特開 2024-108020 ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024108020

(43)【公開日】2024-08-09

(54)【発明の名称】ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04B 9/00 20060101AFI20240802BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20240802BHJP

   F04B 15/00 20060101ALI20240802BHJP

【ＦＩ】

F04B9/00 B

B81B3/00

F04B15/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023012268

(22)【出願日】2023-01-30

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．テフロン

(71)【出願人】

【識別番号】000006035

【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504133110

【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】赤井 日出子

(72)【発明者】

【氏名】小川 直記

(72)【発明者】

【氏名】新竹 純

(72)【発明者】

【氏名】清水 敬太

【テーマコード（参考）】

3C081

3H075

【Ｆターム（参考）】

3C081AA00

3C081BA22

3C081BA23

3C081BA25

3C081CA01

3C081CA40

3C081DA06

3C081DA10

3C081DA25

3C081DA27

3C081DA30

3C081DA31

3C081EA32

3C081EA41

3H075AA01

3H075BB03

3H075DA02

3H075DB01

(57)【要約】

【課題】陽極と陰極との間に電圧を印加することで、絶縁性液体を流動させることができる、新規な構造を有するポンプを提供する。
【解決手段】ポンプ（１００）は、絶縁性容器（１０）と、実質的に分岐していない線状の陽極（１１）と、実質的に分岐していない線状の陰極（１２）とを備え、陽極及び陰極は、絶縁性容器の内側に、流れ方向に対して、陽極及び陰極の長さ方向が交互に交差するように配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部が絶縁性液体の流路となる絶縁性容器と、実質的に分岐していない線状の陽極と、実質的に分岐していない線状の陰極とを備え、
前記陽極及び前記陰極は、前記絶縁性容器の内側に、前記流路で規定される流れ方向に対して、前記陽極及び前記陰極の長さ方向が交互に交差するように配置され、
前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加することで、前記絶縁性液体を流動させる、ポンプ。

【請求項2】

前記絶縁性容器は、筒状構造を有し、
前記陽極及び前記陰極は、前記絶縁性容器の内側にらせん状に配置されている、請求項１に記載のポンプ。

【請求項3】

内部が絶縁性液体の流路となる筒状構造を有する絶縁性容器と、線状の陽極と、線状の陰極とを備え、
前記陽極及び前記陰極は、前記絶縁性容器の内側に、前記流路で規定される流れ方向に対して、前記陽極及び前記陰極の長さ方向が交互に交差するようにらせん状に配置され、
前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加することで、前記絶縁性液体を流動させる、ポンプ。

【請求項4】

前記絶縁性容器は、絶縁性チューブである、請求項１～３のいずれか１項に記載のポンプ。

【請求項5】

前記絶縁性チューブの材質は、樹脂、鉱物、無機物、及び有機物からなる群から選択される少なくとも１つである、請求項４に記載のポンプ。

【請求項6】

前記絶縁性チューブの内径は、０．１ｍｍ以上、１００ｍｍ以下である、請求項４に記載のポンプ。

【請求項7】

前記電圧は、１Ｖ以上、２００００Ｖ以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載のポンプ。

【請求項8】

前記絶縁性液体は、分子量１０００以下の絶縁性液体を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載のポンプ。

【請求項9】

前記流れ方向における、１組の前記陽極と前記陰極との間の間隔１に対して、当該組と、当該組の隣の組との間の間隔は、１以上、２０以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載のポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１及び非特許文献１には、電気流体力学（Electrohydrodynamic；ＥＨＤ）効果を利用したポンプが記載されている。当該ポンプでは、くし形電極が用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１４－５１２７９３号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Cacucciolo, V., et al., "Stretchable pumps for soft machines.", Nature, 572(7770), 516-519, 2019

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の一態様は、陽極と陰極との間に電圧を印加することで、絶縁性液体を流動させることができる、新規な構造を有するポンプを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るポンプは、内部が絶縁性液体の流路となる絶縁性容器と、実質的に分岐していない線状の陽極と、実質的に分岐していない線状の陰極とを備え、前記陽極及び前記陰極は、前記絶縁性容器の内側に、前記流路で規定される流れ方向に対して、前記陽極及び前記陰極の長さ方向が交互に交差するように配置され、前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加することで、前記絶縁性液体を流動させる。

【0007】

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るポンプは、内部が絶縁性液体の流路となる筒状構造を有する絶縁性容器と、線状の陽極と、線状の陰極とを備え、前記陽極及び陰極は、前記絶縁性容器の内側に、前記流路で規定される流れ方向に対して、前記陽極及び前記陰極の長さ方向が交互に交差するようにらせん状に配置され、前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加することで、前記絶縁性液体を流動させる。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、陽極と陰極との間に電圧を印加することで、絶縁性液体を流動させることができる、新規な構造を有するポンプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態１に係るポンプの構成を示す模式図である。

