(57)【要約】【課題】ＣＰＵ冷却装置において、遠心ポンプに不可欠なリザーブタンクを不要とし、モータ部発熱が冷却水に伝達されない、低入力、高圧力の薄型ポンプを提供すると共に、水冷ジャケットの熱伝達効率を高め、低騒音で信頼性の高いＣＰＵ水冷装置を提供する。【解決手段】ポンプは容積型の扁平形状ピストンポンプ１とし、非磁性体パイプ８内に永久磁石からなるピストン９，又は１６とし、非磁性体パイプの外周に磁性体または永久磁石の駆動体４を設け、更に、その駆動体をリードスクリュー３付きのステッピングモータ２で駆動した。また、ピストンポンプの逆止弁１１，１３を流体ダイオード１７とし、更に又、その流体ダイオードを水冷ジャケット２４中に形成しＣＰＵ水冷装置とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダー内のピストンを駆動して、液体を圧送するピストンポンプにおいて、前記シリンダーを非磁性体パイプとなし、該非磁性体パイプの内周に嵌合して摺動する磁性体又は永久磁石からなるピストンと、外周に嵌合して摺動する永久磁石又は磁性体の駆動体とを具備したことを特徴とするピストンポンプ。
【請求項２】
前記磁性体ピストンは、軸方向に磁化した永久磁石となし、前記駆動体を軟磁性体としてなることを特徴とする請求項１記載のピストンポンプ。
【請求項３】
前記駆動体の軟磁性体は、鉄系の焼結合金としたことを特徴とする請求項２記載のピストンポンプ。
【請求項４】
出力軸に螺旋状の溝を有するステッピングモータまたはＤＣモータを、前記非磁性体パイプと平行に配置し、前記駆動体の往動手段としたことを特徴とする、請求項１，２及び３のいずれか１つ記載のピストンポンプ。
【請求項５】
前記ピストン体を複数個設けたことを特徴とする請求項２，３及び４のいずれか１つ記載のピストンポンプ。
【請求項６】
前記スクリューシャフト付きモータを複数個設けたことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１つ記載のピストンポンプ。
【請求項７】
前記非磁性体パイプへの吸入弁及び吐出弁を、流体ダイオードとしたことを特徴とする、前記請求項１乃至６のいずれか１つ記載のピストンポンプ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１つ記載のピストンポンプと、ＣＰＵの上部に接触して設けられた水冷ジャケットと、水を冷却する放熱器を具備して成ることを特徴とするコンピュータ用ＣＰＵ水冷装置。
【請求項９】
前記水冷ジャケット内に、前記流体ダイオードを設けたことを特徴とするコンピュータ用ＣＰＵ水冷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、主にパーソナルコンピュータ（以下パソコン）用ＣＰＵ（中央処理装置）などの冷却に用いるための小型扁平形状としたピストンポンプ、及びそのピストンポンプを用いたＣＰＵ水冷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】従来、水のような液体によりパソコンのＣＰＵを冷却する装置は、一般に、図１１に示すように、ＣＰＵ内で発生する熱を水冷ジャケット１０１内で液体に伝達し、遠心ポンプ１０２によりラジエータ１０３に循環させ、冷却ファン１０４で空冷させた後、リザーブタンク１０５に集めた後、再び、遠心ポンプによって水冷ジャケット内に輸送するものであった。このような液体（水）冷却システムでは、大きなスペースを必要とするリザーブタンクを設けることが不可欠なものとなってしまっていた。そのため、ノートブック型パソコン用として利用できる程に薄型化することが困難であった。リザーブタンクが不要で小型化、薄型化が可能な高圧力の得られるポンプには、例えば、
【特許文献１】特開平１１−０６２８１７に開示されているようなピストンホンプがある。このポンプは、図１２に示すように、シリンダ１０６内でピストン１０７が吸入弁１０８と吐出弁１０９に連動して往復運動して一定容積の液体を送るものであり、リザーブタンクを不要にすることができる。しかしながら、このピストンポンプではクランクシャフト１１０と駆動モータが大きくなり、薄型化する為には、駆動手段の改善が不可欠であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】パソコンのＣＰＵから液体への冷却効果を高めるために、流路抵抗の大きな細い流路を水冷ジャケット内に形成して、熱伝達率を高めるのが良い。