JP2006233925A - ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】シーリングが不要になり部品点数が減少し、且つ、ポンプ運転中の騒音を抑制でき、構造がシンプルでポンプ効率の高いダイヤフラムポンプを提供する。
【解決手段】ダイヤフラム１３の往復動作により容積が変更するポンプ室１４には、４個の吸込弁２２ａ〜２２ｄと４個の吐出弁２３ａ〜２３ｄを設ける。個々の吸込弁２２ａ〜２２ｄ及び吐出弁２３ａ〜２３ｄは、ダイヤフラム１３と対向する吸込側室壁１６、吐出側室壁１７に夫々分散配置する。又、ダイヤフラム１３の駆動手段としてはボイスコイルモータ１３を用い、該ボイスコイルモータ１３の駆動コイル２４には、人の耳に聞こえない周波数２０ＫＨｚ以上の電流を供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明はダイヤフラムポンプに関するものであり、特に、パソコンのＣＰＵなどを冷却するための水冷システムにおいて好適に使用されるダイヤフラムポンプに関するものである。

従来、パソコン等における水冷システムでは冷却水循環用小型ポンプが使用され、特に、該小型ポンプとしては、遠心型渦巻きポンプが広く使われている。此種の冷却水循環用遠心渦巻きポンプの構成例を図２に示す。

図２に示すように、吸込口１及び吐出口２を有するポンプ本体３内には羽根車４が設けられている。又、羽根車４に連結された主軸５は、軸受６を介して回転自在に支持され、主軸５とポンプ本体３との間にはシーリング部材７が介装されている。

従って、主軸５を原動機（モータ）８で回転駆動すれば、羽根車４の回転作用により吸込口１から一定量の冷却水Ｗがポンプ室９に流入すると共に、吐出口２から一定量の冷却水Ｗがポンプ室９から流出する（例えば、特許文献１）。
特開昭６２−６８９号

従来の遠心型渦巻きポンプにおいては、主軸５とポンプ本体３を繋ぐ箇所にシーリング部材７を設けなければならない。この場合、主軸５はポンプの負荷変動に応じて回転するので、所要の液密性を確保するためには、複雑なシーリング構造が必要になり、部品点数が多くなり、ポンプ自体が大型化する。

要するに、従来型ポンプは、羽根車４と原動機８を結合する主軸（駆動伝達軸）５が存在するため、冷却水Ｗが漏れないようにシーリングを施す必要があり、構造が複雑で大型化する。更に、ポンプ作動時には羽根車４及び駆動伝達軸５の回転に起因して、周囲に大きな騒音を発生させるという問題があった。

また、ポンプの小型化等を図るべく、複数枚の駆動用圧電素子でダイヤフラムポンプを動かすことにより、冷却水を圧送するタイプのダイヤフラムポンプも知られている。しかし、このタイプのポンプは、圧電素子が高価であるのでコスト高を招くうえに、組立・構造も複雑になり、ポンプ効率も低い等の欠点を有する。

そこで、シーリングが不要になり、且つ、騒音を小さくできると共に、ポンプ効率が高いシンプル構造の小型ポンプを安価に提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は該課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ダイヤフラムの往復動作により容積が変化するポンプ室と、該ポンプ室に流体を流入させる吸込弁と、該ポンプ室から流体を吐出させる吐出弁とを有するダイヤフラムポンプであって、前記ダイヤフラムの駆動源がボイスコイルモータであるダイヤフラムポンプを提供する。

この構成によれば、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）によりダイヤフラムが往復駆動されることにより、吸込弁と吐出弁が交互に開閉動作して、ポンプ室内に流体が流入すると同時に、該ポンプ室から流体が流出する。

請求項２記載の発明は、上記ボイスコイルモータに供給される駆動電流の周波数が２０ＫＨｚ以上である請求項１記載のダイヤフラムポンプを提供する。

この構成によれば、ボイスコイルモータには周波数２０ＫＨｚ以上の駆動電流が供給されるので、ボイスコイルモータによるダイヤフラムポンプの動作時に、周囲に居る人間の耳に動作音が聞こえない。

