JP7469752B2 - Metering Pump - Google Patents

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本発明は、流体を供給源から汲み取ることができ、少量の流体をシンクに分注することができる計量ポンプに関する。計量ポンプは、数マイクロリットルから約100μLの範囲の所定量の流体を分注してよい。 The present invention relates to a metering pump that can draw fluid from a source and dispense small amounts of fluid to a sink. The metering pump may dispense a predetermined amount of fluid ranging from a few microliters to about 100 μL.

先行技術において、ピストンポンプが当業者に知られている。ピストンポンプは、流体を供給源から汲み取り、流体をシンクに通すことができる。ピストンポンプのインレットにおいて、インレットチェックバルブは、ピストンが往復動するチェンバと接続される。チェンバのアウトレットには、アウトレットチェックバルブが設けられる。 In the prior art, piston pumps are known to those skilled in the art. A piston pump is capable of drawing fluid from a source and passing the fluid to a sink. At the inlet of the piston pump, an inlet check valve is connected to a chamber in which the piston reciprocates. At the outlet of the chamber, an outlet check valve is provided.

先行技術のピストンポンプは、アウトレットバルブにおける真空が流体を供給源から汲み取るという不利な点を有する。このため、ピストンポンプにより分注される流体量を精確に決定することができない。 Prior art piston pumps have the disadvantage that the vacuum at the outlet valve draws fluid from the source. Because of this, the amount of fluid dispensed by the piston pump cannot be precisely determined.

また、先行技術のピストンポンプは、大きなクリアランス量を有しており、インレットチェックバルブと供給源との間に接続される導管をブリードすることができない。 Also, prior art piston pumps have a large amount of clearance and cannot bleed the conduit connected between the inlet check valve and the supply.

さらに、投与システムが先行技術において知られている。これらの投与システムは、流体を分注する開口部を開口させるプッシャを備える。設定量の流体が分注されるとすぐ、開口部はプッシャにより閉止される。これらのシステムは、加圧された供給源、または流体源とプッシャとの間にポンプを必要とする。加圧された供給源または追加のポンプは計量システムの複雑さおよびボリュームを増加させるため、これらのシステムは望ましくない。 Furthermore, dosing systems are known in the prior art. These dosing systems comprise a pusher which opens an opening through which the fluid is dispensed. As soon as the set amount of fluid has been dispensed, the opening is closed by the pusher. These systems require a pressurized source or a pump between the fluid source and the pusher. These systems are undesirable, since a pressurized source or an additional pump increases the complexity and volume of the metering system.

開口部を閉止させるプッシャを備える投与システムは、例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3および特許文献4において知られている。 Dispensing systems equipped with a pusher that closes an opening are known, for example, from U.S. Pat. No. 5,393,431, U.S. Pat. No. 5,493,431, U.S. Pat. No. 5,523,311, and U.S. Pat. No. 5,523,431.

国際特許出願公開第1988/003052A1号公報International Patent Application Publication No. 1988/003052A1 欧州特許出願公開第1674163A2号公報European Patent Application Publication No. 1674163A2 欧州特許出願公開第1721681A2号公報European Patent Application Publication No. 1721681A2 欧州特許出願公開第1802191A1号公報European Patent Application Publication No. 1802191A1

本発明の課題は、供給源から汲み取られる所定量の流体を再現可能に分注可能な計量ポンプを提供することである。 The object of the present invention is to provide a metering pump that can reproducibly dispense a predetermined amount of fluid drawn from a supply.

本発明の課題は、請求項1に記載の計量ポンプおよび請求項15に記載の計量システムにより達成される。従属請求項は、本発明の実施形態に関する。 The object of the present invention is achieved by a metering pump according to claim 1 and a metering system according to claim 15. The dependent claims relate to embodiments of the invention.

本発明は、近位部および遠位部を有するチェンバと、チェンバに収容され、近位部から遠位部およびその逆に可動であるピストンとを備える計量ポンプを開示する。計量ポンプは、ピストンをチェンバ内で近位死点から遠位死点へと往復駆動する、駆動部をさらに備える。遠位死点は、チェンバの遠位部に位置する。近位死点は、チェンバの近位部に位置する。アウトレットバルブは、チェンバの遠位部に隣接して位置する。アウトレットバルブは、チェンバに対向して位置してよい。アウトレットバルブは、ピストンが遠位方向に移動する場合、チェンバからの流体流を許可し、ピストンが近位方向に移動する場合、チェンバ内への流体流を阻止する。 The present invention discloses a metering pump comprising a chamber having a proximal portion and a distal portion, and a piston housed in the chamber and movable from the proximal portion to the distal portion and vice versa. The metering pump further comprises a drive portion for driving the piston reciprocally within the chamber from a proximal dead center to a distal dead center. The distal dead center is located at the distal portion of the chamber. The proximal dead center is located at the proximal portion of the chamber. An outlet valve is located adjacent to the distal portion of the chamber. The outlet valve may be located opposite the chamber. The outlet valve allows fluid flow out of the chamber when the piston moves in a distal direction and prevents fluid flow into the chamber when the piston moves in a proximal direction.

計量ポンプは、チェンバの遠位部に位置する封止材であって、遠位部に位置する封止材は、ピストンが遠位部に位置する場合、チェンバを封止する、封止材をさらに備える。計量ポンプは、インレットバルブであって、インレットバルブは、ピストンが近位方向に移動する場合、チェンバ内への流体流を許可し、ピストンが遠位方向に移動する場合、チェンバ外への流体流を阻止する、インレットバルブをさらに備える。ピストンは、その遠位死点位置において、遠位部に位置する封止材に接触してよい。 The metering pump further comprises a seal located at a distal portion of the chamber, the seal located at the distal portion sealing the chamber when the piston is located at the distal portion. The metering pump further comprises an inlet valve, the inlet valve allowing fluid flow into the chamber when the piston moves in a proximal direction and preventing fluid flow out of the chamber when the piston moves in a distal direction. The piston may contact the seal located at the distal portion at its distal dead center position.

ピストンは、その遠位死点において、遠位部に位置する封止材と弾性的に係合してよい。特に、ピストンは、その遠位死点において、遠位部に位置する封止材を弾性的に圧縮してよい。 The piston may elastically engage the seal located at the distal portion at its distal dead center. In particular, the piston may elastically compress the seal located at the distal portion at its distal dead center.

計量ポンプは、流体、例えば供給源からの液体を汲み取ることができ、供給源とインレットバルブとの間に接続される導管をそれぞれブリードおよびベントできるという有利な点を有する。さらに、アウトレットバルブと接続される導管の真空が、流体をチェンバおよび供給源から汲み取ることはない。 Metering pumps have the advantage that they can draw fluid, e.g., liquid, from a source and bleed and vent the conduits connected between the source and the inlet valve, respectively. Furthermore, a vacuum in the conduit connected to the outlet valve will not draw fluid from the chamber and the source.

インレットバルブは、注入開口部と、注出開口部とを備えてよい。インレットバルブは、注出開口部における圧力が注入開口部における圧力未満である場合および注入開口部における圧力が計量ポンプの環境における圧力以下である場合、注入開口部から注出開口部への流体流を許可する。 The inlet valve may include an inlet opening and an outlet opening. The inlet valve permits fluid flow from the inlet opening to the outlet opening when the pressure at the outlet opening is less than the pressure at the inlet opening and when the pressure at the inlet opening is less than or equal to the pressure in the metering pump environment.

計量ポンプは、加圧された供給源、または供給源とインレットバルブの注入開口部との間にポンプを必要としない。これにより、計量ポンプの複雑さを低減することができる。 Metering pumps do not require a pressurized source or a pump between the source and the injection opening of the inlet valve. This reduces the complexity of the metering pump.

計量ポンプのインレットチャネルは、インレットバルブとチェンバとに接続されてよく、インレットチャネルはチェンバの遠位部に位置する封止材に併設される。これにより、小さなクリアランス量が達成され、ポンプは、インレット導管および供給源とインレットバルブとの間に接続される導管を、素早くそして確実に、それぞれブリードおよびベントできる。 The inlet channel of the metering pump may be connected to the inlet valve and the chamber, with the inlet channel juxtaposed to a seal located distal to the chamber. This allows a small amount of clearance to be achieved, allowing the pump to quickly and reliably bleed and vent, respectively, the inlet conduit and the conduit connected between the source and the inlet valve.

