(57)【要約】【課題】一次流体流路内の一次流体の流れを制御する弁を提供する。【解決手段】弁は弁流体流路と、この流路に配置された多孔質誘電体の膜を備え、流路は入口部分と出口部分に分割され、それらの部分の間を流れる弁流体が膜を通過して流れるようにする。第１および第２の電極を配置して量部分間の弁流体と電気的に連絡し、膜の両面間に電位差を印加して弁流体の膜を通る電気浸透流を促進する。弁流体流路内で膜を通って弁流体が移動する結果、弁部材が開位置と閉位置の間で変位し、出口部分に対して出入し、弁部材は、閉位置にあるときは開位置にあるときと比べて、一次流路内の一次流体の流れの限度容量を減少させる。【選択図】        なし
2007504402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次流路内の一次流体の流れを制御する弁であって、
ａ．弁流体流路と、
ｂ．多孔質誘電体の膜であって、前記流路内に配置されて、前記流路を入口部分と出口部分に分割して前記入口部分と前記出口部分の間を流れる弁流体が前記膜を通して流れるようにした膜と、
ｃ．前記弁流体流路の前記入口部分および前記出口部分の弁流体にそれぞれ電気的連絡をとるために配置され、前記膜の両面間に電位を印加して前記膜を通る弁流体の電気浸透流を促進するための第１および第２の電極と、
ｄ．前記膜を通って前記弁流体流路内を弁流体が移動して前記弁流体流路の前記出口部分に出入りする結果、開位置と閉位置の間を変位可能である弁部材であって、前記開位置にあるときと比べて前記閉位置にあるときに、前記一次流路内の前記一次流体の流れに対する限度容量を減少させる弁部材
を備える弁。
【請求項２】
前記弁流体流路の前記出口部分は閉じられ、前記出口部分に対して流入または流出する流体が前記膜を通過して流れる、請求項１に記載の弁。
【請求項３】
前記弁流体流路の前記出口部分の壁の少なくとも一部分が拡張可能な隔壁により境界を定められている、請求項２に記載の弁。
【請求項４】
前記隔壁は弾性変形可能な材料によって設けられている、請求項３に記載の弁。
【請求項５】
前記隔壁は拡張可能なベローズによって設けられている、請求項３に記載の弁。
【請求項６】
前記弁流体流路は側壁と端部壁を有し、前記隔壁は前記側壁に配置されて前記流路は前記弁流体流路の前記出口部分内の流体圧力の増加に応答して横に拡張することが可能である、請求項３に記載の弁。
【請求項７】
前記弁流体流路の前記出口部分は少なくとも部分的に前記一次流路内に配置され、前記弁流体流路の前記出口部分内の流体圧力の増加により前記隔壁が前記一次流路の壁に向かって拡張して前記一次流路を少なくとも部分的に閉じて前記一次流体を流れなくする、請求項３に記載の弁。
【請求項８】
前記隔壁は前記弁流体流路に対して横に、前記一次流路の壁に向かって拡張する、請求項７に記載の弁。
【請求項９】
前記弁流体流路は側壁と端部壁を有し、前記隔壁は前記端部壁において閉じており、前記流路は前記弁流体流路の前記出口部分内の中退圧力の増加に応答して長さ方向に拡張することが可能である、請求項３に記載の弁。
【請求項１０】
前記一次流路は前記一次流体が通過して流れることが可能であるオリフィスを備え、前記弁流体流路の前記端部壁は前記オリフィスに隣接して配置され、前記弁流体流路の前記出口部分内の流体圧力の増加により、前記隔壁が前記オリフィスに向かって拡張して前記オリフィスを少なくとも部分的に閉じて前記一次流体を流れなくする、請求項９に記載の弁。
【請求項１１】
前記弁部材は前記隔壁に搭載されたマンドレルを備え、前記隔壁が前記弁流体流路の前記出口部分内の流体圧力の増加に応答して拡張すると、前記マンドレルが変位する、請求項３に記載の弁。
【請求項１２】
前記一次流路は横に圧縮されてその断面積を減少することが可能な管を備え、前記管は前記弁流体流路に対して、前記隔壁が前記弁流体流路の前記出口部分内の流体圧力の増加に応答して拡張するときに、前記隔壁の前記管に当接する動作により圧縮されるように配置されている、請求項３に記載の弁。
【請求項１３】
前記弁部材は前記一次流路の一部を形成する圧縮可能な管を備え、前記圧縮可能な管は前記弁流体流路の前記出口部分と流体連絡しているチャンバ内に配置され、前記弁流体流路の前記出口部分内に弁流体が流入する結果、前記チャンバ内の流体圧力が増加することにより、前記圧縮可能な管の圧縮が引き起こされて前記圧縮可能な管を通る前記一次流体の流れを減少させることが可能である、請求項１に記載の弁。
【請求項１４】
前記弁流体流路の前記入口部分は閉じられて、前記入口部分に対して流入または流出する流体が前記膜を通って流れる、請求項１に記載の弁。
【請求項１５】
前記弁流体流路内に配置されたある量の弁流体と、前記一次流路内の一次流体を含み、前記弁流体と前記一次流体の組成が相互に異なる、請求項１４に記載の弁。
【請求項１６】
前記弁流体流路の前記入口部分は前記一次流路と連通している、請求項１に記載の弁。
【請求項１７】
弁部材ハウジングを備え、前記弁部材ハウジング内で前記弁部材は前記開位置と閉位置の間を移動可能である、請求項１に記載の弁。
【請求項１８】
前記弁部材ハウジングは前記一次流路と連通するハウジング入口とハウジング出口を有し、前記一次流路に沿って流れる前記一次流体は前記弁部材ハウジング、前記ハウジング入口および前記ハウジング出口を通って流れる、請求項１７に記載の弁。
【請求項１９】
前記弁部材ハウジングを通る前記一次流体の流れの方向は一般に前記弁部材がその開位置および閉位置の間で移動する方向に横である、請求項１８に記載の弁。
【請求項２０】
前記弁部材は前記弁部材ハウジングに密接に嵌合し、前記弁部材の対向面と前記弁部材ハウジングの間にシールが形成されて前記一次流体と前記弁流体の混合を最小限にする、請求項１７に記載の弁。
【請求項２１】
前記弁部材は、前記弁部材が前記開位置にあり、前記一次流体が前記ハウジングを通して流れるときに、前記ハウジング入口と前記ハウジング出口に整列することが可能な流路を提供する、請求項２０に記載の弁。
【請求項２２】
前記流路は、前記弁部材の、縮小した断面を持つ領域により規定されている、請求項２１に記載の弁。
【請求項２３】
前記流路は、前記弁部材を通って延びる開口部により規定されている、請求項２１に記載の弁。
【請求項２４】
前記弁部材ハウジングは、第１の端部を備え、前記弁部材がその開位置から閉位置に移動するときに前記第１の端部に向かって移動し、さらに、対向する第２の端部を備え、前記弁部材がその閉位置から開位置に移動するときに前記第２の端部に向かって移動し、かつ、前記弁部材ハウジングは、その第１の端部においてまたは第１の端部に向かって、前記弁流体流路の前記入口部分と連通する第１の開口部と、その第２の端部においてまたは第２の端部に向かって、前記弁流体流路の前記出口部分と連通する第２の開口とを有する、請求項１７に記載の弁。
【請求項２５】
一次流体の流れを制御するポンプに駆動体弁として内蔵された、請求項１に記載の弁。
【請求項２６】
一次流路内の一次流体の流れを制御するポンプであって、
ａ．下記を備える駆動体弁：
ｉ．弁流体流路、
ｉｉ．多孔質誘電体の膜であって、前記流路内に配置されて、前記流路を入口部分と出口部分に分割して前記入口部分と前記出口部分の間を流れる弁流体が前記膜を通して流れるようにした膜、
ｉｉｉ．前記弁流体流路の前記入口部分および前記出口部分の弁流体にそれぞれ電気的連絡をとるために配置され、前記膜の両面間に電位を印加して前記膜を通る弁流体の電気浸透流を促進するための第１および第２の電極、および
ｉｖ．前記膜を通って前記弁流体流路内を弁流体が移動して前記弁流体流路の前記出口部分に出入りする結果、開位置と閉位置の間を変位可能である弁部材であって、前記開位置にあるときと比べて前記閉位置にあるときに、前記一次流路内の前記一次流体の流れに対する限度容量を減少させる弁部材
ｂ．前記駆動体弁の上流に配置され、前記駆動体弁による動作を受ける前記一次流路内への一次流体の流れを制御する入口弁、並びに
ｃ．前記駆動体弁の下流に配置され、前記駆動体弁による動作を受ける前記一次流路内からの一次流体の放出を制御する出口弁
を備えるポンプ。
【請求項２７】
前記弁流体流路内の前記弁流体の流れを制御する係止弁を備える、請求項２６に記載のポンプ。
【請求項２８】
前記係止弁は請求項１９に記載の弁である、請求項２７に記載のポンプ。
【請求項２９】