請求項３記載の発明は、上記吸込弁及び吐出弁は共に複数設けられ、各吸込弁及び各吐出弁は夫々、上記ポンプ室の吸込側及び吐出側に分散して配置されている請求項１又は２記載のダイヤフラムポンプを提供する。

この構成によれば、ポンプ室の吸込側及び吐出側の全領域内に、複数の吸込弁及び複数の吐出弁がそれぞれ分散して配置されているので、流体の圧力、流量などの変動する負荷は、各吸込弁及び各吐出弁に極力均等に分散され、ポンプ室の吸込側領域及び吐出側領域における吸込作用及び吐出作用が高まる。

請求項４記載の発明は、上記吸込弁及び吐出弁は上記ポンプ室において互いに対称位置に配設され、且つ、該吸込弁及び吐出弁の個数が互いに同数である請求項１，２又は３記載のダイヤフラムポンプを提供する。

この構成によれば、吸込弁および吐出弁は互いに同数であり、ポンプ室の吸込側箇所及び吐出側箇所に対称箇所に配設されているので、ポンプ室内における吸込作用と吐出作用が互いにバランス良く行われ、流体の流れが極力連続かつ均等に形成される。

請求項１記載の発明は、ボイスコイルモータによるダイヤフラムの往復駆動によってポンプ作用を行うので、遠心型渦巻きポンプで必要であった駆動伝達軸が不要になり、シーリング構造を無くすことができ、動作時の騒音が小さくなり、併せて負荷変動に対する追従性も向上する。しかも、圧電素子駆動型のポンプに比べても、高価な複数枚の圧電素子が不要となり、組立・構造がシンプルで圧送効率が高い小型のポンプを安価に提供できる。

請求項２記載の発明は、ダイヤフラムポンプの動作中に、周囲の人間に動作音が聞こえないので、請求項１記載の効果に加えて、人間に騒音を感じさせなくなり、見かけ上の騒音を小さくできるメリットがある。

請求項３記載の発明は、各吸込弁及び各吐出弁に対する流体負荷が分散され、吸込作用及び各吐出作用が高くなるので、請求項１又は２記載の効果に加えて、流体負荷の変動が大きい場合でも、従来に比べポンプ性能が向上するという格別の効果を奏する。

請求項４記載の発明は、ポンプ室内における吸込作用と吐出作用が相互に対応して実行され、流体の流れが連続して均等に形成されるので、請求項１，２又は３記載の効果に加えて、ダイヤフラムポンプの吸込効率および吐出効率が一層増大するという優れた効果を奏する。

本発明は、ポンプ室の容積を変更させるダイヤフラムの駆動源が、往復動モータたるボイスコイルモータであり、該ボイスコイルモータには２０ＫＨｚ以上の駆動電流が供給され、ポンプ室の吸込側及び吐出側の全領域に複数の吸込弁及び吐出弁が夫々設置されていることにより、シーリングが不要になり部品点数が減少し、静音性が向上するという目的を達成した。

以下、本発明の一実施の形態を図１に従って説明する。本実施例は、パソコンのＣＰＵを水冷するシステムに使用される冷却水循環用小型ポンプに適用したものであるが、本発明ポンプは閉鎖型流路に限定されず、開放型流路にも勿論設置可能である。

本実施例は、シーリング部材や駆動軸が不要になって構造が簡素化し、騒音を抑制できるだけでなくポンプ効率を向上させるようにするために、振動型ダイヤフラム（隔膜）１３の駆動源が、周波数２０ＫＨｚ以上の電流で駆動されるボイスコイルモータ１２であり、ポンプ室１４の吸込部（吸込口）１７、吐出部（吐出口）１８にそれぞれ４個の吸込弁２２ａ〜２２ｄ、４個の吐出弁２３ａ〜２３ｄを分散配置したものである。

図１は、本実施例に係る往復型の冷却水循環用ダイヤフラムポンプ１１により液体を圧送するときの状態を示す模式的断面図である。図示の如く、ダイヤフラムポンプ１１は、アクチュエータであるボイスコイルモータ１２により、図中上下へ振動駆動されるダイヤフラム１３を有し、該ダイヤフラム１３は、適度な可撓性をもつゴム板又は金属薄板から成る。

