WO2009025249A1 - 弁付き構造体 - Google Patents

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WO2009025249A1
WO2009025249A1 PCT/JP2008/064661 JP2008064661W WO2009025249A1 WO 2009025249 A1 WO2009025249 A1 WO 2009025249A1 JP 2008064661 W JP2008064661 W JP 2008064661W WO 2009025249 A1 WO2009025249 A1 WO 2009025249A1
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WO
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valve
valved
opening
valve portion
movable members
Prior art date
Application number
PCT/JP2008/064661
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tomoyuki Uchida
Original Assignee
Akix Inc.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Akix Inc. filed Critical Akix Inc.
Publication of WO2009025249A1 publication Critical patent/WO2009025249A1/ja

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K99/0001—Microvalves

Definitions

  • the present invention relates to utilizing momentum due to thermal motion of gas molecules.
  • a first valved structure includes: a base body having a front surface and a back surface; a passage that allows gas molecules to pass through the front surface and the back surface; and passes through the passage.
  • An openable and closable valve part that collides with the gas molecules, and in a state where the valve part is closed, (1) From the opening on the back surface, the gas molecules that have passed through the passage are thermally moved.
  • the probability of opening by colliding with the valve section is P1
  • the probability of opening by collision of the gas molecules toward the surface without passing through the passage and colliding with the valve section is P2. Then, it is configured such that P1> P2.
  • the first valved structure configured as described above includes a base body and a valve portion.
  • the basic body has a front surface and a back surface, and a passage that opens to the front surface and the back surface and allows gas molecules to pass through.
  • the valve part can be opened and closed by collision of the gas molecules that have passed through the passage. Furthermore, in the state where the valve portion is closed, (1) the probability that the gas molecule that has passed through the passage from the opening on the back surface is thermally moved and collides with the valve portion is P1, and (2) ) P1> P2, where P2 is the probability that the gas molecules that do not pass through the passage and move toward the surface due to thermal motion and collide with the valve part.
  • the valve portion is supported in a region of the surface, and has a movable member that moves away from or approaches the surface.
  • the first valved structure according to the present invention is configured such that the valve portion is supported in a region of the surface, and the base body. A pair of movable members extending in a direction away from the surface and moving away from or closer to the surface, and when each of the pair of movable members contacts away from the base body, the valve portion is The valve portion may be opened when the pair of movable members are not in contact with each other.
  • the first valved structure according to the present invention includes a pressing member pressed toward the surface, and the pair of movable members are supported in a region of the surface and are parallel to each other.
  • the parallel member extending away from the base body may be generated by being pressed by the pressing member.
  • the pressing member may be a fiber that extends in a direction that does not intersect the surface.
  • the pressing member may be a fiber that extends in a direction intersecting the surface.
  • the pressing member may be a ventilation body having a ventilation path in a direction in which the parallel member extends before being pressed by the pressing member.
  • the base body is porous.
  • the movable member may be a carbon nanotube or a thin film.
  • the second valved structure according to the present invention includes a base body having a front surface and a back surface, a passage that opens to the front surface and the back surface and allows gas molecules to pass through, and is disposed inside the passage.
  • An openable / closable valve portion that collides with the gas molecules that pass through the interior of the passageway, and (1) through the passageway from the opening on the back surface in the closed state of the valve portion.
  • P1 be the probability that the gas molecules heading to the valve part will open due to thermal motion and collide with the valve part.
  • the second valved structure configured as described above includes a base body and a valve portion.
  • the basic body has a front surface and a back surface, and a passage that opens to the front surface and the back surface and allows gas molecules to pass through.
  • the valve portion is disposed inside the passage, and can be opened and closed by collision of the gas molecules passing through the passage. Further, in the state where the valve portion is closed, (1) the gas molecules that pass through the passage and travel toward the valve portion from the opening on the back surface are thermally moved to collide with the valve portion. Let P1 be the probability.
  • the valve portion is supported in a region of the passage, extends in a direction away from the back surface, and moves in a direction away from or approaching the back surface.
  • a pair of movable members and when each of the pair of movable members is in contact, the valve portion is closed, and when each of the pair of movable members is not in contact, the valve portion is opened. It may be.
  • the movable member may be a carbon nanotube or a thin film.
  • a third valved structure includes a base body having a surface, and an openable / closable valve unit that collides with a gas molecule, and the valve unit is supported in a region of the surface, A pair of movable members extending in a direction away from the base body and moving in a direction away from or approaching the surface, and when each of the pair of movable members contacts away from the base body, The valve portion is closed, and the valve portion is opened when each of the set of movable members is not in contact with each other.
  • the third valved structure configured as described above includes a base body and a valve portion.
  • the foundation body has a surface.
  • the valve part can be opened and closed where gas molecules collide.
  • the valve portion includes a set of movable members that are supported in a region of the surface, extend in a direction away from the foundation, and move away from or approach the surface.
  • the valve portion When each of the movable members comes apart from the base body, the valve portion is closed, and when each of the pair of movable members does not contact, the valve portion opens.
  • the probability that the gas molecules located inside the set of movable members are opened by thermal motion and colliding with the valve portion is P1
  • P1> P2 where P2 is the probability that the gas molecules located outside the set of movable members will open due to thermal motion and collision with the valve part.
  • the surface may have a groove.
  • the third valved structure according to the present invention includes a pressing member pressed toward the surface, and the pair of movable members are supported in a region of the surface and are parallel to each other.
  • the parallel member extending away from the base body may be generated by being pressed by the pressing member.
  • the pressing member is You may make it be the fiber extended
  • the pressing member may be a fiber that extends in a direction intersecting the surface.
  • the pressing member may be a ventilation body having a ventilation path in a direction extending before the parallel member is pressed by the pressing member.
  • the movable member may be a carbon nanotube.
  • FIG. 1 is a perspective view (FIG. 1 (a)), plan view (FIG. 1 (b)), bottom view of a valved structure 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II (FIG. 2 (a)) of the valved structure 1 according to the first embodiment of the present invention (FIG. 2 (b)). ).
  • Fig. 3 is a cross-sectional view of II-II II of the valved structure 1 when the gas molecule G that has passed through the passage 2 2 from the opening 2 2 b on the back surface 2 b collides with the valve part 4 due to thermal motion. is there.
  • Fig. 4 shows a cross-sectional view of the valved structure 1 when the gas molecule G heading to the surface 2 a without moving through the passage 2 2 collides with the valve part 4 due to thermal motion. It is.
  • FIG. 5 is a view showing a state in which the valved structure 1 is connected to the rotary shaft 10.
  • FIG. 6 is a view showing a modified example of the opening 2 2 a and the opening 2 2 b
  • FIG. 6 (a) is a structure with a valve 1 when the opening 2 2 a and the opening 2 2 b are circles
  • FIG. 6 (b) is a plan view of the valved structure 1 when the opening 2 2a and the opening 2 2b are elliptical.
  • FIG. 7 is a perspective view of the valved structure 1 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram VIII of the valved structure 1 according to the second embodiment of the present invention.
  • Fig. 9 shows the structure of a valved structure 1 when gas molecules G that have passed through the passage 2 2 are in thermal motion and collide with the valve part 4 from the opening 2 2 b on the back surface 2 b.
  • Fig. 10 shows gas molecules heading to surface 2 a without passing through passage 2 2
  • FIG. 11 is a perspective view of the valved structure 1 in a modified example using thin films 4 3 and 4 4 in place of the movable members 4 1 and 4 2 in the second embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of the valved structure 1 in which the movable members 4 1, 4 2 (thin films 4 3, 4 4) are arranged inside the passage 2 2.
  • FIG. 13 is a perspective view of the base body 2 provided with the parallel member 6 on the surface 2 a.
  • FIG. 14 is a perspective view of the valved structure 1 according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a perspective view of the valved structure 1 in a state in which fibers 7 extending in a direction perpendicular to the surface 2a are pressed toward the surface 2a.
  • FIG. 16 is a perspective view of the valved structure 1 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a view of the basic structure 2 in which the base body 2 is not porous in the structure 1 with a valve when the fiber 7 extends in a direction not intersecting with the surface 2a.
  • FIG. 17 (b) is a front sectional view illustrating a state in which gas molecules G 1 and G 2 located inside the pair of parallel members 6 collide with the pair of parallel members 6,
  • FIG. c) is a front cross-sectional view illustrating a state in which the gas molecules G located outside the pair of parallel members 6 collide with the pair of parallel members 6.
  • FIG. 17 is a view of the basic structure 2 in which the base body 2 is not porous in the structure 1 with a valve when the fiber 7 extends in a direction not intersecting with the surface 2a.
  • FIG. 17 (b) is a front sectional view illustrating a state in which gas molecules G 1 and G 2 located inside the pair of parallel members 6 collide with the pair of parallel members 6
  • FIG. c) is a front cross-sectional view illustrating
  • FIG. 18 is a perspective view of the valved structure 1 in which the base body 2 is not porous when the fiber 7 extends in a direction intersecting the surface 2a.
  • FIG. 19 is a perspective view of the base body 2 which is not porous in the fourth embodiment.
  • FIG. 20 is a perspective view of the valved structure 1 according to the fifth embodiment of the present invention.
  • Fig. 21 shows Fig. 21 (a) is an aa cross-sectional view of Fig. 20 (however, gas molecule G passes through valve part 4 from below), and Fig. 21 (b) shows Fig. 21 (b) Fig. 20 is a cross-sectional view along line bb in Fig. 20 (however, gas molecule G passes through valve part 4 from below).
  • Fig. 22 shows Fig. 22 (a) is a cross-sectional view along line aa in Fig. 20 (however, gas molecule G passes through valve part 4 from above), and Fig. 22 (b) shows Fig. Fig. 20 is a cross-sectional view along line bb in Fig. 20 (however, gas molecule G passes through valve part 4 from above).
  • Fig. 23 shows the cross-section II of the valved structure 1 according to the sixth embodiment II FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view (FIG. 1 (a)), a plan view (FIG. 1 (b)), a bottom view (FIG. 1 (FIG. 1) of the valved structure 1 according to the first embodiment of the present invention. c))).
  • the valved structure 1 includes a base body 2 and a valve part 4 and is placed in a gas.
  • the base body 2 is, for example, a rectangular parallelepiped, and has a front surface 2a and a back surface 2b, and a passage 22 that opens to the front surface 2a and the back surface 2b and through which gas molecules can pass.
  • the opening 2 2 a in which the passage 2 2 is open on the front surface 2 a and the opening 2 2 b in which the passage 2 2 is open on the back surface 2 b are elongated rectangles.
  • the width W of the passage 22 is preferably narrow so as to form a large number of valve parts 4 on the surface 2a, for example, several nanometers to several tens of nanometers. However, the width W can be made larger than several tens of nanometers.
  • the thickness of the base body 2 only needs to be sufficient to ensure the strength of the base body 2, for example, about 1 mm to 2 mm.
