(57)【要約】【課題】  直列配置電極による電界加算型に変更することにより、効率的なジェット流の生成を可能にした流体アクチェエータを提供する。【解決手段】  荷電流体１中に浸漬した複数の電極３１〜３ｎ，２間に電界４１〜４ｎを発生させ、その電界４１〜４ｎで発生する全てのクーロン力の作用方向を、前記荷電流体１の流れ方向Ａに統一させている。したがって、荷電流体１中に浸漬した複数の電極に発生する電界で発生するクーロン力の作用方向を、前記荷電流体の流れ方向に統一させたことにより、一部の電極に発生する電界で発生するクーロン力がマイナスに作用することを回避して、ジェット流を効率的に発生することができる。【選択図】      図１
2007049776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ェエータにおいて、
全ての前記クーロン力の作用方向を前記荷電流体の流れ方向に統一させたことを特徴とする流体アクチュエータ。
【請求項２】
前記電極に電圧を制御して印加する電圧制御ユニットを備え、
前記電圧制御ユニットは、全ての前記電界の向きが前記荷電流体の流れ方向に揃うような電位勾配の下で電圧制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の流体アクチュエータ。
【請求項３】
前記荷電流体は、プラスに帯電する特性を有し、
前記電圧制御ユニットは、前記荷電流体の流れの上流側電極に印加する電圧が下流側電極に印加する電圧より高くなる電位勾配に設定することを特徴とする請求項２に記載の流体アクチュエータ。
【請求項４】
前記荷電流体は、マイナスに帯電する特性を有し、
前記電圧制御ユニットは、前記荷電流体の流れの上流側電極に印加する電圧が下流側電極に印加する電圧より低くなる電位勾配に設定することを特徴とする請求項２に記載の流体アクチュエータ。
【請求項５】
前記電極は、前後に位置する全て電極が電極対をなして列状に配列されていることを特徴とする請求項２に記載の流体アクチュエータ。
【請求項６】
前記電極対の列は、直線状をなすものであることを特徴とする請求項５に記載の流体アクチュエータ。
【請求項７】
前記電極対の列は、円弧状をなすものであることを特徴とする請求項５に記載の流体アクチュエータ。
【請求項８】
前記列の最初に位置する前記電極と前記列の最後に位置する前記電極を、逆クーロン力の発生を抑制する関係に配置したことを特徴とする請求項７に記載の流体アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、この液体を荷電液体と定義する。この荷電液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】
非特許文献１のFig.１の左に図示されたマイクロアクチュエータは、荷電液体が帯電した後、電界により駆動力を発生し、電極に到達して放電した後に駆動力を失う。このため、荷電液体のジェット流が形成される。この駆動力は、荷電液体の特性，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。
【特許文献１】実用新案登録第３０４１９２８号
【特許文献２】特開平１１−２１５８６９号
【非特許文献１】A MICROACUTUATOR USING ECF-JET WITH NEEDLE-TYPE ELECTRODES
【非特許文献２】On the Design of an Electrohydrodymamic Ion-Drag Micro pump
【非特許文献３】Influence of Electrode Geometry on Ion-drag Pump Static Pressure
【非特許文献４】Selecting a Working Fluid to  Increases the Efficiency and Flow Rate of an EHD Pump
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した特許文献及び非特許文献に開示された流体アクチェ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。
【０００５】
したがって、従来のマイクロアクチェエータにおいては、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、荷電流体に付与している。荷電流体は、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。
【０００６】
しかしながら、従来のマイクロアクチェエータは、複数の電極のうち、プラス電位とグランド電位を印加する２つの電極を対とし、この電極対の電極間隔を狭く設定し、電極対を構成しない電極間の間隔を広く設定している、すなわち、並列配置電極の構造を採用している。このような並列回路接続電極の場合、電極対を構成しない電極間に発生する電界の向きと、電極対をなす電極間に発生する電界の向きが逆向きとなる。このことは、並列回路接続電極の場合、電極対を構成しない電極間の電界で発生する第１のクーロン力と、電極対をなす電極間の電界で発生する第２のクーロン力が逆向きとなることを意味する。
【０００７】
したがって、前記第１のクーロン力による駆動力を受けたジェット流は、前記第１のクーロン力と逆向きである前記第２のクーロン力を受けてしまい、そのジェット流の流れが弱められて、ジェット流の効率を低下させるという問題があった。
【０００８】
この問題は、前記第１のクーロン力を発生させる電界の向きと、前記第２のクーロン力を発生させる電界の向きが逆である、言換えると、１つおきに同電位にした並列回路接続電極の構造に起因している。この並列回路接続電極の構造を改良しない限り、第１のクーロン力と第２のクーロン力を荷電流体の推進力に利用することができないのである。
【０００９】
本発明の目的は、前記並列回路接続電極の構造を用いたマイクロアクチェエータに代えて、直列回路接続電極の構造を採用することにより、全てのクーロン力を荷電流体の推進力に利用するための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】
【００１０】
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、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ェエータにおいて、全ての前記クーロン力の作用方向を前記荷電流体の流れ方向に統一させたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明によれば、複数の電極に発生する電界で発生する全てのクーロン力の作用方向が荷電流体の流れ方向に統一されるため、前記全てのクーロン力が推進力として前記荷電流体に付与される。
【００１２】
