(57)【要約】【課題】ダイヤフラムポンプを用いた液循環システムにおいて、ダイヤフラムの振動に伴う脈動（振動）の影響を軽減することができる液循環システムを得る。【解決手段】ポンプ室の容積変化によって吸入ポートからポンプ室に液体を吸入し、該ポンプ室から吐出ポートに液体を吐出して循環流路に液体を循環させる液循環システムにおいて、ダイヤフラムポンプの吸入ポートと循環流路の間及び吐出ポートと循環流路の間の少なくとも一方に、弾性材料からなる脈動軽減ダイヤフラムを有する脈動軽減室を設け、脈動軽減ダイヤフラムの表裏の液室の一方を、吸入ポートと吐出ポートのいずれか一方に連通させ、他方を該吸入ポートと吐出ポートの他方に連通させた液循環システム。【選択図】図２
2009270457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動するダイヤフラムによって形成された可変容積のポンプ室、このポンプ室に通じる吸入ポートに設けた該吸入ポートからポンプ室への流体流を許しその逆方向の流体流を許さない吸入側逆止弁、及び上記ポンプ室に通じる吐出ポートに設けた該ポンプ室から吐出ポートへの流体流を許しその逆方向の流体流を許さない吐出側逆止弁を少なくとも一対有するダイヤフラムポンプ；及び
上記ダイヤフラムポンプの吐出ポートから吸入ポートに至る循環流路；
を備え、
上記ポンプ室の容積変化によって吸入ポートからポンプ室に液体を吸入し、該ポンプ室から吐出ポートに液体を吐出して上記循環流路に液体を循環させる液循環システムにおいて、
上記ダイヤフラムポンプの吸入ポートと循環流路の間及び吐出ポートと循環流路の間の少なくとも一方に脈動軽減室を形成し、
この脈動軽減室に、表裏にそれぞれ液室を形成する弾性材料からなる脈動軽減ダイヤフラムを設け、
この脈動軽減ダイヤフラムの表裏の液室の一方を、上記吸入ポートと吐出ポートのいずれか一方に連通させ、他方を該吸入ポートと吐出ポートの他方に連通させたことを特徴とする液循環システム。
【請求項２】
請求項１記載の液循環システムにおいて、上記脈動軽減ダイヤフラムを有する脈動軽減室は、ダイヤフラムポンプの吸入ポートと循環流路の間及び吐出ポートと循環流路の間の双方に形成されている液循環システム。
【請求項３】
請求項１記載の液循環システムにおいて、上記ダイヤフラムポンプの吸入ポートと循環流路の間及び吐出ポートと循環流路の間にはそれぞれ同一仕様の脈動軽減室が形成されていて、この一対の脈動軽減室の一方と他方に、脈動軽減ダイヤフラムと穴あきダイヤフラムが設けられており、この穴あきダイヤフラムを含む流路により、脈動軽減ダイヤフラムの表裏の液室の一方が上記吸入ポートと吐出ポートのいずれか一方に連通している液循環システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の液循環システムにおいて、上記循環流路には、発熱源から熱を奪う受熱部と、受熱して昇温した液体の熱を放熱する放熱部とが含まれている液循環システム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載の液循環システムにおいて、上記ダイヤフラムポンプは、圧電ポンプである液循環システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤフラムポンプ（可変容積ポンプ）を用いた液循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
振動するダイヤフラムによってポンプ作用を得るポンプとして、例えば圧電ポンプがある。圧電ポンプは、平面円形の圧電振動子（ダイヤフラム）とハウジングによってポンプ室を形成する。ハウジングには、ポンプ室に通じる吸入ポートと吐出ポートがそれぞれ形成され、吸入ポートとポンプ室との間には、吸入ポートからポンプ室への流体流を許しその逆方向の流体流を許さない吸入側逆止弁が設けられ、ポンプ室と吐出ポートの間には、ポンプ室から吐出側液溜室への流体流を許しその逆方向の流体流を許さない吐出側逆止弁が設けられている。圧電振動子が振動すると、ポンプ室の容積が大きくなる行程では、流入側逆止弁が開き吐出側逆止弁が閉じて吸入ポートからポンプ室内に流体が流入し、逆にポンプ室の容積が小さくなる行程では、吐出側逆止弁が開き吸入側逆止弁が閉じてポンプ室から吐出ポートに流体が吐出され、ポンプ作用が得られる。
