JP6966007B2 - ポンプおよび冷却基板 - Google Patents
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Description
本発明は、電気浸透流を用いたポンプ、および、このポンプを備えた冷却基板に関する。
特許文献１には、誘電体多孔質膜と、誘電体多孔質膜の一方側に配された第１の透水性電極と、誘電体多孔質膜の他方側に配された第２の透水性電極とを備える電気浸透流を用いたポンプが開示されている。
前記ポンプの流量は、誘電体多孔質膜の流体の流動方向における断面積に比例し、誘電体多孔質膜の厚さ（すなわち、流体の流動方向における寸法）に反比例する。このため、前記ポンプの流量を大きくする方法としては、誘電体多孔質膜の断面積を大きくするか、または、誘電体多孔質膜の厚さを小さくすることが考えられる。
しかし、誘電体多孔質膜の断面積を大きくすると、前記ポンプのサイズが大きくなることから基板などへの組み込みが難しくなり、誘電体多孔質膜の厚さを小さくすると、前記ポンプの機械的強度を確保するのが難しくなる。このため、前記ポンプでは、機械的強度を確保しつつ、流量を高めることが難しい場合がある。
本発明は、機械的強度を確保しつつ、流量を高めることができる電気浸透流を用いたポンプ、および、このポンプを備えた冷却基板を提供することを課題とする。
本発明の一態様のポンプは、
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第１の誘電体および前記第２の誘電体の各々が、
前記流動方向のゼータ電位が相互に逆符号となる材料で構成されている。
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第１の誘電体および前記第２の誘電体の各々が、
前記流動方向のゼータ電位が相互に逆符号となる材料で構成されている。
本発明の一態様のポンプは、
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第１の誘電体および前記第２の誘電体の各々が、
前記流動方向のゼータ電位が相互に同じ符号となり、かつ、前記第１の誘電体の前記流動方向のゼータ電位の絶対値が前記第２の誘電体の前記流動方向のゼータ電位の絶対値よりも大きくなる材料で構成されている。
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第１の誘電体および前記第２の誘電体の各々が、
前記流動方向のゼータ電位が相互に同じ符号となり、かつ、前記第１の誘電体の前記流動方向のゼータ電位の絶対値が前記第２の誘電体の前記流動方向のゼータ電位の絶対値よりも大きくなる材料で構成されている。
また、本発明の一態様のポンプは、
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第２の誘電体の前記流動方向の気孔率が、前記第１の誘電体の前記流動方向の気孔率よりも大きい。
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第２の誘電体の前記流動方向の気孔率が、前記第１の誘電体の前記流動方向の気孔率よりも大きい。
また、本発明の一態様のポンプは、
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第２の誘電体の前記流動方向の気孔径が、前記第１の誘電体の前記流動方向の気孔径よりも大きい。
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第２の誘電体の前記流動方向の気孔径が、前記第１の誘電体の前記流動方向の気孔径よりも大きい。
また、本発明の一態様のポンプは、
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第２の誘電体の前記流動方向の屈曲度が、前記第１の誘電体の前記流動方向の屈曲度よりも小さい。
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第２の誘電体の前記流動方向の屈曲度が、前記第１の誘電体の前記流動方向の屈曲度よりも小さい。
また、本発明の一態様の冷却基板は、
前記流体が充填されて流れる基板流路と
前記基板流路に配置され、前記ポンプ流路が前記基板流路に接続されている前記態様のポンプと
を備える。
前記流体が充填されて流れる基板流路と
前記基板流路に配置され、前記ポンプ流路が前記基板流路に接続されている前記態様のポンプと
を備える。
前記態様のポンプによれば、第１の誘電体と第２の誘電体とが、流動方向Ａのゼータ電位が相互に逆符号となる材料で構成されている。このような構成により、複数の誘電体の全ての層において流動方向と同じ向きの駆動力を得ることができるので、ポンプの流量を増大させることができる。その結果、機械的強度を確保しつつ、流量を高めることができる電気浸透流を用いたポンプを実現できる。
前記態様のポンプによれば、第１の誘電体と第２の誘電体とが、流動方向Ａのゼータ電位が相互に同じ符号となり、かつ、第１の誘電体の流動方向のゼータ電位の絶対値が第２の誘電体の流動方向のゼータ電位の絶対値よりも大きくなる材料で構成されている。このような構成により、流動方向の駆動力が、流動方向と逆向きの駆動力よりも大きくなるので、ポンプの流量を増大させることができる。その結果、機械的強度を確保しつつ、流量を高めることができる電気浸透流を用いたポンプを実現できる。
また、前記態様のポンプによれば、第２の誘電体の流動方向の気孔率が、第１の誘電体の流動方向の気孔率よりも大きくなる、または、第２の誘電体の流動方向の気孔径が、第１の誘電体の流動方向の気孔径よりも大きくなる、または、第２の誘電体の流動方向の屈曲度が、第１の誘電体の流動方向の屈曲度よりも小さくなるように構成されている。このような構成により、１つの誘電体と、この誘電体の両端の一対の電極とで構成されたポンプよりも流量を増大させることができる。その結果、機械的強度を確保しつつ、流量を高めることができる電気浸透流を用いたポンプを実現できる。
前記態様の冷却基板によれば、前記ポンプにより、放熱効率の高い冷却基板を実現できる。
本発明の一態様のポンプは、
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第１の誘電体および前記第２の誘電体の各々が、
