JP4517153B2 - Fluid control method and fluid device using the same - Google Patents

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Description

本発明は、流体制御方法及びそれを用いた流体デバイスに関する。   The present invention relates to a fluid control method and a fluid device using the same.

ある種の絶縁性液体に電場を与えると伝導率と誘電率の不均一性に起因して流体内部に循環流や二次流れが発生することがある。これは電気流体力学効果(Electrohydrodynamic効果、以下「EHD効果」という。)と呼ばれている。   When an electric field is applied to a certain kind of insulating liquid, a circulating flow or a secondary flow may be generated inside the fluid due to non-uniformity of conductivity and dielectric constant. This is called an electrohydrodynamic effect (Electrohydrodynamic effect, hereinafter referred to as “EHD effect”).

これに関する技術として、例えば特許文献1乃至12に絶縁性の液体に電圧を印加して高速のジェット水流を発生させる技術が開示されている。   For example, Patent Documents 1 to 12 disclose a technique for generating a high-speed jet water flow by applying a voltage to an insulating liquid.

特許2817654号公報Japanese Patent No. 2817654 特許3109268号公報Japanese Patent No. 3109268 特許3109273号公報Japanese Patent No. 3109273 特許3157804号公報Japanese Patent No. 3157804 特許3179015号公報Japanese Patent No. 3179015 特許3179016号公報Japanese Patent No. 3179016 特許3179035号公報Japanese Patent No. 3179035 特許3224985号公報Japanese Patent No. 3224985 特許3225015号公報Japanese Patent No. 3225015 特許3225016号公報Japanese Patent No. 3225016 特許3245386号公報Japanese Patent No. 3245386 特許3263346号公報Japanese Patent No. 3263346

しかしながら、上記特許文献はいずれも絶縁性オイル等であって、可燃性がある、臭気がある、環境汚染物質として廃棄する場合に制限がある、揮発性が強い、プラスチックを溶解する等の取扱における課題が残ってしまう。   However, all of the above patent documents are insulating oils, etc., which are flammable, odorous, restricted when disposed as environmental pollutants, highly volatile, in handling plastics, etc. Issues remain.

そこで、本発明は、上記課題を解決し、より取扱が容易な流体制御方法及び流体デバイスを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a fluid control method and a fluid device that are easier to handle.

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を行ったところ、水がもっとも取扱が容易であることに着目し、試行錯誤の実験を行い、水においても流体デバイスとして機能させることができることを解明し、本発明を完成するに至った。   The inventors of the present invention have made extensive studies on the above-mentioned problems, paying attention to the fact that water is the easiest to handle, and conducted trial and error experiments to elucidate that it can function as a fluid device even in water. The present invention has been completed.

即ち、上記課題を解決するための第一の手段として、流体制御方法を、水中に一対の電極を配置し、直流電圧を印加することにより水流を発生させるものとする。   That is, as a first means for solving the above-described problem, the fluid control method uses a pair of electrodes in water and generates a water flow by applying a DC voltage.

また、この手段において、水流はジェット水流であることが望ましく、また、一対の電極の間に印加される電圧は、1kV以上8kV以下であることが望ましく、この一対の電極の距離としては筒状電極と針状電極を組み合わせた場合、0以上1cm以下であることが望ましく、針状電極と、複数の針状電極を束ねた電極群とを組み合わせた場合、0より大きく1cm以下である。また、水の導電率は、20kV/m以上70kV/m以下の範囲で電場を印加した場合において、0より大きく1mS/m以下であること、更には10−5S/m以上1mS/m以下であることが望ましい。 In this means, the water flow is preferably a jet water flow, and the voltage applied between the pair of electrodes is preferably 1 kV or more and 8 kV or less, and the distance between the pair of electrodes is cylindrical. When combining an electrode and a needle electrode, it is desirable that it is 0 or more and 1 cm or less, and when combining a needle electrode and an electrode group which bundled a plurality of needle electrodes, it is larger than 0 and 1 cm or less. In addition, when the electric field is applied in the range of 20 kV / m or more and 70 kV / m or less, the conductivity of water is greater than 0 and 1 mS / m or less, and more preferably 10 −5 S / m or more and 1 mS / m or less. It is desirable that

また、この手段において、一対の電極は、筒状電極と、針状電極を有してなることが望ましく、更にこの針状電極は、先端部分が露出し、該先端部分以外の部分が絶縁物により被覆されていることが望ましい。なお、筒状電極の電圧を前記針状電極の電圧よりも高くすることが更に望ましい。   In this means, it is desirable that the pair of electrodes include a cylindrical electrode and a needle-like electrode. Further, the needle-like electrode has a tip portion exposed and a portion other than the tip portion is an insulator. It is desirable to be coated with. It is more desirable to make the voltage of the cylindrical electrode higher than the voltage of the needle electrode.

