(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体冷媒が流通する冷媒流路を内部に有するケーシングと、
前記ケーシング内の前記冷媒流路に配置され外周部に複数枚の羽根を有するカップ状のロータ、前記ロータの内周部に該ロータとの間に隙間を介して配置された環状のステータ、前記ステータの内周部に配置され前記ロータの回転軸を回転自在に支持するすべり軸受及び前記すべり軸受を保持する軸受保持部からなる軸受組立からなるモータと、
前記ケーシングに設けられ前記ロータの回転に伴い前記冷媒流路内に冷媒を流入させる流入口と、
前記ケーシングに設けられ前記ロータの回転に伴い前記冷媒流路内から前記冷媒を流出させる流出口とを備え、
前記流入口及び前記流出口は、いずれも前記羽根と同じ高さ位置で、前記羽根の外周側端部と対向するように配置され、
前記回転軸は前記ロータの中心の厚肉部に固定され、
前記ロータには当該ロータと前記ステータとの間の隙間に冷媒が流入することを助けるための気体抜き用の孔部が設けられ、
前記軸受組立には、前記すべり軸受に前記回転軸を挿入したときに前記すべり軸受内部の空気を逃がすための逃がし孔が設けられていることを特徴とする流体ポンプ。
【請求項２】
冷媒流路には粘性が低い液体冷媒が流通するように構成されていると共に、前記冷媒流路に設けられロータの回転軸を回転自在に支持するすべり軸受を備え、
前記すべり軸受は、無機充填材及び合成樹脂を主成分とする成形材料から構成され、
前記無機充填材は、熱膨張係数が４×１０-6／℃以下、もしくは負の膨脹係数を有すると共に、少なくとも平均粒径が３０μｍ以下のケイ酸塩化合物及び平均粒径が５０μｍ以上の炭素系無機充填材を含み、
前記無機充填材は前記成形材料の５０〜８０％、炭素系無機充填材は前記成形材料の２０〜５０％を占めることを特徴とする請求項１記載の流体ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ内蔵形の流体ポンプに関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
パーソナルコンピュータ（以下、パソコン）など比較的小形の電子機器においては、その演算装置（ＣＰＵ）の高速化に伴い駆動時に発生する熱量が多くなってきている。そこで、筐体内に設けられたファンにより空気流を発生させてＣＰＵを冷却することが行われている。
【０００３】
ところが、ＣＰＵの更なる高速化に伴い発熱量が更に増えると、上記した所謂空冷方式では十分に冷却できないことから、流体ポンプにより水等の冷媒を循環させてＣＰＵを冷却する水冷方式の冷却装置が採用されてきている。前記冷却装置は、流体ポンプ、放熱部、ＣＰＵに設けられた受熱部を備えており、放熱部と受熱部との間をパイプで繋いで冷媒を循環させるようになっている。この場合の流体ポンプには、駆動源であるモータを内蔵した構成のものが一般的に用いられている。
【０００４】
ところが、従来のモータ内蔵形の流体ポンプは、そのケーシングの上部に流入口が、側部に流出口が設けられていたため、厚み寸法が大きかった。このため、ノート形パソコンのような厚み寸法が非常に小さい電子機器においては、上記構成の冷却装置を筐体内に設置することは難しかった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的はケーシングの厚み寸法の小形化を図った流体ポンプを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の流体ポンプは、液体冷媒が流通する冷媒流路を内部に有するケーシングと、前記ケーシング内のうち前記冷媒流路内に配置され外周部に複数枚の羽根を有するカップ状のロータ、前記ロータの内周部に該ロータとの間に隙間を介して配置された環状のステータ、前記ステータの内周部に配置され前記ロータの回転軸を回転自在に支持するすべり軸受及び前記すべり軸受を保持する軸受保持部からなる軸受組立からなるモータと、前記ケーシングに設けられ前記ロータの回転に伴い前記冷媒流路内に冷媒を流入させる流入口と、前記ケーシングに設けられ前記ロータの回転に伴い前記冷媒流路内から前記冷媒を流出させる流出口とを備え、前記流入口及び前記流出口を、いずれも前記羽根と同じ高さ位置で、前記羽根の外周側端部と対向するように配置させ、
