WO2021065048A1 - ポンプおよび冷却基板 - Google Patents

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WO2021065048A1
WO2021065048A1 PCT/JP2020/014880 JP2020014880W WO2021065048A1 WO 2021065048 A1 WO2021065048 A1 WO 2021065048A1 JP 2020014880 W JP2020014880 W JP 2020014880W WO 2021065048 A1 WO2021065048 A1 WO 2021065048A1
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WO
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pump
electrode
dielectric
flow path
flow direction
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/014880
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English (en)
French (fr)
Inventor
崇文 森朝
秋一 川田
雅彦 志柿
雄一 草野
Original Assignee
株式会社村田製作所
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Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D33/00—Non-positive-displacement pumps with other than pure rotation, e.g. of oscillating type

Definitions

  • the present invention relates to a pump using an electroosmotic flow and a cooling substrate provided with this pump.
  • Patent Document 1 describes a dielectric porous membrane, a first water-permeable electrode arranged on one side of the dielectric porous membrane, and a second water-permeable electrode arranged on the other side of the dielectric porous membrane.
  • a pump using an electropermeable flow with an electrode is disclosed.
  • the flow rate of the pump is proportional to the cross-sectional area of the dielectric porous membrane in the fluid flow direction and inversely proportional to the thickness of the dielectric porous membrane (that is, the dimension in the fluid flow direction). Therefore, as a method of increasing the flow rate of the pump, it is conceivable to increase the cross-sectional area of the dielectric porous membrane or reduce the thickness of the dielectric porous membrane.
  • the size of the pump is increased, which makes it difficult to incorporate the pump into a substrate or the like. If the thickness of the dielectric porous membrane is reduced, the mechanical strength of the pump is increased. It becomes difficult to secure. Therefore, in the pump, it may be difficult to increase the flow rate while ensuring the mechanical strength.
  • An object of the present invention is to provide a pump using an electroosmotic flow capable of increasing a flow rate while ensuring mechanical strength, and a cooling substrate provided with this pump.
  • the pump has a first electrode, a dielectric and a second electrode through which fluid can pass along the flow direction, respectively, and the first electrode and the second electrode have different polarities from each other, and the first electrode and the second electrode are different from each other.
  • the cooling substrate is It includes a substrate flow path filled with the fluid and flows, and a pump of the embodiment arranged in the substrate flow path and in which the pump flow path is connected to the substrate flow path.
  • a ceramic substrate with a flow path filled with fluid and flowing inside The first electrode, the dielectric, and the second electrode, respectively, through which the fluid can pass along the flow direction, the first electrode and the second electrode have different polarities from each other, and the first electrode and the second electrode are different from each other.
  • the pump flow path through which the fluid flows the pump portion in which the first electrode, the dielectric and the second electrode are sequentially contacted and laminated along the flow direction, and along the flow direction of the pump portion. It is connected to the outer circumference and has an exterior body that surrounds the pump portion.
  • the cooling substrate having high heat dissipation efficiency can be realized by the pump.
  • a cooling substrate having high heat dissipation efficiency can be manufactured.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG.
  • a first cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the cooling substrate of FIG. A second cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the cooling substrate of FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a first modification of the pump of FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a second modification of the pump of FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view for explaining the pump of FIG.
  • the schematic diagram which shows the 1st modification of the cooling system of FIG. The schematic diagram which shows the 2nd modification of the cooling system of FIG.
  • the pump has a first electrode, a dielectric and a second electrode through which fluid can pass along the flow direction, respectively, and the first electrode and the second electrode have different polarities from each other, and the first electrode and the second electrode are different from each other.
  • the pump flow path through which the fluid flows the pump portion in which the first electrode, the dielectric and the second electrode are sequentially contacted and laminated along the flow direction, and the outer circumference of the pump portion along the flow direction. It is connected to and has an exterior body that surrounds the pump section.
  • the pump The outer body is provided integrally with the outer body, and extends from the upstream end of the outer body in the flow direction along the flow direction from the downstream to the upstream in the flow direction to form the pump flow path.
  • the first wall portion constituting the first flow path connected to the upstream side in the flow direction, and It is provided integrally with the exterior body, and extends from the downstream end of the exterior body in the flow direction along the flow direction from the upstream to the downstream in the flow direction, and is said to be the pump flow path.
  • a second wall portion forming a second flow path connected to the downstream side in the flow direction may be further provided.
  • the fluid feeding efficiency can be improved by integrating the first wall portion and the second wall portion in the substrate flow path. Can be done.
  • the pump A step is provided between the exterior body and each of the first wall portion and the second wall portion.
  • the step between the exterior body and the first wall portion is provided with a first guide portion that guides the fluid from the outside of the pump flow path toward the inside of the pump flow path.
  • the step between the exterior body and the second wall portion may be provided with a second guide portion that guides the fluid from the inside of the pump flow path to the outside of the pump flow path. ..
  • Each of the first electrode and the second electrode may have a thickness in the flow direction larger than that of the dielectric.
  • the cooling substrate is It includes a substrate flow path filled with the fluid and flows, and a pump of the embodiment arranged in the substrate flow path and in which the pump flow path is connected to the substrate flow path.
  • the pump can realize a cooling board with high heat dissipation efficiency.
  • the cooling substrate is The first wall portion and the second wall portion form a part of the substrate flow path.
  • the production method of one aspect of the present invention is A ceramic substrate with a flow path filled with fluid and flowing inside, The first electrode, the dielectric, and the second electrode, respectively, through which the fluid can pass along the flow direction, the first electrode and the second electrode have different polarities from each other, and the first electrode and the second electrode are different from each other.
  • a method for manufacturing a cooling substrate including a pump arranged in the flow path, which is connected to the outer periphery and has an exterior body that surrounds the pump portion and forms a part of the flow path. The ceramic substrate is fired to join the exterior of the pump to the ceramic substrate.
  • a cooling substrate having high heat dissipation efficiency can be manufactured.
  • the cooling substrate 1 of the first embodiment of the present invention has, for example, a substantially quadrangular plate shape and is composed of CaO-B 2 O 3- Al 2 O 3- SiO 2. As shown in FIGS. 1 to 3, the cooling substrate 1 includes a substrate flow path 2 through which a fluid flows and a pump 10 using an electroosmotic flow arranged in the substrate flow path 2.
  • the dimensions of the cooling substrate 1 are, for example, 0.1 to 0.8 mm in thickness and about 20 mm in length of each side of the plate surface. Further, as the material constituting the cooling substrate 1, any material (for example, various glass materials or glass such as LTCC) can be used as long as it can be fired precisely under the firing conditions of porous ceramics and is insulating. A mixture of oxide fillers) can be used.
  • the fluid pure water, methanol, ethanol, IPA (isopropyl alcohol), propanol, butanol, freon-based liquid, fluorine-based liquid, TBE (trisboric acid) buffer, borate buffer, phosphate buffer, etc. are used. Can be used.
  • the electrolyte concentration is low.
  • the substrate flow path 2 is provided inside the cooling substrate 1, and is arranged so that substantially the entire plate surface of the cooling substrate 1 can be cooled by circulating a fluid.
  • the dimensions of the substrate flow path 2 are, for example, about 500 ⁇ m in width and about 340 ⁇ m in height.
  • a fluid supply path 4 connected to the substrate flow path 2 and the outside of the cooling substrate 1 is provided inside the cooling substrate 1, and the substrate is provided via the fluid supply passage 4.
  • a liquid is supplied and filled in the flow path 2.
  • the fluid supply path 4 is sealed so that the fluid in the substrate flow path 2 does not leak to the outside of the cooling substrate 1 after the substrate flow path 2 is filled with the fluid.
  • the pump 10 and the power supply 100 (see FIG. 5) are connected via the pair of take-out electrodes 5.
  • the pump 10 has an exterior connected to a pump portion 11 through which a fluid can pass in a flow direction (for example, the direction of arrow A) and an outer circumference of the pump portion 11 along the flow direction A. It has a body 20 and.
