JP2002202061A - 小型ポンプ及び冷却システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電素子１０ａと弾性薄板１０ｂからなるダ
イヤフラム１０を備える小型ポンプ１００の単位時間当
たりの流量を向上させる。 【解決手段】 圧電素子１０ａと弾性薄板１０ｂからな
るダイヤフラム１０を備えるとともに、圧電素子１０ａ
によって駆動されるダイヤフラム１０によるポンプ室９
０の容積変化を利用した小型ポンプにおいて、ダイヤフ
ラム１０の振動に起因する各部の不要振動を除去する第
１の緩衝室９０ａを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷却システムに用
いることができるダイヤフラム型の小型ポンプに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤフラム型の小型ポンプには、ＰＺ
Ｔ（ジルコンチタン酸鉛）のような圧電体からなる圧電
素子をダイヤフラムに適用することにより超小型化を図
ったものが提案されている。図２０に一例を示す。ここ
で、図２０（ａ）が吸水時のダイヤフラムと各弁の動き
を、（ｂ）が排水時のそれを示すものである。図２０に
おいて、８２１は吸水弁、８２２は排水弁、８２３は、
ダイヤフラム８２０や弁８２１，８２２が組み付けられ
るベース、８２４は吸水口、８２５は排水口である。ダ
イヤフラム８２０は、電極を兼ねた金属薄板の間に圧電
素子を積層した積層体を合成樹脂シート等からなる薄膜
材に接着することにより構成される。この圧電素子に対
して交流電圧を印加し、ダイヤフラムを揺動させ、ポン
プ室８２６の容積を変化させることによりポンプとして
機能する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
ポンプは、運動変換機構を用いてモータの回転を往復運
動に変換し、ダイヤフラムを駆動するものに比べ、きわ
めて形状の小さいものとすることができる。しかしなが
ら、ダイヤフラムの面積を大きくすることが困難である
ために、ポンプ能力としては吐出流量が小さかった。

【０００４】そこで、ダイヤフラムの駆動を共振で行う
ことにより、ダイヤフラムのストロークを拡大し、吐出
流量を増大させる検討が続けられてきた。ところが、こ
のようなポンプでは、ダイヤフラムの共振現象を用いて
いるため、モータを用いた従来のダイヤフラム型ポンプ
に比べて外乱振動の影響を受けやすいことが判明した。
このような現象は、非共振現象を用いたダイヤフラム型
ポンプにおいても存在し、これを改善することにより、
吐出流量特性の向上を図ることが可能となる。そこで、
本発明では、この外乱振動を排除した構造を提案し、圧
電素子を用い、大吐出流量特性を有するダイヤフラム小
型ポンプを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の小型ポンプの第
１の構成は、圧電素子を貼り合わせたダイヤフラムを備
えるとともに前記圧電素子によって駆動される前記ダイ
ヤフラムによるポンプ室の容積変化を利用した小型ポン
プにおいて、ダイヤフラムの振動に起因する各部の不要
振動を除去する機構を有するものである。

【０００６】さらに、ダイヤフラムの振動に起因する各
部の不要振動を除去する機構として、ポンプ内部に不要
振動を緩衝する部屋を有する事が望ましい。本発明の小
型ポンプの第２の構成は、圧電素子を貼り合わせたダイ
ヤフラムを備えるとともに前記圧電素子によって駆動さ
れる前記ダイヤフラムによるポンプ室の容積変化を利用
した小型ポンプにおいて、ダイヤフラムの振動に起因す
る各部の不要振動を除去する機構を有するものである。

【０００７】さらに、ダイヤフラムの振動に起因する各
部の不要振動を除去する機構として、ポンプ外部に不要
振動を緩衝する機能をも有する構成部品で構成されるこ
とが望ましい。

【０００８】本発明の小型ポンプの第３の構成は、圧電
素子を貼り合わせたダイヤフラムを備えるとともに前記
圧電素子によって駆動される前記ダイヤフラムによるポ
ンプ室の容積変化を利用した小型ポンプにおいて、ダイ
ヤフラムの振動に起因する各部の不要振動を除去する機
構を有するものである。さらに、第２の小型ポンプと圧
力センサにより、不要振動を緩衝する機能を構成する事
が望ましい。

【０００９】本発明の小型ポンプの第４の構成は、圧電
素子を貼り合わせたダイヤフラムを備えるとともに前記
圧電素子によって駆動される前記ダイヤフラムによるポ
ンプ室の容積変化を利用した小型ポンプにおいて、ダイ
ヤフラムの振動に起因する各部の不要振動を除去する機
構を有するものである。さらに、ダイヤフラムによるポ
ンプ室の容積変化を利用した小型ポンプに接続される流
路において、前記流路の耐圧値を前記小型ポンプの吐出
圧の２倍以上とすることが望ましい。

【００１０】本発明の小型ポンプの第５の構成は、圧電
素子を貼り合わせたダイヤフラムを備えるとともに前記
圧電素子によって駆動される前記ダイヤフラムによるポ
ンプ室の容積変化を利用した小型ポンプにおいて、ダイ
ヤフラムの振動に起因する各部の不要振動を除去する機
構を有するものである。さらに、ダイヤフラムによるポ
ンプ室の容積変化を利用した小型ポンプに接続される流
路において、前記流路は高緩衝材を含んだ高ダンピング
特性材質よりなり、前記流路の耐圧値を前記小型ポンプ
の吐出圧と同等以下とすることが望ましい。

【００１１】本発明の小型ポンプの第６の構成は、圧電
素子を貼り合わせたダイヤフラムを備えるとともに前記
圧電素子によって駆動される前記ダイヤフラムによるポ
ンプ室の容積変化を利用した小型ポンプにおいて、ダイ
ヤフラムの振動に起因する各部の不要振動を除去する機
構を有するものである。

【００１２】さらに、ダイヤフラムによるポンプ室の容
積変化を利用した小型ポンプに接続される流路におい
て、前記流路に生じる振動の節部の耐圧値を前記小型ポ
ンプの吐出圧と同等以下とし、腹部の耐圧値を前記小型
ポンプの吐出圧の２倍以上とすることが望ましい

【００１３】即ち、本発明の小型ポンプは、圧電素子の
駆動によりたわみ振動を発するダイヤフラムと、前記ダ
イヤフラムが設けられ、前記たわみ振動による容積変化
により液体を圧出するポンプ室と、前記ポンプ室に液体
を供給する吸水口と、前記ポンプ室から圧出される液体
を外部へ排出する排水口と、前記ポンプ室と前記吸水口
との間に設けられ、液体を吸水口から前記ポンプ室に供
給する吸水弁と、前記ポンプ室と前記排水口との間に設
けられ、前記ポンプ室から圧出される液体を排水口へ流
出する排水弁と、前記たわみ振動に起因する脈動による
液体の内圧変化を除去する緩衝器と、を有することを特
徴とする。

【００１４】更に、前記緩衝器が、前記内圧変化を有す
る液体を流入する緩衝室と、前記緩衝室に設けられ、前
記内圧変化を熱エネルギーおよび空気の振動に変換する
緩衝板と、前記緩衝室に設けられ、前記空気の振動を大
気圧に漏えいするリーク穴とを有することを特徴とす
る。前記緩衝器は、少なくとも前記排水弁と前記排水口
の間に設けられることを特徴とする。

【００１５】前記緩衝器は、少なくとも前記排水口の下
流に設けられることを特徴とする。前記緩衝器は、前記
内圧変化を有する液体を流入する緩衝室と、前記緩衝室
に保持され、第１の電極と第２の電極を有する圧電素子
の該第１の電極の駆動によりたわみ振動を発し、該第２
の電極により前記液体の内圧変化に応じた信号を検出す
る緩衝手段と、前記信号の逆位相の信号を生成する整形
回路と、前記逆位相の信号のレベルを増幅する増幅器
と、からなる緩衝器駆動回路と、を有し、前記緩衝器駆
動回路からの信号を前記第１の電極に印加することを特
徴とする。更に、本発明の冷却システムは、前記小型ポ
ンプと、前記小型ポンプを駆動する駆動回路と、作動に
より熱を発生する電子デバイスと、前記電子デバイスに
接触し、電子デバイスから発生する熱を吸熱する吸熱器
と、前記吸熱器が吸熱した熱を放熱する放熱器と、前記
小型ポンプと前記吸熱器と前記放熱器を接続する流路
と、前記小型ポンプと前記吸熱器と前記放熱器と前記流
路を流通し、前記電子デバイスからの熱を運搬する冷媒
と、を有することを特徴とする。