前記ロータの中心の前記回転軸が固定される部分を厚肉部に構成し、
前記ロータに当該ロータと前記ステータとの間の隙間に冷媒が流入することを助けるための気体抜き用の孔部を設けると共に前記軸受組立に、前記すべり軸受に前記回転軸を挿入したときに前記すべり軸受内部の空気を逃がすための逃がし孔が設けたことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、ケーシングの厚み寸法をより一層、小さくすることができる。また、ロータとステータとの間の隙間に流体冷媒を流入させて潤滑剤として利用することができる。
【００１０】
また、すべり軸受内に回転軸を挿入したときに回転軸の奥部に空気が残っていると、温度上昇によりその空気が膨張する等してロータが浮き上がり、ロータを精度良く回転させることができなくなる。上記構成によれば、ロータの回転軸をすべり軸受内の奥部まで確実に挿入することができるので、ロータを精度良く回転させることができる。
【００１１】
更に、冷媒流路に粘性が低い液体冷媒を流通させる場合であって、前記冷媒流路に設けられロータの回転軸を回転自在に支持するすべり軸受を備える構成においては、前記すべり軸受を無機充填材及び合成樹脂を主成分とする成形材料から構成し、前記無機充填材を熱膨張係数が４×１０-6／℃以下、もしくは負の膨脹係数を有すると共に、少なくとも平均粒径が３０μｍ以下のケイ酸塩化合物及び平均粒径が５０μｍ以上の炭素系無機充填材を含み、前記無機充填材を前記成形材料の５０〜８０％、炭素系無機充填材を前記成形材料の２０〜５０％を占めるように構成すると良い（請求項２の発明）。
上記構成によれば、すべり軸受の摺動性及び耐摩耗性並びに熱安定性を向上させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をノート形パソコンの冷却装置に適用した第１の実施例を図１ないし図４を参照しながら説明する。まず、図３はノート形パーソナルコンピュータ（以下、パソコン）１を概略的に示す斜視図である。このノート形パソコン１は、コンピュータ本体２と、このコンピュータ本体２に回動可能に支持されたディスプレイユニット３とを備えている。コンピュータ本体２は、扁平な矩形箱状の筐体４を有している。
【００２０】
前記筐体４の上部は図示しないカバーで覆われており、このカバー上にキーボード等が配置されている。前記筐体４内には発熱体となるＣＰＵ５を実装するプリント配線基板（図示せず）が収容されている。前記ディスプレイユニット３は、偏平な矩形箱状のハウジング６と、このハウジング６に収容された図示しない液晶表示装置とを備えている。
【００２１】
前記ノート形パソコン１内には、流体ポンプ７、放熱部８、受熱部９と、これら流体ポンプ７、放熱部８、受熱部９を接続するチューブ１０とを備えて成る冷却装置１１が配置されている。前記チューブ１０は、内径が２〜３ｍｍの可撓性を有する細管から構成されている。流体ポンプ７、放熱部８、受熱部９、チューブ１０からなる循環サイクルには、粘度が低い流体冷媒、例えば水が循環するようになっている。
【００２２】
前記冷却装置１１のうち放熱部８及び受熱部９は筐体４内に配置されており、特に、受熱部９は前記ＣＰＵ５上に配置されている。尚、図示はしないが筐体４のうち放熱部８の近傍には通気孔が設けられている。一方、流体ポンプ７はディスプレイユニット３のハウジング６内に配置されている。このため、流体ポンプ７と放熱部８及び受熱部９を接続するチューブ１０の途中部は、コンピュータ本体２とディスプレイユニット３とを接続するヒンジ部（図示せず）を通過するように構成されている。
【００２３】
次に、前記流体ポンプ７の構成を図１及び図２を参照しながら説明する。流体ポンプ７は、上ケース１２及び下ケース１３からなる偏平な矩形箱状のケーシング１４と、前記下ケース１３内に嵌合された隔壁部１５とを備えている。
【００２４】
前記上ケース１２の上部の下面には円筒状部１６が設けられている。円筒状部１６には、流入口１７及び流出口１８が略同じ高さ位置となるように設けられている。これら流入口１７及び流出口１８には、上ケース１２の側部を貫通して外部に延びる流入管１９及び流出管２０が円筒状部１６と一体的に設けられている。本実施例においては、前記流入管１９及び流出管２０は上ケース１２の対向する側部に沿って延び、同一側部から外部に突出している。
