JP2015500941A - 蠕動ポンプ機構に関連するシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
出口の上流に位置する入口を有する少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第1の部分の隣接したセクションを順次圧縮するように構成された複数の蠕動ポンプ・アクチュエータを含む、ポンプ機構が開示される。複数のポンプ・アクチュエータは、各隣接した対のポンプ・アクチュエータ間に第1の位相オフセットを伴って、共通の駆動周波数で往復運動する。ポンプ機構はまた、第1の部分と出口との間に配置された少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第2の部分を選択的に圧縮するように配列された、少なくとも1つの補償アクチュエータ含む。少なくとも1つの補償アクチュエータは、最適な変位で、且つ基本駆動周波数の整数倍の変調周波数で、且つ隣接したポンプ・アクチュエータとの間に第2の位相オフセットを伴って、往復運動するように構成される。
Description
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、2011年12月8日に出願し、「SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVED FLOW UNIFORMITY IN A PERISTALTIC PUMP MECHANISM」と題した米国特許出願第13/315,196号に関し、且つその利益を主張するものである。
本開示は、蠕動ポンプ・システムに関し、具体的には、蠕動ポンプ・システムを含む静脈内(intravenous、IV)ポンプに関する。本開示は、蠕動ポンプ機構における流れの一様性を改善するためのシステム及び方法について説明する。
入院中の患者は、IVポンプを使用した注入を介して薬物及び医薬用流体を投与されることが多い。IVポンプの1つの従来の構成は、患者への医薬用流体の流れを作り出すために、IVセットのチューブの一部分の蠕動動作を使用する。このタイプのポンプ機構は、単純且つ確実であり、また、IVセットのポンプ部分は、柔軟なチューブの真っ直ぐな一片で、IVセットを比較的低コストなものにしている。
蠕動ポンプ・システムの1つの欠点は、蠕動アクチュエータの動作によって生成された「波」がポンプ・システムの出口に達するにつれて、流量が経時的に変動することである。瞬間流量は、平均流量に対して変動する。この変動は、重篤な臓器系の機能を調節するために短い反応時間(半減期)を有する薬物が投与されているときに、患者を臨床的に著しく不安定な状態にする可能性がある。
正味出力流量における変動の量が減少した蠕動ポンプのシステム及び方法を提供することが望ましい。
幾つかの実施例では、入口とこの入口の下流に位置する出口とを有する少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第1の部分の隣接したセクションを順次圧縮するように構成された複数の蠕動ポンプ・アクチュエータを含む、ポンプ機構が開示される。複数のポンプ・アクチュエータはさらに、基本駆動周波数を有する動作で往復運動するように構成される。複数のポンプ・アクチュエータのうちの最後のポンプ・アクチュエータは、出口の最も近くに位置する。ポンプ機構はまた、少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第1の部分と出口との間に配置された少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第2の部分を選択的に圧縮するように構成された、少なくとも1つの補償アクチュエータを含む。少なくとも1つの補償アクチュエータは、最後のポンプ・アクチュエータに対して或る位相シフトにおいて基本駆動周波数を有する動作で往復運動するように構成される。
幾つかの実施例では、出口を有する静脈内(IV)セットとともに使用するためのポンプ・システムが開示される。このポンプ・システムは、回転するように構成された駆動モータと、駆動モータに結合された駆動軸と、駆動軸に沿って1列に配置され且つ駆動軸に結合された複数のポンプ・カムとを含む。複数のポンプ・カムは、各対の隣接したポンプ・カムの間に共通の回転オフセットを伴って共通の輪郭を有する。複数のポンプ・カムは、最後のポンプ・カムを含む。ポンプ・システムはまた、最後のポンプ・カムに隣接して駆動軸に固定的に結合された、補償カムを含む。補償カムは、最後のポンプ・カムに対して回転的にオフセットしている。ポンプ・システムはまた、複数のポンプ・カムにそれぞれ結合された、複数のポンプ・アクチュエータを含む。ポンプ・アクチュエータは、駆動軸が回転されたときにIVセットの第1の部分の隣接したセクションを蠕動的に動かすように構成される。ポンプ・システムはまた、補償カムに結合された補償アクチュエータを含む。補償アクチュエータは、第1の部分と出口との間に配置されたIVセットの第2の部分の一セクションを選択的に圧縮するように配列される。
幾つかの実施例では、出口の上流に位置する入口を有する少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の、入口と出口との間に配置された第1の部分を蠕動的に動かして、第1の最大値と第1の最小値との間で周期的に変動する第1の流量で流体を出口から流出させるステップと、第1の部分と出口との間に配置された少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第2の部分を動かして、ほぼゼロで周期的に変動する第2の流量で流体を出口から流出させるステップであって、第1の流量と第2の流量の和が、第1の最大値未満である第2の最大値、及び第1の最小値未満である第2の最小値を有するステップと、を含む方法が開示される。
幾つかの実施例では、入口と出口とを有する蠕動ポンプ機構を含むポンプ機構が開示される。このポンプ機構は、入口を通じて流体を受け取り、且つ基準流量(nominal flow rate)に対して経時的に周期的に変動する流量で出口を通じた流体の出力流れを提供するように、構成される。ポンプ機構はまた、ポンプ機構の出口に流体的に結合された入口、及び出口を有する、可変容積を含む。この容積は、出力流れの周期的変動と同期して変化するように構成される。
さらなる理解を提供するために含まれ且つ本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付の図面は、開示された実施例を例示するものであり、また、開示された実施例の原理について説明とともに解説するのに役立つものである。
以下の説明は、蠕動ポンプ・システムからの流れの一様性を向上させるためのシステム及び方法の実施例を開示する。幾つかの実施例では、ポンプ・システムは、少なくとも1つの補償アクチュエータを含み、この補償アクチュエータは、ポンプ・カムを駆動しそれによりポンプ・アクチュエータを作動させる駆動軸と同一の駆動軸に結合された補償カムによって駆動するか、又は、線形ステッパ・モータなどの独立した動力源(motive source)によって動かすことができる。幾つかの実施例では、駆動軸の回転速度は、ポンプ・システムによって送達される流体の流量をさらに平滑化するように調節される。
以下に提示される詳細な説明は、主題技術の様々な構成を説明するものとして意図されたものであって、主題技術を実施することができる唯一の構成を表すことを意図したものではない。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、且つ詳細な説明の一部を構成する。詳細な説明は、主題技術の完全な理解を提供するための具体的詳細を含む。しかし、それらの具体的詳細なしに主題技術が実施されうることは、当業者には明らかであろう。場合によっては、主題技術の概念を分かりやすくするために、良く知られた構造及び構成要素はブロック図の形で示されている。理解しやすくするために、同様の構成要素は同一の要素番号で標識される。
