(57)【要約】【課題】気密性を高く保つことができるとともに、流体を安定して効率よく圧送することが可能なポンプ装置及び当該ポンプ装置を搭載した冷却装置を提供すること。【解決手段】ポンプ装置１０は、流体を流通可能な管２０に接続されたハウジング１内に、逆止弁６、可動体２、逆止弁６及び可動体２に両端が支持されたベローズ８、可動体２及びベローズ８ハウジング１内壁に支持するコイルバネ５を有する。可動体２にはマグネット４及び逆止弁７が設けられている。ハウジング１外周には、マグネット４を含む可動体２を流体の流通方向へ往復移動させるコイル３が設けられる。可動体２の往復移動により、ベローズ８が伸張した場合にはベローズ８内の圧力が低くなり、管２０から開口部１ｂ及び逆止弁６を介して流体が流入し、またベローズ８が収縮した場合にはベローズ８内の圧力が高くなり逆止弁７及び開口部１ｄを介して流体が流出する。【選択図】図１
2007231763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を流通可能な管と連通し、前記流通方向へ貫通する前記流体の第１の流路を有するハウジングと、
前記ハウジング内に前記流通方向へ往復移動可能に設けられ、前記第１の流路に連通するように貫通する第２の流路を有する可動体と、
前記ハウジング外に設けられ、前記可動体を往復移動させる駆動部と、
前記第１の流路を開閉可能に設けられ、前記可動体が前記流通方向の一側へ駆動されるときに、前記管から前記流体を導入可能な第１の逆止弁と、
前記第２の流路を開閉可能に設けられ、前記可動体が前記流通方向の他側へ駆動されるときに、前記流体を前記管へ排出可能な第２の逆止弁と、
前記ハウジング内に、前記流通方向へ伸縮自在に設けられ、一端が前記第１の逆止弁に支持され、他端が前記可動体に支持された第１のベローズと
を具備することを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプ装置であって、
前記可動体は、マグネットを有し、
前記駆動部は、磁界を発生させる磁界発生器を有する
ことを特徴とするポンプ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のポンプ装置であって、
前記第２の逆止弁は前記可動体に接続され、前記第１のベローズの前記一端を支持することを特徴とするポンプ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のポンプ装置であって、
前記ハウジング内に設けられ、前記可動体及び前記第１のベローズを前記他側へ付勢する付勢部材を更に具備することを特徴とするポンプ装置。
【請求項５】
請求項２に記載のポンプ装置であって、
前記磁界発生器は、前記流通方向に沿って前記ハウジングに巻回された２つのコイルを有し、
当該ポンプ装置は、前記２つのコイルが互いに逆極性となるように周期的に変化する電圧を印加する電圧印加手段を更に具備することを特徴とするポンプ装置。
【請求項６】
請求項２に記載のポンプ装置であって、
前記ハウジングは、前記管との接合面を有し、
前記磁界発生器は、前記接合面に接しつつ前記流通方向に沿って前記管に巻回されたコイルを有することを特徴とするポンプ装置。
【請求項７】
請求項２に記載のポンプ装置であって、
前記第１のベローズは第１の内径を有し、その前記他端が前記マグネットに支持されており、
前記可動体は、前記流通方向に伸縮自在に設けられ、一端が前記マグネットに支持され、他端が前記第２の逆止弁に支持され、前記第１の内径よりも小さい第２の内径を有する第２のベローズを有することを特徴とするポンプ装置。
【請求項８】
請求項２に記載のポンプ装置であって、
前記可動体は前記ハウジングに非接触で往復移動可能に設けられ、
前記第１のベローズは前記ハウジングに非接触で伸縮可能に設けられる
ことを特徴とするポンプ装置。
【請求項９】
請求項３に記載のポンプ装置であって、
前記第１の逆止弁は、前記第１の流路中に前記流通方向を軸として円錐台形状に形成された第１の保持部と、前記第１の保持部に保持された第１の球体と、当該第１の球体を前記第１の円錐面側へ付勢する第１の付勢部材とを有し、
前記第２の逆止弁は、前記第２の流路中に前記流通方向を軸として円錐台形状に形成された第２の保持部と、前記第２の保持部に保持された第２の球体と、当該第２の球体を前記第１の円錐面側へ付勢する第２の付勢部材とを有する第２のプレートとを有する
ことを特徴とするポンプ装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のポンプ装置であって、
前記第１のベローズは、ＰＴＦＥからなることを特徴とするポンプ装置。
【請求項１１】
発熱体の熱を受ける受熱部と、
前記受熱部で受けた熱を放出する放熱部と、
流体を流通させ、前記受熱部及び前記放熱部に接続された管と、
前記管と連通し、前記流通方向へ貫通する前記流体の第１の流路を有するハウジングと、前記ハウジング内に前記流通方向へ往復移動可能に設けられ、前記第１の流路に連通するように貫通する第２の流路を有する可動体と、前記ハウジング外に設けられ、前記可動体を往復移動させる駆動部と、前記第１の流路を開閉可能に設けられ、前記可動体が前記流通方向の一側へ駆動されるときに、前記管から前記流体を導入可能な第１の逆止弁と、前記第２の流路を開閉可能に設けられ、前記可動体が前記流通方向の他側へ駆動されるときに、前記流体を前記管へ排出可能な第２の逆止弁と、前記ハウジング内に、前記流通方向へ伸縮自在に設けられ、一端が前記第１の逆止弁に支持され、他端が前記可動体に支持されたベローズとを有するポンプ装置と
を具備することを特徴とする冷却装置。
【請求項１２】
発熱体から受ける熱により流体を気化させる気化部と、
前記気化された流体を液化して前記気化部へ循環させる液化部と、
前記気化された流体を前記気化部から前記液化部へ流通させる第１の管と、
前記凝縮された流体を前記液化部から前記気化部へ流通させる第２の菅と、
