(57)【要約】一体的なポンプである内蔵型ポンプが、開示されている。このポンプは、リザーバと、ポンピングメカニズムと、少なくとも1つの出口とを有している。前記ポンピングメカニズムは、リザーバの制御された圧縮のために、リザーバ中の必要とされる量の流体を少なくとも1つの出口へと吐出する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体的なポンプとして、リザーバと、ポンピングメカニズムと、少なくとも１つの出口とを具備し、前記ポンピングメカニズムは、リザーバの制御された圧縮のために、リザーバ中の必要とされる量の流体を少なくとも１つの出口へと吐出する、内蔵型ポンプ。
【請求項２】
入口を更に具備し、この入口は、前記出口を兼ねている、請求項１に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項３】
前記リザーバは、複数の壁を有し、これら複数の壁は、上壁と、少なくとも１つの側壁と、底壁とを含み、これら複数の壁の少なくとも１つは、剛性を有し、また、これら複数の壁の他の少なくとも１つは、可撓性を有している、請求項１又は２に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項４】
前記ポンピングメカニズムは、前記リザーバの少なくとも１つの前記壁に少なくとも１つの圧電気式アクチュエーターを有している、請求項１ないし３のいずれか１に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの出口全体に渡って可撓性の膜を更に具備している、請求項１ないし４のいずれか１に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項６】
前記可撓性の膜は、薄くて、透明である、請求項５に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項７】
前記リザーバ中に中央コアを更に具備し、前記少なくとも１つの出口は、この中央コアとアライメントされている、請求項１ないし６のいずれか１に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項８】
前記中央コアは、前記リザーバと前記少なくとも１つの出口との間の流体連通のための、中央コアを貫通した少なくとも１つのホールを有している、請求項７に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項９】
前記中央コアは、前記上壁と前記底壁との間に延び、これら上壁と底壁とにシールし、前記中央コアは、剛性を有している、請求項３に従属する請求項７又は８に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項１０】
少なくとも１つの開口部が、前記上壁と前記底壁との一方に形成され、前記少なくとも１つの開口部は、前記中央コアとアライメントされている、請求項１０に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項１１】
前記中央コアは、中空のシリンダーである、請求項７ないし１０のいずれか１に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項１２】
前記リザーバへの圧縮の低減により、必要とされる量の流体の一部を、前記少なくとも１つの出口を通して、前記リザーバ中に吸引する、請求項１ないし１１のいずれか１に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの圧電気式アクチュエーターは、前記少なくとも１つの側壁を囲む一重のつる巻き線と、前記少なくとも１つの側壁を囲む二重のつる巻き線と、前記底壁に設けられた少なくとも２つの圧電気式アクチュエーターと、前記少なくとも１つの側壁が複数の側壁を有している場合の、これら複数の側壁のコーナーポストと、前記複数の側壁の対向壁に夫々設けられた１つの圧電式アクチュエーターとからなるグループから選択された少なくとも１つを有している、請求項４に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか１に記載の内蔵型ポンプを具備する、光学装置用の流体レンズ装置。
【請求項１５】
