JP2004336898A - 液体移動手段 - Google Patents
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Abstract
【課題】電解質からなる液滴を電圧の印加位置を制御することにより移動させ、液体そのもの、あるいは、液体に溶解又は内包又は吸着又は付着しているものを移動又は分配する液体移動手段。
【解決手段】電解質からなる液滴１に接触した第１電極２と、液滴１に対して絶縁層４を挟んで複数の並列配置された第２電極３１ 〜３６ と、第１電極２に対して複数の並列配置された第２電極３１ 〜３６ に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御する制御手段１０とを有し、制御手段１０は、液滴１を絶縁層４に沿って移動させるように、複数の並列配置された第２電極３１ 〜３６ に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御可能に構成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】電解質からなる液滴１に接触した第１電極２と、液滴１に対して絶縁層４を挟んで複数の並列配置された第２電極３１ 〜３６ と、第１電極２に対して複数の並列配置された第２電極３１ 〜３６ に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御する制御手段１０とを有し、制御手段１０は、液滴１を絶縁層４に沿って移動させるように、複数の並列配置された第２電極３１ 〜３６ に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御可能に構成されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体移動手段に関し、特に、液体そのもの、あるいは、液体に溶解又は内包又は吸着又は付着しているものを移動させる液体移動手段に関するものである。又は、液体そのもの、あるいは、液体に溶解又は内包又は吸着又は付着しているものを分配する液体分配手段に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気毛管現象は、液滴の形状をコントロールして光学的特性を変化させる機構として利用されてきた。その際、液滴の接触面積を電気的に変化させたり、液滴の表面形状を電気的に変化させることにより、形状のコントロールが行われる（特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−３１１６４３号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開２０００−３５６７０８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気毛管現象を利用するもの、あるいはその他の現象を利用するものにおいて、液滴を電気的に制御して所望の方向へ移動することは行われてはいなかった。
【０００６】
本発明は従来技術のこのような現状に鑑みてなされたものであり、その目的は液体そのもの、あるいは、液体に溶解又は内包又は吸着又は付着しているものを移動させる液体移動手段を提供することである。又は、液体そのもの、あるいは、液体に溶解又は内包又は吸着又は付着しているものを分配する液体分配手段を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の液体移動手段は、電解質からなる液滴に接触した第１電極と、前記液滴に対して絶縁層を挟んで複数の並列配置された第２電極と、前記第１電極に対して前記複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記液滴を前記絶縁層に沿って移動させるように、前記複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御可能に構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
この場合に、複数の並列配置された第２電極は、１列に列に沿って並列配置されているものとすることもできるし、１列から途中で複数の列になるように列に沿って並列配置されているものとすることもできるし、さらには、２次元的に並列配置されているものとすることもできる。
【０００９】
列に沿って並列配置されている場合には、その複数の並列配置された第２電極は、基板表面に設けられた溝に沿ってその溝内に並列配置されているものとすることができる。
【００１０】
また、第１電極は液滴に対して絶縁層とは反対側に配置されているものとすることができる。
【００１１】
その場合に、第１電極は膜状の電極から構成することができる。
また、第１電極は、絶縁層に対して複数の並列配置された第２電極とは反対側に配置されており、かつ、液滴に対して同じ側に配置されているものとすることができる。
【００１２】
この場合に、第１電極は線状の電極からなるものとすることができる。
【００１３】
また、複数の並列配置された第２電極は管状体の内面にその軸に沿って並列配置されているものとすることができる。
【００１４】
また、液滴が複数個同時に存在するようにしてもよい。
【００１５】
また、液滴がレンズ作用をするものとすることができる。
【００１６】
また、液滴には被移動物が吸着、付着、溶解あるいは内包されていてもよい。
【００１７】
また、少なくとも液滴と絶縁層と複数の並列配置された第２電極とを通して照明光を照射する照明手段と、液滴で集光あるいは発散された光を受光する複数の並列配置された受光素子とを備え、その受光素子で受光された受光強度信号から液滴の位置をモニターするように構成することもできる。
【００１８】
本発明においては、電解質からなる液滴に接触した第１電極と、その液滴に対して絶縁層を挟んで複数の並列配置された第２電極と、第１電極に対して複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御する制御手段とを有し、その制御手段は、液滴を絶縁層に沿って移動させるように、複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御可能に構成されているので、液滴の液体そのもの、あるいは、その液滴に溶解又は内包又は吸着又は付着している物を所定方向あるいは任意の方向に所定距離だけ移動又は振り分けることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照にして本発明の液体移動手段の原理と実施例を説明する。
【００２０】
本発明は、電解質からなる液滴を、電圧の印加位置を制御することにより移動させるものである。
【００２１】
図１は、本発明の液体移動手段の原理を説明するための図である。本発明の液体移動手段では、図１（ａ）に示すように、基板７と基板８とを平行に対向配置している。その際、基板７と基板８の間には、所定の間隔で隙間９が形成されている。一方の基板７の内面、すなわち基板８側の面には、第１の電極が設けられている。この第１の電極は、共通電極（共通電極膜）２である。この共通電極２には、例えば金のような、化学反応に対して安定で撥水性の材料が用いられる。他方の基板８の内面、すなわち基板７側の面には、第２の電極が設けられている。この第２の電極は、多数の分割電極３１ 〜３６ の集合からなる分割電極群３である。分割電極３１ 〜３６ は、相互に並列配置されている。また、分割電極群３の表面は、アモルファスフッ素樹脂（例：商品名サイトップ（旭ガラス（株）））膜のような絶縁膜４で覆われている。よって、所定の間隔とは、正確には、共通電極２から絶縁膜４までの距離ということになる。
【００２２】
前述のように、基板７と基板８の間には、所定の間隔をもつ隙間９が形成されている。この隙間９の間隔は、例えば１μｌ（マイクロリットル）程度の液滴１が共通電極膜２と絶縁膜４とに接して孤立する程度になっている。ここで、液滴１としては、食塩水等の電解質溶液が用いられる。図１では、液滴１と絶縁膜４が比較的濡れ性良く入っているように描かれている。しかしながら、絶縁膜４の表面エネルギーが低い場合には、液滴１はより球形に近い形で間隔９内に孤立して入る。
【００２３】
共通電極２と分割電極群３の分割電極３１ 〜３６ との間には、直流電源５が設けられている。そして、分割電極群３側には、スイッチ群６が接続されている。スイッチ群６のそれぞれスイッチ６１ 〜６６ は、分割電極群３の分割電極３１ 〜３６ と一対一に対応するように接続されている。よって、スイッチ群６のうち、例えばスイッチ６３ が接続されると、対応する分割電極３３ に直流電源５の電圧が印加されるようになっている。また、スイッチ群６のそれぞれのスイッチ６１ 〜６６ は、制御装置１０に接続されている。よって、制御装置１０により、個々のスイッチの開閉動作が制御できるようになっている。