前記第２の管と連通し、前記流通方向へ貫通する前記流体の第１の流路を有するハウジングと、前記ハウジング内に前記流通方向へ往復移動可能に設けられ、前記第１の流路に連通するように貫通する第２の流路を有する可動体と、前記ハウジング外に設けられ、前記可動体を往復移動させる駆動部と、前記第１の流路を開閉可能に設けられ、前記可動体が前記流通方向の一側へ駆動されるときに、前記第２の管から前記流体を導入可能な第１の逆止弁と、前記第２の流路を開閉可能に設けられ、前記可動体が前記流通方向の他側へ駆動されるときに、前記流体を前記第２の管へ排出可能な第２の逆止弁と、前記ハウジング内に、前記流通方向へ伸縮自在に設けられ、一端が前記第１の逆止弁に支持され、他端が前記可動体に支持されたベローズとを有するポンプ装置と
を具備することを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を圧送することが可能なポンプ装置、及び当該ポンプ装置を搭載した冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子機器のＣＰＵ（Central Processing Unit）やグラフィックスチップ、ディスプレイ光源等の発熱部を冷却するための手段として、熱源を直接冷却するのではなく、熱源から熱を奪い、放熱部までの熱輸送を行う熱輸送デバイスが多く用いられている。
【０００３】
このような熱輸送デバイスには、大別すると以下の２つの方式がある。すなわち、一つは、冷却液を受熱部と放熱部との間で循環させ、冷却液の温度の上昇及び降下を繰り返すことで熱輸送を行う、冷媒の顕熱（比熱）を利用した液冷方式である。もう一つは、受熱部で冷媒を沸騰させ、冷媒蒸気を放熱部で凝縮放熱させる、冷媒の潜熱を利用した相変化方式である。
【０００４】
液冷方式においては、冷却液の循環のために例えば何らかの方式のポンプが用いられる。液冷方式に用いられるポンプとしては、種々のものが提案されている。例えば、下記特許文献１には、圧電素子からなるダイアフラム、もしくは磁石とコイルからなるシリンダと４つの弁から構成された循環ポンプが記載されている。また下記特許文献２には、回転羽根を搭載したモータを用いた流体ポンプが記載されている。
【０００５】
一方、相変化方式においては、例えばヒートパイプに代表されるように、液化した冷媒の循環は、毛細管力と冷媒それ自身の蒸気圧または重力を動力とすることが多い。相変化方式のデバイスとしては、上記ヒートパイプの他に、キャピラリ・ポンプ・ループ（以下、ＣＰＬと称す）、メカニカル・ポンプ・ループ（以下、ＭＰＬと称す）、ベーパチャンバ、サーモサイフォン等がある。各方式とも、冷媒供給能力を超える熱量が入力されると受熱部が乾き、熱輸送ができなくなる（ドライアウト現象）。
【０００６】
上記ＭＰＬは液相路に設置されたメカニカルポンプで冷媒を供給するものであるが、それ以外の相変化方式の上記各デバイスにおいても、上記ドライアウト現象を防ぐために、大きな熱輸送量が必要とされる場合や、重力に逆らって冷媒を輸送しなければならない場合（トップヒート）には、液相路にメカニカルポンプ若しくは蒸気ポンプを設けることが提案されている。例えば、下記特許文献３には、外部からの電磁力により内部のシリンダを駆動し、逆止弁を用いることで冷媒の輸送を行っている。
【０００７】
更に、液冷方式、相変化方式等の方式や、熱輸送といった用途を問わないポンプとして、下記特許文献４には、中空なケースの内外を連通する一対の通路と、各通路の途中にそれぞれ設けられた逆止弁と、上記ケース内に空間を区画し磁石を備えたベローズと、当該ベローズを移動させる磁界発生手段とを有し、当該空間の容積変化を利用して流体を吐出するポンプが記載されている。  
【特許文献１】特開２００５−２２９０３８号公報（段落[０００９]、図１等）
【特許文献２】特開２００３−３７１３８９号公報（段落[０００６]、図１等）
【特許文献３】米国特許第５９１１２７２号明細書（図４等）
【特許文献４】特開２００５−２２６５９３号公報（段落[００５２]、図５等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１や特許文献２に記載のポンプは、構造が複雑であり、電気部品を内蔵しているため、ポンプの外へ動力線を引き出す必要がある。相変化方式の熱輸送デバイスにおいては、デバイス外部から大気などの流入があると蒸発温度が上昇し、著しい性能劣化を引き起こしてしまう。このため、接合部やシール部は、金属部材を用いる必要があり、上記特許文献１及び特許文献２のように構造が複雑で接合箇所が多く、また内部から動力線を引き出す必要があるような液冷式ポンプをそのまま相変化方式の熱輸送デバイスのポンプに用いることは不可能か、もしくは信頼性の面で不適である。
【０００９】
また、上記特許文献３の記載のポンプにおいては、内部に電気部品を持つことはないが、冷媒の押出しに必要な内部空間の体積変化の際、シリンダ及びコイルバネと外側円筒との間に隙間が生じ、完全な密閉性が保てず効率が悪い。
【００１０】
更に、上記特許文献４に記載のポンプにおいては、ベローズの一端のみがケースに支持されているため、空間内を安定して移動することができず、ポンプ効率が悪くなり、また移動の際の振動が大きくなってしまう。
【００１１】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、気密性を高く保つことができるとともに、流体を安定して効率よく圧送することが可能なポンプ装置及び当該ポンプ装置を搭載した冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の課題を解決するため、本発明の主たる観点に係るポンプ装置は、流体を流通可能な管と連通し、前記流通方向へ貫通する前記流体の第１の流路を有するハウジングと、前記ハウジング内に前記流通方向へ往復移動可能に設けられ、前記第１の流路に連通するように貫通する第２の流路を有する可動体と、前記ハウジング外に設けられ、前記可動体を往復移動させる駆動部と、前記第１の流路を開閉可能に設けられ、前記可動体が前記流通方向の一側へ駆動されるときに、前記管から前記流体を導入可能な第１の逆止弁と、前記第２の流路を開閉可能に設けられ、前記可動体が前記流通方向の他側へ駆動されるときに、前記流体を前記管へ排出可能な第２の逆止弁と、前記ハウジング内に、前記流通方向へ伸縮自在に設けられ、一端が前記第１の逆止弁に支持され、他端が前記可動体に支持された第１のベローズとを具備する。
