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WO2004011367A1 - 作動流体移動デバイス - Google Patents

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Publication number
WO2004011367A1
WO2004011367A1 PCT/JP2003/009421 JP0309421W WO2004011367A1 WO 2004011367 A1 WO2004011367 A1 WO 2004011367A1 JP 0309421 W JP0309421 W JP 0309421W WO 2004011367 A1 WO2004011367 A1 WO 2004011367A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
working fluid
moving device
flow path
pair
deformable portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2003/009421
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Masahiro Murasato
Ritsu Tanaka
Yuki Bessho
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to AU2003252682A priority Critical patent/AU2003252682A1/en
Publication of WO2004011367A1 publication Critical patent/WO2004011367A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H57/00—Electrostrictive relays; Piezoelectric relays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • F04B43/043—Micropumps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H29/00—Switches having at least one liquid contact
    • H01H29/004—Operated by deformation of container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H29/00—Switches having at least one liquid contact
    • H01H2029/008—Switches having at least one liquid contact using micromechanics, e.g. micromechanical liquid contact switches or [LIMMS]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H57/00—Electrostrictive relays; Piezoelectric relays
    • H01H2057/006—Micromechanical piezoelectric relay

Definitions

  • the present invention relates to a switching device that can be used for switching between an electric path and an optical path and the like, a sensor that detects the position and the like of a pressing portion, and a device that can be used as a driving source for a cylinder and the like.
  • the present invention relates to a working fluid moving device that moves a working fluid. Background technology
  • FIG. 1 Conventionally, as this type of working fluid moving device, for example, FIG. 1
  • a device 100 having the structure shown in FIG. 14 is known.
  • the device 100 is composed of a flow passage 101 having a rectangular cross section, a first working fluid (moving body) 102 and a first working fluid 102 contained in the flow passage 101.
  • a second working fluid 103 having good wettability to the inner wall of the flow passage 101, and a pair of pump chambers 104, 105 arranged at both ends of the flow passage 101.
  • This device 100 moves the first working fluid 102 rightward in FIG. 14 by allowing the second working fluid 103 to flow out of the pump chamber 104 into the flow passage 101.
  • the first working fluid 102 is moved to the left in FIG. 14. In this case, the first working fluid 102 does not have good wettability to the inner wall of the flow passage 101 with respect to the second working fluid 103,
  • FIG. 15 which is a cross-sectional view of the flow path 101 cut along a plane along the line 1, as shown in FIG. 15, the first working fluid 102 and the inner wall surface of the corner of the flow path 101 Between them, a minute gap SP is formed. Therefore, the second working fluid 1
  • One of the pump chamber 104 and the pump chamber 105 is connected to the volume and the gap SP of the second working fluid 103 removed during the movement of the first working fluid 102.
  • An amount of the second working fluid 103 corresponding to the total volume of the second working fluid 103 is caused to flow into the flow passage 101, and the second working fluid 103 is supplied to the pump chambers 104 and 105.
  • the other one must remove the same amount of the second working fluid 103 as the second working fluid 103 from the flow passage 101.
  • the device 100 if the first working fluid 102 is to be moved at a high speed, a large amount of the second working fluid 103 needs to flow in a short time. There is a problem that the first working fluid 102 cannot be moved at high speed depending on the discharge performance of the chambers 104 and 105.
  • the device 100 changes the volume of the pump chambers 104 and 105 to cause the second working fluid 103 to flow into the flow passage 101, and as a result, the first working fluid 100 Move 2 Therefore, the driving force of the pump chambers 104, 105 is not directly applied to the first working fluid 102, but is indirectly propagated through the second working fluid 103. Therefore, there is a time delay before the first working fluid 102 is moved by the driving force of the pump chambers 104 and 105, and there is a problem that the response of the device 100 is not good. Also, since the loss of power (energy) is large until the driving force of the pump chambers 104 and 105 appears as the movement of the first working fluid 102, the device 100 consumes less energy. Also has the problem of being large.
  • FIG. 1 On the other hand, if the wettability of the first working fluid 102 with respect to the inner wall of the flow path 101 is made better than the wettability of the second working fluid 103 with the inner wall of the flow path 101, FIG.
  • the gap SP as shown is not generated, and the force generated by the pump chambers 104 and 105 is efficiently applied to the first working fluid 102.
  • the pump chambers 104 and 105 exert a larger force. It must be designed to cause this, and problems such as an increase in the size of the device 100 and an increase in energy consumption occur.
  • the present invention has been made to address the above-described problems, and one of its objects is to use a repulsive force based on wettability between a working fluid (fluid to be moved) and a flow path wall surface.
  • a working fluid transfer device comprising: a working fluid; a second working fluid; and a container including a flow passage and containing the first working fluid and the second working fluid in the flow passage.
  • the container has a deformable portion in which at least a part of a wall of the flow path is deformed to change a cross-sectional shape of the flow path, and the deformable portion is in a first state.
  • the first working fluid substantially contacts a part of the inner wall surface of the flow passage corresponding to the deformable portion
  • the second working fluid substantially contacts the remaining portion of the inner wall surface of the flow passage.
  • the first working fluid and the second working fluid are accommodated so that the first working fluid and the second working fluid are in contact with each other, and the first working fluid and the second working fluid have wettability of the first working fluid to an inner wall surface of the flow path.
  • the second working fluid has a better fluid than the wettability of the second working fluid on the inner wall surface of the channel.
  • the first working fluid substantially contacts the inner wall surface of the flow passage in the deformable portion when the deformable portion of the flow passage is in a first state such as an initial state.
  • the working fluid is substantially in contact with the inner wall surface of the flow channel in the other part of the flow channel.
  • the wettability of the first working fluid to the inner wall surface of the flow passage is lower than the wettability of the second working fluid to the inner wall surface of the flow passage. Therefore, when the deformable portion deforms from the first state to a second state different from the first state, The first working fluid receives a repulsive force from the inner wall surface based on the wettability with respect to the inner wall surface of the flow path, and moves in the flow path.
  • another working fluid moving device has a first working fluid, a second working fluid, and at least a pair of opposed wall surfaces, and is formed by the pair of opposed wall surfaces.
  • At least a portion of the deformable portion has a deformable portion in which the distance between the inner surfaces of the same pair of walls becomes a second distance shorter than the first distance and the first distance by deforming at least a portion of the same pair of walls.
  • the first working fluid When the distance between the inner surface sides of the pair of walls is the first distance, the first working fluid substantially contacts the inner surfaces of the same pair of walls in the deformable portion, and the second working fluid In the part where the first working fluid does not exist,
  • the first working fluid and the second working fluid are accommodated so as to touch, and the first working fluid and the second working fluid are wetted by the first working fluid with respect to inner surfaces of a pair of walls of the flow path.
  • the first working fluid is configured to move by a repulsive force based on wettability to the inner surfaces of the same pair of walls when the distance between the inner surfaces of the first pair changes from the first distance to the second distance.
  • the first working fluid when the distance between the inner surfaces of the pair of walls in the deformable portion of the flow path is the first distance, the first working fluid substantially contacts the inner surfaces of the pair of walls in the deformable portion.
  • the second working fluid is substantially in contact with the inner surfaces of the pair of walls of the flow channel in a portion where the first working fluid does not exist.
  • the wettability of the first working fluid to the inner surfaces of the pair of walls of the flow path is lower than the wettability of the second working fluid to the inner surfaces of the pair of walls of the same flow path. Therefore, when the deformable portion deforms and the distance between the inner surfaces of the pair of walls changes from the first distance to the second distance, the first working fluid wets the inner surfaces of the same pair of walls. Repulsive force from the same pair of walls is applied to move in the channel. 9421
  • any one of the above-described working fluid moving devices moves the first working fluid by using a repulsive force caused by poor wettability between the wall surface of the flow path and the first working fluid.
  • the deformation of the deformable portion is immediately converted to the movement of the first working fluid. Therefore, when the deformation of the deformable portion is caused by the work overnight, the first working fluid can be moved while suppressing the energy consumption of the work. Further, regardless of the presence or absence of the actuator, the deformation of the deformable portion changes to the movement of the first working fluid without delay, so that a working fluid moving device with excellent responsiveness is provided.
  • the container has a plurality of the deformable portions for one of the flow passages, and the same flow passage in each of the deformable portions due to the deformation of each of the deformable portions. It is preferable that the first working fluid substantially in contact with the inner wall surface is moved by the repulsive force.
  • substantially the same function can be achieved as when a plurality of working fluid moving devices each having one deformable portion formed in one flow path are used, and the number of flow paths is small.
  • the labor and labor required to fill the flow path with the second working fluid can be reduced.
  • the number of times of adjustment of the pressure in the flow path which is a factor for determining the moving speed of the first working fluid, can be reduced.
  • the amount of pressure change (the amount of pressure decrease and / or the amount of pressure increase) is smaller than the amount of pressure change due to the deformation of the deformed channel in a working fluid transfer device in which one deformed channel is formed in one channel. It can be reduced.
  • the first working fluid is an incompressible fluid and the second working fluid is a compressible fluid. Further, it is preferable that the first working fluid is a liquid, and the second working fluid is a vapor of the first working fluid.
  • the first working fluid is a liquid metal made of mercury, a gallium alloy, or the like. According to this, for example, the conduction / non-conduction state between the switch terminals can be switched by the first working fluid.
  • any one of the working fluid moving devices includes an actuator that generates a force for deforming at least a part of a wall surface of the deformable portion, and at least a part of the deformed wall surface is formed by a diaphragm. It is preferred that there be. Further, it is also preferable that the deformable portion is formed by a pair of diaphragms whose deformable wall surfaces face each other, and a pair of actuators fixed to each of the pair of diaphragms is provided. According to these, the working fluid moving device can also be used as an active element such as a switching switch, a rodless cylinder, or an optical display element. In addition, as in the latter case, if a pair of actuators is provided, the amount of deformation of the deformable portion can be easily increased.
  • the actuator includes a film-type piezoelectric element including a piezoelectric / electrostrictive film or an antiferroelectric film.
  • the diaphragm, the deformable portion, or the inner wall surface of the deformable portion is made of ceramics. According to each of these, it is possible to provide a small and highly durable working fluid moving device as an active element.
  • the inner wall surface of the deformable portion is coated with a material having poor wettability to the first working fluid, or the inner wall surface of the deformable portion is poor wettability to the first working fluid. It is preferable to perform the modification so that According to each of these, it is possible to easily provide a working fluid moving device that generates a repulsive force based on the wettability, and it is possible to widen the selection range of the material of the container and the first working fluid.
  • the flow path of the container is formed as a closed space, and the container absorbs a volume change of the closed space due to the deformation of the deformable portion. It is preferable to provide a product change absorbing unit. According to this, the change in volume of the deformable portion can be easily absorbed without depending on the compressibility of the second working fluid, so that the selection range of the second working fluid can be expanded.
  • a device configured so that the first working fluid is separated from one fluid mass into two or more fluid masses as the deformable portion is deformed. be able to.
  • the first working fluid is a conductive fluid
  • the second working fluid is an insulating fluid
  • the deformable portion is deformed before the deformation. It becomes one of a conductive state and a non-conductive state via the first working fluid, and after the deformable portion is deformed, the conductive state moves and the non-conductive state follows as the first working fluid moves. It is preferable to provide at least one pair of terminals for attaining one of the other states. According to this, it is possible to provide a switching switch having extremely excellent responsiveness.
  • the working fluid moving device of the type including the pair of terminals is provided with a plurality of terminal conduction state switches including the deformable portion and the pair of terminals in one flow path.
  • This is a switching unit with multiple switches using one flow path.
  • one terminal can be used as a common electrode for two adjacent terminals so as to sandwich the same terminal. In this case, the number of terminals can be reduced, and the number of terminals can be reduced. Costs can be reduced.
  • the amount of increase in force can be smaller than the amount of pressure change due to the deformation of the flow path deforming part in the working fluid moving device in which one terminal conduction state switch is formed in one flow path.
  • FIG. 1A is a sectional view of the working fluid moving device according to the first embodiment of the present invention in an initial state.
  • FIG. 1B is a plan view of the working fluid moving device in the same initial state.
  • FIG. 2A is a sectional view of the working fluid moving device according to the first embodiment of the present invention in a driven state.
  • FIG. 2B is a plan view of the working fluid moving device in the same driving state.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view of a working fluid moving device according to a second embodiment of the present invention in an initial state.
  • FIG. 3B is a longitudinal sectional view of the working fluid moving device in a driving state.
  • FIG. 4A is a sectional view of a working fluid moving device according to a third embodiment of the present invention in an initial state.
  • FIG. 4B is a longitudinal sectional view of the working fluid moving device in a driving state.
  • FIG. 5A is a plan view of a working fluid moving device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of the device cut along a plane along the line 414 shown in FIG. 5A when the device is in an initial state.
  • FIG. 5C is a cross-sectional view of the device cut along a plane taken along line 414 shown in FIG. 5A when the device is in a driving state.
  • FIG. 5D is a cross-sectional view of the device taken along a plane taken along line 4a-14a shown in FIG. 5A when the device is in an initial state.
  • FIG. 5E is a cross-sectional view of the device cut along a plane along line 4a-4a shown in FIG. 5A when the device is in a driving state.
  • FIG. 6A is a diagram conceptually showing a cross section in an initial state of a modification of the working fluid moving device according to the present invention.
  • FIG. 6B is a diagram conceptually showing a cross section in a driving state of a modified example of the working fluid moving device.
  • FIG. 7A is a plan view of a modification of the working fluid moving device according to the present invention.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view of the working fluid moving device cut along a plane along line 5-5 in FIG. 7A when the working fluid moving device is in an initial state.
  • FIG. 7C is a cross-sectional view of the working fluid moving device cut along a plane along line 5-5 in FIG. 7A when the working fluid moving device is in a driving state.
  • FIG. 7D is a diagram showing functions of a modification of the working fluid moving device.
  • FIG. 8A is a view conceptually showing a cross section in an initial state of another modification of the working fluid moving device according to the present invention.
  • FIG. 8B is a diagram conceptually showing a cross section in a driving state of the working fluid moving device shown in FIG. 8A.
  • FIG. 8C is a diagram showing functions of the working fluid moving device shown in FIG. 8A.
  • FIG. 9A is a diagram conceptually showing a cross section in an initial state of another modification of the working fluid moving device according to the present invention.
  • FIG. 9B is a diagram conceptually showing a cross section of the working fluid moving device shown in FIG. 9A in a driving state.
  • FIG. 9C is a diagram showing functions of the working fluid moving device shown in FIG. 9A.
  • FIG. 10 is a conceptual plan view of the working fluid transfer device shown in FIGS. 9A and 9B.
  • FIG. 11A is a conceptual plan view of another modification of the working fluid moving device according to the present invention.
  • FIG. 11B shows the function of the working fluid transfer device shown in Figure 11A.
  • FIG. 12A is a conceptual plan view of another modification of the working fluid moving device according to the present invention.
  • FIG. 12B is a diagram showing functions of the working fluid moving device shown in FIG. 12A.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing another modification of the working fluid moving device according to the present invention.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram of a conventional working fluid moving device.
  • FIG. 15 is a sectional view of the flow path of the working fluid moving device shown in FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1A is a longitudinal sectional view of the working fluid moving device 10 according to the first embodiment of the present invention in an initial state (first state), and FIG. 1B is a plan view of the working fluid moving device 10. It is.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of the device 10 cut along a plane along line 2-2 in FIG. 1B.
  • FIG. 2A is a longitudinal sectional view of the working fluid moving device 10 in a driving state (when voltage is applied, in a second state)
  • FIG. 2B is a plan view of the working fluid moving device 10. It is.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of the device 10 cut along a plane along line 313 in FIG. 2B.
  • the working fluid moving device 10 functions as an on-off type switch, and has a substantially rectangular parallelepiped shape having sides extending along X-axis, Y-axis, and Z-axis directions orthogonal to each other. And a piezoelectric Z electrostrictive film 12 serving as an actuator. I have.
  • the container 11 has a channel 13 inside. The side of the container 11 along the Y axis is the longest, and the sides along the X and Z axes are shorter than the sides along the Y axis.
  • the container 11 is laminated in the positive direction of the Z-axis in order, and is constituted by a ceramic sheet (hereinafter, referred to as a “ceramic sheet”) 11a to 11c which are integrated by firing. ing.
  • the ceramic sheet 11a is highly rigid and has a pair of electrodes 11d, 11d penetrating in the Z-axis direction.
  • the electrodes 11 d and 1 Id correspond to the contacts of the switch and are formed along the upper surface of the ceramic sheet 11 a (the surface on the positive side in the Z-axis).
  • the ceramic sheet l i b has a rectangular through portion having a major axis and a minor axis along the Y-axis and the X-axis, respectively.
  • the ceramic sheet 11 c is thinner than the ceramic sheet 11 a and 1 lb (short in the Z-axis direction) and has low rigidity, so it forms a deformable diaphragm (ceramic diaphragm). are doing.
  • the penetrating portion of the ceramic sheet lib is closed by the upper surface of the ceramic sheet 11a and the lower surface of the ceramic sheet 11c, thereby forming a flow path 13.
  • the channel 13 is defined by the side wall surface of the penetration part of the ceramic sheet 11b, the upper surface of the ceramic sheet 11a, and the lower surface of the ceramic sheet 11c, and the major axis is defined.
  • a section cut along a plane along the Y-axis and orthogonal to the same long axis is a hollow space formed of a rectangle having sides along the X-axis and the Z-axis.
  • the piezoelectric / electrostrictive film 12 is integrated with the upper surface of the ceramic sheet 11 c by firing, and the upper electrode and the lower electrode formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric Z electrostrictive film 12 are respectively formed.
  • a voltage is applied between the lower electrodes (when a potential difference is applied)
  • a force is generated that deforms the center of the ceramic sheet 11c in the Y-axis direction.
  • the first working fluid 14 and the second working fluid 15 are accommodated in the flow path 13.
  • the first working fluid 14 is applied to the inner wall surface of the flow path 13, more specifically, a pair of opposed inner wall surfaces of the flow path 13 (in this case, the upper surface of the ceramic sheet 11 a and the ceramic sheet).
  • the contact angle of the first working fluid 14 with the inner wall surface of the flow path 13 is larger than the contact angle of the second working fluid 15 with the inner wall surface of the flow path 13.
  • the first working fluid 14 has conductivity and incompressibility.
  • the second working fluid 15 has an insulating property and is compressible.
  • the first working fluid 14 is liquid mercury, which is a liquid metal
  • the second working fluid 15 is mercury vapor.
  • the working fluid moving device 10 When no driving voltage is applied to the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric / electrostrictive membrane 12, the working fluid moving device 10 has the initial state shown in FIGS. The state is also referred to as a “first state” in this specification.).
  • the first working fluid 14 becomes one fluid mass (vacuum) with its surface area being minimized, and the Y-axis direction of the flow path 13 In the vicinity of the center, it substantially contacts the inner wall surface of the same channel 13.
  • the second working fluid 15 substantially contacts the inner wall surface of the flow channel 13 in a portion in the flow channel 13 where the first working fluid 14 does not exist.
  • the pair of electrode portions l ldl, l ldl are simultaneously covered with the conductive first working fluid 14 to be in a conductive state.
  • the distance between the upper surface of the ceramic sheet 11a and the lower surface of the ceramic sheet 11c at the center of the container 11 in the Y-axis direction in the initial state is referred to as a first distance for convenience.
  • the distance between the upper surface of the ceramic sheet 11a and the lower surface of the ceramic sheet 1lc at the center of the container 11 in the Y-axis direction is referred to as a second distance for convenience. Further, such a state in which the cross-sectional shape of the flow path 13 is changed is also referred to as a “second state” in this specification.
  • the first working fluid 14 since the first working fluid 14 has less wettability with respect to the wall of the flow path 13 than the second working fluid 15, the first working fluid 14 receives a repulsive force from the same wall and has a large cross-sectional area to minimize the surface area.
  • the flow path 13 is divided (separated) at both ends in the Y-axis direction and moves to form one fluid mass at each end.
  • the second working fluid 15 is compressed at both ends of the Y-axis of the flow path 13, and at the same time, the first working fluid and the inner wall surface of the flow path 13 (particularly, the inner wall corner) are compressed. Flow into the center of the flow path 13 in the Y-axis direction through the gap formed between them (a gap similar to the gap SP in Fig.
