JP7157241B2 - 電気浸透圧ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、電気浸透圧ポンプに関するものであり、より具体的には、流体を用いる電気浸透圧ポンプに関する。

糖尿病は、膵臟から分泌されるホルモンの１つであるインスリンの作用不足によって発生する代謝異常による疾患である。糖尿病患者は、積極的な方法の１つとして、インスリンを人体内に注入する方法を使用することができる。患者の血糖変化に適合するようにインスリンを体内に注入することができるインスリン注入装置を使用してもよい。

インスリン注入装置等の薬物注入装置を駆動するためのメカニズムには、様々な種類のモータやポンプ等の駆動部材が使用されてもよい。本発明は、駆動部材に関するものであり、流体を利用して微細にポンプすることができるポンプを提供する。しかし、これらの課題は、例示的なものであり、本発明の範囲は、これに限定されない。

本発明の一実施例において、シャフトホールを備えるハウジングと、前記シャフトホールから遠ざかる方向に配置される第１空間と、前記シャフトホールに隣接する第２空間との間に配置される膜と、前記膜を基準に両側に配置される第１電極体及び第２電極体と、前記シャフトホールを通して前記ハウジングの外部に延びるシャフトと、前記ハウジングの内部空間に含まれる第１流体とを含む、電気浸透圧ポンプを提供する。

本実施例において、前記シャフトは、前記第１空間から前記第２空間に向かう第１方向及び前記第１方向の反対である第２方向に沿って往復運動してもよい。

本実施例において、前記第１流体の体積は、前記内部空間の体積よりも小さく形成されてもよい。

本実施例において、前記第１流体は、前記第１空間及び前記第２空間のそれぞれに含まれ、前記第１空間に存在する前記第１流体の体積は、前記第１空間の体積よりも小さく形成されてもよい。

本実施例において、前記第１空間は、前記第１流体が占める第１サブ空間及び第２サブ空間を含み、前記シャフトの往復運動は、前記第１空間の中で前記第２サブ空間が占める体積割合に応じて変化されてもよい。

本実施例において、本発明の電気浸透圧ポンプは、前記第２サブ空間に存在する第２流体をさらに含む。

前記第１流体は液体であり、前記第２流体は気体であってもよい。

本発明の他の実施例において、一側にシャフトホールを含むハウジングと、前記シャフトホールを通して前記ハウジングの外部に延びるシャフトと、前記ハウジングの内側面と前記シャフトとによって規定される内部空間に配置される膜と、前記膜の第１側に配置される第１電極体と、前記第１側の反対である前記膜の第２側に配置される第２電極体と、前記内部空間に含まれる流体とを含む、電気浸透圧ポンプを提供する。

本実施例において、前記内部空間は、前記膜を中心に両側に位置する第１空間と第２空間とを含み、前記流体は、前記第１空間に含まれる第１流体を含み、前記第１空間に設けられる前記第１流体の体積は、前記第１空間の体積よりも小さく形成されてもよい。

本発明の他の実施例において、シャフトホールを備えるハウジングと、前記シャフトホールから遠ざかる方向に配置される第１空間と前記シャフトホールに隣接する方向に配置される第２空間との間に配置される膜と、前記膜を基準に両側に配置される第１電極体及び第２電極体と、前記シャフトホールを通して前記ハウジングの外側方向に延びて形成されるシャフトと、前記第１空間が形成される前記ハウジングの一側に連通され、前記第１空間と連結される第３空間が形成され、形状変形可能な変形部と、前記ハウジングの内部空間に含まれる第１流体とを含む、電気浸透圧ポンプを提供する。

本実施例において、前記第１空間及び前記第３空間に存在する第２流体をさらに含み、前記第１流体は液体であり、前記第２流体は気体であってもよい。

前述したこと以外の他の側面、特徴、及び利点は、以下の図面、特許請求の範囲、及び発明の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明の実施例によると、流体の圧力を利用してシャフトの往復移動を微細に制御することができる。

また、変形部の弾性変形により、シャフトの前進又は後退移動を正確に制御することができる。

しかし、前述の効果は、例示的なものであり、本発明の範囲は、これに限定されない。

本発明の一実施例に係るポンプの斜視図である。 図１のＩＩ－ＩＩ′線に沿った断面図である。 本発明の一実施例として、膜を中心にした第１電極体及び第２電極体における反応を示す模式図である。 本発明の一実施例に係るシャフトの往復運動を説明する断面図である。 シャフトの往復運動による第１空間の体積ＶＳ１に対する第２サブ空間の体積ＶＳＳ２の割合を示すグラフである。 本発明の他の実施例に係るポンプの断面図である。 本発明の他の実施例に係る電気浸透圧ポンプを示す斜視図である。 図７のＸ－Ｘ′線に沿った断面図である。 本発明の一実施例係る膜を中心にした第１電極体及び第２電極体における反応を示す模式図である。 シャフトの往復運動を説明する断面図である。

本発明は、様々な変形を加えることができる上に、様々な実施例を有することができ、特定の実施例を図面に例示し、詳細な説明に詳細に説明する。本発明の効果及び特徴、さらに、それらを達成する方法は、図面と共に詳細に後述されている実施例を参照することで明確になるであろう。しかしながら、本発明は、以下に開示される実施例に限定されるものではなく、様々な形態で実現することができる。

