JP5505107B2 - 気体搬送装置 - Google Patents

Description

この発明は、電気的な制御によって気体を搬送させ、気流を生じさせる気体搬送装置に関するものである。

平行に配列された複数の線状電極に対して交番電圧を印加することにより、電極近傍に生じる不平等電界が起こす気体の密度変化を利用して気体を搬送する装置が特許文献１に開示されている。

また、３枚のスケルトン電極部材１１が空間１４を介在させて搬送方向にずらして積層されたスケルトン搬送部材を備えた現像装置が特許文献２に記載されている。図１は特許文献２のスケルトン搬送部材によるトナー搬送作用を示す図である。スケルトン搬送部材１においては、図１に示すように、電圧印加手段２によってｎ相（ここでは、３相）のパルス状電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを各スケルトン電極部材１１に印加することによって、進行波電界が形成されて、帯電したトナーＴが搬送方向に搬送される。

スケルトン搬送部材１は電極線１２が空間的に積層されスケルトン構造であるため、各スケルトン電極部材１１間の空間１４、１４もトナーの搬送空間となり、最上層のスケルトン電極部材１１の表面、最上層の下層のスケルトン電極部材１１との間の空間１４、及び、更に下層のスケルトン電極部材１１との間の空間１４を介して、トナーが搬送される。

国際公開第２００８／０９９５６９号パンフレット 特開２００６−３０８８０４号公報

特許文献１の気体搬送装置は、基板の表面に沿って一軸方向に気流が発生するだけであり、多軸方向のうち所定方向へ気流を発生させることができない。

また、特許文献２のトナー搬送装置においては、搬送されるのはトナーであり、しかも一方向に搬送されるだけである。

気体搬送装置は例えば電子機器内の回路基板や回路基板に実装されている半導体部品を空冷により冷却する装置として有効である。しかし、特許文献１のような従来の気体搬送装置では、気流を一方向に発生させるだけであるので、冷却装置として電子機器内に設ける際の設計上の自由度が低い。また、必要に応じて気流の方向を変えることは冷却効率を高める上で有効であるが、特許文献１のような従来の気体搬送装置では気流の方向を変更させるようなことは不可能である。

本発明の目的は、このような課題を解決して、互いに異なった複数の方向に気体を選択的に搬送させる気体搬送装置を提供することにある。

本発明の気体搬送装置は、互いに直交する（ｘ，ｙ，ｚ）座標系で、それぞれｙ軸方向に延び、ｙ軸に垂直な面（ｘｚ面）での断面視でｙ軸に垂直な面内（ｘｚ面内）方向で少なくとも二つの方向に等間隔で配列され、それぞれ誘電体により被覆された複数の線状電極と、
前記複数の線状電極に対して、前記ｙ軸に垂直な面内（ｘｚ面内）の所定方向に並ぶ線状電極に対して電圧が所定時間周期で変化する複数相の電圧パルスを周期的に繰り返し印加する電源と、
を備える。

この構成により、ｙ軸に垂直な面内（ｘｚ面内）方向の複数方向のうち所定方向へ気体を搬送することができる。

前記電圧パルスの立ち上がり時間は例えば１μｓ以下である。
前記複数の線状電極のうち互いに隣接する線状電極間の距離は例えば１．７μｍ乃至９０μｍの範囲内の値である。
前記電圧パルスは例えば３３０Ｖ乃至９５０Ｖの範囲内の値である。

前記電圧パルスの繰り返し周波数は例えば１ｋＨｚ乃至１ＭＨｚの範囲内の値である。

また、例えば前記複数の線状電極は、それらの線状電極のうち任意の線状電極から当該線状電極の周囲の隣接する複数の線状電極までの距離がそれぞれ等しい。この構成により、同じ電極間隔とした場合に、ｘｚ面における電極の配置密度を高くできる。

