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固形物体を運動させる方法及び装置、及び、送液ポンプ

国内特許コード P170014080
整理番号 (S2014-0558-N0)
掲載日 2017年5月9日
出願番号 特願2016-514922
出願日 平成27年4月20日(2015.4.20)
国際出願番号 JP2015061985
国際公開番号 WO2015163283
国際出願日 平成27年4月20日(2015.4.20)
国際公開日 平成27年10月29日(2015.10.29)
優先権データ
  • 特願2014-089195 (2014.4.23) JP
発明者
  • 山本 大吾
  • 塩井 章久
  • 吉川 研一
  • 山本 亮太
  • 田中 政輝
出願人
  • 学校法人同志社
発明の名称 固形物体を運動させる方法及び装置、及び、送液ポンプ
発明の概要 複数の電極により電場を発生させて固形物体を運動させるにあたり、固形物体の運動モードを多様にする。本発明は、複数の棒状の電極を、該電極の軸が互いに同一直線上に位置しないように配置し、複数の電極によって固形物体を含む絶縁性流体中に電場を発生させて該固形物体を運動させる方法である。本発明に係る方法は、電場により発生する固形物体の運動モードを、少なくとも固形物体の形状によって制御する工程を含む。
従来技術、競合技術の概要


マイクロサイズの機械やロボットを開発するにあたり、その動力源となるモーターの小型化が要求されている。ミクロな環境は、慣性力と粘性力との比で定義されるレイノルズ数が低く、低レイノルズ数領域と呼ばれており、物体の運動は慣性でなく粘性に支配される。そのため、従来のモーターをそのままスケールダウンしただけでは、パーツ間の粘性摩擦によってエネルギーが散逸してしまい、力学的仕事を効率的に取り出すことができない。



この問題に対して、本発明の共同発明者の吉川研一らは、低レイノルズ数領域において、マイクロサイズの誘電体を電場によって運動させることで力学的仕事を取り出すという新規な方法を発明している(特許文献1)。当該方法は、具体的には、一対の電極を該電極の軸が互いに同一直線上に位置しないように配置し、水滴(誘電体)を油(絶縁性流体)中に浮遊させるとともに一対の電極間に配置し、そして、一対の電極によって電場を発生させることで実施される。それによって、水滴が油中で2次元の周期的な運動をし、当該運動から力学的仕事が取り出される。

産業上の利用分野


本発明は、電場によってマイクロサイズの固形物体を運動させるにあたり、少なくとも固形物体の形状よって運動モードを制御する方法及び装置に関する。また、本発明は、マイクロサイズの固形物体を自転運動させる方法及び装置に関する。また、本発明は、電場によるマイクロサイズの固形物体の自転運動を利用して液体を輸送する送液ポンプに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
複数の棒状の電極を、該電極の軸が互いに同一直線上に位置しないように配置し、
前記複数の電極によって固形物体を含む絶縁性流体中に電場を発生させて、前記固形物体を運動させる方法であって、
前記電場により発生する前記固形物体の運動モードを、少なくとも前記固形物体の形状によって制御する工程を含むことを特徴とする方法。

【請求項2】
前記電場により発生する前記固形物体の運動モードを、前記固形物体の形状及び前記複数の電極への印加電圧によって制御することを特徴とする請求項1に記載の方法。

【請求項3】
前記電場により前記固形物体を自転運動させるにあたり、
自転運動の回転方向を、前記固形物体の形状によって決定することを特徴とする請求項1に記載の方法。

【請求項4】
前記絶縁性流体に界面活性剤を加える工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。

【請求項5】
前記絶縁性流体はオイルであり、
前記絶縁性流体に水をさらに加えて、前記絶縁性流体中にW/Oエマルションを形成する工程を含み、
前記電場の発生時に前記絶縁性流体中に対流が生じるようにすることを特徴とする請求項4に記載の方法。

