KR20050029285A - 전기 점성 유체 장치 및 전자 기기 - Google Patents

전기 점성 유체 장치 및 전자 기기 Download PDF

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KR20050029285A
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신이치로 곤도
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

인체가 접촉하는 부분에서 변화가 많은 단단함이나 땅김을 실현시켜, 휴대성을 필요로 하는 제품에 대해서도 응용할 수 있는 전기 점성 유체 장치 및 전자 기기이다. 유체를 내부에 수용할 수 있는 수용체와, 가요성을 가지고 상기 수용체의 내부에 서로 대향하여 배치되는 한 쌍의 전극과, 상기 수용체의 내부에 밀봉되고, 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되고 상기 전극 사이의 전계에 따라 탄성 특성이 변화되는 전기 점성 유체를 사용하여 전기 점성 유체 장치를 형성한다. 이 전기 점성 유체 장치를 각종 전자 기기에 사용함으로써, 기기의 단단함, 땅김, 감촉, 형상 등을 전기적으로 제어하는 것이 가능해진다.

Description

전기 점성 유체 장치 및 전자 기기 {ELECTRIC VISCOUS FLUID DEVICE AND ELECTRONIC EQUIPMENT}
본 발명은 수용체의 내부에 탄성 특성이 변화되는 전기 점성 유체를 밀봉하여 이루어지는 전기 점성 유체 장치와 그것을 사용한 전자 기기에 관한 것이다.
어느 일정한 형상을 가지는 제품 및 이들을 구성하는 부품의 대부분은 목재, 금속, 수지 등을 원료로 하고 있으며, 제조 단계에서 형상이 일단 결정되면, 통상은 그 형상을 유지하도록 구성되어 있다. 소성(塑性) 물질을 제외하고, 탄성적인 부위는 외부로부터 힘에 의해 형상을 변화시킬 수 있으며, 그것이 탄성 한계 내이면 힘을 제거한 후 또 원래의 형상으로 되돌아가게 된다.
이와 같은 본래 단단한 제품이나 부품은 전술한 역학적인 힘에 의해서만이 아니고, 다른 방법으로도 형상이나 다른 물성을 변화시키는 것이 가능하다. 예를 들면, 휴즈는 어느 값 이상의 전류가 흐르면, 그것을 구성하는 부위가 녹거나 변형됨으로써, 전류의 흐름이 차단된다. 또, 전자 밸브는 전기적으로 자력을 제어함으로써 밸브가 되는 부위를 변위할 수 있다. 또한, 형상 기억 합금의 경우에는, 온도에 의존하여 형상 기억 합금은 변형되고, 원래의 형상으로 되돌아가는 것도 가능하다.
한편, 제품이나 부품이 부드러운 물질로 이루어질 때, 또는 만일 단단한 물질이라도 부위가 더욱 미소한 단위로 구성되어 있을 때나, 두께가 매우 얇은 경우에는 형상을 변화시키는 것이 가능하다. 안에 겔이 차 있는 비닐 제품은 외주의 재료도 내용의 재료도 함께 원래 부드럽기 때문에, 형상을 어느 한계 내에서 자유롭게 바꿀 수 있다. 또 관절과 같은 부위를 경계선으로 하여 보다 작은 부분으로 구성되어 있는 로봇과 같은 인형을 비롯하여, 접는 휴대 전화기 등은 자유도는 낮지만 형상 변화를 나타낸다. 또한, 형상의 차원성(次元性)을 내림으로써 부드러움이 증가하고, 형상을 변화시킬 수 있는 것의 양호한 예로서는 플라스틱이 있다. 즉, 전기 제품의 하우징과 같이 크고 두껍고 그리고 입체를 구성하고 있는 경우에는 굽히는 것은 곤란하지만, 깔개 정도로 얇게 하면 탄성을 나타내게 된다. 또한 튜브 형상으로, 환언하면 1차원적인 형상으로 가공하면, 보다 형상 변화의 자유도는 높아지게 된다.
또, 종이 자체는 그런 대로 땅김을 가지고 있지만, 그 가지는 방법에 따라서는 시들어 버려, 형상을 유지할 수 없다. 또 직물 원단 자체도 종이보다 땅김은 약해 마찬가지로 형상을 유지할 수 없다. 이와 같이 종이나 직물 원단의 종류는 경량이며 작아 접어서 작게 하거나 말거나 함으로써 휴대하는 경우에 편리하다고 하는 이점을 가지고 있지만, 펴거나 하여 사용하는 경우에, 그 형상을 유지하는 것이 어렵다고 하는 문제점이 있다.
전술한 바와 같이, 목재, 금속, 일부의 수지 등의 소재는 비교적 단단한 소재이며, 예를 들면 인체가 접촉하는 부분 등에서는 부드러운 것이 상처 등의 방지면에서 바람직하지만, 제품이나 부품으로서는, 통상은 그 형상을 유지하도록 구성되며, 제조 시의 단단한 채로 사용되기 때문에, 때로는 상처 등이 발생하여 버리는 일이 있다. 또, 제품의 소재를 단단한 채로 한 경우에는, 형상이나 크기 등의 제한이 가해지게 되어, 표현할 수 있는 땅김 상태나 감촉 등도 어느 정도 제조 시인 채 고정된 것으로 된다.
또, 제품의 휴대성에 대해서는, 종이나 옷감과 같은 소재를 사용함으로써, 형상을 유지하는 능력이 약한 반면, 작게 접거나 말거나 할 수 있어, 그 휴대성이 뛰어나게 된다. 그러나, 이와 같은 원래 부드러운 물질로 물건을 만들 때, 그 형상을 스스로 유지할 수 있도록 하는 데는 입체로 하여 안에 충전물을 넣거나, 그 외주에 단단한 프레임과 같은 것을 끼어 넣거나 한다. 그러나 그 때는 이미 접어서 작게 하거나 할 수 없게 되어, 휴대성이 부족해 버리게 된다.
그래서, 본 발명은 인체가 접촉하는 부분에서 변화가 많은 단단함이나 땅김을 실현시켜, 휴대성을 필요로 하는 제품에 대해서도 응용할 수 있는 전기 점성 유체 장치 및 전자 기기의 제공을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 전자 기기의 일 실시예를 나타낸 모식적인 사시도로서, (a)는 전기 점성 유체 장치를 오프 상태로 제어한 경우이며, (b)는 전기 점성 유체 장치를 온 상태로 제어한 경우를 나타낸다.
도 2 (A) 내지 도 2 (B)는 본 발명에 관한 전자 기기에 탑재되는 전기 점성 유체 장치의 기본적인 구조를 나타낸 도면으로서, 도 2 (A)는 적층 구조의 분해 사시도이며, 도 2 (B)는 전극 사이의 전압 변화에 따른 전기 점성 유체 상태를 나타낸 도면이다.
도 3 (A) 내지 도 3 (B)는 전기 점성 유체 소자를 매트릭스형으로 병렬 설치한 전기 점성 유체 장치의 일례를 나타낸 도면으로서, 도 3 (A)는 적층 구조의 분해 사시도이며, 도 3 (B)는 전극 사이의 전압 변화에 따른 전기 점성 유체 상태를 나타낸 도면이다.
도 4 (A) 내지 도 4 (B)는 구동 방식을 설명하기 위한 도면으로서, 도 4 (A)는 패시브 매트릭스 방식의 일례를 나타낸 모식도이며, 도 4 (B)는 액티브 매트릭스의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 5 (A) 내지 도 5 (B)는 본 발명에 관한 전기 점성 유체 장치의 구성예를 각각 나타낸 사시도이며, 도 5 (A)는 전기 점성 유체의 측부를 피복하는 수용체를 형성한 예를 나타낸 분해 사시도이며, 도 5 (B)는 전기 점성 유체와 전극의 전체를 피복하는 수용체를 형성한 예를 나타낸 분해 사시도이다.
도 6 (A) 내지 도 6 (B)는 본 발명에 관한 전자 기기의 일례를 나타낸 도면으로서, 도 6 (A)는 전자 기기를 작게 접은 모양을 나타낸 사시도이며, 도 6 (B)는 그 전자 기기를 펼친 모양을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명에 관한 대략 평판형의 전기 점성 유체 장치의 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명에 관한 전자 기기의 일례로서, 지지체의 상면 전체면에 전기 점성 유체 장치를 형성한 예의 사시도이다.