また、上記課題を解決するための他の手段として、流体デバイスとして、水を収納可能なハウジングと、該ハウジング内に配置される一対の電極と、を有するものとする。   In addition, as another means for solving the above-described problem, the fluid device includes a housing capable of storing water and a pair of electrodes disposed in the housing.

なおこの手段において、ジェット水流を発生させることが望ましく、また、一対の電極の間に印加される電圧は、1kV以上8kV以下であることが望ましく、この一対の電極の距離としては筒状電極と針状電極を組み合わせた場合、0以上1cm以下であることが望ましく、針状電極と、複数の針状電極を束ねた電極群とを組み合わせた場合、0より大きく1cm以下である。また、収納する水の導電率は、20kV/m以上70kV/m以下の範囲で電場を印加した場合において、0より大きく1mS/m以下であること、より望ましくは10−5S/m以上1mS/m以下であることが望ましい。 In this means, it is desirable to generate a jet water flow, and the voltage applied between the pair of electrodes is desirably 1 kV or more and 8 kV or less. The distance between the pair of electrodes is as follows. When combining needle-shaped electrodes, it is desirable to be 0 or more and 1 cm or less, and when combining a needle-shaped electrode and an electrode group in which a plurality of needle-shaped electrodes are combined, it is greater than 0 and 1 cm or less. Also, the conductivity of the water to be stored is greater than 0 and less than or equal to 1 mS / m, more desirably between 10 −5 S / m and 1 mS when an electric field is applied in the range of 20 kV / m to 70 kV / m. / M or less is desirable.

またこの手段において、一対の電極は、筒状電極と、針状電極を有してなること、針状電極は、先端部分が露出し、先端部分以外の部分が絶縁物により被覆されていることが望ましく、更には一対の電極に接続され、筒状電極の電圧を前記針状電極の電圧よりも高くする電源装置を有することも望ましい。   Further, in this means, the pair of electrodes includes a cylindrical electrode and a needle-like electrode, and the needle-like electrode has a tip portion exposed and a portion other than the tip portion is covered with an insulator. It is also desirable to have a power supply device that is connected to a pair of electrodes and makes the voltage of the cylindrical electrode higher than the voltage of the needle electrode.

以上により本発明は、より取扱が容易な流体制御方法及びそれを用いる流体デバイスを提供することができる。   As described above, the present invention can provide a fluid control method that is easier to handle and a fluid device using the fluid control method.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書においては同一又は同様の機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes and is not limited to the embodiments shown below. Note that in this specification, portions having the same or similar functions are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.

(実施形態1)
図1に、本実施形態に係る流体デバイスの概略図を示す。本実施形態に係る流体デバイス1(以下、「本流体デバイス」という。)は、ハウジング2と、このハウジング内に配置される一対の電極3と、を有することを特徴とする。本流体デバイスは、インクジェットデバイスとして用いることができる。本流体デバイス1は、このような構成を採用することで一対の電極の間に水を供給し、電圧を印加してジェット水流を発生させ、流体デバイスとして機能する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic diagram of a fluidic device according to this embodiment. A fluidic device 1 according to the present embodiment (hereinafter referred to as “the present fluidic device”) includes a housing 2 and a pair of electrodes 3 disposed in the housing. The fluidic device can be used as an inkjet device. By adopting such a configuration, the fluid device 1 supplies water between the pair of electrodes, applies a voltage to generate a jet water flow, and functions as a fluid device.

本実施形態に係るハウジング1は、特段に制限されるものではないが、水の吸引及び吐出を行うことができるように、開口部を少なくとも二つ有することが望ましく、例えば図1で示すような両端が開口した筒状のものであることが望ましい。また、ハウジング2の材質としては特段に制限はないが、この内部に配置される一対の電極3により印加される電圧に影響を与えないよう絶縁性のある物質であることが望ましく、例えばガラスやプラスチックなど種々のものを好適に用いることができる。   The housing 1 according to the present embodiment is not particularly limited, but preferably has at least two openings so that water can be sucked and discharged, for example, as shown in FIG. It is desirable that it is cylindrical with both ends open. Further, the material of the housing 2 is not particularly limited, but is preferably an insulating material so as not to affect the voltage applied by the pair of electrodes 3 disposed therein, for example, glass or Various things such as plastic can be suitably used.

