KR102396192B1 - 로터의 축방향 변위를 위한 캠 메커니즘을 갖는 마이크로펌프 - Google Patents

Abstract

마이크로펌프는:
스테이터(4);
적어도 부분적으로 스테이터 내에 슬라이딩 가능하고 회전 가능하게 장착된 로터(6) - 로터는 제1 직경(D1)을 갖는 제1 축방향 연장부(24) 및 제1 직경보다 큰 제2 직경(D2)을 갖는 제2 축방향 연장부(26)를 포함함 -;
제1 밸브가 개방 위치에 있을 때 제1 밸브 씰을 가로질러 액체 연통을 허용하도록 구성된 로터 내의 제1 채널(42)과 함께, 제1 축방향 연장부의 둘레에서 스테이터에 장착된 제1 밸브 씰(18)에 의해 형성된 제1 밸브(V1);
제2 밸브가 개방 위치에 있을 때 제2 밸브 씰을 가로질러 액체 연통을 허용하도록 구성된 로터 내의 제2 채널(44)과 함께, 제2 축방향 연장부의 둘레에서 스테이터에 장착된 제2 밸브 씰(20)에 의해 형성된 제2 밸브(V2);
로터와 스테이터의 사이 및 제1 밸브 씰과 제2 밸브 씰의 사이에 형성된 펌프 챔버(8); 및
로터의 회전의 함수로서 스테이터에 대해 로터를 축방향으로 변위시키기 위해 로터 또는 스테이터 중 하나에 배치된 캠 트랙(22, 22') - 캠 트랙은 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션(28), 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션(30), 흡입 섹션(32), 및 배출 섹션(34)을 포함함 - 및 로터 또는 스테이터 중 다른 하나에 배치된 캠 종동자(36, 36')를 포함하는 캠 시스템을 포함하고, 배출 섹션은 배출 단계 중에 펌프 사이클 용량의 부분적인 송출을 위해 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션과 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션의 사이에 축방향 중간 위치를 규정하는 배출 유지 위치(34b)를 포함한다.

Description

로터의 축방향 변위를 위한 캠 메커니즘을 갖는 마이크로펌프

본 발명은 마이크로펌프에 관한 것이다. 마이크로펌프는 특히 의료 용도로, 예를 들면 약물 송출 장치에 사용하기 위해 소량의 액체를 분배하는 데 사용될 수 있다. 본 발명과 관련된 마이크로펌프는 소량의 액체의 고정밀 송출을 요하는 비의료 용도로도 또한 사용될 수 있다.

특히 의료 용도 및 비의료 용도로 사용될 수 있는 소량의 액체를 송출하기 위한 마이크로펌프가 유럽특허 EP1803934 및 EP1677859에 기재되어 있다. 전술한 문헌에 기재된 마이크로펌프는, 스테이터의 제1 및 제2 씰(seal)과 계합하여 로터의 각 변위(angular displacement) 및 축방향 변위의 함수로서 개개의 씰을 가로질러 액체의 연통을 개폐하는 제1 및 제2 밸브를 생성하는 상이한 직경의 제1 및 제2 축방향 연장부를 갖는 로터를 포함한다. 스테이터의 제1 씰과 제2 씰 사이에는 펌프 챔버가 형성되며, 그에 따라 로터의 회전 사이클당 펌핑되는 액체의 양은 로터의 제1 및 제2 축방향 연장부들 사이의 직경의 차 및 스테이터에 대한 로터의 각 위치(angular position)의 함수로서 캠 시스템에 의해 유발되는 로터의 축방향 변위 양자 모두의 함수이다. 로터의 회전 변위 및 축방향 변위뿐만 아니라 회전 연장부들 사이의 직경의 차의 함수로서 사이클당 펌핑되는 양을 제어할 수 있는 능력은 높은 정확도로 로터의 회전당 매우 소량의 액체를 펌핑할 수 있게 한다. 전술한 마이크로펌프에 의해 송출되는 최소 용량은 펌프 챔버의 최대 충전 용량에 대응한다.

전술한 알려진 펌프로 정확하게 펌핑될 수 있는 소량에도 불구하고, 특정 용도에서는 보다 소량의 액체를 잘 제어된 방식으로 분배하는 능력이 유익하게 된다.

전술한 알려진 펌프의 캠 시스템의 구성은 로터의 약간의 틸팅(tilting)을 유발할 수 있는데, 이는 펌프의 마모 및 정밀도에 영향을 미칠 수 있고 원치 않는 진동을 유발할 수 있다.

전술한 바에 비추어, 본 발명의 목적은 정확하고 신뢰성이 있으며 안전한 방식으로 매우 소량의 액체를 분배할 수 있는 마이크로펌프를 제공하는 것이다.

작동 중에 강고하며 매우 안정적인 마이크로펌프를 제공하는 것이 유리하다.

제조하는데 경제적인 마이크로펌프를 제공하는 것이 유리하다.

매우 컴팩트한 마이크로펌프를 제공하는 것이 유리하다.

결합 및 사용이 용이한 저가의 1회용 부품 및 재사용 가능한 부품이 구비될 수 있는 마이크로펌프를 제공하는 것이 유리하다.

본 발명의 목적들은 청구항 1에 따른 마이크로펌프에 의해 달성된다.

본 발명의 목적들은 청구항 11에 따른 마이크로펌프에 의해 달성된다.