【図2】本発明の実施形態１に係るポンプを、流路の流れ方向に対して垂直方向から見たときの断面図である。

【図3】本発明の実施形態１に係るポンプを、流路の流れ方向に対して垂直方向から見たときの模式図である。

【図4】本発明の実施形態１に係るポンプを、アクチュエータとして利用したときの模式図である。

【図5】本発明の実施形態１の変形例１に係るポンプを、流路の流れ方向に対して垂直方向から見たときの模式図である。

【図6】本発明の実施形態１の変形例２に係るポンプを、流路の流れ方向に対して垂直方向から見たときの模式図である。

【図7】本発明の実施形態２に係るポンプの構成を示す模式図である。

【図8】本発明の実施形態３に係るポンプの構成を示す模式図である。

【図9】本発明の実施形態４に係るポンプの構成を示す模式図である。

【図10】本発明の実施形態５に係るポンプの構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

〔実施形態１〕
本発明の実施形態１に係るポンプについて、図１～３を参照して以下に説明する。図１は、本発明の実施形態１に係るポンプ１００の構成を模式的に示す図である。図２は、本発明の実施形態１に係るポンプ１００を、流路の流れ方向（図１に示すＡの矢印方向）に対して垂直方向（図１に示すＢの矢印方向）から見たときの断面図である。図３は、本発明の実施形態１に係るポンプ１００を、流路の流れ方向に対して垂直方向から見たときの模式図である。

【0011】

図１に示すように、ポンプ１００は、絶縁性チューブ１０（絶縁性容器）と、陽極１１と、陰極１２とを備えている。絶縁性チューブ１０は、内部が絶縁性液体の流路となる筒状構造を有している。

【0012】

陽極１１と陰極１２との間に電圧を印加することで、絶縁性液体を流動させる。絶縁性チューブ１０内に絶縁性液体を満たし、陽極１１と陰極１２との間に電圧を印加すると、絶縁性液体に電荷がチャージされ加速されることで流体となり、ポンプ１００はマイクロポンプとして駆動する。すなわち、カソードから電子が絶縁性液体中へ投入され、その結果、イオン（Ｘ^－）が電界によって加速され、陽極１１で放電し、液体を引きずりながら流れることで流体となる。このように、陽極１１と陰極１２との間に電圧を印加することで、絶縁性液体を流動させることができる。陽極１１と陰極１２との間に電圧を印加すると、絶縁性液体は、図１に示すＡの矢印方向に流れる。

【0013】

ポンプ１００は、絶縁性容器としてチューブ状の容器である絶縁性チューブ１０を備え、陽極１１及び陰極１２がらせん状に配置されていることにより、流速を向上させることができる。また、ポンプ１００は、絶縁性チューブ１０の内側に陽極１１及び陰極１２が配置されているため、従来技術のポンプに比べてシンプルな構造となっており、流路と一体化されている。

【0014】

（陽極及び陰極）
陽極１１及び陰極１２は、実質的に分岐していない線状の電極である。「実質的に分岐していない」とは、電極として機能させるための分岐構造を必要としないことをいう。別の目的、例えば線状電極を内壁に固定するために、一部に分岐構造を設けて、絶縁性チューブ１０の内壁との接着面積を増やすなどの目的で分岐するものは、本発明の範疇である。対となる陽極１１と陰極１２との間の間隔は一定であり、陽極１１と陰極１２とは交差していない。

【0015】

陽極１１及び陰極１２は、絶縁性チューブ１０の内側に、流路で規定される流れ方向（図１に示すＡの矢印方向）に対して、陽極１１及び陰極１２の長さ方向が交互に交差するようにらせん状に配置されている。具体的には、図２及び図３に示すように、陽極１１及び陰極１２は、絶縁性チューブ１０の内壁に沿ってらせん状に配置されている。すなわち、ポンプ１００において、絶縁性チューブ１０の内径と、陽極２１及び陰極２２のらせんの外径とは一致している。本実施形態は、陽極１１及び陰極１２が絶縁性チューブ１０の内壁と接触している態様であるが、本発明はこれに限定されず、後述する変形例に示すように、陽極１１及び陰極３０と、絶縁性チューブ１０の内壁とは接触していなくてもよい。

【0016】

流路の流れ方向（図１に示すＡの矢印方向）における、１組の陽極１１と陰極１２との間の間隔（図２に示すＣ）と、当該組と、当該組の隣の組との間の間隔（図２に示すＤ）との比は、次の範囲であることが好ましい。つまり、１組の陽極１１と陰極１２との間の間隔１に対して、当該組と、当該組の隣の組との間の間隔は、１以上であることが好ましく、２以上であることがより好ましい。また、１組の陽極１１と陰極１２との間の間隔１に対して、当該組と、当該組の隣の組との間の間隔は、２０以下であることが好ましく、１０以下であることがより好ましく、５以下であることがさらに好ましい。当該比がこのような範囲であることは、方向付けされた流れの発生及びらせん状電極の巻き数（長さ）の観点から好ましい。

【0017】

陽極１１及び陰極１２の径は、製造及び実装の観点から、次の範囲であることが好ましい。つまり、陽極１１及び陰極１２の径は、０．０１ｍｍ以上であることが好ましく、０．０５ｍｍ以上であることがより好ましく、０．１ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、陽極１１及び陰極１２の径は、１０ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることがより好ましく、１ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

【0018】

流れ方向に対する陽極１１及び陰極１２の角度は、巻き数の観点から、次の範囲であることが好ましい。つまり、流れ方向に対する陽極１１及び陰極１２の角度は、５°以上であることが好ましく、１５°以上であることがより好ましく、３０°以上であることがさらに好ましい。また、流れ方向に対する陽極１１及び陰極１２の角度は、８５°以下であることが好ましく、７５°以下であることがより好ましく、６０°以下であることがさらに好ましい。