ハウジング1の内部に配置される一対の電極3は、これらの間に充填される水に電場を発生させるためのものであって、この電場を用いてジェット水流を発生させることができる。一対の電極3は、図1で示すとおり筒状電極31と、針状電極32と、を有して構成され、これらは所定の間隔を保って配置されている。筒状電極31は、電場の発生によって発生したジェット水流を通過させるための開口部を有しており、材質としては、導電性を有している限り特段に制限はなく、銅やアルミ等の金属、これらの合金などを公的に用いることができる。また針状電極32は、筒状電極31に流れ込むジェット水流を阻害しないようできる限り細い針状であることが望ましく、材質としては筒状電極31と同様の材質を用いることができる。なお、特に本流体デバイスでは水を用いており、水にジェット流を発生させるためには針状電極32は、先端部が鋭利な針状であるとともに、先端部分以外の部分については絶縁物により被覆されていることが極めて望ましい。絶縁物で被覆することにより、先端近傍に電場を集中させ、水中における電場の不均一性を向上させて効率よくジェット流を発生させることができる。露出する先端部分の長さとしては、一対の電極間に発生する電場の強さにもよるが先端から5mm以下であることが望ましく、より望ましくは3mm以下である。なお図2に針状先端部分の例についての拡大図を示す。また、一対の電極は、それぞれ電圧を印加する必要があるため、配線を通じてハウジング外部の電源と接続される必要がある(但し図示省略)。   The pair of electrodes 3 arranged inside the housing 1 are for generating an electric field in water filled between them, and a jet water flow can be generated using the electric field. The pair of electrodes 3 includes a cylindrical electrode 31 and a needle electrode 32 as shown in FIG. 1, and these electrodes are arranged with a predetermined interval. The cylindrical electrode 31 has an opening for allowing a jet water flow generated by the generation of an electric field to pass therethrough, and the material is not particularly limited as long as it has conductivity, such as copper or aluminum. Metals, alloys thereof and the like can be used publicly. Further, the needle electrode 32 is preferably as thin as possible so as not to hinder the jet water flow flowing into the cylindrical electrode 31, and the same material as the cylindrical electrode 31 can be used. In particular, in this fluid device, water is used, and in order to generate a jet flow in the water, the needle electrode 32 has a sharp needle shape at the tip portion, and an insulating material is used for portions other than the tip portion. It is highly desirable that it be coated. By covering with an insulator, the electric field can be concentrated in the vicinity of the tip, and the non-uniformity of the electric field in water can be improved to efficiently generate a jet flow. The length of the exposed tip portion is preferably 5 mm or less from the tip, more preferably 3 mm or less, depending on the strength of the electric field generated between the pair of electrodes. FIG. 2 shows an enlarged view of an example of the needle-like tip portion. Moreover, since it is necessary to apply a voltage to each of the pair of electrodes, it is necessary to be connected to a power supply outside the housing through wiring (not shown).

また、本流体デバイスにおいて、一対の電極間の距離の望ましい範囲としては、電極の短絡を避け、十分な電圧を印加するために0より大きく1cm以下であることが望ましく、より望ましくは5mm以下、更に望ましくは3mm以下である。電圧間の距離とは、下記に限定されるわけではないが、例えば一対の電極が針状電極と筒状電極(後述する)である場合、筒状電極の中心軸と電極に近い側の開口面とが交差する仮想の点と針状電極の先端との距離をいい、特に針状電極と筒状電極との組み合わせの場合は0を含めても良い。また、一対の電極が針状電極と少なくとも一つの針状電極を組み合わせた電極群とである場合は、対向する針状電極の先端同士の距離のうち、もっとも短いものをいう。   In the fluid device, a desirable range of the distance between the pair of electrodes is preferably greater than 0 and 1 cm or less, more preferably 5 mm or less, in order to avoid a short circuit between the electrodes and apply a sufficient voltage. More desirably, it is 3 mm or less. The distance between the voltages is not limited to the following. For example, when the pair of electrodes is a needle electrode and a cylindrical electrode (described later), the central axis of the cylindrical electrode and the opening on the side close to the electrode The distance between an imaginary point where the plane intersects and the tip of the needle electrode is referred to. In particular, in the case of a combination of a needle electrode and a cylindrical electrode, 0 may be included. Further, when the pair of electrodes is an electrode group in which a needle-like electrode and at least one needle-like electrode are combined, the shortest of the distances between the tips of the opposing needle-like electrodes is meant.

