JP5018791B2 - 気体搬送装置および冷却装置取り付け構造 - Google Patents

Description

この発明は、気体を電気的に搬送する気体搬送装置、およびそれを利用した冷却装置の取り付け構造に関するものである。

従来、粉体装置において、進行波交番電界を利用して、その電気力学的搬送力で粉体を搬送する電界カーテン装置が特許文献１に示されている。

また、電極部に多相電圧を印加することによりクーロン力を発生させて粉体を移動させる粉体搬送装置が特許文献２に示されている。

さらに、ピン状に突き出された放電電極と接地電極との間に高電圧を印加してコロナ放電を発生させて正および負の空気イオンを生成し、両電界形成用電極の間に交番電界を形成して空気イオンを搬送するものが特許文献３に示されている。

ここで特許文献１の電界カーテンの構成を、図１を基に説明する。
この電界カーテンは、図１に示すように、誘電体層１０に近接して複数個の電極１２，１３，１４，１２′，１３′，１４′・・・を設け、該電極にトランス２１，２２，２３を介して交番電圧を印加して電極間に電気力線１８を発生させるとともに不平等交番電界２０を形成するものである。誘電体層１０に接触する粉体１１が帯電すると、粉体１１が不平等交番電界により一方向に駆動される。この方法により、純電気力学的方法で粉体等を誘電体層から剥離・浮上させてはらい落としたり、輸送したりする。

次に、特許文献２の粉体搬送装置の構成を、図２・図３を基に説明する。
図２はその斜視図、図３は側面図である。図２・図３に示すように、絶縁体２中に複数本の線状電極３を平行に配置して平板状固定子１を構成し、電源９により線状電極３に交番電圧を印加することにより、線状電極３の近傍にクーロン力を発生させ、平板状固定子１上の粉体２９を平板状固定子１表面に吸引し、搬送するものである。

特開昭４７−４４３６５号公報 特開平７−２６７３６３号公報 特開平５−３６４９０号公報

ところが、特許文献１，２は、ともに粉体等の軽物体を被搬送物として取り扱うものであり、空気等の気体を搬送することができない。そのため、例えば空冷の冷却装置を構成することはできない。

また特許文献３では次のような問題が生じる。
（ａ）空気をイオン化するための電極と、気体を搬送するための電極が別々に必要となり、装置が大型化する。

（ｂ）コロナ放電を行うため、放電作用により電極が摩滅する。

（ｃ）コロナ放電により電力が消費されることになり、全体の消費電力が大きくなる。

（ｄ）コロナ放電により発生するオゾンが外部に漏れると人体に悪影響を与えるばかりでなく、銀電極などは強烈に酸化されて機能を失ってしまう。そのため電極の保護が必要となり装置が高価になる。

そこで、この発明の目的は、上記の各種問題を解消するとともに空気などの気体を搬送する気体搬送装置およびそれを備えた冷却装置の取り付け構造を提供することにある。

この発明は次のように構成する。
（１）互いに平行または略平行に配列され、その並び順に一定相数ｎを周期として、当該周期毎に並列接続された複数の線状電極と、時間経過にともない、互いに一定の位相差で且つ同一パターンで電圧が周期的に変化するｎ相の駆動電圧を前記線状電極に印加する電源と、を備え、
前記線状電極に駆動電圧を印加することにより前記線状電極の近傍に不平等電界を生じさせ、かつ、前記線状電極に印加する駆動電圧を十分に小さい時間で切り換えることにより前記線状電極の並び方向に前記気体を搬送するように構成する。

（２）互いに平行または略平行に配列され、その並び順に一定相数ｎを周期として、当該周期毎に並列接続された複数の線状電極と、時間経過にともない、互いに一定の位相差で且つ同一パターンで電圧が周期的に変化するｎ相の駆動電圧を前記線状電極に印加する電源と、を備え、
前記線状電極に駆動電圧を印加することにより前記線状電極の近傍に不平等電界を生じさせるとともに気体の密度変化を起こさせ、かつ、前記線状電極に印加する駆動電圧を十分に小さい時間で切り換えることにより前記線状電極の並び方向に前記気体を搬送するように構成する。