【0019】

陽極１１及び陰極１２のらせんの外径は、製造及び実装の観点から、次の範囲であることが好ましい。つまり、陽極１１及び陰極１２のらせんの外径は、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．２ｍｍ以上であることがより好ましく、０．５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、陽極１１及び陰極１２のらせんの外径は、１００ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以下であることがより好ましく、５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

【0020】

陽極１１及び陰極１２のらせんの径方向に発生する電気力線の密度は、対となる陽極１１と陰極１２との間の間隔（図２に示すＣ）から絶縁性チューブ１０の中心方向へ向かって下がっていく。これは、絶縁性チューブ１０内径（図２に示すＥ）の中心付近に近いほど絶縁性液体の動きが小さくなることを意味している。そのため、ポンプ１００の単位体積当たりの出力が下がることを防ぐため、絶縁性チューブ１０の内径Ｅが対となる陽極１１と陰極１２との間の間隔Ｃより極端に大きくなることを避けることが好ましい。このような観点から、絶縁性チューブ１０の内径は、対となる陽極１１と陰極１２との間の間隔Ｃに対して、（絶縁性チューブ）の項に後述する範囲であることが好ましい。

【0021】

また、対となる陽極１１と陰極１２との間の電場強度は、高いほど出力が大きくなると考えられる。そのため、同じ電圧をかけた場合に、対となる陽極１１と陰極１２との間の間隔は短いほど高い電場となるため、出力が大きくなる。また、同じ電場強度を達成したい場合には、必要電圧は低くなる。このような観点から、対となる陽極１１と陰極１２との間の間隔は、５０ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以下であることがより好ましく、２．５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

【0022】

陽極１１及び陰極１２の材質は、導電性及び耐腐食性の観点から、金属、導電性高分子、無機物、及び有機物からなる群から選択される少なくとも１つであることが好ましい。陽極１１の材質と、陰極１２の材質とは、同じであっても、異なっていてもよいが、製造の観点から、同じであることが好ましい。

【0023】

陽極１１及び陰極１２は、それぞれ実質的に１つの電線から構成されていればよい。「実質的に１つの電線」とは、１つの電線であってもよいし、複数の電線を束ねた１つの束であってもよい。

【0024】

なお、電圧を印加するという観点から、陽極および陰極のいずれか一方をグランドとして構成しても、絶縁性液体を流動させることができる。

【0025】

陽極１１と陰極１２との間に印加する電圧は、電源の仕様の観点から、次の範囲であることが好ましい。つまり、陽極１１と陰極１２との間に印加する電圧は、１Ｖ以上であることが好ましく、１０Ｖ以上であることがより好ましく、１００Ｖ以上であることがさらに好ましい。また、陽極１１と陰極１２との間に印加する電圧は、２００００Ｖ以下であることが好ましく、１００００Ｖ以下であることがより好ましく、５０００Ｖ以下であることがさらに好ましい。

【0026】

（絶縁性チューブ）
上述したように、絶縁性チューブ１０は、筒状構造を有している。具体的には、絶縁性チューブ１０は、円筒構造を有している。すなわち、絶縁性チューブ１０の断面形状は円形である。これに限らず、絶縁性チューブ１０は、楕円筒構造、角筒構造等であってもよい。つまり、絶縁性チューブ１０の断面形状は、楕円形、多角形等であってもよい。

【0027】

絶縁性チューブ１０の内径（図２に示すＥ）は、製造の観点から、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．５ｍｍ以上であることがより好ましく、１ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、絶縁性チューブ１０の内径は、実装の観点から、１００ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以下であることがより好ましく、５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

【0028】

絶縁性チューブ１０の内径は、流量及び圧力を最大化する観点から、対となる陽極１１と陰極１２との間の間隔の０．１倍以上であることが好ましく、０．５倍以上であることがより好ましく、１倍以上であることがさらに好ましい。また、絶縁性チューブ１０の内径は、流量及び圧力を最大化する観点から、対となる陽極１１と陰極１２との間の間隔の１０倍以下であることが好ましく、５倍以下であることがより好ましく、２倍以下であることがさらに好ましい。

【0029】

絶縁性チューブ１０の外径（図２に示すＦ）は、絶縁性チューブ１０の内径よりも大きければよく、製造の観点から、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．５ｍｍ以上であることがより好ましく、１ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、絶縁性チューブ１０の外径は、実装の観点から、１００ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以下であることがより好ましく、８ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

【0030】

なお、絶縁性チューブ１０の「外径」及び「内径」とは、本実施形態のように絶縁性チューブ１０の断面形状が円形の場合は、直径であり、絶縁性チューブ１０の断面形状が円形以外の場合は、断面の径の内最も長い径を指す。

【0031】

絶縁性チューブ１０の壁の厚さ（図２に示すＧ）は、製造の観点から、０．０１ｍｍ以上であることが好ましく、０．１ｍｍ以上であることがより好ましく、０．２ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、絶縁性チューブ１０の壁の厚さは、実装の観点から、１０ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることがより好ましく、３ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