【００１６】前記排水口と前記緩衝器との間に、前記吸
熱器または放熱器の少なくともいずれか１つを設けるこ
とを特徴とする。

【００１７】更に、本発明の小型ポンプは、圧電素子の
駆動によりたわみ振動を発するダイヤフラムと、前記ダ
イヤフラムが設けられ、前記たわみ振動による容積変化
により液体を圧出するポンプ室と、前記ポンプ室に液体
を供給する吸水口と、前記ポンプ室から圧出される液体
を外部へ排出する排水口と、前記ポンプ室と前記吸水口
との間に設けられ、液体を吸水口から前記ポンプ室に供
給する吸水弁と、前記ポンプ室と前記排水口との間に設
けられ、前記ポンプ室から圧出される液体を排水口へ流
出する排水弁と、からなる圧電ポンプと、少なくとも前
記排出口の下流に設けられ、前記たわみ振動に起因する
脈動による液体の内圧変化を除去する第１の流路と、を
有することを特徴とする。

【００１８】前記第１の流路の耐圧値は、前記圧電ポン
プの吐出圧の２倍以上であることを特徴とする。前記第
１の流路は、金属またはフッ素樹脂の少なくとも１つか
らなるパイプであることを特徴とする。

【００１９】前記第１の流路の耐圧値は、前記圧電ポン
プの吐出圧と同等以下とすることを特徴とする。前記第
１の流路は、ガラス繊維を充填し、内部ロスを増やした
ブチルゴムからなるパイプであることを特徴とする。

【００２０】前記液体の内圧変化により生じる振動の節
部において、前記第１の流路の耐圧値を前記圧電ポンプ
の吐出圧に対して同等以下とし、前記振動の腹部におい
て、前記第１の流路の耐圧値を前記吐出圧の２倍以上と
することを特徴とする。前記第１の流路は、樹脂パイプ
と金属リングからなり、前記振動の腹部において、前記
樹脂パイプに前記金属リングを設けることを特徴とす
る。

【００２１】前記第１の流路を前記排水口に接続するこ
とを特徴とする。

【００２２】更に、本発明の冷却システムは、前記小型
ポンプと、前記圧電ポンプを駆動する駆動回路と、作動
により熱を発生する電子デバイスと、前記電子デバイス
に接触し、電子デバイスから発生する熱を吸熱する吸熱
器と、前記吸熱器が吸熱した熱を放熱する放熱器と、前
記小型ポンプと前記吸熱器と前記放熱器を接続する第２
の流路と、前記小型ポンプと前記吸熱器と前記放熱器と
前記第１の流路と前記第２の流路を流通し、前記電子デ
バイスからの熱を運搬する冷媒と、を有することを特徴
とする。

【００２３】前記第１の流路の長さは、前記第１の流路
と第２の流路の合計の長さの４０％以上であることを特
徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明に
おける実施の形態１について、図面を参照しながら説明
する。図１は、本発明の実施の形態１における小型ポン
プの断面図である。図１において、１０は、圧電素子１
０ａと弾性シム板１０ｂからなるダイヤフラム、２０は
ポンプ室、３０は筐体１、４０は筐体２、５０ａは排水
口、５０ｂは吸水口、６０ａは排水弁、６０ｂは吸水
弁、７０ａは第１の緩衝板、７０ｂは第２の緩衝板、８
０ａは第１のリーク穴、８０ｂは第２のリーク穴、９０
ａは第１の緩衝室、９０ｂは第２の緩衝室、１００は、
本発明の実施の形態１における小型ポンプである。

【００２５】表裏に電極（図示せず）を有する圧電素子
１０ａと弾性シム板１０ｂを貼り合わせてなるダイヤフ
ラム１０は、ポンプ室２０に設けられている。ポンプ室
２０は、排水弁６０ａを介して第１の緩衝室９０ａと接
続され、吸水弁６０ｂを介して第２の緩衝室９０ｂと接
続されている。第１の緩衝室９０ａには、第１の緩衝板
７０ａと第１のリーク穴８０ａと小型ポンプ１００の排
出口である排水口５０ａが設けられている。更に、第２
の緩衝質９０ｂには、第２の緩衝板７０ｂと第２のリー
ク穴８０ｂと小型ポンプ１００の吸水口である吸水口５
０ｂが設けられている。

【００２６】また、本発明の小型ポンプ１００は、例え
ば、電子デバイスを冷却する目的に用いられる。そのシ
ステム概略を図２に示す。１００は、本発明の小型ポン
プであり、１は、小型ポンプ１００を駆動する駆動回
路、７は、発熱源である電子デバイス、５は、電子デバ
イス７に接触して設けられた吸熱器、３は、吸熱器５に
より吸熱された熱を排出する放熱器である。１１は、小
型ポンプ１００と吸熱器５と放熱器３を接続するパイプ
であり、９は、小型ポンプ１００と吸熱器５と放熱器３
とパイプ１１の中を流れ、水、エチレングリコール溶
液、プロピレングリコール溶液、シリコンオイル、フロ
リナートなどよりなる冷媒である。以上のように構成さ
れた小型ポンプ１００及び冷却システム１１０の動作に
ついて以下で詳細に説明する。

【００２７】本構成の小型ポンプ１００では、圧電素子
１０ｂの表裏に形成された電極（図示せず）間に電気信
号を印加することにより、ダイヤフラム１０にたわみ振
動を励振する。この振動により、ポンプ室２０内の液体
が圧縮と膨張を繰り返す。圧縮時には、液体の圧力によ
り排水弁６０ａは開放し、ポンプ室内の液体が排水弁６
０ａを介して第１の緩衝室９０ａへ流れ出る。また、膨
張時には、ポンプ室内の液体の負圧により吸水弁６０ｂ
が開放され、第２の緩衝室９０ｂからポンプ室２０内へ
液体が流入してくる。以上の動作を連続で繰り返すこと
により、本発明の小型ポンプ１００は、ポンプ動作を実
現している。

【００２８】ここで、ポンプ室２０内の液体には、ダイ
ヤフラム１０の振動により振動エネルギー（圧力）が与
えられる。そのエネルギーの一部が排水弁６０ａおよび
吸水弁６０ｂを押し開け、ポンプ動作を行っている。そ
の際、液体内に振動エネルギーが蓄えられるため、液体
内の圧力は、わずかであるが正弦関数的に大小を繰り返
す。この液体の内圧変化が脈動となり小型ポンプ１００
の構造体に作用し、不要な振動を起こす。その結果、ポ
ンプの流量特性は悪化する。

【００２９】そこで、本発明では、この不要振動を低減
するため、第１の緩衝室９０ａを用いる。ポンプ室２０
を出た液体は、第１の緩衝室９０ａに流れ込み、第１の
振動板７０ａを振動させる。第１の振動板７０ａが振動
することにより液体の圧力における正弦関数的な変化を
熱エネルギーと空気の振動に変換し、外部に排出する。
つまり、第１の緩衝室９０ａから流れ出る液体の内部圧
力を一定にしている。ここで、リーク穴８０ａは、第１
の振動板７０ａの振動空間の圧力を大気圧に漏えいする
ことにより、第１の振動板７０ａの振動効率を上げ、緩
衝効果を拡大する役割を果たしている。

【００３０】このように、本実施の形態における小型ポ
ンプ１００では、第１の緩衝室９０ａを用いることによ
り、流量特性を一定に保つと同時に、振動によるロス効
果を削減することができるため、単位時間当たりの流量
を増大することが可能となる。即ち、外乱振動による吐
出流量特性の悪化を解消することが可能となる。更に、
液体の内圧の変化を受けやすい樹脂性チューブなどのチ
ューブをシステムに利用することができるため、システ
ム配管の自由度を向上させることも可能である。

【００３１】なお、本実施の形態では、排水側の第１の
緩衝室９０ａについてのみ説明したが、図１に示すよう
に吸水側にも、第２の緩衝室９０ｂを設けることによ
り、一層効果があることは言うまでもない。以上のよう
に構成された本発明の小型ポンプ１００を用いた冷却シ
ステム１１０の動作を以下に説明する。

