JP2016093002A - Fluid apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電圧印加により電気流体力学(Electrohydrodynamic、略してEHD)現象を示すEHD流体を流動させる流体装置に関し、特に発熱体を冷却するための流体装置に関する。 The present invention relates to a fluid device that flows an EHD fluid exhibiting an electrohydrodynamic (EHD) phenomenon by applying a voltage, and more particularly to a fluid device for cooling a heating element.
従来より、この種の流体装置としては、たとえば特許文献1に記載のものが提案されている。このものは、EHD流体の1種である電界共役流体(Electric Contigurate Fluid、略してECF)効果によって流動するECFを流動させる流体装置である。
Conventionally, as this type of fluidic device, for example, the one described in
具体的には、このものは、ECFを密封して収容する薄型形状の流体収容部を備え、この流体収容部の底面および上面のいずれか一方に、電圧印加によってECFのジェット噴流を形成する少なくとも1対の電極を設けてなる。 Specifically, this includes a thin fluid container that hermetically seals and stores the ECF, and at least forms a jet jet of the ECF by applying a voltage to either the bottom surface or the top surface of the fluid container. A pair of electrodes is provided.
この構成では、流体収容部における底面または上面は、ECFの流路を区画する面であり、流路の外側に設けられた半導体チップ等を含む発熱体からの熱が伝熱され、ECF流体に放熱される伝熱面とされている。そして、このものでは、これら流路内における底面および上面のうちの一方の面に1対の電極、すなわち正電極と負電極(GND電極も含む)となる第1の電極および第2の電極を形成している。 In this configuration, the bottom surface or the top surface of the fluid container is a surface that partitions the ECF flow path, and heat from a heating element including a semiconductor chip or the like provided outside the flow path is transferred to the ECF fluid. The heat transfer surface is radiated. In this device, a pair of electrodes, that is, a first electrode and a second electrode, which are a positive electrode and a negative electrode (including a GND electrode), are provided on one of the bottom surface and the top surface in these flow paths. Forming.
しかしながら、上記従来の場合、流路内の同一の伝熱面に第1の電極および第2の電極の両電極を形成するため、伝熱面にはこれら両電極を絶縁するための絶縁部を設ける必要があり、伝熱面における熱抵抗の増加やコストの増加が生じるおそれがある。 However, in the above conventional case, both the first electrode and the second electrode are formed on the same heat transfer surface in the flow path. Therefore, the heat transfer surface is provided with an insulating portion for insulating both the electrodes. It is necessary to provide the heat transfer surface, and there is a risk that an increase in thermal resistance and an increase in cost may occur.
また、当該両電極は、エッチング等の加工により形成されるものであるが、上記従来では、これら両電極を1つの基板の同一面に形成するため、加工上、当該両電極における電極間距離を小さくすることが困難、あるいは、電極高さを大きくすることが困難である。そのため、従来では、電極間距離を小さくしたり、電極高さを大きくしたりすることで、両電極間の電界を大きくし、EHD流体の流量向上を図ることが、困難となる。 In addition, the electrodes are formed by processing such as etching. However, in the above-described conventional method, both electrodes are formed on the same surface of one substrate. It is difficult to reduce the size, or it is difficult to increase the electrode height. For this reason, conventionally, it is difficult to increase the electric field between the two electrodes and improve the flow rate of the EHD fluid by reducing the distance between the electrodes or increasing the electrode height.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、EHD流体が流れる流路内の伝熱面の熱抵抗の増加を抑制しつつ、流路内に配置される第1の電極および第2の電極の両電極における電極間距離を広く加工し、あるいは電極高さを高く加工するのに適した流体装置を実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and the first electrode and the second electrode disposed in the flow path while suppressing an increase in the thermal resistance of the heat transfer surface in the flow path through which the EHD fluid flows. It is an object of the present invention to realize a fluid device suitable for processing a wide distance between electrodes in both electrodes or processing a high electrode height.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、EHD効果によって流動するEHD流体(41)が流れる流路(40)と、流路内に設けられた第1の電極(50)および第2の電極(60)と、を備え、第1の電極と第2の電極との間に電圧を印加することにより、流路内にてEHD流体を流動させる流体装置であって、以下の点を特徴とするものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention described in
・ともに導電性材料よりなる板材であり、互いに電気的に独立した第1の電極基板(10)および第2の電極基板(20)を備え、第1の電極基板の一面(11)と第2の電極基板の一面(21)とが離間して対向するように第1の電極基板と第2の電極基板とが積層されて、当該両一面の間隔が前記流路として構成されていること。 Both are plate members made of a conductive material, and include a first electrode substrate (10) and a second electrode substrate (20) that are electrically independent from each other, and one surface (11) of the first electrode substrate and the second electrode substrate (2). The first electrode substrate and the second electrode substrate are laminated so that one surface (21) of the electrode substrate is spaced apart and opposed to each other, and an interval between the both surfaces is configured as the flow path.