前記入口弁および前記出口弁の少なくとも１つは請求項１に記載の弁である、請求項２６に記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路内の流体の流れを制御する弁および流路内の流体の流通を制御するポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
導管を通る流体の流れはポンプや弁のような部品を用いて制御することが可能である。ポンプと弁を操作して流量のようなパラメータを制御することが可能であり、混合物中の成分の相対的流量の調節を用いて混合物の組成を変えることが可能である。
【０００３】
流体の流れを正確に制御することは多くの医療用途、例えば医薬の送達および体液の排液において重要であり得る。流れの制御が重要である装置としてはインスリンや麻酔剤のような医薬を分注するポンプ、および脊髄液を排液するための水頭症シャントが挙げられる。
【０００４】
医療用途において医薬および流体を正確に制御することは、患者の治療において、特に制御された量の医薬を患部に局所的に供給することが可能ならば、面倒な事態を最低限にするのに役立つ。正確な制御は投与された医薬の効能を最適化するのに役立ち得る。制御された量を使用することは、医薬の浪費を最低限にし、従って治療コストを最低限にするのに役立ち得る。医薬の流れを制御する埋め込み装置は装置の操作が患者に依存しないようにすることにより処方された投薬計画が確実に順守されるようにするのに役立ち得る。
【０００５】
医薬の正確な、局所的な制御は、埋め込み制御装置により容易にすることが可能である。特許文献１（米国特許第６，２８７，２９５号明細書）は半透膜を用いて医薬の送達速度を制御する埋め込み可能な装置に関する。しかしながら、いったん埋め込んでしまうと、膜を通過する医薬の流量を容易に調整することができない。
【０００６】
電気浸透流制御装置は、誘電体製の半透膜の両面の液体に電位差を印加する。液体が膜の多孔質誘電体に対して高いゼータ電位を生じることが可能である限り、電位差を印加すると、おそらく溶媒（例えば荷電された化学種を溶媒和している溶媒、または粘性牽引による溶媒塊として）と共に、膜を通過する荷電された化学種の透過が起きる。この技術を用いて、例えばポンプを用いて生成された圧力下で、液体が供給される速度を制御することが可能である。この技術は、就中、膜におよび膜を透過する液体として使用可能な材料の詳細を含む技術が特許文献２（米国特許出願公開第２００２／１８９９４７号明細書）に記載されている。この特許文献に開示されている主題は引用により本願明細書に導入される。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，２８７，２９５号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２／１８９９４７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、一次流路内の一次流体の流れを制御する弁であって、弁流体の電気浸透流の結果、開および閉位置の間で変位可能である弁部材を備え、前記弁部材が前記閉位置にあるときには前記弁部材が前記一次流路内の前記一次流体を遮断し、前記弁部材が前記開位置にあるときには前記一次流路内の前記一次流体の流れを許容する弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従って、一態様によれば、本発明は、一次流路内の一次流体の流れを制御する弁であって、
ａ．弁流体流路と、
ｂ．多孔質誘電体の膜であって、前記流路内に配置されて、前記流路を入口部分と出口部分に分割して前記入口部分と前記出口部分の間を流れる弁流体が前記膜を通して流れるようにした膜と、
ｃ．前記弁流体流路の前記入口部分および前記出口部分の弁流体にそれぞれ電気的連絡をとるために配置され、前記膜の両面間に電位を印加して前記膜を通る弁流体の電気浸透流を促進するための第１および第２の電極と、
ｄ．前記膜を通って前記弁流体流路内を弁流体が移動して前記弁流体流路の前記出口部分に出入りする結果、開位置と閉位置の間を変位可能である弁部材であって、前記開位置にあるときと比べて前記閉位置にあるときに、前記一次流路内の前記一次流体の流れに対する限度容量を減少させる弁部材
を備える弁を提供する。
【００１０】
本発明の弁の利点は、膜の両面間の電位差を印加しまたは変化させて膜を通る流体の流れの速度や方向（またはその両方）を制御することを可能にすることにより弁を制御することが可能であることにある。このことは、使用時に弁に対するアクセスが制限されている場合に特に有利であり得る。このことが該当するのは、また、特に、弁が人や動物の体内に埋め込まれている場合である。しかしながら、同様に該当するのは、弁が別の何らかの仕方でアクセス不能である場合、例えば、弁が囲い（例えば、流体供給装置用のケーシング）の中にある場合、または無線または有線信号（例えば、遠隔通信信号）を用いて印加された電位差に変化を起こすことが可能であるときに、弁がオペレーターから遠い位置にある場合である。
【００１１】
本発明の弁は多孔質誘電体製の膜を貫通する弁流体の電気浸透流を利用している。この効果が生起するのは流体が誘電体固体と接触し、自然の電気化学的相互作用により、界面領域の流体に薄層の正味電荷密度が生成する場合である。印加された電界はこの界面に垂直な成分を含むので正味電荷の移動を引き起こす。粘性作用により、中性である隣接流体に運動が付与される。従って、本発明の弁の弁流体流路では、第１および第２の電極を用いて膜の両面間に印加された電位差により膜を貫通する液体の電気浸透流が生じる。
【００１２】
電気浸透流は広範囲の流体および誘電体を用いて生成することが可能である。実際、本発明の利点は、一次流体の個々の要件や性質を参照することなく、弁を操作するために最適の流体を選択することができるように、弁流体一次流体から分離することが可能であることにある。弁流体は多孔質誘電体に対するゼータ電位が高いという状態を提供するものであることが必要である。流体は純粋な流体または純粋な流体の混合物のいずれであってもよい。流体には導電性種、特に流体に溶解してイオンを形成する材料を添加したものであってもよい。上記単一の流体または各流体は高い誘電率（例えば、約５〜１００相対単位）、低い動粘性係数（例えば、約０．１〜２センチポイズ）および低い導電率（例えば、約１０-4〜１０-14 ｍｈｏ・ｍ-1）を有していることが好ましい。
【００１３】
弁流体は少なくとも１種の添加剤を含み、流体のイオン強度を制御することが可能である。添加剤は流体に完全に溶解することが好ましい。添加剤の種類と濃度は多孔質誘電体媒体中の空孔のサイズにより課せられる条件の下でゼータ電位を上昇または最適化するようなものであることが好ましい。
【００１４】
表面部位のイオン化の程度は流体のｐＨによって決まる。ほとんどの場合、表面が正味中性であり、従ってゼータ電位がゼロであるｐＨが存在する。ゼータ電位が最大値に達するのは表面が正味中性であるｐＨを顕著に上回るｐＨ（酸性表面部位）、または顕著に下回るｐＨ（塩基性表面部位）に対してである。イオン化可能な表面部位を、化学反応もしくは接合により材料に付加することが可能であり、あるいはプラズマもしくは放射線処理による反応性表面化学性質の創成もしくは欠陥の創出により材料に誘導することが可能である。
【００１５】
弁流体に使用可能な流体の例としては、水、環状炭酸塩、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、１−ペンタノール、１−ヘキサノール、１−ヘプタノール、ベンジルアルコール、ニトロメタン、ニトロベンゼン、ブタノン、ジメトキシメタン、ジメチルアセタミド、ジオキサン、ｐ−ジオキサン、アセトニトリル、ホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、アセトン、酢酸、トリエチルアミン、ジクロロメタン、エチレングリコール、ジメチルスルホキシド、酢酸アンモニウムが挙げられる。
【００１６】