【００３２】流量特性が改善された冷媒９が小型ポンプ
１００によりパイプ１１へ送り出され、吸熱器５へ到達
する。吸熱器５では、電子デバイス７が発生した熱を吸
熱する。吸熱器５により吸熱された熱は、冷媒９に伝導
され、小型ポンプ１００の力により放熱器３へ運ばれ
る。放熱器３に運ばれた冷媒９は、蓄えられた熱を空気
中などに放出し、再び小型ポンプ１００に戻る。冷却シ
ステム１１０では、このようなサイクルを繰り返す循環
系が形成されている。

【００３３】（実施の形態２）以下、本発明における実
施の形態２について、図面を参照しながら説明する。図
３は、本発明における実施の形態２の小型ポンプの構成
図である。図４は、本発明における実施の形態２の小型
ポンプを構成する圧電ポンプの断面図である。図５は、
本発明における実施の形態２の小型ポンプを構成する緩
衝器の断面図である。図６は、本発明における実施の形
態２の小型ポンプによる冷却システムの構成図である。

【００３４】図３、図４、図５において、１５０は圧電
ポンプであり、１０は、圧電素子１０ａと弾性シム板１
０ｂからなるダイヤフラム、２０はポンプ室、３０は筐
体１、４０は筐体２、５０ａは排水口、５０ｂは吸水
口、５０ｃは排水ノズル、５０ｄは吸水ノズル、６０ａ
は排水弁、６０ｂは吸水弁である。更に、１２０は緩衝
器であり、７０は緩衝板、８０はリーク穴、９０は緩衝
室、１３０は緩衝器筐体、１４０ａは流入ノズル、１４
０ｂは流出ノズルである。また、１１ａ〜１１ｃはパイ
プ、２００は、本発明の実施の形態２における小型ポン
プである。更に、

【００３５】図３に示すように本実施の形態における小
型ポンプ２００は、図４に示す圧電ポンプ１５０と図５
に示す緩衝器１２０をパイプ１１ｂで接続し構成されて
いる。パイプ１１ｂは、圧電ポンプ１５０と排水ノズル
５０ｃを介して接続され、緩衝器１２０と流入ノズル１
４０ａを介して接続されている。更に、パイプ１１ａ
は、吸水ノズル５０ｄを介して圧電ポンプ１５０に接続
され、パイプ１１ｃは、流出ノズル１４０ｂを介して緩
衝器１２０と接続されている。図４に示す圧電ポンプ１
５０では、表裏に電極（図示せず）を有する圧電素子１
０ａと弾性シム板１０ｂを貼り合わせてなるダイヤフラ
ム１０がポンプ室２０に設けられている。ポンプ室２０
は、排水弁６０ａを介して排水口５０ａを有する排水ノ
ズル５０ｃと接続され、吸水弁６０ｂを介して吸水口５
０ｂを有する吸水ノズル５０ｄと接続されている。更
に、図５に示す緩衝器１２０では、液体を流入する流入
ノズル１４０ａと流入した液体を排出する排出ノズル１
４０ｂと緩衝板７０とリーク穴８０が設けられている。
以上のように構成された小型ポンプ２００の動作につい
て以下で詳細に説明する。

【００３６】図４に示すように、圧電ポンプ１５０は、
圧電素子１０ａの表裏に形成した電極（図示せず）間に
電気信号を印加することにより、弾性シム材１０ｂと圧
電素子１０ａが貼り合わせられてなるダイヤフラム１０
にたわみ振動を励振する。この振動により、ポンプ室２
０内の液体は、圧縮と膨張を繰り返す。圧縮時には、液
体の圧力により排水弁６０ａは開放され、ポンプ室内の
液体が、排水弁６０ａを介して排水ノズル５０ｃへ流れ
出る。また、膨張時には、ポンプ室内の液体の負圧によ
り吸水弁６０ｂが開放され、吸水口５０ｂから吸水ノズ
ル５０ｄへ流入された液体がポンプ室２０内に流れ込
む。以上の動作を連続で繰り返すことにより、本発明の
小型ポンプ１５０は、ポンプ動作を実現している。

【００３７】ここで、ポンプ室２０内の液体には、ダイ
ヤフラム１０の振動により振動エネルギー（圧力）が与
えられる。そのエネルギーの一部が排水弁６０ａおよび
吸水弁６０ｂを押し開け、ポンプ動作を行っている。そ
の際、液体内に振動エネルギーが蓄えられるため、液体
内の圧力はわずかであるが正弦関数的に大小を繰り返
す。この液体の内圧変化が脈動となりポンプの構造体に
作用し、不要な振動を起こす。その結果、ポンプの流量
特性は悪化する。

【００３８】そこで、本発明では、この不要振動を低減
するため、図５に示す緩衝器１２０を用いる。ポンプ室
２０を出た液体は、排水ノズル５０ａへ流れ込み、排水
口５０ｃからパイプ１１ｂを経て緩衝器１２０へ到達す
る。緩衝器１２０では、液体が流入ノズル１４０ａから
緩衝室９０に流入し、緩衝室９０に設けられた振動板７
０を振動させる。振動板７０が振動することにより、液
体の圧力における正弦関数的な変化を熱エネルギーと空
気の振動に変換し、外部に排出する。つまり、流出ノズ
ル１４０ｂから流れ出る液体の内部圧力を一定にしてい
る。ここで、リーク穴８０は、振動板７０の振動空間の
圧力を大気圧に漏えいすることにより、振動板７０の振
動効率を上げ、緩衝効果を拡大する役割を果たしてい
る。

【００３９】このように、本実施の形態における小型ポ
ンプ２００では、緩衝室９０を設けることにより、流量
特性を一定に保つと同時に、振動によるロス効果を削減
することができるため、単位時間当たりの流量を増大す
ることが可能となる。即ち、外乱振動による吐出流量特
性の悪化を解消することが可能となる。更に、液体の内
圧の変化を受けやすい樹脂性チューブなどのチューブを
システムに利用することができるため、システム配管の
自由度を向上させることも可能である。

【００４０】また、本実施の形態の構成では、緩衝器１
２０を自由な位置に設置することができ、好ましい。特
に、圧電ポンプ１５０の排水側直ぐ下流に、非定常流が
必要な構成体があるときなどには、非常に有効な構成で
ある。例えば、電子デバイスを冷却する目的に用いられ
るシステムの場合、吸熱器、放熱器には、乱流を発生さ
せた方が定常流を発生させるより効率が上がる。そこ
で、本実施の形態における小型ポンプ２００を用い、圧
電ポンプ１５０と緩衝器１２０との間に吸熱器、あるい
は放熱器を構成することにより、吸熱、放熱効率を大幅
に改善することができる。そのシステム概要図を図６に
示す。

【００４１】１５０は、図４に示す圧電ポンプであり、
１２０は、図５に示す緩衝器である。１は、圧電ポンプ
１５０を駆動する駆動回路、７は、発熱源である電子デ
バイス、５は、電子デバイス７に接触して設けられた吸
熱器、３は、吸熱器５により吸熱された熱を排出する放
熱器である。吸水ノズル５０ｃに接続されたパイプ１１
ｂは、吸熱器５、放熱器３を接続し、緩衝器１２０の吸
水ノズル１４０ａへ接続されている。緩衝器１２０の排
水ノズル１４０ｂに接続されたパイプ１１ｃは、圧電ポ
ンプ１５０の吸水ノズル５０ｄへ直接接続されている。
９は、圧電ポンプ１５０と、緩衝器１２０と吸熱器５と
放熱器３とパイプ１１ｂ〜ｃの中を流れ、水、エチレン
グリコール溶液、プロピレングリコール溶液、シリコン
オイル、フロリナートなどよりなる冷媒である。２１０
は、小型ポンプ２００を用いた冷却システムである。

【００４２】以上のように構成された本発明の小型ポン
プ２００を用いた冷却システム２１０の動作を以下に説
明する。

【００４３】冷媒９が圧電ポンプ１５０により送り出さ
れ、電子デバイス７が発生した熱を吸熱器５が吸熱す
る。吸熱器５により吸熱された熱は、冷媒９に伝導さ
れ、小型ポンプ１５０の力により放熱器３へ運ばれる。
放熱器３に運ばれた冷媒９は、蓄えられた熱を空気中な
どに放出し、緩衝器１２０に到達する。緩衝器１２０で
は、上述の動作により冷媒９の流量特性を一定に保つと
同時に、振動によるロス効果を削減する。緩衝器１２０
から排水された冷媒９は、パイプ１１ｃを経由し、再び
圧電ポンプ１５０に戻る。冷却システム２１０では、こ
のようなサイクルを繰り返す循環系が形成されている。