【００２５】
前記隔壁部１５の上面には、前記円筒状部１６に嵌合する環状突部２１が設けられている。また、円筒状部１６の下端部内側にはパッキン２２を収容する凹部２３が全周に亘って設けられている。上記構成により、前記上ケース１２の円筒状部１６と隔壁部１５の環状突部２１との間に、水密な冷媒流路２４が構成される。
【００２６】
前記隔壁部１５の中央部には、上方に凸となるステータ部２５が設けられている。前記ステータ部２５の中央部には、すべり軸受２６を保持するための保持孔２７が設けられている。従って、本実施例では、隔壁部１５（ステータ部２５）が軸受保持部として機能し、すべり軸受２６と隔壁部１５から軸受組立が構成される。また、ステータ部２５のうち保持孔２７の周囲部には、前記保持孔２７の底部まで延びる複数例えば３個の切欠２８が設けられている。これに対して、すべり軸受２６の下端部には径方向に延びる３個の切欠２９が設けられている。前記すべり軸受２６は、切欠２９が切欠２８に一致するように保持孔２７に挿入されている。この結果、すべり軸受２６及びステータ部２５には、切欠２８及び２９からなる保持孔２７と冷媒流路２４とを連通する逃がし孔が構成される。
【００２７】
また、前記ステータ部２５の下部の周囲部には環状の凹部３０が設けられている。前記凹部３０には、コイル３１を巻装してなるステータ３２が収容されている。前記凹部３０の下部には、前記コイル３１への駆動電圧を制御する制御回路を搭載した基板３３が取り付けられている。
【００２８】
一方、前記冷媒流路２４にはロータ３４が収容されている。ロータ３４は下部が開口する浅皿状をなし、その側部の外周面には外方に向かって突出する多数の羽根３５が略等間隔に設けられている。前記羽根３５は、流入口１７及び流出口１８と同じ高さ位置になるように構成されている。ロータ３４の上面部の中央部は厚肉に構成されており、その厚肉部３４ａの中心には回転軸３６が嵌合固定されている。前記回転軸３６は、ロータ３４の上面部から下方に向かって延びていて、前記すべり軸受２６に回転自在に支持されている。
【００２９】
上述したように、すべり軸受２６及びステータ部２５には切欠２８及び２９が設けられており、これら切欠２８及び２９により保持孔２７と冷媒流路２４とが連通している。このため、すべり軸受２６に回転軸３６を挿入したとき、保持孔２７内の空気を切欠２８及び２９を通して冷媒流路２４に逃がすことができ、この結果、回転軸３６をすべり軸受２６の奥部まで挿入することができる。
【００３０】
また、前記ロータ３４の上面部のうち厚肉部３４ａの周囲部には上下に貫通する複数例えば４個の孔部３７が設けられている。更に、ロータ３４の側部の下部内側には、磁極形成用の複数の永久磁石３８が固着されている。前記永久磁石３８は、隔壁部１５を挟んで前記ステータ３２と径方向に対向している。前記ロータ３４及びステータ３２からモータ３９が構成される。
【００３１】
隔壁部１５のステータ部２５はロータ３４の内部に下方から入り込み、ロータ３４の側面部及び永久磁石３８は、隔壁部１５の環状突部２１とステータ部２５との間に上方から入り込んでいる。このような構成により、ロータ３４と隔壁部１５との間は非常に狭く設定され、ケーシング１４の厚み寸法が小さく抑えられる。
【００３２】
上記構成の流体ポンプ７においては、ロータ３４が矢印Ａ方向に回転すると冷媒流路２４内の冷媒は遠心力を受けて流出口１８から送出され、一方、流入口１７から冷媒流路２４内に冷媒が流入する。これにより、流体ポンプ７、放熱部８、受熱部９、チューブ１０からなる循環サイクルを冷媒が循環し、ＣＰＵ５を冷却することができる。
【００３３】
また、冷媒流路２４内を流通する冷媒の一部はロータ３４及び隔壁部１５間の隙間に流入する。このとき、ロータ３４に孔部３７を設けてロータ３４及び隔壁部１５間の隙間の気体を逃がすように構成した。このため、前記隙間が非常に狭くてもすべり軸受２６部分まで冷媒を通すことができ、すべり軸受２６の潤滑剤として冷媒を利用することができる。
【００３４】