上記「十分に小さい時間」とは、密度変化を起こした気体が拡散して均一化に至るよりも短い時間のことを示す。

（３）前記線状電極に対して駆動電圧を印加したときの線状電極近傍の気体の密度分布の形成の時定数は、前記駆動電圧変化の周期を前記相数ｎで除した時間よりも小さいか同程度であり、且つ、前記駆動電圧変化のパターンが変化したときの前記密度分布の自然拡散の時定数は、前記駆動電圧変化の周期を前記相数ｎで除した時間よりも大きいか同程度とする。

（４）前記ｎ相の駆動電圧の時間波形は、各々が一定時間持続するステップパルスであり、順次循環的に出力されるものとする。

（５）前記ｎ相の駆動電圧の時間波形は、各々が正弦波であり、順次循環的に出力されるものとする。

（６）前記複数の線状電極は誘電体または絶縁体の基板上に配置する。

（７）前記線状電極上には絶縁体膜を形成する。

（８）前記複数の線状電極が成す面は複数面備えるものとする。

（９）前記複数の線状電極が成す面同士が所定の間隙を介して対面配置したものとする。

（１０）前記複数の線状電極が形成された前記基板の表面に対向して前記気体が移動する空間を構成するフードを備えたものとする。

（１１）前記気体搬送装置の基板を発熱体に当接または近接させて、これを冷却装置の取り付け構造とする。

（１２）前記気体搬送装置のフードを発熱体に当接させて、これを冷却装置の取り付け構造とする。

この発明によれば次のような効果を奏する。
（１）線状電極の近傍に生じる不平等電界が周囲の気体に及ぼす静電勾配力により気体の拡散が十分に小さい周期で、電極近傍の気体に電界が印加されるので、気体が線状電極の並び方向に移動することになり、気体搬送が可能となる。また、可動部がないために、静粛であり、信頼性が高く、安全性が高い。

（２）線状電極の近傍に生じる不平等電界が周囲の気体に及ぼす静電勾配力により密度変化を起こした気体の拡散が十分に小さい周期で、電極近傍の気体に電界が印加されるので、気体が線状電極の並び方向に移動することになり、気体搬送が可能となる。また、可動部がないために、静粛であり、信頼性が高く、安全性が高い。

（３）前記線状電極に対する駆動電圧の印加時に、線状電極の近傍に生じる不平等電界が周囲の気体に及ぼす静電勾配力により生じる線状電極近傍の気体圧力が上昇するが、この上昇時の時定数を、駆動電圧変化の周期を相数ｎで除した時間よりも小さいか同程度としたことにより、気体の密度分布が定常状態（気体の密度分布が均一な状態のことではなく、後に実施形態で示すように、局所的な気体圧力の偏りによる密度分布が生じている状態）になるのに要する時間が十分に確保されるため、搬送される気体の流量を大きく確保できる。また駆動電圧変化のパターンが変化したときの前記密度分布の自然拡散の時定数が駆動電圧変化の周期を相数ｎで除した時間よりも大きいか同程度とすることにより、一旦集中した気体が殆ど拡散しないで搬送されるため、搬送される気体の流量を大きく確保できる。

（４）前記ｎ相の駆動電圧の時間波形を、各々が一定時間持続するステップパルスとして順次循環的に出力されるものとすることにより、電源回路を安価に構成することができる。また、後述するように気体の拡散が小さく、流量を大きく確保できる。

（５）前記ｎ相の駆動電圧の時間波形を、各々順次循環的に出力される正弦波とすることにより電源回路を安価に構成することができる。また、気体の駆動力の変化が緩やかであるため、気体が流れる際の乱流の成分が抑えられ、流量を大きく確保できる。

（６）前記複数の線状電極を誘電体または絶縁体の基板上に配置することにより、複数の線状電極の位置を保持するとともに搬送すべき気体の流路の一部となり、安定した流路が確保でき、且つ気体への電界印加効率を高めて搬送効率を高めることができる。また、電極を安価に構成することができる、機械的な強度が高い、平板化することができるので摩擦抵抗が低減する、といった効果を奏する。

（７）前記線状電極上に絶縁体膜を形成することにより、電極間の放電や電極からの放電を抑制することができ、また電極の酸化を抑制することができるので、長期に亘って安定した特性が維持できる。