【0032】

絶縁性チューブ１０の材質は、絶縁性の観点から、樹脂、鉱物、無機物、及び有機物からなる群から選択される少なくとも１つであることが好ましい。

【0033】

絶縁性チューブ１０の材質と、陽極１１及び陰極１２（まとめて「電極」とも称する）の材質との組み合わせは、所望の特性に応じて適宜選択すればよい。絶縁性チューブ１０及び電極の一方が柔らかい材料であり、他方が硬い材料であってもよく、絶縁性チューブ１０も電極も共に、柔らかい材料又は硬い材料であってもよい。これらの組み合わせ方により、様々な形状変形が可能となる。また、部分的に別の材料を用いていてもよいため、特定の方向にだけ変形可能な態様としてもよい。

【0034】

絶縁性チューブ１０の柔らかい材料としては、例えば、シリコーンゴム、天然ゴム、合成ゴム等のゴム類、低密度ポリエチレン、ポリウレタン、熱可塑性エラストマー等が挙げられる。絶縁性チューブ１０の硬い材料としては、例えば、ガラス、サファイア、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、及びテフロン等のフッ素樹脂等が挙げられる。また、電極の柔らかい材料としては、例えば、導電性高分子、薄いあるいは細い金属（例えば、金、銅等）等が挙げられる。電極の硬い材料としては、例えば、炭素系材料等が挙げられる。しかしながら、これらの柔らかい材料及び硬い材料に限定されず、相対的に、絶縁性チューブ１０が電極より柔らかくてもよく、硬くてもよく、同程度の硬さであってもよい。各材料は、所望の特性に応じて適宜組み合わせればよい。変形することが好ましくない場合には、絶縁性チューブ１０を変形しにくい硬い材料とすることが好ましい。また、大きな温度変化が予想される場合には、絶縁性チューブ１０及び電極の少なくとも一方を柔らかい材料とすることが好ましい。また、使用中に変形することが好ましい場合には、絶縁性チューブ１０及び電極の両方とも柔らかい材料、すなわち容易に変形可能な材料を使うことが好ましい。

【0035】

（ポンプの用途）
ポンプ１００は、例えば、アクチュエータ、送液ポンプ、加熱液又は冷却液の循環等に利用することができる。

【0036】

図４は、本実施形態１に係るポンプ１００の、アクチュエータとして利用したときの模式図である。図４に示すように、ポンプ１００の陽極１１及び陰極１２のらせんの内側に弾性ロッド１４を入れた状態で陽極１１と陰極１２との間に電圧を印加すると、絶縁性液体の圧力によって弾性ロッド１４が流路の流れ方向に移動する。

【0037】

ポンプ１００において、陽極１１と陰極１２とを逆に電圧を印加した場合、絶縁性液体は図１に示すＡ方向と反対方向に流れる。そのため、アクチュエータにおいて、極性を入れ替えることにより、弾性ロッド１４をポンプ１００から押し出すことも、ポンプ１００内に引き込むことも可能となる。したがって、このようなポンプ１００と弾性ロッド１４とを備えたアクチュエータは、例えば、筋繊維のように１軸上の収縮を再現することができる。複数のアクチュエータを束ねたり、特定の方向に配向したりすることによって、新たな人工筋肉として利用することができる。

【0038】

（絶縁性液体）
絶縁性液体は、電気流体力学（Electrohydrodynamic；ＥＨＤ）効果によって流動する。すなわち、絶縁性液体は、ＥＨＤ液体である。絶縁性液体としては、従来から知られているＥＨＤ効果によって流動するＥＨＤ液体を用いることができる。

【0039】

絶縁性液体は、分子量１０００以下の絶縁性液体を含むことが好ましい。また、絶縁性液体は、分子量１０００以下の絶縁性液体に加えて、高分子化合物をさらに含むことが好ましい。高分子化合物は、数平均分子量１００００以上であることが好ましい。本明細書中において、数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定したポリスチレン換算である。

【0040】

［分子量１０００以下の絶縁性液体］
分子量１０００以下の絶縁性液体としては、芳香族又は脂肪族のエステル体が好適であり、モノエステル体として、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、３－メトキシ－３－メチルブチルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＭＡ）、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、９，１０－エポキシブチルステアレート、１－エトキシ－２－アセトキシプロパン等が挙げられる。ジエステル体としては、ジブチルアジペート（ＤＢＡ）、ジエチルサクシネート、ジエチルアジペート、ジブチルサクシネート、ジブチルセバケート、ジエチルへキシルアジペート、ジエチルヘキシルセバケート、フマル酸ジブチル（ＤＢＦ）、メチルアセチルリシノレート（ＭＡＲ－Ｎ）、ジブチルイタコネート（ＤＢＩ）、２，２，４－トリメチル－１，３－ペンタンジオールジイソブチレート、テトラヒドロフタル酸ジオクチルエステル、ジメチルフタレート、ジブチルフタレート、ジヘキシルフタレート、ジエチルヘキシルフタレート、ジイソノニルフタレート、ジイソドデシルフタレート、１，４－ジアセトキシブタン、１，５－ジアセトキシペンタン、１，６－ジアセトキシヘキサン等が挙げられる。トリエステル体としては、トリアセチン、アセチルクエン酸トリブチル等が挙げられる。これらの１種又は２種以上が例示されるが、中でもジブチルアジペート、ジブチルセバケート、１，６－ジアセトキシヘキサン、ジエチルへキシルアジペート、ジエチルへキシルフタレート、２，２，４－トリメチル－１，３－ペンタンジオールジイソブチレート、又はアセチルクエン酸トリブチルなどが好適であり、特にジブチルアジペートが好適である。この理由は、電気流体力学（ＥＨＤ）を利用した絶縁性液体として導電率及び粘度が適切な範囲にあり、また、合わせて用いる高分子化合物との親和性が高く、溶解性がよいためである。