前記光学装置は、デジタルカメラと、携帯電話のデジタルカメラと、内視鏡と、セキュリティシステム用カメラと、光学式記憶デバイスと空なるグループから選択された少なくとも１つである、請求項１４に記載の流体レンズ。
【請求項１６】
請求項１ないし１３のいずれか１に記載の内蔵型ポンプを具備する、薬物の吐出を制御するための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
「内蔵型ポンプ」と称され、２００６年７月５日に提出された先の米国仮特許出願第６０／８１８，３３８号が、参照され、この出願の内容は、全体が、本明細書に組み込まれ、この出願の優先権が請求される。
【０００２】
本発明は、内蔵型ポンプに関し、詳細には、ポンプと一体的なリザーバとポンピングメカニズムと出口とを有するポンプに関するが、これに限定されない。
【背景技術】
【０００３】
一般に、ポンプの基本的な構成要素には、リザーバと、接続導管と、ポンピング領域と、出口と、ポンプハウジングとが含まれる。ポンプのサイズは、多くの場合、必要とされるパフォーマンスに関連付けられる。多くの産業は、現在、製品を小型化する傾向にある。このような小型化には、比較的小さなポンプの必要性が増している。リザーバと接続導管とは、利用可能なエッチング技術により、ナノメータースケールに容易に小型化されることができる。しかし、実際のポンピングメカニズムは、多くの場合、ポンプの小型化を限定する要因である。この限定する要因は、ポンプの効率又は物理的なサイズであり得る。現在のポンプは、将来の適用例において十分に小さくはない。正確な制御のための機能を有する比較的小さなポンプの必要性がある。
【発明の概要】
【０００４】
例示的な一態様に係われば、一体的なポンプとして、リザーバと、ポンピングメカニズムと、少なくとも１つの出口とを有し、前記ポンピングメカニズムは、リザーバの制御された圧縮のために、リザーバ中の必要とされる量の流体を、少なくとも１つの出口へと吐出する、内蔵型ポンプが提供される。
【０００５】
この内蔵型ポンプは、入口を更に有することができ、この入口は、前記出口を兼ねている。前記ポンピングメカニズムは、リザーバの少なくとも１つの壁に少なくとも１つの圧電気式アクチュエーターを有することができる。
【０００６】
前記リザーバは、複数の壁を有することができる。これら複数の壁は、上壁と、少なくとも１つの側壁と、底壁とを含むことができる。これら複数の壁の少なくとも１つは、剛性を有することができる。これら複数の壁の他の少なくとも１つは、可撓性を有することができる。
【０００７】
この内蔵型ポンプは、前記少なくとも１つの出口全体に渡って可撓性の膜を更に有することができる。
【０００８】
この内蔵型ポンプは、更に、前記リザーバ中に中央コアを有することができ、前記少なくとも１つの出口は、この中央コアとアライメントされている。この中央コアは、リザーバと少なくとも１つの出口との間の流体連通のための、中央コアを貫通した少なくとも１つのホールを有することができる。この中央コアは、前記上壁と底壁との間に延び、これら上壁と底壁とにシールすることができる。この中央コアは、剛性を有することができる。少なくとも１つの開口部が、前記上壁と底壁との一方に形成されることができる。前記少なくとも１つの開口部は、中央コアとアライメントされることができる。この中央コアは、中空のシリンダーであり得る。
【０００９】
前記リザーバへの圧縮の低減により、必要とされる量の流体の一部を、前記少なくとも１つの出口を通して、前記リザーバ中に吸引することができる。
【００１０】
前記少なくとも１つの圧電気式アクチュエーターは、少なくとも１つの側壁を囲む一重のつる巻き線と、少なくとも１つの側壁を囲む二重のつる巻き線と、少なくとも１つの側壁が複数の側壁を有する場合の、これら複数の側壁のコーナーポストと、複数の側壁の対向した壁に夫々設けられた圧電気式アクチュエーターとの少なくとも１つを有することができる。
【００１１】
他の例示的な態様に係われば、光学装置用の流体レンズ装置が提供され、前記流体レンズは、上述されたような内蔵型ポンプを有している。前記光学装置は、デジタルカメラと、携帯電話のデジタルカメラと、セキュリティシステム用カメラと、光学式記憶デバイスとの少なくとも１つであり得る。
【００１２】
更なる例示的な態様に係われば、上述されたような内蔵型ポンプを有する、薬物の吐出を制御するための装置が提供される。
【００１３】
