(57)【要約】      （修正有）【課題】柔軟性を有した小型の電気粘性流体装置を提供する。【解決手段】  電気粘性流体装置が、供給通路１２ｃおよび排出通路１４ｃを形成する柔軟な材料から成る少なくとも１つの通路形成部材１２、１４と、供給通路１２ｃを挟んで対向配置され柔軟な材料から成る供給通路電極２０ａ、２０ｂと、排出通路１４ｃを挟んで対向配置され柔軟な材料から成る排出通路電極２１ａ、２１ｂと、通路形成部材１２、１４における供給通路１２ｃと排出通路１４ｃの各々の一端１２ｂ、１４ａに隣接する部分、供給通路電極２０ａ、２０ｂおよび排出通路電極２１ａ、２１ｂの少なくとも一部を包囲する包囲部材とを具備する。【選択図】図２
2006118605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給通路および排出通路を形成する柔軟な材料から成る少なくとも１つの通路形成部材と、
前記供給通路を挟んで対向配置され柔軟な材料から成る供給通路電極と、
前記排出通路を挟んで対向配置され柔軟な材料から成る排出通路電極と、
前記少なくとも１つの通路形成部材における供給通路と排出通路の各々の一端に隣接する部分、前記供給通路電極および排出通路電極の少なくとも一部を包囲する包囲部材とを具備した電気粘性流体装置。
【請求項２】
前記包囲部材が、柔軟な材料から形成されている請求項１に記載の電気粘性流体装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの通路形成部材は、前記供給通路を形成する管状の第１の通路形成部材と、前記排出通路を形成する管状の第２の通路形成部材とを具備している請求項１または２に記載の電気粘性流体装置。
【請求項４】
前記包囲部材がシリンダ部材を具備し、
前記電気粘性流体装置が、前記シリンダ部材の内面に沿って摺動自在に配設されたピストンを具備し、
前記シリンダ部材の内面と前記ピストンとにより形成される室内に前記通路形成部材が配設されてる請求項１に記載の電気粘性流体装置。
【請求項５】
前記ピストンにより前記シリンダ部材の内部空間は第１と第２の室に分割され、
前記第１と第２の室の各々に前記通路形成部材が配設されている請求項４に記載の電気粘性流体装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの通路形成部材は、前記供給通路を形成する管状の第１の通路形成部材と、前記排出通路を形成する管状の第２の通路形成部材とを具備している請求項４または５に記載の電気粘性流体装置。
【請求項７】
前記通路形成部材が、供給通路および排出通路に共通の薄板状の本体部材を具備する請求項１、２、４、５の何れか１項に記載の電気粘性流体装置。
【請求項８】
前記本体部材が、一方向に長く延設された平板状に形成されている請求項７に記載の電気粘性流体装置。
【請求項９】
前記本体部材が、螺旋状に延設されている請求項７に記載の電気粘性流体装置。
【請求項１０】
前記電気粘性流体装置が、供給通路および排出通路に共通の螺旋状に延設された薄板状の本体部材から成る複数の通路形成部材を具備し、
前記包囲部材が、柔軟な材料から形成され前記複数の螺旋状の通路形成部材の各々を収納する複数の室を形成して成る請求項１に記載の電気粘性流体装置。
【請求項１１】
前記電気粘性流体装置が、
前記供給通路および排出通路において、前記包囲部材に包囲されていない側の端部の各々に連結された母管と、
前記母管へ前記電気粘性流体を供給する電気粘性流体供給源とを更に具備した請求項１から１０の何れか１項に記載の電気粘性流体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気粘性流体を利用した流体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、原子力発電所等の蒸気発生器に用いる内径１０mm程度の細管内面のメンテナンス等のマイクロマシン用のアクチュエータや、ロボット等の人工筋肉用のアクチュエータとして、電圧によって見かけの粘性を制御可能な電気粘性流体を用いたアクチュエータや弁装置などの電気粘性流体装置が開発されている。例えば、特許文献１、２には、人工筋肉を作動させるアクチュエータの圧力制御装置として、電気粘性流体を用いた弁装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１２１８０８号公報
