流体アクチュエータ
【課題】従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータを提供する。
【解決手段】本発明の流体アクチュエータ１０は、電極間の電界によって荷電流体１１を帯電させかつ動かすものにおいて、前記電極としての第一の電極２１、第二の電極２及び第三の電極２３と、内壁１２１，１３１及び外壁１２２，１３２を有し内壁１２１，１３１の内側が荷電流体１１の流路となる絶縁体としての絶縁基板１２，１３とを備えている。第一の電極２１及び第二の電極２は、荷電流体１１を挟んで互いに対向するようにそれぞれ内壁１２１，１３１に設けられている。第三の電極２３は、絶縁基板１３を挟んで第二の電極２に対向するように外壁１３２に設けられている。
【解決手段】本発明の流体アクチュエータ１０は、電極間の電界によって荷電流体１１を帯電させかつ動かすものにおいて、前記電極としての第一の電極２１、第二の電極２及び第三の電極２３と、内壁１２１，１３１及び外壁１２２，１３２を有し内壁１２１，１３１の内側が荷電流体１１の流路となる絶縁体としての絶縁基板１２，１３とを備えている。第一の電極２１及び第二の電極２は、荷電流体１１を挟んで互いに対向するようにそれぞれ内壁１２１，１３１に設けられている。第三の電極２３は、絶縁基板１３を挟んで第二の電極２に対向するように外壁１３２に設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極間の電界によって荷電流体を帯電させかつ動かす流体アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電位をもつ電極に触れる、或いは他の物体に擦れると帯電する液体は、一部学会で電界共役液体（ＥＣＦ）と呼ばれている（特許文献１、特許文献２等）。本願では、この液体を荷電流体と定義する。この荷電流体を用いたポンプ或いはモータについての論文が多数発行されている。
【０００３】
また、特許文献３には、荷電流体中に浸漬した電極間の電界で発生するクーロン力による駆動力を前記荷電流体に付与する流体アクチュエータが開示されている。この種の流体アクチュエータは、荷電流体が帯電した後、電界により駆動力を発生し、その荷電流体が電極に到達して放電した後に駆動力を失う。このため、荷電流体のジェット流が形成される。この駆動力は、荷電流体の特性、電極の形状と種類、電極の配置、電極間の電圧などによって異なる。このジェット流のメカニズムをＥＨＤ（Electro-Hydraulic Dynamics）と言い、その駆動力を効率よく生成し、その駆動力を利用することが重要である。
【０００４】
【特許文献１】実用新案登録第３０４１９２８号公報
【特許文献２】特開平１１−２１５８６９号公報
【特許文献３】特開２００７−１９６３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した特許文献に開示された流体アクチュエータを分析すると、プラス電位とグランド電位を印加する対をなす電極間の間隔を狭く、前記対をなす電極の組の間隔を広く設定している。
【０００６】
したがって、従来の流体アクチュエータにおいては、間隔の狭い２つの電極にプラス電位とグランド電位を印加することにより、前記２つの電極間に電界を発生させ、その電界で発生するクーロン力を駆動力として、荷電液体に付与している。荷電液体は、前記クーロン力による駆動力を受けてジェット流として流れる。
【０００７】
しかしながら、この種の流体アクチュエータを実用化するに際して、その駆動力の不足が大きな課題となっていた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明に係る流体アクチュエータは、電極間の電界によって荷電流体を帯電させかつ動かす流体アクチュエータにおいて、前記電極としての第一の電極、第二の電極及び第三の電極と、内壁及び外壁を有し前記内壁の内側が前記荷電流体の流路となる絶縁体とを備え、前記第一の電極及び前記第二の電極は、前記荷電流体を挟んで互いに対向するように前記内壁に設けられ、前記第三の電極は、前記絶縁体を挟んで前記第二の電極に対向するように前記外壁に設けられた、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、荷電流体を挟んで互いに対向するように絶縁体の内壁に設けられた第一の電極及び第二の電極と、絶縁体を挟んで第二の電極に対向するように絶縁体の外壁に設けられた第三の電極とを備えたことにより、第一の電極と第二の電極との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。したがって、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
電位をもつ電極に触れる、或いは他の物体と擦れると、プラス（＋）或いはマイナス（−）に帯電する特性を備えた荷電流体として、（１）２−エチルヘキシルベンジルフタレート（商品名；プライサイザーＢ−８），（２）９，１０−エポキシブルステアレート（商品名；サンソサイザーＥ−４０３０），（３）テロラヒドフタル酸ジオクチルエステル（商品名；サンソサイザーＤＯＴＰ），（４）プロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＭＡ），（５）メチルアセチルリシレート（ＭＡＲ−Ｎ），（６）２−エチルヘキシルパルミテート（商品名；エキセパールＥＨ−Ｐ），（７）ブチルステアレート（商品名；エキセパールＢＳ），デカン二酸ジブチルなどが存在する。
【００１３】
また、荷電流体としては、そのもの自体が帯電するものに限られるものではなく、溶媒に含まれる溶質が帯電するものであってもよい。また荷電流体としては、プラス（＋）又はマイナス（−）のいずれかに単極帯電するもの、双極帯電する或いはイオン化するもののいずれであってもよい。双極帯電する荷電液体としては、電位をもつ電極に触れて、プラス及びマイナスに荷電し、プラスとマイナスの大きさの差に応じて、プラス又はマイナスのいずれかに単極荷電したと同様な効果を発揮するものであればよい。また、イオン化する荷電液体としては、電位をもつ電極に触れて、イオン化してプラス及びマイナスに荷電し、プラスとマイナスの大きさの差に応じて、プラス又はマイナスのいずれかに単極荷電したと同様な効果を発揮するものであればよい。また、荷電液体としては、それ自身が帯電特性を備えたものばかりでなく、その溶媒に含まれる溶質が帯電特性を備えているものでもよい。また、荷電流体が液体の場合についてのみ説明したが、帯電する気体であってもよい。要は、荷電流体は、電位をもつ電極に触れ、或いは他の物体と擦れて、帯電する特性をもつ流体（液体及び気体を含む）であれば、いずれのものであってもよい。以下の説明では、荷電流体の一種である荷電液体を例にとって本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
図１［１］は、本発明に係る流体アクチュエータの第一実施形態を示す断面図である。図１［２］は、図１［１］の流体アクチュエータの動作原理の一部を示す説明図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００１５】
本実施形態の流体アクチュエータ１０は、電極間の電界によって荷電流体１１を帯電させかつ動かすものにおいて、前記電極としての第一の電極２１、第二の電極２及び第三の電極２３と、内壁１２１，１３１及び外壁１２２，１３２を有し内壁１２１，１３１の内側が荷電流体１１の流路となる絶縁体としての絶縁基板１２，１３とを備えている。第一の電極２１及び第二の電極２は、荷電流体１１を挟んで互いに対向するようにそれぞれ内壁１２１，１３１に設けられている。第三の電極２３は、絶縁基板１３を挟んで第二の電極２に対向するように外壁１３２に設けられている。
【００１６】
第一の電極２１、第二の電極２及び第三の電極２３には、それぞれ電圧Ｖｇ，Ｖｐ，Ｖｘが印加される。例えば、Ｖｇ＝０かつＶｇ＜Ｖｘ＜Ｖｐである。第二の電極２は、荷電流体１１の流れ１１１方向において、第一の電極２１又は第三の電極２３の中心に対しての非対称となる位置に設けられる。図１［１］では、第一の電極２１及び第三の電極２３の中心から左側にずれるように、第二の電極２が設けられている。したがって、第二の電極２の左端A点が、第一の電極２１及び第三の電極２３の左端とほぼ同等の位置又はその左に突き出るように設けられている。そのため、相対的に、電極２の左端Ａ点から電極２１までが遠いので電極２の左端Ａ点付近は弱電界になり、電極２の右端Ｂ点から電極２１までが近いので電極２の右端Ｂ点付近は強電界になる、と言える。したがって、第一の電極２１及び第二の電極２は、第一の電極２１と第二の電極２との間の荷電流体１１に、荷電流体１１の流れ１１１方向において第一の電極２１の中心に非対称となる電界強度分布を形成する。また、この非対称となる電界強度分布は、非対称となる帯電の度合いの分布又は非対称となる誘電率の分布を形成する。換言すると、電極２と電極２１及び電極２３との位置関係を左右アンバランスにすると、右向きの駆動力が発生する。
【００１７】
荷電流体１１は、正又は負の電圧で帯電するものとする。したがって、荷電流体１１に対する帯電の度合いは、電極２の左端Ａ点上の位置では低く（帯電されにくく）なり、電極２の右端Ｂ点上の位置では高く（帯電されやすく）なる。すなわち、荷電流体１１に対する帯電の度合いが、電極２上の位置に応じて異なることになる。第一の電極２１及び第二の電極２が荷電流体１１に与える駆動力は、クーロン力の他に、第一の電極２１と第二の電極２との間の荷電流体１１に加えた電界の二乗に比例する力がある。その電界の二乗に比例する力については、第二実施形態で詳述する。
【００１８】
絶縁基板１２，１３は、例えば平板状であり、少なくとも電極２１，２，２３が形成される面に絶縁性を有すればよい。絶縁基板１２，１３は互いに平行であり、絶縁基板１２，１３が形成する空隙に荷電流体１１が満たされている。電極２１，２，２３は、例えば導電性を有する金属膜などからなる。
【００１９】
次に、第三の電極２３の作用について説明する。第三の電極２３は、絶縁基板１３の外壁１３２に配置されている。それは、電圧Ｖｘを適当に選ぶことにより、Ｂ点からの荷電分子の噴流のベクトルを大きくかつ右向きになるようにするためである。ここで、第一の電極２１と第三の電極２３との間について単位面積で考える。第一の電極２１と第三の電極２３との間は、荷電流体１１からなるキャパシタＣ１と絶縁基板１３からなるキャパシタＣ２とを直列に接続した回路とみなせる。荷電流体１１の誘電率をε１、第一の電極２１から内壁１３１までの距離をｄ１、絶縁基板１３の誘電率をε２、内壁１３１から第三の電極２３までの距離をｄ２とすると、
Ｃ１＝ε１／ｄ１
Ｃ２＝ε２／ｄ２
と表される。よって、荷電流体１１と絶縁基板１３との境界面である内壁１３１の電圧Ｖｋは、Ｖｇ＝０とすると、
Ｖｋ＝Ｖｘ−｛Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）｝Ｖｘ
＝Ｖｘ−｛ε１ｄ２／（ε１ｄ２＋ε２ｄ１）｝Ｖｘ
と表される。つまり、電圧Ｖｋは電圧Ｖｘにより自由に設定できる。
【００２０】
この電圧Ｖｋの位置に第二の電極２があるから、電圧Ｖｋと電圧Ｖｐとを最適な状態にすることにより、電極２の右端Ｂ点付近の荷電流体１１をより多く帯電させ、その荷電分子をより多く噴流させ、かつ、その噴流を流れ１１１方向により多く向けることができる。これが第三の電極２３の作用である。
【００２１】
第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の第二の電極２に近いごく一部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、第二の電極２の右端Ｂ点から、斜め右上方向に第一の電極２１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、例えばＶｐ＞Ｖｋ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁１３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００２２】
更に、流体アクチュエータ１０は、第一の電極２１、第二の電極２及び第三の電極２３を複数組備え、これらを荷電流体１１の流れ１１１に沿って一組ずつ配設してもよい。この場合、全体で発生する駆動力は、電極が一組しかない場合に比べてその複数倍になる。換言すると、三本のストライプ状の電極２１，２，２３を適当に接近させてこれを一組とし、多数組を適当な間隔を置いて配置することにより、ＥＨＤポンプを構成してもよい。これらストライプ状の電極２１，２，２３を多数配列することで、低電圧で効率よくポンプ効果を出すことができる。
【００２３】
以上説明したように本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，１３の内壁１２１，１３１に設けられた第一の電極２１及び第二の電極２と、絶縁基板１３を挟んで第二の電極２に対向するように外壁１３２に設けられた第三の電極２３とを備えたことにより、第一の電極２１と第二の電極２との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【００２４】
しかも、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）を第二の電極２上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極２１と第二の電極２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。そのため、クーロン力に加えて又はクーロン力に代えて、クーロン力以外の力を利用することができる。したがって、これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ２０を提供できる。また、荷電流体１１の流路は、平行平板状の絶縁基板１２，１３で構成しているが、例えば円筒などの筒状、又は円盤状など、どのような形状の絶縁体で構成してもよい。
【００２５】
図２［１］は、本発明に係る流体アクチュエータの第二実施形態を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図２［１］において図１［１］と同じ部分には図１［１］で用いた符号と同じものを付す。
【００２６】
本実施形態の流体アクチュエータ２０は、電極間の電界によって荷電流体１１を帯電させかつ動かすものにおいて、前記電極としての第一の電極２１、第二の電極２２及び第三の電極２３と、内壁１２１，１３１及び外壁１２２，１３２を有し内壁１２１，１３１の内側が荷電流体１１の流路となる絶縁体としての絶縁基板１２，１３とを備えている。第一の電極２１及び第二の電極２２は、荷電流体１１を挟んで互いに対向するようにそれぞれ内壁１２１，１３１に設けられている。第三の電極２３は、絶縁基板１３を挟んで第二の電極２２に対向するように外壁１３２に設けられている。
【００２７】
第二の電極２２は、第一の電極２１に対して互いに異なる電圧が印加される複数の電極２２１，…からなる。本実施形態における第二の電極２２は、二つの電極２２１，２２２からなる。二つの電極２２１，２２２は、荷電流体１１の流れ１１１に沿って配設され、かつ互いに異なる電圧Ｖｐ，Ｖｑが印加される。換言すると、第一の電極２１及び第二の電極２２は、第一の電極２１と第二の電極２２との間の荷電流体１１に、荷電流体１１の流れ１１１に沿って電界強度（又は誘電率）の異なる領域（又は勾配）を形成する。
【００２８】
電極２１に電圧Ｖｇ、電極２２１に電圧Ｖｐ、電極２２２に電圧Ｖｑ、電極２３に電圧Ｖｘがそれぞれ印加される。例えばＶｇ＝０かつＶｇ＜Ｖｐ＜Ｖｑである。そのため、電極２２１上の荷電流体１１は弱電界になり、電極２２２上の荷電流体１１は強電界になる。したがって、荷電流体１１に対する帯電の度合いは、電極２２１上の位置では低く（帯電されにくく）なり、電極２２２上の位置では高く（帯電されやすく）なる。すなわち、荷電流体１１に対する帯電の度合いが、第二の電極２２上の位置に応じて異なることになる。
【００２９】
次に、流体アクチュエータ２０の動作について説明する。荷電流体１１に高電圧を印加すると、その荷電流体１１中に発生する電界と流れの相互作用によって、前述のＥＨＤと呼ばれるポンピング力が発生する。電界によって発生する体積力（以下、本明細書では「駆動力」という。）ｆは、次式で表わされる。
【００３０】
ｆ＝ρeＥ−（１／２）Ｅ2∇ε＋（１／２）∇［Ｅ2（∂ε／∂ρ）Tρ］ ・・・<1>
ここで、ρeは電荷密度、Ｅは電界、εは誘電率、ρは荷電流体の密度を表す。ｆ，Ｅ，∇はベクトル量、他はスカラ量である。