【００２４】
このような配置で、制御装置１０により、スイッチ群６の全てのスイッチ６１ 〜６６ を開放した状態にする。この状態が、図１（ａ）である。この状態では、隙間９、すなわち共通電極２と絶縁膜４の間に位置する液滴１には、何ら力が加わらない。よって、液滴１は、そのままの位置を保つ。次に、このような状態から、図１（ｂ）に示すように、スイッチ６３ 、６４ 、６５ を制御装置１０により同時に閉じる。
【００２５】
ここで、スイッチ６３ は分割電極３３ に接続され、スイッチ６４ は分割電極３４ に接続され、スイッチ６５ は分割電極３５ に接続されている。また、分割電極３３ 、３４ は液滴１の最初の位置（点線）の右側部分に対応する位置し、分割電極３５ は分割電極３３ 、３４ より右側に位置している。よって、スイッチ６３ 、６４ 、６５ が閉じると、直流電源５の一方の極（図ではプラス）の電極からは、プラス（図の場合）の電荷が共通電極膜２に流れ込む。そして、そのプラス電荷は液滴１の電解質を通して絶縁膜４に接する面に集まる。一方、直流電源５の他方の極（図ではマイナス）の電極からは、マイナス（図の場合）の電荷が、スイッチ６３ 、６４ 、６５ を通して分割電極３３ 、３４ 、３５ に流れ込む。そして、絶縁膜４に接する側に集まる。このとき、液滴１の絶縁膜４に集まったプラスの電荷の中心と、分割電極３３ 、３４ 、３５ の絶縁膜４に接する側に集まったマイナスの電荷の中心とは、プラス側が相対的に図の左に位置し、マイナス側が相対的に図の右に位置する。よって、両者の間にずれが生じ、液滴１には電気的引力が作用し、液滴１は点線の位置から実線の位置へ矢印方向へ移動することになる。
【００２６】
次に、分割電極３３ のスイッチ６３ を切り、その代わりに、液滴１位置（破線）の右側の分割電極３６ のスイッチ６６ 閉じる。この状態が図１（ｃ）である。分割電極３３ は、図１（ｂ）の状態での液滴１の位置（破線）の左側部分に位置にある電極である。一方、分割電極３６ は、液滴１の位置（破線）の右側部分に位置にある電極である。よって、図１（ｂ）で液滴１が移動したのと同様の理由で、液滴１は破線の位置から実線の位置へ矢印方向にさらに移動することになる。
【００２７】
このように、本発明の液体移動手段（液体移動装置）は、共通電極２と、複数の分割電極３１ 〜３６ と、この複数の分割電極３１ 〜３６ の表面（共通電極２側）に設けられた絶縁膜４と、割電極３１ 〜３６ に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御する制御装置１０を備えている。そして、共通電極２と絶縁膜４の隙間は、電解質からなる液滴１が両側で接触するような間隔となっている。そして、制御装置１０により液滴１を絶縁膜４に沿って移動させるように、複数の並列配置された分割電極３１ 〜３６ に印加する印加電圧を順次個別にＯＮ・ＯＦＦ するように制御することで、液滴１の液体を所定方向に移動させることができる。
【００２８】
図２は、本発明の液体移動手段を具体的に構成した例である。ここでは、構成を説明するために、透視斜視図を用いる。この構成では、基板８に分割電極群３が設けられている。そして、基板８の表面に、液滴１をガイドする（液滴１の移動路となる）Ｖ溝１１を所定の形状で形成されている。このＶ溝１１の表面には、後記するような分割電極群３とその上を覆う絶縁膜４が設けられている。そして、Ｖ溝１１が形成された基板８上に、基板７を重ね合わせて一体化している。このようにすることで、１つの形態の液体移動手段が構成される。なお、基板７の下面（基板８側の面）には、共通電極膜２が形成されている。液滴１をガイドするＶ溝１１によって形成される空間は、その底を形成する２つの斜面１２、１３と、その斜面１２、１３間に位置する稜線１５と、天井１４を構成する共通電極膜２とからなる。そして、底の斜面１２、１３上には、以下に例示するような分割電極群３とその上を覆う絶縁膜４が形成される。
【００２９】
図３は、分割電極群３の形状の最も簡単な例を示す平面図である。この分割電極群３は、Ｖ溝１１の底面を構成する２つの斜面１２、１３上に設けられている。各分割電極３１ 〜３８ は、底の稜線１５に直交する矩形形状をしている。そして、各分割電極３１ 〜３８ を覆うように、斜面１２、１３上に絶縁膜４が形成されている。このＶ溝１１中に入れられた液滴１（図１）は、制御装置１０によるスイッチ群６の個々のスイッチ６１ 〜６８ （図示なし）の開閉制御により、底の稜線１５に沿った右あるいは左方向に移動させられる。
【００３０】
図４は、分割電極群３の形状の変形例を示す平面図である。図４の（ａ）、（ｂ）何れも、液滴１を移動させるのに適した分割電極３１ 〜３８ の形状を示す。これらの分割電極群３は、矢印方向、すなわち図の左から右へ、液滴１を移動させるのに適している。図４（ａ）の分割電極３１ 〜３８ は、何れも平面図で“〈”の形状をしている。そして、分割電極３１ 〜３８ の底の稜線１５近傍の部分が、左側へ突き出た突起部分３’となっている。さらに、隣接する分割電極３１ 〜３８ の凹部へ、その突起部分３’が入り込む形状になっている。この突起部分３’は、隣接する分割電極から液滴１を、図の右方向へ引っ張る役目を持つ。このような構成により、液滴１の移動を、よりスムーズに行うことができる。図４（ｂ）の場合は、その突起部分３’の形状をより明確で尖端状に構成した例である。
【００３１】
図５は、分割電極群３の形状の別の変形例を示す平面図である。図５の（ａ）、（ｂ）何れも、液滴１を移動させるのに適した分割電極３１ 〜３８ の形状を示す。これらの分割電極群３は、両矢符方向、すなわち図の左から右、右から左の両方向に、液滴１を移動させるのに適している。図５（ａ）の分割電極３１ 〜３８ は、両方向に移動させるのに適するように、図４（ｂ）の形状を変形したものである。、各分割電極３１ 〜３８ の両側の稜線１５近傍の部分に、２つの突起部分３’、３’が設けられている。そして、隣接する分割電極３１ 〜３８ の凹部へ、それら突起部分３’、３’が入り込む形状になっている。図５（ｂ）の場合は、その突起部分３’、３’の形状を矩形に構成した例である。
【００３２】
図６は、本発明の液体移動手段を具体的に構成した別の例である。ここでは、構成を説明するために、図２と同様の透視斜視図で示している。この構成では、液滴１をガイドするＶ溝１１を、途中の分岐点１１０ で、２つのＶ溝１１１ 、１１２ へ分岐している。この２つのＶ溝１１１ 、１１２ は、いずれも同様の形状を有している。制御装置１０によるスイッチ群６（図１）の制御により、液滴１は、Ｖ溝１１中を分岐点１１０ 方向へガイドされる。分岐点１１０ に到達した液滴１は、この分岐点１１０ で、Ｖ溝１１１ 又はＶ溝１１２ の何れかへ振り分けられる（分配される）。Ｖ溝１１１ 又はＶ溝１１２ のどちらを選択するかは、制御装置１０によって決めることができる。なお、Ｖ溝１１、１１１ 、１１２ 自体の構成は、図２の場合と同様である。よって、ここでは、振り分けるための分割電極群３の構成例を図７を参照にして説明する。
【００３３】
図７（ａ）は、分割電極群３の例を示す平面図である。この分割電極群３により、分岐点１１０ を介して、１個のＶ溝１１から２つのＶ溝１１１ 、１１２ へ液滴１をガイドして振り分けることができる。図７（ａ）における各分割電極の形状は、図４（ａ）の例の形状としたものである。Ｖ溝１１での分割電極は、分割電極３１ 〜３２ からなる。また、分岐点１１０ 以降のＶ溝１１１ の分割電極は、分割電極３３１〜３１０１ からなる。Ｖ溝１１２ の分割電極は、分割電極３３２〜３１０２ からなる。分割電極３３１と３３２は、Ｖ溝１１中で分けられ、分割電極３４１はＶ溝１１とＶ溝１１１ にかかり、分割電極３４２はＶ溝１１とＶ溝１１２ にかかっている。
【００３４】
このような構成において、液滴１を振り分ける方法について説明する。まず、Ｖ溝１１からＶ溝１１２ へ、液滴１を振り分けるには、図７（ｂ）に斜線ハッチで示すように、分割電極３１ 〜３２ 、３３２〜３１０２ に順に図の左から右へ電圧を印加する。これにより、液滴１はＶ溝１１からＶ溝１１２ へ導かれる。これとは逆に、Ｖ溝１１からＶ溝１１１ へ液滴１を振り分けるには、分割電極３１ 〜３２ 、３３１〜３１０１ に順に図の左から右へ電圧を印加するように制御すればよい。この例では、液滴１を分配する構成を示しているが、液滴１を移動させているので、分配手段も移動手段に含まれるといえる。
【００３５】