【００４４】なお、ここでは、排水側の緩衝室１２０に
ついてのみ説明したが、吸水側にも、同様の機能を有す
る第２の緩衝器（図示せず）を用いることにより、一層
効果があがることは言うまでもない。

【００４５】（実施の形態３）以下、本発明における実
施の形態３について、図面を参照しながら説明する。図
７は、本発明における実施の形態３の小型ポンプの構成
図である。図８は、本発明における実施の形態３の小型
ポンプを構成する緩衝器の断面図である。図９は、本発
明おける実施の形態３の緩衝器を構成する圧電素子の平
面図である。図１０は、本発明における実施の形態３の
緩衝器を駆動する駆動回路図である。図１１は、本発明
における実施の形態３の小型ポンプによる冷却システム
の構成図である。

【００４６】図７、図８、図９、図１０において、３０
０は緩衝器、２１０は、圧電素子２１０ａと弾性シム材
２１０ｂからなる緩衝器３００のダイヤフラム、２３０
は緩衝器３００の筐体１、２４０は緩衝器３００の筐体
２、２５０ｃは緩衝器３００の排水ノズル、２５０ｄは
緩衝器３００の吸水ノズル、２５０ａは緩衝器３００の
排水口、２５０ｂは緩衝器３００の吸水口、２９０は緩
衝室、３５０は第１の電極、３６０は第２の電極、３８
０は整形器、３９０は増幅器、１５０は実施の形態２の
圧電ポンプであり、５０ｃは、圧電ポンプ１５０の排水
ノズル、５０ｄは圧電ポンプ１５０の吸水ノズルであ
る。また、１１ａ〜１１ｃは実施の形態２と同様のパイ
プであり、４００は、本実施の形態における小型ポンプ
である。

【００４７】図７に示すように本実施の形態における小
型ポンプ４００は、実施の形態２の圧電ポンプ１５０と
図８に示す緩衝器３００をパイプ１１ｂで接続し構成さ
れている。パイプ１１ｂは、圧電ポンプ１５０とは、排
水ノズル５０ｃを介して接続され、緩衝器３００とは、
吸水ノズル２５０ｄを介して接続されている。更に、パ
イプ１１ａは、吸水ノズル５０ｄを介して圧電ポンプ１
５０に接続され、パイプ１１ｃは、排水ノズル２５０ｃ
を介して緩衝器３００と接続されている。図８に示す緩
衝器３００では、表裏に電極（図示せず）を有する圧電
素子２１０ａと弾性シム板２１０ｂを貼り合わせてなる
ダイヤフラム２１０が緩衝器筐体１ ２３０、緩衝器筐
体２ ２４０により保持固定され、その内部空間を緩衝
室２９０としている。緩衝室２９０には、排水口２５０
ａを有する排水ノズル２５０ｃと、吸水口２５０ｂを有
する吸水ノズル２５０ｄが設けられている。以上のよう
に構成された小型ポンプ４００の動作を以下で詳細に説
明する。

【００４８】圧電ポンプ１５０は、実施の形態２の圧電
ポンプと同様の動作原理である。従って、圧電ポンプ１
５０では、ポンプ室２０内の液体には、ダイヤフラム１
０の振動により振動エネルギー（圧力）が与えられ、そ
のエネルギーの一部が排水弁６０ａおよび吸水弁６０ｂ
を押し開け、ポンプ動作を行っている。その際、液体内
に振動エネルギーが蓄えられるため、液体内の圧力はわ
ずかであるが正弦関数的に大小を繰り返す。この液体の
内圧変化が脈動となりポンプの構造体に作用し、不要な
振動を起こす。その結果、ポンプの流量特性は悪化す
る。

【００４９】そこで、本発明では、この不要振動を低減
するため、図８に示す緩衝器３００を用いる。緩衝器３
００は、吸水ノズル２５０ｄ（吸水口２５０ｂ）と排水
ノズル２５０ｃ（排水口２５０ａ）により、緩衝室２９
０内への流体の吸排水処理を行うものである。排水ノズ
ル５０ｃから排出された不要振動を伴う液体は、パイプ
１１ｂを経て、吸水ノズル２５０ｄから緩衝器３００へ
到達し、緩衝室２９０へ流入する。このとき、液体に伴
う不要振動によりダイヤフラム２１０を励振する。

【００５０】ここで、図９に緩衝器３００に用いられた
圧電素子２１０ａの電極パターンを示す。裏面について
は、共通電極となっているため説明は省くが、表面は電
極が複数に分割され、厚み方向に均一に分極処理されて
いる。第１の電極３５０がダイヤフラム２１０の駆動用
として利用され、第２の電極３６０が脈動を検出するセ
ンサーとして利用される。

【００５１】このように構成された圧電素子２１０ａ
は、ダイヤフラム２１０の励振による振動の周波数およ
び振動量を第２の電極３６０で検出する。この検出から
脈動と逆位相で、適切なレベルの信号を生成し、圧電素
子２１０ｂの第１の電極３５０に印加することによりフ
ィードバックする。このフィードバックにより脈動を自
由に抑制することが可能となる。なお、図１０に、本フ
ィードバック制御を行うための回路ブロック図の一例を
示す。３８０は、電極３６０による検出信号から、検出
された脈動に対して逆位相の信号を生成する整形器であ
り、３９０は前記信号を適正レベルに調整するための増
幅器である。

【００５２】このようにして、不要振動が低減された液
体は、排水ノズル２５０ｃの排出口２５０ａからパイプ
１１ｃへ流出される。更に、本実施の形態の構成では、
緩衝器３００を自由な位置に設置することができ、好ま
しい。特に、小型ポンプ１５０の排水側直ぐ下流に、非
定常流が必要な構成体があるときなどには、非常に有効
な構成である。例えば、電子デバイスを冷却する目的に
用いられるシステムの場合、吸熱器、放熱器には、乱流
を発生させた方が定常流を発生させるより効率が上が
る。そこで、本実施の形態における小型ポンプ４００を
用い、圧電ポンプ１５０と緩衝器３００との間に吸熱
器、あるいは放熱器を構成することにより、吸熱、放熱
効率を大幅に改善することができる。そのシステム概要
図を図１１に示す。

【００５３】１５０は、図４に示す圧電ポンプであり、
３００は、図８に示す緩衝器である。１は、圧電ポンプ
１５０を駆動する駆動回路、７は、発熱源である電子デ
バイス、５は、電子デバイス７に接触させて設けられた
吸熱器、３は、吸熱器５により吸熱された熱を排出する
放熱器である。吸水ノズル５０ｃに接続されたパイプ１
１ｂは、吸熱器５、放熱器３を接続し、緩衝器３００の
吸水ノズル２５０ｄへ接続されている。緩衝器３００の
排水ノズル２５０ｃに接続されたパイプ１１ｃは、圧電
ポンプ１５０の吸水ノズル５０ｄへ直接接続されてい
る。９は、圧電ポンプ１５０と、緩衝器１２０と吸熱器
５と放熱器３とパイプ１１ｂ〜ｃの中を流れ、水、エチ
レングリコール溶液、プロピレングリコール溶液、シリ
コンオイル、フロリナートなどよりなる冷媒である。４
１０は、小型ポンプ４００を用いた冷却システムであ
る。

【００５４】以上のように構成された本発明の小型ポン
プ４００を用いた冷却システム４１０の動作を以下に説
明する。

【００５５】冷媒９が圧電ポンプ１５０によりパイプ１
１ｂを介して吸熱器５に送り出される。吸熱器５では、
電子デバイス７が発生した熱を吸熱する。吸熱器５によ
り吸熱された熱は、パイプ１１ｂに流れる冷媒９に伝導
され、小型ポンプ１５０の力により放熱器３へ運ばれ
る。放熱器３に運ばれた冷媒９は、蓄えられた熱を空気
中などに放出し、緩衝器３００に到達する。緩衝器３０
０では、上述の動作により冷媒９の流量特性を一定に保
つと同時に、振動によるロス効果を削減する。緩衝器３
００から排水された冷媒９は、パイプ１１ｃを経由し、
再び圧電ポンプ１５０に戻る。冷却システム４１０で
は、このようなサイクルを繰り返す循環系が形成されて
いる。