【００３１】
式<1>の右辺において、第１項はクーロン力を示し、第２項及び第３項は分極した荷電分子に起因する力を示す。なお、第３項は、荷電流体１１が圧縮された場合に発生する電気歪に起因する力を示し、一般的な荷電流体すなわち非圧縮性流体の場合には無視することができる。従来の流体アクチュエータ（特許文献３など）では、式<1>の右辺第１項で示されるクーロン力を利用していた。
【００３２】
本実施形態では、荷電流体１１を挟んで対向する第一の電極２１と第二の電極２２とを備え、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）を第二の電極２２上の位置に応じて異ならせている。このとき、電界によって発生する駆動力ｆは、式<1>の右辺第２項の力が大きく作用することが明らかとなった（後述する実施例参照）。これは、荷電流体１１の電界（又は帯電の度合い）が第二の電極２２上の位置に応じて異なることにより、第一の電極２１と第二の電極２２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるためと考えられる。一般に、荷電流体１１の誘電率は、荷電流体１１に加える電界を強くしていくと、あるところまではほぼ一定であるが、分極が飽和するにつれて減少し始める。また、荷電流体１１は、電界に応じて誘電率が変化するものであればどのようなものでもよく、例えば電界が強くなるにつれて誘電率が増加するものでもよい。式<1>の右辺第１項のクーロン力が電界に比例するのに対して、式<1>の右辺第２項の力は電界の二乗に比例するのでより大きな駆動力が得られる。
【００３３】
なお、荷電流体１１に対する第二の電極２２の表面の電界強度を第二の電極２２の表面の位置によって異なるようにすると、換言すると第二の電極２２の表面の位置によって電子の授受が行われるようにすると、帯電の度合いが第二の電極２２上の位置に応じて異なることになる。
【００３４】
また、本実施形態では、電極２２１に電圧Ｖｐを与え、電極２２２に電圧Ｖｑ（＞Ｖｐ）を与えることにより、二段階の電界の強さの変化で＋帯電分子を電極２１の方へ向けて斜め上へ加速する。Ａ点からＢ点にかけて引き寄せた−帯電分子をＣ点でＢ点→Ｄ点の方向に加速し、Ｄ点からＢ点に向かう帯電分子をほとんど無くしている（Ｄ点からＢ点に向かう電界よりも、Ｄ点から電極２１へ向かう電界の方が強い。）。Ａ点の電界はＥ点の電界より弱いので、分子の荷電の度合いは少なく、かつ、Ａ点及びＣ点で荷電流体１１を逆向きに加速することを抑えている。ＡＢＣＤＥの各点を含む全領域では、ヘテロチャージ層（電極の極性と反対の電荷の層）ができており、電極２２から電極２１へ帯電分子を直接加速することを妨げる力が働いている。
【００３５】
換言すると、荷電流体１１の液体分子は、高電位の電極２２１，２２２に触れたら必ず帯電するのではなく、荷電流体１１の種類によって決まった電界以上になった電極２２１，２２２に触れると帯電する。よって、電圧Ｖｐ，Ｖｑの値を調整して、電極２２１のＡ，Ｂ点近傍では既に帯電している帯電分子を吸引かつ誘電作用で集積し、電界の強いＥ点近傍では荷電かつクーロン力で加速することにより、誘電率の大きな変化による加速力を出すことができる。
【００３６】
また、第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の電極２２２に近いごく一部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、電極２２２の右端Ｅ点から、斜め右上方向に第一の電極２１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、例えばＶｐ＞Ｖｋ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁１３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００３７】
流体アクチュエータ２０の駆動力は、誘電率変化と電界の二乗との積で発生する力（式<1>右辺第２項）と、クーロン力（式<1>右辺第１項）と、の和である。クーロン力は、電界が集中し帯電が起きやすい電極２２２のエッジＥ点で最も強く働く。エッジＥ点で電界が強くなるように、電極２２２へ印加する電圧Ｖｑを適当に選ぶ。すると、電極２２２の表面Ｆ点ではエッジＥ点よりも電界が弱くなるので荷電流体１１の誘電率が大きくなり、エッジＥ点では電界が強くなるので荷電流体１１の誘電率が小さくなる。そのため、エッジＥ点で発生する力は、荷電流体１１の誘電率の右向き下り勾配と電界の二乗との積に比例するから、右向きに大きな値となる。更にエッジＥ点から上方へ離れるにつれて、荷電流体１１の誘電率が右向き上り勾配を持つが、荷電流体１１に加わる電界が小さくなるので、電界の二乗の積に比例する力は左向きではあるが急速に小さくなる。なお、エッジＤ点では、電極２２１に印加される電圧Ｖｐによって電界が緩和されているので、エッジＥ点のような現象は起きない。
【００３８】
更に、流体アクチュエータ２０は、第一の電極２１及び第三の電極２３を一つずつ備えるとともに第二の電極２２を複数備え、複数の第二の電極２２が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設され、複数の第二の電極２２の全てに対向するように一つの第一の電極２１及び一つの第三の電極２３がそれぞれ設けられた、としてもよい。この場合、一つの第一の電極２１に対して複数の第二の電極２２が対向し、かつ一つの第一の電極２１及び複数の第二の電極２２が荷電流体１１の流れ１１１に沿って配設される。そのため、第一の電極２１と第二の電極２２全体との間で発生する駆動力は、第二の電極２２が一つしかない場合に比べてその複数倍になる。換言すると、二本のストライプ状の電極２２１，２２２を適当に接近させてこれを一組とし、多数組を適当な間隔を置いて配置することにより、ＥＨＤポンプを構成してもよい。この二組のストライプ状の電極２２１，２２２を多数配列することで、低電圧で効率よくポンプ効果を出すことができる。また、第三の電極２３は、第二の電極２２と同様に複数としてもよい。
【００３９】
その他の構成、作用及び効果は第一実施形態と同様である。本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，１３の内壁１２１，１３１に設けられた第一の電極２１及び第二の電極２２と、絶縁基板１３を挟んで第二の電極２２に対向するように外壁１３２に設けられた第三の電極２３とを備えたことにより、第一の電極２１と第二の電極２２との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【００４０】
しかも、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）を第二の電極２２上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極２１と第二の電極２２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。そのため、クーロン力に加えて又はクーロン力に代えて、クーロン力以外の力を利用することができる。これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ２０を提供できる。
【００４１】
図２［２］は、本発明に係る流体アクチュエータの第三実施形態を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図２［２］において図２［１］と同じ部分には図２［１］と同じ符号を付す。
【００４２】
本実施形態の流体アクチュエータ３０における第二の電極３２は、絶縁膜３４で覆われた領域３２１と、第二の電極３２が露出した領域３２２とを有する。絶縁膜３４を電荷が通り抜けることは困難であるため、荷電流体１１に対する帯電の度合いは、絶縁膜３４で覆われた領域３２１では低く、露出した領域３２２では高い。すなわち、荷電流体１１に対する帯電の度合いが、第二の電極３２上の位置に応じて異なることになる。
【００４３】
また、電極３２の絶縁膜３４で覆われた領域３２１と電極２１との間は、絶縁膜３４からなるキャパシタと荷電流体１１からなるキャパシタとの直列接続となっている。そのため、領域３２１上の荷電流体１１は、電圧Ｖｐが分圧された値の電圧が印加される。一方、露出した領域３２２上の荷電流体１１は、電圧Ｖｐがそのまま印加される。したがって、荷電流体１１に対する電界強度が、第二の電極３２上の位置に応じて異なることになる。
【００４４】
また、領域３２２のＤ点及びＥ点では帯電分子の反発噴流が起こるため、荷電流体１１は電極２１方向の真上だけでなく右向きにも流れる。最終的に帯電分子は、電極２１に吸引され、その電荷が中和される。領域３２１のＡ点及びＢ点では、荷電流体１１が帯電しないから、噴流は起こらない。むしろＡ点、Ｂ点及びＣ点では、荷電流体１１の分子を誘電力及びクーロン力で吸引しかつＤ点へ供給することにより、荷電流体１１の逆流を阻止する。ＡＢＣＤＥの各点を含む全領域では、ヘテロチャージ層（電極の極性と反対の電荷の層）ができており、電極３２から電極２１へ帯電分子を直接加速することを妨げる力が働いている。しかし、Ｅ点では、エッジのため電界が強く、帯電分子が斜め上方に加速される。
【００４５】
第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の電極３２２に近いごく一部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、電極３２２の右端Ｅ点から、斜め右上方向に第一の電極２１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、例えばＶｐ＞Ｖｋ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁１３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００４６】
更に、流体アクチュエータ３０は、第一の電極２１及び第三の電極２３を一つずつ備えるとともに第二の電極３２を複数備え、複数の第二の電極３２が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設され、複数の第二の電極３２の全てに対向するように一つの第一の電極２１及び一つの第三の電極２３がそれぞれ設けられた、としてもよい。このとき、電極３２は適当な間隔を置いて多数並列に配置し、流路幅をなるべく小さく取り、低電圧でより多くの流量を得るように流路幅及び印加電圧を設定する。また、第三の電極２３は、第二の電極３２と同様に複数としてもよい。
【００４７】
その他の構成、作用及び効果は第一及び第二実施形態と同様である。本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，１３の内壁１２１，１３１に設けられた第一の電極２１及び第二の電極３２と、絶縁基板１３を挟んで第二の電極３２に対向するように外壁１３２に設けられた第三の電極２３とを備えたことにより、第一の電極２１と第二の電極３２との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【００４８】
しかも、荷電流体１１に対する電界強度（又は帯電の度合い）を第二の電極３２上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極２１と第二の電極３２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ２０を提供できる。また、本実施形態の流体アクチュエータ３０は、第二実施形態の流体アクチュエータに比べて、第二の電極３２を構成する電極が一つでよく、そのため第二の電極３２に印加する電圧も一つでよいので、構成を簡素化できる。
【００４９】
図３［１］は、本発明に係る流体アクチュエータの第四実施形態を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図３［１］において図２［１］と同じ部分には図２［１］と同じ符号を付す。
【００５０】
本実施形態の流体アクチュエータ４０における第二の電極４２は、二つの電極２２１，２２２の間に、電圧が印加されない一つ以上の電極２２３を有する。電極２２１，２２３の全部及び電極２２２の一部は絶縁膜４４に覆われ、電極２２２の残部は露出している。図３［１］では、九個の電極２２３が示されている。
【００５１】
各電極２２３は、電圧が印加されないため、電極２２１の電圧Ｖｐと電極２２２の電圧Ｖｑとの間の電位をとり得る。すなわち、各電極２２３の電圧をＶｒとすると、Ｖｐ＜Ｖｒ＜Ｖｑが成り立つ。そして、各電極２２３の電圧Ｖｒは、電極２２１に近いほどＶｐに近く、電極２２２に近いほどＶｑに近い。ただし、一つの電極２２３の全体は同電位であるので、二つの電極２２１，２２２の間の電位勾配は概ね階段状になる。このように、二つの電極２２１，２２２の間に電極２２３が有る場合は、特有の電位勾配が得られる。
【００５２】
換言すると、本実施形態は、電極２２１と電極２２２との間に、スダレ状かつ細いストライプ上の電極２２３を配置するものである。この形状は、リソグラフィ等の技術で作製可能であるから、例えば１μｍ幅の細線を１０〜２０本、１μｍ隔ててすだれ状に入れる。０＜Ｖｐ＜Ｖｑとすると、このすだれ状かつストライプ状の電極２２３は、電極２２１と電極２２２との間に、キャパシタを直列に並べて接続したものと等価になる。その結果、電極２２１と電極２２２との間に、小さな階段状に電位分布を作る。図示するように、電極２２２以外の電極２２１と電極２２３とを絶縁膜４４で覆ってしまっても良い。絶縁膜４４は絶縁体といえども完全非導電性ではない場合もあるから、階段状の電位分布がなめらかになる。
【００５３】
第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の電極２２２に近いごく一部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、電極２２２の右端から、斜め右上方向に第一の電極２１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、例えばＶｐ＞Ｖｋ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁１３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００５４】
また、流体アクチュエータ４０は、第一の電極２１及び第三の電極２３を一つずつ備えるとともに第二の電極４２を複数備え、複数の第二の電極４２が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設され、複数の第二の電極４２の全てに対向するように一つの第一の電極２１及び一つの第三の電極２３がそれぞれ設けられた、としてもよい。また、第三の電極２３は、第二の電極４２と同様に複数としてもよい。
【００５５】
その他の構成、作用及び効果は第二実施形態と同様である。本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，１３の内壁１２１，１３１に設けられた第一の電極２１及び第二の電極４２と、絶縁基板１３を挟んで第二の電極４２に対向するように外壁１３２に設けられた第三の電極２３とを備えたことにより、第一の電極２１と第二の電極４２との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【００５６】
しかも、荷電流体１１を挟んで対向する第一の電極２１と第二の電極４２とを備え、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）を第二の電極４２上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極２１と第二の電極４２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。したがって、クーロン力に加えて又はクーロン力に代えて、クーロン力以外の力を利用することができる。これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ４０を提供できる。
ある。
【００５７】
図３［２］は、本発明に係る流体アクチュエータの第五実施形態を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図３［２］において図２［１］と同じ部分には図２［１］と同じ符号を付す。
【００５８】