弁流体はゼータ電位に影響を与え得る添加物を含んでいてもよい。イオン種はゼータ電位と反対の電荷符号を持つことが可能である。弁流体に含まれるイオン種は一価であるのが好ましい。完全にイオン化する種を用いて流体のイオン強度を調整することが可能である。部分的にイオン化する種は流体のｐＨを調整するのに使用することが可能である。有用なイオン化および干渉添加剤の例としてはハロゲン化アルカリ塩、鉱酸および塩基、有機酸および塩基、ホスホン酸塩、ホウ酸塩、酢酸塩、クエン酸塩、リンゴ酸塩、蟻酸塩、炭酸塩、塩素酸塩、硝酸塩、硫酸塩および亜硫酸塩、硝酸塩および亜硝酸塩、アンモニウム塩、メチルアンモニウム塩、エチルアンモニウム塩、プロピルアンモニウム塩、ＢＩＳ、ＭＥＳ、ＴＲＩＳ、ＴＥＳ、ＨＥＰＥＳおよびＴＥＡが挙げられる。
【００１７】
弁流体と多孔質誘電体の材料は、ゼータ電位が少なくとも約１ｍＶ、特に少なくとも約３０ｍＶであるようなものであるのが好ましい。一般に、ゼータ電位は約１５０ｍＶ以下、例えば約１２０ｍＶ以下である。ゼータ電位の符号は正でも負でもよい。符号および大きさに影響する因子としては、流体の誘電率、流体のｐＨ、流体のイオン強度および流体中のイオンのタイプが挙げられる。
【００１８】
多孔質誘電体の表面は普通弁流体の存在下でイオン化される酸性または塩基性部位を示すことが必要である。これらのイオン化可能表面部位は上記物質に天然の性質であるか、または表面物質上にある種が吸着した結果であってもよい。イオン化された部位を本来的に創出することが可能な物質の例としては、シリカ（酸性表面部位を示す）、塩基性または酸性表面部位を示すことが可能であるアルミナ（両性）、ナイロンのようなポリアミド（酸性（カルボキシル）および塩基性（アミン）表面部位の両方を示すことが可能である−双性イオン）が挙げられる。ゼータ電位の符号は正味表面電荷の符号と同じである。
【００１９】
イオン化部位を本来的には創成することができない膜（例えば、ポリオレフィン、例えばポリエチレンまたはポリプロピレンあるいはそれらの混合物）はイオン性界面活性剤のような添加剤を用いて修飾することが可能である。そのような膜をあるイオン性界面活性剤（例えば、硫酸ドデシルナトリウム）を含む溶液に暴露すると、界面活性剤の嫌気性末端がポリマーに吸着し、そのため界面活性剤の帯電末端が表面上に電荷部位として出現する。
【００２０】
膜の誘電体は高ゼータ電位、ゼータ電位の符号、流体中の不溶性および安定性、低導電率、および充分な機械的強度の性質のために選択される。膜に使用できる誘電体の例としては、セラミック酸化物、ガラス、セラミック窒化物、ある種のポリマー、カーバイドおよびシリサイドが挙げられる。
【００２１】
適切な酸化物物質の例としては、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化セリウム、酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、および酸化タンタルが挙げられる。これらの酸化物はアモルファス、ガラス状、または結晶性であり、他の微量酸化物成分を有する混合物に組み合わせてもよい。
【００２２】
適切な窒化物物質の例としては、窒化ケイ素、窒化フッ素、および窒化アルミニウムが挙げられる。
【００２３】
適切なポリマーの例としては、スルホン化フッ素ポリマー（例えばナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）という商標で販売されているもの）、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリビニリデン・フルオライド、ポリアミド（ナイロン）、シリコーン・エラストマーおよびポリメタクリレートが挙げられる。
【００２４】
ある種の半導体、例えばカーバイド（例えば、チタン・カーバイド）およびシリサイド（例えば、ゲルマニウム・シリサイド）を膜に使用することが可能である。
【００２５】
膜の空孔の形状は弁の性能に影響し、この形状には長さと幅、および捩れが含まれる。適切な多孔質膜の形成および設計パラメータの詳細は既知である。
【００２６】
好ましくは、弁流体流路は環状部材を備え、環状部材内に膜が配置されて環状部材をその長さに沿って離隔した２つの部分に分割している。この環状部材は、特に製造を容易にするために、その長さの少なくとも実質的な部分に沿って一般に一定の断面を有することが多い。多くの場合、環状部材は、その軸線に沿った断面で見ると、丸みを帯びた形状（特に円形）を有する。しかしながら、他の形状、例えば正方形または矩形も想定することができる。
【００２７】
弁流体流路の環状部材は充分な機械的強度を持ち、その内部に生じる圧力に耐える必要がある。材料は、使用時に接触する流体に適合性であり、かつ非透過性であることが必要である。
【００２８】
膜は別部品として作製し、次いで環状部材に、またはシートに搭載することが可能である。
【００２９】
電気浸透流性質を示す装置の材料、構成、操作の他の詳細は既知であり、例えば米国特許出願公開第２００２／１８９９４７号明細書および本明細書に引用されている特許文献に記載されている。
【００３０】
弁流体流路は多孔質誘電体の膜により境界を定めることが可能であり、入口および出口部分がそれぞれの面にあり、それぞれ拡張可能な入口および出口隔壁により境界を定められ、これらの入口および出口隔壁は膜の対抗面にそれぞれ接着されている。膜は電気浸透効果を発揮するのに必要とされる多孔質誘電性が局所領域に付与されたシートに提供することが可能である。次いで、入口および出口隔壁を上記局所領域の外側の位置においてシートに接着することが可能である。弁流体流路が膜によって境界を定められ、内側および外側隔壁がこのように構成されている弁の利点は、弁流体流路が環状部材により提供されている弁と比べて、厚さがより小さいために、高さが低いことである。
【００３１】
本発明の弁のさらなる利点は、弁によって流れが制御される一次流体は弁によって実証される電気浸透流効果に必要な性質を持っている必要がないことである。従って、弁を用いて、通常の操作条件は膜の誘電体に対するゼータ電位を示すことができない流体の流れを制御することが可能である。また、粘度が高過ぎて弁を用いて適切な誘電体の膜を貫通して流れることができない流体の流れを制御することが可能である。一次流体が電気浸透の効果を示すことを利用する代わりに、これらの効果を一次流体とは異なる、本明細書において弁流体と呼ばれる流体により提供することが可能である。弁流体の電気浸透流は弁部材の変位を引き起し、ついでこの変位により機械的に一次流体流路の容量を制御するように、例えば流路に沿った一次流体の流量に影響を与えるように、または一次流体用の流路の容積に影響を与えるように弁部材が動作することが可能である。
【００３２】
弁流体流路の出口部分は一般に閉じたチャンバであり、そのため出口部分に対して流入または流出する流体は膜を貫通して流れる。従って、弁流体流路の出口部分に対して流入または流出する流体の流れが弁流体流路の出口部分の容積を、例えば出口部分の壁の少なくとも一部の変形（例えば内方または外方変形）により、変化させる。例えば、この変形は弁流体流路の外部に配置された弁部材が一次流路に対抗して動作するときの外方変形であり得る。この変形は、一次流路が弁流体流路の出口部分を貫通して延びる圧縮可能な管を備えているときの内方変形であり得る。この場合、圧縮可能な管は弁流体流路の出口部分の内壁の境界を定めている。
【００３３】
好ましくは、弁流体流路の出口部分の外壁の少なくとも一部分が拡張可能な隔壁により境界を定められている。この隔壁は、隔壁の物質が弾性的に変形可能出ある場合に風船のように拡張するように構成することが可能である。
【００３４】
弁流体流路の出口部分の壁の一部分（または全部）の境界を定める隔壁は弾性的に変形可能な物質により提供することが可能である。例えば、エラストマー物質を用いることが可能である。適切なエラストマー物質は使用時に弁が接触する流体に従って選択される。例としては、ある種のシリコーン、エチレン−プロピレン共重合体およびウレタンが挙げられる。隔壁用の変形可能な物質の特性、例えば変形可能性に影響する厚さその他の因子が弁の意図された用途に従って選択され、これらの特性にはその物質が暴露される圧力が含まれる。ある種の変形可能なポリマー物質は架橋により最適化することが可能である。
【００３５】
弾性的に変形可能な物質から形成される隔壁は、比較的に変形可能ではない（弁の正常な操作時には実質的に変化しないように）環状弁流体流路に設けることが可能である。隔壁は環状流路の表面に封止することが可能であり、弁流体が空間に流入する環状流路の開口部はこの隔壁によって境界が定められる。例えば、１つ以上の開口部を環状流路の縦側壁に設けることが可能であり、あるいは１つ以上の開口部を環状流路の端部壁に設けることが可能である。