도 9는 본 발명에 관한 전자 기기의 일례로서, 지지체의 상면에 대략 ㅁ자 형상의 전기 점성 유체 장치를 형성한 예의 사시도이다.
도 10은 본 발명에 관한 전자 기기의 일례로서, 지지체의 상면에 대략 ㅁ자 형상 및 대각선 상에 연장되는 전기 점성 유체 장치를 형성한 예의 사시도이다.
도 11은 본 발명에 관한 전자 기기의 일례로서, 지지체의 상면에 대략 田자 형상의 전기 점성 유체 장치를 형성한 예의 사시도이다.
도 12는 본 발명에 관한 전자 기기의 일례로서, 지지체의 상면에 복수개의 띠 형상의 전기 점성 유체 장치를 서로 평행으로 형성한 예의 사시도이다.
도 13은 본 발명에 관한 전자 기기의 일례로서, 지지체의 상면에 체크 무늬 형상의 전기 점성 유체 장치를 형성한 예의 사시도이다.
도 14는 본 발명에 관한 전자 기기의 일례로서, 지지체의 측면에 주회(周回)하도록 전기 점성 유체 장치를 형성한 예의 사시도이다.
도 15는 본 발명에 관한 전자 기기의 일례로서, 지지체의 상면 전체면 및 측면 전체면에 전기 점성 유체 장치를 형성한 예의 사시도이다.
도 16은 본 발명에 관한 전자 기기의 일례로서, 지지체의 전체면에 전기 점성 유체 장치를 형성한 것을 적층한 예의 사시도이다.
도 17은 본 발명에 관한 대략 원통형 전기 점성 유체 장치의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 18은 본 발명에 관한 전자 기기의 일례로서, 지지체의 상면에 대략 ㅁ자 형상으로 연장되는 전기 점성 유체 장치를 형성한 예의 사시도이다.
도 19는 본 발명에 관한 전자 기기의 일례로서, 지지체 측면의 코너부에 전기 점성 유체 장치를 형성한 예의 사시도이다.
도 20은 본 발명에 관한 전자 기기의 일례로서, 지지체의 상면에 대략 ㅁ자 형상 및 대각선 상에 연장되는 전기 점성 유체 장치를 형성한 예의 사시도이다.
도 21 (A) 내지 도 21 (D)는 전기 점성 유체 장치를 배치한 전자 기기 하우징의 예를 나타낸 사시도이며, 도 21 (A)는 만곡 가능한 하우징에 있어서의 전기 점성 유체 장치의 배치예를 나타낸 도면, 도 21 (B)는 하우징을 만곡시킨 상태를 나타낸 도면, 도 21 (C)는 일부를 변형 가능하게 한 하우징에 있어서의 전기 점성 유체 장치의 배치예를 나타낸 도면, 도 21 (D)는 하우징의 절곡 상태를 나타낸 도면이다.
도 22는 본 발명에 관한 전자 기기의 일례로서 플렉시블 디스플레이 장치를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 23은 본 발명에 관한 전자 기기의 일례로서 이어폰형 네트워크 음악 기기의 예를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 전기 점성 유체 장치는 전술한 기술적인 과제를 해결하기 위해, 유체를 내부에 수용할 수 있는 수용체와, 가요성(可撓性)을 가지고 상기 수용체의 내부에 서로 대향하여 배치되는 한 쌍의 전극과, 상기 수용체의 내부에 밀봉되는 동시에 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되고 상기 전극 사이의 전계에 따라 탄성 특성이 변화되는 전기 점성 유체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전기 점성 유체는 수용체의 내부에 한 쌍의 전극과 함께 배치됨으로써, 전극 사이의 전계에 따라 그 탄성 특성이 변화된다. 따라서, 휴대성을 갖게 하기 위해, 말거나 작게 접거나 하는 기기 본체나 하우징 등에 수용체를 장착한 경우에는, 그 탄성 특성의 변화에 따라 상기 수용체가 장착된 기기 본체나 하우징의 형상을 변화시키도록 제어할 수 있어, 펴거나 넓히거나 하는 경우라도 형상의 유지가 가능하다. 또, 수용체의 형상에 따라서는, 인체에 접촉하는 부분에 탄력성을 갖게 하거나 역으로 굳히거나 할 수도 있어, 예를 들면 인체에 바람직한 감촉을 부여할 수 있다.
또, 본 발명의 전자 기기는 가요성을 가지는 기기 본체와, 상기 기기 본체에 장착되고 유체를 내부에 수용할 수 있는 수용체와, 가요성을 가지고 수용체의 내부에 서로 대향하여 배치되는 한 쌍의 전극과, 상기 수용체의 내부에 밀봉되는 동시에 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되고 상기 전극 사이의 전계에 따라 탄성 특성이 변화되는 전기 점성 유체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 전기 점성 유체 장치와 마찬가지로, 본 발명의 전자 기기에서는, 전기 점성 유체는 수용체의 내부에 한 쌍의 전극과 함께 배치되고 전극 사이의 전계에 따라 그 탄성 특성이 변화된다. 수용체는 가요성을 가지는 기기 본체에 장착되는 것이기 때문에, 전계에 따른 탄성 특성의 변화에 의해 기기 본체를 말거나 작게 접은 상태를 원래로 되돌리거나 할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 전자 기기는 기기 본체와, 상기 기기 본체에 장착되고 유체를 내부에 수용할 수 있는 수용체와, 상기 수용체의 내부에 서로 대향하여 배치되는 한 쌍의 전극과, 상기 수용체의 내부에 밀봉되는 동시에 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되고 상기 전극 사이의 전계에 따라 탄성 특성이 변화되는 전기 점성 유체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기기 본체는 가요성을 가지는 것에 한정되지 않고, 그 일부에 경로를 형성하는 구조나 개폐부를 형성하는 구조라도 되고, 수용체의 내부에 밀봉한 전기 점성 유체의 탄성 특성이 변화됨으로써 경로나 개폐부의 개폐 제어가 가능해진다.
본 발명의 전기 점성 유체 장치 및 전자 기기는 각각 수용체의 내부에 밀봉한 전기 점성 유체의 탄성 특성을 변화시킴으로써, 단단함, 땅김, 또는 감촉을 변화시키거나, 형상의 변화를 촉구하거나, 기계적으로 가동시키거나 할 수 있는 구성을 가지고 있다.
먼저, 본 발명에 이용되는 전기 점성 유체(Electrorheological fluid 또는 생략하여 ER 유체)는 전극 사이에 전계를 인가함으로써, 전극 사이에 끼워진 물질의 점성이 현저하게 변화되는 유체로서, 보다 구체적으로는 전기 절연성 액체[분산매(分散媒)] 중에 직경이 0.1∼100㎛ 정도의 분극 특성을 나타내는 미립자[분산상(分散相)]를 분산시켜, 현탁(懸濁)시킨 유체에 외부 전기장을 인가했을 때, 유체에 외관의 점도가 현저하게 증대하는 현상이 발생하는 유체이다. 미립자의 예로서는, 알루미노규산염이나, 폴리아닐린, 폴리피롤 등의 고분자 등으로부터 풀러렌 등 여러 가지의 재료를 사용할 수 있다. 한편 분산매로서의 용매의 선택 폭도 넓어, 실리콘유, 케로신, 광유, 폴리염화비페닐 등 많은 것이 적합하다. 이 콜로이드액에 전계를 걸면, 고체 입자가 분극 작용에 의해 전극 간 방향으로 미소한 섬모(纖毛) 형상으로 연속되어 있고, 전기 점성 유체 전체의 점성 그리고 탄성 계수가 극적으로 변화되어, 액체(콜로이드) 형상이었던 것이 고체(겔) 형상으로 된다. 이 점성의 변화는 수 밀리초라고 하는 단시간에 일어나고, 또 가역적이다. 전극 사이에는 미소한 전류밖에 흐르지 않으므로, 그 소비 전력은 매우 적은 것이다(예를 들면 " Electrorheological Fluids" by Tian Hao, Advanced Materials, Vol.13, No.24, pp. 1847-1857, 2001년을 참조).