【００５６】このように本実施の形態の緩衝器３００を
用いれば、実施の形態１および２と同様の効果が得られ
ると同時に、脈動の周波数、大きさに関係なく、脈動を
抑制することが可能である。更に、緩衝器３００の駆動
信号の位相を意図的に変えることにより脈動を強調する
ことも可能である。

【００５７】更に、本実施の形態における緩衝器３００
の緩衝室２９０内に、圧電ポンプ１５０に設けた弁機構
を形成することにより、緩衝器３００のダイヤフラム２
１０の振動に起因する逆流を抑制することが可能とな
り、流れをより厳密に定常流とすることも可能である。

【００５８】なお、ここでは、排水側に緩衝器３００を
設置する構成についてのみ説明したが、吸水側にも、同
様の機能を有する第２の緩衝器（図示せず）を設けるこ
とにより、一層効果があることは言うまでもない。

【００５９】（実施の形態４）以下、本発明における実
施の形態４について、図面を参照しながら説明する。図
１２は、本発明における実施の形態４の小型ポンプの構
成図である。図１３は、本発明における実施の形態４の
小型ポンプを用いた冷却システムの構成図である。図１
２において、１５０は、実施の形態２と同様の圧電ポン
プであり、３０は筐体１、４０は筐体２、５０ｃは排水
ノズル、５０ｄは吸水ノズルである。１１ａはパイプ、
１１ｄは高耐圧パイプであり、５００は、本実施の形態
における小型ポンプである。

【００６０】図１２に示すように本実施の形態における
小型ポンプ５００は、圧電ポンプ１５０とパイプ１１
ａ、高耐圧パイプ１１ｄより構成されている。パイプ１
１ａは、吸水ノズル５０ｄを介して圧電ポンプ１５０に
接続され、高耐圧パイプ１１ｄは、排水ノズル５０ｃを
介して圧電ポンプ１５０に接続されている。

【００６１】また、本発明の小型ポンプ５００は、例え
ば、電子デバイスを冷却する目的に用いられる。そのシ
ステム概略を図１３に示す。１５０は、圧電ポンプであ
り、１は、圧電ポンプ１５０を駆動する駆動回路、７
は、発熱源である電子デバイス、５は、電子デバイス７
に接触させて設けられた吸熱器、３は、吸熱器５により
吸熱された熱を排出する放熱器である。高耐圧パイプ１
１ｄは、吸熱器５に接続され、パイプ１１ａは放熱器３
と接続されている。更に、パイプ１１ａは、吸熱器５と
放熱器３を接続している。９は、小型ポンプ１５０と吸
熱器５と放熱器３とパイプ１１ａ、高耐圧パイプ１１ｄ
の中を流れ、水、エチレングリコール溶液、プロピレン
グリコール溶液、シリコンオイル、フロリナートなどよ
りなる冷媒である。

【００６２】このように構成された本実施の形態におけ
る小型ポンプ５００と冷却システム５１０の動作につい
て以下で詳細に説明する。圧電ポンプ１５０は、実施の
形態２の小型ポンプと同様の動作原理である。従って、
本実施の形態の小型ポンプ５００では、ポンプ室２０内
の液体には、ダイヤフラム１０の振動により振動エネル
ギー（圧力）が与えられる。そのエネルギーの一部が排
水弁６０ａおよび吸水弁６０ｂを押し開け、ポンプ動作
を行っている。その際、液体内に振動エネルギーが蓄え
られるため、液体内の圧力はわずかであるが正弦関数的
に大小を繰り返す。この液体の内圧変化が脈動となりポ
ンプの構造体に作用し、不要な振動を起こす。その結
果、ポンプの流量特性が悪化する。

【００６３】そこで、本実施の形態では、圧電ポンプ１
５０からの排出用のパイプに、例えば、金属あるいは、
フッ素樹脂などからなる高耐圧パイプ１１ｄを用いる。
これにより、圧電ポンプ１５０で発生した脈動でパイプ
の外壁が弾性変形し、その変形に多くのエネルギーを取
られることによる単位時間当たりの流量が著しく減少す
ることを防ぐことが可能となる。従って、圧電ポンプ１
５０が脈動した場合でも、単位時間当たりの流量減少を
抑止可能な小型ポンプ５００を提供することができる。

【００６４】更に、以上のように動作する本発明の小型
ポンプ５００を用いた冷却システム５１０の動作を以下
に説明する。

【００６５】図１３において、冷媒９が圧電ポンプ１５
０により高耐圧パイプ１１ｄへ送り出される。このと
き、高耐圧パイプ１１ｄにより単位時間当たりの冷媒９
の流量が改善される。流量が改善された冷媒９は、吸熱
器５へ到達する。吸熱器５では、電子デバイス７から発
生した熱を吸熱する。吸熱器５により吸熱された熱は、
冷媒９に伝導され、圧電ポンプ１５０の力により放熱器
３へ運ばれる。放熱器３に運ばれた冷媒９は、蓄えられ
た熱を空気中などに放出し、再び圧電ポンプ１５０に戻
る。冷却システム５１０では、このようなサイクルを繰
り返す循環系が形成されている。

【００６６】なお、本発明の圧電ポンプ１５０は、例え
ば、流量が２０から５００ｃｃ／ｍｉｎ程度、吐出圧が
１から１０ｋＰａ程度のものであるが、これに限定され
るものではない。また、今回は、流量が５００ｃｃ／ｍ
ｉｎ程度、吐出圧が１０ｋＰａ程度の圧電ポンプを用い
た。更に、パイプ１１ａ、高耐圧パイプ１１ｄの内径
は、例えば、１から５ｍｍ程度であり、好ましいのは、
２から３ｍｍ程度であるが、これに限定されるものでは
ない。また、今回は、内径が５ｍｍ程度の高耐圧パイプ
１１ｄを用いた。

【００６７】なお、ここでは、排水側のパイプのみを高
耐圧パイプ１１ｄとしたが、吸水側のパイプ１１ａを高
耐圧パイプにすることにより、一層の効果が得られるこ
とは言うまでもない。実験では、排水側のみ高耐圧パイ
プに変更した場合、流量の改善は、１０％程度であった
が、吸水側にも高耐圧パイプを用いることにより、５０
％の流量の改善が可能となった。

【００６８】更に、高耐圧パイプ１１ｄのシステム全体
に占める割合について、図１４にその実験結果を示す。
図１４は、パイプ全長が約１ｍである図１３に示す冷却
システム５１０を、高耐圧パイプと通常のパイプを用い
て形成し、それぞれのパイプ使用比率を変化させたとき
のシステムの流量を測定した結果である。なお、この実
験では、高耐圧パイプとして金属パイプを用い、通常の
パイプとしてシリコンゴムパイプを用いた。

【００６９】これによれば、金属パイプの比率が高いほ
ど流量が大きくなるのがわかる。本冷却システムでは、
４０％以上でシステムを成立させることができるが、高
耐圧パイプの比率を全体の７０％以上にするが好まし
い。更に、高耐圧パイプの比率を８０％以上にすればよ
り好ましい。

【００７０】更に、高耐圧パイプと通常パイプの接続順
序によっても、流量特性を改善することが可能となる。
小型ポンプ５００の排水側に以下に示す３種類の流路を
接続した非循環系を用いて小型ポンプ５００の流量特性
を評価した。 流路１：１ｍ全てを高耐圧パイプ（一例として金属パイ
プ）を用いた場合。 流路２：６０ｃｍの高耐圧パイプ、４０ｃｍの通常のパ
イプ（一例としてシリコンゴムパイプ）の順に用いた場
合。 流路３：４０ｃｍの通常のパイプ、６０ｃｍの高耐圧パ
イプの順、即ち、流露２の接続順序と逆の順に用いた場
合。

【００７１】これによると、それぞれの流路における流
量特性は、流路１＞流路２＞流路３となり、流路３の流
量は、流路１の場合の３０％程度であった。従って、本
発明においては、最低条件として、冷却システム５１０
に高耐圧パイプ１１ｄを用いることであるが、高耐圧パ
イプ１１ｄを圧電ポンプ１５０の排水ノズル５０ｃに直
接接続するほうが好ましい。更に、吸水ノズル５０ｄに
高耐圧パイプ１１ｄを直接接続することにより、流量特
性を更に改善できることはいうまでもない。

