JP2008527232A - ポンプ用のアクティブバルブおよびアクティブなバルブ制御 - Google Patents

Abstract

ポンプ（２０、１２０、３２０、４２０）は、ポンプ本体（２２）と、アクチュエータ（２６）と、１つ以上のアクティブバルブ（３０、３２）とを含む。ポンプ本体は、入口（２９）および出口ポート（３１）を有するポンプ室（２８）を少なくとも部分的に規定する。アクチュエータ（２６）は、ポンプ室の流体に作用するために少なくとも部分的にポンプ室に位置している。アクティブバルブ（３０、３２）は、それが位置合わせされるポート、たとえば入口ポート（２０）または出口ポート（３１）を選択的に開閉する。いくつかの実施例では、アクティブバルブ（３０、３２）は、その位置合わせされるポートの選択的な開閉のために電圧に応答する圧電素子（４０）を含む。示される実施例では、圧電素子は圧電セラミックフィルム（４２）である。ポンプの１つの実現例では、入口弁（３０）および出口弁の両方が（３２）アクティブバルブである。ポンプの別の実現例では、入口弁（３０）はアクティブバルブであるが、出口弁（３２３）はパッシブバルブである（たとえばポンプの流体の流れによって影響を受ける）。他の実施例では、アクティブバルブは磁力に従って作動し、導電体または配線がそこに埋め込まれているか、他の方法でコイル形状に形成されて磁界を形成する。さらに、磁気的に活性化されるアクティブバルブをホストするポートはそのまわりに磁石（６０）が形成される。いくつかの実施例において、電流がバルブの回路に与えられると、可撓性バルブの導体における電気的な流れの方向は、それによって生成された磁界がポートに現存する磁界を引寄せるような方向であり、バルブを閉じるための方向になる。

Description

背景
本出願は、２００４年１２月３０日に出願され、「ポンプ動作中にエネルギを排出するための方法および装置（Method And Apparatus For Scavenging Energy During Pump Operation）」と題された米国特許出願連続番号第１１，０２４，９３０号に関連し、その全体が引用により援用される。

発明の分野
本発明はポンプ用のアクティブバルブに関する。

関連技術および他の考慮
少し例を挙げるだけでも、（たとえば）ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプ、蠕動ポンプなどの、流体をポンプで汲出すのための多くの種類のポンプが考案されてきた。これらのポンプは、ポンプ室の流体に作用するさまざまな種類のアクチュエータおよび可動部を有している。典型的には、ポンプ室は入口ポートおよび出口ポートを有するポンプ本体によって規定される。入口ポートを通って室内に入る、および出力ポートを出る流体の連通は、通常は１つ以上のバルブによってゲート制御される。

本発明の目的であって必要とされるのは、ポンプ用の有効なバルブ制御をもたらすための機器、方法、および／または手法である。

概要
ポンプは、ポンプ本体と、アクチュエータと、１つ以上のアクティブバルブとを含む。ポンプ本体は、入口ポートおよび出口ポートを有するポンプ室を少なくとも部分的に規定する。アクチュエータは、ポンプ室内の流体に作用するために、少なくとも部分的にポンプ室に位置している。アクティブバルブは、それが位置合わせされる、たとえば入口ポートまたは出口ポートのいずれかなどのポートを選択的に開閉する。

いくつかの実施例では、アクティブバルブは、その位置合わせされるポートの選択的な開閉のための電圧に応答する圧電素子を含む。示される実施例では、圧電素子は圧電セラミックのフィルムである。ポンプの１つの実現例では、入口弁および出口弁の両方がアクティブバルブである。ポンプの別の実現例では、弁のうち１つだけがアクティブバルブであって他方はパッシブバルブであり、たとえば入口弁がアクティブバルブだが出口弁はパッシブバルブである（たとえばポンプ内の流体の流れによって影響を受ける）。

他のアクティブバルブの実施例では、アクティブバルブは磁力に従って作動する。磁気的に活性化されるアクティブバルブの実施例のさまざまな実現例では、入口弁および出口弁の１つ以上は可撓性材料から形成され、導電体または配線がそこに埋め込まれているか、他の方法でコイル形状に形成されて磁界を形成する。さらに、磁気的に活性化されるアクティブバルブをホストするポートには、そのまわりに磁石（たとえば永久磁石）が形成されている。いくつかの実施例では、バルブの回路に電流が加えられると、可撓性バルブの導体における電流の方向は、その電流によって生成された磁界が開いているポートに現存する磁界を引寄せるような方向になり、バルブを閉じるための方向になる。電界が与え
られないとき（たとえばダイヤフラムによってポンプ室に生成される流体の条件によって）、バルブは開くことができる。他の実施例では、バルブの回路に電流が加えられると、可撓性バルブの導体における電流の方向は、それによって生成された磁界が開いているポートに現存する磁界に反発するような方向になり、バルブを開くための方向になる。電界が与えられないとき、バルブは閉じることができる。さらに他の実施例では、バルブの開閉のため、引寄せる磁界および反発する磁界を選択的に生成するよう、電流の方向を切替えることができる。