이 전계에 의해 점도가 크게 변화되는 효과는 Willis Winslow에 의한 1949년의 연구·발견에 그 실마리를 더듬어 찾을 수 있고(참고 문헌 : W. M. Winslow, Journal of Applied Physics, Vol. 20, pp. 1137-1140, 1949년), 윈즐로(Winslow) 효과 또는 전기 리올로지 효과(ER 효과)라고도 불려진다. 전기 점성 유체의 점성 변화를 이용하여, 전기적으로 점성으로부터 오는 기계적 힘을 제어하는 클러치, 댐퍼 그리고 밸브 등의 공업적 응용은 이미 제안되어 있고, 이와 같은 특허로서 특허 제3101081호가 공지되어 있으며, 그 밖에도 특허 제3073712호의 손가락끝에의 촉감각을 비롯한 여러 가지 응용이 고려되어 있다.
본 발명은 이와 같은 전기 점성 유체의 특성을 감안하여, 그것을 전자 기기의 형상 제어에 적용한 점에 하나의 특징을 가지는 것이며, 특히 전자 기기의 형태가 유연한 구조를 기초로 하는 경우에 유용한 기술이다. 도 1은 본 발명의 전자 기기의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 기기 본체(10)는 가요성을 가지는 필름 형상의 구조로 되고, 이 기기 본체(10)에는 후술하는 바와 같은 전기 점성 유체 장치가 설치되어 있다. 이 전기 점성 유체 장치를 오프 상태로 제어한 경우를 나타낸 것이 도 1의 (a)이며, 기기 본체(10)는 감겨진 상태로 된다. 이에 대하여 전기 점성 유체 장치를 온 상태로 제어한 경우에는, 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이 기기 본체(10)가 연장되어 평판형으로 전개된 상태로 제어된다.
여기에서 기기 본체(10)는 각종 전자 기기의 제품 또는 그 부품을 구성하는 부재로서, 예를 들면 필름 형상의 휴대 전화기, PDA(Personal Digital Assistant) 또는 컴퓨터 등의 정보 처리 장치, 디스플레이, 음성 재생 장치, 리모트 컨트롤러, 센서, 전지, 스피커, 히터, 전자 카드 등의 개인 인식 장치, 분석 장치, 측정 장치, 태블릿(tablet)이나 터치 패널과 같은 입출력 장치, 안경, 시계, 헤드폰, 이어폰, 전자 회로 자체 등 여러 가지 기기의 제품 또는 부품으로 할 수 있는 것이다.
기기 본체(10)는 가요성을 가지고 이루어지기 때문에, 예를 들면 매우 얇은 고분자 유기물, 유리, 세라믹스, 목재, 금속 등의 판·필름을 비롯하여, 종이나 천연·인공 섬유에 의해 짜진 옷감, 부직포 등 여러 가지 물건을 드는 것이 가능하다. 반드시 기기 본체(10)는 일체로 형성되어 있지 않아도 되고, 비교적 단단한 재질의 복수개의 소편(小片)을 가동 양태로 접속시킨 것 이라도 된다.
도 2 (A) 내지 도 2 (B)는 전자 기기에 탑재되는 전기 점성 유체 장치의 기본적인 구성을 나타낸 도면이다. 도 2 (A) 내지 도 2 (B)에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 평판형 전극(11, 12) 사이의 스페이스에 전기 점성 유체(13)가 배치되어 있고, 한 쌍의 전극(11, 12) 사이에는 전계를 형성하기 위한 전원(14)이 접속되어 있다. 여기에서 한 쌍의 평판형 전극(11, 12)은, 도시한 예에서는 대략 정방형으로 되어 있지만, 그 형상은 임의의 것으로 할 수 있으며, 도면 중 파선으로 나타낸, 예를 들면 고분자 필름 재료로 이루어지는 수용체(15) 내부에 형성된다. 한 쌍의 평판형 전극(11, 12)의 제조 방법의 일례로서는, 고분자 필름 재료로 이루어지는 수용체(15)의 내측에 증착법, 디포지션법, 도금법, 스퍼터법, 접합법 등의 각종 박막 형성 방법에 따라 도전성의 박막을 형성할 수 있다. 또, 전극을 도전성 고무 시트 등 가요성이 있는 도전 재료에 의해 형성해도 된다. 즉, 전극(11, 12)은 이와 같이 도전성 재료의 박막이나 평판형 부재로 구성되지만, 특히 형상의 변화에 따른 용도에 있어서는, 전극 자체가 가요성을 가지고 있는 것이 바람직하다. 여기에서 전극의 가요성은 비교적 단단한 복수개의 전극 소편을 전기적으로 접속한 것이 전체적으로는 만곡되거나 비틀리거나 하는 경우를 포함한다. 전극을 도전성 고무 시트 등 가요성이 있는 도전 재료로 형성하는 경우, 일례로서 100㎛ 정도의 얇은 고무 시트를 사용해도 된다.
전기 점성 유체(13)는, 전술한 바와같이, 전극 사이에 전계를 인가함으로써, 전극 사이에 끼워진 물질의 점성이 현저하게 변화되는 유체로서, 보다 구체적으로는 전기 절연성 액체(분산매) 중에 직경이 0.1∼100㎛ 정도의 분극 특성을 나타내는 미립자를 분산시키고, 현탁시킨 유체에 전극(11, 12)으로부터 전기장을 인가했을 때, 탄성 계수가 현저하게 변화되는 유체이다. 이와 같은 전기 점성 유체(13)에 사용되는 재료로서는, 예를 들면 아몰퍼스 실리케이트 세라믹스를 들 수 있고, 그 중에서도 알루미노실리케이트가 강한 전기 점성 효과를 나타내는 것이 알려져 있다. 알루미노실리케이트는 일반식 M(x/n)[(AlO2)x(SiO2 )y]·wH2O
[여기에서 M은 평균값 전자수 n의 금속 양이온 또는 금속 양이온의 혼합물이며, x, y, w는 정수(整數)] 의 제올라이트족(族)을 포함하는 것으로서, 서포나이트나 몬모릴나이트 등의 점토, 3A, 5A 그리고 X형의 제올라이트, 및 여러 가지의 분자 부류 등을 포함한다. 또, 알루미노실리케이트 이외에도 도전성 유기 재료, 고분자 재료도 분산하는 미립자를 구성할 수 있다. 고분자 재료로서는, 예를 들면, 산화 폴리아크릴로니트릴, 폴리아닐린, 폴리(p－페닐렌), 이온화 색소 재료, 폴리피롤과 그 유도체, 폴리티오펜 등을 들 수 있고, 이들 재료는 일반적으로 π 공역(共役) 결합 구조를 따라 전자 도전성을 가진다. 또, 탄소계 재료나 풀러렌도 분산 가능한 재료로서 유용하며, 예를 들면, 열처리되는 탄소계 재료로서는, 석탄, 액화 석탄, 코크, 석유, 수지, 카본 블랙, 파라핀, 올레핀, 피치, 타르, 방향족 화합물(나프타렌, 비페닐, 나프타렌술폰산, 안트라센술폰산, 페난트렌술폰산 등), 폴리머(폴리에틸렌, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리염화비닐, 페놀 수지, 폴리아크릴로니트릴 등)를 들 수 있다. 또한, 초전도 재료, 예를 들면 YB2Cu3O7－x, NdBa 2Cu3Ox, YbBa2Cu3Ox, Bi2Sr2CaCu2O8＋x 도, 예를 들면 실리콘 오일 중에서 실온으로 전기 점성 효과를 나타내는 것이 알려져 있어, 이들 초전도 재료를 사용해도 된다.
대체로 이상과 같은 구조를 가지는 전기 점성 유체 장치는 전원(14)으로부터 인가되는 전압에 의해 그 전기 점성 유체의 점도를 크게 변화시켜 작동한다. 즉, 전원(14)이 오프 상태로 되어, 전극(11, 12) 사이에 인가되는 전압 E가 제로인 경우(E=0인 때), 전기 점성을 나타내기 위한 미립자는 분산매 중에 분산된 상태가 된다. 또, 전원(14)이 온 상태로 되어, 전극(11, 12) 사이에 인가되는 전압 E가 제로보다 큰 어느 값인 경우(E가 0보다 큰), 전기 점성을 나타내기 위한 미립자는 그 분극 작용에 의해 전극 사이의 전기장 방향을 따라 미소한 섬모 형상으로 연속하여 있게 된다. 이와 같은 미립자의 집합 상태에 따라 그 점도, 즉 탄성 계수가 극적으로 변화되고, 액상(콜로이드 형상)인 것이 고체상(겔상)으로 수 밀리초라고 하는 매우 짧은 시간 사이에 변화하게 된다. 이와 같은 액상과 고체상 사이의 상변화에 의해, 수용체(15)의 외측에서는 단단함이 변화되거나, 감촉이 변화되거나, 또는 수용체(15)에 연속하는 기기 본체 등의 부분 형상을 변화시키거나 할 수 있다.