【請求項6】
電場を発生させて絶縁性流体中で固形物体を運動させる方法であって、
前記固形物体の形状を予め選定しておき、複数の棒状の電極を、該電極の軸が互いに同一直線上に位置しないように配置し、前記複数の電極によって前記固形物体を含む前記絶縁性流体中に電場を発生させて、前記固形物体を自転運動させることを特徴とする方法。

【請求項7】
前記固形物体の自転運動の自転速度を前記複数の電極への印加電圧に基づいて制御することを特徴とする請求項6に記載の方法。

【請求項8】
前記固形物体の自転運動によって前記絶縁性流体の流動を生じさせることを特徴とする請求項6に記載の方法。

【請求項9】
前記固形物体は、複数の固形物体が凝集したものからなることを特徴とする請求項6から請求項8のいずれか1項に記載の方法。

【請求項10】
前記固形物体は、3つの球形状の固形物体が凝集したものからなり、全体として略三角形状であることを特徴とする請求項9に記載の方法。

【請求項11】
前記固形物体は、長軸及び該長軸より短い短軸が規定され、かつ対称性を有する形状であることを特徴とする請求項6から請求項8のいずれか1項に記載の方法。

【請求項12】
前記固形物体は、中心部と、該中心部の周囲から突出する少なくとも1つの羽根部とを有することを特徴とする請求項6から請求項8のいずれか1項に記載の方法。

【請求項13】
絶縁性流体中で回転運動する固形物体を有する装置であって、
互いの軸が同一直線上にならないように配置された複数の棒状の電極と、
前記複数の電極に電圧を印加する電源と、
前記複数の電極への印加電圧を制御して、前記絶縁性流体中での前記固形物体の運動を、運動停止または公転運動の少なくともいずれか一方と、自転運動との間で切り替える運動制御ユニットと、を備えることを特徴とする装置。

【請求項14】
前記運動制御ユニットは、第1電圧より低い電圧を印加するまたは電圧を印加しないことにより前記固形物体を運動停止させ、前記第1電圧以上で第2電圧以下の電圧を印加することで前記固形物体を自転運動させ、前記第2電圧より高い電圧を印加することにより前記固形物体を公転運動させることを特徴とする請求項13に記載の装置。

【請求項15】
前記運動制御ユニットは、前記印加電圧を前記第1電圧から前記第2電圧の範囲内で制御して自転運動の運動速度を制御することを特徴とする請求項14に記載の装置。

【請求項16】
前記固形物体は、複数の固形物体が凝集したものからなることを特徴とする請求項13から請求項15のいずれか1項に記載の装置。

【請求項17】
前記固形物体は、3つの球形状の固形物体が凝集したものからなり、全体として略三角形状であることを特徴とする請求項16に記載の装置。

【請求項18】
前記固形物体は、長軸及び該長軸より短い短軸が規定され、かつ対称性を有する形状であることを特徴とする請求項13から請求項15のいずれか1項に記載の装置。

【請求項19】
前記固形物体は、中心部と、該中心部の周囲から突出する少なくとも1つの羽根部とを有することを特徴とする請求項13から請求項15のいずれか1項に記載の装置。

【請求項20】
請求項13から請求項19のいずれか1項に記載の装置を備え、液体を輸送する送液ポンプであって、
液体からなる前記絶縁性流体が流れるための流体流路をさらに備え、
前記各電極の少なくとも先端は前記流体流路内に配置され、
前記固形物体は、前記流体流路内に配置され、前記電源及び前記複数の電極により発生する電場によって自転運動し、該自転運動によって前記絶縁性流体の流動を生じさせて前記絶縁性流体を所定の方向へ輸送する、
ことを特徴とする送液ポンプ。

【請求項21】
前記運動制御ユニットは、前記印加電圧に基づいて自転速度を制御することで前記流体の輸送量を制御することを特徴とする請求項20に記載の送液ポンプ。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2016514922thum.jpg
出願権利状態 公開
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