JP4966213B2 - ダイヤフラムポンプと流路板の結合構造 - Google Patents

Description

本発明は、ダイヤフラムポンプを流路板に結合する結合構造に関する。

本出願人は、例えば水冷ノート型パソコンの冷却水循環ポンプとして用いるダイヤフラムポンプ（圧電ポンプ）を開発中である。部品の収納スペースが限られているノート型パソコンでは、ポンプの小型化薄型化が求められている。

しかし従来品は、圧電ポンプの吸入ポートと吐出ポートはハウジングから突出する突起物として形成し、両ポートに接続する管路はフレキシブルチューブを用いるのが一般的であった。このため、圧電ポンプ自体を薄型小型にしても、突起物としての吸入ポートと吐出ポート及び該両ポートへのチューブを含む接続部回りの構成が薄型化小型化の妨げとなっていた。

このような技術背景から、本出願人は既に、ダイヤフラムポンプの吸入ポートと吐出ポートに対し、チューブ体を用いることなく管路を接続することができる管路構造を備えたダイヤフラムポンプを提案した（特願２００６-２８５８４２号）。具体的には、ダイヤフラムポンプのハウジングに流路板を重ね、ダイヤフラムポンプの吸入ポートと吐出ポートを、流路板の吸入流路と吐出流路に直接接続するダイヤフラムポンプである。
特開２００４-１３４７４２号公報 再公表特許ＷＯ２００５-２３０７号公報

ところが、ダイヤフラムポンプのハウジングは合成樹脂材料から構成しているため、薄型化すると特に流路板との接続強度上の問題が発生することが明らかになった。すなわち、金属薄板から構成する流路板をダイヤフラムポンプに固定する際、ダイヤフラムの外側においては、例えば締結ボルトをダイヤフラムポンプの一対のハウジングに跨らせて固定できるのに対し、ダイヤフラムの内側においては、流路板が存在する（接する）側のハウジングだけにしか結合できず、十分な結合強度を得ることが困難である。特に、ダイヤフラムの内側には、ダイヤフラムポンプの吸入ポートと吐出ポートを、流路板の吸入流路と吐出流路に液密に接続するためのＯリング（シール部材）が存在し、このＯリングが流路板とダイヤフラムポンプ（ハウジング）の間に離間力を作用させるため、流路の液密性が損なわれるおそれがある。また、流路板は金属製の非常に薄い板で形成されているため、ハウジングとの十分な接合強度及び液密性を確保しようとすると、ハウジングを流路板に強い力で押し付けることとなり、Ｏリングの反発力により流路板が変形する恐れがあった。

本発明は、以上の問題意識に基づき、ダイヤフラムポンプと流路板とを特にダイヤフラムの内側領域において強固に結合できる結合構造を得ることを目的とする。

本発明は、一対のハウジングと、該一対のハウジングの間に挟着され少なくとも一方のハウジングとの間にポンプ室を形成するダイヤフラムと、上記ポンプ室を形成するハウジングに形成した吸入ポート及び吐出ポートと、この吸入ポート及び吐出ポートと上記ポンプ室との間にそれぞれ設けた吸入側逆止弁と吐出側逆止弁と、を有するダイヤフラムポンプ；に、該ダイヤフラムポンプの吸入ポートと吐出ポートを有するハウジングに重ねられ、該吸入ポートと吐出ポートに連通する吸入流路と吐出流路を有する流路板；を結合するダイヤフラムポンプと流路板の結合構造において、ダイヤフラムポンプの吸入ポートと吐出ポートを有するハウジングに、上記ダイヤフラムの平面形状の内側に位置させて突出形成した少なくも一つの固定突起；流路板に形成した、この固定突起が嵌合する貫通穴；及びこの貫通穴から突出した上記固定突起に係合し、流路板をダイヤフラムハウジングに接触させる固定具；を有することを特徴としている。