상기 전기 점성 유체 장치에서는, 한 쌍의 전극을 복수개로 분할하고, 이들 전극을 선택 구동함으로써 전기 점성 유체의 점도를 부분적으로 변화시키는 경우도 가능하다. 도 3 (A) 내지 도 3 (B)는 전극(11, 12)을 매트릭스형의 전극 패턴(11a, 12a)으로 분할한 예를 나타낸 것이다. 이 경우, 각 전극 패턴(11a, 12a)마다 전기 점성 유체의 점도를 바꿀 수 있고, 그 구조는 이들 전극 패턴(11a, 12a)과 거기에 끼워지는 전기 점성 유체로 이루어지는 전기 점성 유체 소자가 복수개 병렬 설치된 것이라고 할 수 있다.
여기에서, 각 전기 점성 유체 소자를 구성하는 매트릭스형의 전극 패턴(11a, 12a)은 패시브 매트릭스 방식, 또는 액티브 매트릭스 방식에 의해 구동할 수 있다. 이들 패시브 매트릭스 방식이나 액티브 매트릭스 방식은 액정 디스플레이 구동 방식의 하나이며, 예를 들면 패시브 매트릭스 방식은 도 4 (A)에 나타낸 바와 같이, X축 방향과 Y축 방향의 2 방향으로 도선(導線)[띠 형상의 전극 패턴(11a 및 12a)]을 둘러치게 하고, X와 Y의 2 방향으로부터 전압을 인가함으로써 교점(交點)의 액정(이 경우에는 전기 점성 유체)을 구동하는 방식이다. 전기 점성 유체는 X축 방향의 도선과 Y축 방향의 도선에 끼워지도록 각 교점에 나란히 하고 있다. 패시브 매트릭스 방식은 구조가 간단하기 때문에, 저비용이며 수율(收率)도 양호하다고 하는 특징을 가진다. 액티브 매트릭스는 도 4 (B)에 나타낸 바와 같이, 각 전기 점성 유체 소자마다 액티브 소자(16), 예를 들면 박막 트랜지스터 및 개별 전극[전극 패턴(11a) 또는 전극 패턴(12a)에 상당한다]을 배치한 것이다. 액티브 소자(16)는 신호선 및 주사선의 전압에 의해 온/오프 상태가 절환되며, 액티브 소자(16)가 온 상태에 있을 때 개별 전극을 통해 목적인 전기 점성 유체에 전압이 인가되어 그 점도가 변화된다. 이에 따라, 목적인 전기 점성 유체 소자만이 확실하게 동작된다.
도 5 (A) 내지 도 5 (B)는 전기 점성 유체 장치의 구성예를 각각 나타낸 도면이다. 도 5 (A)는 한 쌍의 띠 형상 전극(21, 22) 사이에 전술한 바와 같은 전기 점성 유체(23)를 끼우고, 그 전극(21, 22) 사이에서 전기 점성 유체(23)의 측부를 피복하는 수용체(24)를 형성한 예를 분해하여 나타낸 도면이다. 여기에서는 전기 점성 유체(23)는 유체이기 때문에 부정형(不定形)이며, 측부를 피복하는 수용체(24)의 형상에 맞추어 전기 점성 유체(23)의 형상을 도시하고 있다. 수용체(24)는 가요성을 가지는 절연 재료로 이루어지고, 예를 들면 절연성의 얇은 고무 시트나 합성 수지 시트 등을 사용하여 구성할 수 있고, 반드시 단일 재료에 의해 구성되는 것에 한정되지 않고, 복수개의 재료층을 맞춘 복합막 등을 사용해도 된다. 전극(21, 22)은 전기 점성 유체(23)에 전압을 인가하기 위한 전극 부재이며, 도시하지 않은 전원 등에 의해 필요한 전압이 인가되어 전기 점성 유체(23)의 점도가 변화된다. 한 쌍의 띠 형상의 전극(21, 22) 에지부에서 수용체(24)와는 액밀(液密)하게 되도록 연속되어 있고, 따라서, 내부의 전기 점성 유체(23)는 확실하게 한 쌍의 띠 형상의 전극(21, 22) 사이에 유지된다.
도 5 (B)는 다른 전기 점성 유체 장치의 구성예를 나타낸 도면이다. 한 쌍의 띠 형상의 전극(25, 26) 사이에는, 전술한 바와 같은 전기 점성 유체(27)가 협지되어, 전극(25, 26) 및 전기 점성 유체(27)를 둘러싸는 자루 형상의 수용체(28)가 형성된다. 이와 같은 자루 형상의 수용체(28)를 형성한 경우에는, 각 전극(25, 26)의 대향면과는 반대측의 면에도 수용체(28)가 연장되게 되어, 전기 점성 유체(27)는 수용체(28)의 내측에서 유지되게 된다. 이 경우의 자루 형상의 수용체(28)는 가요성을 가지는 절연 재료로 이루어지고, 예를 들면 절연성의 얇은 고무 시트나 합성 수지 시트 등을 사용하여 구성할 수 있고, 반드시 단일 재료에 의해 구성되는 것에 한정되지 않아, 복수개의 재료층을 맞춘 복합막 등을 사용해도 된다. 또, 반드시 각 전극(25, 26)과 수용체(28)는 밀착되어 있지 않아도 된다.
이와 같은 띠 형상의 전기 점성 유체 장치의 전기 점성 유체의 탄성 계수를 제어함으로써, 그 전기 점성 유체 장치의 형상 자체를 제어하는 것이 가능하다. 즉, 도 6 (A) 내지 도 6 (B)는 작게 접거나, 말거나 함으로써, 휴대성을 나타내는 바와 같은 전자 기기(31)를 나타내고 있으며, 도 6 (A)는 전자 기기(31)를 작게 접은 모양을 나타낸 사시도이며, 도 6 (B)는 그 전자 기기(31)를 펼친 모양을 나타낸 사시도이다.
여기에서, 전자 기기(31)는, 예를 들면 플렉시블 디스플레이 장치 또는 이른바 전자 페이퍼로서 박형 경량(薄型輕量)이며 전체적으로 가요성을 가지는 재료에 의해 구성되어 있으며, 그 전자 기기(31)의 주위에 테두리를 붙이는 패턴으로 전기 점성 유체 장치(32)가 설치되어 있다. 또, 스위치(33)가 전자 기기(31)의 표면에 형성되어 있고, 당해 스위치(33)의 2개의 삼각 형상 버튼에 의해 전자 기기(31)의 주위에 테두리를 두르는 전기 점성 유체 장치(32)의 온·오프가 제어된다.
전자 기기(31)의 디스플레이 장치는 도시를 생략하고 있지만 표시부와 구동부로 이루어지고, 표시부는 전기 영동(泳動) 효과를 이용하여 마이크로 캡슐을 사용하고 가요성을 가지도록 구성된 것이나, 전기 화학적인 작용에 따라 발색(發色)을 행하는 일렉트로크로믹 표시 장치나 일렉트로디포지션형 표시 장치 등도 적용 가능하다. 이들 각 표시부는 대략 시트형 전자 기기(31)의 예를 들면 중심부에 배치되고, 전체적으로 플렉시블 구성으로 된다. 구동부는 표시부의 화소 착색을 제어하는 회로 부분이며, 플렉시블 형태가 바람직하기 때문에, 구동 회로를 박막의 유기 트랜지스터 등의 유기 소자를 사용할 수 있다. 여기에서, 유기 트랜지스터는 유기 반도체(예를 들면 도전성을 가지는 고분자 재료) 등을 박막에 형성하고, 그 채널을 통과하는 캐리어를 제어하는 구성으로 할 수 있다. 이와 같이 전자 기기(31)를 각각 플렉시블 표시부와 구동부를 사용하여 제조함으로써, 접어서 작게 하거나 말거나 함으로써 휴대성이 뛰어난 장치가 된다.