駆動部は、チェンバの近位部に隣接して設けられてよい。駆動部は、ステッピングモーター、リニア駆動部、ソレノイド、サーボ駆動部またはリニアモータなどを備えてよい。これにより、ピストンを任意に位置決めすることができる。さらに、ピストン移動分を任意に適合することができる。 The drive may be provided adjacent to the proximal portion of the chamber. The drive may comprise a stepper motor, a linear drive, a solenoid, a servo drive or a linear motor, etc. This allows the piston to be positioned as desired. Furthermore, the piston travel can be adapted as desired.

計量ポンプは、第1サブ制御部を備えてよい。第1サブ制御部は、計量ポンプにより分注される流体の設定量を示すコマンドを受け付けるように構成される。第1サブ制御部は、計量ポンプが設定量の流体を分注した場合、計量ポンプにより設定量の流体が分注されピストンがチェンバの遠位部に位置する封止材および/または封止材内に位置するように往復動行程の設定数値を算出するようにさらに構成される。第1サブ制御部は、駆動部がピストンを設定数値の往復動行程だけ往復動させるように駆動部を制御するようにさらに構成される。第1サブ制御部はまた、ピストンが設定数値の往復動行程だけ往復動した場合、ピストンをチェンバの遠位部に位置する封止材および/または封止材内に位置決めするように構成される。特に、第1サブ制御部はまた、ピストンが設定数値の往復動行程だけ往復動した場合、ピストンの遠位端を封止材および/または封止材内に位置決めするように構成される。この実施形態において、制御部は、ピストンが最大ピストン行程だけ往復動するように駆動部を制御してよい。 The metering pump may include a first sub-controller. The first sub-controller is configured to receive a command indicative of a set amount of fluid to be dispensed by the metering pump. The first sub-controller is further configured to calculate a set value of a reciprocating stroke such that, when the metering pump dispenses the set amount of fluid, the set amount of fluid is dispensed by the metering pump and the piston is located within the seal and/or seal located at the distal portion of the chamber. The first sub-controller is further configured to control the drive unit such that the drive unit reciprocates the piston a set value of a reciprocating stroke. The first sub-controller is also configured to position the piston within the seal and/or seal located at the distal portion of the chamber when the piston reciprocates a set value of a reciprocating stroke. In particular, the first sub-controller is also configured to position the distal end of the piston within the seal and/or seal when the piston reciprocates a set value of a reciprocating stroke. In this embodiment, the control unit may control the drive unit such that the piston reciprocates a maximum piston stroke.

流体の分注後にピストンがチェンバの遠位部に位置する封止材および/または封止材内に位置するため、アウトレットバルブと接続される導管の真空が、流体をチェンバおよび/または供給源から汲み取ることはない。これにより、設定量の流体を確実に分注することができる。 Because the piston is located in the seal and/or seal located at the distal portion of the chamber after dispensing of fluid, the vacuum in the conduit connected to the outlet valve does not draw fluid out of the chamber and/or source. This ensures that the set amount of fluid is dispensed.

計量ポンプは、第2サブ制御部をさらに備えてよい。第2サブ制御部は、分注される流体量を示すコマンドを受け付けるように構成される。第2サブ制御部は、計量ポンプが設定量の流体を分注した場合、設定量の流体が分注されピストンがチェンバの遠位部に位置する封止材および/または封止材内に位置するようにピストンのピストン移動分を算出するように構成される。第2サブ制御部は、駆動部がピストンを近位方向と遠位方向に設定ピストン移動分だけ往復動させるように駆動部を制御するようにさらに構成される。第2サブ制御部はまた、ピストンが設定ピストン移動分および設定数値の往復動行程だけ往復動した場合、ピストンをチェンバの遠位部に位置する封止材および/または封止材内に位置決めするように構成される。特に、第2サブ制御部はまた、ピストンが設定ピストン移動分および設定数値の往復動行程だけ往復動した場合、ピストンの遠位端をチェンバの遠位部に位置する封止材および/または封止材内に位置決めするように構成される。この実施形態において、制御部は、ピストンが最大ピストン行程未満だけ往復動するように駆動部を制御してよい。 The metering pump may further include a second sub-controller. The second sub-controller is configured to receive a command indicative of an amount of fluid to be dispensed. The second sub-controller is configured to calculate a piston travel of the piston such that when the metering pump dispenses a set amount of fluid, the set amount of fluid is dispensed and the piston is located within the seal and/or seal located at the distal portion of the chamber. The second sub-controller is further configured to control the drive unit to reciprocate the piston in the proximal and distal directions by the set piston travel. The second sub-controller is also configured to position the piston within the seal and/or seal located at the distal portion of the chamber when the piston has reciprocated by the set piston travel and the set numerical value of the reciprocating stroke. In particular, the second sub-controller is also configured to position the distal end of the piston within the seal and/or seal located at the distal portion of the chamber when the piston has reciprocated by the set piston travel and the set numerical value of the reciprocating stroke. In this embodiment, the control unit may control the drive unit to reciprocate less than the maximum piston stroke.

本発明の有利な点は、ピストン移動分を、ピストンの往復動後にピストンがチェンバの遠位部に位置する封止材および/または封止材内に位置するように適合できることである。これにより、所定量の流体の分注後、ピストン移動量未満の量を、計量ポンプにより、ピストンの封止されている位置を犠牲にすることなく分注できる。分注すべき流体量とは無関係に、ピストンは、チェンバの遠位部に位置する封止材および/または封止材に接触して位置決めされてよい。最大ピストン行程またはピストン移動量未満の流体量が分注される場合、ピストンは、チェンバの遠位部に位置する封止材および/または封止材内に再び位置決めされる。 An advantage of the present invention is that the piston travel can be adapted so that after reciprocation of the piston, the piston is located in the seal and/or seal located in the distal part of the chamber. This allows an amount less than the piston travel to be dispensed by the metering pump after dispensing a predetermined amount of fluid without sacrificing the sealed position of the piston. Regardless of the amount of fluid to be dispensed, the piston may be positioned in contact with the seal and/or seal located in the distal part of the chamber. When an amount of fluid less than the maximum piston stroke or piston travel is dispensed, the piston is again positioned in the seal and/or seal located in the distal part of the chamber.

1つの実施形態において、制御部は、第1サブ制御部と第2サブ制御部とを備えてよい。制御部は、分注される流体量を示すコマンドを受け付けるように構成される。制御部は、計量ポンプが設定量の流体を分注した場合、設定量の流体が分注されピストンがチェンバの遠位部に位置する封止材および/または封止材内に位置するように往復動行程の設定数値およびピストンの設定ピストン移動分を算出するようにさらに構成される。制御部は、駆動部がピストンを近位方向と遠位方向に設定ピストン移動分および設定数値の往復動行程だけ往復動させるように駆動部を制御するように構成される。制御部は、ピストンが設定ピストン移動分および設定数値の往復動行程だけ往復動した場合、ピストンをチェンバの遠位部に位置する封止材および/または封止材に接触して位置決めするようにさらに構成される。 In one embodiment, the control unit may include a first sub-control unit and a second sub-control unit. The control unit is configured to receive a command indicative of an amount of fluid to be dispensed. The control unit is further configured to calculate a set value of the reciprocating stroke and a set piston travel of the piston such that when the metering pump dispenses a set amount of fluid, the set amount of fluid is dispensed and the piston is positioned within the seal and/or seal located at the distal portion of the chamber. The control unit is configured to control the drive unit such that the drive unit reciprocates the piston in the proximal and distal directions by the set piston travel and the set value of the reciprocating stroke. The control unit is further configured to position the piston in contact with the seal and/or seal located at the distal portion of the chamber when the piston has reciprocated by the set piston travel and the set value of the reciprocating stroke.

この実施形態において、制御部は、複数の行程による設定量の流体の分注後、ピストンがチェンバの遠位部に位置する封止材および/もしくは封止材内に位置するか、またはチェンバの遠位部に位置する封止材に(接触して)位置することを確実にするために、ピストン移動分を適合させることができる。これにより、アウトレットバルブと接続される導管のそれぞれ真空および負圧により、流体がチェンバおよび/または供給源から汲み取られることはないことを確実にできる。 In this embodiment, the controller can adapt the piston travel to ensure that after dispensing a set amount of fluid through multiple strokes, the piston is located in or against the seal and/or seal located in the distal portion of the chamber. This can ensure that fluid is not drawn from the chamber and/or source due to the vacuum and negative pressure, respectively, in the conduits connected to the outlet valve.

