸透流ポンプにおいては、気泡による動作不良を招いていた。
However, when an electric field is generated in a liquid by passing a direct current between the electrodes, the current flows in one direction for a long time, causing the liquid to be electrolyzed or the electrode to corrode due to an electrochemical reaction. was there.
Furthermore, these reactions also cause a problem that bubbles are generated in the liquid or the liquid is contaminated. In addition, these problems lead to sample contamination in the electrophoresis apparatus, and the electroosmotic flow pump causes malfunction due to bubbles.

そこで、この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであり、液体の電気分解や電気化学反応等を起こすことなく、液体中の一方向に電界を発生させることが可能な電界発生装置および電界発生方法を提供することを課題とする。   Accordingly, the present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an electric field that can generate an electric field in one direction in the liquid without causing electrolysis or electrochemical reaction of the liquid. It is an object of the present invention to provide a generation device and an electric field generation method.

この発明は、液体が注入された容器と、前記容器に注入された液体に、それぞれ少なくとも一部が浸されるように所定の間隔を空けて配置された第1の電極および第2の電極と、前記第1の電極および第2の電極に接続され、両電極間に非対称な交流を印加させる交流発生器とを備え、前記交流発生器が、前記液体中に実質的に前記第1の電極から第2の電極へ向かう電界、または実質的に前記第2の電極から第1の電極へ向かう電界のいずれか一方の電界を発生させることを特徴とする電界発生装置を提供するものである。
これによれば、第1の電極と第2の電極との間に非対称な交流を印加しているので、液体内に実質的に一方向の電界を発生することができ、液体が電気分解を起こすことや電気化学反応を起こすことはほとんどなく、電極が腐食することを抑制することができる。
The present invention includes a container into which a liquid is injected, and a first electrode and a second electrode that are arranged at predetermined intervals so that at least a part of the container is immersed in the liquid injected into the container. An alternating current generator connected to the first electrode and the second electrode and applying an asymmetrical alternating current between the two electrodes, wherein the alternating current generator is substantially in the liquid in the first electrode The present invention provides an electric field generating device that generates one of an electric field directed from the first electrode to the second electrode or substantially an electric field directed from the second electrode to the first electrode.
According to this, since an asymmetrical alternating current is applied between the first electrode and the second electrode, a substantially unidirectional electric field can be generated in the liquid, and the liquid undergoes electrolysis. It hardly occurs or causes an electrochemical reaction, and corrosion of the electrode can be suppressed.

ここで、前記の電界発生装置において、前記第1の電極と第2の電極は、前記容器に注入された前記液体と直接接触するように配置され、前記非対称交流は、前記第1の電極と第2の電極との間の電圧V(t)(tは時間)を交流の1周期に渡って積分した次式の値
Veff=∫V(t)dt
が実質的に0となり、実質的な直流成分を持たないことを特徴とする。
これによれば、第1の電極と第2の電極との間に正味の直流電流が流れないので、液体の電気分解や電気化学反応が起こりにくくなり、電極が腐食することを確実に防止できる。
Here, in the electric field generator, the first electrode and the second electrode are disposed so as to be in direct contact with the liquid injected into the container, and the asymmetrical alternating current is connected to the first electrode. A value Veff = 式 V (t) dt obtained by integrating the voltage V (t) between the second electrode (t is time) over one AC period.
Is substantially 0 and has no substantial DC component.
According to this, since a net direct current does not flow between the first electrode and the second electrode, liquid electrolysis and electrochemical reaction are less likely to occur, and the electrode can be reliably prevented from corroding. .

また、電界発生装置において、前記第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われて液体と直接接触しないことを特徴とする。
これによれば、第1の電極および第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われるので、2つの電極間に直流電流が流れない。したがって、液体が電気分解を起こすことや電気化学反応を起こすことはほとんどなく、電極が腐食することを更に確実に防止できる。
In the electric field generator, at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film and is not in direct contact with the liquid.
According to this, since at least one of the first electrode and the second electrode is covered with the insulating film, a direct current does not flow between the two electrodes. Therefore, the liquid hardly undergoes electrolysis or electrochemical reaction, and the electrode can be more reliably prevented from corroding.

また、この発明は、物体が浮遊する液体が注入された容器と、前記容器に注入された液体に、それぞれ少なくとも一部が浸されるように所定の間隔を空けて配置された第1の電極および第2の電極と、前記第1の電極および第2の電極に接続され、両電極間に非対称な交流を印加させる交流発生器とを備え、前記交流発生器が印加した非対称交流によって、前記液体中に浮遊する物体に対し、前記第1の電極から第2の電極への移動、または前記第2の電極から第1の電極への移動のうちいずれか一方の移動をさせることを特徴とする浮遊体移動装置を提供するものである。
これによれば、第1の電極と第2の電極との間に非対称な交流を印加しているので、液体内に浮遊する物体を一方向に移動することができ、液体が電気分解を起こすことや電気化学反応を起こすことはほとんどなく、電極が腐食することを抑制することができる。
The present invention also provides a container into which a liquid in which an object floats is injected, and a first electrode disposed at a predetermined interval so that at least a part of the container is immersed in the liquid injected into the container. And an AC generator connected to the first electrode and the second electrode, and applying an asymmetrical alternating current between the two electrodes, and by the asymmetrical alternating current applied by the alternating current generator, The object floating in the liquid is moved either from the first electrode to the second electrode or from the second electrode to the first electrode. A floating body moving device is provided.
According to this, since an asymmetrical alternating current is applied between the first electrode and the second electrode, an object floating in the liquid can be moved in one direction, and the liquid undergoes electrolysis. It is possible to suppress the corrosion of the electrode.

ここで、前記の浮遊体移動装置において、前記第1の電極と第2の電極は、いずれも液体と直接接触するように配置され、前記非対称交流は、前記第1の電極と第2の電極との間の電圧V(t)(tは時間)を交流の1周期に渡って積分した次式の値
Veff=∫V(t)dt
が実質的に0となり、実質的な直流成分を持たないことを特徴とする。
これによれば、第1の電極と第2の電極との間に正味の直流電流が流れないので、液体の電気分解や電気化学反応が起こりにくくなり、電極が腐食することを確実に防止できる。
Here, in the floating body moving device, the first electrode and the second electrode are both arranged so as to be in direct contact with the liquid, and the asymmetrical alternating current is the first electrode and the second electrode. Veff = ∫V (t) dt, which is obtained by integrating the voltage V (t) between and Vt (t is time) over one AC period.
Is substantially 0 and has no substantial DC component.
According to this, since a net direct current does not flow between the first electrode and the second electrode, liquid electrolysis and electrochemical reaction are less likely to occur, and the electrode can be reliably prevented from corroding. .

また、浮遊体移動装置において、前記第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われて液体と直接接触しないことを特徴とする。
上記実施の形態では、第1の電極および第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われるので、2つの電極間に直流電流が流れない。したがって、液体が電気分解を起こすことや電気化学反応を起こすことはほとんどなく、電極が腐食することを更に確実に防止できる。
In the floating body moving device, at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film and is not in direct contact with the liquid.
In the above embodiment, since at least one of the first electrode and the second electrode is covered with the insulating film, no direct current flows between the two electrodes. Therefore, the liquid hardly undergoes electrolysis or electrochemical reaction, and the electrode can be more reliably prevented from corroding.

また、この発明は、試料を含む液体が注入された泳動槽と、前記泳動槽に注入された液体に、それぞれ少なくとも一部が浸されるように所定の間隔を空けて配置された第1の電極および第2の電極と、前記第1の電極および第2の電極に接続され、両電極間に非対称な交流を印加させる交流発生器とを備え、前記交流発生器が印加した非対称な交流によって、液体中に含まれた試料を、液体中の第1の電極と第2の電極との間を泳動させ、前記第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われて前記液体と直接接触しないことを特徴とする電気泳動装置を提供するものである。
これによれば、第1の電極と第2の電極との間に非対称な交流を印加しているので、試料を電気泳動させることができ、電気泳動を行なう際に、液体が電気分解して気泡が発生することを防止でき、電気化学反応により電極が腐食して液体が汚染することを防止できる。したがって、電気泳動により、試料に対するより精確な解析が可能となる。
The present invention also provides a migration tank into which a liquid containing a sample is injected, and a first gap arranged at a predetermined interval so that at least a part is immersed in the liquid injected into the migration tank. An electrode and a second electrode; and an AC generator connected to the first electrode and the second electrode, and applying an asymmetrical alternating current between the two electrodes, by the asymmetrical alternating current applied by the alternating current generator The sample contained in the liquid is migrated between the first electrode and the second electrode in the liquid, and at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film, It is an object of the present invention to provide an electrophoresis apparatus that is not in direct contact with a liquid.
According to this, since an asymmetrical alternating current is applied between the first electrode and the second electrode, the sample can be electrophoresed, and the liquid is electrolyzed during the electrophoresis. It is possible to prevent bubbles from being generated, and it is possible to prevent the electrode from being corroded by the electrochemical reaction and contaminating the liquid. Therefore, more accurate analysis of the sample can be performed by electrophoresis.

また、この発明は、所定の間隔を空けて対向配置された第1の電極および第2の電極と、前記第1の電極と第2の電極とに挟まれた空間に配置され、電気泳動粒子と分散液とを内包した複数のカプセルからなる電気泳動素子と、前記第1の電極と第2の電極とに接続され、両電極間に非対称な交流を印加させる交流発生器とを備え、前記非対称な交流によって、各カプセル内の電気泳動粒子を一方の電極の方向へ移動させることを特徴とする電気泳動表示装置を提供するものである。
これによれば、第1の電極と第2の電極との間に非対称な交流を印加しているので、各カプセル内の電気泳動粒子を一方の電極の方向に移動させ続けることができ、各カプセルの位置を画素とした場合に、電気泳動に基づく表示をさせることができる。
The present invention also provides an electrophoretic particle disposed in a space sandwiched between a first electrode and a second electrode, which are opposed to each other with a predetermined interval, and the first electrode and the second electrode. And an electrophoretic element comprising a plurality of capsules containing the dispersion liquid, an AC generator connected to the first electrode and the second electrode, and applying an asymmetrical alternating current between the two electrodes, The present invention provides an electrophoretic display device that moves electrophoretic particles in each capsule in the direction of one electrode by asymmetrical alternating current.
According to this, since asymmetrical alternating current is applied between the first electrode and the second electrode, the electrophoretic particles in each capsule can be continuously moved in the direction of one electrode, When the position of the capsule is a pixel, display based on electrophoresis can be performed.

また、この発明は、液体を流す流路と、前記流路の上流部と下流部にそれぞれ離間して配置され、複数の孔を有する第1の電極と第2の電極と、前記第1の電極および第2の電極とに接続され、両電極間に非対称な交流を印加させる交流発生器とを備え、前記非対称交流を印加することにより、前記流路内に流入された液体を、流路内の上流部にある第1の電極から下流部にある第2の電極の方向へと輸送することを特徴とする電気浸透流ポンプを提供するものである。
これによれば、第1の電極と第2の電極との間に非対称な交流を印加しているので、流路内の液体を一方向に搬送することができ、液体が電気分解して気泡が生じることを防止でき、電気化学反応により電極が腐食することを防止できる。したがって、気泡を除去するための機構が不要となるので、電気浸透流ポンプの構造を単純化することができ、電気浸透流ポンプの信頼性を高くすることができる。
In addition, the present invention provides a flow path for flowing a liquid, a first electrode and a second electrode that are spaced apart from each other in an upstream portion and a downstream portion of the flow path, and have a plurality of holes. An AC generator connected to the electrode and the second electrode, and applying an asymmetrical alternating current between the electrodes, and applying the asymmetrical alternating current to flow the liquid flowing into the flow path An electroosmotic flow pump is provided that transports from a first electrode in an upstream portion to a second electrode in a downstream portion.
According to this, since an asymmetrical alternating current is applied between the first electrode and the second electrode, the liquid in the flow path can be transported in one direction, and the liquid is electrolyzed and bubbled. Can be prevented, and the electrode can be prevented from corroding due to electrochemical reaction. Therefore, since a mechanism for removing bubbles is not required, the structure of the electroosmotic flow pump can be simplified, and the reliability of the electroosmotic flow pump can be increased.

ここで、前記の電気浸透流ポンプにおいて、前記第1の電極と第2の電極は、前記流路に流入された前記液体と直接接触するように配置され、前記非対称交流は、前記第1の電極と第2の電極との間の電圧V(t)(tは時間)を交流の1周期に渡って積分した次式の値
Veff=∫V(t)dt
が実質的に0となり、実質的な直流成分を持たないことを特徴とする。
これによれば、第1の電極と第2の電極との間に正味の直流電流が流れないので、液体の電気分解や電気化学反応が起こりにくくなり、電極が腐食することを確実に防止できる。
Here, in the electroosmotic flow pump, the first electrode and the second electrode are disposed so as to be in direct contact with the liquid that has flowed into the flow path, and the asymmetrical alternating current is obtained by A value Veff = 式 V (t) dt obtained by integrating the voltage V (t) (t is time) between the electrode and the second electrode over one AC period.
Is substantially 0 and has no substantial DC component.
According to this, since a net direct current does not flow between the first electrode and the second electrode, liquid electrolysis and electrochemical reaction are less likely to occur, and the electrode can be reliably prevented from corroding. .

また、電気浸透流ポンプにおいて、前記第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われて液体と直接接触しないことを特徴とする。
これによれば、第1の電極および第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われるので、2つの電極間に直流電流が流れない。したがって、液体が電気分解して気泡が生じることはなく、電気化学反応により電極が腐食することも更に確実に防止できる。
さらに、電気浸透流ポンプにおいて、前記第1の電極と第2の電極との間の前記流路内に、多孔質からなる電気浸透材を設けてもよい。
In the electroosmotic pump, at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film and is not in direct contact with the liquid.
According to this, since at least one of the first electrode and the second electrode is covered with the insulating film, a direct current does not flow between the two electrodes. Therefore, the liquid is not electrolyzed and bubbles are not generated, and it is possible to more reliably prevent the electrode from being corroded by the electrochemical reaction.
Furthermore, in the electroosmotic flow pump, a porous electroosmotic material may be provided in the flow path between the first electrode and the second electrode.

また、この発明の電気浸透流ポンプは、燃料電池に設けることができる。
さらに、この発明の電気浸透流ポンプは、冷却ポンプや薬液供給装置を駆動させる装置として使用してもよい。
Moreover, the electroosmotic pump of the present invention can be provided in a fuel cell.
Furthermore, the electroosmotic flow pump of the present invention may be used as a device for driving a cooling pump or a chemical solution supply device.

また、この発明は、容器に液体を注入する準備ステップと、第1の電極と第2の電極とをそれぞれ少なくとも一部が前記液体に浸されるように所定の間隔を空けて配置する配置ステップと、前記第1の電極と第2の電極との間に非対称交流を印加し、前記液体中に実質的に前記第1の電極から第2の電極へ向かう電界、または実質的に前記第2の電極から第1の電極へ向かう電界のいずれか一方の電界を発生させる電界発生ステップとを含むことを特徴とする電界発生方法を提供するものである。   The present invention also provides a preparation step for injecting a liquid into a container, and an arrangement step in which the first electrode and the second electrode are arranged at predetermined intervals so that at least a part of each is immersed in the liquid. And an asymmetrical alternating current is applied between the first electrode and the second electrode, and an electric field that substantially flows from the first electrode to the second electrode in the liquid, or substantially the second And an electric field generating step of generating any one of the electric fields directed from the first electrode to the first electrode.

この発明によれば、第1の電極と第2の電極との間に非対称な交流を印加するので、液体内に実質的に一方向の電界を発生することができ、液体が電気分解を起こすことや電気化学反応を起こすことはほとんどなく、電極が腐食することを抑制することができる。   According to this invention, since an asymmetrical alternating current is applied between the first electrode and the second electrode, a substantially unidirectional electric field can be generated in the liquid, and the liquid undergoes electrolysis. It is possible to suppress the corrosion of the electrode.

また、この発明は、前記の電界発生方法であって、前記第1の電極と第2の電極はいずれも液体と直接接触するように配置され、前記非対称交流は、前記第1の電極と第2の電極との間の電圧V(t)(tは時間)を交流の1周期に渡って積分した次式の値
Veff=∫V(t)dt
が実質的に0となり、実質的な直流成分を持たないことを特徴とする。
これによれば、第1の電極と第2の電極との間に正味の直流電流が流れないので、液体の電気分解や電気化学反応が起こりにくくなり、電極が腐食することを確実に防止できる。
Further, the present invention is the electric field generation method described above, wherein both the first electrode and the second electrode are disposed so as to be in direct contact with the liquid, and the asymmetrical alternating current is the same as that of the first electrode and the second electrode. The value of the following equation obtained by integrating the voltage V (t) between two electrodes (t is time) over one period of alternating current Veff = ∫V (t) dt
Is substantially 0 and has no substantial DC component.
According to this, since a net direct current does not flow between the first electrode and the second electrode, liquid electrolysis and electrochemical reaction are less likely to occur, and the electrode can be reliably prevented from corroding. .

また、前記第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われて液体と直接接触しないことを特徴とする。
これによれば、第1の電極および第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われているので、2つの電極間に直流電流が流れない。したがって、液体が電気分解を起こすことや電気化学反応を起こすことはほとんどなく、電極が腐食することを更に確実に防止することができる。
Further, at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film and is not in direct contact with the liquid.
According to this, since at least one of the first electrode and the second electrode is covered with the insulating film, a direct current does not flow between the two electrodes. Therefore, the liquid hardly causes electrolysis or electrochemical reaction, and it is possible to more reliably prevent the electrode from corroding.

また、前記非対称交流としては、高電位持続時間と低電位持続時間が異なる矩形波を用いることが好ましい。
これによれば、非対称交流を発生させるための回路が比較的単純であり、効率よく液体中に実質的に一方向の電界を発生することができる。
Further, as the asymmetrical alternating current, it is preferable to use rectangular waves having different high potential duration and low potential duration.
According to this, a circuit for generating asymmetrical alternating current is relatively simple, and a substantially one-directional electric field can be efficiently generated in the liquid.

また、前記非対称交流としては、立ち上り時間と立ち下り時間が異なる三角波またはのこぎり波を用いることが好ましい。
これによれば、非対称交流を発生させるための回路が比較的単純であり、効率よく液体中に実質的に一方向の電界を発生することができる。
Further, as the asymmetrical alternating current, it is preferable to use a triangular wave or a sawtooth wave having different rising time and falling time.
According to this, a circuit for generating asymmetrical alternating current is relatively simple, and a substantially one-directional electric field can be efficiently generated in the liquid.

また、この発明は、物体が浮遊する液体を容器に注入する準備ステップと、第1の電極と第2の電極とを、それぞれ少なくとも一部が前記液体に浸されるように所定の間隔を空けて配置する配置ステップと、前記第1の電極と第2の電極との間に非対称交流を印加し、前記液体中に浮遊する物体に対し、前記第1の電極から第2の電極への移動、または前記第2の電極から第1の電極への移動のうちいずれか一方の移動をさせる移動ステップを含むことを特徴とする浮遊体移動方法を提供するものである。
これによれば、第1の電極と第2の電極との間に非対称な交流を印加するので、液体内に浮遊する物体を一方向に移動することができ、液体が電気分解を起こすことや電気化学反応を起こすことはほとんどなく、電極が腐食することを抑制することができる。
According to the present invention, the preparation step for injecting the liquid in which the object is suspended into the container and the first electrode and the second electrode are spaced apart from each other at least by a predetermined distance. Asymmetrical alternating current is applied between the first electrode and the second electrode, and the object floating in the liquid moves from the first electrode to the second electrode. Or a floating body moving method comprising a moving step of moving any one of the movements from the second electrode to the first electrode.
According to this, since an asymmetrical alternating current is applied between the first electrode and the second electrode, an object floating in the liquid can be moved in one direction, causing the liquid to undergo electrolysis, There is almost no electrochemical reaction, and corrosion of the electrode can be suppressed.

ここで、前記の浮遊体移動方法において、前記第1の電極と第2の電極はいずれも液体と直接接触するように配置され、前記非対称交流は、前記第1の電極と第2の電極との間の電圧V(t)(tは時間)を交流の1周期に渡って積分した次式の値
Veff=∫V(t)dt
が実質的に0となり、実質的な直流成分を持たないことを特徴とする。
これによれば、第1の電極と第2の電極との間に正味の直流電流が流れないので、液体の電気分解や電気化学反応が起こりにくくなり、電極が腐食することを確実に防止できる。
Here, in the floating body moving method, both the first electrode and the second electrode are arranged so as to be in direct contact with the liquid, and the asymmetrical alternating current is generated by the first electrode and the second electrode. Veff = (V (t) dt, which is obtained by integrating the voltage V (t) (t is time) over a period of AC.
Is substantially 0 and has no substantial DC component.
According to this, since a net direct current does not flow between the first electrode and the second electrode, liquid electrolysis and electrochemical reaction are less likely to occur, and the electrode can be reliably prevented from corroding. .

また、浮遊体移動方法において、前記第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われて液体と直接接触しないことを特徴とする。
これによれば、第1の電極および第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われるので、2つの電極間に直流電流が流れない。したがって、液体が電気分解を起こすことや電気化学反応を起こすことはほとんどなく、電極が腐食することを更に確実に防止できる。
In the floating body moving method, at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film and is not in direct contact with the liquid.
According to this, since at least one of the first electrode and the second electrode is covered with the insulating film, a direct current does not flow between the two electrodes. Therefore, the liquid hardly undergoes electrolysis or electrochemical reaction, and the electrode can be more reliably prevented from corroding.

また、この発明は、電気泳動によって移動させる試料を含む液体を、泳動槽に注入する準備ステップと、第1の電極と第2の電極とを、それぞれ少なくとも一部が前記液体に浸されるように所定の間隔を空けて配置させる配置ステップと、前記第1の電極と第2の電極との間に非対称交流を印加して、前記試料を液体中の第1の電極と第2の電極との間を泳動させる泳動ステップとを含み、前記第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われて前記液体と直接接触しないことを特徴とする電気泳動方法を提供するものである。
これによれば、第1の電極と第2の電極との間に非対称な交流を印加しているので、試料を電気泳動させることができ、電気泳動を行なう際に、液体が電気分解して気泡が発生することを防止でき、電気化学反応により電極が腐食して液体が汚染することを防止できる。したがって、電気泳動により、試料に対するより精確な解析が可能となる。
According to the present invention, at least a part of the preparation step for injecting a liquid containing a sample to be moved by electrophoresis into the electrophoresis tank and the first electrode and the second electrode are immersed in the liquid. Placing the sample at a predetermined interval, applying an asymmetrical alternating current between the first electrode and the second electrode, so that the sample is in a liquid with the first electrode and the second electrode An electrophoretic step in which at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film and is not in direct contact with the liquid. is there.
According to this, since an asymmetrical alternating current is applied between the first electrode and the second electrode, the sample can be electrophoresed, and the liquid is electrolyzed during the electrophoresis. It is possible to prevent bubbles from being generated, and it is possible to prevent the electrode from being corroded by the electrochemical reaction and contaminating the liquid. Therefore, more accurate analysis of the sample can be performed by electrophoresis.