しかし、その場合、前述の通り遠心ポンプではリザーブタンクが必要となり、小型化すると圧力を高くすることが難しく、扁平形状の高圧ポンプを得る上で障害の１つとなっていた。遠心ポンプで高圧を出すためには、ポンプの容量を大きくして、効率が低い動作点で使用しなければならないことになって、無駄な電力を消費してしまう欠点があった。さらに、ポンプを回転させる為のモータ自身の発熱が水に伝わり、冷却用循環液の温度を上昇させて、冷却効率の向上を図る点で問題となっていた。又、パソコンでは信頼性の高いより静かなポンプが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】本発明は、上記した遠心ポンプの持つ、リザーブタンクが必要で、パソコンのような非常に薄い筐体への組込みが困難であるという欠点を解決するためになされたものであり、その課題とする所は、小容量であっても大きな圧力の出せる容積型の薄型のピストンポンプを提供するものである。また、駆動モータとポンプ部を分離した構造のポンプとすることで、より扁平形状としたポンプを提供するものである。これにより、パソコンへの組込みを容易にすると共に、前記したポンプ駆動モータの発熱が冷却用液体に伝達されることのない構造とすることが出来る。さらに、ポンプの逆止弁に液体ダイオードを採用して、静音、且つ、長寿命で信頼性の高い冷却装置とすることを目的とする。【０００５】このため、請求項１記載の発明は、シリンダー内のピストンを駆動して、液体を圧送するピストンポンプにおいて、前記シリンダーを非磁性体パイプとなし、該非磁性体パイプの内周に嵌合して摺動する磁性体、又は永久磁石からなるピストンと、外周に嵌合して摺動する永久磁石、又は磁性体からなる駆動体とを具備する如くしたことにある。【０００６】請求項２記載の発明は、前記磁性体ピストンは、軸方向に磁化した永久磁石とし、前記駆動体を軟磁性体としたことにある。また、請求項３記載の発明は、前記駆動体の軟磁性体を鉄系の焼結合金としたことにある。【０００７】さらに、請求項４記載の発明は、出力軸に螺旋状の溝を有するステッピングモータもしくはＤＣモータを、前記非磁性体パイプと平行に配置し、前記駆動体の往動手段として設けた請求項１，２及び３のいずれか１つ記載のピストンポンプとしたことにある。【０００８】請求項５記載の発明は、前記ピストン体の永久磁石を複数個に分けて設けたことを特徴とする請求項１，２，３及び４のいずれか１つ記載のピストンポンプとしたことにある。【０００９】また、請求項６記載の発明は、前記スクリューシャフト付きモータを複数個設けたことを特徴とする、請求項１，２，３，４及び５のいずれか１つ記載のピストンポンプとしたことにある。【００１０】請求項７記載の発明は、前記非磁性体パイプと連結される吸入弁及び吐出弁を、流体ダイオードとしたことを特徴とする、前記請求項１，２，３，４，６及び６のいずれか１つ記載のピストンポンプとしたことにある。【００１１】請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１つ記載のピストンポンプと、ＣＰＵの上部に接触して設けられた水冷ジャケットと、水を冷却する放熱器とによってパソコン用ＣＰＵ水冷装置を構成したことにある。【００１２】請求項９記載の発明は、前記流体ダイオードを、前記水冷ジャケット内に設けてなるパソコン用ＣＰＵ水冷装置としたことにある。
【発明の効果】
【００１３】請求項１記載の発明は、シリンダを非磁性体の薄肉パイプとなし、またピストンを磁性体又は永久磁石からなるピストンとし、更に、外周に嵌合して摺動する永久磁石又は磁性体の駆動部としたので、パソコンへの組み込みが容易な扁平形状の容積型ポンプが得られ、熱伝達効率を高めるため、大きな管路抵抗を持つ水冷ジャケットに、最小の電力消費によって冷却水を循環させることが出来るポンプとする効果がある。【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載のピストンポンプにおいて、駆動体を軟磁性体としたので、円筒駆動体の肉厚を小さくすることができ、より扁平形状のポンプとすることができる効果がある。更に、外周部への漏洩磁束を小さくすることができるので、周囲への磁界の影響を無くすことが出来る効果がある。【００１５】請求項３記載の発明は、請求項２記載のピストンポンプにおいて、外周部への漏洩磁束を小さくすることができると共に、駆動体と非磁性体パイプ間に別の摺動部材を設ける必要がなくなり、より扁平構造とすることができ、安価となる効果がある。