JP2015516529A - ディスクポンプにおける電気化学検出系及び方法 - Google Patents

ディスクポンプにおける電気化学検出系及び方法 Download PDF

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Abstract

ディスクポンプシステムは、実質的に円筒形であり、流体を収容するための空洞を画定するポンプ本体を含み、空洞は両端において実質的に円形の端壁によって閉鎖される側壁により形成され、端壁の少なくとも一方は被駆動端壁であり、これは中央部分と、被駆動端壁の中央部分から半径方向に外側に延びる周辺部分と、を有する。システムは電気化学検出系を含み、これは、作用電極と、参照電極と、補助電極と、を含む。電気化学検出系は、ポンプ本体を通って流れる流体中のターゲットガスの存在を検出する機能を果たす。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本発明は、Ｌｏｃｋｅらにより２０１２年２月１０日に出願された、“Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｄｉｓｃ Ｐｕｍｐ”と題する米国仮特許出願第６１／５９７，４７０号明細書の出願の米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づく利益を主張するものであり、同仮出願をあらゆる目的のために参照によって本願に援用する。
本発明の例示的実施形態は一般に、流体用ディスクポンプに関し、より詳しくは、送出用空洞が実質的に円筒形であり、端壁と、端壁間の側壁と、を有し、端壁間にアクチュエータが設けられているディスクポンプに関する。本発明の例示的実施形態は、より詳しくは、内蔵された電気化学検出系を有するディスクポンプに関する。
閉鎖された空洞内で高振幅圧力振動を生成することは、熱音響及びディスクポンプ型コンプレッサの分野で多くの注目を集めている。非線形音響学の最近の発展により、これまで可能と考えられていたものより高振幅の圧力波を生成することが可能となった。
音響共振を使って所定の入口と出口からの流体送出を実現することが知られている。これを実現するには、一方の端に音響定在波を駆動する音響ドライバを備える円筒形の空洞を使用する。このような円筒形の空洞では、音響圧力波の振幅が限定される。これまでに、断面形状が変化する空洞の形状、例えばコーン型、ホーン型、電球型を使用することによって、高振幅圧力振動を実現し、送出効果が大幅に高められてきた。このような高振幅波においては、エネルギー散逸を伴う非線形機構（ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｗｉｔｈ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）が抑制されている。しかしながら、ディスク型の空洞では、この高振幅音響共振は使用されておらず、最近まで放射圧振動が励起されてきた。国際公開第２００６／１１１７７５号パンフレットとして公開された国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００１４８７号明細書は、アスペクト比、すなわち空洞の半径と空洞の高さの比が高い、実質的にディスク形状の空洞を有するディスクポンプを開示している。
このようなディスクポンプは、各端が端壁により閉鎖された側壁を含む、実質的に円筒形の空洞を有する。ディスクポンプはまた、アクチュエータを含み、これは端壁のうちの何れか一方を駆動し、この被駆動端壁の表面に対して実質的に垂直な方向に振動させる。被駆動端壁の運動の空間波形は空洞内の流体圧力振動の空間波形にマッチすると表現され、この状態を本明細書においてモードマッチングという。ディスクポンプがモードマッチングの状態にあると、アクチュエータが空洞内の流体に対してなした作用は、被駆動端壁の表面にわたって強め合いながら増大し、その結果、空洞内の圧力振動の振幅が増大し、高いディスクポンプ効率が得られる。モードマッチングの状態のディスクポンプの効率は、被駆動端壁と側壁の間の界面に依存する。この界面を、それが被駆動端壁の運動を縮小または減衰させないように構成して、空洞内の流体圧力振動のあらゆる振幅減少を軽減することにより、このようなディスクポンプの効率を維持することが望ましい。
上述のディスクポンプのアクチュエータは、被駆動端面をその端壁に対して実質的に垂直、または円筒形の空洞の縦軸に対して実質的に平行な方向に振動運動させ（「変位振動」）、これを以下、空洞内の被駆動端壁の「軸方向振動」と呼ぶ。被駆動端壁の軸方向振動は、空洞内の流体の、それに実質的に比例する「圧力振動」を発生させ、それによって半径方向の圧力分布が得られ、これは参照によって本願に援用される国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００１４８７号明細書に記載されているように、第一種ベッセル関数のそれに近似し、このような発振を以下、空洞内の流体圧力の「放射振動」と呼ぶ。被駆動端壁のうち、アクチュエータと側壁の間の部分は、ディスクポンプの側壁との界面を提供し、これが変位振動の減衰を縮小して空洞内の圧力振動のあらゆる減少を軽減し、この部分を以下「アイソレータ」と呼ぶが、これは米国特許出願第１２／４７７，５９４号明細書の中により詳しく記されており、同出願を引用によって本願に援用する。アイソレータの例示的実施形態は、被振動端壁の周辺部分と動作的に関連付けられて、変位振動の減衰を縮小する。
このようなディスクポンプにはまた、ディスクポンプを通る流体の流れを制御するための１つまたは複数の弁も必要であり、より詳しくは、弁は高周波数で動作できる。従来の弁は一般に、各種の用途のために５００Ｈｚ以下の、より低周波数で動作する。例えば、多くの従来のコンプレッサは一般に、５０または６０Ｈｚで動作する。当業界で知られている線形共振コンプレッサは１５０〜３５０Ｈｚで動作する。しかしながら、医療機器を含む多くの携帯型電子機器は、正圧を送達する、または真空を提供する比較的小型のディスクポンプを必要とし、このようなディスクポンプは動作中に聞き取れず、個別の動作を提供できることが有利である。これらの目的を実現するために、このようなディスクポンプは非常に高い周波数で動作しなければならず、弁は約２０ｋＨｚ以上で動作できる必要がある。このような高周波数で動作するには、弁は、ディスクポンプを通る流体の正味の流れを作るように調整可能な高周波数振動圧力に応答できなければならない。このような弁は、国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２００９／０５０６１４号明細書の中により詳しく記載されており、同出願を参照によって本願に援用する。
ディスクポンプを通る流体の流れを制御するために、弁を第一または第二の開口部の何れか、または両方の開口部に配置してもよい。各弁は、その中を概して垂直に延びる開口部を有する第一の板と、同様にその中を概して垂直に延びる穴を有する第二の板を含み、第二の板の穴は第一の板の穴から実質的にずれている。弁は、第一と第二の板の間に設置された側壁をさらに含み、側壁は第一と第二の板の周辺の周囲で閉じられ、第一と第二の板の間に、第一と第二の板の開口部と流体連通する空洞が形成される。弁は、第一と第二の板の間に配置され、移動可能なフラップをさらに含み、フラップは、第一の板の開口部とは実質的にずれ、第二の板の開口部と実質的に整合する穴を有する。フラップは、弁前後の流体の差圧の方向の変化に応じて第一と第二の板の間で駆動される。
ディスクポンプシステムは、実質的に円筒形で、流体を収容する空洞を画定するポンプ本体を含み、空洞は、両端において実質的に円形の端壁で閉鎖された側壁によって形成され、端壁の少なくとも一方は被駆動端壁であり、中央部分と被駆動端壁の中央部分から半径方向に外側に延びる周辺部分を有する。アクチュエータが被駆動端壁の中央部分に動作的に関連付けられ、使用時に、被駆動端壁の振動運動を起こし、それによって被駆動端壁の、それに対して実質的に垂直な方向への、被駆動端壁の中心と側壁の間に環状の節を有するような変位振動を生成する。アイソレータは、被駆動端壁の周辺部分に動作的に関連付けられ、変位振動の減衰を縮小する。アイソレータは可撓性プリント回路材料を含む。システムは電気化学検出系を含み、これは作用電極と、参照電極と、補助電極と、を含む。システムはまた、端壁のいずれか一方の、環状の節以外のいずれかの位置に設けられ、ポンプ本体を通って延びる第一の開口部と、ポンプ本体の、第一の開口部の位置以外のいずれかの位置に設けられ、ポンプ本体を通って延びる第二の開口部と、を含む。弁が第一の開口部と第二の開口部の少なくとも一方に設置される。使用時に、変位振動はポンプ本体の空洞内の流体の、それに対応する圧力振動を発生させ、それによって流体が第一と第二の開口部を通って流れ、電気化学検出系は、ポンプ本体を通って流れる流体中のターゲットガスの存在を検出する機能を果たす。
ポンプ内のアイソレータ上に取り付けられたアクチュエータを有するディスクポンプを有するディスクポンプシステムの中のターゲットガスの存在を検出する方法が開示される。アイソレータは可撓性の回路材料を含み、それによってアクチュエータが振動し、ポンプの空洞を通る気流を生成する。この方法は、アクチュエータを駆動して、アクチュエータの振動変位運動を起こし、空洞内の流体の放射圧力振動を発生させるステップを含む。この方法はまた、流体が空洞の中を通り、参照電極と補助電極を含む機械化学検出系の上を流れるようにするステップを含む。この方法はまた、電気化学検出系を使ってターゲットガスの存在を検出するステップと、ターゲットガスの存在を表示するステップと、を含む。
