JP2009541647A - ポンプ要素および当該のポンプ要素を有するポンプ - Google Patents
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Abstract
第1から第2の位置の方向への第1の可動要素の移動の間、入口を介して第1の可動要素による流路の流れ抵抗は、ポンプ要素ハウジングおよび第1の可動要素間の流路の流れ抵抗より大きい。第2の位置から第1の位置への方向の第1の可動要素の移動の間、出口を介して第1の可動要素による流路の流れ抵抗は、ポンプ要素ハウジングおよび第1の可動要素間の流路の流れ抵抗より小さい。このように、第1および第2の位置の間の第1の可動要素の移動の間、出口を介して正味の流れが起こる。
【選択図】図1a
Description
この発明の実施例は、ポンプ室を定めているポンプ要素ハウジング、ポンプ室への入口、ポンプ室からの出口、および、第1と第2の位置の間のポンプ室において可動の第1の可動要素を包含し、第1と第2の位置の間で第1の可動要素の往復運動中に、出口による正味の流れが起こるように、第1から第2の位置の方向への第1の可動要素の移動の間、入口による第1の可動要素からの流路の流れ抵抗は、ポンプ要素ハウジングと第1の可動要素の間の流路の流れ抵抗よりも高くなり、第2の位置から第1の位置の方向への第1の可動要素の移動の間、出口による第1の可動要素からの流路の流れ抵抗は、ポンプ要素ハウジングと第1の可動要素の間の流路の流れ抵抗より小さくなる、ポンプ要素を提供する。
このように、この発明の実施例において、第1から第2の位置の方向への可動要素の移動の間、より多くの流体は、入口を経由してポンプ室から出るより、ポンプ室の出口に向かう方向に第1の可動要素を過ぎて押圧される。この発明の実施例において、第1から第2の位置までその方向に第1の可動要素が動作中、または、少なくともこの運動の大部分の間、入口は、例えば第2の可動要素によって、閉じることができる。加えて、この発明の実施例では、決められた流れ抵抗によって、第2の位置から第1の位置までその方向に第1の可動要素が動作中、入口に向かってその方向に可動要素を通り越して移動するより多くの流体が出口に排出される。このように、可動要素の往復運動によって、出口を介して正味の流れが起こり得る。
この発明の実施例は、入口および出口を有するポンプ室を規定しているポンプ要素ハウジングと、ポンプ室の第1の位置と第2の位置の間で移動可動となり、それが第1の位置にあるときに出口が閉鎖される第1の可動要素と、ポンプ室の第3と第4の位置の間において移動可能な第2の可動要素と、第1の位置に第1の可動要素を付勢している第1のばねと、第3の位置に第2の可動要素を付勢している第2のばねとを包含する、ポンプ要素を包含し、そこにおいて、第1および第2の位置間で第1の可動要素が往復運動中に、また、第3および第4の位置間で第2の可動要素が往復運動中に、出口を通じて正味の流れが起こる。
この発明の実施形態では、ポンプがポンプ要素および駆動ユニットをそれぞれ備えていることができる。そして、それは第1から第2の位置まで第1の可動要素を駆動するために、および/または、第3から第4の位置まで第2の可動要素を駆動するために実行される。
この発明の実施例は、ポンプされる流体の量が、ポンプ・ストロークにつき、マイクロ・リットル範囲、ナノ・リットル範囲、または、ピコ・リットル範囲になっている小形ポンプまたはマイクロ・ポンプに関することができる。
この発明の実施例は、例えば輸液、潤滑油、食品または洗浄液などの流体のためのポンプに関することができ、そこにおいて、ポンプ要素および駆動ユニットは、別に設計され得る。ポンプ要素は、例えばプラスチック射出成形によって、コスト効率よく製造することができ、また、使用の後、処分することができる。この発明の実施例では、駆動ユニットが再利用され得る。駆動ユニットは、ポンプされる流体と接触することがない。この発明の実施例において、流体のポンプされた量は、ポンプ・ストロークの数から直接に決定され得る。さらに、この発明の実施例において、ポンプ要素には、流体の流れを制御するための一体化されたロック弁が具備され得る。この発明の実施形態において、一体化されたロック弁は、ポンプ要素による流体の流れをポンプ要素の非動作状態に固定することができる。
この発明のポンプの実施例は、特に、医学の分野、方法技術および調査で、複数のアプリケーションに利用でき得る。1つの実施例は、人間医学の分野における自動処方投薬手段である。