・第1の電極は、第1の電極基板の一面にて、前記両一面の間隔よりも低い突出高さで突出して設けられており、第2の電極は第2の電極基板の一面のうち第1の電極と外れた部位にて、前記両一面の間隔よりも低い突出高さで突出して設けられており、流路内では、第1の電極における突出方向に沿った側面と第2の電極における突出方向に沿った側面との間に電圧が印加される電極間隔(d1)が構成されるように、第1の電極と第2の電極とが噛み合わされていること。 The first electrode is provided on one surface of the first electrode substrate so as to protrude at a protrusion height lower than the distance between the two surfaces, and the second electrode is formed on one surface of the second electrode substrate. The first electrode is protruded at a position away from the first surface at a protruding height lower than the distance between the two surfaces. In the flow path, the side surface along the protruding direction of the first electrode and the second electrode are provided. The first electrode and the second electrode are meshed so that an electrode interval (d1) to which a voltage is applied is formed between the side surfaces of the electrodes along the protruding direction.
・第1の電極基板における一面とは反対側の他面(12)および第2の電極基板における一面とは反対側の他面(22)のうちの少なくとも一方には、発熱体(30)が配置されており、発熱体は、EHD流体により冷却されるようになっていること。請求項1の発明は、これらの点を特徴としている。
A heating element (30) is provided on at least one of the other surface (12) opposite to the one surface of the first electrode substrate and the other surface (22) opposite to the one surface of the second electrode substrate. It must be placed and the heating element is cooled by EHD fluid. The invention of
それによれば、第1の電極、第2の電極の両電極をそれぞれ電気的に独立した第1の電極基板、第2の電極基板に別々に設けたので、従来の1個の電極基板に当該両電極を形成する場合のように、伝熱面を絶縁材料よりなるものとしなくてもよい。そのため、第1、第2の両電極基板は導電性材料よりなるものにでき、熱抵抗の低減、コストの低減が図れる。 According to this, since both the first electrode and the second electrode are separately provided on the first electrode substrate and the second electrode substrate which are electrically independent from each other, the conventional electrode substrate As in the case of forming both electrodes, the heat transfer surface does not have to be made of an insulating material. Therefore, both the first and second electrode substrates can be made of a conductive material, and the thermal resistance can be reduced and the cost can be reduced.
また、本発明では、第1の電極、第2の電極の両電極をそれぞれ別個の電極基板に形成し、互いの噛み合わせにより電極対を構成するので、これら両電極を1つの基板の同一面に形成する場合に比べて、加工上、両電極の電極間距離を広くすることができ、また、電極高さを高くすることができる。 Further, in the present invention, both the first electrode and the second electrode are formed on separate electrode substrates, and an electrode pair is formed by meshing each other. Compared to the case of forming the electrodes, the distance between the electrodes can be increased and the electrode height can be increased in terms of processing.
よって、本発明によれば、EHD流体が流れる流路内の伝熱面の熱抵抗の増加を抑制しつつ、流路内に配置される第1の電極および第2の電極の両電極における電極間距離を広く加工し、あるいは電極高さを高く加工するのに適した流体装置を実現することができる。 Therefore, according to the present invention, an electrode in both the first electrode and the second electrode disposed in the flow path while suppressing an increase in the thermal resistance of the heat transfer surface in the flow path through which the EHD fluid flows. It is possible to realize a fluid device suitable for processing a wide distance or processing a high electrode height.
また、流路内において両電極基板の一面のうちEHD流体の流れ方向と直交方向に位置する両端では、EHD流体の流れを起こす駆動力が作用しない電界領域が生じやすく、当該電界領域では、EHD流体の正規の流れに対する逆流が生じやすい。この逆流の問題を解決するべく、請求項2に記載の発明を創出するに至った。
In addition, an electric field region where a driving force that causes the flow of the EHD fluid does not act easily occurs at both ends of the surfaces of both electrode substrates that are orthogonal to the flow direction of the EHD fluid in the flow path. The backflow with respect to the normal flow of the fluid tends to occur. In order to solve the problem of the backflow, the present invention according to
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の流体装置において、第1の電極基板の一面および第2の電極基板の一面のうちいずれか一方の一面におけるEHD流体の流れ方向と直交方向に位置する両端には、EHD流体の逆流を防止する逆流防止壁(70)が設けられていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the fluid device according to the first aspect, a direction orthogonal to the flow direction of the EHD fluid on one surface of one surface of the first electrode substrate and one surface of the second electrode substrate. At both ends located at, a backflow prevention wall (70) for preventing backflow of EHD fluid is provided.