【0041】

分子量１０００以下の絶縁性液体の導電率は、１×１０^－５Ｓ／ｍ以下、特に１×１０^－６Ｓ／ｍ以下であることが好ましい。また、１×１０^－１１Ｓ／ｍ以上、特に１×１０^－１０Ｓ／ｍ以上であることが好ましい。

【0042】

［数平均分子量１００００以上の高分子化合物］
数平均分子量１００００以上の高分子化合物としては、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ペンタフルオロアルコキシフッ素樹脂などのハロゲンを含む高分子化合物、ならびに、ポリビニルブチラール、ポリメタクリル酸メチル、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ナイロン６、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、及びポリアクリロニトリル、シリコーンゴム等が例示される。

【0043】

数平均分子量１００００以上の高分子化合物は、好ましくはハロゲン、より好ましくは、塩素又は臭素、もっとも好ましくは塩素を含む。この理由は、絶縁性液体との親和性が高く溶解性が高いためである。

【0044】

数平均分子量１００００以上の高分子化合物は、特にポリハロゲン化ビニルとりわけポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）が、構造が簡単で粘度も低くしやすいため好ましい。

【0045】

数平均分子量１００００以上の高分子化合物の数平均分子量は、特に１５０００以上、とりわけ２００００以上が好ましく、また、２０００００以下、特に１５００００以下、とりわけ１０００００以下が好ましい。この理由は、数平均分子量が低すぎると高分子化合物添加による効果が発現しにくくなり、数平均分子量が高すぎると粘度が増加し、流動性は落ちるためである。

【0046】

分子量１０００以下の絶縁性液体と、数平均分子量１００００以上の高分子化合物との合計量における数平均分子量１００００以上の高分子化合物の含有率は、０．０１ｗｔ％以上、好ましくは０．０２ｗｔ％以上であり、１０ｗｔ％以下、好ましくは５ｗｔ％以下、より好ましくは１ｗｔ％以下、特に好ましくは０．５ｗｔ％以下である。この理由は、添加量が少なすぎると高分子化合物添加による効果が発現しにくくなり、添加量が多すぎると粘度が増加し、流動性は落ちるためである。

【0047】

［その他の成分］
絶縁性液体は、その他の成分として、熱安定剤等を含んでいてもよい。熱安定剤としては、燐系熱安定剤、フェノール系熱安定剤、アミン系熱安定剤、硫黄系熱安定剤、Ｍｇ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｓｎ等の無機化合物などが例示される。マイクロポンプ用動作液体中のこれらのその他成分の含有率は０．０１ｗｔ％以下、特に０．００１ｗｔ％以下であることが好ましい。

【0048】

［絶縁性液体の導電率と粘度］
絶縁性液体の導電率及び粘度については、目的によって異なるため特に限定されない。例えば、導電率は１×１０^－５Ｓ／ｍ以下、特に１×１０^－６Ｓ／ｍ以下で、１×１０^－１１Ｓ／ｍ以上、特に１×１０^－１０Ｓ／ｍ以上であることが好ましい。また、粘度は２３℃の温度において、１Ｐａ・ｓ以下、特に０．１Ｐａ・ｓ以下で、１×１０^－４Ｐａ・ｓ以上、特に１×１０^－３Ｐａ・ｓ以上であることが好ましい。

【0049】

（製造方法）
ポンプ１００は、例えば、以下の製造方法により、製造することができる。

【0050】

製造方法は、電線巻き付け工程、ディッピング工程、及び熱硬化工程を含んでいることが好ましい。

【0051】

電線巻き付け工程では、所望のらせんの外径の大きさと同一の内径を有する柱状構造物に、当該柱状構造物の外壁に沿って電線を二重らせんに巻き付ける。柱状構造物は、筒状であっても、棒状であってもよい。柱状構造物の材質は、後述するディッピング工程及び硬化工程において変形しないものであればよい。柱状構造物の材質としては、例えば、真鍮、炭素繊維強化プラスチック、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。

【0052】

ディッピング工程では、電線が巻き付けられた柱状構造物を、ディッピング液に浸して引き上げる。ディッピング液は、電線及び柱状構造物の材質に応じて適宜選択すればよい。例えば、ディッピング液は、製造の観点から、シリコーン、フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）等から選択される少なくとも１つを含むことが好ましい。

【0053】

硬化工程では、ディッピングされた、電線が巻き付けられた柱状構造物を、加熱して電線を硬化させる。加熱は、例えば、オーブン等を用いて行うことができる。

【0054】

加熱温度は、熱硬化の確保の観点から、３０℃以上であることが好ましく、５０℃以上であることがより好ましく、６０℃以上であることがさらに好ましい。また、加熱温度は、材料の変質防止の観点から、２００℃以下であることが好ましく、１５０℃以下であることがより好ましく、１００℃以下であることがさらに好ましい。