【００１３】
この構成によれば、第１のベローズの両端が支持されているため、可動体の往復移動に伴って第１のベローズが上記流通方向へ安定して伸縮することができ、当該伸縮により第１のベローズ内の圧力を変化させることで、第１及び第２の逆止弁を介して大量の流体を上記他側から一側へ効率よく導入及び排出することができる。
【００１４】
上記ポンプ装置において、前記可動体は、マグネットを有し、前記駆動部は、磁界を発生させる磁界発生器を有していてもよい。
【００１５】
この構成によれば、ハウジング内が非電気的部品のみで構成され、ハウジング内外に亘って電気配線を通すための孔等によりハウジングに隙間が生じることもなく、またハウジングと管との接合箇所も極力少なくすることができるため、気密性を高く保つことができ、信頼性が向上する。またハウジング内部を流体に対する耐腐食性の高い部品で構成することもできる。当該ポンプ装置を気液２相の相変化型の冷却装置に用いる場合には特に有効である。なお本発明では、可動体は、その一部がマグネットで構成されている形態が考えられるが、可動体の全体がマグネットで構成される形態も含まれるものとする。
【００１６】
上記ポンプ装置において、前記第２の逆止弁は前記可動体に接続され、前記第１のベローズの前記一端を支持するようにしても構わない。
【００１７】
この構成によれば、第２の逆止弁は、マグネットの往復移動により第１のベローズを支持しながら伸縮させるとともに、第１のベローズの伸張時に導入された流体を、第１のベローズの収縮時に弁を開くことで排出することができる。
【００１８】
上記ポンプ装置は、前記ハウジング内に設けられ、前記可動体及び前記第１のベローズを前記他側へ付勢する付勢部材を更に具備していてもよい。
【００１９】
この構成によれば、上記付勢力により第１のベローズ及び可動体に予圧を与えることで、第１の逆止弁、第１のベローズ及び可動体を密着させることができるため、それらの隙間から流体が漏れてポンプ効率が低下するのを防ぐことができる。
【００２０】
上記ポンプ装置において、前記磁界発生器は、前記流通方向に沿って前記ハウジングに巻回された２つのコイルを有し、当該ポンプ装置は、前記２つのコイルが互いに逆極性となるように周期的に変化する電圧を印加する電圧印加手段を更に具備していてもよい。
【００２１】
この構成によれば、上記マグネットと各コイルの間に交互に吸引力及び反発力が生じ、マグネットを連続的に往復移動させ、第１のベローズを連続的に伸縮させることができるため、高いポンプ力により流体をスムーズに流通させることができる。
【００２２】
上記ポンプ装置において、前記ハウジングは、前記管との接合面を有し、前記磁界発生器は、前記接合面に接しつつ前記流通方向に沿って前記管に巻回されたコイルを有していても構わない。
【００２３】
この構成によれば、コイルがハウジングではなく管に巻回されるため、ポンプ装置の上記流通方向とは垂直方向の寸法を抑え、ポンプ装置を小型化することができる。この場合、管とコイルとの間に、またはコイルを挟むように、コイルの磁束を高めるための例えば中空の鉄芯を設けるようにしても構わない。
【００２４】
上記ポンプ装置において、前記第１のベローズは第１の内径を有し、その前記他端が前記マグネットに支持されており、前記可動体は、前記流通方向に伸縮自在に設けられ、一端が前記マグネットに支持され、他端が前記第２の逆止弁に支持され、前記第１の内径よりも小さい第２の内径を有する第２のベローズを有していてもよい。
【００２５】
この構成によれば、マグネットは、第１の逆止弁と第２の逆止弁の間に位置し、両弁とマグネットとの間にそれぞれ設けられた径の異なる第１のベローズと第２のベローズとに挟まれるように支持される。この場合、第１のベローズ内の体積と第２のベローズ内の体積とが異なるため、マグネットの往復移動により各ベローズ内の体積が交互に増減して各ベローズ内の圧力が交互に増減することで、各ベローズ内の体積変化の差分に対応する量の流体が上記他側から一側へ流れることとなる。マグネットを２つのベローズで支持するため、他の金属部品等を用いる場合に比べて可動体の質量を小さくでき、可動体の往復移動による振動の発生を抑えることができる。
【００２６】
上記ポンプ装置において、前記可動体は前記ハウジングに非接触で往復移動可能に設けられ、前記第１のベローズは前記ハウジングに非接触で伸縮可能に設けられるようにしても構わない。
【００２７】
これにより、可動体及び第１のベローズがハウジング内面に摺動する場合に比べて、ハウジング内面の磨耗による劣化を防ぐことができるため、ハウジングの気密性を更に保つことができる。特に、当該ポンプ装置を相変化型の冷却装置に用いる場合に、信頼性を向上させることができる。
【００２８】
上記ポンプ装置において、前記第１の逆止弁は、前記第１の流路中に前記流通方向を軸として円錐台形状に形成された第１の保持部と、前記第１の保持部に保持された第１の球体と、当該第１の球体を前記第１の円錐面側へ付勢する第１の付勢部材とを有し、前記第２の逆止弁は、前記第２の流路中に前記流通方向を軸として円錐台形状に形成された第２の保持部と、前記第２の保持部に保持された第２の球体と、当該第２の球体を前記第１の円錐面側へ付勢する第２の付勢部材とを有する第２のプレートとを有していてもよい。
【００２９】
この構成によれば、第１の弁体及び第２の弁体が第１及び第２の付勢部材によりそれぞれ第１及び第２の保持部側へ付勢されているため、例えば当該ポンプ装置の流通方向が水平方向となるように設置した場合に、第１及び第２の球体が各保持部から脱落するのを防止し、逆止弁としての機能を確実に発揮させることができる。第１及び第２の付勢部材は例えばコイルバネ等の弾性部材やそれらの台座等から構成される。
【００３０】