図1Aは、IVポンプ30を使用した医療用流体の注入を受けている患者10を示す。この実例では、IVポンプ30は、制御ユニット32、及びポンプ・モジュール34を含む。流体容器36が、患者の頭の位置又はその上方に吊されて、IVセット20を介してIVポンプ・モジュール34に、次いで患者10に接続される。
図1Bは、例示的なIVセット20Aを示す。この例示的なIVセット20は、図1Aの流体容器36などの流体供給源に接続されるように構成されたバッグ・スパイク22付きのドリップ・チャンバを含む。ドリップ・チャンバ22は、チューブ24を通じてポンプ・セグメント26に接続され、次いでポンプ・セグメント26は、さらなるチューブ24を通じてフィッティング28に接続される。この実例では、フィッティング28は、静脈注射用の針などの任意の血管アクセス・デバイス(vascular access device、VAD)(図示せず)に接続するのに適した、ニードルレス・ルアー・コネクタである。ポンプ・セグメント26は、ポンプ・モジュール34と嵌合し、且つポンプ・モジュール34内のポンプ機構(不可視)によって動かされるように構成されて、流体をバッグ・スパイク22からフィッティング28へと流す。図1Bの例示的なIVセット20Aはまた、逆止弁23と、2つのニードルレス・アクセス・ポート25とを含む。
図1Cは、第2の例示的なIVセットを示す。この例示的なIVセット20Bは、機能的に図1Bのバッグ・スパイクと同一のドリップ・チャンバ22を含む。ドリップ・チャンバ22は、チューブ24を通じてフィッティング28に接続される。IVセット20Bでは、ポンプ・セグメントは、チューブ24に結合された位置決めフィッティング21A及び21Bを含む、同一のチューブ24のうちの或る長さである。この様式のIVセットは、IVセット20Aよりも廉価でありうる。図1Cの例示的なIVセット20Bはまた、ローラ・クランプ27を含む。
図2Aは、本開示の幾つかの態様による、図1Aのポンプ・モジュール34に含まれたポンプ・システム40の例示的な一実施例の斜視図である。ポンプ・システム40は、端部に軸受要素48が位置決めされた駆動軸62に結合されているモータ42を含む。軸受要素48は、駆動軸62の端部を支持するために、ケーシング(図2Aでは不可視)と嵌合するように構成される。一連のカム60が、駆動軸62に沿って配列され、また、適合する一連のアクチュエータ44及び45A、45Bが、それぞれのポンプ・カム60上に配列される。カム60の配列については、図3に関してより詳細に論じる。
図2Bは、本開示の幾つかの態様による、図2Aのポンプ・システム40の側面断面図である。カム軸46の複数のカム60は、駆動軸62に沿って一列に配列され、且つ、駆動軸62に固定的に取り付けられている。各ポンプ・カム60A〜60Jは、軸に対して漸増する回転(位相)位置に−図2の実例では概して36°で−取り付けられる。軸62が回転するにつれて、アクチュエータは、正弦波の往復動作で動く。この実例では、カム60は円形であり、また、駆動軸62からのカム60の表面の距離が変化するように、中心からオフセットした位置で駆動軸62に取り付けられる。このタイプのカム60は、当業者に知られている。アクチュエータ44A〜44Jのそれぞれは、カム60のうちの1つに嵌合する開口部を有する。駆動軸62が回転するにつれて、アクチュエータ44のそれぞれは、駆動軸62の回転速度と適合する周波数で上下に往復運動する。図2Bの実施例は、図5A〜図5Dに関してより詳細に説明されるカム64A及び64Bによって駆動される、2つの補償アクチュエータ45A、45Bを含む。ポンプ・システム40は、アクチュエータ60の先端61の下方に位置するプラテン49を含み、また、ポンプ・システム40は、アクチュエータ44とプラテン49との間に可撓性のチューブ50を受け入れるように構成される。この実例では、可撓性のチューブ50は、図1BのIVセット20のポンプ・セグメント26の一部である。各アクチュエータ44がプラテン49に向かって下降するにつれて、先端61がチューブ50を圧縮し、また、アクチュエータ44が完全に下降すると、チューブ50が十分に圧縮されて、チューブ50を通る流れを遮断する狭窄点又は閉塞54A、54Bが形成される。図2A及び図2Bに示されるポンプ・システム40のような蠕動ポンプでは、アクチュエータ44の垂直位置が「波」パターンを形成するようにカム60が配列されていることが分かる。駆動軸62が回転するにつれて、「波」はこの実例では左側から右側へ動き、それによりチューブ50内の流体の制御チャンバ56を、右側へ移行するように付勢して、最終的には矢印によって示されるように出口52Bから放出させる。それと同時に、流体が、最も左のアクチュエータ44が下降したときに形成された新しい制御チャンバ56内へ、入口52Aを通じて吸い込まれる。幾つかの実施例では、駆動軸62は、定角速度で作動され、それにより不規則な流れを生み出す。すなわち、アクチュエータ44Jの下に閉塞があるときには、流れは完全に止まり、アクチュエータ44B〜44Eの下に閉塞があるときには、流れは平均より高い流量に達する。
幾つかの実施例では、アクチュエータ44は、チューブ50の代わりに非管状ポンプ要素(図示せず)を動かすように構成される。幾つかの実施例では、ポンプ要素は、その開放側を覆う柔軟な膜の付いた剛体U形チャネルを有して、少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素を形成する。この少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の働き及び挙動は、本開示においてチューブ50に関して説明されたのと同じである。
図3は、本開示の幾つかの態様による、例示的なカム軸46の斜視図である。ポンプ・カム60A〜60Jは、この実例では駆動軸62の下流端に配置された2つの補償カム64A及び64Bとともに、駆動軸62に沿って配列される。補償カム64A、64Bの機能は、図5A〜図5Dに関してより詳細に説明される。この実例では、ポンプ・カム60A〜60Jは、それぞれのアクチュエータ44を駆動軸62の回転の周波数において概して正弦波の動作で上下に往復運動させる、同一の輪郭を有する。例えば、駆動軸62が毎秒回転数(rev/sec)1の一定速度で回転している場合、アクチュエータ44の動作は、1Hzの周波数を持つ近似正弦曲線(approximate sinusoid)となる。駆動軸62の回転速度が変更される、例えば回転速度が1rev/secの定常状態速度に対して正弦的に変動する場合、アクチュエータ44の動作は、1Hzの基本周波数と、駆動軸速度の変動率に関連する二次周波数とを持った、より複雑な動作になる。幾つかの実施例では、駆動軸62の速度は、基本速度の整数倍の比率で変動する。幾つかの実施例では、駆動軸62の速度は、基本回転速度の比率の2倍の比率で変動する。
幾つかの実施例では、補償は、ポンプ・カム60A〜60Jと同じ速度で動いている補償カム64A、64Bの形状によってもたらされる。補償の有効性は、カムの幾何学的形状、ポンプ・カムに対する位相、及び幅を選択することによって左右される。幾つかの実施例では、補償カム64A、64Bのうちの少なくとも一方の輪郭は、非円形の形状である。幾つかの実施例では、形状は、円形輪郭の第1の高調波変調を含む位相及び振幅を伴った正弦波状のものである。幾つかの実施例では、補償カム64A、64Bのうちの少なくとも一方の形状は、カムの形状の第2の高調波変調を含む位相及び振幅を有する。
幾つかの実施例では、補償は、例えばポンプ・カム60A〜60Jと共通のモータで駆動される場合はギア・リンケージを使用することにより、或いは補償カム64A、64Bに結合された独立した駆動モータの直接制御により、補償カム64A、64Bがそれぞれ回転しているときにそのうちの一方又は両方の角速度を調節することによってもたらされる。幾つかの実施例では、変調周波数は、基本駆動周波数の2倍である。幾つかの実施例では、瞬間角速度は、ポンプ・カム60A〜60Jによって生じる流量の第1の高調波を含む可変流れを生み出すように変化する。幾つかの実施例では、瞬間角速度は、流量変動の第2の高調波を含む可変流れを生み出すように変化する。幾つかの実施例では、瞬間角速度は、流量変動のより高次の高調波を含む可変流れを生み出すように変化する。