制御部は、ピストン移動分を2つの行程の間で変更するように構成されてよい。言い換えると、制御部は、駆動がピストンを、第1行程の間、第1ピストン移動分だけ往復動させ、駆動がピストンを、第2行程の間、第2ピストン移動分だけ往復動させるように駆動部を制御するように構成されてよく、第2ピストン移動分は、第1ピストン移動分よりも短い。これにより、すべてのピストン行程が最後のピストン行程を除いて長いピストン移動分を有することで多量の流体を分注し、最後のピストン行程はより短いピストン運動分を有することで、正確な量が分注され、設定量の分注後、ピストンがチェンバの遠位部に位置する封止材に位置することを確実にするため、大流量を達成できる。 The controller may be configured to vary the piston travel between the two strokes. In other words, the controller may be configured to control the actuator such that the actuator reciprocates the piston a first piston travel during a first stroke and the actuator reciprocates the piston a second piston travel during a second stroke, the second piston travel being shorter than the first piston travel. This allows for a high flow rate to be achieved by dispensing a large volume of fluid by having all piston strokes have a long piston travel except for the last piston stroke, which has a shorter piston travel to ensure that an accurate volume is dispensed and that the piston is located at the seal located at the distal portion of the chamber after dispensing the set volume.

インレットバルブおよびアウトレットバルブはチェックバルブであってよい。 The inlet and outlet valves may be check valves.

シリンダクリアランス量は、ピストン変位の5%未満、好ましくはピストン変位の2%未満、さらに好ましくはピストン変位の1%未満であってよい。クリアランス量は、チェンバの遠位部、特に遠位死点とアウトレットバルブのチェンバに向けられる開口部との間に位置する。 The cylinder clearance may be less than 5% of the piston displacement, preferably less than 2% of the piston displacement, and more preferably less than 1% of the piston displacement. The clearance is located at the distal part of the chamber, in particular between the distal dead center and the opening of the outlet valve that faces the chamber.

最大ピストン変位で単一の行程により計量される量は、約5μL~約0.02mL、好ましくは約4μL~約0.04mL、さらに好ましくは約0μL超~約0.1mLの範囲内にある。 The amount metered by a single stroke at maximum piston displacement is in the range of about 5 μL to about 0.02 mL, preferably about 4 μL to about 0.04 mL, and more preferably greater than about 0 μL to about 0.1 mL.

制御部は、ピストンの単一の行程が約2μL~約5μL、好ましくは約1μL~約3μL、さらに好ましくは約1μL未満~約5μLの範囲の流体量を計量するように、最小ピストン移動分を制御するように構成されてよい。最小ピストン移動分は、駆動部の最小ステップ範囲または最小コマンド可能駆動範囲である。 The control may be configured to control the minimum piston travel such that a single stroke of the piston meters a volume of fluid in the range of about 2 μL to about 5 μL, preferably about 1 μL to about 3 μL, and more preferably less than about 1 μL to about 5 μL. The minimum piston travel is the minimum step range or minimum commandable drive range of the drive.

本発明に係るマイクロ計量ポンプにより注出される設定量は、約1μL~約125μLの範囲であってよい。マイクロ計量ポンプは、約1~15秒、好ましくは約1~10秒、さらに好ましくは約1~約5秒の期間内の設定量を注出してよい。 The set volume dispensed by the micro metering pump of the present invention may range from about 1 μL to about 125 μL. The micro metering pump may dispense the set volume within a period of about 1 to 15 seconds, preferably about 1 to 10 seconds, and more preferably about 1 to about 5 seconds.

アウトレットバルブは、計量ポンプの本体部に収容されるバルブシートと、バルブシート内および/またはバルブシートに関して可動であるバルブ部材とを備える。1つの実施形態において、アウトレットバルブのバルブ部材がその閉止位置にある場合、ピストンは、その遠位位置(遠位死点)でアウトレットバルブのバルブ部材に接触する。これにより、デッドスペースをさらに低減することができる。アウトレットバルブのバルブシートは、アウトレットバルブのバルブ部材よりも柔らかくてよい。アウトレットバルブのバルブ部材は、バルブプランジャ、バルブピストンまたはバルブディスクなどであってよい。 The outlet valve comprises a valve seat housed in the body of the metering pump and a valve member movable within and/or relative to the valve seat. In one embodiment, when the valve member of the outlet valve is in its closed position, the piston contacts the valve member of the outlet valve at its distal position (distal dead center). This can further reduce dead space. The valve seat of the outlet valve can be softer than the valve member of the outlet valve. The valve member of the outlet valve can be a valve plunger, a valve piston, or a valve disc, etc.

1つの実施形態において、アウトレットバルブのシートと、チェンバの遠位部に位置する封止材は、一体的に(ワンピースとして)形成される。この実施形態において、アウトレットバルブのバルブシートは、アウトレットバルブのバルブ部材よりも柔らかい。 In one embodiment, the outlet valve seat and the seal located in the distal portion of the chamber are integrally formed (as one piece). In this embodiment, the outlet valve seat is softer than the outlet valve member.

本発明はまた、上記計量ポンプを備える計量システムを開示する。計量システムは、インレットバルブの注入開口部と結合される流体容器を備える。流体容器は流体源である。流体容器は、計量ポンプにより計量されるべき流体が充填される。流体容器内の圧力は、計量ポンプの環境における圧力と一致する。 The present invention also discloses a metering system comprising the above-mentioned metering pump. The metering system comprises a fluid container coupled to the injection opening of the inlet valve. The fluid container is a fluid source. The fluid container is filled with the fluid to be metered by the metering pump. The pressure in the fluid container corresponds to the pressure in the environment of the metering pump.

本発明は、容器内の流体は加圧される必要がないという有利な点を有する。流体容器は、流体容器の環境と流体連通するベント開口部をさらに備える。分注すべき流体が流体容器内で加圧される必要がないため、流体容器の環境における圧力は、計量ポンプの環境における圧力と一致する。 The present invention has the advantage that the fluid in the container does not need to be pressurized. The fluid container further comprises a vent opening in fluid communication with the environment of the fluid container. Because the fluid to be dispensed does not need to be pressurized in the fluid container, the pressure in the environment of the fluid container matches the pressure in the environment of the metering pump.

計量すべき流体は、液体、例えば飲料水であってよい。 The fluid to be metered may be a liquid, for example drinking water.

以下、本発明の非限定的で例示的な実施形態を示す添付の図面を参照して、本発明を説明する。
本発明に係る計量ポンプの概略断面図を示す。 本発明に係る計量システムの概略図を示す。 本発明に係る計量ポンプの動作方法のフロー図を示す。 本発明に係るバルブ構成の第2実施形態を示す。 本発明に係るバルブ構成の第3実施形態を示す。
The present invention will now be described with reference to the accompanying drawings, which show non-limiting exemplary embodiments of the invention.
1 shows a schematic cross-sectional view of a metering pump according to the present invention. 1 shows a schematic diagram of a weighing system according to the present invention; 3 shows a flow diagram of a method of operating a metering pump according to the present invention. 2 shows a second embodiment of a valve arrangement according to the invention. 3 shows a third embodiment of a valve arrangement according to the invention.

図は、縮尺通りに記載されておらず、本発明の原理を理解する目的に役立つに過ぎない。幾何学的関係、例えば上方および下方などは、本発明の原理を記載するために使用されるに過ぎず、限定として見なされるべきではない。 The figures are not drawn to scale and merely serve the purpose of understanding the principles of the invention. Geometric relationships, such as up and down, are merely used to describe the principles of the invention and should not be considered as limitations.

本発明に係るマイクロ計量ポンプ100の概略断面図を示す図1を参照する。ポンプ100は、ピストン104が設けられる、本質的に円筒状のチェンバ102を備える。ピストンは、その遠位死点位置108で示される。ピストン104は、遠位死点108と近位死点106との間を往復動してよい。ピストン104は、アーム128によりピストン104と結合される駆動部130により駆動される。アーム128は、ガイド126内でガイドされる。 Refer to FIG. 1, which shows a schematic cross-sectional view of a micro-metering pump 100 according to the invention. The pump 100 comprises an essentially cylindrical chamber 102 in which a piston 104 is provided. The piston is shown at its distal dead center position 108. The piston 104 may reciprocate between the distal dead center 108 and the proximal dead center 106. The piston 104 is driven by a drive 130 which is coupled to the piston 104 by an arm 128. The arm 128 is guided in a guide 126.

ポンプ100は、インレットバルブ114の注出開口部114bと接続されるチェンバ102におけるインレット開口部110をさらに備える。インレットバルブ114の注入開口部114aは、インレット導管118と接続される。インレットバルブ114とインレット開口部110は、遠位死点108に隣接して形成される。インレットバルブ114の注出開口部114bとインレット開口部110との間には、インレットチャネル113が形成される。 The pump 100 further comprises an inlet opening 110 in the chamber 102 connected to the outlet opening 114b of the inlet valve 114. The injection opening 114a of the inlet valve 114 is connected to the inlet conduit 118. The inlet valve 114 and the inlet opening 110 are formed adjacent to the distal dead center 108. An inlet channel 113 is formed between the outlet opening 114b of the inlet valve 114 and the inlet opening 110.