上記ポンプ装置において、前記第１のベローズは、ＰＴＦＥ(PolyTetraFloeraEthylene)からなるようにしても構わない。
【００３１】
この構成により、上記流体が例えばエタノール等の薬品である場合に、耐薬品性を向上させることができる。
【００３２】
本発明の他の観点に係る冷却装置は、発熱体の熱を受ける受熱部と、前記受熱部で受けた熱を放出する放熱部と、流体を流通させ、前記受熱部及び前記放熱部に接続された管と、前記管と連通し、前記流通方向へ貫通する前記流体の第１の流路を有するハウジングと、前記ハウジング内に前記流通方向へ往復移動可能に設けられ、前記第１の流路に連通するように貫通する第２の流路を有する可動体と、前記ハウジング外に設けられ、前記可動体を往復移動させる駆動部と、前記第１の流路を開閉可能に設けられ、前記可動体が前記流通方向の一側へ駆動されるときに、前記管から前記流体を導入可能な第１の逆止弁と、前記第２の流路を開閉可能に設けられ、前記可動体が前記流通方向の他側へ駆動されるときに、前記流体を前記管へ排出可能な第２の逆止弁と、前記ハウジング内に、前記流通方向へ伸縮自在に設けられ、一端が前記第１の逆止弁に支持され、他端が前記可動体に支持されたベローズとを有するポンプ装置とを具備する。
【００３３】
この構成により、ポンプ装置にベローズを用いることで、大量の流体を安定して効率よく圧送し、発熱体を効率よく冷却することができる。
【００３４】
本発明の更に別の観点に係る冷却装置は、発熱体から受ける熱により流体を気化させる気化部と、前記気化された流体を液化して前記気化部へ循環させる液化部と、前記気化された流体を前記気化部から前記液化部へ流通させる第１の管と、前記凝縮された流体を前記液化部から前記気化部へ流通させる第２の菅と、前記第２の管と連通し、前記流通方向へ貫通する前記流体の第１の流路を有するハウジングと、前記ハウジング内に前記流通方向へ往復移動可能に設けられ、前記第１の流路に連通するように貫通する第２の流路を有する可動体と、前記ハウジング外に設けられ、前記可動体を往復移動させる駆動部と、前記第１の流路を開閉可能に設けられ、前記可動体が前記流通方向の一側へ駆動されるときに、前記第２の管から前記流体を導入可能な第１の逆止弁と、前記第２の流路を開閉可能に設けられ、前記可動体が前記流通方向の他側へ駆動されるときに、前記流体を前記第２の管へ排出可能な第２の逆止弁と、前記ハウジング内に、前記流通方向へ伸縮自在に設けられ、一端が前記第１の逆止弁に支持され、他端が前記可動体に支持されたベローズとを有するポンプ装置とを具備する。
【００３５】
この構成において、上記ポンプ装置の可動体はマグネットを有し、駆動部は磁界発生器を有していてもよい。これにより、ポンプ装置がハウジング内部に電気的部品を持たず、また第２の菅とハウジングとを２箇所で接合するのみで済むことから、気密性を保つことができ、信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００３６】
以上のように、本発明によれば、気密性を高く保つことができるとともに、流体を安定して効率よく圧送することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００３８】
（第１実施形態）  
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態におけるポンプ装置１０を示す断面図である。また図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図であり、図３は、図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【００３９】
これらの図に示すように、ポンプ装置１０は、流体を流通可能な流路２０ａを有する管２０に接続されたハウジング１と、ハウジング内に設けられた可動体２と、当該可動体２を駆動するコイル３とを有している。
【００４０】
管２０及びハウジング１は円筒形状をなし、例えばステンレス、アルミニウム等の非磁性材料からなるが、これら以外の金属または樹脂等を用いてもよい。両者は例えば溶接により接続される。ハウジング１の内部は、図１の左側端部の開口部１ｂと、右側端部の開口部１ｄとを介して管２０の流路２０ａと連通しており、当該内部が流体の流路として機能する。流体は管２０から開口部１ｂを介してハウジング１内へ導入され、開口部１ｄを介して管２０へ排出される。なお、後述するように、図１中Ｙ軸方向において流体は右方向に流れるので、これ以降の説明では、便宜のため、図１中において右側を「下流側」といい、左側を「上流側」という。
【００４１】
ハウジング１内の流路の上流側端部には、当該流路を開閉して流体をＹ軸方向の下流側へ流通させ、Ｙ軸方向の上流側への流通を規制する逆止弁６が設けられている。逆止弁６は、内部がＹ軸を軸として略円錐台形状に形成された円筒状の保持部１ａと、当該保持部１ａに保持された球体１１と、当該球体１１を保持部１ａ側へ付勢するコイルバネ１３を有する。球体１１とコイルバネ１３との間には、球体１１を支持する貫通孔１２ａを有するとともにコイルバネ１３の一端を支持するリング状のバネ台座１２が設けられ、またコイルバネ１３の他端は、例えば４つの貫通孔１４ａを有するフランジ状の支持プレート１４に支持される。
【００４２】
コイルバネ１３により球体１１を保持部１ａ側へ付勢することで、球体１１が重力に逆らって保持部１ａに保持される場合においても、球体１１が保持部１ａから脱落することを防ぎ、逆止弁として確実に機能させることができる。
【００４３】
球体１１が当該付勢力に抗して流通方向へ移動することで、保持部１ａの流路１ｃを開き、開口部１ｂを介して流体をハウジング１内に流入させることができる。なお、コイルバネ１３の付勢力（押し付け圧）が強すぎると、流体がハウジング１の内部に流入する場合に弁が開かずに適正な動作が行えなくなる。このため、コイルバネ１３のバネ定数は例えば０．０１Ｎ／ｍｍ〜０．０２Ｎ／ｍｍ程度に調整することが好ましい。
【００４４】