また、この発明は、電気浸透流ポンプの流路内の上流部と下流部に、第1の電極と第2の電極とをそれぞれ離間して配置し、前記第1の電極と第2の電極との間に非対称交流を印加し、前記流路内に流入された液体を、前記流路内の上流部にある第1の電極から下流部にある第2の電極の方向へ輸送することを特徴とした電気浸透流ポンプの動作方法を提供するものである。
これによれば、第1の電極と第2の電極との間に非対称な交流を印加しているので、流路内の液体を一方向に搬送することができ、液体が電気分解して気泡が生じることを防止でき、電気化学反応により電極が腐食することを防止できる。したがって、気泡を除去するための機構が不要となるので、電気浸透流ポンプの構造を単純化することができ、電気浸透流ポンプの信頼性を高くすることができる。
Further, according to the present invention, the first electrode and the second electrode are arranged separately from each other in the upstream portion and the downstream portion in the flow path of the electroosmotic flow pump. An asymmetrical alternating current is applied between the first electrode and the second electrode in the downstream part from the first electrode in the upstream part in the channel. A method of operating a featured electroosmotic pump is provided.
According to this, since an asymmetrical alternating current is applied between the first electrode and the second electrode, the liquid in the flow path can be transported in one direction, and the liquid is electrolyzed and bubbled. Can be prevented, and the electrode can be prevented from corroding due to electrochemical reaction. Therefore, since a mechanism for removing bubbles is not required, the structure of the electroosmotic flow pump can be simplified, and the reliability of the electroosmotic flow pump can be increased.

ここで、前記の電気浸透流ポンプの動作方法において、前記第1の電極と第2の電極はいずれも液体と直接接触するように配置され、前記非対称交流は、前記第1の電極と第2の電極との間の電圧V(t)(tは時間)を交流の1周期に渡って積分した次式の値
Veff=∫V(t)dt
が実質的に0となり、実質的な直流成分を持たないことを特徴とする。
これによれば、第1の電極と第2の電極との間に正味の直流電流が流れないので、液体が電気分解して気泡が生じることを防止でき、電気化学反応により電極が腐食することをより確実に防止できる。
Here, in the operation method of the electroosmotic flow pump, both the first electrode and the second electrode are disposed so as to be in direct contact with the liquid, and the asymmetrical alternating current is the second electrode and the second electrode. Veff = ∫V (t) dt, which is obtained by integrating the voltage V (t) (t is time) with the other electrode over one AC period.
Is substantially 0 and has no substantial DC component.
According to this, since a net direct current does not flow between the first electrode and the second electrode, it is possible to prevent liquid from being electrolyzed and generating bubbles, and the electrode is corroded by an electrochemical reaction. Can be prevented more reliably.

また、電気浸透流ポンプの動作方法において、前記第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われて液体と直接接触しないことを特徴とする。
これによれば、第1の電極および第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われるので、2つの電極間に直流電流が流れない。したがって、液体が電気分解して気泡が生じることなく、電気化学反応により電極が腐食することも更に確実に防止できる。
The electroosmotic pump operating method is characterized in that at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film and is not in direct contact with the liquid.
According to this, since at least one of the first electrode and the second electrode is covered with the insulating film, a direct current does not flow between the two electrodes. Therefore, the liquid is not electrolyzed to generate bubbles, and the electrode can be more reliably prevented from being corroded by the electrochemical reaction.

この発明によれば、液体中の一対の電極である第1および第2の電極間に非対称な交流を印加するので、液体中に実質的に一方向の電界を発生させることができ、電極間に直流電流による一方向の電界を印加しつづけることはなく、液体に電気分解および電気化学反応が生じることを抑制でき、電極の腐食を抑制することができる。   According to this invention, since an asymmetrical alternating current is applied between the first and second electrodes, which are a pair of electrodes in the liquid, a substantially unidirectional electric field can be generated in the liquid. A unidirectional electric field due to a direct current is not continuously applied to the liquid, and electrolysis and electrochemical reaction can be prevented from occurring in the liquid, and corrosion of the electrode can be suppressed.

対称な交流の波形の一実施例の説明図である。It is explanatory drawing of one Example of a symmetrical alternating current waveform. この発明の非対称な交流の波形の一実施例の説明図である。It is explanatory drawing of one Example of the waveform of the asymmetrical alternating current of this invention. この発明の非対称な交流の波形の一実施例の説明図である。It is explanatory drawing of one Example of the waveform of the asymmetrical alternating current of this invention. 非対称交流であることの判定方法の一実施例の説明図である。It is explanatory drawing of one Example of the determination method of being asymmetrical alternating current. この発明の電界発生装置の一実施例の概略構成図である。It is a schematic block diagram of one Example of the electric field generator of this invention. この発明の実施の形態2の電界発生装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electric field generator of Embodiment 2 of this invention. この発明の非対称な交流の波形の一実施例の説明図である。It is explanatory drawing of one Example of the waveform of the asymmetrical alternating current of this invention. 液体中の電極間に直流電圧を印加した場合の電界発生現象の説明図である。It is explanatory drawing of the electric field generation | occurrence | production phenomenon at the time of applying a DC voltage between the electrodes in a liquid. この発明の非対称交流のシミュレーションモデルの説明図である。It is explanatory drawing of the simulation model of asymmetrical alternating current of this invention. この発明の非対称交流のシミュレーションモデルの説明図である。It is explanatory drawing of the simulation model of asymmetrical alternating current of this invention. この発明の第1のシミュレーションで用いる非対称な矩形波の一実施例の波形図である。It is a wave form diagram of one Example of the asymmetrical rectangular wave used by 1st simulation of this invention. この発明の第1のシミュレーションで誘起される電荷量のグラフである。It is a graph of the electric charge amount induced by the 1st simulation of this invention. この発明の第1のシミュレーションで誘起される電荷量のグラフである。It is a graph of the electric charge amount induced by the 1st simulation of this invention. この発明の第1のシミュレーションにおける液体中の電界の強さのグラフである。It is a graph of the strength of the electric field in the liquid in the first simulation of the present invention. この発明の第1のシミュレーションにおいて、平均電界と定数nとの関係を示すグラフである。In the 1st simulation of this invention, it is a graph which shows the relationship between an average electric field and the constant n. この発明の第1のシミュレーションにおいて、液体中の物体の位置の時間変化のグラフである。In the 1st simulation of this invention, it is a graph of the time change of the position of the object in a liquid. この発明の第2のシミュレーションで用いる非対称な矩形波の一実施例の波形図である。It is a wave form diagram of one Example of the asymmetrical rectangular wave used by the 2nd simulation of this invention. この発明の第2のシミュレーションにおいて、液体中の物体の位置の時間変化のグラフである。In the 2nd simulation of this invention, it is a graph of the time change of the position of the object in a liquid. この発明の第3のシミュレーションで用いる対称な矩形波の一実施例の波形図である。It is a wave form diagram of one Example of the symmetrical rectangular wave used by the 3rd simulation of this invention. この発明の第3のシミュレーションにおいて、液体中の物体の位置の時間変化のグラフである。In the 3rd simulation of this invention, it is a graph of the time change of the position of the object in a liquid. この発明の第4のシミュレーションで用いる非対称な三角波の一実施例の波形図である。It is a wave form diagram of one Example of the asymmetrical triangular wave used by the 4th simulation of this invention. この発明の第4のシミュレーションで誘起される電荷量のグラフである。It is a graph of the electric charge amount induced by the 4th simulation of this invention. この発明の第4のシミュレーションで誘起される電荷量のグラフである。It is a graph of the electric charge amount induced by the 4th simulation of this invention. この発明の第4のシミュレーションにおける液体中の電界の強さのグラフである。It is a graph of the electric field strength in the liquid in the 4th simulation of this invention. この発明の第4のシミュレーションにおいて、平均電界と定数nとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an average electric field and the constant n in the 4th simulation of this invention. この発明の第4のシミュレーションにおいて、液体中の物体の位置の時間変化のグラフである。In the 4th simulation of this invention, it is a graph of the time change of the position of the object in a liquid. この発明の実施の形態3の浮遊体移動装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the floating body moving apparatus of Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4の浮遊体移動装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the floating body moving apparatus of Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態5の浮遊体移動装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the floating body moving apparatus of Embodiment 5 of this invention. この発明の実施の形態6の電気泳動装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electrophoresis apparatus of Embodiment 6 of this invention. この発明の実施の形態7の電気泳動表示装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electrophoretic display device of Embodiment 7 of this invention. この発明の実施の形態8の電気浸透流ポンプの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electroosmotic flow pump of Embodiment 8 of this invention. この発明の実施の形態9の電気浸透流ポンプの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electroosmotic flow pump of Embodiment 9 of this invention. この発明の実施の形態10の電気浸透流ポンプの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electroosmotic flow pump of Embodiment 10 of this invention. この発明の実施の形態11の燃料電池の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell of Embodiment 11 of this invention. この発明の実施の形態12の冷却ポンプの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the cooling pump of Embodiment 12 of this invention. この発明の実施の形態13の薬液供給装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the chemical | medical solution supply apparatus of Embodiment 13 of this invention.

<用語の定義>
まず、この発明で用いる「非対称交流」の定義を、図1〜図4を用いて説明する。
図1は、非対称でない、すなわち対称な交流の波形を例示したものである。図2および図3は、非対称な交流の波形を例示したものである。図4は、非対称であるか否かを判定する具体的な方法を説明する図である。
<Definition of terms>
First, the definition of “asymmetrical alternating current” used in the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 illustrates an asymmetric waveform that is not asymmetric, ie, symmetrical. 2 and 3 exemplify an asymmetrical alternating current waveform. FIG. 4 is a diagram for explaining a specific method for determining whether or not asymmetric.

図1は、非対称でない、すなわち対称な交流の波形(電圧Vと時間tの関係を示すグラフ)を4つ例示している。
図1(a)は、対称な正弦波である。グラフ上で111は電圧が最小値をとる点であり、112は電圧が最大値をとる点であり、113は再び電圧が最小値をとる点である。波形の一部分114(111から112の区間)は昇圧過程であり、波形の他の一部分115(112から113の区間)は降圧過程である。点111から点113までは交流の1周期となっている。
FIG. 1 illustrates four non-asymmetrical, ie, symmetrical, alternating waveforms (a graph showing the relationship between voltage V and time t).
FIG. 1A shows a symmetric sine wave. On the graph, 111 is a point where the voltage takes the minimum value, 112 is a point where the voltage takes the maximum value, and 113 is a point where the voltage takes the minimum value again. A portion 114 (section 111 to 112) of the waveform is a step-up process, and another portion 115 (section 112 to 113) of the waveform is a step-down process. From point 111 to point 113 is one cycle of alternating current.

ここで、図1(a)の正弦波を対称と判断する基準を図4(a)および(b)で説明する。
図4(a)は図1(a)を再掲したものである。図4(b)では、図4(a)の波形の昇圧過程114を抜き出して、電圧軸を反転している(114r)。当然、この114rは、波形の降圧過程115と正確に重なる。すなわち、昇圧過程と降圧過程とが完全に重なる交流を、非対称でない交流あるいは対称交流と呼ぶ。
Here, the reference | standard which judges the sine wave of Fig.1 (a) to be symmetrical is demonstrated with reference to Fig.4 (a) and (b).
FIG. 4 (a) is a reproduction of FIG. 1 (a). In FIG. 4 (b), the voltage step-up process 114 of the waveform in FIG. 4 (a) is extracted and the voltage axis is inverted (114r). Naturally, this 114r exactly overlaps the waveform step-down process 115. That is, an alternating current in which the step-up process and the step-down process completely overlap is referred to as non-asymmetrical alternating current or symmetrical alternating current.

図1(b)は対称な矩形波である。この場合、電圧が最小となる点は1つではなく、121aとしても121cとしてもよく、あるいはそれら2点の間である121bとしてもよい。同様に、電圧が最大となる点も1つではなく、122aとしても122cとしてもよく、あるいはそれら2点の間である122bとしてもよい。
しかしながら、前述のように非対称か否かの判定を行なうためには、波形の昇圧過程124と降圧過程125の範囲を確定する必要がある。今後は、電圧が最小(最大)となる点が複数ある場合は、その最終の点を採用することとする。すなわち、昇圧過程124は121aと122aの間、降圧過程は122aと123aの間であるとする。昇圧過程124(121aから122aの区間)と降圧過程125(122aから123aの区間)は、電圧軸を反転することにより完全に重なるから、明らかに図1(b)の矩形波の交流も対称である。
FIG. 1B shows a symmetric rectangular wave. In this case, the number of points at which the voltage is minimum is not one, but may be 121a or 121c, or 121b between these two points. Similarly, the number of points at which the voltage is maximum is not one, but may be 122a or 122c, or 122b between these two points.
However, in order to determine whether or not it is asymmetric as described above, it is necessary to determine the range of the waveform step-up process 124 and the step-down process 125. In the future, if there are multiple points where the voltage is minimum (maximum), the final point will be adopted. That is, the step-up process 124 is between 121a and 122a, and the step-down process is between 122a and 123a. Since the step-up process 124 (section 121a to 122a) and the step-down process 125 (section 122a to 123a) are completely overlapped by inverting the voltage axis, the alternating current of the rectangular wave in FIG. is there.

図1(c)は対称な三角波である。昇圧過程134(131から132の区間)と降圧過程135(132から133の区間)は、電圧軸を反転することにより完全に重なる。図1(d)の波形は複雑であるが、やはり対称な交流である。昇圧過程144(141から142の区間)と降圧過程145(142から143の区間)は、電圧軸を反転することにより完全に重なるからである。   FIG. 1C shows a symmetrical triangular wave. The step-up process 134 (section 131 to 132) and the step-down process 135 (section 132 to 133) are completely overlapped by inverting the voltage axis. The waveform in FIG. 1 (d) is complex, but it is still a symmetrical alternating current. This is because the step-up process 144 (section 141 to 142) and the step-down process 145 (section 142 to 143) are completely overlapped by inverting the voltage axis.

一方、図2は、非対称な交流の波形を4つ例示している。
図2(a)は、波形が正弦的に変化するが、非対称な交流である。なぜならば、図4(c)および(d)に示すように、昇圧過程214(211から212の区間)を電圧軸で反転しても(214r)、降圧過程215(212から213の区間)とは重ならないからである。
図2(b)は、高電位にある時間(高電位持続時間)と低電位にある時間(低電位持続時間)が異なる、非対称な矩形波である。昇圧過程224(221から222の区間)を電圧軸で反転しても、降圧過程225(222から223の区間)とは重ならないからである。
On the other hand, FIG. 2 illustrates four asymmetrical AC waveforms.
FIG. 2A shows an asymmetrical alternating current although the waveform changes sinusoidally. 4 (c) and 4 (d), even if the step-up process 214 (section 211 to 212) is inverted on the voltage axis (214r), the step-down process 215 (section 212 to 213) Because they do not overlap.
FIG. 2B shows an asymmetric rectangular wave in which the time at high potential (high potential duration) and the time at low potential (low potential duration) are different. This is because even if the step-up process 224 (section 221 to 222) is inverted on the voltage axis, it does not overlap with the step-down process 225 (section 222 to 223).

図2(c)は、非対称な三角波である。昇圧過程234(231から232の区間)を電圧軸で反転しても、降圧過程235(232から233の区間)とは重ならないからである。非対称な三角波は、立ち上がり時間と立ち下がり時間が異なる三角波である。
図2(d)の波形は複雑であるが、やはり非対称な交流である。昇圧過程244(241から242の区間)を電圧軸で反転しても、降圧過程245(242から243の区間)とは重ならないからである。
この他にも、図示しないが、非対称な交流としては、立ち上がり時間と立ち下がり時間が異なるのこぎり波を用いてもよい。
FIG. 2C shows an asymmetric triangular wave. This is because even if the step-up process 234 (section 231 to 232) is inverted on the voltage axis, it does not overlap with the step-down process 235 (section 232 to 233). An asymmetric triangular wave is a triangular wave having a different rise time and fall time.
The waveform in FIG. 2 (d) is complex, but is still asymmetrical alternating current. This is because even if the step-up process 244 (section from 241 to 242) is inverted on the voltage axis, it does not overlap with the step-down process 245 (section from 242 to 243).
In addition, although not shown, a sawtooth wave having a different rise time and fall time may be used as the asymmetrical alternating current.

図3は、周期または振幅が時間と共に変化する、非対称な交流の例である。
図3(a)は、時間と共に周期が増加する。昇圧過程314(311から312の区間)を電圧軸で反転しても、降圧過程315(312から313の区間)とは重ならないから、非対称な交流である。
図3(b)は、時間と共に振幅が増加する。昇圧過程324(321から322の区間)を電圧軸で反転しても、降圧過程325(322から323の区間)とは重ならないから、非対称な交流である。
FIG. 3 is an example of an asymmetrical alternating current whose period or amplitude varies with time.
In FIG. 3A, the period increases with time. Even if the step-up process 314 (section 311 to 312) is inverted on the voltage axis, it does not overlap with the step-down process 315 (part 312 to 313).
In FIG. 3B, the amplitude increases with time. Even if the step-up process 324 (section from 321 to 322) is inverted on the voltage axis, it does not overlap with the step-down process 325 (section from 322 to 323).

以上をまとめると、図2と図3に例示したように、非対称な交流とは、交流の昇圧過程と降圧過程とが、その一方の電圧軸を反転しても重なることのない交流と定義し、非対称交流とも呼ぶ。
以下、非対称な交流を用いて液体中に実質的に一方向に電界を発生させる装置および方法について、具体例を用いて説明する。
To summarize the above, as illustrated in FIGS. 2 and 3, asymmetrical alternating current is defined as alternating current that does not overlap even if the alternating voltage step-up process and the step-down process are reversed. Also called asymmetrical alternating current.
Hereinafter, an apparatus and a method for generating an electric field substantially in one direction in a liquid using asymmetrical alternating current will be described using specific examples.

<実施の形態1>
本発明の第1の実施の形態である、液体中に一方向の電界を発生させる電界発生装置および電界発生方法を、図5を用いて説明する。
図5に、液体中に一方向の電界を発生させる装置(電界発生装置)1100の概略断面図を示す。
容器1111は、液体1112で満たされている。第1の電極1113と第2の電極1114は、その少なくとも一部が液体1112に浸されている。第1の電極1113と第2の電極1114には、非対称な交流を発生する交流電源1115(交流発生器とも呼ぶ)が接続されている。
<Embodiment 1>
An electric field generation apparatus and an electric field generation method for generating an electric field in one direction in a liquid according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an apparatus (electric field generator) 1100 that generates an electric field in one direction in a liquid.
The container 1111 is filled with the liquid 1112. At least a part of the first electrode 1113 and the second electrode 1114 is immersed in the liquid 1112. An AC power source 1115 (also referred to as an AC generator) that generates asymmetrical AC is connected to the first electrode 1113 and the second electrode 1114.

ここで、容器1111は、液体1112を保持できるものであればよい。
液体1112は、効果よく一方向電界を発生するために、イオン濃度が小さなものが好ましい。例えば、エタノール、メタノール、IPA(Isopropyl Alcohol)などのアルコール類、ベンジン、アセトンなどの有機溶媒などが好ましい。水を用いる場合は、純水、無イオン水などを用いるのが好ましい。
Here, the container 1111 may be any container that can hold the liquid 1112.
The liquid 1112 preferably has a low ion concentration in order to effectively generate a unidirectional electric field. For example, ethanol, methanol, alcohols such as IPA (Isopropyl Alcohol), and organic solvents such as benzine and acetone are preferable. When water is used, it is preferable to use pure water, non-ionized water or the like.

第1の電極1113および第2の電極1114は、十分な導電性を有していればよい。
なお、第1の電極1113と第2の電極1114は、互いに対向するように配置することにより、2つの電極間の電界の向きと強さを均一にすることができる。したがって、後述する実施例で示されるように、液体中の帯電した物体を一方向に移動させ、または、電気泳動を行う際には、物体や電気泳動の対象物を正確にコントロールすることができる。
また、電極材料としては、たとえば、銅、金、タングステン、アルミニウムなどの金属や導電性を与える不純物を添加したシリコンなどの半導体を用いることができる。
The first electrode 1113 and the second electrode 1114 only need to have sufficient conductivity.
Note that the first electrode 1113 and the second electrode 1114 are arranged so as to face each other, whereby the direction and strength of the electric field between the two electrodes can be made uniform. Therefore, as shown in the embodiments described later, when moving a charged object in a liquid in one direction or performing electrophoresis, it is possible to accurately control the object and the object of electrophoresis. .
As the electrode material, for example, a metal such as copper, gold, tungsten, or aluminum, or a semiconductor such as silicon to which an impurity imparting conductivity is added can be used.

電極の形状は、たとえば平板状とし、電極のサイズ,面積は5cm×5cm程度とする。1対の電極は所定の距離だけ離して対向配置させ、その電極間の距離はたとえば10cm程度とする。ただし、電極の形状や配置はこれに限るものではなく、網状、リング状、塊状の形状の電極を、電界を発生させたい領域を挟むように配置してもよい。また、電極間の距離は、電界を発生させたい領域の大きさに応じて決めればよく、数μm〜数十cmとする場合もある。   The shape of the electrode is, for example, a flat plate, and the size and area of the electrode are about 5 cm × 5 cm. The pair of electrodes are arranged opposite each other by a predetermined distance, and the distance between the electrodes is, for example, about 10 cm. However, the shape and arrangement of the electrodes are not limited to this, and electrodes having a net shape, a ring shape, or a lump shape may be arranged so as to sandwich a region where an electric field is to be generated. Further, the distance between the electrodes may be determined according to the size of the region where the electric field is to be generated, and may be several μm to several tens of cm.

交流電源1115で発生させて、第1の電極1113と第2の電極1114に印加する非対称交流は、例えば、図2や図3に示したものを用いることができる。図2および図3における交流電圧値Vを、第2の電極1114を基準電圧として、第1の電極1113に加える電圧とする。このとき、例えば図2に示す非対称交流を印加したとき、液体1112内に実質的に発生する電界の向きは右向き(図5の矢印1117の向き)となる。   As the asymmetrical alternating current generated by the alternating current power source 1115 and applied to the first electrode 1113 and the second electrode 1114, for example, the one shown in FIG. 2 or FIG. 3 can be used. The AC voltage value V in FIGS. 2 and 3 is a voltage applied to the first electrode 1113 using the second electrode 1114 as a reference voltage. At this time, for example, when the asymmetrical alternating current shown in FIG. 2 is applied, the direction of the electric field substantially generated in the liquid 1112 is rightward (direction of arrow 1117 in FIG. 5).