本実施形態の流体アクチュエータ５０における第二の電極５２は、二つの電極２２１，２２２を繋ぐように設けられた抵抗膜５５を有する。電極２２１及び抵抗膜５５は全体が絶縁膜５４に覆われ、電極２２２は一部が絶縁膜５４に覆われている。
【００５９】
抵抗膜５５は、二つの電極２２１，２２２に接するため、電極２２１の電圧Ｖｐと電極２２２の電圧Ｖｑとの間の電圧をとり得る。すなわち、抵抗膜５５の電圧をＶｒとすると、Ｖｐ＜Ｖｒ＜Ｖｑが成り立つ。そして、抵抗膜５５の各部分の電圧Ｖｒは、電極２２１に近いほどＶｐに近く、電極２２２に近いほどＶｑに近い。そのため、二つの電極２２１，２２２の間の電圧Ｖｒの勾配は概ね直線状になる。このように、二つの電極２２１，２２２の間に抵抗膜５５が有る場合は、特有の電位分布が得られる。
【００６０】
換言すると、本実施形態では、電極２２１と電極２２２との間を高抵抗率の抵抗膜５５にすることにより、電極２２１，２２２間の電位に勾配を付ける。連続的な電位勾配を得ることで、第四実施形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の電極２２２に近いごく一部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、電極２２２の右端から、斜め右上方向に第一の電極２１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、例えばＶｐ＞Ｖｋ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁１３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００６２】
また、流体アクチュエータ５０は、第一の電極２１及び第三の電極２３を一つずつ備えるとともに第二の電極５２を複数備え、複数の第二の電極５２が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設され、複数の第二の電極５２の全てに対向するように一つの第一の電極２１及び一つの第三の電極２３がそれぞれ設けられた、としてもよい。また、第三の電極２３は、第二の電極５２と同様に複数としてもよい。
【００６３】
その他の構成、作用及び効果は第二実施形態と同様である。本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，１３の内壁１２１，１３１に設けられた第一の電極２１及び第二の電極５２と、絶縁基板１３を挟んで第二の電極５２に対向するように外壁１３２に設けられた第三の電極２３とを備えたことにより、第一の電極２１と第二の電極５２との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【００６４】
しかも、荷電流体１１を挟んで対向する第一の電極２１と第二の電極５２とを備え、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）を第二の電極５２上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極２１と第二の電極５２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。そのため、クーロン力に加えて又はクーロン力に代えて、クーロン力以外の力を利用することができる。これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ５０を提供できる。
【００６５】
図４［１］は、本発明に係る流体アクチュエータの第六実施形態を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図４［１］において図２［１］と同じ部分には図２［１］と同じ符号を付す。
【００６６】
本実施形態の流体アクチュエータ６０は、一つの第一の電極２１と複数の第二の電極６２１，…と一つの第三の電極２３とを備え、複数の第二の電極６２１，…が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設され、複数の第二の電極６２１，…の全てに対向するように一つの第一の電極２１及び一つの第三の電極２３がそれぞれ設けられている。図４［１］では、六個の第二の電極６２１〜６２６が示されている。
【００６７】
第二の電極６２１，…は、第一の電極２１に対して非平行になっているため、第一の電極２１に遠い領域６２ａと、第一の電極２１に近い領域６２ｂとを有する。そのため、第一の電極２１に遠い領域６２ａ上の荷電流体１１は弱電界となり、第一の電極２１に近い領域６２ｂ上の荷電流体１１は強電界となる。したがって、荷電流体１１に対する帯電の度合いは、第一の電極２１に遠い領域６２ａでは低くなり、第一の電極２１に近い領域６２ｂでは高くなる。すなわち、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）が、第二の電極６２１，…上の位置に応じて異なることになる。また、第二の電極６２１，…は板状であるので、その裏面６２ｃで発生する駆動力も利用することができる。
【００６８】
また、ストライプ状の電極６２１，…を図示するように傾斜させると電界の傾きができ、電圧によっては電極６２１，…の右端のみで帯電が起きるように設定できる。つまり、電極６２１，…の右端で帯電分子の噴出が起こることにより、荷電流体１１は右向きに流れる。換言すると、電極６２１，…の両面に接している荷電分子は、ヘテロチャージ層を形成すると同時に電極６２１，…に接して帯電し、電極６２１，…のエッジからＧＮＤ電極に向かって噴流する。
【００６９】
第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、＋の荷電分子は、第二の電極６２１，…の右端から、斜め右上方向に第一の電極２１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、Ｖｐ＞Ｖｋ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁１３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００７０】
その他の構成、作用及び効果は第一乃至第五実施形態と同様である。本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，１３の内壁１２１，１３１に設けられた第一の電極２１及び第二の電極６２１，…と、絶縁基板１３を挟んで第二の電極６２１，…に対向するように外壁１３２に設けられた第三の電極２３とを備えたことにより、第一の電極２１と第二の電極６２１，…との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【００７１】
しかも、荷電流体１１を挟んで対向する第一の電極２１と第二の電極６２１，…とを備え、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）を第二の電極６２１，…上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極２１と第二の電極６２１，…との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。そのため、クーロン力に加えて又はクーロン力に代えて、クーロン力以外の力を利用することができる。これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ６０を提供できる。
【００７２】
更に、図４［１］に示す絶縁基板１３及び第二の電極６２１，…を、図４［２］に示す絶縁基板１３’及び第二の電極６２１’，…のように形成してもよい。絶縁基板１３’は断面が鋸歯状であり、その鋸歯状の同じ向きの面に第二の電極６２１’，…が成膜されている。このような構造は、フォトリソグラフィ、スパッタリング（又は蒸着）、エッチング等の微細加工技術を用いて、容易に得られる。
【００７３】
換言すると、図４［２］に示す例では、図４［１］に示す傾斜型の電極６２１，…と同じ効果を得るため、すなわち対向する電極間に電界の勾配を付けるため、絶縁基板１３’に凹凸を付けて、その上の電極６２１’，…を作製する。例えば、絶縁基板１３を言わば洗濯板状に加工し、その面にスパッタ技術などで金属の電極６２１’，…を形成しても良い。これにより、電極６２１’，…の頂点から、荷電流体１１の噴流を起こすことができる。当然、対向する平板状の電極２１は配置する。
【００７４】
図５［１］は、本発明に係る流体アクチュエータの第七実施形態を示す平面図である。図５［２］は、図５［１］におけるＩ−Ｉ線縦断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図５において図２と同じ部分は図２と同じ符号を付す。
【００７５】
図５［１］では、絶縁基板１２及び第一の電極２１を除去した状態を示している。本実施形態の流体アクチュエータ７０は、一つの第一の電極２１と一つの第三の電極２３と複数の第二の電極７２とを備え、複数の第二の電極７２が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設され、複数の第二の電極７２の全てに対向するように一つの第一の電極２１及び一つの第三の電極２３がそれぞれ設けられている。図示しないが、第一の電極２１、第二の電極７２及び第三の電極２３には電圧が印加され、第一の電極２１が電圧Ｖｇ、第二の電極７２が電圧Ｖｐ（＞Ｖｇ）、第三の電極２３が電圧Ｖｘになっている。
【００７６】
第二の電極７２は、第一の電極２１に対して非平行であり、第一の電極２１に遠い領域７２１が絶縁膜７４で覆われ、第一の電極２１に近い領域７２２が露出している。第二の電極７２の露出した領域７２２は、平面形状が三角形になっており、第一の電極２１に近いほど面積が減少する。絶縁基板７３は断面が鋸歯状であり、その鋸歯状の同じ向きの面に第二の電極７２が成膜されている。
【００７７】
次に、流体アクチュエータ７０の動作を説明する。第二の電極７２の絶縁膜７４で覆われた領域７２１は第一の電極２１に遠く、第二の電極７２の露出した領域７２２は第一の電極２１に近い。このとき、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）は、領域７２１では弱くなり、領域７２２では強くなる。これに加え、領域７２２では、第一の電極２１に近いほど形状が先鋭化するので、第一の電極２１に近いほど強電界となる。すなわち、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）が、第二の電極７２上の位置に応じて異なることになる。
【００７８】
換言すると、本実施形態は、単純なストライプ状の電極７２を加工して、部分的に強電界を作り、荷電流体１１に対する帯電及び噴流をし易くしたものである。図示するように、＋となる電極７２の一部を絶縁膜７４で覆い、絶縁膜７４に覆われた領域７２１で−帯電分子を吸引し、その−帯電分子を露出した領域７２２で＋に帯電させかつ噴流させる。
【００７９】
第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、＋の荷電分子は、第二の電極７２の右端から、斜め右上方向に第一の電極２１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、例えばＶｐ＞Ｖｋ＞Ｖｇであれば、内壁７３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁７３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００８０】
その他の構成、作用及び効果は第一乃至第六実施形態と同様である。本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，７３の内壁１２１，７３１に設けられた第一の電極２１及び第二の電極７２と、絶縁基板７３を挟んで第二の電極７２に対向するように外壁７３２に設けられた第三の電極２３とを備えたことにより、第一の電極２１と第二の電極７２との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【００８１】
しかも、荷電流体１１を挟んで対向する第一の電極２１と第二の電極７２とを備え、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）を第二の電極７２上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極２１と第二の電極７２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。そのため、クーロン力に加えて又はクーロン力に代えて、クーロン力以外の力を利用することができる。これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ７０を提供できる。
【００８２】
図６［１］は、本発明に係る流体アクチュエータの第八実施形態を示す平面図である。図６［２］は、図６［１］におけるII−II線縦断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図６において図２又は図５と同じ部分は図２又は図５と同じ符号を付す。
【００８３】
図６［１］は、絶縁基板１２及び第一の電極２１を除去した状態を示している。本実施形態の流体アクチュエータ８０は、一つの第一の電極２１と一つの第三の電極２３と複数の第二の電極８２とを備え、複数の第二の電極８２が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設され、複数の第二の電極８２の全てに対向するように一つの第一の電極２１及び一つの第三の電極２３が設けられている。図示しないが、第一の電極２１、第二の電極８２及び第三の電極２３には電圧が印加され、第一の電極２１が電圧Ｖｇ、第二の電極８２が電圧Ｖｐ（＞Ｖｇ）、第三の電極２３が電圧Ｖｘになっている。
【００８４】
第二の電極８２は、第一の電極２１に対して非平行であり、第一の電極２１に遠い領域８２１が絶縁膜８４で覆われ、第一の電極２１に近い領域８２２が露出している。第二の電極８２の露出した領域８２２は、基端の平面形状が三角形かつ先端の平面形状が長方形になっており、第一の電極２１に近いほど概ね面積が減少する。絶縁基板８３は断面が鋸歯状であり、その鋸歯状の同じ向きの面に第二の電極８２が成膜されている。
【００８５】
次に、流体アクチュエータ８０の動作を説明する。第二の電極８２の絶縁膜８４で覆われた領域８２１は第一の電極２１に遠く、第二の電極８２の露出した領域８２２は第一の電極２１に近い。このとき、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）は、領域８２１では弱くなり、領域８２２では強くなる。これに加え、領域８２２では、第一の電極２１に近いほど形状が先鋭化するので、第一の電極２１に近いほど更に強電界となる。すなわち、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）が、第二の電極７２上の位置に応じて異なることになる。また、領域８２２は、先端の平面形状が長方形になっているので、過度の電界集中が抑えられる。
【００８６】
換言すると、本実施形態では、＋となる電極８２の先端形状を、三角形の頂点のようにしないで、方形に作ってある。この先端部分は、荷電流体１１を強電界によって帯電かつ噴流させる部分であるが、放電しやすく損傷しやすい部分でもある。そのため、その先端部分を広くして、耐久性が増すようにしている。また、電極８２は、荷電流体１１を帯電及び噴流させる領域を露出させ、他の領域を絶縁膜８４で覆いかつ−帯電分子を吸引しやすくするように絶縁基板７３の凸部にまで張り出させている。そのため、各電極８２においては、帯電及び噴出させる部分が互い違いの位置になり、＋帯電分子が噴出する位置と−帯電分子が吸引される位置とがぶつからないようにしている。
【００８７】
また、第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、＋の荷電分子は、第二電極８２の右端から、斜め右上方向に第一の電極２１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、例えばＶｐ＞Ｖｋ＞Ｖｇであれば、内壁７３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁７３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００８８】