  • the dimensions of the pump 10 are set in, for example, a length L1 in the width direction (shown in FIG. 4) and a length L2 in the height direction of the pump flow path 23 (shown in FIG. 5) in the range of 0.1 to 20 mm. Will be done.
  • the pump unit 11 has a plurality of electrodes 12 and a dielectric 13 through which a fluid can pass along a flow direction A, respectively.
  • the pump unit 11 is composed of two electrodes 12 (hereinafter, the first electrode 121 and the second electrode 122 are referred to in order from the most upstream flow in the fluid flow direction), and the first electrode 121 and the first electrode 122 are used.
  • the first electrode 121, the dielectric 13, and the second electrode 122 are sequentially contacted and laminated along the flow direction A so that the dielectric 13 is located between the two electrodes 122.
  • Each of the electrodes 121 and 122 is made of, for example, a porous conductive material having a thickness (that is, a dimension in the direction of arrow A) of 0.5 mm or less, and the dielectric 13 has a thickness of, for example, 0.01 to 0.01 to It is composed of 0.1 mm porous ceramics.
  • a porous conductive material a metal material such as Pt, Cu, Ag, Au, or Ni can be used.
  • the porous ceramics SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , BaTiO 3 and the like can be used.
  • the electrodes 121, 122 and the dielectric 13 are not limited to the porous material, and may be made of a non-porous material. In this case, for example, the electrodes 121, 122 and the dielectric 13 may be provided with a plurality of through holes extending in the flow direction of the fluid.
  • the first electrode 121 is a direct current or alternating current power source 100 via a first external electrode 21 connected to one of a pair of extraction electrodes 5 (shown in FIG. 3) of the cooling substrate 1. It is connected to the input terminal. Further, the second electrode 122 is connected to the output side terminal of the power supply 100 via the second external electrode 22 connected to the other of the pair of take-out electrodes 5 of the cooling substrate 1.
  • the polarities between the electrodes 121 and 122 are different from each other. For example, an electric field E in the direction of arrow A is generated between the first electrode 121 and the second electrode 122.
  • a driving force F that drives the fluid flowing through the pump flow path 23 in the same direction as the generated electric field E is generated. Due to this driving force F, the fluid flows in the direction of arrow A in the pump flow path 23. That is, the flow direction of the fluid flowing through the pump flow path 23 is determined by the direction of the electric field E0 generated between the electrodes 121 and 122 of the pump unit 11.
  • the magnitude of the driving force F is proportional to the electric field strength E generated between the electrodes 121 and 122, and the magnitude of the electric field strength E is inversely proportional to the thickness of the dielectric 13.
  • the flow rate Q of the pump using the electroosmotic flow is calculated by, for example, the following equation 1.
  • Equation 1 A is the area of the cross section perpendicular to the flow direction of the dielectric [m 2 ], L is the thickness of the dielectric [m], ⁇ is the pore ratio of the porous dielectric, and ⁇ is the porous dielectric.
  • ⁇ is the average pore size of the porous dielectric [m]
  • ⁇ is the dielectric constant of the solution [C / V ⁇ m]
  • ⁇ is the viscosity of the solution [Pa ⁇ s]
  • ⁇ is the zeta potential [V]
  • ⁇ is the dielectric length [m]
  • I 1 is the first-order modified Besseli function
  • I 0 is the zero-order modified Besseli function
  • ⁇ P is the pressure gradient [Pa]
  • V is the applied voltage [V].
  • the exterior body 20 has a substantially square frame shape that surrounds the pump portion 11 over the entire circumference along the flow direction A, and is filled in the substrate flow path 2 of the cooling substrate 1. It constitutes a pump flow path 23 through which a fluid flows.
  • the exterior body 20 is made of, for example, the same material as the cooling substrate 1. That is, the exterior body 20 is any material (for example, various glass materials or a mixture of glass and oxide filler such as LTCC) as long as it can be fired precisely under the firing conditions of porous ceramics and is an insulating material. ).
  • the exterior body 20 is integrally provided with a plurality of first wall portions 14 and a plurality of second wall portions 15.
  • Each first wall portion 14 extends from the end portion of the exterior body 20 on the upstream side with respect to the flow direction A along the flow direction A from the downstream to the upstream of the flow direction A.
  • each of the second wall portions 15 extends from the end portion of the exterior body 20 on the downstream side with respect to the flow direction A along the flow direction A from the upstream to the downstream of the flow direction A.
  • Each first wall portion 14 is arranged in a substantially square tubular shape and constitutes a first flow path 231 connected to the upstream side of the flow direction A of the pump flow path 23.
  • each of the second wall portions 15 is arranged in a substantially square tubular shape and constitutes a second flow path 232 connected to the downstream side of the flow direction A of the pump flow path 23.
  • Each of the first wall portion 14 and the second wall portion 15 is provided integrally with the flow path wall 6 (shown in FIGS. 2 and 3) constituting the substrate flow path 2 of the cooling substrate 1, and the first flow path is provided.
  • Each of 231 and the second flow path 232 constitutes a part of the substrate flow path 2. In FIG. 4, a part of the first wall portion 14 and the second wall portion 15 is omitted.
  • stepped portions 141 and 151 are provided between the exterior body 20, each of the first wall portions 14, and each of the second wall portions 15, respectively.
  • FIGS. 6 to 8 an example of a method for manufacturing the pump 10 will be described with reference to FIGS. 6 to 8.
  • a part of the substrate flow path 2 is omitted.
  • a through hole 31 is formed through the first ceramic green sheet 30 in the thickness direction thereof to form a substrate flow path 2 and a fluid supply path 4.
  • a through hole 41 penetrating in the thickness direction is formed in the second ceramic green sheet 40, and the electrode paste is printed in the formed through hole 41.
  • a conductive portion 42 for connecting the pair of take-out electrodes 5 of the cooling substrate 1 and the external electrode 21 of the pump 10 is formed.
  • the first ceramic green sheet 30 is brought into contact with the laminated surface 43 of the second ceramic green sheet 40 on which the conductive portion 42 is formed and laminated.
  • a through hole 51 penetrating in the thickness direction is formed in the third ceramic green sheet 50 as in the second ceramic green sheet 40, and the outside of the pump 10 is formed in the through hole 51.
  • a conductive portion 52 that connects to the electrode 22 is formed.
  • the pump 10 is arranged at a predetermined position of the through hole 31 forming the substrate flow path 2 of the first ceramic green sheet 30, and the laminated surface 32 of the first ceramic green sheet 30 (that is, the second ceramic green sheet 40).
  • the third ceramic green sheet 50 is brought into contact with and laminated on the surface on the opposite side in the thickness direction of the surface facing the ceramic substrate 60 to form the ceramic substrate 60.
  • the unfired pump 10 may be fired at the same time as the ceramic substrate 60.
  • each restraint layer sheet 70 is composed of ceramics having a high sintering temperature such as ZrO2, and is connected to a conductive portion 42 of the second ceramic green sheet 40 and a conductive portion 52 of the third ceramic green sheet 50. Is formed.
  • the restraint layer sheet 70 is removed, the substrate flow path 2 is filled with the fluid via the fluid supply path 4, and then the fluid supply path 4 is opened. After sealing, the production of the cooling substrate 1 is completed.
  • a pump unit 11 and an exterior body 20 connected to the outer periphery of the pump unit 11 along the flow direction A and surrounding the pump unit 11 are provided.
  • the pump flow path 23 is provided integrally with the exterior body 20 and extends from the upstream end of the exterior body 20 along the flow direction A from the downstream to the upstream of the flow direction A.
  • the first wall portion 14 constituting the first flow path 231 connected to the upstream side of the flow direction A and the exterior body 20 are provided integrally with the exterior body 20, and the end of the exterior body 20 on the downstream side of the flow direction A.
  • a second wall portion 15 extending from the portion along the flow direction A from the upstream to the downstream of the flow direction A and forming a second flow path 232 connected to the downstream side of the flow direction A of the pump flow path 23. Further prepared.
  • the cooling substrate 1 can realize a cooling substrate with high heat dissipation efficiency by the pump 10.