【００１６】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３記載のピストンポンプにおいて、駆動モータを前記非磁性体パイプと平行に配置し、前記駆動体の往動手段としたので、比磁性体パイプの直径が最大にでき、流量を増加させることのできる効果が得られる。【００１７】請求項５記載の発明は、請求項１乃至５記載のピストンポンプにおいて、ピストン体を複数個設けるものとしたので、ポンプの高さを増加させることなく、ポンプ出力を増加させる効果が得られる。【００１８】請求項６記載の発明は、請求項１乃至６記載のピストンポンプにおいて、駆動モータを非磁性体パイプと並行させて複数個設けるので、個々のモータ外径を小さくすることができ、パイプ直径を大きく超えることなく、ポンプ出力即ち流量と圧力を増加させることができる効果が得られる。【００１９】請求項７記載の発明は、請求項１乃至６記載のピストンポンプにおいて、吸入弁と吐出弁を流体ダイオードとしたので、弁の開閉音を無くすことができ、磨耗や破損の恐れがなく、効率が向上し、長寿命で信頼性の高いポンプとする効果が得られる。【００２０】請求項８記載の発明は、請求項１乃至７記載のピストンポンプにおいて、該ピストンポンプと、ＣＰＵの熱を吸収する水冷ジャケットと、熱水を冷却する放熱器を備えているので、最小の電力消費でノートパソコンのような薄い筐体中に組み込むことができ、最も省スペースで熱交換効率の高いＣＰＵ水冷装置が得られると言う効果がある。【００２１】請求項９記載の発明は、ＣＰＵ水冷装置に、前記水冷ジャケット内に流体ダイオードを組み込むようにしたので、別に流体ダイオードを設けるスペースが節約され、水冷ジャケット内での熱伝達率を高めることができる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２３】図１は本発明ピストンポンプ１Ａの一部断面を含むポンプ平面図である。図２は該ピストンポンプ１Ａのパイプ側側面を示す前方側面図である。また図３はモータ取り付け面側を示す該ピストンポンプ１Ａの左側面図である。図４は該ピストンポンプ１Ａの動力伝達部を示す断面図である。図１において、非磁性体パイプ８は、薄肉のステンレスまたは樹脂からなる、液体を吸排出するシリンダとして働くパイプで、その内部に、円筒状の永久磁石９が非磁性体パイプ８の内周に緩やかに嵌合して摺動するように設けられている。また、前記円筒状磁性体９の一端には、逆止弁１１が逆支弁ストッパー１０と共に設けられている。さらに、吐出管１２の入口部にも別の逆止弁１３が設けられている。尚、前記円筒状の永久磁石９は、図示していないが、樹脂などにより覆われた防水構造とされているものである。【００２４】前記非磁性体パイプ８の外周には軟磁性体（または永久磁石）のヨーク５が、樹脂製の駆動体４と一体化されて取り付けられ、前記非磁性体パイプ８と摺動可能な状態で取り付けられている。駆動体４には、図４に示されるような突起台座４ａが一体的に設けられており、その平面中央部に設けられた凸部が、図２及び３に示すコの字状フレーム７に、前記非磁性体パイプ８と平行に取り付けられたステッピングモータ又はＤＣモータ２のスクリューシャフト３の溝とかみ合って、抑えバネ１４とネジ１５によって保持され、モータ軸の回転により左右に移動するようになされている。尚、この部分の機構はネジを用いるなどの他の方法としても良いものである。また、前記駆動体４はラック、ピニオン機構や、プーリ、ベルト機構などの別の手段によって駆動することも可能である。【００２５】次に、図１に示す本発明ピストンポンプのポンプ作用について説明する。今、ステッピングモータ又はＤＣモータ２が所定の回転数で所定時間時計方向に回転すると、そのスクリューシャフト３に係合された前記駆動体台座４ａは、左方向に推力を受け、軟磁性体（または永久磁石）スリーブ５が左方に移動する。またこのとき、モータのスクリューシャフト３は右方向への反力を受けるが、フレーム７に設けられたスラスト受け６によって、その移動が規制されている。前記軟磁性体（または永久磁石）スリーブ５が移動すると、対向して中心軸方向に磁化されている永久磁石９は、軟磁性体スリーブ５と同方向の力を受け、左方に動くので、逆止弁１１は閉じて、永久磁石９と逆止弁１１がピストンとなり、非磁性体パイプ８内の左側の液体は排出パイプ１２側に圧縮され排出される。【００２６】次ぎに、ステッピングモータ又はＤＣモータ２が所定の回転数で所定時間反時計方向に回転すると、そのスクリューシャフト３に係合された前記駆動体台座４ａは、右方向に推力を受け、軟磁性体（または永久磁石）スリーブ５は右方向に移動する。