【特許文献２】特開平７−２６９５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気粘性流体装置は、スプールやバネ等の可動内部機構を含まない単純な構造で、印加電圧のみで粘性流体の流れを制御することができるが、従来技術による電気粘性流体装置は、硬い構造を有しているために、人工筋肉等の特に柔軟な構造が必要となる場合には、電気粘性流体に印加する電極部分をアクチュエータの外部に配設しなければならず、アクチュエータの柔軟化、小型化をすることが難しい問題がある。
従来技術の問題点に鑑み、本発明は柔軟性を有した小型の電気粘性流体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の本発明は、供給通路および排出通路を形成する柔軟な材料から成る少なくとも１つの通路形成部材と、前記供給通路を挟んで対向配置され柔軟な材料から成る供給通路電極と、前記排出通路を挟んで対向配置され柔軟な材料から成る排出通路電極と、前記少なくとも１つの通路形成部材における供給通路と排出通路の各々の一端に隣接する部分、前記供給通路電極および排出通路電極の少なくとも一部を包囲する包囲部材とを具備した電気粘性流体装置を要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、従来困難であった、電気粘性流体装置の小型で動作自由度の高い電気粘性流体装置が提供される。また、本発明の電気粘性流体装置は簡単かつ安価に製造可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
先ず、図１、２を参照すると、本発明の第１の実施形態による電気粘性流体装置１０は、供給通路１２ｃおよび排出通路１４ｃを形成する第１と第２の通路形成部材１２、１４から成る通路集成体を具備している。第１の通路形成部材１２は、供給通路１２ｃの入口および出口を形成する入口側端部１２ａおよび出口側端部１２ｂを有し、第２の通路形成部材１４は、排出通路１４ｃの入口および出口を形成する入口側端部１４ａおよび出口側端部１４ｂを有している。第１と第２の通路形成部材１２、１４は、絶縁材料から形成された板部材より成るベース部材１８を貫通させて取付けられており、ベース部材１８と第１と第２の通路形成部材１２、１４との間は、接着剤等により後述する電気粘性流体が漏洩しないように密封されている。
【０００８】
第１の通路形成部材１２の入口側端部１２ａ、および、第２の通路形成部材１４の出口側端部１４ｂは、供給管路２６ａおよび排出管路２６ｂを介して、電気粘性流体供給源としてのポンプ２４の出口ポートおよびタンク２８に各々連通している。前記電気粘性流体供給源は、ポンプ２４に加えて、ポンプ２４の前記出口ポートに取付けられ供給管路２６ａ内の圧力を既ね一定に制御する圧力調整弁（図示せず）や、ポンプ２４の入口ポート（図示せず）に接続されタンク２８から電気粘性流体を吸引するための再循環管路（図示せず）等を含むことができる。電気粘性流体は、シリコンオイル等の電気絶縁性の分散媒体中にシリカ、セルロール、イオン交換樹脂等の粒子を分散させた粒子分散系電気粘性流体や、液晶、ネマティック液晶等の均一系電気粘性流体を用いることができる。
【０００９】
次に、図２を参照して、第１と第２の通路形成部材１２、１４を更に詳細に説明する。なお、第１と第２の通路形成部材１２、１４は同様に形成されているので、以下、第１の通路形成部材１２についてのみ説明する。
【００１０】
第１の通路形成部材１２は、絶縁性を有した樹脂やゴム等の柔軟な材料から形成された管状の部材から成り、その外周面には、第１の通路形成部材１２に沿って延設された供給通路電極２０ａ、２０ｂが互いに対向するように配設されている。より詳細には、供給通路電極２０ａ、２０ｂは、第１の通路形成部材１２の直径方向、つまり供給通路１２ｃ内の電気粘性流体の流れに対して概ね垂直方向に対向するように配設されている。供給通路電極２０ａ、２０ｂは、また、金属薄板、樹脂製フィルムの表面にスパッタリング等の方法により金属薄膜を形成した材料、導電性ゴム、導電性樹脂等の柔軟性を有した材料から形成することができる。供給通路電極２０ａ、２０ｂの外表面は、絶縁性を有した樹脂等の柔軟な材料から成る外被２２により被覆される。供給通路電極２０ａ、２０ｂの間に制御可能な所定電圧Ｖsを印加するための電源装置（図示せず）を別設することができる。また、前記電源装置はベース部材１８に組み込んでもよい。