また、電極間に印加される電圧としては、上記の望ましい範囲内において1kV以上8kV以下であることが望ましい。但し、ジェット水流を発生させるための条件には電場の強さも大きく影響するため、一対の電極の間に印加する電圧を上記一対の電極間の距離で割った値において、300kV/m以上3000kV/m以下であることが望ましく、より望ましくは2500kV/m以下である。   In addition, the voltage applied between the electrodes is preferably 1 kV or more and 8 kV or less within the above-described desirable range. However, since the strength of the electric field greatly affects the conditions for generating the jet water flow, the voltage applied between the pair of electrodes divided by the distance between the pair of electrodes is 300 kV / m or more and 3000 kV / m or less, more preferably 2500 kV / m or less.

本流体デバイスは、針状電極よりも筒状電極に印加する電圧を高くすることによってジェット水流を発生させることができる。発生させる電場の強度は電極間の距離にも依存するが、電場強度と導電率に大きく依存する。電場強度としては例えば20kV/m以上70kV以下であることが望ましく、水の導電率としては、上記電場強度の下で1mS/m以下であることが望ましく、より望ましくは10−5S/mより大きく1mS/m以下である。なおこの導電率の測定における電場強度とは、一対の平板を一定の距離配置し、この間に電圧を印加することで求めることができるものである。 The fluid device can generate a jet water flow by increasing the voltage applied to the cylindrical electrode rather than the needle electrode. The strength of the generated electric field depends on the distance between the electrodes, but greatly depends on the electric field strength and the conductivity. The electric field strength is preferably 20 kV / m or more and 70 kV or less, for example, and the water conductivity is preferably 1 mS / m or less, more preferably 10 −5 S / m under the above electric field strength. It is 1 mS / m or less. The electric field strength in the measurement of conductivity can be obtained by arranging a pair of flat plates at a certain distance and applying a voltage between them.

以上、本実施形態に係る流体デバイス、流体制御方法によると、水を作動液体として用いているためより取扱が容易となり、その応用範囲を飛躍的に広げることができる。   As described above, according to the fluid device and the fluid control method according to the present embodiment, since water is used as the working liquid, handling becomes easier, and the application range can be greatly expanded.

(実験例)
上記流体デバイスの効果を確認するために、実際の流体デバイスのモデルを作成し、効果を確認した。以下具体的に説明する。
(Experimental example)
In order to confirm the effect of the fluid device, an actual fluid device model was created and the effect was confirmed. This will be specifically described below.

まず、内径4.0mm、外径6.0mm、長さ370mmのシリコーンチューブ21内に外径4.0mm、内径2.4mm、長さ8.0mmのすずめっきを施してある銅製の筒状電極31と、その下側に径0.12mm、長さ1.0mmの銅製の針状電極32を、3.0mmの間隔をあけて配置した。そして導線を各電極に接合した後、円筒外部の金属面露出部分を絶縁し、スタンドのアームを用いて固定し、流体デバイスとした。なお、本実施例において針状電極32は、先端部1mmだけ露出させた形状とした。   First, a cylindrical tube made of copper in which tin plating with an outer diameter of 4.0 mm, an inner diameter of 2.4 mm, and a length of 8.0 mm is performed in a silicone tube 21 having an inner diameter of 4.0 mm, an outer diameter of 6.0 mm, and a length of 370 mm. 31 and a copper needle-like electrode 32 having a diameter of 0.12 mm and a length of 1.0 mm were arranged on the lower side thereof with an interval of 3.0 mm. And after joining conducting wire to each electrode, the exposed metal surface outside the cylinder was insulated and fixed using the arm of the stand to obtain a fluid device. In this embodiment, the needle electrode 32 has a shape in which only the tip portion is exposed by 1 mm.