  • Carbon nanotubes because they are required to move by the thermal motion of gas molecules, have a small diameter, eg 0.7 nanometers) Many are provided in a.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the line II II of the valved structure 1 according to the first embodiment of the present invention (FIG. 2 (a.)), And an enlarged plan view of the vicinity of the valve part 4 (FIG. 2 (b) )). 1 and 2 show a state where the valve portion 4 is closed. Further, in FIG.
  • the valve unit 4 is a movable member that is supported in one region 26 of the surface 2 a and rotates (or “does”) about the one region 26 in a direction moving away from or approaching the surface 2 a.
  • the valve portion (movable member) 4 has a surface 2 a 0 opening 2 2 a and two regions 2 4 a and 2 4 b (however, in this embodiment, the region is a concept including a point, a line, and a surface, (It is a straight line in Fig. 2). This state is a state in which the valve portion 4 is closed.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of II-II II of the valved structure 1 when the gas molecule G that has passed through the passage 2 2 from the opening 2 2 b on the back surface 2 b collides with the valve part 4 due to thermal motion. is there. Before the gas molecule G passes through the passage 22, the valve part 4 is closed as shown in FIG. 3 (a).
  • the gas molecule G passes through the passage 22, the gas molecule G collides with the valve part 4.
  • the valve portion 4 is fixed to one region 26 of the surface 2 a in the vicinity of the fixed end 4 a which is one end thereof.
  • the free end 4 b opposite to the fixed end 4 a is not fixed to the surface 2 ⁇ a.
  • the valve portion 4 is light, for example, a carbon nanotube having a diameter of 0.7 nanometer. Therefore, when the gas molecule G collides with the valve part 4, the free end 4b force S on the opposite side of the valve part 4 is rotated about the region 2 6 away from the surface 2a (Fig. 3 ( b)).
  • This state (that is, when the valve portion (movable member) 4 moves away from the surface 2a) is a state where the force valve portion 4 is open.
  • the free end 4 b is described as “rotating and moving”, it is fully conceivable that the valve unit 4 itself “spins”. Even in such a case, there is no 'instead of opening the valve section 4.
  • the gas molecules G are reflected by the valve portion 4 (see FIG. 3 (c)). In this way, the gas molecules G pass through the valved structure 1.
  • the momentum of each gas molecule G due to the thermal motion is different. Some gas molecules G have a small momentum due to thermal motion.
  • FIG. 4 is a II-II cross-sectional view of the valved structure 1 when a gas molecule G heading for the surface 2 a without moving through the passage 22 and thermally collides with the valve part 4.
  • Gas molecule G goes to surface 2a and is reflected by surface 2a.
  • the valve part 4 since the valve part 4 is disposed on the surface 2 a, gas molecules G directed toward the surface 2 a may collide with the closed valve part 4.
  • gas that goes to surface 2 a without passing through passage 2 2 Let P2 be the probability that valve 4 will open when molecule G collides with valve 4 due to thermal motion.
  • probability P1 is larger than probability P2.
  • the air pressure applied to the front surface 2a is equal to the air pressure applied to the back surface 2b. Therefore, from the opening 2 2 b of the back surface 2 b to the opening 2 2 a of the front surface 2 a, the number XI of gas molecules G passing through the passage 2 2 and the opening 2 2 a of the front surface 2 a to the back surface
  • the number X2 of gas molecules G trying to pass through the passage 2 2 to the opening 2 2 b of 2 b can be regarded as equal.
  • the number of gas molecules G that thermally move and collide with the valve part 4 among the gas molecules G that have passed through the passage 22 from the opening 2 2 b of the back surface 2 b is Y1.
  • the number Y2 of gas molecules G that travels to the surface 2a without passing through the passage 22 and collides with the valve portion 4 due to thermal motion. Since X1 X2 can be considered, Y1 and Y2 can be considered equal. Then, from the opening 2 2 b on the back surface 2 b, the gas molecule G that has passed through the passage 22 is thermally moved and collides with the valve portion 4 to open the valve portion 4 (referred to as “first phenomenon”). The number of times that occurs is P1 XY1.
  • the number of times that the phenomenon that the valve part 4 opens (referred to as “second phenomenon”) when the gas molecule G heading to the surface 2 a without moving through the passage 2 2 collides with the valve part 4 due to thermal motion is P2 XY2 Become. Probability P1 is greater than probability P2, so P1 X Y1 is greater than P2 XY2. That is, the number of occurrences of the first phenomenon is larger than the number of occurrences of the second phenomenon.
  • the momentum due to the thermal motion of the gas molecule G is given to the valve part 4. The given momentum is used to push the base body 2 if the valve 4 remains closed.
  • the given momentum is mainly used to open the valve 4 when the valve 4 is opened, and only partially used to push the foundation 2. Therefore, when the first phenomenon occurs, only a part of the momentum given to the valve section 4 is the momentum that pushes the base body 2 from the back surface 2 b toward the front surface 2 a (referred to as “first momentum”). ) Is not used for the first momentum.
  • first momentum the momentum that pushes the base body 2 from the back surface 2 b toward the front surface 2 a
  • second momentum a momentum that pushes the base body 2 from the surface 2 a toward the back surface 2 b. Is not used, and the second momentum becomes smaller.
  • FIG. 5 is a view showing a state in which the valved structure 1 is connected to the rotary shaft 10.
  • the momentum due to the thermal motion of the gas molecule G is This can be used to push part 4 in the direction from back surface 2 b to front surface 2 a. This movement also causes a force F in the direction from the back surface 2 b to the front surface 2 a on the valved structure 1. This force F can be extracted as torque.
  • the momentum due to the thermal motion of the gas molecule G can be used in various forms.
  • the opening 2 2 a and the opening 2 2 b are elongated rectangles.
  • FIG. 6 is a view showing a modified example of the opening 2 2 a and the opening 2 2 b, and FIG. 6 (a) shows the valved structure 1 when the opening 2 2 a and the opening 2 2 b are circles.
  • FIG. 6 (b) is a plan view of the valved structure 1 when the opening 2 2a and the opening 2 2b are elliptical.
  • the base body 2 has holes of a shape such as a rectangle, a circle, and an ellipse.
  • the base body 2 is porous (porous ceramic, porous alumina, porous carbon, etc.), the pores of the porous base body 2 are not in the air passage 22 even if no holes are formed. Fulfills the function. That is, if the base body 2 is made porous, it is not necessary to open a hole having a function of the air passage 22 in the base body 2 by cutting or the like.
  • Second embodiment
  • FIG. 7 is a perspective view of the valved structure 1 according to the second embodiment of the present invention.
  • a valved structure 1 according to the second embodiment includes a base body 2 and movable members 4 1 and 4 2.
  • the basic body 2 is the same as that of the first embodiment, and a description thereof is omitted.
  • the movable members 4 1 and 4 2 constitute the valve portion 4.
  • the movable members 4 1 and 4 2 are a set of movable members that extend in a direction away from the base body 2 (obliquely upward).
  • the movable members 4 1 and 4 2 are, for example, carbon nanotubes (because they are required to move by the thermal motion of gas molecules, the diameter is small, for example, 0.7 nm).
  • FIG. 8 is a VIII-VIII cross-sectional view of the valved structure 1 according to the second embodiment of the present invention. 7 and 8 illustrate a state where the valve portion 4 is closed.
  • the movable members 4 1 and 4 2 are supported in a chamfer region 2 8 of the surface 2 a (for example, inclined by 45 degrees from the surface 2 a) and move in a direction away from or closer to the surface 2 a.
  • the movable members 4 1 and 4 2 are carbon nanotubes
  • the movable members 4 1 and 4 2 are perpendicular to the chamfered region 2 8 if the movable members 4 1 and 4 2 are attached to the chamfered region 2 8. In other words, it extends in a direction away from the base body 2 (obliquely upward).
  • each of the pair of movable members 4 1 and 4 2 is separated from the base body 2 and is in contact with the vicinity of each tip (or Although they are separated, they are close enough to be considered touching). This state is a state in which the valve portion 4 is closed.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the valve-equipped structure 1 when the gas molecule G that has passed through the passage 22 is thermally moved and collides with the valve part 4 from the opening 2 2 b of the back surface 2 b. is there.
  • the valve portion 4 is closed as shown in FIG. 9 (a).
  • the gas molecule G collides with the valve part 4.
  • the gas molecule G collides with the movable member 41 of the valve unit 4.
  • the movable member 41 is fixed to the chamfer region 28 of the fixed end 41a force surface 2a which is one end of the movable member 41.
  • the movable member 4 1 is not fixed at the free end 4 1 b opposite to the fixed end 4 1 a.
  • the movable member 41 is light, for example, a carbon nano tube having a diameter of 0.7 nanometer. Therefore, when the gas molecule G collides with the movable member 41, the free end 4 1b of the movable member 4 1 rotates around the chamfered region 2 8 away from the surface 2a (Fig. 9 (b See)). Then, the movable member 4 1 and the movable member 4 2 are separated. This state (ie, a set of movable members 4 1 and 4 2 are not in contact with each other) but valve 4 is open.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the valved structure 1 taken along the line VIII-VIII when the gas molecules G traveling toward the surface 2a without passing through the passage 22 are thermally moved and collide with the valve part 4.
  • Gas molecule G goes to surface 2a and is reflected by surface 2a.
  • the valve part 4 since the valve part 4 is disposed on the surface 2 a, gas molecules G directed toward the surface 2 a may collide with the closed valve part 4.
  • the gas molecule G collides with the movable member 41 of the valve unit 4.
  • gas molecule G is in valve part 4. It remains closed even if it collides. Therefore, the gas molecule G cannot pass through the valved structure and is reflected by the valve portion 4. Actually, even if the gas around the valved structure 1 has a uniform temperature, the momentum of each gas molecule G due to the thermal motion is different. Some gas molecules G have a large momentum due to thermal motion. For this reason, the gas molecule G may open the valve part 4 in rare cases.
  • the valve portion 4 is constituted by the movable members 4 1 and 4 2.
  • the thin films 4 3 and 4 4 may be used instead of the movable members 4 1 and 4 2 (see FIG. 11).
  • FIG. 11 is a perspective view of the valved structure 1 in a modified example using thin films 4 3 and 4 4 in place of the movable members 4 1 and 4 2 in the second embodiment.
  • the thin films 4 3 and 4 4 are thin films such as graphene and gold foil having a thickness of about 0.1 nanometer to 100 nanometers (since they are required to move by the thermal motion of gas molecules, Thin is preferred Note that the opening 22a and the opening 2 2b are elongated rectangles, but the shape is not limited to this. However, the shape of the opening 22a and the opening 2 2b is not limited to a rectangle, as in FIG. It can be a circle or an ellipse.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of the valved structure 1 in which the movable members 41 and 42 (thin films 43 and 44) are arranged inside the passage 22.