図4Aは、本開示の幾つかの態様による、補償アクチュエータ46の無い12個のポンプ・アクチュエータ44と定角速度で回転するその駆動軸62とを有する蠕動ポンプ・システム40の出力流れを示す。12個のポンプ・アクチュエータ44A〜44J並びに45A及び45Bは、各側のポンプ・カム60に対して回転配向において一定の漸増位相オフセットを有するポンプ・カム60A〜60J並びに64A及び64Bによって駆動される。図4Aの実例では、ポンプ・カム60Eは、ポンプ・カム60Dより30°進んで、またポンプ・カム60Fより30°遅れて位置決めされる。駆動軸62が一定速度で回転するにつれて、図2Bに関して説明された閉塞波パターンは、12個のポンプ・カム60A〜60J並びに64A及び64Bの列の長さを移行して、参考線72として示されている平均流量と線70によって示されている経時的な実流量とを有する流れを生み出す。流量70は、駆動軸62の回転と同じ周波数で変動する。
図4Bは、本開示の幾つかの態様による、図3に示されるような10個のポンプ・アクチュエータ44A〜44H及び2個の補償アクチュエータ45A、45B、並びに定角速度で回転するその駆動軸62を有するポンプ・システム40の出力流れを計算するように構成された、図4Aに使用したのと同一のシミュレーションの結果を示す。この実例では、補償カム64A、64Bは、ポンプ・カム60A〜60Jに類似した輪郭を有するが、「揚程」が少ない。即ち、補償アクチュエータ45A、45Bの往復運動の範囲は、ポンプ・アクチュエータ44A〜44Jの往復運動の範囲よりも小さい。この減少された揚程により、結果としてチューブ50の不完全な圧縮又は閉塞がもたらされる。2個の補償カム64A、64Bは、互いに回転的に整列され、且つ、隣接するポンプ・アクチュエータ44Hから約180°オフセットしている。結果として得られる瞬間流量74及び平均流量72は、図4Aと同一の時間及び流量の目盛に記入される。10個のポンプ・アクチュエータを使用する構成を用いると、12個のポンプ・アクチュエータを使用する構成を用いた場合よりも制御チャンバ56の容積がわずかに小さくなるので、図4Bのポンプ・システム40のモータ42は、同一の平均流量を提供するために、図4Aのポンプ・システム40よりもわずかに高い平均角速度で作動された。流量における最大変動量は、図4Bのポンプ・システム40、即ち、補償カム64A、64B及び補償アクチュエータ45A、45Bを含むポンプ・システム40のほうが低いことが分かる。幾つかの実施例では、変動量は、ポンプ・カム60A〜60J及び補償カム64A、64Bのうちの一方又は両方の回転率を調節することによって、さらに減少される。
図4Aに示されるような出力流れが100%変動しうるのと同じ方法で、入口流量、即ち入口52Aを通じて蠕動ポンプ機構46に吸い込まれる流体の流量は、経時的に変動する。流体の一次供給源と二次供給源とが「Y」接合部において結合されていて、流体の二次供給源が枯渇するまで流れを止めるように意図された流れ制御弁を一次供給源が含んでいるような注入システムの幾つかの構成では、負の圧力スパイクが、一次供給源からの意図せぬ流れを生じさせうる。他の構成では、ポンプからの吸入率の急激な高まりによって誘発された、流体供給源からポンプまでのラインにおける負の圧力スパイクが、流体内に気泡を生じさせうる。これらの構成では、IVポンプに吸い込まれる流体の流入率を一定にすることが望ましい。幾つかの実施例では、1つ又は複数の吸入補償カム(図3には図示せず)が、ポンプ・カム60Aに隣接して設けられ、また、吸入補償アクチュエータ(図2A又は図2Bには図示せず)が、アクチュエータ44Aに隣接して設けられて、チューブ50の入口52Aとアクチュエータ44Aがチューブ50に接触する位置との間の部分を選択的に圧縮して、それにより、入口を通じた流体の流入率を平滑化する。吸入補償カムは、それぞれの吸入補償アクチュエータを第1のポンプ・アクチュエータ44Aと位相を異にして動かすという点で、補償カム64A、64Bとほぼ同じように機能する。第1のポンプ・カム44Aが下降している又はチューブ50を完全に圧縮しているときに吸入補償アクチュエータの下の可変容積を拡大することにより、また、第1のポンプ・アクチュエータ44Aが上昇しているときに可変容積をつぶすことにより、吸入流量は、補償アクチュエータ45A、45Bによる出力流量の平滑化と同じように平滑化される。
図5A〜図5Dは、本開示の幾つかの態様による、動作中の図3のポンプ・システム40の順次的な構成を示している。図5Aは、矢印54Aで示された狭窄点がポンプ・アクチュエータ44Jの下に位置し、また補償アクチュエータ45A、45Bがプラテン(図5A〜図5Dには図示せず)上方の最大高さに位置する、駆動軸62の回転位置におけるポンプ・システム40を示す。ポンプ・アクチュエータ44Aは、ほぼその最大伸長にあり、且つ、制御チャンバ56を形成するために、破線矢印54Bで示された位置に別の狭窄点を形成しようとしている。
図5Bは、駆動軸62が約90°回転した後の、図5Aと同一のポンプ・システム40を示している。狭窄点54Bが形成されて、ポンプ・アクチュエータ44Aの下からポンプ・アクチュエータ44Bの下へと右側に移動しており、それにより制御チャンバ56は右側に移動される。ポンプ・アクチュエータ44Jは上方に移動しており、それにより以前の狭窄点54Aが開口され、制御チャンバ56内の流体の一部が右側に流れることが可能になる。補償アクチュエータ45A、45Bは上方に移動しており、それにより補償アクチュエータ45A、45Bの下にあるチューブ内の流体の一部が移動される。この移動される流体も右側へ流れることになり、狭窄点54Bの移動によって誘発される流れを増大させる。
補償アクチュエータ45A、45Bの利点は、制御チャンバ56の形状に関係している。制御チャンバ56から補償アクチュエータ45A、45Bを過ぎる液体の流れは、どの時点においても、ポンプ・アクチュエータ44Jの下の制御チャンバの容積の作用である。図5Bの位置では、ポンプ・アクチュエータ44Jの下の制御チャンバ56の容積は、これと同じ瞬間におけるポンプ・アクチュエータ44Gの下の制御チャンバ56の最大容積に比べて、比較的小さい。したがって、流量もまた比較的少なく、図4Aの流量における最下点のうちの1つに相当するはずである。しかし、これと同じ時点における補償アクチュエータ45A、45Bの下降運動が、さらなる流れを作り出し、その結果、補償アクチュエータ45A、45Bが無い場合よりも、ポンプ・システム40から排出される全流量が多くなる。図5Dに関して、制御チャンバ56からの最大流量時に反対の効果が起こり、それにより図4Bの流量と同様の流量が作り出されることが分かるであろう。
図5Cは、駆動軸62が図5Bの構成からさらに約90°回転した後のポンプ・システム40を示している。この時点では、狭窄点54Bは、右側へ、即ち患者の方へ移動していて、今やポンプ・アクチュエータ44Eの下に位置し、制御チャンバ56の最高点は、ポンプ・アクチュエータ44Jの下にある。この時、制御チャンバ56からの流量は、その最大量にある。補償アクチュエータ45A、45Bは、その最大伸長を過ぎて運動方向を逆転していて、今や補償アクチュエータ45A、45Bの下にあるチューブ50の部分の容積を拡張している。このチューブ50の拡張は、制御チャンバ56から放出される流体の一部を吸収し、それにより、ポンプ・システム40から排出される流体の全流量が減少する。したがって、補償アクチュエータ45A、45Bの上昇運動は、ポンプ・システム40から排出される流体の最大瞬間流量を減少させ、補償アクチュエータ45A、45Bの下降運動は、ポンプ・システム40から排出される流体の最小流量を増加させ、それにより、図4Aに示されている非補償の流量に比べて、図4Bに示されているより一様な流量が生み出される。