前記流動方向のゼータ電位が相互に逆符号となる材料で構成されている。
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第１の誘電体および前記第２の誘電体の各々が、
前記流動方向のゼータ電位が相互に逆符号となる材料で構成されている。
前記ポンプによれば、第１の誘電体と第２の誘電体とが、流動方向のゼータ電位が相互に逆符号となる材料で構成されている。このような構成により、流動方向の駆動力が、流動方向と逆向きの駆動力よりも大きくなるので、ポンプの流量を増大させることができる。その結果、機械的強度を確保しつつ、流量を高めることができる電気浸透流を用いたポンプを実現できる。
本発明の一態様のポンプは、
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第１の誘電体および前記第２の誘電体の各々が、
前記流動方向のゼータ電位が相互に同じ符号となり、かつ、前記第１の誘電体の前記流動方向のゼータ電位の絶対値が前記第２の誘電体の前記流動方向のゼータ電位の絶対値よりも大きくなる材料で構成されている。
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第１の誘電体および前記第２の誘電体の各々が、
前記流動方向のゼータ電位が相互に同じ符号となり、かつ、前記第１の誘電体の前記流動方向のゼータ電位の絶対値が前記第２の誘電体の前記流動方向のゼータ電位の絶対値よりも大きくなる材料で構成されている。
前記ポンプによれば、第１の誘電体と第２の誘電体とが、流動方向のゼータ電位が相互に同じ符号となり、かつ、第１の誘電体の流動方向のゼータ電位の絶対値が第２の誘電体の流動方向のゼータ電位の絶対値よりも大きくなる材料で構成されている。このような構成により、流動方向の駆動力が、流動方向と逆向きの駆動力よりも大きくなるので、ポンプの流量を増大させることができる。その結果、機械的強度を確保しつつ、流量を高めることができる電気浸透流を用いたポンプを実現できる。
また、本発明の一態様のポンプは、
前記流体が、水である。
前記流体が、水である。
前記ポンプによれば、流体として、熱容量がオイルなど溶媒よりも大きい水を用いているので、例えば、冷却に用いる場合、オイルなどの溶媒を用いたポンプよりも大きな冷却効果を得ることができる。
また、本発明の一態様のポンプは、
前記流体が、添加物が添加された水である。
前記流体が、添加物が添加された水である。
前記ポンプによれば、流体として添加物が添加された水を用いているので、流体の導電率あるいはゼータ電位といった諸特性を調整でき、より大きな流動の駆動力を得ることができる。
また、本発明の一態様のポンプは、
前記流体が、緩衝液、不凍液または耐腐食剤のいずれかである。
前記流体が、緩衝液、不凍液または耐腐食剤のいずれかである。
本発明の一態様のポンプは、
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第２の誘電体の前記流動方向の気孔率が、前記第１の誘電体の前記流動方向の気孔率よりも大きい。
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第２の誘電体の前記流動方向の気孔率が、前記第１の誘電体の前記流動方向の気孔率よりも大きい。
前記ポンプによれば、第２の誘電体の流動方向の気孔率が、第１の誘電体の流動方向の気孔率よりも大きくなるように構成されている。このような構成により、１つの誘電体と、この誘電体の両端の一対の電極とで構成されたポンプよりも流量を増大させることができる。その結果、機械的強度を確保しつつ、流量を高めることができる電気浸透流を用いたポンプを実現できる。
本発明の一態様のポンプは、
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第２の誘電体の前記流動方向の気孔径が、前記第１の誘電体の前記流動方向の気孔径よりも大きい。
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第２の誘電体の前記流動方向の気孔径が、前記第１の誘電体の前記流動方向の気孔径よりも大きい。
前記ポンプによれば、第２の誘電体の流動方向の気孔径が、第１の誘電体の流動方向の気孔径よりも大きくなるように構成されている。このような構成により、１つの誘電体と、この誘電体の両端の一対の電極とで構成されたポンプよりも流量を増大させることができる。その結果、機械的強度を確保しつつ、流量を高めることができる電気浸透流を用いたポンプを実現できる。
本発明の一態様のポンプは、
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第２の誘電体の前記流動方向の屈曲度が、前記第１の誘電体の前記流動方向の屈曲度よりも小さい。
流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第２の誘電体の前記流動方向の屈曲度が、前記第１の誘電体の前記流動方向の屈曲度よりも小さい。
前記ポンプによれば、第２の誘電体の流動方向の屈曲度が、第１の誘電体の流動方向の屈曲度よりも小さくなるように構成されている。このような構成により、１つの誘電体と、この誘電体の両端の一対の電極とで構成されたポンプよりも流量を増大させることができる。その結果、機械的強度を確保しつつ、流量を高めることができる電気浸透流を用いたポンプを実現できる。
前記ポンプは、
前記複数の電極の各々が、前記複数の誘電体の各々よりも大きい前記流動方向の厚さを有していてもよい。
前記複数の電極の各々が、前記複数の誘電体の各々よりも大きい前記流動方向の厚さを有していてもよい。
このような構成により、ポンプの機械的強度をさらに高めることができる。
また、本発明の一態様のポンプは、
前記第１の誘電体がＳｉＯ２で構成され前記第２の誘電体がＡｌ２Ｏ３で構成されているか、または、前記第１の誘電体がＴｉＯ２で構成され前記第２の誘電体がＡｌ２Ｏ３で構成されているか、または、前記第１の誘電体がＳｉＯ２で構成され前記第２の誘電体がＴｉＯ２で構成されているか、または、前記第１の誘電体がＳｉＯ２で構成され前記第２の誘電体がＺｒＯ２で構成されているか、または、前記第１の誘電体がＺｒＯ２で構成され前記第２の誘電体がＡｌ２Ｏ３で構成されているか、または、前記第１の誘電体がポリテトラフルオロエチレンで構成され前記第２の誘電体がポリエチレンテレフタレートで構成されている。