  • the basic body 2 is the same as that of the first embodiment, and a description thereof is omitted.
  • the movable members 41 and 42 extend in a direction away from the back surface 2b (obliquely upward). In FIG. 12, the tips of the pair of movable members 4 1, 4 2 (thin films 4 3, 44) are in contact with each other. This state is a state in which the valve portion 4 is closed.
  • the movable members 41 and 42 are supported in the region 27 where the passage 22 is located, and move away from or approach the back surface 2b. From the opening 22b of the back surface 2b, passing through the passage 22 and going to the valve part 4, the gas part G is thermally moved and collides with the valve part 4 to open the valve part 4.
  • P1 be the probability.
  • gas molecule G can open valve 4. This is the same as in the case of FIG. P2 is the probability that the gas part G will open from the opening 2 2a of the surface 2a, pass through the passage 22 and go to the valve part 4, and the gas part G will thermally move and collide with the valve part 4. . If the gas molecule G opens the valve part 4, it may be rare, so the probability P2 may not be 0, but it is relatively small. This is the same as in the case of FIG. Here, as described with reference to FIG. 9 and FIG. 10, the probability P1 is larger than the probability P2. Then, as in the first embodiment, the force F acts on the valved structure 1 in the direction from the front surface 2a to the back surface 2b, so the same effect as in the first embodiment is obtained. Play. Third embodiment
  • the valved structure 1 includes a parallel member 6 in which a valve portion having a function similar to that of the movable members 41 and 42 in the second embodiment is provided on the surface 2a. (Pressing member) 7 is formed by pressing.
  • FIG. 13 is a perspective view of the base body 2 provided with the parallel member 6 on the surface 2 a.
  • the parallel members 6 are supported in a certain region of the surface 2a and are separated from the base body 2 in directions parallel to each other (for example, a direction perpendicular to the surface 2a). Stretch so that.
  • the parallel member 6 is, for example, a carbon nanotube (because it is required to move by the thermal motion of gas molecules, the diameter is small, for example, 0.7 nanometer).
  • the base body 2 is porous.
  • FIG. 14 is a perspective view of the valved structure 1 according to the third embodiment of the present invention.
  • a fiber (pressing member) 7 pressed toward the surface 2 a of the base body 2 shown in FIG. 13 is provided.
  • the parallel members 6 come into contact with each other near the tip (free end). Since the movable members 4 1 and 4 2 in the second embodiment also contact each other in the vicinity of their tips (free ends), the parallel member 6 has the same structure as the valve portion 4 of the second embodiment and acts.
  • the fiber (pressing member) 7 is preferably a strong and thick fiber (for example, a multi-layer carbon nano tube), and is stretched in a direction not intersecting with the surface 2 a.
  • the parallel member 6 between the fibers 7 is shown, but the parallel member 6 in the other part is omitted for convenience of illustration (see FIG. 17). a), Fig. 18)).
  • the operation of the third embodiment is substantially the same as the operation of the second embodiment. However, the gas molecule G collides with the parallel member 6 through the hole (which functions as the air passage 22) of the porous base body 2.
  • the parallel member 6 acts in the same manner as the valve portion 4 of the second embodiment as described above, the gas molecules G that have passed through the holes of the porous base body 2 from the back surface 2 b to the front surface 2 a Pl is the probability that the parallel member 6 will open when it collides with the parallel member 6 due to thermal motion, and the gas molecules G moving toward the surface 2a without passing through the pores of the porous base body 2 will undergo thermal motion and become the parallel member.
  • the probability of opening is P2
  • probability P1 is greater than probability P2.
  • a force F acts on the valved structure 1 in the direction from the front surface 2a to the back surface 2b. Therefore, according to the third embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
  • the fiber (pressing member) 7 may be stretched in a direction intersecting the surface 2 a (for example, perpendicular to the surface 2 a) (see FIG. 15).
  • FIG. 15 is a perspective view of the valved structure 1 in a state in which fibers 7 extending in a direction perpendicular to the surface 2 a are pressed toward the surface 2 a.
  • the parallel members 6 between the fibers 7 are shown, but the parallel members 6 in the other portions are not shown for convenience of illustration.
  • the parallel body is used even if the base body 2 is not porous (ie, there is no air passage connecting the surface 2a and the back surface 2b).
  • FIG. 17 is a view of the basic structure 2 in which the base body 2 is not porous in the structure 1 with a valve when the fiber 7 extends in a direction not intersecting with the surface 2a
  • Fig. 17 (a) is a perspective view
  • FIG. 17 (b) is a front sectional view illustrating a state in which the gas molecules G 1 and G 2 located inside the pair of parallel members 6 collide with the pair of parallel members 6
  • FIG. c) is a front view showing a state in which a gas molecule G located outside the set of parallel members 6 collides with the set of parallel members 6. It is sectional drawing.
  • the fiber 7 is not shown for convenience of illustration.
  • the gas molecules G 1 and G 2 located inside the pair of parallel members 6 are thermally moved and collide with the parallel members 6 (valves) (see Fig. 17 (b)).
  • P2 be the probability of opening gas molecules G located outside the set of parallel members 6 by thermal motion and colliding with the parallel members 6 (valves) (see Fig. 17 (c)).
  • Gas molecule G 1 is in the ridge of groove 2 g.
  • the groove 2g is provided on the surface 2a, and its direction and number are arbitrary.
  • the gas molecules located inside the pair of parallel members 6 include not only G 2 but also G 1, so the number of gas molecules located inside the pair of parallel members 6 As a result, the same effects as those of the third embodiment can be easily achieved. Further, when the fiber 7 is stretched in the direction intersecting the surface 2a, even if the base body 2 is not porous (that is, even if there is no air passage connecting the surface 2a and the back surface 2b), If the parallel member 6 is lengthened, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. FIG.
  • FIG. 18 is a perspective view of the valved structure 1 in which the base body 2 is not porous when the fiber 7 extends in a direction intersecting the surface 2a. Except for the fact that the fiber 7 extends in a direction intersecting the surface 2a, it is the same as that shown in FIG. 17 and has the same effect.
  • Fourth embodiment is a perspective view of the valved structure 1 in which the base body 2 is not porous when the fiber 7 extends in a direction intersecting the surface 2a. Except for the fact that the fiber 7 extends in a direction intersecting the surface 2a, it is the same as that shown in FIG. 17 and has the same effect.
  • FIG. 16 is a perspective view of the valved structure 1 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the ventilation body (pressing member) 8 has a ventilation path 8 2 that opens in a direction (for example, a direction perpendicular to the surface 2 a) before the parallel member 6 is pushed by the ventilation body 8.
  • the parallel members 6 come into contact with each other near the tip (free end). Since the movable members 4 1 and 4 2 in the second embodiment are also in contact with each other in the vicinity of their tips (free ends), the parallel member 6 has the same structure as the valve portion 4 of the second embodiment and acts.
  • the opening of the air passage 82 is shown as a rectangle, but it may be a circle or an ellipse.
  • the parallel member 6 inside the air passage 82 is shown, but the parallel member 6 in the other part is omitted for convenience of illustration (see FIG. 19). The same applies to the figure).
  • the operation of the fourth embodiment is substantially the same as the operation of the third embodiment.
  • the gas molecule G collides with the parallel member 6 through the hole (which functions as the air passage 22) of the porous base body 2.
  • the parallel member 6 acts in the same manner as the valve portion 4 of the second embodiment as described above.
  • the probability that the parallel member 6 will open when the gas molecule G that has passed through the pores of the porous base body 2 from the back surface 2 b to the front surface 2 a and thermally collides with the parallel member 6 is P1, porous.
  • the gas molecules G toward the surface 2a without passing through the holes of the quality base body 2 are thermally moved and collide with the parallel member 6 to cause the parallel member
  • the probability of opening 6 is P2
  • the probability P1 is larger than the probability P2
  • the force is applied to the valved structure 1 in the direction from the front surface 2a to the back surface 2b, as in the first embodiment. F will work. Therefore, according to the fourth embodiment, there are the same effects as in the first embodiment.
  • FIG. 19 is a perspective view of the base body 2 which is not porous in the fourth embodiment. It is similar to that shown in Fig. 17 and has the same effect.
  • FIG. 20 is a perspective view of the valved structure 1 according to the fifth embodiment of the present invention. Since the structure itself of the valved structure 1 that is a view is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • Fig. 21 (a) is a cross-sectional view taken along the line aa in Fig. 20 (however, gas molecules G pass through the valve part 4 from the bottom), and Fig. 21 (b) shows b- in Fig. 20 b Cross-sectional view (however, gas molecule G passes through valve part 4 from below).
  • the valve portion 4 is fixed to one region 26 of the surface 2 a in the vicinity of the fixed end 4 a which is one end thereof.
  • the valve portion 4 has a free end 4 b opposite to the fixed end 4 a and is not fixed to the surface 2 a.
  • valve portion 4 is light, for example, a carbon nanotube having a diameter of 0.7 nanometer. Therefore, (2) When the gas molecule G collides with the valve part 4, the free end 4b on the opposite side of the valve part 4 rotates and moves around one region 26 so as to be separated from the surface 2a (or " The valve part 4 is broken. ”) This state (that is, when the valve part (movable member) 4 moves away from the surface 2a) is a state where the force valve part 4 is open. And (3) Gas molecule G passes upward while colliding with the side of the valve part 4. Thus, let P1 be the probability that valve 4 will open.
  • Fig. 22 (a) is a cross-sectional view taken along line aa in Fig.
  • FIG. 23 is a sectional view taken along the line II II of the valved structure 1 according to the sixth embodiment.
  • the structure of the valved structure 1 according to the sixth embodiment is substantially the same as that of the first embodiment.
  • valve portion 4 is attached to the surface 2a so that the free end 4b of the valve portion 4 is slightly separated from the surface 2a by (A d).
  • This state is called a steady state.
  • the valve part 4 moves away from the surface 2a, the valve part 4 is in an open state (similar to the first embodiment).
  • the valve unit 4 is closer to the surface 2a than in the steady state and the steady state, the valve unit 4 is closed.
  • the operation of the sixth embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • the gas molecule G is thermally moved and collides with the valve part 4 from above (see FIGS. 4 and 22)
  • the momentum due to the thermal movement of the gas molecule G is given to the valve part 4.
  • the sixth embodiment also has the same effect as the first embodiment.

