(57)【要約】  ディスクポンプによってもたらされた圧力を測定するためのシステムおよび方法が開示されている。ディスクポンプは、ディスクポンプ内の、可撓性スカート上に装着されたアクチュエータを含み、それにより、アクチュエータは、ポンプの空洞を通る空気の流れを生成するために振動でき、かつアクチュエータは、負荷部への圧力を高めて変位できる。アクチュエータは、空気が空洞を通って流れ始めるときの休止位置から、空洞を通る流体の流れの方向に依存して負荷部が十分に加圧または減圧されているときのバイアス位置へ移動する。ポンプは、流体が空洞を通って流れ始めて負荷部を加圧または減圧するときの休止位置とバイアス位置との間の任意の位置でのアクチュエータの変位を測定するセンサをさらに含む。ディスクポンプによって供給される圧力は、アクチュエータの変位に応じて決定される。【選択図】図１
2013536358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプにおいて、
実質的に楕円形状の側壁を有するポンプ本体であって、前記側壁は、一方の端部がベース壁によって閉鎖されかつ他方の端部が一対の内部プレートによって閉鎖されて、前記ポンプ本体内に、流体を収容するための空洞を形成し、前記空洞に隣接している前記内部プレートの第１の内部プレートが中心部分および周辺部分を含む、ポンプ本体と；
前記エンドプレートによって形成されたアクチュエータであって、前記内部プレートの第２の内部プレートが、前記第１の内部プレートの前記中心部分に動作可能に関連付けられて振動性変位運動を発生させ、それにより、使用時に前記アクチュエータに与えられている駆動信号に応答して、前記空洞内で前記流体の径方向圧力振動を生成するアクチュエータと；
前記側壁と前記第１の内部プレートの前記周辺部分との間に柔軟に接続され、前記振動性変位運動を容易にするスカートと；
前記アクチュエータを貫通して延在し、流体が前記空洞を流れることができるようにする第１のアパーチャと；
前記ベース壁を貫通して延在し、流体が前記空洞を流れることができるようにする第２のアパーチャと；
前記第１のアパーチャおよび第２のアパーチャの少なくとも一方に配置され、かつ前記流体が前記空洞を実質的に一方向に流れることを可能にして、流体が前記空洞を流れ始めたとき、負荷部を加圧または減圧し、それにより、前記アクチュエータを、圧力の増大と前記スカートの曲げとによって、前記ベース壁の方へ休止位置からバイアス位置まで動かすように適合されているバルブと；
前記ポンプ本体に対する定位置に、前記空洞の外部に装着されるセンサであって、流体が前記空洞を流れ始めて前記負荷部を加圧または減圧すると、前記休止位置と前記バイアス位置との間のいずれかの点における前記アクチュエータの変位を測定するセンサと
を含むことを特徴とする、ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプにおいて、前記空洞の長手方向軸から前記側壁まで延在する前記空洞の半径（ｒ）と前記空洞の前記側壁の高さ（ｈ）との比が、１．２以上であることを特徴とする、ポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載のポンプにおいて、さらに、前記空洞の高さ（ｈ）と前記空洞の半径（ｒ）との比が、式：ｈ２／ｒ＞４×１０−１０メートルによって関係付けられていることを特徴とする、ポンプ。
【請求項４】
請求項２に記載のポンプにおいて、前記アクチュエータが、それに関連付けられた前記第１の内部プレートを駆動して、周波数（ｆ）の前記振動運動を生じさせることを特徴とする、ポンプ。
【請求項５】
請求項４に記載のポンプにおいて、前記アクチュエータが、前記第１の内部プレートを駆動して前記振動性変位運動を生じさせ、前記半径（ｒ）が以下の式：
2013536358.tif 000004
により前記周波数（ｆ）と関係付けられていることを特徴とする、ポンプ。
【請求項６】
請求項４に記載のポンプにおいて、前記径方向圧力振動の最低共振周波数が約５００Ｈｚを上回ることを特徴とする、ポンプ。
【請求項７】
請求項４に記載のポンプにおいて、前記周波数（ｆ）が、前記径方向圧力振動の最低共振周波数にほぼ等しいことを特徴とする、ポンプ。
【請求項８】
請求項４に記載のポンプにおいて、前記周波数（ｆ）が、前記径方向圧力振動の最低共振周波数の２０％以内であることを特徴とする、ポンプ。
【請求項９】
請求項１に記載のポンプにおいて、前記第１の内部プレートの前記振動性変位運動が、前記径方向圧力振動に整合したモード形であることを特徴とする、ポンプ。
【請求項１０】