図5Dは、駆動軸62が図5Cの構成からさらに約90°回転した後のポンプ・システム40を示している。補償アクチュエータ45A、45Bはなおも上昇しているが、その最大上昇位置に近づくにつれて減速している。制御チャンバ56からの流量から分流されている流体の量は、図5Cの構成に比べて減少しており、また、制御チャンバ56からの流量は、制御チャンバ56の後縁がポンプ・アクチュエータ44Jの下の位置に近づくにつれて減少する。さらに90°回転すると、ポンプ・システム40は図5Aの位置に戻っており、それにより1つの運動サイクルが完了する。幾つかの実施例では、補償アクチュエータ45A、45Bは、隣接したポンプ・アクチュエータ44Jが最大限にチューブ50(図5A〜図5Dには図示せず)の方へ変位されたときに、最大限の追加的な流れを伴う正弦的な流れ、即ち右側に進んでポンプ・システム40から出て行く流れを生み出すように、また、隣接したポンプ・アクチュエータ44Jが最大限にチューブ50から離れる方向に変位されたときに、制御チャンバ56から放出される流体の一部を事実上吸収する、負の流れと考えることができる最大限の減算的な流れ(subtractive flow)を生み出すように、構成される。
図5A〜図5Dに示されている実施例では、補償カム64A、64Bの対の回転位置、したがって補償アクチュエータ45A、45Bの動作は、同一である。幾つかの実施例では、補償カム64A、64Bの回転位置は、互いにオフセットされる。幾つかの実施例では、補償カム64Bの最大揚程は、補償カム64Aの揚程とは異なる。
さらに、幾つかの実施例では、駆動軸62の回転速度は一定であるが、幾つかの実施例では、駆動軸62の回転速度は、平均速度に対して変動する。幾つかの実施例では、駆動軸62の回転速度の変動は、基本回転周波数の2倍の周波数において調節される。幾つかの実施例では、ポンプ・カム及び補償カムに関する変調角速度(modulation angular velocity)の位相関係は、流量の変動をさらに少なくするように調整される。幾つかの実施例では、駆動軸62の回転速度の変動は、駆動モータ42と駆動軸62との間の機械システムによって達成される。幾つかの実施例では、駆動軸62の回転速度の変動は、駆動モータ42の速度を調節することによって達成される。
図6は、本開示の幾つかの態様による、円形オフセット・カム60によって駆動されるアクチュエータ44の基本変位曲線72を示している。円形カム60は、回転軸線、即ち図3に示されている軸62からオフセットしているので、関連するアクチュエータ44の変位プロファイル72は、基本変調周波数及びほぼ正弦波の形状を含む動作で往復する。幾つかの実施例では、第1の補償アクチュエータ45Aは、図2Bに示されるように、複数のポンプ・アクチュエータ44A〜44Jのうちの最後のポンプ・アクチュエータ44Jに隣接して配置される。補償アクチュエータ45Aは、最後のポンプ・アクチュエータ44Jの基本駆動周波数に対して位相シフトされた基本周波数を有する動作で、往復運動する。幾つかの実施例では、補償アクチュエータ45Aとポンプ・アクチュエータ44Jとの間の位相シフトは180°であり、つまり、ポンプ・アクチュエータ44Jがその最小高さに達したときに、補償アクチュエータ45Aはその最大高さに達する。幾つかの実施例では、補償アクチュエータ45Aとポンプ・アクチュエータ44Jとの間の位相シフトは、90°から270°の間である。
図7は、本開示の幾つかの態様による、第2の高調波を包含する形状を有するカム60によって駆動されるアクチュエータ44の変位曲線74を示している。第2の高調波だけの形状は、曲線76によって示されている。曲線76は曲線72の周波数の2倍の周波数を有することが分かる。曲線74は、曲線72及び76の合計であり、また、曲線74の正の変位ピークは、曲線72の正の変位ピークよりも大きいが、曲線74の負の変位ピークは、曲線72の負の変位ピークよりも小さい、即ちよりポジティブであることが分かる。
図8は、本開示の幾つかの態様による、第3の高調波を包含する形状を有するカム60によって駆動されるアクチュエータ44の変位曲線78を示している。曲線80は、第3の高調波の形状を示しており、また、周波数は曲線72の周波数の3倍であることが分かる。曲線78は、曲線72及び80の合計であり、また、頂部が平坦であって、正及び負のピークの両方に対して曲線72よりも小さいことが分かる。
図9は、本開示の幾つかの態様による、無段変速装置90の例示的な一実施例を示している。この実施例では、円形の輪郭を有する駆動輪92が、定角速度でモータ42(図9には図示せず)によって駆動される。円形駆動輪は、駆動ベルト96を介してカム輪94に結合され、カム輪94は、駆動軸62に結合される。カム輪92は、この実例では、楕円形の輪郭(尺度によらず示されている)を有する。駆動輪92が一定速度で回転するにつれて、カム輪96は可変速度で回転することになり、ここで、瞬間角速度は、カム輪94の回転の中心から駆動ベルト96とカム輪94との接点93までの瞬間オフセット距離95の関数である。カム輪94が回転するときにいかなる弛みをも引き締めるために、テークアップ輪98が付勢されて、駆動ベルト96に横方向の力を加える。
図6〜図8に開示された原理に基づいて、フーリエ級数を使用して任意の周期波形を形成するのと同様に、図6の基本波のうちの1つ又は複数の高調波を含むカムを使用することによって任意の形状の変位曲線を形成することができることは、当業者には明らかになるであろう。各高調波成分は、基本曲線の大きさ及び位相に対して独立した大きさ及び位相角を有しうる。
カムの形状を定めるための別の手法は、まず所望の変位プロファイルを決定し、次いでこのプロファイルを作り出すカム形状を経験的に決定することである。アクチュエータとカムとの接点は、カムが回転するにつれて横方向に、即ちアクチュエータの運動方向に平行な線に対して垂直にシフトしうるので、所望の変位曲線を作り出すカム形状を決定するための設計過程は、反復過程になりうる。したがって、第2及び第4の高調波プロファイルによって変調される基本オフセット円形輪郭を持った補償カムを有する蠕動ポンプは、出力流れの変動を少なくするために変化させることが可能な6つの独立した変数を有する。幾つかの実施例では、補償カム64A、64Bのうちの1つ又は複数は、蠕動ポンプの正味出力流れの変動を、補償カム64A、64Bに対して純粋に円形のカム輪郭を使用して得られる変動より少なくするために、本明細書で説明されるように成形される。
幾つかの実施例では、成形補償カムの回転率を変えることにより、出力流れの変動をさらに少なくすることができる。図3における構成要素の参照番号を使用すると、ポンプ・カム60A〜60Jが、定角速度で回転する第1の軸に取り付けられ、また、補償カム64A、64Bが、可変伝動装置を介して駆動モータに結合されるか又は独立した変速モータされることなどにより可変速度で回転することができる場合、補償カム64A、64Bの流れ変動は、補償カムの回転速度を周期的に変えることによりさらに調整することができる。
開示されたポンプ・システム及び方法は、従来の蠕動ポンプの流れよりもより一様な流体の流れを提供する。蠕動ポンプ・アクチュエータの下流の補償アクチュエータの追加、及び、ポンプ・アクチュエータの蠕動運動に対する補償アクチュエータの運動におけるオフセットが、最大流量を減少させ且つ最少流量を増加させ、それにより、従来の蠕動ポンプの流量の変動に比べて、経時的により一様な流量がもたらされる。補償カムは、純粋に円形の補償カムを使用したときに存在する残留変動を少なくするために、補償カムの基本円形輪郭に高次高調波を加えた形状とすることができる。さらに、駆動軸の速度もまた、正味出力流量の変動をさらに少なくするために、変化させることができる。モータが一定速度で回転しているときに駆動軸の速度を変化させるために伝動装置又はリンケージを使用することにより、騒音、振動、及び変速モータの提供に関わるコストを回避することができる。
開示された過程におけるステップ若しくはブロックの具体的な順序又は階層は、例示的な手法の例証であることが理解される。デザインの好みに基づき、過程におけるステップ若しくはブロックの具体的な順序又は階層は、置き換えてもよいことが理解される。添付の方法の請求項は、見本順序における様々なステップの要素を提示するものであって、提示された具体的な順序又は階層に限定されるように意図されたものではない。