そしてこの下部にガラス製のリザーバー4を用意し、水面が筒状電極の上面の1cmの位置となるように水を入れた(図3参照)。その後、作成したこの流体デバイスを導線を介して電源5に接続し、針状電極をマイナス(アース)、上部の筒状電極をプラスとして、電圧を印加した。なお、ここで水としては、水道水、蒸留水、イオン交換水の3種類の水を用い、そのそれぞれについて水面の昇降について測定した。この結果を図4に示す。
この図の横軸には、印加電圧を電極間隔(3.0mm)で割った値を電場強度として示している。
Then, a glass reservoir 4 was prepared in the lower part, and water was poured so that the water surface was positioned at 1 cm on the upper surface of the cylindrical electrode (see FIG. 3). Thereafter, the fluid device thus created was connected to the power source 5 through a conductive wire, and a voltage was applied with the needle-like electrode being minus (earth) and the upper cylindrical electrode being plus. Here, as water, three types of water, tap water, distilled water, and ion exchange water, were used, and the elevation of the water surface was measured for each of them. The result is shown in FIG.
In the horizontal axis of this figure, the value obtained by dividing the applied voltage by the electrode spacing (3.0 mm) is shown as the electric field strength.

図4の結果によると、水道水では水中の電解質等の影響により過度の電流が流れるため、0.2kVの電圧までしか印加することができず、水面の上昇は見られなかった。一方、蒸留水、イオン交換水は7kVまでの範囲で測定でき、電圧が高くなるほど水面が上昇するのを確認した。なお、7kVの場合、電圧の印加によりチューブ内の水面が最高点に達した後、電圧を一定に保っても水面は徐々に下降してしまった。ただし、その反対に電流の増大を確認することができた。また、7kVの電圧を印加した場合において、蒸留水は0.2mA、イオン交換水は1.2mAを示していたが、7kVより高い電圧を印加し、電流が3mAを越えてしまうと放電が起こり、それとともに水面が激しく上下し、安定的なデータを得ることはできなかった。なお図4より、イオン交換水のほうが蒸留水よりも水面が高くなることが確認できた。   According to the result of FIG. 4, in tap water, an excessive current flows due to the influence of the electrolyte in the water, so that it was possible to apply only up to a voltage of 0.2 kV, and no rise in the water level was observed. On the other hand, distilled water and ion-exchanged water could be measured in the range up to 7 kV, and it was confirmed that the water surface increased as the voltage increased. In addition, in the case of 7 kV, after the water surface in the tube reached the highest point by applying a voltage, the water surface gradually dropped even if the voltage was kept constant. However, on the contrary, an increase in current could be confirmed. When a voltage of 7 kV was applied, distilled water showed 0.2 mA and ion exchange water showed 1.2 mA. However, when a voltage higher than 7 kV was applied and the current exceeded 3 mA, discharge occurred. With that, the water surface fluctuated violently, and stable data could not be obtained. From FIG. 4, it was confirmed that the water surface of ion-exchanged water was higher than that of distilled water.

また、上記結果に加え、更に、導電率の電場強度依存性を調べた。この結果を図5に示す。この結果、水道水よりも蒸留水の導電率は低く、更に、イオン交換水は蒸留水の導電率よりも低いことが確認できた。この結果、望ましい水の伝導率の範囲としては、20kV/m以上70kV/m以下の電場強度の範囲内において、1mS/m以下であることが望ましく、より望ましくは0.5mS/m以下である。なおこの場合の電場強度とは、対向して配置した一対の導電板に電圧を印加し、導電板間の距離で割った値をいう(ここでは半径3.5mmの円板を使用し測定した)。   In addition to the above results, the electric field strength dependence of conductivity was further investigated. The result is shown in FIG. As a result, it was confirmed that the conductivity of distilled water was lower than that of tap water, and that ion-exchanged water was lower than the conductivity of distilled water. As a result, the desirable water conductivity range is desirably 1 mS / m or less, and more desirably 0.5 mS / m or less, within an electric field strength range of 20 kV / m to 70 kV / m. . The electric field strength in this case refers to a value obtained by applying a voltage to a pair of conductive plates arranged opposite to each other and dividing by a distance between the conductive plates (here, measured using a disc having a radius of 3.5 mm). ).

また、本流体デバイスは、インクジェットデバイスとしても応用でき、その構成を図6に示す。図6に示す流体デバイスは、上記構造に加え、更にノズル6を配置している点を特徴とする。そして、このデバイスにイオン交換水を用い、7kVの電圧を印加したところ、針状電極から筒状電極の方向に毎秒2.0×10mm、高さ33mmの噴出が確認できた。この結果、インクジェットデバイスとしての応用を確認できた。 The fluid device can also be applied as an ink jet device, and its configuration is shown in FIG. The fluidic device shown in FIG. 6 is characterized in that a nozzle 6 is further arranged in addition to the above structure. And when ion-exchange water was applied to this device and a voltage of 7 kV was applied, ejection of 2.0 × 10 3 mm 3 per second and a height of 33 mm was confirmed in the direction from the needle electrode to the cylindrical electrode. As a result, application as an inkjet device was confirmed.