図８は、液滴１を、２次元方向の任意の方向へ移動可能な形態の斜視図である。主として、基板８上に配置される分割電極群３の形状と配置を示す。基板８の上には、分割電極群３が２次元の碁盤の目状に配置されている。それそれの分割電極は、行方向に、分割電極３１１〜３１ｍ、３２１〜３２ｍ、・・・・、３ｎ１〜３ｎｍが配置されている。そして、その上全面を、図示しない絶縁膜４（図１）で覆っている。そして、その絶縁膜４上に微小な隙間９を設けて、下面に共通電極２を設けている。この共通電極２は、基板７に設けられている。隙間９には、液滴１が共通電極膜２と絶縁膜４とに接して孤立するように入れられている。
【００３６】
このような配置で、分割電極への電圧の印加を、順に連続的に変更（ＯＮ・ＯＦＦ ）する。これにより、液滴１を、太い矢印で示したように２次元の任意の方向へ移動することができる。
【００３７】
図９は、液滴１を、２次元方向の任意の方向へ移動することができる別の形態の平面図である。この形態においても、分割電極群３は、分割電極３１１〜３１ｍ、３２１〜３２ｍ、・・・・、３ｎ１〜３ｎｍで構成されている。そして、分割電極群３と対向配置された共通電極２’とは、同じ面上に図示の例のように配置される。ただし、図示は省いてあるが、分割電極３１１〜３１ｍ、３２１〜３２ｍ、・・・・、３ｎ１〜３ｎｍは、共通の基板上に設けられている。そして、その上全面を、図示しない絶縁膜４で覆っている。そしてさらに、その上に、共通に接続された平行な線状、あるいは櫛歯状の共通電極２’が露出して設けられている。このように、１つの基板において、分割電極３１１〜３１ｍ、３２１〜３２ｍ、・・・・、３ｎ１〜３ｎｍが絶縁膜４で覆われ、共通電極２’が露出している。なお、共通電極２’と分割電極群３は、直流電源に接続されている。
【００３８】
このような基板上に、液滴１を置く。そして、分割電極に印加する電圧を、順に連続的に変更（ＯＮ・ＯＦＦ ）する。これにより、図８の場合と同様に、液滴１を２次元の任意の方向へ移動させることができる。この形態は、以上の説明から明らかなように、液滴１の下面のみで、共通電極２’と、分割電極３１１〜３１ｍ、３２１〜３２ｍ、・・・・、３ｎ１〜３ｎｍ（絶縁膜４を含む）の対向配置が行われている。すなわち、液滴１の上面が、何らの部材にも接触していないで自由になっている例である。
【００３９】
ところで、図１の構成では、液滴１に接触する共通電極膜２は撥水性のものとしたが、これに限定されるわけではない。例えば、図１０に示すように、共通電極膜２を親水性のもので構成してもよい。その場合は、液滴１の形状は、共通電極膜２と分割電極群３の間に電圧を印加した状態では、断面が両凹レンズ状になる。
【００４０】
次に、図１１に、液滴１をパイプの孔に沿って前後に移動させる形態の透視斜視図を示す。この例の場合は、中空の円筒体（パイプ）２０の内面に、分割電極群３を構成する分割電極３１ 〜３７ が設けられている。各分割電極３１ 〜３７ は、円筒体２０の軸方向に分割されている。そして、内周方向に弧状に延びる形状となっている。弧状の分割電極３１ 〜３７ の端部間には、配線のための領域２１が設けられている。この領域２１には、共通電極２’と、各分割電極３１ 〜３７ への電極線が設けられている。そして、円筒体２０の内面上（領域２１）を通る結線を介して、各分割電極３１ 〜３７ が、スイッチ群６のそれぞれスイッチ６１ 〜６７ に接続されている。そして、図示を省いてあるが、円筒体２０の内面全面であって、これら分割電極３１ 〜３７ とそれらを結ぶ結線とが絶縁膜４（図１）で覆われている。また、その上に、円筒体２０の軸方向に伸びる線状の共通電極２’が円筒体２０の内面に露出して設けられている。この共通電極２’は直流電源５の一方の極に接続されている。同様に、分割電極群３は、電極線及びスイッチ群６を介して、直流電源の他方の極に接続されている。そして、スイッチ群６のそれぞれのスイッチ６１ 〜６７ は、制御装置１０により、個々に開閉動作が制御されるようになっている。
【００４１】
したがって、図１１の構成においては、制御装置１０によりスイッチ６１ 〜６７ の開閉を順に制御することにより、分割電極群３に印加する印加電圧を制御（ＯＮ・ＯＦＦ ）することができる。例えば、上の分割電極から下の分割電極へ、順に電圧の印加状態を変化させる。このようにすると、円筒体２０の孔内に入れられた液滴１を、下方へ移動させるようにすることができる。
【００４２】
図１２（ａ）、（ｂ）は、図１１の形態の液体移動手段の適用例を示す図である。図１２（ａ）の例の場合も、円筒体２０の内面には、絶縁膜４（不図示）が設けられている。この絶縁膜４は、分割電極３１ 〜３７ と、それらを結ぶ結線とを、全面で覆っている。ただし、この例では、絶縁膜４が親水性のもので構成されている。一方、図１２（ｂ）の例の場合は、絶縁膜４が破線よりＡ方向の上側で撥水性のもので構成され、破線よりＢ方向の下側で親水性のもので構成されている。
【００４３】
図１２（ａ）の場合は、上記のように、円筒体２０の内面の絶縁膜４が親水性である。そのため、円筒体２０の孔内に入れられた液滴１は、円筒体２０の中心軸を含む断面内では両凹レンズ状になる。したがって、液滴１自体を両凹レンズとして用いることが可能になる。そして、前記のように、分割電極群３に印加する印加電圧を制御することにより、図１２（ａ）の破線位置の液滴１’から実線の位置の液滴１へ移動調節することができる。よって、例えば、液滴１からなる両凹レンズの焦点調節として、本発明の液体移動手段を用いることができる。
【００４４】
図１２（ｂ）の場合は、上記のように、円筒体２０の内面の絶縁膜４が破線よりＡ方向の上側で撥水性である。そのため、その領域の円筒体２０の孔内に入れられた液滴１１ は、円筒体２０の中心軸を含む断面内では両凸レンズ状になる。また、破線よりＢ方向の下側では絶縁膜４は親水性である。よって、その領域の円筒体２０の孔内に入れられた液滴１２ は、円筒体２０の中心軸を含む断面内では両凹レンズ状になる。したがって、液滴１１ からなる両凸レンズと液滴１２ からなる両凹レンズとを組み合わせてレンズ系とすることができる。しかも、分割電極群３に印加する印加電圧を制御することにより、図１２（ｂ）の矢印で示すように、この液滴１１ の両凸レンズと液滴１２ の両凹レンズを独立に円筒体２０の中心軸方向に位置調節することができる。このようにすることで、焦点距離可変レンズ系（ズームレンズ系）を構成することができる。なお、図１２（ｂ）中の符号２２は、円筒体２０の側面に設けられた通気孔であり、液滴１１ と液滴１２ で挟まれた空間の体積変化に応じて外気を自由に導入排出するためのものである。
【００４５】
図１３（ａ）、（ｂ）は、図１１の形態の液体移動手段の別の適用例を示す図である。図１３（ａ）、（ｂ）何れの例においても、円筒体２０の内面で設けられた絶縁膜４（不図示）は、親水性のもので構成されている。この絶縁膜４は、分割電極３１ 〜３７ と、それらを結ぶ結線とを、全面で覆っている。そして、図１３（ａ）の場合は、円筒体２０の孔内に入れられた液滴１には、機械的な微小物体、分子生物学的なもの（例えば、ＤＮＡ）等の被移動物２５が吸着されている。あるいは、被移動物２５が付着、溶解、内包されている。また、図１３（ｂ）の場合は、円筒体２０の孔内に入れられた液滴１には、レンズ２６が吸着、付着あるいは内包されている。そして、分割電極群３に印加する印加電圧を制御することにより、何れの場合も、被移動物２５あるいはレンズ２６を、例えば点線位置から実線位置へ移動させることができる。
【００４６】
図１４は、液体移動手段で移動される液滴１の位置を、モニターする形態の１例を示す図である。ここでは、図８の２次元方向の任意の方向へ移動可能な液体移動手段において、液滴１の位置をモニターする機構を示す。図１４（ａ）の斜視図に示すように、基板８の上には分割電極群３が２次元の碁盤の目状に配置されている。それそれの分割電極は、行方向に分割電極３１１〜３１ｍ、３２１〜３２ｍ、・・・・、３ｎ１〜３ｎｍが配置されている。そして、その上全面を、図１４（ｂ）に示すように、絶縁膜４で覆っている。そして、その絶縁膜４上に微小な隙間９が設けられている。この隙間９を挟んで、下面に共通電極膜２を設けた基板７が配置されている。そして、隙間９には、液滴１が共通電極膜２と絶縁膜４とに接して孤立するように入れられている。そして、基板７、共通電極膜２、分割電極群３、基板８はこの例の場合全て透明に構成されている。
【００４７】