本発明の前述のおよび他の目的、機能、ならびに利点は、添付の図面に示される好ましい実施例の下記のより特定の説明から明らかになり、その参照記号はさまざまな図面の全体にわたって同一の部分を指す。図面は必ずしも縮尺通りではなく、本発明の原理を図示することに重点が置かれている。

図面の詳細な説明
以下の説明では、制限ではなく説明の目的のため、本発明についての完全な理解を与えるために、特定のアーキテクチャ、インターフェース、手法などの具体的な詳細が述べられる。しかしながら、本発明が、これらの具体的な詳細から逸脱する他の実施例において実施され得ることが当業者には明らかであろう。他の場合において、周知の装置、回路および方法の詳細な説明は、不要な詳細を与えて本発明の説明を不明確にしないよう、省略される。

本願明細書に記述されたポンプは、少なくとも部分的にポンプ室を規定するためのポンプ本体と、ポンプ室内の流体に作用するアクチュエータと、ポンプ用の少なくとも１つのアクティブバルブとを含む。いくつかの実施例では、アクティブバルブは、アクティブバルブが位置合わせされるポンプ本体のポートを開閉するための電圧に選択的に応答する圧電素子を有する。他の実施例では、アクティブバルブは磁気的に活性化されるアクティブバルブである。

図１Ａおよび図１Ｂのポンプ２０は一般的に記述され、本願明細書に記述された創造性のある進歩に対応することができる多くのさまざまなポンプ構成を代表することを意図する。ポンプ２０は、ポンプ本体ベース２２およびポンプ本体蓋またはカバー２４を含む本体を含む。図１Ａおよび図１Ｂに示される特定のジオメトリについては、ポンプ本体ベース２２およびポンプ本体カバー２４の両方を含むポンプ本体は本質的に円筒状である（たとえば上から見ると円形である）。ポンプ室２８はポンプ本体に形成され、アクチュエータが与えられてポンプ室２８に流体を引き入れたりポンプ室２８から流体を汲み出したりする。

図１Ａおよび図１Ｂに示されるアクチュエータの形状は、たまたま図示したダイヤフラム２６である。しかしながら、この実施例および続いて記述される実施例については、アクチュエータはダイヤフラムである必要はなく、たとえば例として、ピストン型アクチュエータまたは蠕動型アクチュエータのような他の形状さえとることができることが理解されるべきである。アクチュエータが実際にダイヤフラムであるという特定の場合において、ダイヤフラム２６は、好ましくはその周囲に沿って、ポンプ本体のシートまたは他の表面にクランプ締めされ、接着され、固定され、または溶接され得る。

図１Ａおよび図１Ｂの例のポンプ２０のポンプ本体２２は、位置合わせされた入口弁３０によって選択的に開閉される入口ポート２９を有する。同様に、ポンプ
本体２２は、出口弁３２によって選択的に開閉される出口ポート３１を有し、出口弁３２は、出口ポート３１の開閉のために位置合わせされ、または配置される。入口弁３０はポ
ンプ室２８に流体が入ることを可能にするが、出口弁３２は、流体がポンプ室２８から放出されることを可能にする。図１Ａおよび図１Ｂの実施例において、バルブ３０および３２の両方とも、たとえば外部信号または回路によって能動的に駆動されるという点、またポンプ室２８内で生じる現象（たとえば流体の現象）に単に受動的に応答するのみではないという点で、アクティブバルブである。

ポンプ２０のバルブ（たとえば入口弁３０または出口弁３２）は、圧電部材（たとえば圧電セラミックフィルム）である、変形可能または可撓性の部材を含む。すなわち、バルブ３０、３２の一方または両方が、バルブの稼動部分を好ましくは構成する圧電素子４０を含む。続いて説明されるように、バルブを含む圧電部材は、好ましくはスパッタリングまたは別の方法でその対向する主な表面に形成された電極を有する。

いかなる形状をとっても、圧電素子４０に電圧を加えることにより、圧電素子４０を含む圧電ウェハ４２における撓み、応力、または圧縮を引起こす。圧電ウェハ４２における撓み、応力または圧縮は、圧電素子４０を反らせたり変位させたりするので、それが含むバルブをポート閉鎖位置またはポートの開口位置のいずれかに動かす。図１Ａおよび図１Ｂに示される特定の実現例において、バルブに０でない電圧を加えることにより圧電素子４０の撓みを引起し、そのため、それがなければバルブによって覆われているポートの開口を引起こす。

圧電素子４０は好ましくは多層積層物４２を含む。多層積層物は、図示されない金属の基板層と図示されない外部金属層との間に接着剤によって積層される圧電ウェハを含むことができる。多層積層物の構造および製作プロセスは、下記の１つ以上に記述される（これらすべては引用によってその全体が本願明細書に援用される）。２００１年９月１４日に出願されたＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０１／２８９４７、「圧電アクチュエータおよびそれを用いたポンプ（Piezoelectric Actuator and Pump Using Same）」と題されて２００３年３月１７日に出願された米国特許出願連続番号第１０／３８０，５４７号、「圧電アクチュエータおよびそれを用いたポンプ（Piezoelectric Actuator and Pump Using Same）」と題されて２００３年３月１７日に出願された米国特許出願連続番号第１０／３８０，５８９号である。