（８）前記複数の線状電極が成す面を複数面備えることにより、装置全体としての気体の流量が増す。

（９）前記複数の線状電極が成す面を、所定の間隙を介して対面配置することによって、その面同士で挟まれる空間が流路として区画され、且つ気体が流れる層が近接することにより、相互作用によってその区画全体の気体の流量が増す。

（１０）前記複数の線状電極が形成された前記基板の表面に対向して前記気体が移動する空間を構成するフードを備えることにより、簡素な構造で流路が構成できる。

（１１）前記気体搬送装置の基板を発熱体に当接または近接させて、これを冷却装置の取り付け構造とすることにより、発熱体に対して冷却装置を容易に取り付けることができる。

（１２）前記気体搬送装置のフードを発熱体に当接させて、これを冷却装置の取り付け構造とすることにより、基板とフードとで構成される空間が流路として区画され、且つその流路を流れる気体の多くが冷却に寄与するため、高い冷却効果が得られる。

特許文献１に示されている電界カーテンの構成を示す図である。 特許文献２に示されている粉体搬送装置の斜視図である。 同粉体搬送装置の側面図である。 第１の実施形態に係る気体搬送装置の構成を示す図である。 同装置の駆動電圧波形を示す図である。 同装置の周期パルス電源の構成を示すブロック図である。 同装置の線状電極による電気力線の分布の例を示す図である。 第２の実施形態に係る気体搬送装置の構成、駆動電圧波形および圧力分布を示す図である。 第３の実施形態に係る気体搬送装置の構成を示す図である。 第４の実施形態に係る冷却装置の取り付け構造を示す図である。 第５の実施形態に係る気体搬送装置の構成を示す図である。 第６の実施形態に係る気体搬送装置の構成を示す図である。 第７の実施形態に係る気体搬送装置の構成を示す図である。 第８の実施形態に係る気体搬送装置の電極の構成を示す図である。 気体搬送装置の駆動波形の他の例を示す図である。 実施例に係る気体搬送装置の構成を示す図である。 同気体搬送装置における電界の二乗分布の例を示す図である。

《第１の実施形態》
第１の実施形態に係る気体搬送装置について図４〜図７を参照して説明する。
図４は複数の線状電極とそれらに対して電圧を印加する電源の構成を示す図であり、図４（Ａ）は線状電極を形成した誘電体基板の平面図、図４（Ｂ）はその側面図である。

誘電体基板３１の上面には複数の線状電極３２を平行且つ一定間隔に配列形成している。周期パルス電源４０はその出力端子Ｖ１〜Ｖ４から４相の駆動電圧を出力する。線状電極３２はその並び順に４本ごとに接続部３３を並列接続するとともに周期パルス電源４０の出力端子Ｖ１〜Ｖ４にそれぞれ接続している。

図５は図４に示した周期パルス電源４０から出力される４相の電圧波形である。各相の駆動電圧は、０［Ｖ］の区間を挟んで正電圧Ｖｍａｘと負電圧Ｖｍｉｎの区間を交互に繰り返す。隣接する相は４５°ずつずれている。また、この例では出力端子Ｖ１〜Ｖ４のうちいずれか１つのみ正電圧Ｖｍａｘまたは負電圧Ｖｍｉｎを出力し、同時に２つ以上の端子から正電圧Ｖｍａｘまたは負電圧Ｖｍｉｎを発生しないようにしている。

このようにｎ相の駆動電圧の時間波形を、各々が一定時間持続するステップパルスとして順次循環的に出力されるものとすることにより、気体の駆動力の変化が緩やかであるため、気体が流れる際の乱流の成分が抑えられ、流量を大きく確保できる。

図６は周期パルス電源の構成を示すブロック図である。図６（Ａ）は気体搬送装置全体のブロック図であり、図６（Ｂ）は周期パルス電源４０の構成を示すブロック図である。図６（Ａ）において配列電極基板部３０は図４に示した誘電体基板３１、それに形成した線状電極およびそれらを所定間隔で並列接続する接続部とからなる。

図６（Ｂ）に示すように、周期パルス電源４０は定電圧直流電源回路４２、ゲートドライバ回路４３およびタイミング信号発生回路４１とで構成している。タイミング信号発生回路４１は図５に示した正電圧または負電圧を発生するタイミング信号（パルス信号）を与え、ゲートドライバ回路４３はそのタイミング信号に応じて、定電圧直流電源回路４２から入力される＋Ｖ，０，−Ｖの電圧を切り替えて出力端子Ｖ１〜Ｖ４に出力する。