非対称交流の好ましい周波数は、液体の種類によって異なる。一般的に、液体はイオンを含み、液体中のイオン濃度が高いほど、電極の電位変化に対応して液体中に発生した電界が速やかに消失する。非対称交流の電圧変化(周波数に比例)が、液体中に発生した電界が消失する時間より長い場合には、液体中にほとんど電界を発生させることができない。そのため、イオン濃度が低い液体では周波数を低く、イオン濃度が高い液体では周波数を高くする。
例として、液体としてIPAを用いた場合は、好ましくは5Hz〜50kHzであり、液体として純水を用いた場合は500Hz〜5MHzである。しかしながら、液体の汚染によりイオン濃度が高い場合には、周波数を高くする必要がある。
The preferred frequency of the asymmetrical alternating current varies depending on the type of liquid. In general, the liquid contains ions, and the higher the ion concentration in the liquid, the faster the electric field generated in the liquid disappears in response to the potential change of the electrode. When the voltage change of the asymmetrical alternating current (proportional to the frequency) is longer than the time when the electric field generated in the liquid disappears, the electric field can hardly be generated in the liquid. For this reason, the frequency is lowered for a liquid having a low ion concentration, and the frequency is increased for a liquid having a high ion concentration.
As an example, when IPA is used as the liquid, the frequency is preferably 5 Hz to 50 kHz, and when pure water is used as the liquid, the frequency is 500 Hz to 5 MHz. However, when the ion concentration is high due to liquid contamination, it is necessary to increase the frequency.

液体1112のイオン濃度が高い場合、第1の電極1113および第2の電極1114に非対称交流を印加した際に、液体1112中に一方向に電界が発生するのを阻害する効果がより強くなる。
これは、第1の電極1113および第2の電極1114の表面付近にも多くのイオンが存在するため、第1の電極1113および第2の電極1114の電位の変化に対して、第1の電極1113および第2の電極1114の表面付近の電荷数の変化が速やかに追従するからである。
したがって、液体1112のイオン濃度が高い場合、非対称交流の周波数を高くする必要が生じる。液体1112のイオン濃度が高い場合の液体1112のイオンの挙動は、後ほどシミュレーション結果の最後でも説明する。
When the ion concentration of the liquid 1112 is high, when an asymmetrical alternating current is applied to the first electrode 1113 and the second electrode 1114, the effect of inhibiting an electric field from being generated in one direction in the liquid 1112 becomes stronger.
This is because there are many ions in the vicinity of the surfaces of the first electrode 1113 and the second electrode 1114, so that the first electrode This is because the change in the number of charges in the vicinity of the surfaces of 1113 and the second electrode 1114 quickly follows.
Therefore, when the ion concentration of the liquid 1112 is high, it is necessary to increase the frequency of the asymmetrical alternating current. The behavior of ions in the liquid 1112 when the ion concentration of the liquid 1112 is high will be described later at the end of the simulation result.

非対称交流の好ましい電圧は、必要な電界の強さにより適宜決定する。例えば、電極間の距離が1cmのときは、1V以上500V以下の電圧を用いることができる。
このように、非対称な交流を第1の電極1113と第2の電極1114に印加することによって、液体1112内に実質的に一方向に電界が発生する。その理由は、後述するシミュレーション結果を元に、説明する。
A preferable voltage for the asymmetrical alternating current is appropriately determined depending on the required electric field strength. For example, when the distance between the electrodes is 1 cm, a voltage of 1 V to 500 V can be used.
In this way, by applying asymmetrical alternating current to the first electrode 1113 and the second electrode 1114, an electric field is generated in the liquid 1112 substantially in one direction. The reason will be described based on a simulation result described later.

ところで、液体が電気分解し、または電気化学反応により電極が腐食するといった問題は、専ら電極間を流れる直流電流成分で決定され、交流では、ほとんど問題とならない。
電気化学反応(電食)においては、直流電流が流れる場合は、陽極では酸化反応が起こって腐食が進行するが、陰極では還元反応が起こって腐食は起こらない。
By the way, the problem that the liquid is electrolyzed or the electrode corrodes due to the electrochemical reaction is determined solely by the direct current component flowing between the electrodes, and is hardly a problem with alternating current.
In the electrochemical reaction (electric corrosion), when a direct current flows, an oxidation reaction occurs at the anode and corrosion proceeds, but a reduction reaction occurs at the cathode and no corrosion occurs.

一方、交流電流が流れる場合は、それぞれ同じ程度の酸化反応と還元反応が交互に起こるため、2つの電極ともほとんど腐食が起こらない。電気分解も同様である。
実際は、反応生成物質が拡散により移動するため、低周波数では酸化反応と還元反応が完全に相殺するとは限らないが、一般的には交流での電気化学反応や電気分解は直流の場合よりも遥かに小さい。
それゆえ、交流により液体中に一方向に電界が発生できるということは、電気化学反応や電気分解をほとんど起こさずに液体中に一方向に電界を発生できることを意味する。
On the other hand, when an alternating current flows, the oxidation reaction and the reduction reaction of the same degree occur alternately, so that the two electrodes hardly corrode. The same applies to electrolysis.
Actually, reaction products move by diffusion, so the oxidation reaction and reduction reaction do not completely cancel at low frequencies, but in general, electrochemical reactions and electrolysis in alternating current are far more than in direct current. Small.
Therefore, the fact that an electric field can be generated in one direction in the liquid by alternating current means that the electric field can be generated in one direction in the liquid with almost no electrochemical reaction or electrolysis.

このように、直流電流を流す場合は、陽極の腐食が起こるのに対して、交流電流を流す場合は、電気化学反応や電気分解は起こりにくいので、電極の腐食はほとんど起こらない。
また、交流の場合、対称交流と非対称交流のいずれの場合も、酸化反応と還元反応が交互に起こるので、電極の腐食はほとんど起こらない。
Thus, when direct current is passed, corrosion of the anode occurs, whereas when alternating current is passed, electrochemical reaction and electrolysis hardly occur, and therefore, corrosion of the electrode hardly occurs.
Further, in the case of alternating current, in both cases of symmetric alternating current and asymmetrical alternating current, oxidation reaction and reduction reaction occur alternately, so that electrode corrosion hardly occurs.

液体1112中に、実質的に一方向に電界を発生させるステップは、主として、以下のステップからなる。
(1)容器1111に、液体1112を注入する準備ステップ、
(2)第1の電極1113と第2の電極1114を、それぞれ少なくとも一部が液体1112に浸されるように、所定の間隔を空けて配置する配置ステップ、
(3)第1の電極1113と第2の電極1114との間に非対称交流を印加し、液体1112中に実質的に第1の電極1113から第2の電極1114へ向かう電界、または第2の電極1114から第1の電極1113へ向かう電界のいずれか一方の電界を発生させる電界発生ステップ。
The step of generating an electric field in the liquid 1112 substantially in one direction mainly includes the following steps.
(1) a preparation step for injecting the liquid 1112 into the container 1111;
(2) an arrangement step of arranging the first electrode 1113 and the second electrode 1114 at a predetermined interval so that at least a part thereof is immersed in the liquid 1112;
(3) An asymmetrical alternating current is applied between the first electrode 1113 and the second electrode 1114, and the electric field that substantially flows from the first electrode 1113 to the second electrode 1114 in the liquid 1112, or the second An electric field generating step of generating one of the electric fields from the electrode 1114 toward the first electrode 1113;

上述のような方法または装置を用い、2つの電極1113、1114間に非対称な交流を印加することにより、液体1112内に実質的に一方向の電界を発生することができる。
また、非対称交流では、瞬間的に電界の方向が交互に反転するが、上記したように、昇圧と降圧の過程が重ならないので、実質的に一方向の電界となる。実質的に一方向とは、液体中に発生した電界ベクトルを非対称交流の1周期分、整数周期分または十分に長い時間積分したときに、電界ベクトルが0にならずに有限の大きさで一方向を向くということを意味する。したがって、電界ベクトルの向きが常に一方向を向いているということを意味するものではない。実際、非対称交流が印加された場合は、電界ベクトルの向きは非対称交流の周期で反転している。
A substantially unidirectional electric field can be generated in the liquid 1112 by applying an asymmetrical alternating current between the two electrodes 1113 and 1114 using the method or apparatus as described above.
In asymmetrical alternating current, the direction of the electric field is alternately reversed instantaneously. However, as described above, the steps of step-up and step-down do not overlap, so that the electric field is substantially unidirectional. Substantially unidirectional means that when the electric field vector generated in the liquid is integrated for one period of an asymmetrical alternating current, an integer period, or a sufficiently long time, the electric field vector does not become zero and has a finite magnitude. It means to face the direction. Therefore, it does not mean that the direction of the electric field vector is always in one direction. Actually, when an asymmetrical alternating current is applied, the direction of the electric field vector is reversed at the period of the asymmetrical alternating current.

このように実質的に一方向の電界を発生した場合、上記したように酸化と還元が交互に起こるので、液体が電気分解されることはほとんどなく、また、電気化学反応もほとんど生じない。ただし、対称交流を印加した場合は、同様に電極の腐食は起こりにくいが、一方向の電界を発生させることはできない。
したがって、非対称交流を印加した場合は、直流電流と同様に、液体内に一方向の電界を発生させることができ、対称交流と同様に、液体が電気分解し、または電気化学反応により電極が腐食するのを抑えることができる。
When a substantially unidirectional electric field is generated in this way, oxidation and reduction occur alternately as described above, so that the liquid is hardly electrolyzed, and an electrochemical reaction hardly occurs. However, when a symmetrical alternating current is applied, the electrode is similarly unlikely to corrode, but an electric field in one direction cannot be generated.
Therefore, when an asymmetrical alternating current is applied, a unidirectional electric field can be generated in the liquid, similar to a direct current, and the liquid is electrolyzed, or the electrode is corroded by an electrochemical reaction, similar to the symmetrical alternating current. Can be suppressed.

本実施の形態では、第1の電極1113と第2の電極1114はいずれも液体1112と直接触れているため、もし2つの電極間に直流を印加すると直流電流が流れる。それゆえ、非対称交流が実質的な直流成分を持たないこと、すなわち上記第1の電極と第2の電極との間の電圧V(t)を交流の1周期に渡って積分したVeffが実質的に0であることが好ましい。なぜならば、このようにすることにより2つの電極間に正味の直流電流が流れないので、液体が電気分解し、または電気化学反応により電極が腐食するといった問題をより確実に回避できるからである。   In this embodiment mode, since both the first electrode 1113 and the second electrode 1114 are in direct contact with the liquid 1112, if a direct current is applied between the two electrodes, a direct current flows. Therefore, the asymmetrical alternating current does not have a substantial direct current component, that is, Veff obtained by integrating the voltage V (t) between the first electrode and the second electrode over one period of the alternating current is substantial. Is preferably 0. This is because a net direct current does not flow between the two electrodes in this way, so that problems such as liquid electrolysis or electrode corrosion due to electrochemical reaction can be avoided more reliably.

非対称交流として好ましい例は、図2(b)に示すような非対称な矩形波(高電位持続時間と低電位持続時間が異なる矩形波)である。このような矩形波は、発生させるための回路が比較的単純であり、効率よく液体中に実質的に一方向の電界を発生できるからである。なお、図2(b)の例では高電位持続時間が短く低電位持続時間が長いが、高電位持続時間を長く低電位持続時間を短くした場合は、液体中に発生する実質的に一方向の電界の向きを反対にすることができる。   A preferable example of the asymmetrical alternating current is an asymmetric rectangular wave (a rectangular wave having a high potential duration and a low potential duration different) as shown in FIG. This is because a circuit for generating such a rectangular wave is relatively simple, and a substantially unidirectional electric field can be efficiently generated in the liquid. In the example of FIG. 2B, the high potential duration is short and the low potential duration is long. However, when the high potential duration is long and the low potential duration is short, it is substantially unidirectionally generated in the liquid. The direction of the electric field can be reversed.

非対称交流としては、図2(c)に示すような非対称な三角波(立ち上り時間と立ち下り時間が異なる三角波またはのこぎり波)を用いてもよい。このような三角波も、同様に発生させるための回路が比較的単純であり、効率よく液体中に実質的に一方向の電界を発生しうる。なお、この例では立ち上り時間が短く立ち下り時間が長いが、立ち上り時間が長く立下り立ち下り時間を短くすると、液体中に発生する実質的に一方向の電界の向きを反対にすることができる。
図2(b)や図2(c)の波形が好ましい理由は、後述するシミュレーション結果の解釈と共に詳しく述べる。
As the asymmetrical alternating current, an asymmetric triangular wave (triangular wave or sawtooth wave having a different rising time and falling time) as shown in FIG. 2C may be used. A circuit for generating such a triangular wave is relatively simple, and an electric field in a substantially one direction can be efficiently generated in the liquid. In this example, the rise time is short and the fall time is long, but if the rise time is long and the fall fall time is shortened, the direction of the electric field in one direction generated in the liquid can be reversed. .
The reason why the waveforms shown in FIGS. 2B and 2C are preferable will be described in detail together with the interpretation of the simulation results described later.

<実施の形態2>
本発明の第2の実施の形態である、液体中の一方向に電界を発生させる電界発生装置および電界発生方法を、図6を用いて説明する。
本実施の形態が、実施の形態1と異なるのは、第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われることである。
<Embodiment 2>
An electric field generation apparatus and an electric field generation method for generating an electric field in one direction in a liquid according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The present embodiment is different from the first embodiment in that at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film.

図6は、本実施の形態の液体中の一方向に電界を発生させる装置1200の概略断面図である。
容器1211は、液体1212で満たされている。第1の電極1213と第2の電極1214は、その少なくとも一部が液体1212に浸されている。第1の電極1213と第2の電極1214は絶縁膜1216で覆われており、非対称な交流を発生する交流電源1215が接続されている。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an apparatus 1200 that generates an electric field in one direction in the liquid according to the present embodiment.
The container 1211 is filled with the liquid 1212. At least a part of the first electrode 1213 and the second electrode 1214 is immersed in the liquid 1212. The first electrode 1213 and the second electrode 1214 are covered with an insulating film 1216, and an AC power supply 1215 that generates asymmetrical AC is connected to the first electrode 1213 and the second electrode 1214.

ここで、容器1211は、液体1212を保持できるものであればよい。液体1212は、イオン濃度が小さなものが好ましい。例えば、エタノール、メタノール、IPAなどのアルコール類、ベンジン、アセトンなどの有機溶媒などが好ましい。水を用いる場合は、純水、無イオン水などを用いるのが好ましい。第1の電極1213および第2の電極1214は、十分な導電性を有していればよい。
また、この場合も、実施の形態1と同様に、2つの電極間の電界の向きと強さを均一にするために、第1の電極1213と第2の電極1214は、互いに対向するように配置することが好ましい。これにより、液体中の帯電した物体の一方向への移動や、電気泳動の対象物の移動を、正確にコントロールすることができるようになる。
Here, the container 1211 may be anything that can hold the liquid 1212. The liquid 1212 preferably has a low ion concentration. For example, alcohols such as ethanol, methanol and IPA, and organic solvents such as benzine and acetone are preferable. When water is used, it is preferable to use pure water, non-ionized water or the like. The first electrode 1213 and the second electrode 1214 only need to have sufficient conductivity.
Also in this case, as in the first embodiment, in order to make the direction and strength of the electric field between the two electrodes uniform, the first electrode 1213 and the second electrode 1214 are opposed to each other. It is preferable to arrange. This makes it possible to accurately control the movement of the charged object in the liquid in one direction and the movement of the object to be electrophoresed.

絶縁膜1216は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、樹脂薄膜などを用いることができる。
また絶縁膜1216は、電極全体を覆うように形成し、たとえば電極が銅、金、タングステン、アルミニウムなどの金属や導電性を与える不純物を添加したシリコンなどの半導体材料で形成されている場合、10nm〜2μm程度の膜厚のシリコン酸化膜を形成すればよい。絶縁膜は、公知の従来技術、たとえば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によって形成すればよい。
As the insulating film 1216, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a resin thin film, or the like can be used.
The insulating film 1216 is formed so as to cover the entire electrode. For example, when the electrode is formed of a semiconductor material such as silicon added with a metal such as copper, gold, tungsten, or aluminum or an impurity imparting conductivity, 10 nm. A silicon oxide film having a thickness of about 2 μm may be formed. The insulating film may be formed by a known prior art, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

交流電源1215で発生させて、第1の電極1213と第2の電極1214に印加する非対称交流は、例えば、図2や図3に示したものを用いることができる。図2および図3におけるVを、第2の電極1214を基準電圧として、第1の電極1213に加える電圧とする。このとき、例えば図2に示す非対称交流を印加したとき、液体1212内に実質的に発生する電界の向きは右向き(図6の矢印1217の向き)となる。   As the asymmetrical alternating current generated by the alternating current power source 1215 and applied to the first electrode 1213 and the second electrode 1214, for example, the one shown in FIG. 2 or FIG. 3 can be used. 2 and 3 is a voltage applied to the first electrode 1213 using the second electrode 1214 as a reference voltage. At this time, for example, when the asymmetrical alternating current shown in FIG. 2 is applied, the direction of the electric field substantially generated in the liquid 1212 is rightward (direction of the arrow 1217 in FIG. 6).

また、非対称交流は、例えば、図7に示した波形の交流を用いてもよい。図7(a)、(b)、(c)および(d)に示す波形は、図2(a)、(b)、(c)および(d)に示す波形に、それぞれ直流成分Vsa、Vsb、VscおよびVsdを加えたものである。
図2に示す波形は、交流の一周期にわたって電圧を平均したものが0となるが、図7に示す波形では0にならない。しかしながら、第1の電極1213および第2の電極1214は絶縁膜1216で覆われているため、2つの電極間に直流電流は流れない。したがって、図7に示すような波形であっても特に悪影響なく、液体1212中に、実質的に一方向の電界を発生することができる。
Moreover, you may use the alternating current of the waveform shown in FIG. 7, for example as asymmetrical alternating current. The waveforms shown in FIGS. 7 (a), (b), (c) and (d) are the same as the waveforms shown in FIGS. 2 (a), (b), (c) and (d), respectively, with direct current components Vsa and Vsb. , Vsc and Vsd.
In the waveform shown in FIG. 2, the average of the voltage over one period of AC is 0, but it is not 0 in the waveform shown in FIG. However, since the first electrode 1213 and the second electrode 1214 are covered with the insulating film 1216, no direct current flows between the two electrodes. Therefore, even if the waveform is as shown in FIG. 7, a substantially unidirectional electric field can be generated in the liquid 1212 without any particular adverse effect.

図6に示す本実施の形態では、第1の電極1213および第2の電極1214は共に絶縁膜1216で覆われているが、どちらか一方の電極が絶縁膜1216で覆われていれば良い。この場合でも、2つの電極間に直流電流が流れることを防ぐことができるからである。   In this embodiment mode illustrated in FIG. 6, the first electrode 1213 and the second electrode 1214 are both covered with the insulating film 1216, but one of the electrodes may be covered with the insulating film 1216. This is because even in this case, it is possible to prevent a direct current from flowing between the two electrodes.

非対称交流の好ましい周波数および電圧は、実施の形態1と同様に設定すればよい。
実施の形態2では、第1の電極および第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われるため、2つの電極間に直流電流が流れない。すなわち、電極と液体間で直接電子の移動が起こるので、酸化反応や還元反応が起こることがない。
したがって、液体が電気分解し、または電気化学反応により電極が腐食するといった問題を確実に防ぐことができる。
What is necessary is just to set the preferable frequency and voltage of asymmetrical alternating current similarly to Embodiment 1. FIG.
In Embodiment 2, since at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film, a direct current does not flow between the two electrodes. That is, since direct electron transfer occurs between the electrode and the liquid, no oxidation reaction or reduction reaction occurs.
Therefore, the problem that the liquid is electrolyzed or the electrode is corroded by an electrochemical reaction can be reliably prevented.

また、第1の電極および第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われるため、第1の電極から第2の電極へ直接電子が到達して電流が流れることがない。そのため、この系で消費される電力は、電極を覆う絶縁膜が構成するキャパシタンスの充放電によるもののみである。したがって、消費電力を著しく小さくし、ジュール熱の発生も著しく減らすことが可能となる。
この実施の形態2の場合も、図2(b)や図2(c)の波形が好ましい。
In addition, since at least one of the first electrode and the second electrode is covered with the insulating film, electrons do not reach the second electrode directly from the first electrode, and current does not flow. Therefore, the electric power consumed in this system is only due to charge / discharge of the capacitance formed by the insulating film covering the electrodes. Therefore, the power consumption can be significantly reduced, and the generation of Joule heat can be significantly reduced.
In the case of the second embodiment, the waveforms shown in FIG. 2B and FIG. 2C are preferable.

<シミュレーション>
以下、このような非対称交流を液体中の2つの電極に印加した場合に、液体中に発生する電界、および帯電した物体の運動をシミュレーションした結果を述べる。
(1)シミュレーションモデル
非対称交流を液体中に浸した2つの電極に印加した場合に発生する電界および、帯電した物体の運動のシミュレーション結果を、図8〜図26を用いて説明する。
<Simulation>
Hereinafter, the simulation result of the electric field generated in the liquid and the motion of the charged object when such an asymmetrical alternating current is applied to two electrodes in the liquid will be described.
(1) Simulation Model A simulation result of an electric field generated when an asymmetrical alternating current is applied to two electrodes immersed in a liquid and a motion of a charged object will be described with reference to FIGS.

図8は、液体中に浸した2つの電極に、時間T=0より一定の直流電圧を印加した場合に起こる現象を説明する図である。
第1の電極1213と第2の電極1214の間には、液体1212が満たされているものとする。第1の電極1213および第2の電極1214はそれぞれ絶縁膜1216で覆われているものとする。この場合、2つの電極間には電流は流れない。第1の電極1213と第2の電極1214には、電源1215が接続されている。
T=0で、電源1215から第1の電極1213および第2の電極1214に電圧を印加し始めると、図8(a)に示すように、液体1212中には、矢印1217で示した向きに電界が発生する。
FIG. 8 is a diagram illustrating a phenomenon that occurs when a constant DC voltage is applied to two electrodes immersed in a liquid from time T = 0.
It is assumed that the liquid 1212 is filled between the first electrode 1213 and the second electrode 1214. The first electrode 1213 and the second electrode 1214 are each covered with an insulating film 1216. In this case, no current flows between the two electrodes. A power source 1215 is connected to the first electrode 1213 and the second electrode 1214.
When a voltage starts to be applied from the power source 1215 to the first electrode 1213 and the second electrode 1214 at T = 0, the liquid 1212 has a direction indicated by an arrow 1217 as shown in FIG. An electric field is generated.

液体中には、液体の種類に依存する濃度の正イオンと負イオンが存在する。そのため、電圧印加開始から時間T1が経過した後、図8(b)に示すように、第1および第2の電極を覆う絶縁膜1216上には、それぞれの電極に誘起された電荷と反対符号の電荷が集まり始める。絶縁膜1216上に誘起された電荷は、それぞれの電極に誘起された電荷から発生する電気力線を終端するため、液体1212中の電界の強さは時間が経るにつれて次第に弱くなる。   In the liquid, there are positive ions and negative ions whose concentration depends on the type of the liquid. Therefore, after time T1 has elapsed from the start of voltage application, as shown in FIG. 8B, on the insulating film 1216 covering the first and second electrodes, the sign opposite to the charge induced in the respective electrodes. The charge begins to collect. The electric charges induced on the insulating film 1216 terminate the electric lines of force generated from the electric charges induced in the respective electrodes, so that the strength of the electric field in the liquid 1212 gradually decreases with time.