【００３６】
隔壁は拡張可能なベローズにより設けることが可能である。拡張可能なベローズは形状を変化させることにより、隔壁の物質の顕著な変形を伴って、または伴わずに、弁流体流路の出口部分の容積の変化に適応することが可能である。例えば、隔壁は弁流体流路の容積が比較的小さいときは折り畳まれる小型の構成をとり、弁流体流路の容積がより大きいときには、折り畳み部が開放される伸長した構成を採るようにすることが可能である。
【００３７】
好ましくは、弁流体流路は側壁と端部壁を有する環状部材を備え、隔壁が側壁に配置され、流路が弁流体流路の出口部分の流体圧力に応答して横に拡張することが可能である。弁流体流路の側壁に設けられた隔壁は、好ましくは流路の壁、特に側壁の１つ以上の開口部を用いて、前記流路の内部と連通する。隔壁は弁流体流路に封止されて弁流体の損失を防止する必要がある。
【００３８】
弁流体流路の出口部分を、特に弁流体流路が環状部材を備える場合に、少なくとも部分的に一次流路内に配置して、弁流体流路の出口部分の流体圧力が増加すると出口部分の隔壁が（例えば、弾性的に変形可能な物質の変形により、またはベローズの拡張により、またはこれらの両方の組合せにより）一次流路に向かって拡張して、一次流路の限度容量を制御することが可能である。好ましくは、隔壁は弁流体流路に対して横に、一次流路の壁に向かって拡張する。この配置が特別の用途を有するのは、隔壁が弁流体流路の側壁に配置され、前記流路の出口部分の側壁の流体圧力の増加に応答して横に拡張する場合である。次いで、隔壁は一次流路の内壁と弁流体流路の間の空間を少なくとも部分的に閉じてこの空間を通る一次流体の流れを制限または停止することが可能である。
【００３９】
弁流体流路が、側壁と端部壁を有する環状部材を備えているときは、隔壁を端部壁に配置して、弁流体流路が弁流体流路の出口部分の流体圧力の増加に応答して長さ方向に拡張可能であるようにすることが可能である。この配置が用途を有するのは、一次流路がオリフィスを備え、このオリフィスを通して一次流体が流動可能であり、かつ弁流体流路の端部壁がこのオリフィスに隣接して配置されている場合である。弁流体流路の出口部分の流体圧力の増加により、出口部分の隔壁が（例えば、弾性的に変形可能な物質の変形により、またはベローズの拡張により、またはこれらの両方の組合せにより）オリフィスに向かって拡張して、オリフィスを少なくとも部分的に閉じ一次流体を流れなくなるようにすることが可能である。この配置が適しているのは、入口および出口隔壁が、その局所領域が多孔質誘電体の膜となっているシートに固定されている上述の弁の構成を使用する場合である。
【００４０】
隔壁は、特に弁流体流路が環状部材を備えている場合に、弁流体流路の表面に固定されたバルーンとして配置することが可能である。例えば、隔壁は弁流体流路の環状部材の端部に、およびその周りにエンベロープとして、環状部材の外表面に固定して設けることが可能である。
【００４１】
弁部材は隔壁に搭載されたマンドレル（ｍａｎｄｒｅｌ）を備え、隔壁が弁流体流路の出口部分の流体圧力の増加に応答して拡張するようにすることが可能である。これにより、オリフィスをより正確に封止してオリフィスを閉じて、例えばマンドレルの端部の形状をオリフィスの形状に適切に一致させることによって、流体を流れないようにすることが可能である。マンドレルは、ふつう、比較的剛直な物質で作成されるので、その形状を保持する。もっとも、マンドレルは変形可能な物質の外表面を有し、一次流路の形状と一致させることが可能である。これは特にマンドレルがオリフィスその他の形状の凹部に嵌合することを企図されている場合である。
【００４２】
本発明において電気浸透流装置を使用する利点は、一次流体の流量を精密に制御することが可能であることにある。電気浸透装置は弁流体流路の出口部分に生成される圧力が膜の両面間の電位差にほぼ線形に増加するように構成することが可能である。膜の両面間の電位差が約１８ボルトのときに出口部分の圧力が約４００ｋＰａとなるような装置を構成することが可能である。
【００４３】
一次流路は、横に圧縮されてその断面積と限度容量を低減することが可能である管を備えていてもよい。そのような面積の減少の結果、一次流路を通る流体の流量を減少させることが可能である。また、一次流路を用いて、特に顕著な長さにわたって一次流路を圧縮することにより、一次流体に利用可能な一次流路の容積の減少を引き起こすことが可能である。管が圧縮される長さは、単に流体の流れに対して管を閉じるのに必要であるよりも大きくしてもよい。このようにすると、弁を以下に詳細に説明するようにポンプの一部分として使用するときに有用であり得る。
【００４４】
圧縮可能な管は、弁流体流路に対して、管が弁流体流路の出口部分の流体圧力の増加に応答して拡張するときに隔壁の対抗する動作により圧縮されるように、配置されている結果、圧縮することが可能である。特に好ましいのは、弁部材が隔壁に搭載されたマンドレルを備え、隔壁が拡張すると変位して圧縮可能な管に接触することである。圧縮可能な管は、弁流体流路の入口側と出口側の間に弁流体を流動させる結果、特にチャンバを弁流体流路の出口側と連通させ、かつ流体をチャンバ内に流入させることにより、圧力が変化し得るチャンバ内に配置することが可能である。
【００４５】
本発明の弁の弁部材は一次流路の一部分を形成する圧縮可能な管により提供することが可能であり、この圧縮可能な管は弁流体流路の出口部分と連通するチャンバ内に配置されており、そのため、弁流体が弁流体流路の出口部分に流入する結果前記チャンバにおいて流体圧力が増加すると、圧縮可能な管の圧縮を引き起こして圧縮可能な管を通る一次流体の流れを減少させ、かつ圧縮可能な管の容積を減少させることが可能である。
【００４６】
弁流体流路の入口部分が閉じたチャンバであり、この入口部分に対して流入または流出する流体が膜を通って流動することが好ましいことがある。このようにして、弁流体は弁流体流路内に保持され、一次流路内の流体とは混合し得ない。これにより、一次流体の特性とは独立に、弁の膜部品を通る電気浸透流特性を最適化するように弁流体を選択することが可能となる。
【００４７】
しかしながら、多孔質誘電体の膜の両面間の電位差に暴露されたときに一次流体が電気浸透流を示すことが可能である場合は、弁流体流路の入口部分を一次流路と連通して配置することが可能である。
【００４８】
本発明の弁は弁部材ハウジングを備え、弁部材内で弁部材がその開位置と閉位置の間を移動することが可能である弁部材は膜を通って弁流体が流動する結果、弁流体の圧力が変化するためその開位置と閉位置の間を移動するようにすることが可能である。弁部材ハウジングは一次流路と連通するハウジング入口とハウジング出口を有し、一次流路に沿って流動する一次流体が弁部材ハウジング、ハウジング入口およびハウジング出口を通って流動するようにすることが可能である。弁部材が閉位置にあるときは、一次流体の流動用の一次流路の限度容量は、弁部材がその開位置にあるときに比べて減少している。これに伴って、一次流路の断面積が（従ってその容積も）減少することがある。一次流路は、弁部材が閉位置にあるときは、一次流体の流動に対して完全に、または部分的にのみ閉じることが可能である。
【００４９】
弁部材は一次流体に流路を提供して弁部材ハウジングを通って流動するようにすることが可能であり、弁部材ハウジングは弁部材が開位置にあるときはハウジング入口およびハウジング出口と整列させることが可能である。
【００５０】
一次流路は弁部材ハウジングと連通させて一次流路に沿って流動する一次流体が弁部材ハウジングを通って弁部材を越えて、弁部材の周りにまたは弁部材を通って流動するようにすることが可能である。好ましくは、弁部材ハウジングを通る一次流体の流動の方向は一般に弁部材が開位置および閉位置の間を移動または往復する方向に対して横断方向である。例えば、弁部材がシャトル軸にそって移動するとき、ハウジング入り口およびハウジング出口は、それぞれ、シャトル軸に一般に平行に延びているハウジングの壁に設けられている。ハウジング入口とハウジング出口が相互に対向して配置されるのが特に好ましいことがある。しかしながら、弁部材を越える、廻るまたは通る流路のデザインに従って他の配置が想定される。例えば、流路は断面積の減少した弁部材の領域により境界を定めて、一次流体が弁部材の表面を越えて流動するようにすることが可能である。流路は弁部材を貫通して延びている開口により境界を定めて、一次流体が弁部材を貫通して流動するようにすることが可能である。