ゲートドライバ回路が出力する電圧Ｖｉ（ｉ＝１，２，３，または４）は周期Ｔの周期関数であり、時刻ｔ＝０からｔ＝Ｔの間においては、
＋Ｖ ｛ （Ｔ／８）×（ｉ−１）＜ｔ＜（Ｔ／８）×ｉ ｝
−Ｖ ｛ （Ｔ／８）×（ｉ＋３）＜ｔ＜（Ｔ／８）×（ｉ＋４） ｝
０ ｛ それら以外のｔのとき ｝
のそれぞれの値をとる。但し、Ｖは正の電圧である。このような電圧を出力することによって、図５に示した電圧波形を繰り返し出力する。

このようにｎ相の駆動電圧の時間波形を、各々が一定時間持続するステップパルスとして順次循環的に出力されるものとすることにより、電源回路を安価に構成することができる。

次に、この第１の実施形態に係る気体搬送装置の作用について説明する。
まず、時刻ｔ＝０における空気の密度分布について説明する。時刻ｔ＝０においては、図５より、Ｖ１＝＋Ｖ、Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４＝０である。図７は、このとき誘電体基板３１を側面から見たときの電気力線ＥＦＬを示している。このように、電気力線ＥＦＬは線状電極Ｅ₁ ^{( j )}、Ｅ₂ ^{( j )}、およびＥ₄ ^{( j )}の周囲において密に集中していて、これらと比較して、線状電極Ｅ₃ ^{( j )}の周囲における電気力線ＥＦＬは疎である。ここで( j )は４相の繰り返し周期の周期番号である。

特許文献１，２では被搬送物が帯電して搬送されるのに対し、この発明では被搬送物は帯電（イオン化）せず、気体分子が分極されるだけである。

また、特許文献１，２では帯電した粉体との間のクーロン力を利用して搬送するのに対し、この発明では分極した分子と不平等電界との間の静電グレーディエント力（静電勾配力）を利用して搬送を行う。

次に、このような不平等電界中にある空気に作用する静電勾配力について議論する。
例えば次の文献
J.A. Stratton, Electromagnetic Theory(McGraw-Hill, New York, 1941), pp.137〜153
中の式（１２）に記述されているように、流体の誘電体に作用する静電界による単位体積あたりの静電勾配力ベクトルfeは次の式で表される。

ここで、Eは電界の大きさ、εは気体の誘電率、τは気体の密度である。
ここでは、気体として、気圧が１atm付近である空気を扱うものとする。このとき、誘電率εは次式で表される。

ここでεoは真空の誘電率、χeoは常温常圧の大気の電気感受率、τoは常温常圧の大気の密度である。

式（１）と式（２）とから、

が得られる。

ここで、密度変化が十分小さい、すなわち、

と仮定すると、式（３）と式（４）とから、

が得られる。

式（５）より、静電界中の空気に作用する力ベクトルは、E²の勾配に比例する量であることがわかる。すなわち、静電界中の空気に作用する力は、向きはE²が大きくなる向きであり、大きさはE ²の単位長さあたりの変化量に比例する。

静電界中の空気に力が作用し密度が変化すると、圧力勾配による力が生じる。この圧力勾配力をfpとおくと、

と表される。ここでpは圧力である。

定常状態においては、力の釣り合いから、

が成り立つ。式（７）に式（５）と式（６）を代入すると、

が得られる。電極から充分離れた位置における圧力をpoとおくと、式（８）より、

が得られる。すなわち、圧力変化はE²に比例する。このことから、図７に示されているような電気力線ＥＦＬがあるとき、静電勾配力の作用により線状電極Ｅ₁ ^{( j )}、Ｅ₂ ^{( j )}、およびＥ₄ ^{( j )}の近傍において空気の密度が高くなり、特に線状電極Ｅ₁ ^{( j )}の近傍において密度の増加が著しいのに対して、線状電極Ｅ₃ ^{( j )}の近傍の密度増加は比較的小さいことがわかる。