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Abstract

気体分子の熱運動による運動量を利用する。弁付き構造体（１）は、表面（２ａ）および裏面（２ｂ）と、表面（２ａ）および裏面（２ｂ）に開口し気体分子が通過できる通過路（２２）と、を有する基礎体（２）と、通過路（２２）を通過した気体分子が衝突する、表面（２ａ）に配置された開閉可能な弁部（４）とを備える。弁部（４）が閉じた状態において、（１）裏面（２ｂ）の開口（２２ｂ）から、通過路（２２）を通過した気体分子が熱運動して弁部（４）に衝突することにより開く確率をP1 とし、（２）通過路（２２）を通過しないで表面（２ａ）に向かう気体分子が熱運動して弁部（４）に衝突することにより開く確率をP2 とすると、P1＞P2 である。

Description

明 細 書 弁付き構造体 技術分野 本発明は、気体分子の熱運動による運動量を利用することに関する。
背景技術 気体の流れ、 すなわち風を受けて風車を回し電力を生成することが 知られている （例えば、 特許文献 1 (特開 2 0 0 7— 4 0 2 6 8号公 報） の要約を参照）。 これは、 気体分子の （流れによる） 運動量を利用 し、 風車を回すという運動を行わせ、 さらに電力を生成するものであ る。 しかし、 従来技術における風車は、 気体分子の （流れによる） 運動 量を利用することはできても、 気体分子の熱運動による運動量を利用 することはできない。 そこで、 本発明は、 気体分子の熱運動による運動量を利用すること を課題とする。 発明の開示 本発明にかかる第一の弁付き構造体は、 表面および裏面と、 前記表 面および前記裏面に開口し気体分子が通過できる通過路と、 を有する 基礎体と、 前記通過路を通過した前記気体分子が衝突する開閉可能な 弁部と、 を備え、 前記弁部が閉じた状態において、 （ 1 ) 前記裏面の開 口から、 前記通過路を通過した前記気体分子が熱運動して前記弁部に 衝突することにより開く確率を P1とし、 （2 ) 前記通過路を通過しな いで前記表面に向かう前記気体分子が熱運動して前記弁部に衝突する ことにより開く確率を P2とすると、 P1 > P2であるように構成される。 上記のように構成された第一の弁付き構造体は、 基礎体と、 弁部と を備える。 基礎体は、 表面および裏面と、 前記表面および前記裏面に 開口し気体分子が通過できる通過路とを有する。 弁部は、 前記通過路 を通過した前記気体分子が衝突する開閉可能なものである。 さらに、前記弁部が閉じた状態において、 （ 1 )前記裏面の開口から、 前記通過路を通過した前記気体分子が熱運動して前記弁部に衝突する ことにより開く確率を P1とし、 （2 ) 前記通過路を通過しないで前記 表面に向かう前記気体分子が熱運動して前記弁部に衝突することによ り開く確率を P2 とすると、 P1〉P2である。 なお、 本発明にかかる第一の弁付き構造体は、 前記弁部が、 前記表 面の一領域において支持され、 前記表面から遠ざかるまたは近づく方 向に移動する可動部材を有し、 前記可動部材が前記表面の開口とニ領 域において交わるときに、 前記弁部は閉じており、 前記可動部材が前 記表面から遠ざかるときに、 前記弁部は開くようにしてもよい なお、 本発明にかかる第一の弁付き構造体は、 前記弁部が、 前記表 面の一領域において支持され、 前記基礎体から離れる方向に延伸し、 前記表面から遠ざかるまたは近づく方向に移動する一組の可動部材を 有し、 前記一組の可動部材の各々が前記基礎体から離れて接触すると きに、 前記弁部は閉じており、 前記一組の可動部材の各々が接触しな いときに、 前記弁部は開くようにしてもよい。 なお、 本発明にかかる第一の弁付き構造体は、 前記表面に向かって 押し付けられた押し付け部材を備え、 前記一組の可動部材は、 前記表 面の一領域において支持され互いに平行な方向に前記基礎体から離れ ' るように延伸する平行部材が、 前記押し付け部材により押されること により、 生成されるようにしてもよい。 . なお、本発明にかかる第一の弁付き構造体は、前記押し付け部材は、 前記表面と交差しない方向に延伸する繊維であるようにしてもよい。 なお、本発明にかかる第一の弁付き構造体は、前記押し付け部材は、 前記表面と交差する方向に延伸する繊維であるようにしてもよい。 なお、本発明にかかる第一の弁付き構造体は、前記押し付け部材は、 前記平行部材が前記押し付け部材により押される前に延伸する方向に 通気路を有する通気体であるようにしてもよい。 なお、 本発明にかかる第一の弁付き構造体は、 前記基礎体は多孔質 体であるようにしてもよレ なお、 本発明にかかる第一の弁付き構造体は、 前記可動部材はカー ボンナノチューブまたは薄膜であるようにしてもよい。 本発明にかかる第二の弁付き構造体は、 表面および裏面と、 前記表 面および前記裏面に開口し気体分子が通過できる通過路と、 を有する 基礎体と、 前記通過路内部に配置され、 前記通過路内部を通過する前 記気体分子が衝突する、 開閉可能な弁部と、 を備え、 前記弁部が閉じ た状態において、 （ 1 )前記裏面の開口から、前記通過路を通過して前 記弁部に向かう前記気体分子が熱運動して前記弁部に衝突することに より開く確率を P1とし、 （2 ) 前記表面の開口から、 前記通過路を通 過して前記弁部に向かう前記気体分子が熱運動して前記弁部に衝突す ることにより開く確率を P2とすると、 P1 > P2であるように構成され る。 上記のように構成された第二の弁付き構造体は、 基礎体と、 弁部と を備える。 基礎体は、 表面および裏面と、 前記表面および前記裏面に 開口し気体分子が通過できる通過路とを有する。 弁部は、 前記通過路 内部に配置され、前記通過路内部を通過する前記気体分子が衝突する、 開閉可能なものである。 さらに、前記弁部が閉じた状態において、 （ 1 )前記裏面の開口から、 前記通過路を通過して前記弁部に向かう前記気体分子が熱運動して前 記弁部に衝突することにより開く確率を P1とし、 （2 ) 前記表面の開 口から、 前記通過路を通過して前記弁部に向かう前記気体分子が熱運 動して前記弁部に衝突することにより開く確率を P2 とすると、 Pl > P2である。 なお、 本発明にかかる第二の弁付き構造体は、 前記弁部が、 前記通 過路のー領域において支持され、 前記裏面から離れる方向に延伸し、 前記裏面から遠ざかるまたは近づく方向に移動する一組の可動部材を 有し、 前記一組の可動部材の各々が接触するときに、 前記弁部は閉じ ており、 前記一組の可動部材の各々が接触しないときに、 前記弁部は 開くようにしてもよい。 なお、 本発明にかかる第二の弁付き構造体は、 前記可動部材はカー ボンナノチューブまたは薄膜であるようにしてもよレ、。 本発明にかかる第三の弁付き構造体は、 表面を有する基礎体と、 気 体分子が衝突する開閉可能な弁部と、 を備え、 前記弁部は、 前記表面 の一領域において支持され、 前記基礎体から離れる方向に延伸し、 前 記表面から遠ざかるまたは近づく方向に移動する一組の可動部材を有 し、 前記一組の可動部材の各々が前記基礎体から離れて接触するとき に、 前記弁部は閉じており、 前記一組の可動部材の各々が接触しない ときに、前記弁部は開くものであり、前記弁部が閉じた状態において、 ( 1 ) 前記一組の可動部材の内側に位置する前記気体分子が熱運動し て前記弁部に衝突することにより開く確率を P1 とし、 （2 ) 前記一組 の可動部材の外側に位置する前記気体分子が熱運動して前記弁部に衝 突することにより開く確率を P2とすると、 P1 > P2であるように構成 される。 上記のように構成された第三の弁付き構造体は、 基礎体と、 弁部と を備える。 基礎体は、 表面を有する。 弁部は、 気体分子が衝突する開 閉可能なものである。 さらに、 前記弁部は、 前記表面の一領域において支持され、 前記基 礎体から離れる方向に延伸し、 前記表面から遠ざかるまたは近づく方 向に移動する一組の可動部材を有し、 前記一組の可動部材の各々が前 記基礎体から離れて接触するときに、 前記弁部は閉じており、 前記一 組の可動部材の各々が接触しないときに、前記弁部は開くものである。 しかも、前記弁部が閉じた状態において、 （ 1 )前記一組の可動部材 の内側に位置する前記気体分子が熱運動して前記弁部に衝突すること により開く確率を P1とし、 （ 2 ) 前記一組の可動部材の外側に位置す る前記気体分子が熱運動して前記弁部に衝突することにより開く確率 を P2とすると、 P1 > P2である。 なお、 本発明にかかる第三の弁付き構造体は、 前記表面が溝を有し ているようにしてもよレ、。 なお、 本発明にかかる第三の弁付き構造体は、 前記表面に向かって 押し付けられた押し付け部材を備え、 前記一組の可動部材は、 前記表 面の一領域において支持され互いに平行な方向に前記基礎体から離れ るように延伸する平行部材が、 前記押し付け部材により押されること により、 生成されるようにしてもよい。 なお、本発明にかかる第三の弁付き構造体は、前記押し付け部材は、 前記表面と交差しない方向に延伸する繊維であるようにしてもよい。 なお、本発明にかかる第三の弁付き構造体は、前記押し付け部材は、 前記表面と交差する方向に延伸する繊維であるようにしてもよい。 なお、本発明にかかる第三の弁付き構造体は、前記押し付け部材は、 前記平行部材が前記押し付け部材により押される前に延伸する方向に 通気路を有する通気体であるようにしてもよい。 なお、 本発明にかかる第三の弁付き構造体は、 前記可動部材はカー ボンナノチューブであるようにしてもよい。
図面の簡単な説明 第 1図は、 本発明の第一の実施形態にかかる弁付き構造体 1の斜視 · 図 （第 1図 （a ) )、 平面図 （第 1図 （b ) )、 底面図 （第 1図 （c ) ) で ある。
第 2図は、 本発明の第一の実施形態にかかる弁付き構造体 1の II— II 断面図 （第 2図 （a ) )、 弁部 4付近の拡大平面図 （第 2図 （b ) ) である。
第 3図は、 裏面 2 bの開口 2 2 bから、 通過路 2 2を通過した気体 分子 Gが熱運動して弁部 4に衝突するときの弁付き構造体 1の II一 II 断面図である。
第 4図は、 通過路 2 2を通過しないで表面 2 aに向かう気体分子 G が熱運動して弁部 4に衝突するときの弁付き構造体 1の II一 II断面図 である。
第 5図は、 弁付き構造体 1を回転軸 1 0に接続した状態を示す図で ある。