またこのとき、モータのスクリューシャフト３は左方向への反力を受けるが、モータ内のスラスト受けによって移動が規制され、前記軟磁性体（または永久磁石）スリーブ５と対向して中心軸方向に磁化されている永久磁石９は、軟磁性体スリーブ５と同方向の力を受け、右方向に動くことになる。この時、逆止弁１１が開き、同時に前記排出管１２内の逆止弁１３は閉じて、排出された液体が逆流することなく、また、非磁性体パイプ８内の右側の液体は圧縮されることなく、非磁性体パイプ８内の前記永久磁石９の左側に移動することができる。このとき、永久磁石９には液体の圧縮力が加わらないため、その反力も小さく、モータ内の端部スラスト受けで寿命上の問題を生じることなく、軸移動を規制することができる。
【実施例２】
【００２７】本発明の実施例２を図５の別のピストンポンプ１Ｂにより説明する。前記非磁性体パイプ８の内周に嵌合して摺動する永久磁石９−１と９−２が、非磁性体スペーサ３０を介して一体化されて設けられている。該永久磁石９−１及び９−２夫々に対向する位置に軟磁性体ヨーク５−１及び５−２が、駆動体４と一体に設けられている。本図では永久磁石と軟磁性体ヨーク５−１，５−２との対数が２個の場合を示しているが、更にその数を増すことが可能で、パイプの直径を大きくせずに永久磁石９−１，９−２への動力伝達力を増加することができ、ポンプ圧力を高めることができる。
【実施例３】
【００２８】本発明の実施例３を図６の別のピストンポンプ１Ｃにより説明する。フレーム７には前記非磁性体パイプ８と平行にステッピングモータ２−１及び２−２が取り付けられている。前記駆動体４に一体に設けられた突起台座４ａ−１及び４ａ−２によって、ステッピングモータ２−１及び２−２の出力トルクが前記駆動体４に伝達され、ピストンポンプ１Ｃ全体の高さを前記非磁性体パイプ８に近似した最小高さにすることができ、高さを増加させることなく、ポンプの圧力及び流量を最大とすることができる。本ポンプの駆動モータはステッピングモータとしているため、極めて容易に同一パルスレートで駆動させることができ、一方のモータが他方のモータの負荷になることなく同一速度の運転をすることができる。
【実施例４】
【００２９】本発明の実施例４を図７の別のピストンポンプ１Ｄ及び図８の液体ダイオード付水冷ジャケットにより説明する。本ピストンポンプ１Ｄでは、逆止弁を機械的機構を用いずに、流体ダイオード１７−１，１７−２を利用し、さらに前記非磁性体パイプ８内には円柱状の永久磁石１６をピストンとして使用するようにしたものである。【００３０】図８は、ＣＰＵに接触してその熱を吸収するＣＰＵ水冷ジャケット２３の内部に形成する流路の一例を示している断面図であるが、その流路中に流体ダイオードを設けたものである。以下、該流体ダイオードの働きについて説明する。図８（ａ）において、吸入口２３ａに水圧を与えると実線矢印で示すような流路２２−４から２２−３，２２−２，２２−１を通り排出口２３ｂに低抵抗の流れが出来る。同時に２１−４，２１−３，２１−２，２１−１の細い流路には、極僅かな点線で示される流れが生じる。従って、吸入口２３ａから排出工２３ｂ間の流路抵抗は最小の状態となっている。一方、図８（ｂ）に示すように、排出口２３ｂから吸入口２３ａ方向に水圧がかかると、排出口２３ｂから流れ込もうとする点線で示す流れは、先ず直進して流路２１−１の点線で示すように流れ、主流路の２２−１の点線で示す流れと衝突して大きな抵抗となり、同様の衝突を流路２１−２と２２−２、及び２１−３と２２−３、及び２１−４と２２−４の各箇所で起すことになり、排出口２３ｂから吸入口２３ａ方向の流れは阻止されるものである。また、このような分岐流路により、金属から水への熱伝達効率を高め、単位流量あたりの吸熱量を増加させる効果が得られる。【００３１】上に説明した原理の逆止弁となる流体ダイオード１７−１を、非磁性体パイプ８の吸入口８ａ及び排出口８ｂ間に設け、さらに、前記非磁性体パイプ８の吸入口８ａには別の流体ダイオード１７−２が設けられている。今、ステッピングモータまたはＤＣモータ２が一定周期で正逆回転すると、駆動体４が左右に駆動され、永久磁石１６も左右に運動して、非磁性体パイプ内の液体は、吸入・排出を繰り返して、図の実線で示す方向のポンプとして作用する。ここで、前記流体ダイオード１７−１の入り口部には調圧室１８が設けられており、低圧の圧縮空気２０が封入された後、キャップ１９によって封止されている。これにより。永久磁石ピストン１６が圧縮方向を変えるときに発生する衝撃圧力を吸収し、衝撃音の発生を防止している。