本発明が、十分に理解され、容易に実施され得るために、添付図面を参照して説明される単なる例示的な実施形態が、非限定的な例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】例示的な一実施形態のポンピングの原理を示す概略図である。
【図２】他の例示的な実施形態の正面斜視図である。
【図３】他の例示的な実施形態の正面斜視図である。
【図４】更なる例示的な実施形態の正面斜視図である。
【図５】更なる他の例示的な実施形態の正面斜視図である。
【図６】更なる別の例示的な実施形態の正面斜視図である。
【図７】最後の例示的な実施形態の正面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面の図において、同じ参照符号が、所定の頭の数字が関連の図を示す、同様の部材に使用される。
【００１６】
図１の例示的な一実施形態に係われば、リザーバ１０２と、ポンピングメカニズム１０３と、出口１０４との全てが、１つのデバイスに組み込まれたポンプ１０１が、与えられている。このポンプ１０１は、出来るだけ実用的な形状を有することができ、可撓性の複数の側壁１０５を有している。前記ポンピングメカニズムのアクチュエーター１０３は、上壁１０６と底壁１０７との一方又は両方の中か上にあり得る。このアクチュエーター１０３の動作により、上壁１０６と底壁１０７との一方又は両方が、図１の（ｂ）に示されているように、圧縮される。これら壁１０６，１０７の一方又は両方の圧縮により、前記リザーバ１０２中の容積ΔＶは減じられ、リザーバ１０２中の圧力ΔＰは増加する。ΔＶ＜０、ΔＰ＞０である。リザーバ１０２中の内部圧力がこのように増加すると、リザーバ中の流体が、出口１０４を通って押し出される。この圧縮の制御が正確であると、ポンプ１０１の出力が正確となる。全ての部材が一体的であることにより、サイズが減じられることができ、薬物の吐出、光学系、マイクロ冷凍(micro-refrigeration)、半導体デバイスの冷却等を含む様々な適用例において有用である。前記出口１０４は、前記側壁１０５、上壁１０６、及び底壁１０７のいずれか１つに形成されることができる。また、この出口１０４は、１つ以上形成されることもできる。出口１０４が１つ以上ある場合、これら出口は、異なる壁１０５，１０６，１０７に形成されることができる。
【００１７】
前記ポンピングメカニズムのアクチュエーター１０３は、前記上壁１０６並びに/若しくは底壁１０７の全体又は一部からなることができる。これらアクチュエーターは、上壁１０６並びに/若しくは底壁１０７と一体的であっても良いし、上壁１０６並びに/若しくは底壁１０７にしっかりと取着されても良い。これらアクチュエーター１０３は、円形、環状、片持ち形状、多角形、長方形、正方形、螺旋形、渦巻き形等を含む、適切な又は必要な形状であり得るが、これに限定されない。前記出口１０４は、図１で中央に形成されるように示されているが、側壁１０５、上壁１０６、並びに/若しくは底壁１０７の１つ以上の適切な場所に形成されても良い。前記アクチュエーター１０３は、マイクロサイズのアクチュエーターであることが好ましく、ポンプ１０１は、マイクロ又はナノサイズであり得る。
【００１８】
また、ポンプ１０１は、ポンプ１０１の容積が、上壁１０６並びに/若しくは底壁１０７への圧縮を少なくしたり止めたりすることにより、増加したときに、リザーバ１０２の外側の流体が、リザーバ１０２中に吸引されることができるように、動作することもできる。かくして、このため、出口１０４は、また、入口でもあり得る。上壁１０６並びに/若しくは底壁１０７への圧縮量を変更することにより、異なる量の流体が移動され得る。正確な量の流体が、デバイスの上壁１０６並びに/若しくは底壁１０７の正確な圧縮により、移動されることができる。
【００１９】
このポンプ構造体は、様々な適用例に用いられることができる。ポンプの形状は、適切かつ実用的な形状であり得る。ポンプの壁の少なくとも１つは、可撓性の材料で形成され、この壁は、図１に示されているように、側壁１０５である。この可撓性の壁１０５の材料は、与えられた圧縮力により撓んで、ポンプ１０１の容積を減じるように、可撓性を有する必要がある。適切な壁の材料は、例えばＰＤＭＳのような全てのエラストマー材料を含む。
【００２０】