第 6図は、 開口 2 2 a、 開口 2 2 bの変形例を示す図であり、 第 6 図 （ a ) は開口 2 2 aおよび開口 2 2 bが円であるときの弁付き構造 体 1の平面図、 第 6図 （b ) は開口 2 2 aおよび開口 2 2 bが楕円で あるときの弁付き構造体 1の平面図である。
第 7図は、 本発明の第二の実施形態にかかる弁付き構造体 1の斜視 図である。
第 8図は、本発明の第二の実施形態にかかる弁付き構造体 1の VIII
-VIII断面図である。
第 9図は、 裏面 2 bの開口 2 2 bから、 通過路 2 2を通過した気体 分子 Gが熱運動して弁部 4に衝突するときの弁付き構造体 1の VIII
-VIII断面図である。
第 1 0図は、 通過路 2 2を通過しないで表面 2 aに向かう気体分子
Gが熱運動して弁部 4に衝突するときの弁付き構造体 1の VIII—
VIII断面図である。
第 1 1図は、 第二の実施形態における可動部材 4 1、 4 2にかえて 薄膜 4 3、 4 4を用いた変形例における弁付き構造体 1の斜視図であ る。
第 1 2図は、 可動部材 4 1、 4 2 (薄膜 4 3 , 4 4 ) を通過路 2 2 の内部に配置した弁付き構造体 1の VIII— VIII断面図である。
第 1 3図は、 基礎体 2の表面 2 aに平行部材 6を設けたものの斜視 図である。
第 1 4図は、 本発明の第三の実施形態にかかる弁付き構造体 1の斜 視図である。 第 1 5図は、 表面 2 aに垂直方向に延伸する繊維 7を表面 2 aに向 かって押し付けた状態の弁付き構造体 1の斜視図である。
第 1 6図は、 本発明の第四の実施形態にかかる弁付き構造体 1の斜 視図である。
第 1 7図は、 繊維 7が表面 2 aと交差しない方向に延伸する場合の 弁付き構造体 1において基礎体 2が多孔質ではないものの図であり、 第 1 7図 （ a ) は斜視図、 第 1 7図 （ b ) は一組の平行部材 6の内側 に位置する気体分子 G 1、 G 2が一組の平行部材 6に衝突する状態を 図示した正面断面図、 第 1 7図 （c ) は一組の平行部材 6の外側に位 置する気体分子 Gがー組の平行部材 6に衝突する状態を図示した正面 断面図である。
第 1 8図は、 繊維 7が表面 2 aと交差する方向に延伸する場合の弁 付き構造体 1において基礎体 2が多孔質ではないものの斜視図である。 第 1 9図は、 第四の実施形態において基礎体 2が多孔質ではないも のの斜視図である。
第 2 0図は、 本発明の第五の実施形態にかかる弁付き構造体 1の斜 視図である。
第 2 1図は、 第 2 1図 （a ) は第 2 0図の a— a断面図 （ただし、 気体分子 Gが下から弁部 4を通過する）、 第 2 1図 （b ) は第 2 0図の b— b断面図 （ただし、 気体分子 Gが下から弁部 4を通過する） であ る。
第 2 2図は、 第 2 2図 （a ) は第 2 0図の a— a断面図 （ただし、 気体分子 Gが上から弁部 4を通過する）、 第 2 2図 （b ) は第 2 0図の b— b断面図 （ただし、 気体分子 Gが上から弁部 4.を通過する） であ る。
第 2 3図は、 第六の実施形態にかかる弁付き構造体 1の II一 II断面 図である。
発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。 第一の実施形態
第 1図は、 本発明の第一の実施形態にかかる弁付き構造体 1の斜視 図 （第 1図 （a ) )、 平面図 （第 1図 （b ) )、 底面図 （第 1図 （ c ) ) で ある。 弁付き構造体 1は、 基礎体 2、 弁部 4を備え、 気体のなかに置かれ る。 基礎体 2は、 例えば直方体であり、 表面 2 aおよび裏面 2 bと、 表面 2 aおよび裏面 2 bに開口し気体分子が通過できる通過路 2 2を 有する。 通過路 2 2が表面 2 aに開口している開口 2 2 aと、 裏面 2 bに開口している開口 2 2 bとは、 細長い長方形である。 通過路 2 2の幅 Wは、 弁部 4を表面 2 aに数多く形成するために、 狭くすることが好ましく、 例えば、 数ナノメートルから数十ナノメー トルとする。 ただし、 幅 Wを数十ナノメートルよりも大きくすること も可能である。 基礎体 2の厚さは、 基礎体 2の強度を確保するために 充分な厚さがあればよく、 例えば 1mmから 2mm程度とする。 カーボンナノチューブ （気体分子の熱運動により動くことが要求さ れるので、 直径は小さく、 例えば 0.7ナノメートルとする） が表面 2 aに多数設けられている。 カーボンナノチューブは、 その一端が表面 2 aに固定されている。 表面 2 aに設けられたカーボンナノチューブ のなかには、 表面 2 aの開口 2 2 aを横断するものがあり、 それを弁 部 4という。表面 2 aに設けられたカーボンナノチューブのなかでも、 表面 2 aの開口 2 2 aを横断しないものは、 偽弁部 5 とレ、う。 第 2図は、 本発明の第一の実施形態にかかる弁付き構造体 1の II一 II 断面図 （第 2図 （a.) )、 弁部 4付近の拡大平面図 （第 2図 （b ) ) である。 なお、 第 1図および第 2図は、 弁部 4が閉じている状態を図 示している。 また、 第 2図 （b ) においては、 図示の便宜上、 弁部 4 を透視して、 二領域 2 4 a、 2 4 b、 一領域 2 6を図示している。 弁部 4は、 表面 2 aの一領域 2 6において支持され、 一領域 2 6を 中心として、 表面 2 aから遠ざかるまたは近づく方向に回転移動する (または、 「し る」） 可動部材である。 弁部 （可動部材） 4が、 表面 2 a 0 開口 2 2 a と二領域 2 4 a、 2 4 b (ただし、 本実施形態において、 領域は、 点、 線および面を含む 概念であり、 第 2図では直線である） において交わる。 この状態が、 弁部 4が閉じている状態である。 なお、 第 1図、 第 2図においては、 表面 2 aが上方に、 裏面 2 bが 下方に図示されているが、 表面 2 aが裏面 2 よりも上方にある必要 は無い。 第 1図、 第 2図に図示する弁付き構造体 1の上下関係を逆転 させてもよく、 斜めにしてもよレ、。 次に、 第一の実施形態の動作を説明する。 弁付き構造体 1の周囲の気体の気体分子 Gは、 熱運動している。 第 3図は、 裏面 2 bの開口 2 2 bから、 通過路 2 2を通過した気体 分子 Gが熱運動して弁部 4に衝突するときの弁付き構造体 1の II一 II 断面図である。 気体分子 Gが通過路 2 2を通過する前は、 第 3図 （a ) に示すよう に、 弁部 4は閉じている。 ここで、 気体分子 Gが通過路 2 2を通過すると、 気体分子 Gが弁部 4に衝突する。 弁部 4は、 その一端である固定端 4 aの近傍が、 表面 2 aの一領域 2 6に固定されている。 しかし、 弁部 4は、 固定端 4 a とは反対側の自由端 4 bは表面 2· aに固定されていない。 しかも、 弁 部 4は軽く、 例えば直径 0.7ナノメートルのカーボンナノチューブで ある。 よって、 気体分子 Gが弁部 4に衝突すると、 弁部 4の反対側の 自由端 4 b力 S、 表面 2 aから離れるように一領域 2 6を中心として回 転移動する （第 3図 （b ) 参照）。 この状態 （すなわち、 弁部 （可動部 材） 4が表面 2 aから遠ざかるとき） 力 弁部 4が開いている状態で ある。 なお、 自由端 4 bが 「回転移動する」 と記載したが、 弁部 4自 体が 「しなる」 ことも充分に考えられる。 かかる場合であっても、 弁 部 4が開くことにかわり'は無い。 そして、気体分子 Gは弁部 4により反射される（第 3図（c )参照) このようにして、 気体分子 Gが弁付き構造体 1を通過していく。 なお、 実際には、 弁付き構造体 1の周囲の気体が一様な温度であつ ても、 気体分子 Gの各々の熱運動による運動量は、 それぞれ異なる。 気体分子 Gのなかには、 熱運動による運動量が小さいものもある。 こ のため、気体分子 Gが弁部 4を開くことができない場合もある。だが、 気体分子 Gが弁部 4を開くことができる場合が多い。 ここで、 裏面 2 bの開口 2 2 bから、 通過路 2 2を通過した気体分子 Gが熱運動して 弁部 4に衝突することにより弁部 4が開く確率を P1とする。 第 4図は、 通過路 2 2を通過しないで表面 2 aに向かう気体分子 G が熱運動して弁部 4に衝突するときの弁付き構造体 1の II一 II断面図 である。 気体分子 Gは表面 2 aに向かい、 表面 2 aにより反射される。 ここ で、 弁部 4は表面 2 aに配置されているので、 表面 2 aに向かう気体 分子 Gが、 閉じている弁部 4に衝突することがある。 弁部 4の自由端 4 bが、 気体分子 Gの衝突の衝撃により移動しょうとしても、 表面 2 aに阻まれ動くことができない。 よって、 気体分子 Gが弁部 4に衝突 しても閉じたままである。 よって、 気体分子 Gは弁付き構造体 1を通 過できず、 弁部 4により反射される。 なお、 実際には、 弁付き構造体 1の周囲の気体が一様な温度であつ ても、 気体分子 Gの各々の熱運動による運動量は、 それぞれ異なる。 気体分子 Gのなかには、 熱運動による運動量が大きいものもある。 こ のため、 気体分子 Gが弁部 4を開いてしまう場合も、 まれにあるかも しれない。 ここで、 通過路 2 2を通過しないで表面 2 aに向かう気体 分子 Gが熱運動して弁部 4に衝突することにより弁部 4が開く確率を P2とする。 ここで、 確率 P1は確率 P2よりも大きくなる。 表面 2 aにかかる気圧と、 裏面 2 bにかかる気圧とは等しい。 よつ て、 裏面 2 bの開口 2 2 bから表面 2 aの開口 2 2 aへ、 通過路 2 2 を通過しようとする気体分子 Gの個数 XI と、 表面 2 aの開口 2 2 a から裏面 2 bの開口 2 2 b へ、 通過路 2 2を通過しようとする気体分 子 Gの個数 X2とは等しいとみなすことができる。 ここで、 裏面 2 bの開口 2 2 bから、 通過路 2 2を通過した気体分 子 Gのうちで、 熱運動して弁部 4に衝突する気体分子 Gの個数を Y1 とする。 また、 通過路 2 2を通過しないで表面 2 aに向かう気体分子 Gのうちで、 熱運動して弁部 4に衝突する気体分子 Gの個数 Y2 とす る。 X1=X2 とみなすことができるため、 Y1 と Y2 とは等しいとみな すことができる。 