この発明の実施例において、第1から第2の位置の方向に向かってその方向に第1の可動要素が移動中、第1の可動要素を過ぎた出口から離れて対向している第1の可動要素の側に配置されている領域から、出口に対向している第1の可動要素の側に配置されている領域へ流体の移送が起こる。この運動の間、できるだけ低い入口およびそれとともに関連する出口を介して、吸入による再フローを実現するために、入口が閉じることができる。第1から第2の位置への方向の第1の可動要素の移動の間、流体、例えば液体またはガスは、第1の可動要素を過ぎて移送され得る。
この発明の実施例において、第2の位置から第1の位置への方向の第1の可動要素の移動の間、ポンプで注入された流体は、第1の可動要素および出口からの出力によって移動される。同時に、流体は、入口を経由して吸引される。この移送相は、このように輸送位相と呼ばれることもありえる。輸送位相およびポンプ位相を交替させることによって、入口から出口への方向の正味の流れが起こり得る。
この発明の実施例において、ポンプ要素は、動作の間、第1の可動要素が第1の位置から第2の位置まで移動するよりも、第2の可動要素が第3から第4の位置まで急速で移動するようなものを実施した。この発明の実施例において、第2の可動要素は、第4の位置の入口を閉鎖する。したがって、ポンプされるために流体が第1の可動要素を過ぎて移送される曲面の間、入口を経由した再フローは、削減され得るかあるいは最小化され得る。この発明の実施例において、第2のばねは、第2の動作素子のより速い移動を遂行するために、第1のばねより低いばね定数を有することができる。この発明の実施例では、別々の駆動ユニットが第1の可動要素および第2の可動要素のために提供され得る。駆動ユニットが第1から第2の位置まで第1の可動要素の移動を遂行する前に、第2の可動要素のための駆動ユニットは、第3の位置から第4の位置まで同じものの動きを遂行することができる。代わりに使える実施例では、より大きい力が第2の可動要素に印加されるように、駆動ユニットおよび/または第1の可動要素および第2の可動要素が実施され得る。その結果、同じことは、第1の可動要素が第2の位置へ移動するより、第4の位置に急速で移動する。この発明の実施例は、ポンプ要素およびその駆動部の流体構造がお互いに分離して構成されることを可能にする。実際のポンプ要素は、少しの要素で形成することが可能で、例えばプラスチック射出成形によって、コスト効率よく製造され得る。この発明の実施例は、ポンプ要素が使用の後、処分されることを可能にする。その結果、実用的な方法で使い捨てが実行できる。この発明の実施例において、制御または調節手段を含むことができる、よりコスト集約型の駆動ユニットは、いくつかのポンプ要素のために、または、いくつかのポンプ要素のライフサイクル全体に用いられることができる。
このことにより、例えば医療技術または食品工学などの分野において重要なアプリケーションで、それはポンプされる流体と接触する流体要素を意味するポンプ要素は、よりコスト集約型の駆動ユニットを交換せずにアプリケーションごとに交換され得る。
この発明の実施例において、ポンプ機能は、2つの金属的動作素子、例えば、ポンプチャンバの2つのばねにより規定された位置で保たれるボールまたはピストンなどによって、獲得され得る。そして、そのことは流路にも注意が向けられ得る。第1のあるいは第3の位置において、それぞれ、第1の可動要素は、ポンプ室が提供している出口を閉鎖する。その一方で、第2の可動要素は、流体がポンプで注入されるためのリザーバに接続していることができるポンプ室の入口を開放することができる。そこにおいて、ポンプ室は、入口を経由して流体で満たされる。この発明の実施例では、可動要素が、駆動ユニットに統合される1つのまたは幾つかのコイルの力を借りて、第2または第4の位置にそれぞればね力に対抗する磁力によって移動することができる。このことにより、実施例では、最初、第2の可動要素が入口を閉鎖する。その一方で、可動要素が出口を開放し、そして、ポンプに収容された流体、つまり、液体またはガスは、第1の可動要素(輸送位相)のそばを通り過ぎて圧搾される。磁力をオフにした後、ばねは、後ろに第1の可動要素を押圧し、それによって、第1の可動要素の前の流体は、後ろの出口を経由して少なくとも部分的に移送される。このことにより、漏洩流は、可動要素およびポンプ室の圧力壁間のギャップによって発生する。そして、それによって、一定量の液体は、ポンプで流体を注入している運動の間、後ろに流れることができる。漏洩流の量は、第1可動要素とポンプ室壁の間の隙間幅によって、すなわち、第1の可動要素とポンプ室壁の間の流路の流れ抵抗により測定される。この発明の実施例では、第1の可動要素が、ポンプ運動終了後、再び、出口を封止する。この発明の実施例では、第2の可動要素が同時にほぼ入口を開放する。それによって、ハウジングは、再び満たされる。投与された体積流量は、ポンプ・ストロークの数および速度によって制御することができる。上記のことは、ポンプサイクルの間、ポンプは漏洩のない流量を固定することができる。