  • the pair of electrode portions 1 1 d 1 and 1 1 d 1 are not covered by the first working fluid 14, but are covered by the insulating second working fluid 15 and become non-conductive. .
  • the ceramic sheet 11 c and the piezoelectric Z electrostrictive film 12 are restored, and the working fluid moving device 10 is moved to the position shown in FIG. It returns to the initial state shown in A and Fig. 1B.
  • the first working fluid 14 moves toward the center in the Y-axis direction of the flow channel 13 and forms a single fluid mass in the same.
  • the pair of electrode portions 11 d 1, 11 d 1 is again covered with the conductive first working fluid 14 and becomes conductive. The above is the operation of the present embodiment.
  • the working fluid moving device 10 according to the first embodiment can achieve the following effects.
  • the electric energy applied to the piezoelectric / electrostrictive film 12 is efficiently used for moving the first working fluid 14.
  • the energy conversion loss associated with the movement of the first working fluid 14 is small, a working fluid moving device with low power consumption is provided.
  • the working fluid moving device 10 uses the surface tension of the first working fluid 14, that is, the property of minimizing the surface area of the first working fluid 14, the first working fluid
  • the deformation of the flow path 13 disappears after the separation once and the shape of the flow path 13 is restored, the flow is surely integrated again into one fluid mass.
  • a device is provided.
  • the working fluid moving device 10 divides the first working fluid 14 using the repulsive force that the first working fluid 14 receives from the wall surface of the flow path 13. Further, the divided first working fluid 14 becomes one fluid mass due to the surface tension, so that stable operation is possible.
  • FIG. 3A is a longitudinal sectional view of the working fluid moving device 20 in an initial state (first state), and FIG. 3B is a driving state of the working fluid moving device 20 (in the second state when a voltage is applied.
  • FIG. The plan view of the working fluid moving device 20 is the same as FIG. 1B when in the initial state, and is the same as FIG.
  • the electrodes 11 d and 11 d are not shown.
  • the working fluid moving device 20 is configured such that the ceramic sheet 11 a constituting a part (lower wall surface) of the flow path 13 of the working fluid moving device 10 described above is combined with the piezoelectric Z electrostrictive film of the device 10. It differs from the device 10 only in that it is replaced with a deformable one similar to the ceramic chip 11 c provided with 12.
  • the working fluid moving device 20 includes a pair of ceramic sheets 11 c and 11 c in which the piezoelectric Z electrostrictive film 12 is integrated by firing, and a pair of ceramic sheets 11 c , 11c, the same pair of ceramic sheets 11c, 11c, and a 1-lb integrated ceramic sheet 21b.
  • a flow path 22 is formed by the side wall surface of the through hole and each wall of the pair of ceramic sheets 11 c and 11 c on which the piezoelectric Z electrostrictive film 12 is not formed.
  • the first working fluid 14 and the second working fluid 15 are accommodated in the flow path 22.
  • the working fluid moving device 20 configured as described above operates in the same manner as the working fluid moving device 10. That is, when no drive voltage is applied to the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric Z electrostrictive film 12, the working fluid moving device 20 maintains the initial state shown in FIG.
  • the working fluid 14 becomes one fluid mass at the center of the flow path 22 in the Y-axis direction so as to minimize its surface area.
  • the first working fluid 14 substantially contacts the inner wall surface of the flow path 22 near the center in the Y-axis direction of the flow path 22.
  • the second working fluid 15 substantially contacts the inner wall surface of the flow path 22 in a portion of the flow path 22 where the first working fluid 14 does not exist.
  • the container 2 1 in the initial state The distance between the inner wall surfaces of the pair of ceramic sheets 11c and 11c at the center in the Y-axis direction is referred to as a first distance for convenience.
  • each piezoelectric Z electrostrictive film 12 moves in the lateral direction (ie, in the XY plane).
  • the center of each of the ceramic sheets lie and 11 c (the portion where the piezoelectric Z-electrostrictive film 12 is fixed) as shown in FIG. ) Bend and deform so that they approach each other.
  • the cross-sectional shape of the flow path 22 changes, and the cross-sectional area of the flow path 22 at the center in the Y-axis direction decreases.
  • the distance between the inner wall surfaces of the pair of ceramic sheets 11c and 11c is referred to as a second distance for convenience.
  • the first working fluid 14 since the first working fluid 14 has less wettability with respect to the wall of the flow path 22 than the second working fluid 15, the first working fluid 14 receives a repulsive force from the same wall, and the cross-sectional area is reduced to minimize the surface area.
  • the large flow path 22 moves while being divided at both ends in the Y-axis direction, and forms a single fluid mass at each end.
  • the second working fluid 15 is compressed at both ends of the Y-axis of the flow path 22 and the first working fluid 14 and the inner wall surface of the flow path 22 (particularly, the inner wall corner).
  • the fluid flows into a substantially central portion of the flow path 22 through a gap formed between the flow path 22 and the central part, and is compressed also in the central part to absorb a change in volume of the flow path 22.
  • the working fluid moving device 20 has the same effects (1) to (5) that the working fluid moving device 10 has. Further, the pair of ceramic sheets 11 c and 11 c having the piezoelectric / electrostrictive film 12 can increase the amount of deformation of the flow path 22 (the difference between the first distance and the second distance). Can be increased) 1 There is an effect that the working fluid 14 can be surely divided (third embodiment)
  • FIGS. 4A and 4B are longitudinal sectional views of the working fluid moving device 30 in an initial state (first state), and FIG. 4B is a driving state of the working fluid moving device 30 (when a voltage is applied, the second state).
  • (State) is a longitudinal sectional view.
  • the plan view of the working fluid transfer device 30 is the same as that in Fig.1B when in the initial state, except that the first working fluid 14 is separated into three parts when in the driving state. The description is omitted because it is similar to The electrodes l id and l id are not shown.
  • the flow path 13 of the working fluid moving device 10 described above has a recess (a groove or a notch) at the lower wall surface and in the center in the Y-axis direction.
  • the device is structurally different from the device 10 in this respect. More specifically, the working fluid moving device 30 replaces the ceramic sheet 11a of the working fluid moving device 10 with a ceramic sheet 31a having a recess 31al near the center in the Y-axis direction.
  • the device 10 is different from the device 10 only in that the container 3 1 includes a flow path 32.
  • the working fluid moving device 30 thus configured maintains the initial state shown in FIG. 4A when no driving voltage is applied to the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric electrostrictive film 12.
  • the first working fluid 14 becomes one fluid mass at the center in the Y-axis direction of the flow path 32 in order to minimize the surface area.
  • the fluid mass of ⁇ exists in the entire area of the groove 31 a 1.
  • the distance between the upper surface of the groove 31a1 of the ceramic sheet 31a at the center of the container 31 in the Y-axis direction and the lower surface of the ceramic sheet 11c in the initial state is referred to as a first distance for convenience. Call.
  • the first working fluid 14 since the first working fluid 14 has less wettability with respect to the wall of the flow path 32 than the second working fluid 15, the first working fluid 14 receives a repulsive force from the same wall and partially breaks to minimize the surface area.
  • the large flow passage 32 is divided and moved at both ends in the Y-axis direction of the flow passage 32, and forms a single fluid mass at both ends and the center of the flow passage 32. That is, the first working fluid 14 is separated into three fluid masses.
  • the second working fluid 15 is compressed at both ends of the Y-axis of the flow path 32, and the first working fluid 14 and the inner wall surface (particularly, the inner wall corner) of the flow path 32 are compressed. Through the gap formed between the first working fluid 14 and the fluid mass at the center of the flow path 32 of the first working fluid 14 and the fluid at both ends of the flow path 32 It is compressed between the lumps and absorbs the volume change of the flow path 32.
  • the working fluid moving device 30 similarly provides the effects (1) to (5) of the working fluid moving device 10.
  • the groove 31 a1 is formed, the first working fluid 14 surely exists near the center of the flow path 32 and forms one fluid mass in the initial state. The effect is obtained that the movement of the first working fluid 14 is further stabilized.
  • FIG. 5A is a plan view of the working fluid moving device 40.
  • Figures 5B and 5C When the fluid moving device 40 is in the initial state (the first state) and in the driving state (when the voltage is applied, the second state), the device moves along the plane along the line 414 shown in FIG. 5A.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the working fluid moving device 40 cut through the same.
  • FIGS. 5D and 5E show the states shown in FIG. 5A when the working fluid moving device 40 is in the initial state (first state) and in the driving state (when voltage is applied and in the second state).
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the working fluid moving device 40 cut along a plane along the line a-4a.
  • the working fluid moving device 40 includes a container 41 made of a substantially rectangular parallelepiped ceramic having sides extending along the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis orthogonal to each other, and a piezoelectric member as an actuator. / Electrostrictive film 42.
  • the container 41 has a flow path 43 inside thereof, and the flow path 43 has a first working fluid 14 which is liquid mercury and a second working fluid which is vapor of mercury as in the above embodiments. Accommodates 1 5 and.
  • the length of the side along each axis of the container 41 is the longest along the Y-axis, the longest along the X-axis, and the shortest along the Z-axis.
  • the container 41 is composed of ceramic sheets 41a to 41c which are sequentially laminated in the positive Z-axis direction and integrated by firing.
  • the ceramic sheet 41a has high rigidity, and is located on the upper surface and at a predetermined distance from the center in the Y-axis direction of the flow path 43 (outside positions of the thin plate part 41c1 in plan view).
  • a pair of thin film portions 41al and 41al for holding the position of the working fluid which are made of a material having good wettability with the first working fluid 14 (for example, platinum, gold, etc.), are provided.
  • the ceramic sheet 41b is actually composed of a ceramic sheet 41b1 and a ceramic sheet 4lb2 laminated on the ceramic sheet 41b1.
  • the ceramic sheet 4 lb has a rectangular through portion at the center in a plan view with the major axis and the minor axis along the Y-axis and X-axis directions, respectively.
  • the ceramic sheet 41c has an oval thin plate portion 41c1 at the center in plan view and a thick plate portion 41c2 around the thin plate portion 41c1. . Since the thin plate part 4 1 c 1 has low rigidity, a deformable diaphragm (ceramic Diaphragm).
  • the ceramic sheet 41b1 has the rectangular through-hole only at the center in the X-axis direction.
  • the ceramic sheet 41b2 has the rectangular through portion at the center in the X-axis direction.
  • the rectangular penetrating portion of the ceramic sheet 41b1 and the rectangular penetrating portion of the ceramic sheet 41b2 match in a plan view, forming a penetrating portion of the ceramic sheet 41b.
  • the ceramic sheet 41b2 is provided with an oblong penetrating part so as to correspond to the thin plate part 41c1.
  • the penetrating portion of the ceramic sheet 41 b constitutes a flow path 43 together with the upper surface of the ceramic sheet 41 a and the lower surface of the ceramic sheet 41 c.
  • the above-mentioned oblong penetrating portion of the ceramic sheet 4 lb 2 has the piezoelectric Z electrostrictive film 42 and the thin plate portion 4 1 c 1 together with the upper surface of the ceramic sheet 4 lb 1 and the lower surface of the ceramic sheet 41 c. Forms a clearance for deformation. Since the clearance is narrow, the first working fluid 14 does not enter the clearance.
  • the flow path 43 has a deformable portion because the thin plate portion 41c1 of the ceramic sheet 41c is deformable.
  • the piezoelectric Z electrostrictive film 42 has an oval shape slightly smaller than the thin plate portion 41 c 1 of the ceramic sheet 41 c in plan view, and has an upper surface of the thin plate portion 41 c 1.
  • a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric / electrostrictive film 42, the flow of the thin plate portion 41c1
  • the road 43 generates a force for deforming the portion forming the upper surface downward.
  • the working fluid moving device 40 thus configured operates similarly to the working fluid moving device 10. Further, since the working fluid moving device 40 includes the thin film portions 41 a 1 and 41 a 1 for holding the working fluid position, in the initial state, the first working fluid 14 is in the flow path 43. It surely exists at the center in the Y-axis direction and forms one fluid mass. In the driving state, the piezoelectric / electrostrictive film 42 is deformed downward. At this time, the lower surface of the thin plate portion 4 1 c 1 is approximately in the X-axis direction on the upper surface of the ceramic sheet 4 1 b 1. Contact at the center.
  • the working fluid moving device 40 has an effect that the movement of the first working fluid 14 is further stabilized in addition to the effects (1) to (5) of the working fluid moving device 10. .
  • the first working fluid 14 may be a liquid metal such as a gallium alloy, a liquid such as water or oil, or a gas such as an inert gas, in addition to mercury.
  • the second working fluid 15 may be any fluid that does not combine and react with the first working fluid 14 and that is not easily dissolved in the first working fluid 14.
  • a magnetic material For example, a magnetic material , A liquid metal such as a gallium alloy, water, oil, an inert gas, or the like.
  • the second working fluid 15 is an inert gas
  • a fluid such as a gallium alloy which easily reacts with oxygen or water to form an oxide film.
  • the first working fluid 14 it is preferable to fill the first working fluid 14 in a state where oxygen and water in the flow path are completely removed. By doing so, the mobility (ease of movement) of each working fluid can be favorably maintained over a long period of time.
  • liquid metal or the like can be easily injected into the flow channel using a dispenser or the like.
  • a hole having a predetermined diameter (or a predetermined cross-sectional shape) for injecting a working fluid that communicates the flow path with the outside and a working fluid injection hole that communicates the flow path with the outside are provided in the container. And the difference between the pressure in the flow path and the pressure applied to the working fluid injected through the working fluid injection hole.
  • the working fluid may be injected into the flow channel by pressure. According to this, the amount of the working fluid to be injected can be adjusted with high accuracy by adjusting the differential pressure and / or the diameter (or cross-sectional shape) of the working fluid injection hole.
  • the piezoelectric / electrostrictive films 12 and 42 of each of the above embodiments may be a stacked piezoelectric Z-electrostrictive element in which a plurality of piezoelectric Z-electrostrictive films sandwiched between electrodes are stacked.
  • the deformable portions (diaphragms) of the flow paths 13, 22, 32, and 43 may be pressed and deformed by deformation of the piezoelectric Z electrostrictive film. In this case, the piezoelectric Z electrostrictive film and the deformable portion need not be integrated by firing.
  • a film-type piezoelectric element made of an anti-ferroelectric film can be used instead of the piezoelectric / electrostrictive films 12 and 42.
  • the electrostatic force generated between the electrodes facing each other through the gap and the deformation force generated in the shape memory alloy due to energized heating are applied to the deformation force of the piezoelectric film.
  • the deformable portion may be deformed by these forces.
  • the inner wall surfaces of the flow paths 13, 22, 32, and 43 including the inner wall surface of the deformable portion may be coated with a material having poor wettability with the first working fluid 14. Further, even if the inner wall surfaces of the flow paths 13, 22, 32, and 43 including the inner wall surface of the deformable portion are modified so as to have poor wettability with the first working fluid 14. Good. Further, the first working fluid 14 is provided with the first working fluid 14 so that the wettability of the inner walls of the flow paths 13, 22, 32, 43 including the deformable portion becomes poor.
  • the first working fluid 14 may be modified by adding a wettability modifier. In this case, as the wettability modifying agent for the first working fluid 14, an appropriate alloy (one or a composition of a plurality of alloys adjusted) can be used.
  • the deformable portions may be arranged and formed in a straight line or a matrix shape, or may be arranged and formed so as to be scattered at arbitrary positions.
  • the second working fluid 15 has compressibility, but may be incompressible.
  • the channels 13, 22, 32 and 43 are absorbed. It is preferable to provide at both ends in the Y-axis direction or at one end in the Y-axis direction a deformable volume change absorbing portion made of a diaphragm or the like.
  • the device of each of the above embodiments is configured as an on-off type switch, it can be applied to a relay, and the piezoelectric / electrostrictive films 12 and 42 are removed and deformed by the detection target. By configuring so that the possible portion is pressed, it can be used as a position detection sensor.
  • the working fluid moving device according to the present invention can be used as a device for micromachining a so-called rodless cylinder.
  • a rodless cylinder is a moving part (herein referred to as U.S. Pat. No. 3,779,401) in which the working part of the cylinder is completely sealed and moves in a sealed space.
  • the working part connected to the first working fluid 14) by magnetic force makes a reciprocating motion outside the sealed space, and can move the moving part to the outside of the rodless cylinder. Therefore, if the first working fluid 14 of the present invention is formed of a magnetic material and an externally-connected working portion is formed with the first working fluid 14 by magnetic force, the working fluid moving device of the present invention is suitable.
  • the micro rodless cylinder used can be obtained.
  • the cross-sectional area on the positive side becomes larger than the cross-sectional area on the positive side in the Y-axis, and when the drive state (second state) is reached, the cross-sectional area on the negative side of the axis becomes the cross-sectional area on the positive side. It is preferable to make the configuration smaller. According to this, in each of the first and second states, the first working fluid can reliably remain at the intended position. (Modification 9) ''
  • the working fluid moving device selects, for example, a material having a light-transmitting property on a part or the entirety of the wall surface forming the flow paths 13, 22, 22, 32, 43, and performs the first operation.
  • the fluid 14 is composed of air bubbles, a vacuole of a colored liquid or a fluorescent liquid, or a minute metal body capable of reflecting light, an optical display element can be obtained.
  • the working fluid moving device can be used as one memory element.
  • a gyro or other Sensors can also be formed.
  • the container is formed by firing and integrating a plurality of ceramic green sheets.
  • fired ceramics or glass sheets are processed using laser processing, sand blasting, etching, photolithography, etc., and the processed sheets are bonded (joined).
  • the container can be manufactured.
  • a thermosetting resin, an ultraviolet (UV) curable resin, or the like can be used as an adhesive.
  • these adhesives are applied to the bonding surface using a spinner or the like so as to form a uniform film, it is possible to perform bonding with higher confidentiality.
  • FIG. 7D which is a conceptual diagram
  • the modified example 11 has a single pole (Single Pole) having one pole (Pole) and another pole ( ⁇ ! ⁇ ).
  • FIG. 7A is a plan view of such a working fluid moving device 50.
  • FIG. 7B shows a state in which the working fluid moving device 50 is cut in a plane along the line 5-5 in FIG. 7A when the working fluid moving device 50 is in an initial state (first state). It is sectional drawing.
  • Fig. 7C shows the working fluid moving device 50 in a plane along line 5-5 in Fig. 7A when the working fluid moving device 50 is in the driving state (when voltage is applied, the second state). It is sectional drawing which cut
  • the working fluid moving device 50 is a container including a flow path 52 formed by replacing the ceramic sheet 41 a of the working fluid moving device 40 shown in FIG. 5 with the ceramic sheet 51 a. It differs from the device 40 only in that it has 51.
  • the ceramic sheet 51a has high rigidity and includes an electrode 53 and an electrode 54 penetrating in the Z-axis direction.
  • the electrodes 53, 54 are made of a conductive material (for example, platinum, gold, etc.) having good wettability with the first working fluid 14, and are made of the same material as the thin film portions 41 al and 41 a 1 described above. It has a function to keep the position of 1 working fluid 14.
  • the electrode 53 constitutes a pole (Pole) of the SPST switch, and the electrode 54 constitutes a throw of the SPST switch.
  • the electrodes 53 and 54 are provided with electrode portions (terminals) 53a and 54a, respectively, formed along the upper surface of the ceramic sheet 5la (surface on the positive side of the Z axis). ing.
  • the electrode portions 53 a and 54 a are arranged at positions (a plan view, both outer positions of the thin plate portion 41 c 1) away from the center of the flow path 52 in the Y-axis direction by a predetermined distance.
  • the electrodes 53 and 54 have connection portions 53 b and 54 b formed on the lower surface of the ceramic sheet 51 a along the lower surface, respectively.
  • the working fluid moving device 50 thus configured operates substantially the same as the working fluid moving device 10. That is, the working fluid moving device 50 maintains the initial state shown in FIG. 7B when no driving voltage is applied to the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric / electrostrictive film 42. In this case, the first working fluid 14 is concentrated at the center of the flow path 52.
  • the electrode portion 53a and the electrode portion 54a are simultaneously covered by the conductive first working fluid 14 forming one fluid mass, so that the electrode 53 and the electrode 54 become conductive. Become.