図２に示されるように、圧電素子４２（入口弁３０および／または出口弁３２に含まれ得る）は、その対向する主な２つの表面上にスパッタリングまたは別の方法で形成された薄い電極４４を有する。電極４４は、ニッケルもしくは銀、または他の適切な導電性の金属から形成されてもよい。電極４４のうち１つは陽極であり、他の電極４４は陰極である。陽極および陰極４４はそれぞれの正および負の導線４６によって係合される。

圧電素子４０は、さまざまな方法でバルブに取付けられ、添えられ、または組込まれ得る。図３は、ポンプ室２５から見た入口ポート２９を示す。図３の例証において、バルブ３０は、ポンプ本体２２の側壁に近接したショルダ部４７と、入口ポート２９の上に柔軟に延在する遠位部分４８とを有する。バルブ３０は、そのショルダ部４７において、たとえば接着剤、（点線４９によって表示されるような）点溶接、または機械的なクランプ締めによって、ポンプ本体２２の床に固定されてもよい。バルブの他のジオメトリ構成および取付け手法も可能である。入口弁３０の前述の説明は、少なくともいくつかの実施例では出口弁３２にも適用可能である。

正の導線および負の導線４６が制御回路５０に接続される。制御回路５０は電源５１（たとえばバッテリ）または他の型の電荷蓄積装置（たとえばキャパシタンス）を含む。１つの例としての実現例では、制御回路５０は、入口弁３０に電圧を与えるために選択的に閉じるスイッチ５２と、出口弁３２に電圧を与えるために選択的に閉じるスイッチ５３と
を有する。

図１Ａは、流体がポンプ室２８に入ることを可能にするために、入口弁３０の圧電素子４０にゼロではない電圧を加えることに応答して曲がっている入口弁３０を示す。図１Ａにおいて、出口弁３２は出口ポート３１を覆うために曲がらないままである。他方図１Ｂでは、入口ポート２９を覆うために曲がらないままである入口弁３０を示す一方で、出口ポート３１を通ってポンプ室２８から流体が放出されることを可能にするための、出口弁３２の圧電素子４０に電圧を加えることに応答する出口弁３２の動きをも示す。

図４は、図１Ａおよび図１Ｂの実施例のポンプ２０の変形、すなわちポンプ１２０を示す。図４の変形例では、制御回路５０はタイマ５４を含み、それはスイッチ５２および／またはスイッチ５３の開口および／または閉鎖の持続時間、したがって入口弁３０および／または出口弁３２の開閉の時間を計り、または制御する。タイマ５４は、簡単な回路または遅延線からマイクロプロセッサまでいかなる適切な形状をとってもよく、たとえばポンプ１２０の動作頻度と一致するようになど、ポンプ１２０の所望の動作に従って操作され、並べられ、またはプログラムされる。１つの動作モードにおいて、タイマ５４は異なる信号を用い、したがって異なるタイミングで２つのスイッチ５２および５３を操作し、その結果、入口弁３０および出口弁３２は必ずしも同時に開口する必要がない。図４は、アクティブな入口弁３０が開いている状態を示す点で基本的に図１Ａに対応する。当業者は、図４の実施例のアクティブな出口弁３２が、図１Ｂに関連して前述されたように、適切な信号または電圧によって開いたり活性化されたりできることを認識する。さらに、スイッチ５３の開口および制御は、スイッチは必ずしも機械的である必要がなく部分的にまたは完全に電気的であってもよいことを考慮すると、（たとえば）ソレノイド、ホール効果装置、継電器、またはトランジスタなどのいかなる適切な手段を介して達成することもできる。

図５Ａおよび図５Ｂは、アクティブバルブである１つのバルブ、およびパッシブバルブである別のバルブを有するポンプの別の実施例を示す。図５Ａおよび図５Ｂの特定の例としての実現例では、ポンプ３２０の入口弁３０はアクティブバルブであるが出口弁３３２はパッシブバルブである。別の実現例では、出口弁がアクティブで入口弁がパッシブであってもよい。

図５Ａは、アクティブな入口弁３０の変位された状態およびパッシブな出口弁３３２の変位されていない状態を示す。図５Ｂは、アクティブな入口弁３０の変位されていない状態およびパッシブな出口弁３３２の開かれた状態を示す。アクティブな入口弁３０は信号または電圧によって駆動されて、選択的に入口ポート２９を覆い、また開く。パッシブな出口弁３３２は、ポンプ室２８で生じる現象（たとえば流体の現象）に応答して出口ポート３１の上で開閉する。ポンプ構造は、入口弁３０を駆動するためのバルブ制御および回路３５０を除く本質的に他のすべての点において、図１の一般的、代表的な実施例と実質的に同じであるように示される。

