CN100427758C

CN100427758C - 流体泵

Info

Publication number: CN100427758C
Application number: CNB2005100517343A
Authority: CN
Inventors: 大西人司
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2005-03-01
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2025-03-01
Also published as: JP2005248713A; JP4383207B2; CN1664367A

Abstract

本发明提供一种理想地适用于不断薄型化、小型化的笔记本电脑等电子设备用的冷却装置，而且薄型、排出量也优良的流体泵。采用具有以下特征的流体泵(1)：具有振动膜(2)和收容有振动膜(2)的壳体(8)，振动膜(2)振动自如地收容在壳体(8)的内部，在壳体(8)的一部分形成位于振动膜(2)的一面(2a)一侧的泵室(3)，在泵室(3)的与振动膜(2)相对置的位置形成与泵室(3)相通的吸入部(4)和排出部(5)，在吸入部(4)设置有止回阀型的吸入阀(6)，在排出部(5)设置有止回阀型的排出阀(7)，排出部(5)配置在比吸入部(4)靠近振动膜(2)的位置。

Description

流体泵

技术领域

本发明涉及适于笔记本电脑等小体积薄型电子设备的冷却用的、由振动膜(ダイヤフラム)驱动的结构的流体泵。

背景技术

以往，提出了多种通过将PZT之类的压电元件贴在金属板等薄板上使之一体化形成振动膜作为振子，以达到小型轻量化的目的的振动膜振子型泵的方案。图6为表示这种振动膜振子型流体泵的一个结构例的图(参照例如专利文献1)。

在图6所示的流体泵A中，在中空的箱型壳体100的上部内侧内藏PZT等板状压电振子101，将该中空部上下分隔，在图6中，该压电振子101的下侧形成空间部102，在其上部形成泵室103，上述压电振子101的结构为通过通电沿其厚度方向往复振动，由此可以改变泵室103的容积。

在上述壳体100的上部左侧形成吸入喷嘴105，在上部右侧形成排出喷嘴106，吸入通道107一直延伸到壳体100的中心部地形成，以便与上述吸入喷嘴105连通，排出通道108一直延伸到壳体100的中心部地形成，以便与上述排出喷嘴106连通。上述壳体100的中心部形成隔开上述吸入通道107与泵室103的吸入侧隔壁109，并在该吸入侧隔壁109上形成使上述泵室103与上述吸入通道107相连通的吸入通道111，此外，在吸入侧隔壁109上设置有开闭上述吸入通道111的止回阀113。同样，形成隔开上述排出通道108与泵室103的排出侧隔壁110，并在该排出侧隔壁110上形成连通上述泵室103与上述排出通道108的排出通道112，并在排出侧隔壁110上设置开闭上述排出通道112的止回阀115。

另外，压电振子101采用从图示省略的驱动电路施加驱动电压的结构，通过施加该驱动电压使压电振子101往复振动。

图6所示结构的流体泵A采用以下结构：通过成为振动膜的压电振子101往复振动可以改变泵室103的容积，由此使经过止回阀113从吸入喷嘴105一侧吸入到泵室103内的流体通过止回阀115送往排出喷嘴106一侧，通过这样起到作为输送流体用的泵的作用。

上述专利文献1所记载的流体泵A为利用使用了压电振子101的细微往复运动的泵作用而进行流体的输送的泵，与利用了螺旋桨或活塞等机构的一般的流体泵相比能够显著地小型轻量化，但当想要将图6所示结构的流体泵A用于不断小型轻量化的笔记本电脑或便携式信息设备等小型设备时，存在小型化上有限的问题。

例如，当想要使流体泵A的整体厚度更薄时，虽然能够使位于压电振子101下侧的壳体100的下部更薄，但存在不能使壳体100的上部侧极端变薄的问题。例如，虽然可以使泵室103变薄，但由于其上侧存在止回阀113、115以及吸入通道107和排出通道108，因此不能使泵变薄到超过它们的高度或者粗细。即，实质上由于整个厚度必须要有压电振子101、保持该压电振子101的壳体的部分、泵室103、止回阀113、115的部分厚度以及吸入喷嘴105的部分厚度或排出喷嘴106的部分厚度相加的厚度，因此存在不能实现壳体的小型化薄于这个厚度的问题。

