JP7379559B2 - ロータの軸方向変位のためのカム機構を備えるマイクロポンプ - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロポンプに関する。マイクロポンプは、少量の液体を分配するために、特に医学的適用、例えば薬物送達装置において使用するために使用され得る。本発明に関連するマイクロポンプは、少量の液体の高精度送達を必要とする非医学的適用においても使用することができる。
特に医学的および非医学的適用において使用され得る、少量の液体を送達するためのマイクロポンプが、EP1803934およびEP1677859に記載されている。前述の文献に記載されたマイクロポンプは、異なる直径の第1および第2の軸方向延長部を有するロータを含み、第1および第2の軸方向延長部は、ステータの第1および第2のシールと係合して、ロータの角変位および軸方向変位の関数として、それぞれのシールを横切る液体連通を開閉する、第1および第2のバルブを形成する。ステータの第1のシールと第2のシールとの間にポンプチャンバが形成され、それによって、ロータの1回転サイクル当たりの液体のポンピング体積は、ロータの第1の軸方向延長部と第2の軸方向延長部との直径の差、およびステータに対するロータの角度位置の関数としてカムシステムによってもたらされるロータの軸方向変位の両方の関数である。ロータの回転および軸方向変位だけでなく、回転延長部間の直径の差の関数として、1サイクル当たりのポンピング体積を制御する能力は、ロータの1回転につき非常に少量の液体を高精度でポンピングすることを可能にする。前述のマイクロポンプによって送達される最小体積は、ポンプチャンバの最大充填体積に対応する。
上記に鑑みて、本発明の目的は、正確で信頼性がある安全な方法で非常に少量の液体を分配することができるマイクロポンプを提供することである。
ステータと、
少なくとも部分的にステータ内にスライド可能かつ回転可能に装着されたロータであって、ロータは、第1の直径を有する第1の軸方向延長部と、第1の直径よりも大きい第2の直径を有する第2の軸方向延長部と、を含む、ロータと、
第1の軸方向延長部の周りでステータ上に装着された第1のバルブシールによって形成された第1のバルブであって、第1のバルブが開位置にあるときに第1のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成されたロータ内の第1のチャネルと関連する、第1のバルブと、
第2の軸方向延長部の周りでステータ上に装着された第2のバルブシール(20)によって形成された第2のバルブであって、第2のバルブが開位置にあるときに第2のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成されたロータの第2のチャネルと関連する、第2のバルブと、
ロータとステータとの間および第1のバルブシールと第2のバルブシールとの間に形成されたポンプチャンバと、
ロータの回転の関数としてステータに対してロータを軸方向に変位させるように、ロータまたはステータのうちの一方にカムトラックを、ロータまたはステータのうちの他方にカムフォロアを含むカムシステムと、
を含む。カムトラックは、バルブ-閉鎖・チャンバ-フルセクション(valves-closed chamber-full section)、バルブ-閉鎖・チャンバ-空セクション(valves-closed chamber-empty section)、取り入れセクション、および排出セクションを含む。
図面を参照すると、マイクロポンプ1は、ステータ4と、回転軸Aを中心とした回転運動をロータに与えるモータ5を含む回転駆動部3によって駆動されるロータ6と、を含むポンプモジュール2を含む。ロータ6は、例えばばね9によって軸方向に付勢されており、ステータ上の相補的なカムフォロア48と係合するロータ上のカムトラック46を含むカムシステムは、ロータが回転するときのロータの角度位置の関数として、ステータに対するロータの軸方向変位Axを与える。ステータに対するロータの軸方向および回転変位により、以下でさらに詳細に説明する第1のバルブV1および第2のバルブV2が開閉してポンピング作用をもたらす。この一般的な機能原理は、それ自体が既知であり、例えばEP1803934に記載されている。
マイクロポンプ1
ポンプモジュール2(使い捨て部品)
ステータ4
入口14
出口16
第1のバルブV1
第1のバルブシール18
第2のバルブV2
第2のバルブシール20
ポンプチャンバシール21
カムシステム
カムフォロア36、36’
ロータ6
ロータヘッド10
伝送入力カプリング
カムシステム
カムトラック22、22’
半径方向外側カムトラック22
曲率半径R1
半径方向内側カムトラック22’
曲率半径R2
(R2<R1)
ロータシャフト12
第1の延長部(第1の直径D1を有する)24
第1のチャネル42
第2の延長部(第2の直径D2を有する)26
第2のチャネル44
ポンプチャンバ8
軸方向変位システム
付勢機構9
カムトラック22、22’
バルブ-閉鎖・チャンバ-フルセクション28
バルブ-閉鎖・チャンバ-空セクション30
取り入れセクション32
排出セクション34
排出斜面部分34a
排出保留部分34b
カムフォロア36、36’
先導角部38a、38b
回転駆動部3(再利用可能部品)
モータ5
ステッパモータ
カプリング7
付勢機構9
ストロークセンサ
(1) マイクロポンプにおいて、
ステータ(4)と、