  • the first wall portion 14 and the second wall portion 15 form a part of the substrate flow path 2.
  • the cooling substrate 1 having high heat dissipation efficiency can be manufactured.
  • each of the first wall portion 14 and the second wall portion 15 can be omitted.
  • the first guide for guiding the fluid from the outside of the pump flow path 23 toward the inside of the pump flow path 23 to the step portion 141 between the exterior body 20 and the first wall portion 14.
  • a portion 142 may be provided.
  • the step portion 151 between the exterior body 20 and the second wall portion 15 may be provided with the second guide portion 152 for guiding the fluid from the inside of the pump flow path 23 toward the outside of the pump flow path 23. ..
  • each of the guide portions 142 and 152 in FIG. 9 has a curved shape in which the opposite wall portions 14 and 15 of the wall portions 14 and 15 project in a direction in which they are separated from each other.
  • the stepped portions 141 and 151 can be omitted.
  • the liquid feeding efficiency of the pump 10 is achieved. Can be enhanced.
  • the pump 10 of the second embodiment of the present invention is different from the pump 10 of the first embodiment in that the pump portion 11 is composed of a plurality of electrodes 12 and a plurality of dielectrics 13.
  • the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numbers, the description thereof will be omitted, and the points different from those in the first embodiment will be described.
  • the pump unit 11 has four electrodes 121, 122, 123, 124 (hereinafter, first electrode 121, second electrode 122, third electrode 123, in order from the most upstream flow in the fluid flow direction.
  • the fourth electrode 124 is used), and the three dielectrics 131, 132, 133 (hereinafter, the first dielectric 131, the second dielectric 132, and the third dielectric 133 are arranged in this order from the most upstream flow in the fluid flow direction.
  • the electrodes 121, 122, 123, and 124 are arranged at equal intervals in the direction of arrow A.
  • the first electrode 121 and the third electrode 123 are connected to the input side terminal of the DC or AC power supply 100, and the second electrode 122 and the fourth electrode 124 are connected to the output side terminal of the power supply 100.
  • the polarities between the adjacent electrodes of the plurality of electrodes 121, 122, 123, and 124 are different from each other. For example, an electric field E1 in the arrow A direction is generated between the first electrode 121 and the second electrode 122, and the second electrode is second. An electric field E2 in the direction opposite to the arrow A is generated between the electrode 122 and the third electrode 123, and an electric field E3 in the direction of the arrow A is generated between the third electrode 123 and the fourth electrode 124. There is.
  • the pump 10 has six electrodes 12 (hereinafter, first to sixth electrodes 121, 122, 123, 124, 125, 126 in order from the most upstream flow in the fluid flow direction. It can also be composed of five dielectrics 13 (hereinafter, first to fifth dielectrics 131, 132, 133, 134, 135 in order from the most upstream flow in the fluid flow direction).
  • the pump 10 of FIG. 12 includes a first external electrode 21 and a second external electrode 22 that extend along the flow direction of the fluid (that is, the direction of arrow A) and face each other.
  • the first external electrode 21 is connected to the input side terminal of the power supply 100
  • the second external electrode 22 is connected to the output side terminal of the power supply 100.
  • Each of the first electrode 121, the third electrode 123, and the fifth electrode 125 extends from the first external electrode 21 toward the second external electrode 22 in a direction intersecting (for example, orthogonal to) the flow direction of the fluid. .. Further, each of the second electrode 122, the fourth electrode 124, and the sixth electrode 126 has a different polarity from each of the first electrode 121, the third electrode 123, and the fifth electrode 125, and in the flow direction of the fluid. In the intersecting direction, it extends from the second external electrode 22 toward the first external electrode 21.
  • a dielectric 131 is arranged between the two, and is connected to the adjacent dielectric 13. That is, in the pump 10 of FIG. 12, the dielectric 13 has a meandering shape in a cross-sectional view along the flow direction of the fluid.
  • the pump unit 11 includes a plurality of electrodes 12 and a plurality of dielectrics 13 through which the fluid can pass in the flow direction of the fluid, respectively, and the plurality of electrodes 12 and the plurality of dielectrics 13 are provided.
  • the plurality of electrodes 12 and the plurality of dielectrics 13 are provided.
  • the mechanical strength of the pump 10 can be further increased by configuring the electrodes 121, 122, 123, and 124 to have a thickness in the flow direction A larger than that of the dielectrics 131, 132, and 133. it can.
  • the flow rate Q of the pump using the electroosmotic flow is calculated by, for example, the above-mentioned formula 1.
  • F1 F2.
  • F1 and F2 are proportional to n, as shown in FIG. 13, the larger the number of layers n, the larger the driving force F. In this way, by alternately stacking dielectrics formed of materials whose zeta potentials have opposite signs, the driving force F obtained in proportion to the number of stacks n increases, and the flow rate Q of the pump 10 is increased. Can be increased.
  • the electric charge of each of the electric double layer of the first dielectric 131 and the third dielectric 133 is positive
  • the electric charge of the electric double layer of the second dielectric 132 is negative. It becomes. Therefore, in the second dielectric 132, the electric field E2 in the direction opposite to the flow direction A exerts a force on the negative charge of the electric double layer, so that the driving force F2 generated in the second dielectric 132 is shown in FIG. As shown in 11, it works in the same positive direction as the flow direction A.
  • the first dielectric 131 and the third dielectric 133 and the second dielectric 132 are formed.
  • a driving force F in the same direction as the flow direction A can be obtained in all the layers of the dielectric 132 and the third dielectric 133, and the flow rate of the pump 10 can be increased.
  • the zeta potential of the first dielectric and the zeta potential of the second dielectric have the same sign, and the absolute value of the first zeta potential is larger than the absolute value of the zeta potential of the second dielectric.
  • the same effect can be obtained by constructing each dielectric with the same material.
  • the potentials of the first electrode 121 and the third electrode 123 are positive potentials and the potentials of the second electrode 122 are negative potentials, respectively.
  • the first dielectric 131 and the third dielectric 133 (that is, the first dielectric) and the second dielectric 132 (that is, the second dielectric) are made of, for example, the following materials. Will be done.
  • Second dielectric Al 2 O 3 -First dielectric: TiO 2 , second dielectric: Al 2 O 3 -First dielectric: SiO 2 , second dielectric: TiO 2 -First dielectric: SiO 2 , second dielectric: ZrO 2 -First dielectric: ZrO 2 , second dielectric: Al 2 O 3
  • First dielectric polytetrafluoroethylene, second dielectric: polyethylene terephthalate
  • SiO 2 has a zeta potential of about -50 mV
  • Al 2 O 3 is , The zeta potential is about +40 mV.
  • the first dielectric 131 and the third dielectric are used in each combination of the above materials.
  • the material constituting 133 and the material constituting the second dielectric 132 may be exchanged (for example, the first dielectric 131 and the third dielectric 133 are composed of Al 2 O 3 and the second dielectric 132 is SiO. It may be composed of 2).
  • the zeta potential ⁇ is defined as follows, for example. That is, a flat plate sample is prepared under the same material composition and the same conditions as the target dielectric 13, and is immersed in the fluid to be used (that is, the fluid flowing through the pump flow path 23). Then, the zeta potential of the flat plate sample immersed in the fluid is measured using a zeta potential measuring device, and the measured result is defined as the zeta potential ⁇ .
  • a mixed solution of water, a buffer solution, a mixed solution of water and an antifreeze solution, and a mixed solution of water and a corrosion resistant agent can be used.
  • water may contain an electrolyte such as KCl.
  • the buffer solution is an aqueous solution containing a weak acid or a weak base and a salt thereof, and is a phosphate buffer solution, a citric acid buffer solution, a Tris buffer solution, an acetate buffer solution, a Mcllvaine buffer solution, a HEPES buffer solution, and a borate buffer solution.
  • a phosphate buffer solution a citric acid buffer solution, a Tris buffer solution, an acetate buffer solution, a Mcllvaine buffer solution, a HEPES buffer solution, and a borate buffer solution.