電圧印加開始から十分な時間T2が経過した後は、図8(c)に示すように、それぞれの電極に誘起された電荷から発生する電気力線は、絶縁膜1216上に誘起された電荷によって完全に終端されるため、液体1212中の電界の強さは0になる。
液体中の電界がほぼ0になるまでに要する時間(時定数)は、液体中に存在するイオンの濃度に依存し、イオン濃度が小さいほど長時間を要する。例えば、IPAでは10秒以内であり、純水では0.1秒以内である。塩類が溶解した水では、更に短くなる。
After a sufficient time T2 has elapsed from the start of voltage application, as shown in FIG. 8C, the lines of electric force generated from the charges induced in the respective electrodes are caused by the charges induced on the insulating film 1216. Since it is completely terminated, the electric field strength in the liquid 1212 becomes zero.
The time (time constant) required for the electric field in the liquid to become almost zero depends on the concentration of ions present in the liquid, and the smaller the ion concentration, the longer the time. For example, in IPA, it is within 10 seconds, and in pure water, it is within 0.1 seconds. In water in which salts are dissolved, it becomes even shorter.

このように、液体中には可動イオンが存在して電極の絶縁膜上に集まることができるために、従来は、液体中に浸された電極に電圧を印加しても、溶液中には一方向の電界を持続して発生させることは困難とされていた。
また、絶縁膜で覆われない裸の電極を用いて直流電圧を印加すれば、液体中に一方向の電界を持続して発生させることができるが、一方向電界が持続すると、液体が電気分解し、または電気化学反応により電極が腐食するといった問題があった。
なお、絶縁膜で覆われた2つの電極間に交流電圧を印加すれば、液体中に交流電界を発生させることは可能である。2つの電極間に交流を印加した場合は、その周波数の逆数が上記時定数より小さい時、電極の電位の変化に対して電極に誘起される電荷が追従できないため、液体中に電界が侵入する。しかしながら、液体中の電界の時間平均は0であり、液体中で一方向の電界を発生させることはできないとされていた。
As described above, since movable ions exist in the liquid and can be collected on the insulating film of the electrode, conventionally, even if a voltage is applied to the electrode immersed in the liquid, there is only one in the solution. It has been difficult to generate a directional electric field continuously.
In addition, if a DC voltage is applied using a bare electrode that is not covered with an insulating film, a unidirectional electric field can be generated continuously in the liquid. However, if the unidirectional electric field is sustained, the liquid is electrolyzed. However, there has been a problem that the electrode is corroded by an electrochemical reaction.
Note that if an AC voltage is applied between two electrodes covered with an insulating film, an AC electric field can be generated in the liquid. When alternating current is applied between the two electrodes, when the reciprocal of the frequency is smaller than the above time constant, the electric charge induced in the electrode cannot follow the change in the electrode potential, so the electric field penetrates into the liquid. . However, the time average of the electric field in the liquid is 0, and it has been said that a unidirectional electric field cannot be generated in the liquid.

図9および図10に、シミュレーションのモデルの説明図を示す。
図9に示すように、第1の電極1313および第2の電極1314は、それぞれ絶縁膜1316で覆われている。絶縁膜1316で覆われた2つの電極1313、1314間は、液体1312で満たされている。第1の電極1313および第2の電極1314には、任意の波形が発生できる電源1315が接続されている。液体1312中には、帯電した物体1318が浮遊している。このようなモデルを用いて、以下のようなシミュレーションを考える。
9 and 10 are explanatory diagrams of simulation models.
As shown in FIG. 9, the first electrode 1313 and the second electrode 1314 are each covered with an insulating film 1316. A space between the two electrodes 1313 and 1314 covered with the insulating film 1316 is filled with the liquid 1312. A power source 1315 capable of generating an arbitrary waveform is connected to the first electrode 1313 and the second electrode 1314. A charged object 1318 is suspended in the liquid 1312. The following simulation is considered using such a model.

第2の電極1314には接地電位(GND)を印加し、第1の電極1313には時間tに電圧V(t)を印加する。もともと系が帯電していない場合、第1の電極1313表面に誘起される電荷量をqe(t)とし、第1の電極1313を覆う絶縁膜1316上に誘起される電荷量をqs(t)とすると、第2の電極1314上に誘起される電荷量は−qe(t)、第2の電極1314を覆う絶縁膜1316上に誘起される電荷量は−qs(t)となる。
絶縁膜1316の誘電率はεdεo、液体1312の誘電率はεsεoとする。ここで、εdおよびεsはそれぞれ絶縁膜1316および液体1312の比誘電率、εoは真空中の誘電率である。また、液体中の電界の強さをE(t)とする。
A ground potential (GND) is applied to the second electrode 1314, and a voltage V (t) is applied to the first electrode 1313 at time t. When the system is not originally charged, the amount of charge induced on the surface of the first electrode 1313 is q e (t), and the amount of charge induced on the insulating film 1316 covering the first electrode 1313 is q s ( t), the amount of charge induced on the second electrode 1314 is −q e (t), and the amount of charge induced on the insulating film 1316 covering the second electrode 1314 is −q s (t). Become.
The dielectric constant of the insulating film 1316 is ε d ε o , and the dielectric constant of the liquid 1312 is ε s ε o . Here, ε d and ε s are relative dielectric constants of the insulating film 1316 and the liquid 1312, respectively, and ε o is a dielectric constant in a vacuum. Further, the strength of the electric field in the liquid is E (t).

第1の電極1313上の絶縁膜1316の両端の容量をCd1、第2の電極1314上の絶縁膜1316の両端の容量をCd2、液体1312の両端の容量をCsとすると、

Figure 2012189498
である。
ただし、dd1、dd2およびdsは、それぞれ第1の電極1313を覆う絶縁膜1316の厚さ、第2の電極1314を覆う絶縁膜1316の厚さ、および液体1312の厚さである。電極の面積は1とした。 If the capacitance at both ends of the insulating film 1316 on the first electrode 1313 is C d1 , the capacitance at both ends of the insulating film 1316 on the second electrode 1314 is C d2 , and the capacitance at both ends of the liquid 1312 is C s ,
Figure 2012189498
It is.
Here, d d1 , d d2, and d s are the thickness of the insulating film 1316 covering the first electrode 1313, the thickness of the insulating film 1316 covering the second electrode 1314, and the thickness of the liquid 1312, respectively. The area of the electrode was 1.

このとき、Cd1、CsおよびCd2の3つの容量を直列に接続したモデル全体の容量CAは、

Figure 2012189498
であらわされる。
一方、液体1312を導電体と考えて、Cd1とCd2の2つの容量を直列に接続した場合の全体容量CBは、
Figure 2012189498
であらわされる。 At this time, the capacity C A of the entire model in which three capacitors C d1 , C s, and C d2 are connected in series is
Figure 2012189498
It is expressed.
On the other hand, assuming that the liquid 1312 is a conductor, the total capacity C B when two capacitors C d1 and C d2 are connected in series is:
Figure 2012189498
It is expressed.

ここで、電源1315が任意の波形を発生した場合のシミュレーションの指針を、図10を用いて述べる。
まず、波形を短い時間Δtごとに分割して考える。この時間Δtごとに、瞬時に電圧を変化させる電圧変化ステップと、電圧を変化させない電圧一定ステップの2段階を考えることにより、任意の波形を階段状のステップで近似する。
Here, a simulation guideline when the power supply 1315 generates an arbitrary waveform will be described with reference to FIG.
First, the waveform is considered divided every short time Δt . An arbitrary waveform is approximated by a step-like step by considering two steps of a voltage changing step for instantaneously changing the voltage and a voltage constant step for not changing the voltage at each time Δt .

(a)電圧変化ステップ
この電圧変化ステップでは、瞬時に電圧がΔV(t)変化するものとする。このとき、電圧の変化により液体中のイオンが追従して移動することはできない。すなわち、qs(t)および−qs(t)は変化しない。ただし、電極の電荷は液体中のイオンに比べて十分に早く動けるため、qe(t)および−qe(t)は電圧変化ΔV(t)にただちに追従して変化することとする。このとき、2つの電極間の容量は、CAであるかのように振舞う。
以上のことより、電圧変化ステップでは以下の式が成立する。
Δqe(t)=CAΔV(t) (6)
Δqs(t)=0 (7)
ここで、Δqe(t)およびΔqs(t)は、時刻tにおける電圧変化ΔV(t)によって、それぞれqe(t)およびqs(t)が変化する量をあらわしている。
(A) Voltage change step In this voltage change step, the voltage changes instantaneously by ΔV (t). At this time, ions in the liquid cannot move following the change in voltage. That is, q s (t) and −q s (t) do not change. However, since the charge of the electrode can move sufficiently faster than the ions in the liquid, q e (t) and −q e (t) change immediately following the voltage change ΔV (t). At this time, the capacitance between the two electrodes behaves as if C A.
From the above, the following equation is established in the voltage change step.
Δq e (t) = C A ΔV (t) (6)
Δq s (t) = 0 (7)
Here, Δq e (t) and Δq s (t) represent amounts by which q e (t) and q s (t) change due to the voltage change ΔV (t) at time t, respectively.

(b)電圧一定ステップ
この電圧変化ステップでは、電圧が変化することなく時間Δtが経過するものとする。電圧が変化しない場合は、図8で説明したように、液体中の電界を弱めるように、すなわち平衡状態に近づくように液体中のイオンが移動し、qs(t)が変化する。平衡状態とは、液体中の電界が0の状態であり、液体は導電体とみなしてよい。ゆえに、2つの電極間の容量はCBとみなすことができる。また、qs(t)が変化することにより、Δqe(t)も変化する。
(B) Constant voltage step In this voltage change step, the time Δt passes without the voltage changing. When the voltage does not change, as described in FIG. 8, ions in the liquid move so as to weaken the electric field in the liquid, that is, approach the equilibrium state, and q s (t) changes. The equilibrium state is a state where the electric field in the liquid is zero, and the liquid may be regarded as a conductor. Therefore, the capacitance between the two electrodes can be regarded as C B. Further, as q s (t) changes, Δq e (t) also changes.

以上のことから、qs(t)の変化は次式であらわすことができる。

Figure 2012189498
From the above, the change in q s (t) can be expressed by the following equation.
Figure 2012189498

ここで、qeq(t)は時間tにおける、qs(t)の平衡状態の値であって、
eq(t)=CBV(t) (9)
の関係を満たす。
Where q eq (t) is the equilibrium value of q s (t) at time t,
q eq (t) = C B V (t) (9)
Satisfy the relationship.

nは、qs(t)の変化率と、qs(t)の平衡状態とのずれ{qs(t)−qeq(t)}との関係を規定する量である。n=1の場合は、qs(t)の変化率はqs(t)の平衡状態とのずれが大きいほど大きくなり、かつ、変化率が平衡状態とのずれに比例する(線形関係にある)。
一方、0<n<1の場合は、変化率が平衡状態とのずれに依存する(すなわち、平衡状態のずれが大きいほど変化率が大きくなる)ものの、変化率は平衡状態とのずれに比例しない(線形関係にない)。aは、qs(t)がqeq(t)に近付く速さを示す量である。
液体中のイオン濃度が高いほど速やかにqs(t)が変化できるから、aが大きくなる。
n is an amount that defines the rate of change of q s (t), the relationship between the displacement {q s (t) -q eq (t)} of equilibrium of q s (t). If n = 1, the rate of change of q s (t) increases as the deviation between the equilibrium q s (t) is large, and the rate of change is proportional to the displacement of equilibrium (a linear relationship is there).
On the other hand, when 0 <n <1, the rate of change depends on the deviation from the equilibrium state (that is, the rate of change increases as the deviation in the equilibrium state increases), but the rate of change is proportional to the deviation from the equilibrium state. No (not in a linear relationship) a is a quantity indicating the speed at which q s (t) approaches q eq (t).
As the ion concentration in the liquid is higher, q s (t) can be changed more quickly, so a becomes larger.

一方、qe(t)の変化率は、qs(t)の変化率から、以下のように求めることができる。まず、時間において、2つの電極間に印加される電圧V(t)は、Cd1、CsおよびCd2の両端に印加される電圧の和として、

Figure 2012189498
としてあらわされる。 On the other hand, the rate of change of q e (t) can be obtained from the rate of change of q s (t) as follows. First, in time, the voltage V (t) applied between the two electrodes is the sum of the voltages applied across C d1 , C s and C d2 ,
Figure 2012189498
It is expressed as.

両辺の変化率をとると、

Figure 2012189498
となる。 Taking the rate of change on both sides,
Figure 2012189498
It becomes.

一方、電圧一定ステップでは、

Figure 2012189498
であるから、(11)式と(12)式から、
Figure 2012189498
となり、qe(t)の変化率とqs(t)の変化率の関係を得ることができる。 On the other hand, in the constant voltage step,
Figure 2012189498
Therefore, from the equations (11) and (12),
Figure 2012189498
Thus, the relationship between the change rate of q e (t) and the change rate of q s (t) can be obtained.

時刻tにおける、液体中の電界の強さE(t)は、

Figure 2012189498
とあらわされる。 The electric field strength E (t) in the liquid at time t is
Figure 2012189498
It is expressed.

(c)液体中での帯電した物体の運動
液体中の帯電した物体が受ける力F(t)は、物体が持つ実質的な電荷量をqob、粘性抵抗係数をc、物体の速度をν(t)、物体の質量をm、物体の加速度をa(t)とすると、
F(t)=qobE(t)−cν(t)=ma(t) (15)
であり、この運動方程式を解くことにより、液体中での物体の運動を記述することができる。
なお、粘度ηの液体中にある、半径rの球状物体を考えると、レイノルズ数が小さなときは、ストークスの定理により粘性抵抗係数cは6πηrとあらわされる。
(C) Motion of a charged object in a liquid The force F (t) received by a charged object in a liquid is q ob , the viscous resistance coefficient c, and the velocity of the object v (t), where m is the mass of the object and a (t) is the acceleration of the object,
F (t) = q ob E (t) −cν (t) = ma (t) (15)
By solving this equation of motion, the motion of the object in the liquid can be described.
Considering a spherical object having a radius r in a liquid having a viscosity η, when the Reynolds number is small, the viscous resistance coefficient c is expressed by 6πηr according to Stokes' theorem.

(2)シミュレーション結果
以下、いくつかの交流波形を例にとって、シミュレーションの結果を説明する。
このシミュレーションで用いた定数は、以下の通りである。
物体の質量mは1.57×10-14[kg]、物体の半径rは1×10-7[m]、物体の実質的な電荷量qobは3.72×10-14[C]、液体の粘度は8×10-4[Ps]、電極上の絶縁膜の比誘電率εdは4、電極上の絶縁膜の厚さdd1およびdd2は4×10-8[m]、液体の比誘電率εsは20、液体の厚さdsは1×10-2[m]、定数aは10である。
また、特に断わりのない場合は、定数nは0.8であり、qs(t)の変化率と、qs(t)の平衡状態とのずれ{qs(t)−qeq(t)}との関係は非線形であるとした。
(2) Simulation Results Hereinafter, simulation results will be described using several AC waveforms as examples.
The constants used in this simulation are as follows.
The mass m of the object is 1.57 × 10 −14 [kg], the radius r of the object is 1 × 10 −7 [m], and the substantial charge amount q ob of the object is 3.72 × 10 −14 [C]. The viscosity of the liquid is 8 × 10 −4 [Ps], the dielectric constant ε d of the insulating film on the electrode is 4, and the thicknesses d d1 and d d2 of the insulating film on the electrode are 4 × 10 −8 [m]. The relative dielectric constant ε s of the liquid is 20, the thickness d s of the liquid is 1 × 10 −2 [m], and the constant a is 10.
Further, unless otherwise specified, the constant n is 0.8, q s and the rate of change of (t), q s (t ) shifted {q s and equilibrium (t) -q eq (t )} Is non-linear.

[第1実施例の結果]
第1実施例では、図11に示すように、振幅200Vで周波数5Hzの非対称な矩形波(高電位持続時間と低電位持続時間が異なる矩形波)を、第1の電極1313と第2の電極1314との間に印加する。V(t)は第2の電極1314を基準とした第1の電極の電位である。時刻0以前は、電圧は印加されていないこととする。
[Results of First Example]
In the first embodiment, as shown in FIG. 11, an asymmetric rectangular wave having an amplitude of 200 V and a frequency of 5 Hz (a rectangular wave having a high potential duration and a low potential duration different) is applied to the first electrode 1313 and the second electrode. 1314. V (t) is the potential of the first electrode with respect to the second electrode 1314. It is assumed that no voltage is applied before time 0.

このとき、qs(t)およびqe(t)は、それぞれ図12および図13のように変化する。電圧の印加を開始した時刻0付近を除いて、それぞれ周期的に変化する。液体中の電界の強さE(t)は、図14のように、電圧の印加を開始した時刻0付近を除いて周期的に変化する。 At this time, q s (t) and q e (t) change as shown in FIGS. 12 and 13, respectively. Each changes periodically except for the vicinity of time 0 when the application of the voltage is started. As shown in FIG. 14, the electric field strength E (t) in the liquid changes periodically except for the vicinity of time 0 when the voltage application is started.

ここで、図15に、電圧印加開始から十分時間が経過して定常状態となったときの平均電界Eavと、非線形性をあらわす定数nとの関係を示す。
平均電界Eavは、電圧印加開始から十分時間が経過したとき、交流の1周期に渡って電界E(t)を平均して求めた。平均電界Eavが0でないということは、液体中に実質的に一方向の電界が存在することを示している。
Here, FIG. 15 shows the relationship between the average electric field E av when a sufficient time has elapsed from the start of voltage application and a steady state is reached, and a constant n representing non-linearity.
The average electric field E av was obtained by averaging the electric field E (t) over one AC period when a sufficient time had elapsed from the start of voltage application. The fact that the average electric field E av is not 0 indicates that a substantially unidirectional electric field exists in the liquid.

非線形性をあらわす定数nが1のとき(非線形性が存在しない)は、Eavは0であり、液体中には純粋に交流電界が存在するのみである。
一方、nが1より小さくなるにつれて、すなわち非線形性が強くなるにつれて、Eavは大きくなり、液体中の実質的に一方向の電界が強くなる。このことは、本発明の本質である、液体中での実質的に一方向の電界発生は、qs(t)の変化率と、qs(t)の平衡状態とのずれ{qs(t)−qeq(t)}と間の非線形性にあることを示唆している。なお、Eavが正とは、図10において実質的に一方向の電界は下向きであることを示している。
When the constant n representing the non-linearity is 1 (no non-linearity exists), E av is 0, and there is only a pure AC electric field in the liquid.
On the other hand, as n becomes smaller than 1, that is, as the nonlinearity becomes stronger, E av becomes larger and the electric field in one direction in the liquid becomes stronger. This is the essence of the present invention, substantially unidirectional electric field generated in a liquid, q s and the rate of change of (t), q s (t ) shift the equilibrium of {q s ( t) −q eq (t)}. Note that E av is positive indicates that the electric field in one direction is substantially downward in FIG.

図16に、液体中に置かれた帯電した物体の位置x(t)(図10における上下方向)の時間変化を示す。
物体は、時刻0で負方向(図10における上方向)に動いた後、振動しながら正方向(図10における下方向)に動いていく。これは、電界E(t)の時間平均Eavが正であることによる。このことから、2つの電極間に非対称交流を印加することにより、帯電した物体を一方向に移動させることがわかる。
FIG. 16 shows the time change of the position x (t) (vertical direction in FIG. 10) of the charged object placed in the liquid.
The object moves in the negative direction (upward in FIG. 10) at time 0, and then moves in the positive direction (downward in FIG. 10) while vibrating. This is because the time average E av of the electric field E (t) is positive. From this, it can be seen that applying asymmetrical alternating current between the two electrodes moves the charged object in one direction.

以上のことから明らかなように、電極が絶縁膜で覆われており、液体中を電流が流れない場合であっても、電極間に非対称交流を印加することにより、液体中の一方向に実質的な電界を発生させ、物体を移動させることが可能となる。
非対称な矩形波により、液体中の物体が一方向に動くことは実験でも確かめられ、その方向はシミュレーションが予測する方向と一致した。
As is clear from the above, even when the electrode is covered with an insulating film and no current flows in the liquid, by applying an asymmetrical alternating current between the electrodes, the electrode is substantially unidirectional in the liquid. It is possible to generate an electric field and move the object.
The experiment confirmed that the object in the liquid moves in one direction due to the asymmetrical square wave, and the direction coincided with the direction predicted by the simulation.

[第2実施例の結果]
第2実施例では、図17に示すように、振幅200Vで周波数5Hzの非対称な矩形波(高電位持続時間と低電位持続時間が異なる矩形波)を、第1の電極1313と第2の電極1314との間に印加する。第1の場合と異なるのは、図17のV(t)を一周期に渡って平均すると0になるように、図11に示す波形に直流バイアスを加えていることである。
[Results of Second Example]
In the second embodiment, as shown in FIG. 17, an asymmetric rectangular wave having an amplitude of 200 V and a frequency of 5 Hz (a rectangular wave having a high potential duration and a low potential duration different) is applied to the first electrode 1313 and the second electrode. 1314. A difference from the first case is that a DC bias is added to the waveform shown in FIG. 11 so that V (t) in FIG. 17 is averaged over one period to be zero.

図18に、液体中に置かれた帯電した物体の位置x(t)の時間変化を示す。
電圧印加直後の挙動は第1の例の場合(図16)と異なるものの、やはり物体は振動しながら正方向に動いていく。また、正方向に動いていく速度は、第1の例の場合と全く同じである。
このことは、電極が絶縁膜で覆われている場合は、非対称交流に対して直流成分を加えても、液体内部に発生する電界や液体内部に浮遊する帯電した物体の運動には影響を与えないことを示している。このことは、実際の実験でも確認された。
FIG. 18 shows the time change of the position x (t) of the charged object placed in the liquid.
Although the behavior immediately after the voltage application is different from that in the first example (FIG. 16), the object still moves in the positive direction while vibrating. Further, the moving speed in the positive direction is exactly the same as in the first example.
This means that if the electrode is covered with an insulating film, adding a DC component to the asymmetrical AC will affect the electric field generated inside the liquid and the movement of the charged object floating inside the liquid. It shows no. This was confirmed in actual experiments.

[第3実施例の結果]
この第3実施例は、対称な交流を印加するものであり、第1および第2実施例と比較するために示した実施例である。
第3実施例では、図19に示すように、振幅200Vで周波数5Hzの対称な矩形波を、第1の電極1313と第2の電極1314との間に印加する。
図20に、液体中に置かれた帯電した物体の位置x(t)の時間変化を示す。
物体は振動するが、一方向に動いていくことはない。すなわち、対称な交流では、液体中の一方向に実質的な電界を発生させることはできず、また、物体を実質的に移動させることもできない。
[Results of Third Example]
This third embodiment applies symmetrical alternating current, and is an embodiment shown for comparison with the first and second embodiments.
In the third embodiment, as shown in FIG. 19, a symmetrical rectangular wave with an amplitude of 200 V and a frequency of 5 Hz is applied between the first electrode 1313 and the second electrode 1314.
FIG. 20 shows the time change of the position x (t) of the charged object placed in the liquid.
The object vibrates but does not move in one direction. That is, with a symmetrical alternating current, a substantial electric field cannot be generated in one direction in the liquid, and an object cannot be moved substantially.