ダイヤフラム１３の上側にはポンプ室１４が設けられ、ポンプ室１４の容積は、ダイヤフラム１３の往復振動により周期的に変化する。ポンプ室１４の上側には吸込側室壁１５、吐出側室壁１６を介して、吸込室１７、吐出室１８がそれぞれ設けられている。吸込室（吸込口）１７、吐出室（吐出口）１８にはそれぞれ、冷却水循環用流入パイプ１９、冷却水循環用流出パイプ２０が連通接続されている。また、吸込室１７と吐出室１８は、仕切り壁２１により互いに区画されている。

吸込側室壁１５の全域には、複数（図示例では４個）の吸込弁２２ａ〜２２ｄが設けられ、これら吸込弁２２ａ〜２２ｄは、液体Ｗの移動方向、即ち図１における左方向に沿って一定又は任意の間隔あけて分散配置されている。吸込弁２２ａ〜２２ｄは、ポンプ室１４の内圧が吸込室１７の内圧がよりも小さくなり、その差圧が設定値以上になると開弁する。

同様に、吐出側室壁１６の全域には、吸込弁２２ａ〜２２ｄと同数の吐出弁２３ａ〜２３ｄが設けられ、該吐出弁２３ａ〜２３ｄは、液体Ｗの移動方向に沿って一定又は任意の間隔あけて分散配置されている。吐出弁２３ａ〜２３ｄは、ポンプ室１４の内圧が吐出弁２３ａ〜２３ｄの内圧よりも大きくなり、その差圧が設定値以上になると開弁する。

従って、吐出弁２３ａ〜２３ｄ及び吸込弁２２ａ〜２２ｄは、ダイヤフラム１３の振動で変化するポンプ室１４の内圧変動（容量変化）に応じて開閉動作し、且つ、吐出弁２３ａ〜２３ｄの開弁動作・閉弁動作は、吸込弁２２ａ〜２２ｄの閉弁動作・開弁動作と同期して周期的に行われる。

吸込弁２２ａ〜２２ｄ及び吐出弁２３ａ〜２３ｄの開力、即ち開弁に要する駆動力は、互いに同一に設定しても良いし、必要により、液体Ｗの圧力変化に相違に応じて、互いに異ならせても良い。例えば、各吸込弁２２ａ〜２２ｄ及び各吐出弁２３ａ〜２３ｄは、前記配置の順番で、弁作動する圧力又は弁開口面積が順次大になるように構成できる。

前述の如く、ダイヤフラム１３の駆動源としては、駆動コイル２４を有するボイスコイルモータ１２が使用されている。このボイスコイルモータ１２は、鉄心と永久磁石と駆動コイル２４とから概略構成されている。

前記ボイスコイルモータ１２は、永久磁石の磁界中におかれた駆動コイル２４に電流を供給し、該電流に比例して直進往復運動を行うものであり、該駆動コイル２４に正弦波の駆動電流を供給することにより、ダイヤフラム１３は図中上下へ振動する。

この場合、ボイスコイルモータ１２は、その可動部をダイヤフラム１３の下面に一体に駆動可能に連結するが、駆動コイル２４に対して鉄心を可動させる方式と、これとは逆に、鉄心に対して駆動コイル２４を可動させる方式とがある。また、駆動電流としては、例えば、周波数２０ＫＨｚ以上の駆動電流を使用することができる。

図示例のダイヤフラムポンプ１１の運転に際しては、ボイスコイルモータ１２の駆動コイル２４に正逆の電流を供給することにより駆動力が発生し、該駆動力によってダイヤフラム１３が上下方向に往復振動する。このダイヤフラム１３の往復動作に伴い、吸込弁２２ａ〜２２ｄと吐出弁２３ａ〜２３ｄが互いに半周期ずれて開閉動作される。

斯くして、液体Ｗは、流入パイプ１９から吸込室１７に流入した後、吸込弁２２ａ〜２２ｄを通過して、ポンプ室１４の負荷圧に応じた一定量だけ規則的に吸い込まれると共に、ポンプ室１４から吐出室１８に液体Ｗが吐出して、流出パイプ２０側に圧送される。