それによれば、上記請求項1に記載の流体装置の効果に加えて、さらにEHD流体の逆流を防止できるという効果が期待できる。 According to this, in addition to the effect of the fluid device according to the first aspect, the effect that the back flow of the EHD fluid can be further prevented can be expected.
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態にかかる流体装置について、図1〜図4を参照して述べる。この流体装置は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための装置として適用されるものである。具体的には、自動車ECUにおけるインバータ等の電力変換装置などに適用される。
(First embodiment)
A fluid device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This fluid device is mounted on a vehicle such as an automobile and is applied as a device for driving various electronic devices for the vehicle. Specifically, the present invention is applied to a power conversion device such as an inverter in an automobile ECU.
本実施形態の流体装置は、互いに電気的に独立して対向する第1の電極基板10および第2の電極基板20と、駆動時等に発熱する発熱体30と、を備えている。これら第1および第2の両電極基板10、20は、ともにCuやAl等の導電性材料よりなる板材により構成され、表裏の板面の一方を一面11、21、他方を他面12、22としている。
The fluidic device of this embodiment includes a
そして、第1の電極基板10の一面11と第2の電極基板20の一面21とが離間して対向するように、第1の電極基板10と第2の電極基板20とが積層されている。これにより、第1の電極基板10の一面11と第2の電極基板20の一面21との間隔が、EHD流体41が流れる流路40として構成されている。
Then, the
ここで、このように離間して対向する両電極基板10、20は、たとえばネジ締めやかしめ等により支持されて互いに固定されている。図示しないが、たとえば、両電極基板10、20の周囲には、流路40を封止するためのゴムや樹脂等の絶縁部材が設けられており、これによりEHD流体41の液漏れが無いようにしている。
Here, the two
また、EHD流体41は、外部のタンク等からポンプ等により流路40内に供給されるようになっている。なお、EHD流体41を外部から流路40に供給するものでなく、たとえば、流路40自体をEHD流体41が循環する形状、たとえば流路40の経路パターンを1つの環状のものとするようにしてもよい。
The
EHD流体41は、EHD効果によって流動するものであり、流路40内には、EHD流体41の流れの駆動力を発現するための第1の電極50および第2の電極60よりなる電極対50、60が、1個以上(ここでは複数個)設けられている。つまり、これら第1の電極50と第2の電極60との間に電圧を印加することにより、流路40内にて図1〜図3中の矢印に示される流体流れY1が発生し、EHD流体41が流動するようになっている。
The
第1の電極50と第2の電極60に対する電力供給については、各電極基板10、20に接続された図示しない外部電源により行える。また、発熱体30からの電位を利用することによって当該電力供給を行うようにしてもよい。
The power supply to the
ここで、第1の電極50は、第1の電極基板10の一面11にて、両電極基板10、20の一面11、21の間隔よりも低い突出高さで突出して設けられている。また、第2の電極60は、第2の電極基板20の一面21のうち第1の電極50と外れた部位にて、両電極基板10、20の一面11、21の間隔よりも低い突出高さで突出して設けられている。
Here, the
これにより、流路40内にて、これら第1の電極50と第2の電極60とは、互いに接触することなく電気的に独立した状態で、噛み合わされている。そして、図2、図3に示されるように、第1の電極50における突出方向に沿った側面と第2の電極60における突出方向に沿った側面との間に電圧が印加される電極間隔d1が構成されている。
Thereby, in the
ここで、第1の電極50と第1の電極基板10とは、導電性材料であれば、同一の材質でもよいし、異種の材質でもよい。同一材質の場合、たとえば第1の電極基板10の一面11側に対してエッチングや切削等の加工を施すことにより、第1の電極50が形成される。
Here, the
また、異種材質の場合、第1の電極50と第1の電極基板10とは、ともに異種の導電性材料、たとえば異種金属とされるが、溶接、はんだ付け、金属接合等により第1の電極50と第1の電極基板10とを固定すればよい。
In the case of different materials, the
また、第2の電極60と第2の電極基板20とについても、同様に、導電性材料であれば、同一の材質でもよいし、異種の材質でもよく、これらの場合における具体的な第2の電極60の形成方法についても、上記した第1の電極50の場合と同様である。
Similarly, the
このように、第1の電極50と第1の電極基板10、および、第2の電極60と第2の電極基板20については、それぞれ電極と基板とが、一体形成、もしくは別体のもの同士の接合により、電気的に接続されている。そのため、上述したように、各電極基板10、20を介して、図示しない外部電源からの電力供給、あるいは、発熱体からの電位を利用した電力供給が行われ、電極対に電圧が印加されるようになっている。
Thus, for the