固定突起は、例えば一対を設け、この一対の固定突起の間に単一の固定具を係合させることができる。

この一対の固定突起には、対向する面にそれぞれ、固定具の係止溝を形成することができる。そして、この一対の固定突起の係止溝間に係止される単一の固定具は、該一対の係止溝間に係止されたとき、流路板をハウジングに押し付けるばね性材料から構成することが望ましい。

ダイヤフラムポンプの吸入ポートと吐出ポートを有するハウジングには、吸入側逆止弁と吐出側逆止弁と同心の吸入側環状溝と吐出側環状溝を設け、流路板の上記吸入流路と吐出流路にはそれぞれ、この吸入側環状溝と吐出側環状溝に嵌合する吸入側と吐出側の筒状突起を形成することが望ましい。

この吸入側と吐出側の環状溝と、吸入側と吐出側の筒状突起の間には、Ｏリングを挿入し液密を保持する。

振動するダイヤフラムは、具体的には少なくとも、導電性金属薄板からなるシムの表裏の少なくとも一方に圧電体を積層してなる圧電振動子を用いることができる。

流路板は、複数の金属板材を積層した積層流路板から構成するのが実際的である。

本発明によれば、ダイヤフラムポンプと流路板を結合するに際し、ダイヤフラムポンプの吸入ポートと吐出ポートを有するハウジングに、ダイヤフラムの平面形状の内側に位置させて少なくも一つの固定突起を突出形成し、流路板には、この固定突起が嵌合する貫通穴を形成し、この貫通穴から突出した固定突起に対し、流路板をダイヤフラムハウジングに接触させる固定具を係合させたので、特にダイヤフラムの内側領域において、流路板とダイヤフラムポンプのハウジングを強固に結合することができる。

この実施形態は、流路板（流路シート）１０と、２バルブ型圧電ポンプ２０とを結合する態様に本発明を適用したものである。流路板１０は、互いに接着される２枚（一対）の金属板材（ブレージングシート）１０Ｕと１０Ｄを有し、図上の上側金属板材１０Ｕには、吸入流路１１を構成する流路凹部１１ａと、吐出流路１２を構成する流路凹部１２ａとが形成されている。この吸入流路１１（流路凹部１１ａ）と吐出流路１２（流路凹部１２ａ）の端部は互いに接近しており、下側金属板材１０Ｄには、この吸入流路１１（流路凹部１１ａ）と吐出流路１２（流路凹部１２ａ）の端部に位置させて、筒状突起１１ｂと筒状突起１２ｂ（図４、図５）が形成されている。図１ないし図３では、流路板１０の一部のみを描いているが、流路板１０には、吐出流路１２から吸入流路１１に至る図示しない連続流路が形成されており、この連続流路上に、発熱源（例えばＣＰＵ、ＧＰＵ、チップセット）、ラジエータ（放熱器）、タンク等が配置され、該連続流路を流れる冷媒により、発熱源が冷却される。

金属板材１０Ｕ、１０Ｄは、Ａｌ、Ｃｕ、ＳＵＳなどの０．１〜０．５ｍｍ程度の薄板を使用し、流路の厚さを例えば１ｍｍ以下とすることで薄型化を実現できる。

圧電ポンプ２０は、図示下方から順に合成樹脂製のアッパハウジング２０Ｕとロアハウジング２０Ｄを有している。アッパハウジング２０Ｕとロアハウジング２０Ｄの間には、図４、図５に示すように、Ｏリング２１を介して平面円形の圧電振動子（ダイヤフラム）２２が液密に挟着支持されていて、該圧電振動子２２とアッパハウジング２０Ｕとの間にポンプ室Ｐを構成している。圧電振動子２２とロアハウジング２０Ｄとの間には、大気室Ａが形成される。

圧電振動子２２は、中心部のシム２２ａと、シム２２ａの表裏の両面に積層形成した圧電体２２ｂとを有するバイモルフタイプを図示している。シム２２ａ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。表裏の圧電体２２ｂは、例えば厚さ３００μｍ程度のＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3）から構成されるもので、その表裏方向に同一方向の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。