このように、本実施例に係るダイヤフラムポンプ１１は、ボイスコイルモータ１２によるダイヤフラム１３の往復振動によってポンプ作用を行うので、駆動伝達軸及びシーリング構造が不要になり、部品点数を大幅に削減できる。

また、圧電素子アクチュエ−タ型ポンプと異なり、高価な圧電素子を必要とせず、広域駆動とリニアルティーと流体圧送効率とが共に優れた高性能の冷却水循環用ポンプを安価に量産化できる。

ここで、ボイスコイルモータ１２の駆動電流として、２０ＫＨｚ以上の高周波電流を使用した場合、ダイヤフラムポンプ１１の弁動作時に、周囲に居る人間の耳に動作音が聞こえないので、人間に及ぼす騒音レベルが事実上大幅に低減される。

さらに、吸込側室壁１５、吐出側室壁１６のそれぞれの全領域にわたり、４個の吸込弁２２ａ〜２２ｄ、４個の吐出弁２３ａ〜２３ｄが分散して配置されている。このことにより、たとえ液体Ｗの流量負荷又は圧力負荷が急激に変化した場合でも、各吸込弁２２ａ〜２２ｄ及び各吐出弁２３ａ〜２３ｄに対する流体負荷が極力均等に分散されるようになる。その結果、ポンプ室１４内において液体Ｗが応答性良く速やかに移動し、常に円滑なポンプ作用が確保され、ポンプ効率が向上する。

図示例では、４個の吸込弁２２ａ〜２２ｄおよび４個の吐出弁２３ａ〜２３ｄは、ダイヤフラム１３と対向する吸込側室壁１５、吐出側室壁１６に、図中左右両側に対称的に位置して配設されている。このことにより、吸込側室壁１５、吐出側室壁１６における液体Ｗの流れが連続して極力均一に形成されるので、ポンプ室１４に出入り液体Ｗの流れが可及的速やかに行われ、ダイヤフラムポンプ１１による吸込効率および吐出効率が一層増大する。

上記実施例では流体Ｗとして液体を一例に挙げて説明したが、流動性を有する物質であ
れば、液体に類似した液状物質または気体であっても良い。

尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明の一実施の形態を示し、ダイヤフラムポンプの模式的断面図。 従来の遠心型渦巻きポンプの構成例を示す模式的断面図。

符号の説明

１ 吸込口
２ 吐出口
３ ポンプ本体
４ 羽根車
５ 主軸
６ 軸受
７ シーリング部材
８ 原動機
９ ポンプ室
１１ ダイヤフラムポンプ
１２ ボイスコイルモータ（駆動部）
１３ ダイヤフラム
１４ ポンプ室
１５ 吸込側室壁
１６ 吐出側室壁
１７ 吸込室
１８ 吐出室
１９ 流入パイプ
２０ 流出パイプ
２１ 仕切り壁
２２ａ〜２２ｄ吸込弁
２３ａ〜２３ｄ吐出弁
２４ 駆動コイル
Ｗ 液体（冷却水）

Claims (4)

1. ダイヤフラムの往復動作により容積が変化するポンプ室と、該ポンプ室に流体を流入させる吸込弁と、該ポンプ室から流体を吐出させる吐出弁とを有するダイヤフラムポンプであって、前記ダイヤフラムの駆動源がボイスコイルモータであることを特徴とするダイヤフラムポンプ。
2. 上記ボイスコイルモータに供給される駆動電流の周波数が２０ＫＨｚ以上であることを特徴とする請求項１記載のダイヤフラムポンプ。
3. 上記吸込弁及び吐出弁は共に複数設けられ、各吸込弁及び各吐出弁は夫々、上記ポンプ室の吸込側及び吐出側に分散して配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のダイヤフラムポンプ。
4. 上記吸込弁及び吐出弁は上記ポンプ室において互いに対称位置に配設され、且つ、該吸込弁及び吐出弁の個数が互いに同数であることを特徴とする請求項１，２又は３記載のダイヤフラムポンプ。
   

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