また、本実施形態で用いられるEHD流体41は、電界が印加されるとEHD現象によって強電界側から弱電界側の方向に付勢されるEHD流体であり、たとえば、フロリナート系化合物等の通常のものが用いられる。また、たとえばEHD流体のうちでも、ECFを用いてもよい。
The
ECFとしては、例えば、特開2000−222072号公報、特開平11−125173号公報に記載のように、横軸が導電率σであり縦軸が粘度ηであって作動温度における流体の導電率σと粘度ηとの関係を示すグラフにおいて、導電率σ=4×10−10S/m、粘度η=1×100Pa・sで表される点P、導電率σ=4×10−10S/m、粘度η=1×10−4Pa・sで表される点Q、導電率σ=5×10−6S/m、粘度η=1×10−4Pa・sで表される点Rを頂点とする直角三角形の内部に位置する導電率σおよび粘度ηを有する化合物、または、当該三角形の内部に位置する導電率σおよび粘度η を有するように調製された二種類以上の化合物の混合物を用いることができる。例えば、デカン2酸ジブチル(dibutyldecane−dioate)を、ECFとして用いることができる。また、難燃性・不燃性の含ハロゲン(フッ素、塩素、臭素など)化液体をECFとして用いることができる。 As the ECF, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2000-2222072 and 11-125173, the horizontal axis is the conductivity σ, the vertical axis is the viscosity η, and the conductivity of the fluid at the operating temperature. In the graph showing the relationship between σ and viscosity η, conductivity σ = 4 × 10 −10 S / m, point P expressed by viscosity η = 1 × 100 Pa · s, conductivity σ = 4 × 10 −10 S / m , Point Q represented by viscosity η = 1 × 10 −4 Pa · s, conductivity R σ = 5 × 10 −6 S / m, point R represented by viscosity η = 1 × 10 −4 Pa · s It is possible to use a compound having conductivity σ and viscosity η located inside a right triangle or a mixture of two or more compounds prepared to have conductivity σ and viscosity η located inside the triangle. it can. For example, dibutyldecane-dioate can be used as the ECF. A flame-retardant / non-flammable halogen-containing liquid (fluorine, chlorine, bromine, etc.) can be used as the ECF.
また、図1に示されるように、本実施形態の流体装置においては、第1の電極基板10の他面12および第2の電極基板20の他面22にはそれぞれ、発熱体30が配置されている。なお、ここでは、流路40とは反対側である両電極基板10、20の他面12、22に、発熱体30が設けられているが、発熱体30の配置は、第1の電極50の他面12のみでもよいし、第2の電極基板20の他面22のみであってもよい。
Further, as shown in FIG. 1, in the fluid device of the present embodiment,
この発熱体30は、たとえば接着剤やはんだ等により、各電極基板10、20の他面12、22に接合されている。このような発熱体30としては、たとえばIGBT等のパワー素子を有するモールドパッケージや、パワー素子等を備えるベアチップ等などが挙げられる。
The
そして、流路40内に位置する各電極基板10、20の一面11、21を伝熱面として、発熱体30と流路40内を流れるEHD流体41との間で熱交換が行われることにより、発熱体30が冷却されるようになっている。
Then, heat exchange is performed between the
ここで、本実施形態の各電極50、60によるEHD流体41の駆動について、具体的に述べる。図2、図3に示されるように、第1の電極50は、突出方向から見た平面形状がEHD流体41の流体流れY1の方向に細くなる尖形電極であり、第2の電極60は、当該平面形状が、当該尖形電極における尖端に正対する位置にスリットを有するスリット電極である。
Here, the driving of the
上述のように、第1の電極50と第2の電極60とがEHD流体41に流れを起こす駆動力を発現するための電極対として構成されており、この電極対が両電極基板10、20間に複数個配置されている。個々の電極対間に電圧を印加することで、上記駆動力が発現され、図2、図3中に示されるEHD流体41の流体流れY1が起こるのである。なお、図3では、1個の電極対について流体流れY1を示しているが、その他の電極対も同様である。
As described above, the
これにより、電極対の各々で、第1の電極50および第2の電極60のうち一方が正電極(+極)になり他方が負電極(−極)となり、その結果、第1の電極50および第2の電極60間に電界が印加される。つまり、EHD流体41が収容、封入および充填された流路40内に電界が発生する。
Accordingly, in each of the electrode pairs, one of the