본 명세서에 개시된 마이크로펌프는:

스테이터;

적어도 부분적으로 스테이터 내에 슬라이딩 가능하고 회전 가능하게 장착된 로터 - 로터는 제1 직경을 갖는 제1 축방향 연장부 및 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 제2 축방향 연장부를 포함함 -;

제1 밸브가 개방 위치에 있을 때 제1 밸브 씰을 가로질러 액체 연통을 허용하도록 구성된 로터 내의 제1 채널과 함께, 제1 축방향 연장부의 둘레에서 스테이터에 장착된 제1 밸브 씰에 의해 형성된 제1 밸브;

제2 밸브가 개방 위치에 있을 때 제2 밸브 씰을 가로질러 액체 연통을 허용하도록 구성된 로터 내의 제2 채널과 함께, 제2 축방향 연장부의 둘레에서 스테이터에 장착된 제2 밸브 씰에 의해 형성된 제2 밸브;

로터와 스테이터의 사이 및 제1 밸브 씰과 제2 밸브 씰의 사이에 형성된 펌프 챔버; 및

로터의 회전의 함수로서 스테이터에 대해 로터를 축방향으로 변위시키기 위해 로터 또는 스테이터 중 하나에 배치된 캠 트랙 및 로터 또는 스테이터 중 다른 하나에 배치된 캠 종동자를 포함하는 캠 시스템을 포함한다. 캠 트랙은 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션(valves-closed chamber-full section), 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션(valves-closed chamber-empty section), 흡입 섹션, 및 배출 섹션을 포함한다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 배출 섹션은 배출 단계 중에 펌프 사이클 용량의 부분적인 송출(partial delivery)을 위해 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션과 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션의 사이에 축방향 중간 위치를 규정하는 배출 유지 위치(expel hold position)를 포함한다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 캠 시스템은 반경방향 외측 캠 트랙 및 연관된 반경방향 외측 캠 종동자와, 반경방향 내측 캠 트랙 및 연관된 반경방향 내측 캠 종동자를 포함하며, 반경방향 외측 캠 트랙과 반경방향 내측 캠 트랙은 서로 직경 상에서 대향되며 360도에 걸쳐 전개되는 동일한 캠 프로파일을 획정한다. 유리하게는, 직경 상에서 대향되는 캠 트랙들은 로터에 대한 틸팅 모멘트를 저감시킨다.

유리한 실시예에서, 배출 유지 위치는 로터의 회전축에 실질적으로 직교하는 편평부(plateau)를 포함한다.

유리한 실시예에서, 배출 유지 위치의 편평부는 적어도 15도의 각 원호(angular arc)에 걸쳐, 바람직하게는 적어도 20도의 각 원호에 걸쳐 연장된다.

유리한 실시예에서, 캠 종동자는 챔퍼링된(chamfered) 선단 코너들을 포함한다.

유리한 실시예에서, 배출 부분은 밸브 폐쇄 챔버 풀 및 챔버 공백 섹션에 대해 45도 미만의 각도(β)로 경사진 배출 램프 부분들을 포함한다.

유리한 실시예에서, 배출 섹션은 배출 섹션을 펌프 챔버 풀 위치(pump chamber-full position)와 펌프 챔버 공백 위치(pump chamber-empty position) 사이의 전체 축방향 변위의 실질적으로 동일한 서브유닛으로 분할하도록 구성된 하나 또는 2개의 배출 유지 위치를 축방향 위치에 포함한다.

일 실시예에서, 펌프 모듈은 로터가 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션과 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션의 중간의 배출 유지 위치들에서 정지하여 유지될 수 있게 하는 스테퍼 위치들을 갖는 스테퍼 모터를 포함하는 회전 구동부에 결합되며, 배출 유지 위치들은 스테퍼 위치들의 정수배에 대응한다.

유리한 실시예에서, 캠 트랙은 로터의 헤드에 장착되고, 캠 종동자는 스테이터에 장착된다.

본 발명의 다른 목적들 및 유리한 특징들은 청구범위, 상세한 설명, 및 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 (모터 구동부 없이 및 액체 소스와 액체 출구 연결부 없이 도시된) 펌프 모듈의 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 풀 펌프 챔버(full pump chamber) 위치에서의 도 1의 펌프 모듈의 상반측으로부터의 측면도이다.
도 3a 및 도 3b는 중간 액체 배출 위치에서의 도 1의 펌프 모듈의 상반측으로부터의 측면도이다.
도 4a는 스테이터로부터 분해된 로터를 도시하는 도 1의 펌프 모듈의 사시도이다.
도 4b는 도 4a의 펌프 모듈의 로터의 사시도이다.
도 4c는 도 4a의 펌프 모듈의 스테이터의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로펌프의 스테이터에 대한 로터의 축방향 변위에 대한 캠 시스템의 전개된 캠 트랙의 개략도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로펌프의 스테이터에 대한 로터의 축방향 변위에 대한 캠 시스템의 전개된 캠 트랙 프로파일의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로펌프의 스테이터에 대한 로터의 축방향 변위에 대한 캠 시스템의 전개된 캠 트랙 프로파일의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로펌프를 도시하는 도면이다.