(実施形態2)
本実施形態は、流体デバイスをモーターに適用した場合の例であり、本実施形態に係る流体デバイスも、水を収納可能なハウジング2と、該ハウジング内に配置される一対の電極3と、を有していることを特徴とする。図7に本実施形態に係る流体デバイスの断面概略図を、図8に本流体デバイスの上面図を、及びその一部拡大図を示す。
(Embodiment 2)
The present embodiment is an example in which the fluid device is applied to a motor. The fluid device according to the present embodiment also includes a housing 2 that can store water, and a pair of electrodes 3 disposed in the housing. It is characterized by having. FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of the fluidic device according to the present embodiment, FIG. 8 shows a top view of the fluidic device, and a partially enlarged view thereof.

図7、8で示すように本流体デバイス1は、水を収納可能な円筒形のハウジング8と、このハウジング8内に配置される中心軸9と、この中心軸9に接続される複数の羽根10と、ハウジング8の外周部分であって、かつ、中心軸と垂直な平面上に形成される一対の電極3と、を有して構成されている。ハウジング8内には水が収納され、一対の電極に電圧を印加することでジェット水流を発生させ、羽根及び回転軸を回転させ、モーターとして機能させることができる。   As shown in FIGS. 7 and 8, the fluid device 1 includes a cylindrical housing 8 that can store water, a central shaft 9 disposed in the housing 8, and a plurality of blades connected to the central shaft 9. 10 and a pair of electrodes 3 formed on a plane which is an outer peripheral portion of the housing 8 and is perpendicular to the central axis. Water is accommodated in the housing 8, and a jet water flow is generated by applying a voltage to the pair of electrodes, and the blades and the rotating shaft can be rotated to function as a motor.

ハウジング8の材質は、実施形態1とほぼ同様のものを使用することができるが、本実施形態におけるハウジング8は、水を吐出させるものではないため、開口部は必ずしも必要ではない。但し、中心軸9及び複数の羽根10を配置するため、円筒形状であって、少なくとも中心軸を支持する底部を有することが望ましい。また、水を空気中で放置する場合、空気中の不純物により導電率が上がってしまう場合があるため、蓋を有し、密封されている構成とすることも好ましい。   Although the material of the housing 8 can be the same as that of the first embodiment, the housing 8 in the present embodiment does not necessarily discharge water, and therefore an opening is not always necessary. However, in order to arrange the central shaft 9 and the plurality of blades 10, it is desirable to have a cylindrical shape and at least a bottom portion that supports the central shaft. In addition, when water is left in the air, conductivity may increase due to impurities in the air. Therefore, it is preferable to have a lid and a sealed structure.

中心軸9は、円筒形状であるハウジング8の軸に沿って配置されるものであり、複数の羽根10が接続されている。中心軸9、羽根10の材質としては特段に制限はないが、電極により印加される電圧に影響を及ぼさないよう絶縁性を有することが極めて望ましく、例えばプラスチックなどを好適に用いることができる。そして本流体デバイスでは、一対の電極間に電場を発生させることで先の実施形態同様ジェット水流を発生させ、羽根を回転させ、モーターとして機能させることができるようになる。   The central shaft 9 is disposed along the axis of the housing 8 having a cylindrical shape, and a plurality of blades 10 are connected thereto. The material of the central shaft 9 and the blade 10 is not particularly limited, but it is extremely desirable to have an insulating property so as not to affect the voltage applied by the electrode. For example, plastic can be suitably used. And in this fluid device, by generating an electric field between a pair of electrodes, a jet water flow is generated like the previous embodiment, a blade is rotated, and it can function as a motor.

なお、一対の電極としては、実施形態1と同様に筒状電極と針状電極の組であってもよいが、本流体デバイスでは水を吐出させる必要がないため、一対の針状電極としてもよい。本実施形態では、一対の電極3として、針状電極33と、複数の針状電極を組み合わせた複合電極34と、を用いている。なお、複合電極34は、ハウジング8内で針状電極側34に折り曲げられている。   The pair of electrodes may be a pair of a cylindrical electrode and a needle-like electrode as in the first embodiment. However, in the present fluid device, it is not necessary to discharge water. Good. In the present embodiment, as the pair of electrodes 3, a needle electrode 33 and a composite electrode 34 in which a plurality of needle electrodes are combined are used. The composite electrode 34 is bent toward the needle electrode side 34 in the housing 8.