また、本発明は、前記電極に電圧を制御して印加する電圧制御ユニットを備えており、前記電圧制御ユニットは、全ての前記電界の向きが前記荷電流体の流れ方向に揃うような電位勾配の下で電圧制御を行うようにしても良いものである。
【００１３】
この構成によれば、電極に電圧が印加されて、その電極間に発生する電界の向きが荷電流体の流れ方向に揃えられ、その電界で発生するクーロン力が荷電流体の流れ方向に統一されることとなる。
【００１４】
また、本発明は、荷電流体がプラスに帯電する特性を備えている場合には、前記電圧制御ユニットにより、前記荷電流体の流れの上流側電極に印加する電圧が下流側電極に印加する電圧より高くなる電位勾配に設定する。逆に荷電流体がマイナスに帯電する特性を備えている場合には、前記電圧制御ユニットにより、前記荷電流体の流れの上流側電極に印加する電圧が下流側電極に印加する電圧より低くなる電位勾配に設定する。
【００１５】
この構成によれば、電極に電圧が印加されて、その電極間に発生する電界の向きが荷電流体の流れ方向に揃えられ、その電界で発生するクーロン力が荷電流体の流れ方向に統一されることとなる。
【００１６】
また、本発明における前記電極は、前後に位置する全ての電極が電極対をなして列状に配列するようにしても良いものである。この場合、前記電極対の列は、直線状、又は円弧状をなすようにしても良いものである。
【００１７】
この構成によれば、前記複数の電極の配列の仕方に応じて、荷電流体のジェット流の方向を種々変更することが可能となる。
【００１８】
また、前記電極対の列を円弧状にする場合には、前記列の最初に位置する前記電極と前記列の最後に位置する前記電極の間隔を、逆クーロン力の発生を抑制する関係に配置する。
【００１９】
直列回路接続の電極構造において、前記電極対の列を円弧状にした場合、前記列の最初に位置する前記電極と前記列の最後に位置する前記電極の間における電位差が最も大きくなる。この最も大きい電位差によって、列の最初と最後に位置するこれらの電極間に発生する電界の強さは、他の電極間に発生する電界の強さより大きく、かつ逆向きとなる。そこで、列の最初と最後に位置する電極間の間隔を、逆クーロン力の発生を抑制する関係に配置する。これにより、列の最初と最後に位置する電極間に発生する電界の強さは、他の電極間に発生する電界の強さより充分小さくなる。したがって、荷電流体の推進力となるクーロン力に対して逆向きに作用するクーロン力が極力小さくなる。
【００２０】
具体的に説明すると、直列回路接続の電極構造において、複数の電極対を円弧状に配列した場合、一部のクーロン力が荷電流体の推進力と逆向きに作用することは否めない。しかし、従来のように、１つおきに同電位にした並列回路接続の電極構造とした場合、１つおきの並列配置電極間には、必ず逆向きとなる電界が発生する。すなわち、電極対の個数をｎとすれば、このｎ個の電極対により荷電流体の流れ方向に沿う向きの電界はｎ／２個発生する。一方、荷電流体の流れ方向と逆向きの電界は（ｎ／２−１）個発生する。
【００２１】
これに対して、本発明に係る直列回路接続の電極構造においては、電極対の個数をｎとすれば、このｎ個の電極対により荷電流体の流れ方向に沿う向きの電界はｎ−１個発生し、荷電流体の流れ方向と逆向きの電界は最初の電極と最後の電極間に１個発生する。したがって、荷電流体の流れ方向と逆向きの電界で発生する逆向きのクーロン力による影響は極めて小さくなる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明によれば、荷電流体中に浸漬した複数の電極に発生する電界で発生するクーロン力の作用方向を、前記荷電流体の流れ方向に統一させたことにより、一部の電極間の電界で発生するクーロン力が荷電流体の推進力にマイナスとして作用することを回避して、ジェット流を効率的に発生することができる。
【００２３】
さらに、従来のような並列回路接続電極構造のように、一部の電極間の電界で発生する逆向きのクーロン力の影響を極力小さくするために、一部の電極間の間隔を広くする必要がなく、複数の電極の間隔を詰めて配置することができ、流体アクチェエータをコンパクトに構成することができる。
【００２４】
さらに、荷電流体の帯電特性に応じて電圧制御ユニットにより電位勾配を設定して、電極対に電圧を制御して印加するため、電極対間に発生する電界の向きを荷電流体の流れ方向に揃えて、全ての電界によるクーロン力を荷電流体の推進力に利用することができる。そのため、前記全てのクーロン力を利用して荷電流体のジェット流の効率を向上させることができる。
【００２５】
また、複数の電極は、前後に位置する電極が電極対をなして列状に配列されるため、電極対に発生する電界の向きは、切れ目なく荷電流体の流れ方向に揃えられるため、電極対間に逆向きのクーロン力が発生することはなく、全てのクーロン力を荷電流体の推進用駆動力として利用することができる。
【００２６】
また、電極対の列を直線状或いは円弧状をなす形状に構成することにより、荷電流体のジェット流の方向を種々変更することができる。
【００２７】
また、電極対の列を円弧状に構成したとしても、荷電流体のジェット流に逆らうクーロン力は、列の最初の電極と列の最後の電極の間の１箇所にのみ発生するだけであり、そのクーロン力も電極間の間隔の調整により極めて小さくすることができ、逆向きのクーロン力による荷電流体のジェット流に与える悪影響を小さく抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。
【００２９】
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液体１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。
【００３０】
また、荷電液体１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。また荷電液体１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、荷電液体１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１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１種である荷電液体１を例にとって本発明の実施形態を説明する。
【００３１】
これらの荷電液体１は、電位をもつ電極に触れ、或いは他の物体と擦れて、プラス又はマイナスに帯電する。対をなす電極に電圧が印加すると、電極対間に電界が発生し、その電界で発生するクーロン力は、荷電液体１の推進力としての駆動力を荷電液体１に付与する。荷電液体１は、前記クーロン力に基づく駆動力によりジェット流となって流れる。
【００３２】