以下に添付された図面を参照し、本発明の実施例を詳細に説明する。図面を参照して説明するときには、同一又は対応する構成要素は、同一の図面符号を付与し、これに対する重複説明は省略する。

以下の実施例において、第１及び第２等の用語は、限定的な意味ではなく、１つの構成要素を他の構成要素と区別するために使用する。

以下の実施例において、単数の表現は、文脈上、明確に別の意味を意図しない限り、複数の表現を含む。

以下の実施例において、「含む」又は「有する」等の用語は、明細書に記載の特徴又は構成要素が存在することを意味し、１つ以上の他の特徴又は構成要素が付加される可能性を事前に排除するものではない。

図面において、説明の便宜のために、構成要素の大きさは拡大又は縮小され得る。例えば、図面に示された各構成の大きさ及び厚さは、説明の便宜のために任意に示すものであり、本発明は、図示に必ず限定されるものではない。

以下の実施例において、領域や構成要素等が接続されると言う場合は、領域や構成要素が直接的に接続される場合だけでなく、範囲や構成要素の間に他の領域や構成要素が介在され、間接的に接続される場合も含む。

図１は、本発明の一実施例に係る電気浸透圧ポンプの斜視図であり、図２は、図１のＩＩ－ＩＩ′線に沿った断面図である。

図１及び図２を参照すると、電気浸透圧ポンプ（以下、「ポンプ」と言う）１００のハウジング１１０は、一側に設けられるシャフトホール１１２Ｈを含み、シャフトホール１１２Ｈを通して所定の長さを有するシャフト１２０がハウジング１１０の外側に延びてもよい。一実施例において、シャフトホール１１２Ｈは、ハウジング１１０の本体１１１に対して一側に延びる突出部１１２に形成されてもよく、突出部１１２の直径は、本体１１１の直径よりも小さく形成されてもよい。

シャフト１２０の第１部分１２１は、ハウジング１１０の内部に配置され、第２部分１２２は、前述するように、シャフトホール１１２Ｈを通ってハウジング１１０の外部に延びる。シャフト１２０は、図１及び図２における上下方向（Ｚ方向）に沿って往復運動してもよい。シャフト１２０が往復運動する際に、第１部分１２１は、ハウジング１１０の内部空間、例えば、突出部１１２に対応する内部空間で直線往復運動してもよい。シャフト１２０の第１部分１２１の直径Ｒ１は、シャフトホール１１２Ｈの直径Ｒ３よりも大きいので、第１部分１２１は、ハウジング１１０の外部に脱落することはない。

シャフト１２０の第２部分１２２は、シャフトホール１１２Ｈの直径Ｒ３よりも小さい直径Ｒ２を備え、このとき第２部分１２２がシャフトホール１１２Ｈから脱落することを防止するように、第２部分１２２は、ハウジング１１０の外部に配置された移動制御部１３０に結合されてもよい。

シャフト１２０の第１部分１２１の側面には、シーリング材１２５が配置されてもよい。 ハウジング１１０の内部空間、例えば、ハウジング１１０の内側面とシャフト１２０の内側面とによって規定される空間は密閉空間であり、内部空間には流体が存在し、シーリング材１２５は、ハウジング１１０とシャフト１２０との間の隙間に流体が漏出（リーク）することを防止することができる。図２では、説明の便宜のために流体を省略して図示する。

一実施例によると、図２に示すように、シーリング材１２５は、Ｏ－リングの形状を有し、第１部分１２１の側面をカバーすることができ、シーリング材１２５によってハウジング１１０の内部に存在する流体がシャフトホール１１２Ｈを通してハウジング１１０の外部に漏出（リーク）されることを防止することができる。シャフト１２０の第１部分１２１から移動制御部１３０までの第１距離Ｄ１を、突出部１１２の内側長さＤ２と同様にするか、又はそれよりも小さく形成することにより、流体の漏出をさらに効率的に防止することができる。

膜１４０は、ハウジング１１０の内部空間、例えば、本体１１１に対応する内部空間に配置されてもよい。内部空間には、膜１４０を中心に両側にそれぞれ位置する第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２が含まれる。図２には、膜１４０を基準にシャフト１２０から遠い空間が第１空間Ｓ１であり、膜１４０を基準にシャフト１２０に隣接する空間が第２空間Ｓ２として示される。

膜１４０は、流体及びイオンの移動が可能な多孔質構造を有してもよい。膜１４０は、例えば、球状シリカを熱により焼成して製造したフリット状の膜であってもよい。例えば、膜の形成に使用される球状シリカは、約２０ｎｍ～約５００ｎｍの直径を有してもよく、具体的には、約３０ｎｍ～約３００ｎｍの直径を有してもよく、より具体的には、約４０ｎｍ～約２００ｎｍの直径を有してもよい。上記球状シリカの直径が前述の範囲を満足する場合、膜１４０を通過する第１流体による圧力、すなわち、シャフト１２０を移動させるのに十分な圧力を発生することができる。

前述の実施例において、膜１４０が球状シリカを含んでいることを説明したが、膜１４０は、これに限定されるものではない。他の実施例において、膜１４０は、多孔質シリカ又は多孔質アルミナのように、ゼータ電位（ｚｅｔａ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）による電気運動（ｅｌｅｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃ）現象を引き起こし得る素材であれば、その種類は限定されない。