【0055】

加熱時間は、熱硬化の確保の観点から、１５分以上であることが好ましく、３０分以上であることがより好ましく、６０分以上であることがさらに好ましい。また、加熱時間は、材料の変質防止の観点から、６００分以下であることが好ましく、３００分以下であることがより好ましく、１５０分以下であることがさらに好ましい。

【0056】

ディッピング工程及び硬化工程は、操作性の観点から、片端ずつ行うことが好ましい。また、ディッピング工程及び硬化工程は、それぞれ複数回繰り返すことが好ましい。例えば、構造の均質性の観点から、ディッピング工程及び硬化工程は、２回以上繰り返すことが好ましく、３回以上繰り返すことがより好ましく、４回以上繰り返すことがさらに好ましい。また、製造の観点から、ディッピング工程及び硬化工程は、２０回以下繰り返すことが好ましく、１５回以下繰り返すことがより好ましく、１０回以下繰り返すことがさらに好ましい。

【0057】

硬化工程の後、柱状構造物をとりはずすことで、ポンプとして使用することができる。

【0058】

〔実施形態１の変形例１〕
本実施形態の他の変形例について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0059】

本変形例に係るポンプ２００の構成について、図５を参照して説明する。図５は、ポンプ２００の構成を模式的に示す図である。

【0060】

図５に示すように、ポンプ２００は、陽極１１及び陰極１２の代わりに、絶縁性チューブ１０の内径よりも、らせんの外径が小さい陽極２１及び陰極２２を備えている点で実施形態１に係るポンプ１００と異なる。それ以外は、実施形態１に係るポンプ１００と同様に構成されている。

【0061】

陽極２１及び陰極２２は、絶縁性チューブ１０の内径よりも、らせんの外径が小さく、かつ、絶縁性チューブ１０の内壁とは接触していない。ポンプ２００が絶縁性チューブ１０の内径よりも、らせんの外径が小さい陽極２１及び陰極２２を備えることは、電極の周囲の絶縁性液体の流速がより速くなる観点から好ましい。

【0062】

〔実施形態１の変形例２〕
本実施形態の他の変形例について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0063】

本変形例に係るポンプ３００の構成について、図６を参照して説明する。図６は、ポンプ３００の構成を模式的に示す図である。

【0064】

図６に示すように、ポンプ３００は、巻き付け用絶縁性柱状構造物３５をさらに備えている点で、実施形態１の変形例１に係るポンプ２００と異なる。それ以外は、実施形態１の変形例１に係るポンプ２００と同様に構成されている。柱状構造物は、筒状であっても、棒状であってもよい。

【0065】

巻き付け用絶縁性柱状構造物３５の外径は、絶縁性チューブ１０の内径よりも小さい。また、巻き付け用絶縁性柱状構造物３５の外径は、陽極２１及び陰極２２のらせんの内径と一致している。陽極２１及び陰極２２は、巻き付け用絶縁性柱状構造物３５の外壁に接触している。このような構成は、ディッピングの必要性を除外することが可能となるため、ポンプ３００の製作が容易となる場合がある。

【0066】

巻き付け用絶縁性柱状構造物３５の外径は、製造の観点から、０．０１ｍｍ以上であることが好ましく、０．１ｍｍ以上であることがより好ましく、０．５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、巻き付け用絶縁性柱状構造物３５の外径は、実装の観点から、５０ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることがより好ましく、２．５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

【0067】

巻き付け用絶縁性柱状構造物３５の材質は、絶縁性チューブ１０の好ましい材質をして列挙した材質を用いることが好ましい。絶縁性チューブ１０と同一であっても、異なっていてもよい。

【0068】

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、その説明を繰り返さない。

【0069】

本実施形態に係るポンプ４００の構成について、図７を参照して説明する。図７は、ポンプ４００の構成を模式的に示す図である。

【0070】

本実施形態に係るポンプ４００は、絶縁性チューブ４０と、陽極４１と、陰極４２とを備えている。絶縁性チューブ４０は、四角筒構造を有し、陽極４１及び陰極４２は、絶縁性チューブ４０の内壁の全ての面に沿って配置されている。絶縁性チューブ４０の断面形状は、正方形である。

【0071】

陽極４１及び陰極４２は、絶縁性チューブ４０の内壁の各面において、流れ方向に対して斜めな平行な直線となっている。

【0072】

このような形状のポンプ４００であっても、陽極４１と陰極４２との間に電圧を印加することで、絶縁性液体を流動させることができる。また、ポンプ４００は、絶縁性容器としてチューブ状の容器である絶縁性チューブ４０を備え、陽極４１及び陰極４２がらせん状に配置されていることにより、流速を向上させることができる。さらに、ポンプ４００は、絶縁性チューブ４０の内側に陽極４１及び陰極４２が配置されているため、従来技術のポンプに比べてシンプルな構造となっており、流路と一体化されている。