本発明によれば、多軸方向のうち所定方向へ気流を発生させ、気体を搬送することができる。

図１は特許文献２のスケルトン搬送部材によるトナー搬送作用を示す図である。 図２は第１の実施形態に係る気体搬送装置の配列電極部の斜視図である。 図３は図２に示したｙ軸に垂直な断面における線状電極の配置を示す図である。 図４は線状電極３０に印加される電圧パルスの波形図の一例である。 図５Ａは、図４に示したタイミングチャートにおける時間０＜ｔ＜（Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示す図である。 図５Ｂは、図４に示したタイミングチャートにおける時間（Ｔ／４）＜ｔ＜（２Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示す図である。 図５Ｃは、図４に示したタイミングチャートにおける時間（２Ｔ／４）＜ｔ＜（３Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示す図である。 図５Ｄは、図４に示したタイミングチャートにおける時間（３Ｔ／４）＜ｔ＜（４Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示す図である。 図６は前記線状電極Ｅ₁ ⁽¹⁾ 〜 Ｅ₄ ⁽¹⁾ 及びＥ₁ ⁽²⁾ 〜 Ｅ₄ ⁽²⁾ の８本の、ｘｚ面に平行な面での断面図である。 図７Ａは、隣接する線状電極間の作用領域Ｓ１２について、荷電粒子と気体分子の動きを示す図である。 図７Ｂは、隣接する線状電極間の作用領域Ｓ１２について、荷電粒子と気体分子の動きを示す図である。 実験用の基板及びそこに形成された線状電極の各部の寸法を示す図である。 図８Ａは、各電圧パルスの波形図である。 図８Ｂは、図８Ａに示した立ち上がり時間τを変化させたときの風速を測定した結果である。 図９は、図３に示した線状電極３０に印加される電圧パルスの波形図（タイミングチャート）の一例である。 図１０Ａは、図９に示したタイミングチャートにおける時間０＜ｔ＜（Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。 図１０Ｂは、図９に示したタイミングチャートにおける時間（Ｔ／４）＜ｔ＜（２Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。 図１０Ｃは、図９に示したタイミングチャートにおける時間（２Ｔ／４）＜ｔ＜（３Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。 図１０Ｄは、図９に示したタイミングチャートにおける時間（３Ｔ／４）＜ｔ＜（４Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。 図１１は、図３に示した線状電極３０に印加される電圧パルスの波形図（タイミングチャート）の一例である。 図１２Ａは、図１１に示したタイミングチャートにおける時間０＜ｔ＜（Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。 図１２Ｂは、図１１に示したタイミングチャートにおける時間（Ｔ／４）＜ｔ＜（２Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。 図１２Ｃは、図１１に示したタイミングチャートにおける時間（２Ｔ／４）＜ｔ＜（３Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。 図１２Ｄは、図１１に示したタイミングチャートにおける時間（３Ｔ／４）＜ｔ＜（４Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。 図１３は気体搬送装置２０１のブロック図である。 図１４は周期パルス電源部１１０の内部の構成を表したブロック図である。 図１５は電圧パターンテーブル１１６の内容の例である。 図１６は第２の実施形態に係る冷却装置３０１の概略構成図である。 図１７は、配列電極部１２０を構成する単位構造Ｕ(j)の斜視図である。 図１８は二つの単位構造を左右に配置した状態を示している。 図１９は４つの単位構造を備えるとともに、絶縁性支持板に接続配線を設けた例を示す斜視図である。 図２０Ａは、図１９におけるＡ−１面をｙ軸の負の側から正の方向に見た平面図である。 図２０Ｂは、図１９におけるＡ−２面をｙ軸の負の側から正の方向に見た平面図である。 図２０Ｃは、図１９におけるＢ−２面面をｙ軸の負の側から正の方向に見た平面図である。 図２０Ｄは、図１９におけるＢ−１面をｙ軸の負の側から正の方向に見た平面図である。 図２１は、線状電極Ｅ₁ ⁽¹⁾とＥ₉ ⁽¹⁾との双方の中心を通る断面図である。 図２２Ａは第４の実施形態に係る気体搬送装置の線状電極の配置例を示す図である。 図２２Ｂは第４の実施形態に係る気体搬送装置の線状電極の配置例を示す図である。

《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態に係る気体搬送装置の配列電極部の斜視図である。この図２に表れているように、ｙ軸に垂直な二つの面上に絶縁性支持板２１，２２がそれぞれ配置され、これを支持材としてｙ軸方向に複数の線状電極３０が配置されている。各線状電極３０の表面には誘電体層が形成されている。