また支持プレート１４の貫通孔１４ａの数は４つに限られず、また一つでもよいが、一つの場合にはコイルバネ１３の径よりも径が小さくなるように形成される。支持プレート１４はハウジング１の内壁及び保持部１ａの一部に例えばシリコン系の接着剤やシーリング材等により固定される。なお保持部１ａはハウジング１の一部として設けられ、上述したように管２０と接続される。また上記開口部１ｂは、当該保持部１ａの一部として形成されている。
【００４５】
可動体２は、円筒状の保持カバー９と、当該保持カバー９に保持されたマグネット４と、その上流側に設けられた逆止弁７とを有しており、流体の流通方向へ往復移動することが可能となっている。マグネット４は流体の流通方向に貫通する流路４ａを有しており、保持カバー９の下流側端部には当該流路４ａに連通する開口部９ａが設けられている。当該開口部９ａは、ハウジング１内の下流側の流路に連通している。マグネット４は例えばネオジウム等の磁束密度の高い材料からなり、上記流通方向に着磁されている。図１においては例えば上流側がＮ極、下流側がＳ極となるように着磁されているが、当該着磁方向は逆であっても構わない。マグネット４の材質は、ポンプ装置１０の大きさや流体の種類（例えば密度や粘度の違い）等によって適宜変更可能である。
【００４６】
コイル３は、上流側のコイル３１及びその下流側のコイル３２からなり、図１に示すポンプ装置１０の静止状態において、各コイル３１及び３２の間に上記マグネット４が位置するように、ハウジング１に巻回されている。各コイル３１及び３２は例えば直径０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの銅線からなり、それぞれ巻数は例えば５００〜２５００、電気抵抗は例えば５０Ω〜２００Ωであるが、これらの数値に限られるものではない。各コイル３１及び３２には、後述する駆動回路が電気的に接続されている。当該駆動回路により、正弦波、矩形波またはそれ以外の周期関数で表せる電圧を、各コイル３１及び３２が互いに逆極性となるように印加することにより、マグネット４を保持する可動体２が流体の流通方向へ連続して往復移動することが可能となっている。
【００４７】
逆止弁７は、保持部２５、球体２１、バネ台座２２、コイルバネ２３及び支持プレート２４を有しており、保持部２５がハウジング１から独立していること及び支持プレート２４の形状が平板状であることを除けば、各部は上記逆止弁６と同様の構成及び機能となっている。この構成により、逆止弁７は、ハウジング１内（ベローズ８内）に流入した流体を、保持部２５内の流路２５ｂを開くことで、支持プレート２４の流路２４ａ、マグネット４の流路４ａ、ハウジング１内の流路及び開口部１ｄを介して管２０へ流出させることが可能となっている。
【００４８】
すなわち、逆止弁６により、ハウジング１の一部である流路１ｃを開閉し、逆止弁７により、可動体２内の流路２５ｂ及び４ａを開閉することが可能となっている。
【００４９】
逆止弁６及び７の各構成部材は例えば非磁性材料でなる。具体的には、球体１１及び２１には例えばステンレス、セラミクス等が用いられ、コイルバネ１３及び２３には例えばステンレス、リン青銅等が用いられる。また逆止弁６の各構成部材については、マグネット４から距離が離れていることから、磁性材料を用いても構わない。また、逆止弁７の各構成部材については、万が一マグネット４により帯磁してしまう場合を考慮して、支持プレート２４の流通方向における厚みを極力大きくするのが好ましい。
【００５０】
逆止弁６と可動体２との間には、一端が逆止弁６に支持され他端が可動体２に支持されたベローズ８が設けられている。具体的には、ベローズ８の一端の係合部８ａが、逆止弁６の支持プレート１４のフランジ部に係合し、他端の係合部８ｂが、逆止弁７の保持部２５のフランジ部に係合することで支持され、接着またはシールにより固定される。ベローズ８は、流体の流通方向へ伸縮自在となっており、当該伸縮により内部体積が変化する。
【００５１】
ベローズ８の材質としては、例えば金属やエストラマ樹脂、ＰＴＦＥ等の樹脂等が用いられる。上記流体がエタノール等の薬品である場合には、ＰＴＦＥを用いることで耐薬品性を向上させることができる。
【００５２】
ハウジング１の下流側の内壁と可動体２との間には、可動体２及びベローズ８を上流側へ付勢して支持するためのコイルバネ５が設けられている。コイルバネ５の径はハウジング１の開口部１ｄ及び保持カバー９の開口部９ａの開口部の径よりも大きくなるようにする。当該コイルバネ５により、ベローズ８及び可動体２は、ハウジング１の内壁に接触することなく、浮遊した状態で支持されることとなり、可動体２はハウジング１に接触することなく往復移動することが可能となっている。これにより、接触によるハウジング１の磨耗を防ぐことができるため、ハウジング１の気密性を高く保つことができ、また振動も防ぐことができるため、ポンプ装置１０の信頼性が向上する。
【００５３】
また、ベローズ８は、上述のように逆止弁６と可動体２により両端を支持されているため、一端のみ支持されている場合に比べて流体の流通方向に安定して伸縮することができ、流体のポンプ効率を高く維持し、また振動も防ぐことができる。
【００５４】
なお、ベローズ８、可動体２の各構成部材及びコイルバネ５は、ベローズ８及びコイルバネ５の予圧により密着させるようにしてもよいが、各部からの流体の漏れを防止するため、上述のように接着またはシールにより固定されることが好ましい。
【００５５】
以上の構成により、ハウジング１は内部に電気的部品を持たないため、電力線をハウジング内部から引き出す必要もなく、また管２０とハウジング１との接合箇所も、流通方向の両端部のみで済むため、ハウジング１の気密性を高く保つことができる。
【００５６】
また、ハウジング内部１の各部材は、流体にさらされる環境にあることから、長期間にわたり腐食しない材料で構成する必要があるが、ハウジング１が内部に電気的部品を持たないことにより、当該内部を腐食に強い材料で構成することができる。
【００５７】
次に、本実施形態におけるポンプ装置１０の動作について説明する。図４は、その動作を示した図である。