遠位死点108において、アウトレット開口部112がチェンバ102において形成される。アウトレット開口部112は、アウトレットバルブ116の注入開口部116aに隣接して形成される。アウトレットバルブ116の注出開口部114bは、アウトレット導管120と接続される。インレットバルブ114とアウトレットバルブ116は、チェックバルブであってよい。 At the distal dead center 108, an outlet opening 112 is formed in the chamber 102. The outlet opening 112 is formed adjacent to an inlet opening 116a of an outlet valve 116. An outlet opening 114b of the outlet valve 116 is connected to an outlet conduit 120. The inlet valve 114 and the outlet valve 116 may be check valves.

遠位死点108において、第1封止材122がチェンバ102において設けられる。図1に示される実施形態において、第1封止材122はOリングにより形成される。ピストン104は、ピストン104の遠位部が第1封止材122および/もしくは第1封止材122内に設けられるか、および/または第1封止材122に接触して設けられるか、および/または第1封止材122を弾性的に圧縮して設けられるように遠位死点108に位置する場合、アウトレット導管120のそれぞれ真空および負圧により、流体がチェンバ102、インレットバルブ114および流体源、例えばタンク、特に液体が充填されるタンクと接続されるインレット導管118から汲み取られることはない。 At the distal dead center 108, a first seal 122 is provided in the chamber 102. In the embodiment shown in FIG. 1, the first seal 122 is formed by an O-ring. When the piston 104 is located at the distal dead center 108 such that the distal part of the piston 104 is provided in the first seal 122 and/or in contact with the first seal 122 and/or in elastic compression of the first seal 122, the vacuum and negative pressure of the outlet conduit 120, respectively, will not allow fluid to be pumped from the chamber 102, the inlet valve 114 and the inlet conduit 118 connected to a fluid source, e.g. a tank, in particular a tank filled with liquid.

図1に示される実施形態において、第1封止材122は、ピストン104の遠位死点108において円筒状チェンバ102の周囲に形成される円筒状凹部123内に設けられる。凹部123は、チェンバ102の軸方向に第1封止材122を収容するのに十分な距離にわたって延在する。第1封止材122は、チェンバ102の軸方向において凹部123内に遊びを有してはならない。好ましくは、第1封止材122は、チェンバ102の軸方向において凹部123により弾性的に圧縮される。ピストン104が第1封止材122および/もしくは第1封止材122内の遠位死点108に位置する場合、第1封止材122は、ピストン104と凹部123の径方向外面との間においてチェンバ102の径方向に圧縮される。 In the embodiment shown in FIG. 1, the first seal 122 is provided in a cylindrical recess 123 formed around the cylindrical chamber 102 at the distal dead center 108 of the piston 104. The recess 123 extends in the axial direction of the chamber 102 a sufficient distance to accommodate the first seal 122. The first seal 122 must not have any play in the recess 123 in the axial direction of the chamber 102. Preferably, the first seal 122 is elastically compressed by the recess 123 in the axial direction of the chamber 102. When the piston 104 is located at the distal dead center 108 of the first seal 122 and/or in the first seal 122, the first seal 122 is compressed in the radial direction of the chamber 102 between the piston 104 and the radial outer surface of the recess 123.

図1に示されるピストン104の遠位死点108において、ピストン104は第1封止材122に接触する。ピストン104の遠位死点108において、ピストンは第1封止材122を弾性的に圧縮する。特に、ピストン104の遠位死点108において、ピストンは第1封止材122を弾性的にチェンバ102の径方向に圧縮する。図1に示される実施形態において、ピストン104は、第1封止材122を形成するOリング内の遠位死点108に位置する。 At the distal dead center 108 of the piston 104 shown in FIG. 1, the piston 104 contacts the first seal 122. At the distal dead center 108 of the piston 104, the piston elastically compresses the first seal 122. In particular, at the distal dead center 108 of the piston 104, the piston elastically compresses the first seal 122 radially of the chamber 102. In the embodiment shown in FIG. 1, the piston 104 is located at the distal dead center 108 within the O-ring that forms the first seal 122.

チェンバ102の近位死点106に第2封止材124は位置し、第2封止材124は、ピストン104に接触する。第2封止材124は、第2凹部125に収容される。第2封止材124は、ピストン104が流体をポンプ100のハウジング内へと漏らす場合または流体をポンプ100のハウジングの内部から汲み取る場合を防止する。 The second seal 124 is located at the near dead center 106 of the chamber 102, where the second seal 124 contacts the piston 104. The second seal 124 is received in a second recess 125. The second seal 124 prevents the piston 104 from leaking fluid into the housing of the pump 100 or from pumping fluid from the inside of the housing of the pump 100.

第1封止材122および/または第2封止材124は、OリングまたはXリングであってよい。 The first seal 122 and/or the second seal 124 may be an O-ring or an X-ring.

インレット開口部110は、第1封止材122および/またはチェンバ102内を往復動するピストン104の遠位死点108に可能な限り近接して設けられる。 The inlet opening 110 is located as close as possible to the first sealing material 122 and/or the distal dead center 108 of the piston 104 reciprocating within the chamber 102.

第1封止材122とインレット開口部110との間に、分離部材136が設けられ、第1封止材122をチェンバ102の軸方向においてチェンバ102のインレット開口部110から分離する。分離部材136は、チェンバ102の軸方向に約0.1~約2mm、好ましくは約0.1~約1mm、最も好ましくは約0.1~約0.5mm延在してよい。 Between the first sealant 122 and the inlet opening 110, a separation member 136 is provided to separate the first sealant 122 from the inlet opening 110 of the chamber 102 in the axial direction of the chamber 102. The separation member 136 may extend about 0.1 to about 2 mm, preferably about 0.1 to about 1 mm, and most preferably about 0.1 to about 0.5 mm in the axial direction of the chamber 102.

インレット開口部110は、アウトレット開口部112に可能な限り近接して位置するため、ポンプ100は、チェンバ102、インレットバルブ114および/またはインレット導管118を、素早くそして確実に、それぞれブリードおよびベントできる。 The inlet opening 110 is located as close as possible to the outlet opening 112, allowing the pump 100 to quickly and reliably bleed and vent the chamber 102, inlet valve 114 and/or inlet conduit 118, respectively.

ポンプ100は、駆動部130および位置センサ134と接続される制御部132をさらに備える。 The pump 100 further includes a control unit 132 connected to the drive unit 130 and the position sensor 134.

位置センサ134は、ピストン104の位置を決定してよい。センサ134は、例えば、光学センサであってよい。これにより、制御部132は、ピストン104の適切な移動を監視し、ピストン104の潜在的な閉塞を検出することができる。1つの実施形態において、ポンプ100は、ピストン104の実際位置を決定し、かつ/または所定の期間にピストンが移動したピストン行程を決定する移動センサまたは経路センサを備えてよい。これにより、ピストン移動分をより精確に制御でき、駆動部130とピストン104の移動を制御するフィードバックループを可能にする。 The position sensor 134 may determine the position of the piston 104. The sensor 134 may be, for example, an optical sensor. This allows the control unit 132 to monitor proper movement of the piston 104 and detect potential blockages of the piston 104. In one embodiment, the pump 100 may include a travel or path sensor that determines the actual position of the piston 104 and/or the piston stroke traveled by the piston in a given period of time. This allows for more precise control of piston travel and allows for a feedback loop to control the movement of the drive unit 130 and the piston 104.

制御部132は、制御部132に電気エネルギを供給するインタフェース138によりディスペンサ制御部と接続されてよい。 The control unit 132 may be connected to the dispenser control unit via an interface 138 that supplies electrical energy to the control unit 132.

駆動部130は、ステッピングモータ、リニア駆動部、ソレノイド、サーボ駆動部、リニアモータおよび/またはピストン104を任意に位置付けできるあらゆる駆動部を備えてよい。これにより、往復動するピストン104のピストン移動分を所定の方法で調整することができる。さらに、往復動速度を所定の方法で調整することができる。駆動部130の最小ステップ範囲または最小コマンド可能移動範囲は、1つの行程間のピストン104の最小移動分を決定する。 The drive 130 may comprise a stepper motor, a linear drive, a solenoid, a servo drive, a linear motor and/or any drive capable of positioning the piston 104 in any desired manner. This allows the piston travel of the reciprocating piston 104 to be adjusted in a predetermined manner. Furthermore, the reciprocating speed can be adjusted in a predetermined manner. The minimum step range or minimum commandable travel range of the drive 130 determines the minimum travel of the piston 104 during one stroke.