先の説明は、いかなる当業者にも本明細書に記載の様々な態様を実践することを可能とするように提供される。これらの態様に対する様々な修正は、当業者には容易に明らかになるであろう。また、本明細書に置いて定義された包括的な原理は、他の態様に適用されうる。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に示されている態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲の用語と整合する最大限の範囲に一致すべきものである。
一要素に対する単数での参照は、特にそのように記述されている場合を除き、「唯一の」を意味するのではなく、「1つ又は複数の」を意味するように意図されたものである。特に記述されない限り、「幾つかの」という用語は、1つ又は複数を意味する。
男性に属する代名詞(例えば、彼の)には、女性及び中性(例えば、彼女の及びその)が含まれ、その逆も同様である。当業者に知られているか又は今後知られるようになる、本開示を通して説明された様々な態様の要素に対する全ての構成上及び機能上の均等物は、参照により本明細書に明確に組み込まれ、また、特許請求の範囲に含まれることが意図されている。さらに、本明細書において開示されたことには、そのような開示が特許請求の範囲に明確に記載されているかどうかに関わらず、公衆に提供されるように意図されたものはない。特許請求の範囲にない要素については、その要素が「〜するための手段(means for)」という用語を使用して明確に記載されていない限り、又は、方法のクレームの場合、その要素が「〜のための操作(operation for)」という用語を使用して記載されていない限りは、米国特許法第112条第6段落の規定の下で解釈されるべきである。
本開示の実施例が詳細に説明され且つ示されたが、これらは単に例示及び実例としてのものであって、限定的なものとしてとられるべきではなく、本発明の範囲が添付の特許請求の範囲に記載の用語によってのみ限定されることは、明白に理解されるべきである。
本明細書に記載された全ての要素、部品、及びステップが含まれることが好ましい。当業者には明らかなように、これらの要素、部品、及びステップのうちの任意のものは、他の要素、部品、及びステップに置き換えるか、又は完全に削除してもよいことが、理解されるべきである。
1つの態様では、本書は以下のことを開示する。出口の上流に位置する入口を有する少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第1の部分の隣接した部分を選択的且つ連続的に圧縮するように構成された複数の蠕動ポンプ・アクチュエータを含む、ポンプ機構が開示される。複数のポンプ・アクチュエータはさらに、各隣接対のポンプ・アクチュエータ間に第1の位相オフセットを伴って共通の駆動周波数で往復運動するように構成される。ポンプ機構はまた、第1の部分と出口との間に配置された少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第2の部分を選択的に圧縮するように配列された、少なくとも1つの補償アクチュエータを含む。少なくとも1つの補償アクチュエータは、最適な変位で、且つ基本駆動周波数の整数倍の変調周波数で、且つ隣接したポンプ・アクチュエータとの間に第2の位相オフセットを伴って、往復運動するように構成される。
本書は、少なくとも以下の概念を開示する。
概念1 入口及び前記入口の下流に位置する出口を有する少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第1の部分の隣接したセクションを順次圧縮するように構成された、複数の蠕動ポンプ・アクチュエータであって、基本駆動周波数を含む動作で往復運動するようにさらに構成され、それらのうちの最後のポンプ・アクチュエータが前記出口の最も近くに位置する、複数の蠕動ポンプ・アクチュエータと、
前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の前記第1の部分と前記出口との間に配置された前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第2の部分を選択的に圧縮するように配列された、少なくとも1つの補償アクチュエータであって、前記最後のポンプ・アクチュエータに対して或る位相シフトにおいて前記基本駆動周波数を含む動作で往復運動するように構成された、少なくとも1つの補償アクチュエータと
を備える、ポンプ機構。
前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の前記第1の部分と前記出口との間に配置された前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第2の部分を選択的に圧縮するように配列された、少なくとも1つの補償アクチュエータであって、前記最後のポンプ・アクチュエータに対して或る位相シフトにおいて前記基本駆動周波数を含む動作で往復運動するように構成された、少なくとも1つの補償アクチュエータと
を備える、ポンプ機構。
概念2 前記少なくとも1つの補償アクチュエータのうちの第1の補償アクチュエータが、前記最後のポンプ・アクチュエータに隣接し、また、
前記第1の補償アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数が、前記最後のポンプ・アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数に対して90°から270°の間の位相シフトを有する、
概念1に記載のポンプ機構。
前記第1の補償アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数が、前記最後のポンプ・アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数に対して90°から270°の間の位相シフトを有する、
概念1に記載のポンプ機構。
概念3 前記第1の補償アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数が、前記最後のポンプ・アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数に対して約180°の位相シフトを有する、概念2に記載のポンプ機構。
概念4 前記少なくとも1つの補償アクチュエータの前記動作が、前記基本駆動周波数の整数倍である1つ又は複数の高次高調波を含む、概念1又は2に記載のポンプ機構。
概念5 前記1つ又は複数の高調波が、前記最後のポンプ・アクチュエータに対してそれぞれの位相シフトを有する、概念4に記載のポンプ機構。
概念6 駆動軸と、
前記駆動軸に固定的に結合された複数のポンプ・カムであって、それぞれが前記複数のポンプ・アクチュエータを往復運動させるようにそれぞれ構成された、複数のポンプ・カムと、
前記駆動軸に固定的に結合された少なくとも1つの補償カムであって、それぞれが前記少なくとも1つの補償アクチュエータを往復運動させるようにそれぞれ構成された、少なくとも1つの補償カムと
をさらに備える、概念1から5までのいずれか一概念に記載のポンプ機構。
前記駆動軸に固定的に結合された複数のポンプ・カムであって、それぞれが前記複数のポンプ・アクチュエータを往復運動させるようにそれぞれ構成された、複数のポンプ・カムと、
前記駆動軸に固定的に結合された少なくとも1つの補償カムであって、それぞれが前記少なくとも1つの補償アクチュエータを往復運動させるようにそれぞれ構成された、少なくとも1つの補償カムと
をさらに備える、概念1から5までのいずれか一概念に記載のポンプ機構。
概念7 前記複数のポンプ・カムが、隣接した各ポンプ・カム間に一定の位相オフセットを伴って輪郭が同一である、概念6に記載のポンプ機構。
概念8 前記少なくとも1つの補償カムが、前記ポンプ・カムと実質的に同一の輪郭を有する、概念7に記載のポンプ機構。
概念9 前記少なくとも1つの補償カムが、前記ポンプ・カムとは異なる輪郭を有する、概念7に記載のポンプ機構。
概念10 第2の補償アクチュエータと、
前記基本駆動周波数の第2の高調波を含む動作で前記第2の補償アクチュエータを往復運動させるように構成された、第2の輪郭を有する第2の補償カムと