この発明の実施例において、異なる処理能力を有するポンプ要素は、ポンプの設計によって実現することができる。例えば、流体構造の横断面、すなわち、ポンプ室の通路の横断面、ポンプ・ストロークの長さ、そして、可動要素と通路壁の間の隙間のサイズは、ポンプ・ストロークにつき吐出される流体の量を調整するために、調整され得る。このように、例えば、吐出量のかなりの範囲を1つまたはほんの少数の異なる駆動ユニットだけカバーすることができる。同じ駆動ユニットは、例えば、異なる処理能力を有するポンプ要素を駆動することができる。
さらに、この発明の実施例において、都合よく、ポンプは、たったわずかな付加的な努力により、すなわち、第1の可動要素の位置を判定することができる、および/または、第2の可動要素の位置を提示する場合、ポンプの位置を監視することができる監視装置が実施され得ることを可能としている。この発明の実施形態では、駆動ユニットが駆動コイルを有することができ、当該駆動ユニットには、さらに、測定コイルが実装され得る。駆動コイルにより重畳された磁気交番磁界を発生させることによって、電圧は、付加的な測定コイルにおいて誘導され得る。誘導された電圧は、材料が透過性を有する可動要素の位置によって決まる。このように、適切な測定手段によって、ポンプ要素の位置が決定され得る。そして、それはポンプの機能の監視を可能にする。
Fmagnet(s1)=Fmagnet(s2)+c1 *s1+Fflow [N]
の磁力が必要である。
Claims (37)
- ポンプ室(18、82、154)を定めているポンプ要素ハウジング(14、14a、14c、80、152)、
前記ポンプ室への入口(20、84、156)、
前記ポンプ室からの出口(22、86、158)、および
前記ポンプ室において第1と第2の位置の間で可動となる第1の可動要素(24、24a、24b、24c、88、160)を含み、
前記第1と前記第2の位置の間で前記第1の可動要素の往復運動中に、前記出口による正味の流れが起こるように、前記第1から前記第2の位置の方向への前記第1の可動要素の移動の間、前記入口による前記第1の可動要素からの流路(46、46a、46b、46c)の流れ抵抗は、前記ポンプ要素ハウジングと前記第1の可動要素の間の流路の流れ抵抗よりも高くなり、さらに、
前記第2の位置から前記第1の位置の方向への前記第1の可動要素の移動の間、前記出口による前記第1の可動要素からの流路の流れ抵抗は、前記ポンプ要素ハウジングと前記第1の可動要素の間の流路の流れ抵抗より小さくなる、ポンプ要素(10、150)。 - 前記ポンプ要素ハウジング(14、14a、14b、14c、18、152)は、前記第1および前記第2の位置間の前記第1の可動要素(24、24a、24b、24c、88、160)の移動のための通路(46、46a、46b、46c)の決定に貢献する少なくとも1つの内側ポンプ室壁を有し、前記ポンプ要素ハウジングと前記第1の可動要素の間の流路の流れ抵抗は、前記内側ポンプ室壁および前記第1の可動要素の横断面によって決定される、請求項1に記載のポンプ要素(10、150)。
- 前記第1の可動要素(24、24a、24b、24c、88、160)は、前記第1の位置にある前記出口を閉鎖する、請求項1または2に記載のポンプ要素。
- 第2の可動要素を具備し、前記第2の可動要素によって、前記入口を経由して第1の可動要素から流路の流れ抵抗が変更され得る、請求項1〜請求項3の内の1つに記載のポンプ要素。
- 前記ポンプ室ハウジング(14、80)は、前記第2の可動要素(26、80)の移動のための通路の決定に貢献し、前記第2の可動要素が第3の位置にあるとき、前記入口によって前記第1の可動要素の流路の流れ抵抗は、前記第2の可動要素が第4の位置にあるときよりも小さい、請求項4に記載のポンプ要素。
- 前記第2の可動要素(26、80)は、第4の位置にあるとき、入口(20、84)を閉鎖する、請求項5に記載のポンプ要素。