【００７２】また、高耐圧パイプ１１ｄに金属性の耐圧
チューブを用いることにより、機密性が著しく向上し、
パイプからの液体の蒸発や外部からの気体の混入を遮断
することが可能である。これにより、ポンプ内部の液体
における物理特性を初期の値で維持することができ、ポ
ンプ特性の経年変化を著しく小さくすることが可能であ
る。また、新たに機器を追加する必要がないため、スペ
ースが限定されたシステムを設置する際には非常に有効
な構成である。

【００７３】なお、ここでは耐圧チューブ即ち、高耐圧
パイプ１１ｄとして、圧電ポンプ１５０における吐出圧
の２倍以上のものを用いることが好ましいが、その値に
限定されないことはいうまでもない。

【００７４】更に、本実施の形態では、パイプを高耐圧
パイプ１１ｄに変更するけで、単位時間当たりの流量を
改善することが可能なため、製造コストを低く押さえる
効果もある。

【００７５】（実施の形態５）以下、本発明における実
施の形態５について、図面を参照しながら説明する。図
１５は、本発明における実施の形態５の小型ポンプの構
成図である。図１６は、本発明における実施の形態５の
小型ポンプを用いた冷却システムの構成図である。

【００７６】図１５において、１５０は、実施の形態２
と同様の圧電ポンプであり、３０は筐体１、４０は筐体
２、５０ｃは排水ノズル、５０ｄは吸水ノズルである。
１１ａはパイプ、１１ｅは高ダンピング特性パイプであ
り、６００は、本実施の形態における小型ポンプであ
る。

【００７７】図１５に示すように本実施の形態における
小型ポンプ６００は、圧電ポンプ１５０とパイプ１１
ａ、高ダンピング特性パイプ１１ｅより構成されてい
る。パイプ１１ａは、吸水ノズル５０ｄを介して圧電ポ
ンプ１５０に接続され、高ダンピング特性パイプ１１ｅ
は、排水ノズル５０ｃを介して圧電ポンプ１５０に接続
されている。

【００７８】また、本発明の小型ポンプ６００は、例え
ば、電子デバイスを冷却する目的に用いられる。そのシ
ステム概略を図１６に示す。１５０は、圧電ポンプであ
り、１は、圧電ポンプ１５０を駆動する駆動回路、７
は、発熱源である電子デバイス、５は、電子デバイス７
に接触させ、設けられた吸熱器、３は、吸熱器５により
吸熱された熱を排出する放熱器である。高ダンピング特
性パイプ１１ｅは、吸熱器５に接続され、パイプ１１ａ
は放熱器３と接続されている。更に、パイプ１１ａは、
吸熱器５と放熱器３を接続している。９は、小型ポンプ
１５０と吸熱器５と放熱器３とパイプ１１ａ、高ダンピ
ング特性パイプ１１ｅの中を流れ、水、エチレングリコ
ール溶液、プロピレングリコール溶液、シリコンオイ
ル、フロリナートなどよりなる冷媒である。

【００７９】このように構成された本実施の形態におけ
る小型ポンプ６００と冷却システム６２０の動作につい
て以下で詳細に説明する。

【００８０】圧電ポンプ１５０は、実施の形態２の圧電
ポンプと同様の動作原理である。従って、本実施の形態
の圧電ポンプ５１０では、ポンプ室２０内の液体には、
ダイヤフラム１０の振動により振動エネルギー（圧力）
が与えられる。そのエネルギーの一部が排水弁６０ａお
よび吸水弁６０ｂを押し開け、ポンプ動作を行ってい
る。その際、液体内に振動エネルギーが蓄えられるた
め、液体内の圧力はわずかであるが正弦関数的に大小を
繰り返す。この液体の内圧変化が脈動となりポンプの構
造体に作用し、不要な振動を起こす。その結果、ポンプ
の流量特性は悪化する。

【００８１】そこで、本実施の形態では、圧電ポンプ１
５０からの排出用のパイプに、例えば、ガラス繊維など
を充填し、内部ロスを増やしたブチルゴムなどからなる
高ダンピング特性パイプ１１ｅを用いる。これにより、
圧電ポンプ１５０で発生した脈動でパイプの外壁の変形
がガラス繊維の発熱などに変換され、パイプの周期的な
変形を低減することができる。従って、パイプの周期的
な変形に起因する単位時間当たりの流量減少を改善する
ことができる。従って、圧電ポンプ１５０が脈動した場
合でも、単位時間当たりの流量減少を抑止可能な小型ポ
ンプ６００を提供することができる。

【００８２】更に、以上のように動作する本発明の小型
ポンプ６００を用いた冷却システム６２０の動作を以下
に説明する。

【００８３】図１６において、冷媒９が圧電ポンプ１５
０により高ダンピング特性パイプ１１ｅへ送り出され
る。ここで、冷媒９の流れは、高ダンピング特性パイプ
１１ｅにより周期的な変形に起因する単位時間当たりの
流量減少が改善される。流量が改善された冷媒９は、吸
熱器５へ到達する。吸熱器５では、電子デバイス７から
発生した熱を吸熱する。吸熱器５により吸熱された熱
は、冷媒９に伝導され、圧電ポンプ１５０の力により放
熱器３へ運ばれる。放熱器３に運ばれた冷媒９は、蓄え
られた熱を空気中などに放出し、再び圧電ポンプ１５０
に戻る。冷却システム６２０では、このようなサイクル
を繰り返す循環系が形成されている。

【００８４】なお、本発明の圧電ポンプ１５０は、例え
ば、流量が２０から５００ｃｃ／ｍｉｎ程度、吐出圧が
１から１０ｋＰａ程度のものであるが、これに限定され
るものではない。また、今回は、流量が５００ｃｃ／ｍ
ｉｎ程度、吐出圧が１０ｋＰａ程度の圧電ポンプを用い
た。更に、パイプ１１ａ、高ダンピング特性パイプ１１
ｅの内径は、例えば、１から５ｍｍ程度であり、好まし
いのは、２から３ｍｍ程度であるが、これに限定される
ものではない。また、今回は、内径が５ｍｍ程度の高ダ
ンピング特性パイプ１１ｅを用いた。

【００８５】更に、本実施の形態では、パイプを高ダン
ピング特性パイプ１１ｅに変更するだけで、単位時間当
たりの流量を改善することが可能なため、製造コストを
低く押さえる効果もある。

【００８６】なお、ここでは、排水側のパイプのみを高
ダンピング特性パイプ１１ｅとしたが、吸水側のパイプ
１１０ａを高ダンピング特性パイプにすることにより、
一層の効果が得られることは言うまでもない。

【００８７】また、本実施の形態の高ダンピング特性パ
イプ１１ｅは、通常の耐圧チューブなどに比べて、軟性
であるため、チューブにはフレキシブル性がある。従っ
て、狭い機器の内部を自由に配管することができるとい
う利点もある。更に、新たに機器を追加する必要がない
ため、スペースが限定されたシステムを設置する際には
非常に有効な構成である。

【００８８】更に、実施の形態４と同様、高ダンピング
特性パイプの全体のパイプに占める割合については、高
ダンピング特性パイプの比率が高いほど流量が増すこと
は言うまでもない。また、高ダンピング特性パイプと通
常のパイプの接続順序によって流量特性を改善すること
が可能であることはいうまでもない。

【００８９】なお、ここでは高ダンピング特性パイプ１
１ｅとして、高緩衝材にガラス繊維を用い、耐圧値が圧
電ポンプ１５０の吐出圧と同等のものを用いることが好
ましいが、これに限定されないことはいうまでもない。

【００９０】（実施の形態６）以下、本発明における実
施の形態６について、図面を参照しながら説明する。図
１７は、本発明における実施の形態６の小型ポンプの構
成図である。図１８は、本発明における実施の形態６の
小型ポンプに用いる複合パイプの一例の一部断面図であ
る。図１９は、本発明における実施の形態６の小型ポン
プを用いた冷却システムの構成図である。

【００９１】図１７、図１８において、１５０は、実施
の形態２と同様の圧電ポンプであり、３０は筐体１、４
０は筐体２、５０ｃは排水ノズル、５０ｄは吸水ノズル
である。１１ａはパイプ、１１ｆは、樹脂パイプ１１ｇ
と金属リング１１ｈからなる複合パイプである。更に、
１７ａはパイプ内の液体の低圧部、１７ｂはパイプ内の
液体の高圧部である。また、７００は、本実施の形態に
おける小型ポンプである。