【００５８】
同図（ａ）に示すように、コイル３１に接続された駆動回路４５と、コイル３２に接続された駆動回路４６とにより、コイル３１とコイル３２とに、互いに逆方向の電流が流れるように電圧を印加すると、マグネット４は、フレミングの左手の法則による力を受けて、例えば図１に示した原点位置から流通方向の下流側へ移動する。これにより、可動体２もコイルバネ５の付勢力に抗して下流側へ移動し、ベローズ８が伸張する。すると、ベローズ８内の圧力が低くなることで、上流側の管２０から開口部１ｂを介して流体が流入する。このとき逆止弁６が流路１ｃを開き、流体は同図矢印Ａに示すように流路１ｃ及び１４ａを介してベローズ８側へ流通する。またこのとき、逆止弁７の働きにより、下流側の管２０からは流体は流入しない。
【００５９】
一方、同図（ｂ）に示すように、上記駆動回路４５及び駆動回路４６により、コイル３１とコイル３２とに、同図（ａ）とはそれぞれ反対方向の電流が流れるように電圧を印加すると、マグネット４は、同図（ａ）の場合とは逆方向の力を受けて、流通方向の上流側へ移動する。これにより、可動体２も下流側へ移動し、ベローズ８が収縮する。すると、ベローズ８内の圧力が高くなり、ベローズ８から流体が押し出され、逆止弁７が流路２５ｂを開くことで、同図矢印Ｂに示すように、流体は流路２４ａ、流路４ａ、ハウジング内のコイルバネ５近傍の流路及び開口部１ｄを介して下流側の管２０へ流出する。またこのとき、逆止弁６の働きにより、上流側の管２０へは流体は流出しない。
【００６０】
当該動作は、上述したように、各コイル３１及び３２に周期的な電圧を印加することで連続して繰り返される。これにより、管２０及びポンプ装置１０において流体の連続した流れが得られる。当該ポンプ装置１０においては、逆止弁６と可動体２とにより両端を支持されたベローズ８を用いることで、大量の流体を効率良く安定して圧送することができる。
【００６１】
以上説明したポンプ装置１０は、例えば冷却装置に搭載される。図５は、ポンプ装置１０を搭載した冷却装置１００を示した図である。この冷却装置１００は、例えばコンピュータ内部に搭載され、上記流体としての冷媒の、気液２相の相変化による潜熱を利用したループ型の冷却装置（熱輸送装置）である。
【００６２】
同図に示すように、冷却装置１００は、例えばＣＰＵ等の発熱体５２から熱を受け、当該熱により冷媒を蒸発させることが可能なエバポレータ５１と、当該蒸発された冷媒を凝縮冷却して液化させることが可能なコンデンサ４１と、エバポレータ５１で蒸発された冷媒をコンデンサ４１へ流通させることが可能な気相管３０と、コンデンサ４１で液化された冷媒をエバポレータ５１へ流通させることが可能な液相管２０と、液相管２０に接続されたポンプ装置１０とを備えている。冷媒としては例えばエタノールが用いられるが、水やフロン等であっても構わない。
【００６３】
コンデンサ４１は、フィン４２と、当該各フィン４２に対して送風可能な冷却ファン４３とを有している。フィン４２は例えばアルミニウムや銅等の熱伝導率の高い材料からなり、並列的に複数配置され、ヒートシンクとして機能する。また気相管３０と液相管２０とは一体的に接続されており、コンデンサ４１内においては、フィン４２のベース部を貫通するように例えばコルゲート状に成形され、例えば溶接、ろう付け、圧着等の方法で固定されている。なお、気相管３０と液相管２０とを別個に設けて、例えばコンデンサ４１内に設けられた流路により連通するようにしても構わない。
【００６４】
エバポレータ５１から気相管３０を通りコンデンサ４１へ導入された気化された冷媒は、冷却ファン４３からのフィン４２への送風により冷却され液化される。当該液化の際にはフィン４２から熱が大気中に放出される。液化した冷媒は液相管２０を通り、上述したようにポンプ装置１０により圧送されることでエバポレータ５１へ供給される。そして、エバポレータ５１に供給された冷媒は発熱体の熱により再び気化され、気相管３０を通ってコンデンサ４１へ導入される。冷却装置１００においてはこのような冷媒のループ状の流れが繰り返され、発熱体が冷却される。
【００６５】
また液相管２０とエバポレータ５１との間には例えば図示しない噴射ノズルが設けられ、コンデンサ４１から供給された冷媒をエバポレータ５１に直接噴射することが可能となっている。なお、当該冷却装置１００は、上記噴射ノズルを有する形態ではなく、例えば毛細管力を有する部材を有したＣＰＬ（キャピラリ・ポンプ・ループ）としての形態であっても構わない。
【００６６】
この冷却装置１００のように、冷媒の相変化を利用した熱輸送デバイスにおいては、装置内部の気密性が高いレベルで保たれないと、内部に大気（空気）が入り込み、内部の圧力が上昇し、動作温度が上昇するなどの性能劣化が起こる。このため、部材の接合箇所は少ない程望ましいが、上述したように、上記ポンプ装置１０を用いれば、液相管２０と両端部の２箇所を接合するだけで済むため、気密性を高く保つことができ、信頼性が向上する。
【００６７】
また上述したように、ポンプ装置１０が内部に電気的部品を持たないこと、及びハウジング１に可動体２及びベローズ８が接触しないことからも、気密性を保つことができる。
【００６８】
図６は、上記冷却装置１００のポンプ装置１０における流量と圧力の特性を示した図であり、図７は、上記冷却装置１００の動作性能を示した図である。
【００６９】
図６においては、コイル３に印加する交流電圧を１０Ｖ、交流電流を３Ｈｚ、５Ｈｚ、８Ｈｚ（いずれもｒｍｓ（Root Mean Square；実効値））と変更してそれぞれポンプ装置１０が単位時間当たりに圧送する冷媒の流量とその冷媒の圧力とを測定した。また図７においては、コイル３に３Ｈｚ・１０Ｖ（ｒｍｓ）の電圧・周波数を印加した場合の上記発熱体５２の温度と、発熱体５２の熱量とを測定した。
【００７０】
上記冷却装置１００のように、冷媒としてエタノールを用いる場合において、エタノールの蒸発潜熱を３８．６ｋｊ／ｍｏｌ、分子量を４６．０７、比重を０．７８９ｇ／ｍｌとすると、例えば２００Ｗの熱輸送に必要な流量は約１８ｍｌ／ｍｉｎとなる。この結果と、図６の測定結果により、この場合の必要圧力は約３ｋＰａとなる。