さらに、図６に示される変形例で示されるように、回路２５０はタイマ３５４を含むことができ、それはスイッチ５２の開口および／または閉鎖の持続時間、したがってアクティブな入口弁３０の開閉の時間を計り、または制御する。

図５Ａおよび図５Ｂのポンプ３２０のようなポンプの１つの運転モードでは、パッシブな出口弁３３２が閉じたままである一方で、アクティブな入口弁３０が入口ポート２９を開くために活性化されてもよい。次に、流体が入口ポート２９を通って十分に入ることによってポンプ３２０がセルフプライムされた後、アクティブな入口弁３０は（セルフプライムを考慮して）開いたままとなり、パッシブな出口弁３２３はポンプ室２８に生じる現
象に従って作動する（たとえば開閉する）。たとえば、図７は、（セルフプライムの完了を考慮して）開いたままのアクティブな入口弁３０およびポンプ室２８における現象に応答して開いたパッシブな出口弁３２３を示す。続く瞬間に、ポンプ室の条件に依存して、パッシブな出口弁３２３は出口ポート３１を閉じる（図示されない）。次に、さらに続いて、再び出口ポート３１が開くのが好ましい条件になれば、パッシブな出口弁３２３は再び出口ポート３１を開く。

前述の実施例のいずれかのポンプを実現する１つの例の方法として、アクチュエータ２６はダイヤフラムであり、かつ／または圧電層を含むことができ、圧電層は、圧電層に電界が与えられるとダイヤフラム２６の変位を引起こす。電界は、電源５４などの電源によってダイヤフラム２６の圧電層に供給される。

ポンプのほとんどの構造上の特徴は、アクティブバルブがどのように作動するかを説明するための例示的なコンテキストを与えるためだけに上述される。そのため、ポンプ２０の要素の構造的要素または要素の位置のいずれにも特定の強調または臨界が与えられるべきではない。たとえば、入口弁と出口弁との構造および位置決めは、必ずしも密接に結びついていない。当業者は、バルブを通る流体の流れの方向が、変位方向の矢印３６と平行なように、入口弁および出口弁の１つ以上が配向され得ることを認識するだろう（たとえば、入口弁および出口弁の１つ以上がポンプ本体ベース２２の底部壁に形成される）。代替的には、バルブを通る流体の流れの方向が、変位方向の矢印３６に直交するように、入口弁および出口弁の１つ以上が配向され得る（たとえば、入口弁および出口弁の１つ以上がポンプ本体ベース２２の側壁に形成される）。

さらに、ポンプ本体およびそのポンプ本体ベース２２およびポンプ本体蓋２４の形状、大きさ、または他の構成は可変である。無数の補助的もしくは表面の特徴を伴って、または伴わずに、さまざまに形成されたポンプ本体を利用することができる。

圧電層を含むダイヤフラム型の構造の例、そのようなダイヤフラムおよびこれを組み込んだポンプを製作する方法は、本発明が互換性を有するさまざまな例としてのポンプ構成とともに、下記に図示される（それらすべてが引用によってその全体が本願明細書に援用される）。２００１年９月１４日に出願されたＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０１／２８９４７、「圧電アクチュエータおよびこれを用いたポンプ（Piezoelectric Actuator and Pump Using Same）」と題されて２００３年３月１７日に出願された米国特許出願連続番号第１０／３８０，５４７号、２００３年３月１７日に出願された米国特許出願連続番号第１０／３８０，５８９号、および「可撓性フィルム上に導体を有する圧電ダイヤフラムアセンブリ（Piezoelectric Diaphragm Assembly with Conductors On Flexible Film）」と題されて２００５年４月１３日に出願された米国仮特許出願第６０／６７０，６９２号である。

バルブがそれぞれのポートに相対して変位する、開く距離を制御するために、本願明細書に記述されたアクティブバルブに加えられる電圧振幅を制御することが可能であることがさらに認識される。したがって、バルブによって達成される開口の程度は制御可能または調整可能であり、したがってバルブとポンプとを通る流体の流れもまた調整可能かつ制御可能である。

他のアクティブバルブ実施例では、アクティブバルブは磁力に従って作動する。磁気的に活性化されるアクティブバルブの異なる実施例の例証となる２つの例は、図８Ａおよび図８Ｂに示される第１の実施例、図９Ａおよび図９Ｂに示される第２の実施例などに示される。