膜１４０は、約２０μm～約１０ｍｍの厚さを有してもよく、具体的には、約３００μm～約５ｍｍの厚さを有してもよく、より具体的には、約１，０００μm～約４ｍｍの厚さを有してもよい。

膜１４０の両側には、第１電極体１５０及び第２電極体１６０がそれぞれ配置される。 第１電極体１５０は、膜１４０の第１側に配置される第１多孔質プレート１５１と、第１電極ストリップ１５２とを含んでもよい。第２電極体１６０は、膜１４０の第２側に配置される第２多孔質プレート１６１と、第２電極ストリップ１６２とを含んでもよい。

第１多孔質プレート１５１及び第２多孔質プレート１６１のそれぞれは、膜１４０の両側の主面（ｍａｉｎ ｓｕｒｆａｃｅ）に接触するように配置されてもよい。第１多孔質プレート１５１及び第２多孔質プレート１６１は、多孔質構造を通して流体及びイオンを効率的に移動させることができる。第１多孔質プレート１５１及び第２多孔質プレート１６１は、多孔質ベース層に電気化学反応物質が形成された構造を有してもよい。電気化学反応物質は、例えば、無電解めっき、真空蒸着、コーティング、ゾル・ゲルプロセス等の方法により、多孔質ベース層に電着又はコーティングすることで形成してもよい。

多孔質ベース層は、絶縁体であってもよい。例えば、多孔質ベース層は、非導電性セラミック、非導電性高分子樹脂、非導電性ガラス、及びこれらの組み合わせから選択される１つ以上を含んでもよい。

非導電性のセラミックは、例えば、ロックウール、石膏、陶磁器、セメント、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される１つ以上を含んでもよく、具体的には、ロックウール、石膏、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される１つ以上を含んでもよいが、これに限定されない。

非導電性高分子樹脂は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるものと同様の合成繊維、ウール、木綿、及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるものと同様の天然繊維、海面、生物体、例えば生物体の骨から由来する多孔質材料、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される１つ以上を含んでもよいが、これに限定されない。

非導電性ガラスは、グラスウール、グラスフリット（ｇｌａｓｓ ｆｒｉｔ）、多孔質ガラス、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される１つ以上を含んでもよいが、これに限定されない。

多孔質ベース層は、約０．１μm～約５００μmの大きさの気孔を有してもよく、具体的には、約５μm～約３００μmの大きさの気孔を有してもよく、より具体的には、約１０μm～約２００μmの大きさの気孔を有してもよい。多孔質支持体の気孔の大きさが前述した範囲を満足する場合、流体及びイオンを効率的に移動させ、ポンプ１００の安定性及び寿命特性と効率を向上させることができる。

電気化学反応物質は、第１電極体１５０及び第２電極体１６０の電極反応時に、酸化電極及び還元電極が陽イオン、例えば、水素イオンをやり取りする一対の反応を得ることができ、同時に、可逆的な電気化学反応を構成することができる物質を含んでもよい。電気化学反応物質は、例えば、銀／酸化銀、銀／塩化銀、ＭｎＯ（ＯＨ）、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、ポリチオニン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｎｉｎｅ）、キノン系ポリマー（ｑｕｉｎｏｎｅ－ｂａｓｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ）、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される１つ以上を含んでもよい。

第１ストリップ１５２及び第２ストリップ１６２は、第１多孔質プレート１５１及び第２多孔質プレート１６１の縁に配置されてもよく、ハウジング１１０の外部の第１端子１５３及び第２端子１６３に接続されてもよい。第１ストリップ１５２及び第２ストリップ１６２は、銀、銅等の導電性材料を含んでもよい。

ハウジング１１０の内部空間に含まれた流体は、互いに異なる相（ｐｈａｓｅ）を有する第１流体と第２流体とを含んでもよい。第１流体は水等の液体を含み、第２流体は空気等の気体を含んでもよい。内部空間に存在する第１流体は、内部空間を全体的に満たすことはない。すなわち、内部空間の体積は、内部空間に存在する第１流体の体積よりも大きい。内部空間の中で水が存在していない部分には、第２流体が存在する。

膜１４０、第１電極体１５０、第２電極体１６０からなる構造物の量側には、シーリング材１７０が配置される。シーリング材１７０は、前述した構造物の縁に対応する面積を有する環状であってもよい。前述した流体、例えば第１流体は、膜１４０を通過するように、膜１４０の厚さ方向に沿って第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２に、又はその逆方向に移動するようになるが、このとき、シーリング材１７０は、ハウジング１１０の内側面と前述した構造物との間の隙間を塞ぎ、液体がこの隙間に移動することを防止することができる。

流体は、図１に示すような注入口１８０を通して内部空間に流入されてもよい。一実施例において、両側の注入口１８０を通して内部空間の全体を第１流体で満たし、その後、いずれか１つの注入口１８０を通して第１流体の一部を外部に取り出した後に注入口１８０を閉鎖することにより、第１流体及び第２流体がハウジング１１００の内部空間に存在するようにしてもよい。