図１は、本発明の実施形態に係る流体アクチェエータにおける電極配列の構造を示すものである。本発明の実施形態は基本的構成として、荷電液体１中に浸漬した電極３（３１〜３ｎ）間の電界４（４１〜４ｎ）で発生するクーロン力による駆動力を前記荷電液体１に付与する流体アクチェエータを対象とするものであり、前記クーロン力の作用方向を、前記荷電液体１の流れ方向Ａに統一したことを特徴とするものである。
【００３３】
（実施形態１）
次に、荷電液体１中に浸漬した複数の電極３（３１〜３ｎ）間の電界で発生するクーロン力の作用方向を前記荷電液体１の流れ方向Ａに統一するにあたって、複数の電極３は、前後に位置する全ての電極が電極対をなして列状に配列されている、すなわち直列配置電極の構造に配置されている。図１に示す電極対は直線状をなして、荷電液体１の流れ方向Ａに沿って配列されている。ここに、図１の例において、電極３１と３２、電極３２と３３、電極３３と３４、電極３４と３５、・・・電極３ｎ−２と３ｎ−１、電極３ｎ−１と３ｎは、それぞれ電極対を構成している、すなわち直列回路接続の電極構造を構成している。
【００３４】
図２（Ａ）に示すように、前記電極３（３1〜３ｎ）として、ストライプ状の電極を用い、この電極３（３1〜３ｎ）を横向きに設置して、荷電液体１の流れに対して電極３による抵抗を極力小さくしている。図２（Ａ）に示すストライプ状の電極３１〜３ｎは図１に示すように、１点鎖線で示す平行な２枚の平板１９，２０で形成されるチャネルＳ内に設置される。但し、図１に示すようにストライプ状電極３１〜３ｎは２枚の平板１９，２０間の中間位置に配置したが、これに限られるものではない。ストライプ状電極３１〜３ｎは、対向する２枚の平板１９，２０の内面にそれぞれ取付けてもよく、さらには２枚の平板１９，２０のいずれか一方の内面に取付けて良いのである。
【００３５】
図２（Ｂ）に示すように、ストライプ状の電極３に電圧が印加されると、電極３の内部は同電位となり、電界４（４１〜４ｎ）が電極３の端部Ｂに集中する。なお、電極３はストライプ状のものに代えて、丸棒形状のものを用いてもよいものである。この丸棒電極を用いる場合、その直径が荷電液体１の流れを妨げない程度の細径のものを用いる。また、電極３としては、プリント基板に形成されたものであってもよい。要は、電極３としては、荷電液体１の流れを妨げない構造のものであって、電圧印加により電界が最大限に発生する構造であれば、いずれものでもよいのである。
【００３６】
前記電極対を構成する一方の電極３１には電圧Ｖ１を、他方の電極３２には電圧Ｖ２をそれぞれ印加する。前記電極対を構成する一方の電極３２には電圧Ｖ２を、他方の電極３３には電圧Ｖ３をそれぞれ印加する。前記電極対を構成する一方の電極３３には電圧Ｖ３を、他方の電極３４には電圧Ｖ４をそれぞれ印加する。同様にして、前記電極対を構成する一方の電極３ｎ−２には電圧Ｖｎ−２を、他方の電極３ｎ−１には電圧Ｖｎ−１をそれぞれ印加する。前記電極対を構成する一方の電極３ｎ−１には電圧Ｖｎ−１を、他方の電極３ｎには電圧Ｖｎをそれぞれ印加する（直列回路接続の電極構造）。
【００３７】
以上説明した電極３１〜３ｎには、図３に示す電圧制御ユニット８を用いて電圧Ｖ１〜Ｖｎを印加する。前記電圧制御ユニット８は、荷電液体１がプラスに帯電する特性を有するため、チャネルＳ内での荷電液体１の流れ方向Ａの上流側Ａ１の電極に印加する電圧を下流側Ａ２の電極に印加する電圧より高くなる電位勾配に設定し、この電位勾配の下で電圧制御を行う。具体的に説明すると、前記電圧制御ユニット８は、前記電圧Ｖ１〜Ｖｎの関係について、電位Ｖｎが最も低く、Ｖ１が最も高い関係、すなわち、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞・・・Ｖｎ−２＞Ｖｎ−１＞Ｖｎの電位勾配に設定し、その設定した電位勾配をもつ電圧Ｖ１〜Ｖｎを複数の電極３１〜３ｎにそれぞれ印加している。
【００３８】
前記電圧制御ユニット８の一例として、コッククロフト−ウォルトン回路（Cockcroft-Walton Circuit）を用いている。この電圧制御ユニット８に用いるコッククロフト−ウォルトン回路は図３に示すように、整流ダイオードＤとコンデンサＣとを組合せた回路であり、交流電源１０からの交流電源電圧を整流・逓倍して直流電圧をコンデンサの接続点の端子に出力するものである。このコッククロフト−ウォルトン回路から出力される直流電圧は、端子８１からの直流電圧が最も低く、端子８ｎからの直流電圧が最も高いという電位勾配を持っている。さらに、このコッククロフト−ウォルトン回路の端子８１〜８ｎは、整流ダイオードＤとコンデンサＣとの段数を増やすことにより倍増することが可能である。図３に示す電圧制御ユニット８としてのコッククロフト−ウォルトン回路は、その端子８１〜８ｎの個数を電極対の電極３１〜３ｎの個数だけ用意しておき、それぞれの端子８１〜８ｎから電極対の電極３１〜３ｎにそれぞれ前記電位勾配をもつ電圧Ｖ１〜Ｖｎをそれぞれ印加する。図３に示す電圧制御ユニット８としてのコッククロフト−ウォルトン回路を用いて、前記電位勾配をもつ電圧Ｖ１〜Ｖｎを全ての電極３１〜３ｎに同時に印加してもよく、或いは、荷電液体１の流れ方向Ａにおいて最も上流側に位置する電極３１から最も下流側に位置する電極３ｎに向けて順に印加するようにしても良いものである。なお、コッククロフト−ウォルトン回路８の下段に形成される出力端子８ｎ＋１〜８２ｎ−１から電圧を印加してもよく、上段の出力端子８１〜８ｎと下段の出力端子８ｎ＋１〜８２ｎ−１から交互に電圧を出力させるようにしてもよい。また、前記電圧制御ユニット８としてコッククロフト−ウォルトン回路（Cockcroft-Walton Circuit）を用いたが、これに限られるものではない。要は、電圧制御ユニット８は、電位勾配をもつ電圧を図１に示す直列配置電極３１〜３ｎに供給できるものであれば、いずれのものでもよい。
【００３９】
電極３ｎに電圧Ｖｎ、電極３ｎ−１に電圧Ｖｎ−１、電極３ｎ-２に電圧Ｖｎ−２、・・・電極３３に電圧Ｖ２、電極３２に電圧Ｖ１、電極３１に電圧Ｖ０をそれぞれ印加すると、電極対をなす電極３１と３２、３２と３３、・・・３ｎ−２と３ｎ−１、３ｎ−１と３ｎの間に電圧差が生じ、電極３１に発生する電界４１が隣接する電極３２に終端し、電極３２に発生する電界４２が隣接する電極３３に終端し、同様に電極３ｎ−１に発生する電界４ｎ−１が隣接する電極３ｎに終端し、電極３ｎに発生する電界４ｎが隣接する電極３ｎに終端することとなる。したがって、電極対をなす電極間に発生する電界の向きは、荷電液体１の流れ方向Ａに統一して揃うこととなる。
【００４０】