簡潔にする目的のため、弁体２２およびダイヤフラム２６は前の実施例と同様の態様で示されるが、このような特徴が限定的ではないことが前の説明から理解される。磁気的に活性化されるアクティブバルブの実施例は、アクティブバルブが必ずしも圧電層または部材を含まない点で前の実施例と異なる。むしろ、磁気的に活性化されるアクティブバルブの実施例のアクティブバルブは可撓性材料から形成され、電気的導体または配線がそこに埋込まれているか、別の方法でコイル形状にそこに形成されて磁界を形成する。さらに、磁気的に活性化されるアクティブバルブをホストするポートはそのまわりに磁石（たとえば永久磁石）が形成されている。いくつかの実施例において、電流がバルブの回路に加えられると、可撓性バルブの導体における電気的な流れの方向は、それによって生成された磁界が開いているポートに現存する磁界を引寄せるような方向になり、バルブを閉じるための方向になる。電界が与えられないとき（たとえばダイヤフラムによってポンプ室で生成された流体の条件によって）、バルブは開口することができる。他の実施例において、電流がバルブの回路に加えられると、可撓性バルブの導体における電気的な流れの方向は、それによって生成された磁界が開いているポートに現存する磁界に反発するような方向になり、バルブを開く。電界が与えられないとき、バルブを閉じることができるための方向になる。さらに他の実施例において、バルブの開閉のため、引寄せる磁界および反発する磁界を選択的に生成するよう、電流の方向を切替えることができる。

図８Ａおよび図８Ｂは、入口ポート２９（８）がその少なくとも一部のまわりに磁石６０が位置決めされているように示す。入口ポート２９（８）が環状の場合、磁石６０は形状において環状で、実質的に入口ポート２９（８）を囲む。同様の磁石６２を出口ポート３１（８）に与えることができる。

図１０は、ポンプ室から見た、図８Ａの入口ポート２９（８）を選択的に開閉する入口弁３０（８）を示す。図１０は、入口弁３０（８）に形成されるか埋込まれる電気的な導体６４を示す。電気的な導体６４は２つの平行なセグメント６６、６８を含み、それらはそれぞれの取付け点７０および７２からバルブ３０（８）の遠位端に向かって延在する。中間のコイル状のセグメント７４は平行なセグメント６６、６８を接続する。コイル状のセグメント７４は入口ポート２９（８）の口の上に、およびその口のまわりに延在し、磁石６０上に位置合わせされるのが好ましい。

例としての実現例では、埋込まれた導体を有するフレックス回路によって、上述の入口弁３０（８）などのバルブを実現することができる。このようなフレックス回路は、流体の流れに適合するため十分に変位するのに足りるよう柔軟であり、なおバルブが閉じているとき流体がそこを通って流れたり漏れたりしないように十分に非浸透性である必要がある。

磁石６０および電気的な導体の前述の説明が図１０に示され、具体的に入口弁３０（８）について記述されたが、同じ実施例の出口弁３２（８）ならびに次の実施例（たとえば図９Ａおよび図９Ｂの実施例）の入口弁および出口弁の一方または両方も同様に形成することができることが認識される。

図８Ａおよび図８Ｂの実施例においては、閉じた電気回路の結果として、バルブがそれぞれのポート２９（８）および３１（８）の磁石６０に磁気的に引寄せられるようになる方向に、入口弁３０（８）および出口弁３２（８）の導体６４を通って電流が流れるよう、電源が接続される。特に図８Ａはポンプの吸気行程を示し、そこではバルブ３０（８）が入口ポート２９（８）の磁石６０に磁気的に引寄せられないように入口弁３０（８）の導体６４のための電気回路が開いており、その結果、流体が、たとえばポンプ室のダイヤフラムの作用下で、入口ポート２９（８）を通って入ることができる。他方では、出口ポート３１（８）において、電流がバルブ３２（８）の導体６４を通して流れるように、吸
気行程では出口弁３２（８）の導体６４のための電気回路は閉じており、それによって出口弁３２（８）は出口ポート３１（８）の磁石６０に磁気的に引寄せられ、その結果、流体が出て行くことができないように、バルブ３２（８）が出口ポート３１（８）を閉じる。

図８Ｂは、図８Ａの吸気行程に続く排気行程を示す。電流がバルブ３０（８）の導体６４を通って流れるように、排気行程では入口弁３０（８）の導体６４のための電気回路は閉じており、それによって入口弁３０（８）は入口ポート２９（８）の磁石６０に磁気的に引寄せられ、その結果、流体が入ることができないように、バルブ３０（８）が入口ポート２９（８）を閉じる。他方では、出口ポート３１（８）において、排気行程では出口弁３２（８）の導体６４のための電気回路が開いており、それによって、バルブ３２（８）は出口ポート３１（８）の磁石６０に磁気的に引寄せられず、その結果、流体は出口ポート３１（８）を通って出ることができる。

次の実施例と同様に図８Ａおよび図８Ｂの実施例では、別個の電源が入口弁と出口弁の各々について示される。入口弁および出口弁の両方のために同じ電源を利用するなど、代替的に他の電源配列が与えられ得ることが認識される。さらに、入口弁のための電気回路の開閉が簡単なスイッチＳ_iによって示され、出口弁のための電気回路の開閉は簡単なスイッチＳ_oによって示される。このようなスイッチが前の実施例に関連して記述されたような１つ以上のスイッチの形状をとることができ、時間を計ったりポンプのポンプ作用のタイミングと調整されたりする電子制御装置などを含むことさえできることが認識される。