前記可撓性の壁１０５の変形は、様々な方法でなされることができる。上壁１０６並びに/若しくは底壁１０７は、上述されたように圧縮されても良いし、コアから内側に引っ張られても良い。外部からの圧縮は、単一又は複数のアクチュエーター１０３を使用して果たされることができる。これらアクチュエーターは、例えば、電圧、紫外線光、ｐＨ等のような信号の導入により変形する。これらアクチュエーターは、フォトメカニカル材料(photomechanical material)で形成可能である。与えられる電圧を正確に制御することにより、可撓性の壁を正確に圧縮し、かくして、ポンピングの流量が正確になり得る。アクチュエーターの変形のメカニズムは、圧電気、空気圧、磁気、水圧等に基づき得る。
【００２１】
外部からの圧縮に加えて、これら壁は、また、内部の力により変形されることもできる。例えば、前記可撓性の壁に磁粉が含まれ、磁気コアがデバイスの中央に位置される場合、この壁は、コアの動作により、このコアに向けて引っ張られることができる。
【００２２】
光学系の適用例のための、可能なＰＺＴ駆動溶液(PZT-actuated solutions)の幾つかの例が、図２ないし６に与えられている。図２には、リザーバ２０２を形成している端壁２０６，２０７と可撓性の側壁２０５とを有する円筒形のポンプ２０１がある。これら端壁２０６，２０７の一方又は両方は、端壁２０６並びに/若しくは端壁２０７の内面にあり得るポンプアクチュエーター２０３を有することができる。リザーバ２０２中には、比較的剛性な材料からなることが好ましい中空の中央コア２０８がある。この中央コア２０８は、端壁２０６，２０７間に延び、これら端壁とシールしている。出口２０４が、上壁２０６に形成され、中央コア２０８とアライメントされている。
【００２３】
前記中央コア２０８は、円筒形（図示されているように）であっても良いし、他の適切な形状であっても良い。また、この中央コアは、リザーバ２０２中の圧力が上昇又は低下したときに流体が通るための１つ以上のホール２０９を有している。このようにして、リザーバ２０２は、流体をストアし、中央コアは、出口２０４までの流体用の導管として機能する。ポンプが使用されていないとき、この出口２０４の流体の表面張力が高いと、流体が中央コア２０８中に移動することは防止される。前記ホール２０９は、円形、正方形、長方形、又はその他の任意の形状であり得る。このため、ポンプ２０１は、出口２０４での流体の泡のサイズ並びに形状を制御するのに使用されることができる。
【００２４】
前記中央コア２０８は、ポンプ２０１の動作中に移動しないことが好ましい。中央コア２０８が移動してしまうと、流体は不正確に噴射され、従って、ポンプ２０１のパフォーマンス全体に悪影響を与え得る。動作中に中央コア２０８を比較的しっかりと固定し続ける幾つかのオプションがあり：比較的堅く、より好ましくは互いに平行な端壁２０６，２０７の一方又は両方と組み合わさることが好ましい堅い材料（即ち、アクリル、エポキシ、金属）の使用がある。
【００２５】
前記可撓性のリザーバ２０２は、前記中央コア２０８を囲むように位置されている。前記側壁２０５は、可撓性を有し、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）のような可撓性の材料であり得る。この側壁２０５は、既存のモールド成形技術又はエッチング技術により成形されることができる。この側壁２０５の弾性率並びに厚さは、ポンプ２０１のパフォーマンスを変えるために変更されることができる。ポンプ２０１の形状は、円筒形（図示されているように）、立方形、球形、並びに、この他の必要な又は所望の形状であり得る。
【００２６】
図３では、中央コア３０８とホール３０９とが、図２の実施形態のようになっている。アクチュエーター３０３が、可撓性の側壁３０５のコーナーポストを形成している。上壁３０６と底壁３０７とは、両方が比較的剛性を有している。この場合、４つのアクチュエーター３０３が、リザーバ３０２中の流体の圧縮の高度な制御を与えるために、個々に、分離して制御可能であり得る。開口部３０４が、底壁３０７に形成され、中央コア３０８とアライメントされている。
【００２７】
図４では、ポンプ４０１が、ホール４０９を有する同じ中央コア４０８を備えている。上壁４０６は、側壁４０５のように、比較的剛性を有している。底壁は、比較的可撓性を有し、この底壁に装着された２つの片持ち形状のアクチュエーター４０３を有している。これらアクチュエーター４０３は、底壁４０７の長さ全体に渡って延びていても良いし、底壁４０７の長さの一部に渡って延びていても良い。これら２つのアクチュエーター４０３は、底壁４０７の両端部に夫々図示されている。これらアクチュエーターは、底壁４０７の必要な又は所望の位置に配置されることができる。また、アクチュエーター４０３は、必要な又は所望の数であり得る。