以下では、図３Ａから図５を参照し、流体の挙動及びそれによるシャフトの移動について説明する。

図３Ａ及び図３Ｂは、膜を中心にした第１電極体及び第２電極体における反応を示す模式図である。

図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、第１電極体１５０及び第２電極体１６０のそれぞれは、第１端子１５３及び第２端子１６３を通して電源部２００と電気的に接続される。電源部２００が供給する電圧の極性を交番に変更して供給することにより、水等の液体の移動方向を変えてもよい。

一実施例において、銀／酸化銀を電気化学的な反応物質として使用し、第１流体が水を含む溶液である場合を説明する。

図３Ａに示すように、第１電極体１５０は酸化電極であり、第２電極体１６０は還元電極である場合、第１電極体１５０では、Ａｇ（ｓ）＋Ｈ_２Ｏ→Ａｇ_２Ｏ（ｓ）＋２Ｈ^＋＋２ｅ^－の反応が起こり、第２電極体１６０では、Ａｇ_２Ｏ（ｓ）＋２Ｈ^＋＋２ｅ^－→Ａｇ（ｓ）＋Ｈ_２Ｏの反応が起こる。

第１電極体１５０での酸化反応により生成された陽イオン（Ｍ^ｎ＋、例えば、水素イオン）は、電圧差により膜１４０を通って第２電極体１６０に向かって移動するが、このとき、陽イオンと共に水（Ｈ_２Ｏ）が移動することで、所定の圧力が発生される場合がある。

この後、図３Ｂに示すように、電源部２００が供給する電圧の極性を逆に変えると、先に酸化電極として使用される際に消耗された電気化学的な反応物質が、還元電極として使用される際に回復され、還元電極の場合も同様に回復される。よって、第１電極体１５０及び第２電極体１６０は、電源部２００の電圧供給に応じて継続的に反応することができる。図３Ａとは異なり、第１電極体１５０及び第２電極体１６０に供給される電圧の極性が変わると、図３Ｂに示すように、陽イオン（Ｍ^ｎ＋は、例えば、水素イオン）及び水（Ｈ_２Ｏ）が、第２空間Ｓ２から第１空間Ｓ１へ再移動することになる。

図４Ａ及び図４Ｂは、シャフトの往復運動を説明する断面図である。図４Ａは、シャフトが移動する前の状態であり、図４Ｂは、シャフトが移動した後の状態である。図４Ａは、先に図３Ａを参照して説明した電源部２００によって、第１電極体１５０及び第２電極体１６０に電圧が印加される前の状態として理解してもよい。

図４Ａを参照すると、ハウジング１１０の内部空間には、水等の液体である第１流体が存在するが、内部空間に存在する第１流体の体積は、内部空間の体積よりも小さい。内部空間の中で液体が存在していない部分には、空気等の気体を含む第２流体が存在する。

例えば、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２のそれぞれには、第１流体が存在するが、第１空間Ｓ１には、第１流体及び第２流体が共存し、かつ第１空間Ｓ１に存在する第１流体の体積は、第１空間Ｓ１の体積よりも小さくてもよい。第２空間Ｓ２にも第１流体が存在するが、第１空間Ｓ１とは異なり、第２流体は存在しない。以下に、説明の便宜のために、第１空間Ｓ１の中で、液体である第１流体が存在する空間を第１サブ空間ＳＳ１と言い、気体である第２流体が存在する空間を第２サブ空間ＳＳ２と言う。第１サブ空間ＳＳ１及び第２サブ空間ＳＳ２は、第１空間Ｓ１を成すことができる。例えば、第１空間Ｓ１から第１サブ空間ＳＳ１を除いた残りが第２サブ空間ＳＳ２であってもよい。

図４Ａの状態において、図３Ａで説明したように、電源部２００から第１電極体１５０及び第２電極体１６０に電圧が供給されると、図３Ａを参照して説明した反応が起こり、陽イオン（例えば、水素イオン）が第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２に向かう第１方向（図４において－Ｚ方向）に沿って移動する。このとき、陽イオンと共に第１空間Ｓ１の第１流体（例えば、Ｈ_２Ｏ）が膜１４０を通って第１方向に沿って移動することにより圧力が生成され、圧力によって図４Ｂに示されたようにシャフト１２０が第１方向に沿って直線に移動する。第１空間Ｓ１の第１流体（例えば、Ｈ_２Ｏ）が第２空間Ｓ２に移動することにより、第１空間Ｓ１の体積に対する第１サブ空間ＳＳ１の体積割合は減少する一方、第１空間Ｓ１の中で第２サブ空間ＳＳ２が占める割合は増加する。

逆に、図４Ｂの状態において、図３Ｂの説明のように、電源部２００が電圧の極性を変えて第１電極体１５０及び第２電極体１６０に供給すると、陽イオン（例えば、水素イオン）及び第１流体（例えば、水）が第２空間Ｓ２から第１空間Ｓ１に向かう第２方向（図４におけるＺ方向）に沿って移動し、シャフト１２０は、図４Ａに示すように、元の位置に再移動する。

電源部２００が第１電極体１５０及び第２電極体１６０に印加される電圧の極性を交互に変えると、シャフト１２０は、第１方向に移動してから第１方向の逆方向である第２方向に移動し、再び第１方向に移動するように往復運動することができる。