図３は、図２に示したｙ軸に垂直な断面における線状電極の配置を示す図である。複数の線状電極３０の各線状電極を区別するために、図３においては、Ｅ₁ ⁽¹⁾ 〜 Ｅ₁₆ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁ ⁽²⁾ 〜 Ｅ₁₆ ⁽²⁾ ，Ｅ₁ ⁽³⁾ 〜 Ｅ₁₆ ⁽³⁾ ，Ｅ₁ ⁽⁴⁾ 〜 Ｅ₁₆ ⁽⁴⁾ の符号を付与している。これらの線状電極３０のうち任意の線状電極からその周囲の隣接する６本の線状電極までの距離がそれぞれ等しい。例えば、線状電極Ｅ₁ ⁽⁴⁾ に着目すると、この線状電極Ｅ₁ ⁽⁴⁾ から６本の線状電極Ｅ₁₆ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₃ ⁽²⁾ ，Ｅ₂ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₅ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₈ ⁽³⁾ ，Ｅ₄ ⁽³⁾ までの距離はそれぞれ等しい。

図４は前記線状電極３０に印加される電圧パルスの波形図（タイミングチャート）の一例である。図４において、電圧Ｖ₁〜Ｖ₁₆ の添え字は、図３に示した線状電極に付した符号の下付添え字に対応する。したがって、Ｅ₁ ⁽¹⁾ ，Ｅ₅ ⁽¹⁾ ，Ｅ₉ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₃ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁ ⁽²⁾ ，Ｅ₅ ⁽²⁾ ，Ｅ₉ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₃ ⁽²⁾ ，Ｅ₁ ⁽³⁾ ，Ｅ₅ ⁽³⁾ ，Ｅ₉ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₃ ⁽³⁾ ，Ｅ₁ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₅ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₉ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₁₃ ⁽⁴⁾ に同電位の電圧が印加される。また、Ｅ₂ ⁽¹⁾ ，Ｅ₆ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₀ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₄ ⁽¹⁾ ，Ｅ₂ ⁽²⁾ ，Ｅ₆ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₀ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₄ ⁽²⁾ ，Ｅ₂ ⁽³⁾ ，Ｅ₆ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₀ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₄ ⁽³⁾ ，Ｅ₂ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₆ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₁₀ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₁₄ ⁽⁴⁾ に同電位の電圧が印加される。また、Ｅ₃ ⁽¹⁾ ，Ｅ₇ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₁ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₅ ⁽¹⁾ ，Ｅ₃ ⁽²⁾ ，Ｅ₇ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₁ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₅ ⁽²⁾ ，Ｅ₃ ⁽³⁾ ，Ｅ₇ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₁ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₅ ⁽³⁾ ，Ｅ₃ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₇ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₁₁ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₁₅ ⁽⁴⁾ に同電位の電圧が印加される。また、Ｅ₄ ⁽¹⁾ ，Ｅ₈ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₂ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₆ ⁽¹⁾ ，Ｅ₄ ⁽²⁾ ，Ｅ₈ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₂ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₆ ⁽²⁾ ，Ｅ₄ ⁽³⁾ ，Ｅ₈ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₂ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₆ ⁽³⁾ ，Ｅ₄ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₈ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₁₂ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₁₆ ⁽⁴⁾ に同電位の電圧が印加される。

このように複数の線状電極３０に対して、電圧が周期Ｔで変化する４相の電圧パルスを印加する。

図５Ａは、図４に示したタイミングチャートにおける時間０＜ｔ＜（Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。図５Ｂは時間（Ｔ／４）＜ｔ＜（２Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。図５Ｃは時間（２Ｔ／４）＜ｔ＜（３Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。図５Ｄは時間（３Ｔ／４）＜ｔ＜（４Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。

図５Ａ〜図５Ｄにおいて、破線の円は、その円で囲んだ線状電極に電圧が印加されている状態を表している。このように、複数の線状電極に対して、ｙ軸に垂直な面内（ｘｚ面内）でｘ方向に並ぶ線状電極に対して電圧が周期Ｔで変化する４相の電圧パルスを印加する。このことにより、ｘ軸方向に気流が生じる。

図８Ａは、各電圧パルスの波形図である。図８Ａにおいて、パルス立ち上がり時間τを、ピーク電圧Ｖの２０％から８０％へ至るまでの時間として定義する。このパルス立ち上がり時間τが１μｓ（マイクロ秒）以下となるように構成する。

気流の発生機構については十分には解明できていないが、次の（ａ）から（ｄ）の過程が関与していると推測している。

（ａ）各電圧パルスの立ち上りにおいて、電極間の電界が急峻に増大することにより、放電が生じる。この放電により、電極間の空気分子が電離し、荷電粒子が発生する。
（ｂ）（ａ）および後述の（ｄ）に由来する荷電粒子は電界から力を受け、電界の方向に沿って加速される。
（ｃ）加速された荷電粒子は、電離していない他の空気分子と衝突し、運動量を与える。
（ｄ）荷電粒子は電極近傍の絶縁体皮膜上に付着する。