【００１１】
第２の通路形成部材１４の外表面にも、第２の通路形成部材１４に沿って延設され柔軟性を有した材料から形成された排出通路電極２１ａ、２１ｂが直径方向に対設され、該排出通路電極２１ａ、２１ｂの外表面は絶縁性を有した樹脂等の柔軟な材料から成る外被（２３）により被覆される。排出通路電極２１ａ、２１ｂ間にも前記電源装置により制御可能な所定電圧Ｖeが印加される。なお、前記電源装置は、供給通路電極２０ａ、２０ｂ間に印加する電圧Ｖsおよび排出通路電極２１ａ、２１ｂ間に印加する電圧Ｖeを独立にまたは互いに関連させて可変に制御することができるが、好ましくは電圧Ｖs、Ｖeとの和が一定となるように、電圧Ｖs、Ｖeを制御する。
【００１２】
電気粘性流体装置１０は、第１と第２の通路形成部材１２、１４を包囲しベース部材１８に取付けられた包囲部材１６を更に具備している。包囲部材１６とベース部材１８との間の取付部分は、電気粘性流体が漏洩しないようにシールされている。図１では、包囲部材１６は、第１と第２の通路形成部材１２、１４の概ね全体を包囲しているが、包囲部材１６は、第１の管路形成部材１２の入口端部１２ａおよび第２の管路形成部材１４の出口端部１４ｂを除いて、少なくとも第１の通路形成部材１２の出口側端部１２ｂおよび第２の通路形成部材１４の入口側端部１４ａに隣接する部分を包囲すればよい。供給通路電極２０ａ、２０ｂおよび排出通路電極２１ａ、２１ｂもまた同様に包囲部材１６により包囲されている。供給通路電極２０ａ、２０ｂおよび排出通路電極２１ａ、２１ｂの長さは、供給通路電極２０ａ、２０ｂおよび排出通路電極２１ａ、２１ｂに印加される電圧Ｖs、Ｖeと、電気粘性流体との相互作用により、供給通路および排出通路を流通する電気粘性流体に所望の流体制御効果が得られる長さであればよい。また、本発明において、包囲部材１６は必ずしもベース部材１８に取付けられる必要はない。
【００１３】
以下、本実施形態の作用を説明する。
電気粘性流体は、タンク２８からポンプ２４により吸引され、供給管路２６ａを流通し、供給通路１２ｃ内に流入し、包囲部材１６内を流通して、排出通路１４ｃおよび排出管路２６ｂを介してタンク２８へ戻る。こうした構成において、供給通路電極２０ａ、２０ｂ間の電圧Ｖsを低減すると共に、排出通路電極２１ａ、２１ｂ間の電圧Ｖeを増加すると、包囲部材１６内の圧力が増加する。反対に、供給通路電極２０ａ、２０ｂ間の電圧Ｖsを増加すると共に、排出通路電極２２ａ、２２ｂ間の電圧Ｖeを低減すると、包囲部材１６内の圧力が低下する。包囲部材１６をゴムや合成樹脂等の柔軟な材料から形成することにより、包囲部材１６内の圧力を高めると包囲部材１６は膨らみ、包囲部材１６内の圧力を低減すると包囲部材１６は収縮する。その際、第１と第２の通路形成部材１２、１４が柔軟な材料から形成されているために、第１と第２の通路形成部材１２、１４は、収縮する包囲部材１６の内部空間に適合するよう変形する。
【００１４】
次に、図３を参照して、第１の実施形態の変形例である第２の実施形態を説明する。第１の実施形態では、電気粘性流体装置１０は、１つの通路集成体を具備していたが、第２の実施形態では電気粘性流体装置３０は、一対の通路集成体を具備している。一対の通路集成体の各々は、第１の実施形態における通路集成体と同様に構成されているので、詳細な説明は省略し、第１の実施形態との差異についてのみ以下説明する。また、図３において、第１の実施形態と同様の構成要素には同じ参照符号が付されている。
【００１５】
図３において、電気粘性流体装置３０は、包囲部材としての筒状のシリンダ部材３２と、シリンダ部材３２の内面に沿って摺動自在に配設されたピストン３４と、ピストン３４に連結されて該ピストン３４と共に移動するピストン棒３６、３８とを具備している。ピストン３４により、シリンダ部材３２の内部空間は第１と第２の室４０、４２に分割され、第１と第２の室４０、４２の各々に前記通路集成体が配設される。シリンダ部材３２の内周面とピストン３４との間は、Ｏリング（図示せず）等のシール部材により適宜にシールすることができる。
【００１６】
ピストン棒３６、３８の各々は、ピストン３４からベース部材１８を貫通して、中心軸線Ｏに沿って延設されており、駆動力を外部に取り出せるようになっている。ピストン棒３６、３８とベース部材１８との間もまた、Ｏリング（図示せず）等のシール部材により適宜にシールすることができる。
【００１７】
以下、第２の実施形態の作用を説明する。