請求項１に記載のポンプにおいて、前記スカートが可撓性膜であることを特徴とする、ポンプ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のポンプにおいて、前記可撓性膜がプラスチックから形成されることを特徴とする、ポンプ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のポンプにおいて、可撓性膜の環状部の幅が約０．５〜１．０ｍｍであり、前記可撓性膜の厚さが約２００ミクロン未満であることを特徴とする、ポンプ。
【請求項１３】
請求項１０に記載のポンプにおいて、前記可撓性膜が金属から形成されることを特徴とする、ポンプ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のポンプにおいて、可撓性膜の環状部の幅が約０．５〜１．０ｍｍであり、前記可撓性膜の厚さが約２０ミクロン未満であることを特徴とする、ポンプ。
【請求項１５】
請求項２に記載のポンプにおいて、前記空洞内で使用中の前記流体が気体であるとき、前記比が約１０〜約５０であることを特徴とする、ポンプ。
【請求項１６】
請求項２に記載のポンプにおいて、前記空洞の体積が約１０ｍｌ未満であることを特徴とする、ポンプ。
【請求項１７】
請求項２に記載のポンプにおいて、前記アクチュエータの半径が０．６３（ｒ）以上であることを特徴とする、ポンプ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のポンプにおいて、前記アクチュエータの半径が前記空洞の半径（ｒ）以下であることを特徴とする、ポンプ。
【請求項１９】
請求項１に記載のポンプにおいて、前記アクチュエータの前記第２の内部プレートが圧電構成部品を含むことを特徴とする、ポンプ。
【請求項２０】
請求項１に記載のポンプにおいて、前記アクチュエータの前記第２の内部プレートが磁気制限部品を含むことを特徴とする、ポンプ。
【請求項２１】
請求項１に記載のポンプにおいて、前記センサと通信しかつ前記アクチュエータの変位に応じて前記負荷部における圧力を計算するように構成された電子回路をさらに含むことを特徴とする、ポンプ。
【請求項２２】
請求項２１に記載のポンプにおいて、前記電子回路が、前記負荷部における圧力の変化率を計算するようにさらに構成されていることを特徴とする、ポンプ。
【請求項２３】
請求項１に記載のポンプにおいて、前記センサが、前記アクチュエータの変位を照明および測定するように構成された光学センサであることを特徴とする、ポンプ。
【請求項２４】
請求項２３に記載のポンプにおいて、前記光学センサが、前記アクチュエータの前記振動性変位運動の環状の変位節を照明することを特徴とする、ポンプ。
【請求項２５】
請求項２３に記載のポンプにおいて、前記光学センサが光送信機および光受信機を含むことを特徴とする、ポンプ。
【請求項２６】
請求項２５に記載のポンプにおいて、前記光送信機が、光ビームによって前記アクチュエータを照明する発光ダイオードを含み、および前記光受信機が画素素子の光センサアレイを含み、その画素素子の光センサアレイは、前記光ビームの反射を、前記アクチュエータが前記休止位置から前記バイアス位置へ動くときに前記アクチュエータの変位に対応して、その反射が画素素子の前記アレイに沿って動く時点で感知することを特徴とする、ポンプ。
【請求項２７】
請求項２５に記載のポンプにおいて、前記光受信機と通信しかつ前記アクチュエータの変位に応じて前記負荷部における圧力を計算するように構成された電子回路をさらに含むことを特徴とする、ポンプ。
【請求項２８】
請求項２３に記載のポンプにおいて、前記光学センサが、多周波数スペクトルを有する光ビームをもたらす照明光源と、前記アクチュエータ上に配置されて、前記光ビームを、多周波数スペクトル内の異なる波長の複数の反射ビームとして反射させる回折格子と、前記反射ビームを受光する光受信機であって、それら反射ビームの各々が、前記アクチュエータが前記休止位置から前記バイアス位置へ動くときに前記アクチュエータの異なる変位に対応している、光受信機とを含むことを特徴とする、ポンプ。
【請求項２９】
請求項１に記載のポンプにおいて、前記センサが磁気センサであることを特徴とする、ポンプ。
【請求項３０】
請求項１に記載のポンプにおいて、前記センサがＲＦセンサであることを特徴とする、ポンプ。
【請求項３１】
アクチュエータが、ポンプの空洞を通る空気の流れを生成するように振動でき、かつ前記アクチュエータが、負荷部の圧力を高めて変位できるように、前記ポンプ内の可撓性スカート上に装着された前記アクチュエータを有する前記ポンプによって前記負荷部に生成された圧力の測定方法において、