少なくとも部分的に前記ステータ内にスライド可能かつ回転可能に装着されたロータ(6)であって、前記ロータは、第1の直径(D1)を有する第1の軸方向延長部(24)と、前記第1の直径よりも大きい第2の直径(D2)を有する第2の軸方向延長部(26)と、を含む、ロータと、
前記第1の軸方向延長部の周りで前記ステータ上に装着された第1のバルブシール(18)によって形成された第1のバルブ(V1)であって、前記第1のバルブが開位置にあるときに前記第1のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成された前記ロータ内の第1のチャネル(42)と関連する、第1のバルブと、
前記第2の軸方向延長部の周りで前記ステータ上に装着された第2のバルブシール(20)によって形成された第2のバルブ(V2)であって、前記第2のバルブが開位置にあるときに前記第2のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成された前記ロータ内の第2のチャネル(44)と関連する、第2のバルブと、
前記ロータと前記ステータとの間および前記第1のバルブシールと前記第2のバルブシールとの間に形成されたポンプチャンバ(8)と、
前記ロータの回転の関数として前記ステータに対して前記ロータを軸方向に変位させるように、前記ロータまたは前記ステータのうちの一方にカムトラック(22、22’)を、前記ロータまたは前記ステータのうちの他方にカムフォロア(36、36’)を含むカムシステムと、
を含み、
前記カムトラックは、バルブ-閉鎖・チャンバ-フルセクション(28)、バルブ-閉鎖・チャンバ-空セクション(30)、取り入れセクション(32)、および排出セクション(34)を含み、
前記排出セクションは、排出段階中にポンプサイクル容量を部分的に送達するために、前記バルブ-閉鎖・チャンバ-フルセクションと前記バルブ-閉鎖・チャンバ-空セクションとの間の中間軸方向位置を規定する排出保留位置(34b)を含むことを特徴とする、マイクロポンプ。
(2) 前記排出保留位置(34b)は、前記ロータ(6)の回転軸(A)に実質的に直交するプラトーを含む、実施態様1に記載のマイクロポンプ。
(3) 前記排出保留位置(34b)の前記プラトーは、少なくとも15度の角度円弧にわたって延在する、実施態様2に記載のマイクロポンプ。
(4) 前記排出保留位置(34b)の前記プラトーは、少なくとも20度の角度円弧にわたって延在する、実施態様3に記載のマイクロポンプ。
(5) 前記カムフォロアは、面取りされた先導角部(38a、38b)を含む、実施態様1から4のいずれかに記載のマイクロポンプ。
(7) 前記排出セクションは、前記排出セクションを、ポンプチャンバ-フル位置とポンプチャンバ-空位置との間の全軸方向変位の実質的に等しいサブユニットに分割するように構成された、軸方向位置における1つまたは2つの排出保留位置(34b)を含む、実施態様1から6のいずれかに記載のマイクロポンプ。
(8) 前記ポンプモジュールは、前記ロータを停止させ、前記バルブ-閉鎖・チャンバ-フルセクション(28)と前記バルブ-閉鎖・チャンバ-空セクション(30)の中間の排出保留位置に保持することができる、ステッパ位置を有するステッパモータを含む回転駆動部に連結され、前記排出保留位置は、前記ステッパ位置の整数倍に対応する、実施態様1から7のいずれかに記載のマイクロポンプ。
(9) 前記カムトラックは、前記ロータのヘッド(10)に装着され、前記カムフォロアは、前記ステータに装着されている、実施態様1から8のいずれかに記載のマイクロポンプ。
(10) 前記カムシステムは、半径方向外側カムトラック(22)および関連する半径方向外側カムフォロア(36)、ならびに半径方向内側カムトラック(22’)および関連する半径方向内側カムフォロア(36)を含む、少なくとも2つのカムトラック(22,22’)および関連するカムフォロア(36、36’)を含み、前記半径方向外側カムトラックと前記半径方向内側カムトラックは、互いに直径方向に対向し、360度にわたって展開された同じカムプロファイルを画定する、実施態様9に記載のマイクロポンプ。
(12) マイクロポンプにおいて、
ステータ(4)と、
少なくとも部分的に前記ステータ内にスライド可能かつ回転可能に装着されたロータ(6)であって、前記ロータは、第1の直径(D1)を有する第1の軸方向延長部(24)と、前記第1の直径よりも大きい第2の直径(D2)を有する第2の軸方向延長部(26)と、を含む、ロータと、
前記第1の軸方向延長部の周りで前記ステータ上に装着された第1のバルブシール(18)によって形成された第1のバルブ(V1)であって、前記第1のバルブが開位置にあるときに前記第1のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成された前記ロータ内の第1のチャネル(42)と関連する、第1のバルブと、
前記第2の軸方向延長部の周りで前記ステータ上に装着された第2のバルブシール(20)によって形成された第2のバルブ(V2)であって、前記第2のバルブが開位置にあるときに前記第2のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成された前記ロータ内の第2のチャネル(44)と関連する、第2のバルブと、
前記ロータと前記ステータとの間および前記第1のバルブシールと前記第2のバルブシールとの間に形成されたポンプチャンバ(8)と、