[第4実施例の結果]
第4実施例は、図21に示すように、振幅200Vで周波数5Hzの非対称な三角波(立ち上り時間と立ち下り時間が異なる三角波またはのこぎり波)である。
この例では、昇圧過程では急激に電圧が変化し、降圧過程では緩やかに電圧が変化する。
このとき、qs(t)およびqe(t)は、それぞれ図22および図23のように変化する。電圧の印加を開始した時刻0付近を除いて、それぞれ周期的に変化する。液体中の電界の強さE(t)は、図24のように、電圧の印加を開始した時刻0付近を除いて周期的に変化する。
[Results of Fourth Example]
As shown in FIG. 21, the fourth embodiment is an asymmetric triangular wave (a triangular wave or a sawtooth wave having a rising time and a falling time different from each other) having an amplitude of 200 V and a frequency of 5 Hz.
In this example, the voltage changes abruptly during the step-up process and gradually changes during the step-down process.
At this time, q s (t) and q e (t) change as shown in FIGS. 22 and 23, respectively. Each changes periodically except for the vicinity of time 0 when the application of the voltage is started. As shown in FIG. 24, the electric field strength E (t) in the liquid changes periodically except for the vicinity of time 0 when the voltage application is started.

ここで、電圧印加開始から十分時間が経過して定常状態となったときの平均電界Eavと、非線形性をあらわす定数nとの関係を、図25に示す。
非線形性をあらわす定数nが1のとき(非線形性が存在しない)は、Eavは0であり、液体中には純粋に交流電界が存在するのみである。
一方、nが1より小さくなるにつれて、すなわち、非線形性が強くなるにつれて、Eavは大きくなり、液体中の実質的に一方向の電界が強くなる。このことは、第1の例の場合(図15)と同様であるが、グラフの曲線の形は異なる。
Here, FIG. 25 shows the relationship between the average electric field E av when a sufficient time elapses from the start of voltage application and becomes a steady state, and a constant n representing nonlinearity.
When the constant n representing the non-linearity is 1 (no non-linearity exists), E av is 0, and there is only a pure AC electric field in the liquid.
On the other hand, as n becomes smaller than 1, that is, as the nonlinearity becomes stronger, E av becomes larger and the electric field in one direction in the liquid becomes stronger. This is the same as in the case of the first example (FIG. 15), but the shape of the curve of the graph is different.

図26に、液体中に置かれた帯電した物体の位置x(t)の時間変化を示す。
物体は、振動しながら正方向に動いていく。これは、電界E(t)の時間平均Eavが正であることによる。
なお、図21の波形を変形し、昇圧過程では緩やかに電圧が変化し、降圧過程では急激に電圧が変化するような非対称交流を印加した場合は、物体の運動方向は反対方向となることが、シミュレーションから予想されるが、実際の実験でも確かめられている。
FIG. 26 shows the time change of the position x (t) of the charged object placed in the liquid.
The object moves in the positive direction while vibrating. This is because the time average E av of the electric field E (t) is positive.
When the waveform of FIG. 21 is deformed and an asymmetrical alternating current is applied in which the voltage changes slowly during the step-up process and changes rapidly during the step-down process, the direction of motion of the object may be in the opposite direction. Although it is expected from simulation, it has been confirmed in actual experiments.

以上まとめると、シミュレーション結果によって、次のことが予想できる。
(1)2つの電極に非対称交流を印加すると、液体中に実質的に一方向の電界を発生させることができるが、対称な交流ではできない。
(2)2つの電極に非対称交流を印加すると、液体中に浮遊する帯電した物体を一方向に移動させることができるが、対称な交流ではできない。
(3)これらの効果は、電極上の絶縁膜上の電荷誘起速度が、平衡状態からのずれの大きさに比例していないことに由来する。
In summary, the following can be predicted from the simulation results.
(1) When an asymmetrical alternating current is applied to the two electrodes, a substantially unidirectional electric field can be generated in the liquid, but a symmetrical alternating current is not possible.
(2) When asymmetrical alternating current is applied to the two electrodes, a charged object floating in the liquid can be moved in one direction, but not symmetrical alternating current.
(3) These effects are derived from the fact that the charge induction speed on the insulating film on the electrode is not proportional to the magnitude of deviation from the equilibrium state.

このシミュレーションモデルとシミュレーション結果によると、非対称な交流が液体中に実質的に一方向の電界を発生させる理由は、以下のように解釈できる。
非対称な交流とは、既に定義したように、交流の昇圧過程と降圧過程とが、その一方の電圧軸を反転しても、重なることのない交流である。
このような非対称な交流が電極に印加されると、昇圧過程と降圧過程とで、qs(t)の平衡状態とのずれ{qs(t)−qeq (t)}が異なる。このシミュレーションのモデルでは、qs(t)の変化率と、{qs(t)−qeq (t)}との間に非線形性を導入した。そのため、qs(t)の変化率と(13)式および(14)式で結びつくE(t)を、交流1周期に渡って平均しても0でなくなり、液体中に実質的に一方向の電界が発生するのである。
According to this simulation model and simulation results, the reason why the asymmetrical alternating current generates a substantially unidirectional electric field in the liquid can be interpreted as follows.
The asymmetrical alternating current is an alternating current that does not overlap even when the voltage axis of one of the alternating current step-up process and the step-down process is reversed, as already defined.
When such asymmetrical alternating current is applied to the electrodes, with a step-up process and the step-down process, q s (t) shift the equilibrium of {q s (t) -q eq (t)} are different. In this simulation model, nonlinearity was introduced between the rate of change of q s (t) and {q s (t) −q eq (t)}. For this reason, even if the rate of change of q s (t) and E (t), which is linked by the equations (13) and (14), are averaged over one AC period, it is not 0, and the liquid is substantially unidirectional. The electric field is generated.

また、以上のことから、好ましい非対称な交流は、昇圧過程または降圧過程において電圧が急激に変化する交流であることがわかる。電圧が急激に変化した瞬間に、{qs(t)−qeq (t)}が大きくなり、qs(t)の変化率と、{qs(t)−qeq (t)}との間の非線形性が大きくなるからである。このことから、図2(b)や図2(c)のような、非対称な矩形波や三角波が好ましく、実験でも効果が大きいことが確かめられている。 From the above, it can be seen that the preferred asymmetrical alternating current is an alternating current whose voltage changes abruptly during the step-up process or step-down process. At the moment when the voltage suddenly changes, {q s (t) −q eq (t)} increases, the rate of change of q s (t), and {q s (t) −q eq (t)} This is because the non-linearity between the two increases. From this, an asymmetrical rectangular wave and a triangular wave like FIG.2 (b) and FIG.2 (c) are preferable, and it has been confirmed by experiment that an effect is large.

なお、電極上に絶縁膜がない場合であっても、非対称交流を2つの電極間に印加することによって、液体中に実質的に一方向の電界を発生させ、また、帯電した物体を一方向に移動させることが可能となる。
しかしながら、この場合は、電極の腐食を抑制するために、非対称交流が実質的な直流成分を持たないことが好ましい。すなわち上記第1の電極と第2の電極との間の電圧V(t)を交流の1周期に渡って積分したVeff
eff=∫V(t)dt=0 (16)
であることが好ましい。
このように積分値を0にすることにより、2つの電極間に正味の直流電流が流れないので、液体が電気分解することも、電気化学反応が生じることもほとんどない。したがって、電極が腐食することを抑制できる。
Even when there is no insulating film on the electrode, by applying asymmetrical alternating current between the two electrodes, a substantially unidirectional electric field is generated in the liquid, and the charged object is unidirectionally It is possible to move to.
However, in this case, in order to suppress the corrosion of the electrode, it is preferable that the asymmetrical alternating current does not have a substantial direct current component. That is, the first electrode and the V eff obtained by integrating over the voltage V (t) in one cycle of the AC between the second electrode is V eff = ∫V (t) dt = 0 (16)
It is preferable that
By setting the integral value to 0 in this way, a net direct current does not flow between the two electrodes, so that the liquid is hardly electrolyzed and an electrochemical reaction hardly occurs. Therefore, it can suppress that an electrode corrodes.

ところで、qs(t)が平衡状態に達する時間(aの逆数に比例する時定数)が、非対称交流の周波数の逆数よりも短い場合は、電界が液体中に侵入できないため、一方向の電界も発生しない。また、qs(t)が変化するためには液体中に散在するイオンが液体中を移動して電極上に集まる必要があるため、上記時定数は、液体のイオン濃度が高いほど短くなる。
そのため、液体中のイオン濃度が高い場合は、電界を液体中に侵入させて一方向の電界を発生させるために、より電極の電位を速く変化させる必要があるので非対称交流の周波数を高くする必要がある。
一方、液体中のイオン濃度が低い場合は、上記時定数が大きく容易にqs(t)を平衡状態から大きく遠ざける(すなわち{qs(t)−qeq (t)}を大きくする)ことができるため、一方向の電界が発生しやすい。
以上の理由により、液体中のイオン濃度が低いほど効率よく液体中に一方向の電界を発生することが可能であり、また、非対称交流の周波数を下げることができるので好ましい。
By the way, when the time for q s (t) to reach an equilibrium state (time constant proportional to the reciprocal of a) is shorter than the reciprocal of the frequency of the asymmetrical alternating current, the electric field cannot penetrate into the liquid. Does not occur. Further, in order for q s (t) to change, ions scattered in the liquid need to move in the liquid and collect on the electrode, so the time constant becomes shorter as the ion concentration of the liquid is higher.
Therefore, when the ion concentration in the liquid is high, it is necessary to increase the frequency of the asymmetrical alternating current because the electric potential of the electrode needs to be changed more quickly in order to make the electric field penetrate into the liquid and generate an electric field in one direction. There is.
On the other hand, when the ion concentration in the liquid is low, the time constant is large and q s (t) is easily moved away from the equilibrium state (ie, {q s (t) −q eq (t)} is increased). Therefore, an electric field in one direction is likely to be generated.
For the above reasons, it is preferable that the ion concentration in the liquid is low, because an electric field in one direction can be efficiently generated in the liquid and the frequency of the asymmetrical alternating current can be lowered.

<実施の形態3>
本発明の第3の実施の形態である、液体中に浮遊する物体を移動させる浮遊体移動装置および浮遊体移動方法を、図27を用いて説明する。
図27に、本実施の形態の液体中に浮遊する物体を移動させる装置2100の概略断面図を示す。
容器2111は、液体2112で満たされている。第1の電極2113と第2の電極2114は、その少なくとも一部が液体2112に浸されている。第1の電極2113と第2の電極2114には、非対称な交流を発生する交流電源2115が接続されている。
<Embodiment 3>
A floating body moving apparatus and a floating body moving method for moving an object floating in a liquid according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 27 shows a schematic cross-sectional view of an apparatus 2100 for moving an object floating in a liquid according to the present embodiment.
The container 2111 is filled with the liquid 2112. At least a part of the first electrode 2113 and the second electrode 2114 is immersed in the liquid 2112. An AC power supply 2115 that generates asymmetrical AC is connected to the first electrode 2113 and the second electrode 2114.

ここで、容器2111は、実施の形態1と同様に、液体2112を保持できるものであればよい。液体2112は、実施の形態1と同様に、イオン濃度が小さなものが好ましい。
第1の電極2113と第2の電極2114に印加する非対称交流も、同様に、図2や図3に示したものを用いればよい。例えば、第2の電極2114を基準電圧として、図2に示す非対称交流を印加したとき、液体2112内に実質的に発生する電界の向きは、右向き(図27の矢印2117の向き)となる。
したがって、液体中に浮遊する物体2118が負に帯電している場合は、図27に示すように、左向き(図27の矢印2119の向き)に移動する。物体2118が正に帯電している場合は、反対向き(右向き)に移動する。
Here, the container 2111 may be any container that can hold the liquid 2112 as in the first embodiment. As in the first embodiment, the liquid 2112 preferably has a low ion concentration.
Similarly, the asymmetrical alternating current applied to the first electrode 2113 and the second electrode 2114 may be the one shown in FIGS. For example, when the asymmetrical alternating current shown in FIG. 2 is applied using the second electrode 2114 as a reference voltage, the direction of the electric field substantially generated in the liquid 2112 is rightward (the direction of the arrow 2117 in FIG. 27).
Therefore, when the object 2118 floating in the liquid is negatively charged, as shown in FIG. 27, the object 2118 moves to the left (the direction of the arrow 2119 in FIG. 27). When the object 2118 is positively charged, it moves in the opposite direction (rightward).

非対称交流の好ましい周波数および電圧は、実施の形態1と同様に設定すればよい。
液体中に浮遊する物体2118は、実質的に帯電していれば良い。
実質的に帯電しているとは、物体に発生する電荷を、物体2118と液体2112の界面に誘起された電荷と、その電荷により物体付近の液体中に誘起され、固体と共に移動する電荷の総和とすることができることを意味する。言いかえれば、液体中のゼータポテンシャルが0でないと言うこともできる。
実質的に帯電していない物体を用いる場合は、非イオン系の界面活性剤を用いて物体のゼータポテンシャルを変えることができる。
物体の具体例は、例えば、ナノメートルサイズから1mm以下のサイズの、誘電体微粒子、半導体微粒子、金属微粒子、微細な半導体デバイス、細胞、DNA、RNA、蛋白質などである。
What is necessary is just to set the preferable frequency and voltage of asymmetrical alternating current similarly to Embodiment 1. FIG.
The object 2118 floating in the liquid only needs to be substantially charged.
The term “substantially charged” means that the charge generated in the object is the sum of the charge induced at the interface between the object 2118 and the liquid 2112 and the charge that is induced in the liquid near the object by the charge and moves with the solid. It means that it can be. In other words, it can be said that the zeta potential in the liquid is not zero.
When a substantially uncharged object is used, the zeta potential of the object can be changed using a nonionic surfactant.
Specific examples of the object are, for example, dielectric fine particles, semiconductor fine particles, metal fine particles, fine semiconductor devices, cells, DNA, RNA, proteins, and the like having a size of nanometer to 1 mm or less.

このように、非対称な交流を第1の電極2113と第2の電極2114に印加することによって、液体2112内に実質的に一方向に電界が発生し、液体2112中に浮遊する物体2118を一方向に移動させることができる。その移動原理は、上記したシミュレーションと同様である。   In this manner, by applying an asymmetrical alternating current to the first electrode 2113 and the second electrode 2114, an electric field is generated substantially in one direction in the liquid 2112, and the object 2118 floating in the liquid 2112 is Can be moved in the direction. The principle of movement is the same as in the above simulation.

液体1112中に、実質的に一方向に電界を発生させるステップは、主として、以下のステップからなる。
(1)物体2118が浮遊する液体2112を、容器2111に注入する準備ステップ、
(2)第1の電極2113と第2の電極2114をそれぞれ少なくとも一部が液体2112に浸されるように所定の間隔を空けて配置する配置ステップ、
(3)第1の電極2113と第2の電極2114との間に非対称交流を印加し、液体2112中に浮遊する物体2118を第1の電極2113から第2の電極2114へ移動させるか、または上記物体を第2の電極2114から第1の電極2113へ移動させる移動ステップ。
The step of generating an electric field in the liquid 1112 substantially in one direction mainly includes the following steps.
(1) a preparation step for injecting the liquid 2112 in which the object 2118 is suspended into the container 2111;
(2) an arrangement step of arranging the first electrode 2113 and the second electrode 2114 at a predetermined interval so that at least a part of the first electrode 2113 and the second electrode 2114 are immersed in the liquid 2112;
(3) An asymmetrical alternating current is applied between the first electrode 2113 and the second electrode 2114 to move the object 2118 floating in the liquid 2112 from the first electrode 2113 to the second electrode 2114, or A moving step of moving the object from the second electrode 2114 to the first electrode 2113;

上述のような方法または装置を用い、2つの電極2113、2114間に非対称な交流を印加することにより、液体2112内に浮遊する物体2118を一方向に移動させることができる。
したがって、液体内に浮遊する物体を一方向に移動するために、非対称交流により実質的に一方向の電界を印加しているので、液体が電気分解することを抑制し、電気化学反応により電極が腐食することを抑制することができる。
By applying an asymmetrical alternating current between the two electrodes 2113 and 2114 using the method or apparatus as described above, the object 2118 floating in the liquid 2112 can be moved in one direction.
Therefore, in order to move an object floating in the liquid in one direction, an electric field in one direction is substantially applied by asymmetrical alternating current, so that the liquid is prevented from being electrolyzed and the electrode is formed by an electrochemical reaction. Corrosion can be suppressed.

本実施の形態でも、第1の電極2113と第2の電極2114はいずれも液体2112と直接触れているため、2つの電極間に直流を印加したとすると直流電流が流れる。したがって、上記実施の形態1と同様に、腐食の発生を回避するために、非対称交流が実質的な直流成分を持たないこと、すなわち上記第1の電極と第2の電極との間の電圧V(t)を交流の1周期に渡って積分したVeffが実質的に0であることが好ましい。
また、実施の形態1と同様の理由により、液体中に浮遊する物体を効率よく一方向に移動させるためには、非対称交流としては、図2(b)や図2(c)の波形が好ましい。
Also in this embodiment, since the first electrode 2113 and the second electrode 2114 are in direct contact with the liquid 2112, a direct current flows when a direct current is applied between the two electrodes. Accordingly, as in the first embodiment, in order to avoid the occurrence of corrosion, the asymmetrical alternating current does not have a substantial direct current component, that is, the voltage V between the first electrode and the second electrode. It is preferable that Veff obtained by integrating (t) over one AC period is substantially zero.
For the same reason as in the first embodiment, in order to efficiently move an object floating in the liquid in one direction, the waveform shown in FIG. 2B or 2C is preferable as the asymmetrical alternating current. .

<実施の形態4>
本発明の第4の実施の形態である、液体中に浮遊する物体を移動させる浮遊体移動装置および浮遊体移動方法を、図28を用いて説明する。
本実施の形態が、実施の形態3と異なるのは、第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われることである。
<Embodiment 4>
A floating body moving apparatus and a floating body moving method for moving an object floating in a liquid according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The present embodiment is different from the third embodiment in that at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film.

図28に、本実施の形態の液体中に浮遊する物体を移動させる装置2200の概略断面図を示す。
容器2211は、液体2212で満たされている。第1の電極2213と第2の電極2214は、その少なくとも一部が液体2212に浸されている。第1の電極2213と第2の電極2214は絶縁膜2216で覆われており、非対称な交流を発生する交流電源2215が接続されている。
FIG. 28 shows a schematic cross-sectional view of an apparatus 2200 for moving an object floating in a liquid according to the present embodiment.
The container 2211 is filled with the liquid 2212. At least a part of the first electrode 2213 and the second electrode 2214 is immersed in the liquid 2212. The first electrode 2213 and the second electrode 2214 are covered with an insulating film 2216, and an AC power supply 2215 that generates asymmetrical AC is connected to the first electrode 2213 and the second electrode 2214.

ここで、容器2211は、実施の形態1と同様に、液体2212を保持できるものであればよい。液体2212は、イオン濃度が小さなものが好ましい。絶縁膜2216は、実施の形態2と同様に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、樹脂薄膜などを用いることができる。
第1の電極2213と第2の電極2214に印加する非対称交流も、同様に、図2や図3に示したものを用いればよい。例えば、第2の電極2214を基準電圧として、図2に示す非対称交流を印加したとき、液体2212内に実質的に発生する電界の向きは右向き(図28の矢印2217の向き)となる。
したがって、液体中に浮遊する物体2218が負に帯電している場合は、図28に示すように、左向き(図28の矢印2219の向き)に移動する。物体2218が正に帯電している場合は、反対向き(右向き)に移動する。
Here, the container 2211 may be any container that can hold the liquid 2212 as in the first embodiment. The liquid 2212 preferably has a low ion concentration. As the insulating film 2216, as in Embodiment 2, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a resin thin film, or the like can be used.
Similarly, the asymmetrical alternating current applied to the first electrode 2213 and the second electrode 2214 may be the one shown in FIGS. For example, when the asymmetrical alternating current shown in FIG. 2 is applied using the second electrode 2214 as a reference voltage, the direction of the electric field substantially generated in the liquid 2212 is rightward (the direction of the arrow 2217 in FIG. 28).
Therefore, when the object 2218 floating in the liquid is negatively charged, as shown in FIG. 28, the object 2218 moves to the left (the direction of the arrow 2219 in FIG. 28). When the object 2218 is positively charged, the object 2218 moves in the opposite direction (rightward).

また、非対称交流は、実施の形態2と同様に、図7に示した波形の交流を用いてもよい。第1の電極2213および第2の電極2214は絶縁膜2216で覆われているため、2つの電極間に直流電流は流れないので、図7に示すような波形であっても特に悪影響なく、液体2212中に浮遊する物体2218を一方向に移動することができる。また、本実施の形態でも、どちらか一方の電極が絶縁膜2216で覆われていれば良い。   Further, as in the second embodiment, the waveform alternating current shown in FIG. 7 may be used for the asymmetrical alternating current. Since the first electrode 2213 and the second electrode 2214 are covered with an insulating film 2216, a direct current does not flow between the two electrodes, so even if the waveform is as shown in FIG. An object 2218 floating in 2212 can be moved in one direction. In this embodiment mode, either electrode may be covered with the insulating film 2216.

非対称交流の好ましい周波数および電圧は、実施の形態1と同様に設定すればよい。
また、液体中に浮遊する物体2218は、実質的に帯電していれば良い。物体の具体例は、実施の形態3に示したものと同様のものを用いればよい。
このように、電極の少なくとも一方を絶縁膜で覆った場合においても、非対称な交流を第1の電極2213と第2の電極2214に印加することによって、液体2212内に実質的に一方向に電界が発生し、液体2212中に浮遊する物体2218を一方向に移動させることができる。
What is necessary is just to set the preferable frequency and voltage of asymmetrical alternating current similarly to Embodiment 1. FIG.
In addition, the object 2218 floating in the liquid only needs to be substantially charged. A specific example of the object may be the same as that shown in Embodiment Mode 3.
As described above, even when at least one of the electrodes is covered with the insulating film, an electric field is applied substantially in one direction in the liquid 2212 by applying asymmetrical alternating current to the first electrode 2213 and the second electrode 2214. And the object 2218 floating in the liquid 2212 can be moved in one direction.

実施の形態4では、第1の電極および第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われるため、2つの電極間に直流電流が流れない。したがって、液体が電気分解し、または電気化学反応により電極が腐食するといった問題を確実に防ぐことができる。また、第1の電極および第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われるため、第1の電極から第2の電極へ直接電子が到達して電流が流れることがない。そのため、この系で消費される電力は、電極を覆う絶縁膜が構成するキャパシタンスの充放電によるもののみである。したがって、消費電力を著しく小さくし、ジュール熱の発生も著しく減らすことが可能となる。
この実施の形態4の場合も、図2(b)や図2(c)の波形が好ましい。
In Embodiment 4, since at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film, a direct current does not flow between the two electrodes. Therefore, the problem that the liquid is electrolyzed or the electrode is corroded by an electrochemical reaction can be reliably prevented. In addition, since at least one of the first electrode and the second electrode is covered with the insulating film, electrons do not reach the second electrode directly from the first electrode, and current does not flow. Therefore, the electric power consumed in this system is only due to charge / discharge of the capacitance formed by the insulating film covering the electrodes. Therefore, the power consumption can be significantly reduced, and the generation of Joule heat can be significantly reduced.
In the case of the fourth embodiment, the waveforms shown in FIGS. 2B and 2C are preferable.