도면을 참조하면, 마이크로펌프(1)는 펌프 모듈(2)을 포함하며, 펌프 모듈(2)은 스테이터(4) 및 로터(6)를 포함하고, 로터(6)는 회전축(A)을 중심으로 로터에 회전 운동을 부여하는 모터(5)를 포함하는 회전 구동부(3)에 의해 구동된다. 로터(6)는 스테이터 상의 상보적인 캠 종동자(48)와 계합하는 로터 상의 캠 트랙(46)을 포함하는 캠 시스템이 로터가 회전함에 따라 로터의 각 위치의 함수로서 스테이터에 대한 로터의 축방향 변위(Ax)를 부여하도록, 예를 들면 스프링(9)에 의해 축방향으로 바이어스된다. 스테이터에 대한 로터의 축방향 및 회전 변위는 펌핑 작용을 유발하도록 이하에서 보다 상세히 설명되는 제1 및 제2 밸브(V1, V2)를 개폐시킨다. 이러한 일반적인 동작 원리는 그 자체로 알려져 있으며, 예를 들면 EP1803934에 기재되어 있다.

실시예에서, 회전 구동부(3)는 1회용 부품(single use disposable part)의 형태일 수 있는 펌프 모듈(2)에 결합하기 위한 재사용 가능한 부품의 형태일 수 있다. 예를 들면 약물 송출 용도에서, 펌프 모듈은 액체 약물 및 (바늘이나 카테터 튜브와 같은) 액체 송출 출구를 포함하는 1회용 부품에 통합될 수 있고, 회전 구동부는 전원 공급장치, 제어 전자장치, 및 사용자 인터페이스를 포함하는 재사용 가능한 부품에 통합될 수 있으며, 그에 따라 재사용 가능한 부품은 1회용 부품에 결합되며 1회용 부품의 사용 후에 탈거되어 새로운 1회용 부품에 재결합될 수 있다.

실시예에서, 펌프 입구(14)는 로터의 축방향 단부에 형성될 수 있는 반면, 출구(16)는 캠을 포함하는 로터의 단부 쪽에 제공될 수 있다. 출구(16)는 스테이터를 통해 반경방향으로 연장될 수 있다. 스테이터에 대한 로터의 회전 방향 및 밸브 씰(valve seal) 구성에 따라, 입구와 출구는 반대로 될 수 있다. 또한, 특정 실시예에서, 펌프는 양방향이 되도록 구성될 수도 있으며, 그에 따라 유체 흐름의 방향은 로터의 회전 방향에 의존한다. 로터의 축방향 단부에 형성된 입구 또는 출구는 또한 스테이터의 단부로부터 축방향으로가 아니라 스테이터를 통해 반경방향으로 지향될 수도 있다. 통상의 기술자는 본 발명의 범위로부터 일탈함이 없이 입구 및 출구를 위한 다양한 유체 채널이 유체 소스 및 유체 송출 위치에 대한 연결 필요성에 따라 구성될 수 있음을 이해할 것이다.

로터(6)는 제1 직경(D1)을 갖는 제1 연장부(24) 및 제2 직경(D2)을 갖는 제2 연장부(26)를 가지며, 제1 및 제2 직경은 상이한 값을 갖는다. 도시된 실시예에서는, 제2 연장부(26)의 직경(D2)이 제1 연장부(24)의 직경(D1)보다 큰 직경이다. 로터의 축방향 변위(Ax)와 결합된 제1 및 제2 직경의 차는 로터의 회전당 펌핑 용량을 규정한다.

마이크로펌프는 로터 제1 연장부와 스테이터 사이에 형성된 제1 밸브(V1)와 로터 제2 연장부와 스테이터 사이에 형성된 제2 밸브(V2)를 포함한다. 제1 및 제2 밸브(V1, V2)는 대응하는 입구(14) 또는 출구(16)의 개폐를 제어한다.

제1 밸브(V1)는 스테이터 상에 장착된 제1 밸브 씰(18) 및 로터 상에 장착된 제1 채널(42)에 의해 형성되는데, 제1 채널은 제1 밸브가 개방 위치에 있을 때에는 제1 밸브 씰을 가로질러 액체 연통을 허용하고 제1 밸브(V1)가 폐쇄 위치에 있을 때에는 제1 밸브 씰을 가로질러 액체 연통을 허용하지 않도록 구성된다. 제2 밸브(V2)는 스테이터(4) 상의 제2 밸브 씰(20) 및 로터(6)에 형성된 제2 채널(44)에 의해 형성되는데, 제2 채널은 제2 밸브(V2)가 개방 위치에 있을 때에는 제2 밸브 씰을 가로질러 액체 연통을 허용하고 제2 밸브(V2)가 폐쇄 위치에 있을 때에는 제2 밸브 씰을 가로질러 액체 연통을 허용하지 않도록 한다. 로터(6)와 스테이터(4) 사이 및 제1 밸브 씰(18)과 제2 밸브 씰(20) 사이에는 펌프 챔버(8)가 형성된다.

펌프 챔버 씰(21)이 제2 연장부(26)에 외접하며, 펌프 챔버(8)를 펌프 외부 환경으로부터 분리시킨다.

도시된 실시예에서, 액체 채널들(42, 44)은 그 각각의 제1 및 제2 로터 연장부(24, 26)에서 축방향으로 연장되는 그루브로서 도시되어 있다. 하지만 변형예에서는, 다른 액체 채널 구성이 구현될 수도 있는데, 예를 들어 채널은 그루브가 아니라 로터 내에 내장되며 대응하는 씰을 가로질러 연통을 허용하는 오리피스를 로터 표면에 가질 수 있다. 또한, 제1 밸브 씰(18)은 제2 밸브 씰(20)과는 다른 각도 배향을 가질 수 있으며, 그래서 로터 채널(44, 42)의 위치가 그에 맞게 적합하게 될 수 있음에 주목할 수 있다.