前記第１の誘電体がＳｉＯ２で構成され前記第２の誘電体がＡｌ２Ｏ３で構成されているか、または、前記第１の誘電体がＴｉＯ２で構成され前記第２の誘電体がＡｌ２Ｏ３で構成されているか、または、前記第１の誘電体がＳｉＯ２で構成され前記第２の誘電体がＴｉＯ２で構成されているか、または、前記第１の誘電体がＳｉＯ２で構成され前記第２の誘電体がＺｒＯ２で構成されているか、または、前記第１の誘電体がＺｒＯ２で構成され前記第２の誘電体がＡｌ２Ｏ３で構成されているか、または、前記第１の誘電体がポリテトラフルオロエチレンで構成され前記第２の誘電体がポリエチレンテレフタレートで構成されている。
前記ポンプによれば、第１誘電体および第２誘電体の各々が異なる酸化セラミクスの組み合わせで構成されているので、一般的な電子セラミックの製法を展開することができる。その結果、低コストで大量生産可能なポンプを実現できる。
本発明の一態様の冷却基板は、
前記流体が充填されて流れる基板流路と
前記基板流路に配置され、前記ポンプ流路が前記基板流路に接続されている前記態様のポンプと
を備える。
前記流体が充填されて流れる基板流路と
前記基板流路に配置され、前記ポンプ流路が前記基板流路に接続されている前記態様のポンプと
を備える。
前記冷却基板によれば、前記ポンプにより、放熱効率の高い冷却基板を実現できる。
前記冷却基板は、
前記ポンプが、相互に長さの異なる３つの辺で構成された直方体状を有し、
前記基板流路が、前記ポンプを収容して位置決めする位置決め凹部を有していてもよい。
前記ポンプが、相互に長さの異なる３つの辺で構成された直方体状を有し、
前記基板流路が、前記ポンプを収容して位置決めする位置決め凹部を有していてもよい。
このような構成により、ポンプを基板流路に容易に配置することができる。
以下、本発明の一実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向あるいは位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」を含む用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した本開示の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本開示の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。さらに、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは必ずしも合致していない。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の冷却基板１は、例えば、略四角形の板状で、Ｓｉ（シリコン）で構成されている。この冷却基板１は、図１〜図３に示すように、流体が流れる基板流路２と、この基板流路２に配置された電気浸透流を用いたポンプ１０とを備えている。
本発明の第１実施形態の冷却基板１は、例えば、略四角形の板状で、Ｓｉ（シリコン）で構成されている。この冷却基板１は、図１〜図３に示すように、流体が流れる基板流路２と、この基板流路２に配置された電気浸透流を用いたポンプ１０とを備えている。
冷却基板１の寸法は、例えば、厚さが０．１〜０．８ｍｍで、板面の各辺の長さがそれぞれ約２０ｍｍである。また、冷却基板１を構成する材料としては、Ｓｉに限らず、セラミクスを用いることもできる。
流体としては、水、緩衝液、水および不凍液の混合液、水および耐腐食剤の混合液を用いることができる。
水は、好ましくは、Ｈ４〜９であり、より好ましくは、ｐＨ７（＝純水）である。また、水は、例えば、ＫＣｌなどの電解質を含んでいてもよい。
緩衝液は、弱酸または弱塩基とその塩とを含む水溶液であり、リン酸緩衝液、クエン酸緩衝液、トリス緩衝液、酢酸緩衝液、マッキルベイン（Mcllvaine）緩衝液、ＨＥＰＥＳ緩衝液、ホウ酸緩衝液、ＭＯＰＳ緩衝液、グッド緩衝液などを含む。ゼータ電位は流体のｐＨによって変動する場合がある。電極１２での電気分解などによりｐＨが変動してゼータ電位が変動すると、前述の数式１に示すように、ポンプ１０の流量Ｑが変動し、例えば、ポンプ１０の送液効率が低下する可能性がある。このため、流体として、ｐＨの変動が小さい緩衝液を用いることで、ポンプ１０の送液効率の低下を防ぐことができる。
不凍液は、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのグリコール類、メタノール、エタノールなどのアルコール類などを含む。流体として水を用いる場合、水に不凍液を添加することで、流体の凝固点を低下させることができる。なお、不凍液の添加量が多いほど、水の凝固点を低下させることができる。
耐腐食剤は、リン酸塩、ホウ酸塩、ケイ酸塩、有機酸、亜硝酸塩などを含む。例えば、ポンプ流路１１または電極１２が金属材料で構成されている場合、水に長時間触れることで、ポンプ流路１１または電極１２が腐食される恐れがある。流体として水を用いる場合、水に耐腐食剤を添加することで、金属材料で構成されたポンプ流路１１または電極１２の腐食を防止できる。
基板流路２は、冷却基板１の内部に設けられ、流体を循環させることで冷却基板１の板面の略全体を冷却可能に配置されている。この基板流路２は、図４に示すように、ポンプ１０を収容して位置決めする位置決め部３を有している。なお、基板流路２の寸法は、例えば、幅が約５００μｍであり、高さが約３４０μｍである。
図２に示すように、冷却基板１の内部には、基板流路２と冷却基板１の外部とに接続された流体供給路４が設けられている、この流体供給路４を介して、基板流路２に液体が供給され充填されている。なお、この流体供給路４は、基板流路２に流体が充填された後、基板流路２の流体が冷却基板１の外部に漏出しないように封止されている。
図３に示すように、冷却基板１の各板面には、ポンプ１０に接続された一対の取り出し電極５が設けられている。この一対の取り出し電極５を介して、ポンプ１０と電源１００（図５参照）とが接続される。
ポンプ１０は、例えば、相互に長さの異なる３つの辺を含む直方体状を有している。このポンプ１０は、図５に示すように、流体が流れるポンプ流路１１と、ポンプ流路１１に配置されて、流体の流動方向（言い換えると、ポンプ流路１１の延在方向）に流体がそれぞれ通過可能な複数の電極１２および複数の誘電体１３とを備えている。