以上、本実施形態に係る流体デバイス、流体制御方法によると、水を作動液体として用いているためより取扱が容易となり、その応用範囲を飛躍的に広げることができる。   As described above, according to the fluid device and the fluid control method according to the present embodiment, since water is used as the working liquid, handling becomes easier, and the application range can be greatly expanded.

(実施例2)
実施形態2に係る流体デバイスの効果について確認するために、実際に流体デバイスを作成し、効果を確認した。
(Example 2)
In order to confirm the effect of the fluid device according to Embodiment 2, a fluid device was actually created and the effect was confirmed.

本実施例に係る流体デバイスにおいては、ハウジングの内径を12.5mm、長さを40mmとし、羽根は1枚当たり幅8mm、長さ30mmのものを使用し、45度ずつずらして中心軸に8枚接続した。一対の電極としては、直径が0.12mm、先端部が1mm露出した針状電極と、直径が0.12mm、先端部が3mm露出した針状電極を10本束ねた電極郡と、を用い、これらを3mm離して配置した。なお水は、羽根すべてが水に漬かるようハウジング8に充填した。   In the fluidic device according to the present embodiment, the inner diameter of the housing is 12.5 mm, the length is 40 mm, the blades are 8 mm wide and 30 mm long, and are shifted by 45 degrees to the central axis of 8 mm. Connected. As a pair of electrodes, a needle-like electrode having a diameter of 0.12 mm and a tip portion exposed by 1 mm, and an electrode group in which ten needle-like electrodes having a diameter of 0.12 mm and a tip portion exposed by 3 mm are bundled, These were placed 3 mm apart. The housing 8 was filled with water so that all the blades were immersed in water.

ここで、水に蒸留水を用いた本流体デバイスの動作における電圧と回転数との関係を調べた。図9にこの結果を示す。なお、回転数は、電圧を印加してから10秒後にハイスピードカメラでモーターの回転する様子を撮影し、モーターの回転数を求めることで定めた。この結果、電圧が高いときは、印加とほとんど同時に回転運動が始まり、このときローターは反時計方向に回転した。回転数は電圧とともに二次関数的に増加し、高電圧における回転ほど速く、例えば7kVでは、約300rpmであった。この結果は実用モーターに近いものであった。なおこのときの電流は一組当たり0.7mA、モーター全体としての消費電力は約10Wであった。   Here, the relationship between the voltage and the rotation speed in the operation of the fluid device using distilled water as water was examined. FIG. 9 shows the result. The number of rotations was determined by taking a picture of the motor rotating with a high-speed camera 10 seconds after applying the voltage, and determining the number of rotations of the motor. As a result, when the voltage was high, the rotational motion started almost simultaneously with the application, and at this time the rotor rotated counterclockwise. The number of rotations increased with a voltage in a quadratic function, and the faster the rotation at higher voltages, for example, about 300 rpm at 7 kV. This result was close to a practical motor. The current at this time was 0.7 mA per set, and the power consumption of the entire motor was about 10 W.

以上のとおり、上記実施形態における流体デバイス、流体制御方法の有用性を確かめることができた。   As described above, the usefulness of the fluid device and the fluid control method in the above embodiment could be confirmed.

以上のとおり、本発明によれば、流体制御方法、流体デバイスとして産業上利用が可能である。より具体的には、これを用いてモーター、ポンプ、インクジェットデバイスなどの製品として産業上の利用が可能である。   As described above, according to the present invention, it can be industrially used as a fluid control method and a fluid device. More specifically, it can be used industrially as a product such as a motor, a pump, or an ink jet device.