なお、図１に示す本発明の実施形態においては、荷電液体１の流れ方向Ａの最も下流側の電極３ｎに印加する電圧を０Ｖ（ボルト）、或いはプラス電圧に設定し、電極３１〜３ｎに印加する電圧にプラス側への電位勾配を持たせ、これらの異なる電圧を電極３１〜３ｎにそれぞれ印加するようにしたが、これに限られるものではない。荷電液体１の流れ方向の最も上流側に位置する電極３１に印加する最も高い電圧Ｖ１を０Ｖ（ボルト）に設定し、その他の電極３２〜３ｎに印加する電圧にマイナス側への電位勾配を持たせ、これらの異なる電圧を電極３２〜３ｎに印加し、電極３ｎに印加する電圧Ｖｎをマイナス側の最も低い電圧に設定してもよいものである。また、電極３ｎに印加する電圧Ｖｎ及び一部の電極３ｎ，３ｎ−１に印加する電圧をマイナス側に設定し、残りの電極３ｎ−２〜３１に印加する電圧をプラス側に設定し、マイナス側からプラス側への電位勾配を持たせ、これらの異なる電圧を電極３１〜３ｎにそれぞれ印加するようにしてもよいものである。要は、電極対をなす電極３１〜３ｎ間に電位差を得るような電位設定であれば、いずれのものであってもよいのである。
【００４１】
なお、上述した実施形態では、荷電液体１がプラスに帯電する場合について説明したが、これに限られるものではない。荷電液体１がマイナスに帯電する特性を有している場合には、前記電圧制御ユニット８は、荷電液体１の流れ方向Ａの最も上流側に位置する電極３１に印加する電圧が最も低く、最も下流側の電極３ｎに印加する電圧が最も高い電圧関係をもつ電位勾配に設定して、それぞれの電極３に電圧を制御して印加する。また、前記電圧制御ユニット８が、電極列の端部に位置する電極に印加する電圧を基準として印加することを説明したが、これに限られるものではない。要は、前記電圧制御ユニット８は、いずれかの電極対の電極に印加する電圧を基準として、荷電流体の帯電特性に応じた電位勾配の下に電圧を制御して電圧印加を行う機能を備えていればよいものである。
【００４２】
次に、本発明の実施形態１の動作について説明する。図１に示す実施形態に係る荷電液体１は、電圧Ｖ１〜Ｖｎをもつ電極３１〜３ｎに触れると、プラスに帯電する。そこで、本発明の実施形態においては、電圧制御ユニット８を用いて、荷電液体１の流れ方向Ａの上流側の電極に印加する電圧が下流側の電極に印加する電圧よりも高い電圧Ｖ１〜Ｖｎ（Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞・・・Ｖｎ−２＞Ｖｎ−１＞Ｖｎ）を電極３１〜３ｎにそれぞれ印加すると、電極対をなす電極３１と３２、３２と３３、・・・３ｎ−２と３ｎ−１、３ｎ−１と３ｎの間に電圧差が生じ、電極対をなす電極３１と３２、３２と３３、・・・３ｎ−２と３ｎ−１、３ｎ−１と３ｎの間に電界４１〜４ｎが発生する。これらの全ての電界４１〜４ｎの向きは荷電液体１の流れ方向Ａに揃うため、これらの電界４１〜４ｎで発生する全てのクーロン力が荷電液体１の流れ方向Ａに統一して作用する。したがって、電極間の電界で発生する全てのクーロン力が荷電液体１の推進力として働くこととなる。このため、クーロン力による荷電液体１のジェット流の効率を向上させることができる。
【００４３】
さらに、電極３１と３２，３２と３３，・・・３ｎ−２と３ｎ−１，３ｎ−１と３ｎの間の電界４１〜４ｎで発生するクーロン力による荷電液体１の加速について説明する。電極対をなす電極３１〜３３の関係で説明すると、荷電液体１は最初の電極３１で荷電し、次の電極３２に接触すると、放電が生じる。この場合、本発明の実施形態における電極３１〜３ｎは直列配置電極の構造であるから、最初の電極３１に接触して荷電した荷電液体１は、次の電極３２に接触するとき、電極３２に接触して全ての電荷が放電されるのではなく、その一部の電荷が放電される。さらに、帯電していない荷電液体１も新たに帯電し、共存する。放電後の電荷をもつ荷電液体１、及び新たに帯電した荷電液体１は、次の電極３２と電極３３の間の電界で発生するクーロン力により再度加速される。この加速現象が電極３３に続く電極３４〜３ｎにおいても同様に繰返して行われる。したがって、電極３１〜３ｎの電界で発生するクーロン力により荷電液体１に加わる加速、言換えると、荷電液体１に加わる静圧は、電極対の組数の倍以上に大きくなる（図１８参照）。これは、電極対の配置状態が直列配置電極の構造、言換えると、電極対の電界が加算される直列回路接続の電極構造であるために、本発明の実施形態において荷電液体１に加わる静圧は、電極対の組数の倍以上に大きくなるという利点がある。この利点は、以下に説明する本発明の他の実施形態においても同様に発揮される。
【００４４】
図１に示す実施形態では、前後に位置して電極対をなす電極３１と３２，３２と３３、３３と３４，・・・３ｎ−２と３ｎ−１，３ｎ−１と３ｎの間隔を等間隔に設定したが、これに限られるものでない。これらの電極３１〜３ｎの間は、放電しない限りにおいて電極間の距離，電極間の電位差が異なっていてもよい。このことは後述する他の実施形態においても同様である。
【００４５】
（実施形態２）
次に、図１に示す直列構造であって、かつ直線状に配置した直列配置電極３１〜３ｎをパイプ５に組込んだ例を実施形態２として説明する。図４に示すように、実施形態２に係る電極３１〜３ｎは、その形状をリング状にして、そのリングの中央部を荷電液体１が流れる構造に構成している。さらに、前記リング状電極３１〜３ｎは、パイプ５内のチャネルＳ内でパイプ５の内周方向に沿わせてパイプ５の内壁に取付けられ、パイプ５の軸方向５ａに直列配置電極の構造に配置されている。したがって、各電極３間の電界で発生する全てのクーロン力により駆動力を得て、荷電液体１は、パイプ５の軸方向５ａに沿う方向を流れ方向Ａとして、ジェット流となって流れることとなる。なお、荷電液体が電極に接して荷電し、さらに電界が集中するように、リング状電極のリング両端に王冠状に突起を出してもよい。
【００４６】
なお、パイプ５としては、導体或いは非導体のいずれを用いてもよい。但し、導体のパイプ５を用いる場合には、電極３１〜３ｎとパイプ５の間を絶縁し、かつ電圧の供給線とパイプ５の間を絶縁して、電圧Ｖ０〜Ｖｎを電極３１〜３ｎに印加する。
【００４７】
次に、本発明の実施形態２の動作について説明する。図４において、パイプ５に充填された荷電液体１は、電圧Ｖ１〜Ｖｎをもつ電極３１〜３ｎに触れると、プラスに帯電する。そこで、本発明の実施形態においては、電圧制御ユニット８を用いて、荷電液体１の流れ方向Ａの上流側の電極に印加する電圧が下流側の電極に印加する電圧よりも高い電圧Ｖ１〜Ｖｎ（Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞・・・Ｖｎ−２＞Ｖｎ−１＞Ｖｎ）をリング状電極３１〜３ｎにそれぞれ印加すると、電極対をなすリング状電極３１と３２、３２と３３、・・・３ｎ−２と３ｎ−１、３ｎ−１と３ｎの間に電圧差が生じ、電極対をなすリング状電極３１と３２、３２と３３、・・・３ｎ−２と３ｎ−１、３ｎ−１と３ｎの間に電界４１〜４ｎが発生する。これらの全ての電界４１〜４ｎの向きは荷電液体１の流れ方向Ａに揃うため、これらの電界４１〜４ｎで発生する全てのクーロン力が荷電液体１の流れ方向Ａに統一して作用する。したがって、リング状電極間の電界で発生する全てのクーロン力が荷電液体１の推進力として働くこととなる。このため、クーロン力による荷電液体１のジェット流の効率を向上させることができる。
【００４８】