シャフト１２０の往復運動は、第１空間Ｓ１の中で第２流体が存在する空間、すなわち、第２サブ空間ＳＳ２の体積割合による変化に基づいて説明することができる。

図５は、シャフトの往復運動による第１空間の体積ＶＳ１に対する第２サブ空間の体積ＶＳＳ２の割合を示すグラフである。

電源部２００が、第１電極体１５０及び第２電極体１６０に電圧を印加する前の状態、すなわち、ポンプ１００の駆動前の状態における第１空間Ｓ１の体積に対する第２サブ空間ＳＳ２の体積の割合（Ｒａｔｉｏ＝ＶＳＳ２／ＶＳ１）を「Ａ」としたときに、シャフト１２０が前進行程するとき、すなわち、第１方向に移動するときの割合（Ｒａｔｉｏ）は、「Ｂ」に増加する（Ａ＜Ｂ、ただし、Ａは０より大きく、Ｂは１よりも小さい）。

前進したシャフト１２０が第２方向に後退する行程において、前述した割合（Ｒａｔｉｏ）は、ＢからＡに減少するが、割合がＡよりも小さくなることはない。後退行程時の割合（Ｒａｔｉｏ）がＡよりも小さくなる場合、シャフト１２０は、ハウジング１１０の内側にさらに入るか、又は密閉された空間であるハウジング１１０の内部空間の密閉が解除され、流体が漏出する等の問題が発生され得る。

図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明したポンプ１００は、ピストン１２０が相対的に後退した状態で、各構成要素（本体、シーリング材等）を組み立てたものであってもよい。 他の実施例において、ポンプ１００は、ピストン１２０が相対的に前進した状態で、各構成要素（本体、シーリング材等）を組み立てたものであってもよい。

ピストン１２０が前進したり後退したりする場合、第２サブ空間ＳＳ２に存在する第２流体（例えば、空気）は、わずかに（ｓｌｉｇｈｔｌｙ）圧縮されるか、又はわずかに膨張してもよい。第２流体の圧縮や膨張に応じて、所定の力が第２流体に保存される場合があり、この力がピストン１２０に作用され得る。ピストン１２０の前進及び後退の行程の正確な制御は、ポンプ１００が使用される薬物注入装置における薬物の注入量に影響を与える可能性がある。したがって、ピストン１２０の前進及び後退の行程は、例えば、前述した力も考慮して設計し得る。又は、ピストン１２０の前進及び後退の行程を正確に制御するために、第２流体に保存されている力を除去する方法を使用してもよい。例えば、図６に示すように、本体１１１にホール１１１Ｈを形成し、通気性フィルム１９０を用いて外部とポンプ１００の内部とを分離してもよい。

図６は、本発明の他の実施例に係るポンプの断面図である。図６に示されたポンプは、先に図１～図５を参照して説明したポンプと類似の構造を有するが、通気性フィルム１９０をさらに含んでもよい。

本体１１１は、第１サブ－本体１１１Ａ及び第２サブ－本体１１１Ｂを含む。第１サブ－本体１１１Ａ及び第２サブ－本体１１１Ｂは、それらの間に膜１４０が介在されたままで結合されており、このような構造は、先に図１～図４Ｂを参照して説明した実施例においても同様に適用することができる。

本体１１１は、ホール１１１Ｈを含んでもよい。ホール１１１Ｈは、膜１４０を中央に置いて、シャフト１２０を収容する第２サブ－本体１１１Ｂの反対側に位置する。例えば、ホール１１１Ｈは、第１サブ－本体１１１Ａに形成されてもよい。

ホール１１１Ｈは、通気性フィルム１９０によってカバーされる。したがって、第２サブ空間ＳＳ２は、通気性フィルム１９０によって外部空間と空間的に接続されない。通気性フィルム１９０は、第１空間Ｓ１の中心と対応する位置に形成されてもよい。図６は、一対のホール１１１Ｈ及び通気性フィルム１９０が設けられたこととして説明されたが、他の実施例においては、ホール１１１Ｈとそれに対応する通気性フィルム１９０とが複数対で設けられてもよい。又は、複数のホール１１１Ｈに対して一つの通気性フィルム１９０が設けられており、この場合、通気性フィルム１９０は、第１サブ－本体１１１Ａの一側面（図６の上面）を全体的にカバーすることができるほどの面積を有してもよい。

通気性フィルム１９０は、液体を遮断し、気体は通過させる膜であり、ポンプ１００の第１流体（例えば、水）は、通気性フィルム１９０を通過しない。例えば、通気性フィルム１９０は、例えばデュポン社製のタイベク（登録商標、Ｔｙｖｅｋ）を使用してもよい。 一方、ポンプ１００の内部の第２流体又は外部の空気は、通気性フィルム１９０を通過することができ、この場合、前述したピストン１２０の前進及び後退時の力が第２流体に保存されることを防止することができる。

以下に、本発明の他の実施例に係るポンプ１００の構成、作動原理、及び効果について説明する。

図７は、本発明の他の実施例に係る電気浸透圧ポンプを示す斜視図である。図８Ａ及び図８Ｂは、図７のＸ－Ｘ′線に沿った断面図である。図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の一実施例に係る膜を中心にした第１電極体及び第２電極体における反応を示す模式図である。 図１０Ａ～図１０Ｃは、シャフトの往復運動を説明する断面図である。