- 前記第1の位置に前記第1の可動要素(24、24a、24b、24c、88、160)を付勢するばね力を備えた第1のばね(28、92、164)を具備する、請求項1〜請求項6の内の1つに記載のポンプ要素。
- 前記第3の位置に前記第2の可動要素(26、80、162)を付勢するばね力を備えたばね(30、94、166)を具備する、請求項4〜請求項6の内の1つに記載のポンプ要素。
- 前記第1の位置に前記第1の可動要素(24、24a、24b、24c、88、160)を付勢するばね力を備えた第1のばね(28、92、164)、および、前記第3の位置に前記第2の可動要素(26、80、162)を付勢するばね力を備えた第2のばね(30、94、166)を具備する、請求項4〜請求項6の内の1つに記載のポンプ要素。
- 前記第2のばね(30、94、166)は、前記第1のばねよりも柔らかい、請求項9に記載のポンプ要素。
- 前記第1のばね(28、92)は、前記第1の可動要素(24、88)と前記第2の可動要素(26、90)との間に配置される、請求項9または請求項10に記載のポンプ要素。
- 前記第1のばね(164)および前記第2のばね(166)は、前記第1の可動要素(160)と前記第2の可動要素(162)との間に配置され、さらに、ばね止め(168)が前記第1のばね(164)および前記第2のばね(166)間に配置される、請求項9または請求項10に記載のポンプ要素。
- 前記第1の可動要素および/または前記第2の可動要素は、強磁性、軟磁性または永久磁性の磁性物質を含む、請求項1〜請求項12の内の1つに記載のポンプ要素。
- 前記ポンプ要素ハウジング(14、14a、14b、14c、80、152)は、プラスチックを含む、請求項1〜請求項13の内の1つに記載のポンプ要素。
- 前記第1の位置から前記第2の位置の方向への前記第1の可動要素の移動中、前記ポンプ要素ハウジング(14b、14c)と前記第1の可動要素(24b、24c)との間の流路(46b、46c)の流れ抵抗は、前記第2から前記第1への前記第1の可動要素の移動中よりも小さい、請求項1〜請求項14の内の1つに記載のポンプ要素。
- 前記第1の可動要素(24c)は、第1の位置および第2の位置を有し、前記ポンプ要素ハウジング(14c)と前記第1の可動要素(24c)との間の前記流路の流れ抵抗は、前記第1の位置においての方が、前記第2の位置においてよりも小さい、請求項15に記載のポンプ要素。
- 前記第1の可動要素(24c)は、磁気双極子を有する、請求項16に記載のポンプ要素。
- 前記第1の可動要素(24b)は、可撓性のある密封要素を有し、前記密封要素は、前記第1の位置から前記第2の位置までの移動の間の第1の可撓性、および、前記第2の位置から前記第1の位置までの移動の間で、前記第1の可撓性よりも低い第2の可撓性を提供する、請求項15に記載のポンプ要素。
- 前記第1の可動要素(24、88、160)および/または前記第2の可動要素(26、80、162)は、ボールである、請求項1〜請求項18に記載のポンプ要素。
- 入口(20、84、156)および出口(22、86、158)を有するポンプ室(18、82、154)を規定しているポンプ要素ハウジング(14、14a、14b、14c、80、152)、
前記ポンプ室の第1の位置と第2の位置の間で移動可動となり、前記第1の位置にあるときに前記出口が閉鎖される第1の可動要素(24、24a、24b、24c、88、160)、
前記ポンプ室の第3と第4の位置の間で移動可動な第2の可動要素(26、80、162)、
前記第1の位置に前記第1の可動要素を付勢している第1のばね(28、92、164)、および
前記第3の位置に前記第2の可動要素を付勢している第2のばね(30、94、166)を含み、
前記第1と前記第2の位置の間の前記第1の可動要素の往復運動中に、さらに、前記第3と前記第4の位置の間の前記第2の可動要素の往復運動中に、前記出口を通じて正味の流れが起こる、ポンプ要素。 - 前記第2のばね(30、94、166)は、前記第1のばねよりも柔らかい、請求項20に記載のポンプ要素。
- 前記第2の可動要素(26、90)が前記第4の位置にあるとき、前記入口(20、84)が閉鎖される、請求項20または請求項21に記載のポンプ要素。
- 前記第2の可動要素(26、90)が前記第4の位置にあるとき、前記入口(20、84)が閉鎖される、請求項20または請求項22の内の1つに記載のポンプ要素。
- 前記第1のばね(28、92)は、前記第1および前記第2の可動要素間に配置される、請求項20〜請求項23の内の1つに記載のポンプ要素。