そして、このような液体移動手段の基板８の外側には、基板８と平行に、受光素子群３２が配置されている。受光素子群３２は基板３１上に設けられている。そして、碁盤の目状に配置された受光素子３２１１〜３２１ｍ、３２２１〜３２２ｍ、・・・・、３２ｎ１〜３２ｎｍからなるＣＣＤ等を有する。この光素子３２１１〜３２１ｍ、３２２１〜３２２ｍ、・・・・、３２ｎ１〜３２ｎｍは、凸レンズ形状をした液滴１の集光位置近傍（焦点面近傍）に配置されている。また、受光素子３２１１〜３２１ｍ、３２２１〜３２２ｍ、・・・・、３２ｎ１〜３２ｎｍの各々は、分割電極３１１〜３１ｍ、３２１〜３２ｍ、・・・・、３ｎ１〜３ｎｍに対応した位置に配置されている。
【００４８】
このような構成であるので、共通電極膜２を設けた基板７側から全面に例えば平行光３０を照射する。この状態で、制御装置１０により分割電極群３に印加する印加電圧を制御し、液滴１を所定の方向へ移動させる。すると、液滴１が存在する位置では、その位置に入射する平行光３０の成分は、対応する位置の受光素子３２１１〜３２１ｍ、３２２１〜３２２ｍ、・・・・、３２ｎ１〜３２ｎｍに集光される。例えば、液滴１が図１４（ｂ）の破線位置（符号１’）にあるときは、受光素子群３２からは図１４（ｃ）に破線で示すような受光強度と位置関係の信号が得られる。一方、液滴１が図１４（ｂ）の実線位置（符号１）にあるときは、受光素子群３２からは図１４（ｃ）に実線で示すような受光強度と位置関係の信号が得られる。このように、その信号のピーク位置で、液滴１の位置がモニターできる。したがって、そのモニター信号を制御装置１０へフィードバックすることにより、液滴１のより正確な位置制御が可能になる。あるいは、このような信号のピーク位置を表示装置上に表示することにより、微小な液滴１の位置を明確に表示することができる。なお、液滴１が図１０の場合のように断面が両凹レンズ状の場合にも、例えば平行光３０を照射すると、その周囲の境界で入射光が散乱反射される。よって、受光強度と位置関係の信号にはその境界を示す変化が生じる。その結果、信号処理により液滴１の位置がモニターできる。
【００４９】
以上、本発明の液体移動手段をその原理と実施形態、実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施形態、実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００５０】
［１］ 電解質からなる液滴に接触した第１電極と、前記液滴に対して絶縁層を挟んで複数の並列配置された第２電極と、前記第１電極に対して前記複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記液滴を前記絶縁層に沿って移動させるように、前記複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御可能に構成されていることを特徴とする液体移動手段。
【００５１】
［２］ 前記複数の並列配置された第２電極は、１列に列に沿って並列配置されていることを特徴とする［１］記載の液体移動手段。
【００５２】
［３］ 前記複数の並列配置された第２電極は、１列から途中で複数の列になるように列に沿って並列配置されていることを特徴とする［１］記載の液体移動手段。
【００５３】
［４］ 前記複数の並列配置された第２電極は、２次元的に並列配置されていることを特徴とする［１］記載の液体移動手段。
【００５４】
［５］ 前記複数の並列配置された第２電極は、基板表面に設けられた溝に沿ってその溝内に並列配置されていることを特徴とする［２］又は［３］記載の液体移動手段。
【００５５】
［６］ 前記第１電極は前記液滴に対して前記絶縁層とは反対側に配置されていることを特徴とする［１］から［５］の何れか１項記載の記載の液体移動手段。
【００５６】
［７］ 前記第１電極は膜状の電極からなることを特徴とする［６］記載の記載の液体移動手段。
【００５７】
［８］ 前記第１電極は、前記絶縁層に対して前記複数の並列配置された第２電極とは反対側に配置されており、かつ、前記液滴に対して同じ側に配置されていることを特徴とする［１］から［５］の何れか１項記載の記載の液体移動手段。
【００５８】
［９］ 前記第１電極は線状の電極からなることを特徴とする［８］記載の記載の液体移動手段。
【００５９】
［１０］ 前記複数の並列配置された第２電極は管状体の内面にその軸に沿って並列配置されていることを特徴とする［８］又は［９］記載の液体移動手段。
【００６０】
［１１］ 前記液滴が複数個同時に存在することを特徴とする［１］から［１０］の何れか１項記載の記載の液体移動手段。
【００６１】
［１２］ 前記液滴がレンズ作用をすることを特徴とする［１］から［１１］の何れか１項記載の記載の液体移動手段。
【００６２】
［１３］ 前記液滴には被移動物が吸着、付着、溶解あるいは内包されていることを特徴とする［１］から［１１］の何れか１項記載の記載の液体移動手段。
【００６３】
［１４］ 少なくとも前記液滴と前記絶縁層と前記複数の並列配置された第２電極とを通して照明光を照射する照明手段と、前記液滴で集光あるいは発散された光を受光する複数の並列配置された受光素子とを備え、前記受光素子で受光された受光強度信号から前記液滴の位置をモニターするように構成されていることを特徴とする［１］から［１３］の何れか１項記載の記載の液体移動手段。
【００６４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の液体移動手段によると、電解質からなる液滴に接触した第１電極と、その液滴に対して絶縁層を挟んで複数の並列配置された第２電極と、第１電極に対して複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御する制御手段とを有し、その制御手段は、液滴を絶縁層に沿って移動させるように、複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御可能に構成されているので、液滴の液体そのもの、あるいは、その液滴に溶解又は内包又は吸着又は付着している物を所定方向あるいは任意の方向に所定距離だけ移動又は振り分けることができる。
【００６５】
本発明の液体移動手段は、上記実施形態、実施例以外に、本発明を限定するものではないが、例えば、ディスプレイ、分析機器、マイクロマシン、光学装置、玩具等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体移動手段の原理を説明するための図であり、（ａ）は電圧の印加がない状態、（ｂ）は一部の分割電極に電圧を印加した状態、（ｃ）は電圧を印加する分割電極を移動させるて液滴を移動させた状態を示す図である。
【図２】本発明の液体移動手段を具体的に構成する場合の１つの形態を説明するための透視斜視図である。
【図３】図２のＶ溝に設ける分割電極群の形状の１例を示す平面図である。
【図４】図２のＶ溝に設ける分割電極群の形状の変形例であって一方向に液滴を移動させる例の平面図であり、（ａ）は１つの形状を、（ｂ）は他の形状を示す図である。
【図５】図２のＶ溝に設ける分割電極群の形状の変形例であって両方向に液滴を移動させる例の平面図であり、（ａ）は１つの形状を、（ｂ）は他の形状を示す図である。
【図６】本発明の液体移動手段の別の形態を説明するための図２と同様の透視斜視図である。
【図７】図６の分岐点を介して１個のＶ溝から２つのＶ溝へ液滴をガイドして振り分けるための分割電極群の例を示す平面図（ａ）と、液滴を一方のＶ溝へ振り分ける場合に電圧を印加する分割電極を示す図（ｂ）である。
【図８】液滴を２次元方向の任意の方向へ移動可能な１つの形態の斜視図である。
【図９】液滴を２次元方向の任意の方向へ移動可能な別の形態の平面図である。
【図１０】共通電極膜を親水性のもので構成した場合に電圧を印加する分割電極を移動させるて液滴を移動させた状態を示す図である。
【図１１】液滴をパイプの孔に沿って前後に移動させる形態の透視斜視図である。
【図１２】図１１の形態の液体移動手段の適用例を示す図であり、（ａ）は液滴からなる両凹レンズの焦点調節に用いる例、（ｂ）は液滴の両凸レンズと別の液滴の両凹レンズからなる焦点距離可変レンズ系を構成する例を示す図である。
【図１３】図１１の形態の液体移動手段の別の適用例を示す図であり、（ａ）は液滴に被移動物を吸着、付着、溶解、内包させて移動させる例、（ｂ）はレンズを吸着、付着、内包させて移動させる例を示す図である。
【図１４】本発明の液体移動手段で移動される液滴の位置をモニターする形態の１例を示す図であり、（ａ）は全体の斜視図、（ｂ）は一部断面図、（ｃ）は信号波形図である。
【符号の説明】
１、１’、１１ 、１２ …液滴
２…共通電極膜
２’…共通電極
３…分割電極群
３１ 〜３８ 、３３１〜３１０１ 、３３２〜３１０２ 、３１１〜３１ｍ、３２１〜３２ｍ、・・・・、３ｎ１〜３ｎｍ…分割電極
３’…分割電極の突起部分
４…絶縁膜
５…直流電源
６…スイッチ群
６１ 〜６７ …スイッチ
７、８…基板
９…間隔