【００９２】図１７に示すように本実施の形態における
小型ポンプ７００は、パイプ１１ａが、吸水ノズル５０
ｄを介して圧電ポンプ１５０に接続され、複合パイプ１
１ｆが、排水ノズル５０ｃを介して圧電ポンプ１５０に
接続されている。

【００９３】また、本発明の小型ポンプ７００は、例え
ば、電子デバイスを冷却する目的に用いられる。そのシ
ステム概略を図１９に示す。１５０は、圧電ポンプであ
り、１は、圧電ポンプ１５０を駆動する駆動回路、７
は、発熱源である電子デバイス、５は、電子デバイス７
に接触させて設けられた吸熱器、３は、吸熱器５により
吸熱された熱を排出する放熱器である。複合パイプ１１
ｆは、吸熱器５に接続され、パイプ１１ａは放熱器３と
接続されている。更に、パイプ１１ａは、吸熱器５と放
熱器３を接続している。９は、小型ポンプ１５０と吸熱
器５と放熱器３とパイプ１１ａ、複合パイプ１１ｆの中
を流れ、水、エチレングリコール溶液、プロピレングリ
コール溶液、シリコンオイル、フロリナートなどよりな
る冷媒である。

【００９４】このように構成された本実施の形態におけ
る小型ポンプ７００と冷却システム７１０の動作につい
て以下で詳細に説明する。

【００９５】圧電ポンプ１５０は、実施の形態２の圧電
ポンプと同様の動作原理である。従って、本実施の形態
の圧電ポンプ５２０では、ポンプ室２０内の液体には、
ダイヤフラム１０の振動により振動エネルギー（圧力）
が与えられ、そのエネルギーの一部が排水弁６０ａおよ
び吸水弁６０ｂを押し開け、ポンプ動作を行っている。
その際、液体内に振動エネルギーが蓄えられるため、液
体内の圧力はわずかであるが、正弦関数的に大小を繰り
返している。このため、一方向の流れを生じながら、そ
の流れには正弦関数的な変化を繰り返す脈動が生じる。

【００９６】図１８において、１７ａ、１７ｂは、複合
パイプ１１ｆの内部におけるある瞬間の圧力分布を示
す。これによると、低圧部１７ａと高圧部１７ｂが周期
的に発生していることがわかる。この圧力分布は、流体
が流れているのにも関わらず、ほぼ一定の周期を示す。
従って、樹脂パイプ１１ｇの高圧部１７ｂにあたる位置
に、高剛性である、例えば、金属よりなるリング１１ｈ
を設けることにより、液体の圧力変動によるパイプの変
形を低減することが可能となる。これにより、圧電ポン
プ１５０で発生した脈動でパイプの外壁が弾性変形し、
その変形に多くのエネルギーを取られることによる単位
時間当たりの流量が著しく減少することを防ぐことが可
能となる。従って、圧電ポンプ１５０が脈動した場合で
も、単位時間当たりの流量減少を抑止可能な小型ポンプ
７００を提供することが出来る。なお、ここでは、金属
リング１１ｈの幅が、低圧部１７ａの中心点と高圧部１
７ｂの中心点との距離の１／２の長さで十分な効果が認
められた。

【００９７】更に、以上のように動作する本発明の小型
ポンプ７００を用いた冷却システム７１０の動作を以下
に説明する。

【００９８】図１９において、冷媒９が圧電ポンプ１５
０により複合パイプ１１ｆへ送り出される。ここで、複
合パイプ１１ｆにより単位時間当たりの冷媒９の流量減
少が改善される。流量減少が改善された冷媒９は、吸熱
器５へ到達する。吸熱器５では、電子デバイス７から発
生した熱を吸熱する。吸熱器５により吸熱された熱は、
冷媒９に伝導され、圧電ポンプ１５０の力により放熱器
３へ運ばれる。放熱器３に運ばれた冷媒９は、蓄えられ
た熱を空気中などに放出し、再び圧電ポンプ１５０に戻
る。冷却システム７１０では、このようなサイクルを繰
り返す循環系が形成されている。

【００９９】なお、本発明の圧電ポンプ１５０は、例え
ば、流量が２０から５００ｃｃ／ｍｉｎ程度、吐出圧が
１から１０ｋＰａ程度のものであるが、これに限定され
るものではない。また、今回は、流量が５００ｃｃ／ｍ
ｉｎ程度、吐出圧が１０ｋＰａ程度の圧電ポンプを用い
た。更に、パイプ１１ａ、複合パイプ１１ｆの内径は、
例えば、１から５ｍｍ程度であり、好ましいのは、２か
ら３ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではな
い。また、今回は、内径が５ｍｍ程度の複合パイプ１１
ｆを用いた。

【０１００】更に、本実施の形態では、パイプを複合パ
イプ１１ｆに変更するだけで、単位時間当たりの流量を
改善することが可能なため、製造コストを低く押さえる
効果もある。

【０１０１】また、本実施の形態の複合パイプ１１ｆの
金属リング１１ｈ以外の部分は、通常の耐圧チューブに
比べて、柔らかい樹脂パイプ１１ｇである。樹脂パイプ
１１ｇにはフレキシブル性があり、狭い機器の内部を自
由に配管することが可能であるという利点もある。更
に、新たに機器を追加する必要がないため、スペースが
限定されたシステムを設置する際には非常に有効な発明
でもある。

【０１０２】なお、ここでは、排水側のパイプのみを複
合パイプ１１ｈとしたが、吸水側のパイプ１１ａを複合
パイプにすることにより、一層の効果が得られることは
言うまでもない。

【０１０３】更に、実施の形態４と同様、複合パイプの
全体のパイプに占める割合については、複合パイプの比
率が高いほど流量が増すことは言うまでもない。また、
複合パイプと通常のパイプの接続順序によって流量特性
を改善することが可能であることはいうまでもない。

【０１０４】なお、本実施の形態において低圧部にあた
る位置に設けられた樹脂パイプ１１ｇに、耐圧値が圧電
ポンプ１５０の吐出圧と同等のものを用い、高圧部にあ
たる位置に設けられた金属リング１１ｈに、耐圧値が圧
電ポンプ１５０の吐出圧の２倍のものを用いることが好
ましいが、これに限定されないことは言うまでもない。

【０１０５】

【発明の効果】以上のように本発明においては、圧電素
子を用いたダイヤフラムを備えるとともに、圧電素子に
よって駆動されるダイヤフラムによるポンプ室の容積変
化を利用した小型ポンプにおいて、脈動を低減すること
による単位時間当たりの流量特性を改善した高性能小型
ポンプを提供することができる。即ち、不要振動で消費
していた振動エネルギーを流体の運動エネルギーに変換
することが可能となり、単位時間当たりの流量を大きく
改善した高性能ポンプを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１における小型ポンプの
断面図