【００７１】
また周波数を８Ｈｚとした場合、図６より、３ｋＰａにおいて約４５ｍｌ／ｍｉｎの流量を得られることから、８Ｈｚ・１０Ｖ（ｒｍｓ）駆動においては、ポンプ装置１０は５００Ｗ（４５／９×１００）の冷媒供給能力を有している。
【００７２】
エバポレータ５１がコンデンサ４１よりも高い位置にある場合、コンデンサ４１で液化された冷媒は、重力に逆らってエバポレータ５１へ戻される必要がある（トップヒート）。上記エタノールの比重から、１ｍの高さにエタノールを押し上げるのに必要な圧力は約７．７ｋＰａである。ポンプ装置１０が水平に配置されている場合に必要な圧力を３ｋＰａとする場合、例えば８Ｈｚ・１０Ｖ（ｒｍｓ）でコイル３を駆動すれば、上記図６より１０．７ｋＰａ（３＋７．７ｋＰａ）で約３０ｍｌ／ｍｉｎの流量が得られることから、ポンプ装置１０は、１ｍのトップヒートで約３３０Ｗの熱輸送が可能となる。コイルへ加える電圧及び周波数を大きくすれば、更に大きな熱量の熱輸送が可能となり、更に高いトップヒートでの動作が可能となる。
【００７３】
コイル３に与える入力は、電圧・周波数共に一定としてもよいが、発熱体５２の熱量に応じて、電圧または周波数のうち少なくとも一方を可変とすることにより、エバポレータ５１への冷媒の供給量をコントロールすることができ、ポンプ装置１０の消費電力を節約することが可能となる。またこれにより、ポンプ装置１０の低振動化及び低騒音化も図れる。具体的には、発熱体５２の熱量を測定する熱量計を設けて、駆動回路４５及び駆動回路４６に、上記熱量計と接続されたフリップフロップ回路やインバータ回路等を用いればよい。
【００７４】
（第２実施形態）  
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図８は、本実施形態におけるポンプ装置１１０を示す断面図である。
【００７５】
なお、本実施形態及び以降の実施形態においては、上記第１実施形態におけるポンプ装置１０と同様の構成及び機能となる部分については同一の符号を付し、説明を省略または簡略化する。
【００７６】
同図に示すように、本実施形態におけるポンプ装置１１０は、上記第１実施形態におけるポンプ装置１０と略同様の構成となっているが、逆止弁６及び逆止弁７を、ベローズ８の内部に位置するように設けている点が異なる。
【００７７】
具体的には、逆止弁６及び逆止弁７に、ベローズ８の内径よりも小さい外径を有する円筒状の保持カバー１５及び保持カバー２６を設けて、当該各保持カバー内に球体１１及び２１、バネ台座１２及び２２、コイルバネ１３及び２３を設けている。逆止弁６においては、保持部１ａをフランジ状に形成して、保持カバー１５を支持するようにしている。また上記第１実施形態における逆止弁６の支持プレート１４は廃し、逆止弁７の支持プレート２４については、流通方向における幅を大きくするとともに、その流路２４ａに上記保持カバー２６が係合するように設けている。また、可動体２をハウジング１に支持するコイルバネ５も、上記第１実施形態に比べてやや短く設計している。
【００７８】
この構成により、ポンプ装置１１０の流通方向（Ｙ軸方向）における寸法を抑えることができるため、ポンプ装置１１０を更に小型化することができる。なお、ポンプ装置１１０の動作については上記第１実施形態のポンプ装置１０と同様であるため、説明を省略する。
【００７９】
（第３実施形態）  
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図９は、本実施形態におけるポンプ装置２１０を示す断面図である。
【００８０】
同図に示すように、本実施形態におけるポンプ装置２１０は、ハウジング１の内部構成及び動作は上記第１実施形態におけるポンプ装置１０と同様であるが、コイル３の構成が異なる。
【００８１】
すなわち、コイル３を一つとし、ハウジング１の外周ではなく、ハウジング１の下流側の側面から管２０の外周に巻回している。またコイル３と管２０との間には、中空の鉄心３３を設けている。この場合、コイル３とマグネット４との吸引力及び反発力により、可動体２の往復移動及びベローズ８の伸縮を行う。ポンプ装置２１０の静止状態において、コイル３とマグネット４とを極力近づけて反発力を大きくするために、可動体２をハウジング１に支持するコイルバネ５を、上記各実施形態に比べて短く設計している。
【００８２】
この構成により、ポンプ装置２１０の径方向（Ｚ軸方向）における寸法を抑えることができるため、ポンプ装置２１０を更に小型化することができる。
【００８３】
（第４実施形態）  
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図１０は、本実施形態におけるポンプ装置３１０を示す断面図である。
【００８４】
同図に示すように、本実施形態のポンプ装置３１０においては、上記第１実施形態におけるコイルバネ５を廃し、ベローズ８に加えて、更にベローズ１８を設けている。すなわち、第１実施形態における可動体２の逆止弁７は逆止弁６と同様にハウジング１の下流側端部に固定して、可動体はマグネット４のみとしている。ベローズ８の両端を逆止弁６とマグネット４とで支持し、ベローズ１８の両端をマグネット４と逆止弁７とで支持している。
【００８５】
更に具体的には、ベローズ８の一端の係合部８ａを、逆止弁６の支持プレート１４に例えば接着により固定し、他端の係合部８ｂを、マグネット４の上流側の一端の係合部４ｂに固定する。またベローズ１８の上流側の係合部１８ａを、マグネットの下流側の他端に例えば接着により固定し、ベローズ１８の下流側の係合部１８ｂはフランジ状に形成してハウジング１の内壁及び逆止弁７の保持部２５の端部に例えば接着により固定する。また、ベローズ８の内径ｄ１は、ベローズ１８の内径ｄ２よりも大きく形成されており、ベローズ８の方が、内部体積が大きくなっている。
【００８６】