  • the first working fluid 14 receives repulsive force from the wall of the flow path 52 and is separated (separated) at both ends in the Y-axis direction of the flow path 52 having a large cross-sectional area in order to minimize the surface area and move. Then, a fluid mass is formed at each end. As a result, the electrode portion 53a and the electrode portion 54a are covered with the fluid mass of the first working fluid 14 which is separated into two. However, since the insulating second working fluid 15 exists between the fluid masses of the first working fluid 14 separated into two, the electrode 53 and the electrode 54 are not electrically connected. State.
  • each fluid mass of the first working fluid 14 that has been separated into two is also subjected to the force from the second working fluid 15 that has been compressed at both ends in the Y-axis direction of the flow path 52. 2 moves toward the center in the Y-axis direction, where it becomes one fluid mass.
  • the electrodes 53 and 54 become conductive again.
  • the flow channel deformed portion (the thin plate portion 41 c 1 and the piezoelectric / electrostrictive film 42 exposed to the flow channel 52 (and the first working fluid 14)) is connected to the SPST switch.
  • a switch in the conductive state (switch in the terminal conductive state) is configured.
  • the working fluid moving device 50 like the working fluid moving device 40, has the electrode portions 53a and 54a which also function as thin film portions for holding the first working fluid position. , The first working fluid 14 surely exists at the center of the flow path 52 in the Y-axis direction Form a lump.
  • the working fluid moving device 50 is more stable because the movement of the first working fluid 14 is more stable.
  • the SPST switch is capable of switching and has a stable switching operation.
  • the electrode sections 53 a and 54 a are always kept in a state of being covered with the first working fluid 14. Therefore, there is also obtained an advantage that the electrode portions 53a and 54a are hardly deteriorated.
  • FIG. 8C which is a conceptual diagram
  • the modified example 12 has one common terminal (COM), one normally closed (normally closed, NC) terminal, and one normally open (normally open, N ⁇ )
  • COM common terminal
  • NC normally closed
  • N ⁇ normally open
  • FIG. 8A is a longitudinal sectional view when the working fluid moving device 60 is in an initial state.
  • FIG. 8B is a longitudinal sectional view when the working fluid moving device 60 is in an operating state (switching state).
  • This working fluid moving device 60 has substantially the same configuration as that in which two of the working fluid moving devices 50 shown in FIG. 7 are arranged adjacent to each other in the Y-axis direction and their housings are integrated. ing. More specifically, the container 61 of the working fluid moving device 60 includes two flow paths 62 and 63 along the Y axis.
  • the flow path shown on the left side of FIGS. 8A and 8B is called a left flow path (first flow path) 62, and the flow path shown on the right side of FIGS. 8A and 8B. Is called the right side channel (second channel) 63.
  • the first working fluid 14 and the second working fluid 15 are stored in the flow paths 62 and 63, respectively.
  • a piezoelectric / electrostrictive film 64 is provided above a central portion of the left flow path 62, and the piezoelectric electrostrictive film 64 is a thin plate portion 6 which forms a deformable portion of the left flow path 62. 5 is fixed to the upper surface.
  • the piezoelectric Z electrostrictive film 64 and the thin plate portion 65 have the same configuration as the piezoelectric Z electrostrictive film 42 and the thin plate portion 41c1 of the working fluid moving device 50.
  • a piezoelectric Z-electrostrictive film 66 is provided above the center of the right flow path 63, and the piezoelectric Z-electrostrictive film 66 is provided. 2003/009421
  • Numeral 6 is fixed to the upper surface of a thin plate portion 67 that constitutes the deformable portion of the right channel 63.
  • the piezoelectric Z electrostrictive film 66 and the thin plate portion 67 also have the same configuration as the piezoelectric Z electrostrictive film 42 and the thin plate portion 41 c 1 of the working fluid moving device 50.
  • the container 61 has a total of four electrodes 62 a, 62 b, 63 a, 63 b.
  • the pair of electrodes 62a and 62b have electrode portions 62a1 and 62b1 arranged along the lower surface of the left channel 62, respectively. Further, the pair of electrodes 62 a and 62 b have connection portions 62 a 2 and 62 b 2 formed along the lower surface of the container 61, respectively.
  • the positional relationship between the pair of electrodes 62 a and 62 b with respect to the flow path 62 is the same as the positional relationship between the pair of electrodes 53 and 54 of the working fluid moving device 50 with respect to the flow path 52.
  • the pair of electrodes 63 a and 63 b are provided with electrode portions 63 a 1 and 63 b 1, respectively, arranged along the lower surface of the side channel 63.
  • the pair of electrodes 63 a and 63 b include connection portions 63 a 2 and 63 b 2 formed along the lower surface of the container 61, respectively.
  • the positional relationship between the pair of electrodes 63 a and 63 b with respect to the channel 63 is the same as the positional relationship between the pair of electrodes 53 and 54 of the working fluid moving device 50 with respect to the channel 52.
  • connection 6 2 b 2 of the electrode 6 2 b on the right side of the left passage 6 2 is connected to the connection 6 3 a 2 of the electrode 6 3 a 2 on the left side of the right passage 6 3 and the outer side of the container 6 1. And are electrically connected.
  • This connection point constitutes the common terminal COM of the SPDT switch.
  • the operation of the working fluid moving device 60 will be described.
  • the working fluid moving device 60 when the working fluid moving device 60 is in the initial state, no voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric film 64 of the left flow path 62 (the The status is 1.) Therefore, the first working fluid 14 in the left channel 62 becomes one fluid mass at the center of the left channel 62, and this one fluid mass is composed of the electrode portion 62 a1 and the electrode portion 6. Cover 2 b 1 at the same time. As a result, the electrode 62 a and the electrode 62 b become conductive.
  • the working fluid moving device 60 when the working fluid moving device 60 is in the initial state, a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric Z electrostrictive film 66 in the right channel 63 (the second state). )). Therefore, the thin plate portion 67 is bent downward by the operation of the piezoelectric Z electrostrictive film 66, and the cross-sectional area of the right channel 63 at the center in the Y-axis direction is reduced. As a result, the first working fluid 14 in the right flow path 63 receives a repulsive force from the wall surface of the right flow path 63 and becomes two separated fluid masses.
  • the left working fluid mass of the first working fluid 14 in the right flow path 63 covers the left electrode portion 63 a1.
  • the fluid mass of the right first working fluid 14 in the right flow path 63 covers the right electrode part 63 b 1.
  • the electrodes 63 a and the electrodes 63 b Becomes non-conductive.
  • a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric electrostrictive film 64 of the left flow path 62 (the second state), and the piezoelectric Z electrostrictive film of the right flow path 63 is applied. 66. Stop applying the voltage to the upper electrode and lower electrode in step 6 (first state).
  • This state is called a switching state for convenience.
  • the operation of the piezoelectric Z electrostrictive film 64 causes the thin plate portion 65 to bend and deform downward, and the center of the left channel 62 in the Y-axis direction to break. The area becomes smaller.
  • the first working fluid 14 in the left flow path 62 receives a repulsive force from the wall surface of the left flow path 62 and becomes two separated fluid masses.
  • the fluid mass of the left first working fluid 14 covers the left electrode portion 62 a 1 of the left flow path 62.
  • the fluid mass of the first working fluid 14 on the side covers the right electrode portion 6 2 b 1 of the left channel 62.
  • the electrode 6 2a and the electrode 6 2b Becomes non-conductive.
  • the piezoelectric Z electrostrictive film 66 in the right channel 63 is restored, and the thin plate portion 67 is also returned to the normal state (planar shape).
  • the first working fluid 14 of the right side channel 63 becomes one fluid mass at the center, and this one fluid mass Covers the electrode portion 63 a1 and the electrode portion 63b1 at the same time.
  • the electrode 63 a and the electrode 63 b are brought into conduction.
  • the electrode 62b and the electrode 63a are maintained in a conductive state regardless of the initial state or the switching state.
  • the electrode 62 a and the electrode 62 b are in a conductive state in the initial state, and are in a non-conductive state in the switching state. Therefore, the electrode 62a constitutes a normally closed (normally closed) terminal.
  • the electrode 63a and the electrode 63b are in a non-conductive state in an initial state, and are in a conductive state in a switching state. Therefore, the electrode 63b constitutes a normally open (normally open) terminal.
  • the working fluid moving device 60 utilizes two working fluid moving devices 50. Therefore, the working fluid moving device 60 is an SPDT switch having all the advantages of the working fluid moving device 50 such as high-speed response.
  • a voltage must be applied between the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric / electrostrictive film 66 in the initial state.
  • the piezoelectric / electrostrictive film 66 and the thin plate portion 67 are bent downward and deformed in advance to obtain the state shown in FIG. 8A.
  • a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric electrostrictive film 66 to deform the piezoelectric / electrostrictive film 66 and the thin plate 67 upward, as shown in Figure 8B. You may be comprised so that it may be in a state where it fell.
  • Modified example 13 is a working fluid moving device 70 including an SPDT switch as shown in FIG. 9C, which is a conceptual diagram, similarly to Modified Example 12.
  • FIG. 9A shows that the working fluid moving device 70 is in the initial state.
  • FIG. 9B is a longitudinal sectional view when the working fluid moving device 70 is in an operating state (switching state).
  • FIG. 10 is a diagram conceptually showing a plan view of the working fluid moving device 70.
  • the working fluid moving device 70 constitutes an SPDT switch by providing three electrode portions (terminals) in one flow path. More specifically, the container 71 of the working fluid moving device 70 has one linear flow path 72 extending along the Y axis.
  • the flow path 72 contains the first working fluids 14a and 14b and the second working fluid 15.
  • the first working fluid exists as two fluid masses 14a and 14b in any of an initial state and a switching state described later.
  • the lump of the first working fluid located on the left and right sides of the flow path 72 is called a left first working fluid 14a and a right first working fluid 14b, respectively.
  • the second working fluid 15 fills a portion where the first working fluid 14 does not exist.
  • the container 71 has a piezoelectric Z electrostrictive film 74 on the upper left side in FIG. 9 of the center of the channel 72.
  • the piezoelectric Z electrostrictive film 74 is fixed to the upper surface of a thin plate portion 75 that constitutes a deformable portion formed on the left side of FIG. 9 from the center of the flow path 72.
  • the piezoelectric Z electrostrictive film 74 and the thin plate portion 75 have the same configuration as the piezoelectric / electrostrictive film 42 and the thin plate portion 41c1 of the working fluid moving devices 40, 50.
  • the container 71 is provided with a piezoelectric Z electrostrictive film 76 above the right side in FIG. 9 of the center of the flow channel 72.
  • the piezoelectric / electrostrictive film 76 is fixed to the upper surface of a thin plate portion 7 7 ′ that constitutes a deformable portion formed on the right side of FIG.
  • the piezoelectric / electrostrictive film 76 and the thin plate portion 77 have the same configuration as the piezoelectric / electrostrictive film 42 and the thin plate portion 41c1 of the working fluid moving devices 40 and 50.
  • the container 71 has a total of three electrodes 72a, 72b, 72c in order from the left in FIG.
  • the electrodes 72 a, 72 b, and 72 c have electrode portions 72 a 1, 72 b 1, and 72 c 1, respectively, arranged along the lower surface of the flow path 72.
  • Electrode part 7 2 a 1 is slightly to the left of just below thin plate part 75
  • electrode part 7 2 b 1 is thin plate part 75 and thin plate part
  • the electrode portion 72c1 is formed slightly below the portion between the thin plate portion 77 and right below the portion between the thin plate portion 77.
  • the electrodes 72 a, 72 b, and 72 c have connection parts 72 a2, 72 b2, and 72 c2 formed along the lower surface of the container 71, respectively. .
  • the operation of the working fluid moving device 70 will be described.
  • FIG. 9A when the working fluid moving device 70 is in the initial state, no voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric Z electrostrictive film 74.
  • the left first working fluid 14a becomes one relatively long fluid mass, and simultaneously covers the electrode portion 71 2 and the electrode portion 72b1.
  • the electrode 72a and the electrode 72b are brought into conduction.
  • the working fluid moving device 70 when the working fluid moving device 70 is in the initial state, a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric Z electrostrictive film 76. Therefore, the thin plate portion 77 is bent downward by the operation of the piezoelectric / electrostrictive film 76, and the cross-sectional area of the flow path 72 below the thin plate portion 77 is reduced. As a result, the first working fluid 14b on the right side receives a repulsive force from the wall of the flow channel 7 (the lower surface of the thin plate portion 77) and does not exist directly below the thin plate portion 77, and the flow path 7 2 At the right end in Fig. 9 there is one fluid mass.
  • the right first working fluid 14b covers the electrode portion 72c1, but does not cover the electrode portion 72b1. Also, an insulating second working fluid 15 exists between the left first working fluid 14a and the right working fluid 14b. As a result, the electrode 72c and the electrode 72b enter a non-conductive state.
  • a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric electrostrictive film 74, and the application of the voltage to the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric / electrostrictive film 76 is stopped.
  • This state is called a switching state for convenience.
  • the thin plate portion 75 is bent downward by the operation of the piezoelectric Z electrostrictive film 74, and the cross-sectional area of the flow path 72 below the thin plate portion 75 is reduced. It becomes smaller.
  • the left first working fluid 14a receives a repulsive force from the wall of the flow channel 72 (the lower surface of the thin plate portion 75) and separates into two.
  • One is the left end of the flow channel 72 in FIG.
  • the fluid becomes a relatively short fluid mass at, and the other moves rightward in FIG. Side 1st working fluid 14b.
  • the left first working fluid 14a covers the electrode portion 72a1, but does not cover the electrode portion 72b1.
  • an insulating second working fluid 15 exists between the left first working fluid 14a and the right working fluid 14b.
  • the electrode 72a and the electrode 72b enter a non-conductive state.
  • the piezoelectric electrostrictive film 76 is restored, and the thin plate portion 77 is also returned to the normal state (flat shape).
  • the first working fluid 14b on the right side becomes one relatively long fluid mass, and this one fluid mass simultaneously covers the electrode portion 72b1 and the electrode portion 72c1. Therefore, the electrode 72b and the electrode 72c are brought into conduction.
  • the electrode 72b and the electrode 72a maintain a conductive state, and the electrode 72b and the electrode 72c are in a non-conductive state.
  • the electrode 72b and the electrode 72a are turned off, and the electrode 72b and the electrode 72c are turned on. Therefore, the electrode 72a constitutes a normally closed (normally closed) terminal, and the electrode 72c constitutes a normally open (normally open) terminal.
  • the working fluid moving device 70 uses the repulsive force to move the first working fluid in the same manner as the working fluid moving device 50, so that the high-speed response of the working fluid moving device 50 is achieved. It is an SPDT switch that combines all of the advantages described above.
  • a voltage must be applied between the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric electrostrictive film 76 in the initial state.
  • the piezoelectric / electrostrictive film 76 and the thin plate portion 77 were previously bent so as to bend downward and become the state shown in FIG. 9A.
  • a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric / electrostrictive film 76 to deform the thin plate portion 77 upward to obtain the state shown in FIG. 9B. May be.
  • Modified example 14 is a working fluid transfer device in which a plurality of switches are provided in one (identical) flow path, as in Modified example 13. That is, the working fluid moving device 80 according to the modified example 14 has one flow path 82 and a shape corresponding to the flow path 82 as shown in FIG. 11A which is a conceptual plan view. Four switches 84-87 formed, electrodes 82-82f, and flow path
  • a throttle portion 83 formed at the center of 82 to reduce the cross-sectional area of the flow path 82 and prevent the passage of the first working fluid.
  • the switch 84 is provided between the electrodes 82a and 82b, and the switch 85 is provided between the electrode 82b and the electrode 82c. These parts including the switches 84 and 85 and the electrodes 82a to 82c are substantially the same as the working fluid moving device 70 shown in Fig. 10 and constitute one SPDT switch. are doing.
  • the switch 86 is provided between the electrodes 82d and 82e, and the switch 87 is provided between the electrodes 82e and 82f.
  • These parts including the switches 86 and 87 and the electrodes 8201 to 82 are substantially the same as the working fluid moving device 70 and constitute one SPDT switch shown in FIG. I have.
  • the working fluid moving device 80 configures two SPDT switches shown in FIG. 11B using one channel 82.
  • another working fluid moving device 90 has one flow path 92 and six flow paths formed for the flow path 92. Switches 93-98, electrodes 92a-92i, and flow paths
  • Narrowing sections 92-1 and 92-2 formed in the flow path 92 to reduce the cross-sectional area of the flow path 91 and prevent the passage of the first working fluid.
  • the electrodes 92a to 92i are formed in order from the left of the channel 92 in FIG. 12A.
  • the apertures 92-1 and 92-2 are respectively provided between the electrode 92c and the electrode 92d and between the electrode 92f and the electrode 92g.
  • the switch 93 is provided between the electrodes 92a and 92b, and the switch 94 is It is provided between the electrode 92b and the electrode 92c.
  • the switch 95 is provided between the electrodes 92 d and 92 e, and the switch 96 is provided between the electrodes 92 e and 92 f.
  • the portions including the switches 95 and 96 and the electrodes 92 d to 92 f are substantially the same as the working fluid moving device 70 and constitute one SPDT switch.
  • the switch 97 is provided between the electrodes 92g and 92h, and the switch 98 is provided between the electrodes 92h and 92i.
  • These portions including the switches 97 and 98 and the electrodes 92 g to 92 i are substantially the same as the working fluid moving device 70 and constitute one SPDT switch.
  • the working fluid moving device 90 uses the one flow path 92 to constitute the three SPDT switches shown in FIG. 12B.
  • the working fluid moving devices 70 to 90 described above are connected to each other by a plurality of electrode portions (first working fluids 14, 14 a, 14 b) in one (identical) flow path. And a switch for switching between a non-conductive state and a non-conductive state). That is, these devices are in one of a conducting state and a non-conducting state via the first working fluid before the deformable portion (thin plate portion) of each flow path is deformed. After the first working fluid moves, the working fluid moves to another one of a conductive state and a non-conductive state with movement of the first working fluid.
  • a plurality of terminal conducting state switches (switching devices) each including the deformable portion and the pair of terminals are formed in one flow path. This is a switching unit in which a plurality of switches are configured using one flow path.
  • the same switching function as when a plurality of working fluid moving devices each having one terminal conduction state switch formed in one flow path can be achieved, and the number of flow paths is small.
  • the labor and labor required for filling the second working fluid into the flow path can be reduced.
  • one terminal (electrode part) sandwiches the same terminal It is also possible to use it as a common electrode for two adjacent terminals (for example, electrodes 72b, 82b, 82e, 92b ..., etc.). In this case, the number of terminals can be reduced. Since it is possible, the cost of the device can be reduced.
  • the flow The (maximum) pressure change in the channel is the pressure associated with the deformation of the flow path deformation part in the working fluid moving device that has one switching device in one flow path. Less than the change (or less than or equal to).
  • each of the containers 71, 81, and 91 has a plurality of deformable portions described above for one flow path 72, 82, and 92.
  • the first working fluid that substantially contacts the inner wall surface of the same flow path in each deformable portion by the deformation of each deformable portion is configured to move by the repulsive force received from the inner wall surface. You can also say.
  • substantially the same function can be achieved as when a plurality of working fluid moving devices each having one deformable portion formed in one flow path are used, and the number of flow paths is small.
  • the labor and labor required for filling the second working fluid into the flow path can be reduced.
  • the number of times of adjustment of the pressure in the flow path which is a factor for determining the moving speed of the first working fluid, can be reduced.
  • Modification 15 is an example in which a working fluid moving device in which the deformable portions (ie, switches) described in Modification 4 are arranged in a matrix is applied to a test apparatus. More specifically, the working fluid moving device 200 (switching unit 200) has a matrix shape (in this example, a matrix having 4 rows and 4 columns) as shown in FIG. It is provided with a plurality of working fluid moving devices 50 arranged in a (trices) manner.
  • the pair of terminals of the first device under test 201 are connected to connection lines LA and LB constituting the rows A and B, respectively.
  • Second device under test 2 0 2 Are connected to connection lines LC and LD constituting the C and D rows, respectively.
  • the first signal source 2 11 and the second signal source 2 12 are connected to connection lines L 1 and L 2 respectively forming the first and second columns.
  • the first measuring device 22 1 and the second measuring device 22 2 are connected to connection lines L 3 and L 4 respectively forming the third and fourth columns.
  • Each working fluid transfer device 50 is arranged between the signal lines of each column and each row.