도 6 (A)와 같이 작게 접은 상태로부터 도 6 (B)와 같이 펼친 상태로 변화시키는 경우에는, 전자 기기(31)의 주위에 테두리를 붙이는 전기 점성 유체 장치(32)를 오프 상태로부터 온 상태로 변화시킨다. 그러면, 전기 점성 유체 장치(32)의 도시하지 않은 한 쌍의 전극 사이에 전기장이 형성되고, 그 전기장에 따라 전기 점성 유체 장치(32)의 내부에 밀봉되어 있는 전기 점성 유체가 고체화되도록 변화된다. 그 결과, 전자 기기(31)의 주위에 테두리를 붙이도록 배치된 전기 점성 유체 장치(32)가 하나의 시트를 지지하는 테두리로서 기능하게 되어, 전자 기기(31) 자체를 펼친 상태에서 이용자가 용이하게 유지할 수 있게 된다.
이용자가 표시부의 화면 보는 것을 끝내고 다시 이용자의 포켓이나 가방 등에 수납하여 옮기는 경우에는, 펼친 상태로 유지되어 있는 전자 기기(31)의 스위치를 조작하여, 전자 기기(31)의 주위에 테두리를 붙이는 전기 점성 유체 장치(32)를 온 상태로부터 오프 상태로 변화시킨다. 그러면, 전기 점성 유체 장치(32)의 전극 사이의 전기장이 해소되어, 온 상태 시에 전기 점성 유체 장치(32)의 내부에서 고체화되어 있던 전기 점성 유체가 통상의 유체로 되돌아가게 되며, 그 결과, 전기 점성 유체 장치(32)는 전자 기기(31)의 주위에 테두리를 붙이는 프레임으로서의 단단함을 잃기 때문에, 용이하게 접는 등의 형상 변화가 실현된다.
다음에 도 7 내지 도 20를 참조하여, 전기 점성 유체 장치의 설치 패턴에 대하여 설명한다. 먼저, 도 7은 대략 평판형의 전기 점성 유체 장치(44)의 구조를 나타낸 분해 사시도이며, 한 쌍의 대략 평판형의 전극(41, 42) 사이에 전기 점성 유체(43)가 배치된다. 이 도 7에 나타낸 구조에 대해서는, 먼저 도시한 도 2 (A)의 구조와 동일하다. 이 대략 평판형의 전기 점성 유체 장치(44)는 전극(41, 42)의 평면 패턴을 바꾸고, 그 바꾼 평면 패턴에 맞춘 형상의 수납체를 가진다. 전극(41, 42)은 바람직하게는 가요성을 가지는 도전 재료에 의해 형성되고, 도시하지 않은 전원에 의해 당해 전극(41, 42) 사이에 제어용 전계를 발생시킨다. 한 쌍의 대략 평판형의 전극(41, 42) 사이에는, 단락(短絡) 방지를 위한 절연체로 이루어지는 스페이서 등을 설치할 수 있다. 이하, 도 8부터 도 16을 참조하여, 전기 점성 유체 장치의 각종 평면 패턴에 대하여 설명한다.
도 8은 대략 평면형으로 전기 점성 유체 장치를 형성한 예이다. 즉, 대략 평판형의 지지체(52) 상면측의 전체면에 대략 평면형으로 전기 점성 유체 장치(51)가 형성되어 있다. 이 전기 점성 유체 장치(51)의 구체적인 구조는 도 7에 나타낸 구조가 적용되며, 한 쌍의 대략 평판형의 전극 사이에 전기 점성 유체가 배치되고, 전체가 수용체로 둘러싸인 구조로 된다. 도 8의 예에서는, 평면 패턴으로서 전체면 베타의 상태로 되기 때문에, 전기 점성 유체 장치(51)의 온·오프 제어에 따라 당해 전기 점성 유체 장치(51)의 전체면 감촉이나 단단함 등을 제어할 수 있어, 예를 들면 지지체(52)가 플렉시블 재료로 이루어지는 경우에는, 지지체(52)가 절곡된 상태인 경우에 그 절곡된 상태를 펼치도록 제어할 수도 있다. 여기에서 지지체(52)는 전술한 바와같이 전자 기기의 일부로 할 수 있어, 예를 들면 평면형 디스플레이 장치의 일부이거나, 사람에게 접촉하여 장착되는 웨어러블 디바이스의 일부이거나 한다. 이하의 지지체 대해서도 동일하다.
도 9는 대략 ㅁ자 형상으로 전기 점성 유체 장치를 형성한 예이다. 대략 평판형의 지지체(54) 상면측 에지부를 일주하는 패턴으로 띠 형상으로 연장되는 전기 점성 유체 장치(53)가 형성된다. 이 전기 점성 유체 장치(53)의 구체적인 구조는 도 7에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 대략 띠 형상으로 연장되는 전극 사이에 전기 점성 유체가 배치되고, 전체가 수용체로 둘러싸인 구조로 된다. 도 9의 예에서는, 대략 띠 형상의 전기 점성 유체 장치(53)는 지지체(54)의 에지부에서 연장되기 때문에, 온 상태로 제어된 경우에는, 대략 띠 형상의 전기 점성 유체 장치(53)가 단단하게 되어 그 지지체(54)의 테두리와 같이 기능하여, 이용자가 지지체(54)를 지지하는 경우에 용이하게 지지할 수 있게 된다. 대략 띠 형상의 전기 점성 유체 장치(53)가 연장되는 방향은 교차하는 2 방향으로서, 지지체(54)를 세워 정면에서 본 경우에 수평 방향(가로 방향) 및 수직 방향(세로 방향)의 에지부에 걸쳐 형성된다.
도 10은 도 9의 패턴에 다시 대각선 상에 연장되는 패턴을 가한 예이다. 도 10의 전기 점성 유체 장치(55)는 지지체(56)를 세워 정면에서 본 경우에 수평 방향(가로 방향)으로 연장되어 지지체(56)의 단부에 형성되는 수평부(55a)와, 지지체(56)를 세워 정면에서 본 경우에 수직 방향(세로 방향)으로 연장되어 지지체(56)의 단부에 형성되는 수직부(55b)와, 대각선 상에 연장되는 대각선부(55c)로 이루어진다. 이 전기 점성 유체 장치(55)의 구체적인 구조는 도 7에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 대략 띠 형상으로 연장되는 전극 사이에 전기 점성 유체가 배치되고, 전체가 수용체로 둘러싸인 구조로 된다. 대략 띠 형상의 전기 점성 유체 장치(55)가 연장되는 방향은 교차하는 2 방향인 수평 방향(가로 방향) 및 수직 방향(세로 방향)에 더하여, 경사의 대각선 상에 연장되는 대각선부(55c)가 가해진 구조로 되어, 특히 지지체(56)의 면적이 큰 경우에는, 대각선 상에 연장되는 대각선부(55c)가 지지체(56)의 유지 특성을 향상시키는 데 기여하게 된다.
도 11은 대략 田자 형상의 패턴으로 전기 점성 유체 장치를 형성한 예이다. 도 11의 전기 점성 유체 장치(57)는 지지체(58)를 세워 정면에서 본 경우에 수평 방향(가로 방향)으로 연장되어 지지체(58)의 양단부 및 중앙부에 형성되는 수평부(57a)와, 지지체(58)를 세워 정면에서 본 경우에 수직 방향(세로 방향)으로 연장되어 지지체(58)의 양단부 및 중앙부에 형성되는 수직부(57b)로 이루어진다. 이 전기 점성 유체 장치(57)의 구체적인 구조는 도 7에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 대략 띠 형상으로 연장되는 전극 사이에 전기 점성 유체가 배치되고, 전체가 수용체로 둘러싸인 구조로 된다. 대략 띠 형상의 전기 점성 유체 장치(57)가 연장되는 방향은 교차하는 2 방향인 수평 방향(가로 방향) 및 수직 방향(세로 방향)이며, 특히 지지체(58)의 면적이 큰 경우라도 중앙부를 통과하는 수평부(57a)와 수직부(57b)에 의해 지지체(58)의 지지 특성이 향상되게 된다.