このようにして発生する電界は、尖形電極である第1の電極50とスリット電極である第2の電極60との形状の違いにより、不均一電界となる。より具体的には、両電極50、60が上記のような形状となっていることで、同じ電極対に属する両電極50、60では、尖形電極である第1の電極50側の電場の絶対値が大きくなり、スリット電極である第2の電極60側の電場の絶対値が小さくなる。
The electric field generated in this way becomes a non-uniform electric field due to the difference in shape between the
つまり、第1の電極50が強電界側の電極となり、第2の電極60が弱電界側の電極となる。これは、同じ電極対に属する両電極50、60のうち、尖形電極である第1の電極50が陽極になってスリット電極である第2の電極60が陰極になる場合も、尖形電極である第1の電極50が陰極になってスリット電極である第2の電極60が陽極になる場合も、同じである。
That is, the
このような不均一電界が発生すると、EHD現象により、EHD流体41を付勢する駆動力が発生する。この駆動力は、本実施形態のEHD流体41を、図2、図3中の流れY1に示されるように、電極対のうち強電界側の第1の電極50から弱電界側の第2の電極60の方向に付勢する。
When such a non-uniform electric field is generated, a driving force for energizing the
なお、EHD現象によりEHD流体41を強電界側の第1の電極50から弱電界側の第2の電極60に付勢するために、両電極50、60の極性をどのようにすべきかは、EHD流体41の種類によって異なる。
In order to urge the
ところで、本実施形態によれば、第1の電極50、第2の電極60の両電極50、60をそれぞれ電気的に独立した第1の電極基板10、第2の電極基板20に別々に設けている。そのため、上記従来における1個の電極基板に当該両電極を形成する場合のように、伝熱面である各電極基板10、20の一面11、21を絶縁材料よりなるものとしなくてもよい。そのため、第1、第2の両電極基板10、20は導電性材料よりなるものにでき、熱抵抗の低減、コストの低減が図れる。
By the way, according to this embodiment, both the
また、本実施形態では、両電極50、60をそれぞれ別個の電極基板10、20に形成し、互いの噛み合わせにより電極対を構成するので、これら両電極50、60を1つの基板の同一面に形成する場合に比べて、加工上、両電極50、60の電極間距離を広くすることができ、あるいは、電極高さを高くすることができる。
Further, in the present embodiment, both
よって、本実施形態によれば、EHD流体41が流れる流路40内の伝熱面の熱抵抗の増加を抑制しつつ、流路40内に配置される第1の電極50および第2の電極60の両電極50、60における電極間距離を広く加工する、あるいは電極高さを高く加工するのに適した流体装置が実現される。
Therefore, according to the present embodiment, the
また、図3、図4に示されるように、本実施形態の流体装置においては、第2の電極基板20の一面21におけるEHD流体41の流体流れY1の方向と直交方向に位置する両端には、EHD流体41の逆流Y2を防止する逆流防止壁70が設けられている。
Also, as shown in FIGS. 3 and 4, in the fluid device of the present embodiment, at both ends of the
ここでは、図3、図4に示されるように、逆流防止壁70は、第2の電極基板20の一面21の両端にて、流体流れY1方向に延びるように設けられている。ここでは、逆流防止壁70は、エッチング等により第2の電極60と一体に形成され、第2の電極60と同一材質且つ同一高さのものとして形成されている。
Here, as shown in FIGS. 3 and 4, the
これにより、第2の電極基板20の両端側に位置する第2の電極60と逆流防止壁70との間には隙間が無いものとされており、EHD流体41における流体流れY1とは反対の方向への流れ、すなわち逆流Y2が防止されるようになっている。
As a result, there is no gap between the
仮に、この逆流防止壁70が存在しない場合、第2の電極基板20の両端側に位置する第2の電極60のさらに外側のスペースを介して、図3中の破線矢印に示されるように、逆流Y2が生じやすい。しかし、本実施形態では、逆流防止壁70により逆流Y2が防止されるのである。
If this
なお、図3に示されるような尖形電極である第1の電極50とスリット電極である第2の電極60との場合、構造的に、逆流防止壁70は、スリット電極である第2の電極60側、すなわち第2の電極基板20の一面21側にしか形成できず、第1の電極基板10側には形成できない。
In the case of the
しかし、図5に示される他の例のように、たとえば、第1の電極50および第2の電極60をともに、断面菱形等の角柱あるいは円柱のような形状とした場合、第1の電極50側すなわち第1の電極基板10側に逆流防止壁70を形成することが可能である。つまり、この他の例の場合のように、両電極50、60の形状によっては、第1の電極基板および第2の電極基板のいずれか一方に逆流防止壁70を設けることができる。
However, as in another example shown in FIG. 5, for example, when both the
ここで、逆流防止壁70は、当該壁を設ける側の電極基板や電極と同一材質のものである場合、電極の突出高さと同一の高さを有するものとされる。これに対して、逆流防止壁70は、当該電極基板や電極と別材質の絶縁材料、たとえば塗布、硬化等により形成される樹脂等よりなるものであってもよい。この樹脂としては、たとえばポリイミドやエポキシ樹脂等が挙げられる。
Here, when the