ディスクポンプは、実質的に円筒形で、流体を収容する空洞を画定するポンプ本体を含む。空洞は、両端において実質的に円形の端壁で閉鎖される側壁により形成される。端壁の少なくとも一方は被駆動端壁であり、これは中央部分と、被駆動端壁の中央部分から半径方向に外側に延びる周辺部分を有する。ディスクポンプはアクチュエータを含み、これは被駆動壁の中央部分に動作的に関連付けられて、使用時には、被駆動端壁の振動運動を起こし、それによって被駆動端壁の、それに対して実質的に垂直な方向への、被駆動端壁の中心と側壁の間に環状の節を有する変位振動を発生させる。ディスクポンプは、被駆動端壁の周辺部分に動作的に関連付けられ、変位振動の減衰を縮小するアイソレータと、電気機械検出系と、を含む。電気化学検出系は、ポンプ本体を通って流れる流体内のターゲットガスの存在を検出するように動作可能である。第一の開口部が端壁のいずれか一方の、環状の節以外のいずれかの位置に設けられ、ポンプ本体を通って延び、第二の開口部がポンプ本体の、第一の開口部以外のいずれかの位置に設けられ、ポンプ本体を通って延びる。ディスクポンプは、第一の開口部と第二の開口部の少なくとも一方に設けられた弁をさらに含み、それによってディスクポンプの使用時に、変位振動が、ポンプ本体の空洞内の流体の、それに対応する圧力振動を発生させ、流体が第一と第二の開口部を通って流れる。
例示的な実施形態のその他の特徴と利点は、図面と以下の詳細な説明を参照することによって明らかとなるであろう。
図１は、ディクスポンプの側方断面図であり、ポンプのアクチュエータに連結された電気化学検出系を含む。 図２は、図１のディスクポンプの上面図である。 図３Ａは、図１のディスクポンプのアクチュエータの基本曲げモードの軸方向変位振動のグラフを示す。 図３Ｂは、図３Ａに示される曲げモードに応答する、図１のディスクポンプの空洞内の流体の圧力振動のグラフを示す。 図４は、図１のディスクポンプの側方断面図を示し、弁は図７Ａ〜７Ｄに示される１つの弁で表されている。 図５は、図７Ａ〜７Ｄの弁の中央部分の詳細な断面図を示す。 図６は、図５に示される、図４のディスクポンプの空洞内の流体の圧力振動のグラフを示し、破線で示されるように、図４の弁に印加される圧力差を示す。 図７Ａは、閉位置にある弁の例示的実施形態の断面図を示す。 図７Ｂは、図７Ａの弁の、図７Ｄの線７Ｂ−７Ｂに沿った詳細な断面図を示す。 図７Ｃは、図７Ｂの弁の斜視図を示す。 図７Ｄは、図７Ｂの弁の上面図を示す。 図８Ａは、図７Ｂの弁の、開位置での断面図を示し、この時、流体は弁を通って流れる。 図８Ｂは、図７Ｂの弁の、開位置と閉位置の間で移行中の閉じる前の断面図を示す。 図８Ｃは、図７Ｂの弁の、閉位置での断面図を示し、この時、流体の流れが弁によってブロックされる。 図９Ａは、例示的実施形態による図５の弁に加わる振動差圧の圧力グラフを示す。 図９Ｂは、図５の弁の、開位置と閉位置の間の動作サイクルの流体の流れのグラフを示す。 図１０Ａは、図４のディスクポンプの断面図を示し、弁の中央部分の詳細図と、空洞内に加わる振動圧力波の正の部分のグラフを含む。 図１０Ｂは、図４のディスクポンプの断面図を示し、弁の中央部分の詳細図と、空洞内に加わる振動圧力波の負の部分のグラフを含む。 図１１は、ディスクポンプの弁の開および閉状態を示す。 図１１Ａは、ディスクポンプが自由流れモードにある時の、その結果としての流れの特徴を示す。 図１１Ｂは、ディスクポンプが自由流れモードにある時の、その結果としての圧力の特徴を示す。 図１２は、ディスクポンプがストール状態に達した時の、ディスクポンプによって提供される最大差圧のグラフを示す。 図１３は、電気化学検出系を含むディスクポンプシステムの例示的回路のブロック図である。 図１４は、電気化学検出系の作用電極において測定された、時間による電流測定値を示すグラフである。
以下のいくつかの例示的実施形態の詳しい説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照する。例示のために、添付の図面は本発明を実施できる具体的な好ましい実施形態を示している。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分に詳しく説明され、当然のことながら、他の実施形態も利用でき、本発明の主旨と範囲から逸脱することなく、論理構造的、機械的、電気的、化学的変更を加えることができる。当業者が本明細書に記載された実施形態を実施できるようにする上で不要な詳細を回避するために、説明文では当業者に知られている特定の情報が割愛されている場合がある。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味では解釈されず、例示的実施形態の範囲は付属の特許請求の範囲のみによって定義される。
図１と２は、ディスクポンプ１０を含むディスクポンプシステム１００を示す。図１の例示的実施形態において、ディスクポンプ１０は、例えばプリント回路板等の基板２８に取り付けられている。次に、基板２８は多岐管（図示せず）に取り付けられて、負荷３８に流体連結される。ディスクポンプ１０は、正圧または負圧を負荷３８に供給するように動作可能である。ディスクポンプ１０は、アイソレータ３０によってディスクポンプ１０の円筒形の壁１１に連結されたアクチュエータ４０を含む。アイソレータ３０は、可撓性材料を含む。１つの実施形態において、可撓性材料は可撓性プリント回路材料であり、これはアクチュエータ４０の周辺の周囲にリング型のアイソレータ３０を形成する。他の実施形態において、アイソレータ３０は、アクチュエータ４０の表面の、より大きな部分にわたって延びるディスク型のアイソレータであってもよい。
１つの実施形態において、アイソレータ３０は可撓性プリント回路材料から形成され、これは電気化学検出系のセンサを含む。このような実施形態では、可撓性プリント回路材料は可撓性ポリマフィルムを含み、これがアイソレータ３０の下地層を提供する。ポリマはポリエステル（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート、（ＰＥＮ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、または類似の機械的および電気的特性を有する材料であってもよい。可撓性回路材料は、接着剤で形成される１つまたは複数の積層体を含んでいてもよい。これに加えて、銅箔等の金属箔を使って、可撓性プリント回路材料に１つまたは複数の導電層を設けてもよい。この導電層は回路素子の形成に用いてもよい。例えば、回路の通路をエッチングによって導電層に形成してもよく、これを圧延（接着剤の有無を問わない）または電着によって基礎層に塗布してもよい。１つの実施形態において、アイソレータ３０は電気化学検出系のセンサ素子を含み、これが例えばポンプ内を通る流体内の揮発性有機化合物の存在を検出する。アイソレータ３０はまた、ひずみゲージまたは無線識別（ＲＦＩＤ）タグ等、他の電子機器を含んでいてもよい。
本明細書に記載されているように、例示的実施形態には、改良されたＲＦＩＤ技術を含むＲＦＩＤ技術を使って減圧ドレッシングからの検出情報を無線で送受することが関わっていてもよい。ＲＦＩＤは、ターゲット上にあるＲＦＩＤタグまたはラベルと、ＲＦＩＤタグを作動させて、そこからの信号を読み取るＲＦＩＤリーダを使用する。ほとんどのＲＦＩＤタグは、情報を保存、処理する集積回路と、変調器と、復調器と、を含む。ＲＦＩＤタグを改良するために、マイクロコントローラ（またはプロセッサ）とセンサが組み込まれ、これによって検出と、選択により演算機能が実行される。ＲＦＩＤタグは、パッシブタグ、アクティブＲＦＩＤタグ、バッテリ援用パッシブタグとすることができる。一般に、パッシブタグはバッテリを使用せず、ＲＦＩＤリーダによって作動されないかぎり情報を送信しない。アクティブタグは内蔵バッテリを有し、自立的に（すなわち、ＲＦＩＤリーダによって作動されずに）送信できる。バッテリ援用パッシブタグは通常、小型バッテリを内蔵し、これはＲＦＩＤリーダが存在すると作動する。
１つの例示的実施形態において、改良されたＲＦＩＤ技術は無線識別および検出プラットフォーム（ＷＩＳＰ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｐｌａｔｆｏｒｍ）機器である。ＷＩＳＰには、ＲＦＩＤリーダを使った、ＲＦＩＤタグ（またはラべル）と同様のＷＩＳＰ機器の電源供給と読取りが関わる。ＷＩＳＰ機器は、ＲＦＩＤリーダが発生する無線信号から電力を回収し、検出機能を実行する（また、所望により演算機能を実行する）。ＷＩＳＰ機器は、無線信号を情報と共にＲＦＩＤリーダに送信する。ＷＩＳＰ機器は、ＲＦＩＤリーダから電力を受ける。ＷＩＳＰ機器は、エネルギーを得るタグまたはアンテナと、センサのサンプリング等の様々なタスクを実行できるマイクロプロセッサ（またはプロセッサ）を有する。ＷＩＳＰ機器はデータをＲＦＩＤリーダにレポートする。１つの例示的実施形態において、ＷＩＳＰ機器は電力回収回路を備える集積回路と、復調器と、変調器と、マイクロコントローラと、センサと、を含み、エネルギーを保存するための１つまたは複数のコンデンサを含んでいてもよい。ＷＩＳＰ技術の形態は、Ｉｎｔｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈのシアトル研究所（ｗｗｗ．ｓｅａｔｔｌｅ．ｉｎｔｅｌ−ｒｅｓｅａｒｃｈ．ｎｅｔ／ｗｉｓｐ／）により開発された。