図９Ａおよび図９Ｂの実施例において、入口弁３０（９）および出口弁３２（９）の各々についての電流の流れ方向が選択可能であり、その結果、各バルブが、異なるポンプ行程について、ポートを閉じるための磁力またはポートを開くための磁気的反発力を経験することができる。たとえば、図９Ａに示される吸気行程の間に、入口弁３０（９）の導体６４は電源に接続され、その結果、導体６４を通して流れる電流は入口弁３０（９）のために反発的な磁界を生成する方向にあり、それにより、流体が吸気行程の間にポンプ室に入るよう入口ポート２９（９）を開く。他方では、出口ポート３１（９）において、吸気行程の間に出口弁３２（９）の導体６４は電源に接続され、その結果、導体６４を通して流れる電流が出口弁３２（９）を引寄せる磁界を生成する方向にあり、それにより、流体が吸気行程の間にポンプ室を出ることを防ぐよう出口ポート３１（９）を閉じる。

図９Ｂは、図９Ａの吸気行程に続く排気行程を示す。図９Ｂに示される排気行程では、入口弁３０（９）の導体６４は（たとえば別の電源に）接続され、その結果、導体６４を通して流れる電流の方向が吸気行程に対して反対の方向になって入口弁３０（９）を引寄せる磁界を生成し、それにより入口ポート２９（９）を閉じて流体が吸気行程の間にポンプ室に入ることを防ぐ。他方では、出口ポート３１（９）において、排気行程の間に、出口弁３２（９）の導体６４は（たとえば別の電源に）接続され、その結果、導体６４を通して流れる電流の方向が吸気行程に対して反対の方向になって出口弁３２（９）に反発的な磁界を生成し、それにより出口ポート３１（９）を開いて流体が吸気行程の間にポンプ室を出ることを可能にする。

磁気的に活性化されるアクティブバルブを特色とする実施例では、ポートにおける磁石は必ずしもポートを囲む必要はなく、単にそこに隣接して位置決めされてもよい。永久磁石を与えることは電子工学設計を単純にするが、ポートにおいて与えられる磁石は必ずしも永久磁石である必要はない。たとえば、可撓性バルブを含む可撓性材料は、材料が本質的に流体不浸透性を有する限り、フレックス回路を形成するためのいかなる好適な材料でもよい。

さらに、たとえばバルブに磁性材料を与え、バルブによって覆われるポートに電気コイルを与えることにより、図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、および図９Ｂの実施例における素子の位置決めを本質的に逆にすることもさらに可能である。

本発明の実施例が現在最も実際的かつ好ましいと考えられる実施例に関して記述されている一方、本発明は開示された実施例に限定的ではなく、さまざまな変更および等価な構成を包含するように意図されることが理解される。

アクティブバルブを有するポンプの第１の実施例の断面の側面図である。アクティブな入口弁の変位された状態およびアクティブな出口弁の変位されていない状態を示す。 アクティブバルブを有するポンプの第１の実施例の断面の側面図である。アクティブな入口弁の変位されない状態およびアクティブな出口弁の変位された状態を示す。 一例の断面の側面図であって、ポンプ用のアクティブバルブを含むことができる圧電ウェハの非限定的な実施例を示す。 図１Ｂの線３−３に沿って得られた平面図である。 アクティブバルブとバルブ動作の持続時間を制御するためのタイマとを有するポンプの別の例示的実施例の断面の側面図である。 アクティブバルブを有するポンプのさらに別の例示的実施例の断面の側面図であって、アクティブな入口弁の変位された状態およびパッシブな出口弁の変位されていない状態を示す。 アクティブバルブを有するポンプのさらに別の実施例の断面の側面図であって、アクティブな入口弁の変位されていない状態およびパッシブな出口弁の開かれた状態を示す。 図５Ａおよび図５Ｂの例示的ポンプ実施例の断面の側面図であるが、バルブ動作の持続時間の制御のためにタイマを有する。 図５Ａおよび図５Ｂの例示的ポンプ実施例の断面の側面図であるが、ポンプのセルフプライム後アクティブな入口弁が開けたままにされる運転モードを示し、パッシブな出口弁は出口ポートを開く。 磁気的に活性化されるアクティブバルブを有する例示的ポンプ実施例の断面の側面図であって、アクティブな入口弁の変位された状態およびアクティブな出口弁の変位されていない状態を示す。 磁気的に活性化されるアクティブバルブを有する例示的ポンプ実施例の断面の側面図であって、アクティブな入口弁の変位されていない状態およびアクティブな出口弁の開かれた状態を示す。 図８Ａの入口ポート領域の拡大図である。 図８Ａの出口ポート領域の拡大図である。 磁気的に活性化されるアクティブバルブを有するポンプの別の例示的実施例の断面の側面図であって、アクティブな入口弁の変位された状態およびアクティブな出口弁の変位されていない状態を示す。 磁気的に活性化されるアクティブバルブを有するポンプの別の例示的実施例の断面の側面図であって、アクティブな入口弁の変位されていない状態およびアクティブな出口弁の開かれた状態を示す。 図８Ａの線１０−１０に沿って得られた平面図である。

Claims (23)