  • one working fluid moving device 50 is arranged between the connecting line LA in the row A and the connecting line L 1 in the first column, and the working fluid moving device 50 is connected between the connecting lines LA and L 1.
  • the conduction state can be switched. That is, one working fluid transfer device 50 is arranged between the connection line Ln of the nth row (n is A to D) and the connection line Lm of the mth column (m is 1 to 4), The working state of the connection line L n and the connection line L m is switched by the working fluid moving device 50.
  • a signal is supplied to the first device under test 201 using the first signal source 211, and the state (output) of the first device under test 201 at that time is set to the first signal.
  • the working fluid moving device 50 in the B row and the 1st column is operated to bring the connection line LB and the connection line L 1 into the conducting state, and the working fluid in the A row and the 3rd column Activate the moving device 50 to make the connection lines LA and L3 conductive.
  • the signal from the first signal source 211 is supplied to the first device under test 201 via the connection line L 1, the working fluid moving device 50 in row B, column 1 and the connection line LB.
  • the output of the first device under test 201 is supplied to the first measuring device 222 through the connection line LA, the working fluid moving device 50 in the third row of row A, and the connection line L3.
  • the working fluid moving device 200 of the present modified example is a switching unit that switches the connecting lines used by arranging the working fluid moving devices 50 in a matrix. I have. Since the working fluid moving device according to the present invention can utilize the ceramic lamination process, a plurality of working fluid moving devices such as the working fluid moving device 200 can be used. Switches can be economically formed in the same plane. Further, according to the present invention, since a characteristic variation (variation in switching performance) between a plurality of working fluid moving devices formed in one switching unit is small, a highly reliable switching unit is provided. be able to.
  • switching unit working fluid moving device 200
  • the first working fluid 14 has moved or separated (divided) reliably in the driving state and whether the first working fluid 14 has been integrated when returning to the initial state It is preferable to configure so that it can be confirmed whether or not it has been performed.
  • a part or all of the container is made of a transparent material (made of a light-transmitting material) so that light can reach the flow path from the outside of the container.
  • the position, Z, or state of the first working fluid 14 can be confirmed using an optical position detection device. If the first working fluid 14 is a liquid metal, the position and the state of the first working fluid 14 are detected by detecting the eddy current generated by the movement of the liquid metal in the electric field. Can be confirmed. Further, the position, the Z, or the state of the first working fluid 14 can be confirmed by applying an ultrasonic wave to the flow path and detecting the reflected wave.
  • the working fluid moving device is a device that can move the working fluid with low energy conversion loss and high responsiveness.
  • the embodiments and the modifications described above may be used in appropriate combinations.

Landscapes

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Abstract

作動流体移動デバイス10は、セラミックシート11a～11cの積層体であり、これらにより流路13を構成している。セラミックシート11cはダイヤフラムを構成し、圧電/電歪膜12はセラミックシート11cの上面に一体化されている。流路13内には、第1作動流体14と第2作動流体15とが収容され、前記流路の内壁面に対する同第1作動流体の濡れ性は同第2作動流体の濡れ性よりも非良好である。圧電/電歪膜に電圧が印加されると、セラミックシート11cの中央部が屈曲変位して流路の断面積が小さくなり、流路の中央部に一つの流体塊として存在していた第1作動流体14は、流路の壁面から濡れ性が良好でないことに起因する斥力を受けて2つに分離し、流路内を移動する。

Description

明 細 書 作動流体移動デバイス 技 術 分 野
本発明は、 電気経路や光学経路等の切換え等に利用され得るスィ ツチングデバイス、 押圧部の位置等を検出するセンサ、 或いは、 シ リ ンダ等の駆動源等として利用され得るデバィスであって、 作動流 体を移動する作動流体移動デバイスに関する。 背 景 技 術
従来より、 この種の作動流体移動デバイスとしては、 例えば、 図
1 4 に示した構造を有するデバイス 1 0 0が知られている。 デバイ ス 1 0 0 は、 断面が長方形の流路 1 0 1 と、 流路 1 0 1 内に収容さ れた第 1 作動流体 （移動体） 1 0 2及び同第 1作動流体 1 0 2よ り も流路 1 0 1 の内壁に対する濡れ性が良好な第 2作動流体 1 0 3 と 、 流路 1 0 1 の両端に配置された一対のポンプ室 1 0 4， 1 0 5 と を備えている。 このデバイス 1 0 0 は、 ポンプ室 1 0 4から第 2作 動流体 1 0 3 を流路 1 0 1 内に流出させることにより第 1作動流体 1 0 2 を図 1 4において右方向に移動せしめ、 ポンプ室 1 0 5から 第 2作動流体 1 0 3 を流路 1 0 1 内に流出させることで第 1作動流 体 1 0 2 を図 1 4 において左方向に移動せしめるようになつている この場合、 第 1作動流体 1 0 2は第 2作動流体 1 0 3 に対して流 路 1 0 1 の内壁に対する濡れ性が良好ではないから、 図 1 4の 1 一
1線に沿った平面にて流路 1 0 1 を切断した断面図である図 1 5 に 示したように、 同第 1作動流体 1 0 2 と同流路 1 0 1 の角部の内壁 面との間には微小な隙 SPが形成される。 このため、 第 2作動流体 1
0 3 は第 1作動流体 1 0 2 を移動せしめる際にこの隙 SPの中を通過 する。
従って、 第 1作動流体 1 0 2 を所望の距離だけ移動させるために 3009421
は、 ポンプ室 1 0 4及びポンプ室 1 0 5 の何れか一つは、 同第 1作 動流体 1 0 2 の移動時に排除する第 2作動流体 1 0 3 の容積と隙 SP を通過する同第 2作動流体 1 0 3 の容積の合計に相当する量の同第 2作動流体 1 0 3 を、 流路 1 0 1 内に流入させ、 同ポンプ室 1 0 4 及び同ポンプ室 1 0 5 のうちの他の一つは、 同流入された第 2作動 流体 1 0 3 と同量の第 2作動流体 1 0 3 を流路 1 0 1 から排除しな ければならない。
このため、 上記デバイス 1 0 0 においては、 第 1作動流体 1 0 2 を高速で移動させよう とすると、 短時間内に大量の第 2作動流体 1 0 3 を流入 . 排除する必要があり、 ポンプ室 1 0 4 , 1 0 5 の吐出 性能によっては第 1作動流体 1 0 2 を高速で移動できないという問 題がある。
また、 上記デバイス 1 0 0は、 ポンプ室 1 0 4 , 1 0 5 の容積を 変化させ、 第 2作動流体 1 0 3 を流路 1 0 1 に流入させ、 その結果 、 第 1作動流体 1 0 2 を移動させる。 このため、 ポンプ室 1 0 4， 1 0 5 の駆動力は、 第 1作動流体 1 0 2 に直接的に加わらず、 第 2 作動流体 1 0 3 を介して間接的に伝搬される。 従って、 ポンプ室 1 0 4 , 1 0 5 の駆動力により第 1作動流体 1 0 2 を移動させるまで に時間遅れが生じるので、 デバイス 1 0 0 の応答性が良好でないと いう問題がある。 また、 ポンプ室 1 0 4 , 1 0 5の駆動力が第 1作 動流体 1 0 2 の移動となって現われるまでにおける力 （エネルギ一 ) の損失が大きいので、 デバイス 1 0 0 はエネルギー消費量が大き いという問題をも有している。
一方、 第 1作動流体 1 0 2 の流路 1 0 1 の内壁に対する濡れ性を 第 2作動流体 1 0 3 の流路 1 0 1 の内壁に対する濡れ性より も良好 にすれば、 図 1 5 に示したような隙 SPは発生せず、 ポンプ室 1 0 4 , 1 0 5 の発生する力が効率よく第 1作動流体 1 0 2 に加わる。 し かしながら、 この場合には第 1作動流体 1 0 2 と流路 1 0 1 の内壁 面との間の摩擦抵抗が大きくなるので、 ポンプ室 1 0 4， 1 0 5 は より大きな力を発生するように設計されなければならず、 デバイス 1 0 0の大型化、 消費エネルギーの増大等の問題が生じる。 本発明は、 上記の課題に対処するためになされたものであり、 そ の目的の一つは、 作動流体 （移動すべき流体） と流路壁面との間の 濡れ性に基づく斥力を利用して、 同作動流体に対し駆動力を直接的 に作用させて同作動流体を移動させることにより、 エネルギーの変 換ロスが小さ く、 応答性が良好である作動流体移動デバイスを提供 することにある。 発 明 の 開 示
上記目的を達成するため、 本発明の作動流体移動デバイスは、 第
1 作動流体と、 第 2作動流体と、 流路を含むとともに同流路内に前 記第 1作動流体と前記第 2作動流体とを収容した収容体と、 を備え た作動流体移動デバイスであって、 前記収容体は、 前記流路の壁の 少なく とも一部が変形することによ り同流路の断面形状が変化する 変形可能部を有し、 同変形可能部が第 1 の状態にあるとき前記第 1 作動流体が同変形可能部に対応する同流路の内壁面の一部に実質的 に接触するとともに前記第 2作動流体が同流路の内壁面の残りの部 分に実質的に接触するように同第 1作動流体及び同第 2作動流体を 収容し、 前記第 1作動流体及び前記第 2作動流体は、 前記流路の内 壁面に対する同第 1作動流体の濡れ性が、 同流路の内壁面に対する 同第 2作動流体の濡れ性より も非良好な流体となるようにそれぞれ 選択され、 前記変形可能部が変形して前記第 1 の状態から同第 1 の 状態とは異なる第 2 の状態となるとき、 前記第 1作動流体が前記流 路の内壁面に対する濡れ性に基づく斥力によって移動するように構 成される。
これによれば、 第 1作動流体は流路の変形可能部が例えば初期状 態等の第 1 の状態にあるとき同変形可能部における同流路の内壁面 に実質的に接触し、 第 2作動流体は同流路の他の部分において同流 路の内壁面に実質的に接触している。 この第 1作動流体の流路の内 壁面に対する濡れ性は、 第 2作動流体の同流路の内壁面に対する濡 れ性より も非良好である。 従って、 前記変形可能部が変形して前記 第 1 の状態から同第 1 の状態とは異なる第 2 の状態となるとき、 前 記第 1作動流体は前記流路の内壁面に対する濡れ性.に基づいて同内 壁面から斥力を受け、 流路内を移動する。
同様に、 本発明による他の作動流体移動デバイスは、 第 1作動流 体と、 第 2作動流体と、 少なく とも対向す 一対の壁面を有してな り同対向する一対の壁面により形成される流路内に前記第 1作動流 体と前記第 2作動流体とを収容した収容体と、 を備えた作動流体移 動デバイスであって、 前記収容体は、 前記流路の一対の壁面の少な く とも一部が変形することによ り同一対の壁の内面間の距離が第 1 距離と同第 1距離より短い第 2距離となる変形可能部を有し、 同変 形可能部における同一対の壁の内面側間の距離が同第 1 の距離にあ るとき、 前記第 1作動流体が同変形可能部における同一対の壁の内 面に実質的に接触するとともに前記第 2作動流体が同第 1作動流体 が存在していない部分において同流路の一対の壁の内面に実質的に 接触するように同第 1作動流体及び同第 2作動流体を収容し、 前記 第 1作動流体及び前記第 2作動流体は、 前記流路の一対の壁の内面 に対する同第 1 作動流体の濡れ性が、 同流路の一対の壁の内面に対 する同第 2作動流体の濡れ性より も非良好な流体となるよう にそれ ぞれ選択され、 前記変形可能部が変形して前記一対の壁の内面間の 距離が前記第 1 距離から前記第 2距離へと変化するとき、 前記第 1 作動流体が同一対の壁の内面に対する濡れ性に基づく斥力によって 移動するように構成される。
これによれば、 流路の変形可能部における一対の壁の内面間の距 離が第 1 の距離にあるとき、 第 1作動流体は変形可能部における同 一対の壁の内面に実質的に接触するとともに第 2作動流体は同第 1 作動流体が存在していない部分において同流路の一対の壁の内面に 実質的に接触している。 この第 1作動流体の流路の一対の壁の内面 に対する濡れ性は、 第 2作動流体の同流路の一対の壁の内面に対す る濡れ性より も非良好である。 従って、 前記変形可能部が変形して 前記一対の壁の内面間の距離が前記第 1距離から前記第 2距離へと 変化するとき、 前記第 1作動流体は同一対の壁の内面に対する濡れ 性に基づく斥力を同一対の壁面から受け、 流路内を移動する。 9421
このよう に、 上記何れかの作動流体移動デバイスは、 流路の壁面 と第 1作動流体との間の非良好な濡れ性に起因する斥力を利用して 同第 1作動流体を移動せしめるので、 変形可能部の変形が直ちに同 第 1作動流体の移動に変換される。 従って、 変形可能部の変形をァ クチユエ一夕により発生させる場合には、 同ァクチユエ一夕の消費 エネルギーを抑制しながら第 1作動流体を移動させることが可能と なる。 また、 ァクチユエ一夕の有無に関わらず、 変形可能部の変形 が第 1作動流体の移動へと遅滞なく変化するから、 応答性の優れた 作動流体移動デバイスが提供される。
また、 上記何れかの作動流体移動デバイスにおいて、 前記収容体 は、 一つの前記流路に対して前記変形可能部を複数有するとともに 、 各変形可能部の変形により 同各変形可能部における同流路の内壁 面に実質的に接触する前記第 1作動流体が前記斥力によって移動す るように構成されることが好適である。
これによれば、 一つの流路に一つの変形可能部を形成した作動流 体移動デバイスを複数個使用した場合と実質的に同じ機能を達成で きるとともに、 流路本数が少ないので、 第 1 ， 第 2作動流体を流路 内に充填するのに要する手間及び労力等を低減することができる。 また、 第 1 作動流体の移動速度を決定する要因となる流路内圧力の 調整回数を低減することができる。
更に、 二つ以上の流路変形部を使用するので、 少なく とも一つの 流路変形部を変形させずに他の総べての流路変形部を変形させた場 合でも、 流路内の圧力変化量 （圧力減少量及び/又は圧力増加量） を、 一つの流路に一つの流路変形部を形成した作動流体移動デバィ スにおける同流路変形部の変形に伴う圧力変化量より も低減するこ とができる。
このような作動流体移動デバイスにおいて、 前記第 1作動流体は 非圧縮性の流体であり、 前記第 2作動流体は圧縮性の流体であるこ とが好適である。 また、 前記第 1作動流体は液体であり、 前記第 2 作動流体は前記第 1作動流体の蒸気であることが好適である。 この ように各作動流体を選択すれば、 変形可能部の変形に伴う流路の容 積変化を第 2作動流体の圧縮により吸収することができる。
また、 前記第 1作動流体は、 水銀又はガリウム合金等からなる液 体金属であることが好適である。 これによれば、 例えば、 スィ ッチ 端子間の導通 · 非導通状態を第 1作動流体により切り換えることも 可能となる。
また、 前記何れかの作動流体移動デバイスは、 変形可能部の壁面 の少なく とも一部を変形させる力を発生するァクチユエ一夕を備え る とともに、 同変形される壁面の少なく とも一部はダイヤフラムで あることが好適である。 更に、 前記変形可能部の変形する壁面が互 いに対向する一対のダイヤフラムにより構成され、 前記一対のダイ ャフラムの各々に固定された一対のァクチユエ一夕を備えることも 好適である。 これらによれば、 作動流体移動デバイスは、 切換スィ ツチ、 ロッ ド レスシリ ンダ一、 或いは光学ディスプレイ素子等の能 動素子として用いることも可能となる。 また、 後者のように、 一対 のァクチユエ一夕を備えれば、 変形可能部の変形量を容易に大きく することができる。