ゲートドライバ回路の出力電圧は、図５に示すように、時刻ｔ＝０からｔ＝Ｔ／８の間は、Ｖ１＝＋Ｖ、Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４＝０の値が保持される。そのため、密度分布が定常状態に達するまでの時間が十分短ければ、時刻ｔ＝Ｔ／８においては式（９）で表される圧力分布が実現されている。

また図５に示したように、時刻ｔ＝Ｔ／８においては、ゲートドライバ回路の出力電圧がＶ２＝＋Ｖ、Ｖ１＝Ｖ３＝Ｖ４＝０の値に切り替わる。このとき、この変更後の電圧に対応する電界分布に従う定常状態に向けて密度分布が変化していくが、この定常状態における密度分布は、Ｖ１＝＋Ｖ、Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４＝０のときの密度分布と比較して、線状電極１ピッチ分だけ＋ｘの向きに平行移動したものとなっている。

この時刻ｔ＝Ｔ／８の直後における遷移が、密度分布に基づく自然拡散よりも十分早く行われるなら、空気は平均として＋ｘの向きに移動することになる。このことによって、誘電体基板の表層に沿って空気が搬送されることになる。

《第２の実施形態》
図８（Ａ）は第２の実施形態に係る気体搬送装置の構成を示す断面図、図８（Ｂ）は駆動電圧波形および圧力分布を示す図である。

図８（Ａ）に示す誘電体基板３１と複数の線状電極３２の構成については第１の実施形態の場合と同様である。

第１の実施形態では、図５に示したように、正負両極性の電圧を交互に印加するようにしたが、第２の実施形態では単極性の電圧（正電圧または負電圧）のみを周期的に印加する。これにより電源の構成を簡易化できる。

図８（Ｂ）において、周期Ｔｈ＝０．２ｍｓ、電圧Ｖ＝６００Ｖである。圧力ｐ１〜ｐ４は、図８（Ａ）中に示した線状電極近傍の位置ｐ１〜ｐ４での圧力である。

図８（Ｂ）において、Ｔｈｓで示す時間は電界印加時において気体圧力が過渡的に上昇して密度分布が定常状態へ遷移する際の時定数（気体密度分布の形成時の時定数）であり、Ｔｈｄで示す時間は電界消失時において気体圧力分布の拡散時に気体圧力が過渡的に低下する際の時定数（気体密度分布の拡散時の時定数）である。破線は、定常状態から印加電圧を０にした場合の拡散現象で圧力が自然に低下する状況であり、その場合の時定数（気体密度分布の自然拡散時の時定数）Ｔｈｄ′は上記Ｔｈｄより長くなる。このように、或る線状電極に対する印加電圧を０にした直後に、隣接する線状電極に電圧を印加することによって、その隣接方向に気体が移動するので、気体の圧力分布が自然に拡散する場合に比べて、圧力低下は早くなる。

気体密度分布の形成時の時定数Ｔｈｓは、局所的な気体圧力の偏りにより、線状電極近傍に密度分布が生じる状態に至る過渡時の時定数であり、駆動電圧変化の周期Ｔを相数ｎ（この例では４）で除した時間よりも小さいか同程度とする。すなわちＴｈｓ≦Ｔｈ／ｎ（この例ではＴｈｓ≦Ｔｈ／４）の関係にする。

また、気体密度分布の自然拡散時の時定数Ｔｈｄ′は、気体密度分布が自然拡散される際の過渡時の時定数であり、駆動電圧変化の周期Ｔｈを相数ｎ（この例では４）で除した時間よりも大きいか同程度とする。すなわちＴｈｄ′≧Ｔｈ／ｎ（この例ではＴｈｄ′≧Ｔｈ／４）の関係にする。

このようにして、上記各線状電極近傍の圧力ｐ１〜ｐ４は、大気圧ｐ０を基準として、電圧の印加に伴って周期的に増減を繰り返す。このｐ１〜ｐ４の周期変化によって気体の搬送が行われる。

《第３の実施形態》
図９は第３の実施形態に係る気体搬送装置の構成を示す図であり、図９（Ａ）は平面図、図９（Ｂ）はその側面図である。図４に示した装置と異なるのは、誘電体基板５１に形成した線状電極５２と周期パルス電源との接続構造である。この第３の実施形態でも第１の実施形態の場合と同様に、線状電極を４本ごとに並列接続するとともに４相の駆動電圧を印加するが、奇数本目と偶数本目とで線状電極５２への接続方向（接続端）を交互に切り替えている。