1. ポンプ室（２８）を少なくとも部分的に規定するためのポンプ本体（２２）を含み、ポンプ本体（２２）は入口ポート（２９）および出口ポート（３１）を有し、さらに
   ポンプ室（２８）の流体に作用するために少なくとも部分的にポンプ室（２８）に位置するアクチュエータ（２６）と、
   位置合わせされたポートの１つを選択的に開閉するためのバルブ（３０，３２）とを含み、バルブ（３０，３２）は、位置合わせされたポートの選択的な開閉のために電圧に応答する圧電素子を含む、ポンプ。
2. 圧電素子は圧電セラミックフィルムである、請求項１に記載のポンプ。
3. バルブは流体がポンプ室（２８）に入ることを可能にする入口弁（３０）である、請求項１に記載のポンプ。
4. バルブは流体をポンプ室（２８）へ放出するための出口弁（３２）である、請求項１に記載のポンプ。
5. バルブは入口ポート（２９）と位置合わせされた入口弁（３０）であって、出口ポート（３１）を選択的に開閉するための出口弁（３２）をさらに含み、出口弁は、出口ポート（３１）の選択的な開閉のために電圧に応答する圧電素子を含む、請求項１に記載のポンプ。
6. バルブは入口ポート（２９）と位置合わせされた入口弁（３０）であって、出口ポート（３１）を選択的に開閉するための出口弁（３３２）をさらに含み、出口弁は、ポンプ内の流体の流れによって主に影響される動きを有するパッシブバルブである、請求項１に記載のポンプ。
7. ポンプ室（２８）を少なくとも部分的に規定するためのポンプ本体（２２）を含み、ポンプ本体（２２）は入口ポート（２９（８），２９（９））および出口ポート（３１（８），３１（９））を有し、入口ポート（２９（８），２９（９））および出口ポート（３１（８），３１（９））の少なくとも１つはそこに近接して位置決めされる磁石（６０）を有し、さらに
   ポンプ室（２８）の流体に作用するために少なくとも部分的にポンプ室（２８）に位置するアクチュエータ（２６）と、
   位置合わせされたポートの１つを選択的に開閉するためのバルブ（３０（８），３２（８），３０（９），３２（９））とを含み、そこに近接して磁石（６０）を有するポートを選択的に開閉するバルブは可撓性部材を含み、電気的導体（６４）は可撓性部材を通って磁界を生成するよう構成され、磁界は、そこに近接して磁石（６０）を有するポートをそれぞれ閉じたり開いたりするためにバルブが磁石（６０）を引寄せるかまたは撥ね返すようにさせる、ポンプ。
8. 電気的導体（６４）を有する可撓性部材を含むバルブは、流体がポンプ室（２８）に入ることを可能にするための入口弁（３０（８），３０（９））である、請求項７に記載のポンプ。
9. 電気的導体（６４）を有する可撓性部材を含むバルブは、流体がポンプ室（２８）へ放出されるための出口弁（３２（８），３２（９））である、請求項７に記載のポンプ。
10. 入口ポート（２９（８），２９（９））および出口ポート（３１（８），３１（９））
    は両方ともそこに近接して磁石（６０）を有し、入口ポート（２９（８），２９（９））と位置合わせされる入口弁（３０（８），３０（９））および出口ポート（３１（８），３１（９））と位置合わせされる出口弁（３２（８），３２（９））は両方とも電気的導体（６４）を有する可撓性部材を含む、請求項７に記載のポンプ。
11. 可撓性部材はフレックス回路を含む、請求項７に記載のポンプ。
12. そこに近接して磁石（６０）を有するポートを選択的に開閉するバルブは、ポンプ動作の第１の行程において電流が導体（６４）を通って流れてバルブを磁石（６０）に引寄せる磁界を生成し、かつ、ポンプ動作の第２の行程において電流が導体（６４）を通って流れてバルブを磁石（６０）に反発させるような磁界を生成するよう接続される、請求項７に記載のポンプ。
13. ポンプ室（２８）を少なくとも部分的に規定するためのポンプ本体（２２）を含み、ポンプ本体（２２）は入口ポート（２９（８），２９（９））および出口ポート（３１）を含み、入口ポート（２９（８），２９（９））および出口ポート（３１（８），３１（９））の少なくとも１つはそこに近接して位置決めされる第１の磁界を生成するための手段を有し、さらに
    ポンプ室（２８）の流体に作用するために少なくとも部分的にポンプ室（２８）に位置するアクチュエータ（２６）と、
    位置合わせされた１つのポートの１つを選択的に開閉するためのバルブ（３０（８），３２（８），３０（９），３２（９））とを含み、そこに近接して第１の磁界を生成するための手段を有するポートを選択的に開閉するバルブは可撓性部材を含み、可撓性部材は第２の磁界を生成するための手段を担持し、第１の磁界および第２の磁界は、そこに近接して第１の磁界を生成するための手段を有するポートをそれぞれ閉じたり開いたりするためにバルブを引寄せるかまたは撥ね返すよう機能する、ポンプ。
14. 第２の磁界を生成するための手段は可撓性部材に担持される電気的導体（６４）を含む、請求項１３に記載のポンプ。