  • the zeta potential may vary depending on the pH of the fluid.
  • the flow rate Q of the pump 10 fluctuates as shown in the above-mentioned mathematical formula 1, and for example, the liquid feeding efficiency of the pump 10 may decrease. There is. Therefore, by using a buffer solution having a small pH fluctuation as the fluid, it is possible to prevent a decrease in the liquid feeding efficiency of the pump 10.
  • the antifreeze solution contains glycols such as ethylene glycol and propylene glycol, and alcohols such as methanol and ethanol.
  • glycols such as ethylene glycol and propylene glycol
  • alcohols such as methanol and ethanol.
  • Corrosion resistant agents include phosphates, borates, silicates, organic acids, nitrites, etc.
  • the pump flow path 23 or the electrode 12 may be corroded by being in contact with water for a long time.
  • corrosion of the pump flow path 23 or the electrode 12 made of a metal material can be prevented by adding a corrosion resistant agent to the water.
  • first dielectric 131 and the third dielectric 133 are composed of SiO 2
  • the second dielectric 132 is composed of Al 2 O 3.
  • first, SiO 2 and Al 2 O 3 are subjected to 8 hr dispersion treatment with a ball mill together with a tornene / ethanol mixed solvent, a dispersant and a binder, and then the first dielectric 131 and the third dielectric 131 and the third are subjected to the doctor blade method.
  • a SiO 2 ceramic green sheet serving as the dielectric 133 and an Al 2 O 3 ceramic green sheet serving as the second dielectric 132 are formed.
  • the same quality sintering aid is added to SiO 2 or Al 2 O 3.
  • the sintering aid forms, for example, glass such as Ca-B 2 O 3- SiO 2 , ZnO-B 2 O 3- SiO 2 , CaO-Al 2 O 3- SiO 2, or a liquid phase during firing. It is an oxide.
  • the formed ceramic green sheet is covered with a mask and Pt is vapor-deposited (or Pt paste is printed) on the ceramic green sheet of SiO 2 and the ceramic green sheet of Al 2 O 3 , respectively.
  • a plurality of electrodes 12 are formed. Each of the formed electrodes 12 is formed with a plurality of holes through which a fluid can pass.
  • the ceramic green sheet of SiO 2 on which the electrode 12 is formed and the ceramic green sheet of Al 2 O 3 are laminated by a laminating machine and then crimped by a crimping machine to crimp the ceramic green sheet of the electrode 12 and SiO 2 and Al 2.
  • the ceramic green sheets O 3 are laminated alternately laminate is formed.
  • the formed laminate is cut by dicing and then fired at 800 degrees Celsius to 1000 degrees Celsius. Then, the fired laminate is covered with a mask and Pt is vapor-deposited to form the external electrodes 21 and 22, and the production of the pump 10 is completed.
  • the pump 10 of the third embodiment of the present invention is different from the pump 10 of the second embodiment in at least one of the following three points.
  • the same parts as those in the second embodiment are designated by the same reference numbers, the description thereof will be omitted, and the points different from those in the second embodiment will be described.
  • the porosity of the second dielectric 132 (an example of the second dielectric) is larger than the porosity of the first dielectric 131 and the third dielectric 133 (an example of the first dielectric).
  • the pore diameter of the second dielectric 132 is larger than the pore diameter of the first dielectric 131 and the third dielectric 133.
  • the tortuosity of the second dielectric 132 is smaller than the tortuosity of the first dielectric 131 and the third dielectric 133.
  • a pump (hereinafter referred to as a conventional pump) composed of one dielectric having a radius r and a length L and a pair of electrodes at both ends of the dielectric. It is assumed that the dielectric material of the conventional pump is a porous body having a pore diameter a, a porosity ⁇ , and a tortuosity ⁇ . At this time, assuming that the number of pores of the dielectric is N, it is expressed by the following formula 3 from the following formula 2 (ignoring the thickness of the electrode).
  • Equation 4 ⁇ r is the relative permittivity of the fluid, ⁇ 0 is the vacuum permittivity, ⁇ is the viscosity of the fluid, E e is the electric field strength, and ⁇ is the zeta potential.
  • the velocity u ⁇ is determined from the balance between the zeta potential and the viscosity of the fluid. In other words, the velocity u ⁇ converges to a velocity in which the work due to the electrostatic attraction acting near the wall surface 310 of the thin tube 300 and the energy loss due to the fluid frictional force are balanced.
  • the work W is expressed by the following mathematical formula 5.
  • Equation 10 The work W single layer performed by the conventional pump is represented by the following formula 10 based on the above formulas 5 to 9.
  • Equation 10 the first term on the right side corresponds to the work due to electrostatic attraction, and the second term on the right side corresponds to the work due to frictional force (energy loss).
  • the pore diameters of the first dielectric 131 and the third dielectric 133, which are the first dielectrics, are a 1
  • the porosity is ⁇ 1
  • the tortuosity is ⁇ 1
  • the second dielectric which is the second dielectric, is the second dielectric.
  • the flow velocity of the first dielectric is u 1
  • the electrostatic attraction is Fa 1
  • the frictional force is F b1
  • the surface area of the pores is S 1
  • the flow velocity of the second dielectric is u 2
  • the electrostatic attraction is F. a2
  • the frictional force F b2 the surface area of pores and S 2.
  • the work W stacking performed by the pump 10 is represented by the following formula 11. Also in Equation 11, the first term on the right side corresponds to the work due to electrostatic attraction, and the second term on the right side corresponds to the work due to frictional force.
  • the absolute value of is smaller than the absolute value of the work due to the frictional force in the W single layer. Therefore, the porosity ⁇ 2 of the second dielectric is made larger than the porosity ⁇ 1 of the first dielectric , or the porosity a 2 of the second dielectric is set to the porosity a of the first dielectric.
  • W stacking > W single layer is obtained, and the pump is more than a conventional pump.
  • the flow rate of 10 can be increased. As a result, it is possible to realize a pump 10 using an electroosmotic flow that can increase the flow rate while ensuring mechanical strength.
  • the porosity ⁇ is defined as follows, for example. That is, the cross section (cross section along the lines (i)-(i) of FIG. 15) passing through the center of the flow direction A and orthogonal to the flow direction A of the target dielectric 13 is observed with an SEM (scanning electron microscope). To do. The magnification is such that about 50 pores exist in the observation field of view. The contrast is set large and the observation field of view is imaged. While changing the observation field of view, images of 10 arbitrary regions in the target dielectric 13 are acquired, and the porosity is measured from each of the acquired images. The average porosity obtained from each image is defined as the porosity ⁇ of the target dielectric 13.
  • the pore diameter a is defined as follows, for example. That is, the cross section (cross section along the lines (i)-(i) of FIG. 15) passing through the center of the flow direction A and orthogonal to the flow direction A of the target dielectric 13 is observed with an SEM (scanning electron microscope). To do. The magnification is such that about 50 pores exist in the observation field of view. The contrast is set large and the observation field of view is imaged. While changing the observation field of view, images of 10 arbitrary regions in the target dielectric 13 are acquired, and the pore diameter (ferred diameter) is measured from each of the acquired images. The average of the pore diameters obtained from each image is defined as the pore diameter a of the target dielectric 13.
  • the tortuosity ⁇ is defined as follows, for example. That is, a flat plate sample is prepared under the same material composition and the same conditions as the target dielectric 13, and electrodes covering the entire surface are provided on both sides of the prepared flat plate sample. The electric resistance R between the electrodes is measured with the flat plate sample sufficiently permeated with water. Further, the electrode pair having the same electrode area and the distance between the electrodes as the flat plate sample is immersed in water, and the electric resistance R ref between the electrodes is measured. At this time, water having the same electric resistance is used, and when measuring the electric resistance R ref , care should be taken not to cause a measurement error due to the wraparound of the electric field. Using the measured electrical resistances R and R ref , the result obtained by the following equation 12 is defined as the tortuosity ⁇ .
  • Equation 12 ⁇ represents the open porosity and is obtained by the Archimedes method (JIS R 1634: 1998).