特别是由于剖视为近似伞形的止回阀113、115以上下互相倒转的形式分别安装到隔壁109、110上，止回阀113、115的头部113a、115a分别配置在隔壁109、110的泵室103一侧及其相反的一侧，而且隔壁109、110离开压电振子101相等的距离配置，因此壳体100的厚度必须形成与隔壁109、110与头部113a、115a的厚度相当的厚度，这成为实现小型化的最大障碍。

而且，如果将泵室103变薄，则也存在流体泵A的排出量极端低下的问题。

因此，当想作为不断小型轻量化的笔记本电脑或便携式信息设备的冷却装置而有效地利用时，最好尽量使流体泵变薄，但图6所示以往的流体泵存在不能满足这些用途的要求的问题。

[专利文献1]日本专利特开平7-301181号公报(图2)

发明内容

本发明就是鉴于上述问题，其目的是要提供一种理想地用于不断薄型化、小型化的笔记本电脑等电子设备用的冷却装置，而且薄型、排出量也优良的流体泵。

为了达到上述目的，本发明采用了以下结构。

本发明的流体泵的特征在于，具有利用压电元件而被往复振动的振动膜和收容有该振动膜的壳体，上述振动膜在其周边部分被夹持的状态下被振动自如地收容在上述壳体的内部，在该壳体的一部分上形成位于上述振动膜的一面侧的泵室，在上述泵室的与上述振动膜相对置的位置上形成与该泵室相通的吸入部和排出部，在上述吸入部设置有止回阀型的吸入阀，在上述排出部设置有止回阀型的排出阀；上述吸入部形成有支承上述吸入阀并分隔上述泵室的吸入侧隔壁，在上述排出部形成有支承上述排出阀并分隔上述泵室的排出侧隔壁，上述排出侧隔壁配置在比上述吸入侧隔壁靠近上述振动膜的位置；当将上述排出侧隔壁配置在靠近上述振动膜的位置而产生的上述排出侧隔壁与上述吸入侧隔壁之间的高度差为D时，上述高度差D设定在上述吸入阀头部半径的10％以上24％以下的范围。

如果采用上述结构，通过将排出部配置在比吸入部靠近振动膜的位置，能够互相并排地配置吸入阀和排出阀，能够使吸入阀的头部到振动膜的间隙与排出阀的卡合部底部到振动膜的间隙的距离大致相等，因此能够减小两阀部占据的泵厚度方向的宽度，能够实现壳体的薄型化。

并且，本发明的流体泵为上述流体泵，其特征在于，上述吸入部形成有支承上述吸入阀并分隔上述泵室的吸入侧隔壁，在上述排出部形成有支承上述排出阀并分隔上述泵室的排出侧隔壁，上述排出侧隔壁配置在比上述吸入侧隔壁靠近上述振动膜的位置。

如果采用上述结构，通过将排出侧隔壁配置在比上述吸入侧隔壁靠近上述振动膜的位置，能够互相并排地配置吸入阀和排出阀，能够使吸入阀的头部到振动膜的间隙与排出阀的卡合部底部到振动膜的间隙的距离大致相等，因此能够减小两阀部占据的泵厚度方向的宽度，能够实现壳体的薄型化。

并且，本发明的流体泵为上述流体泵，其特征在于，在上述吸入侧隔壁上设置有中心孔和从该中心孔呈放射状配置的、构成上述吸入部的多个通孔，上述吸入阀由插入上述中心孔中的棒状卡合部和形成在该卡合部的振动膜一侧、覆盖上述多个通孔的圆板状头部构成；当将上述排出侧隔壁配置在靠近上述振动膜的位置而产生的上述排出侧隔壁与上述吸入侧隔壁之间的高度差为D时，上述高度差D设定在上述吸入阀头部半径的10％以上24％以下的范围。

如果采用上述结构，通过将高度差D设定在吸入阀头部半径的10％以上24％以下的范围，能够使流体泵变薄与该比例相对的厚度。另外，如果高度差D不到头部半径的10％，则泵没有充分小型化，如果高度差D超过头部半径的24％，则反而由于高度差变大使泵变厚了，因此无论哪种情况都不理想。