このような絶縁性の逆流防止壁70とした場合、当該壁の高さは、電極と同一でもよいが、電極よりも高くして、両電極基板10、20間の間隔を規定するスペーサとして機能させるようにしてもよい。図6には、第2の電極基板20の一面21にて、第2の電極60とは異種材料の樹脂よりなる逆流防止壁70を形成した例が示されており、逆流防止壁70は、基板間隔と同等の高さとされて当該基板間隔を規定している。
When such an insulating
また、図7を参照して、図1における発熱体30の一具体例を述べておく。図7に示される発熱体30は、IGBTやMOSトランジスタなどのパワー素子等からなる発熱素子31をモールド樹脂32で封止してなるモールドパッケージとして構成されている。
A specific example of the
この発熱体30においては、リードフレーム33の一部もモールド樹脂32で封止され、モールド樹脂32内のインナーリードと発熱素子31との間でボンディングワイヤ34による接続がなされている。また、ここでは、発熱体30における電極基板10、20の他面12、22側の面は、モールド樹脂32より露出して電極基板10、20に接することで、冷却性を確保している。
In the
また、上記図2に示したように、本実施形態では、第1の電極50の突出先端部と第2の電極基板20の一面21との間、および、第2の電極60の突出先端部と第1の電極基板10の一面11との間において、ギャップを設けて、絶縁性を確保している。
Further, as shown in FIG. 2, in the present embodiment, between the protruding tip portion of the
これに対して、図8に示されるように、当該ギャップに、絶縁性の樹脂80を設けて、絶縁性を確保するようにしてもよい。この樹脂80としては、たとえば塗布、硬化などにより形成されたポリイミドやエポキシ樹脂などが挙げられる。
On the other hand, as shown in FIG. 8, an insulating
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態にかかる流体装置について、図9を参照して、上記第1実施形態との相違点を中心に述べることとする。上記第1実施形態では、発熱体30の片側のみに冷却機能を有する電極基板10、20が設けられており、発熱体30の放熱という点では、いわゆる一面放熱の形態とされていた。これに対して、本実施形態は、発熱体30の両側から放熱を行う、いわゆる両面放熱の形態を提供するものである。
(Second Embodiment)
The fluid device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9, focusing on the differences from the first embodiment. In the first embodiment, the
図9に示されるように、本実施形態においては、第1の電極50を有する第1の電極基板10と、第2の電極60を有し第1の電極基板10に対向する第2の電極基板20との組を1つの基板ユニット1とする。この基板ユニット1は、構成、作動ともに、上記各実施形態に示した両電極基板10、20、両電極50、60、流路40と同様のものである。
As shown in FIG. 9, in the present embodiment, the
そして、基板ユニット1は2個備えられており、2個の基板ユニット1は、発熱体30の一側(図9中の下側)および当該一側と反対側の他側(図9中の上側)とに分けて配置されている。これにより、発熱体30の一側の基板ユニット1、発熱体30、発熱体30の他側の基板ユニット1が積層されて、積層体2が構成されている。各基板ユニット1と発熱体30との間は、はんだ等や接着剤等により固定されている。
Two
こうして、本実施形態によれば、発熱体30の一側および他側からEHD流体41による冷却が行われることで、両面放熱が可能となっている。ここで、発熱体30は、特に限定しないが、図9では、両面放熱に適したモールドパッケージの構成としている。
Thus, according to the present embodiment, both-side heat dissipation is possible by cooling with the
具体的には、図9に示されるように、モールド樹脂32内部の発熱素子31の一面側は、一側の基板ユニット1における第2の電極基板20の他面22に対し、はんだ等を介して接続されている。一方、発熱素子31の他面側は、他側の基板ユニット1における第1の電極基板10の他面12に対し、金属ブロック35およびはんだ等を介して接続されている。
Specifically, as shown in FIG. 9, one surface side of the
この金属ブロック35は、モールド樹脂32内にてリードフレーム33と発熱素子31との間で形成されるボンディングワイヤ34のループ高さを確保するためのスペーサ機能を果たすものである。金属ブロック35は、たとえばCu等よりなるものとされる。
The
こうして、本実施形態の発熱体30は、発熱素子31の両面にて基板ユニット1に熱的に接続されたものとなり、両面放熱がなされるようになっている。また、この場合、発熱素子31が、表裏で電気極性が逆となるものである場合、発熱素子31の両面で接続される各電極基板10、20の極性を互いに陽極と陰極とすることができる。そして、この場合、発熱体30の一側および他側の各基板ユニット1における極性は、発熱素子31の極性に適宜対応させればよい。
Thus, the
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態にかかる流体装置について、図10を参照して述べる。本実施形態は、上記第2実施形態における積層体2を複数個、直列に積層したものである。
(Third embodiment)
A fluid device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a plurality of
ここで、図10に示されるように、隣り合う積層体2同士において、一方の積層体2の発熱体30と他方の積層体2の発熱体30との間に位置する基板ユニット1は、当該隣り合う積層体2同士で共用されている。