その他の構成、作用及び効果は第一乃至第七実施形態と同様である。本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，７３の内壁１２１，７３１に設けられた第一の電極２１及び第二の電極８２と、絶縁基板７３を挟んで第二の電極８２に対向するように外壁７３２に設けられた第三の電極２３とを備えたことにより、第一の電極２１と第二の電極８２との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【００８９】
しかも、荷電流体１１を挟んで対向する第一の電極２１と第二の電極８２とを備え、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）を第二の電極８２上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極２１と第二の電極８２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。そのため、クーロン力に加えて又はクーロン力に代えて、クーロン力以外の力を利用することができる。これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ８０を提供できる。
【００９０】
図７は、本発明に係る流体アクチュエータの第九実施形態を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図７において図２と同じ部分には図２と同じ符号を付す。
【００９１】
本実施形態の流体アクチュエータ９０は、複数の第一の電極９１と、複数の第二の電極９２と、絶縁基板１３を挟んで第二の電極９２に対向するように外壁１３２に設けられた第三の電極２３と、絶縁基板１２を挟んで第一の電極９１に対向するように外壁１２２に設けられた第四の電極２４とを備えている。複数の第一の電極９１が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設され、複数の第二の電極９２が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設されている。複数の第二の電極８２の一つ一つの間に位置するように、複数の第一の電極２１の一つ一つが設けられている。第一の電極９１、第二の電極９２、第三の電極２３及び第四の電極２４には電圧が印加され、第一の電極９１が電圧Ｖｇ、第二の電極９２が電圧Ｖｐ（＞Ｖｇ）、第三の電極２３が電圧Ｖｋａ、第四の電極２４が電圧Ｖｋｂになっている。
【００９２】
第一の電極９１は、絶縁膜９１３で覆われた領域９１１と、第一の電極９１が露出した領域９１２とを有する。絶縁膜９１３を電荷が通り抜けることは困難であるため、荷電流体１１に対する帯電の度合いは、絶縁膜９１３で覆われた領域９１１では低く、露出した領域９１２では高い。すなわち、荷電流体１１に対する帯電の度合いが、第一の電極９１上の位置に応じて異なることになる。
【００９３】
同様に、第二の電極９２は、絶縁膜９２３で覆われた領域９２１と、第二の電極９２が露出した領域９２２とを有する。絶縁膜９２３を電荷が通り抜けることは困難であるため、荷電流体１１に対する帯電の度合いは、絶縁膜９２３で覆われた領域９２１では低く、露出した領域９２２では高い。すなわち、荷電流体１１に対する帯電の度合いが、第二の電極９２上の位置に応じて異なることになる。
【００９４】
また、電極９１の絶縁膜９１３で覆われた領域９１１と電極９２との間は、絶縁膜９１３からなるキャパシタと荷電流体１１からなるキャパシタとの直列接続となっている。そのため、領域９１１上の荷電流体１１は、電圧Ｖｇが分圧された値の電圧が印加される。一方、露出した領域９１２上の荷電流体１１は、電圧Ｖｇがそのまま印加される。したがって、荷電流体１１に対する電界強度が、第一の電極９１上の位置に応じて異なることになる。
【００９５】
同様に、電極９２の絶縁膜９２３で覆われた領域９２１と電極９１との間は、絶縁膜９２３からなるキャパシタと荷電流体１１からなるキャパシタとの直列接続となっている。そのため、領域９２１上の荷電流体１１は、電圧Ｖｐが分圧された値の電圧が印加される。一方、露出した領域９２２上の荷電流体１１は、電圧Ｖｐがそのまま印加される。したがって、荷電流体１１に対する電界強度が、第二の電極９２上の位置に応じて異なることになる。
【００９６】
本実施形態では、複数の第一の電極９１に対して複数の第二の電極９２が互い違いに（千鳥状に）対向し、かつ複数の第一の電極９１及び複数の第二の電極９２が荷電流体の流れに沿って配設されている。そのため、複数の第一の電極９１と複数の第二の電極９２との間で発生する全体の駆動力が、第一の電極９１及び第二の電極９２が一組しかない場合に比べてその複数倍になる。
【００９７】
換言すると、本実施形態は、一部が絶縁膜９１３で覆われたストライプ状の電極９１，と、一部が絶縁膜９２３で覆われたストライプ状の電極９２とを、流路の相対位置に交互に配置したものである。電極９２と電極９１とは、ピッチが同じで、半周期ずつずれている。したがって、電極９２の先端から見ると電極９１は真上にあり、電極９１，９２間に強電界が作られ＋に帯電した荷電流体１１が噴出・加速される。特に電極９１が絶縁膜９１３で覆われた領域９１１では、荷電流体１１が触れても放電することはない。そのため、＋に帯電した荷電流体１１は、その間加速され、露出する領域９１２で放電し、逆極性の−に帯電する。同様に、電極９１の先端から見た電極９２は真上にあり、強電界が作られ−に帯電した荷電流体１１が噴出・加速される。この構造では荷電流体１１は、＋→−→＋→−と次々に逆極性に帯電し、その都度加速される。
【００９８】
また、第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、＋の荷電分子は、第二の電極９２の右端から、斜め右上方向に第一の電極９１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、例えばＶｐ＞Ｖｋａ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁１３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００９９】
同様に、第四の電極２４が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、−の荷電分子は、第一の電極９１の右端から、斜め右下方向に第二の電極９２へ向かう。これに対し、第四の電極２４が有る場合、例えばＶｇ＞Ｖｋｂであれば、内壁１２１の第四の電極２４に対向する領域全部が＋に分極する。そのため、−の荷電分子は、＋に分極した内壁１２１の静電力（誘電力ともいう。）によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【０１００】
その他の構成、作用及び効果は第一乃至第八実施形態と同様である。本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，１３の内壁１２１，１３１に設けられた第一の電極９１及び第二の電極９２と、絶縁基板１３を挟んで第二の電極９２に対向するように外壁１３２に設けられた第三の電極２３と、絶縁基板１２を挟んで第一の電極９１に対向するように外壁１２２に設けられた第四の電極２４とを備えたことにより、第一の電極９１と第二の電極９２との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３及び第四の電極２４によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【０１０１】
しかも、荷電流体１１を挟んで対向する第一の電極９１と第二の電極９２とを備え、荷電流体１１に対する電界強度（又は帯電の度合い）を第一の電極９１上の位置及び第二の電極９２上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極９１と第二の電極９２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。そのため、クーロン力に加えて又はクーロン力に代えて、クーロン力以外の力を利用するができる。これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ９０を提供できる。
【０１０２】
図８は本発明に係る流体アクチュエータの一実施例を示し、図８［１］は斜視図、図８［２］は部分平面図である。図９は、図８の流体アクチュエータの測定結果を示すグラフである。本実施例は、図２［１］に示す第二実施形態の一部を更に具体化したものである。図８では、絶縁基板１３及び第二の電極２２のみを示す。以下、図２［１］、図８及び図９に基づき説明する。
【０１０３】
本実施例では、絶縁基板１２，１３として合成石英を用いた。その合成石英上にＡｕ／Ｃｒをそれぞれ３００ｎｍ／８０ｎｍの厚みで蒸着し、フォトリソグラフィ及びエッチングによって、平面形状の第一の電極２１及びくし型形状の第二の電極２２を作製した。荷電流体１１には、住友３Ｍ社製の「ＨＦＥ−７１００」を用いた。ただし、図２［１］に示す第三の電極２３は形成していない。
【０１０４】
図８［２］に示す、第二の電極２２の数Ｎすなわち電極２２１，２２２は１９組、電極２２１と電極２２２との間隔Ｄは６０μｍ、隣り合う第二の電極２２の間隔Ｄｐは４８０μｍ、電極２２１，２２２の幅Ｗは１２０μｍとした。また、図２［１］に示す、第二の電極２２から第一の電極２１までの高さＨは１９μｍとした。
【０１０５】
このとき、第一の電極２１の電圧Ｖｇ＝０〜−７００［Ｖ］、電極２２１の電圧Ｖｐ＝０［Ｖ］、電極２２２の電圧Ｖｑ＝３６０〜６００［Ｖ］の条件で、駆動力ｆを測定した結果を図９に示す。図９において横軸は電界Ｅであり縦軸は駆動力ｆである。電界Ｅとは、第一の電極２１と第二の電極２２との間に発生する電界であり、Ｅ＝（Ｖｑ−Ｖｇ）／２で与えられる。駆動力ｆとは、荷電流体１１の圧力（静圧）であり、電界Ｅの垂直方向に発生する。駆動力ｆの方向は、荷電流体１１の流れ１１１の方向である。
【０１０６】
図９から明らかなように、駆動力ｆが電界Ｅの二乗に比例する関係が得られた。このことから、次のことが導き出される。荷電流体の流れる方向に対して垂直方向に電界が発生するように電圧を印加すると、電圧が高くなるとともに静圧が増加する。その垂直方向の電界で静圧を整理すると、静圧は一つの曲線で整理でき、電界によって分極した流体分子の誘電率の違いによって力が発生している。
【０１０７】
以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明に係る流体アクチュエータは、例えばポンプ、モータ等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】図１［１］は本発明に係る流体アクチュエータの第一実施形態を示す断面図、図１［２］は図１［１］の流体アクチュエータの動作原理の一部を示す説明図である。
【図２】図２［１］は本発明に係る流体アクチュエータの第二実施形態を示す断面図、図２［２］は本発明に係る流体アクチュエータの第三実施形態を示す断面図である。
【図３】図３［１］は本発明に係る流体アクチュエータの第四実施形態を示す断面図、図３［２］は本発明に係る流体アクチュエータの第五実施形態を示す断面図である。
【図４】図４［１］は本発明に係る流体アクチュエータの第六実施形態を示す断面図、図４［２］は本発明に係る流体アクチュエータの第六実施形態の他例を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る流体アクチュエータの第七実施形態を示し、図５［１］は平面図、図５［２］は図５［１］におけるＩ−Ｉ線縦断面図である。
【図６】本発明に係る流体アクチュエータの第八実施形態を示し、図６［１］は平面図、図６［２］は図６［１］におけるII−II線縦断面図である。
【図７】本発明に係る流体アクチュエータの第九実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明に係る流体アクチュエータの一実施例を示し、図８［１］は斜視図、図８［２］は部分平面図である。
【図９】図８の流体アクチュエータの測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１０】
２ 第二の電極
１０ 流体アクチュエータ
１１ 荷電流体
１１１ 荷電流体の流れ
１２ 絶縁基板（絶縁体）
１２１ 絶縁基板の内壁
１２２ 絶縁基板の外壁
１３，１３’ 絶縁基板（絶縁体）
１３１ 絶縁基板の内壁
１３２ 絶縁基板の外壁
２０ 流体アクチュエータ
２１ 第一の電極
２２ 第二の電極
２２１，２２２ 二つの電極
２２３ 一つ以上の電極
２３ 第三の電極
２４ 第四の電極
３０ 流体アクチュエータ
３２ 第二の電極
３２１ 絶縁膜で覆われた領域
３２２ 露出した領域
３４ 絶縁膜
４０ 流体アクチュエータ
４２ 第二の電極
４４ 絶縁膜
５０ 流体アクチュエータ
５２ 第二の電極
５４ 絶縁膜
５５ 抵抗膜
６０ 流体アクチュエータ
６２１〜６２６，６２１’〜６２４’ 第二の電極
７０ 流体アクチュエータ
７２ 第二の電極
７２１ 絶縁膜で覆われた領域
７２２ 露出した領域
７４ 絶縁膜
７３ 絶縁基板（絶縁体）
７３１ 絶縁基板の内壁
７３２ 絶縁基板の外壁
８０ 流体アクチュエータ
８２ 第二の電極
８２１ 絶縁膜で覆われた領域
８２２ 露出した領域
８４ 絶縁膜
９０ 流体アクチュエータ
９１ 第一の電極
９１１ 絶縁膜で覆われた領域
９１２ 露出した領域
９１３ 絶縁膜
９２ 第二の電極
９２１ 絶縁膜で覆われた領域
９２２ 露出した領域
９２３ 絶縁膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極間の電界によって荷電流体を帯電させかつ動かす流体アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電位をもつ電極に触れる、或いは他の物体に擦れると帯電する液体は、一部学会で電界共役液体（ＥＣＦ）と呼ばれている（特許文献１、特許文献２等）。本願では、この液体を荷電流体と定義する。この荷電流体を用いたポンプ或いはモータについての論文が多数発行されている。
【０００３】
また、特許文献３には、荷電流体中に浸漬した電極間の電界で発生するクーロン力による駆動力を前記荷電流体に付与する流体アクチュエータが開示されている。この種の流体アクチュエータは、荷電流体が帯電した後、電界により駆動力を発生し、その荷電流体が電極に到達して放電した後に駆動力を失う。このため、荷電流体のジェット流が形成される。この駆動力は、荷電流体の特性、電極の形状と種類、電極の配置、電極間の電圧などによって異なる。このジェット流のメカニズムをＥＨＤ（Electro-Hydraulic Dynamics）と言い、その駆動力を効率よく生成し、その駆動力を利用することが重要である。
【０００４】
【特許文献１】実用新案登録第３０４１９２８号公報
【特許文献２】特開平１１−２１５８６９号公報
【特許文献３】特開２００７−１９６３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した特許文献に開示された流体アクチュエータを分析すると、プラス電位とグランド電位を印加する対をなす電極間の間隔を狭く、前記対をなす電極の組の間隔を広く設定している。
【０００６】
したがって、従来の流体アクチュエータにおいては、間隔の狭い２つの電極にプラス電位とグランド電位を印加することにより、前記２つの電極間に電界を発生させ、その電界で発生するクーロン力を駆動力として、荷電液体に付与している。荷電液体は、前記クーロン力による駆動力を受けてジェット流として流れる。
【０００７】
しかしながら、この種の流体アクチュエータを実用化するに際して、その駆動力の不足が大きな課題となっていた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明に係る流体アクチュエータは、電極間の電界によって荷電流体を帯電させかつ動かす流体アクチュエータにおいて、前記電極としての第一の電極、第二の電極及び第三の電極と、内壁及び外壁を有し前記内壁の内側が前記荷電流体の流路となる絶縁体とを備え、前記第一の電極及び前記第二の電極は、前記荷電流体を挟んで互いに対向するように前記内壁に設けられ、前記第三の電極は、前記絶縁体を挟んで前記第二の電極に対向するように前記外壁に設けられた、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、荷電流体を挟んで互いに対向するように絶縁体の内壁に設けられた第一の電極及び第二の電極と、絶縁体を挟んで第二の電極に対向するように絶縁体の外壁に設けられた第三の電極とを備えたことにより、第一の電極と第二の電極との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。したがって、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