上記の作用を、図６、図７Ａ、図７Ｂを用いて補足説明を行う。
図６は前記線状電極Ｅ₁ ⁽¹⁾ 〜 Ｅ₄ ⁽¹⁾ 及びＥ₁ ⁽²⁾ 〜 Ｅ₄ ⁽²⁾ の８本の、ｘｚ面に平行な面での断面図である。上記過程（ａ）において、例えば図４に示した電圧Ｖ₁の立ち上がりの時刻ｔ１においては、図６中の領域Ｓ₄₁およびＳ₁₂において電界が急峻に増大するため放電が生じると考えられる。

ここで、上記過程（ａ）における放電は、誘電体バリア放電であると考えられる。誘電体バリア放電は、電極が誘電体により被覆されている場合に生じる放電である。この誘電体バリア放電においては、放電により生じた荷電粒子は、電界から受けるクーロン力により電極へ向かうが、電極が誘電体により被覆されているため、電極に到達できず電荷を保持したまま誘電体表面へ付着し留まる。この誘電体表面に付着した荷電粒子は、電極が作り出す電界とは逆向きの電界を生じる。一定量の荷電粒子が発生し付着した時点で電極間の電界は十分小さくなり、放電は短時間で停止する。このため、放電がアーク放電などの破壊的な放電に至らず、また、発生する電荷量が一定量に制約されるという利点を持つ。

また、上記過程（ｂ）および（ｃ）において、図７Ａに模式的に示すように、荷電粒子が生じ、電界により加速され、電離していない空気分子と衝突すると考えられる。ここで、荷電粒子は主に空気中の窒素分子が電離した一価の正イオンと電子であると考えられる。

また、上記過程（ｄ）において、図７Ｂに模式的に示すように、電極のほうへ引き寄せられた荷電粒子は電極付近の絶縁体皮膜上に付着し留まると考えられる。

なお、以上の説明においては、空気が搬送される方向が＋ｘ方向と−ｘ方向のいずれであるのかは定まらない。しかし、実際には、上記過程（ａ）から（ｄ）の少なくとも一つの過程において、＋ｘ方向と−ｘ方向とに関する非対称性が生じることにより、一方向の流れが生じるものと考えられる。

上述の作用を実験により確かめた。図７Ｃは、実験に用いた基板の断面図である。図中に各部の寸法を示している。このように基板５１に複数の線状電極を一定間隔で配列し、その表面に誘電体膜５４を被覆したものを用い、各線状電極に上述の電圧パルスを印加した。ここで電極間距離ｄは、［線状電極の配列ピッチ６０μｍ］−［線状電極の幅２５μｍ］＝３５μｍである。

実験によると、この流れの方向は＋ｘ方向であった。すなわち、印加されるパルス電圧Ｖ₁〜Ｖ₄の位相の順序である線状電極Ｅ₁ ^(j)〜Ｅ₄ ^(j)の配列の順序の方向へ気流が発生した。

上述の例は、＋ｘ方向に気流を発生させるものであったが、電圧パルスの移相順を逆にすれば、−ｘ方向に気流を発生させることができる。

次に、第１の実施形態に係る気体搬送装置の各部の具体的な寸法及び印加電圧及び印加電圧の波形について示す。

気体中の絶縁破壊電圧の経験則としてパッシェンの法則が知られている。パッシェンの法則はタウンゼントの火花放電理論から導出されるが、ストリーマ形式の絶縁破壊、累積電離がある場合なども含めて、極めて広い範囲（圧力＝10^-2 〜 2400 Torr、空隙＝5×10^-4 〜 20ｃｍ，気体温度＝−１５℃〜８６０℃、不平等電界）で成立することが証明されている。

パッシェンの法則において、放電開始電圧Ｖｓは、気圧ｐと電極間距離ｄとの積ｐｄの関数となることが知られている。

気体が空気である場合、放電開始電圧の最小値は気体圧力と電圧間距離の積が０．５７ｍｍＨｇ・ｃｍ付近において実現され、このとき、放電開始電圧＝３３０Ｖである。

本発明の応用上、高電圧パルスの発生にパワーＭＯＳ ＦＥＴを用いるものとすると、例えば２ＳＫ２６１３のように、ドレイン・ソース間電圧の絶対定格値が１０００Ｖ以下のものは比較的入手が容易である。使用上のマージンとして５％を考えると、放電開始電圧Ｖｓが９５０Ｖ以下であれば装置の構成が容易である。