１０…制御装置
１１、１１１ 、１１２ …Ｖ溝
１１０ …Ｖ溝の分岐点
１２、１３…Ｖ溝の斜面
１４…天井
１５…Ｖ溝の稜線
２０…円筒体（パイプ）
２１…弧状の分割電極の端部間の隙間
２２…通気孔
２５…被移動物
２６…レンズ
３０…平行光
３１…基板
３２…受光素子群
３２１１〜３２１ｍ、３２２１〜３２２ｍ、・・・・、３２ｎ１〜３２ｎｍ…受光素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体移動手段に関し、特に、液体そのもの、あるいは、液体に溶解又は内包又は吸着又は付着しているものを移動させる液体移動手段に関するものである。又は、液体そのもの、あるいは、液体に溶解又は内包又は吸着又は付着しているものを分配する液体分配手段に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気毛管現象は、液滴の形状をコントロールして光学的特性を変化させる機構として利用されてきた。その際、液滴の接触面積を電気的に変化させたり、液滴の表面形状を電気的に変化させることにより、形状のコントロールが行われる（特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−３１１６４３号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開２０００−３５６７０８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気毛管現象を利用するもの、あるいはその他の現象を利用するものにおいて、液滴を電気的に制御して所望の方向へ移動することは行われてはいなかった。
【０００６】
本発明は従来技術のこのような現状に鑑みてなされたものであり、その目的は液体そのもの、あるいは、液体に溶解又は内包又は吸着又は付着しているものを移動させる液体移動手段を提供することである。又は、液体そのもの、あるいは、液体に溶解又は内包又は吸着又は付着しているものを分配する液体分配手段を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の液体移動手段は、電解質からなる液滴に接触した第１電極と、前記液滴に対して絶縁層を挟んで複数の並列配置された第２電極と、前記第１電極に対して前記複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記液滴を前記絶縁層に沿って移動させるように、前記複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御可能に構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
この場合に、複数の並列配置された第２電極は、１列に列に沿って並列配置されているものとすることもできるし、１列から途中で複数の列になるように列に沿って並列配置されているものとすることもできるし、さらには、２次元的に並列配置されているものとすることもできる。
【０００９】
列に沿って並列配置されている場合には、その複数の並列配置された第２電極は、基板表面に設けられた溝に沿ってその溝内に並列配置されているものとすることができる。
【００１０】
また、第１電極は液滴に対して絶縁層とは反対側に配置されているものとすることができる。
【００１１】
その場合に、第１電極は膜状の電極から構成することができる。
また、第１電極は、絶縁層に対して複数の並列配置された第２電極とは反対側に配置されており、かつ、液滴に対して同じ側に配置されているものとすることができる。
【００１２】
この場合に、第１電極は線状の電極からなるものとすることができる。
【００１３】
また、複数の並列配置された第２電極は管状体の内面にその軸に沿って並列配置されているものとすることができる。
【００１４】
また、液滴が複数個同時に存在するようにしてもよい。
【００１５】
また、液滴がレンズ作用をするものとすることができる。
【００１６】
また、液滴には被移動物が吸着、付着、溶解あるいは内包されていてもよい。
【００１７】
また、少なくとも液滴と絶縁層と複数の並列配置された第２電極とを通して照明光を照射する照明手段と、液滴で集光あるいは発散された光を受光する複数の並列配置された受光素子とを備え、その受光素子で受光された受光強度信号から液滴の位置をモニターするように構成することもできる。
【００１８】
本発明においては、電解質からなる液滴に接触した第１電極と、その液滴に対して絶縁層を挟んで複数の並列配置された第２電極と、第１電極に対して複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御する制御手段とを有し、その制御手段は、液滴を絶縁層に沿って移動させるように、複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御可能に構成されているので、液滴の液体そのもの、あるいは、その液滴に溶解又は内包又は吸着又は付着している物を所定方向あるいは任意の方向に所定距離だけ移動又は振り分けることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照にして本発明の液体移動手段の原理と実施例を説明する。
【００２０】
本発明は、電解質からなる液滴を、電圧の印加位置を制御することにより移動させるものである。
【００２１】
図１は、本発明の液体移動手段の原理を説明するための図である。本発明の液体移動手段では、図１（ａ）に示すように、基板７と基板８とを平行に対向配置している。その際、基板７と基板８の間には、所定の間隔で隙間９が形成されている。一方の基板７の内面、すなわち基板８側の面には、第１の電極が設けられている。この第１の電極は、共通電極（共通電極膜）２である。この共通電極２には、例えば金のような、化学反応に対して安定で撥水性の材料が用いられる。他方の基板８の内面、すなわち基板７側の面には、第２の電極が設けられている。この第２の電極は、多数の分割電極３１ 〜３６ の集合からなる分割電極群３である。分割電極３１ 〜３６ は、相互に並列配置されている。また、分割電極群３の表面は、アモルファスフッ素樹脂（例：商品名サイトップ（旭ガラス（株）））膜のような絶縁膜４で覆われている。よって、所定の間隔とは、正確には、共通電極２から絶縁膜４までの距離ということになる。
【００２２】
前述のように、基板７と基板８の間には、所定の間隔をもつ隙間９が形成されている。この隙間９の間隔は、例えば１μｌ（マイクロリットル）程度の液滴１が共通電極膜２と絶縁膜４とに接して孤立する程度になっている。ここで、液滴１としては、食塩水等の電解質溶液が用いられる。図１では、液滴１と絶縁膜４が比較的濡れ性良く入っているように描かれている。しかしながら、絶縁膜４の表面エネルギーが低い場合には、液滴１はより球形に近い形で間隔９内に孤立して入る。
【００２３】
共通電極２と分割電極群３の分割電極３１ 〜３６ との間には、直流電源５が設けられている。そして、分割電極群３側には、スイッチ群６が接続されている。スイッチ群６のそれぞれスイッチ６１ 〜６６ は、分割電極群３の分割電極３１ 〜３６ と一対一に対応するように接続されている。よって、スイッチ群６のうち、例えばスイッチ６３ が接続されると、対応する分割電極３３ に直流電源５の電圧が印加されるようになっている。また、スイッチ群６のそれぞれのスイッチ６１ 〜６６ は、制御装置１０に接続されている。よって、制御装置１０により、個々のスイッチの開閉動作が制御できるようになっている。
【００２４】
このような配置で、制御装置１０により、スイッチ群６の全てのスイッチ６１ 〜６６ を開放した状態にする。この状態が、図１（ａ）である。この状態では、隙間９、すなわち共通電極２と絶縁膜４の間に位置する液滴１には、何ら力が加わらない。よって、液滴１は、そのままの位置を保つ。次に、このような状態から、図１（ｂ）に示すように、スイッチ６３ 、６４ 、６５ を制御装置１０により同時に閉じる。
【００２５】
ここで、スイッチ６３ は分割電極３３ に接続され、スイッチ６４ は分割電極３４ に接続され、スイッチ６５ は分割電極３５ に接続されている。また、分割電極３３ 、３４ は液滴１の最初の位置（点線）の右側部分に対応する位置し、分割電極３５ は分割電極３３ 、３４ より右側に位置している。よって、スイッチ６３ 、６４ 、６５ が閉じると、直流電源５の一方の極（図ではプラス）の電極からは、プラス（図の場合）の電荷が共通電極膜２に流れ込む。そして、そのプラス電荷は液滴１の電解質を通して絶縁膜４に接する面に集まる。一方、直流電源５の他方の極（図ではマイナス）の電極からは、マイナス（図の場合）の電荷が、スイッチ６３ 、６４ 、６５ を通して分割電極３３ 、３４ 、３５ に流れ込む。そして、絶縁膜４に接する側に集まる。このとき、液滴１の絶縁膜４に集まったプラスの電荷の中心と、分割電極３３ 、３４ 、３５ の絶縁膜４に接する側に集まったマイナスの電荷の中心とは、プラス側が相対的に図の左に位置し、マイナス側が相対的に図の右に位置する。よって、両者の間にずれが生じ、液滴１には電気的引力が作用し、液滴１は点線の位置から実線の位置へ矢印方向へ移動することになる。