【００２８】
図５のポンプ５０１は、ホール５０９を有する同じ中央コア５０８を備えている。上壁５０６は、底壁５０７のように、比較的剛性を有している。側壁５０５は、比較的可撓性を有し、側壁５０５の両側に装着された２つの片持ち形状のアクチュエーター５０３を有している。これらアクチュエーター５０３は、各側壁５０５の長さ全体に渡って延びていても良いし、各側壁５０５の長さの一部に渡って延びていても良い。これら２つのアクチュエーター５０３は、側壁５０５の両側に図示されている。これらアクチュエーターは、側壁５０５の必要な又は所望の位置に配置されることができる。アクチュエーター５０３は、必要な又は所望の数であり得る。
【００２９】
図６のポンプ６０１は、ホール６０９を有する同じ中央コア６０８を備えている。上壁６０６は、底壁６０７のように比較的剛性を有している。円筒形の側壁６０５は、比較的可撓性を有し、この側壁に装着された螺旋形又は渦巻き形のアクチュエーター６０３を有している。このアクチュエーター６０３は、側壁６０５の高さ全体に渡って延びていても良いし、側壁６０５の高さの一部に渡って延びていても良い。このアクチュエーター６０３は、側壁６０５の必要な又は所望の位置に配置されることができ、一重又は二重のつる巻き線であり得る。このつる巻き線のピッチは、必要又は所望に応じて設定されることができる。
【００３０】
ポンプ１０１は、限られたスペースでしか利用することのできない適用例において、理想的である。このポンプ１０１は、デジタルカメラ、カメラ付き携帯電話、内視鏡、セキュリティシステム用カメラ、光学式記憶ドライブ(optical storage drives)を含む、しかしこれに限定されない、幅広い光学的画像の適用例に使用される液体レンズを(liquid lens)を駆動させるのに効果的である。液体レンズは、レンズに対して流体を追加又は除去することにより曲率を変更することによって、焦点距離を変えることが可能であり、このレンズは、出口１０４の所の液滴である。このレンズは、例えば、ＩＣ部品、可変マルチジェットノズル等と共に使用されるためのマイクロ冷凍システムのような他の分野で使用されることもできる。
【００３１】
液滴の曲率を変更するために、流体が、この液滴に対して移動されなければならない。図７は、液体レンズ７１０を駆動させる、提案されたポンプ７０１の可能な構造を示している。図７のポンプ７０１は、図２ないし６に示されているような構造により取って変えられ得る、簡略化されたデザインである。レンズを形成する液滴７１０の液体がポンプ７０１から流れ出るのを防止するために、可撓性の膜７１１が、ポンプ７０１の上部と底部とに加えられている。この膜７１１は、薄くて透明であることが好ましい。アクチュエーターは、図示されていないが、図１ないし６のいずれか１つに示されているような形態、若しくは必要又は所望に応じた形態に従い得る。
【００３２】
ポンプ１０１（ポンプ２０１，３０１，４０１，５０１，６０１を含む）のための他の適切な適用例では、薬物の吐出が、ポンプ１０１が、アクチュエーター１０３の正確な変位により正確な量の流体を移動させ得るように、制御される。例えば、ポンプ１０１は、インシュリンを注射するのに適しており、マイクロリッターのみのインシュリンのが、数分毎に人体中に注射される必要がある。現在の商業的な装置は、かなりかさばり、カートリッジは、数日毎に交換される必要がある。ポンプ１０１は、インシュリンのポンプのサイズをかなり減じ、患者への不快感を低減する。ポンプ１０１のサイズが小型であるため、リザーバ１０２は、カートリッジを交換するまでの時間を長くするように大きくされることができる。このポンプ１０１は、外部で使用されても良いし移植後に使用されても良い。更に、このポンプ１０１の電力消費は、比較的低く、ポンプ１０１は、標準的な乾電池により電力が供給され得る。
【００３３】
前述した説明では例示的な実施形態が説明されたが、デザイン、構造、並びに/若しくは動作の細部の多くの変更が、本発明から逸脱することなく果たされ得ることは、関連した技術の当業者により理解され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年12月19日(2007.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体的なポンプとして、リザーバと、ポンピングメカニズムと、少なくとも１つの出口と、前記リザーバ中の中央コアとを具備し、前記ポンピングメカニズムは、前記リザーバの制御された圧縮のために、リザーバ中の必要とされる量の流体を、前記少なくとも１つの出口へと吐出し、また、前記中央コアは、前記リザーバの上壁と底壁との間に延び、これら上壁並びに底壁とシールし、また、前記中央コアは、剛性を有している、内蔵型ポンプ。