或者，本发明的流体泵的特征在于，上述吸入部或上述排出部中的任一方或双方向上述振动膜的中心方向附近倾斜地配置着。

如果采用上述结构，通过使上述吸入部或上述排出部中的任一方或双方倾斜，则能够达到使泵薄型化的目的。并且，通过使吸入部和排出部向振动膜的中心方向附近倾斜，能够降低泵室内、吸入部及排出部内的流体的流路阻力，能够提高流体泵的效率。

并且，本发明的流体泵为上述流体泵，其特征在于，上述吸入部形成有支承上述吸入阀并分隔上述泵室的吸入侧隔壁，在上述排出部形成有支承上述排出阀并分隔上述泵室的排出侧隔壁，上述吸入侧隔壁和上述排出侧隔壁中的任一方或双方向上述振动膜的中心方向附近倾斜地配置着。

如果采用上述结构，通过使上述吸入侧隔壁或排出侧隔壁中的任一方或双方倾斜，能够增加泵室的内容积，提高排出量。

并且，本发明的流体泵为上述流体泵，其特征在于，上述吸入侧隔壁和排出侧隔壁中的任一方或双方的相对于上述振动膜的倾斜角度被设定在20°以上。

如果采用上述结构，通过使倾斜角度在20°以上，能够达到使泵薄型化的目的。另外，如果倾斜角度不到20°，则不能充分实现泵的薄型化，如果倾斜角超过45°，则泵反而变厚了。

并且，本发明的流体泵为上述流体泵，其特征在于，上述排出部配置在比上述吸入部靠近上述振动膜的位置。如果采用上述结构，通过将排出部配置在比吸入部靠近振动膜的位置，能够互相并排地配置吸入阀和排出阀，能够使吸入阀的头部到振动膜的间隙与排出阀的卡合部底部到振动膜的间隙的距离大致相同，因此能够减小两阀部所占据的泵厚度方向的宽度，能够使壳体更薄。

如果采用本发明，能够提供一种薄型而且排出量也优良，能够适用于不断薄型化、小型化的笔记本电脑等电子设备用的冷却装置中的流体泵。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的流体泵的结构的剖面模式图。

图2是表示本发明的第1实施方式的流体泵的主要部分的俯视模式图。

图3是表示本发明的第1实施方式的流体泵的主要部分的剖面模式图。

图4是表示本发明的第2实施方式的流体泵的一例的结构的剖面模式图。

图5是表示本发明的第2实施方式的流体泵的其他例的结构的剖面模式图。

图6是表示以往的流体泵的结构的剖面模式图。

具体实施方式

第1实施方式

下面参照附图说明本发明的第1实施方式。本实施方式的流体泵为将排出部配置在比吸入部靠近振动膜一侧的泵。图1表示本实施方式的流体泵的剖面模式图，图2表示图1的流体泵的主要部分的俯视模式图。

如图1所示，本实施方式的流体泵1大致由振动膜2、位于振动膜2的一面2a一侧的泵室3、设置在泵室3中的吸入部4及排出部5、分别设置在吸入部4及排出部5的止回阀型的吸入阀6和排出阀7以及壳体8构成。振动膜2收容在箱状壳体8的内部，壳体8的内部由振动膜2一分为二。并且，振动膜2的一面2a侧的内部空间作为泵室3。

在泵室3内与振动膜2的一面2a相对置的位置形成吸入部4及排出部5，排出部5配置在比吸入部4靠近振动膜2的位置。并且，吸入部4及排出部5上分别连接着使流体吸入或流出泵室3用的吸入管9及排出管10。泵室3与吸入管9由吸入侧隔壁11分隔，在该吸入侧隔壁11上安装有上述吸入阀6。另一方面，泵室3与排出管10由排出侧隔壁12分隔，在该排出侧隔壁12上安装有上述排出阀7。