ここで、前記すべり軸受２６の構成について詳しく説明する。前記すべり軸受２６は、平均粒径が３０μｍの球状アモルファスカーボン（炭素系無機充填材に相当）、平均粒径が２０μｍのケイ酸塩化合物であるリューサイト、平均粒径が１５μｍの粘土鉱物からなる無機充填材と、ＰＰＳ樹脂、ステアリン酸亜鉛とを混ぜ合わせて加熱混練し、ペレット化した成形材料を射出成型機によって成形加工することにより得られたものである。
【００３５】
本実施例においては、アモルファスカーボン、リューサイト、粘土鉱物、ＰＰＳ樹脂、ステアリン酸亜鉛の成形材料に占める割合（重量比）が、それぞれ２０％、３０％、４％、４５％、１％となるように構成されている。従って、成形材料全体に占める無機充填材の割合は５４％、炭素系無機充填材の割合は２０％となる。
【００３６】
発明者らの実験によると、成形材料に占める無機充填材の割合を５０％以上とし、且つ、熱膨張係数が４×１０-6／℃以下、もしくは負の膨脹係数を有し、平均粒径が３０μｍ以下のケイ酸塩化合物を無機充填材に配合することにより、細密充填し易くなり成形材料の熱膨張係数を１．４×１０-5／℃以下になることがわかった。このように熱膨張係数が小さいと、すべり軸受の熱安定性が優れるため、温度変化の影響を受けることなく安定的にロータ３４を回転させることができる。尚、成形材料に占める無機充填材の割合が８５％を越えると、成形材料に適度な流動性と結合性を与えることができない。
【００３７】
また、無機充填材として平均粒径が５０μｍ以上の炭素系無機充填材を用い、且つ成形材料に占める炭素系無機充填材の割合を２０％以上にすることにより、摺動性及び耐摩耗性が向上することがわかった。これは、成形品の表面から炭素系無機充填材が突出して、相手材と点接触するためである。従って、本実施例では、すべり軸受とシャフトとが点接触し、摺動性及び耐摩耗性が向上する。尚、成形材料に占める炭素系無機充填材の割合が５０％を越えると、成形材料に適度な流動性と結合性を与えることができない。
【００３８】
そこで、本実施例では、無機充填材の成形材料に占める割合、炭素系無機充填材の成形材料に占める割合、平均粒径等を上記したように設定した。
例えば、図４は、本実施例に係る成形品サンプル（「実施例」）と、ＰＰＳに無機充填材としてのガラス繊維を高充填した成形品サンプル（「比較例」）の熱膨張係数を示している。図４に示すように、実施例の方が比較例に比べて流動方向及び直角方向のいずれの熱膨張係数も優れていることが明らかである。
【００３９】
特に、炭素系無機充填材（アモルファスカーボン）は、他の軸受材料に比べて水を潤滑剤としたときの耐摩耗性が優れている。例えば、固定試験片をアモルファスカーボン、回転試験片をＳＵＪ２（軸受鋼）から構成し、水を潤滑剤としたときの摩擦係数は０．００５であった。これに対して、固定試験片をＷＣ（超鋼）、回転試験片をＳＵＪ２から構成し、水を潤滑剤としたときの摩擦係数は０．０６であった。
【００４０】
このように本実施例では、流体ポンプ７の流入口１７及び流出口１８を、いずれも羽根３５と同じ高さ位置で、その羽根３５の外周側端部と対向するように配置させたので、ケーシング１４の厚み寸法を小さくすることができる。しかも、ロータ３４内にステータ３２が入り込むように構成したので、ケーシング１４の厚み寸法を一層、小さくすることができる。このため、ノート形パソコン１に前記流体ポンプ７を内蔵してもノート形パソコン１の大形化を招くことがない。特に、本実施例では、コンピュータ本体２に比べて空きスペースが残っているディスプレイユニット３のハウジング内に前記流体ポンプ７を配置したため、コンピュータ本体２の小形化を図ることができる。
【００４１】
図５及び図６は本発明の第２の実施例を示すものであり、第１の実施例と異なるところを説明する。尚、第１の実施例と同一部分には同一符号を付している。図５は、第２の実施例に係る冷却装置４１を概略的に示している。前記冷却装置４１は、受熱部９、放熱部８、流体ポンプ７、これらを繋ぐチューブ１０、及び放熱部の近傍に配置されたファン装置４２から構成されている。前記冷却装置４１は、第１の実施例と同様に、ノート形パソコン１に内蔵されている。
【００４２】
前記ファン装置４２は、放熱部８からの放熱を促進するためのものであり、放熱部８周辺の空気を筐体４の外部に排出する機能を有している。また、前記放熱部８及び受熱部９には、それぞれ放熱部用及び受熱部用の温度センサ４３及び４４が設けられている。前記温度センサ４３，４４は例えばサーミスタから構成されている。