図１において、ディスクポンプ１０は実質的に楕円形のディスクポンプ本体を含み、これは各端において端板１２、１３により閉鎖される筒状壁１１を含む。筒状壁１１は、端板１３を形成する基板２８に取り付けられていてもよい。基板２８は、プリント回路板または他の適当な材料であってもよい。ディスクポンプ１０は、１対のディスク形の内側板１４、１５をさらに含み、これはディスクポンプ１０の中に、ディスクポンプ本体の筒状壁１１に固定されたリング型アイソレータ３０によって支持される。筒状壁１１、端板１２、内側板１４、リング型アイソレータ３０の内面は、ディスクポンプ１０内の空洞１６を形成する。空洞１６の内面は側壁１８を含み、これは両端において端壁２０、２２により閉鎖された筒状壁１１の内面の第一の部分であり、端壁２０は端板１２の内面であり、端壁２２は内側板１４の内面とアイソレータ３０の第一の面を含む。端壁２２はそれゆえ、内側板１４の内面に対応する中央部分とリング型アイソレータ３０の内面に対応する周辺部分を含む。ディスクポンプ１０とその構成要素は実質的に楕円形であるが、本明細書で開示する具体的な実施形態は円形に近い楕円形である。
筒状壁１１と端板１２、１３は、ディスクポンプ本体を含む単独の構成部品でも、または図１に示されるように、別々の部品でもよい。空洞１６は実質的に円形であるが、空洞１６はまた、より一般的に楕円形であってもよい。空洞１６を画定する端壁２０は円錐台状であってもよい。図１の実施形態において、空洞１６の内面を画定する端壁２０は、後述のように、アクチュエータ４０に平行な、概して平坦な面を含んでいてもよい。円錐台状の面を含むディスクポンプは、国際公開第２００６／１１１７７５号パンフレットにより詳しく説明されており、同パンフレットを参照によって本願に援用する。ディスクポンプ本体の端板１２、１３と筒状壁１１は、何れの適当な剛性材料から形成されてもよく、これには金属、セラミック、ガラス、または、射出成形プラスチック等を含むプラスチックを含んでいてもよいが、これらに限定されない。
ディスクポンプ１０の内側板１４、１５は共同でアクチュエータ４０を形成し、これは、空洞１６の内面を形成する端板２２の中央部分に動作的に関連付けられる。内側板１４、１５の一方は圧電材料で形成され、これは印加される電気信号に応答してひずみを示す何れの電気的活性材料を含んでいてもよく、これには例えば電気ひずみまたは磁気ひずみ材料が含まれる。１つの好ましい実施形態において、例えば、内側板１５は、印加された電気信号に応答してひずみを示す圧電材料から形成され、すなわち活性内側板である。内側板１４、１５のもう一方は好ましくは、活性内側板と同様の曲げ剛性を有し、圧電材料または電気的不活性材料、例えば金属またはセラミックで形成されてもよい。この好ましい実施形態において、内側板１４は、活性内側板１５と同様の曲げ剛性を有し、電気的不活性材料、例えば金属またはセラミックで形成され、すなわち不活性内側板である。活性内側板１５が電流によって励起されると、活性内側板１５は、空洞１６の縦軸に関して半径方向に膨張、収縮し、それによって内側板１４、１５が曲り、それによって端壁２２の、端壁２２に対して実質的に垂直な方向への軸方向の撓みが誘発される（図３Ａ参照）。
図示されていない他の実施形態において、アイソレータ３０は内側板１４、１５の何れか一方を、活性内側板１５または不活性内側板１４の何れであっても、ディスクポンプ１０の具体的な設計と向きに応じて、上または下から支持してもよい。他の実施形態において、アクチュエータ４０の代わりに、内側板１４、１５の一方のみと力伝達関係にあるデバイス、例えば機械、磁気または静電デバイスを使用してもよく、この場合、内側板は、そのようなデバイス（図示せず）によって上記と同様の方法で振動するように駆動される電気的に不活性、すなわち受動材料層で形成されてもよい。
ディスクポンプ１０は、空洞１６からディスクポンプ１０の外側に延びる少なくとも１つの開口部をさらに含み、この少なくとも１つの開口部は弁を含み、開口部を通る流体の流れを制御する。開口部は空洞１６の、アクチュエータ４０が、後でより詳しく説明するように圧力差を発生させる何れの位置に配置されてもよいが、図２Ａ〜２Ｂに示されるディスクポンプ１０の１つの実施形態は、端板１２の略中央に配置され、そこを通って延びる出口開口部２７を含む。開口部２７は少なくとも１つの端板弁２９を含む。１つの好ましい実施形態において、開口部２７は端板弁２９を含み、これは矢印によって示される１方向に流体の流れを調整し、それによって端板弁２９はディスクポンプ１０のための出口弁として機能する。端板弁２９を含む開口部２７への言及は、開口部の、弁２９の外側、すなわちディスクポンプ１０の空洞１６の外側の部分を指す。
ディスクポンプ１０は、アクチュエータ４０を通って延びる少なくとも１つの開口部３１をさらに含む。この開口部は、図１と２に示されるように、アクチュエータ４０の上の、開口部２７内部の同軸状ではない何れの位置に配置してもよい。しかしながら、図１と２に示されるディスクポンプ１０の例示的実施形態は、内側板１４、１５の周辺付近に配置されたアクチュエータ開口部３１を含む。アクチュエータ開口部３１は、空洞１６内への入口弁として機能する。
本明細書に記載される空洞１６の寸法は好ましくは、側壁１８における空洞１６の高さ（ｈ）と空洞１６の縦軸から側壁１８までの距離であるその半径（ｒ）の関係に関する特定の不等式を満足させるべきである。これらの式は以下のとおりである。
ｒ／ｈ＞１．２；かつ
ｈ２／ｒ＞４×１０−１０メートル
１つの実施形態において、空洞の半径と空洞の高さの比（ｒ／ｈ）は、空洞１６内の流体が気体である場合は約１０〜約５０である。この例では、空洞１６の容積は約１０ｍｌ未満であってもよい。これに加えて、ｈ２／ｒの比は、作用流体が液体ではなく気体である場合、好ましくは約１０−６メートル〜約１０−７メートルの範囲内である。
これに加えて、本明細書で開示される空洞１６は、空洞半径（ｒ）と、アクチュエータ４０が振動して端壁２２を軸方向に変位させる周波数である動作周波数（ｆ）に関する以下の不等式を満たすべきである。不等式は以下のとおりである。
Figure 2015516529
式中、空洞１６（ｃ）内の作動流体の音速は、上式で表現されるように約１１５ｍ／ｓの低速（ｃｓ）から約１，９７０ｍ／ｓと等しい高速（ｃｆ）の間の範囲であってもよく、ｋ０は定数（ｋ０＝３．８３）である。アクチュエータ４０の振動運動の周波数は好ましくは、空洞１６内の放射圧振動の最低共振周波数と略等しいが、その数値の２０％内であってもよい。空洞１６内の放射圧振動の最低共振周波数は好ましくは、約５００Ｈｚより大きい。
本明細書で開示される空洞１６が上記の不等式の各々を満たすことが好ましいが、空洞１６の相対的寸法は、同じ高さと半径を有する空洞に限定されるべきではない。例えば、空洞１６は若干異なる形状であってもよく、これには異なる半径または高さが必要であり、異なる周波数応答が生じ、それによって空洞１６はディスクポンプ１０から最適な出力を生成するように所望の通りに共振する。
動作中、ディスクポンプ１０は、矢印によって示されるように、出口弁２９に隣接する、負荷３８を加圧するための正圧源としても、またはアクチュエータ開口部３１に隣接する、負荷３８を除圧するための負圧または減圧源としても機能してよい。例えば、負荷は負圧を利用して治療する組織治療システムであってもよい。「減圧」という用語は、本明細書において使用されるかぎり、一般に、ディスクポンプ１０が置かれた大気圧より低い圧力を指す。「真空」および「負圧」という用語が減圧を説明するために使用されることがあるが、実際の圧力低下は完全真空に通常関連する圧力低下よりずっと小さくてもよい。圧力は、それがゲージ圧であるという意味で「負」であり、すなわち、圧力は周囲大気圧以下まで低下する。特にことわりがない限り、本明細書に明記される圧力の数値はゲージ圧である。減圧における増大への言及は一般に、絶対圧力の低下を指し、減圧における減少は一般に、絶対圧力の上昇を指す。
図３Ａは、空洞１６の被駆動端壁２２の軸方向の振動を描いた１つの考えうる変位プロファイルを示す。実線の曲線と矢印は、ある時点での被害駆動端壁２２の変位を表し、破線の曲線はその半サイクル後の被駆動端壁２２の変位を表す。この図およびその他の図に示される変位は誇張されている。アクチュエータ４０はその周辺で強固に取り付けられているのではなく、リング型アイソレータ３０によって垂下されているため、アクチュエータ４０は、その基本モードにおいてその質量中心の周囲で自由に振動できる。この基本モードでは、アクチュエータ４０の変位振動の振幅は、被駆動端壁２２の中心と側壁１８の間に位置する環状の変位の節４２において実質的にゼロである。端壁２２の他の地点での変位振動の振幅は、縦方向の矢印によって表されるように、ゼロより大きい。中央部の変位の腹４３はアクチュエータ４０の中心付近にあり、周辺部の変位の腹４３’はアクチュエータ４０の周辺付近にある。中央部の変位の腹４３は、半サイクル後の破線の曲線によって表される。
図３Ｂは、図３Ａに示される軸方向の変位振動によって得られる空洞１６内の圧力振動を説明する１つの考えうる圧力振動プロファイルを示す。実線の曲線と矢印は、ある時点での圧力を表す。このモードとより高次のモードでは、圧力振動の振幅においては、周辺部の圧力の腹４５’が空洞１６の側壁１８の付近にある。圧力振動の振幅は、中央部の圧力の腹４５と周辺部の圧力の腹４５’の間の環状の圧力の節４４において実質的にゼロである。同時に、空洞１６の中心付近に中央部の負の圧力の腹４７を有し、周辺部の圧力の腹４７’および同じ環状の圧力の節４４を有する破線で表される圧力振動の振幅。円筒形の空洞に関して、空洞１６内の圧力振動の振幅の半径方向依存性は第一種ベッセル関数によって近似されてもよい。上述の圧力振動は、空洞１６内の流体の半径方向の運動によるものであるため、アクチュエータ４０の軸方向の変位振動と区別されるように、空洞１６内の流体の「半径方向の圧力振動」と呼ぶ。