在本实施方式的流体泵1中，通过上述止回阀型的吸入阀6和排出阀7将流体从吸入部4吸入泵室3内，并将流体从排出部5排出到泵室3外，使流体不会反向吸入或排出。这样一来，能够单方向地将流体从吸入管9经过泵室3向排出管10输送。

振动膜2为在金属制的振动板2b的两面贴付压电体(压电元件)2c、2c构成的所谓双压电晶片型压电元件。该振动膜2的周边部分2d被构成壳体8的上壳体8a和下壳体8b所夹持，在这种状态下振动自由地被收容在壳体8内。当给振动膜2施加交流电时，振动膜2本身以与交流电的频率相对应的振动频率振动，泵室3的内部容积随该振动周期性地增减。当泵室3的内部容积增加时，吸入阀6打开流体被吸入泵室3内，排出阀7被闭锁防止流体逆流到泵室3外。当泵室3的内部容积减少时，排出阀7打开流体从泵室3被排出到外面，吸入阀6闭锁从而防止流体逆流进泵室3。这样地，能够排出与振动膜2的振动相对应的量的流体。

构成振动膜2的振动板2b优选使用厚度为0.05mm～0.3mm的不锈钢等金属板。并且，压电体2c、2c优选使用厚度为0.2～0.5mm的PZT等。并且，作为上述框体8的材质可以采用树脂或金属等。而且也可以根据流体的种类在泵室3的内壁上形成保护膜。

下面详细说明吸入部4及排出部5。

吸入部4由吸入侧隔壁11和安装在该吸入侧隔壁11上的吸入阀6构成，而排出部5由排出侧隔壁12和安装在排出侧隔壁12上的排出阀7构成。并且，排出侧隔壁12配置在比吸入侧隔壁11靠近振动膜2的位置。这样一来，排出部5配置在比吸入部4靠近振动膜2的位置。

图2表示吸入部4及排出部5的俯视模式图，图3表示吸入部4及排出部5的剖面模式图。如图2和图3所示，在吸入部4的吸入侧隔壁11上设置有中心孔11a，并在该中心孔11a的放射方向设置构成吸入部4的多个通孔11b。并且，吸入阀6用柔软性高的橡胶或树脂等制成，被形成为剖视为近似伞形。即，吸入阀6由插入中心孔11a中的棒状卡合部6b和形成在该卡合部6b的靠振动膜2一侧、覆盖多个通孔11b的圆板状的头部6a构成。该吸入阀6在一般情况下用头部6a堵住通孔11b使其成为“闭”的状态。并且，如图3的点划线所示那样，当施加了流体的压力时该吸入阀6的头部6a变形，通过这样通孔11b打开，由此成为“开”的状态。

同样，在排出部5的排出侧隔壁12上设置了中心孔12a，并在该中心孔12a的放射方向设置了构成排出部5的多个通孔12b。并且，排出阀7用柔软性高的橡胶或树脂等制成，被形成为剖视为近似伞形。即，排出阀7由插入中心孔12a中的棒状的卡合部7b和形成在该卡合部7b的靠排出管10一侧、覆盖多个通孔12b的圆板状的头部7a构成。该排出阀7在一般情况下用头部7a堵住通孔12b使其成为“闭”的状态。并且，如图3的点划线所示那样，当施加了流体的压力时该排出阀7的头部7a变形，通过这样通孔12b打开，由此成为“开”的状态。

并且如图3所示那样，在吸入部4与排出部5之间通过使排出侧隔壁12配置在靠近振动膜2的位置而产生高度差D。该高度差D优选设定在吸入阀6的头部6a的半径r₁的10％以上24％以下的范围。如上所述地设定高度差D与半径r₁的关系是因为以下的理由。

即如图3所示那样，当使头部6a的半径为r₁时，如果考虑头部6a的周边部分卡合到吸入侧隔壁11上的部分，则通孔11b的形成位置在以中心孔11a的中心为基准半径为0.88r₁的圆内的区域。如果使通孔11b的形成位置比这个宽的话，则吸入阀的头部6a的一部分陷没在了通孔11b中。

接着，为了在该半径为0.88r₁的圆内的区域使中心孔11a及其周围边缘与吸入阀6的卡合部6b相卡合，需要有半径为0.32r₁的圆内的区域。因此，在这部分不能设置通孔11b。