したがって、実施形態２においては、直列配置電極構造であって直線状に配置したリング状電極３１〜３ｎ、２をパイプ５のチャネルＳ内に組込んだため、パイプ５の形状に沿って荷電液体１を流動させることができる。すなわち、パイプ５が曲げられていれば、その曲げ形状に沿って荷電液体１がパイプ５内を流動することになり、荷電液体１の流れをパイプ５の形状によってコントロールすることができることとなる。
【００４９】
（実施形態３）
次に、電極対をなす電極３１〜３ｎに印加する電圧を安定させた例を実施形態３として説明する。図５に示す実施形態においては、電極対をなす隣接する電極３１と３２、３２と３３・・・３ｎ−１と３ｎの間をそれぞれ抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・Ｒｎで接続した構成としている。図６に示す実施形態は、電極対をなす隣接する電極３１と３２、３２と３３・・・３ｎ−１と３ｎの間をそれぞれコンデンサＣ１〜Ｃｎで接続した構成としている。
【００５０】
図５及び図６に示すように、抵抗Ｒ１〜Ｒｎ或いはコンデンサＣ１〜Ｃｎにより、電極間を接続することにより、電極３１〜３ｎ，２にそれぞれ印加する電圧Ｖ０〜Ｖｎ−１の基準電圧Ｖｎに対する分圧比を規定することができるため、各電極３１〜３ｎ，２にそれぞれ印加する電圧Ｖ０〜Ｖｎ−１の値を安定させることができる。したがって、電界による駆動力を抵抗Ｒ１〜Ｒｎ，コンデンサＣ１〜Ｃｎの値によりコントロールすることができるという利点がある。さらに、この実施形態では、電圧制御ユニット８としての１台の電源を用意し、この電源を最初の電極３１と最後の電極３ｎに接続するだけで全ての電極３１〜３ｎに電位勾配をもつ電圧を印加することができる。また、コンデンサＣ１〜Ｃｎを接続する実施形態においては、電圧制御ユニット８にコッククロフト−ウォルトン回路を用いた場合、このコンデンサＣ１〜Ｃｎをコッククロフト−ウォルトン回路のコンデンサと共通にすることができるという利点がある。
【００５１】
なお、本発明の実施形態では、直列配置電極３に発生する電界を全て加算して、その加算した電界で発生するクーロン力により荷電液体１に駆動力を付与しているため、充分な電界による駆動力をえることができる。したがって、上述したように電圧の安定化を図る手段は、本発明の流体アクチュエータの使用目的に合わせて採用すればよいものであり、使用目的によっては、前記電圧の安定化を図る手段を設けなくてもよいものである。
【００５２】
（実施形態４）
次に、電極対をなす電極３１〜３ｎをパイプ５内に組込んだ場合に生じる問題を解決する例を実施形態４として説明する。電極３１〜３ｎを導体のパイプ５内に組込んだ場合、電極３１〜３ｎに生じる電界がパイプ５に作用して、パイプ５に漏れ電流が流れる場合がある。
【００５３】
図７に示す実施形態４においては、電極３１〜３ｎをパイプ５の内壁から内側方向に離間することにより、電極３１〜３ｎに発生する電界による漏れ電流を極力抑えるようにしたものである。
【００５４】
具体的に説明すると、図７に示すように、パイプ５の肉厚部５ｂに一定間隔で環状の切込み５ｃを設け、切込み５ｃに挟まれた環状の凸部５ｄにリング状の電極３１〜３ｎを取付け、これらのリング状電極３１〜３ｎをパイプ５の軸方向５ａに直列構造に配置している。
【００５５】
実施形態４によれば、電極３１〜３ｎ，２をパイプ５の内壁から内側方向に離間しているため、電極３１〜３ｎ，２に発生する電界は、電極３１〜３ｎ，２の部分に集中し、パイプ５側に終端することが抑えられることとなり、パイプ５を通した漏れ電流を極力抑えることができるという利点がある。
【００５６】
（実施形態５）
次に、電極対をなす電極３１〜３ｎを変更した実施形態を図面に従って説明する。図８，図９に示す実施形態においては、隣接する一方の電極に狭い等電界面をもつ電極を、他方の電極に広い等電界面を持つ電極を用いている。以下の説明では、隣接する電極として、電極３ｎ−１と電極３ｎを例にとって説明する。但し、この実施形態における電極は、他の隣接する電極３１〜３ｎ−２にも同様に適用することができるものである。
【００５７】
図８に示す実施形態は、球状の電極３ｎと中央部の開口面積が大きいリング状電極２を用いている。
【００５８】
図８においては、球状電極３ｎ−１と、中央部の開口面積が大きいリング状電極３ｎを組合せているため、電極による影響を避けて円滑に流動させることができる。
【００５９】
図９に示す実施形態は、電界を集中させ、電極及び電極に印加する電圧を低く抑える例を示すものである。具体的には、図９に示すように、隣接する一方の電極３１，３３，３５・・・３ｎ−２，３ｎ−３に狭い等電界面をもつ電極を用いる。さらに、残りの電極３２，３４・・・３ｎ−２，３ｎに、他方の電極に広い等電界面を持つ電極を用いている。
【００６０】
この場合、電極３２nと３2n+1の間の流路はほぼ等電位空間であり、最初の電極３１に接触して帯電した荷電液体１は、次の電極３２に接触するとき、電極３２に接触して全ての電荷が放電されるのではなく、その一部の電荷が放電される。この等電位空間内において、帯電したままの荷電液体と帯電していない荷電液体も共存する。帯電していない荷電流体の一部は電極３３で新たに帯電され、帯電を継続した荷電液体１、及び、新たに帯電した荷電液体１は、次の電極３２と電極３３の間の電界で発生するクーロン力により再度加速される。この加速現象が電極３３に続く電極３４〜３ｎにおいても同様に繰返して行われる。
【００６１】
図示の場合は、一方の電極３１，３３，３５・・・３ｎ−１に細径の球状電極、残りの電極３２，３４・・・３ｎ−３，３ｎ−２、３ｎにリング状電極を用いているが、これに限られるものではない。
【００６２】
さらに、荷電液体１の流れ方向Ａのうち、最も上流側Ａ１に位置する電極３１を独立させ、電極３１に隣接する次の電極３２と、この電極３２に隣接する電極３３を接続する。同様に、隣接する電極３４と電極３５、隣接する電極３ｎ−３と電極３ｎ−２、隣接する電極３ｎ−２と電極３ｎ−１をそれぞれ接続する。また、荷電液体１の流れ方向Ａのうち、最も下流側Ａ２に位置する電極３ｎを独立させる。独立させた電極３１に電圧Ｖ１、電極３ｎに電圧Ｖｎ／２＋１を印加する。そして、同電位の電極３２と３３に電圧Ｖ２、同電位の電極３４と３５に電圧Ｖ３、・・・３ｎ−４と３ｎ−３に電圧Ｖｎ／２、同電位の電極３ｎ−２と３ｎ−１に電圧Ｖｎ／２＋１／２をそれぞれ印加する。
【００６３】
図９に示す直列配置電極構造においては、荷電液体が加速される箇所は、電極３1と３2、３3と３4・・・の間である。この直列配置電極構造において、電極３1で荷電した荷電液体１は電極３2で全部放電するのではなく、引き続き電極３4に向けて加速されるため、荷電液体１のジェット流の効率を向上させることができる。
【００６４】