図３Ａと３Ｂをさらに参照すると、アクチュエータ４０の軸方向の変位振動の振幅（アクチュエータ４０のモード形）の半径方向依存性は、空洞１６内の所望の圧力振動の振幅の波形方向依存性（圧力振動の「モード形）により密接にマッチするように、楕一種ベッセル関数に近似するべきである。アクチュエータ４０をその周辺に強固に取り付けるのではなく、それがその質量中心の周囲で自由に振動できるようにすることによって、変位振動のモード形は実質的に、空洞１６内の圧力振動のモード形に実質的にマッチし、それゆえ、モード形マッチング、またはより簡単にモードマッチングが実現する。モードマッチングは常にこの点で完璧であるとはかぎらないが、アクチュエータ４０の軸方向の変位振動と空洞１６内の、それに対応する圧力振動は、アクチュエータ４０の表面全体にわたり実質的に同じ相対位相を有し、空洞１６内の圧力振動の環状の圧力の節４４の半径方向の位置とアクチュエータ４０の軸方向の変位振動の環状の変位の節４２の半径方向の位置は実質的に一致する。
アクチュエータ４０はその質量中心の周囲で振動するため、環状の変位の節４２の半径方向の位置は、図３Ａに示されるように、アクチュエータ４０がその基本曲げモードで振動している時、必然的にアクチュエータ４０の半径の内側に位置する。それゆえ、環状の変位の節４２が確実に環状の圧力の節４４と一致するようにするために、アクチュエータの半径（ｒａｃｔ）は好ましくは、モードマッチングを最適化するために、環状の圧力の節４４の半径より大きくするべきである。再び、空洞１６内の圧力振動が第一種ベッセル関数に近似すると仮定すると、環状の圧力の節４４の半径は、端壁２２の中心から側壁１８までの半径、すなわち図１に示されるように、空洞１６の半径（「ｒ」）の約０．６３となるであろう。したがって、アクチュエータ４０の半径（ｒａｃｔ）は好ましくは、以下の不等式を満足させるべきである：ｒａｃｔ≧０．６３ｒ。
リング型アイソレータ３０は可撓膜であってもよく、これによってアクチュエータ４０の縁部は、上述のように、図３Ａの周辺の変位の腹４３’での変位により示されるように、アクチュエータ４０の振動に応答して曲り、伸びることによって、より自由に移動できる。アイソレータ３０は、側壁１８がアクチュエータ４０に与える潜在的減衰効果を、ディスクポンプ１０のアクチュエータ４０と筒状壁１１の間を機械インピーダンスが低くなるように支持し、それによってアクチュエータ４０の周辺部の変位の腹４３’での軸方向の振動の減衰を縮小することにより、克服する。基本的に、アイソレータ３０は、アイソレータ３０の外周縁でアクチュエータ４０から側壁１８に伝達されるエネルギーを最小化し、実質的に静止状態となる。その結果、環状の変位の節４２は環状の圧力の節４４と実質的に整合したままであり、それによってディスクポンプ１０のモードマッチング状態が保持される。それゆえ、被駆動端壁２２の軸方向の変位振動により、空洞１６の中の圧力の振動は、図３Ｂに示されるように、中央部の圧力の腹４５、４７から側壁１８での周辺部の圧力の腹４５’、４７’へと効率的に継続する。
図４を参照すると、図１のディスクポンプ１０が示されており、弁２９は、図５に示される中央部分１１１を持つ図７Ａ〜７Ｄに示される弁１１０によって表される。図５〜９に関連する以下の説明はすべて、ディスクポンプ１０の開口部２７に位置付けることのできる１つの弁１１０の機能に基づく。図６は、図３Ｂに示されるように、ディスクポンプ１０の中の流体の圧力振動のグラフを示す。弁１１０により、流体は前述のように１方向にしか流れない。弁１１０は、逆止弁または、流体が１方向にしか流れないようにするその他何れの弁であってもよい。いくつかの弁の種類は、開位置と閉位置とを切り替えることによって流体の流れを調整できる。このような弁がアクチュエータ４０によって生成される高い周波数で動作するために、弁２９の応答時間はきわめて速く、これらが圧力振動の時間尺度より大幅に短い時間尺度で開閉できなければならない。弁２９の１つの実施形態は、慣性が低く、その結果、弁構造前後の相対圧力の変化に応答して高速で移動できるきわめて軽いフラップ弁を利用することにより、これを実現する。
図７Ａ〜７Ｄと５を参照すると、弁１１０は、例示的実施形態によるディスクポンプ１０のためのこのようなフラップ弁である。弁１１０は実質的に筒状の壁１１２を含み、これはリング型であり、一方の端では保持板１１４によって、もう一方の端では密閉板１１６によって閉鎖される。壁１１２の内面と、保持板１１４と、密閉板１１６は弁１１０内の空洞１１５を形成する。弁１１０は、保持板１１４と密閉板１１６の間であるが、密閉板１１６に隣接して設置された実質的に円形のフラップ１１７をさらに含む。円形フラップ１１７は、代替的実施形態においては後でより詳しく説明するように、保持板１１４に隣接して設置されてもよく、この意味で、フラップ１１７は密閉板１１６または保持板１１４のいずれか一方に対して「付勢」されると考えられる。フラップ１１７の周辺部分は、密閉板１１６とリング型壁１１２の間に挟まれ、それによってフラップ１１７の運動はフラップ１１７の表面に対して実質的に垂直な平面内に制約される。このような平面内でのフラップ１１７の運動はまた、代替的実施形態において、フラップ１１７の周辺部分を密閉板１１６または壁１１２の何れかに直接取り付けることによって、またはフラップ１１７をリング型壁１１２内に緊密に適合させることによって制約されてもよい。フラップ１１７の残りの部分はフラップ１１７の表面に対して実質的に垂直な方向に十分に可撓的および可動的であり、フラップ１１７の何れかの面に力が加えられると、フラップ１１７が密閉板１１６と保持板１１４の間で移動する。
保持板１１４と密閉板１１６はどちらも、それぞれ穴１１８と１２０を有し、これらは各板を通じて延びる。フラップ１１７もまた穴１２２を有し、これらは保持板１１４の穴１１８と概して整合して通路を提供し、そこを通って流体が図５と８Ａの破線の矢印１２４で示されるように流れる。フラップ１１７の穴１２２はまた、保持板１１４の穴１１８と部分的に整合し、すなわち一部のみ重複してもよい。穴１１８、１２０、１２２は実質的に均一な大きさと形状で示されていが、これらは異なる直径でも、または異なる形状でさえあってもよく、これらは本発明の範囲を限定しない。本発明の１つの実施形態において、穴１１８と１２０は、図７Ｄにおいてそれぞれ実線と破線で示されるように、板の表面にわたって交互のパターンを形成する。他の実施形態において、穴１１８、１２０、１２２は異なるパターンで配置されてもよく、これらは破線の矢印１２４の各集合で示されるように、穴１１８、１２０、１２２の各ペアの機能に関して弁１１０の動作に影響を与えない。穴１１８、１２０、１２２のパターンは、必要に応じて、弁１１０を通る流体の流れ全体を制御するために穴の数を増減させて設計してもよい。例えば、穴１１８、１２０、１２２の数を増やして、弁１１０の全流量を増大させてもよい。
図８Ａ〜８Ｃも参照すると、弁１１０の中央部分１１１は、フラップ１１７の何れかの面に力が加えられると、密閉板１１６と保持板１１４の間で駆動される。フラップ１１７の何れかの面に、フラップ１１７の付勢に打ち勝つための力が全く加えられないと、弁１１０は「通常閉」位置にあり、これは、フラップ１１７が密閉板１１６に隣接して設置されているからであり、この場合、フラップの穴１２２は密閉板１１６の穴１１８とずれ、すなわちこれと整合していない。この「通常閉」位置では、密閉板１１６を通る流体の流れは、図７Ａと７Ｂに示されるフラップ１１７の無穴部分によって実質的にブロックされ、または覆われる。フラップ１１７の何れかの面に、フラップ１１７の付勢に打ち勝ち、フラップ１１７を図５と８Ａに示されるように、密閉板１１６とは反対の保持板１１４に向かって移動させる力が加えられると、弁１１０はしばらくの期間、すなわち開弁遅れ時間（Ｔｏ）にわたって通常閉位置から「開」位置へと移動し、これによって流体は破線の矢印１２４で示される方向に流れる。図８Ｂに示されるように圧力の方向が変化すると、フラップ１１７は密閉板１１６に向かって駆動され、通常閉位置に戻る。このようになると、流体は短期間、すなわち閉弁遅延時間（Ｔｃ）にわたって、破線の矢印１３２で示されるように反対方向に流れ、最終的にフラップ１１７が密閉板１１６の穴１２０を密閉して、図８Ｃに示されるように密閉板１１６を通る流体の流れを実質的にブロックする。本発明の他の実施形態において、フラップ１１７は保持板１１４に対して付勢されてもよく、その場合、穴１１８、１２２は整合して「通常開」位置となる。この実施形態では、フラップ１１７を「閉」位置に駆動するには、フラップ１１７に正圧を加えることが必要となる。「密閉された」および「ブロックされた」という用語は、本明細書で弁の動作に関して使用されるかぎり、実質的に（ただし不完全に）密閉またはブロックし、弁の流れ抵抗が「開」位置より「閉」位置のほうが大きい場合も含むことが意図される。
弁１１０の動作は、弁１１０を通る流体の差圧（ΔＰ）の方向の変化に応じる。図８Ｂにおいて、差圧には、下向きの矢印によって示されるように、負の値（−ΔＰ）が割り当てられている。差圧が負の値（−ΔＰ）であると、保持板１１４の外面は密閉板１１６の外面での流体圧力より大きい。この負の差圧（−ΔＰ）はフラップ１１７を前述のように完全に閉じた位置へと駆動し、この時、フラップ１１７は密閉板１１６に押し付けられて、密閉板１１６の穴１２０をブロックし、それによって流体が弁１１０を通って流れるのが実質的に阻止される。弁１１０前後の差圧が逆転して図８Ａの上向きの矢印によって示されるように正の差圧（＋ΔＰ）となると、フラップ１１７は密閉板１１６から反対に、保持板１１４に向かって駆動され、開位置となる。差圧が正の値（＋Δｐ）であると、密閉板１１６の外面での流体圧力は、保持板１１４の外面での流体圧力より大きい。開位置では、フラップ１１７が動いて密閉板１１６の穴１２０を開き、それによって流体は破線矢印１２４によって示されるように、そこおよびフラップ１１７と保持板１１４の整合するそれぞれの穴１２２と１１８を通って流れる。