ポンプ１０の寸法は、例えば、３つの辺の１つの辺の長さが０．１〜０．８ｍｍの範囲で決定され（例えば、３２０μｍ）、残り２つの辺の長さが０．１〜１．０ｍｍの範囲で決定される（例えば、７００μｍ、８６０μｍ）。
ポンプ流路１１は、図５に示すように、矢印Ａで示す方向に延びる略直線状を有し、その延在方向の両端が基板流路２に接続されている。すなわち、ポンプ流路１１は、その延在方向に沿って基板流路２に充填された流体が流れるように構成されている。なお、ポンプ流路１１は略直線状に限らず、湾曲状であってもよいし、中間部が屈曲していてもよい。
複数の電極１２および複数の誘電体１３は、相互に隣接する電極１２間に１つの誘電体１３が位置するように、流体の流動方向に沿って交互に接触して積層されている。電極１２は、例えば、厚さ（すなわち、矢印Ａ方向の寸法）が１μｍの多孔質の導電性材料で構成され、誘電体は、例えば、厚さが２０μｍの多孔質のセラミクスで構成されている。多孔質の導電性材料としては、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉなどの金属材料を用いることができる。また、多孔質のセラミクスとしては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３などを用いることができる。
なお、各電極１２および各誘電体１３は、多孔性材料に限らず、非多孔性材料で構成してもよい。この場合、例えば、各電極１２および各誘電体１３に、流体の流動方向に延びる複数の貫通孔を設ければよい。
第１実施形態では、ポンプ１０は、４つの電極１２１、１２２、１２３、１２４（以下、流体の流動方向の最上流から順に、第１電極１２１、第２電極１２２、第３電極１２３、第４電極１２４とする。）と、３つの誘電体１３１、１３２、１３３（以下、流体の流動方向の最上流から順に、第１誘電体１３１、第２誘電体１３２、第３誘電体１３３とする。）と備え、各電極１２１、１２２、１２３、１２４間が、矢印Ａ方向において等間隔に配置されている。
第１電極１２１および第３電極１２３は、直流または交流の電源１００の入力側端子に接続され、第２電極１２２および第４電極１２４は、電源１００の出力側端子に接続されている。複数の電極１２１、１２２、１２３、１２４の隣接する電極間の極性は、相互に異なっており、例えば、第１電極１２１および第２電極１２２間に矢印Ａ方向の電界Ｅ１が発生し、第２電極１２２と第３電極１２３との間に矢印Ａに対して反対方向の電界Ｅ２が発生し、第３電極１２３および第４電極１２４間に矢印Ａ方向の電界Ｅ３が発生するように構成されている。
このように、第１実施形態のポンプ１０によれば、ポンプ流路１１に配置されて、流体の流動方向に流体がそれぞれ通過可能な複数の電極１２および複数の誘電体１３を備え、複数の電極１２および複数の誘電体１３が、複数の電極１２の隣接する電極間に複数の誘電体１３の１つが位置するように、流体の流動方向に沿って交互に接触して積層されている。このような構成により、例えば、各誘電体１３の厚さを小さくしても、ポンプ１０の機械的強度を確保することができるので、機械的強度を確保しつつ、流量を高めることができる電気浸透流を用いたポンプを実現できる。
なお、各電極１２１、１２２、１２３、１２４が、各誘電体１３１、１３２、１３３よりも大きい流動方向Ａの厚さを有するように構成することで、ポンプ１０の機械的強度をさらに高めることができる。
ところで、電気浸透流を用いたポンプの流量Ｑは、例えば、次の数式１により算出される。
上記数式１において、Ａは誘電体の流動方向に垂直な断面の面積[ｍ２]、Ｌは孔質誘電体の平均気孔径[ｍ]、εは溶液の誘電率[Ｃ/Ｖ・ｍ]、μは溶液の粘度[Ｐａ・ｓ]、ζはゼータ電位[Ｖ]、λはデバイ長[ｍ]、Ｉ１は１次修正ベッセリ関数、Ｉ０は０次修正ベッセリ関数、ΔＰは圧力勾配[Ｐａ]、Ｖは印加電圧[Ｖ]を表す 。
圧力勾配ΔＰ＝０の場合、流量Ｑは電界強度Ｅ（＝Ｖ／Ｌ）とゼータ電位ζの積に比例する。したがって、ポンプ１０では、電界強度Ｅとゼータ電位ζの積に比例した駆動力Ｆが発生すると考え、この駆動力ＦをＦ＝ｋＥζと定義する（ｋは比例係数）。
ここで、流動方向Ａに対する全長がＬで、同じ厚さの誘電体をｎ（ｎは自然数）個積層したポンプ１０を考える（なお、ここでは電極の厚さは無視する）。ポンプ流路１１に流体が流れている状態における奇数番目の誘電体（この実施形態では、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３。以下、第１の誘電体という。）の流動方向Ａのゼータ電位をζ１とし、偶数番目の誘電体（この実施形態では、第２誘電体１３２。以下、第２の誘電体という。）の流動方向Ａのゼータ電位をζ２としたときに、各誘電体は、ζ２=−ζ１となる材料で、言い換えると、第１の誘電体のゼータ電位と第２の誘電体のゼータ電位とが相互に逆符号となる材料で構成されている。
流動方向Ａの上流から数えて奇数番目の誘電体への印加電圧をＶとすると、流動方向Ａの上流から数えて偶数番目の誘電体への印加電圧は−Ｖとなる。従って、第１の誘電体に生じる電界Ｅ１はＥ１＝Ｖ／（Ｌ／ｎ）＝ｎＶ／Ｌとなり、第２の誘電体に生じる電界Ｅ２はＥ２＝−Ｖ／（Ｌ／ｎ）＝−ｎＶ／Ｌとなる。この時、Ｆ＝ｋＥζの定義に従うと、第１の誘電体に発生する駆動力Ｆ１はＦ１＝ｋｎＶζ／Ｌであり、第２の誘電体に発生する駆動力Ｆ２はＦ２＝ｋｎＶζ／Ｌであるので、Ｆ１＝Ｆ２となる。加えて、Ｆ１およびＦ２はｎに比例するので、図６に示すように、積層数ｎが大きくなればなるほど、駆動力Ｆは大きくなる。このように、ゼータ電位が相互に逆符号となる材料で形成された誘電体を交互に積層することで、積層数ｎに比例して得られる駆動力Ｆが増大し、ポンプ１０の流量Ｑを増大させることができる。なお、図６おいて、Ｆは、積層数ｎ＝１の場合におけるポンプ１０全域における平均値を１としたときの相対値である。