をさらに備える、概念9に記載のポンプ機構。
前記基本駆動周波数の第2の高調波を含む動作で前記第2の補償アクチュエータを往復運動させるように構成された、第2の輪郭を有する第2の補償カムと
をさらに備える、概念9に記載のポンプ機構。
概念11 前記駆動軸が、360°の回転にわたって変動する角速度で回転する、概念6に記載のポンプ機構。
概念12 基本駆動周波数が、前記駆動軸が360°の回転を1回終えるのに必要とされる時間周期の逆数によって決定され、また、
角速度が変動する前記駆動軸の前記角速度が、前記基本駆動周波数の1つ又は複数の整数高調波を含む、
概念11に記載のポンプ機構。
角速度が変動する前記駆動軸の前記角速度が、前記基本駆動周波数の1つ又は複数の整数高調波を含む、
概念11に記載のポンプ機構。
概念13 前記高調波のそれぞれが、前記基本駆動周波数に対してそれぞれの位相シフトを含む、概念12に記載のポンプ機構。
概念14 或る角速度で回転するように構成された駆動軸と、
前記駆動軸に固定的に結合された複数のポンプ・カムであって、前記複数のポンプ・カムのそれぞれが、前記複数のポンプ・アクチュエータを往復運動させるように構成され、前記複数のポンプ・カムが、前記最後のポンプ・アクチュエータに対応する最後のポンプ・カムを含み、前記複数のポンプ・カムのそれぞれが、基本高調波周波数及び第1の振幅を含む形状を有する、複数のポンプ・カムと、
前記少なくとも1つの補償アクチュエータのそれぞれを往復運動させるように構成された少なくとも1つの補償カムであって、前記基本高調波周波数、及び第2の振幅、及び前記最後のポンプ・カムに対する位相シフトを含む形状を有する、少なくとも1つの補償カムと
をさらに備える、概念1から5のいずれか一概念に記載のポンプ機構。
前記駆動軸に固定的に結合された複数のポンプ・カムであって、前記複数のポンプ・カムのそれぞれが、前記複数のポンプ・アクチュエータを往復運動させるように構成され、前記複数のポンプ・カムが、前記最後のポンプ・アクチュエータに対応する最後のポンプ・カムを含み、前記複数のポンプ・カムのそれぞれが、基本高調波周波数及び第1の振幅を含む形状を有する、複数のポンプ・カムと、
前記少なくとも1つの補償アクチュエータのそれぞれを往復運動させるように構成された少なくとも1つの補償カムであって、前記基本高調波周波数、及び第2の振幅、及び前記最後のポンプ・カムに対する位相シフトを含む形状を有する、少なくとも1つの補償カムと
をさらに備える、概念1から5のいずれか一概念に記載のポンプ機構。
概念15 前記角速度が一定である、概念14に記載のポンプ機構。
概念16 前記補償カムの前記形状が、前記基本高調波周波数の整数倍である少なくとも1つの高調波周波数を含む、概念14に記載のポンプ機構。
概念17 前記少なくとも1つの補償カムの前記形状が、前記基本高調波周波数の整数倍である少なくとも1つの追加的な高調波周波数を含み、各追加的な高調波周波数が、それぞれの振幅、及び前記最後のポンプ・カムに対するそれぞれの位相シフトを有する、
概念14に記載のポンプ機構。
概念14に記載のポンプ機構。
概念18 出口を有する静脈内(IV)セットとともに使用するためのポンプ・システムであって、
回転するように構成された駆動モータと、
前記駆動モータに結合された駆動軸と、
前記駆動軸に沿って一列に配置され且つ前記駆動軸に結合された複数のポンプ・カムであって、各対の隣接したポンプ・カムの間に共通の回転オフセットを伴って共通の輪郭を有し、最後のポンプ・カムを含む、複数のポンプ・カムと、
前記最後のポンプ・カムに隣接して前駆駆動軸に固定的に結合され、前記最後のポンプ・カムに対して回転的にオフセットした、補償カムと、
前記複数のポンプ・カムにそれぞれ結合された複数のポンプ・アクチュエータであって、前記駆動軸が回転されたときに前記IVセットの第1の部分の隣接したセクションを蠕動的に動かすように構成された、ポンプ・アクチュエータと、
前記補償カムに結合された補償アクチュエータであって、前記第1の部分と前記出口との間に配置された前記IVセットの第2の部分を選択的に圧縮するように配列された、補償アクチュエータと
を備える、ポンプ・システム。
回転するように構成された駆動モータと、
前記駆動モータに結合された駆動軸と、
前記駆動軸に沿って一列に配置され且つ前記駆動軸に結合された複数のポンプ・カムであって、各対の隣接したポンプ・カムの間に共通の回転オフセットを伴って共通の輪郭を有し、最後のポンプ・カムを含む、複数のポンプ・カムと、
前記最後のポンプ・カムに隣接して前駆駆動軸に固定的に結合され、前記最後のポンプ・カムに対して回転的にオフセットした、補償カムと、
前記複数のポンプ・カムにそれぞれ結合された複数のポンプ・アクチュエータであって、前記駆動軸が回転されたときに前記IVセットの第1の部分の隣接したセクションを蠕動的に動かすように構成された、ポンプ・アクチュエータと、
前記補償カムに結合された補償アクチュエータであって、前記第1の部分と前記出口との間に配置された前記IVセットの第2の部分を選択的に圧縮するように配列された、補償アクチュエータと
を備える、ポンプ・システム。
概念19 前記補償カムが、前記最後のポンプ・カムに対して90°〜270°の範囲内で回転的にオフセットしている、概念18に記載のポンプ・システム。
概念20 前記駆動モータと前記駆動軸との間に結合された伝動装置をさらに備え、前記伝動装置が、前記駆動軸の回転が基本周波数と前記基本周波数の整数倍の変調周波数とを含むように、前記駆動軸の速度を調節するように構成されている、概念18又は19に記載のポンプ・システム。
概念21 前記駆動モータが、前記駆動モータの回転が基本周波数と前記基本周波数の整数倍の変調周波数とを含むように、可変速度で回転するように構成されている、概念18、19、又は20に記載のポンプ・システム。
概念22 出口の上流に位置する入口を有する少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の、前記入口と前記出口との間に配置された第1の部分を蠕動的に動かして、第1の最大値と第1の最小値との間で周期的に変動する第1の流量で流体を前記出口から流出させるステップと、
前記第1の部分と前記出口との間に配置された前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第2の部分を動かして、ほぼゼロで周期的に変動する第2の流量で前記流体を前記出口から流出させるステップであって、前記第1及び第2の流量の和が、前記第1の最大値未満である第2の最大値、及び前記第1の最小値未満である第2の最小値を有するステップと、
を含む、方法。
前記第1の部分と前記出口との間に配置された前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第2の部分を動かして、ほぼゼロで周期的に変動する第2の流量で前記流体を前記出口から流出させるステップであって、前記第1及び第2の流量の和が、前記第1の最大値未満である第2の最大値、及び前記第1の最小値未満である第2の最小値を有するステップと、
を含む、方法。
概念23 前記第1及び第2の流量の周期的変動が、それぞれ基本周波数を含み、
前記第1及び第2の流量の前記基本周波数間に位相オフセットが存在する、
概念22に記載の方法。
前記第1及び第2の流量の前記基本周波数間に位相オフセットが存在する、
概念22に記載の方法。
概念24 前記第1の流量と第2の流量との間の前記位相オフセットが、90°〜270°の範囲内である、概念23に記載の方法。
概念25 前記出口における前記第1及び第2の流量の和が、前記流体の圧送中は常にゼロよりも大きい、概念22、23、又は24に記載の方法。
概念26 前記第1の流量の前記周期的変動が、前記基本周波数の整数倍である少なくとも1つの高次周波数を含む、概念23に記載の方法。
概念27 前記第2の流量の前記周期的変動が、前記基本周波数の整数倍である少なくとも1つの高次周波数を含む、概念23に記載の方法。
概念28 ポンプ機構であって、
入口及び出口を有する蠕動ポンプ機構であって、前記入口を通じて流体を受け取り、且つ基準流量に対して経時的に周期的に変動する流量で前記出口を通じた前記流体の出力流れを提供するように構成された、蠕動ポンプ機構と、