这样一来，通孔11b的最大直径为(0.88r₁-0.32r₁)＝0.56r₁。如果像图3所示那样设置6个通孔11b，则其流路截面积为6×(0.56r₁/2)²π。

另一方面，而当吸入阀为“开”的状态时，如果假设吸入阀6的头部6a的周边部分与吸入侧隔壁11之间的距离为t，则吸入阀6与吸入侧隔壁11所形成的间隙的面积为头部6a的外周长与间隙t的乘积，因此为t×2r₁π。

只要上述间隙的最大面积(t×2r₁π)与通孔的流路截面积的合计值(6×(0.56r₁/2)²π)同等程度就可以。因此，(t×2r₁π)≤(6×(0.56r₁/2)²π)，成为t≤0.24r₁。

如果使高度差D的大小与吸入时的吸入阀6的变形量即距离t相等，即使D≤0.24r₁，则能够并排配置吸入阀6和排出阀7，能够减小下壳体8b中的吸入部4及排出部5所占有的体积。

如上所述，希望使高度差D在头部6a的半径r₁的24％以下。并且，高度差D的大小可以为该最大值的1/2到1/3左右。因此，希望使高度差D在头部6a的半径r₁的10％以上。

如上所述，通过使高度差D的大小在头部6a的半径r₁的10％以上24％以下，能够减小构成泵的下壳体8b，能够达到使流体泵1薄型化的目的。另外，如果高度差D不到头部的半径的10％，则泵没有充分小型化，如果高度差D超过头部6a的半径的24％，则反而由于高度差变大使泵变厚了，因此无论哪种情况都不理想。

如果采用上述流体泵1，则由于通过将排出部5配置在比吸入部4靠近振动膜2的位置，能够互相并排地配置吸入阀6和排出阀7，能够使吸入阀6的头部6a到振动膜2的间隙与排出阀7的卡合部底部到振动膜2的间隙的距离大致相等，因此能够减小两阀部6、7所占据的泵厚度方向的宽度，能够实现壳体8的薄型化。

第2实施方式

下面说明本发明的第2实施方式的流体泵21。本实施方式的流体泵为与振动膜倾斜地设置排出部及吸入部的泵。图4表示本实施方式的流体泵的剖面模式图。另外在图4所示的构成要素中，与图1到图3所示的第1实施方式的流体泵的构成要素相同的构成要素添加与图1到图3标记的相同的附图标记，其说明省略。

如图4所示，本实施方式的流体泵21大致由振动膜2、位于振动膜2的一面2a侧的泵室23、设置在泵室23中的吸入部24及排出部25、分别设置在吸入部24及排出部25的止回阀型的吸入阀26和排出阀27以及壳体28构成。振动膜2被收容在箱状的壳体28的内部，壳体28的内部由振动膜2一分为二。并且，振动膜2的一面2a侧的内部空间作为泵室23。

在与振动膜2的一面2a相对置的位置形成吸入部24及排出部25，排出部25配置在比吸入部24靠近振动膜2的位置。并且，吸入部24和排出部25向振动膜2的中心方向倾斜。吸入部24及排出部25上分别连接着使流体吸入或排出泵室23用的吸入管9及排出管10。泵室23与吸入管9由吸入侧隔壁21分隔，在该吸入侧隔壁21上安装有上述吸入阀26。而泵室23与排出管10由排出侧隔壁22分隔，在该排出侧隔壁22上安装有上述排出阀27。

并且，上述振动膜2的周边部分2d被构成壳体28的上壳体28a和下壳体28b所夹持，在这种状态下振动自由地收被容在壳体28内。

下面详细说明吸入部24及排出部25。

吸入部24由吸入侧隔壁21和安装在该吸入侧隔壁21上的吸入阀26构成，而排出部25由排出侧隔壁22和安装在排出侧隔壁22上的排出阀27构成。并且，排出侧隔壁22配置在比吸入侧隔壁21靠近振动膜2的位置。这样一来，排出部25配置在比吸入部24靠近振动膜2的位置。吸入侧隔壁21与排出侧隔壁22之间产生的高度差D与第1实施方式时一样，当使吸入阀26的头部26b的半径为r₁时，设定在r₁的10％以上24％以下的范围。