  • the weight of the sample in the dry state (dry mass) was set to w1
  • the weight of the sample in the state of being submerged in water was set to w2
  • the saturated sample was taken out from the water and removed by wiping the water droplets on the surface.
  • the weight (saturation mass) is w3
  • the open porosity ⁇ can be obtained by the following equation 13.
  • the first method of manufacturing the pump 10 of the second embodiment is that the first dielectric 131, the third dielectric 133, and the second dielectric 132 form a ceramic green sheet using different materials or different manufacturing methods. It is different from the manufacturing method of the pump 10 of the embodiment.
  • the porosity of the second dielectric 132 is made larger than the porosity of the first dielectric 131 and the third dielectric 133
  • the following materials are used. That is, SiO 2 powder having a particle size (D50) of 1 ⁇ m is used as the material for the first dielectric 131 and the third dielectric 133, and SiO 2 having a particle size (D50) of 2 ⁇ m is used as the material for the second dielectric 132.
  • a material in which 2 powders and SiO 2 powders having a particle size (D50) of 0.2 ⁇ m are mixed at a weight ratio of 1: 1 is used.
  • the pore diameter of the second dielectric 132 is made larger than the pore diameter of the first dielectric 131 and the third dielectric 133
  • the following materials are used. That is, SiO 2 powder having a particle size (D50) of 1 ⁇ m is used as the material for the first dielectric 131 and the third dielectric 133, and SiO 2 having a particle size (D50) of 10 ⁇ m is used as the material for the second dielectric 132.
  • the pore diameter a is preferably 10 nm or more, and more preferably 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m. When the pore diameter a is less than 10 nm, the pore diameter a may be too small and the electric double layers formed on the wall surface 310 (see FIG. 14) may overlap to reduce the liquid feeding efficiency.
  • the following manufacturing method material is used. That is, in the first dielectric 131 and the third dielectric 133, SiO 2 is subjected to 8 hr dispersion treatment with a ball mill together with a tornene / ethanol mixed solvent, a dispersant and a binder, and then various thicknesses are subjected to by the doctor blade method. Ceramic green sheet is formed. The formed ceramic green sheet is subjected to laser light irradiation or tracked etching to form pores.
  • the second dielectric 132 resin beads (for example, 1 ⁇ m in diameter) and SiO 2 are subjected to 8 hr dispersion treatment with a ball mill together with a tornene / ethanol mixed solvent, a dispersant and a binder, and then various thicknesses are subjected to by a doctor blade method. Ceramic green sheet is formed.
  • the first dielectric 131 and the third dielectric 133 form straight pores, and the second dielectric 132 forms bent pores.
  • a sintering aid of the same quality is added to SiO 2.
  • the sintering aid is, for example, glass such as CaO-B 2 O 3- SiO 2 , ZnO-B 2 O 3- SiO 2 , CaO-Al 2 O 3- SiO 2 , or an oxide that forms a liquid phase during firing. It is a thing.
  • the heat radiating grease 250, the cooling board 1, the heat radiating grease 250, the heat sink 270, and the cooling fan 280 of the first embodiment are placed in this order on the IC (integrated circuit) 240 mounted on the board 230. It is laminated.
  • the cooling system 210 of FIG. 17 is laminated on the IC 240 mounted on the substrate 230 in the order of the thermal paste 250, the heat spreader 260, the thermal paste 250, the heat sink 270, and the cooling fan 280. That is, each of the cooling systems 200 and 210 was composed of the same members except for the cooling substrate 1 and the heat spreader 260. Further, as the IC 240, an IC having a calorific value of 420 W / cm2 was used.
  • the maximum temperature T of the IC 240 measured when the cooling system 200 provided with the cooling substrate 1 of the present invention of FIG. 16 was used was 80 degrees Celsius.
  • the maximum temperature T0 of the IC 240 measured when the conventional cooling system 210 of FIG. 17 was used was 90 degrees Celsius. That is, by using the cooling system 200 provided with the cooling substrate 1 of the present invention, the maximum temperature T of the IC 240 was lowered by 10 degrees Celsius as compared with the case where the conventional cooling system 210 was used.
  • the maximum temperature T of the IC 240 when the cooling substrate 1 of the second embodiment was used was measured.
  • the maximum temperature T of the IC 240 and the maximum temperature T0 of the IC 240 in the cooling system 210 of FIG. 17 using the conventional cooling substrate were measured.
  • each pump 10 is configured to have the same shape and size.
  • FIG. 18 shows the relationship between the maximum temperature T0 of the IC 240 when the conventional cooling substrate is used and the maximum temperature T of the IC 40 when the cooling substrate 1 of the second embodiment is used.
  • the vertical axis shows the ratio (that is, relative temperature) of the maximum temperature T of the IC40 when the cooling substrate 1 of the present invention is used to the maximum temperature T0 of the IC40 when the conventional cooling substrate is used.
  • the horizontal axis represents the number of dielectrics 13 of the pump 10.
  • the maximum temperature T of the IC40 when the cooling substrate 1 of the second embodiment is used is lower than the maximum temperature T0 of the IC40 when the conventional cooling substrate is used. It turned out to be. Further, it was found that when the cooling substrate 1 of the second embodiment is used, if the number of the dielectrics 13 is 30 or less, the maximum temperature T of the IC 40 becomes lower as the number of the dielectrics 13 increases. .. In particular, when the number of dielectrics 13 is 10 or less, it has been found that by using the cooling substrate 1 of the second embodiment, a larger cooling effect can be obtained than when the conventional cooling substrate 1 is used.
  • the cooling system 200 may be configured such that the cooling substrate 1 and the heat sink 270 are integrated so that the cooling substrate 1 also serves as the heat sink 270. With such a configuration, a compact cooling system 200 can be realized.
  • the cooling system 200 is provided with a heat exchanger 290 arranged away from the IC 240 in place of the heat sink 270 and the cooling fan 280, and heat exchangers the fluid in the cooling substrate 1. It may be configured to cool at 290. With such a configuration, the cooling capacity of the cooling substrate 1 can be significantly increased as compared with the cooling system 200 of FIGS. 17 and 19, so that it can be applied to a heat source having a larger heat generation.
  • the pump 10 of the present invention can be applied to, for example, an IC cooling system.