すなわち、第１実施形態のポンプ１０では、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３の各々の電気二重層の電荷が正であるとすると、第２誘電体１３２の電気二重層の電荷は負となる。このため、第２誘電体１３２では、流動方向Ａと逆向きの電界Ｅ２が、電気二重層の負の電荷に対して力を及ぼすので、第２誘電体１３２に発生する駆動力Ｆ２は、図５に示すように、流動方向Ａと同じ正方向に働く。よって、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３と、第２誘電体１３２とを流動方向Ａのゼータ電位が相互に逆符号となる材料で構成することで、第１誘電体１３１、第２誘電体１３２および第３誘電体１３３の全ての層において流動方向Ａと同じ向きの駆動力Ｆを得ることができ、ポンプ１０の流量を増大させることができる。その結果、機械的強度を確保しつつ、流量を高めることができる電気浸透流を用いたポンプ１０を実現できる。
また、第１の誘電体のゼータ電位と第２の誘電体のゼータ電位とが同じ符号となり、かつ、第１のゼータ電位の絶対値が第２の誘電体のゼータ電位の絶対値よりも大きくなる材料で、各誘電体を構成することでも、同様の効果を得ることができる。
また、冷却基板１は、ポンプ１０により、放熱効率の高い冷却基板を実現できる。
また、冷却基板１は、ポンプ１０が、相互に長さの異なる３つの辺で構成された直方体状を有し、基板流路２が、ポンプ１０を収容して位置決めする位置決め部３を有している。このような構成により、ポンプ１０の基板流路２に対する姿勢を決めつつ、ポンプ１０を冷却基板１に対して位置決めすることができる。
なお、図５において、第１電極１２１および第３電極１２３の電位がそれぞれ正の電位であり、第２電極１２２の電位が負の電位であるとする。この場合、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３（すなわち、第１の誘電体）と、第２誘電体１３２（すなわち、第２の誘電体）とは、例えば、次に示す材料で構成される。
・第１の誘電体：ＳｉＯ２、第２の誘電体：Ａｌ２Ｏ３
・第１の誘電体：ＴｉＯ２、第２の誘電体：Ａｌ２Ｏ３
・第１の誘電体：ＳｉＯ２、第２の誘電体：ＴｉＯ２
・第１の誘電体：ＳｉＯ２、第２の誘電体：ＺｒＯ２
・第１の誘電体：ＺｒＯ２、第２の誘電体：Ａｌ２Ｏ３
・第１の誘電体：ポリテトラフルオロエチレン、第２の誘電体：ポリエチレンテレフタレート
例えば、流体がｐＨ７の純水である場合、ＳｉＯ２は、ゼータ電位が約−５０ｍＶであり、Ａｌ２Ｏ３は、ゼータ電位が約＋４０ｍＶである。
・第１の誘電体：ＳｉＯ２、第２の誘電体：Ａｌ２Ｏ３
・第１の誘電体：ＴｉＯ２、第２の誘電体：Ａｌ２Ｏ３
・第１の誘電体：ＳｉＯ２、第２の誘電体：ＴｉＯ２
・第１の誘電体：ＳｉＯ２、第２の誘電体：ＺｒＯ２
・第１の誘電体：ＺｒＯ２、第２の誘電体：Ａｌ２Ｏ３
・第１の誘電体：ポリテトラフルオロエチレン、第２の誘電体：ポリエチレンテレフタレート
例えば、流体がｐＨ７の純水である場合、ＳｉＯ２は、ゼータ電位が約−５０ｍＶであり、Ａｌ２Ｏ３は、ゼータ電位が約＋４０ｍＶである。
第１電極１２１および第３電極１２３の電位がそれぞれ負の電位であり、第２電極１２２の電位が正の電位である場合、上記材料の各組み合わせにおいて、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３を構成する材料と、第２誘電体１３２を構成する材料を入れ替えればよい（例えば、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３をＡｌ２Ｏ３で構成し、第２誘電体１３２をＳｉＯ２で構成すればよい）。
ゼータ電位ζは、例えば、次のように定義する。すなわち、対象の誘電体１３と同じ材料組成および同じ条件で平板試料を作製し、使用する流体（すなわち、ポンプ流路１１を流れる流体）に浸ける。そして、ゼータ電位測定装置を用いて、流体に浸けられた状態の平板試料のゼータ電位を測定し、測定された結果をゼータ電位ζとして定義する。
続いて、ポンプ１０の製造方法の一例を説明する。ここでは、電極１２および外部電極２１、２２をＰｔで構成し、誘電体１３をＳｉＯ２で構成した図６のポンプ１０の製造方法を説明する。
例えば、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３をＳｉＯ２で構成し、第２誘電体１３２をＡｌ２Ｏ３で構成するとする。この場合、まず、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３に対してトルネン／エタノール混合溶媒、分散剤およびバインダーと共にボールミルで８ｈｒ分散処理が行われ、その後、ドクターブレード法により、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３となるＳｉＯ２のセラミックグリーンシートと、第２誘電体１３２となるＡｌ２Ｏ３のセラミックグリーンシートとが形成される。このとき、ＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３には、それぞれ同質の焼結助剤を添加する。焼結助剤は、例えば、Ｃａ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２などのガラス、または、焼成時に液相を形成する酸化物である。
次に、形成したセラミックグリーンシート上にマスクを被せて、Ｐｔを蒸着させる（または、Ｐｔペーストを印刷する）ことにより、ＳｉＯ２のセラミックグリーンシート上およびＡｌ２Ｏ３のセラミックグリーンシート上にそれぞれ電極１２を複数形成する。形成された各電極１２には、流体が通過可能な複数の孔が形成される。そして、電極１２が形成されたＳｉＯ２のセラミックグリーンシートおよびＡｌ２Ｏ３のセラミックグリーンシートを積層機で積層した後、圧着機で圧着して、電極１２とＳｉＯ２のセラミックグリーンシートおよびＡｌ２Ｏ３のセラミックグリーンシートとが交互に積層され積層体が形成される。
セラミックグリーンシート上に形成される電極１２の厚さはかなり小さいため（例えば、１μｍ）、セラミックグリーンシートの気孔を塞ぐことがない。このため、積層体には、ポンプ流路１１を構成する積層方向に延びる複数の貫通孔が形成される。
続いて、形成された積層体をダイシングでカットした後、摂氏８００度〜摂氏１０００度で焼成する。そして、焼成された積層体にマスクを被せて、Ｐｔを蒸着させることにより、外部電極２１、２２を形成して、ポンプ１０の製造が終了する。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態のポンプ１０は、次に示す３点の少なくともいずれかの点で第１実施形態のポンプ１０とは異なっている。なお、第２実施形態では、第１実施形態と同一部分に同一参照番号を付して説明を省略し、第１実施形態と異なる点について説明する。