このように接続することによって、誘電体基板５１に形成した線状電極５２に対する引き出し線５３の接続間隔が図４（Ａ）に示した場合の２倍となって、線状電極５２の間隔が狭くても引き出し線５３の接続が容易となる。

また、図９（Ｂ）に示した例では、線状電極５２を覆うように誘電体基板５１の表面の全面に樹脂被膜や珪酸ガラス被膜などの絶縁体膜５４を形成している。この構成により、線状電極間の放電や線状電極と他の導体部との間の放電、さらには気体へのコロナ放電を抑制することができ、また電極の酸化を抑制することができるので、長期に亘って安定した特性が維持できる。

《第４の実施形態》
第４の実施形態に係る冷却装置取り付け構造を、図１０を参照して説明する。
図１０（Ａ）はこの発明の気体搬送装置の構造を備える冷却装置の正面図、図１０（Ｂ）はその側面図である。さらに図１０（Ｃ）は、この冷却装置を発熱体に取り付けた冷却装置取り付け構造を示す側面図である。

図１０において配列電極基板部３０は図４に示した構成からなり、その誘電体基板の上面（線状電極を形成した面）にアルミニウム・銅等の金属製のフード６０を取り付けている。このフード６０と配列電極基板部３０とで空間Ａを構成している。図１０（Ｂ）に示すように、フード６０の両端は開口していて、一方の開口面から他方の開口面にかけて気流ＡＦが生じる。この配列電極基板部３０とフード６０とによって冷却装置を構成していて、図１０（Ｃ）に示すように、フード６０を発熱体６１に当接させることによって、発熱体６１の熱をフード６０に伝達させ、さらにフード６０の内部の空間を流れる空気によって放熱する。

なお、図１０（Ｃ）において発熱体６１はたとえば回路基板６２に実装されたＣＰＵ等の発熱する電子部品である。

図１０（Ｄ）は図１０（Ｃ）とは異なる冷却装置取り付け構造の側面図である。この例では図１０（Ｂ）に示した配列電極基板部３０とフード６０とによる冷却装置の配列電極基板部３０を発熱体６１に当接させている。この構造では、発熱体６１の熱を配列電極基板部３０に伝達し、フード６０内の空間を流れる空気によって、およびフードを介して放熱することになる。

図１０（Ｃ）に示したようにフード６０側を発熱体６１に当接する構造では、基板とフードとで構成される空間が流路として区画され、且つその流路を流れる気体の多くが冷却に寄与するため、高い冷却効果が得られる。また、図１０（Ｄ）に示した構造では発熱体６１に対する配列電極基板部３０の取り付け構造（すなわち冷却装置の取り付け構造）が容易となる。なお、図１０（Ｄ）に示した例では、フード６０を備えたが、このフード６０を備えない構造で、発熱体６１に配列電極基板部３０を実装することによって冷却装置取り付け構造を成してもよい。そのことにより、全体に非常に低背化できる。

《第５の実施形態》
図１１は第５の実施形態に係る気体搬送装置の主要部の断面図である。
図１１において、符号７０は絶縁性で角筒状のフードであり、このフード７０の対向する平行な２面の間に複数の線状電極７１を配列している。これらの複数の線状電極７１は図１１におけるｚ方向に延び、互いに平行であり、ｘ方向およびｙ方向にそれぞれ等間隔に配列している。また、これらの複数の線状電極７１のｙ方向に配置した線状電極同士（図中Ｇで示す組）で同一の駆動電圧を印加する。そして、ｘ方向には図４（Ａ）に示したものと同様に一定数ｎを周期として同相の電圧を印加する。これはちょうど図４に示した線状電極を備える基板を複数層設けたものに等しい。したがって角筒状のフード７０の一方の開口面から他方の開口面にかけて空気等の気体が通り抜けることになる。