Here, as shown in FIG. 10, in the
つまり、1個の基板ユニット1における第1の電極基板10の他面12には、一方の積層体2の発熱体30が接続され、第2の電極基板20の他面22には、他方の積層体2の発熱体30が接続されている。たとえば、インバータを構成するIGBTは複数個必要であるが、このような積層構造とすれば、小型化が図れる。
In other words, the
また、この場合、実際には、第1の電極基板10、発熱体30、第2の電極基板20が順に積層された積層体がモールド樹脂32で一体化されることで1つのパッケージ単位とされている。そして、本実施形態の構成は、このパッケージ単位を複数個積層することにより、形成される。
In this case, actually, a laminated body in which the
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態にかかる流体装置について、図11、図12を参照して述べる。本実施形態は、上記第1実施形態に示した電極対としての両電極50、60の形状のバリエーションを提供するものである。
(Fourth embodiment)
A fluid device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment provides variations in the shapes of both
上記第1実施形態では、第1の電極50は、尖端が線である尖形電極であったが、本実施形態では、第1の電極50は、尖端が点である尖り部51を有するものとされている。ここで、尖り部51は、円錐または角錐などの錐体形状をなしている。
In the first embodiment, the
また、第1の電極50には、EHD流体41を流れY1方向に通過させるための貫通穴52が適宜設けられている。そして、第2の電極60は、尖り部51の尖端に正対する位置にスリット61を有するスリット電極とされている。
Further, the
そして、EHD流体41は、尖り部51の尖端から第2の電極60に向かう電界により、第2の電極60のスリット61を通って流れる。本実施形態では、第1の電極50の尖り部51の尖端を点とすることで、尖端が線である場合に比べて、より強い不均一電界を発生させることが可能となる。
Then, the
(他の実施形態)
なお、逆流防止壁70が無い場合でも、逆流の可能性が低いような場合には、逆流防止壁70を省略した構成であってもよい。
(Other embodiments)
Even when there is no
また、電極対を構成する第1の電極50および第2の電極60の形状については、EHD流体41に流れを起こす駆動力を発現できるものであればよく、上記各実施形態に示したものに限定するものではない。たとえば、両電極50、60が互いに櫛歯状に噛み合った構成のものであってもよい。
Further, the shape of the
また、流路40内に設けられた両電極50、60よりなる電極対は、EHD流体41に流れを起こす駆動力を発現するポンプとして機能するが、流路40の外に、EHD流体41に流れを発生させる外部ポンプを電極対以外に有するものであってもよい。この外部ポンプは、たとえば通常の液体流動用の電動式ポンプ等とすることができ、このとき、電極対は、流路40内における流体流れを調整する補助的なポンプとして機能するようにすればよい。
In addition, the electrode pair including both
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope described in the claims. The above embodiments are not irrelevant to each other, and can be combined as appropriate unless the combination is clearly impossible, and the above embodiments are not limited to the illustrated examples. Absent. In each of the above-described embodiments, it is needless to say that elements constituting the embodiment are not necessarily essential unless explicitly stated as essential and clearly considered essential in principle. Yes. Further, in each of the above embodiments, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, range, etc. of the constituent elements of the embodiment are mentioned, it is clearly limited to a specific number when clearly indicated as essential and in principle. The number is not limited to the specific number except for the case. Further, in each of the above embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of the component, etc., the shape, unless otherwise specified and in principle limited to a specific shape, positional relationship, etc. It is not limited to the positional relationship or the like.