Abstract

ポンプが、流体が流動方向に沿ってそれぞれ通過可能な第１電極、誘電体および第２電極を有し、第１電極および第２電極の極性が相互に異なっており、第１電極および第２電極の間に誘電体が位置するように、第１電極、誘電体および第２電極が流動方向に沿って積層されたポンプ部と、ポンプ部の流動方向に沿った外周に接続され、ポンプ部を取り囲んで流体が流れるポンプ流路を構成する外装体とを備える。

Description

ポンプおよび冷却基板
　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。
特許第６１６６２６８号
　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、
　流体が流動方向に沿ってそれぞれ通過可能な第１電極、誘電体および第２電極を有し、前記第１電極および前記第２電極は相互に極性が異なり、前記第１電極および前記第２電極の間に前記誘電体が位置するように、前記第１電極、前記誘電体および前記第２電極が前記流動方向に沿って積層されたポンプ部と、
　前記ポンプ部の前記流動方向に沿った外周に接続され、前記ポンプ部を取り囲んで前記流体が流れるポンプ流路を構成する外装体と
を備える。
　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。
　また、本発明の一態様の冷却基板の製造方法は、
　内部に流体が充填されて流れる流路が設けられたセラミック基板と、
　前記流体が流動方向に沿ってそれぞれ通過可能な第１電極、誘電体および第２電極を有し、前記第１電極および前記第２電極は相互に極性が異なり、前記第１電極および前記第２電極の間に前記誘電体が位置するように、前記第１電極、前記誘電体および前記第２電極が前記流動方向に沿って積層されたポンプ部と、前記ポンプ部の前記流動方向に沿った外周に接続され、前記ポンプ部を取り囲んで前記流路の一部を構成する外装体とを有する、前記流路に配置されたポンプと
を備える冷却基板の製造方法において、
　前記セラミック基板を焼成して、前記ポンプの前記外装体と前記セラミック基板とを接合する。
　前記態様のポンプによれば、流体が流れるポンプ流路と、第１電極、誘電体および第２電極が流動方向に沿って順に接触して積層されたポンプ部と、ポンプ部の流動方向に沿った外周に接続されて、ポンプ部を取り囲む外装体とを備えている。このような構成により、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。
　前記態様の冷却基板の製造方法によれば、放熱効率の高い冷却基板を製造できる。
本発明の第１実施形態の冷却基板の斜視図。 図１のII-II線に沿った断面図。 図２のIII-III線に沿った断面図。 本発明の第１実施形態のポンプの斜視図。 図４のV-V線に沿った断面図。 図１の冷却基板の製造方法を説明するための第１の断面図。 図１の冷却基板の製造方法を説明するための第２の断面図。 図１の冷却基板の製造方法を説明するための第３の断面図。 図４のポンプの第１の変形例を示す断面図。 図４のポンプの第２の変形例を示す断面図。 本発明の第２実施形態のポンプを示す模式図。 図１１のポンプの第１の変形例を示す模式図。 図１１のポンプの積層数と駆動力の相対値との関係を示すグラフ。 本発明の第３実施形態のポンプを説明するための図。 図１４のポンプを説明するための斜視図。 実施例の冷却システムの構成を示す模式図。 従来の冷却システムの構成を示す模式図。 従来の冷却基板を用いたときのＩＣの最高温度と、図１１のポンプを用いた本発明の冷却基板を用いたときのＩＣの最高温度との関係を示すグラフ。 図１６の冷却システムの第１の変形例を示す模式図。 図１６の冷却システムの第２の変形例を示す模式図。
　本発明の一態様のポンプは、
　流体が流動方向に沿ってそれぞれ通過可能な第１電極、誘電体および第２電極を有し、前記第１電極および前記第２電極は相互に極性が異なり、前記第１電極および前記第２電極の間に前記誘電体が位置するように、前記第１電極、前記誘電体および前記第２電極が前記流動方向に沿って積層されたポンプ部と、
　前記ポンプ部の前記流動方向に沿った外周に接続され、前記ポンプ部を取り囲んで前記流体が流れるポンプ流路を構成する外装体と
を備える。
　前記ポンプによれば、流体が流れるポンプ流路と、第１電極、誘電体および第２電極が流動方向に沿って順に接触して積層されたポンプ部と、ポンプ部の流動方向に沿った外周に接続されて、ポンプ部を取り囲む外装体とを備えている。このような構成により、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、
　前記外装体と一体に設けられていると共に、前記外装体の前記流動方向の上流側の端部から前記流動方向沿いを前記流動方向の下流から上流に向かって延びて、前記ポンプ流路の前記流動方向の上流側に接続された第１流路を構成する第１壁部と、
　前記外装体と一体に設けられていると共に、前記外装体の前記流動方向の下流側の端部から前記流動方向沿いを前記流動方向の上流から下流に向かって延びて、前記ポンプ流路の前記流動方向の下流側に接続された第２流路を構成する第２壁部と
をさらに備えてもよい。
　このような構成により、例えば、冷却基板の基板流路にポンプを配置した場合に、第１壁部および第２壁部を基板流路に一体化させることで、流体の送液効率を高めることができる。
　前記ポンプは、
　前記外装体と前記第１壁部および前記第２壁部の各々との間にはそれぞれ段差が設けられており、
　前記外装体と前記第１壁部との間の前記段差には、前記流体を前記ポンプ流路の外部から前記ポンプ流路の内部に向かって案内する第１案内部が設けられ、
　前記外装体と前記第２壁部との間の前記段差には、前記流体を前記ポンプ流路の内部から前記ポンプ流路の外部に向かって案内する第２案内部が設けられていてもよい。
　このような構成により、流体の送液効率をより高めることができる。
　前記ポンプは、
　前記第１電極および前記第２電極の各々が、前記誘電体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。
　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、
　前記第１壁部および前記第２壁部が前記基板流路の一部を構成している。
　このような構成により、基板流路内を流れる流体の送液効率を高めることができる。
　本発明の一態様の製造方法は、
　内部に流体が充填されて流れる流路が設けられたセラミック基板と、
　前記流体が流動方向に沿ってそれぞれ通過可能な第１電極、誘電体および第２電極を有し、前記第１電極および前記第２電極は相互に極性が異なり、前記第１電極および前記第２電極の間に前記誘電体が位置するように、前記第１電極、前記誘電体および前記第２電極が前記流動方向に沿って積層されたポンプ部と、前記ポンプ部の前記流動方向に沿った外周に接続され、前記ポンプ部を取り囲んで前記流路の一部を構成する外装体とを有する、前記流路に配置されたポンプと
を備える冷却基板の製造方法において、
　前記セラミック基板を焼成して、前記ポンプの前記外装体と前記セラミック基板とを接合する。
　前記製造方法によれば、放熱効率の高い冷却基板を製造できる。
　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発明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発明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、本発明、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、ＣａＯ-Ｂ２Ｏ３-Ａｌ２Ｏ３-ＳｉＯ２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、多孔質セラミクスの焼成条件で緻密に焼成可能でかつ絶縁性の材料であれば任意の材料（例えば、各種ガラス材料、あるいは、ＬＴＣＣのようなガラスおよび酸化物フィラーの混合物）を用いることができる。
　流体としては、純水、メタノール、エタノール、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、プロパノール、ブタノール、フロン系液体、フッ素系液体、ＴＢＥ（トリスホウ酸）緩衝剤、ホウ酸塩緩衝剤、リン酸塩緩衝剤などを用いることができる。流体が純水の場合は、電解質濃度が小さいことが好ましい。
　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。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、後述するポンプ１０の第１外部電極２１および第２外部電極２２にそれぞれ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、図４および図５に示すように、流体が流動方向（例えば、矢印Ａ方向）に通過可能なポンプ部１１と、ポンプ部１１の流動方向Ａに沿った外周に接続された外装体２０とを備えている。
　ポンプ１０の寸法は、例えば、幅方向の長さＬ１（図４に示す）およびポンプ流路２３の高さ方向の長さＬ２（図５に示す）が、０．１～２０ｍｍの範囲で設定される。
　ポンプ部１１は、図５に示すように、流体が流動方向Ａに沿ってそれぞれ通過可能な複数の電極１２および誘電体１３を有している。第１実施形態では、ポンプ部１１は、２つの電極１２（以下、流体の流動方向の最上流から順に第１電極１２１および第２電極１２２とする。）で構成され、第１電極１２１および第２電極１２２の間に誘電体１３が位置するように、第１電極１２１、誘電体１３および第２電極１２２が流動方向Ａに沿って順に接触して積層されている。
　各電極１２１、１２２は、例えば、厚さ（すなわち、矢印Ａ方向の寸法）が０．５ｍｍ以下の多孔質の導電性材料で構成され、誘電体１３は、例えば、厚さが０．０１～０．１ｍｍ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１２１、１２２および誘電体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１２１、１２２および誘電体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電極１２１は、図５に示すように、冷却基板１の一対の取り出し電極５（図３に示す）の一方に接続された第１外部電極２１を介して、直流または交流の電源１００の入力側端子に接続されている。また、第２電極１２２は、冷却基板１の一対の取り出し電極５の他方に接続された第２外部電極２２を介して、電源１００の出力側端子に接続されている。各電極１２１、１２２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間には、矢印Ａ方向の電界Ｅが発生する。