すると、 裏面 2 bの開口 2 2 bから、 通過路 2 2を通過した気体分 子 Gが熱運動して弁部 4に衝突することにより弁部 4が開く現象（「第 一現象」 という） が生じる回数は P1 XY1 となる。 通過路 2 2を通過 しないで表面 2 aに向かう気体分子 Gが熱運動して弁部 4に衝突する ことにより弁部 4が開く現象 （「第二現象」 という） が生じる回数は P2 XY2となる。 確率 P1は確率 P2よりも大きいので、 P1 X Y1が P2 XY2よりも大きくなる。 すなわち、 第一現象の生じる回数は、 第二現 象の生じる回数よりも大きい。 気体分子 Gが弁部 4に衝突することにより、 弁部 4に気体分子 Gの 熱運動による運動量が与えられる。 与えられた運動量は、 弁部 4が閉 じたままであれば、 基礎体 2を押す運動に使われる。 与えられた運動 量は、 弁部 4が開く場合は、 主に弁部 4を開く運動に使われ、 基礎体 2を押す運動には一部しか使われない。 よって、 第一現象が生じた場 合は、 弁部 4に与えられた運動量のうちの一部しか、 基礎体 2を裏面 2 bから表面 2 aに向かって押す運動量 （「第一運動量」 という） には 使われず、 第一運動量が小さくなる。 第二現象が生じた場合は、 弁部 4に与えられた運動量のうちの一部しか、 基礎体 2を表面 2 aから裏 面 2 bに向かって押す運動量 （「第二運動量」 という） には使われず、 第二運動量が小さくなる。 第一現象の生じる回数は、 第二現象の生じ る回数よりも大きいので、 基礎体 2を裏面 2 bから表面 2 aに向かつ て押す第一運動量は、 基礎体 2を表面 2 aから裏面 2 bに向かって押 す第二運動量よりも小さいことになる。 よって、 弁付き構造体 1に、 表面 2 aから裏面 2 bへ向かう方向に力 Fが働くことになる。 この力 Fは、 例えば、 第 5図を参照して、 弁付き構造体 1を回転軸 1 0に接 続した場合、 回転軸 1 0回りのトルク Tに変換することができる。 第 5図は、弁付き構造体 1を回転軸 1 0に接続した状態を示す図である。 気体分子 Gが上向きに移動するときの、 気体分子 Gの衝突前の運動 量の絶対値と、 気体分子 Gの衝突後の運動量の絶対値との差が、 基礎 体 2に与える上向きと下向きの運動量の絶対値の差におおよそ等しい ものと思われる。 第一の実施形態によれば、 気体分子 Gの熱運動による運動量を、 弁 部 4を裏面 2 bから表面 2 aへ向かう方向に押す運動に使うことがで きる。 この運動は、 さらに、 弁付き構造体 1に、 裏面 2 bから表面 2 aへ向かう方向の力 Fとなる。 この力 Fはトルクとして取り出すこと ができる。 すなわち、 気体分子 Gの熱運動による運動量を色々な形で 利用することができる。 なお、 第一の実施形態においては、 開口 2 2 a、 開口 2 2 bは細長 い長方形である。 しかし、 開口 2 2 a、 開口 2 2 bの形状は長方形に 限定されず、 円または楕円でもよい。 第 6図は、 開口 2 2 a、 開口 2 2 bの変形例を示す図であり、 第 6 図 （a ) は開口 2 2 aおよび開口 2 2 bが円であるときの弁付き構造 体 1の平面図、 第 6図 （b ) は開口 2 2 aおよび開口 2 2 bが楕円で あるときの弁付き構造体 1の平面図である。 また、 基礎体 2に長方形、 円、 楕円などの形状の孔があいているよ うに説明してきた。 しかし、 基礎体 2が多孔質 （多孔質セラミック、 多孔質アルミナ、 多孔質カーボンなど） である場合、 特に孔を開けな くても、 多孔質の基礎体 2が有する孔が通気路 2 2の機能を果たす。 すなわち、 基礎体 2を多孔質とすれば、 特に通気路 2 2の機能を有す る孔を基礎体 2に切削などにより開けなくてもすむ。 第二の実施形態
第二の実施形態にかかる弁付き構 5f体 1は、 弁部 4を一組の可動部 材 4 1、 4 2とする点が第一の実施形態と異なる。 第 7図は、 本発明の第二の実施形態にかかる弁付き構造体 1の斜視 図である。 第二の実施形態にかかる弁付き構造体 1は、 基礎体 2、 可動部材 4 1、 4 2を備える。 以下、 第一の実施形態と同様な部分は同一の番号 を付して説明を省略する。 基礎体 2は、 第一の実施形態と同様であり説明を省略する。 可動部材 4 1、 4 2が弁部 4を構成する。 可動部材 4 1、 4 2は基 礎体 2から離れる方向 （斜め上方） に延伸する、 一組の可動部材であ る。 可動部材 4 1、 4 2は、 例えばカーボンナノチューブである （気 体分子の熱運動により動くことが要求されるので、 直径は小さく、 例 えば 0.7ナノメートルとする）。 第 8図は、本発明の第二の実施形態にかかる弁付き構造体 1の VIII 一 VIII断面図である。 なお、 第 7図および第 8図は、 弁部 4が閉じて いる状態を図示している。 可動部材 4 1、 4 2は、 表面 2 aの面取り領域 2 8 (例えば、 表面 2 aカゝら 4 5度傾いている） において支持され、 表面 2 aから遠ざか るまたは近づく方向に移動する。 可動部材 4 1、 4 2をカーボンナノ チューブとした場合、 可動部材 4 1、 4 2を面取り領域 2 8に取り付 ければ、 可動部材 4 1、 4 2は面取り領域 2 8に垂直な方向、 すなわ ち基礎体 2から離れる方佝 （斜め上方） に延伸する。 なお、 可動部材 4 1、 4 2により構成される弁部は、 一組の可動部 材 4 1、 4 2の各々が基礎体 2から離れて、 各々の先端付近で接触し ている （または、 離れてはいるが、 接触しているとみなすことができ る程度に接近している）。この状態が、弁部 4が閉じている状態である。 次に、 第二の実施形態の動作を説明する。 弁付き構造体 1の周囲の気体の気体分子 Gは、 熱運動している。 第 9図は、 裏面 2 bの開口 2 2 bから、 通過路 2 2を通過した気体 分子 Gが熱運動して弁部 4に衝突するときの弁付き構造体 1の VIII 一 VIII断面図である。 気体分子 Gが通過路 2 2を通過する前は、 第 9図 （a ) に示すよう に、 弁部 4は閉じている。 ここで、 気体分子 Gが通過路 2 2を通過すると、 気体分子 Gが弁部 4に衝突する。 例えば、 気体分子 Gが、 弁部 4の可動部材 4 1に衝突 する。 可動部材 4 1は、 その一端である固定端 4 1 a力 表面 2 aの 面取り領域 2 8に固定されている。 しかし、 可動部材 4 1は、 固定端 4 1 a とは反対側の自由端 4 1 bは固定されていない。 しかも、 可動 部材 4 1は軽く、 例えば直径 0.7ナノメートルのカーボンナノチュー プである。 よって、 気体分子 Gが可動部材 4 1に衝突すると、 可動部 材 4 1の自由端 4 1 bが、 表面 2 aから離れるように面取り領域 2 8 を中心として回転移動する （第 9図 （b ) 参照）。 すると、 可動部材 4 1と可動部材 4 2とが離れる。 この状態 （すなわち、 一組の可動部材 4 1、 4 2の各々が接触しないとき） が、 弁部 4が開いている状態で ある。 なお、 自由端 4 l bが 「回転移動する」 と記載したが、 可動部 材 4 1自体が 「しなる」 ことも充分に考えられる。 かかる場合であつ ても、 弁部 4が開くことにかわりは無い。 そして、気体分子 Gは弁部 4により反射される（第 9図（ c )参照）。 このようにして、 気体分子 Gが弁付き構造体 1を通過していく。 なお、 実際には、 弁付き構造体 1の周囲の気体が一様な温度であつ ても、 気体分子 Gの各々の熱運動による運動量は、 それぞれ異なる。 気体分子 Gのなかには、 熱運動による運動量が小さいものもある。 こ のため、気体分子 Gが弁部 4を開くことができない場合もある。だが、 気体分子 Gが弁部 4を開くことができる場合が多い。 ここで、 裏面 2 bの開口 2 2 bから、 通過路 2 2を通過した気体分子 Gが熱運動して 弁部 4に衝突することにより弁部 4が開く確率を P1 とする。 第 1 0図は、 通過路 2 2を通過しないで表面 2 aに向かう気体分子 Gが熱運動して弁部 4に衝突するときの弁付き構造体 1の VIII— VIII断面図である。 気体分子 Gは表面 2 aに向かい、 表面 2 aにより反射される。 ここ で、 弁部 4は表面 2 aに配置されているので、 表面 2 aに向かう気体 分子 Gが、 閉じている弁部 4に衝突することがある。 例えば、 気体分 子 Gが、 弁部 4の可動部材 4 1に衝突する。 可動部材 4 1の自由端 4 l bが、 気体分子 Gの衝突の衝搫により移動しょうとしても、 可動部 材 4 2に阻まれ動くことができない。 よって、 気体分子 Gが弁部 4に 衝突しても閉じたままである。 よって、 気体分子 Gは弁付き構造体 を通過できず、 弁部 4により反射される。 なお、 実際には、 弁付き構造体 1の周囲の気体が一様な温度であつ ても、 気体分子 Gの各々の熱運動による運動量は、 それぞれ異なる。 気体分子 Gのなかには、 熱運動による運動量が大きいものもある。 こ のため、 気体分子 Gが弁部 4を開いてしまう場合も、 まれにあるかも しれない。 ここで、 通過路 2 2を通過しないで表面 2 aに向かう気体 分子 Gが熱運動して弁部 4に衝突することにより弁部 4が開く確率を P2とする。 ここで、 確率 P1は確率 P2よりも大きくなる。 すると、 第一の実施形態と同様に、 弁付き構造体 1に、 表面 2 aか ら裏面 2 bへ向かう方向に力 Fが働くことになるので、 第一の実施形 態と同様の効果を奏する。 なお、 第二の実施形態においては、 弁部 4を可動部材 4 1、 4 2に より構成している。 しかし、 可動部材 4 1、 4 2にかえて薄膜 4 3、 4 4を用いてもよい （第 1 1図参照）。 第 1 1図は、 第二の実施形態における可動部材 4 1、 4 2にかえて 薄膜 4 3、 4 4を用いた変形例における弁付き構造体 1の斜視図であ る。 薄膜 4 3、 4 4は、 例えば、 グラフェン、金箔といった厚さが 0 . 1ナノメートル〜 1 0 0 0ナノメートル程度の薄膜である （気体分子 の熱運動により動くことが要求されるので、 厚さが薄いことが好まし い) なお、 開口 22 a、 開口 2 2 bは細長い長方形であるが、 それに限 定されず、 しかし、 開口 22 a、 開口 2 2 bの形状は長方形に限定さ れず、 第 6図と同様に、 円または楕円でもよレ、。 