<実施の形態5>
本発明の第5の実施の形態である、液体中に浮遊する物体を移動させる浮遊体移動装置および浮遊体移動方法を、図29を用いて説明する。
本実施の形態が、実施の形態4と異なるのは、第1の電極および第2の電極が、対向する2つの基板上に形成されており、液体中に浮遊する物体はこの2つの電極間を一方向に移動することである。
<Embodiment 5>
A floating body moving apparatus and a floating body moving method for moving an object floating in a liquid according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This embodiment is different from the fourth embodiment in that the first electrode and the second electrode are formed on two opposing substrates, and the object floating in the liquid is between the two electrodes. Is moving in one direction.

図29に、本実施の形態の液体中に浮遊する物体を移動させる装置2300の概略断面図を示す。
第1の基板2321と第2の基板2322が対向しており、その間を液体2312が満たしている。第1の基板2321の液体2312に接する側の表面には、第1の電極2313が形成されている。第2の基板2322の液体2312に接する側には、第2の電極2314が形成されている。
第1の電極2313および第2の電極2314の表面には絶縁膜2316が形成されており、第1の電極2313と第2の電極2314の間に直流電流が流れるのを防いでいる。また、第1の電極2313と第2の電極2314には、絶縁膜2316で覆われていない側には、非対称な交流を発生する交流電源2315が接続されている。
FIG. 29 shows a schematic cross-sectional view of an apparatus 2300 for moving an object floating in a liquid according to the present embodiment.
The first substrate 2321 and the second substrate 2322 are opposed to each other, and the liquid 2312 is filled therebetween. A first electrode 2313 is formed on the surface of the first substrate 2321 on the side in contact with the liquid 2312. A second electrode 2314 is formed on the side of the second substrate 2322 in contact with the liquid 2312.
An insulating film 2316 is formed on the surfaces of the first electrode 2313 and the second electrode 2314 to prevent a direct current from flowing between the first electrode 2313 and the second electrode 2314. An AC power source 2315 that generates asymmetrical AC is connected to the first electrode 2313 and the second electrode 2314 on the side not covered with the insulating film 2316.

ここで、第1の基板2321および第2の基板2322としては、ガラス、樹脂、セラミック等の絶縁体を用いることができる。
液体2312は、実施の形態1と同様に、イオン濃度が小さなものが好ましい。
第1の電極2313と第2の電極2314に印加する非対称交流も、同様に、図2や図3に示したものを用いればよい。例えば、第2の電極2314を基準電圧として、図2に示す非対称交流を印加したとき、液体2312内に実質的に発生する電界の向きは下向き(図29の矢印2317の向き)となる。
したがって、液体中に浮遊する物体2318が負に帯電している場合は、図29に示すように、上向き(図29の矢印2319の向き)に移動する。物体2318が正に帯電している場合は、反対向き(下向き)に移動する。
Here, as the first substrate 2321 and the second substrate 2322, an insulator such as glass, resin, or ceramic can be used.
As in the first embodiment, the liquid 2312 preferably has a low ion concentration.
Similarly, the asymmetrical alternating current applied to the first electrode 2313 and the second electrode 2314 may be the one shown in FIGS. For example, when the asymmetrical alternating current shown in FIG. 2 is applied using the second electrode 2314 as a reference voltage, the direction of the electric field substantially generated in the liquid 2312 is downward (the direction of the arrow 2317 in FIG. 29).
Therefore, when the object 2318 floating in the liquid is negatively charged, it moves upward (in the direction of the arrow 2319 in FIG. 29) as shown in FIG. When the object 2318 is positively charged, it moves in the opposite direction (downward).

図29において、第1の電極2313は第2の電極2314よりも鉛直方向において上方に配置している。この場合でも、図29のように電界の向きが鉛直方向下向きであったとしても、物体は、重力とは逆方向である上方向に移動する。
なお、対向する一対の電極の配置は、図29に示すものに限ることではなく、たとえば、第1の電極および第2の電極がそれぞれ1枚の電極ではなく、それぞれ複数の電極に分割されて隙間を設けて配置されていてもよい。あるいは2つの電極が網状であってもよい。このような場合は、透明な基板と組合せることによって、液体中に浮遊する物体を外部から観察することができる。
In FIG. 29, the first electrode 2313 is disposed above the second electrode 2314 in the vertical direction. Even in this case, even if the direction of the electric field is downward in the vertical direction as shown in FIG. 29, the object moves in the upward direction, which is the opposite direction of gravity.
Note that the arrangement of the pair of electrodes facing each other is not limited to that shown in FIG. 29. For example, the first electrode and the second electrode are each divided into a plurality of electrodes instead of a single electrode. You may arrange | position with a clearance gap provided. Alternatively, the two electrodes may be net-like. In such a case, an object floating in the liquid can be observed from the outside by combining with a transparent substrate.

また、非対称交流は、上記した実施の形態2と同様に、図7に示した波形の交流を用いてもよい。図7に示すような波形であっても特に悪影響なく、液体2312中に浮遊する物体2318を一方向に移動することができる。どちらか一方の電極が絶縁膜2316で覆われていれば良く、この場合でも、2つの電極間に直流電流が流れることを防ぐことができる。
非対称交流の好ましい周波数および電圧は、実施の形態1と同様に設定すればよい。
また、液体中に浮遊する物体2318は、実質的に帯電していれば良い。物体の具体例は、実施の形態と同様のものを用いればよい。
As the asymmetrical alternating current, the alternating current having the waveform shown in FIG. 7 may be used as in the second embodiment. Even if the waveform is as shown in FIG. 7, the object 2318 floating in the liquid 2312 can be moved in one direction without any adverse effect. Either one of the electrodes only needs to be covered with the insulating film 2316. Even in this case, it is possible to prevent a direct current from flowing between the two electrodes.
What is necessary is just to set the preferable frequency and voltage of asymmetrical alternating current similarly to Embodiment 1. FIG.
In addition, the object 2318 floating in the liquid only needs to be substantially charged. A specific example of the object may be the same as that in the embodiment.

なお、本実施の形態のように、2つの電極が2つの対向する基板上に形成されており、2つの基板の間に物体が浮遊する液体が満たされている場合は、物体の移動を以下のように利用することもできる。
物体2318は、液体2312中に多数浮遊しており、図29の下向きに重力が働いているとする。すなわち、第2の基板2322を下向きに設置したとする。この場合、2つの電極2313、2314に一方向電界が上向きの非対称交流を印加すれば、重力が付加されるので、物体2318を速やかに第2の基板2322の側に移動させることができる。すなわち、物体2318を速やかに沈殿させることができる。
また、一方向電界が下向きの図29のような非対称交流を2つの電極2313、2314に印加して物体2318を上向きに移動させれば、物体2318が重力により沈降するのを防ぐこともできる。
In the case where two electrodes are formed on two opposing substrates as in the present embodiment and the liquid in which the object floats is filled between the two substrates, the movement of the object is as follows. It can also be used like
It is assumed that many objects 2318 are floating in the liquid 2312 and gravity is working downward in FIG. That is, it is assumed that the second substrate 2322 is placed downward. In this case, if an asymmetrical alternating current with an upward unidirectional electric field is applied to the two electrodes 2313 and 2314, gravity is added, so that the object 2318 can be quickly moved to the second substrate 2322 side. That is, the object 2318 can be quickly precipitated.
In addition, if an object 2318 is moved upward by applying an asymmetrical alternating current as shown in FIG. 29 with the unidirectional electric field downward to the two electrodes 2313 and 2314, the object 2318 can be prevented from sinking due to gravity.

上述のような方法または装置を用い、2つの電極2313、2314間に非対称な交流を印加することにより、液体2312内に浮遊する物体2318を一方向に移動させることができる。
また、第1の電極および第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われるため、2つの電極間に直流電流が流れない。したがって、液体が電気分解し、または電気化学反応により電極が腐食するといった問題を確実に防ぐことができる。また、第1の電極および第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われるため、第1の電極から第2の電極へ直接電子が到達して電流が流れることがない。そのため、この系で消費される電力は、電極を覆う絶縁膜が構成するキャパシタンスの充放電によるもののみである。したがって、消費電力を著しく小さくし、ジュール熱の発生も著しく減らすことが可能となる。
この実施の形態5の場合も、図2(b)や図2(c)の波形が好ましい。
By applying an asymmetrical alternating current between the two electrodes 2313 and 2314 using the method or apparatus as described above, the object 2318 floating in the liquid 2312 can be moved in one direction.
In addition, since at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film, a direct current does not flow between the two electrodes. Therefore, the problem that the liquid is electrolyzed or the electrode is corroded by an electrochemical reaction can be reliably prevented. In addition, since at least one of the first electrode and the second electrode is covered with the insulating film, electrons do not reach the second electrode directly from the first electrode, and current does not flow. Therefore, the electric power consumed in this system is only due to charge / discharge of the capacitance formed by the insulating film covering the electrodes. Therefore, the power consumption can be significantly reduced, and the generation of Joule heat can be significantly reduced.
In the case of the fifth embodiment, the waveforms shown in FIGS. 2B and 2C are preferable.

<実施の形態6>
本発明の第6の実施の形態である、電気泳動装置および電気泳動方法を、図30を用いて説明する。
図30に、本実施の形態の電気泳動装置3100の概略図を示す。
容器3123の両側には、第1の電極3113および第2の電極3114が設置されている。第1の電極3113と第2の電極3114には、非対称な交流を発生する交流電源3215が接続されている。第1の電極3113および第2の電極3114上には絶縁膜3116が形成されている。
<Embodiment 6>
An electrophoresis apparatus and electrophoresis method according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 30 shows a schematic diagram of the electrophoresis apparatus 3100 of the present embodiment.
A first electrode 3113 and a second electrode 3114 are provided on both sides of the container 3123. An AC power source 3215 that generates asymmetrical AC is connected to the first electrode 3113 and the second electrode 3114. An insulating film 3116 is formed over the first electrode 3113 and the second electrode 3114.

電気泳動を行なう際には、容器3123を所定の液体で満たすとともに、容器3123内にウェル3125を形成したアガロースゲル3124を設置する。ウェル3125は、試料を注入するための穴である。
次に、DNAなどの試料を、ウェル3125に注入し、第1の電極3113と第2の電極3114に非対称な交流を印加する。これにより試料を一定の方向に移動させる電気泳動を行なうことができる。
When performing electrophoresis, the container 3123 is filled with a predetermined liquid, and an agarose gel 3124 in which a well 3125 is formed is placed in the container 3123. The well 3125 is a hole for injecting a sample.
Next, a sample such as DNA is injected into the well 3125, and asymmetrical alternating current is applied to the first electrode 3113 and the second electrode 3114. As a result, electrophoresis can be performed to move the sample in a certain direction.

上記液体としては、従来の電気泳動においては、2つの電極間に直流電流を流すので、導電性のものを用いる。しかしながら、本実施の形態では、液体のイオン濃度が小さい方が液体中に一方向の電界を発生させて試料を泳動させやすいので、純水など、イオン濃度が小さく、かつ試料を変性させないものを用いるのが好ましい。   As the liquid, in the conventional electrophoresis, since a direct current flows between the two electrodes, a conductive one is used. However, in this embodiment, the sample having a smaller ion concentration in the liquid is more likely to cause a sample to migrate by generating a unidirectional electric field in the liquid. It is preferable to use it.

第1の電極3113と第2の電極3114に印加する非対称交流は、例えば、図2や図3に示したものを用いればよい。例えば、第2の電極3114を基準電圧として、図2に示す非対称交流を印加したとき、液体内に実質的に発生する電界の向きは右向き(図30の矢印3117の向き)となる。それゆえ、液体中の試料が負に帯電している場合は、図30に示すように、左向き(図30の矢印3119の向き)に移動する。試料の分子量によりアガロースゲル3124を進む距離が異なるため、試料に含まれる分子などを分離でき、試料の分子量を可視化することができる。
また、非対称交流は、実施の形態2と同様に、図7に示した波形の交流を用いてもよい。図7に示すような波形であっても特に悪影響なく、電気泳動を行なうことができる。なお、どちらか一方の電極が絶縁膜3116で覆われていれば良く、2つの電極間に直流電流が流れることを防ぐことができる。
非対称交流の好ましい周波数および電圧は、実施の形態1と同様に設定すればよい。
As the asymmetrical alternating current applied to the first electrode 3113 and the second electrode 3114, for example, the one shown in FIGS. 2 and 3 may be used. For example, when the asymmetrical alternating current shown in FIG. 2 is applied using the second electrode 3114 as a reference voltage, the direction of the electric field substantially generated in the liquid is rightward (the direction of the arrow 3117 in FIG. 30). Therefore, when the sample in the liquid is negatively charged, the sample moves to the left (the direction of the arrow 3119 in FIG. 30) as shown in FIG. Since the distance traveled through the agarose gel 3124 differs depending on the molecular weight of the sample, the molecules contained in the sample can be separated, and the molecular weight of the sample can be visualized.
Further, as in the second embodiment, the waveform alternating current shown in FIG. 7 may be used for the asymmetrical alternating current. Even with the waveform shown in FIG. 7, electrophoresis can be performed without any particular adverse effect. Note that it is sufficient that either one of the electrodes is covered with the insulating film 3116, and a direct current can be prevented from flowing between the two electrodes.
What is necessary is just to set the preferable frequency and voltage of asymmetrical alternating current similarly to Embodiment 1. FIG.

このように、非対称な交流を第1の電極3113と第2の電極3114に印加することによって、液体内に実質的に一方向に電界が発生し、液体中の試料を一方向に移動させることができる。   In this way, by applying an asymmetrical alternating current to the first electrode 3113 and the second electrode 3114, an electric field is generated substantially in one direction in the liquid, and the sample in the liquid is moved in one direction. Can do.

電気泳動を行なうステップは、主として、以下のステップからなる。
(1)それぞれ少なくとも一部が液体で浸された第1の電極3113と第2の電極3114および測定されるべき試料を備えた泳動槽を準備するステップ、
(2)第1の電極3113と第2の電極3114との間に非対称交流を印加して試料を泳動させるステップ。
The step of performing electrophoresis mainly includes the following steps.
(1) preparing an electrophoresis tank including a first electrode 3113 and a second electrode 3114 each at least partially immersed in a liquid, and a sample to be measured;
(2) A step of applying asymmetrical alternating current between the first electrode 3113 and the second electrode 3114 to migrate the sample.

上述のような方法または装置を用い、2つの電極3113、3114間に非対称な交流を印加することにより、電気泳動ができる。また、非対称交流による実質的な一方向電界を印加しているので、電気泳動を行なう際に、液体が電気分解して気泡が発生することなく、電気化学反応を起こすこともなく、電極が腐食して液体が汚染することもなく、ジュール熱が発生するといった問題も回避することができる。したがって、より精確に分子の大きさの違いを検出することが可能となる。
この実施の形態6の場合も、図2(b)や図2(c)の波形が好ましい。
Electrophoresis can be performed by applying an asymmetrical alternating current between the two electrodes 3113 and 3114 using the method or apparatus as described above. In addition, since a substantially unidirectional electric field is applied due to asymmetrical alternating current, the liquid is not electrolyzed and bubbles are not generated and no electrochemical reaction occurs during electrophoresis. Thus, the liquid is not contaminated, and the problem that Joule heat is generated can be avoided. Therefore, it becomes possible to detect the difference in molecular size more accurately.
In the case of the sixth embodiment, the waveforms shown in FIGS. 2B and 2C are preferable.

<実施の形態7>
本発明の第7の実施の形態である、電気泳動表示装置を、図31を用いて説明する。
図31は、本実施の形態の電気泳動表示装置4100の概略断面図である。
第1の基板4131と第2の基板4132が対向して配置されている。第1の基板4131上には、第1の電極(対向電極)4113が形成されている。第2の基板4132上には、画素毎に第2の電極(画素電極)4114が形成されている。
第1の電極4113と第2の電極4114の間には、電気泳動素子4134が配置されている。電気泳動素子4134は、円形のカプセル4135、分散媒4136、白色の電気泳動粒子4137および黒色の電気泳動粒子4138よりなる。
第1の電極4113と第2の電極4114には、選択トランジスタ4139を介して非対称交流を発生する電源4115が接続されている。
第2の電極4114と電気泳動素子4134の間には、接着層4133が設けられている。また、第2の電極4114は画素ごとに分離され、選択トランジスタ4139が接続されている。
<Embodiment 7>
An electrophoretic display device according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 31 is a schematic cross-sectional view of the electrophoretic display device 4100 of the present embodiment.
A first substrate 4131 and a second substrate 4132 are arranged to face each other. A first electrode (counter electrode) 4113 is formed over the first substrate 4131. A second electrode (pixel electrode) 4114 is formed for each pixel over the second substrate 4132.
An electrophoretic element 4134 is disposed between the first electrode 4113 and the second electrode 4114. The electrophoretic element 4134 includes a circular capsule 4135, a dispersion medium 4136, white electrophoretic particles 4137, and black electrophoretic particles 4138.
A power supply 4115 that generates asymmetrical alternating current is connected to the first electrode 4113 and the second electrode 4114 via a selection transistor 4139.
An adhesive layer 4133 is provided between the second electrode 4114 and the electrophoretic element 4134. Further, the second electrode 4114 is separated for each pixel, and a selection transistor 4139 is connected thereto.

電気泳動表示装置4100の第1の基板4131側が表示面となる。第1の基板4131には、例えばガラスや透明フィルムなどの透明な基板を用いればよい。第2の基板4132は、必ずしも透明である必要はなく、ガラス、樹脂フィルム、表面に絶縁膜を形成した金属板を用いればよい。
第1の電極4113には、ITOなどの透明電極を用いることができ、全画素に対して共通するものでよい。第2の電極は、Al、Cu、Auなどの金属電極を用いることができる。
The first substrate 4131 side of the electrophoretic display device 4100 is a display surface. For the first substrate 4131, a transparent substrate such as glass or a transparent film may be used. The second substrate 4132 is not necessarily transparent, and glass, a resin film, or a metal plate with an insulating film formed on the surface may be used.
The first electrode 4113 can be a transparent electrode such as ITO, and may be common to all pixels. As the second electrode, a metal electrode such as Al, Cu, or Au can be used.

電気泳動素子4134を構成する円形のカプセル4135は、例えば、直径が20〜100μmの透明樹脂からなる。分散媒4136は、イオン濃度が小さい方が分散媒中に一方向の電界を発生させて電気泳動粒子を泳動させやすいので、イオン濃度が小さなものが好ましい。例えば、エタノール、メタノール、IPAなどのアルコール類、ベンジン、アセトンなどの有機溶媒などが好ましい。水を用いる場合は、純水、無イオン水などを用いるのが好ましい。   The circular capsule 4135 constituting the electrophoretic element 4134 is made of a transparent resin having a diameter of 20 to 100 μm, for example. A dispersion medium 4136 having a small ion concentration is preferable because a smaller ion concentration easily generates an electric field in one direction in the dispersion medium and causes electrophoresis particles to migrate. For example, alcohols such as ethanol, methanol and IPA, and organic solvents such as benzine and acetone are preferable. When water is used, it is preferable to use pure water, non-ionized water or the like.

2種類の電気泳動粒子4137、4138は、カーボンブラック等の黒色顔料、二酸化チタン等の白色顔料を用いることができる。ただし、2種類の電気泳動粒子は分散媒中に発生した実質的に一方向の電界に対して互いに反対方向に移動する必要があるため、2種類の電気泳動粒子は実質的に互いに反対極性に帯電している必要がある。   As the two types of electrophoretic particles 4137 and 4138, a black pigment such as carbon black and a white pigment such as titanium dioxide can be used. However, since the two types of electrophoretic particles need to move in opposite directions with respect to a substantially unidirectional electric field generated in the dispersion medium, the two types of electrophoretic particles have substantially opposite polarities. It needs to be charged.

電気泳動表示装置4100の動作は、まず、選択トランジスタ4139によって白色(または黒色)表示させるべき画素を選択し、次に選択された画素における第2の電極4114と第1の電極4113との間に非対称な交流を印加する。
これにより、選択された画素において、白色(黒色)の電気泳動粒子4137(4138)がたとえば上側に移動し、黒色(白色)の電気泳動粒子4138(4137)が下側に移動して、白色(黒色)が表示される。
In the operation of the electrophoretic display device 4100, first, a pixel to be displayed in white (or black) is selected by the selection transistor 4139, and then between the second electrode 4114 and the first electrode 4113 in the selected pixel. Apply asymmetrical alternating current.
As a result, in the selected pixel, the white (black) electrophoretic particles 4137 (4138) move, for example, upward, and the black (white) electrophoretic particles 4138 (4137) move downward, resulting in white ( Black) is displayed.

逆に反転表示をする場合は、選択トランジスタ4319によって黒色(白色)表示させるべき画素を選択し、各電気泳動粒子4137、4138が反対向きに移動するような非対称な交流を、選択された画素における第2の電極4114と第1の電極4113との間に印加する。以上の動作により、電気泳動表示装置4100に画像を表示することができる。   Conversely, in the case of reverse display, a pixel to be displayed in black (white) is selected by the selection transistor 4319, and an asymmetrical alternating current in which each electrophoretic particle 4137, 4138 moves in the opposite direction is selected in the selected pixel. Application is performed between the second electrode 4114 and the first electrode 4113. Through the above operation, an image can be displayed on the electrophoretic display device 4100.

また、非対称交流は、実施の形態2と同様に、図2や図3に示した波形の交流や、図7に示した波形の交流を用いてもよい。
非対称交流の好ましい周波数は、分散媒4136の種類によって異なり、一般的にイオン濃度が低い分散媒では周波数を低く、イオン濃度が高い分散媒では周波数を高くする。たとえば、分散媒4136として純水を用いた場合は500Hz〜5MHzとすればよい。しかしながら、分散媒の汚染によりイオン濃度が高い場合には、適宜周波数を高くする必要がある。
Further, as in the second embodiment, the asymmetrical alternating current may be the alternating current having the waveform shown in FIG. 2 or FIG. 3 or the alternating current having the waveform shown in FIG.
The preferable frequency of the asymmetrical alternating current varies depending on the type of the dispersion medium 4136. Generally, the dispersion medium with a low ion concentration has a low frequency, and the dispersion medium with a high ion concentration has a high frequency. For example, when pure water is used as the dispersion medium 4136, the frequency may be 500 Hz to 5 MHz. However, when the ion concentration is high due to contamination of the dispersion medium, it is necessary to increase the frequency appropriately.

このように、非対称な交流を第1の電極4113と第2の電極4114との間に印加することによって、分散媒内に実質的に一方向に電界が発生し、分散媒中の電気泳動粒子が一方向に移動させることができ、電気泳動表示装置として駆動させることができる。   In this manner, by applying an asymmetrical alternating current between the first electrode 4113 and the second electrode 4114, an electric field is generated substantially in one direction in the dispersion medium, and the electrophoretic particles in the dispersion medium. Can be moved in one direction and driven as an electrophoretic display device.