一対のアッパハウジング２０Ｕとロアハウジング２０Ｄのうち、流路板１０側のアッパハウジング２０Ｕには、流路板１０の筒状突起１１ｂが嵌入する吸入側環状溝２３と、筒状突起１２ｂが嵌入する吐出側環状溝２４が形成されており、この吸入側環状溝２３と吐出側環状溝２４の内側に、吸入ポート２５と吐出ポート２６が位置している。

吸入ポート２５と吐出ポート２６にはそれぞれ、吸入流路１１とポンプ室Ｐとを連通させる複数の流路穴２５ａと２６ａが穿設されており、この流路穴２５ａと２６ａには、吸入側逆止弁（アンブレラ）２７と吐出側逆止弁（アンブレラ）２８が設けられている。吸入側逆止弁２７は、吸入流路１１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逆止弁であり、吐出側逆止弁２８は、ポンプ室Ｐから吐出流路１２への流体流を許してその逆の流体流を許さない逆止弁である。

吸入側逆止弁２７及び吐出側逆止弁２８は、吸入側環状溝２３（吸入ポート２５）及び吐出側環状溝２４（吐出ポート２６）と同心である。そして、流路穴２５ａ及び２６ａの軸線は互いに平行をなし、かつ圧電振動子２２と直交する位置関係にある。吸入側環状溝２３と筒状突起１１ｂの間及び吐出側環状溝２４と筒状突起１２ｂの間の環状隙間にはそれぞれ、シール部材としてのＯリング２９が挿入される。このＯリング２９は、流路板１０と圧電ポンプ２０を離間させる力を作用させる。

以上の流路板１０と圧電ポンプ２０は、圧電振動子２２の輪郭の外側部分においては、締結ボルト３０（図１、図３）によって結合される。この締結ボルト３０は、圧電ポンプ２０のアッパハウジング２０Ｕとロアハウジング２０Ｄの双方に跨る長さ、あるいはアッパハウジング２０Ｕとロアハウジング２０Ｄを貫通する長さとすることができ、十分な結合強度を得ることができる。

しかし、圧電振動子２２の平面的な輪郭内（平面形状の内側）では、このような固定構造は採用できない。しかも、圧電振動子２２の輪郭内には、流路板１０と圧電ポンプ２０に離間力を作用させるＯリング２９が位置しており、圧電振動子２２の輪郭内において流路板１０と圧電ポンプ２０を強固に固定する必要がある。

本実施形態は、圧電振動子２２の輪郭内での流路板１０と圧電ポンプ２０の結合強度を高め、かつ、流路板１０の変形を防止するため、圧電ポンプ２０のアッパハウジング２０Ｕに、圧電振動子２２の輪郭内に位置し、流路板１０側に突出する一対の固定突起３５を設ける一方、流路板１０に、この固定突起３５が嵌合する一対の貫通穴１５を設けている。一対の固定突起３５には、互いの対向面に、係止溝３５ａが形成されている。この一対の係止溝３５ａは、圧電ポンプ２０の一対の固定突起３５を流路板１０の一対の貫通穴１５に嵌め、流路板１０とアッパハウジング２０Ｕを密着させた状態において流路板１０の表面に露出する。固定具１７は、この一対の固定突起３５の係止溝３５ａの間に係止され、流路板１０をアッパハウジング２０Ｕに接触させる。固定具１７は、例えば図５に鎖線で示すように、自由状態でその両端部が流路板１０から離間するようなばね性を有する材料から構成するのが望ましい。このばね性に抗して固定具１７の両端部を係止溝３５ａに係合させることにより、流路板１０をアッパハウジング２０Ｕに弾性的に接触させ、圧電振動子２２の輪郭内において、流路板１０を変形させることなく流路板１０と圧電ポンプ２０を強固に結合することができる。