스테이터는 사출 컴포넌트, 예를 들어 2 단계 사출 프로세스로 씰이 그 내부에 사출된, 예를 들면 사출 폴리머일 수 있다. 씰은 본 기술분야에 그 자체로 알려진 바와 같이 엘라스토머 재료에 사출될 수 있다. 로터(6)도 또한 사출 폴리머일 수 있으며, 그래서 스테이터와 로터는 저비용의 1회용 부품을 형성할 수 있다.

스테이터(4)에 대한 로터(6)의 풀 360도 회전(full 360 degree revolution)에 의해 펌핑되는 액체의 양은 로터 샤프트(12)의 축방향 스트로크 및 제1 및 제2 직경(D1, D2)의 차에 의해 규정된다. 제1 직경과 제2 직경의 차가 작은 로터 샤프트를 제공함으로써 펌프 사이클에서 소량의 액체가 펌핑될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 로터의 축방향 스트로크는 축방향 변위의 정확도에 대한 제조 공차의 영향을 최소화할 수 있도록 충분히 큰 진폭을 가져야 한다. 특정 용도, 예를 들면 농축 약물의 투여 또는 약물의 느린 투여에서는, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로펌프가 사이클 당 최소 2 ㎕(마이크로리터)의 양을 정확하게 펌핑하도록 제공될 수 있음에도 불구하고 로터 샤프트의 풀 회전에 의해 투여되는 것보다 훨씬 적은 단위(increment)의 액체를 송출하는 것에 이점이 있게 된다.

로터의 각 변위(angular displacement)의 함수로서 로터(6)의 축방향 변위는 바이어싱 메커니즘(9)과 캠 시스템을 포함하는 축방향 변위 시스템에 의해 부과된다. 캠 시스템은 캠 트랙(22, 22') 및 바이어싱 메커니즘에 의해 캠 트랙에 대해 바이어스되는 캠 종동자(36, 36')를 포함한다. 도시된 실시예에서, 캠 트랙(22, 22')은 로터 헤드(10)에 제공되는데 반해, 캠 돌출부(36, 36')는 스테이터(4)에 제공된다. 하지만, 본 발명의 범위로부터 일탈함이 없이 캠 돌출부가 로터 상에 있고 캠 트랙이 스테이터 상에 있도록 캠 트랙과 캠 돌출부의 기능은 반대로 될 수도 있다는 것이 이해될 수 있다.

캠 트랙(22, 22')은 스테이터에 대한 로터의 각 위치의 함수로서 스테이터에 대한 로터의 축방향 위치를 규정한다. 로터의 축방향 변위는 그래서 캠 트랙의 프로파일에 의해 규정되는 로터의 회전 변위의 함수이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 캠 트랙(22, 22')의 360° 전개된 프로파일의 예를 도시한다.

도 4b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 캠 시스템은 한 쌍의 캠 트랙 및 대응하는 한 쌍의 캠 종동자(36, 36')를 포함할 수 있다. 곡률 반경 R1을 갖는 반경방향 외측 캠 트랙(22)과 곡률 반경 R2를 갖는 반경방향 내측 캠 트랙(22')이 있으며, 그에 따라 R2는 R1보다 작다. 제1 캠 종동자(36)는 반경방향 외측 캠 트랙(22)과 계합하도록 위치되고, 제2 캠 종동자(36')는 반경방향 내측 캠 트랙(22')과 게합하도록 위치된다. 반경방향 외측 및 반경방향 내측 캠 트랙들은 대응하는 한 쌍의 캠 종동자(36, 36')와 함께, 로터의 각 변위의 함수로서 실질적으로 동일한 축방향 변위 프로파일을 규정할 수 있다. 반경방향 내측 및 반경방향 외측 캠 트랙들의 동심의 반경방향 위치들은 반경방향 외측 캠 돌출부(36)가 반경방향 외측 캠 트랙(22)에만 계합하고 반경방향 내측 캠 돌출부(36')가 반경방향 내측 캠 트랙(22')에만 계합하는 것을 보장한다.

바람직한 실시예에서, 반경방향 내측 캠 트랙은 반경방향 외측 캠 트랙과 직경 상에서 대향되며, 이에 의해 대응하는 한 쌍의 캠 종동자와 계합하는 한 쌍의 캠 트랙은 로터(6)의 안정성을 증가시킨다. 특히, 바이어싱 메커니즘(9)에 의해 로터에 가해지는 바이어싱 힘(F)은, 로터 축(A)과 정렬되며 그래서 대응하는 캠 트랙에 대한 캠 종동자의 반력으로부터 오프셋된 결과적인 힘을 발생시킨다. 이러한 오프셋된 힘은, 로터를 틸팅시키는 경향이 있으며 그래서 바람직하지 않은 마찰 및 가능케는 진동의 증가를 초래하는 모멘트를 발생시킨다. 한 쌍의 캠 트랙(22, 22') 및 대응하는 캠 종동자(36, 36')는, 로터에 가해지는 틸팅 모멘트를 상당히 저감시키며, 그래서 안정성을 개선하고, 진동 및 마모의 잠재적인 문제를 저감시키는 직경 상에서 대향된 한 쌍의 캠 접촉점을 제공한다.