電位をもつ電極に触れる、或いは他の物体と擦れると、プラス（＋）或いはマイナス（−）に帯電する特性を備えた荷電流体として、（１）２−エチルヘキシルベンジルフタレート（商品名；プライサイザーＢ−８），（２）９，１０−エポキシブルステアレート（商品名；サンソサイザーＥ−４０３０），（３）テロラヒドフタル酸ジオクチルエステル（商品名；サンソサイザーＤＯＴＰ），（４）プロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＭＡ），（５）メチルアセチルリシレート（ＭＡＲ−Ｎ），（６）２−エチルヘキシルパルミテート（商品名；エキセパールＥＨ−Ｐ），（７）ブチルステアレート（商品名；エキセパールＢＳ），デカン二酸ジブチルなどが存在する。
【００１３】
また、荷電流体としては、そのもの自体が帯電するものに限られるものではなく、溶媒に含まれる溶質が帯電するものであってもよい。また荷電流体としては、プラス（＋）又はマイナス（−）のいずれかに単極帯電するもの、双極帯電する或いはイオン化するもののいずれであってもよい。双極帯電する荷電液体としては、電位をもつ電極に触れて、プラス及びマイナスに荷電し、プラスとマイナスの大きさの差に応じて、プラス又はマイナスのいずれかに単極荷電したと同様な効果を発揮するものであればよい。また、イオン化する荷電液体としては、電位をもつ電極に触れて、イオン化してプラス及びマイナスに荷電し、プラスとマイナスの大きさの差に応じて、プラス又はマイナスのいずれかに単極荷電したと同様な効果を発揮するものであればよい。また、荷電液体としては、それ自身が帯電特性を備えたものばかりでなく、その溶媒に含まれる溶質が帯電特性を備えているものでもよい。また、荷電流体が液体の場合についてのみ説明したが、帯電する気体であってもよい。要は、荷電流体は、電位をもつ電極に触れ、或いは他の物体と擦れて、帯電する特性をもつ流体（液体及び気体を含む）であれば、いずれのものであってもよい。以下の説明では、荷電流体の一種である荷電液体を例にとって本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
図１［１］は、本発明に係る流体アクチュエータの第一実施形態を示す断面図である。図１［２］は、図１［１］の流体アクチュエータの動作原理の一部を示す説明図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００１５】
本実施形態の流体アクチュエータ１０は、電極間の電界によって荷電流体１１を帯電させかつ動かすものにおいて、前記電極としての第一の電極２１、第二の電極２及び第三の電極２３と、内壁１２１，１３１及び外壁１２２，１３２を有し内壁１２１，１３１の内側が荷電流体１１の流路となる絶縁体としての絶縁基板１２，１３とを備えている。第一の電極２１及び第二の電極２は、荷電流体１１を挟んで互いに対向するようにそれぞれ内壁１２１，１３１に設けられている。第三の電極２３は、絶縁基板１３を挟んで第二の電極２に対向するように外壁１３２に設けられている。
【００１６】
第一の電極２１、第二の電極２及び第三の電極２３には、それぞれ電圧Ｖｇ，Ｖｐ，Ｖｘが印加される。例えば、Ｖｇ＝０かつＶｇ＜Ｖｘ＜Ｖｐである。第二の電極２は、荷電流体１１の流れ１１１方向において、第一の電極２１又は第三の電極２３の中心に対しての非対称となる位置に設けられる。図１［１］では、第一の電極２１及び第三の電極２３の中心から左側にずれるように、第二の電極２が設けられている。したがって、第二の電極２の左端A点が、第一の電極２１及び第三の電極２３の左端とほぼ同等の位置又はその左に突き出るように設けられている。そのため、相対的に、電極２の左端Ａ点から電極２１までが遠いので電極２の左端Ａ点付近は弱電界になり、電極２の右端Ｂ点から電極２１までが近いので電極２の右端Ｂ点付近は強電界になる、と言える。したがって、第一の電極２１及び第二の電極２は、第一の電極２１と第二の電極２との間の荷電流体１１に、荷電流体１１の流れ１１１方向において第一の電極２１の中心に非対称となる電界強度分布を形成する。また、この非対称となる電界強度分布は、非対称となる帯電の度合いの分布又は非対称となる誘電率の分布を形成する。換言すると、電極２と電極２１及び電極２３との位置関係を左右アンバランスにすると、右向きの駆動力が発生する。
【００１７】
荷電流体１１は、正又は負の電圧で帯電するものとする。したがって、荷電流体１１に対する帯電の度合いは、電極２の左端Ａ点上の位置では低く（帯電されにくく）なり、電極２の右端Ｂ点上の位置では高く（帯電されやすく）なる。すなわち、荷電流体１１に対する帯電の度合いが、電極２上の位置に応じて異なることになる。第一の電極２１及び第二の電極２が荷電流体１１に与える駆動力は、クーロン力の他に、第一の電極２１と第二の電極２との間の荷電流体１１に加えた電界の二乗に比例する力がある。その電界の二乗に比例する力については、第二実施形態で詳述する。
【００１８】
絶縁基板１２，１３は、例えば平板状であり、少なくとも電極２１，２，２３が形成される面に絶縁性を有すればよい。絶縁基板１２，１３は互いに平行であり、絶縁基板１２，１３が形成する空隙に荷電流体１１が満たされている。電極２１，２，２３は、例えば導電性を有する金属膜などからなる。
【００１９】
次に、第三の電極２３の作用について説明する。第三の電極２３は、絶縁基板１３の外壁１３２に配置されている。それは、電圧Ｖｘを適当に選ぶことにより、Ｂ点からの荷電分子の噴流のベクトルを大きくかつ右向きになるようにするためである。ここで、第一の電極２１と第三の電極２３との間について単位面積で考える。第一の電極２１と第三の電極２３との間は、荷電流体１１からなるキャパシタＣ１と絶縁基板１３からなるキャパシタＣ２とを直列に接続した回路とみなせる。荷電流体１１の誘電率をε１、第一の電極２１から内壁１３１までの距離をｄ１、絶縁基板１３の誘電率をε２、内壁１３１から第三の電極２３までの距離をｄ２とすると、
Ｃ１＝ε１／ｄ１
Ｃ２＝ε２／ｄ２
と表される。よって、荷電流体１１と絶縁基板１３との境界面である内壁１３１の電圧Ｖｋは、Ｖｇ＝０とすると、
Ｖｋ＝Ｖｘ−｛Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）｝Ｖｘ
＝Ｖｘ−｛ε１ｄ２／（ε１ｄ２＋ε２ｄ１）｝Ｖｘ
と表される。つまり、電圧Ｖｋは電圧Ｖｘにより自由に設定できる。
【００２０】
この電圧Ｖｋの位置に第二の電極２があるから、電圧Ｖｋと電圧Ｖｐとを最適な状態にすることにより、電極２の右端Ｂ点付近の荷電流体１１をより多く帯電させ、その荷電分子をより多く噴流させ、かつ、その噴流を流れ１１１方向により多く向けることができる。これが第三の電極２３の作用である。
【００２１】
第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の第二の電極２に近いごく一部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、第二の電極２の右端Ｂ点から、斜め右上方向に第一の電極２１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、例えばＶｐ＞Ｖｋ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁１３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００２２】
更に、流体アクチュエータ１０は、第一の電極２１、第二の電極２及び第三の電極２３を複数組備え、これらを荷電流体１１の流れ１１１に沿って一組ずつ配設してもよい。この場合、全体で発生する駆動力は、電極が一組しかない場合に比べてその複数倍になる。換言すると、三本のストライプ状の電極２１，２，２３を適当に接近させてこれを一組とし、多数組を適当な間隔を置いて配置することにより、ＥＨＤポンプを構成してもよい。これらストライプ状の電極２１，２，２３を多数配列することで、低電圧で効率よくポンプ効果を出すことができる。
【００２３】
以上説明したように本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，１３の内壁１２１，１３１に設けられた第一の電極２１及び第二の電極２と、絶縁基板１３を挟んで第二の電極２に対向するように外壁１３２に設けられた第三の電極２３とを備えたことにより、第一の電極２１と第二の電極２との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【００２４】
しかも、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）を第二の電極２上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極２１と第二の電極２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。そのため、クーロン力に加えて又はクーロン力に代えて、クーロン力以外の力を利用することができる。したがって、これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ２０を提供できる。また、荷電流体１１の流路は、平行平板状の絶縁基板１２，１３で構成しているが、例えば円筒などの筒状、又は円盤状など、どのような形状の絶縁体で構成してもよい。
【００２５】
図２［１］は、本発明に係る流体アクチュエータの第二実施形態を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図２［１］において図１［１］と同じ部分には図１［１］で用いた符号と同じものを付す。
【００２６】
本実施形態の流体アクチュエータ２０は、電極間の電界によって荷電流体１１を帯電させかつ動かすものにおいて、前記電極としての第一の電極２１、第二の電極２２及び第三の電極２３と、内壁１２１，１３１及び外壁１２２，１３２を有し内壁１２１，１３１の内側が荷電流体１１の流路となる絶縁体としての絶縁基板１２，１３とを備えている。第一の電極２１及び第二の電極２２は、荷電流体１１を挟んで互いに対向するようにそれぞれ内壁１２１，１３１に設けられている。第三の電極２３は、絶縁基板１３を挟んで第二の電極２２に対向するように外壁１３２に設けられている。
【００２７】
第二の電極２２は、第一の電極２１に対して互いに異なる電圧が印加される複数の電極２２１，…からなる。本実施形態における第二の電極２２は、二つの電極２２１，２２２からなる。二つの電極２２１，２２２は、荷電流体１１の流れ１１１に沿って配設され、かつ互いに異なる電圧Ｖｐ，Ｖｑが印加される。換言すると、第一の電極２１及び第二の電極２２は、第一の電極２１と第二の電極２２との間の荷電流体１１に、荷電流体１１の流れ１１１に沿って電界強度（又は誘電率）の異なる領域（又は勾配）を形成する。
【００２８】
電極２１に電圧Ｖｇ、電極２２１に電圧Ｖｐ、電極２２２に電圧Ｖｑ、電極２３に電圧Ｖｘがそれぞれ印加される。例えばＶｇ＝０かつＶｇ＜Ｖｐ＜Ｖｑである。そのため、電極２２１上の荷電流体１１は弱電界になり、電極２２２上の荷電流体１１は強電界になる。したがって、荷電流体１１に対する帯電の度合いは、電極２２１上の位置では低く（帯電されにくく）なり、電極２２２上の位置では高く（帯電されやすく）なる。すなわち、荷電流体１１に対する帯電の度合いが、第二の電極２２上の位置に応じて異なることになる。
【００２９】
次に、流体アクチュエータ２０の動作について説明する。荷電流体１１に高電圧を印加すると、その荷電流体１１中に発生する電界と流れの相互作用によって、前述のＥＨＤと呼ばれるポンピング力が発生する。電界によって発生する体積力（以下、本明細書では「駆動力」という。）ｆは、次式で表わされる。
【００３０】
ｆ＝ρeＥ−（１／２）Ｅ2∇ε＋（１／２）∇［Ｅ2（∂ε／∂ρ）Tρ］ ・・・<1>
ここで、ρeは電荷密度、Ｅは電界、εは誘電率、ρは荷電流体の密度を表す。ｆ，Ｅ，∇はベクトル量、他はスカラ量である。
【００３１】
式<1>の右辺において、第１項はクーロン力を示し、第２項及び第３項は分極した荷電分子に起因する力を示す。なお、第３項は、荷電流体１１が圧縮された場合に発生する電気歪に起因する力を示し、一般的な荷電流体すなわち非圧縮性流体の場合には無視することができる。従来の流体アクチュエータ（特許文献３など）では、式<1>の右辺第１項で示されるクーロン力を利用していた。
【００３２】
本実施形態では、荷電流体１１を挟んで対向する第一の電極２１と第二の電極２２とを備え、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）を第二の電極２２上の位置に応じて異ならせている。このとき、電界によって発生する駆動力ｆは、式<1>の右辺第２項の力が大きく作用することが明らかとなった（後述する実施例参照）。これは、荷電流体１１の電界（又は帯電の度合い）が第二の電極２２上の位置に応じて異なることにより、第一の電極２１と第二の電極２２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるためと考えられる。一般に、荷電流体１１の誘電率は、荷電流体１１に加える電界を強くしていくと、あるところまではほぼ一定であるが、分極が飽和するにつれて減少し始める。また、荷電流体１１は、電界に応じて誘電率が変化するものであればどのようなものでもよく、例えば電界が強くなるにつれて誘電率が増加するものでもよい。式<1>の右辺第１項のクーロン力が電界に比例するのに対して、式<1>の右辺第２項の力は電界の二乗に比例するのでより大きな駆動力が得られる。
【００３３】
なお、荷電流体１１に対する第二の電極２２の表面の電界強度を第二の電極２２の表面の位置によって異なるようにすると、換言すると第二の電極２２の表面の位置によって電子の授受が行われるようにすると、帯電の度合いが第二の電極２２上の位置に応じて異なることになる。
【００３４】
また、本実施形態では、電極２２１に電圧Ｖｐを与え、電極２２２に電圧Ｖｑ（＞Ｖｐ）を与えることにより、二段階の電界の強さの変化で＋帯電分子を電極２１の方へ向けて斜め上へ加速する。Ａ点からＢ点にかけて引き寄せた−帯電分子をＣ点でＢ点→Ｄ点の方向に加速し、Ｄ点からＢ点に向かう帯電分子をほとんど無くしている（Ｄ点からＢ点に向かう電界よりも、Ｄ点から電極２１へ向かう電界の方が強い。）。Ａ点の電界はＥ点の電界より弱いので、分子の荷電の度合いは少なく、かつ、Ａ点及びＣ点で荷電流体１１を逆向きに加速することを抑えている。ＡＢＣＤＥの各点を含む全領域では、ヘテロチャージ層（電極の極性と反対の電荷の層）ができており、電極２２から電極２１へ帯電分子を直接加速することを妨げる力が働いている。
【００３５】
換言すると、荷電流体１１の液体分子は、高電位の電極２２１，２２２に触れたら必ず帯電するのではなく、荷電流体１１の種類によって決まった電界以上になった電極２２１，２２２に触れると帯電する。よって、電圧Ｖｐ，Ｖｑの値を調整して、電極２２１のＡ，Ｂ点近傍では既に帯電している帯電分子を吸引かつ誘電作用で集積し、電界の強いＥ点近傍では荷電かつクーロン力で加速することにより、誘電率の大きな変化による加速力を出すことができる。
【００３６】
また、第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の電極２２２に近いごく一部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、電極２２２の右端Ｅ点から、斜め右上方向に第一の電極２１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、例えばＶｐ＞Ｖｋ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁１３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００３７】