更に、 前記ァクチユエ一夕は、 圧電/電歪膜又は反強誘電体膜を 含む膜型圧電素子を含んでなることが好適である。 また、 前記ダイ ャフラム、 前記変形可能部、 又は変形可能部の内壁面は、 セラミ ツ クスから構成されることが好適である。 これらの各々によれば、 能 動素子として小型で耐久性に優れた作動流体移動デバイスを提供す ることができる。
また、 前記変形可能部の内壁面を前記第 1作動流体に対する濡れ 性が非良好な材料で被覆すること、 或いは、 前記変形可能部の内壁 面を前記第 1作動流体に対する濡れ性が非良好となるように改質す る ことが好適である。 これらの各々によれば、 上記濡れ性に基づく 斥力を発生する作動流体移動デバイスを容易に提供することができ 、 また、 収容体の材質や第 1作動流体の選択範囲を広げることがで さる。
更に、 前記収容体の流路は密閉空間として形成され、 同収容体は 前記変形可能部の変形に伴う同密閉空間の容積変化分を吸収する容 積変化吸収部を備えることが好適である。 これによれば、 第 2作動 流体の圧縮性に依らなくても変形可能部の容積変化を容易に吸収で きるので、 第 2作動流体の選択範囲を広げることができる。
また、 これらの作動流体移動デバイスの一態様として、 前記第 1 作動流体が、 前記変形可能部の変形にともない一つの流体塊からニ つ以上の流体塊に分離するように構成されたものを挙げることがで きる。
また、 上記何れか作動流体移動デバイスであって、 前記第 1作動 流体は導電性の流体であり、 前記第 2作動流体は絶縁性の流体であ り、 前記変形可能部が変形する前は前記第 1作動流体を介して導通 状態及び非導通状態のうちの一つの状態となり、 同変形可能部が変 形した後は同第 1作動流体が移動することに伴って導通状態及ぴ非 導通状態のうちの他の一つの状態となる少なく とも一対の端子を備 えることが好適である。 これによれば、 極めて優れた応答性を有す る切換スィッチを提供することができる。
また、 前記一対の端子を備える形式の作動流体移動デバイスが、 一つの流路に前記変形可能部及び前記一対の端子からなる端子導通 状態切換器を複数形成してなることも好適である。 これは、 一つの 流路を使用して複数のスィ ッチを備えたスイ ッチングユニッ トであ る。
これによれば、 一つの流路に一つの端子導通状態切換器を形成し た作動流体移動デバイスを複数個使用した場合と同じスイ ッチング 機能を達成できるとともに、 流路本数が少ないので、 第 1 , 第 2作 動流体を流路内に充填するのに要する手間及び労力等を低減するこ とができる。 また、 一つの端子 （電極部） を、 同一つの端子を挟む ように隣接する二つの端子に対する共通電極として使用することも 可能となり、 この場合、 端子数を低減する ことができるので、 デバ イスのコス トを低下させることができる。
更に、 この場合、 二つ以上の流路変形部を使用するので、 少なく とも一つの流路変形部を変形させずに他の総べての流路変形部を変 形させた場合でも、 流路内の圧力変化量 （圧力減少量及び Z又は圧 T/JP2003/009421
力増加量） を、 一つの流路に一つの端子導通状態切換器を形成した 作動流体移動デバイスにおける流路変形部の変形に伴う圧力変化量 より も低減することができる。 図 面 の 簡 単 な 説 明
図 1 Aは本発明の第 1 実施形態に係る作動流体移動デバイスの初 期状態における断面図である。
図 1 Bは同作動流体移動デバイスの同初期状態における平面図で ある。
図 2 Aは本発明の第 1 実施形態に係る作動流体移動デバイスの駆 動状態における断面図である。
図 2 Bは同作動流体移動デバイスの同駆動状態における平面図で ある。
図 3 Aは本発明の第 2実施形態に係る作動流体移動デバイスの初 期状態における断面図である。
図 3 Bは同作動流体移動デバイスの駆動状態における縦断面図で ある。
図 4 Aは本発明の第 3実施形態に係る作動流体移動デバイスの初 期状態における断面図である。
図 4 Bは同作動流体移動デバイスの駆動状態における縦断面図で ある。
図 5 Aは本発明の第 4実施形態に係る作動流体移動デバイスの平 面図である。
図 5 Bは同デバイスが初期状態にあるときに図 5 Aに示した 4 一 4線に沿った平面にて同デバイスを切断した断面図である。
図 5 Cは同デバイスが駆動状態にあるときに図 5 Aに示した 4 一 4線に沿った平面にて同デバイスを切断した断面図である。
図 5 Dは同デバイスが初期状態にあるときに図 5 Aに示した 4 a 一 4 a線に沿った平面にて同デバイスを切断した断面図である。
図 5 Eは同デバイスが駆動状態にあるときに図 5 Aに示した 4 a - 4 a線に沿った平面にて同デバイスを切断した断面図である。 図 6 Aは本発明による作動流体移動デバイスの変形例の初期状態 における断面を概念的に示した図である。
図 6 Bは同作動流体移動デバイスの変形例の駆動状態における断 面を概念的に示した図である。
図 7 Aは本発明による作動流体移動デバイスの変形例の平面図で ある。
図 7 Bは同作動流体移動デバイスが初期状態にあるときに図 7 A の 5 — 5線に沿った平面にて同作動流体移動デバイスを切断した断 面図である。
図 7 Cは同作動流体移動デバイスが駆動状態にあるときに図 7 A の 5 — 5線に沿つた平面にて同作動流体移動デバイスを切断した断 面図である。
図 7 Dは同作動流体移動デバイスの変形例の機能を示した図であ る。
図 8 Aは本発明による作動流体移動デバイスの他の変形例の初期 状態における断面を概念的に示した図である。
図 8 Bは図 8 Aに示した作動流体移動デバィスの駆動状態におけ る断面を概念的に示した図である。
図 8 Cは図 8 Aに示した作動流体移動デバイスの機能を示した図 である。
図 9 Aは本発明による作動流体移動デバイスの他の変形例の初期 状態における断面を概念的に示した図である。
図 9 Bは図 9 Aに示した作動流体移動デバイスの駆動状態におけ る断面を概念的に示した図である。
図 9 Cは図 9 Aに示した作動流体移動デバイスの機能を示した図 である。
図 1 0は、 図 9 A及び図 9 Bに示した作動流体移動デバイスの概 念的平面図である。
図 1 1 Aは本発明による作動流体移動デバイスの他の変形例の概 念的平面図である。
図 1 1 Bは図 1 1 Aに示した作動流体移動デバイスの機能を示し た図である。
図 1 2 Aは本発明による作動流体移動デバイスの他の変形例の概 念的平面図である。
図 1 2 Bは図 1 2 Aに示した作動流体移動デバイスの機能を示し た図である。
図 1 3は本発明による作動流体移動デバイスの他の変形例を示し た概念図である。
図 1 4は従来の作動流体移動デバイスの概念図である。
図 1 5は図 1 4 に示した作動流体移動デバイスの流路の断面図で ある。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明による作動流体移動デバイスの各実施形態について 、 図面を参照しながら説明する。 なお、 本発明は、 これらの実施形 態に限定されるものではなく、 本発明の範囲を逸脱しない限りにお いて、 当業者の知識に基づいて、 種々の変更、 修正、 改良を加え得 るものである。 また、 以下の説明において、 各作動流体移動デバィ スに共通する構成部分には同一符号を付すこととする。
(第 1実施形態）
図 1 Aは、 本発明の第 1実施形態に係る作動流体移動デバイス 1 0 の初期状態 （第 1 の状態） における縦断面図であり、 図 1 Bは同 作動流体移動デバイス 1 0 の平面図である。 図 1 Aは図 1 Bの 2 — 2線に沿った平面にて同デバイス 1 0 を切断した断面図である。 同 様に、 図 2 Aは、 作動流体移動デバイス 1 0 の駆動状態 （電圧印加 時、 第 2 の状態） における縦断面図であり、 図 2 Bは同作動流体移 動デバイス 1 0 の平面図である。 この場合も、 図 2 Aは図 2 Bの 3 一 3線に沿った平面にて同デバイス 1 0 を切断した断面図である。
この作動流体移動デバイス 1 0 は、 オン一オフ型のスィ ッチとし て機能するものであり、 互いに直交する X軸、 Y軸及び Z軸方向に 沿って延びる各辺を有する略直方体形状のセラミ ックスからなる収 容体 1 1 と、 ァクチユエ一夕としての圧電 Z電歪膜 1 2 とを備えて いる。 収容体 1 1 は、 その内部に流路 1 3 を備えている。 収容体 1 1 の Y軸に沿った辺は最も長く、 X軸及び Z軸に沿った辺は Y軸に 沿った辺より も短い。
収容体 1 1 は、 Z軸正方向に順に積層され、 焼成一体化されたセ ラミ ックの薄板体 （以下、 「セラミ ックシー ト」 と称呼する。 ） 1 1 a〜 l 1 c により構成されている。 セラミ ックシ一 ト 1 1 aは剛 性が高く、 Z軸方向に貫通した一対の電極 1 1 d， 1 1 dを備えて いる。 電極 1 1 d， 1 I dは、 スィッチの接点に相当するものであ り、 セラミ ックシー ト 1 1 aの上面 （ Z軸正方向側の面） にて同上 面に沿うように形成された電極部 （端子） 1 1 d 1 , 1 1 d 1 と、 同セラミ ックシ一ト 1 1 aの下面にて同下面に沿うように形成され た接続部 1 1 d 2 , 1 1 d 2 とを備えている。
セラミックシー ト l i bは、 長軸及び短軸がそれぞれ Y軸及び X 軸方向に沿った長方形状の貫通部を備えている。 セラミックシー ト 1 1 c は、 セラミ ックシ一 ト 1 1 a , 1 l bより も薄く （ Z軸方向 の長さが短く） 、 剛性が低いので、 変形可能なダイヤフラム （セラ ミ ックスダイヤフラム） を構成している。 セラミ ツクシ一 卜 l i b の貫通部は、 セラミ ックシー ト 1 1 aの上面とセラミ ックシー ト 1 l c の下面とによ り閉塞され、 流路 1 3 を構成している。 即ち、 流 路 1 3 は、 セラミ ックシー ト 1 1 bの貫通部の側壁面と、 セラミ ツ クシ一 ト 1 1 aの上面と、 セラミ ックシー ト 1 1 c の下面とにより 画定され、 長軸が Y軸に沿う とともに、 同長軸に直交する平面で切 断した断面が X軸及び Z軸に沿う辺を有する長方形からなる中空の 空間である。 このように、 収容体 1 1 は、 セラミ ックシー ト 1 1 c が変形可能であることから、 変形可能部を備えた流路 1 3 を有して いる。
圧電 /電歪膜 1 2は、 セラミ ックシー ト 1 1 c の上面に焼成によ り一体化されていて、 同圧電 Z電歪膜 1 2 の上面及び下面にそれぞ れ形成された上部電極及び下部電極の間に電圧が印加されたとき （ 電位差が付与されたとき） 、 セラミ ックシー ト 1 1 c の Y軸方向中 央部を変形させる力 （駆動力） を発生するようになっている。 流路 1 3 内には、 第 1作動流体 1 4 と第 2作動流体 1 5 とが収容 されている。 第 1作動流体 1 4は、 流路 1 3 の内壁面、 より具体的 には、 流路 1 3 の対向する一対の内壁面 （この場合、 セラミ ツクシ —ト 1 1 aの上面とセラミ ックシー ト 1 1 c の下面） 及びセラミ ツ クシー ト 1 1 bの貫通孔の側壁面に対して、 第 2作動流体 1 5 よ り も良好でない （悪い） 濡れ性を有している。 換言すると、 第 1作動 流体 1 4の流路 1 3 の内壁面に対する接触角は、 第 2作動流体 1 5 の流路 1 3 の内壁面に対する接触角よ り も大きい。 また、 第 1作動 流体 1 4は、 導電性を有するとともに非圧縮性を備えている。 これ に対し、 第 2作動流体 1 5 は、 絶縁性を有するとともに、 圧縮性で ある。 本例においては、 第 1作動流体 1 4は液体金属である液状の 水銀で、 第 2作動流体 1 5は水銀の蒸気である。
次に、 上記のように構成された作動流体移動デバイス 1 0 の作動 について説明する。 作動流体移動デバイス 1 0は、 圧電 /電歪膜 1 2の上部電極及び下部電極に駆動のための電圧が印加されていない 場合、 図 1 A及び図 1 Bに示した初期状態 （このような状態を、 本 明細書では 「第 1 の状態」 とも称呼する。 ） を維持する。 この場合 、 第 1作動流体 1 4は、 図 1 A及び図 1 Bに示したように、 その表 面積を最小にしょう として一つの流体塊 （液胞） となり、 流路 1 3 の Y軸方向中央部近傍において同流路 1 3 の内壁面に実質的に接触 する。 また、 第 2作動流体 1 5は、 流路 1 3 内であって第 1 作動流 体 1 4が存在していない部分において、 同流路 1 3の内壁面に実質 的に接触する。 この結果、 一対の電極部 l l d l ， l l d l は、 導 電性の第 1 作動流体 1 4により同時に覆われて導通状態となる。 な お、 初期状態における収容体 1 1 の Y軸方向中央部でのセラミ ック シート 1 1 aの上面とセラミ ックシー ト 1 1 c の下面の距離を、 便 宜上、 第 1 距離と呼ぶ。
この状態において、 圧電ノ電歪膜 1 2 の上部電極と下部電極との 間に電圧を印加すると、 圧電 /電歪膜 1 2 は横方向に （即ち、 X— Y平面に略平行な面内にて） 収縮しょう とするため、 図 2 Aに示し たよう に、 セラミ ックシ一 ト 1 1 c の Y軸方向中央部 （圧電 / 膜 1 2が固定された部分） が下方へ屈曲変形する。 その結果、 流路 1 3 の Y軸方向中央部近傍の断面形状が変化し、 同流路 1 3 の Y軸 方向中央部の断面積 （Y軸方向に直交する平面で流路 1 3 を切断し た断面の面積） が小さくなる。 この場合、 収容体 1 1 の Y軸方向中 央部におけるセラミ ックシート 1 1 aの上面とセラミ ックシー ト 1 l c の下面の距離を、 便宜上、 第 2距離と呼ぶ。 また、 このように 、 流路 1 3の断面形状が変化せしめられた状態を、 本明細書では 「 第 2の状態」 とも称呼する。
このとき、 第 1作動流体 1 4は、 流路 1 3 の壁面に対する濡れ性 が第 2作動流体 1 5 より も良好でないから、 同壁面から斥力を受け 、 表面積を最小にしょう として断面積が大きな流路 1 3の Y軸方向 両端部に分断 （分離） されて移動し、 同両端部にてそれぞれ一つの 流体塊となる。 その際、 第 2作動流体 1 5 は、 流路 1 3の Y軸両端 部にて圧縮されるとともに、 第 1作動流体と流路 1 3 の内壁面 （特 に、 内壁面角部） との間に形成される隙 （図 1 5の隙 SPと同様の隙 ) を介して流路 1 3 の Y軸方向中央部に流れ込み、 同中央部におい ても圧縮され、 流路 1 3 の容積変化を吸収する。 この結果、 一対の 電極部 1 1 d 1， 1 1 d 1 は第 1作動流体 1 4により覆われなくな り、 絶縁性の第 2作動流体 1 5 によ り覆われて非導通状態となる。 その後、 圧電 Z電歪膜 1 2の上部電極及び下部電極に対する電圧 の印加を停止すると、 セラミ ックシー ト 1 1 c及び圧電 Z電歪膜 1 2は復元し、 作動流体移動デバイス 1 0 は図 1 A及び図 1 Bに示し た初期状態に復帰する。 これにより、 第 1作動流体 1 4は、 流路 1 3の Y軸方向中央部に向けて移動し、 同部において一つの流体塊に なる。 この結果、 一対の電極部 1 1 d 1 , 1 1 d 1 は、 導電性の第 1作動流体 1 4 により再び覆われて導通状態となる。 以上が、 本実 施形態の作動である。
この第 1実施形態に係る作動流体移動デバイス 1 0 は、 以下の効 果を達成することができる。
( 1 ) 圧電ノ電歪膜 1 2 の発生する力がセラミ ックシー ト 1 l c を 介して第 1作動流体 1 4に直接的に作用して、 第 1作動流体 1 4が 1
移動せしめられるので、 圧電/電歪膜 1 2 に付与される電気工ネル ギ一が効率良く第 1作動流体 1 4の移動に使用される。 換言すると 、 第 1 作動流体 1 4の移動に係るエネルギーの変換ロスが小さいの で、 低消費電力の作動流体移動デバイスが提供される。
( 2 ) セラミ ックシー ト 1 1 c の変形 （流路 1 3 の壁面の変形） が 直接的に第 1 作動流体 1 4に作用して同作動流体 1 4が移動せしめ られるので、 セラミ ックシー ト 1 1 c の変形 （圧電 /電歪膜 1 2 の 力の発生） から同作動流体 1 4が移動するまでの時間遅れが極めて 短く、 応答性に優れた作動流体移動デバイス （スィ ッチ） が提供さ れる。
( 3 ) 第 1作動流体 1 4を移動させる斥力は、 セラミ ックシー ト 1 1 c の変形と同時に遅滞なく発生するから、 圧電 /電歪膜 1 2 によ り発生される力は、 直ちに、 且つ、 無駄なく第 1作動流体 1 4に伝 達され、 同第 1作動流体 1 4 を移動させる。
( 4 ) 作動流体移動デバイス 1 0 は、 第 1 作動流体 1 4の表面張力 、 即ち、 第 1 作動流体 1 4の表面積を最小にしょう とする性質を利 用しているから、 第 1作動流体 1 4は一旦分離した後に流路 1 3 の 変形が消滅して同流路 1 3の形状が復元したとき、 再び、 確実に一 体化して一つの流体塊となる。 このとき、 圧電 Z電歪膜 1 2に印加 していた電圧を消滅させるだけでよく、 従来技術のように、 初期状 態への復帰時にエネルギーを消費しないので、 低電力消費の作動流 体移動デバイスが提供される。 なお、 圧電 Z電歪膜 1 2 に印加して いた電圧の正負方向を逆転させた電圧を同圧電 Z電歪膜 1 2に印加 することにより、 駆動状態から初期状態へと一層早く戻すことも可 能となる。
( 5 ) このように、 作動流体移動デバイス 1 0 は、 第 1作動流体 1 4が流路 1 3 の壁面から受ける斥力を利用して同第 1作動流体 1 4 を分断する。 また、 分断された第 1作動流体 1 4は、 それぞれ表面 張力により一つの流体塊となるので、 安定的な動作が可能となる。
(第 2実施形態）
次に、 本発明の第 2実施形態に係る作動流体移動デバイス 2 0 に P T/JP2003/009421
ついて図 3 A及び図 3 Bを参照しながら説明する。 なお、 図 3 Aは 作動流体移動デバイス 2 0 の初期状態 （第 1 の状態） における縦断 面図であり、 図 3 Bは作動流体移動デバイス 2 0 の駆動状態 （電圧 印加時， 第 2 の状態） における縦断面図である。 作動流体移動デバ イス 2 0の平面図は、 初期状態にあるときは図 1 Bと同様であり、 駆動状態にあるときは図 2 B と同様であるので省略する。 また、 電 極 1 1 d， 1 1 dは、 図示が省略されている。
この作動流体移動デバイス 2 0は、 上述した作動流体移動デバィ ス 1 0の流路 1 3 の一部 （下壁面） を構成するセラミ ックシー ト 1 1 a を同デバイス 1 0 の圧電 Z電歪膜 1 2 を備えたセラミ ツクシ一 ト 1 1 c と同様な変形可能なものに置換した点のみにおいて同デバ イス 1 0 と相違している。
即ち、 作動流体移動デバイス 2 0 は、 圧電 Z電歪膜 1 2が焼成に よ り一体化された一対のセラミ ックシー ト 1 1 c , 1 1 c と、 この 一対のセラミ ックシ一 ト 1 1 c ， 1 1 c に挟まれて同一対のセラミ ックシ一 ト 1 1 c , 1 1 c と一体化されたセラミ ックシート 1 l b とからなる収容体 2 1 を備えていて、 セラミ ックシー ト 1 1 bの貫 通孔の側壁面と一対のセラミ ックシー ト 1 1 c， 1 1 c の圧電 Z電 歪膜 1 2が形成されていない各壁面とによ り、 流路 2 2が形成され ている。 流路 2 2内には、 上記第 1作動流体 1 4 と上記第 2作動流 体 1 5 とが収容されている。
このように構成された作動流体移動デパイス 2 0 は、 作動流体移 動デバイス 1 0 と同様に作動する。 即ち、 作動流体移動デバイス 2 0 は、 圧電 Z電歪膜 1 2 の上部電極及び下部電極に駆動のための電 圧が印加されていない場合、 図 3 Aに示した初期状態を維持し、 第 1作動流体 1 4はその表面積を最小にしょう として流路 2 2の Y軸 方向中央部にて一つの流体塊となる。 このとき、 第 1作動流体 1 4 は流路 2 2 の Y軸方向中央部近傍において同流路 2 2 の内壁面に実 質的に接触する。 また、 第 2作動流体 1 5 は、 流路 2 2内であって 第 1作動流体 1 4が存在していない部分において、 同流路 2 2 の内 壁面に実質的に接触する。 この場合、 初期状態における収容体 2 1 の Y軸方向中央部での一対のセラミ ックシー ト 1 1 c， 1 1 c の内 壁面間の距離を、 便宜上、 第 1距離と呼ぶ。