このように、圧電ポンプ２０と流路板１０を結合固定した状態において、圧電ポンプ２０の圧電振動子２２を正逆に弾性変形（振動）させると、ポンプ室Ｐの容積が拡大する行程では、吸入側逆止弁２７が開いて吐出側逆止弁２８が閉じるため、吸入流路１１、吸入ポート２５からポンプ室Ｐ内に液体（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２８が開いて吸入側逆止弁２７が閉じるため、ポンプ室Ｐから吐出ポート２８、吐出流路１２に液体が流出する。吐出流路１２を出た液体は、流路板１０上の連続流路を流れて吸入流路１１に至り（戻り）、その間に、連続流路上の発熱源を冷却する。

以上の実施形態では、圧電ポンプ２０側の固定突起３５と、流路板１０側の貫通穴１５を一対ずつ設けたが、単一にすることもできる。図６は、単一の固定突起３５Ｓと貫通穴１５Ｓを設けた実施形態で、圧電ポンプ２０のハウジング２０Ｕに、圧電振動子２２の輪郭内に位置させて突出させた円柱状をなす固定突起３５Ｓには、固定突起３５Ｓを貫通穴１５Ｓに嵌めた状態で、流路板１０の貫通穴１５Ｓの上側に位置する環状溝３６が形成されている。一方、固定具１７Ｓは、固定突起３５Ｓを挿通させる径の挿入穴１８と、環状溝３６に対応する幅の抜止溝１９が連続させて形成されている。従って、挿入穴１８を固定突起３５Ｓに嵌めた後、抜止溝１９が環状溝３６に係合するように固定具１７Ｓをスライドさせることにより、圧電ポンプ２０と流路板１０を固定することができる。挿入穴１８と抜止溝１９との境界部には、環状溝３６の溝壁と摩擦係合する抜止小突起１９Ｓを設けることが好ましい。この固定構造は、図１ないし図５の一対の固定突起と貫通穴を有するタイプにも適用でき、固定具は一対の固定突起に共通の単一部材とすることができる。

図７ないし図９は、流路板１０の流路（循環流路）１１、１２の別の形成例を示している。図７は、金属板材（ブレージングシート）１０Ｕと１０Ｌの対向面にそれぞれ、流路凹部１１ａ、１２ａをスタンプ加工で形成した例、図８は、一方の金属板材１０Ｌのみに同様に流路凹部１１ａ、１２ａを形成した例、図９は、上下の無穴板材１０Ｕ、１０Ｌの間に、貫通流路穴１１ｃ、１２ｃを形成した流路板材１０Ｍを位置させて流路１１、１２を形成した例を示している。図９の例においては、流路板１０の全体に貫通させて、冷却能を高めるとともに、ロウ材を逃がすための貫通穴１１ｄが形成されている。中間の流路板材１０Ｍの枚数は適宜増やすことができる。

以上の実施形態では、ダイヤフラムとしてバイモルフ型の圧電振動子２２を例示したが、ユニモルフ型の圧電振動子を用いることもできる。また、以上の実施形態は、圧電振動子２２の一面のみにポンプ室Ｐを形成する２バルブ型のダイヤフラムポンプに本発明を適用したものであるが、両面にポンプ室を形成するタイプのダイヤフラムポンプにも本発明は適用可能である。さらに、本発明は、ダイヤフラムの振動によりポンプ室の容積を周期的に大小に変化させてポンプ作用を得るダイヤフラムポンプ一般に適用できる。