また、 可動部材 4 1 , 42 (薄膜 43, 44) を表面 2 aに配置し ていたが、 通過路 2 2の内部に配置してもよい。 第 1 2図は、 可動部 材 4 1、 42 (薄膜 43、 44) を通過路 2 2の内部に配置した弁付 き構造体 1の VIII— VIII断面図である。 基礎体 2は、 第一の実施形態と同様であり説明を省略する。 気体分子 Gは通過路 2 2の內部を通過する際に、 可動部材 4 1、 4 2 (薄膜 43、 44) により構成される弁部 4に衝突する。 可動部材 41、 42 (薄膜 43、 44) は、 裏面 2 bから離れる方向 （斜め上 方） に延伸する。 なお、 第 1 2図においては、 一組の可動部材 4 1、 4 2 (薄膜 4 3、 44) の先端が互いに接触している。 この状態が、 弁部 4が閉じている状態である。 可動部材 4 1、 42 (薄膜 43、 44) は、 通過路 22のあるー領 域 27において支持され、 裏面 2 bから遠ざかるまたは近づく方向に 移動する。 裏面 2 bの開口 22 bから、 通過路 2 2を通過して弁部 4に向か 気体分子 Gが熱運動して弁部 4に衝突することにより弁部 4が開く (一組の可動部材 4 1、 4 2 (薄膜 4 3、 4 4 ) の各々が離れて、 接 触していない状態） 確率を P1 とする。 なお、 気体分子 Gが弁部 4を 開くことができる場合が多い。 これは、 第 9図の場合と同様である。 表面 2 aの開口 2 2 aから、 通過路 2 2を通過して弁部 4に向かう 気体分子 Gが熱運動して弁部 4に衝突することにより弁部 4が開く確 率を P2 とする。 気体分子 Gが弁部 4を開いてしまう場合も、 まれに あるかもしれないので、 確率 P2は 0 とはいえないかもしれないが、 比較的小さい。 これは、 第 1 0図の場合と同様である。 ここで、 第 9図おょぴ第 1 0図を参照して説明したものと同様に、 確率 P1は確率 P2よりも大きくなる。 すると、 第一の実施形態と同様に、 弁付き構造体 1に、 表面 2 aか ら裏面 2 bへ向かう方向に力 Fが働くことになるので、 第一の実施形 態と同様の効果を奏する。 第三の実施形態
第三の実施形態にかかる弁付き構造体 1は、 第二の実施形態におけ る可動部材 4 1、 4 2と同様な機能を有する弁部を、 表面 2 aに設け た平行部材 6を繊維 （押し付け部材） 7により押し付けて形成したも のである。 第 1 3図は、 基礎体 2の表面 2 aに平行部材 6を設けたものの斜視 図である。 平行部材 6は、 表面 2 aのある領域において支持され互い に平行な方向 （例えば、 表面 2 aに垂直な方向） に基礎体 2から離れ るように延伸する。 平行部材 6は例えばカーボンナノチューブである (気体分子の熱運動により動くことが要求されるので、直径は小さく、 例えば 0.7ナノメートルとする）。 基礎体 2は多孔質である。 例えば、 多孔質セラミック、 多孔質アルミナ、 多孔質カーボンなどである。 基 礎体 2が有する孔が通気路 2 2の機能を果たす。 第 1 4図は、 本発明の第三の実施形態にかかる弁付き構造体 1の斜 視図である。 第 1 3図に示す基礎体 2の表面 2 aに向かって押し付け られた繊維 （押し付け部材） 7を備える。 平行部材 6はその先端 （自 由端）付近で互いに接触する。第二の実施形態における可動部材 4 1、 4 2もその先端 （自由端） 付近で互いに接触するので、 平行部材 6は 第二の実施形態の弁部 4と同様な構造となり、 作用する。 繊維 （押し 付け部材） 7は、 丈夫で太い繊維 （例えば、 多層カーボンナノチュー プ） であることが好ましく、 表面 2 a と交差しない方向に延伸する。 なお、 第 1 4図においては、 繊維 7の間にある平行部材 6は図示して いるが、 それ以外の部分にある平行部材 6は図示の便宜上、 図示省略 している （第 1 7図 （a )、 第 1 8図も同様）。 第三の実施形態の動作は、第二の実施形態の動作とほぼ同様である。 ただし、 気体分子 Gは多孔質の基礎体 2が有する孔 （通気路 2 2の機 能を果たす） を通過して、 平行部材 6に衝突する。 平行部材 6は上記 のように第二の実施形態の弁部 4と同様に作用するので、 裏面 2 bか ら表面 2 aへと多孔質の基礎体 2が有する孔を通過した気体分子 Gが 熱運動して平行部材 6に衝突することにより平行部材 6が開く確率を Pl、 多孔質の基礎体 2が有する孔を通過しないで表面 2 aに向かう気 体分子 Gが熱運動して平行部材 6に衝突することにより平行部材 6が 開く確率を P2とすれば、 確率 P1は確率 P2よりも大きくなる。 すると、 第一の実施形態と同様に、 弁付き構造体 1に、 表面 2 aか ら裏面 2 b へ向かう方向に力 Fが働くことになる。 よって、 第三の実施形態によれば、 第一の実施形態と同様の効果を 奏する。 なお、 繊維 （押し付け部材） 7は、 表面 2 aと交差する方向 （例え ば、 表面 2 aに垂直） に延伸するようにしてもよい （第 1 5図参照）。 第 1 5図は、 表面 2 aに垂直方向に延伸する繊維 7を表面 2 aに向か つて押し付けた状態の弁付き構造体 1の斜視図である。 なお、 第 1 5 図においては、 繊維 7の間にある平行部材 6は図示しているが、 それ 以外の部分にある平行部材 6は図示の便宜上、 図示省略している。 また、 繊維 7が表面 2 aと交差しない方向に延伸する場合、 基礎体 2が多孔質でなくても （すなわち、 表面 2 aと裏面 2 bとを結ぶ通気 路が無くても）、平行部材 6を長くすれば、第一の実施形態と同様の作 用効果を奏することが可能である。 第 1 7図は、 繊維 7が表面 2 aと交差しない方向に延伸する場合の 弁付き構造体 1において基礎体 2が多孔質ではないものの図であり、 第 1 7図 （a ) は斜視図、 第 1 7図 （b ) は一組の平行部材 6の内側 に位置する気体分子 G 1 、 G 2がー組の平行部材 6に衝突する状態を 図示した正面断面図、 第 1 7図 （ c ) は一組の平行部材 6の外側に位 置する気体分子 Gがー組の平行部材 6に衝突する状態を図示した正面 断面図である。 ただし、 第 1 7図 （b )、 第 1 7図 （ c ) においては図 示の便宜上、 繊維 7を図示省略している。 一組の平行部材 6の内側に位置する気体分子 G 1、 G 2が熱運動し て平行部材 6 (弁部） に衝突する （第 1 7図 （b ) 参照） ことにより 開く確率を P1 とする。 一組の平行部材 6の外側に位置する気体分子 Gが熱運動して平行部材 6 (弁部） に衝突する （第 1 7図 （c ) 参照） ことにより開く確率を P2 とする。 すると、 第二の実施形態と同様に P1 > P2 である。 平行部材 6を長くすれば、 一組の平行部材 6の内側 に位置する気体分子 G l、 G 2の個数を多くできるので、 第三の実施 形態と同様の作用効果を奏することができる。なお、気体分子 G 1は、 溝 2 gの內部にある。溝 2 gは表面 2 aに設けられており、その方向、 本数は任意である。 溝 2 gを設けることにより、 一組の平行部材 6の 内側に位置する気体分子が G 2だけではなく、 G 1も含まれるので、 一組の平行部材 6の内側に位置する気体分子の個数を多くでき、 第三 の実施形態と同様の作用効果を奏しやすくなる。 さらに、繊維 7が表面 2 a と交差する方向に延伸する場合において、 基礎体 2が多孔質でなくても （すなわち、 表面 2 aと裏面 2 bとを結 ぶ通気路が無くても）、平行部材 6を長くすれば、第一の実施形態と同 様の作用効果を奏することが可能である。 第 1 8図は、 繊維 7が表面 2 aと交差する方向に延伸する場合の弁 付き構造体 1において基礎体 2が多孔質ではないものの斜視図である。 繊維 7が表面 2 aと交差する方向に延伸することを除けば、 第 1 7図 に図示したものと同様であり、 同様な効果を奏する。 第四の実施形態
第四の実施形態にかかる弁付き構造体 1は、 第三の実施形態におけ る繊維 （押し付け部材） 7を通気体 （押し付け部材） 8にかえたもの である。 第 1 6図は、 本発明の第四の実施形態にかかる弁付き構造体 1の斜 視図である。 通気体 （押し付け部材） 8は、 平行部材 6が通気体 8に より押される前に延伸する方向 （例えば、 表面 2 aに垂直な方向） に 開いた通気路 8 2を有する。 平行部材 6はその先端 （自由端） 付近で 互いに接触する。 第二の実施形態における可動部材 4 1、 4 2もその 先端 （自由端） 付近で互いに接触するので、 平行部材 6は第二の実施 形態の弁部 4と同様な構造となり、 作用する。 なお、 通気路 8 2の開 口は、 長方形として図示しているが、 円または楕円でもよい。 なお、 第 1 6図においては、 通気路 8 2の内部にある平行部材 6は図示して いるが、 それ以外の部分にある平行部材 6は図示の便宜上、 図示省略 している （第 1 9図も同様）。 第四の実施形態の動作は、第三の実施形態の動作とほぼ同様である。 ただし、 気体分子 Gは多孔質の基礎体 2が有する孔 （通気路 2 2の機 能を果たす） を通過して、 平行部材 6に衝突する。 平行部材 6は上記 のように第二の実施形態の弁部 4と同様に作用する。 そこで、 裏面 2 bから表面 2 aへと多孔質の基礎体 2が有する孔を通過した気体分子 Gが熱運動して平行部材 6に衝突することにより平行部材 6が開く確 率を P1、多孔質の基礎体 2が有する孔を通過しないで表面 2 aに向か う気体分子 Gが熱運動して平行部材 6に衝突することにより平行部材 6が開く確率を P2とすれば、 確率 P1は確率 P2よりも大きくなる すると、 第一の実施形態と同様に、 弁付き構造体 1に、 表面 2 aか ら裏面 2 bへ向かう方向に力 Fが働くことになる。 よって、 第四の実施形態によれば、 第一の実施形態と同様の効果を 奏する。 さらに、 基礎体 2が多孔質でなくても （すなわち、 表面 2 aと裏面 2 bとを結ぶ通気路が無くても）、平行部材 6を長くすれば、第一の実 施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。 第 1 9図は、 第四の実施形態において基礎体 2が多孔質ではないも のの斜視図である。 第 1 7図に図示したものと同様であり、 同様な効 果を奏する。 第五の実施形態