前記ロータの回転の関数として前記ステータに対して前記ロータを軸方向に変位させるように、前記ロータまたは前記ステータのうちの一方にカムトラック(22、22’)を、前記ロータまたは前記ステータのうちの他方にカムフォロア(36、36’)を含むカムシステムと、
を含み、
前記カムトラックは、バルブ-閉鎖・チャンバ-フルセクション(28)、バルブ-閉鎖・チャンバ-空セクション(30)、取り入れセクション(32)、および排出セクション(34)を含み、
前記カムシステムは、半径方向外側カムトラック(22)および関連する半径方向外側カムフォロア(36)、ならびに半径方向内側カムトラック(22’)および関連する半径方向内側カムフォロア(36)を含む、少なくとも2つのカムトラック(22,22’)および関連するカムフォロア(36、36’)を含み、前記半径方向外側カムトラックと前記半径方向内側カムトラックは、360度にわたって展開された同じカムプロファイルを画定することを特徴とする、マイクロポンプ。
(13) 前記カムシステムは、2つのカムトラックを含み、前記半径方向外側カムトラックと前記半径方向内側カムトラックは、互いに直径方向に対向している、実施態様12に記載のマイクロポンプ。
(14) 前記排出セクションは、排出段階中にポンプサイクル容量を部分的に送達するために、前記バルブ-閉鎖・チャンバ-フルセクションと前記バルブ-閉鎖・チャンバ-空セクションとの間の中間軸方向位置を規定する排出保留位置(34b)を含む、実施態様12または13に記載のマイクロポンプ。
(15) 前記排出保留位置(34b)は、前記ロータ(6)の回転軸(A)に実質的に直交するプラトーを含む、実施態様14に記載のマイクロポンプ。
(17) 前記排出保留位置(34b)の前記プラトーは、少なくとも20度の角度円弧にわたって延在する、実施態様16に記載のマイクロポンプ。
(18) 前記カムフォロアは、面取りされた先導角部(38a、38b)を含む、実施態様12から17のいずれかに記載のマイクロポンプ。
(19) 前記排出セクションは、前記バルブ-閉鎖・チャンバ-フルセクション(28)および前記バルブ-閉鎖・チャンバ-空セクション(30)に対して45度未満の角度(β)で傾斜した排出斜面部分(34a)を含む、実施態様12から18のいずれかに記載のマイクロポンプ。
(20) 前記排出セクションは、前記排出セクションを、ポンプチャンバ-フル位置とポンプチャンバ-空位置との間の全軸方向変位の実質的に等しいサブユニットに分割するように構成された、軸方向位置における1つまたは2つの排出保留位置(34b)を含む、実施態様12から19のいずれかに記載のマイクロポンプ。
(22) 前記カムトラックは、前記ロータのヘッド(10)に装着され、前記カムフォロアは、前記ステータに装着されている、実施態様12から21のいずれかに記載のマイクロポンプ。
Claims (2)
- マイクロポンプにおいて、
ステータ(4)と、
少なくとも部分的に前記ステータ内にスライド可能かつ回転可能に装着されたロータ(6)であって、前記ロータは、第1の直径(D1)を有する第1の軸方向延長部(24)と、前記第1の直径よりも大きい第2の直径(D2)を有する第2の軸方向延長部(26)と、を含む、ロータと、
前記第1の軸方向延長部の周りで前記ステータ上に装着された第1のバルブシール(18)によって形成された第1のバルブ(V1)であって、前記第1のバルブが開位置にあるときに前記第1のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成された前記ロータ内の第1のチャネル(42)と関連する、第1のバルブと、
前記第2の軸方向延長部の周りで前記ステータ上に装着された第2のバルブシール(20)によって形成された第2のバルブ(V2)であって、前記第2のバルブが開位置にあるときに前記第2のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成された前記ロータ内の第2のチャネル(44)と関連する、第2のバルブと、
前記ロータと前記ステータとの間および前記第1のバルブシールと前記第2のバルブシールとの間に形成されたポンプチャンバ(8)と、
前記ロータの回転の関数として前記ステータに対して前記ロータを軸方向に変位させるように、前記ロータまたは前記ステータのうちの一方にカムトラック(22、22’)を、前記ロータまたは前記ステータのうちの他方にカムフォロア(36、36’)を含むカムシステムと、
を含み、
前記カムトラックは、バルブ-閉鎖・チャンバ-フルセクション(28)、バルブ-閉鎖・チャンバ-空セクション(30)、取り入れセクション(32)、および排出セクション(34)を含み、
前記カムシステムは、半径方向外側カムトラック(22)および関連する半径方向外側カムフォロア(36)、ならびに半径方向内側カムトラック(22’)および関連する半径方向内側カムフォロア(36)を含む、少なくとも2つのカムトラック(22,22’)および関連するカムフォロア(36、36’)を含み、前記半径方向外側カムトラックと前記半径方向内側カムトラックは、360度にわたって展開された同じカムプロファイルを画定することを特徴とする、マイクロポンプ。 - 前記カムシステムは、2つのカムトラックを含み、前記半径方向外側カムトラックと前記半径方向内側カムトラックは、互いに直径方向に対向している、請求項1に記載のマイクロポンプ。
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