なお、図１１に示した例ではフード７０に複数の電極を保持させるようにしたが、図４に示した線状電極を備える基板を所定の間隙を隔てて平行に複数層配置してもよい。

《第６の実施形態》
図１２は第６の実施形態に係る気体搬送装置の構成を示す図である。
第１〜第３の実施形態では単一の基板の一方の面に線状電極を配置したが、この第６の実施形態では、そのような線状電極を形成した基板を２枚用いて、それらの線状電極同士が対向するように配置したものである。図１２において誘電体基板８１には線状電極９１を、誘電体基板８２には線状電極９２を、それぞれ形成していて、線状電極９１，９２同士一定間隙を隔てて対向するように、誘電体基板８１，８２を配置している。そして、対向する電極には同じ（同相の）駆動電圧が印加されるように第１〜第３の実施形態の場合と同様に駆動電圧を印加する。これにより、誘電体基板８１と８２とで挟まれる空間に気体が流れることになる。

この構成によれば、基板間および気体流出口付近に安定した速い流れを生じさせることができる。また、高電圧が印加される線状電極部を外部から遮断できるので安全性が高い。

《第７の実施形態》
第７の実施形態に係る２つの冷却装置取り付け構造の例を、図１３を参照して説明する。
図１３（Ａ）は、この発明の気体搬送装置の構造を備える冷却装置の側面図である。配列電極基板部３０は、既に各実施形態で示した構成からなり、その誘電体基板の上面（線状電極を形成した面）にアルミニウム・銅等の金属製のフード６０を取り付けている。このフード６０と配列電極基板部３０とで、空気が流通する空間を構成している。フード６０の両端は開口していて、一方の開口面から他方の開口面にかけて気流ＡＦが生じる。この配列電極基板部３０とフード６０とによって冷却装置２０１を構成している。この冷却装置２０１を発熱体６１の近傍に配置し、上記気流ＡＦによって放熱・冷却する。

図１３（Ｂ）は、（Ａ）とは別の例であり、筐体２００内に冷却装置２０１を配置して、筐体内部の暖気を筐体外へ排気するようにしたものである。冷却装置２０１の構成は図１３（Ａ）に示したものと同様である。

このように筐体内部の暖気を筐体外へ排気することによって筐体内部の温度を低下させることできる。

《第８の実施形態》
図１４は複数の線状電極の構成を示す平面図である。このように、誘電体基板１０１に形成する複数の線状電極１０２は、それら全てが平行に配列されているものに限らず、少なくとも隣接する線状電極同士が略平行であればよい。すなわち、静電勾配力の作用により線状電極の近傍において空気の密度が高くなるのに寄与する範囲について、線状電極が互いに略平行であるという関係を満たしていればよい。そのため、この図１４に示したように、線状電極の各電極を端から順に見ていったとき、向きが緩やかに次第に変化していてもよい。

図１４に示した例では、線状電極の配列方向（この例では円弧状）に気流が生じ、気体搬送の向きが９０度旋回することになる。本発明は、このように線状電極が互いに略平行に配列されたものをも含む。

なお、以上に示した各実施形態では線状電極が平面上に並ぶように配列したが、互いに平行で且つ曲面上に線状電極を配列してもよい。

また、各実施形態に示した誘電体基板は絶縁体基板であってもよい。
また、各実施形態では周期パルス電源が発生する駆動電圧波形は図１５に示すように正弦波またはそれに近似する波形であってもよい。このことにより電源回路を安価に構成することができる。また、気体の駆動力の変化が緩やかであるため、気体が流れる際の乱流の成分が抑えられ、流量を大きく確保できる。

次に、具体的な気体搬送装置の実施例とその気体の拡散と流量について図１６・図１７を基に説明する。
図１６は気体搬送装置の断面図であり、基本的な構造は図９に示したものと同様である。また、図１７は図１６に示した線状電極Ｅ₁ ^{( 1 )}〜Ｅ₄ ^{( 4 )}に電圧を印加したときの、絶縁体膜５４から５０μｍだけ離れた位置での電界の二乗の分布を表す図である。各部の寸法は図１６に示すとおりである。

この例では４本の線状電極を１セットとして、同じ電位の組み合わせとなるように、電極のセットを順に並べた構造としている。図１６の線状電極Ｅ₁ ^{( 3 )}の位置を図１７のＸ＝０の位置とすると、線状電極Ｅ₁ ^{( 4 )}の位置は図１７のＸ＝１の位置に対応する。