図５、及び図７～図１０ｃを参照すると、本発明の他の実施例に係るポンプ１００は、ハウジング１１０と、シャフト１２０と、膜１４０と、第１電極体１５０と、第２電極体１６０と、変形部１９１と、第１流体とを含んでもよい。

図４Ａ～図１０Ｃは、シャフトの往復運動を説明する断面図である。図４Ａは、シャフトが移動する前の状態であり、図１０Ｂ及び図１０Ｃは、シャフトが移動した後の状態である。図４Ａは、先に図９Ａを参照して説明した電源部２００によって、第１電極体１５０及び第２電極体１６０に電圧が印加される前の状態として理解してもよい。

図４Ａを参照すると、ハウジング１１０の内部空間には、水等の液体である第１流体が存在するが、内部空間に存在する第１流体の体積は、内部空間の体積よりも小さい。内部空間の中で液体が存在していない部分、具体的に、ハウジング１１０の第１空間Ｓ１及び変形部１９１の内部空間である第３空間Ｓ３には、空気等の気体を含む第２流体が存在する。

図１０Ａ～図１０ｃを参照すると、第２流体は、第１空間Ｓ１、具体的に、第２サブ空間ＳＳ２と連通される、変形部１９１の内部空間である第３空間Ｓ３に存在してもよい。

図１０Ａの状態において、図９Ａで説明したように、電源部２００から第１電極体１５０及び第２電極体１６０に電圧が供給されると、図９Ａを参照して説明した反応が起こり、陽イオン（例えば、水素イオン）が第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２に向かう第１方向（図１０Ｂにおいて－Ｚ方向）に沿って移動する。

このとき、陽イオンと共に第１空間Ｓ１の第１流体（例えば、Ｈ_２Ｏ）が膜１４０を通って第１方向（図１０Ｂにおいて－Ｚ方向）に沿って移動することにより圧力が生成され、圧力によって図１０Ｂに示されたようにシャフト１２０が第１方向に沿って直線に移動する。

図１０Ａを参照すると、本発明の他の実施例に係る変形部１９１は、第１空間Ｓ１が形成されるハウジング１１０の一側（図１０Ａを基準に上側）に連通され、変形部１９１に向かい合うハウジング１１０の一面（図１０ａを基準に上面）に形成されるホール１１１Ｈを通して第１空間Ｓ１と変形部の内部空間である第３空間Ｓ３とが連通されてもよい。

図８Ａを参照すると、本体１１１は、第１サブ－本体１１１Ａ及び第２サブ－本体１１１Ｂを含む。第１サブ－本体１１１Ａ及び第２サブ－本体１１１Ｂは、それらの間に膜１４０を介在したままに結合されてもよい。

本体１１１、具体的に、ホール１１１Ｈは、第１サブ－本体１１１Ａに形成され、ホール１１１Ｈは、膜１４０を中央に置いて、シャフト１２０を収容する第２サブ－本体１１１Ｂの反対側に位置する。

図１０Ａ及び図１０Ｂを参照すると、本発明の他の実施例に係る変形部１９１の一側には、弾性変形可能な弾性部１９２が形成されてもよい。弾性部１９２は、変形部１９１の中央部に形成されてもよく、変形部１９１の外側方向（図１０Ａを基準に上側方向）に対して凹状に形成されるか、又は凸状に形成されてもよい。

図１０Ａ～図１０ｃを参照すると、弾性部１９２の形状が変形されることに応じて、第３空間Ｓ３の体積が増加したり、減少したりしてもよい。

弾性部１９２は、変形部１９１の内部空間、具体的に、第３空間Ｓ３の内部圧力に応じて形状が変形されてもよい。図１０Ａを参照すると、第３空間Ｓ３には、陰圧（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が形成されてもよい。

弾性部１９２は、変形部１９１の外側方向（図１０Ａを基準に上側方向）に対して凸状に形成される方向に弾性復元力を有してもよい。これにより、図１０Ｃのように、陽イオンと共に第１流体が第２空間Ｓ２から第１空間Ｓ１へ移動する際に、空気等の第２流体が収容される空間が第３空間Ｓ３だけ確保され、シャフト１２０の圧縮に必要な力を相対的に低減させることができ、容易に圧縮を行う効果がある。

第１空間Ｓ１の第１流体（例えば、Ｈ_２Ｏ）が第２空間Ｓ２に移動することにより、第１空間Ｓ１の体積に対する第１サブ空間ＳＳ１の体積割合は減少する一方、第１空間Ｓ１の中で第２サブ空間ＳＳ２が占める割合は増加する。

逆に、図１０Ｂ及び図１０Ｃを参照すると、図９Ｂで説明したように、電源部２００が電圧の極性を変えて第１電極体１５０及び第２電極体１６０に供給すると、陽イオン（例えば、水素イオン）及び第１流体（例えば、水）が第２空間Ｓ２から第１空間Ｓ１に向かう第２方向（図４におけるＺ方向）に沿って移動し、シャフト１２０は、図１０Ａに示すように、元の位置に再移動する。