・第２誘電体１３２（第２の誘電体の一例）の気孔率が、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３（第１の誘電体の一例）の気孔率よりも大きい。
・第２誘電体１３２の気孔径が、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３の気孔径よりも大きい。
・第２誘電体１３２の屈曲度が、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３の屈曲度よりも小さい。
本発明の第２実施形態のポンプ１０は、次に示す３点の少なくともいずれかの点で第１実施形態のポンプ１０とは異なっている。なお、第２実施形態では、第１実施形態と同一部分に同一参照番号を付して説明を省略し、第１実施形態と異なる点について説明する。
・第２誘電体１３２（第２の誘電体の一例）の気孔率が、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３（第１の誘電体の一例）の気孔率よりも大きい。
・第２誘電体１３２の気孔径が、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３の気孔径よりも大きい。
・第２誘電体１３２の屈曲度が、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３の屈曲度よりも小さい。
第１の誘電体および第２の誘電体の気孔率、気孔径および屈曲度の関係がポンプ１０の流量に与える影響について説明する。
半径ｒ、長さＬを有する１つの誘電体と、この誘電体の両端の一対の電極とで構成されたポンプ（以下、従来のポンプという。）がする仕事Ｗ単層を考える。従来のポンプの誘電体は、気孔径ａ、気孔率ψ、屈曲度τの多孔体であるとする。このとき、誘電体の気孔数Ｎとすると、下記数式２より、下記数式３で表される（電極の厚さは無視する）。
また、気孔径ａがデバイ長λよりも十分に大きい場合（気孔径ａがデバイ長λの５０倍以上の場合）を考える。図７に示すように、気孔径ａがデバイ長λよりも十分に大きい細管３００内における電気浸透流は栓流となり、その速度ｕ∞は、下記数式４で表される。数式４において、εrは流体の比誘電率、ε0は真空誘電率、μは流体の粘度、Ｅｅは電界強度、ζはゼータ電位を表す。
数式４によれば、速度ｕ∞は、ゼータ電位および流体の粘度の釣り合いから決定される。言い換えると、速度ｕ∞は、細管３００の壁面３１０近傍ではたらく静電引力による仕事と、流体摩擦力によるエネルギー損失とが釣り合うような速度に収束する。
従って、ポンプがする仕事Wは、誘電体の気孔の表面積Ｓを用いて、W＝(静電引力による仕事)＋(摩擦力による仕事)＝(静電引力)×(距離)×Ｓ＋(摩擦力)×(距離)×Ｓで表される。
距離は、短時間あたりの流体粒子の移動距離に相当し、流速ｕに一致するので、静電引力をＦａ、摩擦力をＦｂとすると、仕事Ｗは、下記数式５で表される。
静電引力Ｆａは電界Ｅに比例し、電界Ｅは実効電極間距離Ｌ√τに反比例するため、印加電圧をＶとすると、下記数式６で表される。なお、ｋは比例定数とする。
摩擦力Ｆｂは流速ｕに比例し、流動方向の反対方向に働くため、下記数式７で表される。なお、ｂは比例定数とする。
流速ｕと流量Ｑの関係は、下記数式８で表され、気孔表面積Ｓは、下記数式９で表される。
従来のポンプがする仕事Ｗ単層は、上記数式５〜９を踏まえると下記数式１０で表される。数式１０において、右辺の第１項が静電引力による仕事に相当し、右辺の第２項が摩擦力による仕事（エネルギー損失）に相当する。
次に、図５のポンプ１０がする仕事Ｗ積層を考える。ここでは、第１の誘電体である第１誘電体１３１および第３誘電体１３３の気孔径をａ１、気孔率をψ1、屈曲度τ1とし、第２の誘電体である第２誘電体１３２の気孔径をａ２、気孔率をψ２、屈曲度τ２とする。また、第１の誘電体の流速をｕ１、静電引力をＦａ１、摩擦力をＦｂ１、気孔の表面積をＳ１とし、第２の誘電体の流速をｕ２、静電引力をＦａ２、摩擦力をＦｂ２、気孔の表面積をＳ２とする。各誘電体の長さは、Ｌ／３であるとすると、ポンプ１０がする仕事Ｗ積層は、下記式１１で表される。数式１１においても、右辺の第１項が静電引力による仕事に相当し、右辺の第２項が摩擦力による仕事に相当する。
上記数式１０および上記数式１１によれば、ａ１＝ａ２かつψ１=ψ２かつτ１=τ２の時、Ｗ積層＝W単層となる。ａ２＞ａ１の場合、Ｗ積層における静電引力による仕事が、W単層における静電引力による仕事よりも大きくなり、Ｗ積層における摩擦力による仕事の絶対値が、W単層における摩擦力による仕事の絶対値よりも小さくなる。ψ２＞ψ１の場合、または、τ２＜τ１の場合、Ｗ積層における静電引力による仕事は、W単層における静電引力による仕事と同じであるが、Ｗ積層における摩擦力による仕事の絶対値は、W単層における摩擦力による仕事の絶対値よりも小さくなる。従って、第２の誘電体の気孔率ψ２を第１の誘電体の気孔率ψ１よりも大きくする、または、第２の誘電体の気孔径ａ２を第１の誘電体の気孔径ａ１よりも大きくする、または、第２の誘電体の屈曲度τ２を第１の誘電体の屈曲度τ１よりも小さくすることで、W積層＞W単層となり、従来のポンプよりもポンプ１０の流量を増大させることができる。その結果、機械的強度を確保しつつ、流量を高めることができる電気浸透流を用いたポンプ１０を実現できる。
なお、気孔率ψは、例えば、次のように定義する。すなわち、対象の誘電体１３における流動方向Ａの中心を通りかつ流動方向Ａに直交する断面（図８の（ｉ）−（ｉ）線に沿った断面）をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察する。倍率は、気孔が観察視野内に５０個程度存在するような倍率とする。コントラストを大きく設定して観察視野を撮像する。観察視野を変えながら、対象の誘電体１３内の任意の領域１０ヶ所の画像を取得し、取得された各画像から気孔率をそれぞれ計測する。各画像から得られた気孔率の平均を対象の誘電体１３の気孔率ψと定義する。