【０００３】
吐出ポートと吸入ポートの間は、循環流路で接続される。本出願人が開発中のノートＰＣの発熱源（ＣＰＵ、ＧＰＵ、チップセット等）を冷却する水冷システムでは、この循環流路に、発熱源から熱を奪う受熱部と、受熱して昇温した液体の熱を放熱する放熱部とを設けている。
【特許文献１】実開平2-112985号公報
【特許文献２】実開平6-1780号公報
【特許文献３】特開平11-247742号公報
【特許文献４】特開2001-227472号公報
【特許文献５】特開2002-202061号公報
【特許文献６】特開2006-200524号公報
【特許文献７】特開2006-316785号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような液循環システムでは、振動ダイヤフラムの振動によって、吸入ポートと吐出ポート内の圧力が変動する脈動が避けられない。脈動は、同時に大きな運転音（騒音）や圧電振動子の耐久性の劣化の原因となる。
【０００５】
従来のダイヤフラムポンプの脈動防止構造は一般に、振動ダイヤフラムとは別に設けた弾性材料からなる脈動軽減ダイヤフラムの表裏の一方の室を吸入ポート又は吐出ポートに連通させ、他方の室に空気を封入している。吸入ポート又は吐出ポートの圧力変動を密閉空気室の体積変化で吸収しようという考えであるが、本発明者の解析によると、空気室の体積変化ではその体積の１割から２割程度の体積変化の吸収であり、空気室の体積を大きくしなくては脈動を効果的に軽減することが困難である。また、長期間の使用により空気が減少し、脈動軽減効果が低下する問題もある。
【０００６】
本発明は、簡単な構造で効果的に脈動の軽減ができるダイヤフラムポンプを用いた液循環システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、従来装置では、脈動軽減ダイヤフラムの表裏の一方を液室、他方を密閉空気室としていたのに対し、表裏の両方を液室とし、この表裏の液室の一方を吸入ポート又は吐出ポートに連通させ、他方を吐出ポート又は吸入ポートに連通させ、脈動軽減ダイヤフラムの表裏に液体を導入すれば、脈動の軽減効果が高いという事実に着目して本発明を完成したものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、振動するダイヤフラムによって形成された可変容積のポンプ室、このポンプ室に通じる吸入ポートに設けた該吸入ポートからポンプ室への流体流を許しその逆方向の流体流を許さない吸入側逆止弁、及び上記ポンプ室に通じる吐出ポートに設けた該ポンプ室から吐出ポートへの流体流を許しその逆方向の流体流を許さない吐出側逆止弁を少なくとも一対有するダイヤフラムポンプ；及びダイヤフラムポンプの吐出ポートから吸入ポートに至る循環流路；を備え、ポンプ室の容積変化によって吸入ポートからポンプ室に液体を吸入し、該ポンプ室から吐出ポートに液体を吐出して上記循環流路に液体を循環させる液循環システムにおいて、ダイヤフラムポンプの吸入ポートと循環流路の間及び吐出ポートと循環流路の間の少なくとも一方に脈動軽減室を形成し、この脈動軽減室に、表裏にそれぞれ液室を形成する弾性材料からなる脈動軽減ダイヤフラムを設け、この脈動軽減ダイヤフラムの表裏の液室の一方を、吸入ポートと吐出ポートのいずれか一方に連通させ、他方を該吸入ポートと吐出ポートの他方に連通させたことを特徴としている。
【０００９】
本発明の一態様では、脈動軽減ダイヤフラムを有する脈動軽減室は、ダイヤフラムポンプの吸入ポートと循環流路の間及び吐出ポートと循環流路の間の双方に形成し、この一対の脈動軽減ダイヤフラムの表裏の液室の一方を吸入ポートと吐出ポートのいずれか一方に連通させ、他方を該吸入ポートと吐出ポートの他方に連通させることができる。
【００１０】
また、別の態様では、ダイヤフラムポンプの吸入ポートと循環流路の間及び吐出ポートと循環流路の間にはそれぞれ同一仕様の脈動軽減室を形成し、この一対の脈動軽減室の一方と他方に、脈動軽減ダイヤフラムと穴あきダイヤフラムを設け、この穴あきダイヤフラムを含む流路により、脈動軽減ダイヤフラムの表裏の液室の一方を吸入ポートと吐出ポートのいずれか一方に連通させることができる。
【００１１】