【００５１】
弁部材が移動する方向を横断して弁部材を貫通して一次流体が流れることの利点は、弁部材ハウジング入口と弁部材ハウジング出口の間で、弁部材が一次流路内において圧力差にさらされないことである。
【００５２】
好ましくは、弁部材は弁部材ハウジングにぴったりと嵌合して弁部材とハウジングの対向面の間に密閉が形成されて一次流体と弁流体の混合が最小になる。この一般的な種類のスライディング・シールを形成する技法は、往復する弁部材がハウジング内を移動することを許容しつつ密閉を提供するのに必要な公差の詳細を含めて、既知である。
【００５３】
好ましくは、弁部材は第１の部分を備え、この第１の部分はハウジングに密接して嵌合し、弁部材の第１の部分と、ハウジングの隣接内面の間に流体が容易に流れることができない。また弁部材は第２の部分を備え、この第２の部分は第１の部分と比べて狭い断面を有し、ハウジングを通って弁部材の第２の部分の周りに流体が流れることを可能にしている。弁部材の第１および第２の部分の断面形状は同様であり、第２の部分の面積が第１の部分の面積よりも小さいことが一般に好ましい。例えば、ハウジングと弁部材の第１の部分の断面がともに丸い、特に円形である場合、弁部材の第２の部分の断面は同様に丸く、特に円形であり、そのため流体が弁部材を通過してその第２の部分の周りを流れることが可能であることが好ましい。しかしながら、非円形断面、例えば卵形または矩形状断面を使用することも可能である。ハウジングと弁部分に非円形断面を使用することの利点は、弁部材の穴と弁部材ハウジングの入口および出口穴の整列が維持されることである。
【００５４】
好ましくは、シャトル弁部材ハウジングは、第１の端部を備え、弁部材がその開位置から閉位置に移動するときに前記第１の端部に向かって移動し、また、対向する第２の端部を備え、弁部材がその閉位置から開位置に移動するときに前記第２の端部に向かって移動する。好ましくは、弁部材ハウジングは、その第１の端部においてまたは向かって、弁流体流路の入口部分と連通する第１の開口部と、その第２の端部においてまたは向かって、弁流体流路の出口部分と連通する第２の開口とを有する。この構成により、弁部材膜の両面間の電位差を調節することにより、弁部材を所望の位置に係止（ｌａｔｃｈ）することが可能となる。弁部材は、膜の両面間の電位差の極性を適切に変化させることにより、ハウジングを通して可逆的に駆動することが可能である。一次流体の流動方向が弁部材の移動する方向に一般に垂直である間は、弁部材は電位差を印加せずに所望の位置に効果的に係止可能である。
【００５５】
弁ハウジング入口と弁ハウジング出口の一方または双方を、壁であって、弁部材がその開位置と閉位置の間でそれに向かったりそれから離れたりする壁に配置することが可能である。例えば、入口と出口の一方を弁部材の移動に対して平衡に延びている壁に配置し、他方を端部壁に設けることが可能である。弁部材の移動に対して平行な壁の開口部は弁部材が閉位置にあるときは弁部材により閉塞され、弁部材が開位置にあるときは部分的または完全に開かれることが可能である。
【００５６】
弁部材用のハウジングを用いる本発明の弁の性能特性は弁ハウジングと弁部材の大きさを適切に選択することにより変えることが可能である。変えることが可能なパラメータとしては弁部材が弁の開位置と閉位置の間を移動する距離（「ストローク」）と、ハウジング（弁部材とほぼ同じである）の断面積が挙げられる。比較的に短いストロークと比較的に大きい断面積を組み合わせると、より大きな力が生成されて弁部材をその開位置と閉位置の間で移動させることが可能になるという利点を持つことが可能である。これは、一次流路内の流体が高圧である場合に適切であり得る。また、弁が迅速に動作するのを容易にすることができる。比較的長いストロークにすると、弁を通る一次流体の流れを変調することが可能になるという利点が得られる。
【００５７】
本発明のシャトル弁の大きさは意図する用途とシャトル弁を収容するのに利用可能な空間に従って、そして、また、使用時に弁を通って流れるのに必要とされる一次流体の量とその流体の圧力に従って、選択される。シャトル弁部材は、横の大きさ（弁部材が円形断面を有する場合は直径となる）が少なくとも約０．５ｍｍ、例えば少なくとも約１．０ｍｍまたは少なくとも約２．０ｍｍであることが可能である。多くの用途に対して、横の大きさは約５．０ｍｍ以下、例えば約４．０ｍｍ以下または約３．０ｍｍ以下である。ある用途に対しては、より小さいシャトル弁部材を使用することが可能であり、例えば横の大きさが１．０ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下、特に約０．１ｍｍ以下のものを使用することが可能である。
【００５８】
シャトル弁部材と弁部材ハウジングを作製するのに用いられる材料は、弁が使用されるときに接触する液体に対して不活性であり、摩耗に耐性であり、（許容し得る公差に）製造容易であり、低摩擦であるように選択される。ハウジングをポリマー材料、例えばポリオレフィンまたはポリカーボネートで形成するのが便利である。このようにすると、成形技法を用いて製造することが可能になるという利点がある。また、弁流体流路の入口部分と出口部分の一方または双方に信頼性をもって接続を形成することが可能であることも意味する。シャトルは金属、例えばステンレス鋼で形成することが可能である。金属−ポリマーの組合せにおける摩擦による損失は低い。本発明の弁はシリコンを主体とする材料から、例えば半導体ウェハ製造方法を用いて製造することが可能である。
【００５９】
本発明は一次流体の流れを制御する複合弁であって、一般的に上述したような弁流体流路と、多孔質誘電体と、第１および第２の電極と、弁部材と、さらに、上述したようなシャトル弁部材を備えた係止弁を備える複合弁を提供する。
【００６０】
一次流路は、その中の流体の流れの方向と流量を制御する内側弁を備えていてもよい。一方向内側弁を、管内に、本発明の弁のそれぞれの側に配置することが可能であり、その場合、この弁は流体ポンプにおいてポンプ駆動体として機能することができる。好ましくは、一次流路を少なくとも部分的に圧縮可能な管により設ける。駆動体弁の上流の一方向内側弁は下流の一方向内側弁まで流体が流れることができるようにする。駆動体弁を作動すると、圧縮可能な管の中の液体が、圧縮可能な管内の内部圧力の増加のために開く下流弁を通って放出される。
【００６１】
本発明の弁は弁部材を好ましい位置に向けて付勢する（ｂｉａｓｉｎｇ）手段を備えていてもよい。この好ましい位置は、例えば弁が一次流体の流れに対して開いている位置、または弁が一次流体の流れに対して閉じている位置であってもよい。付勢手段を設けると、例えば弁が出力を失うまたは他の何らかの故障の場合に対する安全性の機構を提供することが可能である。付勢手段は、例えば、弁部材に作用し弁部材が弁の正常な動作において移動するときに弾性的に変形し得るバネ部材によって提供することが可能である。
【００６２】
従って、他の局面では、本発明は、一次流路内の一次流体の流れを制御するポンプを提供し、このポンプは、
ａ．下記を備える駆動体弁：
ｉ．弁流体流路、
ｉｉ．多孔質誘電体の膜であって、前記流路内に配置されて、前記流路を入口部分と出口部分に分割して前記入口部分と前記出口部分の間を流れる弁流体が前記膜を通して流れるようにした膜、
ｉｉｉ．前記弁流体流路の前記入口部分および前記出口部分の弁流体にそれぞれ電気的連絡をとるために配置され、前記膜の両面間に電位を印加して前記膜を通る弁流体の電気浸透流を促進するための第１および第２の電極、および
ｉｖ．前記膜を通って前記弁流体流路内を弁流体が移動して前記弁流体流路の前記出口部分に出入りする結果、開位置と閉位置の間を変位可能である弁部材であって、前記開位置にあるときと比べて前記閉位置にあるときに、前記一次流路内の前記一次流体の流動に対する限度容量を減少させる弁部材
ｂ．前記駆動体弁の上流に配置され、前記駆動体弁による動作を受ける前記一次流路内への一次流体の流れを制御する入口弁、並びに
ｃ．前記駆動体弁の下流に配置され、前記駆動体弁による動作を受ける前記一次流路内からの一次流体の放出を制御する出口弁
を備える。
【００６３】