流体アクチュエータ２０の駆動力は、誘電率変化と電界の二乗との積で発生する力（式<1>右辺第２項）と、クーロン力（式<1>右辺第１項）と、の和である。クーロン力は、電界が集中し帯電が起きやすい電極２２２のエッジＥ点で最も強く働く。エッジＥ点で電界が強くなるように、電極２２２へ印加する電圧Ｖｑを適当に選ぶ。すると、電極２２２の表面Ｆ点ではエッジＥ点よりも電界が弱くなるので荷電流体１１の誘電率が大きくなり、エッジＥ点では電界が強くなるので荷電流体１１の誘電率が小さくなる。そのため、エッジＥ点で発生する力は、荷電流体１１の誘電率の右向き下り勾配と電界の二乗との積に比例するから、右向きに大きな値となる。更にエッジＥ点から上方へ離れるにつれて、荷電流体１１の誘電率が右向き上り勾配を持つが、荷電流体１１に加わる電界が小さくなるので、電界の二乗の積に比例する力は左向きではあるが急速に小さくなる。なお、エッジＤ点では、電極２２１に印加される電圧Ｖｐによって電界が緩和されているので、エッジＥ点のような現象は起きない。
【００３８】
更に、流体アクチュエータ２０は、第一の電極２１及び第三の電極２３を一つずつ備えるとともに第二の電極２２を複数備え、複数の第二の電極２２が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設され、複数の第二の電極２２の全てに対向するように一つの第一の電極２１及び一つの第三の電極２３がそれぞれ設けられた、としてもよい。この場合、一つの第一の電極２１に対して複数の第二の電極２２が対向し、かつ一つの第一の電極２１及び複数の第二の電極２２が荷電流体１１の流れ１１１に沿って配設される。そのため、第一の電極２１と第二の電極２２全体との間で発生する駆動力は、第二の電極２２が一つしかない場合に比べてその複数倍になる。換言すると、二本のストライプ状の電極２２１，２２２を適当に接近させてこれを一組とし、多数組を適当な間隔を置いて配置することにより、ＥＨＤポンプを構成してもよい。この二組のストライプ状の電極２２１，２２２を多数配列することで、低電圧で効率よくポンプ効果を出すことができる。また、第三の電極２３は、第二の電極２２と同様に複数としてもよい。
【００３９】
その他の構成、作用及び効果は第一実施形態と同様である。本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，１３の内壁１２１，１３１に設けられた第一の電極２１及び第二の電極２２と、絶縁基板１３を挟んで第二の電極２２に対向するように外壁１３２に設けられた第三の電極２３とを備えたことにより、第一の電極２１と第二の電極２２との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【００４０】
しかも、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）を第二の電極２２上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極２１と第二の電極２２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。そのため、クーロン力に加えて又はクーロン力に代えて、クーロン力以外の力を利用することができる。これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ２０を提供できる。
【００４１】
図２［２］は、本発明に係る流体アクチュエータの第三実施形態を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図２［２］において図２［１］と同じ部分には図２［１］と同じ符号を付す。
【００４２】
本実施形態の流体アクチュエータ３０における第二の電極３２は、絶縁膜３４で覆われた領域３２１と、第二の電極３２が露出した領域３２２とを有する。絶縁膜３４を電荷が通り抜けることは困難であるため、荷電流体１１に対する帯電の度合いは、絶縁膜３４で覆われた領域３２１では低く、露出した領域３２２では高い。すなわち、荷電流体１１に対する帯電の度合いが、第二の電極３２上の位置に応じて異なることになる。
【００４３】
また、電極３２の絶縁膜３４で覆われた領域３２１と電極２１との間は、絶縁膜３４からなるキャパシタと荷電流体１１からなるキャパシタとの直列接続となっている。そのため、領域３２１上の荷電流体１１は、電圧Ｖｐが分圧された値の電圧が印加される。一方、露出した領域３２２上の荷電流体１１は、電圧Ｖｐがそのまま印加される。したがって、荷電流体１１に対する電界強度が、第二の電極３２上の位置に応じて異なることになる。
【００４４】
また、領域３２２のＤ点及びＥ点では帯電分子の反発噴流が起こるため、荷電流体１１は電極２１方向の真上だけでなく右向きにも流れる。最終的に帯電分子は、電極２１に吸引され、その電荷が中和される。領域３２１のＡ点及びＢ点では、荷電流体１１が帯電しないから、噴流は起こらない。むしろＡ点、Ｂ点及びＣ点では、荷電流体１１の分子を誘電力及びクーロン力で吸引しかつＤ点へ供給することにより、荷電流体１１の逆流を阻止する。ＡＢＣＤＥの各点を含む全領域では、ヘテロチャージ層（電極の極性と反対の電荷の層）ができており、電極３２から電極２１へ帯電分子を直接加速することを妨げる力が働いている。しかし、Ｅ点では、エッジのため電界が強く、帯電分子が斜め上方に加速される。
【００４５】
第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の電極３２２に近いごく一部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、電極３２２の右端Ｅ点から、斜め右上方向に第一の電極２１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、例えばＶｐ＞Ｖｋ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁１３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００４６】
更に、流体アクチュエータ３０は、第一の電極２１及び第三の電極２３を一つずつ備えるとともに第二の電極３２を複数備え、複数の第二の電極３２が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設され、複数の第二の電極３２の全てに対向するように一つの第一の電極２１及び一つの第三の電極２３がそれぞれ設けられた、としてもよい。このとき、電極３２は適当な間隔を置いて多数並列に配置し、流路幅をなるべく小さく取り、低電圧でより多くの流量を得るように流路幅及び印加電圧を設定する。また、第三の電極２３は、第二の電極３２と同様に複数としてもよい。
【００４７】
その他の構成、作用及び効果は第一及び第二実施形態と同様である。本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，１３の内壁１２１，１３１に設けられた第一の電極２１及び第二の電極３２と、絶縁基板１３を挟んで第二の電極３２に対向するように外壁１３２に設けられた第三の電極２３とを備えたことにより、第一の電極２１と第二の電極３２との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【００４８】
しかも、荷電流体１１に対する電界強度（又は帯電の度合い）を第二の電極３２上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極２１と第二の電極３２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ２０を提供できる。また、本実施形態の流体アクチュエータ３０は、第二実施形態の流体アクチュエータに比べて、第二の電極３２を構成する電極が一つでよく、そのため第二の電極３２に印加する電圧も一つでよいので、構成を簡素化できる。
【００４９】
図３［１］は、本発明に係る流体アクチュエータの第四実施形態を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図３［１］において図２［１］と同じ部分には図２［１］と同じ符号を付す。
【００５０】
本実施形態の流体アクチュエータ４０における第二の電極４２は、二つの電極２２１，２２２の間に、電圧が印加されない一つ以上の電極２２３を有する。電極２２１，２２３の全部及び電極２２２の一部は絶縁膜４４に覆われ、電極２２２の残部は露出している。図３［１］では、九個の電極２２３が示されている。
【００５１】
各電極２２３は、電圧が印加されないため、電極２２１の電圧Ｖｐと電極２２２の電圧Ｖｑとの間の電位をとり得る。すなわち、各電極２２３の電圧をＶｒとすると、Ｖｐ＜Ｖｒ＜Ｖｑが成り立つ。そして、各電極２２３の電圧Ｖｒは、電極２２１に近いほどＶｐに近く、電極２２２に近いほどＶｑに近い。ただし、一つの電極２２３の全体は同電位であるので、二つの電極２２１，２２２の間の電位勾配は概ね階段状になる。このように、二つの電極２２１，２２２の間に電極２２３が有る場合は、特有の電位勾配が得られる。
【００５２】
換言すると、本実施形態は、電極２２１と電極２２２との間に、スダレ状かつ細いストライプ上の電極２２３を配置するものである。この形状は、リソグラフィ等の技術で作製可能であるから、例えば１μｍ幅の細線を１０〜２０本、１μｍ隔ててすだれ状に入れる。０＜Ｖｐ＜Ｖｑとすると、このすだれ状かつストライプ状の電極２２３は、電極２２１と電極２２２との間に、キャパシタを直列に並べて接続したものと等価になる。その結果、電極２２１と電極２２２との間に、小さな階段状に電位分布を作る。図示するように、電極２２２以外の電極２２１と電極２２３とを絶縁膜４４で覆ってしまっても良い。絶縁膜４４は絶縁体といえども完全非導電性ではない場合もあるから、階段状の電位分布がなめらかになる。
【００５３】
第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の電極２２２に近いごく一部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、電極２２２の右端から、斜め右上方向に第一の電極２１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、例えばＶｐ＞Ｖｋ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁１３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００５４】
また、流体アクチュエータ４０は、第一の電極２１及び第三の電極２３を一つずつ備えるとともに第二の電極４２を複数備え、複数の第二の電極４２が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設され、複数の第二の電極４２の全てに対向するように一つの第一の電極２１及び一つの第三の電極２３がそれぞれ設けられた、としてもよい。また、第三の電極２３は、第二の電極４２と同様に複数としてもよい。
【００５５】
その他の構成、作用及び効果は第二実施形態と同様である。本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，１３の内壁１２１，１３１に設けられた第一の電極２１及び第二の電極４２と、絶縁基板１３を挟んで第二の電極４２に対向するように外壁１３２に設けられた第三の電極２３とを備えたことにより、第一の電極２１と第二の電極４２との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【００５６】
しかも、荷電流体１１を挟んで対向する第一の電極２１と第二の電極４２とを備え、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）を第二の電極４２上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極２１と第二の電極４２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。したがって、クーロン力に加えて又はクーロン力に代えて、クーロン力以外の力を利用することができる。これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ４０を提供できる。
ある。
【００５７】
図３［２］は、本発明に係る流体アクチュエータの第五実施形態を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図３［２］において図２［１］と同じ部分には図２［１］と同じ符号を付す。
【００５８】
本実施形態の流体アクチュエータ５０における第二の電極５２は、二つの電極２２１，２２２を繋ぐように設けられた抵抗膜５５を有する。電極２２１及び抵抗膜５５は全体が絶縁膜５４に覆われ、電極２２２は一部が絶縁膜５４に覆われている。
【００５９】
抵抗膜５５は、二つの電極２２１，２２２に接するため、電極２２１の電圧Ｖｐと電極２２２の電圧Ｖｑとの間の電圧をとり得る。すなわち、抵抗膜５５の電圧をＶｒとすると、Ｖｐ＜Ｖｒ＜Ｖｑが成り立つ。そして、抵抗膜５５の各部分の電圧Ｖｒは、電極２２１に近いほどＶｐに近く、電極２２２に近いほどＶｑに近い。そのため、二つの電極２２１，２２２の間の電圧Ｖｒの勾配は概ね直線状になる。このように、二つの電極２２１，２２２の間に抵抗膜５５が有る場合は、特有の電位分布が得られる。
【００６０】
換言すると、本実施形態では、電極２２１と電極２２２との間を高抵抗率の抵抗膜５５にすることにより、電極２２１，２２２間の電位に勾配を付ける。連続的な電位勾配を得ることで、第四実施形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の電極２２２に近いごく一部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、電極２２２の右端から、斜め右上方向に第一の電極２１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、例えばＶｐ＞Ｖｋ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁１３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００６２】
また、流体アクチュエータ５０は、第一の電極２１及び第三の電極２３を一つずつ備えるとともに第二の電極５２を複数備え、複数の第二の電極５２が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設され、複数の第二の電極５２の全てに対向するように一つの第一の電極２１及び一つの第三の電極２３がそれぞれ設けられた、としてもよい。また、第三の電極２３は、第二の電極５２と同様に複数としてもよい。
【００６３】
その他の構成、作用及び効果は第二実施形態と同様である。本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，１３の内壁１２１，１３１に設けられた第一の電極２１及び第二の電極５２と、絶縁基板１３を挟んで第二の電極５２に対向するように外壁１３２に設けられた第三の電極２３とを備えたことにより、第一の電極２１と第二の電極５２との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【００６４】
しかも、荷電流体１１を挟んで対向する第一の電極２１と第二の電極５２とを備え、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）を第二の電極５２上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極２１と第二の電極５２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。そのため、クーロン力に加えて又はクーロン力に代えて、クーロン力以外の力を利用することができる。これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ５０を提供できる。
【００６５】
図４［１］は、本発明に係る流体アクチュエータの第六実施形態を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図４［１］において図２［１］と同じ部分には図２［１］と同じ符号を付す。
【００６６】
本実施形態の流体アクチュエータ６０は、一つの第一の電極２１と複数の第二の電極６２１，…と一つの第三の電極２３とを備え、複数の第二の電極６２１，…が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設され、複数の第二の電極６２１，…の全てに対向するように一つの第一の電極２１及び一つの第三の電極２３がそれぞれ設けられている。図４［１］では、六個の第二の電極６２１〜６２６が示されている。
【００６７】