弁１１０前後の差圧が、図８Ｂにおいて下向きの矢印で示されるように、正の差圧（＋ΔＰ）から負の差圧（−ΔＰ）に戻るように変化すると、流体は、破線の矢印１３２で示されるように、弁１１０を通って反対方向に流れ始め、これがフラップ１１７を図８Ｃに示される閉位置に向かって押し戻す。図８Ｂにおいて、フラップ１１７と密閉板１１６の間の流体圧力は、フラップ１１７と保持板１１４の間の流体圧力より低い。それゆえ、フラップ１１７には矢印１３８によって示される正味の力がかかり、これによってフラップ１１７は密閉板１１６に向かって加速され、弁１１０を閉じる。このようにして、差圧の変化が、弁１１０前後の差圧の方向（すなわち、正または負）に基づいて、弁１１０を閉位置と開位置との間で周期的に移動させる。理解すべき点として、フラップ１１７は、差圧が弁１１０に加えられていない時には保持板１１４に対して付勢された開位置にあり、すなわち、すると弁１１０は「通常開」位置となる。
弁１１０前後の差圧が逆転して、図５と８Ａに示されるような正の差圧（＋ΔＰ）になると、付勢されたフラップ１１７は密閉板１１６から反対の保持板１１４へと駆動されて、開位置となる。この位置では、フラップ１１７が動いて密閉板１１６の穴１２０を開き、それによって流体は、破線の矢印１２４で示されるように、そこおよび、整合した保持板１１４の穴１１８とフラップ１１７の穴１２２を流れる。差圧が変化して正の差圧（＋ΔＰ）から負の差圧（−ΔＰ）に戻ると、流体は弁１１０を通って反対方向に流れ始め（図８Ｂ参照）、これがフラップ１１７を閉位置に押し戻す（図８Ｃ参照）。それゆえ、空洞１６内の圧力振動によって弁１１０が通常閉位置と開位置の間で周期的に移動すると、ディスクポンプ１０は半サイクルごとに圧力を低下させ、その時、弁１１０が開く。
前述のように、弁１１０の動作は弁１１０前後の流体の差圧（ΔＰ）の方向の変化に応じる。差圧（ΔＰ）は、保持板１１４の表面全体を通じて実質的に均一であると仮定されるが、これは、（１）保持板１１４の直径が、空洞１１５の圧力振動の波長に関して小さく、（２）弁１１０の位置が空洞１６の中心付近にあり、ここでは、図６のように、正の中央の圧力の腹４５の振幅が正の中央の圧力の腹４５の正の四角形部分５５と負の中央の圧力の腹４７の負の四角形部分６５によって示されるように比較的一定であるからである。したがって、事実上、弁１１０の中央部分１１１の圧力は空間的な変化しない。
図９は、弁１１０の、それに差圧がかけられた時のダイナミック動作をさらに示し、差圧は、時間の経過に伴って正の値（＋ΔＰ）と負の値（−ΔＰ）の間で変化する。実際に、弁１１０前後の差圧の時間依存性は略正弦曲線であってもよいが、弁１１０前後の差圧の時間依存性は図９Ａに示される方形波形で変化するものとして近似され、これによって弁の動作か説明しやすくなる。正の差圧５５が弁１１０に正圧期間（ｔｐ＋）にわたって加えられ、負の差圧６５が弁１１０に、方形波の負圧期間（ｔｐ−）にわたって加えられる。図９Ｂは、この時間により変化する圧力に応答したフラップ１１７の運動を示す。異なる圧力（ΔＰ）が負６５から正５５に切り替わると、弁１１０は開き始めて開弁遅延時間（Ｔｏ）にわたって開き続け、最終的に弁フラップ１１７が保持板１１４と接触し、これは上でも述べられ、図９Ｂのグラフに示されるとおりである。差圧（ΔＰ）がその後、正の差圧５５から負の差圧６５に切り替わると、弁１１０は閉じ始め、閉弁遅延時間（Ｔｃ）にわたって閉じ続け、これは上でも述べられ、図９Ｂに示されるとおりである。
保持板１１４と密閉板１１６は、これらが受ける流体圧力振動に耐えられ、大きな機械的変形を起こさないような強度を有するべきである。保持板１１４と密閉板１１６は何れの適当な剛性材料、例えばガラス、シリコン、セラミック、または金属で形成されてもよい。保持板１１４と密閉板１１６の穴１１８、１２０は、何れの適当な工程で形成されてもよく、これには化学エッチング、レーザ機械加工、機械穴あけ加工、パウダーブラスト、スタンピングが含まれる。１つの実施形態において、保持板１１４と密閉板１１６は、厚さ１００〜２００マイクロメートルの鋼板から形成され、その中の穴１１８、１２０は化学エッチングにより形成される。フラップ１１７は、何れの軽量材料で形成されてもよく、例えば金属またはポリマフィルムがある。１つの実施形態において、２０ｋＨｚまたはそれ以上の流体圧力振動が弁１１０の保持板側または密閉板側の何れかに存在する時、フラップ１１７は厚さ１マイクロメートル〜２０マイクロメートルの薄いポリマシートから形成されてもよい。例えば、フラップ１１７は、厚さ約３マイクロメートルのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）または液晶ポリマフィルムから形成されてもよい。
次に、図１０Ａと１０Ｂを参照すると、弁２９として弁１１０を利用するディスクポンプの分解図が示されている。この実施形態では、弁２９が、空洞１６とディスクポンプ１０の出口開口部２７の間の気流を、開閉して制御する（図１０Ｂ）。図の各々はまた、アクチュエータ４０が振動した時に空洞１６内で発生する圧力も示す。弁２９の位置は空洞１６の中心付近にあり、ここでは中央部のそれぞれ正と負の圧力の腹４５と４７の振幅が、前述のとおり、それぞれ正と負の四角形部分５５と６５により示されるように比較的一定である。この実施形態において、弁２９は、フラップ１１７により示される閉位置に付勢され、また、フラップ１１７がフラップ１１７’によって示される開位置へと駆動されると上述のように動作する。図はまた、中央部の圧力の腹４５、４７の正と負の四角形部分５５、６５の分解図と、それらが弁２９の動作に同時に与える影響と弁２９を通じて生成される、それに対応する気流２２９も示している。
図１１、１１Ａ、１１Ｂの関連部分も参照すると、弁２９の開状態と閉状態（図１１）およびその結果としての各々の流れの特性（図１１Ａ）が、空洞１６の圧力（図１１Ｂ）に関係付けて示されている。アクチュエータ開口部３１とディスクポンプ１０の出口開口部２７の両方が大気圧にあり、アクチュエータ４０が振動を開始して、前述のように空洞１６内の圧力振動を発生させると、空気が弁２９を通って交互に流れ始め、空気はアクチュエータ開口部３１からディスクポンプ１０の出口開口部２７へと流れ、すなわちディスクポンプ１０が「自由流れ」モードで動作を開始する。１つの実施形態において、ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口部３１には大気圧で空気が供給されてもよく、その一方で、ディスクポンプ１０の出口開口部２７は負荷（図示せず）に空気力学的に連結され、これはディスクポンプ１０の動作を通じて加圧される。他の実施形態において、ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口部３１は負荷（図示せず）に空気力学的に連結されてもよく、これは、ディスクポンプ１０の動作を通じて除圧されて、負荷、例えば創傷用ドレッシング内に負圧が生成される。
図１０Ａと図１１、１１Ａ、１１Ｂの関連部分をより詳しく参照すると、中央部の正の圧力の腹４５の四角形部分５５は前述のように、ディスクポンプサイクルの半分でアクチュエータ４０の振動により空洞１６内で生成される。ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口部３１と出口開口部２７が両方とも大気圧であると、中央部の正の腹４５の四角形部分５５は、弁２９前後で正の差圧を生じさせる。その結果、弁２９は開き始め、空気を空洞１６内から放出させ、気流２２９が出口開口部２７を通って空洞１６から出られるようにする。弁２９が開くと（図１１）、ディスクポンプ１０の出口開口部２７での気流２２９が、端板弁２９の設計の特徴に応じて最大値まで増大する（図１１Ａ）。弁２９が開くと、気流２２９はディスクポンプの空洞１６から出ることができる（図１１Ｂ）。弁２９前後の正の差圧が減少し始めると、気流２２９は減少し始め、最終的に弁２９前後の差圧がゼロに達する。弁２９前後の差圧がゼロ以下になると、弁２９は閉じ始め、それによって端位置弁２９を通じて空気の一部の逆流３２９が発生し、最終的に端板弁２９が完全に閉じて、図１０Ｂに示されるように、気流２２９ｘをブロックする。
図１０Ｂと図１１、１１Ａ、１１Ｂの関連部分をさらに詳しく参照すると、中央部の負の腹４７の四角形部分６５が、前述のようにディスクポンプサイクルの後半中にアクチュエータ４０の振動によって空洞１６内で生成される。ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口部３１と出口開口部２７がどちらも大気圧であると、中央部の負の腹４７の四角形部分６５によって弁２９前後の負の差圧が生じる。その結果、弁２９は閉じ始めて、出口開口部２７を通る空気流２２９ｘをブロックする。弁２９が閉じると（図１１）、ディスクポンプ１０の出口開口部２７での気流は、前述のような少量の逆流３２９を除き、実質的にゼロになる（図１１Ａ）。端板弁２９が閉じている間に、空気はポンプ空洞１６の中へと流れる（図１１Ｂ）。その後、サイクルは、図１０Ａに関して上述したように繰り返す。それゆえ、ディスクポンプ１０のアクチュエータ４０が図１０Ａと１０Ｂに関して上述したように半サイクル２つ分にわたり振動すると、弁２９前後の差圧により、空気は気流２２９によって示されるように、ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口部３１から出口開口部２７へと流れる。
ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口部３１が大気圧に保たれ、ディスクポンプ１０の出口開口部２７が負荷に空気力学的に連結され、これがディスクポンプ１０の動作を通じて加圧されると、ディスクポンプ１０の出口開口部２７での圧力が上昇し始め、最終的にディスクポンプ１０の出口開口部２７が最大圧力に達し、その時点でアクチュエータ開口部３１から出口開口部２７への気流は無視できる程度となり、すなわち「ストール」状態となる。図１２は、ディスクポンプ１０がストール状態にある時の、アクチュエータ開口部３１と出口開口部２７における空洞１６の中と空洞１６の外の圧力を示している。より詳しくは、空洞１６内の平均圧力は入口圧力より約１／２Ｐだけ高く（すなわち、大気圧より１Ｐ高い）、空洞１６の中央の圧力は略大気圧と略大気圧プラス１Ｐの間で変化する。ストール状態では、いつの時点においても、空洞１６内の圧力振動によって出口弁２９前後の正の差圧が、空気がディスクポンプ１０を通って流れるほど出口弁が大きく開くような程度にはならない。それゆえ、前段落で説明した条件下で、ディスクポンプ１０の出口圧力は自由流れモード中の大気圧から、ディスクポンプ１０がストール状態に到達した時に略大気圧プラス１Ｐの圧力まで上昇する。
再び図１と２を参照すると、電気化学検出系のセンサ要素を含むディスクポンプシステム１００が示されている。電気化学検出系は、負荷３８から排出された流体内のターゲットガス、例えば揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の存在を検出する。ターゲットガスの検出は多くの理由で有益である。例えば、特定のＶＯＣの検出は、人体にとって有害な状態、例えば空気の質の悪さを示す可能性がある。他の例として、ディスクポンプシステム１００を使って、減圧創傷ドレッシングである負荷３８から空気を排出させる場合、ＶＯＣの検出は、創傷の状態の指標となりうる。創傷付近においては、ＶＯＣの存在は、感染またはＶＯＣを生成する細菌の存在を示しうる。このような実施形態では、電気化学検出系がポンプを流れるガスの電気化学プロファイルをモニタし、創傷付近の組織から発せられるＶＯＣを検出する（すなわち負荷）。ＶＯＣを検出する電気化学検出系の場合、ＶＯＣプロファイルは創傷の代謝に関係する生化学マーカを示すことができる。例えば、アルコール、アルデヒド、ケトン、イソシアネート、硫化物、炭水化物等のＶＯＣが検出できる。
ある実施形態において、電気化学検出系は作用電極６１と、対電極または補助電極６３と、参照電極６６と、を含む。動作時には、作用電極６１と参照電極６６の間に一定の電位差がかけられる。電極６１、６３、６６はコントローラに連結され、それによって電源とメモリ（図示せず）に導電性経路を介して連結され、これはアイソレータ３０を形成する可撓性プリント回路材料の中に埋め込まれていてもよい。電源は電極に電位を供給し、コントローラとメモリは電極での電流を測定する機能を果たす。電流測定値はコントローラとメモリによって保存され、分析されてもよい。時間に関して分析される場合、作用電極での電気化学反応により発生した電流測定値はピークとして現れ、これは図１４に関して示され、後で説明されるとおりである。ある実施形態において、電源は、作用電極６１の表面における電気化学反応を駆動する電力を供給する。作用電極６１における電気化学反応から生成される電流は、補助電極６３において反対方向に流れる電流により平衡化される。作用電極６１に加えられる電位は既知の電位に関して測定され、これ自体は参照電極６６から得られる。
図１と２のポンプはアクチュエータ４０に取り付けられた電極６１、６３、６６を有する電気化学検出系を示しているが、いくつかの実施形態において、電極６１、６３、６６は、その代わりに、アイソレータ３０の付近で離間され、それに取り付けられていてもよいことがわかる。他の実施形態では、１つの金属酸化物センサが作用電極６１の代わりに使用されてもよく、ターゲットカスの存在の検出に使用可能な化学容量式マイクロセンサを含んでいてもよい。このような実施形態では、電気化学検出系は作用電極６１のみを含み、参照電極６６と補助電極６３は省いてもよい。
図１と２のポンプでは、アクチュエータ開口部３１と出口開口部２７は、ポンプを通って移動する流体が遠回りの経路をたどるように構成され、それによって電極は、電流を測定する薄層の幾何学的配列となる。図１の実施形態では、ディスクポンプ１０に入る流体は、ディスクポンプ１０の中心からある距離だけ離れた、例えばディスクポンプ１０の周辺部の圧力の腹と一致する位置にあるアクチュエータ開口部３１を通って流れる。流体は作用電極６１、参照電極６６、補助電極６３の上を流れ、電気化学検出系の動作を容易にする。他の実施形態において、アクチュエータ開口部３１の位置は中央部の圧力の腹と一致し、流体は電極上を流れてポンプの周辺により近い（すなわち、中央部の圧力の腹と一致しない）出口開口部へと向かう。
参照電極６６で測定された電流は参照点としての役割を果たす。作用電極６１の表面で測定された電流はターゲットガス（すなわちＶＯＣ）の酸化によるものであるが、作用電極６１の上を通過する他の流体の望ましくない酸化に起因する場合もある。他のノイズ源、例えば作用電極６１の材料そのものもまた、測定された電流における変化の原因となりうる。電気化学検出用としては、様々な作用電極が利用可能である。最も一般的な作用電極材料はカーボンを利用し、これには例えばグラッシーカーボン、熱分解カーボン、多孔質グラファイトが含まれる。プラチナ、金、銀、ニッケル、水銀、金アマルガム等の金属や各種の合金もまた、現在、作用電極材料として一般的に使用されている。
最適な作用電極材料の選択は多くの要素に依存し、これには使用可能な印加電位範囲、ガスの酸化における電極の関与、電子移動反応の運動学か含まれる。他の要素、例えば流体との適合性および流体の組成もまた役割を担うであろう。例えば、カーボンペースト電極は大量の有機改質剤を含む移動相とは使用できず、それは、ポリマバインダを使用しないと電極が溶解するからである。
１つの実施形態において、作用電極は金属酸化物センサであり、これは種々のＶＯＣの検出に適している。センサはプリントポリマ材料であってもよく、これはターゲットガス、すなわちＶＯＣの所定の種類と量に曝されると、その電気特性を変化させる。ポリマは、ターゲットガス、例えば特定のＶＯＣに合わせて詳しくカスタマイズしてもよく、またはターゲットガスが存在する時にその電気特性を変化させる、より一般的な種類の材料であってもよい。このような実施形態において、ターゲットガスは、ポリマ材料の電気特性に対する特定の応答を検出することに基づいて検出されてもよい。１つの実施形態において、作用電極はアイソレータ３０の電気コンタクトの上に印刷される（例えば、スクリーン印刷される）ポリマ材料を含む。このような実施形態において、作用電極の電気特性の変化は、作用電極の電気抵抗の変化、または作用電極のキャパシタンスの変化を含んでいてもよい。
参照電極６６の役割は、安定した電位を確立することである。この電極は、作用電極６１の酸化または還元力が判断されることになる電位軸に沿った参照点、またはデータムとして機能する。
１つの実施形態において、電気化学センサは、３つの電極を含み、これには作用電極６１、カウンタまたは補助電極６３、参照電極６６を含む。電極６１、６３、６６は一般に、高表面積貴金属を多孔質の疎水性膜上に固定することによって製造される。
１つの実施形態において、電極は電解質と接触する。電気化学検出器が繰り返し、または継続的に機能するために、電解質を電極に供給して、電流が流れるようにする。それゆえ、１つの実施形態において、電解質供給ストリーム（図示せず）を、ディスクポンプのアイソレータ３０の付近に離間された電極６１、６３、６６に供給してもよい。電解質供給ストリームを電極に供給するには、帯電経路と、帯電経路に沿って電極へと送られるエアロゾル化された電解質を供給してもよい。電解質が少なすぎと、作用電極６１で電解が起こらず、応答が低下する可能性がある。さらに、電気化学検出器の中には、電流をモニタできないことによって、システムが大量の電位を作用電極６１に印加して、それが作用電極６１を破壊する原因となりうるものもある。電解質が多すぎると、背景電流（ノイズ）が大きくなり、これがシステムの感度を制限し、作用電極６１に損傷を与えることがある。電解質は有機溶液であってもよい。作用電極６１は、電解質とモニタ対象の空気のどちらとも接触する。
動作時に、ガス流体は負荷３８からセンサへと流れる。負荷は、例えば減圧創傷ドレッシングであってもよい。流体は、作用電極６１の多孔質膜の裏を通過し、そこで酸化する。この酸化工程は電気化学反応であり、電流を生成し、これを電気化学センサで測定し、またはその他の方法で分析できる。センサはまた、作用電極６１、参照電極６６、補助電極６３間でセンサ内の電圧を保持する。補助電極６３では、等しく、反対の反応が発生し、それによって補助電極６３では作用電極６１で酸化が起こると電流が減少する。
図１４に示されるように、電気化学反応の発生は、作用電極の上を流れる流体内にＶＯＣが発生した結果として起こりうる。電流がある時間にわたってモニタされると、発生した電気化学反応によって電流スパイク２４０が現れる可能性があり、これがＶＯＣの存在を示す。