本明細書に記載された本発明の弁の特長は本発明のポンプの駆動体弁に導入することができる。
【００６４】
好ましくは、ポンプは弁流体流路内の弁流体の流れを制御する係止弁を備えることが可能である。係止弁は本発明のシャトル弁であることが可能である。好ましくは、入口弁と出口弁の一方またはそれぞれが本発明の弁であり得る。好ましくは、入口弁と出口弁の一方またはそれぞれが係止弁を備えそれぞれの弁流体流路において弁流体の流れを制御する。この係止弁またはそれぞれの係止弁は本発明のシャトル弁であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
本発明の実施形態を、添付図面を参照して実施例により説明する。
【００６６】
添付図面を参照すると、図１は一次流路内の一次流体の流れを制御する弁２を示す。一次流路はバッフル４および導管壁６により境界を定められる。
【００６７】
弁は流路８を備え、流路８は一定量の弁流体１０を含む。弁流体流路８は２つの管状部分１２、１４を備え、管状部分１２、１４は多孔質誘電体から形成された部材１６の両側に配置されている。多孔質誘電体は、例えば多孔質にした酸化アルミニウム・セラミックであり得る。適切な材料およびそれら材料を多孔質にする技法の詳細は既知である。管１２、１４はそれぞれ膜１６に接着剤を用いて接着されている。接着剤は管内に延びている、膜上の突起（耳部）の外表面と管の内表面との間に設けることが可能である。
【００６８】
管１２、１４はそれぞれ、弁流体および一次流体に適合し得る剛性ポリマー材料で形成される。管を形成し得る材料の例としては、金属（特にステンレス鋼）およびポリマー（例えば、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン等）が挙げられる。管の肉厚は使用時に弁の正常な動作圧力にさらされたときに変形しないことを保証するのに充分なものであることが必要である。
【００６９】
管はそれぞれ一定の断面を有する。管はそれぞれ（膜から離隔した）自由端部において閉じている。管は、平面壁を管セクションに、例えば接着剤を用いて、または溶接により、接合することにより閉じることが可能である。
【００７０】
管にはそれぞれその自由端部に向かって一連の穴を形成してある。例えば、管はそれぞれ６個の穴を形成してあり、その周面のまわりに均一に配列されている。
【００７１】
管はそれぞれ管状スリーブ２０、２２を有し、管状スリーブ２０、２２は管の外表面に接合されて穴１８を覆い、液密シールを提供して弁流体の損失を阻止している。スリーブはそれぞれ弾性変形可能なエラストマーで形成されており、このエラストマーは伸長可能であり、それ自体と各管の外表面との間の空間に弁流体を収容することができる。
【００７２】
管１２、１４はそれぞれ電極２４、２６を備え、電極２４、２６は部材１６のそれぞれの面に配置されている。これらの電極はＤＣ電源に接続するために配置されている。
【００７３】
管１２、１４と膜１６を備える弁流体流路８はバッフル４に対して管１４がバッフルを通って延び、バッフルに対して密封されるように搭載されている。この密封により、一次流路からバッフルを通って一次流体が流れることが防止される。
【００７４】
電極２４、２６を用いて多孔質材料１６の膜の両面間に電位差を印加すると、弁流体１０が弁流体流路の入口管１２と出口管１４の間を流れるようになる。弁流体流路内の流体（管１２、１４の外表面と管状隔膜スリーブ２０、２２の間の流体を含む）の体積は一定のままである。この印加と誘電体の膜１６の両面管の電位差により入口管１２と出口管１４の間の液体の分布が決まる。これらの管のいずれかにおける液体の体積の変化は管状隔壁スリーブ２０、２２と、それぞれの管の隣接する外表面の間の空間の拡張により提供される。
【００７５】
図１−ａでは、弁流体は膜１６の入口側１２が出口側１４の流体の体積と比べると多い。その結果、管状部材隔壁２２は伸長されておらず、管１４の表面に近い低プロフィルの輪郭を有する。これに対して、入口側の管状スリーブ部材２２は拡張されて弁流体を収容している。これは電極２４、２６の間に電位差を印加した結果である。
【００７６】
管状隔壁スリーブ２２が収縮していると、一次流体は一次流路を通って流路の外壁６と弁２の間の空間内を流れることが可能である。これは図１−ａに示す通りである。
【００７７】
図１−ｂでは、電極２４、２６間に印加される電位差は極性が逆転しており、弁流体は膜１６の入口側１２から出口側１４に流れる。これにより、入口側の管状隔壁スリーブ２０が収縮することが可能となるが、出口側の管状部材隔壁２２は一次流導管の壁６の内表面に接触するまで拡張して、導管と弁２との間に密封を形成する。これにより一次流導管内の一次流体の流れが遮断される。従って、弁は閉じられる。
【００７８】
弁は、もう１度電極２４、２６間の電位差を逆転させることにより図１−ｂに示す閉じた構成から図１−ａに示す開いた構成に復帰させることが可能である。
【００７９】
図２は弁の他の構造を示す。この構造では多孔質誘電体５０がバッフル５２の一部分として形成されている。図１に示すように、バッフルは壁５４とともに一次流体の流導管５６の境界を定めている。
【００８０】
弁流体流路が設けられており、多孔質誘電体の部材５０と、変形可能な隔壁シール５８、６０により境界を定められているバッフルのそれぞれの側の空間とにより境界が定められている。
【００８１】
電極６２、６４がバッフル５２の両側に、バッフル５２とそれぞれの隔壁シール５８、６０の間の空間内に収容されている弁流体に接触するように設けられている。
【００８２】
電極６２、６４を用いて膜５０の両面間に電位差を印加すると、弁流体を（隔壁シール５８により境界が定められている）膜の入口側から（隔壁シール６０により境界が定められている）出口側に移動させることが可能である。
【００８３】
図２−ａに示すように、弁流体は主として膜の入口側に配置されている。従って、一次流体は一次流路５６を流れることが可能である。
【００８４】
図２−ｂに示すように、弁流体は大部分膜の出口側に配置されている。これにより、膜は膨張し、流路の対向面６６と接触する。流路の出口分岐管６８により設けられている穴は隔壁シール６０が前記穴に当接する動作の結果、閉じられる。
【００８５】
図３は一次流路８０内の一次流体の流れを制御する弁を示す。一次流路は圧縮可能な管を備える。液体を導くために圧縮可能な管を使用することは、特に医療用途においては、周知である。適切な材料の例としては、例えば、ポリウレタン、シリコーン等が挙げられる。一次流路は支持体８２に隣接して配置される。
【００８６】
弁は多孔質誘電体を作製するように形成された膜８４並びに入口管および出口管８６、８８を有する電気浸透ポンプを備える。膜並びに入口管および出口管は一緒に弁流体流路を形成し、この弁流体流路はある量の弁流体９０を収容する。
【００８７】
入口管８６の自由端部は可撓性隔壁シール９２を用いて閉じられている。出口管８８の自由端はベローズ９４を備え、ベローズ９４にはマンドレル９６が取り付けられ、マンドレル９６の端部は一次流路の圧縮可能な管８０に対向している。
【００８８】
電極９８、１００が入口管および出口管８６、８８内の液体と接触して弁流体流路内に備えられている。
【００８９】
膜８４の両面間に電位差を印加すると、弁流体が入口管および出口管８６、８８の間を流れるようになる。入口端における隔壁シール９２の形状が変化して入口管内の弁流体の変化をもたらすことが可能である。
【００９０】
同様に、出口管８８に接するベローズ９４は拡張して出口管８８内の弁流体の体積の増加をもたらすことが可能である。
【００９１】
ベローズ９４が拡張するとマンドレル９６が一次流路の圧縮可能な管に向かって移動する。引き続きマンドレルを移動すると管が圧縮され、一次流体の流量が減少する。
【００９２】
弁流体を逆方向に流してマンドレルを圧縮可能な管から撤退するようにして、一次流路を開いて一次流体が流れるようにすることが可能である。これは膜８４の両面間に印加される電位差の極性を逆転させることにより達成することができる。
【００９３】
出口管８８はバッフル１０２に搭載される。バッフル１０２は支持体８２と一次流路の圧縮可能な管８０に対して空間的に固定される。
【００９４】
図４に示す弁においては、弁流体と一次流体が相互に流体連絡し、同じ組成を有する。もちろん、このようにするには、その流れを本発明の弁により制御されるべき一次流体が電気浸透流に関与することが可能であることが必要である。