하지만, 본 발명의 범위 내에서, 캠 시스템은 로터의 틸팅을 저감시키기 위해 복수의 로터 지지점을 제공할 목적으로 2개 초과의 캠 트랙, 예를 들면 3개 또는 4개의 캠 트랙 및 3개, 각각 4개의 연관된 캠 종동자를 포함할 수 있으며, 각각은 360°에 걸쳐 전개되는 실질적으로 동일한 프로파일을 획정함에 유의할 필요가 있다. 다양한 캠 트랙은 각 캠 종동자가 하나의 연관된 캠 트랙에만 계합하도록 상이한 반경 상에 있을 수 있다. 캠 트랙들과 캠 종동자들은 로터 축을 중심으로 균등한 각 간격으로 이격될 수 있다(예를 들면, 3개의 캠 트랙에 대해 120°간격으로).

특히 도 5를 참조하면, 캠 트랙(22, 22')의 프로파일은 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션(30)으로부터 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션(28)까지 연장되는 램프(ramp) 형태의 흡입 섹션(32)을 포함한다. 그래서, 캠 종동자와 흡입 섹션(32)의 계합은, 펌프 챔버(8)를 충전하도록 입구 밸브(V1)는 개방되고 출구 밸브(V2)는 폐쇄되어 있는 동안 로터의 축방향 변위를 유발한다. 펌프 챔버(8)가 완충되고 나면, 입구 밸브(V1)는 폐쇄되고 출구 밸브(V2)는 펌프 사이클의 배출 단계 전에 특정 각도 범위에 걸쳐 폐쇄된 상태로 유지된다. 그래서, 입구 밸브와 출구 밸브 양자 모두가 동시에 개방되는 일이 없도록 하기 위해 입구 밸브와 출구 밸브 양자 모두는 규정된 각도 범위에 걸쳐 폐쇄되게 되며, 그에 따라 펌프 로터가 정지 상태일 때 액체가 펌프를 통과하는 상황을 방지한다. 배출 단계의 시초에, 출구 밸브(V2)는 개방되는 한편 입구 밸브(V1)는 폐쇄된 상태로 유지되며, 캠 트랙의 배출 섹션(34)은 캠 종동자와 계합한다. 배출 섹션(34)은 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션(28)으로부터 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션(30)으로의 로터의 축방향 변위를 유발하는 배출 램프 부분(34a)을 포함한다.

본 발명의 양태에 따르면, 배출 섹션(34)에는 적어도 하나의 배출 유지 위치(34b)가 마련된다. 배출 유지 위치(34b)는 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션(28)과 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션(30) 사이의 중간의 각 위치 및 축방향 위치에 위치되며, 로터(6)가 중간 위치에서 정지되어 안정적으로 유지될 수 있게 한다.

도 5에 도시된 실시예에서, 액체의 송출은 그래서 펌프 사이클의 전용량을 2개의 부분 송출 단위(partial delivery increments)로 분배하기 위해 2개의 부분 송출 단계로 분할될 수 있다.

변형예에서는, 펌프 사이클의 전용량을 3개 이상의 부분 송출 단위로 분배하기 위해 2개 이상의 배출 유지 위치가 구비될 수 있다. 도 6a 및 도 6b의 예에 도시된 바와 같이, 캠 트랙의 배출 섹션에는 배출 램프 부분(34a)에 의해 분리되어 펌프 사이클의 총 배출량의 3개의 부분 송출 단위를 규정하는 2개의 배출 유지 위치(34b)가 구비된다.

유리하게는, 풀 펌프 사이클 용량의 부분들을 단계적으로 정확하고 신뢰성 있게 송출하기 위해 하나 이상의 배출 유지 위치(34b)가 구비된 배출 섹션(34)은 시간에 걸쳐 매우 소량의 액체를 단위별로 송출할 수 있게 한다. 풀 펌프 사이클의 부분 송출의 단계별로 마이크로펌프를 작동시키는 것은 일정 기간(a span of time)에 걸쳐 액체 약물의 투여 속도를 제어하는데 특히 유용할 수 있다. 이는 (예를 들면, 기초율(basal rate)을 제공하기 위해) 예를 들어, 제어된 저속의 준연속적인 약물의 송출(controlled slow quasi-continuous delivery of a drug)을 시뮬레이션할 수 있게 한다. 펌프 사이클 용량의 이러한 부분 송출은, 예를 들면 복수 회의 펌프 사이클에 더해진 펌프 사이클의 일부에 대응하는 정밀한 양의 액체의 매우 정확한 송출에도 또한 유용할 수 있다. 예를 들어, 풀 펌프 사이클의 송출량이 2 ㎕이고, 캠 트랙이 도 5에 도시된 바와 같이 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션(28)과 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션(30) 사이의 축방향의 중간에 하나의 배출 유지 위치(34b)(즉, 2개의 부분 송출 단계)를 갖는 경우, 홀수 정수에 대응하는 용량이 송출될 수 있다. 예를 들면 7 ㎕를 송출하기 위해, 펌프는 로터를 3회 회전시키고 그 다음에 4회째 회전 중에 캠 종동자가 배출 유지 위치(34b)와 계합할 때 로터를 정지시킴으로써 3.5 펌프 사이클 용량을 송출하도록 작동될 수 있다.