ピストン104の最大変位は約5μL~約0.02mL、好ましくは約4μL~約0.04mL、さらに好ましくは約2μL~約0.1mLの範囲内にあってよい。 The maximum displacement of the piston 104 may be within the range of about 5 μL to about 0.02 mL, preferably about 4 μL to about 0.04 mL, and more preferably about 2 μL to about 0.1 mL.

制御部132は、ピストン104の単一行程が約2μL~約5μL、好ましくは約1μL~約3μL、さらに好ましくは約1μL~約5μLの範囲の量を計量するように、最小ピストン移動分を制御するように構成される。 The control unit 132 is configured to control the minimum piston travel so that a single stroke of the piston 104 meters a volume in the range of about 2 μL to about 5 μL, preferably about 1 μL to about 3 μL, and more preferably about 1 μL to about 5 μL.

シリンダクリアランス量は、ピストン変位の5%未満、好ましくはピストン変位の2%未満、さらに好ましくはピストン変位の1%未満である。クリアランス量は、その遠位死点108のピストン104の遠位面およびチェンバ102の遠位面とインレットバルブ114およびアウトレットバルブ116との距離により本質的に形成される。 The cylinder clearance is less than 5% of the piston displacement, preferably less than 2% of the piston displacement, and more preferably less than 1% of the piston displacement. The clearance is essentially formed by the distance between the distal surface of the piston 104 at its distal dead center 108 and the distal surface of the chamber 102 and the inlet valve 114 and the outlet valve 116.

本発明に係る計量システムの概略図を示す図2を参照する。上記計量ポンプ100は、液体206が充填される流体タンク202と接続される。流体タンク202は、ベント開口部を備える。したがって、ポンプ100および液体206には、同じ環境圧がかかっている。 Refer to FIG. 2, which shows a schematic diagram of a metering system according to the present invention. The metering pump 100 is connected to a fluid reservoir 202 filled with a liquid 206. The fluid reservoir 202 is provided with a vent opening. Thus, the pump 100 and the liquid 206 are subjected to the same environmental pressure.

動作中、シリンダ102内を往復動するピストン104は、空気をチェンバ102、インレットバルブ114、インレット導管118ならびにポンプ100および流体タンク202と接続される導管205からブリードすることができる。流体供給部内の空気のブリードが終了するとすぐ、往復動するピストン104は、流体を注出導管209に分注する。 During operation, the piston 104 reciprocating within the cylinder 102 can bleed air from the chamber 102, the inlet valve 114, the inlet conduit 118, and the conduit 205 that connects the pump 100 and the fluid tank 202. Once the bleeding of air within the fluid supply is complete, the reciprocating piston 104 dispenses fluid into the outlet conduit 209.

図2はまた、飲料ディスペンサ300における計量システム200の適用を示す。飲料ディスペンサ300は、水源310、例えば蛇口を備えてよい。フィルタ312は、水源310と接続される。フィルタ312は、水源310からの水を濾過し、水中のミネラルを低減させる。ミネラル化装置314は、フィルタ312と接続される。ミネラル化装置314は、ミネラルを濾過後の水に加える。水がミネラル化装置314を通過後、飲料は、ユーザの容器316、例えばグラスに分注される。 2 also shows the application of the metering system 200 in a beverage dispenser 300. The beverage dispenser 300 may include a water source 310, e.g. a tap. A filter 312 is connected to the water source 310. The filter 312 filters the water from the water source 310 and reduces the minerals in the water. A mineralizer 314 is connected to the filter 312. The mineralizer 314 adds minerals to the filtered water. After the water passes through the mineralizer 314, the beverage is dispensed into a user's container 316, e.g. a glass.

飲料ディスペンサ300はまた、ディスペンサ制御部308を備える。ディスペンサ制御部308は、ポンプ100の制御部132に、ミネラル化装置314に対して計量されるべき液体206の量を伝達する。液体206は、ミネラル化装置314により注出される水が人間の飲用に好適であるように、ミネラルを、脱イオン化された水に加えるミネラル液体であってよい。その代わりに、またはそれに加えて、液体206は、微量元素を含んでよい。飲料ディスペンサ300により注出される飲料206は、水であってよい。 The beverage dispenser 300 also includes a dispenser control 308. The dispenser control 308 communicates to the control 132 of the pump 100 the amount of liquid 206 to be metered to the mineralizer 314. The liquid 206 may be a mineral liquid that adds minerals to deionized water so that the water dispensed by the mineralizer 314 is suitable for human consumption. Alternatively or in addition, the liquid 206 may include trace elements. The beverage 206 dispensed by the beverage dispenser 300 may be water.

本発明に係る計量ポンプおよび/または計量システムを例示的な適用において用いる例示的な実施形態を示す図3を参照する。 Refer to FIG. 3, which illustrates an exemplary embodiment in which the metering pump and/or metering system of the present invention may be used in an exemplary application.

ステップ402において、ディスペンサ制御部308は、ポンプ100の制御部132に、ポンプ100により分注されるべき液体量を伝達する。 In step 402, the dispenser control unit 308 communicates to the control unit 132 of the pump 100 the amount of liquid to be dispensed by the pump 100.

ステップ404において、制御部132は、ディスペンサ制御部308により指示された設定量の液体を分注するのに必要なピストン行程数および必要なピストン移動分を算出する。1つの実施形態において、制御部132は、残量を分注するため、最大ピストン移動分とそれより短いピストン移動分の最終行程により往復動するようにピストン104に指示して、必要なピストン行程数を算出してよい。ピストン行程数および設定量は以下の式に基づいて算出されてよい。分注設定量=(ピストン行程数-1)×最大ピストン移動分により分注される量+最終ピストン行程により分注される量。 In step 404, the control unit 132 calculates the number of piston strokes and the required piston movement required to dispense the set amount of liquid instructed by the dispenser control unit 308. In one embodiment, the control unit 132 may calculate the required number of piston strokes by instructing the piston 104 to reciprocate through the maximum piston movement and a final stroke that is shorter than the maximum piston movement to dispense the remaining amount. The number of piston strokes and the set amount may be calculated based on the following formula: Dispensing set amount = (number of piston strokes - 1) x amount dispensed by maximum piston movement + amount dispensed by final piston stroke.

他の実施形態において、制御部132は、設定量が分注されるまで、一定のピストン移動分でピストン104を往復動させるように駆動部130に指示してよい。 In other embodiments, the control unit 132 may instruct the drive unit 130 to reciprocate the piston 104 at a constant piston travel until the set amount is dispensed.

ステップ406において、本方法は、一定のピストン移動分が各行程に用いられるべきか否かを検証する。一定のピストン移動分が各行程に適用されるべきである場合、本方法はステップ408に進み、設定ピストン移動分および設定行程数でピストン104を往復動させるように駆動部130に指示する。その後、本方法は終了する。 In step 406, the method verifies whether a fixed piston travel should be used for each stroke. If a fixed piston travel should be applied for each stroke, the method proceeds to step 408, where it instructs the drive unit 130 to reciprocate the piston 104 the set piston travel and the set number of strokes. The method then ends.

本方法がステップ406において、ピストン104が最大ピストン移動分で可能な限り多くの回数、往復動するべきと決定する場合、本方法は、ステップ406からステップ410に進む。本方法はステップ410において、設定量が分注されたか否かを決定する。 If the method determines in step 406 that the piston 104 should reciprocate as many times as possible at the maximum piston travel, the method proceeds from step 406 to step 410. In step 410, the method determines whether the set amount has been dispensed.

設定量が分注されなかった場合、本方法はステップ410からステップ412に進む。本方法はステップ412において、計量すべき設定量の差が実際の計量量よりも大きいか否かを決定する。 If the set amount was not dispensed, the method proceeds from step 410 to step 412. In step 412, the method determines whether the difference in the set amount to be dispensed is greater than the actual amount dispensed.

本方法が、計量すべき設定量の差が実際の計量量よりも大きいと決定する場合、本方法はステップ412からステップ414に進む。ステップ414において、制御部132は、最大の利用可能なピストン移動分でピストン104を往復動させるように駆動部130に指示する。 If the method determines that the difference in the set amount to be metered is greater than the actual amount to be metered, the method proceeds from step 412 to step 414. In step 414, the control unit 132 instructs the drive unit 130 to reciprocate the piston 104 through the maximum available piston travel.