したがって、線状電極に印加されるパルス電圧は、３３０Ｖ乃至９５０Ｖの範囲内の値であると、気体搬送装置として好適である。

空気の場合において放電開始電圧が９５０Ｖ以下となる条件は、気体圧力と電圧間距離の積が０．１３乃至６．８ｍｍＨｇ・ｃｍであることに対応する。この条件は、１気圧（ｐ＝７６０ｍｍＨｇ）の下で電極間距離ｄが１．７μｍ乃至９０μｍであることに対応する。

すなわち、線状電極間の距離を１．７μｍ乃至９０μｍに定めることにより、利用が比較的容易な電圧（９５０Ｖ以下）により放電が生じるため、装置を容易に構成できる。

図８Ｂは、図７Ｃに示した基板を用い、図８Ａに示した電圧パルスの立ち上がり時間τを変化させたときの風速を測定した結果である。ここで、電圧パルスの繰り返し周波数は５ｋＨｚとした。図８Ｂに表れているように、電圧パルスの立ち上がり時間が１μｓ以下であれば空気の搬送がなされ、電圧パルスの立ち上がり時間が短くなるほど、風速が増すことがわかる。したがって、立ち上がり時間τが１μｓ以下となるようにする。電圧パルスの繰り返し周波数の範囲としては１ｋＨｚ乃至１ＭＨｚの範囲であることが好ましい。これは、周波数が１ｋＨｚ以上で実用的な風速が得られ、１ＭＨｚ以下の周波数で周期パルス電源の回路構成が容易になるからである。

以上に示した例は、ｘ軸方向に気流を発生させるものであった。次に、ｚ軸方向に気流を発生させる例を示す。
図９は、図３に示した線状電極３０に印加される電圧パルスの波形図（タイミングチャート）の一例である。図９において、電圧Ｖ₁〜Ｖ₁₆ の添え字は、図３に示した線状電極に付した符号の下付添え字に対応する。したがって、Ｅ₁₃ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₄ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₅ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₆ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₃ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₄ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₅ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₆ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₃ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₄ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₅ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₆ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₃ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₁₄ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₁₅ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₁₆ ⁽⁴⁾ に同電位の電圧が印加される。また、Ｅ₉ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₀ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₁ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₂ ⁽¹⁾ ，Ｅ₉ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₀ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₁ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₂ ⁽²⁾ ，Ｅ₉ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₀ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₁ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₂ ⁽³⁾ ，Ｅ₉ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₁₀ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₁₁ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₁₂ ⁽⁴⁾ に同電位の電圧が印加される。また、Ｅ₅ ⁽¹⁾ ，Ｅ₆ ⁽¹⁾ ，Ｅ₇ ⁽¹⁾ ，Ｅ₈ ⁽¹⁾ ，Ｅ₅ ⁽²⁾ ，Ｅ₆ ⁽²⁾ ，Ｅ₇ ⁽²⁾ ，Ｅ₈ ⁽²⁾ ，Ｅ₅ ⁽³⁾ ，Ｅ₆ ⁽³⁾ ，Ｅ₇ ⁽³⁾ ，Ｅ₈ ⁽³⁾ ，Ｅ₅ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₆ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₇ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₈ ⁽⁴⁾ に同電位の電圧が印加される。また、Ｅ₁ ⁽¹⁾ ，Ｅ₂ ⁽¹⁾ ，Ｅ₃ ⁽¹⁾ ，Ｅ₄ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁ ⁽²⁾ ，Ｅ₂ ⁽²⁾ ，Ｅ₃ ⁽²⁾ ，Ｅ₄ ⁽²⁾ ，Ｅ₁ ⁽³⁾ ，Ｅ₂ ⁽³⁾ ，Ｅ₃ ⁽³⁾ ，Ｅ₄ ⁽³⁾ ，Ｅ₁ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₂ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₃ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₄ ⁽⁴⁾ に同電位の電圧が印加される。

このように複数の線状電極３０に対して、電圧が周期Ｔで変化する４相の電圧パルスを印加する。

図１０Ａは、図９に示したタイミングチャートにおける時間０＜ｔ＜（Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。図１０Ｂは時間（Ｔ／４）＜ｔ＜（２Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。図１０Ｃは時間（２Ｔ／４）＜ｔ＜（３Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。図１０Ｄは時間（３Ｔ／４）＜ｔ＜（４Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。