第二の電極６２１，…は、第一の電極２１に対して非平行になっているため、第一の電極２１に遠い領域６２ａと、第一の電極２１に近い領域６２ｂとを有する。そのため、第一の電極２１に遠い領域６２ａ上の荷電流体１１は弱電界となり、第一の電極２１に近い領域６２ｂ上の荷電流体１１は強電界となる。したがって、荷電流体１１に対する帯電の度合いは、第一の電極２１に遠い領域６２ａでは低くなり、第一の電極２１に近い領域６２ｂでは高くなる。すなわち、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）が、第二の電極６２１，…上の位置に応じて異なることになる。また、第二の電極６２１，…は板状であるので、その裏面６２ｃで発生する駆動力も利用することができる。
【００６８】
また、ストライプ状の電極６２１，…を図示するように傾斜させると電界の傾きができ、電圧によっては電極６２１，…の右端のみで帯電が起きるように設定できる。つまり、電極６２１，…の右端で帯電分子の噴出が起こることにより、荷電流体１１は右向きに流れる。換言すると、電極６２１，…の両面に接している荷電分子は、ヘテロチャージ層を形成すると同時に電極６２１，…に接して帯電し、電極６２１，…のエッジからＧＮＤ電極に向かって噴流する。
【００６９】
第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、＋の荷電分子は、第二の電極６２１，…の右端から、斜め右上方向に第一の電極２１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、Ｖｐ＞Ｖｋ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁１３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００７０】
その他の構成、作用及び効果は第一乃至第五実施形態と同様である。本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，１３の内壁１２１，１３１に設けられた第一の電極２１及び第二の電極６２１，…と、絶縁基板１３を挟んで第二の電極６２１，…に対向するように外壁１３２に設けられた第三の電極２３とを備えたことにより、第一の電極２１と第二の電極６２１，…との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【００７１】
しかも、荷電流体１１を挟んで対向する第一の電極２１と第二の電極６２１，…とを備え、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）を第二の電極６２１，…上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極２１と第二の電極６２１，…との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。そのため、クーロン力に加えて又はクーロン力に代えて、クーロン力以外の力を利用することができる。これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ６０を提供できる。
【００７２】
更に、図４［１］に示す絶縁基板１３及び第二の電極６２１，…を、図４［２］に示す絶縁基板１３’及び第二の電極６２１’，…のように形成してもよい。絶縁基板１３’は断面が鋸歯状であり、その鋸歯状の同じ向きの面に第二の電極６２１’，…が成膜されている。このような構造は、フォトリソグラフィ、スパッタリング（又は蒸着）、エッチング等の微細加工技術を用いて、容易に得られる。
【００７３】
換言すると、図４［２］に示す例では、図４［１］に示す傾斜型の電極６２１，…と同じ効果を得るため、すなわち対向する電極間に電界の勾配を付けるため、絶縁基板１３’に凹凸を付けて、その上の電極６２１’，…を作製する。例えば、絶縁基板１３を言わば洗濯板状に加工し、その面にスパッタ技術などで金属の電極６２１’，…を形成しても良い。これにより、電極６２１’，…の頂点から、荷電流体１１の噴流を起こすことができる。当然、対向する平板状の電極２１は配置する。
【００７４】
図５［１］は、本発明に係る流体アクチュエータの第七実施形態を示す平面図である。図５［２］は、図５［１］におけるＩ−Ｉ線縦断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図５において図２と同じ部分は図２と同じ符号を付す。
【００７５】
図５［１］では、絶縁基板１２及び第一の電極２１を除去した状態を示している。本実施形態の流体アクチュエータ７０は、一つの第一の電極２１と一つの第三の電極２３と複数の第二の電極７２とを備え、複数の第二の電極７２が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設され、複数の第二の電極７２の全てに対向するように一つの第一の電極２１及び一つの第三の電極２３がそれぞれ設けられている。図示しないが、第一の電極２１、第二の電極７２及び第三の電極２３には電圧が印加され、第一の電極２１が電圧Ｖｇ、第二の電極７２が電圧Ｖｐ（＞Ｖｇ）、第三の電極２３が電圧Ｖｘになっている。
【００７６】
第二の電極７２は、第一の電極２１に対して非平行であり、第一の電極２１に遠い領域７２１が絶縁膜７４で覆われ、第一の電極２１に近い領域７２２が露出している。第二の電極７２の露出した領域７２２は、平面形状が三角形になっており、第一の電極２１に近いほど面積が減少する。絶縁基板７３は断面が鋸歯状であり、その鋸歯状の同じ向きの面に第二の電極７２が成膜されている。
【００７７】
次に、流体アクチュエータ７０の動作を説明する。第二の電極７２の絶縁膜７４で覆われた領域７２１は第一の電極２１に遠く、第二の電極７２の露出した領域７２２は第一の電極２１に近い。このとき、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）は、領域７２１では弱くなり、領域７２２では強くなる。これに加え、領域７２２では、第一の電極２１に近いほど形状が先鋭化するので、第一の電極２１に近いほど強電界となる。すなわち、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）が、第二の電極７２上の位置に応じて異なることになる。
【００７８】
換言すると、本実施形態は、単純なストライプ状の電極７２を加工して、部分的に強電界を作り、荷電流体１１に対する帯電及び噴流をし易くしたものである。図示するように、＋となる電極７２の一部を絶縁膜７４で覆い、絶縁膜７４に覆われた領域７２１で−帯電分子を吸引し、その−帯電分子を露出した領域７２２で＋に帯電させかつ噴流させる。
【００７９】
第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、＋の荷電分子は、第二の電極７２の右端から、斜め右上方向に第一の電極２１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、例えばＶｐ＞Ｖｋ＞Ｖｇであれば、内壁７３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁７３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００８０】
その他の構成、作用及び効果は第一乃至第六実施形態と同様である。本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，７３の内壁１２１，７３１に設けられた第一の電極２１及び第二の電極７２と、絶縁基板７３を挟んで第二の電極７２に対向するように外壁７３２に設けられた第三の電極２３とを備えたことにより、第一の電極２１と第二の電極７２との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【００８１】
しかも、荷電流体１１を挟んで対向する第一の電極２１と第二の電極７２とを備え、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）を第二の電極７２上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極２１と第二の電極７２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。そのため、クーロン力に加えて又はクーロン力に代えて、クーロン力以外の力を利用することができる。これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ７０を提供できる。
【００８２】
図６［１］は、本発明に係る流体アクチュエータの第八実施形態を示す平面図である。図６［２］は、図６［１］におけるII−II線縦断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図６において図２又は図５と同じ部分は図２又は図５と同じ符号を付す。
【００８３】
図６［１］は、絶縁基板１２及び第一の電極２１を除去した状態を示している。本実施形態の流体アクチュエータ８０は、一つの第一の電極２１と一つの第三の電極２３と複数の第二の電極８２とを備え、複数の第二の電極８２が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設され、複数の第二の電極８２の全てに対向するように一つの第一の電極２１及び一つの第三の電極２３が設けられている。図示しないが、第一の電極２１、第二の電極８２及び第三の電極２３には電圧が印加され、第一の電極２１が電圧Ｖｇ、第二の電極８２が電圧Ｖｐ（＞Ｖｇ）、第三の電極２３が電圧Ｖｘになっている。
【００８４】
第二の電極８２は、第一の電極２１に対して非平行であり、第一の電極２１に遠い領域８２１が絶縁膜８４で覆われ、第一の電極２１に近い領域８２２が露出している。第二の電極８２の露出した領域８２２は、基端の平面形状が三角形かつ先端の平面形状が長方形になっており、第一の電極２１に近いほど概ね面積が減少する。絶縁基板８３は断面が鋸歯状であり、その鋸歯状の同じ向きの面に第二の電極８２が成膜されている。
【００８５】
次に、流体アクチュエータ８０の動作を説明する。第二の電極８２の絶縁膜８４で覆われた領域８２１は第一の電極２１に遠く、第二の電極８２の露出した領域８２２は第一の電極２１に近い。このとき、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）は、領域８２１では弱くなり、領域８２２では強くなる。これに加え、領域８２２では、第一の電極２１に近いほど形状が先鋭化するので、第一の電極２１に近いほど更に強電界となる。すなわち、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）が、第二の電極７２上の位置に応じて異なることになる。また、領域８２２は、先端の平面形状が長方形になっているので、過度の電界集中が抑えられる。
【００８６】
換言すると、本実施形態では、＋となる電極８２の先端形状を、三角形の頂点のようにしないで、方形に作ってある。この先端部分は、荷電流体１１を強電界によって帯電かつ噴流させる部分であるが、放電しやすく損傷しやすい部分でもある。そのため、その先端部分を広くして、耐久性が増すようにしている。また、電極８２は、荷電流体１１を帯電及び噴流させる領域を露出させ、他の領域を絶縁膜８４で覆いかつ−帯電分子を吸引しやすくするように絶縁基板７３の凸部にまで張り出させている。そのため、各電極８２においては、帯電及び噴出させる部分が互い違いの位置になり、＋帯電分子が噴出する位置と−帯電分子が吸引される位置とがぶつからないようにしている。
【００８７】
また、第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、＋の荷電分子は、第二電極８２の右端から、斜め右上方向に第一の電極２１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、例えばＶｐ＞Ｖｋ＞Ｖｇであれば、内壁７３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁７３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００８８】
その他の構成、作用及び効果は第一乃至第七実施形態と同様である。本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，７３の内壁１２１，７３１に設けられた第一の電極２１及び第二の電極８２と、絶縁基板７３を挟んで第二の電極８２に対向するように外壁７３２に設けられた第三の電極２３とを備えたことにより、第一の電極２１と第二の電極８２との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【００８９】
しかも、荷電流体１１を挟んで対向する第一の電極２１と第二の電極８２とを備え、荷電流体１１に対する電界（又は帯電の度合い）を第二の電極８２上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極２１と第二の電極８２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。そのため、クーロン力に加えて又はクーロン力に代えて、クーロン力以外の力を利用することができる。これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ８０を提供できる。
【００９０】
図７は、本発明に係る流体アクチュエータの第九実施形態を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図７において図２と同じ部分には図２と同じ符号を付す。
【００９１】
本実施形態の流体アクチュエータ９０は、複数の第一の電極９１と、複数の第二の電極９２と、絶縁基板１３を挟んで第二の電極９２に対向するように外壁１３２に設けられた第三の電極２３と、絶縁基板１２を挟んで第一の電極９１に対向するように外壁１２２に設けられた第四の電極２４とを備えている。複数の第一の電極９１が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設され、複数の第二の電極９２が荷電流体１１の流れ１１１に沿って一つずつ配設されている。複数の第二の電極８２の一つ一つの間に位置するように、複数の第一の電極２１の一つ一つが設けられている。第一の電極９１、第二の電極９２、第三の電極２３及び第四の電極２４には電圧が印加され、第一の電極９１が電圧Ｖｇ、第二の電極９２が電圧Ｖｐ（＞Ｖｇ）、第三の電極２３が電圧Ｖｋａ、第四の電極２４が電圧Ｖｋｂになっている。
【００９２】
第一の電極９１は、絶縁膜９１３で覆われた領域９１１と、第一の電極９１が露出した領域９１２とを有する。絶縁膜９１３を電荷が通り抜けることは困難であるため、荷電流体１１に対する帯電の度合いは、絶縁膜９１３で覆われた領域９１１では低く、露出した領域９１２では高い。すなわち、荷電流体１１に対する帯電の度合いが、第一の電極９１上の位置に応じて異なることになる。
【００９３】
同様に、第二の電極９２は、絶縁膜９２３で覆われた領域９２１と、第二の電極９２が露出した領域９２２とを有する。絶縁膜９２３を電荷が通り抜けることは困難であるため、荷電流体１１に対する帯電の度合いは、絶縁膜９２３で覆われた領域９２１では低く、露出した領域９２２では高い。すなわち、荷電流体１１に対する帯電の度合いが、第二の電極９２上の位置に応じて異なることになる。
【００９４】
また、電極９１の絶縁膜９１３で覆われた領域９１１と電極９２との間は、絶縁膜９１３からなるキャパシタと荷電流体１１からなるキャパシタとの直列接続となっている。そのため、領域９１１上の荷電流体１１は、電圧Ｖｇが分圧された値の電圧が印加される。一方、露出した領域９１２上の荷電流体１１は、電圧Ｖｇがそのまま印加される。したがって、荷電流体１１に対する電界強度が、第一の電極９１上の位置に応じて異なることになる。
【００９５】
同様に、電極９２の絶縁膜９２３で覆われた領域９２１と電極９１との間は、絶縁膜９２３からなるキャパシタと荷電流体１１からなるキャパシタとの直列接続となっている。そのため、領域９２１上の荷電流体１１は、電圧Ｖｐが分圧された値の電圧が印加される。一方、露出した領域９２２上の荷電流体１１は、電圧Ｖｐがそのまま印加される。したがって、荷電流体１１に対する電界強度が、第二の電極９２上の位置に応じて異なることになる。
【００９６】
本実施形態では、複数の第一の電極９１に対して複数の第二の電極９２が互い違いに（千鳥状に）対向し、かつ複数の第一の電極９１及び複数の第二の電極９２が荷電流体の流れに沿って配設されている。そのため、複数の第一の電極９１と複数の第二の電極９２との間で発生する全体の駆動力が、第一の電極９１及び第二の電極９２が一組しかない場合に比べてその複数倍になる。