도 12는 띠 형상의 전기 점성 유체 장치를 복수개 서로 평행으로 배치한 패턴을 나타낸 예이다. 도 12에서는 복수개의 띠 형상의 전기 점성 유체 장치(59)가 소정 간격을 두고 지지체(60)의 상면 상에 상기 지지체(60)를 세워 정면에서 본 경우에 수직 방향(세로 방향)으로 연장되어 있다. 각 전기 점성 유체 장치(59)의 구체적인 구조는 도 7에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 대략 띠 형상으로 연장되는 전극 사이에 전기 점성 유체가 배치되고, 전체가 수용체로 둘러싸인 구조로 된다. 예를 들면, 지지체(60)가 플렉시블 구조체인 경우에는, 수직 방향으로 절곡되었을 때에 그 지지체(60)의 상면에 형성된 복수개의 띠 형상의 전기 점성 유체 장치(59)가 일단은 함께 절곡되지만, 이들 복수개의 띠 형상의 전기 점성 유체 장치(59)를 온 상태로 제어함으로써, 각 전기 점성 유체 장치(59)가 직선형으로 연장되도록 형상을 변화시키게 되어, 전체적으로는 수직 방향으로 절곡된 것이 펼쳐지도록 제어된다.
도 13은 대략 직사각형의 전기 점성 유체 장치를 체크 무늬 형상으로 배치한 예이다. 도 13에서는, 지지체(62)의 상면에 복수개의 대략 직사각형의 전기 점성 유체 장치(61)를 체크 무늬 형상으로 배치한 패턴으로 되어 있다. 여기에서, 각 전기 점성 유체 장치(61)의 구체적인 구조는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 대략 띠 형상으로 연장되는 전극 사이에 전기 점성 유체가 배치되고, 전체가 수용체로 둘러싸인 구조로 된다. 이와 같은 체크 무늬 형상 패턴의 전기 점성 유체 장치(61)를 형성함으로써, 지지체(62)의 약 반은 전기 점성 유체 장치(61)에 피복되게 되어, 지지체(62)의 면적이 큰 경우라도 각 전기 점성 유체 장치(61)에 의해 지지체(62)의 유지 특성이 향상된다. 또, 지지체(62)의 약 반은 전기 점성 유체 장치(61)에 피복되기 때문에, 지지체(62)의 표면과 변화하는 각 전기 점성 유체 장치(61)의 표면 감촉을 혼합시킨 가변의 감촉을 제어할 수 있다.
도 14는 지지체(64)의 측면에 전기 점성 유체 장치(63)를 형성한 예를 나타낸다. 대략 평판형의 지지체(64) 측면에는 주회하도록 띠 형상의 전기 점성 유체 장치(63)가 형성되어 있다. 이 지지체(64)의 측면에 형성되는 전기 점성 유체 장치(63)의 구체적인 구조는 도 7에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 대략 띠 형상으로 연장되는 전극 사이에 전기 점성 유체가 배치되고, 전체가 수용체로 둘러싸인 구조로 된다. 이와 같은 형상으로 전기 점성 유체 장치(63)를 형성한 경우에는, 도 9에 나타낸 대략 ㅁ자 형상으로 전기 점성 유체 장치를 형성한 예와 마찬가지로, 전기 점성 유체 장치(63)를 온 상태로 제어한 경우에, 지지체(64)의 테루리 재료로서 기능하게 된다.
도 15는 도시하지 않은 지지체의 전체면에 전기 점성 유체 장치(65, 66)를 형성한 예이다. 대략 평판형의 지지체 측면에는 전기 점성 유체 장치(65)가 형성되고, 대략 평판형의 지지체 상면에는 전기 점성 유체 장치(66)가 형성된다. 도시를 생략하고 있지만, 이 지지체의 바닥면측에도 전기 점성 유체 장치를 형성하도록 해도 된다. 이와 같이 지지체의 전체면에 전기 점성 유체 장치(65, 66)를 형성함으로써, 이용자는 어디를 손대어도 전기 점성 유체 장치(65, 66)가 만들어 내는 단단함이나 감촉에 접촉할 수 있어, 그 접촉감의 변화를 전기 점성 유체 장치(65, 66)의 전극 사이에 인가되는 전압에 의해 제어할 수 있다.
도 16은 대략 평판형의 지지체 상에 대략 평판형의 전기 점성 유체 장치를 겹친 것을 다시 3매분 적층한 구조의 예이다. 즉, 대략 평판형의 지지체(72) 상에 대략 평판형의 전기 점성 유체 장치(71)가 형성되고, 그 전기 점성 유체 장치(71) 상에 대략 평판형의 지지체(70)가 적층된다. 이 대략 평판형의 지지체(70) 상에 대략 평판형의 전기 점성 유체 장치(69)가 형성되고, 그 전기 점성 유체 장치(69) 상에 대략 평판형의 지지체(68)가 적층된다. 또한, 대략 평판형의 지지체(68) 상에 대략 평판형의 전기 점성 유체 장치(67)가 형성된다. 이와 같은 적층 구조에 의해서도 작게 접은 것을 펼치거나 또는 그 역으로 제어가 가능하며, 특히 1매의 구조에서는 형상의 제어 효과가 얇은 경우에 유효하다.
다음에, 도 17을 참조하여 다른 구조의 전기 점성 유체 장치에 대하여 설명한다. 이 전기 점성 유체 장치는 원통형의 형상을 가지는 외측 전극(81)과, 둥근 막대형의 형상을 가지는 내측 전극(82)으로 이루어지고, 이들 외측 전극(81)과 내측 전극(82) 사이에는 전기 점성 유체가 밀봉된다. 외측 전극(81)은, 예를 들면 전체적으로 플렉시블 구성으로 하기 위해 유연한 합성 수지 재료제의 튜브(83) 내측으로 굽히는 것이 용이한 복수개의 와이어(84)를 배치한 구조를 가지며, 당해 전기 점성 유체 장치가 절곡된 경우라도 유연하게 그 형상을 바꿀 수 있다. 그리고, 도시한 예에서는, 복수개의 와이어(84)를 유연한 합성 수지 재료제의 튜브(83) 내측에 배치하고 있지만, 금속 등의 도전성 재료의 박막을 튜브(83)의 내측에 형성하거나, 도전성의 도료를 튜브(83) 내측에 도포하여 전극을 구성하도록 해도 된다. 둥근 막대형의 형상을 가지는 내측 전극(82)도, 외측 전극(81)과 마찬가지로, 유연한 재료를 사용하여 구성할 수 있어, 그 형상을 바꾸어 절곡된다. 한 쌍의 전극(81, 82) 사이에는 단락 방지를 위한 절연체로 이루어지는 스페이서 등을 설치할 수 있다.
밀봉되는 전기 점성 유체는, 전술한 바와같이, 전극 사이에 전계를 인가함으로써, 전극 사이에 끼워진 물질의 점성이 현저하게 변화되는 유체로서, 보다 구체적으로는 전기 절연성 액체(분산매) 중에 직경이 0.1∼100㎛ 정도의 분극 특성을 나타내는 미립자를 분산시켜, 현탁시킨 유체에 전극(81, 82)으로부터 전기장을 인가했을 때, 탄성 계수가 현저하게 변화되는 유체이다. 이와 같은 전기 점성 유체에 사용되는 재료로서는, 예를 들면 아몰퍼스 실리케이트 세라믹스를 들 수 있고, 그 중에서도 알루미노실리케이트가 강한 전기 점성 효과를 나타내는 것이 알려져 있다. 또, 알루미노실리케이트 이외라도 도전성 유기 재료, 고분자 재료도 분산하는 미립자를 구성할 수 있다. 고분자 재료로서는, 일반적으로 π 공역 결합 구조를 따라 전자 도전성을 가진다. 또, 탄소계 재료나 풀러렌도 분산 가능한 재료로서 유용하며, 또한, 초전도 재료도, 예를 들면 실리콘 오일 중 실온으로 전기 점성 효과를 나타내는 것이 알려져 있어, 이와 같은 초전도 재료를 사용해도 된다. 이하, 도 18부터 도 20을 참조하여, 전기 점성 유체 장치의 각종 형성 패턴에 대하여 설명한다.