電流の大きさは、どれだけの多くのターゲットガスが作用電極６１で酸化されるかによって制御される。電気化学センサは一般に、ガスの供給が制限され、それゆえ、センサからの出力がガスの濃度に対して正比例するように設計される。線形出力によって、低濃度測定の高精度化と校正の大幅な簡素化（ベースラインと１点だけでよい）が可能となる。
拡散制御は、別の利点を提供する。拡散バリアを変えることによって、特定のターゲットガス濃度範囲に合わせてセンサをカスタム化できる。これに加えて、拡散バリアは基本的に機械的であるため、電気化学センサの校正は長期にわたって安定性が増す傾向にあり、そのため、電気化学センサに基づく機器は、他の検出技術のいくつかよりも必要な保守がはるかに少なくて済む。原則として、感度はセンサへのガス経路の拡散特性に基づいて計算できるが、拡散特性の測定における実験誤差により、校正の精度は試験ガスを使用した校正より低下する。
酸化のために非常に高活性の作用電極と高い動作電位が必要なガスについては、横感度が問題となる可能性がある。このような場合、より酸化しやすいその他のガス、例えばアルコールや一酸化炭素もまた応答を示す。横感度の問題は、ケミカルフィルタ、例えば、ターゲットガスはスムーズに通過させるが、共通の障害物とは反応してこれを除去するフィルタを使用することによって排除できる。
電気化学センサは多くの利点を提供するが、これらはすべてのガスについて適当であるとはかぎらない。検出機構にはガスの酸化または還元が関わるため、電気化学センサは通常、電気化学的に活性であるガスについてのみ適当であるが、ガスがセンサ内の、応答する他の種と相互作用すれば、電気化学的に不活性なガスを間接的に検出することが可能である。
図１３は、図１のディスクポンプシステム１００の機能を説明するブロック図である。ディスクポンプシステム１００は、ディスクポンプ１０を含み、これは電気化学検出系５０を含む。電気化学検出系５０はディスクポンプ内のＶＯＣ等のターゲット物質の存在をモニタするように動作できる。電気化学検出５０系は、センサ要素、例えば前述の電極６１、６３、６６を含む。他のセンサもまた、ディスクポンプシステム１００の一部として使用してもよい。ディスクポンプシステム１００は、ディスクポンプシステム１００に電源供給するバッテリ６０を含む。ディスクポンプシステム１００の要素は、ワイヤ、経路、トレース、リード線、およびその他の導電性素子を通じて相互接続され、連通する。ディスクポンプシステム１００はまた、コントローラまたはプロセッサ５６とドライバ５８も含む。プロセッサ５６は、ドライバ５８と連通するようになされている。ドライバ５８は、プロセッサ５６からの制御信号６２を受けるように機能する。ドライバ５８は、第一のディスクポンプ１０のアクチュエータ４０を作動させる駆動信号６４を生成する。
前述のように、アクチュエータ４０は圧電構成部品を含んでいてもよく、これは、作動されるとディスクポンプ１０の空洞内の流体の放射圧振動を発生させ、前述のように、空洞内の流体の流れが負荷を加圧、または除圧するようにする。圧電構成部品を使用して放射圧振動を生成する代替案として、アクチュエータ４０を静電または電磁駆動機構によって駆動してもよい。
ディスクポンプ１０のアイソレータ３０は可撓性プリント回路材料から形成され、少なくとも電気化学検出センサ素子の一部を含む。電気化学検出系５０はプロセッサ５６に連結される。電気化学検出系５０によって収集されたデータは時系列的に保存され、それによって例えば特定のＶＯＣの濃度をある期間にわたって分析できる。したがって、プロセッサ５６を出力、例えばＲＦトランシーバ７０に連結して、測定されたデータを、例えばユーザインタフェースを有するシステムに測定データを送信することによって使用者に通信してもよい。あるいは、ディスクポンプシステム１００は、測定データを使用者に対して表示するユーザインタフェースを含んでいてもよい。
プロセッサ５６、ドライバ５８、およびディスクポンプシステム１００のその他の制御回路は、電子回路と呼んでもよい。プロセッサ５６は、ディスクポンプ１０の機能を制御できる回路またはロジックであってもよい。プロセッサ５６は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、中央処理ユニット、デジタルロジックまたは、１つまたは複数のハードウェアおよびソフトウェア要素を含む電子機器を制御し、ソフトウェア、命令、プログラム、アプリケーションを実行し、信号と情報を変換および処理し、その他の関連するタスクを実行するのに適したその他のデバイスとして機能してもよい。プロセッサ５６は、単独のチップでも、他のコンピューティングまたは通信素子と統合されていてもよい。１つの実施形態において、プロセッサ５６は、メモリを含むか、これと通信してもよい。メモリは、後の時点で読み出し、またはアクセスするためにデータを保存するように構成されたハードウェア要素、デバイス、または記録媒体であってもよい。メモリは、ランダムアクセスメモリ、キャッシュまたはその他、データ、命令、情報の保存に適したその他の小型記憶媒体の形態のスタティックまたはダイナミックメモリであってもよい。代替的実施形態において、電子回路はアナログ回路であってもよく、これは、前述のように、ディスクポンプ１０の空洞内の圧力を測定し、アクチュエータ４０の変位を制御するための同じまたは同様の機能を実行するように構成される。
ディスクポンプシステム１００はまた、ＲＦトランシーバ７０も含んでいてよく、これはディスクポンプシステム１００の性能に関する情報とデータ、例えばディスクポンプ１０を通って流れる流体の電気化学プロファイルに関するデータ（１つまたは複数のＶＯＣの測定値を含む）、流速、現在の圧力測定値、アクチュエータ４０の実際の変位（δｙ）、バッテリ６０の残余寿命を、ＲＦトランシーバ７０が送受信する無線信号７２、７４を通じて通信する。一般に、ディスクポンプシステム１００はＲＦトランシーバ７０、赤外線、またはその他の有線または無線信号を含む通信インタフェースを利用して、１つまたは複数の外部機器と通信してもよい。ＲＦトランシーバ７０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＷｉＦｉ、ＷｉＭＡＸまたはその他の通信基準またはプロプライエタリ通信システムを利用してもよい。より具体的な用途に関して、ＲＦトランシーバ７０は信号７２をコンピューティングデバイスに送信してもよく、これは圧力読取値のデータベースを保存し、医療従事者が参照できるようにする。コンピューティングデバイスはコンピュータ、モバイル機器、または医療機器デバイスであってもよく、これらは情報をローカルで処理しても、または情報とデータの処理を目的として中央または沿革コンピュータに通信してもよい、コンピュータ、モバイル機器、または医療機器デバイスであってもよい。同様に、ＲＦトランシーバ７０は、アクチュエータ４０の運動に基づいて、負荷３８においてディスクポンプシステム１００によって生成される圧力を外部から調整するための信号７２を受信してもよい。
ドライバ５８は、アクチュエータ４０を作動させ、制御する電気回路である。例えば、ドライバ５８は、駆動信号６４の一部として特定の波形を生成するための高出力トランジスタ、アンプ、ブリッジ、および／またはフィルタであってもよい。このような波形は、プロセッサ５６とドライバ５８によって、上でより詳しく述べたように、アクチュエータ４０を周波数（ｆ）の振動運動で振動させる駆動信号６４を供給するように構成されてもよい。アクチュエータ４０の振動変位運動は、駆動信号６４に応答してディスクポンプ１０の空洞内の流体の放射圧振動を起こし、負荷３８で圧力を発生させる。
他の実施形態において、ディスクポンプシステム１００は、使用者に情報を表示するためのユーザインタフェースを含む。ユーザインタフェースは、情報、データまたは信号を使用者に供給するための表示体、音声インタフェースまたは触覚インタフェースを含んでいてもよい。例えば、小型ＬＥＤスクリーンが、ディスクポンプシステム１００によってかけられている圧力または、ディスクポンプ１０を通過する流体内のＶＯＣの濃度を表示してもよい。ユーザインタフェースはまた、ディスクポンプの性能、特に生成される減圧を調整するためのボタン、ダイヤル、つまみまたはその他の電気的または機械的インタフェースを含んでいてもよい。例えば、ユーザインタフェースの一部であるつまみまたはその他の制御要素を調整することによって圧力を増減してもよい。
上述の実施形態によれば、アイソレータ３０上に電気化学検出系５０を実装することにより、ディスクポンプ１０を通る流体の組成に関するデータを収集できる。アクチュエータ４０を、可撓性回路材料により形成されるアイソレータ３０の上に取り付けることにより、電気化学検出５０系はアイソレータ３０に直接作り付けることができ、例えば流体中のＶＯＣ濃度を直接測定するために使用できる。データは、例えば、流体内に常に現れるＶＯＣが突然存在しなくなった場合、またはＶＯＣが変化して、ポンプの中を流れる流体が負荷から発生しているようには見えなくなった場合に漏れの検出に使用できる。
以上のことから、大きな利点を有する発明が提供されたことが明らかとなるはずである。本発明はその形態のいくつかのみにおいて示されているが、これらは限定されるのではなく、その主旨から逸脱することなく、各種の変更や改良が可能である。

Claims (31)

  1. 実質的に円筒形で、流体を収容する空洞を画定するポンプ本体であって、前記空洞が、両端において実質的に円形の端壁で閉鎖された側壁によって形成され、前記端壁の少なくとも一方が被駆動端壁であり、中央部分と前記被駆動端壁の前記中央部分から半径方向に外側に延びる周辺部分を有するポンプ本体と、