従来の電気泳動表示装置は、画素電極と共通電極間に直流電圧を印加する。直流電圧を印加した瞬間は、カプセルの内側に内部の電界を打ち消すに十分な電荷が誘起されないため、カプセルの内部に電界が侵入する。そのために、電気泳動粒子を短い距離(カプセルの直径程度)移動させることができた。また、一旦カプセル内側に到達した電気泳動粒子は静電力によりカプセルの内壁に吸着するため、電圧の印加を停止した後も画像は保存された。しかし、従来の装置では、電気泳動粒子に対する駆動力は時間とともに急速に減衰してしまい、減衰するまでに移動を完了する必要があったので、カプセルの直径、分散媒の種類および電気泳動粒子の種類などに制約があるという問題があった。また、より大きな電気泳動粒子に対する駆動力が必要な場合は、より高い電圧が必要になるという問題もあった。   A conventional electrophoretic display device applies a DC voltage between a pixel electrode and a common electrode. At the moment when the DC voltage is applied, the electric field penetrates into the capsule because the electric charge sufficient to cancel the electric field inside the capsule is not induced. For this reason, the electrophoretic particles could be moved a short distance (about the diameter of the capsule). In addition, since the electrophoretic particles once reaching the inside of the capsule are adsorbed on the inner wall of the capsule by electrostatic force, the image was preserved even after the application of voltage was stopped. However, in the conventional apparatus, the driving force for the electrophoretic particles decays rapidly with time, and the movement must be completed before the electrophoretic particles are attenuated. Therefore, the capsule diameter, the type of dispersion medium, and the electrophoretic particle There was a problem that there were restrictions on the types. In addition, when a driving force for larger electrophoretic particles is required, there is a problem that a higher voltage is required.

一方、本実施の形態の電気泳動表示装置は、画素電極(第2電極)と共通電極(第1電極)間に、非対称な交流を印加することにより、電気泳動粒子を一方向に移動させ続けることができる。したがって、たとえば、白黒の2色による表示をさせる場合、電極に印加する電圧を大きくすることなく、使用したカプセル、分散媒および電気泳動粒子に応じて、十分な時間、電極間に非対称交流を印加することにより、画素の白黒の変換を、より確実に行なうことができる。また、電気泳動粒子を駆動する時間を自由に変えられるので、画素の大きさ、分散媒の種類および電気泳動粒子の種類など、設計の自由度を広げることができる。
この実施の形態7の場合も、非対称交流としては、図2(b)や図2(c)の波形が好ましい。
On the other hand, the electrophoretic display device of the present embodiment continues to move the electrophoretic particles in one direction by applying asymmetrical alternating current between the pixel electrode (second electrode) and the common electrode (first electrode). be able to. Therefore, for example, when displaying in two colors of black and white, an asymmetrical alternating current is applied between the electrodes for a sufficient time according to the capsule, dispersion medium and electrophoretic particles used without increasing the voltage applied to the electrodes. By doing so, the black-and-white conversion of the pixels can be performed more reliably. In addition, since the time for driving the electrophoretic particles can be freely changed, the degree of design freedom such as the size of the pixel, the type of the dispersion medium, and the type of the electrophoretic particles can be expanded.
Also in the case of the seventh embodiment, as the asymmetrical alternating current, the waveforms of FIG. 2B and FIG. 2C are preferable.

<実施の形態8>
本発明の第8の実施の形態である、電気浸透流ポンプとその動作方法を、図32を用いて説明する。
図32は、本実施の形態の電気浸透流ポンプ5100の概略断面図である。
チューブ5141の内部は流路となっており、搬送される液体5112で満たされている。チューブ5141の上流部と下流部には、複数の孔を設けた第1の電極5113および第2の電極5114が離間して配置されている。第1の電極5113と第2の電極5114には、非対称な交流を発生する交流電源5115が接続されている。
<Eighth embodiment>
An electroosmotic flow pump and an operation method thereof according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 32 is a schematic cross-sectional view of the electroosmotic flow pump 5100 of the present embodiment.
The inside of the tube 5141 is a flow path and is filled with the liquid 5112 to be conveyed. A first electrode 5113 and a second electrode 5114 provided with a plurality of holes are disposed apart from each other at the upstream portion and the downstream portion of the tube 5141. An AC power supply 5115 that generates asymmetrical AC is connected to the first electrode 5113 and the second electrode 5114.

チューブ5141は、樹脂、ガラスなどを用いることができる。
搬送される液体5112は、液体のイオン濃度が小さい方が液体中に一方向の電界を発生させて液体を搬送させやすいので、イオン濃度が小さなものが好ましい。例えば、エタノール、メタノール、IPAなどのアルコール類、ベンジン、アセトンなどの有機溶媒などが好ましい。水を用いる場合は、純水、無イオン水などを用いるのが好ましい。
イオン濃度が高い液体を搬送する場合は、この電気浸透流ポンプを動力として間接的に搬送することができる。
第1の電極5113および第2の電極5114には、液体が通過できるように、0.1mm〜1mm程度の大きさの孔を設ける。
For the tube 5141, resin, glass, or the like can be used.
The liquid 5112 to be transported is preferably a liquid having a small ion concentration because a liquid having a smaller ion concentration generates a unidirectional electric field in the liquid and easily transports the liquid. For example, alcohols such as ethanol, methanol and IPA, and organic solvents such as benzine and acetone are preferable. When water is used, it is preferable to use pure water, non-ionized water or the like.
When a liquid having a high ion concentration is transported, the electroosmotic pump can be transported indirectly using power.
The first electrode 5113 and the second electrode 5114 are provided with holes having a size of about 0.1 mm to 1 mm so that liquid can pass through.

第1の電極5113と第2の電極5114に印加する非対称交流は、上記実施の形態と同様に、図2や図3に示したものを用いればよい。例えば、第2の電極5114を基準電圧として、図2に示す非対称交流を印加したとき、液体5112内に実質的に発生する電界の向きは右向き(図32の矢印5117の向き)となる。
このとき、チューブ5141の内壁が負に帯電する場合は、図32に示すように、チューブ5141の内壁付近の液体5112中には正電荷が誘起される。
内壁に固着する液体と流動する液体の境界面であるすべり面5142よりも内壁から離れた領域では、液体5112はチューブ5141の内壁に固着することなく自由に移動できる。
また、液体5112内には実質的に一方向(矢印5117の向き)の電界が存在するため、正電荷に帯電した液体分子は第2電極の方へ進行し、液体5112は右方向へ搬送される。
非対称交流の好ましい周波数と電圧は、実施の形態1と同様に設定すればよい。
The asymmetrical alternating current applied to the first electrode 5113 and the second electrode 5114 may be the one shown in FIGS. 2 and 3 as in the above embodiment. For example, when the asymmetrical alternating current shown in FIG. 2 is applied using the second electrode 5114 as a reference voltage, the direction of the electric field substantially generated in the liquid 5112 is rightward (the direction of the arrow 5117 in FIG. 32).
At this time, if the inner wall of the tube 5141 is negatively charged, a positive charge is induced in the liquid 5112 near the inner wall of the tube 5141 as shown in FIG.
In a region farther from the inner wall than the sliding surface 5142 which is a boundary surface between the liquid adhering to the inner wall and the flowing liquid, the liquid 5112 can freely move without adhering to the inner wall of the tube 5141.
In addition, since an electric field substantially in one direction (the direction of the arrow 5117) exists in the liquid 5112, the liquid molecule charged to a positive charge travels toward the second electrode, and the liquid 5112 is transported to the right. The
What is necessary is just to set the preferable frequency and voltage of asymmetrical alternating current similarly to Embodiment 1. FIG.

このように、非対称な交流を第1の電極5113と第2の電極5114に印加することによって、液体5112内に実質的に一方向に電界を発生させることができる。
また、流路内の上流部と下流部にそれぞれ離間して配置された第1の電極と第2の電極との間に、図32に示すように非対称交流を印加することにより、該流路内を満たした液体5112を前記流路内の上流部から下流部へと輸送することができる。
In this manner, by applying asymmetrical alternating current to the first electrode 5113 and the second electrode 5114, an electric field can be generated in the liquid 5112 substantially in one direction.
In addition, by applying an asymmetrical alternating current as shown in FIG. 32 between the first electrode and the second electrode that are spaced apart from each other in the upstream part and the downstream part in the flow path, The filled liquid 5112 can be transported from the upstream portion to the downstream portion in the flow path.

また、実質的に一方向の電界を発生させる非対称交流を印加しているので、液体を一方向に搬送しても、液体が電気分解して気泡が生じることはなく、また電気化学反応を起こすこともなく、電極が腐食することを防止できる。したがって、気泡を除去するための機構が不要となるので、電気浸透流ポンプの構造を単純化することができ、さらに、電気浸透流ポンプの信頼性を高くすることができる。   In addition, since an asymmetrical alternating current that substantially generates an electric field in one direction is applied, even if the liquid is transported in one direction, the liquid does not electrolyze to generate bubbles, and an electrochemical reaction occurs. And it can prevent that an electrode corrodes. Therefore, since a mechanism for removing bubbles is unnecessary, the structure of the electroosmotic flow pump can be simplified, and the reliability of the electroosmotic flow pump can be increased.

本実施の形態では、第1の電極5113と第2の電極5114はいずれも液体5112と直接触れているため、2つの電極間に直流を印加したとすると直流電流が流れる。それゆえ、非対称交流が実質的な直流成分を持たないこと、すなわち上記第1の電極と第2の電極との間の電圧V(t)を交流の1周期に渡って積分したVeffが実質的に0であることが好ましい。
これにより、2つの電極間に正味の直流電流が流れないので、液体が電気分解して気泡が生じることはなく、または電気化学反応を起こすこともなく電極が腐食することもより確実に防止できる。
この実施の形態8の場合も、液体を効率よく搬送するためには、非対称交流は、図2(b)や図2(c)の波形が好ましい。
In this embodiment mode, both the first electrode 5113 and the second electrode 5114 are in direct contact with the liquid 5112. Therefore, if a direct current is applied between the two electrodes, a direct current flows. Therefore, the asymmetrical alternating current does not have a substantial direct current component, that is, Veff obtained by integrating the voltage V (t) between the first electrode and the second electrode over one period of the alternating current is substantial. Is preferably 0.
As a result, no net direct current flows between the two electrodes, so that the liquid is not electrolyzed and bubbles are not generated, or the electrode is not corroded without causing an electrochemical reaction. .
In the case of the eighth embodiment as well, in order to efficiently transport the liquid, the asymmetrical alternating current preferably has the waveform shown in FIG. 2 (b) or FIG. 2 (c).

<実施の形態9>
本発明の第9の実施の形態である、電気浸透流ポンプとその動作方法を、図33を用いて説明する。
本実施の形態が、実施の形態8と異なるのは、第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われることである。
<Embodiment 9>
An electroosmotic flow pump and its operation method according to the ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The present embodiment is different from the eighth embodiment in that at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film.

図33は、本実施の形態の電気浸透流ポンプ5200の概略断面図である。
チューブ5241の内部は流路となっており、搬送される液体5212で満たされている。チューブ5241の上流部と下流部には、複数の孔を設けた第1の電極5213および第2の電極5214が離間して配置されている。
第1の電極5213と第2の電極5214は絶縁膜5216で覆われており、非対称な交流を発生する交流電源5215に接続される。
チューブ5241は、実施形態8と同様に、樹脂、ガラスなどを用い、搬送される液体5212は、イオン濃度が小さなものが好ましい。
FIG. 33 is a schematic cross-sectional view of an electroosmotic flow pump 5200 of the present embodiment.
The inside of the tube 5241 is a flow path and is filled with the liquid 5212 to be conveyed. A first electrode 5213 and a second electrode 5214 provided with a plurality of holes are disposed apart from each other at the upstream portion and the downstream portion of the tube 5241.
The first electrode 5213 and the second electrode 5214 are covered with an insulating film 5216 and connected to an AC power source 5215 that generates asymmetrical AC.
As in the eighth embodiment, the tube 5241 uses resin, glass, or the like, and the liquid 5212 to be transported preferably has a low ion concentration.

第1の電極5213と第2の電極5214に印加する非対称交流は、上記実施の形態と同様に、図2や図3に示したものを用いればよい。例えば、第2の電極5214を基準電圧として、図2に示す非対称交流を印加したとき、液体5212内に実質的に発生する電界の向きは右向き(図33の矢印5217の向き)となる。
このとき、チューブ5241の内壁が負に帯電する場合は、チューブ5241の内壁付近の液体5212中には正電荷が誘起される。すべり面よりも内壁から離れた領域では液体5212はチューブ5241の内壁に固着することなく自由に移動できる。
また、液体5212内には実質的に一方向(矢印5217の向き)の電界が存在するため、液体5212は右方向へ搬送される。以上の動作は、実施の形態8と同様である。
The asymmetrical alternating current applied to the first electrode 5213 and the second electrode 5214 may be the one shown in FIGS. 2 and 3 as in the above embodiment. For example, when the asymmetrical alternating current shown in FIG. 2 is applied using the second electrode 5214 as a reference voltage, the direction of the electric field substantially generated in the liquid 5212 is rightward (the direction of the arrow 5217 in FIG. 33).
At this time, when the inner wall of the tube 5241 is negatively charged, a positive charge is induced in the liquid 5212 near the inner wall of the tube 5241. In an area farther from the inner wall than the sliding surface, the liquid 5212 can move freely without being fixed to the inner wall of the tube 5241.
In addition, since there is an electric field in substantially one direction (the direction of the arrow 5217) in the liquid 5212, the liquid 5212 is transported in the right direction. The above operation is the same as in the eighth embodiment.

また、非対称交流は、上記実施の形態と同様に、図7に示したものを用いてもよい。第1の電極5213および第2の電極5214は絶縁膜5216で覆われているため、2つの電極間に直流電流は流れない。したがって、図7に示すような波形であっても特に悪影響なく、液体5212を一方向に搬送することができる。なお、どちらか一方の電極が絶縁膜5216で覆われていれば良く、2つの電極間に直流電流が流れることを防ぐことができる。
非対称交流の好ましい周波数および電圧は、実施の形態と同様に設定すればよい。
Further, the asymmetrical alternating current shown in FIG. 7 may be used similarly to the above embodiment. Since the first electrode 5213 and the second electrode 5214 are covered with the insulating film 5216, no direct current flows between the two electrodes. Accordingly, even if the waveform is as shown in FIG. 7, the liquid 5212 can be transported in one direction without any adverse effect. Note that either one of the electrodes need only be covered with the insulating film 5216, and a direct current can be prevented from flowing between the two electrodes.
What is necessary is just to set the preferable frequency and voltage of asymmetrical alternating current similarly to embodiment.

このように、非対称な交流を第1の電極5213と第2の電極5214に印加することによって、液体5212内に実質的に一方向に電界を発生させることができる。
また、上述のような方法または装置を用い、2つの電極5213、5214間に非対称な交流を印加することにより、液体5212を一方向に搬送することができる。また、実質的に一方向の電界を発生させる非対称交流を印加しているので、液体を一方向に搬送しても、液体が電気分解して気泡が生じることはなく、また電気化学反応を起こすこともなく、電極が腐食するといった問題を回避することが可能となる。したがって、気泡を除去するための機構が不要となるので、電気浸透流ポンプの構造を単純化することができ、さらに、電気浸透流ポンプの信頼性を高くすることができる。
Thus, by applying asymmetrical alternating current to the first electrode 5213 and the second electrode 5214, an electric field can be generated in the liquid 5212 substantially in one direction.
In addition, the liquid 5212 can be transported in one direction by applying an asymmetrical alternating current between the two electrodes 5213 and 5214 using the above-described method or apparatus. In addition, since an asymmetrical alternating current that substantially generates an electric field in one direction is applied, even if the liquid is transported in one direction, the liquid does not electrolyze to generate bubbles, and an electrochemical reaction occurs. Without a problem, it becomes possible to avoid the problem that the electrode corrodes. Therefore, since a mechanism for removing bubbles is unnecessary, the structure of the electroosmotic flow pump can be simplified, and the reliability of the electroosmotic flow pump can be increased.

更に、第1の電極および第2の電極の少なくとも一方を絶縁膜で覆うことにより、2つの電極間に直流電流が流れないので、電極が腐食することをより確実に防ぐことができる。また、第1の電極および第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われるため、第1の電極から第2の電極へ直接電子が到達して電流が流れることがない。そのため、この系で消費される電力は、電極を覆う絶縁膜が構成するキャパシタンスの充放電によるもののみである。したがって、消費電力を著しく小さくし、ジュール熱の発生も著しく減らすことが可能となる。
この実施の形態9の場合も、液体を効率よく搬送するためには、非対称交流は、図2(b)や図2(c)の波形が好ましい。
Furthermore, since at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film, a direct current does not flow between the two electrodes, so that the electrodes can be more reliably prevented from corroding. In addition, since at least one of the first electrode and the second electrode is covered with the insulating film, electrons do not reach the second electrode directly from the first electrode, and current does not flow. Therefore, the electric power consumed in this system is only due to charge / discharge of the capacitance formed by the insulating film covering the electrodes. Therefore, the power consumption can be significantly reduced, and the generation of Joule heat can be significantly reduced.
Also in the case of the ninth embodiment, in order to efficiently transport the liquid, the asymmetrical alternating current preferably has the waveform of FIG. 2B or FIG. 2C.

<実施の形態10>
本発明の第10の実施の形態である、電気浸透流ポンプの他の実施例を、図34を用いて説明する。
本実施の形態が、実施の形態9と異なるのは、第1の電極と第2の電極の間の流路に、多孔質からなる電気浸透材を設けたことである。
<Embodiment 10>
Another example of the electroosmotic flow pump according to the tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The present embodiment is different from the ninth embodiment in that a porous electroosmotic material is provided in the flow path between the first electrode and the second electrode.

図34は、本実施の形態の電気浸透流ポンプ5300の概略断面図である。
チューブ5341の内部は流路となっており、搬送される液体5312で満たされている。チューブ5341の上流部と下流部には、複数の孔を設けた第1の電極5313および第2の電極5314が離間して配置されている。第1の電極5313と第2の電極5314は絶縁膜5316で覆われており、非対称な交流を発生する交流電源5315が接続されている。
FIG. 34 is a schematic cross-sectional view of an electroosmotic flow pump 5300 of the present embodiment.
The inside of the tube 5341 is a flow path and is filled with the liquid 5312 to be conveyed. A first electrode 5313 and a second electrode 5314 provided with a plurality of holes are arranged apart from each other at the upstream portion and the downstream portion of the tube 5341. The first electrode 5313 and the second electrode 5314 are covered with an insulating film 5316, and an AC power supply 5315 that generates asymmetrical AC is connected to the first electrode 5313 and the second electrode 5314.

流路内であって、第1の電極5313と第2の電極5314の間には、多孔質からなる電気浸透材5343が配置されている。
電気浸透材5343とは、たとえば、シリカ繊維材料、多孔質セラミックからなる部材であり、液体を通過させるとともに流路の内壁の面積を実質的に増大する役割を果たすものである。
この電気浸透材5343を、図34に示すように配置することにより、電気浸透材内部に設けられた微細な孔において電気浸透材と液体が触れ、非対称交流により発生する一方向電界の作用により液体が搬送される。電気浸透材内部の多孔質は電気浸透材と液体の接触面積を増大させるため、液体の搬送能力も増大する。
A porous electroosmotic material 5343 is disposed in the flow path and between the first electrode 5313 and the second electrode 5314.
The electroosmotic material 5343 is a member made of, for example, a silica fiber material or porous ceramic, and plays a role of allowing the liquid to pass through and substantially increasing the area of the inner wall of the flow path.
By arranging this electroosmotic material 5343 as shown in FIG. 34, the electroosmotic material and the liquid come into contact with each other in a minute hole provided inside the electroosmotic material, and the liquid is generated by the action of a unidirectional electric field generated by asymmetrical alternating current. Is transported. Since the porosity inside the electroosmotic material increases the contact area between the electroosmotic material and the liquid, the liquid transport capability also increases.

本実施の形態の電気浸透ポンプによれば、実施の形態9と同様に、液体が電気分解して気泡が生じることはなく、また電気化学反応を起こすこともなく、電極が腐食することを防止できる。
したがって、気泡を除去するための機構が不要となるので、電気浸透流ポンプの構造を単純化することができ、電気浸透流ポンプの信頼性を高くすることができる。
また、第1の電極および第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われるため、電極の腐食をより確実に防ぐことができる。また、消費電力を著しく小さくし、ジュール熱の発生も著しく減らすことが可能となる。
更に、第1の電極5313と第2の電極5314の間に、多孔質からなる電気浸透材を配置することにより、電気浸透効果を高めることができるので、ポンプの能力を飛躍的に高めることができる。
According to the electroosmotic pump of the present embodiment, as in the ninth embodiment, the liquid is not electrolyzed and bubbles are not generated, and an electrochemical reaction is not caused and the electrode is prevented from corroding. it can.
Therefore, since a mechanism for removing bubbles is not required, the structure of the electroosmotic flow pump can be simplified, and the reliability of the electroosmotic flow pump can be increased.
Further, since at least one of the first electrode and the second electrode is covered with the insulating film, corrosion of the electrode can be prevented more reliably. In addition, the power consumption can be significantly reduced, and the generation of Joule heat can be significantly reduced.
Furthermore, since the electroosmotic effect can be enhanced by disposing a porous electroosmotic material between the first electrode 5313 and the second electrode 5314, the ability of the pump can be dramatically increased. it can.

<実施の形態11>
本発明の第11の実施の形態である、燃料電池を、図35を用いて説明する。
燃料電池6100は、本発明の実施の形態8,9または10のいずれかの電気浸透ポンプ6151を備える。また、燃料タンク6153から燃料電池セル6152へ、燃料輸送管6154を通じて燃料を輸送する。
燃料電池セル6152には、燃料電池状態センサ6156が接続されており、燃料電池の状態を検出する。
燃料電池状態センサ6156から燃料電池の状態が燃料供給制御回路6157に伝えられ、燃料供給制御回路6157が燃料電池6151による燃料供給量を制御する。
燃料電池状態センサ6156および燃料供給制御回路6157に必要な電力は、燃料電池セル6152に接続されたDC/DCコンバータ6155により供給される。DC/DCコンバータ6155には、外部に電力を供給するための端子6158が接続される。
<Embodiment 11>
A fuel cell according to an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The fuel cell 6100 includes the electroosmotic pump 6151 according to any of the eighth, ninth and tenth embodiments of the present invention. Further, the fuel is transported from the fuel tank 6153 to the fuel battery cell 6152 through the fuel transport pipe 6154.
A fuel cell state sensor 6156 is connected to the fuel cell 6152 and detects the state of the fuel cell.
The state of the fuel cell is transmitted from the fuel cell state sensor 6156 to the fuel supply control circuit 6157, and the fuel supply control circuit 6157 controls the amount of fuel supplied by the fuel cell 6151.
Electric power necessary for the fuel cell state sensor 6156 and the fuel supply control circuit 6157 is supplied by a DC / DC converter 6155 connected to the fuel cell 6152. The DC / DC converter 6155 is connected to a terminal 6158 for supplying power to the outside.