　各電極１２１、１２２間に電界Ｅが発生すると、発生した電界Ｅと同じ方向にポンプ流路２３を流れる流体を駆動させる駆動力Ｆが発生する。この駆動力Ｆにより、ポンプ流路２３において流体が矢印Ａ方向に流れる。すなわち、ポンプ流路２３を流れる流体の流動方向は、ポンプ部１１の各電極１２１、１２２間に発生する電界Ｅ０の向きにより決定される。なお、駆動力Ｆの大きさは、各電極１２１、１２２間に発生する電界強度Ｅに比例し、電界強度Ｅの大きさは、誘電体１３の厚さに反比例する。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　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は誘電体の厚み[ｍ]、Ψは多孔質誘電体の気孔率、τは多孔質誘電体の屈曲度、αは多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 。
　すなわち、ポンプ１０の流量と、ポンプ部１１の各電極１２１、１２２間に発生する電界Ｅ０の強度（＝Ｖ／Ｌ）とは、線形関係にある。
　外装体２０は、図４および図５に示すように、ポンプ部１１を流動方向Ａ沿いの全周に亘って取り囲む略四角枠状を有し、冷却基板１の基板流路２に充填された流体が流れるポンプ流路２３を構成している。この外装体２０は、例えば、冷却基板１と同じ材料で構成されている。すなわち、外装体２０は、多孔質セラミクスの焼成条件で緻密に焼成可能でかつ絶縁性の材料であれば任意の材料（例えば、各種ガラス材料、あるいは、ＬＴＣＣのようなガラスおよび酸化物フィラーの混合物）で構成されている。
　また、外装体２０には、複数の第１壁部１４と複数の第２壁部１５とが一体に設けられている。各第１壁部１４は、外装体２０の流動方向Ａに対する上流側の端部から、流動方向Ａ沿いを流動方向Ａの下流から上流に向かって延びている。また、各第２壁部１５は、外装体２０の流動方向Ａに対する下流側の端部から、流動方向Ａ沿いを流動方向Ａの上流から下流に向かって延びている。
　各第１壁部１４は、略四角筒状に配置されて、ポンプ流路２３の流動方向Ａの上流側に接続された第１流路２３１を構成している。また、各第２壁部１５は、略四角筒状に配置されて、ポンプ流路２３の流動方向Ａの下流側に接続された第２流路２３２を構成している。第１壁部１４および第２壁部１５の各々は、冷却基板１の基板流路２を構成する流路壁６（図２および図３に示す）と一体に設けられて、第１流路２３１および第２流路２３２の各々が、基板流路２の一部を構成している。なお、図４では、第１壁部１４および第２壁部１５の一部を省略している。
　なお、外装体２０と各第１壁部１４および各第２壁部１５との間には、それぞれ段差部１４１、１５１が設けられている。
　続いて、ポンプ１０の製造方法の一例について、図６～図８を参照して説明する。なお、図６～図８では、基板流路２の一部を省略している。
　まず、図６に示すように、レーザー加工機などを用いて、第１セラミックグリーンシート３０に、その厚さ方向に貫通して、基板流路２および流体供給路４を構成する貫通孔３１を形成する。また、第２セラミックグリーンシート４０に、その厚さ方向に貫通する貫通孔４１を形成し、形成した貫通孔４１に電極ペーストを印刷する。そして、図７に示すように、冷却基板１の一対の取り出し電極５とポンプ１０の外部電極２１とを接続する導通部４２を形成する。その後、導通部４２を形成した第２セラミックグリーンシート４０の積層面４３に第１セラミックグリーンシート３０を接触させて積層させる。
　次に、図７に示すように、第２セラミックグリーンシート４０と同様に、第３セラミックグリーンシート５０に、厚さ方向に貫通する貫通孔５１を形成し、この貫通孔５１にポンプ１０の外部電極２２とを接続する導通部５２を形成する。そして、第１セラミックグリーンシート３０の基板流路２を構成する貫通孔３１の所定の位置にポンプ１０を配置して、第１セラミックグリーンシート３０の積層面３２（すなわち、第２セラミックグリーンシート４０に対向する面の厚さ方向における反対側の面）に、第３セラミックグリーンシート５０を接触させて積層させ、セラミック基板６０を形成する。なお、未焼成のポンプ１０を貫通孔３１に配置した後、セラミック基板６０と同時に焼成しても構わない。
　続いて、形成したセラミック基板６０をその厚さ方向（すなわち、第１～第３セラミックグリーンシート３０、４０、５０の積層方向）の両側から一対の拘束層シート７０で挟持して、摂氏８００度～摂氏１０００度で焼成する。各拘束層シート７０は、例えば、ＺｒＯ２などの焼結温度の高いセラミクスで構成され、第２セラミックグリーンシート４０の導通部４２および第３セラミックグリーンシート５０の導通部５２に接続される取り出し電極５が形成されている。
　一対の拘束層シート７０で挟持されたセラミック基板６０の焼成が終了すると、拘束層シート７０を除去し、流体供給路４を介して基板流路２に流体を充填した後、流体供給路４を封止して、冷却基板１の製造を終了する。
　このように、第１実施形態のポンプ１０によれば、流体が流れるポンプ流路２３と、第１電極１２１、誘電体１３および第２電極１２２が流動方向Ａに沿って順に接触して積層されたポンプ部１１と、ポンプ部１１の流動方向Ａに沿った外周に接続されて、ポンプ部１１を取り囲む外装体２０とを備えている。このような構成により、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、外装体２０と一体に設けられていると共に、外装体２０の流動方向Ａの上流側の端部から流動方向Ａ沿いを流動方向Ａの下流から上流に向かって延びて、ポンプ流路２３の流動方向Ａの上流側に接続された第１流路２３１を構成する第１壁部１４と、外装体２０と一体に設けられていると共に、外装体２０の流動方向Ａの下流側の端部から流動方向Ａ沿いを流動方向Ａの上流から下流に向かって延びて、ポンプ流路２３の流動方向Ａの下流側に接続された第２流路２３２を構成する第２壁部１５とをさらに備えている。このような構成により、例えば、冷却基板１の基板流路２にポンプ１０を配置した場合に、第１壁部１４および第２壁部１５を基板流路２に一体化させることで、ポンプ１０の送液効率を高めることができる。
　すなわち、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、第１壁部１４および第２壁部１５が基板流路２の一部を構成している。このような構成により、ポンプ１０と基板流路２の流路壁との隙間をなくすことができるので、乱流生成による流動抵抗が抑制され、基板流路２内を流れる流体の送液効率を高めることができる。
　また、第１実施形態の冷却基板１の製造方法によれば、放熱効率の高い冷却基板１を製造できる。
　なお、第１壁部１４および第２壁部１５の各々は、省略することができる。
　また、図９に示すように、外装体２０と第１壁部１４との間の段差部１４１に、流体をポンプ流路２３の外部からポンプ流路２３の内部に向かって案内する第１案内部１４２を設けてもよい。また、外装体２０と第２壁部１５との間の段差部１５１に、流体をポンプ流路２３の内部からポンプ流路２３の外部に向かって案内する第２案内部１５２を設けてもよい。このように構成することで、外装体２０と各壁部１４、１５との間に段差部１４１、１５１が設けられていたとしても、ポンプ１０の送液効率の低下を抑制できる。なお、図９の各案内部１４２、１５２は、一例として、各壁部１４、１５における対向する壁部１４、１５の各々が相互に離れる方向に突出する湾曲形状を有している。
　また、段差部１４１、１５１は、省略することができる。この場合、図１０に示すように、各壁部１４、１５の対向面と、外装体２０のポンプ部１１に接続された面とを同一平面上に配置することで、ポンプ１０の送液効率を高めることができる。
　（第２実施形態）
　本発明の第２実施形態のポンプ１０は、ポンプ部１１が、複数の電極１２と複数の誘電体１３とで構成されている点で、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。
　図１１に示すように、ポンプ部１１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。
　また、例えば、ポンプ１０は、図１２に示すように、６つの電極１２（以下、流体の流動方向の最上流から順に第１～第６電極１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６とする。）と、５つの誘電体１３（以下、流体の流動方向の最上流から順に第１～第５誘電体１３１、１３２、１３３、１３４、１３５とする。）とで構成することもできる。図１２のポンプ１０は、流体の流動方向（すなわち、矢印Ａ方向）に沿って延びると共に相互に対向する第１外部電極２１および第２外部電極２２を備えている。一例として、第１外部電極２１は、電源１００の入力側端子に接続され、第２外部電極２２は、電源１００の出力側端子に接続されている。
　第１電極１２１、第３電極１２３および第５電極１２５の各々は、流体の流動方向に交差（例えば、直交）する方向において、第１外部電極２１から第２外部電極２２に向かって延びている。また、第２電極１２２、第４電極１２４および第６電極１２６の各々は、第１電極１２１、第３電極１２３および第５電極１２５の各々とは極性が異なっていると共に、流体の流動方向に交差する方向において、第２外部電極２２から第１外部電極２１に向かって延びている。第１電極１２１、第３電極１２３および第５電極１２５の各々と第２外部電極２２との間、並びに、第２電極１２２、第４電極１２４および第６電極１２６の各々と第１外部電極２１との間には、誘電体１３１が配置されており、隣接する誘電体１３に接続されている。すなわち、図１２のポンプ１０では、流体の流動方向沿いの断面視において、誘電体１３が蛇行形状を有している。このように各電極１２を配置することで、電源１００に接続する外部電極の数を最小限（すなわち、第１外部電極２１および第２外部電極２２の２つ）に抑えることができる。
　第２実施形態のポンプ１０によれば、ポンプ部１１が、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、前述の数式１により算出される。