本発明の液循環システムは、具体的には例えば、循環流路に、発熱源から熱を奪う受熱部と、受熱して昇温した液体の熱を放熱する放熱部とを含む液冷システムに用いることができる。
【００１２】
本発明は、少なくともダイヤフラムとして圧電振動子を用いた圧電ポンプに適用できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の液循環システムは、ダイヤフラムポンプの吸入ポートと循環流路の間及び吐出ポートと循環流路の間の少なくとも一方に、脈動軽減ダイヤフラムを有する脈動軽減室を形成し、この脈動軽減ダイヤフラムの表裏の液室の一方を、吸入ポートと吐出ポートのいずれか一方に連通させ、他方を該吸入ポートと吐出ポートの他方に連通させたので、吸入ポート（吐出ポート）内の圧力変動を、吐出ポート（吸入ポート）内の液体圧力で吸収し、脈動（振動、騒音）を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の液循環システムを、圧電ポンプ（ダイヤフラムポンプ）を用いた液冷システムに適用した実施形態を示している。この実施形態は、第１の発熱源１０Ａと第２の発熱源１０Ｂを有する受熱部１０、放熱部２０及び圧電ポンプ３０を含んでいる。
【００１５】
圧電ポンプ３０は、図４に示すように、下方から順にロアハウジング３０Ｌとアッパハウジング３０Ｕを有している。ロアハウジング３０Ｌとアッパハウジング３０Ｕの間には、Ｏリング３３と押えリング３４を介して圧電振動子（ダイヤフラム）３５が液密に挟着支持されていて、該圧電振動子３５とロアハウジング３０Ｌとの間にポンプ室Ｐを構成している。圧電振動子３５とアッパハウジング３０Ｕとの間には、大気室Ａが形成される。
【００１６】
圧電振動子３５は、導電性の金属薄板材料、例えば厚さ５０〜３００μｍ程度のステンレス、４２アロイ等により形成された金属製の薄板からなるシム３５ａと、このシム３５ａの表裏の少なくとも一面（図示例は上面のみ）に積層形成した圧電体３５ｂとからなるもので、圧電体３５ｂは、例えば厚さ３００μｍ程度のＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3）から構成され、その表裏方向に分極処理が施されている。このような圧電振動子は周知である。
【００１７】
ロアハウジング３０Ｌには、外方に突出する吐出ポート３１及び吸入ポート３２（図１参照）と、この吐出ポート３１及び吸入ポート３２にそれぞれ連通する吐出室３１ａ及び吸入室３２ａが形成されている。この吐出室３１ａと吸込室３２ａには、ポンプ室Ｐとの境界部にそれぞれ、逆止弁（アンブレラ）３６と３７が設けられている。逆止弁３６は、ポンプ室Ｐから吐出室３１ａへの流体流を許してその逆の流体流を許さない吐出側逆止弁であり、逆止弁３７は、吸込室３２ａからポンプ室Ｐへの流体流を許してその逆の流体流を許さない吸入側逆止弁である。
【００１８】
逆止弁３６、３７は、同一の形態であり、流路に接着固定される穴あき基板３６ａ、３７ａに、弾性材料からなるアンブレラ３６ｂ、３７ｂを装着してなっている。このような逆止弁（アンブレラ）自体は周知である。
【００１９】
以上の圧電ポンプ３０は、圧電振動子３５が正逆に弾性変形（振動）すると、ポンプ室Ｐの容積が拡大する行程では、吸入側逆止弁３７が開いて吐出側逆止弁３６が閉じるため、吸入ポート３２（吸込室３２ａ）からポンプ室Ｐ内に冷媒が流入する。一方、ポンプ室Ｐの容積が縮小する行程では、吐出側逆止弁３６が開いて吸入側逆止弁３７が閉じるため、ポンプ室Ｐから吐出ポート３１（吐出室３１ａ）に冷媒が流出する。したがって、圧電振動子３５を正逆に連続させて弾性変形させる（振動させる）ことで、ポンプ作用が得られる。
【００２０】
この圧電ポンプ３０の吐出ポート３１と吸入ポート３２は、一連の循環流路４０に接続されており、この循環流路４０上に、前述の受熱部１０と放熱部２０が設置されている。圧電ポンプ３０の吐出ポート３１及び吸入ポート３２と循環流路４０の間には脈動軽減ブロック５０が介在している。なお、上記圧電ポンプ３０は吐出側逆止弁と吸入側逆止弁を１対設けた２バルブタイプであるが、吐出側逆止弁と吸入側逆止弁を２対設けた４バルブタイプの圧電ポンプでも良いことは勿論である。
【００２１】