【００２６】
次に、分割電極３３ のスイッチ６３ を切り、その代わりに、液滴１位置（破線）の右側の分割電極３６ のスイッチ６６ 閉じる。この状態が図１（ｃ）である。分割電極３３ は、図１（ｂ）の状態での液滴１の位置（破線）の左側部分に位置にある電極である。一方、分割電極３６ は、液滴１の位置（破線）の右側部分に位置にある電極である。よって、図１（ｂ）で液滴１が移動したのと同様の理由で、液滴１は破線の位置から実線の位置へ矢印方向にさらに移動することになる。
【００２７】
このように、本発明の液体移動手段（液体移動装置）は、共通電極２と、複数の分割電極３１ 〜３６ と、この複数の分割電極３１ 〜３６ の表面（共通電極２側）に設けられた絶縁膜４と、割電極３１ 〜３６ に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御する制御装置１０を備えている。そして、共通電極２と絶縁膜４の隙間は、電解質からなる液滴１が両側で接触するような間隔となっている。そして、制御装置１０により液滴１を絶縁膜４に沿って移動させるように、複数の並列配置された分割電極３１ 〜３６ に印加する印加電圧を順次個別にＯＮ・ＯＦＦ するように制御することで、液滴１の液体を所定方向に移動させることができる。
【００２８】
図２は、本発明の液体移動手段を具体的に構成した例である。ここでは、構成を説明するために、透視斜視図を用いる。この構成では、基板８に分割電極群３が設けられている。そして、基板８の表面に、液滴１をガイドする（液滴１の移動路となる）Ｖ溝１１を所定の形状で形成されている。このＶ溝１１の表面には、後記するような分割電極群３とその上を覆う絶縁膜４が設けられている。そして、Ｖ溝１１が形成された基板８上に、基板７を重ね合わせて一体化している。このようにすることで、１つの形態の液体移動手段が構成される。なお、基板７の下面（基板８側の面）には、共通電極膜２が形成されている。液滴１をガイドするＶ溝１１によって形成される空間は、その底を形成する２つの斜面１２、１３と、その斜面１２、１３間に位置する稜線１５と、天井１４を構成する共通電極膜２とからなる。そして、底の斜面１２、１３上には、以下に例示するような分割電極群３とその上を覆う絶縁膜４が形成される。
【００２９】
図３は、分割電極群３の形状の最も簡単な例を示す平面図である。この分割電極群３は、Ｖ溝１１の底面を構成する２つの斜面１２、１３上に設けられている。各分割電極３１ 〜３８ は、底の稜線１５に直交する矩形形状をしている。そして、各分割電極３１ 〜３８ を覆うように、斜面１２、１３上に絶縁膜４が形成されている。このＶ溝１１中に入れられた液滴１（図１）は、制御装置１０によるスイッチ群６の個々のスイッチ６１ 〜６８ （図示なし）の開閉制御により、底の稜線１５に沿った右あるいは左方向に移動させられる。
【００３０】
図４は、分割電極群３の形状の変形例を示す平面図である。図４の（ａ）、（ｂ）何れも、液滴１を移動させるのに適した分割電極３１ 〜３８ の形状を示す。これらの分割電極群３は、矢印方向、すなわち図の左から右へ、液滴１を移動させるのに適している。図４（ａ）の分割電極３１ 〜３８ は、何れも平面図で“〈”の形状をしている。そして、分割電極３１ 〜３８ の底の稜線１５近傍の部分が、左側へ突き出た突起部分３’となっている。さらに、隣接する分割電極３１ 〜３８ の凹部へ、その突起部分３’が入り込む形状になっている。この突起部分３’は、隣接する分割電極から液滴１を、図の右方向へ引っ張る役目を持つ。このような構成により、液滴１の移動を、よりスムーズに行うことができる。図４（ｂ）の場合は、その突起部分３’の形状をより明確で尖端状に構成した例である。
【００３１】
図５は、分割電極群３の形状の別の変形例を示す平面図である。図５の（ａ）、（ｂ）何れも、液滴１を移動させるのに適した分割電極３１ 〜３８ の形状を示す。これらの分割電極群３は、両矢符方向、すなわち図の左から右、右から左の両方向に、液滴１を移動させるのに適している。図５（ａ）の分割電極３１ 〜３８ は、両方向に移動させるのに適するように、図４（ｂ）の形状を変形したものである。、各分割電極３１ 〜３８ の両側の稜線１５近傍の部分に、２つの突起部分３’、３’が設けられている。そして、隣接する分割電極３１ 〜３８ の凹部へ、それら突起部分３’、３’が入り込む形状になっている。図５（ｂ）の場合は、その突起部分３’、３’の形状を矩形に構成した例である。
【００３２】
図６は、本発明の液体移動手段を具体的に構成した別の例である。ここでは、構成を説明するために、図２と同様の透視斜視図で示している。この構成では、液滴１をガイドするＶ溝１１を、途中の分岐点１１０ で、２つのＶ溝１１１ 、１１２ へ分岐している。この２つのＶ溝１１１ 、１１２ は、いずれも同様の形状を有している。制御装置１０によるスイッチ群６（図１）の制御により、液滴１は、Ｖ溝１１中を分岐点１１０ 方向へガイドされる。分岐点１１０ に到達した液滴１は、この分岐点１１０ で、Ｖ溝１１１ 又はＶ溝１１２ の何れかへ振り分けられる（分配される）。Ｖ溝１１１ 又はＶ溝１１２ のどちらを選択するかは、制御装置１０によって決めることができる。なお、Ｖ溝１１、１１１ 、１１２ 自体の構成は、図２の場合と同様である。よって、ここでは、振り分けるための分割電極群３の構成例を図７を参照にして説明する。
【００３３】
図７（ａ）は、分割電極群３の例を示す平面図である。この分割電極群３により、分岐点１１０ を介して、１個のＶ溝１１から２つのＶ溝１１１ 、１１２ へ液滴１をガイドして振り分けることができる。図７（ａ）における各分割電極の形状は、図４（ａ）の例の形状としたものである。Ｖ溝１１での分割電極は、分割電極３１ 〜３２ からなる。また、分岐点１１０ 以降のＶ溝１１１ の分割電極は、分割電極３３１〜３１０１ からなる。Ｖ溝１１２ の分割電極は、分割電極３３２〜３１０２ からなる。分割電極３３１と３３２は、Ｖ溝１１中で分けられ、分割電極３４１はＶ溝１１とＶ溝１１１ にかかり、分割電極３４２はＶ溝１１とＶ溝１１２ にかかっている。
【００３４】
このような構成において、液滴１を振り分ける方法について説明する。まず、Ｖ溝１１からＶ溝１１２ へ、液滴１を振り分けるには、図７（ｂ）に斜線ハッチで示すように、分割電極３１ 〜３２ 、３３２〜３１０２ に順に図の左から右へ電圧を印加する。これにより、液滴１はＶ溝１１からＶ溝１１２ へ導かれる。これとは逆に、Ｖ溝１１からＶ溝１１１ へ液滴１を振り分けるには、分割電極３１ 〜３２ 、３３１〜３１０１ に順に図の左から右へ電圧を印加するように制御すればよい。この例では、液滴１を分配する構成を示しているが、液滴１を移動させているので、分配手段も移動手段に含まれるといえる。
【００３５】
図８は、液滴１を、２次元方向の任意の方向へ移動可能な形態の斜視図である。主として、基板８上に配置される分割電極群３の形状と配置を示す。基板８の上には、分割電極群３が２次元の碁盤の目状に配置されている。それそれの分割電極は、行方向に、分割電極３１１〜３１ｍ、３２１〜３２ｍ、・・・・、３ｎ１〜３ｎｍが配置されている。そして、その上全面を、図示しない絶縁膜４（図１）で覆っている。そして、その絶縁膜４上に微小な隙間９を設けて、下面に共通電極２を設けている。この共通電極２は、基板７に設けられている。隙間９には、液滴１が共通電極膜２と絶縁膜４とに接して孤立するように入れられている。
【００３６】
このような配置で、分割電極への電圧の印加を、順に連続的に変更（ＯＮ・ＯＦＦ ）する。これにより、液滴１を、太い矢印で示したように２次元の任意の方向へ移動することができる。
【００３７】
図９は、液滴１を、２次元方向の任意の方向へ移動することができる別の形態の平面図である。この形態においても、分割電極群３は、分割電極３１１〜３１ｍ、３２１〜３２ｍ、・・・・、３ｎ１〜３ｎｍで構成されている。そして、分割電極群３と対向配置された共通電極２’とは、同じ面上に図示の例のように配置される。ただし、図示は省いてあるが、分割電極３１１〜３１ｍ、３２１〜３２ｍ、・・・・、３ｎ１〜３ｎｍは、共通の基板上に設けられている。そして、その上全面を、図示しない絶縁膜４で覆っている。そしてさらに、その上に、共通に接続された平行な線状、あるいは櫛歯状の共通電極２’が露出して設けられている。このように、１つの基板において、分割電極３１１〜３１ｍ、３２１〜３２ｍ、・・・・、３ｎ１〜３ｎｍが絶縁膜４で覆われ、共通電極２’が露出している。なお、共通電極２’と分割電極群３は、直流電源に接続されている。