この状態において、 一対の圧電 Z電歪膜 1 2， 1 2 の上部電極と 下部電極との間に電圧を印加すると、 各圧電 Z電歪膜 1 2は横方向 に （即ち、 X— Y平面に略平行な面内にて） 収縮しょう とするため 、 図 3 Bに示したよう に、 セラミ ックシー ト l i e , 1 1 c の各中 央部 （圧電 Z電歪膜 1 2が固定された部分） が互いに接近するよう に屈曲変形する。 その結果、 流路 2 2 の断面形状が変化し、 同流路 2 2 の Y軸方向中央部の断面積が小さくなる。 この場合、 一対のセ ラミ ックシー ト 1 1 c， 1 1 c の内壁面間の距離を、 便宜上、 第 2 距離と呼ぶ。
このとき、 第 1作動流体 1 4は、 流路 2 2 の壁面に対する濡れ性 が第 2作動流体 1 5よ り も良好でないから、 同壁面から斥力を受け 、 表面積を最小にしょう として断面積が大きな流路 2 2の Y軸方向 両端部に分断されて移動し、 同両端部にてそれぞれ一つの流体塊と なる。 その際、 第 2作動流体 1 5 は、 流路 2 2の Y軸両端部にて圧 縮されるとともに、 第 1作動流体 1 4 と流路 2 2 の内壁面 （特に、 内壁面角部） との間に形成される隙を介して流路 2 2 の略中央部に 流れ込み、 同中央部においても圧縮され、 流路 2 2 の容積変化を吸 収する。
その後、 一対の圧電ノ電歪膜 1 2 の上部電極及び下部電極に対す る電圧の印加を停止すると、 セラミ ックシ一 ト 1 1 c及び圧電/電 歪膜 1 2 は復元し、 作動流体移動デバイス 2 0 は図 3 Aに示した初 期状態に復帰する。 これにより、 第 1作動流体 1 4は、 流路 2 2 の Y軸方向中央部に向けて移動し、 同部において一つの流体塊になる 。 以上が、 本実施形態の作動である。
この第 2実施形態に係る作動流体移動デバイス 2 0は、 上記作動 流体移動デバイス 1 0が奏する （ 1 ) 乃至 （ 5 ) の効果を同様に奏 する。 また、 圧電 /電歪膜 1 2 を備えた一対のセラミ ックシー ト 1 1 c , 1 1 c により、 流路 2 2 の変形量を大きくすることができる (第 1 距離と第 2距離との差を大きくする ことができるので） 、 第 1作動流体 1 4を確実に分断することができるという効果を奏する (第 3実施形態）
次に、 本発明の第 3実施形態に係る作動流体移動デバイス 3 0 に ついて図 4 A及び図 4 Bを参照しながら説明する。 なお、 図 4 Aは 作動流体移動デバイス 3 0 の初期状態 （第 1 の状態） における縦断 面図であ り、 図 4 Bは作動流体移動デバイス 3 0 の駆動状態 （電圧 印加時， 第 2 の状態） における縦断面図である。 作動流体移動デバ イス 3 0 の平面図は、 初期状態にあるときは図 1 Bと同様であり、 駆動状態にあるときは第 1作動流体 1 4が三つに分離する点を除き 図 2 B と同様であるので省略する。 また、 電極 l i d , l i dは、 図示が省略されている。
この作動流体移動デバイス 3 0は、 上述した作動流体移動デバィ ス 1 0 の流路 1 3が、 その下壁面であって Y軸方向中央部に凹部 （ 溝部、 又は切欠き部） を備えている点で同デバイス 1 0 と構成上相 違している。 より具体的に述べると、 作動流体移動デバイス 3 0 は 、 作動流体移動デバイス 1 0 のセラミ ックシート 1 1 a を Y軸方向 中央部近傍に凹部 3 1 a l を備えるセラミ ックシート 3 1 aに置換 するこ とで構成された収容体 3 1 を備え、 この収容体 3 1 が流路 3 2 を備えている点のみにおいて同デバイス 1 0 と異なっている。
このよう に構成された作動流体移動デバイス 3 0は、 圧電ノ電歪 膜 1 2の上部電極及び下部電極に駆動のための電圧が印加されてい ない場合、 図 4 Aに示した初期状態を維持し、 第 1作動流体 1 4は その表面積を最小にしょう として流路 3 2の Y軸方向中央部にて一 つの流体塊となる。 ζの流体塊は、 溝部 3 1 a 1 の全域に存在して いる。 この場合、 初期状態における収容体 3 1 の Y軸方向中央部で のセラミ ックシー ト 3 1 aの溝部 3 1 a 1上面とセラミ ックシー ト 1 1 c の下面の距離を、 便宜上、 第 1距離と呼ぶ。
この状態において、 圧電 電歪膜 1 2 の上部電極と下部電極との 間に電圧を印加すると、 圧電 /電歪膜 1 2は横方向に収縮しよう と するため、 図 4 Bに示したように、 セラミ ックシ一ト 1 1 c の Y軸 方向中央部が下方へ屈曲変形する。 その結果、 流路 3 2 の Y軸方向 中央部の断面積が小さくなる。 この場合、 収容体 3 1 の Y軸方向中 央部での溝部 3 1 a 1 上面とセラミ ックシ一 ト 1 1 c の下面の距離 を、 便宜上、 第 2距離と呼ぶ。
このとき、 第 1作動流体 1 4は、 流路 3 2 の壁面に対する濡れ性 が第 2作動流体 1 5より も良好でないから、 同壁面から斥力を受け 、 表面積を最小にしょう として一部が断面積の大きな流路 3 2 の Y 軸方向両端部に分断されて移動し、 流路 3 2 の両端部と中央部にて それぞれ一つの流体塊となる。 つまり、 第 1 作動流体 1 4は、 3つ の流体塊に分離する。 その際、 第 2作動流体 1 5 は、 流路 3 2の Y 軸両端部にて圧縮されるとともに、 第 1作動流体 1 4 と流路 3 2の 内壁面 （特に、 内壁面角部） との間に形成される隙を介して流路 3 2 の中央部側に流れ込み、 第 1作動流体 1 4 の流路 3 2 における中 央部の流体塊と同流路 3 2 の両端部の流体塊との間においても圧縮 され、 流路 3 2 の容積変化を吸収する。
その後、 圧電 Z電歪膜 1 2 の上部電極及び下部電極に対する電圧 の印加を停止すると、 セラミ ックシート 1 1 c及び圧電 Z電歪膜 1 2 は復元し、 作動流体移動デバイス 3 0 は図 4八に示した初期状態 に復帰する。 これにより、 流路 3 2 の両端部に分離していた第 1作 動流体 1 4は、 流路 3 2 の Y軸方向中央部に向けて移動し、 同部に おいて一つの流体塊になる。 以上が、 本実施形態の作動である。
この第 3実施形態に係る作動流体移動デバイス 3 0 は、 上記作動 流体移動デバイス 1 0が奏する （ 1 ) 乃至 （ 5 ) までの効果を同様 に奏する。 また、 溝部 3 1 a 1が形成されているから、 初期状態に おいて第 1作動流体 1 4が流路 3 2 の略中央部付近に確実に存在し て一つの流体塊を形成するので、 第 1作動流体 1 4の動きがよ り一 層安定するという効果を奏する。
(第 4実施形態）
次に、 本発明の第 4実施形態に係る作動流体移動デバイス 4 0 に ついて図 5 A乃至図 5 Eを参照しながら説明する。 なお、 図 5 Aは 作動流体移動デバイス 4 0 の平面図である。 図 5 B及び図 5 Cは作 動流体移動デバイス 4 0が初期状態 （第 1 の状態） にあるとき及び 駆動状態 （電圧印加時， 第 2 の状態） にあるときに図 5 Aに示した 4 一 4線に沿った平面にて同作動流体移動デバイス 4 0 をそれぞれ 切断した断面図である。 図 5 D及び図 5 Eは作動流体移動デバイス 4 0が初期状態 （第 1 の状態） にあるとき及び駆動状態 （電圧印加 時， 第 2 の状態） にあるときに図 5 Aに示した 4 a— 4 a線に沿つ た平面にて同作動流体移動デバイス 4 0 をそれぞれ切断した断面図 である。
この作動流体移動デバイス 4 0は、 互いに直交する X軸、 Y軸及 び Z軸方向に沿って延びる各辺を有する略直方体形状のセラミック スからなる収容体 4 1 と、 ァクチユエ一夕としての圧電 /電歪膜 4 2 とを備えている。 収容体 4 1 は、 その内部に流路 4 3 を備え、 流 路 4 3 は上記各実施形態と同様に液状の水銀である第 1作動流体 1 4 と、 水銀の蒸気である第 2作動流体 1 5 とを収容している。 収容 体 4 1 の各軸に沿った辺の長さは、 Y軸に沿った辺が最も長く、 次 に X軸に沿った辺が長く、 Z軸に沿った辺が最も短い。
収容体 4 1 は、 Z軸正方向に順に積層され、 焼成一体化されたセ ラミ ツクシ一ト 4 1 a〜 4 1 c により構成されている。 セラミ ック シー ト 4 1 aは剛性が高く、 その上面であって流路 4 3 の Y軸方向 中央部から所定距離だけ離れた位置 （平面視で薄板部 4 1 c 1 の両 外側位置） に、 第 1 作動流体 1 4 との濡れ性が良好な材料 （例えば 、 白金、 金等） からなる一対の作動流体位置保持用の薄膜部 4 1 a l , 4 1 a l を備えている。
セラミ ックシー ト 4 1 bは、 実際にはセラミ ックシ一 ト 4 1 b 1 と、 セラミ ックシー ト 4 1 b 1 の上に積層されたセラミックシー ト 4 l b 2 とからなっている。 セラミ ックシー ト 4 l bは、 長軸及び 短軸がそれぞれ Y軸及び X軸方向に沿った長方形状の貫通部を平面 視で中央部分に備えている。 セラミ ックシー ト 4 1 c は、 平面視に おいて中央部に長円形の薄板部 4 1 c 1 を備えるとともに、 同薄板 部 4 1 c 1 の周囲に厚板部 4 1 c 2 を備えている。 薄板部 4 1 c 1 は、 剛性が低いので、 変形可能なダイヤフラム （セラミ ックスダイ ャフラム） を構成している。
セラミ ックシー ト 4 1 b 1 は、 図 5 D及び図 5 Eに示したように 、 X軸方向中央部にのみ、 前記長方形状の貫通部を有している。 セ ラミ ックシー ト 4 1 b 2 は、 X軸方向中央部に前記長方形状の貫通 部を有している。 セラミ ックシー ト 4 1 b 1 の前記長方形状貫通部 と、 セラミ ックシート 4 l b 2 の前記長方形状の貫通部とは平面視 で一致し、 セラミ ックシー ト 4 l bの貫通部を形成している。 更に 、 セラミ ックシー ト 4 1 b 2は、 前記薄板部 4 1 c 1 と対応するよ うに長円形の貫通部を備えている。
セラミ ツクシ一 卜 4 1 bの貫通部は、 セラミックシー ト 4 1 aの 上面及びセラミ ックシー ト 4 1 c の下面とともに、 流路 4 3 を構成 している。 セラミ ックシー ト 4 l b 2の前記長円形の貫通部は、 セ ラミ ツクシ一 ト 4 l b 1 の上面及びセラミ ックシー ト 4 1 c の下面 とともに、 圧電 Z電歪膜 4 2及び薄板部 4 1 c 1 が変形するための ク リ アランスを形成している。 このク リ アランスは狭いので、 第 1 作動流体 1 4は同クリアランスに浸入しない。 流路 4 3 は、 セラミ ックシー ト 4 1 c の薄板部 4 1 c 1 が変形可能である ことから、 変 形可能部を備えている。 圧電 Z電歪膜 4 2 は、 平面視でセラミ ック シー ト 4 1 c の薄板部 4 1 c 1 より も僅かに小さい長円形状を有し ていて、 同薄板部 4 1 c 1 の上面に焼成によ り一体化され、 同圧電 /電歪膜 4 2 の上面及び下面にそれぞれ形成された上部電極及び下 部電極の間に電圧が印加されたとき、 薄板部 4 1 c 1 の流路 4 3上 面を形成する部分を下方に変形させる力を発生するようになってい る。
このように構成された作動流体移動デバイス 4 0 は、 作動流体移 動デバイス 1 0 と同様に作動する。 また、 作動流体移動デバイス 4 0 は、 作動流体位置保持用の薄膜部 4 1 a 1 ， 4 1 a 1 を備えてい るから、 その初期状態において、 第 1作動流体 1 4が流路 4 3 の Y 軸方向中央部に確実に存在して一つの流体塊を形成する。 駆動状態 においては、 圧電 /電歪膜 4 2が下方に変形する。 このとき、 薄板 部 4 1 c 1 の下面がセラミ ックシー ト 4 1 b 1 の上面に X軸方向略 中央部において当接する。 この結果、 流路 4 3 の断面積が小さ くな り、 第 1作動流体 1 4は流路 4 3 の壁面から斥力を受ける。 従って 、 第 1作動流体 1 4は Y軸方向両端部に分断 （分離） されて移動し 、 同両端部にてそれぞれ一つの流体塊となる。 このように、 作動流 体移動デバイス 4 0 は、 作動流体移動デバイス 1 0が奏する （ 1 ) 乃至 （ 5 ) の効果に加え、 第 1作動流体 1 4の動きがより一層安定 するという効果を奏する。
以上、 説明したように、 本発明の各実施形態によれば、 応答性に 優れ、 且つ、 エネルギー消費量の少ない作動流体移動デバイスが提 供される。 なお、 本発明は上記実施形態に限定される ことはなく、 本発明の範囲内において以下に述べるような種々の変形例を採用す ることができる。
(変形例 1 )
第 1作動流体 1 4は、 水銀の他にガリ ウム合金等からなる液体金 属、 水、 油等の液体、 或いは不活性ガス等の気体であってもよい。 第 2作動流体 1 5は、 前記第 1作動流体 1 4 とは化合 · 反応せず、 且つ同第 1作動流体 1 4内に容易に溶解することのない流体であれ ばよく、 例えば、 磁性材料、 ガリウム合金の如き液体金属、 水、 油 、 不活性ガス等とすることができる。
なお、 第 2作動流体 1 5 を不活性ガスとした場合であっても、 ガ リ ウム合金等のように酸素や水と容易に反応して酸化膜を形成する 流体があるので、 そのような流体を第 1作動流体 1 4 として用いる 場合には、 上記流路内の酸素や水を完全に排除した状態で第 1作動 流体 1 4を封入することが好適である。 このようにすることにより 、 各作動流体の移動度 （移動のし易さ） を長期間に渡り良好に維持 することができる。 また、 液体金属等は上記流路内にディ スペンサ 一等を用いて容易に注入することができる。
更に、 上記流路と外部とを連通する流路内圧力の調整用孔及び同 流路と外部とを連通する作動流体注入用の所定の直径 （又は所定の 断面形状） の孔を上記収容体に設けておき、 同流路内の圧力と同作 動流体注入用の孔を介して注入する作動流体に加える加圧力との差 圧によ り、 同作動流体を同流路に注入してもよい。 これによれば、 前記差圧及び/又は作動流体注入用の孔の直径 （又は断面形状） を 調整することで、 前記注入する作動流体の量を精度良く調整する こ とができる。
(変形例 2 )
上記各実施形態の圧電 /電歪膜 1 2， 4 2 は、 電極に挟まれた圧 電 Z電歪膜が複数だけ積層された積層型圧電 Z電歪素子であっても よい。 また、 圧電 Z電歪膜の変形によ り、 流路 1 3 , 2 2， 3 2 , 4 3の変形可能部 （ダイヤフラム） を押圧して変形させてもよい。 この場合、 圧電 Z電歪膜と変形可能部とは焼成により一体化されて いる必要はない。 また、 変形可能部を変形させるァクチユエ一夕と しては、 圧電 /電歪膜 1 2， 4 2 に代えて、 反強誘電体膜からなる 膜型圧電素子を使用することもできる。 さ らに、 マイクロマシン研 究で盛んに研究されている、 ギャップを介して対向する電極間に生 じる静電力や、 通電加熱により形状記憶合金に生じる変形力を、 圧 電膜の変形力に代えて使用し、 これらの力により変形可能部を変形 させてもよい。
(変形例 3 )
変形可能部の内壁面を含む流路 1 3， 2 2 , 3 2 , 4 3 の内壁面 を、 第 1作動流体 1 4 との濡れ性が非良好な材料で被覆してもよい 。 また、 変形可能部の内壁面を含む流路 1 3 , 2 2 , 3 2， 4 3 の 内壁面を、 第 1作動流体 1 4 との濡れ性が非良好となるように改質 してもよい。 更に、 第 1作動流体 1 4の前記変形可能部を含む流路 1 3 , 2 2， 3 2， 4 3の内壁面に対する濡れ性が非良好となるよ うに、 同第 1作動流体 1 4 に濡れ性改質剤を添加して同第 1作動流 体 1 4 を改質してもよい。 この場合、 第 1作動流体 1 4の濡れ性改 質剤としては、 適当な合金 （単体、 又は複数の合金の組成を調整し たもの） を用いることができる。
(変形例 4 )
上記各実施形態においては、 一つのデパイスに変形可能部が一つ だけ設けられていたが、 一つのデバイスに複数の変形可能部が設け JP2003/009421
られていてもよい。 この場合、 変形可能部は、 直線状やマ ト リ クス 状に配置 · 形成されていてもよく、 任意の箇所に点在するように配 置 · 形成されていてもよい。
(変形例 5 )
上記各実施形態においては、 第 2作動流体 1 5 は圧縮性を有する ものとされていたが、 非圧縮性であってもよい。 この場合、 流路 1 3， 2 2 , 3 2 , 4 3 の圧電 Z電歪膜 1 2 , 4 2 による容積変化分 を吸収するため、 同流路 1 3 , 2 2， 3 2， 4 3の Y軸方向両端部 又は Y軸方向の一端部にダイヤフラム等からなる変形可能な容積変 化吸収部を備えさせることが好適である。
(変形例 6 )
上記各実施形態のデバイスは、 オン一オフ型のスィ ッチとして構 成されていたが、 リ レーに適用できる他、 圧電 /電歪膜 1 2 , 4 2 を除去し、 検出対象物により変形可能部を押圧するように構成する ことで、 位置検出センサとして使用することもできる。
(変形例 7 )
また、 例えば、 本発明による作動流体移動デバイスは、 所謂ロッ ドレスシリ ンダ一を、 マイクロマシン化するためのデバイスとして も用いることができる。 ロッ ドレスシリ ンダーは、 例えば米国特許 3 , 7 7 9 , 4 0 1 に開示されるように、 シリ ンダ一稼動部が完全に 密封されていて、 密封された空間中で動く稼動部 （本願でいう第 1 作動流体 1 4 ) と磁力により結ばれた作動部が密封空間の外部で往 復運動を行い、 同可動部の動きを当該ロッ ドレスシリ ンダ一の系外 に及ぼすことができるものである。 従って、 本発明の第 1作動流体 1 4を磁性体で形成し、 外部に第 1作動流体 1 4 と磁力によ り結ば れた作動部を形成すれば、 本発明による作動流体移動デバイスを適 用したマイクロ · ロッ ドレスシリ ンダーを得ることができる。
(変形例 8 )
作動流体移動デバイスは、 図 6 A及び図 6 Bに、 それぞれ初期状 態及び駆動状態にある作動流体移動デバイスの断面を概念的に示し たよう に、 初期状態 （第 1 の状態） にあるときに、 流路の Y軸負方 2003/009421
向側の断面積が Y軸正方向側の断面積より も大きくなるとともに、 駆動状態 （第 2 の状態） となったときに Υ軸負方向側の断面積が Υ 軸正方向側の断面積より小さくなるように構成することが好適であ る。 これによれば、 第 1作動流体を、 第 1及び第 2の状態それぞれ において、 狙い通りの位置に確実に留まらせることが可能となる。 (変形例 9 ) '
また、 本発明による作動流体移動デバイスは、 例えば流路 1 3， 2 2， 3 2， 4 3 を形成する壁面の一部ないし全体に透光性を有す る材質を選択し、 第 1 作動流体 1 4を気泡、 有色液体や蛍光液体の 液胞、 又は光反射可能な微小金属体などで構成すれば、 光学ディス プレイ素子を得ることもできる。 更に、 外部から磁気的、 光学的、 又は電気的手段等により第 1作動流体 1 4の位置を検知することに より、 本発明による作動流体移動デバイスをメモリ一素子として使 用することもできる。 また、 第 1作動流体 1 4に振動運動を行わせ つつ、 その運動にコ リオリ カ等の外力が及ぼす影響を電気的あるい は光学的等の手段によ りセンシングすることで、 ジャイロ等のセン サを形成することもできる。
(変形例 1 0 )
上記各実施形態においては、 複数枚のセラミ ックグリーンシー ト を焼成 '一体化することで上記収容体を形成していた。 これに対し 、 焼成後のセラミ ックス又はガラスシー ト等を、 レーザー加工、 サ ン ドブラス ト、 エッチング、 及びフォ ト リ ソグラフィ 一等の手法を 用いて加工し、 その加工したシー トを接着 （接合） することで上記 収容体を製造することもできる。 この接着には、 熱硬化性樹脂、 又 は紫外線 （U V) 硬化性樹脂等を接着剤として用いることができる 。 また、 これらの接着剤をスピンコ一夕一等を用いて接着面に均一 な膜となるよう に塗布すれば、 より一層機密性の高い接着を行う こ とができる。
(変形例 1 1 )