第１の室４０内に配設された供給通路電極２０ａ、２０ｂ間の電圧Ｖsを増加し排出通路電極２１ａ、２１ｂ間の電圧Ｖeを低減すると共に、第２の室４２内に配設された供給通路電極２０ａ、２０ｂ間の電圧Ｖsを増加し排出通路電極２１ａ、２１ｂ間の電圧Ｖeを低減すると、第１の室４０内の圧力が増加し、第２の室内の圧力が低下する。これにより、ピストン３４は、図３に示すように、第２の室４２側に付勢され、ピストン棒３６、３８は、中心軸線Ｏに沿って図３において右方へ移動する。その際、第１と第２の通路形成部材１２、１４が柔軟な材料から形成されているために、第１と第２の通路形成部材１２、１４は、第２の室４２の縮小に適合するよう変形する。
【００１８】
反対に、第１の室４０内に配設された供給通路電極２０ａ、２０ｂ間の電圧Ｖsを増加し排出通路電極２２ａ、２２ｂ間の電圧Ｖeを低減すると共に、第２の室４２内に配設された供給通路電極２０ａ、２０ｂ間の電圧Ｖsを低減し排出通路電極２１ａ、２１ｂ間の電圧Ｖeを増加すると、第１の室４０内の圧力が低下し、第２の室４２内の圧力が増加する。これにより、ピストン３４は、第１の室４０側に付勢され、ピストン棒３６、３８は、中心軸線Ｏに沿って図３において左方へ移動する。その際、第１と第２の通路形成部材１２、１４が柔軟な材料から形成されているために、第１と第２の通路形成部材１２、１４は、第１の室４０の縮小に適合するよう変形する。
【００１９】
次に、図４、５を参照して、本発明の第３の実施形態を説明する。
既述した第１と第２の実施形態では、供給通路および排出通路を形成する通路形成部材は第１と第２の通路形成部材を具備していたが、第３の実施形態では、供給通路および排出通路を形成する通路形成部材は単一の本体部材により形成されている。なお、図４、５には、ポンプ、供給管路、排出管路、タンクが省略されているが、第３の実施形態においても、電気粘性流体装置へ電気粘性流体を供給し、電気粘性流体から電気粘性流体を回収するために同様の構成を備えることができることは言うまでもない。
【００２０】
図４、５を参照すると、第３の実施形態による電気粘性流体装置５０は、ベース部材６６に連結された通路形成部材５２と、通路形成部材５２を包囲する包囲部材６８とを具備している。通路形成部材５２は、並設された供給通路５６および排出通路５８を形成する本体部材５４を具備している。供給通路５６および排出通路５８は、ベース部材６６を基準に本体部材５４の基端部から遠位端部へ、互いに平行に本体部材５４を貫通して延設されている。本体部材５４は接着剤、溶接等の適当な方法、手段によりベース部材６６に取付けることができる。本体部材５４およびベース部材６６は、また、同じ材料から例えば射出成形法等の適宜の方法により一体成形してもよい。
【００２１】
本体部材５４は、絶縁性を有した樹脂やゴム等の柔軟な材料から成る薄板状に形成されている。本体部材５４は、図４において矢印Ａで示すように、ベース部材６６との連結部を中心として図４において上下方向に揺動可能に或いは撓むことができるようになっている。供給通路５６および排出通路５８の並設方向Ｙよりも、供給通路５６および排出通路５８の長手方向Ｘに長く形成することにより、本体部材５４は一層容易に変形できるようになる。
【００２２】
本体部材５４において、並設された供給通路５６および排出通路５８を跨ぐ側面、つまり、図４においてＸ−Ｙ平面に平行な側面には、供給通路５６と排出通路５８の各々のために供給通路電極６０ａ、６０ｂと排出通路電極６２ａ、６２ｂが取付けられている。供給通路電極６０ａ、６０ｂは、Ｘ−Ｙ平面に対して垂直な方向、つまり供給通路５６内の電気粘性流体の流れに対して概ね垂直方向に対向するように配設されている。排出通路電極６２ａ、６２ｂも同様に、排出通路５８内の電気粘性流体の流れに対して概ね垂直方向に対向するように配設されている。供給通路電極６０ａ、６０ｂおよび排出通路電極６２ａ、６２ｂは、第１の実施形態と同様な柔軟な材料により形成される。
【００２３】
以下、本実施形態の作用を説明する。
供給通路電極６０ａ、６０ｂ間の電圧Ｖsを低減すると共に、排出通路電極６２ａ、６２ｂ間の電圧Ｖeを増加すると、包囲部材６８内の圧力が増加する。反対に、供給通路電極６０ａ、６０ｂ間の電圧Ｖsを増加すると共に、排出通路電極６２ａ、６２ｂ間の電圧Ｖeを低減すると、包囲部材６８内の圧力が低下する。第１の実施形態と同様に、包囲部材６８を柔軟な材料から形成することにより、包囲部材６８内の圧力を高めると包囲部材６８は膨らみ、包囲部材６８内の圧力を低減すると包囲部材６８は収縮する。