前記ポンプ機構の前記出口に流体的に結合された入口、及び出口を有する可変容積であって、前記出力流れの前記周期的変動と同期して変化するように構成された、可変容積と
を備える、ポンプ機構。
入口及び出口を有する蠕動ポンプ機構であって、前記入口を通じて流体を受け取り、且つ基準流量に対して経時的に周期的に変動する流量で前記出口を通じた前記流体の出力流れを提供するように構成された、蠕動ポンプ機構と、
前記ポンプ機構の前記出口に流体的に結合された入口、及び出口を有する可変容積であって、前記出力流れの前記周期的変動と同期して変化するように構成された、可変容積と
を備える、ポンプ機構。
概念29 前記ポンプ機構の前記出口を通じた前記出力流量が前記基準流量を上回っているときに、少なくともそのうちの一部の期間に前記可変容積が増大し、また、
前記ポンプ機構の前記出口を通じた前記出力流量が前記基準流量を下回っているときに、少なくともそのうちの一部の期間に前記可変容積が減少する、
概念28に記載のポンプ機構。
前記ポンプ機構の前記出口を通じた前記出力流量が前記基準流量を下回っているときに、少なくともそのうちの一部の期間に前記可変容積が減少する、
概念28に記載のポンプ機構。
概念30 入口及び前記入口の下流に位置する出口を有する少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第1の部分の隣接したセクションを順次圧縮するように構成された複数の蠕動ポンプ・アクチュエータであって、基本駆動周波数を含む動作で往復運動するようにさらに構成され、それらのうちの第1のポンプ・アクチュエータが前記入口の最も近くに位置する、複数の蠕動ポンプ・アクチュエータと、
前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の前記入口と前記第1の部分との間に配置された前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第2の部分を選択的に圧縮するように配列された、少なくとも1つの吸入補償アクチュエータであって、前記第1のポンプ・アクチュエータに対して或る位相シフトにおいて前記基本駆動周波数を含む動作で往復運動するように構成された、少なくとも1つの吸入補償アクチュエータと
を備える、ポンプ機構。
前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の前記入口と前記第1の部分との間に配置された前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第2の部分を選択的に圧縮するように配列された、少なくとも1つの吸入補償アクチュエータであって、前記第1のポンプ・アクチュエータに対して或る位相シフトにおいて前記基本駆動周波数を含む動作で往復運動するように構成された、少なくとも1つの吸入補償アクチュエータと
を備える、ポンプ機構。
概念31 前記少なくとも1つの吸入補償アクチュエータのうちの第1の吸入補償アクチュエータが、前記第1のポンプ・アクチュエータに隣接し、また、
前記第1の吸入補償アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数が、前記第1のポンプ・アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数に対して90°から270°の間の位相シフトを有する、
概念30に記載のポンプ機構。
前記第1の吸入補償アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数が、前記第1のポンプ・アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数に対して90°から270°の間の位相シフトを有する、
概念30に記載のポンプ機構。
概念32 前記第1の吸入補償アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数が、前記第1のポンプ・アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数に対して約180°の位相シフトを有する、概念31に記載のポンプ機構。
Claims (32)
- 少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第1の部分の隣接するセクションを順次圧縮するように構成された複数の蠕動ポンプ・アクチュエータであって、前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素は入口及び前記入口の下流に位置する出口を有し、前記複数の蠕動ポンプ・アクチュエータは、基本駆動周波数を含む動作で往復運動するようにさらに構成され、また前記複数の蠕動ポンプ・アクチュエータのうちの最後のポンプ・アクチュエータが前記出口の最も近くに位置する、複数の蠕動ポンプ・アクチュエータと、
前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第2の部分を選択的に圧縮するように配列された少なくとも1つの補償アクチュエータであって、前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の前記第2の部分は前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の前記第1の部分と前記出口との間に配設され、前記少なくとも1つの補償アクチュエータは、前記最後のポンプ・アクチュエータに対して所定の位相シフトで、前記基本駆動周波数を含む動作で往復運動するように構成されている、少なくとも1つの補償アクチュエータと
を有するポンプ機構。 - 前記少なくとも1つの補償アクチュエータのうちの第1の補償アクチュエータが前記最後のポンプ・アクチュエータに隣接し、また
前記第1の補償アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数が、前記最後のポンプ・アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数に対して90°から270°の間の位相シフトを有している、請求項1に記載のポンプ機構。 - 前記第1の補償アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数が、前記最後のポンプ・アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数に対して約180°の位相シフトを有している、請求項2に記載のポンプ機構。
- 前記少なくとも1つの補償アクチュエータの前記動作が、前記基本駆動周波数の整数倍である1つ又は複数の高次高調波を含む、請求項1に記載のポンプ機構。
- 前記1つ又は複数の高調波が、前記最後のポンプ・アクチュエータに対してそれぞれの位相シフトを有する、請求項4に記載のポンプ機構。
- 駆動軸と、
前記駆動軸に固定的に結合された複数のポンプ・カムであって、それぞれが前記複数のポンプ・アクチュエータを往復運動させるように構成された複数のポンプ・カムと、
前記駆動軸に固定的に結合された少なくとも1つの補償カムであって、それぞれが前記少なくとも1つの補償アクチュエータを往復運動させるように構成された少なくとも1つの補償カムと
をさらに有する、請求項1に記載のポンプ機構。 - 前記複数のポンプ・カムが同一の輪郭であり、且つ隣接する各ポンプ・カム間に一定の位相オフセットを伴う、請求項6に記載のポンプ機構。
- 前記少なくとも1つの補償カムが前記ポンプ・カムと実質的に同一の輪郭を有する、請求項7に記載のポンプ機構。
- 前記少なくとも1つの補償カムが前記ポンプ・カムとは異なる輪郭を有する、請求項7に記載のポンプ機構。
- 第2の補償アクチュエータと、
前記基本駆動周波数の第2高調波を含む動作で前記第2の補償アクチュエータを往復運動させるように構成された第2の輪郭を有する第2の補償カムと