図１０Ａ〜図１０Ｄにおいて、破線の円は、その円で囲んだ線状電極に電圧が印加されている状態を表している。このように、複数の線状電極に対して、ｙ軸に垂直な面内（ｘｚ面内）でｚ方向に並ぶ線状電極に対して電圧が周期Ｔで変化する４相の電圧パルスを印加する。このことにより、ｚ方向に気流が生じる。

上述の例は、＋ｚ方向に気流を発生させるものであったが、電圧パルスの移相順を逆にすれば、−ｚ方向に気流を発生させることができる。

次に、＋ｘ方向を０°、＋ｚ方向を９０°で表したときの６０°方向に気流を発生させる例を示す。
図１１は、図３に示した線状電極３０に印加される電圧パルスの波形図（タイミングチャート）の一例である。図１１において、電圧Ｖ₁〜Ｖ₁₆ の添え字は、図３に示した線状電極に付した符号の下付添え字に対応する。したがって、Ｅ₁₃ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₅ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₃ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₅ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₃ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₅ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₃ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₁₅ ⁽⁴⁾ に同電位の電圧が印加される。また、Ｅ₁₀ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₂ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁₀ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₂ ⁽²⁾ ，Ｅ₁₀ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₂ ⁽³⁾ ，Ｅ₁₀ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₁₂ ⁽⁴⁾ に同電位の電圧が印加される。また、Ｅ₆ ⁽¹⁾ ，Ｅ₈ ⁽¹⁾ ，Ｅ₆ ⁽²⁾ ，Ｅ₈ ⁽²⁾ ，Ｅ₆ ⁽³⁾ ，Ｅ₈ ⁽³⁾ ，Ｅ₆ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₈ ⁽⁴⁾ に同電位の電圧が印加される。また、Ｅ₁ ⁽¹⁾ ，Ｅ₃ ⁽¹⁾ ，Ｅ₁ ⁽²⁾ ，Ｅ₃ ⁽²⁾ ，Ｅ₁ ⁽³⁾ ，Ｅ₃ ⁽³⁾ ，Ｅ₁ ⁽⁴⁾ ，Ｅ₃ ⁽⁴⁾ に同電位の電圧が印加される。

このように複数の線状電極３０に対して、電圧が周期Ｔで変化する４相の電圧パルスを印加する。

図１２Ａは、図１１に示したタイミングチャートにおける時間０＜ｔ＜（Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。図１２Ｂは時間（Ｔ／４）＜ｔ＜（２Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。図１２Ｃは時間（２Ｔ／４）＜ｔ＜（３Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。図１２Ｄは時間（３Ｔ／４）＜ｔ＜（４Ｔ／４）で電圧パルスが印加される線状電極を示している。

図１２Ａ〜図１２Ｄにおいて、破線の円は、その円で囲んだ線状電極に電圧が印加されている状態を表している。このように、複数の線状電極に対して、ｙ軸に垂直な面内（ｘｚ面内）で＋ｘ軸方向を０°とし、６０°方向に並ぶ線状電極に対して電圧が周期Ｔで変化する４相の電圧パルスを印加する。このことにより、６０°方向に気流が生じる。

図９に示した例では６０°方向に気流を発生させたが、電圧パルスの移相順を逆にすれば、−１２０°方向に気流を発生させることができる。また、線状電極に印加する電圧パルスのタイミングをｘ軸方向またはｚ軸方向の並びで逆順にすることによって、１２０°方向や−６０°方向に気流を発生させることもできる。

次に、気体搬送装置の回路について、図１３〜図１５を基に説明する。
図１３は気体搬送装置２０１のブロック図である。気体搬送装置２０１は、複数の線状電極が形成された配列電極部１２０と、その配列電極部１２０に対して電圧パルスＶ₁〜Ｖ₁₆を供給する周期パルス電源部１１０を備えている。

図１４は周期パルス電源部１１０の内部の構成を表したブロック図である。図１４において、定電圧直流電源回路１１１は、＋Ｖボルトおよび０ボルトを出力する。送風方向インデックス設定回路１１２は、操作者が手動で選択した１から８のいずれかの送風方向インデックスｉを出力する。クロック回路１１３は一定周期のクロック信号を発生する。カウンタ回路１１４はクロック回路１１３から出力される信号に基づき一定のタイミングで１から４までで循環するタイミングインデックスｊを出力する。