一次流体
【００９５】
図２に示す弁と同様に、図４に示す弁は多孔質誘電体の膜１２０を備え、この膜はバッフル１２２に埋設されている。隔壁シール１２４が膜の出口側に設けられている。電極１２６、１２８が膜１２０の両面間に電位差を印加することを可能にしている。
【００９６】
弁は入口側には隔壁シールを備えていない。その代わり、膜の入口側は、バッフル１２２の開口部１３２を通って一次流体出口１３０に向かって流れる一次流体に暴露されている。
【００９７】
膜１２０の両面間に電位差を印加すると、信頼性をもって、弁流体（一次流体と同じである）が膜を通って膜と隔壁シール１２４の間の空間内に流入するようにすることが可能である。次いで、隔壁シールは出口導管１３０を閉じて一次流体の流れを阻止することが可能である。
【００９８】
図５−ａに示すバルブは、弁部材が隔壁１４０を備え、隔壁１４０は弁流体流路１４４の端部１４２に設けられている。弁流体流路はその中に多孔質誘電体の部材１４６を上述のように関連する電極と共に設けてある。弁流体流路はその入口端部に拡張可能な貯留槽１４７を有する。隔壁は、チャンバ１４８内に配置され、チャンバ１４８は一次流体用の入口１５０と２つの出口１５２、１５３を有する。図５−ａに示す場合は、隔壁は開位置にあり、膨張していないので、流体は入口１５０からチャンバ内に、そして２つの出口へ流れることが可能である。図５−ｂに示す場合は、隔壁は閉位置にあり、（バルーンのように）膨張しているので、入口１５０と出口１５３は隔壁により塞がれ、入口１５０と出口１５２、１５３のそれぞれとの間の流体の流れが阻止される。なお、チャンバは１つより多い入口または１つ以上の出口を持つように変更することもできよう。弁は１つより多い隔壁を備えるように、または１つより多い電気浸透装置を備えるように変更することもできよう。
【００９９】
図５−ａおよび図５−ｂに示すように、図示した弁は係止弁１５４を備える。係止弁１５４は図８および図９を参照して後に説明する種類のシャトル弁であり得る。
【０１００】
図６に示す本発明の弁では、弁部材は圧縮可能な管１６０を備え、この管は一次流路１６２の一部分を構成している。圧縮可能な管はチャンバ１６４内に配置されており、チャンバ１６４は弁流体流路１６６の出口部分と流体連絡している。弁流体流路は多孔質誘電体の膜１６８と、関連する電極１７０を備え、流路の出口部分と入口部分１７２の間に流体が流れるようにする。従って、部材１６８の両面間に印加された電位差により弁流体流路の出口部分に弁流体が流入する結果、前記チャンバ内の流体圧力が増加すると、圧縮可能な管の圧縮を引き起こして、圧縮可能な管１６０を通る一次流体の流れを減少（または完全に閉じる）ことが可能になる。
【０１０１】
図７−ａに示す弁は弁部材１８２を備え、弁部材１８２は、弁部材ハウジングを規定するチャンバ１８４内に滑り込むことが可能である。このチャンバは一次流体の入口１８６と出口１８８を有する。このチャンバは弁流体流路の出口部分と連通しており、この出口部分は多孔質誘電体の膜１９０と関連する電極１９１を含む。弁流体流路はその入口端部に弁流体用の弾性的に拡張可能な貯溜槽１９２を備える。弁部材は、入口１８６が開いており、流体がチャンバを通って入口１８６から出口１８８へ流れることが可能な、図７−ａに示す開位置と、入口１８６が閉じている、図７−ｂに示す閉位置の間を滑動する。弁部材の位置を適切に微細制御すると、弁部材が入口を部分的にのみ覆うように弁部材を配置することにより、入口を部分的に閉じることが可能になる。
【０１０２】
図８および図９が関係する弁の構成では、膜の入口側および出口側の両方の弁流体が弁部材に作用し、それにより弁部材ハウジング内で弁部材が往復（またはシャトル）動作で移動することが可能である。
【０１０３】
図８−ａに示す弁はシャトル弁部材２００を備え、シャトル弁部材２００は弁部材ハウジング２０２内を滑動することが可能である。弁部材ハウジングはポリカーボネート材料から成形される。シャトル弁部材はステンレス鋼から作製される。弁部材ハウジングはその両端が、上述の種類の電気浸透装置の入口管および出口管２０４、２０６にそれぞれ接続されている。この弁を用いて、弁部材ハウジング２０２の内部と連通する管２０８により規定される一次流路を通る一次流体の流れを制御する。
【０１０４】
図８−ａに示す弁は膜２１０を備え、膜２１０は入口管および出口管２０４、２０６内の弁流体と接触している電極を有する。膜２１０の両面間に電位差を印加すると膜２１０を横切る弁流体の移動が引き起こされ、入口管および出口管２０４、２０６における弁流体の相対的量が変化する。この弁流体の分布の変化は弁部材ハウジング２０２内のシャトル弁部材２００の移動によってもたらされる。
【０１０５】
シャトル弁部材は円筒形をしており、断面は丸く、弁部材ハウジング内に滑動可能に密接に嵌合している。シャトル弁部材の一部分２２０は直径が減少しているので、シャトル弁部材のその領域において弁部材ハウジングの外表面と内表面の間に環状空間が存在する。この直径減少部分のシャトル弁部材の端部からの距離は弁部材ハウジングの一端から一次流路２０８への距離と同じである。従って、シャトル弁部材が弁部材ハウジング内で一方向における移動の限界点にあるときは、直径減少部分２２０は一次流路と整列し、一次流路内の一次流体がシャトル弁部材の周りを流れ、弁部材ハウジングを通過することが可能となる。他の実施形態では、シャトル弁部材はシャトル弁部材を貫通して延びる穴の形の開口を有していてもよく、この穴は弁部材が開位置にあるときは一次流路と整列する。
【０１０６】
膜２１０を通る、出口管２０６から入口管２０４への弁流体の移動により、シャトルは図７−ａに示す開構成から図7−ｂに示す閉構成移動する。図７−ｂに示すように、直径減少部分２２０は流路２０８に対して変位され、流路２０８を遮断して一次流体が流れないようにする。
【０１０７】
図９に示すシャトル弁部材弁部材ハウジングの実施形態は大きさが異なる。シャトル弁部材の断面積はより大きい。シャトル弁部材が移動する距離（シャトル弁部材の端部と弁部材ハウジングの間の空間によって表される）はより小さい。シャトル弁部材の直径減少部分２２０の長さはより短い。弁部材とハウジングのこの構成によりより大きな力が発生されてハウジング内でシャトル弁部材を移動させることが可能である。
【０１０８】
本発明の複合弁は上述のように、一次流体の流れを制御するのに用いられる一次弁を備えることが可能であり、（例えば図１〜図７−ｂに示すような）ある一次弁構成では、一次流路内の流体の圧力によって、閉じた構成から開いた構成に向かってまたは開いた構成に復帰しやすい。一次弁を開位置または閉位置に係止することが望ましいことがあり得る。これは係止弁を用いて達成することが可能である。図８および図９に示すもののようなシャトル弁を複合弁において係止弁として使用することが可能である。シャトル弁を係止弁として使用する場合は、シャトル弁の目的のための一次流体は一次弁用の弁流体であり、そのためシャトル弁を開位置と閉位置の間で移動させると一次弁用の弁流体がそれぞれの弁流体流路内を流れることができるようになり、弁部材を移動して弁を閉じたり開いたりする。しかしながら、この弁流体の流れはシャトル係止弁が開いているときにのみ可能である。
【０１０９】
従って、例えば図８または図９に示すようなシャトル弁に図１〜図７−ｂのいずれかに示す一次弁を導入して複合弁を形成することが可能である。
【０１１０】
図１０は図３に示す弁に基づくポンプ構成を示す。弁流体流路、変形可能な隔壁およびベローズの特長はすべて図３に関連して上述した通りである。
【０１１１】
圧縮可能な管８０はマンドレル９６の上流に配置された第１の一方向流弁２５０と、マンドレル９６の下流に配置された第２の一方向流弁２５２を備える。この弁アセンブリは流体を汲み上げるのに使用することが可能である。一方向弁２５０、２５２の間の空間２５４が一次流体で充満しているときは、弁流体を出口管８８に汲み入れることが可能であり、マンドレル９６が管を圧縮する。一方向弁２５０は管が圧縮されたときに閉じたままであり、一方向弁２５２は開いて、空間２５４内の一次流体をこの空間から排出することが可能である。
【０１１２】
膜８４の両面間の電位差が逆転され、マンドレルが撤退すると、圧縮可能な管内の空間２５４の容積が増加する。これにより一次流体が前記空間内に引き込まれる。弁２５２は閉じ、弁２５０は開く。