変形例 1 1 は、 概念図である図 7 Dに示したように、 一つの極 （ Pole) と他の一つの極 （ ^！ ^とを備ぇた 丁 (Single Pole Single Throw, 単極単投） スィッチを構成した作動流体移動デバィ ス 5 0である。 図 7 Aは係る作動流体移動デバイス 5 0 の平面図で ある。 図 7 Bは、 作動流体移動デバイス 5 0が初期状態 （第 1 の状 態） にあるときに図 7 Aの 5 — 5線に沿った平面にて同作動流体移 動デバイス 5 0 を切断した断面図である。 図 7 Cは作動流体移動デ バイス 5 0が駆動状態 （電圧印加時、 第 2 の状態） にあるときに図 7 Aの 5 — 5線に沿った平面にて同作動流体移動デバイス 5 0 を切 断した断面図である。
作動流体移動デバイス 5 0 は、 図 5 に示した作動流体移動デバィ ス 4 0 のセラミ ックシー ト 4 1 aをセラミ ックシー ト 5 1 aに置換 することで構成された流路 5 2を含む収容体 5 1 を備える点のみに おいて同デバイス 4 0 と異なっている。
セラミ ックシー ト 5 1 aは剛性が高く 、 Z軸方向に貫通した電極 5 3 と電極 5 4 とを備えている。 電極 5 3， 5 4は第 1 作動流体 1 4 との濡れ性が良好な導電性材料 （例えば、 白金、 金等） からなり 、 上述した薄膜部 4 1 a l， 4 1 a 1 と同様に第 1作動流体 1 4の 位置を保持する機能を備えている。 電極 5 3 は S P S Tスィ ッチの 極 （Pole) を構成し、 電極 5 4は S P S Tスィ ッチの投 （Throw) を構成するものである。
電極 5 3 , 5 4は、 セラミ ックシー ト 5 l aの上面 （ Z軸正方向 側の面） にて同上面に沿うように形成された電極部 （端子） 5 3 a , 5 4 a をそれぞれ備えている。 電極部 5 3 a , 5 4 aは、 流路 5 2 の Y軸方向中央部から所定距離だけ離れた位置 （平面視で薄板部 4 1 c 1 の両外側位置） に配設されている。 また、 電極 5 3 , 5 4 は、 セラミ ックシー ト 5 1 aの下面にて同下面に沿うように形成さ れた接続部 5 3 b , 5 4 bをそれぞれ備えている。
このように構成された作動流体移動デバイス 5 0 は、 作動流体移 動デバイス 1 0 と実質的に同様に作動する。 即ち、 作動流体移動デ バイス 5 0 は、 圧電 /電歪膜 4 2 の上部電極及び下部電極に駆動の ための電圧が印加されていない場合、 図 7 Bに示した初期状態を維 持する。 この場合、 第 1作動流体 1 4は、 流路 5 2 の中央部にて一 1
つの流体塊となる。 この結果、 電極部 5 3 a及び電極部 5 4 aは一 つの流体塊となっている導電性の第 1作動流体 1 4 により同時に覆 われるので、 電極 5 3 と電極 5 4 とは導通状態となる。
この状態において、 圧電 /電歪膜 4 2の上部電極と下部電極との 間に電圧を印加すると、 図 7 Cに示したように、 セラミ ックシー ト 4 1 c の Y軸方向中央部 （薄板部 4 1 c 1 ) が下方へ屈曲変形する 。 その結果、 流路 5 2 の Y軸方向中央部の断面積 （Y軸方向に直交 する平面で流路 5 2 を切断した断面の面積） が小さくなる。
従って、 第 1作動流体 1 4は、 流路 5 2 の壁面から斥力を受け、 表面積を最小にしょう として断面積が大きな流路 5 2の Y軸方向両 端部に分断 （分離） されて移動し、 同両端部にてそれぞれ一つの流 体塊となる。 この結果、 電極部 5 3 a及び電極部 5 4 aは、 二つに 分離した第 1作動流体 1 4の流体塊それぞれにより覆われる。 しか しながら、 二つに分離した第 1 作動流体 1 4の流体塊の間には絶縁 性の第 2作動流体 1 5が存在することになるので、 電極 5 3 と電極 5 4 とは非導通状態となる。
その後、 圧電 Z電歪膜 4 2 の上部電極及び下部電極に対する電圧 の印加を停止すると、 セラミ ックシート 4 1 c及び圧電/電歪膜 4 2 は復元し、 作動流体移動デバィス 5 0 は図 7 Bに示した初期状態 に復帰する。 これにより、 二つに分離した第 1作動流体 1 4の各流 体塊は （流路 5 2の Y軸方向両端部において圧縮された第 2作動流 体 1 5からの力も受け） 流路 5 2 の Y軸方向中央部に向けて移動し 、 同部において一つの流体塊になる。 この結果、 電極 5 3 と電極 5 4は再び導通状態となる。 以上が、 本変形例の作動である。
この変形例のよう に、 流路変形部 （流路 5 2 に露呈した薄板部 4 1 c 1及び圧電/電歪膜 4 2 (更には、 第 1作動流体 1 4 ) ) は S P S Tスィ ッチの導通状態の切換器 （端子導通状態の切換器） を構 成する。 また、 作動流体移動デバイス 5 0は、 作動流体移動デバィ ス 4 0 と同様に、 電極部 5 3 a , 5 4 aが第 1作動流体位置保持用 の薄膜部としても機能するから、 その初期状態において、 第 1作動 流体 1 4が流路 5 2 の Y軸方向中央部に確実に存在して一つの流体 塊を形成する。 この結果、 作動流体移動デバイス 5 0 は、 作動流体 移動デバイス 1 0が奏する （ 1 ) 乃至 （ 5 ) の効果に加え、 第 1作 動流体 1 4の動きがよ り一層安定するので、 高速スイ ッチングが可 能で且つ切換動作が安定した S P S Tスィ ッチとなる。 また、 この 例では、 電極部 5 3 a , 5 4 aが、 常に第 1作動流体 1 4に覆われ た状態に維持される。 従って、 電極部 5 3 a， 5 4 aが劣化し難い という利点も得られる。
(変形例 1 2 )
変形例 1 2 は、 概念図である図 8 Cに示したように、 一つの共通 端子 （COM) と、 一つの常閉 （ノーマリーク ローズ、 N C ) 端子と 、 一つの常開 （ノーマリ一オープン、 N〇） 端子とを備えた S P D T (Single Pole Double Throw, 単極双投） スィ ッチを構成した作 動流体移動デバイス 6 0である。 図 8 Aは係る作動流体移動デバィ ス 6 0が初期状態にあるときの縦断面図である。 図 8 Bは作動流体 移動デバイス 6 0が作動状態 （切換状態） にあるときの縦断面図で ある。
この作動流体移動デバイス 6 0は、 図 7 に示した作動流体移動デ バイス 5 0 の二つを Y軸方向に隣接させ、 それらの収容体を一体化 したものと実質的に同じ構成を有している。 より具体的に述べると 、 作動流体移動デバイス 6 0 の収容体 6 1 は、 Y軸に沿って二つの 流路 6 2 , 6 3 を備えている。 ここでは、 便宜上、 図 8 A及び図 8 Bの左側に示された流路を左側流路 （第 1流路） 6 2 と呼び、 図 8 A及び図 8 Bの右側に示された流路を右側流路 （第 2流路） 6 3 と 呼ぶ。 流路 6 2， 6 3 のそれぞれには、 第 1作動流体 1 4 と第 2作 動流体 1 5 とが収容されている。
左側流路 6 2 の中央部上方には圧電 /電歪膜 6 4が備えられ、 そ の圧電ノ電歪膜 6 4は左側流路 6 2 の変形可能部を構成することに なる薄板部 6 5 の上面に固着されている。 圧電 Z電歪膜 6 4及び薄 板部 6 5 は、 作動流体移動デバイス 5 0 の圧電 Z電歪膜 4 2及び薄 板部 4 1 c 1 と同一の構成を備えている。 同様に、 右側流路 6 3 の 中央部上方には圧電 Z電歪膜 6 6が備えられ、 その圧電 Z電歪膜 6 2003/009421
6 は右側流路 6 3 の変形可能部を構成する ことになる薄板部 6 7 の 上面に固着されている。 圧電 Z電歪膜 6 6及び薄板部 6 7 も、 作動 流体移動デバイス 5 0の圧電 Z電歪膜 4 2及び薄板部 4 1 c 1 と同 一の構成を備えている。
収容体 6 1 は、 合計で 4個の電極 6 2 a , 6 2 b , 6 3 a , 6 3 bを備えている。 一対の電極 6 2 a， 6 2 bは、 左側流路 6 2 の下 面に沿うように配置された電極部 6 2 a 1 ， 6 2 b 1 をそれぞれ備 えている。 また、 一対の電極 6 2 a， 6 2 bは、 収容体 6 1 の下面 に沿うように形成された接続部 6 2 a 2 , 6 2 b 2 をそれぞれ備え ている。 一対の電極 6 2 a , 6 2 bの流路 6 2 に対する位置関係は 、 作動流体移動デバイス 5 0 の一対の電極 5 3， 5 4の流路 5 2 に 対する位置関係と同様である。
一対の電極 6 3 a， 6 3 bは、 お側流路 6 3 の下面に沿うように 配置された電極部 6 3 a 1 ， 6 3 b 1 をそれぞれ備えている。 また 、 一対の電極 6 3 a , 6 3 bは、 収容体 6 1 の下面に沿うように形 成された接続部 6 3 a 2 , 6 3 b 2 をそれぞれ備えている。 一対の 電極 6 3 a， 6 3 bの流路 6 3 に対する位置関係は、 作動流体移動 デバイス 5 0の一対の電極 5 3 , 5 4の流路 5 2 に対する位置関係 と同様である。
左側通路 6 2 の右側にある電極 6 2 bの接続部 6 2 b 2 は、 右側 通路 6 3 の左側にある電極 6 3 aの接続部 6 3 a 2 と収容体 6 1 の 外'部にて電気的に接続されている。 この接続点が S P D Tスィ ッチ の共通端子 COMを構成している。
次に、 作動流体移動デバイス 6 0 の作動について説明する。 図 8 Aに示したように、 作動流体移動デバイス 6 0が初期状態にあると き、 左側流路 6 2 の圧電膜 6 4の上部電極及び下部電極の間には電 圧を印加しない （第 1 の状態とする。 ） 。 従って、 左側流路 6 2内 の第 1作動流体 1 4は、 左側流路 6 2 の中央部にて一つの流体塊と なり、 この一つの流体塊は電極部 6 2 a 1及び電極部 6 2 b 1 を同 時に覆う。 その結果、 電極 6 2 a と電極 6 2 b とは導通状態となる 一方、 作動流体移動デバイス 6 0が初期状態にあるとき、 右側流 路 6 3 の圧電 Z電歪膜 6 6 の上部電極及び下部電極の間に電圧を印 加しておく （第 2状態とする。 ） 。 従って、 圧電 Z電歪膜 6 6の作 動によ り薄板部 6 7が下方に屈曲変形し、 右側流路 6 3の Y軸方向 中央部の断面積が小さ くなる。 この結果、 右側流路 6 3の第 1作動 流体 1 4は右側流路 6 3 の壁面から斥力を受け、 二つの分離した流 体塊となる。
かかる状態においては、 右側流路 6 3内の左側の第 1作動流体 1 4の流体塊は左側の電極部 6 3 a 1 を覆う。 右側流路 6 3内の右側 の第 1作動流体 1 4の流体塊は右側の電極部 6 3 b 1 を覆う。 しか しながら、 この二つに分離した第 1作動流体 1 4の流体塊の間には 絶縁性の第 2作動流体 1 5が存在することになるので、 電極 6 3 a と電極 6 3 b とは非導通状態となる。
次に、 左側流路 6 2 の圧電 電歪膜 6 4の上部電極と下部電極と の間に電圧を印加する （第 2 の状態とする） とともに、 右側流路 6 3 の圧電 Z電歪膜 6 6 の上部電極と下部電極に対する電圧の印加を 停止する （第 1 の状態とする。 ） 。 この状態を、 便宜上、 切換状態 と呼ぶ。 この切換状態では、 図 8 Bに示したように、 圧電 Z電歪膜 6 4の作動によ り薄板部 6 5が下方に屈曲変形し、 左側流路 6 2 の Y軸方向中央部の断面積が小さくなる。 この結果、 左側流路 6 2 の 第 1作動流体 1 4は左側流路 6 2 の壁面から斥力を受け、 二つの分 離した流体塊となる。
かかる状態においては、 左側の第 1作動流体 1 4の流体塊は左側 流路 6 2の左側の電極部 6 2 a 1 を覆う。 お側の第 1作動流体 1 4 の流体塊は左側流路 6 2の右側の電極部 6 2 b 1 を覆う。 しかしな がら、 この二つに分離した第 1作動流体 1 4の流体塊の間には絶縁 性の第 2作動流体 1 5が存在することになるので、 電極 6 2 a と電 極 6 2 bとは非導通状態となる。
一方、 右側流路 6 3 の圧電 Z電歪膜 6 6 は復元し、 薄板部 6 7 も 通常の状態 （平面状） に復帰する。 この結果、 右側流路 6 3 の第 1 作動流体 1 4は中央部にて一つの流体塊となり、 この一つの流体塊 は電極部 6 3 a 1及び電極部 6 3 b 1 を同時に覆う。 その結果、 電 極 6 3 aと電極 6 3 b とは導通状態となる。
その後、 左側流路 6 2 の圧電 /電歪膜 6 4の上部電極及び下部電 極の間への電圧印加を停止し、 右側流路 6 3 の圧電 Z電歪膜 6 6 の 上部電極及び下部電極の間に電圧を印加する。 これにより、 作動流 体移動デバイス 6 0 は図 8 Aに示した初期状態に復帰する。 以上が 、 作動流体移動デバイス 6 0の作動である。
以上、 説明したよう に、 作動流体移動デバイス 6 0 においては、 初期状態か切換状態かにかかわらず電極 6 2 b と電極 6 3 aは導通 状態に維持される。 一方、 電極 6 2 a と電極 6 2 bは初期状態にお いて導通状態におかれ、 切換状態において非導通状態におかれる。 従って、 電極 6 2 aは常閉 （ノーマリ一クローズ） の端子を構成す る。 他方、 電極 6 3 a と電極 6 3 bは初期状態において非導通状態 におかれ、 切換状態において導通状態におかれる。 従って、 電極 6 3 bは常開 （ノーマリークオープン） の端子を構成する。
このよう に、 作動流体移動デバイス 6 0 は作動流体移動デバイス 5 0 を二つ利用している。 従って、 作動流体移動デバイス 6 0 は、 作動流体移動デバイス 5 0が有する高速応答性等の利点を総べて兼 ね備えた S P D Tスィ ツチとなっている。
なお、 上記の例においては、 初期状態において圧電 /電歪膜 6 6 の上部電極及び下部電極の間に電圧を印加しておく必要がある構成 となっていたが、 圧電/電歪膜 6 6 の上部電極及び下部電極の間に 電圧を印加しない状態において同圧電 /電歪膜 6 6及び薄板部 6 7 が下方へ屈曲変形して図 8 Aに示した状態となるよう に予め形成し ておき、 切換状態において圧電ノ電歪膜 6 6 の上部電極及び下部電 極の間に電圧を印加し、 圧電/電歪膜 6 6及び薄板部 6 7 を上方へ 変形させて図 8 Bに示した状態になるように構成してもよい。
(変形例 1 3 )
変形例 1 3 は、 変形例 1 2 と同じく、 概念図である図 9 Cに示し たような S P D Tスィ ッチを構成した作動流体移動デバイス 7 0で ある。 図 9 Aは係る作動流体移動デバイス 7 0が初期状態にあると きの縦断面図である。 図 9 Bは作動流体移動デバイス 7 0が作動状 態 （切換状態） にあるときの縦断面図である。 また、 図 1 0 は、 こ の作動流体移動デバイス 7 0の平面図を概念的に示した図である。
この作動流体移動デバイス 7 0 は、 一つの流路内に 3個の電極部 (端子） を設けることにより S P D Tスィ ッチを構成している。 よ り具体的に述べると、 作動流体移動デバイス 7 0 の収容体 7 1 は、 Y軸に沿って延びた直線状の一つの流路 7 2 を備えている。 流路 7 2 には第 1作動流体 1 4 a， 1 4 b と第 2作動流体 1 5 とが収容さ れている。 第 1作動流体は、 後述する初期状態及び切換状態の何れ の状態においても、 二つの流体塊 1 4 a , 1 4 b として存在する。 図 9 において、 便宜上、 流路 7 2 の左側及び右側に位置する第 1作 動流体の塊を左側第 1作動流体 1 4 a及び右側第 1作動流体 1 4 b とそれぞれ呼ぶ。 第 2作動流体 1 5は、 第 1 作動流体 1 4が存在し ていない部分を満たすようになつている。
収容体 7 1 は、 流路 7 2 の中央部よ り も図 9 において左側の上方 に圧電 Z電歪膜 7 4を備えている。 圧電 Z電歪膜 7 4は、 流路 7 2 の中央部よ りも図 9において左側に形成された変形可能部を構成す ることになる薄板部 7 5 の上面に固着されている。 圧電 Z電歪膜 7 4及び薄板部 7 5 は、 作動流体移動デバイス 4 0， 5 0の圧電/電 歪膜 4 2及び薄板部 4 1 c 1 と同一の構成を備えている。
同様に、 収容体 7 1 は、 流路 7 2の中央部より も図 9 において右 側の上方に圧電 Z電歪膜 7 6 を備えている。 圧電/電歪膜 7 6 は、 流路 7 2の中央部より も図 9 において右側に形成された変形可能部 を構成する ことになる薄板部 7 7' の上面に固着されている。 圧電 / 電歪膜 7 6及び薄板部 7 7 は、 作動流体移動デバイス 4 0 , 5 0の 圧電 /電歪膜 4 2及び薄板部 4 1 c 1 と同一の構成を備えている。
収容体 7 1 は、 合計で 3個の電極 7 2 a， 7 2 b , 7 2 c を図 9 において左から順に備えている。 電極 7 2 a , 7 2 b , 7 2 c は、 流路 7 2 の下面に沿うように配置された電極部 7 2 a 1， 7 2 b 1 ， 7 2 c 1 をそれぞれ備えている。 電極部 7 2 a 1 は薄板部 7 5の 直下よ り も僅かだけ左側に、 電極部 7 2 b 1 は薄板部 7 5 と薄板部 7 7 との間の部分の直下に、 電極部 7 2 c 1 は薄板部 7 7 の直下よ り も僅かだけ右側に形成されている。 また、 電極 7 2 a， 7 2 b , 7 2 c は、 収容体 7 1 の下面に沿うように形成された接続部 7 2 a 2 , 7 2 b 2 , 7 2 c 2 をそれぞれ備えている。
次に、 作動流体移動デバイス 7 0の作動について説明する。 図 9 Aに示したように、 作動流体移動デバイス 7 0が初期状態にあると き、 圧電 Z電歪膜 7 4の上部電極及ぴ下部電極の間には電圧を印加 しない。 このとき、 左側第 1作動流体 1 4 aは、 相対的に長い一つ の流体塊となり、 電極部 7 2 1 及び電極部 7 2 b 1 を同時に覆う 。 その結果、 電極 7 2 a と電極 7 2 b とは導通状態となる。
一方、 作動流体移動デバイス 7 0が初期状態にあるとき、 圧電 Z 電歪膜 7 6 の上部電極及び下部電極の間に電圧を印加しておく。 従 つて、 圧電/電歪膜 7 6の作動により薄板部 7 7が下方に屈曲変形 し、 薄板部 7 7 の下方における流路 7 2 の断面積が小さくなる。 こ の結果、 右側第 1作動流体 1 4 bは流路 7 2壁面 （薄板部 7 7 の下 面） から斥力を受け、 薄板部 7 7 の直下には存在せず、 流路 7 2 の 図 9 における右側端部にて一つの流体塊となる。
かかる状態においては、 右側第 1作動流体 1 4 bは電極部 7 2 c 1 を覆うが、 電極部 7 2 b 1 を覆わない。 また、 左側第 1作動流体 1 4 a と右側作動流体 1 4 bの間には絶縁性の第 2作動流体 1 5が 存在することになる。 この結果、 電極 7 2 c と電極 7 2 b とは非導 通状態となる。
次に、 圧電ノ電歪膜 7 4の上部電極と下部電極との間に電圧を印 加するとともに、 圧電 /電歪膜 7 6の上部電極と下部電極に対する 電圧の印加を停止する。 この状態を、 便宜上、 切換状態と呼ぶ。 こ の切換状態では、 図 9 Bに示したように、 圧電 Z電歪膜 7 4の作動 により薄板部 7 5 が下方に屈曲変形し、 薄板部 7 5下方における流 路 7 2 の断面積が小さ くなる。 この結果、 左側第 1作動流体 1 4 a は流路 7 2壁面 （薄板部 7 5 の下面） から斥力を受けて二つに分離 し、 一つは流路 7 2の図 9 における左側端部にて相対的に短い流体 塊となるとともに、 他の一つは図 9 における右側方向に移動して右 側第 1作動流体 1 4 bと一体となる。
かかる状態においては、 左側第 1作動流体 1 4 aは電極部 7 2 a 1 を覆うが、 電極部 7 2 b 1 を覆わない。 また、 左側第 1作動流体 1 4 a と右側作動流体 1 4 bの間には絶縁性の第 2作動流体 1 5が 存在する ことになる。 この結果、 電極 7 2 a と電極 7 2 bとは非導 通状態となる。
一方、 圧電 電歪膜 7 6は復元し、 薄板部 7 7 も通常の状態 （平 面状） に復帰する。 この結果、 右側第 1作動流体 1 4 bは相対的に 長い一つの流体塊となり、 この一つの流体塊は電極部 7 2 b 1 及び 電極部 7 2 c 1 を同時に覆う。 従って、 電極 7 2 b と電極 7 2 c と は導通状態となる。