電圧パターンテーブル１１６は送風方向インデックスｉとタイミングインデックスｊに対応する各電極の電圧パターンを生成するためのデータを収容したテーブルである。電圧パターンテーブル１１６の具体例は後述する。

電圧パターン読み出し回路１１５は、送風方向インデックスｉとタイミングインデックスｊとに基づいて電圧パターンテーブル１１６より電圧パターンg₁ ^(i,j)〜g₁₆ ^(i,j)を読み出し、“１”であれば＋５ボルトを、“０”であれば０ボルトを、ゲート制御信号G₁〜G₁₆としてゲートドライバ回路１１７へ出力する。

ゲートドライバ回路１１７は、ゲート制御信号G₁〜G₁₆の５ボルトまたは０ボルトに対応して電圧パルスＶ₁〜Ｖ₁₆のそれぞれを、定電圧直流電源回路が出力する＋Ｖボルトまたは０ボルトのいずれかに切り替える。このゲートドライバ回路は、例えばパワーＭＯＳ ＦＥＴを中心として構成することができる。

図１５は前記電圧パターンテーブル１１６の内容の例である。ここで送風方向θは、（ｘ，ｙ，ｚ）方向で表したときの(cosθ,0,sinθ)に対応する角度である。送風方向インデックスｉは送風方向θの８通りに対応している。図１４に示した電圧パターン読み出し回路１１５は、送風方向インデックスｉ、タイミングインデックスｊを基に８×４＝３２通りの電圧パターンg₁ ^(i,j)〜g₁₆ ^(i,j)を電圧パターンテーブル１１６から読み出す。

ｉ＝１（θ＝０°すなわち送風方向が＋ｘ方向）の場合におけるゲートドライバ回路１１７の出力は図４に示したとおりである。また、ｉ＝３（θ＝９０°すなわち送風方向が＋ｚ方向）の場合におけるゲートドライバ回路１１７の出力は図９に示したとおりである。さらに、ｉ＝２（θ＝６０°すなわち送風方向のｘ成分がcos６０°、ｚ成分がsin６０°）の場合におけるゲートドライバ回路１１７の出力は図１１に示したとおりである。

同様にして、θ＝１２０°〜３００°についても電圧パルスを発生させることができる。

《第２の実施形態》
図１６は第２の実施形態に係る冷却装置３０１の概略構成図である。この冷却装置３０１には、電気機器内のＣＰＵなどの発熱デバイス２１１〜２１５に対して気流を発生させる気体搬送装置２０１を備えている。気体搬送装置２０１はθ＝６０°，０°，３００°，２７０°，２４０°の何れかの方向に気流を発生させる。すなわち、この気流によって発熱デバイス２１１〜２１５を冷却する。気体搬送装置２０１は発生する気流の方向θを０°，６０°，９０°，１２０°，１８０°，２４０°，２７０°，３００°の８通りから任意に切り替えることができるので、この気流の方向を順次循環的に切り替えることにより、すべての発熱デバイス２１１〜２１５を均等に冷却できる。また、発熱量の多いデバイスを選択的重点的に冷却することもできる。

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、図１３に示した配列電極部１２０の構成について示す。
図１７は、配列電極部１２０を構成する単位構造Ｕ^(j)の斜視図である。図１７に表されるように、互いに平行に対向する２面の絶縁性支持板２１(j)，２２(j)を備える。これらの絶縁性支持板２１(j)，２２(j)の主面はいずれもｘｚ面に対して平行である。この二つの絶縁性支持板間に複数の線状電極３０がｙ軸に平行となるように配列されている。線状電極３０はｘ軸方向に一定の間隔で４本並べられている。この間隔を１ピッチと定義する。この４本の線状電極がｚ軸方向に√３／２ピッチの間隔をおいて４層分配列されている。ここで、ｚ軸方向の奇数番目の層と偶数番目の層とは互いにｘ軸方向に１／２ピッチずらして配置されている。また、線状電極の表面には誘電体が被覆されている。

図１８は二つの単位構造を左右に配置した状態を示している。また図１９は４つの単位構造を備えるとともに、絶縁性支持板に接続配線を設けた例を示す斜視図である。図２０Ａ〜図２０Ｄは、図１９におけるＡ−１面、Ａ−２面、Ｂ−１面およびＢ−２面をｙ軸の負の側から正の方向に見た各々の平面図である。また図２１は、線状電極Ｅ₁ ⁽¹⁾とＥ₉ ⁽¹⁾との双方の中心を通る断面図である。