【0073】

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、その説明を繰り返さない。

【0074】

本実施形態に係るポンプ５００の構成について、図８を参照して説明する。図８は、ポンプ５００の構成を模式的に示す図である。

【0075】

本実施形態に係るポンプ５００は、絶縁性チューブ５０と、陽極５１と、陰極５２とを備えている。絶縁性チューブ５０は、四角筒構造を有し、陽極５１及び陰極５２は、絶縁性チューブ５０の内壁の全ての面に沿って配置されている。絶縁性チューブ５０の断面形状は、正方形である。

【0076】

陽極５１及び陰極５２は、それぞれ、流れ方向に対して垂直な直線と、流れ方向に対して平行な直線とが組み合わされて、１つの線状となっている。

【0077】

このような形状のポンプ５００であっても、陽極５１と陰極５２との間に電圧を印加することで、絶縁性液体を流動させることができる。また、ポンプ５００は、絶縁性容器としてチューブ状の容器である絶縁性チューブ５０を備え、陽極５１及び陰極５２がらせん状に配置されていることにより、流速を向上させることができる。さらに、ポンプ５００は、絶縁性チューブ５０の内側に陽極５１及び陰極５２が配置されているため、従来技術のポンプに比べてシンプルな構造となっており、流路と一体化されている。

【0078】

〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、その説明を繰り返さない。

【0079】

本実施形態に係るポンプ６００の構成について、図９を参照して説明する。図９は、ポンプ６００の構成を模式的に示す図である。

【0080】

本実施形態に係るポンプ６００は、絶縁性チューブ６０と、陽極６１と、陰極６２とを備えている。絶縁性チューブ６０は、四角筒構造を有している。絶縁性チューブ６０の断面形状は、長方形である。

【0081】

陽極６１及び陰極６２は、絶縁性チューブ６０の内壁のうちの１つの面において、流路で規定される流れ方向に対して、陽極６１及び陰極６２の長さ方向が交互に交差するように配置されている。具体的には、陽極６１及び陰極６２は、それぞれ、当該面において、流れ方向に対して垂直な直線と、流れ方向に対して平行な直線とが組み合わされて、１つの線状となっている。

【0082】

このような形状のポンプ６００であっても、陽極６１と陰極６２との間に電圧を印加することで、絶縁性液体を流動させることができる。また、ポンプ６００は、絶縁性チューブ６０の内側に陽極６１及び陰極６２が配置されているため、従来技術のポンプに比べてシンプルな構造となっており、流路と一体化されている。

【0083】

〔実施形態５〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、その説明を繰り返さない。

【0084】

本実施形態に係るポンプ７００の構成について、図１０を参照して説明する。図１０は、ポンプ７００の構成を模式的に示す図である。

【0085】

本実施形態に係るポンプ７００は、絶縁性円盤型容器７０（絶縁性容器）と、陽極７１と、陰極７２とを備えている。

【0086】

絶縁性円盤型容器７０は、入口７６及び複数の出口７７を備えている。絶縁性液体は、Ｈ方向から入口７６に流入し、複数の出口７７のそれぞれから放射状に流出する。例えば、絶縁性液体は、図１０に示す出口７７から、Ｉ方向へ流出する。

【0087】

陽極７１及び陰極７２は、絶縁性円盤型容器７０の内側に、流路で規定される流れ方向に対して、陽極７１及び陰極７２の長さ方向が交互に交差するように配置されている。なお、本実施形態において、流れ方向とは、陽極７１及び陰極７２上を通過するときの絶縁性液体の流れる方向であることを意図する。具体的には、陽極７１及び陰極７２は、渦巻き状に配置されている。

【0088】

このような形状のポンプ７００であっても、陽極７１と陰極７２との間に電圧を印加することで、絶縁性液体を流動させることができる。

【0089】

（まとめ）
本発明の態様１に係るポンプ（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００）は、内部が絶縁性液体の流路となる絶縁性容器（１０、４０、５０、６０、７０）と、実質的に分岐していない線状の陽極（１１、２１、４１、５１、６１、７１）と、実質的に分岐していない線状の陰極（１２、２２、４２、５２、６２、７２）とを備え、陽極及び前記陰極は、絶縁性容器の内側に、流路で規定される流れ方向に対して、陽極及び陰極の長さ方向が交互に交差するように配置され、陽極と陰極との間に電圧を印加することで、絶縁性液体を流動させる。

【0090】

本発明の態様２に係るポンプは、前記の態様１において、絶縁性容器は、筒状構造を有し、陽極及び陰極は、絶縁性容器の内側にらせん状に配置されていてもよい。

【0091】

本発明の態様３に係るポンプは、内部が絶縁性液体の流路となる筒状構造を有する絶縁性容器と、線状の陽極と、線状の陰極とを備え、陽極及び陰極は、絶縁性容器の内側に、流路で規定される流れ方向に対して、陽極及び陰極の長さ方向が交互に交差するようにらせん状に配置され、陽極と陰極との間に電圧を印加することで、絶縁性液体を流動させる。