15. そこに近接して第１の磁界を生成するための手段を有するポートを選択的に開閉するバルブ（３０（９），３２（９））は、ポンプ動作の第１の行程において電流が導体（６４）を通って流れて第２の磁界を生成し、バルブの磁石（６０）に対する引寄せを生じさせ、かつ、ポンプ動作の第２の行程において電流が導体（６４）を通って流れて第２の磁界を生成し、バルブの磁石（６０）に対する反発を引起すよう接続される、請求項１４に記載のポンプ。
16. 第１の磁界を生成するための手段は永久磁石（６０）を含む、請求項１３に記載のポンプ。
17. 可撓性部材はフレックス回路を含む、請求項１３に記載のポンプ。
18. ポンプを動作させる方法であって、ポンプはポンプ室（２８）を少なくとも部分的に規定するためのポンプ本体（２２）を含み、ポンプ本体（２２）は入口ポート（２９）と出口ポート（３１）とを有し、前記ポンプは、ポンプ室（２８）の流体に作用するために少なくとも部分的にポンプ室（２８）に位置するアクチュエータ（２６）を有し、前記方法は、
    位置合わせされたポートの１つを選択的に開閉するためにアクティブバルブ（３０，３２）を与えるステップと、
    位置合わせされたポートの選択的な開閉のためにアクティブバルブを適切に配向するた
    めのアクティブバルブ（３０，３２）を含む圧電部材に信号を与えるステップとを含む、方法。
19. アクティブバルブに信号を与える持続時間を制御するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. アクティブバルブは入口ポート（２９）と位置合わせされた入口弁（３０）であって、ポンプは出口ポート（３１）と位置合わせされたパッシブな出口弁（３３２）をさらに含み、方法はさらに、
    入口ポート（２９）の開口のためのアクティブバルブ（３０）を適切に配向するためのアクティブバルブを含む圧電部材に信号を与えるステップを含み、一旦ポンプ室がセルフプライムされると、
    ポンプ室で生じた現象に応答して出口弁（３２）が動くことを可能にする一方で入口弁（２９）を本質的に開いたまま維持するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
21. ポンプを動作させる方法であって、ポンプはポンプ室（２８）を少なくとも部分的に規定するためのポンプ本体（２２）を含み、ポンプ本体（２２）は、入口ポート（２９（８），２９（９））と、出口ポート（３１（８），３１（９））とを有し、前記ポンプは、ポンプ室（２８）の流体に作用するために少なくとも部分的にポンプ室（２８）に位置するアクチュエータ（２６）を含み、前記方法は、
    入口ポート（２９（８），２９（９））および出口ポート（３１（８），３１（９））の少なくとも１つに近接して磁石（６０）を与えるステップと、
    磁石に近接したポートを選択的に開閉するためにアクティブバルブ（３０（８），３２（８），３０（９），３２（９））を与えるステップと、
    アクティブバルブにおいて磁界を生成するためにアクティブバルブ（３０（８），３２（８），３０（９），３２（９））の可撓性部材に与えられた電気的導体（６４）に信号を与えるステップとを含み、アクティブバルブ（３０（８），３２（８），３０（９），３２（９））における磁界は、アクティブバルブを磁石（６０）に対して引寄せてそれにより磁石の近くのポートを閉じるようにさせるか、またはアクティブバルブを磁石（６０）に対して反発させてそれにより磁石の近くのポートを開くようにさせるかである、方法。
22. ポンプ動作の第１の行程において電流が導体（６４）を通って流れ、バルブ（３０（９），３２（９））を磁石（６０）に引寄せて磁石の近くのポートを閉じるようにする磁界を生成するような態様で電流を与えるステップと、
    ポンプ動作の第２の行程において電流が導体（６４）を通って流れ、バルブを磁石（６０）に対して反発させて磁石の近くのポートを開くようにする磁界を生成するような態様で電流を与えるステップとをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
23. ポンプを動作させる方法であって、ポンプはポンプ室（２８）を少なくとも部分的に規定するためにポンプ本体（２２）を含み、ポンプ本体（２２）は入口ポート（２９（８），２９（９））と、出口ポート（３１（８），３１（９））とを有し、前記ポンプは、ポンプ室（２８）の流体に作動するために少なくとも部分的にポンプ室（２８）に位置するアクチュエータ（２６）を含み、前記方法は、
    入口ポート（２９（８），２９（９））および出口ポート（３１（８），１３（９））の少なくとも１つに近接して第１の磁界を与えるステップと、
    第１の磁界を生成するための手段に近接するポートを選択的に開閉するための可撓性部材を有するアクティブバルブ（３０（８），３２（８），３０（９），３２（９））を与えるステップと、
    アクティブバルブにおいて担持される手段によって第２の磁界を与えるステップとを含
    み、第２の磁界は、アクティブバルブを第１の磁界に対して引寄せてそれによりポートを閉じるようにさせるか、またはアクティブバルブを第１の磁界に対して反発させてそれによりポートを開くようにさせるかである、方法。

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