式（９）に示したように、圧力変化はＥ²に比例するので、線状電極のうちＥ₁ ^{( j )}の周囲に空気が集中することになる。

図１７において実線は電圧Ｖ１＝＋Ｖ、Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４＝０を印加したときに生じる電界の二乗の分布、破線は電圧Ｖ２＝＋Ｖ、Ｖ１＝Ｖ３＝Ｖ４＝０を印加したときに生じる電界の二乗の分布をそれぞれ表している。このように、各線状電極への印加電圧の遷移により、電極Ｅ₁ ^{( j )}に集中した空気は、電界の二乗のより大きい電極Ｅ₂ ^{( j )}を中心とした分布へ向かう。

このように、１セットの電極（この場合は線状電極４本）において、電界の二乗の分布が実質的に一つの極大値のみを持つため、電界によりいったん集中した空気の分布はあまり拡散せずに一方向に流れ、流量を大きくすることができる。

３０，５０−配列電極基板部
３１，５１−誘電体基板
３２，５２−線状電極
３３，５３−引き出し電極
４０−周期パルス電源
５４−絶縁体膜
６０−フード
６１−発熱体
６２−回路基板
７０−フード
７１−線状電極
８１，８２−誘電体基板
９１，９２−線状電極
１０１−誘電体基板
１０２−線状電極
２００−筐体
２０１−冷却装置

Claims (12)

1. 互いに平行または略平行に配列され、その並び順に一定相数ｎを周期として、当該周期毎に並列接続された複数の線状電極と、時間経過にともない、互いに一定の位相差で且つ同一パターンで電圧が周期的に変化するｎ相の駆動電圧を前記線状電極に印加する電源と、を備え、
   前記線状電極に駆動電圧を印加することにより前記線状電極の近傍に不平等電界を生じさせ、かつ、前記線状電極に印加する駆動電圧を十分に小さい時間で切り換えることにより前記線状電極の並び方向に前記気体を搬送するようにした気体搬送装置。
2. 互いに平行または略平行に配列され、その並び順に一定相数ｎを周期として、当該周期毎に並列接続された複数の線状電極と、時間経過にともない、互いに一定の位相差で且つ同一パターンで電圧が周期的に変化するｎ相の駆動電圧を前記線状電極に印加する電源と、を備え、
   前記線状電極に駆動電圧を印加することにより前記線状電極の近傍に不平等電界を生じさせるとともに気体の密度変化を起こさせ、かつ、前記線状電極に印加する駆動電圧を十分に小さい時間で切り換えることにより前記線状電極の並び方向に前記気体を搬送するようにした気体搬送装置。
3. 前記線状電極に対して駆動電圧を印加したときの線状電極近傍の気体の密度分布の形成の時定数は、前記駆動電圧変化の周期を前記相数ｎで除した時間よりも小さいか同程度であり、且つ、前記駆動電圧変化のパターンが変化したときの前記密度分布の自然拡散の時定数は、前記駆動電圧変化の周期を前記相数ｎで除した時間よりも大きいか同程度である請求項１または２に記載の気体搬送装置。
4. 前記ｎ相の駆動電圧の時間波形は、各々が一定時間持続するステップパルスであり、順次循環的に出力されるものである請求項１、２または３に記載の気体搬送装置。
5. 前記ｎ相の駆動電圧の時間波形は、各々が正弦波であり、順次循環的に出力されるものである請求項１、２または３に記載の気体搬送装置。
6. 前記複数の線状電極を誘電体または絶縁体の基板上に配置した請求項１〜５のいずれかに記載の気体搬送装置。
7. 前記線状電極上に絶縁体膜を形成した請求項６に記載の気体搬送装置。
8. 前記複数の線状電極が成す面を複数面備えた請求項１〜７のいずれかに記載の気体搬送装置。
9. 前記複数の線状電極が成す２つの面同士が所定の間隙を介して対面配置した請求項８に記載の気体搬送装置。
10. 前記複数の線状電極が形成された前記基板の表面に対向して前記気体が移動する空間を構成するフードを備えた請求項６〜９のいずれかに記載の気体搬送装置。
11. 請求項６〜１０のいずれかに記載の気体搬送装置の前記基板を発熱体に当接または近接させたことを特徴とする冷却装置取り付け構造。
12. 請求項１０に記載の気体搬送装置のフードを発熱体に当接させたことを特徴とする冷却装置取り付け構造。

Images