【図２】 本発明の実施の形態１における小型ポンプを
用いた冷却システムの構成図

【図３】 本発明の実施の形態２における小型ポンプの
構成図

【図４】 本発明の実施の形態２における小型ポンプを
構成する圧電ポンプの断面図

【図５】 本発明の実施の形態２における小型ポンプを
構成する緩衝器の断面図

【図６】 本発明の実施の形態２における小型ポンプを
用いた冷却システムの構成図

【図７】 本発明の実施の形態３における小型ポンプの
構成図

【図８】 本発明の実施の形態３における小型ポンプを
構成する緩衝器の断面図

【図９】 本発明の実施の形態３における緩衝器を構成
する圧電素子の平面図

【図１０】 本発明の実施の形態３における緩衝器を駆
動する駆動回路図

【図１１】 本発明の実施の形態３における小型ポンプ
を用いた冷却システムの構成図

【図１２】 本発明の実施の形態４における小型ポンプ
の構成図

【図１３】 本発明の実施の形態４における小型ポンプ
を用いた冷却システムの構成図

【図１４】 高耐圧パイプのパイプ全体に占める割合に
対する冷却システムの流量の変化を示す図

【図１５】 本発明の実施の形態５における小型ポンプ
の構成図

【図１６】 本発明の実施の形態５における小型ポンプ
を用いた冷却システムの構成図

【図１７】 本発明の実施の形態６における小型ポンプ
の構成図

【図１８】 本発明の実施の形態６における小型ポンプ
に用いる複合パイプの一例の一部断面図

【図１９】 本発明の実施の形態６における小型ポンプ
を用いた冷却システムの構成図

【図２０】 従来の小型ポンプの一例の断面図

【符号の説明】

１ 駆動回路 ３ 放熱器 ５ 吸熱器 ７ 電子デバイス ９ 冷媒 １０ ダイヤフラム １０ｂ 圧電素子 １１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ パイプ １１ｄ 高耐圧パイプ １１ｅ 高ダンピング特性パイプ １１ｆ 複合パイプ １１ｇ 樹脂パイプ １１ｈ 金属リング １７ａ 低圧部 １７ｂ 高圧部 ２０ ポンプ室 ３０ 筐体１ ４０ 筐体２ ５０ａ 排水口 ５０ｂ 吸水口 ５０ｃ 排水ノズル ５０ｄ 吸水ノズル ６０ａ 排水弁 ６０ｂ 吸水弁 ７０、７０ａ、７０ｂ 緩衝板 ８０、８０ａ、８０ｂ リーク穴 ９０、９０ａ、９０ｂ 緩衝室 １００、２００、４００、５００、６００、７００ 小
型ポンプ １１０、２１０、４１０、５１０、６２０、７１０ 冷
却システム １２０、３００ 緩衝器 １３０ 緩衝器筐体 １４０ａ 流入ノズル １４０ｂ 流出ノズル １５０ 圧電ポンプ ２１０ 緩衝器ダイヤフラム ２１０ａ 緩衝器弾性シム板 ２１０ｂ 緩衝器圧電素子 ２３０ 緩衝器筐体１ ２４０ 緩衝器筐体２ ２５０ａ 緩衝器排水口 ２５０ｂ 緩衝器吸水口 ２５０ｃ 緩衝器排水ノズル ２５０ｄ 緩衝器吸水ノズル ２９０ 緩衝室 ３５０ 第１の電極 ３６０ 第２の電極 ３８０ 整形器 ３９０ 増幅器 ８２１ 吸水弁 ８２２ 排水弁 ８２３ ベース ８２４ 吸水口 ８２５ 排水口 ８２６ ポンプ室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守時 克典 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3H071 AA01 BB01 CC01 CC21 CC25 CC33 DD04 DD89 EE07 EE15 3H075 AA01 BB02 CC17 DA30 DB02 3H077 AA01 CC02 CC09 DD06 EE24 FF06 FF13 FF36 FF60 5F036 AA01 BA05 BB41

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子の駆動によりたわみ振動を発す
   るダイヤフラムと、 前記ダイヤフラムが設けられ、前記たわみ振動による容
   積変化により液体を圧出するポンプ室と、 前記ポンプ室に液体を供給する吸水口と、 前記ポンプ室から圧出される液体を外部へ排出する排水
   口と、 前記ポンプ室と前記吸水口との間に設けられ、液体を吸
   水口から前記ポンプ室に供給する吸水弁と、 前記ポンプ室と前記排水口との間に設けられ、前記ポン
   プ室から圧出される液体を排水口へ流出する排水弁と、 前記たわみ振動に起因する脈動による液体の内圧変化を
   除去する緩衝器と、を有することを特徴とする小型ポン
   プ。
2. 【請求項２】 前記緩衝器が、 前記内圧変化を有する液体を流入する緩衝室と、 前記緩衝室に設けられ、前記内圧変化を熱エネルギーお
   よび空気の振動に変換する緩衝板と、 前記緩衝室に設けられ、前記空気の振動を大気圧に漏え
   いするリーク穴とを有することを特徴とする請求項１に
   記載の小型ポンプ。
3. 【請求項３】 前記緩衝器は、少なくとも前記排水弁と
   前記排水口の間に設けられることを特徴とする請求項１
   に記載の小型ポンプ。
4. 【請求項４】 前記緩衝器は、少なくとも前記排水口の
   下流に設けられることを特徴とする請求項１に記載の小
   型ポンプ。
5. 【請求項５】 前記緩衝器は、 前記内圧変化を有する液体を流入する緩衝室と、 前記緩衝室に保持され、第１の電極と第２の電極を有す
   る圧電素子の該第１の電極の駆動によりたわみ振動を発
   し、該第２の電極により前記液体の内圧変化に応じた信
   号を検出する緩衝手段と、 前記信号の逆位相の信号を生成する整形回路と、 前記逆位相の信号のレベルを増幅する増幅器と、 からなる緩衝器駆動回路と、 を有し、 前記緩衝器駆動回路からの信号を前記第１の電極に印加
   することを特徴とする請求項１に記載された小型ポン
   プ。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の小型ポンプと、 前記小型ポンプを駆動する駆動回路と、 作動により熱を発生する電子デバイスと、 前記電子デバイスに接触し、電子デバイスから発生する
   熱を吸熱する吸熱器と、 前記吸熱器が吸熱した熱を放熱する放熱器と、 前記小型ポンプと前記吸熱器と前記放熱器を接続する流
   路と、 前記小型ポンプと前記吸熱器と前記放熱器と前記流路を
   流通し、前記電子デバイスからの熱を運搬する冷媒と、
   を有することを特徴とする冷却システム。
7. 【請求項７】 前記排水口と前記緩衝器との間に、前記
   吸熱器または放熱器の少なくともいずれか１つを設ける
   ことを特徴とする請求項６に記載の冷却システム。
8. 【請求項８】 圧電素子の駆動によりたわみ振動を発
   するダイヤフラムと、 前記ダイヤフラムが設けられ、前記たわみ振動による容
   積変化により液体を圧出するポンプ室と、 前記ポンプ室に液体を供給する吸水口と、 前記ポンプ室から圧出される液体を外部へ排出する排水
   口と、 前記ポンプ室と前記吸水口との間に設けられ、液体を吸
   水口から前記ポンプ室に供給する吸水弁と、 前記ポンプ室と前記排水口との間に設けられ、前記ポン
   プ室から圧出される液体を排水口へ流出する排水弁と、 からなる圧電ポンプと、 少なくとも前記排出口の下流に設けられ、前記たわみ振
   動に起因する脈動による液体の内圧変化を除去する第１
   の流路と、を有することを特徴とする小型ポンプ。
9. 【請求項９】 前記第１の流路の耐圧値は、前記圧電ポ
   ンプの吐出圧の２倍以上であることを特徴とする請求項
   ８に記載の小型ポンプ。
10. 【請求項１０】 前記第１の流路は、金属またはフッ素
    樹脂の少なくとも１つからなるパイプであることを特徴
    とする請求項９に記載の小型ポンプ。
11. 【請求項１１】 前記第１の流路の耐圧値は、前記圧電
    ポンプの吐出圧と同等以下とすることを特徴とする請求
    項８に記載の小型ポンプ。
12. 【請求項１２】 前記第１の流路は、ガラス繊維を充填
    し、内部ロスを増やしたブチルゴムからなるパイプであ
    ることを特徴とする請求項１１に記載の小型ポンプ。
13. 【請求項１３】 前記液体の内圧変化により生じる振動
    の節部において、前記第１の流路の耐圧値を前記圧電ポ
    ンプの吐出圧に対して同等以下とし、前記振動の腹部に
    おいて、前記第１の流路の耐圧値を前記吐出圧の２倍以
    上とすることを特徴とする請求項８に記載の小型ポン
    プ。
14. 【請求項１４】 前記第１の流路は、樹脂パイプと金属
    リングからなり、 前記振動の腹部において、前記樹脂パイプに前記金属リ
    ングを設けることを特徴とする請求項１３に記載の小型
    ポンプ。
15. 【請求項１５】 前記第１の流路を前記排水口に接続す
    ることを特徴とする請求項８に記載の小型ポンプ。
16. 【請求項１６】 請求項８に記載の小型ポンプと、 前記圧電ポンプを駆動する駆動回路と、 作動により熱を発生する電子デバイスと、 前記電子デバイスに接触し、電子デバイスから発生する
    熱を吸熱する吸熱器と、 前記吸熱器が吸熱した熱を放熱する放熱器と、 前記小型ポンプと前記吸熱器と前記放熱器を接続する第
    ２の流路と、 前記小型ポンプと前記吸熱器と前記放熱器と前記第１の
    流路と前記第２の流路を流通し、前記電子デバイスから
    の熱を運搬する冷媒と、を有することを特徴とする冷却
    システム。
17. 【請求項１７】 前記第１の流路の長さは、前記第１の
    流路と第２の流路の合計の長さの４０％以上であること
    を特徴とする請求項１６記載の冷却システム。