도 18은 대략 ㅁ자 형상으로 전기 점성 유체 장치를 형성한 예이다. 대략 평판형의 지지체(86) 상면측의 에지부를 일주하는 패턴으로 연장되는 전기 점성 유체 장치(85)가 형성된다. 이 전기 점성 유체 장치(85)의 구체적인 구조는 도 17에 나타낸 바와 같이, 원통형으로 연장되는 외측 전극과 내측 전극 사이에 전기 점성 유체가 배치되고, 전체가 튜브 형상의 수용체로 둘러싸인 구조로 된다. 도 18의 예에서는, 가는 원통형 전기 점성 유체 장치(85)는 지지체(86)의 에지부에서 연장되기 때문에, 온 상태로 제어된 경우에는, 가는 원통형의 전기 점성 유체 장치(85)가 단단하게 되어 그 지지체(86)의 테두리와 같이 기능하여, 이용자가 지지체(86)를 지지하는 경우에 용이하게 지지할 수 있게 된다. 대략 띠 형상의 전기 점성 유체 장치(85)가 연장되는 방향은 교차하는 2 방향으로서, 지지체(86)를 세워 정면에서 본 경우에 수평 방향(가로 방향) 및 수직 방향(세로 방향)의 에지부에 걸쳐 형성된다. 여기에서 지지체(86)는 전술한 바와같이 전자 기기의 일부로 할 수 있어, 예를 들면 평면형의 디스플레이 장치의 일부이거나, 사람에게 접촉하여 장착되는 웨어러블 디바이스의 일부이거나 한다. 이하의 지지체에 대해서도 동일하다.
도 19는 대략 평판형의 지지체 4개의 코너부에 전기 점성 유체 장치를 장착한 예이다. 도 19에서는, 대략 평판형의 지지체(88) 4개의 코너부 각각에 전기 점성 유체 장치(87)가 배면측과 상면측을 연락하도록 지지체의 주면(主面)에 수직인 방향으로 연장되어 형성되어 있다. 여기에서 전기 점성 유체 장치(87)의 구체적인 구조는, 도 17에 나타낸 바와 같이, 원통형으로 연장되는 외측 전극과 내측 전극 사이에 전기 점성 유체가 배치되고, 전체가 튜브 형상의 수용체로 둘러싸인 구조로 된다. 대략 평판형의 지지체(88) 4개의 코너부 각각에 전기 점성 유체 장치(87)가 형성되는 구조의 경우, 코너부를 단단하게 하는 제어를 전기 점성 유체 장치(87)에 전압을 공급함으로써 행할 수 있어, 코너를 단단하게 할 필요가 있는 경우에 유효하다.
도 20은 도 18의 패턴에 다시 대각선 상에 연장되는 패턴을 가한 예이다. 도 20의 전기 점성 유체 장치(89)는 지지체(90)를 세워 정면에서 본 경우에 수평 방향(가로 방향)으로 연장되어 지지체(90)의 단부에 형성되는 수평부(89a)와, 지지체(90)를 세워 정면에서 본 경우에 수직 방향(세로 방향)으로 연장되어 지지체(90)의 단부에 형성되는 수직부(89b)와, 대각선 상에 연장되는 대각선부(89c)로 이루어진다. 이 전기 점성 유체 장치(89)의 구체적인 구조는 도 17에 나타낸 바와 같이, 원통형으로 연장되는 외측 전극과 내측 전극 사이에 전기 점성 유체가 배치되고, 전체가 튜브 형상의 수용체로 둘러싸인 구조로 된다. 전기 점성 유체 장치(89)가 연장되는 방향은 교차하는 2 방향인 수평 방향(가로 방향) 및 수직 방향(세로 방향)에 더하여, 경사의 대각선 상에 연장되는 대각선부(89c)가 가해진 구조로 되어, 특히 지지체(90)의 면적이 큰 경우에는, 대각선 상에 연장되는 대각선부(89c)가 지지체(90)의 유지 특성을 향상시키는 데 기여하게 된다.
다음에 도 21 (A) 내지 도 21 (D)를 참조하여, 다른 실시예에 대하여 설명한다. 도 21 (A)는 전자 기기의 하우징(100)에, 소정의 2변 사이에 대략 등간격으로 평행으로 배열되는 제1 전기 점성 유체 장치(101)와, 이것과는 직교하는 2변에 따라 전기 점성 유체 장치(102, 103)를 형성한 예이다. 하우징(100) 전체가 부드러운 것인 경우, 상기 전기 점성 유체 장치(101) 및 전기 점성 유체 장치(102, 103)의 양자를 온(전압을 인가)하여 두면, 서로 직교하는 방향에서 강성이 확보되어, 하우징(100)의 전체 형상으로서 대략 평판형이 유지된다. 이에 대하여, 전기 점성 유체 장치(101)를 온하고, 전기 점성 유체 장치(102, 103)를 오프하면, 전기 점성 유체 장치(101)의 연장 방향에서의 강성은 유지되지만, 전기 점성 유체 장치(102, 103)의 연장 방향의 강성은 소실되어, 이 방향에서는 부드러운 상태로 된다. 그 결과, 도 21 (B)에 나타낸 바와 같이, 하우징(100)에는 제1 전기 점성 유체 장치(101)와 평행한 절곡부(104)가 형성되어, 하우징(100)의 전체 형상은 만곡 형상이 된다. 그리고, 각 전기 점성 유체 장치(102, 103) 중 한 쌍의 전극에 전압을 인가하고 다시 온함으로써, 내부의 전기 점성 유체가 고체 상태로 변화되고, 결과로서 각 전기 점성 유체 장치(102, 103)를 연장하도록 작동하여, 하우징(100)을 도 21 (B)에 나타낸 바와 같이 만곡된 상태로부터 도 21 (A)에 나타낸 바와 같이 만곡이 없는 대략 평판형 상태로 되돌릴 수 있다.
마찬가지로, 도 21 (C)는, 예를 들면 직각으로 절곡 가능하게 한 전자 기기의 하우징(105)의 일례를 나타낸 것이다. 앞의 예는 하우징의 장변(長邊) 방향 전체에 걸쳐 변형(절곡)하는 예이지만, 본 예는 장변 방향의 일부만이 변형되는 예이다. 이와 같이, 하우징 일부만의 변형도 가능하며, 본 예에서는, 이에 따라 하우징(105)을 직각으로 절곡하는 것을 가능하게 하고 있다. 본 예에서는, 도 21 (C)에 나타낸 바와 같이, 하우징(105)의 대략 중앙부에 2개의 전기 점성 유체 장치(106)가 배치되고, 이와는 직교하는 2변에 따라 전기 점성 유체 장치(107, 108)가 배치되어 있다. 여기에서, 이들 전기 점성 유체 장치(106) 및 전기 점성 유체 장치(107, 108)의 양자를 온(전압을 인가)하여 두면, 서로 직교하는 방향에서 강성이 확보되어, 하우징(105)의 전체 형상으로서 대략 평판형이 유지되는 것은 앞의 예와 동일하다. 한편, 전기 점성 유체 장치(106)를 온하고, 전기 점성 유체 장치(107, 108)를 오프하면, 전기 점성 유체 장치(106)의 연장 방향에서의 강성은 유지되고, 전기 점성 유체 장치(107, 108)의 연장 방향의 강성은 소실된다. 그 결과, 도 21 (D)에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 전기 점성 유체 장치(106) 사이에 절곡부(109)가 형성되어, 직각으로 절곡된다. 전기 점성 유체 장치(107, 108)를 재차 온하면, 내부의 전기 점성 유체가 고체 상태로 변화되고, 각 전기 점성 유체 장치(107, 108)를 연장하도록 작동하여, 하우징(105)을 도 21 (D)에 나타낸 바와 같이 만곡된 상태로부터 도 21 (C)에 나타낸 바와 같이 만곡이 없는 대략 평판형의 상태로 되돌릴 수 있다.
이와 같이 전자 기기 하우징(100, 105)의 만곡부나 굴곡부에 전기 점성 유체 장치(101, 102, 103, 106, 107, 108)를 배치하고, 이들 장치에 인가하는 전압을 바꿈으로써, 하우징(100, 105)의 형상을 제어할 수 있다. 이 경우에, 특별한 경첩이나 액추에이터 등의 기계 동작 부분은 불필요하여, 본 실시예에 의하면 전체적으로 소형이며 경량이라고 하는 이점을 가진다.