その後、 圧電 /電歪膜 7 4の上部電極及び下部電極に対する電圧 印加を停止し、 圧電/電歪膜 7 6の上部電極及び下部電極の間に電 圧を印加する。 これにより、 作動流体移動デバイス 7 0 は図 9 Aに 示した初期状態に復帰する。 以上が、 作動流体移動デバイス 7 0 の 作動である。
以上、 説明したように、 初期状態においては、 電極 7 2 b と電極 7 2 aは導通状態を維持し、 電極 7 2 b と電極 7 2 c は非導通状態 となる。 一方、 切換状態において電極 7 2 b と電極 7 2 aは非導通 状態となり、 電極 7 2 b と電極 7 2 c は導通状態となる。 従って、 電極 7 2 aは常閉 （ノーマリ一クローズ） の端子を構成し、 電極 7 2 cは常開 （ノ一マリ一クオープン） の端子を構成する。
このように、 作動流体移動デバイス 7 0は、 作動流体移動デバィ ス 5 0 と同様に、 斥力を利用して第 1作動流体を移動せしめている ので、 作動流体移動デバィス 5 0が有する高速応答性等の利点を総 ベて兼ね備えた S P D Tスィ ツチとなっている。
なお、 上記の例においては、 初期状態において圧電ノ電歪膜 7 6 の上部電極及び下部電極の間に電圧を印加しておく必要がある構成 となっていたが、 圧電/電歪膜 7 6 の上部電極及び下部電極の間に 電圧を印加しない状態において同圧電 /電歪膜 7 6及び薄板部 7 7 が下方へ屈曲変形して図 9 Aに示した状態となるように予め形成し ておき、 切換状態において圧電 /電歪膜 7 6 の上部電極及び下部電 極の間に電圧を印加し、 薄板部 7 7 を上方へ変形させて図 9 Bに示 した状態となるように構成してもよい。
(変形例 1 4 )
変形例 1 4は、 変形例 1 3 と同様に、 一つの （同一の） 流路に複 数の切換器を設けた作動流体移動デバイスである。 即ち、 変形例 1 4に係る作動流体移動デバイス 8 0は、 概念的な平面図である図 1 1 Aに示したように、 一つの流路 8 2 と、 その流路 8 2 に対して形 成された 4個の切換器 8 4〜 8 7 と、 電極 8 2 a〜 8 2 f と、 流路
8 2 の中央に形成されて流路 8 2 の断面積を小さく し第 1作動流体 の通過を阻止する絞り部 8 3 とを備えている。
切換器 8 4は電極 8 2 a と 8 2 bの間に設けられ、 切換器 8 5 は 電極 8 2 b と電極 8 2 c の間に設けられている。 これら、 切換器 8 4， 8 5 と電極 8 2 a〜 8 2 c を含む部分は、 実質的に図 1 0 に示 した作動流体移動デバイス 7 0 と同じであり、 一つの S P D Tスィ ツチを構成している。 切換器 8 6 は電極 8 2 d と 8 2 e の間に設け られ、 切換器 8 7 は電極 8 2 e と電極 8 2 f の間に設けられている 。 これら、 切換器 8 6 , 8 7 と電極 8 2 01〜 8 2 を含む部分は、 実質的に作動流体移動デバイス 7 0 と同じであり、 図 1 0に示した 一つの S P D Tスィツチを構成している。
このように、 作動流体移動デバイス 8 0 は、 一つの流路 8 2 を用 いて、 図 1 1 Bに示した二つの S P D Tスィッチを構成している。
また、 変形例 1 4に係る他の作動流体移動デバイス 9 0は、 図 1 2 Aに示したように、 一つの流路 9 2 と、 その流路 9 2 に対して形 成された 6個の切換器 9 3 〜 9 8 と、 電極 9 2 a〜 9 2 i と、 流路
9 2に形成されて流路 9 1 の断面積を小さ く し第 1 作動流体の通過 を阻止する絞り部 9 2 - 1及び 9 2 — 2 とを備えている。 電極 9 2 a〜 9 2 i は、 図 1 2 Aにおいて流路 9 2 の左から順に形成されて いる。 絞り部 9 2 — 1及び 9 2 — 2 は、 それぞれ電極 9 2 c と電極 9 2 dの間及び電極 9 2 f と電極 9 2 gの間に設けられている。 切換器 9 3 は電極 9 2 a と 9 2 bの間に設けられ、 切換器 9 4は 電極 9 2 b と電極 9 2 c の間に設けられている。 これら、 切換器 9 3 , 9 4 と電極 9 2 a〜 9 2 c を含む部分は、 実質的に図 1 0 に示 した一つの作動流体移動デバイス 7 0 と同じであり、 一つの S P D Tスィ ッチを構成している。 切換器 9 5 は電極 9 2 d と 9 2 e の間 に設けられ、 切換器 9 6 は電極 9 2 e と電極 9 2 f の間に設けられ ている。 これら、 切換器 9 5， 9 6 と電極 9 2 d〜 9 2 f を含む部 分は、 実質的に作動流体移動デバイス 7 0 と同じであり、 一つの S P D Tスィ ッチを構成している。 同様に、 切換器 9 7は電極 9 2 g と 9 2 hの間に設けられ、 切換器 9 8 は電極 9 2 h と電極 9 2 i の 間に設けられている。 これら、 切換器 9 7， 9 8 と電極 9 2 g〜 9 2 i を含む部分は、 実質的に作動流体移動デバイス 7 0 と同じであ り、 一つの S P D Tスィ ッチを構成している。
このように、 作動流体移動デバイス 9 0 は、 一つの流路 9 2 を用 いて、 図 1 2 Bに示した 3個の S P D Tスィッチを構成している。 以上に説明した作動流体移動デバイス 7 0〜 9 0 は、 一つの （同 一の） 流路内に複数の電極部 （第 1作動流体 1 4 , 1 4 a , 1 4 b によ り導通状態と非導通状態との間で切り換えられる端子） と切換 器とを備えている。 即ち、 これらのデバイスは、 各流路の変形可能 部 （薄板部） が変形する前は前記第 1 作動流体を介して導通状態及 び非導通状態のうちの一つの状態となり、 同変形可能部が変形した 後は同第 1作動流体が移動することに伴って導通状態及び非導通状 態のうちの他の一つの状態となる少なく とも一対の端子を備える形 式の作動流体移動デバイスが、 一つの流路に前記変形可能部及ぴ前 記一対の端子からなる端子導通状態切換器 （切換装置） を複数形成 したものとなっている。 これは、 一つの流路を使用して複数のスィ ツチを構成したスイ ッチングュニッ トである。
これによれば、 一つの流路に一つの端子導通状態切換器を形成し た作動流体移動デバイスを複数個使用した場合と同じスイッチング 機能を達成できるとともに、 流路本数が少ないので、 第 1 ， 第 2作 動流体を流路内に充填するのに要する手間及び労力等を低減するこ とができる。 また、 一つの端子 （電極部） を、 同一つの端子を挟む ように隣接する二つの端子に対する共通電極 （例えば、 電極 7 2 b 、 8 2 b、 8 2 e、 9 2 b…等） として使用することも可能となり 、 この場合、 端子数を低減することができるので、 デバイスのコス 卜を低下させることができる。
更に、 この場合、 二つ以上の流路変形部を使用するので、 少なく とも一つの流路変形部を変形させずに他の総べての流路変形部を変 形させた場合でも、 流路内の （最大の） 圧力変化量 （圧力減少量及 び Z又は圧力増加量） は、 一つの流路に一つの切換装置を形成した 作動流体移動デバイスにおける流路変形部の変形に伴う圧力変化量 より も小さくなる （又は、 同等以下となる） 。
また、 上記作動流体移動デバイス 7 0〜 9 0は、 それぞれの収容 体 7 1 , 8 1 , 9 1が、 一つの流路 7 2 , 8 2， 9 2 に対して前述 した変形可能部を複数有するとともに、 各変形可能部の変形により 同各変形可能部における同流路の内壁面に実質的に接触する前記第 1作動流体が同内壁面から受ける斥力によって移動するように構成 されていると言う こともできる。
これによれば、 一つの流路に一つの変形可能部を形成した作動流 体移動デバイスを複数個使用した場合と実質的に同じ機能を達成で きるとともに、 流路本数が少ないので、 第 1 , 第 2作動流体を流路 内に充填するのに要する手間及び労力等を低減することができる。 また、 第 1作動流体の移動速度を決定する要因となる流路内圧力の 調整回数を低減することができる。
(変形例 1 5 )
変形例 1 5 は、 変形例 4で述べた変形可能部 （即ち、 切換器） を マ ト リクス状に配置した作動流体移動デバイスを試験装置に適用し た例である。 具体的に述べると、 この作動流体移動デバイス 2 0 0 (スイ ッチングユニッ ト 2 0 0 ) は、 図 1 3 に示されたように、 マ ト リ クス状 （この例では、 4行 4列のマ ト リ クス状） に配置された 複数の作動流体移動デバイス 5 0 を備えている。
第 1被試験装置 2 0 1 の一対の端子は A行及び B行を構成する接 続線 L A, L Bにそれぞれ接続されている。 第 2被試験装置 2 0 2 の一対の端子は C行及び D行を構成する接続線 L C , L Dにそれぞ れ接続されている。 また、 第 1信号源 2 1 1及び第 2信号源 2 1 2 は、 第 1列及び第 2列をそれぞれ構成する接続線 L 1及び L 2 にそ れぞれ接続されている。 更に、 第 1測定器 2 2 1及び第 2測定器 2 2 2 は、 第 3列及び第 4列をそれぞれ構成する接続線 L 3及び L 4 にそれぞれ接続されている。
各作動流体移動デバイス 5 0は、 各列及び各行の信号線の間に配 置されている。 例えば、 A行の接続線 L Aと第 1列の接続線 L 1 の 間に一つの作動流体移動デバイス 5 0が配置され、 作動流体移動デ バイス 5 0はこれらの接続線 L A， L 1 間の導通状態を切り換えら れるようになっている。 つまり、 第 n行 （nは A〜D ) の接続線 L nと第 m列 （ mは 1〜 4 ) の接続線 L mとの間に一つの作動流体移 動デバイス 5 0が配置され、 この作動流体移動デバイス 5 0 により 接続線 L n と接続線 L mの導通状態が切り換えられるようになって いる。
かかる構成において、 例えば、 第 1信号源 2 1 1 を使用して第 1 被試験装置 2 0 1 に信号を供給し、 その際の第 1被試験装置 2 0 1 の状態 （出力） を第 1測定器 2 2 1 で計測する場合、 B行第 1列の 作動流体移動デバイス 5 0 を作動して接続線 L B と接続線 L 1 を導 通状態とする とともに、 A行第 3列の作動流体移動デバイス 5 0 を 作動して接続線 L Aと接続線 L 3を導通状態とする。
これにより、 第 1信号源 2 1 1からの信号が接続線 L 1 、 B行第 1列の作動流体移動デバイス 5 0及び接続線 L Bを介して第 1被試 験装置 2 0 1 に供給され、 第 1被試験装置 2 0 1 の出力が接続線 L A、 A行第 3列の作動流体移動デバイス 5 0及び接続線 L 3 を介し て第 1測定器 2 2 1 に供給される。
このように、 本変形例の作動流体移動デバイス 2 0 0は、 作動流 体移動デバイス 5 0 をマ ト リ クス状に配置して使用する接続線の切 り換えを行うスイ ッチングユニッ ト となっている。 本発明による作 動流体移動デバイスは、 セラミ ックス積層プロセスを利用する こと が可能であるので、 作動流体移動デバイス 2 0 0 のように複数個の スィ ッチを同一面内に経済的に形成 . 製造することができる。 また 、 本発明によれば、 一つのスイッチングユニッ ト内に形成される複 数の作動流体移動デバイス間の特性ばらつき （スイ ッチング性能の ばらつき） が小さいので、 信頼性の高いスイ ッチングュニッ トを提 供することができる。
なお、 上記スイ ッチングユニッ ト （作動流体移動デバイス） 2 0 0 を、 更に積層することによ り、 三次元的なスイ ッチングが可能な スイッチングユニッ トを構成することも可能である。 これによれば 、 集積度が高く、 より小型で且つ低コス トのスイ ッチングユニッ ト を提供する ことができる。
(変形例 1 6 )
上記各実施形態においては、 駆動状態において第 1作動流体 1 4 が確実に移動又は分離 （分断） したか否か、 及び、 初期状態に戻つ たときに同作動流体 1 4が確実に一体化したか否かを確認できるよ うに構成することが好適である。 具体的には、 収容体外部から流路 まで光が到達可能となるように同収容体の一部又は全部を透明な材 質 （透光性を有する材質で） 構成し、 例えば、 レーザー等の光学式 位置検出装置を用いて第 1作動流体 1 4の位置及び Z又は状態を確 認できるようにすることができる。 また、 第 1作動流体 1 4が液体 金属であれば、 電界中を液体金属が移動することによ り生じる渦電 流を検出することで、 同第 1作動流体 1 4の位置及びノ又は状態を 確認できるようにすることができる。 更に、 超音波を流路に対して 与え、 その反射波を検出することによつても、 第 1作動流体 1 4の 位置及び Z又は状態を確認できるようにすることができる。
以上、 説明したように、 本発明の各実施形態及び各変形例に係る 作動流体移動デバイスは、 エネルギーの変換ロスが小さく、 且つ、 応答性良く作動流体を移動することができるデバイスとなっている 。 なお、 上述した各実施形態及び各変形例は、 適宜組合せて使用す ることもできる。

Claims

請 求 の 範 囲
l , 第 1作動流体と、 第 2作動流体と、 流路を含むとともに同流路内 に前記第 1作動流体と前記第 2作動流体とを収容した収容体と、 を 備えた作動流体移動デバイスであって、
前記収容体は、 前記流路の壁の少なく とも一部が変形することに より同流路の断面形状が変化する変形可能部を有し、 同変形可能部 が第 1 の状態にあるとき前記第 1作動流体が同変形可能部に対応す る同流路の内壁面の一部に実質的に接蝕するとともに前記第 2作動 流体が同流路の内壁面の残りの部分に実質的に接触するように同第 1作動流体及び同第 2作動流体を収容し、
前記第 1作動流体及び前記第 2作動流体は、 前記流路の内壁面に 対する同第 1作動流体の濡れ性が、 同流路の内壁面に対する同第 2 作動流体の濡れ性よ り も非良好な流体となるようにそれぞれ選択さ れ、
前記変形可能部が変形して前記第 1 の状態から同第 1 の状態とは 異なる第 2 の状態となるとき、 前記第 1作動流体が前記流路の内壁 面に対する濡れ性に基づく斥力によって移動するように構成された 作動流体移動デバィス。
J2.第 1作動流体と、 第 2作動流体と、 少なく とも対向する一対の壁 面を有してなり同対向する一対の壁によ り形成される流路内に前記 第 1作動流体と前記第 2作動流体とを収容した収容体と、 を備えた 作動流体移動デバイスであって、
前記収容体は、 前記流路の一対の壁面の少なく とも一部が変形す ることによ り 同一対の壁の内面間の距離が第 1距離と同第 1距離よ り短い第 2距離となる変形可能部を有し、 同変形可能部における同 一対の壁の内面間の距離が同第 1 の距離にあるとき、 前記第 1作動 流体が同変形可能部における同一対の壁の内面に実質的に接触する とともに前記第 2作動流体が同第 1作動流体が存在していない部分 において同流路の一対の壁の内面に実質的に接触するように同第 1 作動流体及び同第 2作動流体を収容し、
前記第 1作動流体及び前記第 2作動流体は、 前記流路の一対の壁 の内面に対する同第 1作動流体の濡れ性が、 同流路の一対の壁の内 面に対する同第 2作動流体の濡れ性より も非良好な流体となるよう にそれぞれ選択され、
前記変形可能部が変形して前記一対の壁の内面間の距離が前記第 1距離から前記第 2距離へと変化するとき、 前記第 1作動流体が同 一対の壁の内面に対する濡れ性に基づく斥力によって移動するよう に構成された作動流体移動デバイス。 , 請求項 1又は請求項 2 に記載の作動流体移動デバイスであって、 前記収容体は、 一つの前記流路に対して前記変形可能部を複数有 するとともに、 各変形可能部の変形により 同各変形可能部における 同流路の内壁面に実質的に接触する前記第 1作動流体が前記斥力に よって移動するように構成された作動流体移動デバイス。
4.請求項 1乃至請求項 3 の何れか一項に記載の作動流体移動デバィ スにおいて、
前記第 1作動流体は非圧縮性の流体であり、 前記第 2作動流体は 圧縮性の流体である作動流体移動デバイス。 請求項 1 乃至請求項 4の何れか一項に記載の作動流体移動デパイ スにおいて、
前記第 1作動流体は液体であり、 前記第 2作動流体は前記第 1作 動流体の蒸気である作動流体移動デバイス。 請求項 1 乃至請求項 5の何れか一項に記載の作動流体移動デバィ スにおいて、
前記第 1作動流体は液体金属である作動流体移動デバィス。 7, 請求項 6 に記載の作動流体移動デバイスにおいて、
前記液体金属は、 水銀又はガリゥム合金である作動流体移動デバ イス。
&,請求項 1 乃至請求項 7の何れか一項に記載の作動流体移動デバィ ス'であって、
前記変形可能部の壁面の少なく とも一部を変形させる力を発生す るァクチユエ一夕を備えるとともに、 同変形される壁面の少なく と も一部はダイヤフラムである作動流体移動デバイス。 請求項 1 乃至請求項 7 の何れか一項に記載の作動流体移動デバィ スであって、
前記変形可能部の変形する壁面が互いに対向する一対のダイヤフ ラムにより構成され、
前記一対のダイヤフラムの各々に固定された一対のァクチユエ一 夕を備えた作動流体移動デバイス。
| 0請求項 8又は請求項 9に記載の作動流体移動デバイスにおいて、 前記ァクチユエ一タは、 圧電 /電歪膜又は反強誘電体膜を含む膜 型圧電素子を含んでなる作動流体移動デバイス。
|に請求項 8乃至請求項 1 0 の何れか一項に記載の作動流体移動デバ イスにおいて、
前記ダイヤフラムは、 セラミックスダイヤフラムである作動流体 移動デバイス。 ί·2,請求項 1 乃至請求項 1 1 の何れか一項に記載の作動流体移動デバ イスにおいて、
前記変形可能部はセラミ ックスから構成されてなる作動流体移動 デバイス。 | 請求項 1 乃至請求項 1 2 の何れか一項に記載の作動流体移動デバ イスにおいて、
前記変形可能部の内壁面はセラミ ックスから構成されてなる作動 流体移動デバイス。 ,請求項 1 乃至請求項 1 3 の何れか一項に記載の作動流体移動デバ イスにおいて、
前記変形可能部の内壁面を前記第 1作動流体に対する濡れ性が非 良好な材料で被覆してなる作動流体移動デバイス。
ΙΪ請求項 1乃至請求項 1 3 の何れか一項に記載の作動流体移動デバ イスにおいて、
前記変形可能部の内壁面を前記第 1 作動流体に対する濡れ性が非 良好となるように改質してなる作動流体移動デバイス。
| £請求項 1 乃至請求項 1 5の何れか一項に記載の作動流体移動デバ イスにおいて、
前記収容体の流路は密閉空間として形成され、 同収容体は前記変 形可能部の変形に伴う同密閉空間の容積変化分を吸収する容積変化 吸収部を備えた作動流体移動デバイス。
17,請求項 1 乃至請求項 1 6の何れか一項に記載の作動流体移動デバ イスであって、
前記第 1作動流体は、 前記変形可能部の変形にともない一つの流 体塊から二つ以上の流体塊に分離するように構成された作動流体移 動デバイス。
| 請求項 1 乃至請求項 1 7の何れか一項に記載の作動流体移動デバ イスであって、
前記第 1作動流体は導電性の流体であり、
前記第 2作動流体は絶縁性の流体であり、 前記変形可能部が変形する前は前記第 1作動流体を介して導通状 態及び非導通状態のうちの一つの状態となり、 同変形可能部が変形 した後は同第 1作動流体が移動することに伴って導通状態及び非導 通状態のうちの他の一つの状態となる少なく とも一対の端子を備え た作動流体移動デバイス。 ,請求項 1 8 に記載の作動流体移動デバイスであって、
一つの前記流路に前記変形可能部及ぴ前記一対の端子からなる端 子導通状態の切換器を複数形成した作動流体移動デバイス。
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EP1829074A4 (en) * 2004-12-22 2009-05-06 Agilent Technologies Inc LIQUID METAL SWITCH INCORPORATING STRUCTURES OF A MICROELECTROMECHANICAL (MEMS) SYSTEM FOR ACTUATING SUCH SWITCH

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