本方法はステップ410に戻り、設定量がポンプ100により計量されたか否かを検証する。本方法が、設定量がポンプ100により計量されたと決定する場合、本方法は終了する。設定量が計量されていなかった場合、本方法はステップ412に進み、計量すべき設定量と実際の計量量の差が最大ピストン移動分により計量可能な量よりも大きいか否かを決定する。差がそれよりも大きい場合、本方法は、上記のステップ414とステップ410、412および414により形成されるループを継続する。 The method returns to step 410 to verify whether the set amount has been metered by the pump 100. If the method determines that the set amount has been metered by the pump 100, the method ends. If the set amount has not been metered, the method proceeds to step 412 to determine whether the difference between the set amount to be metered and the actual metered amount is greater than the amount that can be metered with the maximum piston travel. If the difference is greater, the method continues with step 414 above and the loop formed by steps 410, 412 and 414.

本方法がステップ412において、計量すべき設定量と実際の計量量の差が最大ピストン移動分により計量可能な量よりも小さいことを検知するとすぐ、本方法はステップ416に進む。ステップ416において、制御部132は、最大ピストン移動分よりも短いピストン移動分を有する行程でチェンバ102内においてピストン104を往復動させるように駆動部130に指示する。その後、本方法は終了する。 As soon as the method detects in step 412 that the difference between the set amount to be metered and the actual amount metered is less than the amount that can be metered by the maximum piston travel, the method proceeds to step 416. In step 416, the control unit 132 instructs the drive unit 130 to reciprocate the piston 104 in the chamber 102 with a stroke having a piston travel that is less than the maximum piston travel. The method then ends.

往復動するピストン104の行程により計量される量は、ピストン104の断面積と実際のピストン移動分の積である。ピストン104が円筒形状を有する場合、実際の計量流体量は、実際のピストン移動分をピストン104の円筒底面に乗算した積である。これにより、制御部132は、設定量の流体を計量するのに必要な行程数および/または必要なピストン移動分を決定できる。 The amount metered by the stroke of the reciprocating piston 104 is the product of the cross-sectional area of the piston 104 and the actual piston movement. If the piston 104 has a cylindrical shape, the actual metered fluid amount is the product of the actual piston movement multiplied by the cylindrical base surface of the piston 104. This allows the control unit 132 to determine the number of strokes and/or the required piston movement required to meter a set amount of fluid.

なお、最大ピストン移動分よりも小さい設定量を計量すべき場合、図3による方法を適用してもよい。この場合、ピストン104は最大ピストン移動分よりも小さいピストン移動分で単一の行程のみ往復動する必要がある。 Note that if a set amount smaller than the maximum piston travel needs to be measured, the method shown in FIG. 3 may be applied. In this case, the piston 104 needs to reciprocate only a single stroke with a piston travel smaller than the maximum piston travel.

本発明に係るバルブの第2実施形態を詳細に示す図4を参照する。第2実施形態は、第1実施形態に全般的に対応し、対応する特徴は対応する参照符号により同定され、400の加数が図1の参照符号に加えられている。ピストン504は、シリンダ502に収容される。ピストンは、シリンダ502内の第1封止材522および第2封止材524により封止される。第1封止材522および第2封止材524は、OリングまたはXリングであってよい。 Referring now to FIG. 4, a second embodiment of the valve according to the invention is shown in detail. The second embodiment corresponds generally to the first embodiment, with corresponding features identified by corresponding reference numerals and an addend of 400 added to the reference numerals of FIG. 1. A piston 504 is housed in a cylinder 502. The piston is sealed by a first seal 522 and a second seal 524 in the cylinder 502. The first seal 522 and the second seal 524 may be O-rings or X-rings.

インレットバルブ514は、液体源と接続される導管518と接続される。インレットバルブ514の注出部は、導管513によりチェンバ502と接続される。可動バルブ部材514fは、ばね514dにより閉止位置にバルブシート514eに対して付勢される。 The inlet valve 514 is connected to a conduit 518 which is connected to a liquid source. The outlet of the inlet valve 514 is connected to the chamber 502 by a conduit 513. The movable valve member 514f is biased by a spring 514d against a valve seat 514e in a closed position.

ピストン504が図4に示される遠位位置から近位位置に移動するとすぐ、可動バルブ部材514fは、ばね514dの付勢に逆らってバルブシート516eから離され、流体は導管518、513を流れチェンバ502に流入する。ピストン504が近位方向に移動するとすぐ、流体は、可動バルブ部材514fをバルブシート514eに対して押圧する。図4に示される実施形態において、可動バルブ部材514fは、Oリング514cが収容される円周溝を備える。図4に示される実施形態において、Oリング514cは、バルブシート514eよりも高い弾性を有する。 As soon as the piston 504 moves from the distal position shown in FIG. 4 to the proximal position, the movable valve member 514f is moved away from the valve seat 516e against the bias of the spring 514d and fluid flows through the conduits 518, 513 into the chamber 502. As soon as the piston 504 moves in the proximal direction, the fluid presses the movable valve member 514f against the valve seat 514e. In the embodiment shown in FIG. 4, the movable valve member 514f includes a circumferential groove in which the O-ring 514c is received. In the embodiment shown in FIG. 4, the O-ring 514c has a higher elasticity than the valve seat 514e.

アウトレットバルブ516は、ばね514dにより閉止位置にバルブシート516eに対して付勢されるリニア可動バルブ部材516fを備える。図4に示される閉止位置において、アウトレットバルブ516のリニア可動バルブ部材516fは、ピストンが遠位死点に移動した場合、ピストン504の遠位端に接触する。これにより、第1封止材522、バルブシート516eおよびリニア可動バルブ部材516fを通過するあらゆる流体を防止できる。 The outlet valve 516 includes a linear movable valve member 516f biased against a valve seat 516e in a closed position by a spring 514d. In the closed position shown in FIG. 4, the linear movable valve member 516f of the outlet valve 516 contacts the distal end of the piston 504 when the piston moves to distal dead center. This prevents any fluid from passing through the first seal 522, the valve seat 516e, and the linear movable valve member 516f.

図4に示される実施形態において、リニア可動バルブ部材516fは、Oリング516cが収容される円周溝を備える。この実施形態において、Oリング516cは、バルブシート516eと比較してより高い弾性を有する。 In the embodiment shown in FIG. 4, the linear movable valve member 516f includes a circumferential groove in which the O-ring 516c is received. In this embodiment, the O-ring 516c has a higher elasticity compared to the valve seat 516e.

本発明に係るバルブの第3実施形態を示す図5を参照する。第3実施形態は、第1実施形態に全般的に対応し、同様の特徴は同様の参照符号により同定され、500の加数が図1の参照符号に加えられている。インレットバルブ614は、ばね614dによりバルブシート614eに対して付勢される可動バルブ部材614fを備える。可動バルブ部材614fは、バルブシート614eと比較してより低い弾性を有する。 Reference is now made to FIG. 5, which shows a third embodiment of a valve according to the present invention. The third embodiment corresponds generally to the first embodiment, with like features identified by like reference numerals and an addend of 500 added to the reference numerals of FIG. 1. The inlet valve 614 comprises a movable valve member 614f biased against a valve seat 614e by a spring 614d. The movable valve member 614f has a lower elasticity compared to the valve seat 614e.

ピストン604がチェンバ602内を遠位方向に移動される場合、可動バルブ部材614fはバルブシート614eから解放され、流体は導管613および開口部610を通ってチェンバ602に流入できる。ピストン604が遠位方向に移動される場合、流体は可動バルブ部材614fをバルブシート614eに対して押圧する。 When the piston 604 is moved distally within the chamber 602, the movable valve member 614f is released from the valve seat 614e and fluid can flow through the conduit 613 and the opening 610 into the chamber 602. When the piston 604 is moved distally, the fluid presses the movable valve member 614f against the valve seat 614e.

アウトレットバルブ616は、ばね616dによりシート616eに対して付勢される可動バルブ部材616fを備える。ピストン604がチェンバ602内を遠位方向に移動される場合、チェンバ602内の流体は可動バルブ部材616fに対して押圧し、ばね616dの付勢に逆らって可動バルブ部材616fをバルブシート616eから解放し、流体はチェンバ602を出て導管620に流入できる。遠位部(遠位死点)において、ピストン604の遠位端部は、ピストン604に向けられる可動バルブ部材616fの表面に接触する。これにより、チェンバ602からアウトレットバルブ616を通り導管620に入る流体流を防止できる。 The outlet valve 616 includes a movable valve member 616f biased against a seat 616e by a spring 616d. When the piston 604 is moved distally within the chamber 602, the fluid within the chamber 602 presses against the movable valve member 616f, disengaging the movable valve member 616f from the valve seat 616e against the bias of the spring 616d, allowing fluid to exit the chamber 602 and enter the conduit 620. At the distal end (distal dead center), the distal end of the piston 604 contacts the surface of the movable valve member 616f that faces the piston 604. This prevents fluid flow from the chamber 602 through the outlet valve 616 and into the conduit 620.