도 22는 다른 실시예로서의 플렉시블 디스플레이 장치의 예이다. 이 플렉시블 디스플레이 장치(110)는 유연한 시트형의 기기 본체를 가지고 있으며, 그 중앙부에 표시부(112)가 형성되어 있다. 또, 표시부의 주위에는 도시를 생략하고 있지만, 구동부나 무선 통신 회로부 등이 형성되어 있고, 또한 시트형의 스피커부나 터치 패널부 등도 형성되어 있다. 이 플렉시블 디스플레이 장치(110)의 주변부에 따라 전기 점성 유체 장치(111)가 형성되어 있다. 이 전기 점성 유체 장치(111)는 한 쌍의 전극 사이에 전기 점성 유체를 끼워, 전체가 수용체로 둘러싸인 구조로 되는 것으로서, 한 쌍의 전극에 전압을 인가함으로써, 내부의 전기 점성 유체가 고체상태로 변화되고, 결과로서 전기 점성 유체 장치(111)를 연장하도록 작동하여 플렉시블 디스플레이 장치(110)를 펼친 상태로 제어할 수 있고, 역으로 한 쌍의 전극 사이에 전압을 공급하지 않도록 제어함으로써, 내부의 전기 점성 유체가 액상이 되어, 플렉시블 디스플레이 장치(110)를 용이하게 작게 접는 것도 가능하다.
도 23은 이어폰 형상의 네트워크 음악 장치의 예이다. 사용자의 귀 뒤쪽에 맞닿는 한 쌍의 접촉부(120, 121) 내부에는, 전원이나 음성 재생 회로부, 통신 회로부 등이 내장되어 있고, 특히 접촉부(120, 121)의 외측에는 귀와 맞닿는 부분에 전기 점성 유체 장치(122)가 형성되어 있다. 이 전기 점성 유체 장치(122)는 사용자가 접촉부(120, 121)를 귀의 뒤쪽에 대고 사용하는 경우에, 부드럽게 되도록 제어되며, 부드럽게 됨으로써 장시간의 음악을 즐기는 경우에도 부담이 적어지는 것이다. 또, 스피커부(123)의 일부에는, 예를 들면 저음역을 배면측으로부터 귀쪽으로 인도하는 도출로(125)가 형성되어 있고, 그 도출로(125)의 단부에는 전기 점성 유체 장치(124)가 형성되어 있다. 이 전기 점성 유체 장치(124)는 전압을 가했을 때에는 도출로(125)를 열도록 하고, 전압의 인가가 정지되었을 때에는 도출로(126)를 닫도록 하여, 저음 중시형(重視型)과 중고음 중시형의 스피커 음역을 절환할 수 있다. 전기 점성 유체 장치(124)는 소형이며 경량이기 때문에, 이어폰형의 네트워크 음악 장치의 휴대성을 손상하지 않고, 이와 같은 제어가 실현된다.
본 발명의 전자 기기의 다른 예로서, 예를 들면 가정용 게임기의 컨트롤러 일부에 전기 점성 유체 장치를 적용할 수 있다. 컨트롤러의 제어 부분은 사용자의 손가락끝이 닿고 있어 그 감각을 전기 점성 유체 장치에서 제어한다. 일례로서는, 대전형(對戰型) 게임 중에 패배한 경우에, 전기 점성 유체 장치를 연화(軟化)시키도록 제어하여 게임의 현장감을 높일 수 있다.
또, 전술한 전기 점성 유체 장치는 한 쌍의 띠 형상, 시트형, 또는 원통형의 전극을 사용하는 예에 대하여 설명했지만, 전극의 양쪽 또는 한쪽을 판 스프링이나 코일 스프링 등에 의해 형성해도 된다. 그 경우에는, 스프링 자체의 탄성도 형상 변화에 기여하게 된다.
본 발명의 전기 점성 유체 장치나 전자 기기를 사용함으로써, 기기의 단단함, 땅김, 감촉, 형상 등을 전기적으로 제어하는 것이 가능해진다. 여기에서 전기적으로 제어되는 전기 점성 유체는 소형 경량화가 용이하고, 또한 반응 속도도 빠르고, 또한 전압의 인가를 해제함으로써 가역적으로 제어할 수 있는 것이다. 따라서, 종전에는 단단한 장치로 보잘것없는 전자 기기라도, 전자 기기의 단단함, 땅김, 감촉, 형상 등을 신기능으로서 더할 수 있어, 그 응용 범위는 매우 넓은 것이다.

Claims (23)

  1. 유체(流體)를 내부에 수용할 수 있는 수용체와,
    가요성(可撓性)을 가지고 상기 수용체의 내부에 서로 대향하여 배치되는 한 쌍의 전극과,
    상기 수용체의 내부에 밀봉되고, 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되어 상기 전극 사이의 전계에 따라 탄성 특성이 변화되는 전기 점성(粘性) 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 점성 유체 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용체는, 유연한 재료에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 점성 유체 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극은, 점(点) 형상, 면(面) 형상 또는 띠 형상의 전극이 서로 대향하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 점성 유체 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극은, 축 형상의 한쪽 전극과, 그것에 대향하여 주변부에 배치되는 다른 쪽의 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 점성 유체 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극은, 상기 수용체를 신장시키는 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 전기 점성 유체 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극은 적어도 2조(組) 형성되고, 한 조의 상기 한 쌍의 전극에 의해 생기는 전계와, 다른 조의 상기 한 쌍의 전극에 의해 생기는 전계가 교차되는 것을 특징으로 하는 전기 점성 유체 장치.
  7. 유체를 내부에 수용할 수 있는 수용체와, 가요성을 가지고 상기 수용체의 내부에 서로 대향하여 배치되는 한 쌍의 전극과, 상기 수용체의 내부에 밀봉되고, 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되어 상기 전극 사이의 전계에 따라 탄성 특성이 변화되는 전기 점성 유체를 포함하는 전기 점성 유체 소자가, 복수개 병렬 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 점성 유체 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전기 점성 유체 소자는, 대략 평면형으로 병렬 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 점성 유체 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수개의 병렬 설치된 전기 점성 유체 소자는, 패시브 매트릭스 방식 또는 액티브 매트릭스 방식에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 전기 점성 유체 장치.
  10. 가요성을 가지는 기기 본체와,
    상기 기기 본체에 장착되고 유체를 내부에 수용할 수 있는 수용체와,
    가요성을 가지고 상기 수용체의 내부에 서로 대향하여 배치되는 한 쌍의 전극과,
    상기 수용체의 내부에 밀봉되고, 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되고 상기 전극 사이의 전계에 따라 탄성 특성이 변화되는 전기 점성 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수용체는, 유연한 재료에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수용체는, 인체와 접촉되는 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 기기 본체에는 화상 표시부가 설치되는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  14. 제10항에 있어서,
    유기(有機) 트랜지스터가 제어 소자로서 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 화상 표시부에는, 유기 트랜지스터가 제어 소자로서 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  16. 기기 본체와,
    가요성을 가지고, 상기 기기 본체에 장착되어 유체를 내부에 수용할 수 있는 수용체와,
    상기 수용체의 내부에 서로 대향하여 배치되는 적어도 한 쌍의 전극과,
    상기 수용체의 내부에 밀봉되고, 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되어 상기 전극 사이의 전계에 따라 탄성 특성이 변화되는 전기 점성 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 수용체는, 상기 기기 본체의 일부에 형성된 경로에 설치되고, 상기 수용체 내의 상기 전기 점성 유체의 특성 변화에 따라 상기 경로의 개폐 조작이 행해지는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 수용체는, 상기 기기 본체의 개폐부에 설치되고, 상기 수용체 내의 상기 전기 점성 유체의 특성 변화에 따라 상기 개폐부의 개폐 조작이 행해지는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  19. 가요성을 가지는 시트형 본체와,
    상기 시트형 본체에 장착되고 유체를 내부에 수용할 수 있는 수용체와,
    가요성을 가지고 수용체의 내부에 서로 대향하여 배치되는 적어도 한 쌍의 전극과,
    상기 수용체의 내부에 밀봉되고, 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되어 상기 전극 사이의 전계에 따라 탄성 특성이 변화되는 전기 점성 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 수용체는, 상기 시트형 본체 상 또는 상기 시트형 본체 내에서 적어도 한쪽 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 시트형 본체는, 권취된 형태로 유지될 수 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 시트형 본체는, 접혀진 채로 유지될 수 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 수용체는, 유연한 재료에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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