本発明によるダイヤフラムポンプと流路板の接続構造の一実施形態を示す、該ポンプと流路板の分離状態の斜視図である。 同ポンプと流路板を重ねた状態を示す斜視図である。 同ポンプと流路板を固定した状態を示す斜視図である。 図３のIV-IV線に沿う断面図である。 図３のV-V線に沿う断面図である。 本発明によるダイヤフラムポンプと流路板の接続構造の固定突起、貫通穴及び固定具の他の実施形態を示す、要部の斜視図である。 流路板の別の流路構成例を示す断面図である。 同流路板の別の流路構成例を示す断面図である。 同流路板のさらに別の流路構成例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 流路板
１０Ｕ １０Ｄ 金属板材
１１ 吸入流路
１２ 吐出流路
１１ａ １２ａ 流路凹部
１１ｂ １２ｂ 筒状突起
１５ １５Ｓ 貫通穴
１７ １７Ｓ 固定具
２０ 圧電ポンプ（ダイヤフラムポンプ）
２０Ｕ アッパハウジング
２０Ｄ ロアハウジング
２１ Ｏリング
２２ 圧電振動子（ダイヤフラム）
２２ａ シム
２２ｂ 圧電体
２３ 吸入側環状溝
２４ 吐出側環状溝
２５ 吸入ポート
２６ 吐出ポート
２５ａ ２６ａ 流路穴
２７ 吸入側逆止弁
２８ 吐出側逆止弁
３５ ３５Ｓ 固定突起
３５ａ 係止溝
２９ Ｏリング
３０ 締結ボルト
Ｐ ポンプ室

Claims (8)

1. 一対のハウジングと、該一対のハウジングの間に挟着され少なくとも一方のハウジングとの間にポンプ室を形成するダイヤフラムと、上記ポンプ室を形成するハウジングに形成した吸入ポート及び吐出ポートと、この吸入ポート及び吐出ポートと上記ポンプ室との間にそれぞれ設けた吸入側逆止弁と吐出側逆止弁と、を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吸入ポートと吐出ポートを有するハウジングに重ねられ、該吸入ポートと吐出ポートに連通する吸入流路と吐出流路を有する流路板；
   を備え、さらに、
   上記ダイヤフラムポンプの吸入ポートと吐出ポートを有するハウジングに、上記ダイヤフラムの平面形状の内側に位置させて突出形成した少なくも一つの固定突起；
   上記流路板に形成した、この固定突起が嵌合する貫通穴；及び
   この貫通穴から突出した上記固定突起に係合し、流路板をダイヤフラムハウジングに接触させる固定具；
   を有することを特徴とするダイヤフラムポンプと流路板の結合構造。
2. 請求項１記載のダイヤフラムポンプと流路板の結合構造において、上記固定突起は一対が備えられていて、該一対の固定突起の間に単一の固定具が係合するダイヤフラムポンプと流路板の結合構造。
3. 請求項２記載のダイヤフラムポンプと流路板の結合構造において、上記一対の固定突起には、対向する面にそれぞれ、固定具の係止溝が形成されているダイヤフラムポンプと流路板の結合構造。
4. 請求項３記載のダイヤフラムポンプと流路板の結合構造において、上記一対の固定突起の係止溝間に係止される単一の固定具は、該一対の係止溝間に係止されたとき、流路板をハウジングに押し付けるばね性材料からなっているダイヤフラムポンプと流路板の結合構造。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項記載のダイヤフラムポンプと流路板の結合構造において、ダイヤフラムポンプの吸入ポートと吐出ポートを有するハウジングは、吸入側逆止弁と吐出側逆止弁と同心の吸入側環状溝と吐出側環状溝を備えており、流路板の上記吸入流路と吐出流路にはそれぞれ、この吸入側環状溝と吐出側環状溝に嵌合する吸入側と吐出側の筒状突起が形成されているダイヤフラムポンプと流路板の結合構造。
6. 請求項５のいずれか１項記載のダイヤフラムポンプと流路板の結合構造において、上記吸入側と吐出側の環状溝と、上記吸入側と吐出側の筒状突起の外周面との間には、Ｏリングが挿入されているダイヤフラムポンプと流路板の結合構造。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項記載のダイヤフラムポンプと流路板の結合構造において、上記ダイヤフラムは、導電性金属薄板からなるシムの表裏の少なくとも一方に圧電体を積層してなる圧電振動子であるダイヤフラムポンプと流路板の結合構造。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項記載のダイヤフラムポンプと流路板の結合構造において、上記流路板は、複数の金属板材を積層してなっているダイヤフラムポンプと流路板の結合構造。

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