유리한 실시예에서, 배출 유지 위치(34b)는 회전축(A)과 본질적으로 직교하는 표면을 획정하는 편평부(plateau)를 포함할 수 있다. 배출 유지 부분(34b)의 각 원호 길이(angular arc length)는 스테이터에 대한 로터의 정지 각 위치(angular stop position)에 약간의 공차를 갖는 정확한 축방향 중간 위치(배출량을 규정함)를 제공하기 위해 적어도 15도에 걸쳐 연장되는 것이 유리할 수 있다.

변형예에서, 배출 램프 부분(34a)은 스테이터에 대한 로터의 역회전을 가능하게 하는 경사도로 구성될 수 있다(역회전은 통상적인 펌핑 작동에 대응하는 정회전과 반대이다). 로터의 역회전은 약물 재편성을 위한 양방향 흐름, 약물 송출 장치의 바늘의 후퇴를 작동시키기 위한 로터 역동작, 또는 다른 특수 작동을 포함하는 펌프의 특수 작동에 유용할 수 있다. 배출 램프 부분(34a)의 경사도는 바람직하게는 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션(28) 또는 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션(30)에 대해 약 45도 이하의 각도(β)를 갖는다. 그렇지만, 로터의 역회전이 제공되지 않는 변형예에서는, 배출 램프 부분(34a)이 45도 내지 90도 사이의 챔버 풀 섹션(28) 및 챔버 공백 섹션(30)에 대한 각도를 가질 수 있다.

캠 종동자(36, 36')에는 유리하게는, 밸브 폐쇄 챔버 풀 및 챔버 공백 섹션(28, 30)과 배출 유지 위치(34b)에 의해 획정된 편평부로부터 후속의 램프 부분으로 진행할 때 관련된 캠 트랙(22, 22') 상에서 캠 종동자(36, 36')의 원활한 전이를 보장하기 위해 챔퍼링된 정방향 선단 코너(38a) 및 역회전을 가능케 하는 변형예의 경우에는 챔퍼링된 역방향 선단 코너(38b)가 구비될 수 있다.

직경 상에서 대향의 캠 종동자들(36, 36') 및 연관된, 직경 상에서 대향의 캠 트랙들(22, 22')에는 곡률 반경 R1, R2에 대해 조정된, 360도의 회전에 걸쳐 전개될 때 동일한 계합 프로파일이 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 회전 구동부(3)의 모터(5)는 유리하게는 캠 트랙(22)의 배출 섹션(34)의 각도 범위보다 작은 단위만큼 각도가 떨어진 스텝들을 포함하는 스테퍼 모터의 형태일 수 있다. 스테퍼 모터에 의해 계합된 로터(6)는 캠 종동자가 캠 트랙의 배출 섹션을 따라 계합되고 있는 동안 로터를 정지 및 유지시키기 위해 스테퍼 모터의 선택된 스텝들에서 정지될 수 있다. 그래서, 예를 들면 도 7에 도시된 바와 같이, 펌프 사이클의 전용량의 일부를 송출하기 위해 하나 이상의 중간 배출 유지 위치(34b)가 모터의 스텝들에 의해 규정될 수 있다. 스테퍼 모터 및 스테퍼 모터와 로터(6) 사이의 임의의 감속 기어 시스템은 규정된 배출 유지 위치들(34b) 사이에 복수의 위치를 포함할 수 있음에 유의할 필요가 있다. 회전 구동부는 스테이터에 대한 로터(6)의 축방향 변위를 측정하기 위한 스트로크 센서(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 스트로크 센서는 그 자체가 위치 감지 기술분야에 잘 알려져 있는 광학 또는 자기 위치 센서, 또는 다른 알려진 위치 센서를 포함할 수 있다. 스트로크 센서는 스테퍼 모터를 제어하기 위해, 특히 선택된 배출 유지 위치들에서 정지시키기 위해 회전 구동부의 제어 전자장치에 연결될 수 있다. 스트로크 센서는 또한 마이크로펌프의 오작동을 검출하는 역할도 할 수 있다.

변형예에서, 마이크로펌프는 추가의 중간 배출 유지 위치들을 규정하기 위해, 편평부를 포함하는 배출 유지 위치들(34b)과, 마이크로펌프의 회전 구동부의 스테퍼 모터의 제어의 조합을 포함할 수 있다.

1: 마이크로펌프
2: 펌프 모듈(1회용 부품)
4: 스테이터
14: 입구
16: 출구
V1: 제1 밸브
18: 제1 밸브 씰
V2: 제2 밸브
20: 제2 밸브 씰
21: 펌프 챔버 씰
캠 시스템
36, 36': 캠 종동자
6: 로터
10: 로터 헤드
트랜스미션 입력 커플링(Transmission input coupling)
캠 시스템
22, 22': 캠 트랙
22: 반경방향 외측 캠 트랙
R1: 곡률 반경
22': 반경방향 내측 캠 트랙
R2: 곡률 반경
(R2 <R1)
12: 로터 샤프트
24: 제1 연장부(제1 직경(D1)을 가짐)
42: 제1 채널
26: 제2 연장부(제2 직경(D2)을 가짐)
44: 제2 채널
8: 펌프 챔버
축방향 변위 시스템
9: 바이어싱 메커니즘
22, 22': 캠 트랙
28: 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션
30: 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션
32: 흡입 섹션
34: 배출 섹션
34a: 배출 램프 부분
34b: 배출 유지 부분
36, 36': 캠 종동자
38a, 38b: 선단 코너
3: 회전 구동부(재사용 가능한 부품)
5: 모터(스테퍼 모터)
7: 커플링
9: 바이어싱 메커니즘
스트로크 센서