なお、図９に示すように列の最初の電極３１と列の最後の電極３ｎを独立させ、前後に位置するリング状電極３２，３４・・・３ｎ−２と球状電極３３，３５・・・３ｎ−２，３ｎ−２とを接続して電気的に同電位とする直列回路接続の電極構造は図１〜図８に示す実施形態の電極に適用することができる。図１〜図８に示す実施形態に図９の実施形態を適用する場合には、図１〜図８に示す前後に位置する電極を球状電極とリング状電極に変更し、最初の電極３１と列の最後の電極３ｎを独立させ、前後に位置するリング状電極３２，３４・・・３ｎ−２と球状電極３３，３５・・・３ｎ−２，３ｎ−２とを図９に示すように接続して電気的に同電位とする直列回路接続の電極構造として構成する。
【００６５】
（実施形態６）
次に、荷電液体１中に浸漬した複数の電極３間の電界で発生するクーロン力の作用方向を、前記荷電液体１の流れ方向Ａに統一するにあたって、電極対をなす複数の電極を円弧状に配列した例について説明する。
【００６６】
図１０及び図１１に示す実施形態においては、複数の電極３１〜３ｎに、細径の丸棒形状の電極を用い、これらの電極３１〜３ｎを円筒形状のステータ６の内壁の周方向に一定間隔（例えば等間隔）に取付け、直列構造の電極３１〜３ｎを円弧状に配列している。なお、前記棒状電極に代えて、円弧状に湾曲させたプリント基板の内面にストリップ状電極を一定間隔で形成した電極対を用いてもよいものである。
【００６７】
電極３１〜３ｎを円弧状に配列する場合には、列の最初に位置する電極３１と、列の最後に位置する電極３ｎとの間隔Ｄ１を、他の電極３２〜３ｎ−１間の間隔Ｄ２より広くする（Ｄ１＞Ｄ２）。これにより、列の最初に位置する電極３１に発生して、列の最後に位置する電極３ｎに終端する電界で発生する反対方向のクーロン力が、電極３１〜３ｎに発生して加算された電界で発生するクーロン力を減じることがないように構成している。
【００６８】
図１１に示すように、円筒形ステータ６の中央部には、羽７ａを周面に備えたロータ７を回転可能に軸支する。円筒形ステータ６内には、荷電液体１を充填する。
【００６９】
次に、本発明の実施形態６の動作について図１０及び図１１に基づいて説明する。荷電液体１は、電圧Ｖｏ〜Ｖｎをもつ電極３１〜３ｎに触れると、プラスに帯電する。そこで、本発明の実施形態においては、図３に示す電圧制御ユニット８を用いて、図１０及び図１１に示す荷電液体１の流れ方向Ｃの上流側の電極に印加する電圧が下流側の電極に印加する電圧よりも高い電圧Ｖ１〜Ｖｎ（Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞・・・Ｖｎ−２＞Ｖｎ−１＞Ｖｎ）を電極３１〜３ｎにそれぞれ印加すると、電極対をなす電極３１と３２、３２と３３、・・・３ｎ−２と３ｎ−１、３ｎ−１と３ｎとの間に電圧差が生じ、電極対をなす状電極３１と３２、３２と３３、・・・３ｎ−２と３ｎ−１、３ｎ−１と３ｎの間に電界４１〜４ｎが発生する。これらの全ての電界４１〜４ｎの向きは荷電液体１の流れ方向Ｃに揃うため、これらの電界４１〜４ｎで発生する全てのクーロン力が荷電液体１の流れ方向Ａに統一して作用する。
【００７０】
実施形態６において、図１０及び図１１に示す電極３１〜３ｎは、ステータ６の内壁に沿って周方向に配列されて円弧状に配列されているため、電極３１〜３ｎに発生する電界は、前記周方向にて加算され、その加算された電界で発生するクーロン力により荷電液体１が駆動力を得て、図１０の時計方向Ｃに沿って渦流として流動する。
【００７１】
図１２に示す実施形態においては、ステータ６内に回転可能に軸支したロータ７の周面に、細径の丸棒形状である電極３１〜３ｎを一定間隔（例えば等間隔）に取付け、電極３１〜３ｎを円弧状に配列している。
【００７２】
図１２に示す電極３１〜３ｎを円弧状に配列する場合には、列の最初に位置する電極３１と、列の最後に位置する電極３ｎとの間隔Ｄ１を、他の電極３２〜３ｎ−１間の間隔Ｄ２より広くする（Ｄ１＞Ｄ２）。これにより、列の最初に位置する電極３１に発生して、列の最後に位置する電極３ｎに終端する電界で発生する反対方向のクーロン力が、電極３１〜３ｎに発生して加算された電界で発生するクーロン力を減じることがないように構成している。なお、列の最初の電極３１と列の最後の電極３ｎの間は、これらの電極３１，３ｎの間で放電が生じない限りにおいて、残りの電極３２〜３ｎ−１の間の距離，電極３２〜３ｎ−１の電位差が異なってもよい。
【００７３】
図１２において、電極３１〜３ｎは、ロータ７の周面に沿って周方向に配列されて円弧状に配列されているため、電極３１〜３ｎに発生する電界は、前記ロータ７の周方向にて加算され、その加算された電界で発生するクーロン力により荷電液体１が駆動力を得て、図１２の時計方向Ｃに沿って渦流として流動する。
【００７４】
図１０〜図１２に示す実施形態は、円筒形ステータ６の内壁、或いはロータ７の周面を利用して、複数の電極３１〜３ｎを円弧状に配列したが、これに限られるものではない。図１３に示すように、回転軸８により回転される円盤９の一面上に、複数の扇状電極３１〜３ｎを回転軸９側から径方向に放射状に配置することにより、複数の扇状電極３１〜３ｎを円盤９の周方向に沿って円弧状に配列してもよいものである。
【００７５】
図１４（ａ），（ｂ）は、図１０及び図１１に示す構成を変更した実施形態である。図１４（ａ），（ｂ）に示すように、ステータ６の内壁に歯車状の切込みを入れて、ステータ６の内壁に傾斜した歯形ユニット６ａを周方向に一定間隔（例えば等間隔）に形成する。そして、切込み６ａの傾斜面に電極３１〜３ｎを設置する。
【００７６】
隣接する電極３１，３２を例にとって説明する。図１４（ｂ）に示すように、歯形ユニット６ａの傾斜面に電極３１、３２がそれぞれ斜めを向いて設置される。電極３１，３２は、断面矩形状を呈しているから、その端部に電界４１，４２が集中する。電極３１に発生した電界４１が終端する電極３２について観察すると、前記電界４１に対して電極３２の広い面が等電界面となるため、一方の電極３１からの電界４１が他方の電極３２の広い等電界面に終端することとなる。
【００７７】
したがって、図１４に示す場合には、隣接する一方の電極からの電界が他方の電極の広い等電界面に終端するため、複数の電極に発生する電界が有効に加算されることとなり、荷電液体１に作用するクーロン力を有効に発生させることできる。
【００７８】
（実施例１）
次に、本発明の実施形態に係る流体アクチェエータと前記特許文献及び前記非特許文献に掲載された従来のアクチェエータとを比較し、その性能面について検討した例を実施例として説明する。この場合、本発明の実施例と従来例を比較するために電極の物理的配置は共通にした構造のものを用い、これらの電極について、本発明の実施例では直列配置電極の構造に構成し、従来例では並列配置電極の構造に構成した。
【００７９】
電極の物理的配置を共通にした構造を図１５に基づいて説明する。図１５においては、平行な２枚の平板１９，２０により荷電液体１のチャネルＳを形成し、このチャネルＳ内に２種類の電極を組込んでいる。そして、図中の右側から左側に向けてクーロン力により荷電液体１に加わる静圧（Static Pressure）Ｐａを測定した。前記チャネルＳ内に組込んだ一方の電極１８１，１８３，１８５，１８７，１８９には１本の棒状電極を用い、他方の電極１８２，１８４，１８６，１８８，１８１０には、同じ位置で上下に並べた２本の棒状電極を用いた。そして、チャネルＳ内に流れる荷電液体１はプラスに帯電する特性の液体を用いた。