【請求項２】
入口を更に具備し、この入口は、前記出口を兼ねている、請求項１に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項３】
前記リザーバは、複数の壁を有し、これら複数の壁は、前記上壁と、少なくとも１つの側壁と、前記底壁とを含み、これら複数の壁の少なくとも１つは、剛性を有し、また、これら複数の壁の他の少なくとも１つは、可撓性を有している、請求項１又は２に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項４】
前記ポンピングメカニズムは、前記リザーバの少なくとも１つの前記壁に少なくとも１つの圧電気式アクチュエーターを有している、請求項１ないし３のいずれか１に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの出口全体に渡って可撓性の膜を更に具備している、請求項１ないし４のいずれか１に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項６】
前記可撓性の膜は、薄くて、透明である、請求項５に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの出口は、前記中央コアとアライメントされている、請求項１ないし６のいずれか１に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項８】
前記中央コアは、前記リザーバと前記少なくとも１つの出口との間の流体連通のための、中央コアを貫通した少なくとも１つのホールを有している、請求項７に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項９】
少なくとも１つの開口部が、前記上壁と前記底壁との一方に形成され、前記少なくとも１つの開口部は、前記中央コアとアライメントされている、請求項８に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項１０】
前記中央コアは、中空のシリンダーである、請求項７ないし９のいずれか１に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項１１】
前記リザーバへの圧縮の低減により、必要とされる量の流体の一部を、前記少なくとも１つの出口を通して、前記リザーバ中に吸引する、請求項１ないし１０のいずれか１に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの圧電気式アクチュエーターは、前記少なくとも１つの側壁を囲む一重のつる巻き線と、前記少なくとも１つの側壁を囲む二重のつる巻き線と、前記底壁に設けられた少なくとも２つの圧電気式アクチュエーターと、前記少なくとも１つの側壁が複数の側壁を有している場合の、これら複数の側壁のコーナーポストと、前記複数の側壁の対向壁に夫々設けられた１つの圧電式アクチュエーターとからなるグループから選択された少なくとも１つを有している、請求項４に記載の内蔵型ポンプ。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１に記載の内蔵型ポンプを具備する、光学装置用の流体レンズ装置。
【請求項１４】
前記光学装置は、デジタルカメラと、携帯電話のデジタルカメラと、内視鏡と、セキュリティシステム用カメラと、光学式記憶デバイスとからなるグループから選択された少なくとも１つである、請求項１３に記載の流体レンズ。
【請求項１５】
請求項１ないし１２のいずれか１に記載の内蔵型ポンプを具備する、薬物の吐出を制御するための装置。
【国際調査報告】
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2009542958.tif 000011
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