(57)【要約】【課題】ＥＲ流体の制御デバイスの超小型化を図り、マイクロマシンへの適用を可能とする。【解決手段】管内をＥＲ流体が流通する所定全長の管体１０で形成し、ＥＲ流体の流通路に設けるＥＲ流体の制御デバイスであって、電極１２を配置して管体１０の管壁を形成し、電極間の印加電圧を制御して電場強度を可変し、ＥＲ流体の粘性を制御することを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内をＥＲ流体が流通する所定全長の管体１０で形成し、ＥＲ流体の流通路に設けるＥＲ流体の制御デバイスであって、
電極１２を配置して管体１０の管壁を形成し、電極間の印加電圧を制御して電場強度を可変し、ＥＲ流体の粘性を制御することを特徴としたＥＲ流体の制御デバイス。
【請求項２】
管壁に軸方向に沿った複数の電極１２を所定の間隔で配置し、正極、負極を交番関係とした請求項１に記載のＥＲ流体の制御デバイス。
【請求項３】
管壁に環状の複数の電極１２を所定の間隔で配置し、正極、負極を交番関係とした請求項１に記載のＥＲ流体の制御デバイス。
【請求項４】
ＥＲ流体が液晶である請求項１、２又は３に記載のＥＲ流体の制御デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電場強度に応じて粘性が変化するＥＲ流体の流通路に設けるＥＲ流体の制御デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電場を印加することで材料の弾性や粘性等のレオロジー特性が変化する性質はＥＲ（エレクトロ・レオロジー）効果と呼ばれ、このような特性を持つＥＲ流体として、絶縁性の液体に誘電性固体微粒子を分散させた懸濁液や液晶がある。従来、こうしたＥＲ流体のＥＲ効果の発現及びその制御方法としては、一対の平板電極を対向させた平行二平板電極とした構造や、内筒に正、負の一方の電極、外筒に他方の電極を配置した二重円筒構造としたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記構造において、平行二平板電極構造では平板電極に所定の面積を要し、二重円筒構造ではその構造上、筒体の微小径化が困難であり、制御デバイスとして超小型化、マイクロデバイス化に限界があった。
【０００４】
この発明は、管内をＥＲ流体が流通する所定全長の管体で形成し、この管体をＥＲ流体の流通路に設けて管内を流通するＥＲ流体の粘性を制御することで、可動機構部を持たない制御弁として機能する制御デバイスを提供するもので、管体の微小径化によるデバイスの超小型化を図り、マイクロマシンへの適用を可能としたＥＲ流体の制御デバイスを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明のＥＲ流体の制御デバイスは、管内をＥＲ流体が流通する所定全長の管体１０で形成し、ＥＲ流体の流通路に設けるＥＲ流体の制御デバイスであって、電極１２を配置して管体１０の管壁を形成し、電極間の印加電圧を制御して電場強度を可変し、ＥＲ流体の粘性を制御することを特徴とするものである。
【０００６】
電極１２の配置構造としては、管壁に軸方向に沿った複数の電極１２を所定の間隔で配置し、正極、負極を交番関係とし、又は、管壁に環状の複数の電極１２を所定の間隔で配置し、正極、負極を交番関係とするものである。
【０００７】
また、この発明のＥＲ流体の制御デバイスは、特に作動流体として液晶を用いた液晶デバイスとして有益なものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を、図面を用いて具体的に説明する。
図１及び２は、この発明の第１の構成の構造原理図である。図に示すように、この制御デバイスは所定全長の管体１０で形成され、ＥＲ流体の流通路に設けられてＥＲ流体が管内を図１の矢印方向へ流通する。
【０００９】
管体１０の管壁は、絶縁部１１を挟んで複数の電極１２を配置して形成され、電極１２は所定の間隔で軸方向（流れ方向）に沿って並置され、正極、負極を交番関係として４組の電極が放射状位置に配置されている。
【００１０】
次に、この制御デバイスの作動原理を説明する。
ＥＲ流体として液晶を用い、電極間に電圧が印加されない状態では、図２に示すように液晶分子１５は無秩序、不規則の状態である。電極間に電圧を印加して電場が生じると、液晶分子１５は電場方向に従って一部配向し（図３、イの状態）、その結果、管内の液晶の粘性が増大する。さらに電場強度を強めると、液晶分子１５は電場方向に従って配列し、液晶の粘性が最大となる（図３、ロの状態）。このように、電極間の印加電圧を制御して電場強度を可変し、管内を流通するＥＲ流体の粘性を制御することで、電圧を印加しない状態からＥＲ効果の最大値まで連続又はオン・オフ制御し、所定流量に調節したり、あるいは遮断するなど、可動機構部を持たない制御弁として機能することができる。
【００１１】
この制御デバイスの製作方法の一例を図４に示す。