気孔径ａは、例えば、次のように定義する。すなわち、対象の誘電体１３における流動方向Ａの中心を通りかつ流動方向Ａに直交する断面（図８の（ｉ）−（ｉ）線に沿った断面）をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察する。倍率は、気孔が観察視野内に５０個程度存在するような倍率とする。コントラストを大きく設定して観察視野を撮像する。観察視野を変えながら、対象の誘電体１３内の任意の領域１０ヶ所の画像を取得し、取得された各画像から気孔径（フェレ径）をそれぞれ計測する。各画像から得られた気孔径の平均を対象の誘電体１３の気孔径ａと定義する。
屈曲度τは、例えば、次のように定義する。すなわち、対象の誘電体１３と同じ材料組成および同じ条件で平板試料を作製し、作製した平板試料の両面に、面全体を覆う電極を設ける。この平板試料に対して十分に水を浸透させた状態で、電極間の電気抵抗Ｒを測定する。また、平板試料と同じ電極面積および電極間距離を有する電極対を浸水させて、電極間の電気抵抗Ｒｒｅｆを測定する。このとき、同じ電気抵抗を持つ水を使用し、電気抵抗Ｒｒｅｆの測定の際、電界の回りこみによる測定誤差が出ないよう注意する。測定した電気抵抗ＲおよびＲｒｅｆを用いて、次の数式１２で求められた結果を屈曲度τと定義する。
なお、数式１２において、ψは開気孔率を表し、アルキメデス法（JIS R 1634:1998）によって求められる。乾燥状態の試料の重量（乾燥質量）をｗ１とし、水中に沈めて飽水させた状態の試料の重量（水中質量）をｗ２とし、飽水試料を水中から取り出し表面の水滴を拭って除去したときの重量（飽水質量）をｗ３とすると、開気孔率ψは次の数式１３で求められる。
第２実施形態のポンプ１０の製造方法は、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３と第２誘電体１３２とで異なる材料または異なる製法を用いてセラミックグリーンシートを形成する点で、第１実施形態のポンプ１０の製造方法と異なっている。
第２誘電体１３２の気孔率を第１誘電体１３１および第３誘電体１３３の気孔率よりも大きくする場合、例えば、次の材料を用いる。すなわち、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３の材料として、粒径（Ｄ５０）が１μｍのＳｉＯ２紛を使用し、第２誘電体１３２の材料として、粒径（Ｄ５０）が２μmのＳｉＯ２粉と粒径（Ｄ５０）が０．２μｍのＳｉＯ２粉とを重量比１：１で混合した材料を使用する。
第２誘電体１３２の気孔径を第１誘電体１３１および第３誘電体１３３の気孔径よりも大きくする場合、例えば、次の材料を用いる。すなわち、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３の材料として、粒径（Ｄ５０）が１μmのＳｉＯ２粉を使用し、第２誘電体１３２の材料として、粒径（Ｄ５０）が１０μｍのＳｉＯ２紛を使用する。なお、気孔径ａは、１０ｎｍ以上であるのが好ましく、０．１μｍ〜１０μｍであるのがより好ましい。気孔径ａが１０ｎｍ未満である場合、気孔径ａが小さすぎて壁面３１０（図７参照）に形成される電気二重層が重なって送液効率が低下するおそれがある。
第２誘電体１３２の屈曲度を第１誘電体１３１および第３誘電体１３３の屈曲度よりも小さくする場合、例えば、次の製法材料を用いる。すなわち、第１誘電体１３１および第３誘電体１３３では、ＳｉＯ２に対してトルネン／エタノール混合溶媒、分散剤およびバインダーと共にボールミルで８ｈｒ分散処理が行われ、その後、ドクターブレード法により、種々の厚みのセラミックグリーンシートが形成される。形成されたセラミックグリーンシートに対して、レーザー光の照射またはトラックドエッチングにより、細孔が形成される。第２誘電体１３２では、樹脂ビーズ（例えば直径１μｍ）およびＳｉＯ２に対してトルネン／エタノール混合溶媒、分散剤およびバインダーと共にボールミルで８ｈｒ分散処理が行われ、その後、ドクターブレード法により、種々の厚みのセラミックグリーンシートが形成される。第１誘電体１３１および第３誘電体１３３では、ストレートポアが形成され、第２誘電体１３２では、屈曲したポアが形成される。なお、ＳｉＯ２には、同質の焼結助剤が添加される。焼結助剤は例えば、ＣａＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２などのガラス、または、焼成時に液相を形成する酸化物である。
基板３０に実装されたＩＣ（集積回路）４０上に、放熱グリース５０、冷却基板６０、放熱グリース５０、ヒートシンク７０、および、クーリングファン８０の順に積層した図９に示す冷却システム２００を用いて、ＩＣ４０の最高温度Ｔを測定した。
具体的には、冷却基板６０として、本発明の第１実施形態のポンプ１０の誘電体１３の数が２から３０の範囲でそれぞれ異なる複数の本発明の冷却基板１の１つを用いた場合のＩＣ４０の最高温度Ｔと、従来の冷却基板（すなわち、１つの誘電体と、この誘電体の両端の一対の電極とで構成されたポンプ）を用いた場合のＩＣ４０の最高温度Ｔ０とを測定した。本発明の冷却基板１において、各ポンプ１０は、全て同じ形状および大きさになるように構成した。
従来の冷却基板を用いたときのＩＣ４０の最高温度Ｔ０と、本発明の冷却基板１を用いたときのＩＣ４０の最高温度Ｔとの関係を図１０に示す。なお、図１０において、縦軸は、従来の冷却基板を用いたときのＩＣ４０の最高温度Ｔ０に対する本発明の冷却基板１を用いたときのＩＣ４０の最高温度Ｔの比（すなわち、相対温度）を示しており、横軸は、ポンプ１０の誘電体１３の数を示している。
図１０に示されているように、測定の結果、第１実施形態の冷却基板１を用いた場合のＩＣ４０の最高温度Ｔは、従来の冷却基板を用いた場合のＩＣ４０最高温度Ｔ０よりも低くなることが分かった。また、第１実施形態の冷却基板１を用いた場合、誘電体１３の数が３０以下であれば、誘電体１３の数が多くなればなるほど、ＩＣ４０の最高温度Ｔが低くなることが分かった。特に、誘電体１３の数が１０以下の場合、第１実施形態の冷却基板１を用いることで、従来の冷却基板１を用いた場合よりも大きな冷却効果が得られることが分かった。
また、冷却システム２００は、例えば、図１１に示すように、冷却基板６０とヒートシンク７０とを一体化して、冷却基板６０がヒートシンク７０を兼ねるように構成してもよい。このような構成により、小型の冷却システム２００を実現できる。