第一の実施形態においては、 気体分子 Gが弁部 4を下から突き上げ る （第 3図参照）、 または、 気体分子 Gが弁部 4に上から衝突して弁部 4を表面 2 aに押し付ける （第 4図参照） 態様を説明した。 しかし、 第一の実施形態の構成をとる弁付き構造体 1において、 弁部 4の脇を かすめるように気体分子 Gが移動することもあり、 かかる場合でも第 一の実施形態と同様な効果を奏するので、 第五の実施形態として説明 する。 第 2 0図は、 本発明の第五の実施形態にかかる弁付き構造体 1の斜 視図である 弁付き構造体 1の構成自体は第一の実施形態と同様であるため、 説 明を省略する。 次に、 第五の実施形態の動作を説明する。 第 2 1図 （a ) は第 2 0図の a— a断面図 （ただし、 気体分子 Gが 下から弁部 4を通過する）、 第 2 1図 （b ) は第 2 0図の b— b断面図 (ただし、 気体分子 Gが下から弁部 4を通過する） である。 まず、 （1 ) 気体分子 Gが弁部 4の脇に衝突する。 弁部 4は、 その一 端である固定端 4 aの近傍が、 表面 2 aの一領域 2 6に固定されてい る。 しかし、 弁部 4は、 固定端 4 a とは反対側の自由端 4 bは表面 2 aに固定されていない。 しかも、 弁部 4は軽く、 例えば直径 0.7ナノ メートルのカーボンナノチューブである。 よって、 （2 )気体分子 Gが 弁部 4に衝突すると、 弁部 4の反対側の自由端 4 bが、 表面 2 aから 離れるように一領域 2 6を中心として回転移動する（または、 「弁部 4 がしなる」）。 この状態 （すなわち、 弁部 （可動部材） 4が表面 2 aか ら遠ざかるとき） 力 弁部 4が開いている状態である。 そして、 （3 ) 気体分子 Gは弁部 4の脇に衝突しながら上へ通過していく。 このよう にして、 弁部 4が開く確率を P1とする。 第 2 2図 （a ) は第 2 0図の a— a断面図 （ただし、 気体分子 Gが 上から弁部 4を通過する）、 第 2 2図 （b ) は第 2 0図の b— b断面図 (ただし、 気体分子 Gが上から弁部 4を通過する） である。 まず、 （1 )気体分子 Gが弁部 4の脇に衝突する。弁部 4の自由端 4 bが、 気体分子 Gの衝突の衝撃により移動しょうとしても、 表面 2 a に阻まれ動くことができない。 よって、 気体分子 Gが弁部 4に衝突し ても閉じたままである。 そして、 （2 )気体分子 Gは弁部 4の脇に衝突 しながら下へ通過していく。 このようにして、弁部 4が開く確率を P2 とする。 第一の実施形態と同様に P1〉P2 となるため、 第一の実施形態と同 様に弁付き構造体 1に、 表面 2 aから裏面 2 bへ向かう方向に力 Fが 働くことになる。 よって、 第一の実施形態と同様の効果を奏する。 第六の実施形態
第一の実施形態においては、 弁部 4が、 表面 2 aの開口 2 2 aと二 領域 2 4 a、 2 4 bと交わっている状態を、 弁部 4が閉じている状態 であると説明した。 しかし、 弁部 4の自由端 4 bが表面 2 aから少し 離れるように弁部 4を表面 2 aに取り付け、 この状態およびこの状態 よりも自由端 4 bが表面 2に近づく場合を弁部 4が閉じている状態と してもよい。 これを第六の実施形態として説明する。 第 2 3図は、 第六の実施形態にかかる弁付き構造体 1の II一 II断面 図である。 第六の実施形態にかかる弁付き構造体 1の構成は第一の実 施形態とほぼ同様である。 ただし、 弁部 4の自由端 4 bが表面 2 aか ら少し （A d ) 離れるように、 弁部 4を表面 2 aに取り付けている。 この状態を定常状態という。 ここで、 弁部 4が表面 2 aから遠ざかる ときを、 弁部 4が開く状態とする （第一の実施形態と同様）。 さらに、 定常状態および定常状態よりも弁部 4が表面 2 aに近づく ときを、 弁 部 4が閉じる状態とする。 第六の実施形態の動作は第一の実施形態と同様である。 なお、 気体 分子 Gが熱運動して上から弁部 4に衝突することにより （第 4図、 第 2 2図参照）、弁部 4に気体分子 Gの熱運動による運動量が与えられる。 このとき、 自由端 4 bが表面 2 aから少し （A d ) 離れているので、 与えられた運動量の一部は、 弁部 4を表面 2 aに向かって動かす運動 に使用される。 しかし、 与えられた運動量の多くは、 基礎体 2を表面 2 aから裏面 2 bに向かって押す運動に使われる。 第六の実施形態によっても、第一の実施形態と同様の効果を奏する。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 表面および裏面と、 前記表面および前記裏面に開口し気体分子が 通過できる通過路と、 を有する基礎体と、
前記通過路を通過した前記気体分子が衝突する開閉可能な弁部と、 を備え、
前記弁部が閉じた状態において、
( 1 ) ,前記裏面の開口から、 前記通過路を通過した前記気体分子が 熱運動して前記弁部に衝突することにより開く確率を P1とし、
( 2 ) 前記通過路を通過しないで前記表面に向かう前記気体分子が 熱運動して前記弁部に衝突することにより開く確率を P2とすると、 P1 > P2である、
弁付き構造体。 2 . 請求項 1に記載の弁付き構造体であって、
前記弁部は、
前記表面の一領域において支持され、 前記表面から遠ざかるまたは 近づく方向に移動する可動部材を有し、
前記可動部材が前記表面の開口と二領域において交わるときに、 前 記弁部は閉じており、
前記可動部材が前記表面から遠ざかるときに、 前記弁部は開く、 弁付き構造体。
3 . 請求項 1に記載の弁付き構造体であって、
前記弁部は、
前記表面の一領域において支持され、 前記基礎体から離れる方向に 延伸し、 前記表面から遠ざかるまたは近づく方向に移動する一組の可 動部材を有し、
前記一組の可動部材の各々が前記基礎体から離れて接触するときに、 前記弁部は閉じており、
前記一組の可動部材の各々が接触しないときに、 前記弁部は開く、 弁付き構造体。
4 . 請求項 3に記載の弁付き構造体であって、
前記表面に向かって押し付けられた押し付け部材を備え、
前記一組の可動部材は、
前記表面の一領域において支持され互いに平行な方向に前記基礎体 から離れるように延伸する平行部材が、 前記押し付け部材により押さ れることにより、 生成される、
弁付き構造体。
5 . 請求項 4に記載の弁付き構造体であって、
前記押し付け部材は、 前記表面と交差しない方向に延伸する繊維で ある、
弁付き構造体。
6 . 請求項 4に記載の弁付き構造体であって、
前記押し付け部材は、 前記表面と交差する方向に延伸する繊維であ る、
弁付き構造体。
7 . 請求項 4に記載の弁付き構造体であって、 前記押し付け部材は、 前記平行部材が前記押し付け部材により押さ れる前に延伸する方向に通気路を有する通気体である、
弁付き構造体。
8 .請求項 1ないし 7のいずれか一項に記載の弁付き構造体であって、 前記基礎体は多孔質体である、
弁付き構造体。
9 .請求項 2ないし 7のいずれか一項に記載の弁付き構造体であって、 前記可動部材はカーボンナノチューブまたは薄膜である、
弁付き構造体。
1 0 . 表面および裏面と、 前記表面おょぴ前記裏面に開口し気体分子 が通過できる通過路と、 を有する基礎体と、
前記通過路内部に配置され、 前記通過路內部を通過する前記気体分 子が衝突する、 開閉可能な弁部と、
を倫 、
前記弁部が閉じた状態において、
( 1 ) 前記裏面の開口から、 前記通過路を通過して前記弁部に向か う前記気体分子が熱運動して前記弁部に衝突することにより開く確率 を P1とし、
( 2 ) 前記表面の開口から、 前記通過路を通過して前記弁部に向か う前記気体分子が熱運動して前記弁部に衝突することにより開く確率 を P2とすると、
P1 > P2である、
弁付き構造体。
1 1 . 請求項 1 0に記載の弁付き構造体であって、
前記弁部は、
前記通過路のー領域において支持され、 前記裏面から離れる方向に 延伸し、 前記裏面から遠ざかるまたは近づく方向に移動する一組の可 動部材を有し、
前記一組の可動部材の各々が接触するときに、 前記弁部は閉じてお り、
前記一組の可動部材の各々が接触しないときに、 前記弁部は開く、 弁付き構造体。
1 2 . 請求項 1 1に記載の弁付き構造体であって、
前記可動部材はカーボンナノチューブまたは薄膜である、
弁付き構造体。
1 3 . 表面を有する基礎体と、
気体分子が衝突する開閉可能な弁部と、
を備え、
前記弁部は、
前記表面の一領域において支持され、 前記基礎体から離れる方向に 延伸し、 前記表面から遠ざかるまたは近づく方向に移動する一組の可 動部材を有し、
前記一組の可動部材の各々が前記基礎体から離れて接触するときに、 前記弁部は閉じており、
前記一組の可動部材の各々が接触しないときに、 前記弁部は開く も のであり、 前記弁部が閉じた状態において、
( 1 ) 前記一組の可動部材の内側に位置する前記気体分子が熱運動 して前記弁部に衝突することにより開く確率を P1とし、
( 2 ) 前記一組の可動部材の外側に位置する前記気体分子が熱運動 して前記弁部に衝突することにより開く確率を P2とすると、
； P1 > P2である、
弁付き構造体。
1 4 . 請求項 1 3に記載の弁付き構造体であって、
前記表面は溝を有している、
弁付き構造体。
1 5 . 請求項 1 3または 1 4に記載の弁付き構造体であって、 前記表面に向かって押し付けられた押し付け部材を備え、 前記一組の可動部材は、
前記表面の一領域において支持され互いに平行な方向に前記基礎体 から離れるように延伸する平行部材が、 前記押し付け部材により押さ れることにより、 生成される、
弁付き構造体。
1 6 . 請求項 1 5に記載の弁付き構造体であって、
前記押し付け部材は、 前記表面と交差しない方向に延伸する繊維で ある、
弁付き構造体。
1 7 . 請求項 1 5に記載の弁付き構造体であって、 前記押し付け部材は、 前記表面と交差する方向に延伸する繊維であ る、
弁付き構造体。
1 8 . 請求項 1 5に記載の弁付き構造体であって、
前記押し付け部材は、 前記平行部材が前記押し付け部材により押さ れる前に延伸する方向に通気路を有する通気体である、
弁付き構造体。
1 9 . 請求項 1 3ないし 1 8のいずれか一項に記載の弁付き構造体で あって、
前記可動部材はカーボンナノチューブである、
弁付き構造体。
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