脈動軽減ブロック５０は、図２に示すように、アッパハウジング５１とロアハウジング５２を有している。アッパハウジング５１には同一形状の一対の円形凹部５１１と、この凹部５１１と同心の環状突起５１２が形成され、ロアハウジング５２には、この円形凹部５１１に対応する同一形状の一対の円形凹部５２１と、環状突起５１２に対応する環状溝５２２が形成されている。凹部５１１と凹部５２１によって脈動軽減室５３が形成されている。
【００２２】
平面円形をなす弾性材料からなる脈動軽減ダイヤフラム５４の周縁ビード部５４１は、ロアハウジング５２の環状溝５２２に嵌められる。そして、ロアハウジング５２上にアッパハウジング５１を重ねて環状突起５１２を環状溝５２２に嵌め、周縁ビード部５４１を圧縮することで、脈動軽減ダイヤフラム５４の表裏（図の上下）にそれぞれ液室５３１と５３２が形成される。つまり、脈動軽減室５３内に、脈動軽減ダイヤフラム５４によって液室５３１と５３２が形成される。吐出ポート３１と吸入ポート３２は、一対の脈動軽減室５３の図の下方の液室５３２にそれぞれ開口している。
【００２３】
アッパハウジング５１とロアハウジング５２には、一方の脈動軽減室５３の液室５３１と他方の脈動軽減室５３の液室５３２をそれぞれ連通させる連通路５５が形成されている。その結果、一対の脈動軽減室５３の脈動軽減ダイヤフラム５４の表裏の液室は、吐出ポート３１と吸入ポート３２にそれぞれ連通している。
【００２４】
図３は、循環流路４０上に設けた発熱源１０Ａ、１０Ｂの受熱構造例を示している。発熱源１０Ａは例えばＰＣのＣＰＵ、発熱源１０Ｂは同チップセットであり、液流ジャケット１０１（２０１）上に熱的に接触させて配置したヒートスプレッダ１０２（２０２）上に載置されている。液流ジャケット１０１（２０１）は、循環流路４０に連通する蛇行流路１０１ａ（２０１ａ）を有している。液流ジャケット１０１（２０１）は、３枚の積層板（ブレージングシート）の中心板に蛇行流路１０１ａと２０１ａを穿設してなっている。液流ジャケット１０１（２０１）上には、これらヒートスプレッダ１０２（２０２）と発熱源１０Ａ（チップセット２００）、及び押え板１０３（２０３）が重ねて配置され、締結手段１０４（２０４）を介して結合されている。
【００２５】
放熱部２０は、循環流路４０に連通するラジエータ２１と、このラジエータ２１に対して冷却風を送るファン２２からなっている。
【００２６】
本実施形態の液冷システム（液循環システム）は従って、圧電ポンプ３０の吐出ポート３１から出た冷媒は、脈動軽減ブロック５０を通過した後受熱部１０に至る。受熱部１０では、発熱源１０Ａの直下の液流ジャケット（受熱部）１０１の蛇行流路１０１ａを通って発熱源１０Ａから熱を奪う。液流ジャケット１０１を出た冷媒は、循環流路４０を通って発熱源１０Ｂの直下の液流ジャケット（受熱部）２０１の蛇行流路２０１ａを通り、発熱源１０Ｂから熱を奪う。液流ジャケット２０１を出た冷媒は、循環流路４０を通って放熱部２０のラジエータ２１に至り、ラジエータ２１を流れる間、冷却ファン２２から冷却風を受けて冷却される。その後、循環流路４０を通って脈動軽減室脈動軽減ブロック５０に入り、圧電ポンプ３０の吸入ポート３２に戻る。以下、以上の循環が繰り返されて発熱源１０Ａと発熱源１０Ｂが冷却される。
【００２７】
この液循環は、上述のように、圧電振動子３５を正逆に連続させて弾性変形させる圧電ポンプ３０のポンプ作用によって生じ、このポンプ作用により吸入側逆止弁３７と吐出側逆止弁３６が交互に開閉を繰り返すため、吐出ポート３１と吸入ポート３２で圧力変動が発生する。この吐出ポート３１と吸入ポート３２内の圧力変動は、脈動軽減ブロック５０の一対の脈動軽減室５３の液室５３１と５３２に及ぼされ、脈動軽減ダイヤフラム５４が弾性変形する。
【００２８】
本実施形態において特徴的なことは、脈動軽減ダイヤフラム５４の表裏の液室５３１と５３２が、常に吐出ポート３１と吸入ポート３２に連通していることである。このため、脈動軽減ダイヤフラム５４は、吐出ポート３１と吸入ポート３２の圧力差に応じて弾性変形し、吐出ポート３１と吸入ポート３２内の液体圧力に表れる脈動（振動、騒音）を減少させることができる。つまり、ポンプの吐出工程において、吐出ポート３１に連通する液室５３２（５３１）内の液体の圧力が上昇するときには、脈動軽減ダイヤフラム５４の反対側の吸入ポート３２に連通する液室５３１（５３２）内の圧力が相対的に下降しているから、同脈動軽減ダイヤフラム５４はそれぞれ、液室５３１（５３２）側に弾性変形して脈動を吸収する。ポンプの吸入工程においても同様である。