【００４３】
図６に示すように、制御手段としての制御回路４５には、温度センサ４３，４４の出力信号が与えられている。制御回路４５は、温度センサ４３，４４からの出力信号に基づいて放熱部８及び受熱部９の温度を検知し、ファン装置４２のファンモータ４２ａ及び流体ポンプ７のモータ３９を駆動回路４６を介して駆動するようになっている。
【００４４】
例えば、制御回路４５は、受熱部９の温度が設定値ｔ１を越えると流体ポンプ７のモータ３９の駆動を開始し、放熱部８の温度が設定値ｔ２（ｔ１≦ｔ２）を越えるとファンモータ４２ａの駆動を開始するように構成することができる。
【００４５】
このような構成によれば、放熱部８や受熱部９の温度に応じて冷却装置４１及びファン装置４２を効率良く駆動することができ、ＣＰＵ５の過度な温度上昇を防止することができる。
【００４６】
図７は本発明の第３の実施例を示すものであり、第１の実施例と異なるところを説明する。この第３の実施例では、冷却装置５１を、ＣＰＵ５の上部に配置された流体ポンプ７、放熱部８、流体ポンプ７と放熱部８を繋ぐチューブ１０から構成している。即ち、本実施例では、受熱部を流体ポンプ７から構成している。
【００４７】
このような構成によれば、冷却装置５１の構成部品が少なくなるため、一層の小形化を図ることができる。
【００４８】
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような変形、拡張が可能である。
すべり軸受２６の成形材料全体に占める無機充填材の割合は５０〜８５％、炭素系無機充填材の割合は２０〜５０％であれば適宜の変更が可能である。
上記実施例では、ロータ３４の回転軸の軸方向に沿うように羽根３５を設けたが、回転方向に傾けたり、湾曲させたりしても良い。
【００４９】
すべり軸受２６の切欠２８と連通する孔部をすべり軸受２６の内部に設けて逃がし孔としても良く、また、隔壁部１５の内部に外部と連通する孔部を設けて逃がし孔としても良い。
流体ポンプの駆動用のモータは、ラジアルギャップ形のモータに限らず、アキシャルギャップ形モータでも良い。
【００５０】
第２の実施例においては、放熱部８及び受熱部９の温度に基づいてファンモータ４２ａ及び流体ポンプ７のモータ３９を駆動制御するように構成したが、放熱部８及び受熱部９のうちのどちらか一方の温度に基づいて駆動制御する構成でも良い。
本発明に係る冷却装置は、ノート形パーソナルコンピュータの他の電子機器に搭載しても良い。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の流体ポンプは、ケーシングに設けられた流入口及び流出口を、ロータの外周に設けられた羽根と同じ高さ位置で、その羽根の外周側端部と対向するように配置させたので、ケーシングの厚み寸法を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すものであり、流体ポンプの縦断側面図
【図２】図１中Ｘ−Ｘ線に沿う流体ポンプの一部横断平面図
【図３】ノート形パーソナルコンピュータ内の冷却装置の配置を示す図
【図４】本実施例に係るすべり軸受の成形品サンプルと比較例の熱膨張係数を示す図
【図５】本発明の第２の実施例を示す冷却装置を概略的に示す図
【図６】冷却装置の概略的な電気的構成を示すブロック図
【図７】本発明の第３の実施例を示す図３相当図
【符号の説明】
図中、１はノート形パーソナルコンピュータ、２はコンピュータ本体、３はディスプレイユニット、５はＣＰＵ、７は流体ポンプ、８は放熱部、９は受熱部、１１，４１，５１は冷却装置、１４はケーシング、１５は隔壁部（軸受保持部、軸受組立）、１７は流入口、１８は流出口、２４は冷媒流路、２６はすべり軸受（軸受組立）、２８，２９は切欠（逃がし孔）、３２はステータ、３４はロータ、３５は羽根、３９はモータ、４２はファン装置、４５は制御回路（制御手段）を示す。
【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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