并且如图4所示那样，吸入侧隔壁21在与振动膜2之间夹角为20°以上45°以下的范围内向振动膜2的中心一侧倾斜。同样，排出侧隔壁22也在与振动膜2之间的夹角为20°以上45°以下的范围内向振动膜2的中心一侧倾斜。如果吸入侧隔壁21及排出侧隔壁22的倾斜角度θ1及θ2不到20°，则不能得到足够的泵的薄型化效果。并且，如果倾斜角度θ1及θ2超过45°，则流体泵21反而变厚了。通过将倾斜角度θ1及θ2设定在上述范围内，能够达到使泵薄型化的目的。

并且，通过使吸入侧隔壁21及排出侧隔壁22向振动膜2的中心附近倾斜，如图4中的点划线所示那样使通过泵室23内的流体的流动呈平缓的曲线，降低了泵室23内、吸入部24及排出部25中的流体的流路阻力，能够提高流体泵21的效率。

而且，通过使吸入侧隔壁21及排出侧隔壁22倾斜，能够使泵室23的内容积比没有倾斜时增大一些，因此能够提高排出量。

另外，在本实施方式中，也可以像图5所示那样与振动膜2平行地形成吸入侧隔壁21，仅使排出侧隔壁22相对于振动膜2倾斜。

如以上说明过的那样，如果采用本实施方式的流体泵21，通过使吸入部24或排出部25中的任一方或双方倾斜，能够达到使流体泵21薄型化的目的。并且，通过使吸入部24和排出部25向振动膜2的中心方向附近倾斜，能够降低泵室23内、吸入部24及排出部25内的流体的流路阻力，能够提高流体泵21的效率。

并且，由于将排出部25配置在比吸入部24靠近振动膜2的位置，能够互相并排地配置吸入阀26和排出阀27，能够使吸入阀26的头部到振动膜2的间隙与排出阀27的卡合部底部到振动膜2的间隙的距离大致相等，因此能够减小两阀部所占据的泵厚度方向的宽度，能够使壳体28更薄型化。

Claims

1.一种流体泵，其特征在于，具有利用压电元件而被往复振动的振动膜和收容有该振动膜的壳体，上述振动膜在其周边部分被夹持的状态下被振动自如地收容在上述壳体的内部，在该壳体的一部分上形成位于上述振动膜的一面侧的泵室，在上述泵室的与上述振动膜相对置的位置上形成与该泵室相通的吸入部和排出部，在上述吸入部设置有止回阀型的吸入阀，在上述排出部设置有止回阀型的排出阀；

上述吸入部形成有支承上述吸入阀并分隔上述泵室的吸入侧隔壁，在上述排出部形成有支承上述排出阀并分隔上述泵室的排出侧隔壁，上述排出侧隔壁配置在比上述吸入侧隔壁靠近上述振动膜的位置；

当将上述排出侧隔壁配置在靠近上述振动膜的位置而产生的上述排出侧隔壁与上述吸入侧隔壁之间的高度差为D时，上述高度差D设定在上述吸入阀头部半径的10％以上24％以下的范围。

2.如权利要求1所述的流体泵，其特征在于，在上述吸入侧隔壁上设置有中心孔和从该中心孔呈放射状配置的、构成上述吸入部的多个通孔，上述吸入阀由插入上述中心孔中的棒状卡合部和形成在该卡合部的振动膜一侧、覆盖上述多个通孔的圆板状头部构成。

3.如权利要求1所述的流体泵，其特征在于，

上述吸入部或上述排出部中的任一方或双方向上述振动膜的中心方向附近倾斜地配置着。

4.如权利要求3所述的流体泵，其特征在于，上述吸入侧隔壁和上述排出侧隔壁中的任一方或双方向上述振动膜的中心方向附近倾斜地配置着。

5.如权利要求3所述的流体泵，其特征在于，上述吸入侧隔壁和排出侧隔壁中的任一方或双方的相对于上述振动膜的倾斜角度被设定在20°以上45°以下。