図４、イに示すように、絶縁フィルム材２０の表面に、一方の側辺に沿った縁端部から対辺に向かって櫛歯状に延びる金属膜２２を蒸着又はエッチングして形成し（図中、ハッチング部）、同じく他方の側辺に沿った縁端部から対辺に向かって櫛歯状に延びる金属膜２３を形成し、各櫛歯状部が一定の間隔で並んだ長尺のシート材を形成する。このシート材を所定幅でカットし、切断端部を接着して筒形とし、両端に金属膜２２、２３の小片を端子２２ａ、２３ａとして導出し（図４、ロ参照）、これを折り曲げて外周面に接合し（図４、ハ参照）、フレキシブルなチューブとして管体１０を形成する。
【００１２】
このようにして製作された制御デバイスにおいて、金属膜２２、２３で軸方向に沿った複数の電極１２が所定の間隔で管壁に配置され、端子２２ａ、２３ａ間に電圧を印加すると正極、負極が交番関係となり、上記の作動原理でＥＲ流体の制御デバイスとして作動する。参考までに寸法を記載すると、管体１０の全長（シート材の幅）２０ｍｍ〜、管内径１ｍｍ程度で、電極１２の幅０．２ｍｍ、電極１２の間隔０．２ｍｍに設定している。この制御デバイスの製作方法は、絶縁フィルム材２０の表面に、金属膜２２、２３で予め一定の間隔で電極１２が形成されているので寸法精度が極めて良く、また、シート材を順次切断、接着するだけであるから製作作業性に優れた手段である。
【００１３】
図５及び６は、この発明の第２の構成の構造原理図である。図に示すように、この制御デバイスも所定全長の管体１０で形成され、管体１０の管壁は、環状の多数の電極１２を絶縁部１１を挟んで所定の間隔で配置して形成され、正極、負極を交番関係として多数の組の電極が管壁を軸方向に区画している。
【００１４】
この制御デバイスを液晶の流通路に設け、電極間に電圧を印加すると、液晶分子１５は、軸方向に隣接した電極１２間で電場方向に従って配向し、管内の液晶の粘性が増大する。このように、前例と同様の作動原理で、電圧を印加しない状態からＥＲ効果の最大値まで連続又はオン・オフ制御し、可動機構部を持たない制御弁として機能することができる。
【００１５】
この制御デバイスの製作方法の一例を図７に示す。
図７、イに示すように、中央に下穴３１を開孔し、周縁に端子３２を突出した円形の薄板箔状の金属板３０を形成し、同じく下穴３１を開孔し、金属板３０より大径で同厚の絶縁板３５を形成する。端子３２の位置を交互に１８０度向きを変えて所定枚数の金属板３０、絶縁板３５を交番関係で積層し、これを接着して円柱形に形成する。端子３２を接続する板状の二枚の導体３２ａ、３２ｂを外周面に接合し、リーマを用いて下穴３１を拡径加工し（図７、ロ参照）、所定内径の管体１０を形成する。
【００１６】
このようにして製作された制御デバイスにおいて、金属板３０で環状の多数の電極１２が所定の間隔で管壁に配置され、導体３２ａ、３２ｂ間に電圧を印加すると正極、負極が交番関係となり、上記の作動原理でＥＲ流体の制御デバイスとして作動する。参考までに寸法を記載すると、管体１０の全長２０ｍｍ〜、管内径１ｍｍ程度で、電極１２の幅（金属板３０の厚さ）０．２ｍｍ、電極１２の間隔（絶縁板３５の厚さ）０．２ｍｍに設定している。この制御デバイスの製作方法は、金属板３０及び絶縁板３５の厚さで電極１２の幅及び間隔が規定されるので寸法精度が極めて良く、また、金属板３０及び絶縁板３５を積層して接着するだけであるから製作作業性に優れた手段であるとともに、積層枚数の増減で管体１０の全長が可変され、任意の仕様に適用可能である。
【００１７】
図８は、この製作方法による制御デバイスの他の実施例である。この制御デバイスは、同じく所定枚数の金属板３０、絶縁板３５を交番関係で積層し、これを接着して円柱形に形成し、軸方向に沿った複数の貫通孔３７を開孔したものである。この貫通孔３７をＥＲ流体が流通するようにし、並列した複数の流通路を形成することで流路抵抗の軽減を図るとともに、より大きなＥＲ効果を得ることで管体１０の短縮を可能としたものである。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、この発明のＥＲ流体の制御デバイスは、管内をＥＲ流体が流通する所定全長の管体１０で形成し、電極１２を配置して管体１０の管壁を形成し、電場強度を可変してＥＲ流体の粘性を制御することで、可動機構部を持たない制御弁として機能することができるとともに、管体１０の微小径化によりデバイスの超小型化を図り、マイクロデバイスとしてマイクロマシンへの適用を可能とするものである。
【００１９】
また、管体１０であるからＥＲ流体の流通路への配管性に優れるとともに、管内をＥＲ流体が流通する管体１０の管壁に電極１２を配置したので、ＥＲ効果の発現及びその応答性にも優れ、高精度の制御を可能とするなど、制御デバイスとして優れた特徴を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の構成の構造原理図で、管体の側面図。
【図２】図１中Ａ−Ａ線拡大断面図。
【図３】作動原理を示す説明図。
【図４】製作方法の実施例の説明図。
【図５】この発明の第２の構成の構造原理図で、管体の側面図。
【図６】図５中Ｂ−Ｂ線拡大断面図。
【図７】製作方法の実施例の説明図。
【図８】他の実施例の説明図。
【符号の説明】
１０  管体
１２  電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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