　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２３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１３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１３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１１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。
　図１１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２３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。
　また、流体として、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２３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２３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２３または電極１２の腐食を防止できる。
　続いて、第２実施形態のポンプ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１１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。
　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３実施形態）
　本発明の第３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２実施形態のポンプ１０とは異なっている。なお、第３実施形態では、第２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２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）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　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１４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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　次に、図１１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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　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１５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１５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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　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１４参照）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。
　図１６に示す本発明の冷却基板１を備えた冷却システム２００を用いた場合に測定されたＩＣ（集積回路）２４０の最高温度Ｔと、図１７に示す従来の冷却システム２１０を用いた場合に測定されたＩＣ２４０の最高温度Ｔ０とを比較した。
　図１６の冷却システム２００は、基板２３０に実装されたＩＣ（集積回路）２４０上に、放熱グリース２５０、第１実施形態の冷却基板１、放熱グリース２５０、ヒートシンク２７０、および、クーリングファン２８０の順に積層されている。図１７の冷却システム２１０は、基板２３０に実装されたＩＣ２４０上に、放熱グリース２５０、ヒートスプレッダー２６０、放熱グリース２５０、ヒートシンク２７０、および、クーリングファン２８０の順に積層されている。すなわち、各冷却システム２００、２１０は、冷却基板１およびヒートスプレッダー２６０を除いて、全て同じ部材で構成した。また、ＩＣ２４０として、発熱量が４２０Ｗ／ｃｍ２のＩＣを用いた。
　図１６の本発明の冷却基板１を備えた冷却システム２００を用いた場合に測定されたＩＣ２４０の最高温度Ｔは、摂氏８０度だった。一方、図１７の従来の冷却システム２１０を用いた場合に測定されたＩＣ２４０の最高温度Ｔ０は、摂氏９０度だった。すなわち、本発明の冷却基板１を備えた冷却システム２００を用いることにより、従来の冷却システム２１０を用いた場合と比較して、ＩＣ２４０の最高温度Ｔが摂氏１０度低下した。
　図１６に示す冷却システム２００において、第２実施形態の冷却基板１を用いた場合のＩＣ２４０の最高温度Ｔを測定した。
　具体的には、冷却基板１として、第２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冷却基板の１つを用いた図１６の冷却システム２００におけるＩＣ２４０の最高温度Ｔと、従来の冷却基板を用いた図１７の冷却システム２１０におけるＩＣ２４０の最高温度Ｔ０とを測定した。図１６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ＩＣ２４０の最高温度Ｔ０と、第２実施形態の冷却基板１を用いたときのＩＣ４０の最高温度Ｔとの関係を図１８に示す。図１８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１８に示されているように、測定の結果、第２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２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２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１９に示すように、冷却基板１とヒートシンク２７０とを一体化して、冷却基板１がヒートシンク２７０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２０に示すように、ヒートシンク２７０およびクーリングファン２８０に代えて、ＩＣ２４０から離れて配置された熱交換器２９０を設け、冷却基板１内の流体を熱交換器２９０で冷却するように構成してもよい。このような構成により、図１７および図１９の冷却システム２００と比較して、冷却基板１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
４　流体供給路
５　取り出し電極
６　流路壁
１０　ポンプ
１１　ポンプ部
１２　電極
１３　誘電体
１４、１５　壁部
１４１、１５１　段差部
１４２、１５２　案内部
２０　外装体
２１、２２　外部電極
２３　ポンプ流路
２３１、２３２　流路
３０、４０、５０　セラミックグリーンシート
３１、４１、５１　貫通孔
３２　積層面
４２、５２　導通部
６０　セラミック基板
７０　拘束層シート
１００　電源
２００、２１０　冷却システム
２３０　基板
２４０　ＩＣ
２５０　放熱グリース
２６０　ヒートスプレッダー
２７０　ヒートシンク
２８０　クーリングファン
２９０　熱交換器

Claims (7)

  1. 　流体が流動方向に沿ってそれぞれ通過可能な第１電極、誘電体および第２電極を有し、前記第１電極および前記第２電極は相互に極性が異なり、前記第１電極および前記第２電極の間に前記誘電体が位置するように、前記第１電極、前記誘電体および前記第２電極が前記流動方向に沿って積層されたポンプ部と、
    　前記ポンプ部の前記流動方向に沿った外周に接続され、前記ポンプ部を取り囲んで前記流体が流れるポンプ流路を構成する外装体と
    を備える、ポンプ。
  2. 　前記外装体と一体に設けられていると共に、前記外装体の前記流動方向の上流側の端部から前記流動方向沿いを前記流動方向の下流から上流に向かって延びて、前記ポンプ流路の前記流動方向の上流側に接続された第１流路を構成する第１壁部と、
    　前記外装体と一体に設けられていると共に、前記外装体の前記流動方向の下流側の端部から前記流動方向沿いを前記流動方向の上流から下流に向かって延びて、前記ポンプ流路の前記流動方向の下流側に接続された第２流路を構成する第２壁部と
    をさらに備える、請求項１のポンプ。
  3. 　前記外装体と前記第１壁部および前記第２壁部の各々との間にはそれぞれ段差部が設けられており、
    　前記外装体と前記第１壁部との間の前記段差部には、前記流体を前記ポンプ流路の外部から前記ポンプ流路の内部に向かって案内する第１案内部が設けられ、
    　前記外装体と前記第２壁部との間の前記段差部には、前記流体を前記ポンプ流路の内部から前記ポンプ流路の外部に向かって案内する第２案内部が設けられている、請求項２のポンプ。
  4. 　前記第１電極および前記第２電極の各々が、前記誘電体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３のいずれか１つのポンプ。
  5. 　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４のいずれか１つのポンプと
    を備える、冷却基板。
  6. 　請求項２または３のポンプを備え、
    　前記第１壁部および前記第２壁部の各々が、前記基板流路を構成する流路壁と一体に設けられて、前記第１流路および前記第２流路の各々が前記基板流路の一部を構成している、請求項５の冷却基板。
  7. 　内部に流体が充填されて流れる流路が設けられたセラミック基板と、
    　前記流体が流動方向に沿ってそれぞれ通過可能な第１電極、誘電体および第２電極を有し、前記第１電極および前記第２電極は相互に極性が異なり、前記第１電極および前記第２電極の間に前記誘電体が位置するように、前記第１電極、前記誘電体および前記第２電極が前記流動方向に沿って積層されたポンプ部と、前記ポンプ部の前記流動方向に沿った外周に接続され、前記ポンプ部を取り囲んで前記流路の一部を構成する外装体とを有する、前記流路に配置されたポンプと
    を備える冷却基板の製造方法において、
    　前記セラミック基板を焼成して、前記ポンプの前記外装体と前記セラミック基板とを接合する、冷却基板の製造方法。
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