本実施の形態の燃料電池は、本発明の電気浸透流ポンプを備えているので、電気浸透流ポンプによって輸送する燃料が電気分解して気泡が生じることはなく、また電気化学反応が起こることもなく、電極が腐食することがない。したがって、気泡を除去するための機構が不要となって、燃料電池の構造を単純化することができ、燃料電池の信頼性を高くすることができる。   Since the fuel cell of the present embodiment includes the electroosmotic flow pump of the present invention, the fuel transported by the electroosmotic flow pump is not electrolyzed to generate bubbles, and an electrochemical reaction may occur. There is no corrosion of the electrode. Therefore, a mechanism for removing bubbles is unnecessary, the structure of the fuel cell can be simplified, and the reliability of the fuel cell can be increased.

<実施の形態12>
本発明の第12の実施の形態である、冷却ポンプを、図36を用いて説明する。
冷却ポンプ6200は、本発明の実施の形態8,9または10のいずれかの電気浸透ポンプ6251を備える。また、受熱部6259と熱交換器6260に、冷媒輸送管6263を通じて冷媒を循環させる。
受熱部6259には、温度センサ6261が設けられており、受熱部6259の温度をポンプ制御回路6262に伝達する。ポンプ制御回路6262は温度センサ6261からの情報に基づいて電気浸透ポンプ6251を制御し、冷媒を移動させ、受熱部6259の温度を適正に保つ。
<Embodiment 12>
A cooling pump according to a twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Cooling pump 6200 includes electroosmotic pump 6251 according to any of the eighth, ninth and tenth embodiments of the present invention. Further, the refrigerant is circulated through the refrigerant transport pipe 6263 through the heat receiving unit 6259 and the heat exchanger 6260.
The heat receiving unit 6259 is provided with a temperature sensor 6261 and transmits the temperature of the heat receiving unit 6259 to the pump control circuit 6262. The pump control circuit 6262 controls the electroosmotic pump 6251 based on information from the temperature sensor 6261, moves the refrigerant, and keeps the temperature of the heat receiving unit 6259 at an appropriate level.

本実施の形態の冷却ポンプは、本発明の電気浸透流ポンプを備えているので、電気浸透流ポンプによって移動させる冷媒が電気分解して気泡が生じることはなく、また電気化学反応が起こることもなく、電極が腐食することもない。したがって、気泡を除去するための機構が不要となるので、冷却ポンプの構造を単純化することができ、冷却ポンプの信頼性を高くすることができる。   Since the cooling pump of the present embodiment includes the electroosmotic flow pump of the present invention, the refrigerant moved by the electroosmotic flow pump is not electrolyzed to generate bubbles, and an electrochemical reaction may occur. Neither does the electrode corrode. Therefore, since a mechanism for removing bubbles is not necessary, the structure of the cooling pump can be simplified, and the reliability of the cooling pump can be increased.

<実施の形態13>
本発明の第13の実施の形態である、薬液供給装置6300を、図37を用いて説明する。
薬液供給装置6300は、本発明の実施の形態8,9または10のいずれかの電気浸透ポンプ6351を備える。また、薬液タンク6364から薬液供給先へ、薬液輸送管6368を通じて薬液を輸送する。
薬液輸送管6368の途中には、流量センサ6365が設けられており、流量情報が薬液供給制御回路6366に伝えられる。薬液供給制御回路6366は、薬液供給プログラム入力装置6367からあらかじめ伝達された指示と、流量センサ6365から伝えられた流量情報とに基づき、電気浸透ポンプ6351を制御し、輸送する薬液の流量を調節する。
<Embodiment 13>
A chemical supply apparatus 6300 according to a thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The chemical solution supply apparatus 6300 includes the electroosmotic pump 6351 according to any of the eighth, ninth, and tenth embodiments of the present invention. Further, the chemical solution is transported from the chemical solution tank 6364 to the chemical solution supply destination through the chemical solution transport pipe 6368.
A flow rate sensor 6365 is provided in the middle of the chemical solution transport pipe 6368, and flow rate information is transmitted to the chemical solution supply control circuit 6366. The chemical supply control circuit 6366 controls the electroosmotic pump 6351 based on the instruction transmitted in advance from the chemical supply program input device 6367 and the flow rate information transmitted from the flow sensor 6365, and adjusts the flow rate of the chemical to be transported. .

本実施の形態の薬液供給装置は、本発明の電気浸透流ポンプを備えているので、電気浸透流ポンプによって輸送する薬液が電気分解して気泡が生じることはなく、また電気化学反応が起こることもなく、電極が腐食することもない。したがって、気泡を除去するための機構が不要となるので、薬液供給装置の構造を単純化することができ、薬液供給装置の信頼性を高くすることができる。   Since the chemical solution supply apparatus of the present embodiment includes the electroosmotic flow pump of the present invention, the chemical solution transported by the electroosmotic flow pump is not electrolyzed to generate bubbles, and an electrochemical reaction occurs. Neither does the electrode corrode. Therefore, since a mechanism for removing bubbles is not necessary, the structure of the chemical liquid supply apparatus can be simplified, and the reliability of the chemical liquid supply apparatus can be increased.

1110 電界発生装置
1111 容器
1112 液体
1113 第1の電極
1114 第2の電極
1115 交流電源
1216 絶縁膜
2100 浮遊体移動装置
2111 容器
2112 液体
2113 第1の電極
2114 第2の電極
2115 交流電源
2118 物体
2216 絶縁膜
3100 電気泳動装置
3124 アガロースゲル
3125 ウェル
4100 電気泳動表示装置
4131 第1の基板
4132 第2の基板
4134 電気泳動素子
4135 カプセル
4136 分散媒
4137 電気泳動粒子
4138 電気泳動粒子
4139 選択トランジスタ
5100 電気浸透流ポンプ
5141 チューブ
5142 すべり面
5216 絶縁膜
5343 電気浸透材
6100 燃料電池
6151 電気浸透流ポンプ
6152 燃料電池セル
6153 燃料タンク
6154 燃料輸送管
6155 DC/DCコンバータ
6156 燃料電池状態センサ
6157 燃料供給制御回路
6158 電力供給端子
6200 冷却ポンプ
6251 電気浸透流ポンプ
6263 冷媒輸送管
6300 薬液供給装置
6351 電気浸透流ポンプ
6368 薬液輸送管
1110 Electric field generator 1111 Container 1112 Liquid 1113 First electrode 1114 Second electrode 1115 AC power source 1216 Insulating film 2100 Floating body moving device 2111 Container 2112 Liquid 2113 First electrode 2114 Second electrode 2115 AC power source 2118 Object 2216 Insulation Membrane 3100 Electrophoresis device 3124 Agarose gel 3125 Well 4100 Electrophoretic display device 4131 First substrate 4132 Second substrate 4134 Electrophoretic element 4135 Capsule 4136 Dispersion medium 4137 Electrophoretic particles 4138 Electrophoretic particles 4139 Select transistor 5100 Electroosmotic flow pump 5141 Tube 5142 Sliding surface 5216 Insulating film 5343 Electroosmotic material 6100 Fuel cell 6151 Electroosmotic flow pump 6152 Fuel cell 6153 Fuel tank 6154 Fuel Transport pipe 6155 DC / DC converter 6156 Fuel cell state sensor 6157 Fuel supply control circuit 6158 Power supply terminal 6200 Cooling pump 6251 Electroosmotic flow pump 6263 Refrigerant transport pipe 6300 Chemical liquid supply device 6351 Electroosmotic flow pump 6368 Chemical liquid transport pipe

Claims (27)

液体が注入された容器と、
前記容器に注入された液体に、それぞれ少なくとも一部が浸されるように所定の間隔を空けて配置された第1の電極および第2の電極と、
前記第1の電極および第2の電極に接続され、両電極間に非対称な交流を印加させる交流発生器とを備え、
前記交流発生器が、前記液体中に実質的に前記第1の電極から第2の電極へ向かう電界、または実質的に前記第2の電極から第1の電極へ向かう電界のいずれか一方の電界を発生させることを特徴とする電界発生装置。
A container filled with liquid;
A first electrode and a second electrode arranged at a predetermined interval so that at least a part of the liquid is injected into the container;
An alternating current generator connected to the first electrode and the second electrode and applying an asymmetrical alternating current between the two electrodes;
The AC generator has either an electric field in the liquid that is substantially from the first electrode to the second electrode, or an electric field that is substantially from the second electrode to the first electrode. An electric field generator characterized by generating
請求項1に記載の電界発生装置であって、
前記第1の電極と第2の電極は、前記容器に注入された前記液体と直接接触するように配置され、
前記非対称交流は、前記第1の電極と第2の電極との間の電圧V(t)(tは時間)を交流の1周期に渡って積分した次式の値
Veff=∫V(t)dt
が実質的に0となり、実質的な直流成分を持たないことを特徴とする電界発生装置。
The electric field generator according to claim 1,
The first electrode and the second electrode are disposed so as to be in direct contact with the liquid injected into the container,
The asymmetrical alternating current is obtained by integrating the voltage V (t) (t is time) between the first electrode and the second electrode over one period of alternating current Veff = eV (t) dt
Is substantially 0 and has no substantial DC component.
請求項1に記載の電界発生装置であって、
前記第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われて前記液体と直接接触しないことを特徴とする電界発生装置。
The electric field generator according to claim 1,
An electric field generation device characterized in that at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film and is not in direct contact with the liquid.
物体が浮遊する液体が注入された容器と、
前記容器に注入された液体に、それぞれ少なくとも一部が浸されるように所定の間隔を空けて配置された第1の電極および第2の電極と、
前記第1の電極および第2の電極に接続され、両電極間に非対称な交流を印加させる交流発生器とを備え、
前記交流発生器が印加した非対称交流によって、前記液体中に浮遊する物体に対し、前記第1の電極から第2の電極への移動、または前記第2の電極から第1の電極への移動のうちいずれか一方の移動をさせることを特徴とする浮遊体移動装置。
A container filled with a liquid in which an object floats;
A first electrode and a second electrode arranged at a predetermined interval so that at least a part of the liquid is injected into the container;
An alternating current generator connected to the first electrode and the second electrode and applying an asymmetrical alternating current between the two electrodes;
Due to the asymmetrical alternating current applied by the alternating current generator, movement of the object floating in the liquid from the first electrode to the second electrode, or movement from the second electrode to the first electrode is performed. A floating body moving device characterized by moving either one of them.
請求項4に記載の浮遊体移動装置であって、
前記第1の電極と第2の電極は、いずれも液体と直接接触するように配置され、
前記非対称交流は、前記第1の電極と第2の電極との間の電圧V(t)(tは時間)を交流の1周期に渡って積分した次式の値
Veff=∫V(t)dt
が実質的に0となり、実質的な直流成分を持たないこと
を特徴とする浮遊体移動装置。
The floating body moving device according to claim 4,
The first electrode and the second electrode are both arranged so as to be in direct contact with the liquid,
The asymmetrical alternating current is obtained by integrating the voltage V (t) (t is time) between the first electrode and the second electrode over one period of alternating current Veff = eV (t) dt
Is substantially 0, and has no substantial DC component.
請求項4に記載の浮遊体移動装置であって、
前記第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われて液体と直接接触しないことを特徴とする浮遊体移動装置。
The floating body moving device according to claim 4,
A floating body moving device, wherein at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film and is not in direct contact with a liquid.
試料を含む液体が注入された泳動槽と、
前記泳動槽に注入された液体に、それぞれ少なくとも一部が浸されるように所定の間隔を空けて配置された第1の電極および第2の電極と、
前記第1の電極および第2の電極に接続され、両電極間に非対称な交流を印加させる交流発生器とを備え、
前記交流発生器が印加した非対称な交流によって、液体中に含まれた試料を、液体中の第1の電極と第2の電極との間を泳動させ、
前記第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われて前記液体と直接接触しないことを特徴とする電気泳動装置。
An electrophoresis tank into which a liquid containing a sample is injected;
A first electrode and a second electrode disposed at a predetermined interval so that at least a part of the liquid is injected into the electrophoresis tank;
An alternating current generator connected to the first electrode and the second electrode and applying an asymmetrical alternating current between the two electrodes;
The asymmetrical alternating current applied by the alternating current generator causes the sample contained in the liquid to migrate between the first electrode and the second electrode in the liquid,
An electrophoretic device, wherein at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film and is not in direct contact with the liquid.
所定の間隔を空けて対向配置された第1の電極および第2の電極と、
前記第1の電極と第2の電極とに挟まれた空間に配置され、電気泳動粒子と分散液とを内包した複数のカプセルからなる電気泳動素子と、
前記第1の電極と第2の電極とに接続され、両電極間に非対称な交流を印加させる交流発生器とを備え、
前記非対称な交流によって、各カプセル内の電気泳動粒子を一方の電極の方向へ移動させることを特徴とする電気泳動表示装置。
A first electrode and a second electrode arranged to face each other at a predetermined interval;
An electrophoretic element that is disposed in a space sandwiched between the first electrode and the second electrode and includes a plurality of capsules including electrophoretic particles and a dispersion;
An AC generator connected to the first electrode and the second electrode and applying an asymmetrical alternating current between the two electrodes;
An electrophoretic display device, wherein the electrophoretic particles in each capsule are moved in the direction of one electrode by the asymmetrical alternating current.
液体を流す流路と、
前記流路の上流部と下流部にそれぞれ離間して配置され、複数の孔を有する第1の電極と第2の電極と、
前記第1の電極および第2の電極とに接続され、両電極間に非対称な交流を印加させる交流発生器とを備え、
前記非対称交流を印加することにより、前記流路内に流入された液体を、流路内の上流部にある第1の電極から下流部にある第2の電極の方向へと輸送する
ことを特徴とする電気浸透流ポンプ。
A flow path for flowing liquid;
A first electrode and a second electrode which are spaced apart from each other in an upstream portion and a downstream portion of the flow path and have a plurality of holes;
An alternating current generator connected to the first electrode and the second electrode, and applying an asymmetrical alternating current between the two electrodes;
By applying the asymmetrical alternating current, the liquid that has flowed into the flow channel is transported from the first electrode in the upstream portion to the second electrode in the downstream portion in the flow channel. And electroosmotic flow pump.
請求項9に記載の電気浸透流ポンプであって、
前記第1の電極と第2の電極は、前記流路に流入された前記液体と直接接触するように配置され、
前記非対称交流は、前記第1の電極と第2の電極との間の電圧V(t)(tは時間)を交流の1周期に渡って積分した次式の値
Veff=∫V(t)dt
が実質的に0となり、実質的な直流成分を持たないことを特徴とする電気浸透流ポンプ。
The electroosmotic pump according to claim 9,
The first electrode and the second electrode are arranged so as to be in direct contact with the liquid flowing into the flow path,
The asymmetrical alternating current is obtained by integrating the voltage V (t) (t is time) between the first electrode and the second electrode over one period of alternating current Veff = eV (t) dt
The electroosmotic flow pump is characterized in that is substantially zero and has no substantial DC component.
請求項9または10に記載の電気浸透流ポンプであって、
前記第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われて前記液体と直接接触しないことを特徴とする電気浸透流ポンプ。
The electroosmotic pump according to claim 9 or 10,
An electroosmotic pump characterized in that at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film and is not in direct contact with the liquid.
請求項9、10または11のいずれかに記載の電気浸透流ポンプであって、
前記第1の電極と第2の電極との間の前記流路内に、多孔質からなる電気浸透材が設けられていることを特徴とする電気浸透流ポンプ。
The electroosmotic pump according to any one of claims 9, 10 or 11,
An electroosmotic pump, wherein a porous electroosmotic material is provided in the flow path between the first electrode and the second electrode.
請求項9ないし12のいずれかに記載の電気浸透流ポンプを備えたことを特徴とする燃料電池。 A fuel cell comprising the electroosmotic pump according to any one of claims 9 to 12. 請求項9ないし12のいずれかに記載の電気浸透流ポンプにより駆動されることを特徴とする冷却ポンプ。 A cooling pump driven by the electroosmotic pump according to any one of claims 9 to 12. 請求項9ないし12のいずれかに記載の電気浸透流ポンプにより駆動されることを特徴とする薬液供給装置。 A chemical supply apparatus driven by the electroosmotic pump according to any one of claims 9 to 12. 容器に液体を注入する準備ステップと、
第1の電極と第2の電極とをそれぞれ少なくとも一部が前記液体に浸されるように所定の間隔を空けて配置する配置ステップと、
前記第1の電極と第2の電極との間に非対称交流を印加し、前記液体中に実質的に前記第1の電極から第2の電極へ向かう電界、または実質的に前記第2の電極から第1の電極へ向かう電界のいずれか一方の電界を発生させる電界発生ステップとを含む
ことを特徴とする電界発生方法。
A preparatory step of injecting liquid into the container;
An arrangement step of arranging the first electrode and the second electrode at predetermined intervals so that at least a part of each is immersed in the liquid;
An asymmetrical alternating current is applied between the first electrode and the second electrode, and an electric field that substantially flows from the first electrode to the second electrode in the liquid, or substantially the second electrode And an electric field generating step of generating any one of the electric fields from the first electrode to the first electrode.
請求項16に記載の電界発生方法であって、
前記第1の電極と第2の電極はいずれも液体と直接接触するように配置され、
前記非対称交流は、前記第1の電極と第2の電極との間の電圧V(t)(tは時間)を交流の1周期に渡って積分した次式の値
Veff=∫V(t)dt
が実質的に0となり、実質的な直流成分を持たないこと
を特徴とする電界発生方法。
The electric field generation method according to claim 16,
The first electrode and the second electrode are both arranged so as to be in direct contact with the liquid,
The asymmetrical alternating current is obtained by integrating the voltage V (t) (t is time) between the first electrode and the second electrode over one period of alternating current Veff = eV (t) dt
Is substantially zero and does not have a substantial direct current component.
請求項16に記載の電界発生方法であって、
前記第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われて前記液体と直接接触しないことを特徴とする電界発生方法。
The electric field generation method according to claim 16,
An electric field generating method, wherein at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film and is not in direct contact with the liquid.
請求項16に記載の電界発生方法であって、
前記非対称交流は、高電位持続時間と低電位持続時間が異なる矩形波である
ことを特徴とする電界発生方法。
The electric field generation method according to claim 16,
The method for generating an electric field, wherein the asymmetrical alternating current is a rectangular wave having a high potential duration and a low potential duration.
請求項16に記載の電界発生方法であって、
前記非対称交流は、立ち上り時間と立ち下り時間が異なる三角波またはのこぎり波であることを特徴とする電界発生方法。
The electric field generation method according to claim 16,
The electric field generating method according to claim 1, wherein the asymmetrical alternating current is a triangular wave or a sawtooth wave having different rise times and fall times.
物体が浮遊する液体を容器に注入する準備ステップと、
第1の電極と第2の電極とを、それぞれ少なくとも一部が前記液体に浸されるように所定の間隔を空けて配置する配置ステップと、
前記第1の電極と第2の電極との間に非対称交流を印加し、前記液体中に浮遊する物体に対し、前記第1の電極から第2の電極への移動、または前記第2の電極から第1の電極への移動のうちいずれか一方の移動をさせる移動ステップを含む
ことを特徴とする浮遊体移動方法。
A preparatory step for injecting a liquid into which the object floats;
An arrangement step of arranging the first electrode and the second electrode at a predetermined interval so that at least a part of each of the first electrode and the second electrode is immersed in the liquid;
Asymmetrical alternating current is applied between the first electrode and the second electrode, and the object floating in the liquid moves from the first electrode to the second electrode, or the second electrode A floating body moving method comprising a moving step of moving any one of the movements from to the first electrode.
請求項21に記載の浮遊体移動方法であって、
前記第1の電極と第2の電極はいずれも液体と直接接触するように配置され、
前記非対称交流は、前記第1の電極と第2の電極との間の電圧V(t)(tは時間)を交流の1周期に渡って積分した次式の値
Veff=∫V(t)dt
が実質的に0となり、実質的な直流成分を持たないこと
を特徴とする浮遊体移動方法。
The floating body moving method according to claim 21,
The first electrode and the second electrode are both arranged so as to be in direct contact with the liquid,
The asymmetrical alternating current is obtained by integrating the voltage V (t) (t is time) between the first electrode and the second electrode over one period of alternating current Veff = eV (t) dt
Is substantially zero and has no substantial direct current component.
請求項21に記載の浮遊体移動方法であって、
前記第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われて液体と直接接触しないことを特徴とする浮遊体移動方法。
The floating body moving method according to claim 21,
A floating body moving method, wherein at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film and is not in direct contact with a liquid.
電気泳動によって移動させる試料を含む液体を、泳動槽に注入する準備ステップと、
第1の電極と第2の電極とを、それぞれ少なくとも一部が前記液体に浸されるように所定の間隔を空けて配置させる配置ステップと、
前記第1の電極と第2の電極との間に非対称交流を印加して、前記試料を液体中の第1の電極と第2の電極との間を泳動させる泳動ステップとを含み、
前記第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われて前記液体と直接接触しないことを特徴とする電気泳動方法。
A preparatory step of injecting a liquid containing a sample to be moved by electrophoresis into the electrophoresis tank;
An arrangement step of arranging the first electrode and the second electrode at predetermined intervals so that at least a part of each of the first electrode and the second electrode is immersed in the liquid;
Applying an asymmetrical alternating current between the first electrode and the second electrode to cause the sample to migrate between the first electrode and the second electrode in a liquid,
An electrophoresis method, wherein at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film and is not in direct contact with the liquid.
電気浸透流ポンプの流路内の上流部と下流部に、第1の電極と第2の電極とをそれぞれ離間して配置し、
前記第1の電極と第2の電極との間に非対称交流を印加し、
前記流路内に流入された液体を、前記流路内の上流部にある第1の電極から下流部にある第2の電極の方向へ輸送することを特徴とした電気浸透流ポンプの動作方法。
The first electrode and the second electrode are spaced apart from each other in the upstream portion and the downstream portion in the flow path of the electroosmotic flow pump,
Applying an asymmetrical alternating current between the first electrode and the second electrode;
A method of operating an electroosmotic pump characterized by transporting the liquid that has flowed into the flow path from the first electrode in the upstream portion toward the second electrode in the downstream portion in the flow path .
請求項25に記載の電気浸透流ポンプの動作方法であって、
前記第1の電極と第2の電極はいずれも液体と直接接触するように配置され、
前記非対称交流は、前記第1の電極と第2の電極との間の電圧V(t)(tは時間)を交流の1周期に渡って積分した次式の値
Veff=∫V(t)dt
が実質的に0となり、実質的な直流成分を持たないこと
を特徴とする電気浸透流ポンプの動作方法。
A method of operating an electroosmotic pump according to claim 25,
The first electrode and the second electrode are both arranged so as to be in direct contact with the liquid,
The asymmetrical alternating current is obtained by integrating the voltage V (t) (t is time) between the first electrode and the second electrode over one period of alternating current Veff = eV (t) dt
Is substantially zero and does not have a substantial direct current component.
請求項25に記載の電気浸透流ポンプの動作方法であって、
前記第1の電極と第2の電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われて液体と直接接触しないことを特徴とする電気浸透流ポンプの動作方法。
A method of operating an electroosmotic pump according to claim 25,
A method for operating an electroosmotic pump, wherein at least one of the first electrode and the second electrode is covered with an insulating film and does not directly contact a liquid.
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