【００３８】
このような基板上に、液滴１を置く。そして、分割電極に印加する電圧を、順に連続的に変更（ＯＮ・ＯＦＦ ）する。これにより、図８の場合と同様に、液滴１を２次元の任意の方向へ移動させることができる。この形態は、以上の説明から明らかなように、液滴１の下面のみで、共通電極２’と、分割電極３１１〜３１ｍ、３２１〜３２ｍ、・・・・、３ｎ１〜３ｎｍ（絶縁膜４を含む）の対向配置が行われている。すなわち、液滴１の上面が、何らの部材にも接触していないで自由になっている例である。
【００３９】
ところで、図１の構成では、液滴１に接触する共通電極膜２は撥水性のものとしたが、これに限定されるわけではない。例えば、図１０に示すように、共通電極膜２を親水性のもので構成してもよい。その場合は、液滴１の形状は、共通電極膜２と分割電極群３の間に電圧を印加した状態では、断面が両凹レンズ状になる。
【００４０】
次に、図１１に、液滴１をパイプの孔に沿って前後に移動させる形態の透視斜視図を示す。この例の場合は、中空の円筒体（パイプ）２０の内面に、分割電極群３を構成する分割電極３１ 〜３７ が設けられている。各分割電極３１ 〜３７ は、円筒体２０の軸方向に分割されている。そして、内周方向に弧状に延びる形状となっている。弧状の分割電極３１ 〜３７ の端部間には、配線のための領域２１が設けられている。この領域２１には、共通電極２’と、各分割電極３１ 〜３７ への電極線が設けられている。そして、円筒体２０の内面上（領域２１）を通る結線を介して、各分割電極３１ 〜３７ が、スイッチ群６のそれぞれスイッチ６１ 〜６７ に接続されている。そして、図示を省いてあるが、円筒体２０の内面全面であって、これら分割電極３１ 〜３７ とそれらを結ぶ結線とが絶縁膜４（図１）で覆われている。また、その上に、円筒体２０の軸方向に伸びる線状の共通電極２’が円筒体２０の内面に露出して設けられている。この共通電極２’は直流電源５の一方の極に接続されている。同様に、分割電極群３は、電極線及びスイッチ群６を介して、直流電源の他方の極に接続されている。そして、スイッチ群６のそれぞれのスイッチ６１ 〜６７ は、制御装置１０により、個々に開閉動作が制御されるようになっている。
【００４１】
したがって、図１１の構成においては、制御装置１０によりスイッチ６１ 〜６７ の開閉を順に制御することにより、分割電極群３に印加する印加電圧を制御（ＯＮ・ＯＦＦ ）することができる。例えば、上の分割電極から下の分割電極へ、順に電圧の印加状態を変化させる。このようにすると、円筒体２０の孔内に入れられた液滴１を、下方へ移動させるようにすることができる。
【００４２】
図１２（ａ）、（ｂ）は、図１１の形態の液体移動手段の適用例を示す図である。図１２（ａ）の例の場合も、円筒体２０の内面には、絶縁膜４（不図示）が設けられている。この絶縁膜４は、分割電極３１ 〜３７ と、それらを結ぶ結線とを、全面で覆っている。ただし、この例では、絶縁膜４が親水性のもので構成されている。一方、図１２（ｂ）の例の場合は、絶縁膜４が破線よりＡ方向の上側で撥水性のもので構成され、破線よりＢ方向の下側で親水性のもので構成されている。
【００４３】
図１２（ａ）の場合は、上記のように、円筒体２０の内面の絶縁膜４が親水性である。そのため、円筒体２０の孔内に入れられた液滴１は、円筒体２０の中心軸を含む断面内では両凹レンズ状になる。したがって、液滴１自体を両凹レンズとして用いることが可能になる。そして、前記のように、分割電極群３に印加する印加電圧を制御することにより、図１２（ａ）の破線位置の液滴１’から実線の位置の液滴１へ移動調節することができる。よって、例えば、液滴１からなる両凹レンズの焦点調節として、本発明の液体移動手段を用いることができる。
【００４４】
図１２（ｂ）の場合は、上記のように、円筒体２０の内面の絶縁膜４が破線よりＡ方向の上側で撥水性である。そのため、その領域の円筒体２０の孔内に入れられた液滴１１ は、円筒体２０の中心軸を含む断面内では両凸レンズ状になる。また、破線よりＢ方向の下側では絶縁膜４は親水性である。よって、その領域の円筒体２０の孔内に入れられた液滴１２ は、円筒体２０の中心軸を含む断面内では両凹レンズ状になる。したがって、液滴１１ からなる両凸レンズと液滴１２ からなる両凹レンズとを組み合わせてレンズ系とすることができる。しかも、分割電極群３に印加する印加電圧を制御することにより、図１２（ｂ）の矢印で示すように、この液滴１１ の両凸レンズと液滴１２ の両凹レンズを独立に円筒体２０の中心軸方向に位置調節することができる。このようにすることで、焦点距離可変レンズ系（ズームレンズ系）を構成することができる。なお、図１２（ｂ）中の符号２２は、円筒体２０の側面に設けられた通気孔であり、液滴１１ と液滴１２ で挟まれた空間の体積変化に応じて外気を自由に導入排出するためのものである。
【００４５】
図１３（ａ）、（ｂ）は、図１１の形態の液体移動手段の別の適用例を示す図である。図１３（ａ）、（ｂ）何れの例においても、円筒体２０の内面で設けられた絶縁膜４（不図示）は、親水性のもので構成されている。この絶縁膜４は、分割電極３１ 〜３７ と、それらを結ぶ結線とを、全面で覆っている。そして、図１３（ａ）の場合は、円筒体２０の孔内に入れられた液滴１には、機械的な微小物体、分子生物学的なもの（例えば、ＤＮＡ）等の被移動物２５が吸着されている。あるいは、被移動物２５が付着、溶解、内包されている。また、図１３（ｂ）の場合は、円筒体２０の孔内に入れられた液滴１には、レンズ２６が吸着、付着あるいは内包されている。そして、分割電極群３に印加する印加電圧を制御することにより、何れの場合も、被移動物２５あるいはレンズ２６を、例えば点線位置から実線位置へ移動させることができる。
【００４６】
図１４は、液体移動手段で移動される液滴１の位置を、モニターする形態の１例を示す図である。ここでは、図８の２次元方向の任意の方向へ移動可能な液体移動手段において、液滴１の位置をモニターする機構を示す。図１４（ａ）の斜視図に示すように、基板８の上には分割電極群３が２次元の碁盤の目状に配置されている。それそれの分割電極は、行方向に分割電極３１１〜３１ｍ、３２１〜３２ｍ、・・・・、３ｎ１〜３ｎｍが配置されている。そして、その上全面を、図１４（ｂ）に示すように、絶縁膜４で覆っている。そして、その絶縁膜４上に微小な隙間９が設けられている。この隙間９を挟んで、下面に共通電極膜２を設けた基板７が配置されている。そして、隙間９には、液滴１が共通電極膜２と絶縁膜４とに接して孤立するように入れられている。そして、基板７、共通電極膜２、分割電極群３、基板８はこの例の場合全て透明に構成されている。
【００４７】
そして、このような液体移動手段の基板８の外側には、基板８と平行に、受光素子群３２が配置されている。受光素子群３２は基板３１上に設けられている。そして、碁盤の目状に配置された受光素子３２１１〜３２１ｍ、３２２１〜３２２ｍ、・・・・、３２ｎ１〜３２ｎｍからなるＣＣＤ等を有する。この光素子３２１１〜３２１ｍ、３２２１〜３２２ｍ、・・・・、３２ｎ１〜３２ｎｍは、凸レンズ形状をした液滴１の集光位置近傍（焦点面近傍）に配置されている。また、受光素子３２１１〜３２１ｍ、３２２１〜３２２ｍ、・・・・、３２ｎ１〜３２ｎｍの各々は、分割電極３１１〜３１ｍ、３２１〜３２ｍ、・・・・、３ｎ１〜３ｎｍに対応した位置に配置されている。
【００４８】
このような構成であるので、共通電極膜２を設けた基板７側から全面に例えば平行光３０を照射する。この状態で、制御装置１０により分割電極群３に印加する印加電圧を制御し、液滴１を所定の方向へ移動させる。すると、液滴１が存在する位置では、その位置に入射する平行光３０の成分は、対応する位置の受光素子３２１１〜３２１ｍ、３２２１〜３２２ｍ、・・・・、３２ｎ１〜３２ｎｍに集光される。例えば、液滴１が図１４（ｂ）の破線位置（符号１’）にあるときは、受光素子群３２からは図１４（ｃ）に破線で示すような受光強度と位置関係の信号が得られる。一方、液滴１が図１４（ｂ）の実線位置（符号１）にあるときは、受光素子群３２からは図１４（ｃ）に実線で示すような受光強度と位置関係の信号が得られる。このように、その信号のピーク位置で、液滴１の位置がモニターできる。したがって、そのモニター信号を制御装置１０へフィードバックすることにより、液滴１のより正確な位置制御が可能になる。あるいは、このような信号のピーク位置を表示装置上に表示することにより、微小な液滴１の位置を明確に表示することができる。なお、液滴１が図１０の場合のように断面が両凹レンズ状の場合にも、例えば平行光３０を照射すると、その周囲の境界で入射光が散乱反射される。よって、受光強度と位置関係の信号にはその境界を示す変化が生じる。その結果、信号処理により液滴１の位置がモニターできる。