Claims (22)

1. 마이크로펌프로서,
   스테이터(4);
   적어도 부분적으로 상기 스테이터 내에 슬라이딩 가능하고 회전 가능하게 장착된 로터(6) - 상기 로터는 제1 직경(D1)을 갖는 제1 축방향 연장부(24) 및 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경(D2)을 갖는 제2 축방향 연장부(26)를 포함함 -;
   제1 밸브가 개방 위치에 있을 때 제1 밸브 씰(seal)을 가로질러 액체 연통(liquid communication)을 허용하도록 구성된 상기 로터 내의 제1 채널(42)과 함께, 상기 제1 축방향 연장부의 둘레에서 상기 스테이터에 장착된 상기 제1 밸브 씰(18)에 의해 형성된 제1 밸브(V1);
   제2 밸브가 개방 위치에 있을 때 제2 밸브 씰을 가로질러 액체 연통을 허용하도록 구성된 상기 로터 내의 제2 채널(44)과 함께, 상기 제2 축방향 연장부의 둘레에서 상기 스테이터에 장착된 상기 제2 밸브 씰(20)에 의해 형성된 제2 밸브(V2);
   상기 로터와 상기 스테이터의 사이 및 상기 제1 밸브 씰과 상기 제2 밸브 씰의 사이에 형성된 펌프 챔버(8); 및
   상기 로터의 회전의 함수로서 상기 스테이터에 대해 상기 로터를 축방향으로 변위시키기 위해 상기 로터 또는 상기 스테이터 중 하나에 배치된 캠 트랙(22, 22') - 상기 캠 트랙은 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션(valves-closed chamber-full section; 28), 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션(valves-closed chamber-empty section; 30), 흡입 섹션(32), 및 배출 섹션(34)을 포함함 - 및 상기 로터 또는 상기 스테이터 중 다른 하나에 배치된 캠 종동자(36, 36')를 포함하는 캠 시스템:
   을 포함하고,
   상기 배출 섹션은 배출 단계 중에 펌프 사이클 용량의 부분적인 송출(partial delivery)을 위해 상기 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션과 상기 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션의 사이에 축방향 중간 위치를 규정하는 배출 유지 위치(expel hold position; 34b)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   마이크로펌프.
2. 제1항에 있어서,
   상기 배출 유지 위치(34b)는 상기 로터(6)의 회전축(A)에 실질적으로 직교하는 편평부(plateau)를 포함하는,
   마이크로펌프.
3. 제2항에 있어서,
   상기 배출 유지 위치(34b)의 편평부는 적어도 15도의 각 원호(angular arc)에 걸쳐 연장되는,
   마이크로펌프.
4. 제3항에 있어서,
   상기 배출 유지 위치(34b)의 편평부는 적어도 20도의 각 원호에 걸쳐 연장되는,
   마이크로펌프.
5. 제1항에 있어서,
   상기 캠 종동자는 챔퍼링된 선단 코너들(chamfered leading corners; 38a, 38b)을 포함하는,
   마이크로펌프.
6. 제1항에 있어서,
   상기 배출 섹션은 상기 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션 및 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션(28, 30)에 대해 45도 미만의 각도(β)로 경사진 배출 램프 부분들(34a)을 포함하는,
   마이크로펌프.
7. 제1항에 있어서,
   상기 배출 섹션은 상기 배출 섹션을 펌프 챔버 풀 위치와 펌프 챔버 공백 위치 사이의 전체 축방향 변위의 실질적으로 동일한 서브유닛으로 분할하도록 구성된 하나 또는 2개의 배출 유지 위치(34b)를 축방향 위치에 포함하는,
   마이크로펌프.
8. 제1항에 있어서,
   상기 로터는 회전 구동부에 결합되며, 상기 회전 구동부는 상기 로터가 상기 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션(28)과 상기 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션(30)의 중간의 배출 유지 위치들에서 정지하여 유지될 수 있게 하는 스테퍼 위치들을 갖는 스테퍼 모터를 포함하고, 상기 배출 유지 위치들은 상기 스테퍼 위치들의 정수배에 대응하는,
   마이크로펌프.
9. 제1항에 있어서,
   상기 캠 트랙은 상기 로터의 헤드(10)에 장착되고, 상기 캠 종동자는 상기 스테이터에 장착되는,
   마이크로펌프.
10. 제9항에 있어서,
    상기 캠 시스템은 반경방향 외측 캠 트랙(22) 및 연관된 반경방향 외측 캠 종동자(36)와, 반경방향 내측 캠 트랙(22') 및 연관된 반경방향 내측 캠 종동자(36')를 포함하여, 적어도 2개의 캠 트랙(22, 22') 및 연관된 캠 종동자(36, 36')를 포함하며, 상기 반경방향 외측 캠 트랙과 상기 반경방향 내측 캠 트랙은 서로 직경 상에서 대향되며 360도에 걸쳐 전개되는 동일한 캠 프로파일을 획정하는,