【００２４】
次に、図６、７を参照して、第３の実施形態の変形例である本発明の第４の実施形態を説明する。既述した第３の実施形態において、通路形成部材５２は一方向（Ｘ方向）に直線状に延びる概ね矩形の平板状に形成されていたが、第４の実施形態では、通路形成部材は螺旋状に延設された薄板状に形成されている。
【００２５】
図６、７を参照すると、第４の実施形態による電気粘性流体装置７０は、ベース部材７４に連結された１または複数、本実施形態では特に３つの通路形成部材７２と、通路形成部材７２を包囲する包囲部材７６とを具備している。通路形成部材７２は、螺旋状に形成されている点を除いて、第３の実施形態の通路形成部材５２と概ね同様の構造を有しており、並設された供給通路７２ａおよび排出通路７２ｂを形成する螺旋状に延びる本体部材を具備している。供給通路７２ａおよび排出通路７２ｂは、前記本体部材の基端部から遠位端部へ、互いに平行に前記本体部材５４を貫通して螺旋状に延設されている。前記本体部材は接着剤、溶接等の適当な方法、手段によりベース部材７４に取付けされている。
【００２６】
通路形成部材７２を螺旋状に形成することにより、図７に示すように、通路形成部材７２は、螺旋の中心線Ｏに沿って伸縮自在で、かつ、中心線Ｏ周りに揺動自在となる。従って、図６に示すように、同方向に延びる複数の例えば３本の螺旋状の通路形成部材７２を周方向に配設し、各々を個別の室内に収納する包囲部材７６により包囲して、各室の圧力を独立に増加、低減することにより、矢印で示すように、包囲部材７６を通路形成部材７２と共に所望の方向に撓ませたり、中心軸線Ｏの方向に伸縮させたりすることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、原子力発電所等の蒸気発生器に用いる内径１０mm程度の細管内面のメンテナンス等のマイクロマシン、人体内で自立的に移動し、患部の検査、治療を行う医療用超小型ロボット等のアクチュエータに利用することができる。
更に、本発明は、内視鏡やカテーテル先端部分を所望方向に屈曲したり撓ませたりするアクチュエータに用いることができる。
【００２８】
更に、本発明は、患者との直接接触し高い安全性が要求されるリハビリテーション用デバイス、バーチャルリアリティを用いたシステムと人間との間のインターフェースとなる触覚呈示装置、倒壊した瓦礫内に進入し被災者の存在位置、状況を探索、探知するレスキューロボット等に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態による電気粘性流体装置の略示断面図である。
【図２】図１の電気粘性流体装置で用いる第１と第２の通路形成部材の断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による電気粘性流体装置の略示断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態による電気粘性流体装置の略示斜視図である。
【図５】図３の電気粘性流体装置で用いる通路形成部材の断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視線Ａ−Ａに沿う長手方向の断面であり、（ｂ）は（ａ）の矢視線Ｂ−Ｂに沿う通路を横断する方向の断面である。
【図６】本発明の第４の実施形態による電気粘性流体装置の略示斜視図である。
【図７】図６の電気粘性流体装置で用いる通路形成部材の部分拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０    電気粘性流体装置
１２    第１の通路形成部材
１２ｃ    供給通路
１４    第２の通路形成部材
１４ｃ    排出通路
１６    包囲部材
１８    ベース部材
２０ａ    供給通路電極
２０ｂ    供給通路電極
２１ａ    排出通路電極
２１ｂ    排出通路電極
２４    ポンプ
２６    母管
２８    タンク
【図１】
2006118605.tif 000003
【図２】
2006118605.tif 000004
【図３】
2006118605.tif 000005
【図４】
2006118605.tif 000006
【図５】
2006118605.tif 000007
【図６】
2006118605.tif 000008
【図７】
2006118605.tif 000009