をさらに有する、請求項9に記載のポンプ機構。 - 前記駆動軸が、360°の回転にわたって変動する角速度で回転する、請求項6に記載のポンプ機構。
- 前記駆動軸が360°の回転を1回終えるのに必要とされる時間周期の逆数によって基本周波数が決定され、また
角速度が変動する前記駆動軸の前記角速度が、前記基本駆動周波数の1つ又は複数の整数高調波を含む、請求項11に記載のポンプ機構。 - 前記高調波のそれぞれが、前記基本駆動周波数に対してそれぞれの位相シフトを含む、請求項12に記載のポンプ機構。
- 所定の角速度で回転するように構成された駆動軸と、
前記駆動軸に固定的に結合された複数のポンプ・カムであって、前記複数のポンプ・カムのそれぞれが、前記複数のポンプ・アクチュエータのそれぞれを往復運動させるように構成され、前記複数のポンプ・カムが、前記最後のポンプ・アクチュエータに対応する最後のポンプ・カムを含み、前記複数のポンプ・カムのそれぞれが、基本高調波周波数及び第1の振幅を含む形状を有している、複数のポンプ・カムと、
前記少なくとも1つの補償アクチュエータのそれぞれを往復運動させるように構成された少なくとも1つの補償カムであって、前記基本高調波周波数、及び第2の振幅、及び前記最後のポンプ・カムに対する位相シフトを含む形状を有する少なくとも1つの補償カムと
をさらに有する、請求項1に記載のポンプ機構。 - 前記角速度が一定である、請求項14に記載のポンプ機構。
- 前記補償カムの前記形状が、前記基本高調波周波数の整数倍である少なくとも1つの高調波周波数を含む、請求項14に記載のポンプ機構。
- 前記少なくとも1つの補償カムの前記形状が、前記基本高調波周波数の整数倍である少なくとも1つの追加的な高調波周波数を含み、各追加的な高調波周波数が、それぞれの振幅、及び前記最後のポンプ・カムに対するそれぞれの位相シフトを有している、請求項14に記載のポンプ機構。
- 出口を有する静脈内(IV)セットとともに使用するためのポンプ・システムであって、
回転するように構成された駆動モータと、
前記駆動モータに結合された駆動軸と、
前記駆動軸に沿って一列に配設され且つ前記駆動軸に結合された複数のポンプ・カムであって、前記複数のポンプ・カムは、隣接するポンプ・カムの各対の間に共通の回転オフセットを伴って共通の輪郭を有しており、且つ最後のポンプ・カムを有している、複数のポンプ・カムと、
前記最後のポンプ・カムに隣接して前記駆動軸に固定的に結合された、前記最後のポンプ・カムに対して回転的にオフセットしている補償カムと、
前記複数のポンプ・カムにそれぞれ結合された複数のポンプ・アクチュエータであって、前記駆動軸が回転したときに前記IVセットの第1の部分の隣接セクションを蠕動的に動かすように構成されたポンプ・アクチュエータと、
前記補償カムに結合された補償アクチュエータであって、前記第1の部分と前記出口との間に配設された前記IVセットの第2の部分を選択的に圧縮するように配置された補償アクチュエータと
を有するポンプ・システム。 - 前記補償カムが、前記最後のポンプ・カムに対して90°〜270°の範囲内で回転的にオフセットしている、請求項18に記載のポンプ・システム。
- 前記駆動モータと前記駆動軸との間に結合された伝動装置をさらに有し、前記伝動装置は、前記駆動軸の回転が基本周波数と前記基本周波数の整数倍の変調周波数とを含むように、前記駆動軸の速度を調節するように構成されている、請求項18に記載のポンプ・システム。
- 前記駆動モータは、前記駆動モータの回転が基本周波数と前記基本周波数の整数倍の変調周波数とを含むように、可変速度で回転するように構成されている、請求項18に記載のポンプ・システム。
- 出口の上流に位置する入口を有する少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第1の部分を蠕動的に動かすステップであって、前記第1の部分は前記入口と前記出口との間に配設され、それにより、第1の最大値と第1の最小値との間で周期的に変動する第1の流量で流体を前記出口から流出させるステップと、
前記第1の部分と前記出口との間に配設された前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第2の部分を動かすステップであって、それによりゼロを中心に周期的に変動する第2の流量で前記流体を前記出口から流出させ、また前記第1及び第2の流量の和が、前記第1の最大値未満である第2の最大値、及び前記第1の最小値未満である第2の最小値を有するステップと、
を含む方法。 - 前記第1及び第2の流量の前記周期的変動が、それぞれ基本周波数を含み、
前記第1及び第2の流量の前記基本周波数の間に位相オフセットが存在する、請求項22に記載の方法。 - 前記第1の流量と前記第2の流量との間の前記位相オフセットが、90°〜270°の範囲内である、請求項23に記載の方法。
- 前記出口における前記第1及び第2の流量の和が、前記流体の圧送中は常にゼロよりも大きい、請求項22に記載の方法。
- 前記第1の流量の前記周期的変動が、前記基本周波数の整数倍である少なくとも1つの高次周波数を含む、請求項23に記載の方法。
- 前記第2の流量の前記周期的変動が、前記基本周波数の整数倍である少なくとも1つの高次周波数を含む、請求項23に記載の方法。
- 入口及び出口を有する蠕動ポンプ機構であって、前記入口を通じて流体を受け取るように、また公称流量に関して経時的に周期的に変動する流量で前記出口を通じた前記流体の出力流れを提供するように構成された蠕動ポンプ機構と、
前記ポンプ機構の前記出口に流体的に結合された入口、及び出口を有する可変容積であって、前記出力流れの前記周期的変動と同期して変化するように構成された可変容積と
を有するポンプ機構。 - 前記ポンプ機構の前記出口を通じた前記出力流量が前記公称流量を上回っているときに少なくともその一部の期間、前記可変容積が増大し、また
前記ポンプ機構の前記出口を通じた前記出力流量が前記公称流量を下回っているときに少なくともその一部の期間、前記可変容積が減少する、請求項28に記載のポンプ機構。 - 少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第1の部分の隣接するセクションを順次圧縮するように構成された複数の蠕動ポンプ・アクチュエータであって、前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素は入口及び前記入口の下流に位置する出口を有し、前記複数の蠕動ポンプ・アクチュエータは、基本駆動周波数を含む動作で往復運動するようにさらに構成され、また前記複数の蠕動ポンプ・アクチュエータのうちの第1のポンプ・アクチュエータが前記入口の最も近くに位置する、複数の蠕動ポンプ・アクチュエータと、
前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の第2の部分を選択的に圧縮するように配列された少なくとも1つの吸入補償アクチュエータであって、前記少なくとも部分的に圧縮可能なポンプ要素の前記第2の部分は前記入口と前記第1の部分との間に配設され、前記少なくとも1つの吸入補償アクチュエータは、前記第1のポンプ・アクチュエータに対して所定の位相シフトで、前記基本駆動周波数を含む動作で往復運動するように構成されている、少なくとも1つの吸入補償アクチュエータと
を有するポンプ機構。 - 前記少なくとも1つの吸入補償アクチュエータのうちの第1の吸入補償アクチュエータが前記第1のポンプ・アクチュエータに隣接し、また
前記第1の吸入補償アクチュエータの前記基本駆動周波数が、前記第1のポンプ・アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数に対して90°から270°の間の位相シフトを有している、請求項30に記載のポンプ機構。 - 前記第1の吸入補償アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数が、前記第1のポンプ・アクチュエータの前記動作の前記基本駆動周波数に対して約180°の位相シフトを有している、請求項31に記載のポンプ機構。
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