図5に示される実施形態において、ピストン604の遠位端の周囲に収容される第1封止材622’はアウトレットバルブ616のシート616eと一体的に(ワンピースとして)形成される。 In the embodiment shown in FIG. 5, the first seal 622' housed around the distal end of the piston 604 is integrally (formed as one piece) with the seat 616e of the outlet valve 616.

この実施形態において、バルブシート616eは、可動バルブ部材616fと比較してより高い弾性を有する。 In this embodiment, the valve seat 616e has a higher elasticity compared to the movable valve member 616f.

バルブシート616eとピストンの遠位部周囲の第1封止材622’がワンピースとして形成されるため、製造コストを低減することができ、チェンバ602からの流体の漏れを防ぐことができる。 The valve seat 616e and the first seal 622' around the distal portion of the piston are formed as one piece, reducing manufacturing costs and preventing fluid leakage from the chamber 602.

本発明の有利な点は、ポンプ100のアウトレットの真空により、液体206がチェンバ102、インレットバルブ114、インレット導管118および液体206から汲み取られることはないことである。さらに、本発明により、ポンプ100が少量の液体206を精確に分注するように実際に構成されているにもかかわらず、ポンプ100とポンプ100のインレット側において接続されるすべての装置を素早くそして確実にブリードできる。 An advantage of the present invention is that the vacuum at the outlet of the pump 100 does not draw liquid 206 out of the chamber 102, the inlet valve 114, the inlet conduit 118 and the liquid 206. Furthermore, the present invention allows the pump 100 and any equipment connected at the inlet side of the pump 100 to be quickly and reliably bled, even though the pump 100 is actually configured to precisely dispense small amounts of liquid 206.

100 ポンプ
102,602 チェンバ
502 シリンダ
104,504,604 ピストン
106 近位死点
108 遠位死点
110,610 インレット開口部
112 アウトレット開口部
113 インレットチャネル
114,514,614 インレットバルブ
114a 注入開口部
114b 注出開口部
116,516,616 アウトレットバルブ
116a アウトレットバルブの注入開口部
118,518 インレット導管
120 アウトレット導管
122,522,622 第1封止材
123 第1凹部
124,524 第2封止材
125 第2凹部
126 ガイド
128 アーム
130 駆動部
132 制御部
134 位置センサ
136 分離部材
138 インタフェース
200 計量システム
202 液体タンク
206 液体
209 導管
300 飲料ディスペンサ
308 ディスペンサ制御部
310 水源
312 フィルタ
314 ミネラル化装置
316 容器
514c,516c Oリング
514d,614d,616d ばね
514e,614e,516e バルブシート
514f,516f,614f,616f 可動バルブ部材
513,613,620 導管
100 Pump 102, 602 Chamber 502 Cylinder 104, 504, 604 Piston 106 Proximal dead center 108 Distal dead center 110, 610 Inlet opening 112 Outlet opening 113 Inlet channel 114, 514, 614 Inlet valve 114a Inlet opening 114b Discharge opening 116, 516, 616 Outlet valve 116a Inlet opening of outlet valve 118, 518 Inlet conduit 120 Outlet conduit 122, 522, 622 First sealing material 123 First recess 124, 524 Second sealing material 125 Second recess 126 Guide 128 Arm 130 Drive unit 132 Control unit 134 Position sensor 136 Separation member 138 Interface 200 Metering system 202 Liquid tank 206 Liquid 209 Conduit 300 Beverage dispenser 308 Dispenser control 310 Water source 312 Filter 314 Mineralizer 316 Container 514c, 516c O-ring 514d, 614d, 616d Spring 514e, 614e, 516e Valve seat 514f, 516f, 614f, 616f Movable valve member 513, 613, 620 Conduit

Claims (17)