【０１１３】
マンドレル９６を、圧縮可能な管８０に対して内方および外方に繰り返し移動させると、制御された量の一次流体が圧縮可能な管８０から繰り返し放出される。
【０１１４】
図１１−ａおよび図１１−ｂに示すポンプは環状ハウジング３００を備え、環状ハウジングは一次流体用の流路３０２を含む。流路はハウジング３００内に圧縮可能な管により設けられている。この管はハウジングの軸線方向に離隔した３つの領域において圧縮することが可能である。
【０１１５】
ポンプは、一般的に上述した種類の３つの弁３０４、３０６、３０８を備え、これらはハウジングに沿って配置されている。それらポンプはそれぞれ弁流体流路３１０を備え、弁流体流路３１０は多孔質誘電体の膜３１２を含み、弁流体用の貯溜槽を持つ入口端部３１４と、ハウジング３００と連通する出口端部３１６を有する。弁３０４、３０６、３０８がそれぞれ開構成をとるときは、その弁流体は弁流体流路の入口端部に向けて付勢される。各弁が閉構成をとるときは、その弁流体は弁流体流路の出口端部に向けて付勢される。そのため、弁流体はハウジング３００内の圧縮可能な管３０２を、管を圧縮することが可能な離隔した領域の１つにおいて圧縮する。
【０１１６】
３つの弁のうち中央の弁３０６はシャトル係止弁３０９を備える。この係止弁はシャトル弁部材３１０を備え、シャトル弁部材３１０は弁部材ハウジング３１３内を滑動することが可能である。弁部材ハウジングはポリカーボネート材料から成形される。シャトル弁部材はステンレス鋼から作製される。弁部材ハウジングはその両端が、上述の種類の電気浸透装置の入口管および出口管３２４、３２６にそれぞれ接続されている。この弁を用いて、それぞれの流路３１０を通る中央弁３０６の弁流体の流れを制御する。それぞれの流路３１０は環状ハウジング３００の内部と連通し、環状ハウジング３００内には圧縮可能な管３０２により提供される弁部材が配置されている。
【０１１７】
シャトル係止弁は膜３２０を備え、膜３２０は入口管および出口管３２４、３２６内の弁流体と接触する電極を有する。膜３２０の両面間に電位差を印加すると、膜を横切る弁流体の移動が生じ、入口管および出口管３２４、３２６内の弁流体の相対的量が変化する。この弁流体の分布の変化は弁部材ハウジング３１３内のシャトル弁部材３１０の移動によってもたらされる。
【０１１８】
図１１−ａおよび図１１−ｂに示すポンプは循環式に操作される。最初、３つの弁３０４、３０６、３０８のすべてが冷え位置にあり、ハウジング３００内の圧縮可能な管３０２は管を圧縮することが可能な離隔した領域のそれぞれにおいて圧縮される。
【０１１９】
次いで、上方の弁３０４が開かれて一次流体が流れるようにし、中央の弁３０６が開かれて一次流体がハウジング３００の中央領域において、圧縮可能な管３０２内に流れるようにする。次いで、上方の弁３０４が閉じられて一次流体の流れを阻止する。次いで、下方の弁３０８が開かれ、中央の弁が閉じられる。中央の弁を閉じると、圧縮可能な管３０２内の流体が、ハウジング３００の中央領域において、圧縮可能な管から排除される。
【０１２０】
中央の弁３０６の一部を形成する係止弁は、信頼性をもって中央の弁を、所望によりその開位置または閉位置に係止することが可能である。同様の係止弁を上方および下方の弁３０４、３０８の一方または双方に導入することが可能である。
【０１２１】
ポンプの弁３０４、３０６、３０８のうちの任意の２つを開位置にして、第３の弁を用いて一次流体の流れを制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１−ａ】本発明の弁の側面図であり、弁は開いていて一次流体の流れが可能である。
【図１−ｂ】図１−ａに示す弁の側面図であり、弁は閉じていて一次流体の流れを阻止している。
【図２−ａ】本発明の弁の別の実施形態の側面図であり、弁は開いていて一次流体の流れが可能である。
【図２−ｂ】図２−ａに示す弁の側面図であり、弁は閉じていて一次流体の流れを阻止している。
【図３】本発明の弁の別の実施形態の側面図である。
【図４】本発明の弁の別の実施形態の側面図である。
【図５−ａ】本発明の弁の別の実施形態の側面図である。
【図５−ｂ】図５−ａに示す弁の側面図であり、弁は閉じていて一次流体の流れを阻止している。
【図６】本発明の弁のさらなる実施形態の側面図である。
【図７−ａ】本発明のシャトル弁の側面図であり、シャトル弁部材は開位置にある。
【図７−ｂ】図７−ａに示す弁のシャトル弁部材の側面図であり、シャトル弁は閉位置にある。
【図８−ａ】本発明のシャトル弁の他の実施形態の側面図であり、シャトル弁部材は開位置にある。
【図８−ｂ】図８−ａに示す弁のシャトル弁部材の側面図であり、シャトル弁部材は閉位置にある。
【図９】シャトル弁の他の実施形態の側面図である。
【図１０】本発明の弁を内蔵したポンプの側面図である。
【図１１−ａ】ポンプの他の実施形態の側面図である。
【図１１−ｂ】図１１−ａに示すポンプの等角投影図である。
【符号の説明】
【０１２３】
２  弁
４  バッフル
６  導管壁（外壁）
８  流路
１０  弁流体
１２  入口管（管状部分）
１４  出口管（管状部分）
１６  膜（部材）
１８  穴
２０、２２  管状スリーブ（管状部材隔壁、管状隔壁スリーブ）
２４、２６  電極
５０  膜（多孔質誘電体）
５２  バッフル
５４  壁
５６  流導管
５８、６０  隔壁シール
６２、６４  電極
５６  一次流路
６６  対向面
６８  出口分岐管
８０  一次流路（管、圧縮可能な管）
８２  支持体
８４  膜
８６  入口管
８８  出口管
９０  弁流体
９２  可撓性隔壁シール
９４  ベローズ
９６  マンドレル
９８、１００  電極
１０２  バッフル
１２０  膜
１２２  バッフル
１２４  隔壁シール
１２６、１２８  電極
１３２  開口部
１３０  一次流体出口
１３０  出口導管
１４０  隔壁
１４２  端部
１４４  弁流体流路
１４６  部材
１４７  貯留槽
１４８  チャンバ
１５０  入口
１５２、１５３  出口
１５４  係止弁
１６０  圧縮可能な管
１６２  一次流路
１６４  チャンバ
１６６  弁流体流路
１６８  膜
１７０  電極
１７２  入口部分
１８２  弁部材
１８４  チャンバ
１８６  入口
１８８  出口
１９０  膜
１９１  電極
１９２  貯溜槽
２００  シャトル弁部材
２０２  弁部材ハウジング
２０４  入口管
２０６  出口管
２０８  一次流路
２１０  膜
２２０  シャトル弁部材の一部分
２２０  直径減少部分
２５０  第１の一方向流弁
２５２  第２の一方向流弁
２５４  空間
３００  （環状）ハウジング
３０２  流路（圧縮可能な管）
３０４、３０６、３０８  弁
３０９  シャトル係止弁
３１０  弁流体流路（流路、シャトル弁部材）
３１２  膜
３１３  弁部材ハウジング
３１４  入口端部
３１６  出口端部
３２０  膜
３２４  入口管
３２６  出口管
【図１−ａ】
2007504402.tif 000003
【図１−ｂ】
2007504402.tif 000004
【図２−ａ】
2007504402.tif 000005
【図２−ｂ】
2007504402.tif 000006
【図３】
2007504402.tif 000007
【図４】
2007504402.tif 000008
【図５−ａ】
2007504402.tif 000009
【図５−ｂ】
2007504402.tif 000010
【図６】
2007504402.tif 000011
【図７−ａ】
2007504402.tif 000012
【図７−ｂ】
2007504402.tif 000013
【図８−ａ】
2007504402.tif 000014
【図８−ｂ】
2007504402.tif 000015
【図９】
2007504402.tif 000016
【図１０】
2007504402.tif 000017
【図１１−ａ】
2007504402.tif 000018
【図１１−ｂ】
2007504402.tif 000019
【国際調査報告】
2007504402.tif 000020
2007504402.tif 000021
2007504402.tif 000022
2007504402.tif 000023
2007504402.tif 000024