- 前記第1および第2のばね(164、166)は、前記第1および前記第2の可動要素(160、162)間に配置され、さらに、前記第1および第2のばね間にばね止め(168)が配置される、請求項20〜請求項23の内の1つに記載のポンプ要素。
- 前記第2の可動要素(162)が前記第3の位置にあるとき、前記入口(162)は開放され、さらに、前記第2の可動要素(162)が前記第4の位置にあるとき、前記入口(156)は開放される、請求項25に記載のポンプ要素。
- 請求項1〜請求項26の内の1つに記載のポンプ要素(10、150)および駆動ユニット(12、12a、102a、102b、120、140)を具備するポンプであって、前記ポンプ要素および前記駆動ユニットは、前記第1の位置から前記第2の位置に前記第1の可動要素を駆動するために、および/または、前記第3の位置から前記第4の位置に前記第2の可動要素を駆動するために、前記ポンプに実装される。
- 前記駆動ユニット(12、12a、102a、102b、120、140)および前記ポンプ要素(10、150)は、別々に構築され、そして、可逆性の方法でお互いに連結され得る、請求項27に記載のポンプ。
- 前記駆動ユニット(12、12a、102a、102b、120、140)および前記ポンプ要素(10、150)は、ポンプが作動中に流体と接触しないようポンプを使用するために実装される、請求項28に記載のポンプ。
- 前記駆動ユニット(12、12a、102a、102b、120、140)は、前記第1の可動要素(24、24a、24b、24c、88、160)が前記第2の位置へ駆動されることによって、および/または、前記第2の可動要素(26、80、162)が前記第4の位置へ駆動されることによって、磁界を発生させるためのデバイスを含む、請求項27〜請求項29に記載のポンプ
- 磁界を発生させるための前記デバイスは、
前記第1の可動要素(88)が前記第2の位置に駆動されることによって、磁界を発生させる第1のデバイス(106a)、および
前記第2の可動要素が前記第4の位置に駆動されることによって、磁界を発生させる第2のデバイス(106b)を含み、
磁界を発生させるための前記第1および前記第2のデバイスは、別々に制御される、請求項30に記載のポンプ。 - 前記駆動ユニット(102a、102b、120、140)は、特に発生された磁界を導くか、あるいは、前記第2および/または第4の位置と磁極片との間に可動要素(88、90)を持ってくるために実装されるところの1つまたは幾つかのヨーク(110、110a、110b)および磁極片(112a、112b、114a、114b、124、130)を有する、請求項30または請求項31に記載のポンプ。
- 前記駆動ユニットは、1つまたは幾つかの磁界を発生させるための1つまたは幾つかのコイルを有する、請求項27〜請求項32の内の1つに記載のポンプ。
- 前記第1および前記第2の可動要素の位置を検出するためのデバイス(70、72、108、108a、108b)をさらに含む、請求項27〜請求項33の内の1つに記載のポンプ。
- 前記駆動ユニットは、磁界を発生させるための少なくとも1つのコイルを有し、
前記第1および/または前記第2の可動要素の位置を検出するための前記デバイスは、前記第1および/または前記第2の可動要素の位置に依存するところの少なくとも1つの検知コイル(70、108、108a、108b)を有し、
前記コイルによって発生された磁気交番磁界は、前記検知コイルに電圧を誘導する、請求項34に記載のポンプ。 - 請求項27〜請求項35の内の1つに記載のポンプの吐出量を調整するための方法であって、
前記ポンプの吐出量を調整する方法は、
第1の可動要素と存在しているときの第2の可動要素が前後に移動される回数を調整するステップ、
前記第1および前記第2の位置間の前記第1の可動要素の移動ストロークを調整するステップ、
前記第1の可動要素および前記ポンプ要素ハウジング間の流れ抵抗を調整するステップ、および
前記第1の位置に前記第1の可動要素を付勢しているばねバイアス、および/または、前記第3の位置に前記第2の可動要素を付勢しているばねバイアスを変更するステップ、
の少なくとも1つを含む、方法。 - 請求項27〜請求項35の内の1つに記載のポンプを作動する方法であって、
前記可動要素の往復運動の間中、流体の既知量は前記出口から吐出され、出口を介して、確定された用量を出力するために、前記第1の可動要素の多くの往復運動が計数される、方法。
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