【００８０】
図１６に示すように、従来のアクチェエータでは、１つ置きに電極１８１と１８２、１８３と１８４、１８５と１８６、１８７と１８８、１８９と１８１０をそれぞれ電極対として形成した並列配置電極構造に構成した。さらに、１つ置きに電極１８１，１８３，１８５，１８７，１８９を共通に直流電源２１のプラス端子に接続し、１つ置きに電極１８２，１８４，１８６，１８８，１８１０を直流電源２１のマイナス端子に抵抗２２を介して共通に接続して、並列回路電極の構造に構成した。
【００８１】
図１７に示すように本発明の実施例では、図３に示す電圧制御ユニット８としてのコッククロフト−ウォルトン回路を用い、この回路のコンデンサの接続点に位置する出力端子８１〜８１０に電極１８１〜１８１０をそれぞれ接続した。さらに、コッククロフト−ウォルトン回路８により、チャネルＳ内に形成される荷電液体１の流れ方向Ａ（図１５参照）の上流側Ａ１（図１５参照）の電極１８１に印加される電圧を最も高く、下流側（図１５参照）の電極１８１０に印加する電圧を最も低い電位勾配の下に電圧印加する直列回路接続の電極構造に構成した。具体的には、電極対をなす一方の電極１８１には電圧＋Ｖ１を、他方の電極１８２には＋Ｖ２を、電極対をなす一方の電極１８２には電圧＋Ｖ２を、他方の電極１８３には＋Ｖ３を、電極対をなす一方の電極１８３には電圧＋Ｖ３を、他方の電極１８４には＋Ｖ４を、電極対をなす一方の電極１８４には電圧＋Ｖ４を、他方の電極１８５には＋Ｖ５を、電極対をなす一方の電極１８５には電圧＋Ｖ５を、他方の電極１８６には＋Ｖ６を、電極対をなす一方の電極１８６には電圧＋Ｖ６を、他方の電極１８７には＋Ｖ７を、電極対をなす一方の電極１８７には電圧＋Ｖ７を、他方の電極１８８には＋Ｖ８を、電極対をなす一方の電極１８８には電圧＋Ｖ８を、他方の電極１８９には＋Ｖ９を、電極対をなす一方の電極１８９には電圧＋Ｖ９を、他方の電極１８１０には＋Ｖ１０を、それぞれ印加する直列回路接続の電極構造とした。なお、コッククロフト−ウォルトン回路８の下段に形成される出力端子８１１〜８１９から電圧を印加してもよく、上段の出力端子８１〜８１０と下段の出力端子８１１〜８１９から交互に電圧を出力させるようにしてもよい。
【００８２】
実験では、本発明の実施例と従来例のアクチェエータにおいて、電極対をなす１８１と１８２、１８３と１８４、１８５と１８６、１８７と１８８、１８９と１８１０の間隔Ｌ′を０．２ｍｍに、隣接する電極対の電極１８２と１８３、１８４と１８５、１８６と１８７、１８８と１８９の間の間隔Ｌを０．２ｍｍに設定し、印加電圧を１．０ＫＶまで変化させて性能の比較を行った。その結果を図１８に示す。図１８において、点線で示す特性は本発明の実施例に係るアクチェエータの特性を示している。▲で示す特性は従来例に係るアクチェエータの特性を示している。
【００８３】
図１８から明らかなように、本発明の実施例において、間隔Ｌ´を０．２ｍｍ、間隔Ｌを０．２ｍｍに設定して、電極対をなす電極１８１〜１８１０に０．５ｋＶの電圧を印加した場合に、荷電液体１に作用する静圧は約２００Ｐａであり、１．０ｋＶの電圧を印加した場合、荷電液体１に作用する静圧は約５８０Ｐａであった。
【００８４】
これに対して、従来例において、本発明の実施例と同様に間隔Ｌ´を０．２ｍｍ、間隔Ｌを０．２ｍｍに設定して、電極対をなす電極１８１と１８２、１８３と１８４、１８５と１８６、１８７と１８８、１８９と１８１０に０．５ｋＶの電圧を印加した場合に、荷電液体１に作用する静圧は略０Ｐａであり、１．０ｋＶの電圧を印加した場合、荷電液体１に作用する静圧は略０Ｐａであり、荷電液体１をチャネルＳ内に流動させることは不可能であった。
【００８５】
また、従来例の性能を見極めるために、間隔Ｌ´を０．２ｍｍに固定したままで、隣接する電極対の電極１８２と１８３、１８４と１８５、１８６と１８７、１８８と１８９の間の間隔Ｌを１０倍に拡大した２．０ｍｍに設定して、荷電液体１に作用する静圧の変化を調べた。その結果、図１８に■の特性で示すように、０．５ｋＶを印加した場合に静圧が約１００Ｐａ、１．０ｋＶを印加した場合に静圧が約３１０Ｐａであった。
【００８６】
次に、図１８に示す実験結果に基づいて、本発明の実施例と従来例に係るアクチェエータの性能について考察する。
【００８７】
この考察を行うにあたって、図１９に電極の一部を取出し、それを拡大して図示した。図１９（ａ）は従来例であり、図１９（ｂ）は本発明の実施例である。
【００８８】
図１９（ａ）に示すように従来例では、１つ置きに電極対を形成している。そのため、図１９（ａ）において、１本の棒状電極１８１と同一位置で上下に配置した２本の棒状電極１８２から１つの電極対が形成され、この電極対から切離された１本の棒状電極１８３と同一位置で上下に配置した２本の棒状電極１８４から１つの電極対が形成されている。そして、１本の電極１８１と１８３にプラス電圧が印加され、２本の電極１８２と１８４にマイナス電圧が印加されている。
【００８９】
図１９（ａ）では、電極対をなす電極１８１と１８２、１８３と１８４の間に、右から左に向けた電界が発生する。前記電界に基づいて、クーロン力が前記電界の向きと同様に右から左に向けて発生し、そのクーロン力に基づいてチャネルＳ内の荷電液体１に圧力Ｐ１，Ｐ３が右から左に向けて作用する。
【００９０】
また、隣接する電極対の電極１８３と１８２の間には電位差が生じる。この電位差は、荷電液体１の流れの下流側に位置する電極１８３をプラスとし、その上流側に位置する電極１８２をマイナスとする電位差である。したがって、２つの電極１８３と１８２の間に発生する電界の向きは、荷電液体１の流れに逆らう方向であり、この逆向きの電界で発生するクーロン力も、荷電液体１の流れに逆らう向きである。したがって、逆向きのクーロン力に基づいてチャネルＳ内の荷電液体１に圧力Ｐ２が左から右に向けて作用する。
【００９１】
したがって、図１９（ａ）に示す従来例では、隣接する電極対の電極１８２と１８２と、１８４と１８５、１８６と１８７、１８８と１８９の間隔Ｌを、電極対をなす電極１８１と１８２、１８３と１８４、１８５と１８６、１８７と１８８、１８９と１８１０の間隔Ｌ´に近似させると、荷電液体１の流れ方向に沿う圧力Ｐ１，Ｐ３と荷電液体１の流れに逆らう圧力Ｐ２とが打消し合うと考えられる。これは、図１８の▲で示す従来例の特性からも明らかである。
【００９２】