【0092】

本発明の態様４に係るポンプは、前記の態様１～３のいずれか１つにおいて、絶縁性容器は、絶縁性チューブであってもよい。

【0093】

本発明の態様５に係るポンプは、前記の態様４において、絶縁性チューブの材質は、樹脂、鉱物、無機物、及び有機物からなる群から選択される少なくとも１つであってもよい。

【0094】

本発明の態様６に係るポンプは、前記の態様４又は５において、絶縁性チューブの内径は、０．１ｍｍ以上、１００ｍｍ以下であってもよい。

【0095】

本発明の態様７に係るポンプは、前記の態様１～６のいずれか１つにおいて、電圧は、１Ｖ以上、２００００Ｖ以下であってもよい。

【0096】

本発明の態様８に係るポンプは、前記の態様１～７のいずれか１つにおいて、絶縁性液体は、分子量１０００以下の絶縁性液体であってもよい。

【0097】

本発明の態様９に係るポンプは、前記の態様１～８のいずれか１つにおいて、流れ方向における、１組の陽極と陰極との間の間隔１に対して、当該組と、当該組の隣の組との間の間隔は、１以上、２０以下であってもよい。

【0098】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【実施例0099】

本発明の一実施例について以下に説明する。

【0100】

［実施例１］
（ポンプの作製）
１．離型剤を塗布した真鍮丸棒（φ４ｍｍ）にスズメッキ線を二重らせんに巻き付けた。電極間隔は１ｍｍに、巻き角度は４５°に一定に保った。端部はカプトンテープで固定した。
２．Ｓｙｌｇａｒｄ（登録商標）１８４（ダウコーニング社製）：ＥｃｏＦｌｅｘ（登録商標）００－３０（Smooth-On社製）＝１：１の質量比で混合したディッピング液に、１の片端を浸して引き上げた（ディッピング）。
３．８０℃のオーブンで１０分間硬化させた。
４．２とは異なる片端をディッピング液に浸し、３の条件下で硬化させた。
５．２～４を５回繰り返した。
６．エタノールを真鍮棒とシリコーン樹脂の絶縁性チューブの間に浸透させ、離型した。
以上の操作により、陽極及び陰極が二重らせん状に配置された電極と、その外側にシリコーン樹脂の絶縁性チューブとを備えるポンプを得た。らせんになった電極の断面形状は、内径４ｍｍ、外径４．５６ｍｍ、断面積１２．６ｍｍ^２の円形であった。陽極径及び陰極径は、それぞれ０．２８ｍｍであった。流れ方向における、１組の陽極と陰極との間の間隔と、当該組と、当該組の隣の組との間の間隔との比は、１：３であった。

【0101】

得られたポンプの絶縁性チューブは、内径４ｍｍ、外径６ｍｍ、壁の厚さ１ｍｍであった。ポンプ内の電極の流れ方向における長さは９ｃｍであり、絶縁性チューブの長さは９ｃｍであった。

【0102】

（測定）
流量の測定は、絶縁性チューブ内に含まれる気泡の移動速度から算出した。

【0103】

ジブチルアジペートを、作製したポンプに２３℃にて給液し、電圧を５ｋＶ印加して送液し、流量を測定した。その結果、流量は１．０５ｍｌ／ｓ（６２．７ｍｌ／ｍｉｎ）であった。

【0104】

［比較例１］
実施例１のらせん状の電極を備えるポンプの代わりに、非特許文献１に記載のくし形電極を備えるポンプを用いた。

【0105】

ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上に、カーボンブラックとＰＤＭＳの複合材料を厚さ３０μｍにブレードキャストし、これを８０℃で２時間キュアして炭素系電極膜を得た。電極の上に４００μｍのＰＤＭＳ膜をキャストし、８０℃で１時間キュアした。試料を裏返し、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを除去し、電極膜を露出させた。

【0106】

電極膜をレーザー加工により、インターディジット型電極（くし形を向かい合わせに組み合わせた型）を形成した。（下部電極層）

【0107】

厚さ５００μｍにレーザーカットされたＰＤＭＳ膜からなるチャネル層を下部電極層に、シリコーン接着フィルムで接着した。

【0108】

下部電極層と同様に作製し、レーザーカットされた２つの流体接続用穴がある上部電極層は、チャンネル層とシリコーン接着フィルムで接着した。

【0109】

モジュール式ポンプは、長さ７５ｍｍ×幅１９ｍｍ×厚さ１．３ｍｍ、流路は、長さ５５ｍｍ×幅２ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ、重量１．０ｇであった。

【0110】

上下電極はインターディジット化されており、逆極性のフィンガー間のギャップは０．５ｍｍ、フィンガーペア間の間隔は１ｍｍであった。

【0111】

Ｎｏｖｅｃ ７１００（３Ｍ社製）を、作製したポンプに２３℃にて給液し、電圧を５．６ｋＶ印加して送液し、流量を測定したところ、流量は０．１ｍｌ／ｓ（６ｍｌ／ｍｉｎ）であった。

【産業上の利用可能性】

【0112】

本発明は、ロボティクス分野等に利用することができる。

【符号の説明】

【0113】

１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００ ポンプ
１０、４０、５０、６０ 絶縁性チューブ（絶縁性容器）
１１、２１、４１、５１、６１、７１ 陽極
１２、２２、４２、５２、６２、７２ 陰極
１４ 弾性ロッド
３５ 巻き付け用絶縁性柱状構造物
７０ 絶縁性円盤型容器（絶縁性容器）
７６ 入口
７７ 出口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】