このように構成されたポンプ装置３１０においては、マグネット４の往復移動によりベローズ８及びベローズ１８がその内部の圧力変動が互いに逆となるように伸縮する。すなわち、マグネット４が下流側へ移動した場合には、ベローズ８が伸張し、ベローズ１８が収縮することで、管２０から逆止弁６を介してベローズ８内に流体が流入する。マグネット４が上流側へ移動した場合には、ベローズ８が収縮し、ベローズ１８が伸張することで、ベローズ８とベローズ１８の内部体積の差分の流体が、ベローズ１８、逆止弁７及び開口部１ｄを介して管２０へ流出する。
【００８７】
この構成及び動作によれば、可動体をマグネット４のみで構成し、コイルバネ５を廃してベローズ１８を設けたため、可動体の質量を小さくすることができ、往復移動による振動及び騒音の発生を抑えることが可能となる。
【００８８】
（第５実施形態）  
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図１１は、本実施形態におけるポンプ装置４１０を示す断面図である。
【００８９】
同図に示すように、本実施形態のポンプ装置４１０においては、上記第１実施形態のポンプ装置１０のベローズ８を廃し、代わりにコイルバネ２８を設けている。
【００９０】
具体的には、第１実施形態における逆止弁６の支持プレート１４の下流側端部に、円筒部を流通方向（Ｙ軸方向）へ突出するように設けて、内部に流路１６ｂを有する小円筒部１６として構成し、また第１実施形態における可動体２の逆止弁７の保持部２５の上流側端部にも、上記小円筒部よりも径の大きい円筒部を流通方向へ突出するように設けて、内部に流路２７ｃを有する大円筒部２７として構成している。大円筒部２７と小円筒部１６は入れ子状に配置され、それらの間にコイルバネ２８が設けられている。
【００９１】
このように構成されたポンプ装置４１０においては、マグネット４の往復移動によりコイルバネ２８が伸縮しつつ、流路１６ｂと流路２７ｃで囲まれた部分の体積が変動する。大円筒部２７及び小円筒部１６とコイルバネ２８との間の隙間と、ハウジング１と可動体２との間の隙間が狭く、この隙間を通過しようとする流体は大きな抵抗を受けるため、マグネット４の下流側への移動時に流路１６ｂ内に流入した流体は、マグネットの上流側への移動時に、流路２７ｃ、すなわちコイルバネ２８内部を通って逆止弁７側へ流通し、開口部１ｄから流出する。
【００９２】
この構成によれば、大きな圧力を要しない用途においては、ベローズを廃してより安価なコイルバネ２８を用いることでコストダウンを図ることができる。
【００９３】
なお、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００９４】
上記第１実施形態においては、ポンプ装置１０を相変化型の冷却装置１００に搭載していたが、上記各実施形態で述べた各ポンプ装置は、当該相変化型の冷却装置のみではなく、顕熱（比熱）を利用した例えば液冷型の冷却装置にも適用が可能である。また冷却装置以外の様々な装置にも適用が可能である。流体としては、エタノールや水、フロン等に限らず、例えば油圧ポンプ装置では油、ガス圧ポンプ装置ではガスが用いられる。
【００９５】
上記第１実施形態においては、各コイル３１及びコイル３２毎に駆動回路４５及び駆動回路４６を設けていたが、一の回路として構成して各コイル３１及び３２を制御するようにしても構わない。
【００９６】
上記第１実施形態から第３実施形態の可動体２内部においては上流側に逆止弁７、下流側にマグネット４を配置していたが、この配置は逆でもよい。
【００９７】
図５において、発熱体としてＣＰＵを例に挙げたが、発熱体としては、例えば他のＩＣ、コイル、抵抗等の電子部品、ヒートシンク等でもよく、あるいはこれら以外の発熱するものなら何でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るポンプ装置を示す断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態におけるポンプ装置１０の動作を示した図である。
【図５】本発明の第１実施形態におけるポンプ装置１０を搭載した冷却装置１００を示した図である。
【図６】本発明の第１実施形態のポンプ装置１０における流量と圧力の特性を示した図である。
【図７】本発明の第１実施形態のポンプ装置１０を搭載した冷却装置１００の動作性能を示した図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るポンプ装置を示す断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係るポンプ装置を示す断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係るポンプ装置を示す断面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係るポンプ装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１…ハウジング
１ｂ、１ｄ…開口部
１ａ、２５…保持部
１ｃ、４ａ…流路
２…可動体
３…コイル
４…マグネット
５…コイルバネ
６、７…逆止弁
８、１８…ベローズ
１０…ポンプ装置
１１、２１…球体
１２、２２…バネ台座
１３、２３…コイルバネ
１４、２４…支持プレート
２０…管（液相管）
３０…気相管
４１…コンデンサ
４５、４６…駆動回路
５１…エバポレータ
５２…発熱体
１００…冷却装置
１１０、２１０、３１０、４１０…ポンプ装置
【図１】
2007231763.tif 000003
【図２】
2007231763.tif 000004
【図３】
2007231763.tif 000005
【図４】
2007231763.tif 000006
【図５】
2007231763.tif 000007
【図６】
2007231763.tif 000008
【図７】
2007231763.tif 000009
【図８】
2007231763.tif 000010
【図９】
2007231763.tif 000011
【図１０】
2007231763.tif 000012
【図１１】
2007231763.tif 000013