実施形態1に係る流体デバイスの斜視図。1 is a perspective view of a fluidic device according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る針状電極の先端部の部分拡大図。The elements on larger scale of the front-end | tip part of the acicular electrode which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施例1に係る流体デバイスの概略図。1 is a schematic diagram of a fluidic device according to Embodiment 1. FIG. 実施例1に係る流体デバイスにおける電場強度と高さとの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the electric field strength and height in the fluidic device which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る流体デバイスにおける電場強度と誘電率との関係を示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between electric field strength and dielectric constant in the fluidic device according to the first embodiment. 実施形態1に係る流体デバイスをインクジェットデバイスに用いた場合の図。The figure at the time of using the fluidic device which concerns on Embodiment 1 for an inkjet device. 実施形態2に係る流体デバイスの断面図。Sectional drawing of the fluidic device which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施形態2に係る流体デバイスの上面図。FIG. 6 is a top view of a fluidic device according to a second embodiment. 実施例2に係る流体デバイスにおける電圧と回転数との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the voltage in the fluidic device which concerns on Example 2, and rotation speed.

符号の説明Explanation of symbols

1…流体デバイス、2…ハウジング、3…一対の電極、4…リザーバー、5…電源、6…ノズル、8…ハウジング、9…中心軸、10…羽根、21…シリコーンチューブ、31…筒状電極、32…針状電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fluidic device, 2 ... Housing, 3 ... Pair of electrodes, 4 ... Reservoir, 5 ... Power supply, 6 ... Nozzle, 8 ... Housing, 9 ... Center axis, 10 ... Blade, 21 ... Silicone tube, 31 ... Cylindrical electrode 32 ... acicular electrodes

Claims (6)

水中に、筒状電極と針状電極とを有する一対の電極を配置し、直流電圧を印加することによりジェット水流を発生させる流体制御方法であって、
前記水の導電率は、20kV/m以上70kV/m以下の範囲で電場を印加した場合に、10 −5 S/m以上1mS/m以下であり、
前記筒状電極と前記針状電極の距離は、0より大きく1cm以下であり、この間に1kV以上8kV以下の電圧を印加する流体制御方法。
A fluid control method for generating a jet water flow by placing a pair of electrodes having a cylindrical electrode and a needle electrode in water and applying a DC voltage ,
The conductivity of the water is 10 −5 S / m or more and 1 mS / m or less when an electric field is applied in a range of 20 kV / m or more and 70 kV / m or less,
A fluid control method in which a distance between the cylindrical electrode and the needle electrode is greater than 0 and 1 cm or less, and a voltage of 1 kV or more and 8 kV or less is applied therebetween .
前記針状電極は、先端部分が露出し、該先端部分以外の部分が絶縁物により被覆されていることを特徴とする請求項記載の流体制御方法。 It said needle electrode is exposed tip portion, a fluid control method according to claim 1, wherein portions other than the tip portion, characterized in that it is covered by an insulator. 前記筒状電極の電圧を前記針状電極の電圧よりも高くすることを特徴とする請求項記載の流体制御方法。 Fluid control method according to claim 1, wherein the higher than the voltage of the voltage the needle electrode of the tubular electrode. 水を収納可能な筒状のハウジングと、該ハウジング内に配置される筒状電極と針状電極とを有する一対の電極と、を有し、ジェット水流を発生させる流体デバイスであって、
前記水の導電率は、20kV/m以上70kV/m以下の範囲で電場を印加した場合において、10 −5 S/m以上1mS/m以下であり、
前記筒状電極と前記針状電極の距離は、0より大きく1cm以下である流体デバイス。
Water cylindrical housing capable of accommodating a possess a pair of electrodes and having a cylindrical electrode and the needle electrode disposed within said housing, a fluid device for generating a jet stream,
The electrical conductivity of the water is 10 −5 S / m or more and 1 mS / m or less when an electric field is applied in the range of 20 kV / m or more and 70 kV / m or less,
A fluid device in which a distance between the cylindrical electrode and the needle electrode is greater than 0 and equal to or less than 1 cm .
前記針状電極は、先端部分が露出し、該先端部分以外の部分が絶縁物により被覆されていることを特徴とする請求項記載の流体デバイス。 The fluid device according to claim 4 , wherein a tip portion of the needle electrode is exposed and a portion other than the tip portion is covered with an insulating material. 前記一対の電極に接続され、前記筒状電極と前記針状電極の間に1kV以上8kV以下の電圧を印加し、かつ、筒状電極の電圧を前記針状電極の電圧よりも高くする電源装置を有することを特徴とする請求項記載の流体デバイスA power supply device that is connected to the pair of electrodes, applies a voltage of 1 kV to 8 kV between the cylindrical electrode and the needle electrode, and makes the voltage of the cylindrical electrode higher than the voltage of the needle electrode The fluidic device according to claim 4, wherein:
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