    마이크로펌프.
11. 제10항에 있어서,
    상기 캠 시스템은 2개의 캠 트랙을 포함하고, 상기 반경방향 외측 캠 트랙과 상기 반경방향 내측 캠 트랙은 서로 직경 상에서 대향되는,
    마이크로펌프.
12. 마이크로펌프로서,
    스테이터(4);
    적어도 부분적으로 상기 스테이터 내에 슬라이딩 가능하고 회전 가능하게 장착된 로터(6) - 상기 로터는 제1 직경(D1)을 갖는 제1 축방향 연장부(24) 및 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경(D2)을 갖는 제2 축방향 연장부(26)를 포함함 -;
    제1 밸브가 개방 위치에 있을 때 제1 밸브 씰을 가로질러 액체 연통을 허용하도록 구성된 상기 로터 내의 제1 채널(42)과 함께, 상기 제1 축방향 연장부의 둘레에서 상기 스테이터에 장착된 상기 제1 밸브 씰(18)에 의해 형성된 제1 밸브(V1);
    제2 밸브가 개방 위치에 있을 때 제2 밸브 씰을 가로질러 액체 연통을 허용하도록 구성된 상기 로터 내의 제2 채널(44)과 함께, 상기 제2 축방향 연장부의 둘레에서 상기 스테이터에 장착된 상기 제2 밸브 씰(20)에 의해 형성된 제2 밸브(V2);
    상기 로터와 상기 스테이터의 사이 및 상기 제1 밸브 씰과 상기 제2 밸브 씰의 사이에 형성된 펌프 챔버(8); 및
    상기 로터의 회전의 함수로서 상기 스테이터에 대해 상기 로터를 축방향으로 변위시키기 위해 상기 로터 또는 상기 스테이터 중 하나에 배치된 캠 트랙(22, 22') - 상기 캠 트랙은 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션(28), 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션(30), 흡입 섹션(32), 및 배출 섹션(34)을 포함함 - 및 상기 로터 또는 상기 스테이터 중 다른 하나에 배치된 캠 종동자(36, 36')를 포함하는 캠 시스템:
    을 포함하고,
    상기 캠 시스템은 반경방향 외측 캠 트랙(22) 및 연관된 반경방향 외측 캠 종동자(36)와, 반경방향 내측 캠 트랙(22') 및 연관된 반경방향 내측 캠 종동자(36')를 포함하여, 적어도 2개의 캠 트랙(22, 22') 및 연관된 캠 종동자(36, 36')를 포함하며, 상기 반경방향 외측 캠 트랙과 상기 반경방향 내측 캠 트랙은 360도에 걸쳐 전개되는 동일한 캠 프로파일을 획정하는 것을 특징으로 하는,
    마이크로펌프.
13. 제12항에 있어서,
    상기 캠 시스템은 2개의 캠 트랙을 포함하고, 상기 반경방향 외측 캠 트랙과 상기 반경방향 내측 캠 트랙은 서로 직경 상에서 대향되는,
    마이크로펌프.
14. 제12항에 있어서,
    상기 배출 섹션은 배출 단계 중에 펌프 사이클 용량의 부분적인 송출을 위해 상기 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션과 상기 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션의 사이에 축방향 중간 위치를 규정하는 배출 유지 위치(34b)를 포함하는,
    마이크로펌프.
15. 제14항에 있어서,
    상기 배출 유지 위치(34b)는 상기 로터(6)의 회전축(A)에 실질적으로 직교하는 편평부를 포함하는,
    마이크로펌프.
16. 제15항에 있어서,
    상기 배출 유지 위치(34b)의 편평부는 적어도 15도의 각 원호에 걸쳐 연장되는,
    마이크로펌프.
17. 제16항에 있어서,
    상기 배출 유지 위치(34b)의 편평부는 적어도 20도의 각 원호에 걸쳐 연장되는,
    마이크로펌프.
18. 제12항에 있어서,
    상기 캠 종동자는 챔퍼링된 선단 코너들(38a, 38b)을 포함하는,
    마이크로펌프.
19. 제12항에 있어서,
    상기 배출 섹션은 상기 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션 및 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션(28, 30)에 대해 45도 미만의 각도(β)로 경사진 배출 램프 부분들(34a)을 포함하는,
    마이크로펌프.
20. 제12항에 있어서,
    상기 배출 섹션은 상기 배출 섹션을 펌프 챔버 풀 위치와 펌프 챔버 공백 위치 사이의 전체 축방향 변위의 실질적으로 동일한 서브유닛으로 분할하도록 구성된 하나 또는 2개의 배출 유지 위치(34b)를 축방향 위치에 포함하는,
    마이크로펌프.
21. 제12항에 있어서,
    상기 로터는 회전 구동부에 결합되며, 상기 회전 구동부는 상기 로터가 상기 밸브 폐쇄 챔버 풀 섹션(28)과 상기 밸브 폐쇄 챔버 공백 섹션(30)의 중간의 배출 유지 위치들에서 정지하여 유지될 수 있게 하는 스테퍼 위치들을 갖는 스테퍼 모터를 포함하고, 상기 배출 유지 위치들은 상기 스테퍼 위치들의 정수배에 대응하는,
    마이크로펌프.
22. 제12항에 있어서,
    상기 캠 트랙은 상기 로터의 헤드(10)에 장착되고, 상기 캠 종동자는 상기 스테이터에 장착되는,
    마이크로펌프.

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