図１９に表されるように配列電極部は、複数の単位構造をｘｚ面方向に平行移動した位置に隣接して配置した構造を持つ。ここで各々の線状電極には図１９、図２０Ａ〜図２０Ｄ及び図２１に示すように引き出し線が接続されている。図２０Ａ〜図２０Ｄ及び図２１に表されるように、ｚ方向の引き出し線３１及びｘ方向の引き出し線３２はＡ−２面からＡ−１面へ及びＢ−１面からＢ−２面へとビア３３を通じて引き出されている。このようにしてＡ−１面およびＢ−２面において各単位構造における線状電極Ｅ₁ ^(j)〜Ｅ₁₆ ^(j)からの引き出し線３１が並列接続され、電圧パルスＶ₁〜Ｖ₁₆のうちの同じ下付き添え字番号の入力端子にそれぞれ接続される。また、Ａ−１面およびＢ−２面には図２１に表されるように絶縁体層ＩＦが形成されている。

以上に示した接続関係によって、各単位構造の１６本の線状電極に所定の電圧パルスを印加することができる。
なお、ｘｚ面で見たとき、線状電極３０がｘ方向とｚ方向にそれぞれ千鳥状に配置されることになるので、引き出し線のパターンが単純化される。
また、複数の線状電極のうち任意の線状電極からその周囲の隣接する複数の線状電極までの距離がそれぞれ等しいので、複数の線状電極がｘｚ面で均等に分布することになり、電極の配置密度を高くすることができる。

《第４の実施形態》
図２２Ａ、図２２Ｂは第４の実施形態に係る気体搬送装置の線状電極の配置例を示す図である。第１〜第３の実施形態では三角格子状（結晶構造の名称で六方晶）のように線状電極を配置した。本発明の線状電極の配置は、これに限るものではなく例えば正方格子状であってもよい。図２２Ａの例では或る線状電極から見て隣接する他の線状電極がｘ方向とｚ方向に等しい位置に配置されている。また、図２２Ｂの例では或る線状電極から見て隣接する他の線状電極がｘｚ面内方向で４５°，１３５°，−１３５°，−４５°方向に等しい位置に配置されている。これらの配置構造であれば、等角度の８方向に気流を容易に発生させることができる。

ＩＦ…絶縁体層
Ｕ(j)…単位構造
２１，２２…絶縁性支持板
３０…線状電極
３１，３２…引き出し線
３３…ビア
１１０…周期パルス電源部
１１１…定電圧直流電源回路
１１２…送風方向インデックス設定回路
１１３…クロック回路
１１４…カウンタ回路
１１５…電圧パターン読み出し回路
１１６…電圧パターンテーブル
１１７…ゲートドライバ回路
１２０…配列電極部
２０１…気体搬送装置
２１１〜２１５…発熱デバイス
３０１…冷却装置

Claims (6)

1. 互いに直交する（ｘ，ｙ，ｚ）座標系で、それぞれｙ軸方向に延び、ｙ軸に垂直な面での断面視でｙ軸に垂直な面内方向で少なくとも二つの方向に等間隔で配列され、それぞれ誘電体により被覆された複数の線状電極と、
   前記複数の線状電極に対して、前記ｙ軸に垂直な面内の所定方向に並ぶ線状電極に対して電圧が所定時間周期で変化する複数相の電圧パルスを周期的に繰り返し印加する電源と、
   を備えた気体搬送装置。
2. 前記電圧パルスの立ち上がり時間は１μｓ以下である、請求項１に記載の気体搬送装置。
3. 前記複数の線状電極のうち互いに隣接する線状電極間の距離は１．７μｍ乃至９０μｍの範囲内の値である、請求項１又は２に記載の気体搬送装置。
4. 前記電圧パルスは３３０Ｖ乃至９５０Ｖの範囲内の値である、請求項１乃至３の何れかに記載の気体搬送装置。
5. 前記電圧パルスの繰り返し周波数は１ｋＨｚ乃至１ＭＨｚの範囲内の値である、請求項１乃至４の何れかに記載の気体搬送装置。
6. 前記複数の線状電極は、それらの線状電極のうち任意の線状電極から当該線状電極の周囲の隣接する複数の線状電極までの距離がそれぞれ等しい、請求項１乃至５の何れかに記載の気体搬送装置。

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