【実施例５】
【００３２】本発明の実施例５を図９の半波型水冷ジャケット式水冷装置により説明する。図９において、非磁性体パイプ８内の永久磁石ピストン１６は、ここに図示していない前記モータにより駆動され、ＲとＬ方向の往復ピストン運動をしている。今ピストン１６がＲ方向に動かされると、ポンプ排出口２５ａから注入される水は、水冷ジャケット２４ａ内に設けられた流体ダイオード２４ａ−１のため、非磁性体パイプ８内のＬサイドに戻ろうとする流れが阻止されるので、水冷ジャケット排出口２７ａから送り出され、ラジエータ２９通って、水冷ジャケット吸入口２８ａに戻され、別の流体ダイオード２４ａ−２を通って、非磁性体パイプ８内のＬサイドに戻る。また、ピストン１６がＬ方向に動かされると、ポンプ排出口２６ａから注入される水は、水冷ジャケット２４ａ内に設けられた流体ダイオード２４ａ−２のため、水冷ジャケット排出口２８ａからラジエータ２９方向への流れは阻止され、流体ダイオード２４ａ−１を通って、非磁性体パイプ８内のＲサイドに戻る。この動作の反復によって水冷ジャケットで吸収された熱は、水に伝達され、反サイクルごとにラジエータ２９に送られて、放熱冷却される。
【実施例６】
【００３３】次に、本発明の実施例６を図１０の全波型水冷ジャケット式水冷装置により説明する。図１０において、非磁性体パイプ８内の永久磁石ピストン１６は、ここに図示していない前記モータにより駆動され、ＲとＬ方向の往復ピストン運動をしている。今ピストン１６がＲ方向に動かされると、ポンプ排出口２５ｂから注入される水は、水冷ジャケット２４ｂ内に設けられた４個の流体ダイオードのため、水冷ジャケット吐出口２７ｂから送り出され、ラジエータ２９通って、水冷ジャケット吸入口２８ｂに戻され、非磁性体パイプ８内のＬサイドに戻る。また、ピストン１６がＬ方向に動かされると、ポンプ排出口２６ｂから注入される水は、水冷ジャケット２４ｂ内に設けられた流体ダイオードのため、水冷ジャケット吐出口２７ｂからラジエータ２９方向への流れ、非磁性体パイプ８内のＲサイドに戻る。この動作の反復によって水冷ジャケットで吸収された熱は、水に伝達され、フルサイクルでラジエータ２９に送られて、放熱冷却される。
【産業上の利用可能性】
【００３４】本発明の活用例として、小型燃料電池の燃料や冷却水の循環、薬品類の定量吐出装置に利用すると極めて有効である。特にステッピングモータは定量吐出に最適である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明におけるピストンポンプの一部断面を含むポンプ平面図である。
【図２】本発明におけるピストンポンプのパイプ側側面を示す前方側面図である。
【図３】本発明におけるピストンポンプのモータ取り付け面側を示す左側面図である。
【図４】本発明におけるピストンポンプの動力伝達部を示す断面図である
【図５】第２実施例のピストンポンプの一部断面を含むポンプ平面図である。
【図６】第３実施例のピストンポンプの一部断面を含むポンプ平面図である。
【図７】第４実施例のピストンポンプの一部断面を含むポンプ平面図である。
【図８】液体ダイオード付水冷ジャケットの断面図。
【図９】本発明における半波型水冷ジャケット式水冷装置の説明図
【図１０】本発明における全波型水冷ジャケット式水冷装置の説明図
【図１１】従来のパーソナルコンピュータのＣＰＵ冷却装置
【図１２】従来のピストンポンプ説明図
【符号の説明】
【００３６】１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ  ピストンポンプ
２  モータ
３  スクリューシャフト
４  駆動体
５  磁性体（軟磁性体又は永久磁石）
６  スラスト受け
７  フレーム
８  非磁性体パイプ
９  永久磁石ピストン
１０  弁ストッパ
１１，１３  逆止弁
１６  永久磁石ピストン
１７−１，１７−２  流体ダイオード
２３，２４ａ，２４ｂ  水冷ジャケット
２９  ラジエータ
１０１  水冷ジャケット
１０２  遠心ポンプ
１０３  ラジエータヒートシンク
１０４  冷却ファン
１０５  リザーブタンク
１０６  シリンダ
１０７  ピストン
１０８  吸入弁
１０９  排出弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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