    前記被駆動端壁の前記中央部分に動作的に関連付けられ、使用時に、前記被駆動端壁の振動運動を起こし、それによって前記被駆動端壁の、それに対して実質的に垂直な方向への、前記被駆動端壁の中心と前記側壁との間に環状の節を有する変位振動を生成するアクチュエータと、
    前記被駆動端壁の前記周辺部分に動作的に関連付けられ、前記変位振動の減衰を縮小するアイソレータであって、可撓性プリント回路材料を含むアイソレータと、
    前記アイソレータの中の導電性経路に連結された電気化学検出系であって、前記ポンプ本体を通って流れる流体中のターゲットガスの存在を検出するよう動作可能な電気化学検出系と、
    前記端壁のいずれか一方の、前記環状の節以外のいずれかの位置に設けられ、前記ポンプ本体を通って延びる第一の開口部と、
    前記ポンプ本体の、前記第一の開口部の前記位置以外のいずれかの位置に設けられ、前記ポンプ本体を通って延びる第二の開口部と、
    前記第一の開口部と前記第二の開口部の少なくとも一方に設置された弁と、
    を含むディスクポンプシステムにおいて、
    使用時に、前記変位振動が前記ポンプ本体の前記空洞内の前記流体の、それに対応する圧力振動を発生させ、それによって流体が前記第一の開口部と前記第二の開口部を通って流れることを特徴とするディスクポンプシステム。
  2. 請求項１に記載のディスクポンプシステムにおいて、
    第一の開口部と前記第二の開口部が、流体が遠回りの経路で前記ディスクポンプを通って流れるように構成されていることを特徴とするディスクポンプシステム。
  3. 請求項２に記載のディスクポンプシステムにおいて、
    前記電気化学検出系が作用電極と、参照電極と、補助電極と、を含み、
    前記遠回りの経路が、前記作用電極、前記参照電極、前記補助電極に隣接して、前記ディスクポンプシステムを通って流れる流体がまず、前記作用電極、前記参照電極、前記補助電極の上を流れるように設置される
    ことを特徴とするディスクポンプシステム。
  4. 請求項１に記載のディスクポンプシステムにおいて、
    第一の開口部が前記被駆動端壁のうち、前記ディスクポンプシステムの中央の圧力の腹と一致する位置に設けられることを特徴とするディスクポンプシステム。
  5. 請求項１に記載のディスクポンプシステムにおいて、
    第一の開口部が前記被駆動端壁のうち、前記ディスクポンプシステムの周辺の圧力の腹と一致する位置に設けられることを特徴とするディスクポンプシステム。
  6. 請求項１に記載のディスクポンプシステムにおいて、
    前記ターゲットガスが揮発性有機化合物を含むことを特徴とするディスクポンプシステム。
  7. 請求項１に記載のディスクポンプシステムにおいて、
    前記電気化学検出系が金属酸化物センサを含むことを特徴とするディスクポンプシステム。
  8. 請求項１に記載のディスクポンプシステムにおいて、
    前記電気化学検出系が、前記ターゲットガスが存在すると変化する電気特性を有するプリントポリマ材料を含むことを特徴とするディスクポンプシステム。
  9. 請求項１に記載のディスクポンプシステムにおいて、
    前記電気化学検出系が、前記アイソレータの電気コンタクトに印刷されたポリマ材料を含むことを特徴とするディスクポンプシステム。
  10. 請求項１に記載のディスクポンプシステムにおいて、
    前記電気化学検出系が少なくとも１つの電極を含むことを特徴とするディスクポンプシステム。
  11. 請求項１０に記載のディスクポンプシステムにおいて、
    前記少なくとも１つの電極が前記空洞内の前記被駆動端壁の表面に位置付けられることを特徴とするディスクポンプシステム。
  12. 請求項１０に記載のディスクポンプシステムにおいて、
    前記少なくとも１つの電極が前記空洞内の前記端壁内の前記アイソレータの上に位置付けられることを特徴とするディスクポンプシステム。
  13. ディスクポンプを有し、前記ディスクポンプ内のアイソレータ上に取り付けられたアクチュエータを有するディスクポンプシステム中のターゲットガスの存在を検出する方法であって、前記アイソレータが可撓性の回路材料を含み、それによって前記アイソレータにより、前記アクチュエータが振動可能となり、前記ディスクポンプの空洞を通る気流を生成し、負荷に圧力を供給し、前記方法が、
    前記アクチュエータを駆動して、前記アクチュエータの振動変位運動を起こし、前記空洞内の流体の放射圧振動を発生させるステップと、
    流体が前記空洞の中の、電気化学検出系の上を流れるようにするステップと、
    前記ターゲットガスの存在を検出するステップと、
    前記ターゲットガスの存在を表示するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  14. 請求項１３に記載の方法において、
    前記ターゲットガスが揮発性有機化合物を含むことを特徴とする方法。
  15. 請求項１３に記載の方法において、
    前記電気化学検出系が、作用電極と、参照電極と、補助電極と、を含むことを特徴とする方法。
  16. 請求項１３に記載の方法において、
    前記電気化学検出系が金属酸化物センサを含むことを特徴とする方法。
  17. 請求項１３に記載の方法において、
    前記電気化学検出系が、前記ターゲットガスが存在すると変化する電気特性を有するプリントポリマ材料を含むことを特徴とする方法。
  18. 請求項１３に記載の方法において、
    前記電気化学検出系が、前記アイソレータの電気コンタクトに印刷されたポリマ材料を含むことを特徴とする方法。
  19. 実質的に円筒形で、流体を収容する空洞を画定するポンプ本体であって、前記空洞が、両端において実質的に円形の端壁で閉鎖された側壁によって形成され、前記端壁の少なくとも一方が被駆動端壁であり、中央部分と前記被駆動端壁の前記中央部分から半径方向に外側に延びる周辺部分を有するポンプ本体と、
    前記被駆動端壁の前記中央部分に動作的に関連付けられ、使用時に、前記被駆動端壁の振動運動を起こし、それによって前記被駆動端壁の、それに対して実質的に垂直な方向への、前記被駆動端壁の中心と前記側壁との間に環状の節を有する変位振動を生成するアクチュエータと、
    前記被駆動端壁の前記周辺部分に動作的に関連付けられ、前記変位振動の減衰を縮小するアイソレータと、
    前記ポンプ本体を通って流れる流体中のターゲットガスの存在を検出するように動作可能な電気化学検出系と、
    前記端壁のいずれか一方の、前記環状の節以外のいずれかの位置に設けられ、前記ポンプ本体を通って延びる第一の開口部と、
    前記ポンプ本体の、前記第一の開口部の前記位置以外のいずれかの位置に設けられ、前記ポンプ本体を通って延びる第二の開口部と、
    前記第一の開口部と前記第二の開口部の少なくとも一方に設置された弁と、
    を含むディスクポンプにおいて、
    使用時に、前記変位振動が前記ポンプ本体の前記空洞内の前記流体の、それに対応する圧力振動を発生させ、それによって流体が前記第一の開口部と前記第二の開口部を通って流れることを特徴とするディスクポンプ。
  20. 請求項１９に記載のディスクポンプにおいて、
    前記アイソレータがプリント回路材料を含むことを特徴とするディスクポンプ。
  21. 請求項１９に記載のディスクポンプにおいて、
    前記電気化学検出系が前記アイソレータ内の導電性経路に連結されることを特徴とするディスクポンプ。
  22. 請求項１９に記載のディスクポンプにおいて、
    第一の開口部と前記第二の開口部が、流体が遠回りの経路で前記ポンプを通って流れるように構成されていることを特徴とするディスクポンプ。
  23. 請求項２２に記載のディスクポンプにおいて、
    前記電気化学検出系が作用電極と、参照電極と、補助電極と、を含み、
    前記遠回りの経路が、前記作用電極、前記参照電極、前記補助電極に隣接して、前記ディスクポンプシステムを通って流れる流体がまず、前記作用電極、前記参照電極、前記補助電極の上を流れるように設置される
    ことを特徴とするディスクポンプ。
  24. 請求項１９に記載のディスクポンプにおいて、
    前記ターゲットガスが揮発性有機化合物を含むことを特徴とするディスクポンプ。
  25. 請求項１９に記載のディスクポンプにおいて、
    前記電気化学検出系が金属酸化物センサを含むことを特徴とするディスクポンプ。
  26. 請求項１９に記載のディスクポンプにおいて、
    前記電気化学検出系が、前記ターゲットガスが存在すると変化する電気特性を有するプリントポリマ材料を含むことを特徴とするディスクポンプ。
  27. 請求項１９に記載のディスクポンプにおいて、
    前記電気化学検出系が、前記アイソレータの電気コンタクトに印刷されたポリマ材料を含むことを特徴とするディスクポンプ。
  28. 請求項１９に記載のディスクポンプにおいて、
    前記電気化学検出系が少なくとも１つの電極を含むことを特徴とするディスクポンプ。
  29. 請求項２８に記載のディスクポンプにおいて、
    前記少なくとも１つの電極が前記空洞内の前記被駆動端壁の表面に位置付けられることを特徴とするディスクポンプ。
  30. 請求項２８に記載のディスクポンプにおいて、
    前記少なくとも１つの電極が前記空洞内の前記端壁内の前記アイソレータの上に位置付けられることを特徴とするディスクポンプ。
  31. 本明細書に記載されているディスクポンプ、システム、方法。
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