10 第1の電極基板
11 第1の電極基板の一面
12 第1の電極基板の他面
20 第2の電極基板
21 第2の電極基板の一面
22 第2の電極基板の他面
30 発熱体
40 流路
50 第1の電極
60 第2の電極
70 逆流防止壁70
d1 第1の電極と第2の電極との電極間隔
DESCRIPTION OF
d1 Electrode interval between the first electrode and the second electrode
Claims (4)
前記流路内に設けられた第1の電極(50)および第2の電極(60)と、を備え、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に電圧を印加することにより、前記流路内にて前記EHD流体を流動させる流体装置であって、
ともに導電性材料よりなる板材であり、互いに電気的に独立した第1の電極基板(10)および第2の電極基板(20)を備え、
前記第1の電極基板の一面(11)と前記第2の電極基板の一面(21)とが離間して対向するように前記第1の電極基板と前記第2の電極基板とが積層されて、当該両一面の間隔が前記流路として構成されており、
前記第1の電極は、前記第1の電極基板の一面にて、前記両一面の間隔よりも低い突出高さで突出して設けられており、
前記第2の電極は前記第2の電極基板の一面のうち前記第1の電極と外れた部位にて、前記両一面の間隔よりも低い突出高さで突出して設けられており、
前記流路内では、前記第1の電極における突出方向に沿った側面と前記第2の電極における突出方向に沿った側面との間に前記電圧が印加される電極間隔(d1)が構成されるように、前記第1の電極と前記第2の電極とが噛み合わされており、
前記第1の電極基板における前記一面とは反対側の他面(12)および前記第2の電極基板における前記一面とは反対側の他面(22)のうちの少なくとも一方には、発熱体(30)が配置されており、
前記発熱体は、前記EHD流体により冷却されるようになっていることを特徴とする流体装置。 A flow path (40) through which an EHD fluid (41) flowing by the EHD effect flows;
A first electrode (50) and a second electrode (60) provided in the flow path,
A fluidic device that causes the EHD fluid to flow in the flow path by applying a voltage between the first electrode and the second electrode;
Both are plate materials made of a conductive material, and include a first electrode substrate (10) and a second electrode substrate (20) that are electrically independent from each other,
The first electrode substrate and the second electrode substrate are laminated so that the one surface (11) of the first electrode substrate and the one surface (21) of the second electrode substrate are spaced apart from each other. , The distance between the two surfaces is configured as the flow path,
The first electrode is provided on one surface of the first electrode substrate so as to protrude at a protrusion height lower than the distance between the two surfaces.
The second electrode is provided at a portion of the one surface of the second electrode substrate that is separated from the first electrode and projecting at a projecting height lower than the distance between the two surfaces.
In the flow path, an electrode interval (d1) to which the voltage is applied is formed between a side surface along the protruding direction of the first electrode and a side surface along the protruding direction of the second electrode. As described above, the first electrode and the second electrode are meshed,
At least one of the other surface (12) opposite to the one surface of the first electrode substrate and the other surface (22) opposite to the one surface of the second electrode substrate has a heating element ( 30) is arranged,
The fluid device, wherein the heating element is cooled by the EHD fluid.
2個の前記基板ユニットを、前記発熱体の一側および当該一側と反対側の他側とに分けて配置することにより、前記発熱体の一側の前記基板ユニット、前記発熱体、前記発熱体の他側の前記基板ユニットが積層された積層体(2)を構成しており、
前記発熱体の一側および他側から前記EHD流体による冷却が行われるようになっていることを特徴とする請求項1または2に記載の流体装置。 A set of the first electrode substrate having the first electrode and the second electrode substrate having the second electrode and facing the first electrode substrate is a substrate unit (1). In this case, two board units are provided, and the two board units are arranged separately on one side of the heating element and the other side opposite to the one side, thereby It constitutes a laminate (2) in which the substrate unit on one side, the heating element, and the substrate unit on the other side of the heating element are laminated,
The fluid device according to claim 1 or 2, wherein cooling by the EHD fluid is performed from one side and the other side of the heating element.
隣り合う前記積層体同士において、一方の前記積層体の前記発熱体と他方の積層体の前記発熱体との間に位置する前記基板ユニットは、当該隣り合う前記積層体同士で共用されていることを特徴とする請求項3に記載の流体装置。 A plurality of the laminates are provided, and the plurality of laminates are stacked in series.
In the adjacent laminates, the substrate units located between the heating element of one of the laminates and the heating element of the other laminate are shared by the adjacent laminates. The fluidic device according to claim 3.
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