【００４９】
以上、本発明の液体移動手段をその原理と実施形態、実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施形態、実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００５０】
［１］ 電解質からなる液滴に接触した第１電極と、前記液滴に対して絶縁層を挟んで複数の並列配置された第２電極と、前記第１電極に対して前記複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記液滴を前記絶縁層に沿って移動させるように、前記複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御可能に構成されていることを特徴とする液体移動手段。
【００５１】
［２］ 前記複数の並列配置された第２電極は、１列に列に沿って並列配置されていることを特徴とする［１］記載の液体移動手段。
【００５２】
［３］ 前記複数の並列配置された第２電極は、１列から途中で複数の列になるように列に沿って並列配置されていることを特徴とする［１］記載の液体移動手段。
【００５３】
［４］ 前記複数の並列配置された第２電極は、２次元的に並列配置されていることを特徴とする［１］記載の液体移動手段。
【００５４】
［５］ 前記複数の並列配置された第２電極は、基板表面に設けられた溝に沿ってその溝内に並列配置されていることを特徴とする［２］又は［３］記載の液体移動手段。
【００５５】
［６］ 前記第１電極は前記液滴に対して前記絶縁層とは反対側に配置されていることを特徴とする［１］から［５］の何れか１項記載の記載の液体移動手段。
【００５６】
［７］ 前記第１電極は膜状の電極からなることを特徴とする［６］記載の記載の液体移動手段。
【００５７】
［８］ 前記第１電極は、前記絶縁層に対して前記複数の並列配置された第２電極とは反対側に配置されており、かつ、前記液滴に対して同じ側に配置されていることを特徴とする［１］から［５］の何れか１項記載の記載の液体移動手段。
【００５８】
［９］ 前記第１電極は線状の電極からなることを特徴とする［８］記載の記載の液体移動手段。
【００５９】
［１０］ 前記複数の並列配置された第２電極は管状体の内面にその軸に沿って並列配置されていることを特徴とする［８］又は［９］記載の液体移動手段。
【００６０】
［１１］ 前記液滴が複数個同時に存在することを特徴とする［１］から［１０］の何れか１項記載の記載の液体移動手段。
【００６１】
［１２］ 前記液滴がレンズ作用をすることを特徴とする［１］から［１１］の何れか１項記載の記載の液体移動手段。
【００６２】
［１３］ 前記液滴には被移動物が吸着、付着、溶解あるいは内包されていることを特徴とする［１］から［１１］の何れか１項記載の記載の液体移動手段。
【００６３】
［１４］ 少なくとも前記液滴と前記絶縁層と前記複数の並列配置された第２電極とを通して照明光を照射する照明手段と、前記液滴で集光あるいは発散された光を受光する複数の並列配置された受光素子とを備え、前記受光素子で受光された受光強度信号から前記液滴の位置をモニターするように構成されていることを特徴とする［１］から［１３］の何れか１項記載の記載の液体移動手段。
【００６４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の液体移動手段によると、電解質からなる液滴に接触した第１電極と、その液滴に対して絶縁層を挟んで複数の並列配置された第２電極と、第１電極に対して複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御する制御手段とを有し、その制御手段は、液滴を絶縁層に沿って移動させるように、複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御可能に構成されているので、液滴の液体そのもの、あるいは、その液滴に溶解又は内包又は吸着又は付着している物を所定方向あるいは任意の方向に所定距離だけ移動又は振り分けることができる。
【００６５】
本発明の液体移動手段は、上記実施形態、実施例以外に、本発明を限定するものではないが、例えば、ディスプレイ、分析機器、マイクロマシン、光学装置、玩具等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体移動手段の原理を説明するための図であり、（ａ）は電圧の印加がない状態、（ｂ）は一部の分割電極に電圧を印加した状態、（ｃ）は電圧を印加する分割電極を移動させるて液滴を移動させた状態を示す図である。
【図２】本発明の液体移動手段を具体的に構成する場合の１つの形態を説明するための透視斜視図である。
【図３】図２のＶ溝に設ける分割電極群の形状の１例を示す平面図である。
【図４】図２のＶ溝に設ける分割電極群の形状の変形例であって一方向に液滴を移動させる例の平面図であり、（ａ）は１つの形状を、（ｂ）は他の形状を示す図である。
【図５】図２のＶ溝に設ける分割電極群の形状の変形例であって両方向に液滴を移動させる例の平面図であり、（ａ）は１つの形状を、（ｂ）は他の形状を示す図である。
【図６】本発明の液体移動手段の別の形態を説明するための図２と同様の透視斜視図である。
【図７】図６の分岐点を介して１個のＶ溝から２つのＶ溝へ液滴をガイドして振り分けるための分割電極群の例を示す平面図（ａ）と、液滴を一方のＶ溝へ振り分ける場合に電圧を印加する分割電極を示す図（ｂ）である。
【図８】液滴を２次元方向の任意の方向へ移動可能な１つの形態の斜視図である。
【図９】液滴を２次元方向の任意の方向へ移動可能な別の形態の平面図である。
【図１０】共通電極膜を親水性のもので構成した場合に電圧を印加する分割電極を移動させるて液滴を移動させた状態を示す図である。
【図１１】液滴をパイプの孔に沿って前後に移動させる形態の透視斜視図である。
【図１２】図１１の形態の液体移動手段の適用例を示す図であり、（ａ）は液滴からなる両凹レンズの焦点調節に用いる例、（ｂ）は液滴の両凸レンズと別の液滴の両凹レンズからなる焦点距離可変レンズ系を構成する例を示す図である。
【図１３】図１１の形態の液体移動手段の別の適用例を示す図であり、（ａ）は液滴に被移動物を吸着、付着、溶解、内包させて移動させる例、（ｂ）はレンズを吸着、付着、内包させて移動させる例を示す図である。
【図１４】本発明の液体移動手段で移動される液滴の位置をモニターする形態の１例を示す図であり、（ａ）は全体の斜視図、（ｂ）は一部断面図、（ｃ）は信号波形図である。
【符号の説明】
１、１’、１１ 、１２ …液滴
２…共通電極膜
２’…共通電極
３…分割電極群
３１ 〜３８ 、３３１〜３１０１ 、３３２〜３１０２ 、３１１〜３１ｍ、３２１〜３２ｍ、・・・・、３ｎ１〜３ｎｍ…分割電極
３’…分割電極の突起部分
４…絶縁膜
５…直流電源
６…スイッチ群
６１ 〜６７ …スイッチ
７、８…基板
９…間隔
１０…制御装置
１１、１１１ 、１１２ …Ｖ溝
１１０ …Ｖ溝の分岐点
１２、１３…Ｖ溝の斜面
１４…天井
１５…Ｖ溝の稜線
２０…円筒体（パイプ）
２１…弧状の分割電極の端部間の隙間
２２…通気孔
２５…被移動物
２６…レンズ
３０…平行光
３１…基板
３２…受光素子群
３２１１〜３２１ｍ、３２２１〜３２２ｍ、・・・・、３２ｎ１〜３２ｎｍ…受光素子
Claims (3)
- 電解質からなる液滴に接触した第１電極と、前記液滴に対して絶縁層を挟んで複数の並列配置された第２電極と、前記第１電極に対して前記複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記液滴を前記絶縁層に沿って移動させるように、前記複数の並列配置された第２電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御可能に構成されていることを特徴とする液体移動手段。
- 前記複数の並列配置された第２電極は、１列に列に沿って並列配置されていることを特徴とする請求項１記載の液体移動手段。
- 前記複数の並列配置された第２電極は、１列から途中で複数の列になるように列に沿って並列配置されていることを特徴とする請求項１記載の液体移動手段。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060801 |