【００２９】
図５と図６はそれぞれ、本発明の別の実施形態を示している。図５の実施形態は、吸入ポート３２に連通する脈動軽減室５３側のダイヤフラムとして、穴Ｈを有する穴あきダイヤフラム５４Ｈを用い、図６の実施形態は、吐出ポート３１に連通する脈動軽減室５３側のダイヤフラムとして、穴Ｈを有する穴あきダイヤフラム５４Ｈを用いた実施形態である。アッパハウジング５１には、穴あきダイヤフラム５４Ｈを介して吸入ポート３２（吐出ポート３１）を吐出ポート３１（吸入ポート３２）側の脈動軽減ダイヤフラム５４の上側の液室５３１に連通させる連通路５６が形成されている。この他の構成は、図２の実施形態と同一であり、同一要素には同一の符号を付した。
【００３０】
図５の実施形態では、吐出ポート３１に連通する脈動軽減室５３側の脈動軽減ダイヤフラム５４の表裏に、吐出ポート３１と吸入ポート３２の圧力が及ぼされているため、主にポンプの吐出工程において脈動軽減作用が得られる。また、図６の実施形態では、吸入ポート３２に連通する脈動軽減室５３側の脈動軽減ダイヤフラム５４の表裏に、吐出ポート３１と吸入ポート３２の圧力が及ぼされているため、主にポンプの吸入工程において脈動軽減作用が得られる。脈動軽減効果は、同時に運転音（振動、騒音）の軽減効果につながる。
【００３１】
図５の実施形態と図６の実施形態は、脈動軽減ダイヤフラム５４と穴あきダイヤフラム５４Ｈを交換することで、ポンプの吸入工程での脈動軽減作用と吐出工程での脈動軽減作用とを選択できるという利点がある。穴あきダイヤフラムには勿論ダイヤフラムとしての機能はなく、実質的にはシール部材として機能している。穴あきダイヤフラムを用いることなく、同様の流路を形成することは可能である。つまり、脈動軽減室５３を吐出ポート３１と吸入ポート３２のいずれか一方に設ける態様では、その脈動軽減ダイヤフラム５４の表裏の液室を、吐出ポート３１と吸入ポート３２に連通させればよい。また、穴あきダイヤフラム５４Ｈ側の液室５３を小さくし、脈動軽減ダイヤフラム５４側の液室５３を大きくすることで脈動軽減効果をさらに高めることが可能である。
【００３２】
以上の実施形態では、ダイヤフラムとして圧電振動子を例示したが、本発明は他の振動するダイヤフラムを用いた液体ポンプに広く適用できる。
【００３３】
上記実施形態では、ハウジング及びこれに関連する要素に便宜上「アッパ」「ロア」の名前を付けたが、使用状態でのそれを限定するものではないことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による液循環システムの一実施形態を示す系統接続平面図である。
【図２】図１のII-II線に沿う断面図である。
【図３】図１のIII-III線に沿う断面図である。
【図４】図１のIV-IV線に沿う断面図である。
【図５】本発明による液循環システムの別の実施形態を示す、図２に対応する断面図である。
【図６】本発明による液循環システムのさらに別の実施形態を示す、図２に対応する断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  受熱部
１０Ａ  発熱源
１０Ｂ  発熱源
１０１  ２０１  液流ジャケット（受熱部）
１０１ａ  ２０１ａ  蛇行流路
１０２  ２０２  ヒートスプレッダ
１０３  ２０３  押え板
１０４  ２０４  締結手段
２０  放熱部
２１  ラジエータ
２２  冷却ファン
３０  圧電ポンプ（ダイヤフラムポンプ）
３１  吐出ポート
３２  吸入ポート
３５  圧電振動子
３６  吐出側逆止弁
３７  吸入側逆止弁
４０  循環流路
５０  脈動軽減ブロック
５１  アッパハウジング
５１１  凹部
５１２  環状突起
５２  ロアハウジング
５２１  凹部
５２２  環状溝
５３  脈動軽減室
５３１  ５３２  液室
５４  脈動軽減ダイヤフラム
５４１  周縁ビード部
５４Ｈ  穴あきダイヤフラム
５５  ５６  連通路
【図１】
2009270457.tif 000003
【図２】
2009270457.tif 000004
【図３】
2009270457.tif 000005
【図４】
2009270457.tif 000006
【図５】
2009270457.tif 000007
【図６】
2009270457.tif 000008