図１０Ｃを参照すると、シャフト１２０が第２方向（図１０Ｃの＋Ｚ方向）に移動しながら、陽イオンと共に第１流体が第２方向に移動し、変形部１９１、具体的に、弾性部１９２の形状が変形されることが可能である。

具体的には、弾性部１９２が変形部１９１の外側方向に対して凹状から凸状に変形されることで、第３空間Ｓ３の体積が増加し、シャフト１２０の移動及び圧縮に容易な効果がある。

これに加え、第１空間Ｓ１及び第３空間Ｓ３に対する圧縮が起こる場合、変形部１９１、具体的に、弾性部１９２は、凸状に形成される方向に弾性復元力を有するようになるので、圧縮がさらに容易に行われる効果がある。

これに加え、図９Ａ及び図９Ｂの反応が起こることによりガスが発生した場合、第３空間Ｓ３に上記ガスが収容され得ることから、緩衝（ｂｕｆｆｅｒ）機能としての効果がある。

前述したように、図７、図８Ａ、図１０Ａ～図１０Ｃを参照すると、本発明の他の実施例に係る変形部１９１は、第１空間Ｓ１が形成されるハウジング１１０に連通されるものであり、第１空間Ｓ１に接続される内部空間である第３空間Ｓ３が形成され、形状の変形が可能である。変形部１９１は、シリコン材料等の弾性変形が可能な材料で形成されてもよい。

具体的に、変形部１９１は、膜１４０を基準に、シャフト１２０が往復運動するハウジング１１０の一側（図８Ａを基準に下側）に対向する他側（図８Ａを基準に上側）に結合されてもよい。

変形部１９１に向かい合うハウジング１１０の一面（図８Ａを基準に上面）には、ホール１１１Ｈが形成され、第１空間Ｓ１と第３空間Ｓ３とが連通されてもよい。これにより、第１空間Ｓ１だけが形成されることに比べ、第２流体に保存される第１空間Ｓ１からの力を除去し、シャフト１２０の前進及び後退の行程を正確に制御することが可能な効果がある。

図１０Ａ～図１０Ｃを参照すると、本発明の他の実施例に係る変形部１９１の一側（図１０Ａを基準に上側）には、弾性変形可能な弾性部１９２が形成され、弾性部１９２が弾性変形されることによって、第３空間Ｓ３の体積が変形されてもよい。

図１０Ａ及び図１０Ｂを参照すると、図９Ａの反応が起こる前に、第３空間Ｓ３に陰圧が形成され、弾性部１９２の形状が、変形部１９１の外側方向を基づいて凹状に形成されてもよい。

図１０Ｃのように図９Ｂの反応が起こると、第１流体の圧力等により圧力が増加され、弾性部１９２が、変形部１９１の外側方向を基準に凸状に形成される方向に弾性復元力を有することで、第３空間Ｓ３の体積が増加する方向に形状が変形され、第２流体に保存される力を除去し、シャフト１２０の圧縮を容易にし、シャフト１２０を正確に制御することが可能な効果がある。

図７、図８Ａ、図１０Ａ～図１０Ｃを参照すると、本発明の他の実施例に係る固定部材１９５は、ハウジング１１０及び変形部１９１のそれぞれに結合されるものであり、変形部１９１がハウジング１１０上に位置固定されることを可能にする。

これに加え、変形部１９１の内部空間である第３空間Ｓ３から、空気を含む第２流体が外部に流出されることを遮断することが可能な効果がある。

固定部材１９５は、変形部１９１の外周面の周りに沿って密着され、ハウジング１１０に設置されてもよい。

図７、図８Ａ、図１０Ａ～図１０Ｃを参照すると、変形部１９１に向かい合うハウジング１１０の一面（図８Ａの上面）には、外側方向に突出し、かつ変形部１９１の内周面の周りに沿って密着されるシール壁１１１Ｗが突出形成されてもよい。

シール壁１１１Ｗにより、変形部１９１の内周面はシール壁１１１Ｗに密着され、外周面は固定部材１９５に密着され、第３空間Ｓ３に収容されている流体が外部に流出されることを防止することができる。

図８Ｂは、本発明の他の実施例に係るポンプ１００の断面図である。図８Ｂに示されたポンプは、先に図５、図７、図８Ａ、図９Ａを参照して説明したポンプと類似の構造を有するが、第１空間Ｓ１と第３空間Ｓ３とが連通されるようにハウジング１１０に形成されたホール１１１Ｈをカバーし、ハウジング１１０に結合される通気性フィルム１９５をさらに含んでもよい。

図８Ｂを参照すると、本発明の他の実施例に係るホール１１１Ｈは、通気性フィルム１９５によってカバーされてもよい。したがって、第２サブ空間ＳＳ２は、通気性フィルム１９５により、外部空間、すなわち変形部１９１の内部空間である第３空間Ｓ３とは空間的に接続されない。

通気性フィルム１９５は、液体は遮断し、気体は通過させる膜であり、ポンプ１００の第１流体（例えば、水）は、通気性フィルム１９０を通過しない。

一方、ポンプ１００の内部の第２流体又は外部の空気は、通気性フィルム１９５を通過することができ、この場合、第２流体又は外部の空気は、変形部１９１の内部空間である第３空間Ｓ３に流動され、前述したシャフト１２０の前進及び後退時の力が第２流体に保存されていることを防止することができる。