【００９７】
換言すると、本実施形態は、一部が絶縁膜９１３で覆われたストライプ状の電極９１，と、一部が絶縁膜９２３で覆われたストライプ状の電極９２とを、流路の相対位置に交互に配置したものである。電極９２と電極９１とは、ピッチが同じで、半周期ずつずれている。したがって、電極９２の先端から見ると電極９１は真上にあり、電極９１，９２間に強電界が作られ＋に帯電した荷電流体１１が噴出・加速される。特に電極９１が絶縁膜９１３で覆われた領域９１１では、荷電流体１１が触れても放電することはない。そのため、＋に帯電した荷電流体１１は、その間加速され、露出する領域９１２で放電し、逆極性の−に帯電する。同様に、電極９１の先端から見た電極９２は真上にあり、強電界が作られ−に帯電した荷電流体１１が噴出・加速される。この構造では荷電流体１１は、＋→−→＋→−と次々に逆極性に帯電し、その都度加速される。
【００９８】
また、第三の電極２３が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、＋の荷電分子は、第二の電極９２の右端から、斜め右上方向に第一の電極９１へ向かう。これに対し、第三の電極２３が有る場合、例えばＶｐ＞Ｖｋａ＞Ｖｇであれば、内壁１３１の第三の電極２３に対向する領域全部が−に分極する。そのため、＋の荷電分子は、−に分極した内壁１３１の静電力によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【００９９】
同様に、第四の電極２４が無い場合、例えばＶｐ＞Ｖｇであれば、−の荷電分子は、第一の電極９１の右端から、斜め右下方向に第二の電極９２へ向かう。これに対し、第四の電極２４が有る場合、例えばＶｇ＞Ｖｋｂであれば、内壁１２１の第四の電極２４に対向する領域全部が＋に分極する。そのため、−の荷電分子は、＋に分極した内壁１２１の静電力（誘電力ともいう。）によって、より多く発生し、かつ流れ１１１により近い方向に向かう。
【０１００】
その他の構成、作用及び効果は第一乃至第八実施形態と同様である。本実施形態によれば、荷電流体１１を挟んで互いに対向するように絶縁基板１２，１３の内壁１２１，１３１に設けられた第一の電極９１及び第二の電極９２と、絶縁基板１３を挟んで第二の電極９２に対向するように外壁１３２に設けられた第三の電極２３と、絶縁基板１２を挟んで第一の電極９１に対向するように外壁１２２に設けられた第四の電極２４とを備えたことにより、第一の電極９１と第二の電極９２との間で発生する荷電分子の噴流を、第三の電極２３及び第四の電極２４によって増加させたり所望の方向へ導いたりすることができる。
【０１０１】
しかも、荷電流体１１を挟んで対向する第一の電極９１と第二の電極９２とを備え、荷電流体１１に対する電界強度（又は帯電の度合い）を第一の電極９１上の位置及び第二の電極９２上の位置に応じて異ならせたことにより、第一の電極９１と第二の電極９２との間の荷電流体１１に誘電率の不均一性が生じるので、電界の二乗に比例する大きな駆動力が得られる。そのため、クーロン力に加えて又はクーロン力に代えて、クーロン力以外の力を利用するができる。これらの効果が相俟って、従来に無い大きな駆動力を実現する流体アクチュエータ９０を提供できる。
【０１０２】
図８は本発明に係る流体アクチュエータの一実施例を示し、図８［１］は斜視図、図８［２］は部分平面図である。図９は、図８の流体アクチュエータの測定結果を示すグラフである。本実施例は、図２［１］に示す第二実施形態の一部を更に具体化したものである。図８では、絶縁基板１３及び第二の電極２２のみを示す。以下、図２［１］、図８及び図９に基づき説明する。
【０１０３】
本実施例では、絶縁基板１２，１３として合成石英を用いた。その合成石英上にＡｕ／Ｃｒをそれぞれ３００ｎｍ／８０ｎｍの厚みで蒸着し、フォトリソグラフィ及びエッチングによって、平面形状の第一の電極２１及びくし型形状の第二の電極２２を作製した。荷電流体１１には、住友３Ｍ社製の「ＨＦＥ−７１００」を用いた。ただし、図２［１］に示す第三の電極２３は形成していない。
【０１０４】
図８［２］に示す、第二の電極２２の数Ｎすなわち電極２２１，２２２は１９組、電極２２１と電極２２２との間隔Ｄは６０μｍ、隣り合う第二の電極２２の間隔Ｄｐは４８０μｍ、電極２２１，２２２の幅Ｗは１２０μｍとした。また、図２［１］に示す、第二の電極２２から第一の電極２１までの高さＨは１９μｍとした。
【０１０５】
このとき、第一の電極２１の電圧Ｖｇ＝０〜−７００［Ｖ］、電極２２１の電圧Ｖｐ＝０［Ｖ］、電極２２２の電圧Ｖｑ＝３６０〜６００［Ｖ］の条件で、駆動力ｆを測定した結果を図９に示す。図９において横軸は電界Ｅであり縦軸は駆動力ｆである。電界Ｅとは、第一の電極２１と第二の電極２２との間に発生する電界であり、Ｅ＝（Ｖｑ−Ｖｇ）／２で与えられる。駆動力ｆとは、荷電流体１１の圧力（静圧）であり、電界Ｅの垂直方向に発生する。駆動力ｆの方向は、荷電流体１１の流れ１１１の方向である。
【０１０６】
図９から明らかなように、駆動力ｆが電界Ｅの二乗に比例する関係が得られた。このことから、次のことが導き出される。荷電流体の流れる方向に対して垂直方向に電界が発生するように電圧を印加すると、電圧が高くなるとともに静圧が増加する。その垂直方向の電界で静圧を整理すると、静圧は一つの曲線で整理でき、電界によって分極した流体分子の誘電率の違いによって力が発生している。
【０１０７】
以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明に係る流体アクチュエータは、例えばポンプ、モータ等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】図１［１］は本発明に係る流体アクチュエータの第一実施形態を示す断面図、図１［２］は図１［１］の流体アクチュエータの動作原理の一部を示す説明図である。
【図２】図２［１］は本発明に係る流体アクチュエータの第二実施形態を示す断面図、図２［２］は本発明に係る流体アクチュエータの第三実施形態を示す断面図である。
【図３】図３［１］は本発明に係る流体アクチュエータの第四実施形態を示す断面図、図３［２］は本発明に係る流体アクチュエータの第五実施形態を示す断面図である。
【図４】図４［１］は本発明に係る流体アクチュエータの第六実施形態を示す断面図、図４［２］は本発明に係る流体アクチュエータの第六実施形態の他例を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る流体アクチュエータの第七実施形態を示し、図５［１］は平面図、図５［２］は図５［１］におけるＩ−Ｉ線縦断面図である。
【図６】本発明に係る流体アクチュエータの第八実施形態を示し、図６［１］は平面図、図６［２］は図６［１］におけるII−II線縦断面図である。
【図７】本発明に係る流体アクチュエータの第九実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明に係る流体アクチュエータの一実施例を示し、図８［１］は斜視図、図８［２］は部分平面図である。
【図９】図８の流体アクチュエータの測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１０】
２ 第二の電極
１０ 流体アクチュエータ
１１ 荷電流体
１１１ 荷電流体の流れ
１２ 絶縁基板（絶縁体）
１２１ 絶縁基板の内壁
１２２ 絶縁基板の外壁
１３，１３’ 絶縁基板（絶縁体）
１３１ 絶縁基板の内壁
１３２ 絶縁基板の外壁
２０ 流体アクチュエータ
２１ 第一の電極
２２ 第二の電極
２２１，２２２ 二つの電極
２２３ 一つ以上の電極
２３ 第三の電極
２４ 第四の電極
３０ 流体アクチュエータ
３２ 第二の電極
３２１ 絶縁膜で覆われた領域
３２２ 露出した領域
３４ 絶縁膜
４０ 流体アクチュエータ
４２ 第二の電極
４４ 絶縁膜
５０ 流体アクチュエータ
５２ 第二の電極
５４ 絶縁膜
５５ 抵抗膜
６０ 流体アクチュエータ
６２１〜６２６，６２１’〜６２４’ 第二の電極
７０ 流体アクチュエータ
７２ 第二の電極
７２１ 絶縁膜で覆われた領域
７２２ 露出した領域
７４ 絶縁膜
７３ 絶縁基板（絶縁体）
７３１ 絶縁基板の内壁
７３２ 絶縁基板の外壁
８０ 流体アクチュエータ
８２ 第二の電極
８２１ 絶縁膜で覆われた領域
８２２ 露出した領域
８４ 絶縁膜
９０ 流体アクチュエータ
９１ 第一の電極
９１１ 絶縁膜で覆われた領域
９１２ 露出した領域
９１３ 絶縁膜
９２ 第二の電極
９２１ 絶縁膜で覆われた領域
９２２ 露出した領域
９２３ 絶縁膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間の電界によって荷電流体を帯電させかつ動かす流体アクチュエータにおいて、
前記電極としての第一の電極、第二の電極及び第三の電極と、内壁及び外壁を有し前記内壁の内側が前記荷電流体の流路となる絶縁体とを備え、
前記第一の電極及び前記第二の電極は、前記荷電流体を挟んで互いに対向するように前記内壁に設けられ、
前記第三の電極は、前記絶縁体を挟んで前記第二の電極に対向するように前記外壁に設けられた、
ことを特徴とする流体アクチュエータ。
【請求項２】
前記第一の電極及び前記第三の電極をそれぞれ一つずつ備えるとともに前記第二の電極を複数備え、複数の前記第二の電極が前記荷電流体の流れに沿って一対ずつ配設され、複数の前記第二の電極の全てに対向するように一つの前記第一の電極及び一つの前記第三の電極がそれぞれ設けられた、
ことを特徴とする請求項１記載の流体アクチュエータ。
【請求項３】
前記絶縁体は平板状の第一の絶縁基板及び平板状の第二の絶縁基板であり、前記第一の絶縁基板の前記内壁に前記第一の電極が設けられ、前記第二の絶縁基板の前記内壁に前記第二の電極が設けられ、前記第二の絶縁基板の前記外壁に前記第三の電極が設けられた、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の流体アクチュエータ。
【請求項４】
前記第二の電極は、前記第一の電極に対して互いに異なる電圧が印加される複数の電極からなる、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流体アクチュエータ。
【請求項５】
前記複数が二である、
ことを特徴とする請求項４記載の流体アクチュエータ。
【請求項６】
前記第二の電極は、前記二つの電極の間に、電圧が印加されない一つ以上の電極を有する、
ことを特徴とする請求項５記載の流体アクチュエータ。
【請求項７】
前記第二の電極は、前記二つの電極を繋ぐように設けられた抵抗膜を有する、
ことを特徴とする請求項５記載の流体アクチュエータ。
【請求項８】
前記第二の電極は、絶縁膜で覆われた領域と露出した領域とを有する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流体アクチュエータ。
【請求項９】
前記第二の電極は前記第一の電極に対して非平行であり、
前記第二の電極のうち、前記第一の電極に遠い方が前記絶縁膜で覆われた領域であり、前記第一の電極に近い方が前記露出した領域である、
ことを特徴とする請求項８記載の流体アクチュエータ。
【請求項１０】
前記露出した領域は、前記第一の電極に近いほど面積が減少する、
ことを特徴とする請求項９記載の流体アクチュエータ。
【請求項１１】
前記第二の電極は、前記第一の電極に対して非平行になっている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流体アクチュエータ。
【請求項１２】
複数の前記第一の電極と、複数の前記第二の電極と、前記絶縁体を挟んで前記第一の電極に対向するように前記外壁に設けられた第四の電極とを備え、
前記第二の電極が前記荷電流体の流れに沿って一つずつ配設され、前記第二の電極の一つ一つの間に位置するように前記第一の電極が前記荷電流体の流れに沿って一つずつ配設され、
前記第一の電極及び前記第二の電極は、それぞれ絶縁膜で覆われた領域と露出した領域とを有する、
ことを特徴とする請求項１記載の流体アクチュエータ。
【請求項１】
電極間の電界によって荷電流体を帯電させかつ動かす流体アクチュエータにおいて、
前記電極としての第一の電極、第二の電極及び第三の電極と、内壁及び外壁を有し前記内壁の内側が前記荷電流体の流路となる絶縁体とを備え、
前記第一の電極及び前記第二の電極は、前記荷電流体を挟んで互いに対向するように前記内壁に設けられ、
前記第三の電極は、前記絶縁体を挟んで前記第二の電極に対向するように前記外壁に設けられた、
ことを特徴とする流体アクチュエータ。
【請求項２】
前記第一の電極及び前記第三の電極をそれぞれ一つずつ備えるとともに前記第二の電極を複数備え、複数の前記第二の電極が前記荷電流体の流れに沿って一対ずつ配設され、複数の前記第二の電極の全てに対向するように一つの前記第一の電極及び一つの前記第三の電極がそれぞれ設けられた、
ことを特徴とする請求項１記載の流体アクチュエータ。
【請求項３】
前記絶縁体は平板状の第一の絶縁基板及び平板状の第二の絶縁基板であり、前記第一の絶縁基板の前記内壁に前記第一の電極が設けられ、前記第二の絶縁基板の前記内壁に前記第二の電極が設けられ、前記第二の絶縁基板の前記外壁に前記第三の電極が設けられた、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の流体アクチュエータ。
【請求項４】
前記第二の電極は、前記第一の電極に対して互いに異なる電圧が印加される複数の電極からなる、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流体アクチュエータ。
【請求項５】
前記複数が二である、
ことを特徴とする請求項４記載の流体アクチュエータ。
【請求項６】
前記第二の電極は、前記二つの電極の間に、電圧が印加されない一つ以上の電極を有する、
ことを特徴とする請求項５記載の流体アクチュエータ。
【請求項７】
前記第二の電極は、前記二つの電極を繋ぐように設けられた抵抗膜を有する、
ことを特徴とする請求項５記載の流体アクチュエータ。
【請求項８】
前記第二の電極は、絶縁膜で覆われた領域と露出した領域とを有する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流体アクチュエータ。
【請求項９】
前記第二の電極は前記第一の電極に対して非平行であり、
前記第二の電極のうち、前記第一の電極に遠い方が前記絶縁膜で覆われた領域であり、前記第一の電極に近い方が前記露出した領域である、
ことを特徴とする請求項８記載の流体アクチュエータ。
【請求項１０】
前記露出した領域は、前記第一の電極に近いほど面積が減少する、
ことを特徴とする請求項９記載の流体アクチュエータ。
【請求項１１】
前記第二の電極は、前記第一の電極に対して非平行になっている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流体アクチュエータ。
【請求項１２】
複数の前記第一の電極と、複数の前記第二の電極と、前記絶縁体を挟んで前記第一の電極に対向するように前記外壁に設けられた第四の電極とを備え、
前記第二の電極が前記荷電流体の流れに沿って一つずつ配設され、前記第二の電極の一つ一つの間に位置するように前記第一の電極が前記荷電流体の流れに沿って一つずつ配設され、
前記第一の電極及び前記第二の電極は、それぞれ絶縁膜で覆われた領域と露出した領域とを有する、
ことを特徴とする請求項１記載の流体アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−９６１５７（Ｐ２０１０−９６１５７Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７０１０３（Ｐ２００８−２７０１０３）
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年春季フルードパワーシステム講演会 社団法人 日本フルードパワーシステム学会 および 社団法人 日本機械学会 共催 （平成２０年５月２９日開催）
【出願人】（５９３１０８９９０）
【出願人】（５０３１０４２２１）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年春季フルードパワーシステム講演会 社団法人 日本フルードパワーシステム学会 および 社団法人 日本機械学会 共催 （平成２０年５月２９日開催）
【出願人】（５９３１０８９９０）
【出願人】（５０３１０４２２１）
【Ｆターム（参考）】
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