また、冷却システム２００は、例えば、図１２に示すように、ヒートシンク７０およびクーリングファン８０に代えて、ＩＣ４０から離れて配置された熱交換器９０を設け、冷却基板６０内の流体を熱交換器９０で冷却するように構成してもよい。このように、ＩＣ４０から離れて熱交換器９０を配置することで、熱交換器９０の形状、大きさおよび配置などの制約が生じ難い。このため、図９および図１１の冷却システム２００と比較して、冷却能力の高い熱交換器９０を用いることができて、冷却基板６０の冷却能力を大幅に高めることができるので、より発熱が大きな熱源への適用が可能になる。
なお、前記様々な実施形態または変形例のうちの任意の実施形態または変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせまたは実施例同士の組み合わせまたは実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態または実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
本発明のポンプ１０は、例えば、ＩＣの冷却システムに適用できる。
１ 冷却基板
２ 基板流路
３ 位置決め部
４ 流体供給路
５ 取り出し電極
１０ ポンプ
１１ ポンプ流路
１２ 電極
１３ 誘電体
２１、２２ 外部電極
３０ 基板
４０ ＩＣ
５０ 放熱グリース
６０ 冷却基板
７０ ヒートシンク
８０ クーリングファン
９０ 熱交換器
１００ 電源
２ 基板流路
３ 位置決め部
４ 流体供給路
５ 取り出し電極
１０ ポンプ
１１ ポンプ流路
１２ 電極
１３ 誘電体
２１、２２ 外部電極
３０ 基板
４０ ＩＣ
５０ 放熱グリース
６０ 冷却基板
７０ ヒートシンク
８０ クーリングファン
９０ 熱交換器
１００ 電源
Claims (13)
- 流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の誘電体の各々は、前記流動方向に対向する一対の第１主面を有し、前記複数の電極の各々は、前記流動方向に対向する一対の第２主面を有し、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置しかつ前記第１主面および前記第２主面が接触した状態で、前記流動方向に沿って交互に積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第１の誘電体および前記第２の誘電体の各々が、
前記流動方向のゼータ電位が相互に逆符号となる材料で構成されている、ポンプ。 - 流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の誘電体の各々は、前記流動方向に対向する一対の第１主面を有し、前記複数の電極の各々は、前記流動方向に対向する一対の第２主面を有し、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置しかつ前記第１主面および前記第２主面が接触した状態で、前記流動方向に沿って交互に積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第１の誘電体および前記第２の誘電体の各々が、
前記流動方向のゼータ電位が相互に同じ符号となり、かつ、前記第１の誘電体の前記流動方向のゼータ電位の絶対値が前記第２の誘電体の前記流動方向のゼータ電位の絶対値よりも大きくなる材料で構成されている、ポンプ。 - 前記複数の電極が接続された外部電極を備え、
前記複数の電極の各々は、一対の前記第２主面を繋ぐ部分を介して前記外部電極に接続されている、請求項１または２のポンプ。 - 前記流体が、水である、請求項１から３のいずれか１つのポンプ。
- 前記流体が、添加物が添加された水である、請求項１から３のいずれか１つのポンプ。
- 前記添加物が、緩衝液、不凍液または耐腐食剤のいずれかである、請求項５のポンプ。
- 流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第２の誘電体の前記流動方向の気孔率が、前記第１の誘電体の前記流動方向の気孔率よりも大きい、ポンプ。 - 流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第２の誘電体の前記流動方向の気孔径が、前記第１の誘電体の前記流動方向の気孔径よりも大きい、ポンプ。 - 流体が流れるポンプ流路と、
前記ポンプ流路に配置されて、前記流体の流動方向に前記流体がそれぞれ通過可能な複数の電極および複数の誘電体と
を備え、
前記複数の電極および前記複数の誘電体は、前記複数の電極の隣接する電極間に前記複数の誘電体の１つが位置するように、前記流動方向に沿って交互に接触して積層され、
前記複数の電極は、隣接する電極間の極性が相互に異なり、
前記複数の誘電体が、
前記流動方向の最上流から数えて奇数番目に配置されている第１の誘電体と、
前記流動方向の最上流から数えて偶数番目に配置されている第２の誘電体と
を有し、
前記第２の誘電体の前記流動方向の屈曲度が、前記第１の誘電体の前記流動方向の屈曲度よりも小さい、ポンプ。 - 前記複数の電極の各々が、前記複数の誘電体の各々よりも大きい前記流動方向の厚さを有している、請求項１から８のいずれか１つのポンプ。
- 前記第１の誘電体がＳｉＯ２で構成され前記第２の誘電体がＡｌ２Ｏ３で構成されているか、または、前記第１の誘電体がＴｉＯ２で構成され前記第２の誘電体がＡｌ２Ｏ３で構成されているか、または、前記第１の誘電体がＳｉＯ２で構成され前記第２の誘電体がＴｉＯ２で構成されているか、または、前記第１の誘電体がＳｉＯ２で構成され前記第２の誘電体がＺｒＯ２で構成されているか、または、前記第１の誘電体がＺｒＯ２で構成され前記第２の誘電体がＡｌ２Ｏ３で構成されているか、または、前記第１の誘電体がポリテトラフルオロエチレンで構成され前記第２の誘電体がポリエチレンテレフタレートで構成されている、請求項１から１０のいずれか１つのポンプ。
- 前記流体が充填されて流れる基板流路と
前記基板流路に配置され、前記ポンプ流路が前記基板流路に接続されている、請求項１から１１のいずれか１つのポンプと
を備える、冷却基板。 - 前記ポンプが、相互に長さの異なる３つの辺で構成された直方体状を有し、
前記基板流路が、前記ポンプを収容して位置決めする位置決め部を有している、請求項１２の冷却基板。
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