本発明の他の実施例に係るポンプ１００は、変形部１９１と、固定部材１９３と、第３空間Ｓ３とからなる構成を除き、図１～図６の実施例に係るポンプ１００と同様な設定、作動原理、及び効果を有するので、これと重複する範囲での詳細な説明は省略する。

図８Ａ及び図８Ｂを参照すると、図８Ａに示された本発明の他の実施例に係るポンプ１００のホール１１１Ｈの直径ＨＤ１は、通気性フィルム１９５が無い図８Ｂに示されたポンプ１００のホール１１１Ｈの直径ＨＤ２よりも相対的に大きく形成されてもよい。

これにより、図８Ａにおいて、第１流体が第３空間Ｓ３と第１空間Ｓ１との間を移動する際に、ホール１１１Ｈによって第１流体の移動抵抗が発生することを低減させることが可能な効果がある。

これに加え、本発明の他の実施例に係るポンプ１００のホール１１１Ｈの直径ＨＤ１は、シール壁１１１Ｗの直径と同様に形成されてもよく、第１流体が第３空間Ｓ３と第１空間Ｓ１との間をスムーズに流動することが可能な効果がある。

本発明の実施例に係るホール１１１Ｈの直径ＨＤ１及びＨＤ２の大きさは、多様に形成してもよい。

図１～図１０Ｃを参照して説明した本発明の実施例に係るポンプ１００は、インスリン等の薬物を注入する装置に使用される小型ポンプであってもよい。しかし、前述した説明と同様の構造及びメカニズムを利用し、シャフト１２０を直線に移動させるポンプであれば、その用途を特に制限するものではない。

このように、本発明は、図面に示された一実施例を参考に説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該分野における通常の知識を有する者であれば、様々な変形及び実施例の変形が可能であることを理解するであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、添付された特許請求の範囲の技術的思想によって定められなければならないであろう。

本発明によると、電気浸透圧ポンプが提供される。また、産業上利用する患者の血糖値の変化に適合するように、インスリンが体内に注入されるようにするインスリン注入装置等に本発明の実施例を適用することができる。

Claims (7)

1. シャフトホールを備えるハウジングと、
   前記シャフトホールから遠ざかる方向に配置される第１空間と前記シャフトホールに隣接する第２空間との間に配置される膜と、
   前記膜を基準に両側に配置される第１電極体及び第２電極体と、
   前記シャフトホールを通して前記ハウジングの外部に延びるシャフトと、
   前記ハウジングの内部空間に含まれる第１流体と、を含み、
   前記第１流体は、前記第１空間及び前記第２空間のそれぞれに含まれ、
   前記第１空間に存在する前記第１流体の体積は、前記第１空間の体積よりも小さく、
   前記第１空間は、前記第１流体が占める第１サブ空間、及び前記第１サブ空間とは異なる相（ｐｈａｓｅ）を有する第２流体が占める第２サブ空間を含み、
   前記シャフトの往復運動は、前記第１空間の中で前記第２サブ空間が占める体積割合に応じて変化する電気浸透圧ポンプ。
2. 前記シャフトは、前記第１空間から前記第２空間に向かう第１方向及び前記第１方向の反対である第２方向に沿って往復運動する、請求項１に記載の電気浸透圧ポンプ。
3. 前記第１流体の体積は、前記内部空間の体積よりも小さい、請求項１に記載の電気浸透圧ポンプ。
4. 前記第１流体は液体であり、前記第２流体は気体である、請求項１に記載の電気浸透圧ポンプ。
5. 前記ハウジングは、前記第１空間に接続されたホールを含み、
   前記ホールは、通気性フィルムによって前記ハウジングの外部空間とは空間的に分離される、請求項４に記載の電気浸透圧ポンプ。
6. 一側にシャフトホールを含むハウジングと、
   前記シャフトホールを通して前記ハウジングの外部に延びるシャフトと、
   前記ハウジングの内側面と前記シャフトとによって規定される内部空間に配置される膜と、
   前記膜の第１側に配置される第１電極体と、
   前記第１側の反対である前記膜の第２側に配置される第２電極体と、
   前記内部空間に含まれる流体と、を含み、
   前記内部空間は、前記膜を中心に両側に位置する第１空間と第２空間とを含み、
   前記第１空間は、前記膜を中央に置いて、前記シャフトから遠い側に位置し、
   前記流体は、前記第１空間に含まれる第１流体を含み、前記第１空間に設けられる前記第１流体の体積は、前記第１空間の体積よりも小さく、
   前記第１空間は、前記第１流体が占める第１サブ空間、及び前記第１サブ空間とは異なる相（ｐｈａｓｅ）を有する第２流体が占める第２サブ空間を含み、
   前記シャフトの往復運動は、前記第１空間の中で前記第２サブ空間が占める体積割合に応じて変化する電気浸透圧ポンプ。
7. 前記シャフトは、前記第１空間から前記第２空間に向かう第１方向及び前記第１方向の反対である第２方向に沿って往復運動し、
   前記シャフトの往復運動は、前記第１空間及び前記第２空間を移動する前記流体の流れに依存する、請求項６に記載の電気浸透圧ポンプ。

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