次に、間隔Ｌを拡大して２．０ｍｍとした場合に荷電液体１にクーロン力による圧力が作用した理由について説明する。図１９（ａ）において、隣接する電極対の電極１８２と１８２の間の間隔Ｌを拡大すると、電極１８２と１８３の間の距離が長くなるため、その電極１８２と１８３の間に生じる電位差が小さくなる。その電位差が小さくなると、電界の強さが弱まり、それに伴って荷電液体１の流れに逆らう方向での逆クーロン力も同様に弱まる。逆クーロン力も弱まれば、荷電液体１に作用する圧力は、荷電液体１の流れ方向に沿うクーロン力によるものとなる。したがって、図１６に示す従来例では、隣接する電極対の電極１８２と１８２と、１８４と１８５、１８６と１８７、１８８と１８９の間隔Ｌを、電極対をなす電極１８１と１８２、１８３と１８４、１８５と１８６、１８７と１８８、１８９と１８１０の間隔Ｌ´より拡大すると、図１８に■で示す特性のように、荷電液体１は、クーロン力で発生する圧力を受けてチャネルＳ内を流動すると考えられる。
【００９３】
これに対して、図１９（ｂ）に示すように、本発明の実施例では、前後する電極１８１，１８２，１８３，１８４が、それぞれ電極対１８１と１８２、１８２と１８３、１８３と１８４を形成する。そのため、本発明の実施例では、図１９（ｂ）における電極対をなす電極１８１と１８２，１８２と１８３，１８３と１８４の間の電界で発生する全てのクーロン力が荷電液体１の流れ方向に統一され、全てのクーロン力に基づいて発生する圧力Ｐ１，Ｐ２及びＰ３が荷電液体１の推進力として作用することとなり、荷電液体１に作用する静圧が倍増したと考えられる。
【００９４】
さらに、図１９（ｂ）に示す電極対をなす電極１８１〜１８４の関係で説明すると、荷電液体１は最初の電極１８１で荷電し、次の電極１８２に接触すると、放電が生じる。この場合、本発明の実施例における電極１８１〜１８４は直列配置電極の構造であるから、最初の電極１８１に接触して荷電した荷電液体１は、次の電極１８２に接触するとき、電極１８２に接触して全ての電荷が放電されるのではなく、その一部の電荷が放電される。放電後の電荷をもつ荷電液体１は、次の電極１８２と電極１８３の間の電界で発生するクーロン力により再度加速される。この加速現象が電極１８３に続く電極１８４においても同様に繰返して行われる。したがって、電極１８１〜１８４の電界で発生するクーロン力により荷電液体１に加わる加速、言換えると、荷電液体１に加わる静圧は、電極対の組数の倍以上に大きくなる（図１８参照）。これは、電極対の配置状態が直列配置電極の構造、言換えると、電極対の電界が加算される直列回路接続の電極構造であるために、本発明の実施例において荷電液体１に加わる静圧は、電極対の組数の倍以上に大きくなるという利点がある。
【００９５】
以上の結果からして、従来例のアクチェエータは、電極対をなす電極の間の間隔と、隣接する電極対の間の間隔とを近似させた場合には、アクチェエータとしての機能を発揮することができないものである。これに対して、本発明の実施例は、電極対をなす電極の間の間隔と、隣接する電極対の間の間隔とを近似させた場合には、その電極間に発生する電荷に強さが増し、荷電液体１に作用する静圧が倍増することとなる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
以上説明したように本発明によれば、荷電流体中に浸漬した複数の電極間の電界で発生するクーロン力の作用方向を、前記荷電流体の流れ方向に統一させたことにより、一部の電極に発生する電界で発生するクーロン力がマイナスに作用することを回避して、ジェット流を効率的に発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】図１は、本発明の実施形態１を示す構成図である。
【図２】図２（Ａ）は電極の配置状態を示す斜視図、図２（Ｂ）は電界の発生様子を示す説明である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る電圧制御ユニットを示す回路図である。
【図４】図４は、直列配置電極構造をパイプに組込んだ状態を示す断面図である。
【図５】図５は、直列配置電極構造をパイプに組込み、且つ抵抗を用いて電圧の安定化を図る実施形態を示す断面図である。
【図６】図６は、直列配置電極構造をパイプに組込み、且つコンデンサを用いて電圧の安定化を図る実施形態を示す断面図である。
【図７】図７は、直列配置電極構造からの漏れ電流を抑制するための実施形態を示す断面図である。
【図８】図８は、電極対を球状電極とリング状電極で構成した実施形態を示す断面図である。
【図９】図９は、図８に示す電極対の応用例を示す構成図である。
【図１０】図１０は、電極対を円弧状に配列した状態を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、円弧状に配列した電極対とロータの関係を示す平面図である。
【図１２】図１２は、円弧状に配列した電極列の別の実施形態を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、円盤上に扇形状の電極を円弧状に配置した別の電極対を示す斜視図である。
【図１４】図１４（ａ）は、円弧状に配列した電極列の別の実施形態を示す斜視図、図１４（ｂ）は、電界の様子を示す平面図である。
【図１５】図１５は、性能実験を行った物理的に共通化した電極構造を示す断面図である。
【図１６】図１６は、実験を行った従来例のアクチェエータを示す構成図である。
【図１７】図１７は、実験を行った本発明の実施例に係るアクチェエータを示す構成図である。
【図１８】図１８は、実験結果を示す特性図である。
【図１９】図１９（ａ）は実験結果を解析するための従来例に係るアクチェエータを示す断面図、図１９（ｂ）は実験結果を解析するための本発明の実施例に係るアクチェエータを示す断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１  荷電液体
３１〜３ｎ  電極（電極対）
４１〜４ｎ  電界
５  パイプ
６  ステータ
７  ロータ
【図１】
2007049776.tif 000003
【図２】
2007049776.tif 000004
【図３】
2007049776.tif 000005
【図４】
2007049776.tif 000006
【図５】
2007049776.tif 000007
【図６】
2007049776.tif 000008
【図７】
2007049776.tif 000009
【図８】
2007049776.tif 000010
【図９】
2007049776.tif 000011
【図１０】
2007049776.tif 000012
【図１１】
2007049776.tif 000013
【図１２】
2007049776.tif 000014
【図１３】
2007049776.tif 000015
【図１４】
2007049776.tif 000016
【図１５】
2007049776.tif 000017
【図１６】
2007049776.tif 000018
【図１７】
2007049776.tif 000019
【図１８】
2007049776.tif 000020
【図１９】
2007049776.tif 000021