近位部および遠位部を有するチェンバと、
前記チェンバに収容され、前記チェンバ内で可動であるピストンと、
前記ピストンを前記チェンバ内で近位死点から遠位死点へと往復駆動する駆動部であって、前記遠位死点は、前記チェンバの前記遠位部に位置し、前記近位死点は、前記チェンバの前記近位部に位置する、駆動部と、
前記チェンバの前記遠位部に隣接して位置するアウトレットバルブであって、前記アウトレットバルブは、前記ピストンが遠位方向に移動する場合、前記チェンバからの流体流を許可し、前記ピストンが近位方向に移動する場合、前記チェンバ内への流体流を阻止する、アウトレットバルブと、
前記チェンバの前記遠位部に位置する封止材であって、前記封止材は、前記ピストンが当該封止材に接触する封止位置に位置した場合、当該封止位置において前記チェンバを封止する、封止材と、
インレットバルブであって、前記インレットバルブは、前記ピストンが近位方向に移動する場合、前記チェンバ内への流体流を許可し、前記ピストンが遠位方向に移動する場合、前記チェンバ外への流体流を阻止する、インレットバルブと、
を備え
前記チェンバにおいて、前記インレットバルブが前記封止位置よりも近位側の位置に接続され、前記アウトレットバルブが前記封止位置よりも遠位側の位置に接続されている、計量ポンプ。
a chamber having a proximal portion and a distal portion;
a piston contained within the chamber and movable within the chamber;
a drive unit that reciprocates the piston within the chamber from a proximal dead point to a distal dead point, the distal dead point being located at the distal portion of the chamber and the proximal dead point being located at the proximal portion of the chamber;
an outlet valve located adjacent the distal portion of the chamber, the outlet valve permitting fluid flow out of the chamber when the piston moves in a distal direction and preventing fluid flow into the chamber when the piston moves in a proximal direction;
a seal located at the distal portion of the chamber, the seal sealing the chamber when the piston is in a sealing position contacting the seal ;
an inlet valve that allows fluid flow into the chamber when the piston moves in a proximal direction and prevents fluid flow out of the chamber when the piston moves in a distal direction;
Equipped with
A metering pump , wherein the inlet valve is connected to the chamber at a position proximal to the sealing position and the outlet valve is connected to the chamber at a position distal to the sealing position .
前記インレットバルブは、注入開口部と、前記チェンバに接続された注出開口部とを備え、当該注入開口部が流体源に流体連通され、
前記流体源内の圧力が前記計量ポンプの設置環境における圧力と等しく、
前記インレットバルブは、前記注出開口部における圧力が前記注入開口部における圧力未満であり且つ前記注入開口部における圧力が前記計量ポンプの前記設置環境における圧力以下である場合、前記注入開口部から前記注出開口部への流体流を許可する、請求項1に記載の計量ポンプ。
the inlet valve includes an inlet opening and an outlet opening connected to the chamber , the inlet opening being in fluid communication with a fluid source;
the pressure in the fluid source is equal to the pressure in the environment in which the metering pump is installed;
2. The metering pump of claim 1, wherein the inlet valve allows fluid flow from the inlet opening to the outlet opening when the pressure at the outlet opening is less than the pressure at the inlet opening and when the pressure at the inlet opening is equal to or less than the pressure in the installation environment of the metering pump.
前記インレットバルブと前記チェンバとに接続されるインレットチャネルをさらに備え、前記インレットチャネルは前記封止材に並設される、請求項1または2に記載の計量ポンプ。 The metering pump of claim 1 or 2 , further comprising an inlet channel connected to the inlet valve and the chamber, the inlet channel being aligned with the sealant. 前記駆動部は、
ステッピングモータ、
リニア駆動部、
ソレノイド、
サーボ駆動部、
リニアモータ、
のうちの少なくとも1つを備える、請求項1~3のいずれか1項に記載の計量ポンプ。
The drive unit is
Stepping motor,
Linear drive unit,
solenoid,
Servo drive unit,
Linear motor,
The metering pump according to any one of claims 1 to 3, comprising at least one of:
第1サブ制御部をさらに備え、
前記第1サブ制御部は、
分注される流体の設定量を示すコマンドを受け付け、
計量ポンプが設定量の流体を分注した場合、設定量の流体が分注され前記ピストンが前記封止材に接触する前記封止位置に位置するように往復動行程の設定数値を算出し、
前記駆動部が前記ピストンを前記設定数値の往復動行程だけ往復動させるように前記駆動部を制御し、
前記ピストンが前記設定数値の往復動行程だけ往復動した場合、前記ピストンを前記封止位置に位置決めするように構成される、請求項1~4のいずれか1項に記載の計量ポンプ。
A first sub-control unit is further provided,
The first sub-control unit is
Accepting a command indicating a set amount of fluid to be dispensed;
calculating a set value of a reciprocating stroke such that when the metering pump dispenses a set amount of fluid, the set amount of fluid is dispensed and the piston is positioned at the sealing position in contact with the seal;
Controlling the drive unit so that the drive unit reciprocates the piston by a reciprocation stroke of the set value;
5. The metering pump according to claim 1, wherein the piston is configured to be positioned at the sealing position when the piston has reciprocated by the set numerical value of the reciprocating stroke.
第2サブ制御部をさらに備え、
前記第2サブ制御部は、
分注される流体量を示すコマンドを受け付け、
前記計量ポンプが設定量の流体を分注した場合、設定量の流体が分注され前記ピストンが前記封止材に位置するように前記ピストンのピストン移動分を算出し、
前記駆動部が前記ピストンを近位方向と遠位方向に設定ピストン移動分だけ往復動させるように前記駆動部を制御し、
前記ピストンが前記設定ピストン移動分および設定数値の往復動行程だけ往復動した場合、前記ピストンを前記封止材に接触する前記封止位置に位置決めするように構成される、請求項1~5のいずれか1項に記載の計量ポンプ。
Further comprising a second sub-controller,
The second sub-control unit is
Accepting a command indicating an amount of fluid to be dispensed;
calculating a piston travel of the piston such that the piston is positioned at the seal when the metering pump has dispensed a set amount of fluid;
Controlling the drive unit so that the drive unit reciprocates the piston in the proximal and distal directions by a set piston movement amount;
The metering pump according to any one of claims 1 to 5, configured to position the piston at the sealing position in which the piston contacts the sealant when the piston reciprocates by the set piston travel and a set numerical value of the reciprocating stroke.
前記第1サブ制御部と第2サブ制御部とを備える制御部をさらに備え、
前記制御部は、
分注される流体量を示すコマンドを受け付け、
前記計量ポンプが設定量の流体を分注した場合、設定量の流体が分注され前記ピストンが前記封止位置に位置するように、往復動行程の設定数値および前記ピストンの設定ピストン移動分を算出し、
前記駆動部が前記ピストンを近位方向と遠位方向に前記設定ピストン移動分および前記設定数値の往復動行程だけ往復動させるように前記駆動部を制御し、
前記ピストンが前記設定ピストン移動分および前記設定数値の往復動行程だけ往復動した場合、
前記ピストンを前記封止材に接触する前記封止位置に位置決めするように構成される、請求項5に記載の計量ポンプ。
A control unit including the first sub-control unit and the second sub-control unit is further provided,
The control unit is
Accepting a command indicating an amount of fluid to be dispensed;
calculating a set value of a reciprocating stroke and a set value of piston travel for the piston such that when the metering pump dispenses a set amount of fluid, the set amount of fluid is dispensed and the piston is in the sealed position ;
Controlling the drive unit so that the drive unit reciprocates the piston in the proximal and distal directions by the set piston movement amount and the set numerical reciprocation stroke,
When the piston reciprocates by the set piston movement amount and the reciprocating stroke of the set numerical value,
The metering pump of claim 5 configured to position the piston in the sealing position in contact with the seal.
前記制御部は、前記駆動が前記ピストンを、第1行程の間、第1ピストン移動分だけ往復動させ、前記駆動が前記ピストンを、第2行程の間、第2ピストン移動分だけ往復動させ、前記第1行程と前記第2行程とによって、前記設定量の流体が分注されるように前記駆動部を制御するように構成されるのであって、前記第2ピストン移動分は、前記第1ピストン移動分よりも短い、請求項7に記載の計量ポンプ。 8. The metering pump of claim 7, wherein the controller is configured to control the driver such that the driver reciprocates the piston a first piston travel during a first stroke and the driver reciprocates the piston a second piston travel during a second stroke, the first stroke and the second stroke dispensing the set amount of fluid , the second piston travel being less than the first piston travel. 少なくとも1つの前記インレットバルブおよび前記アウトレットバルブはチェックバルブである、請求項1~8のいずれか1項に記載の計量ポンプ。 The metering pump according to any one of claims 1 to 8, wherein at least one of the inlet valve and the outlet valve is a check valve. 前記チェンバの前記遠位部と、当該遠位部に隣接して位置する前記アウトレットバルブの注入開口部との間の、前記チェンバにおけるクリアランス量は、ピストン変位の5%未満である、請求項1~8のいずれか1項に記載の計量ポンプ。 9. The metering pump of claim 1, wherein the amount of clearance in the chamber between the distal portion of the chamber and an injection opening of the outlet valve located adjacent to the distal portion is less than 5% of piston displacement. 最大ピストン変位で単一の行程により計量される量は、
5μL~0.02mL、
4μL~0.04mL、
2μL~0.1mL、
のうちの1つの範囲内にある、請求項1~10のいずれか1項に記載の計量ポンプ。
The amount measured by a single stroke at maximum piston displacement is
5 μL to 0.02 mL,
4 μL to 0.04 mL,
2 μL to 0.1 mL,
The metering pump according to any one of claims 1 to 10, wherein the metering pump is within one of the ranges of:
制御部は、前記ピストンの単一の行程が、
2μL~5μL、
1μL~3μL、
1μL~5μL、
のうちの1つの範囲の量を計量するように、最小ピストン移動分を制御するように構成される、請求項7~11のいずれか1項に記載の計量ポンプ。
The control unit is configured to control the single stroke of the piston to:
2 μL to 5 μL,
1 μL to 3 μL,
1 μL to 5 μL,
A metering pump according to any one of claims 7 to 11, configured to control minimum piston travel so as to meter an amount in one of the ranges:
前記計量ポンプは、前記チェンバを有し且つ前記封止材を収容する本体部を備え、
前記アウトレットバルブは、前記本体部に収容されるバルブシートと、前記バルブシートに関して可動であるバルブ部材とを備え、
前記アウトレットバルブの前記バルブ部材がその閉止位置にある場合、前記ピストンは、その遠位位置で前記アウトレットバルブの前記バルブ部材に接触する、請求項1~12のいずれか1項に記載の計量ポンプ。
the metering pump comprises a body having the chamber and containing the sealant;
the outlet valve includes a valve seat received in the body portion and a valve member movable relative to the valve seat;
A metering pump according to any preceding claim, wherein the piston contacts the valve member of the outlet valve at its distal position when the valve member of the outlet valve is in its closed position.
前記計量ポンプは、前記チェンバを有し且つ前記封止材を収容する本体部を備え、
前記アウトレットバルブは、前記計量ポンプの前記本体部に収容されるバルブシートと、前記バルブシートに関して可動であるバルブ部材とを備え、
前記アウトレットバルブの前記バルブシートと、前記チェンバの前記遠位部に位置する前記封止材は、一体的に形成される、請求項1~13のいずれか1項に記載の計量ポンプ。
the metering pump comprises a body having the chamber and containing the sealant;
the outlet valve including a valve seat received in the body of the metering pump and a valve member movable relative to the valve seat;
A metering pump according to any preceding claim, wherein the valve seat of the outlet valve and the seal located in the distal portion of the chamber are integrally formed.
請求項1~14のいずれか1項に記載の前記計量ポンプと、
前記インレットバルブの注入開口部と結合される流体容器と、を備え、
前記流体容器は、前記計量ポンプにより計量されるべき流体が充填され、
前記流体容器内の圧力は、前記計量ポンプの環境における圧力と一致する、計量システム。
The metering pump according to any one of claims 1 to 14,
a fluid container coupled to the injection opening of the inlet valve;
the fluid container is filled with a fluid to be metered by the metering pump;
A metering system, wherein the pressure in the fluid container matches the pressure in the environment of the metering pump.
流体容器は、前記流体容器の環境と流体連通するベント開口部をさらに備え、
前記流体容器の環境における圧力は、前記計量ポンプの環境における圧力と一致する、
請求項15に記載の計量システム。
the fluid enclosure further comprising a vent opening in fluid communication with an environment of the fluid enclosure;
the pressure in the fluid container environment is equal to the pressure in the metering pump environment;
16. The weighing system of claim 15.
計量すべき前記流体は液体である、請求項15または16に記載の計量システム。 17. A metering system according to claim 15 or 16, wherein the fluid to be metered is a liquid.
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