前記アクチュエータを駆動して、前記アクチュエータの振動性変位運動が、前記空洞内に流体の径方向圧力振動を生成するようにするステップと；
流体が前記空洞を通って流れ始めて、前記負荷部における圧力の増大と前記スカートの曲げとによって、前記アクチュエータを休止位置からバイアス位置へ動かしたとき、前記アクチュエータの変位を測定するステップと；
前記アクチュエータの変位に基づいて前記負荷部の圧力を計算するステップと
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項３２】
ディスクポンプにおいて、
可撓性スカートによってポンプ本体に装着されたアクチュエータであって、振動性変位運動において振動して負荷部における圧力を高めることによって、前記ポンプ本体を通る空気の流れを生成するように構成されているアクチュエータと、
前記負荷部内で圧力が高まって、前記圧力を確認できると、前記アクチュエータの位置を感知するように構成されたセンサと
を含むことを特徴とする、ディスクポンプ。
【請求項３３】
請求項３２に記載のディスクポンプにおいて、
前記ポンプ本体が側壁を有し、この側壁は、一方の端部においてベース壁によってかつ他方の端部において一対の内部プレートによって閉鎖され、前記ポンプ本体内に、流体を収容するための空洞を形成し、前記空洞に隣接した前記内部プレートの第１の内部プレートが中心部分および周辺部分を含み；
前記アクチュエータが前記エンドプレートによって形成され、前記内部プレートの第２の内部プレートが、前記第１の内部プレートの前記中心部分に動作可能に関連付けられて、使用時に前記アクチュエータに与えられている駆動信号に応答して振動性変位運動を生じ；
前記スカートが、前記側壁と前記第１の内部プレートの前記周辺部分との間に接続されて前記振動性変位運動を容易にし；
第１のアパーチャが前記アクチュエータを貫通して延在し、流体が前記空洞を通って流れることができるようにし；
第２のアパーチャが前記ベース壁を貫通して延在し、流体が前記空洞を通って流れることができるようにし；
前記ディスクポンプがバルブをさらに含み、そのバルブは、前記第１のアパーチャおよび第２のアパーチャの少なくとも一方に配置され、かつ流体が前記空洞を通って実質的に一方向に流れることを可能にして、流体が前記空洞を流れ始めたとき、前記負荷部を加圧または減圧し、それにより、圧力の増大と前記スカートの曲げとによって、前記アクチュエータを前記ベース壁の方へ休止位置からバイアス位置へ動かすように適合されており；および、
前記センサが、前記ポンプ本体に対する定位置において、前記空洞の外側に装着されていることを特徴とする、ディスクポンプ。
【請求項３４】
請求項３２または３３に記載のポンプにおいて、前記センサが、前記アクチュエータの位置を照明および測定するように構成された光学センサであることを特徴とする、ポンプ。
【請求項３５】
請求項３２乃至３４の何れか１項に記載のポンプにおいて、前記光学センサが前記アクチュエータの前記振動性変位運動の環状の変位節を照明することを特徴とする、ポンプ。
【請求項３６】
請求項３４または３５に記載のポンプにおいて、前記光学センサが光送信機および光受信機を含むことを特徴とする、ポンプ。
【請求項３７】
請求項３４乃至３６の何れか１項に記載のポンプにおいて、前記光送信機が、光ビームによって前記アクチュエータを照明する発光ダイオードを含み、および前記光受信機が、前記光ビームの反射を、前記アクチュエータが前記休止位置から前記バイアス位置へ動くときに前記アクチュエータの変位に対応して、その反射が画素素子の前記アレイに沿って移動する時点で感知する画素素子の光センサアレイを含むことを特徴とする、ポンプ。
【請求項３８】
請求項３６または３７に記載のポンプにおいて、前記光受信機と通信しかつ前記アクチュエータの位置に応じて前記負荷部における圧力を計算するように構成された電子回路をさらに含むことを特徴とする、ポンプ。
【請求項３９】
請求項３４乃至３８の何れか１項に記載のポンプにおいて、前記光学センサが、多周波数スペクトルを有する光ビームをもたらす照明光源と、前記アクチュエータに配置されて、前記光ビームを、前記多周波数スペクトル内の異なる波長での複数の反射ビームとして反射する回折格子と、前記反射ビームを受光する光受信機であって、それら反射ビームの各々が、前記アクチュエータの異なる位置に対応している、光受信機とを含むことを特徴とする、ポンプ。
【請求項４０】
請求項３２または３３に記載のポンプにおいて、前記センサが磁気センサであることを特徴とする、ポンプ。
【請求項４１】
請求項３２または３３に記載のポンプにおいて、前記センサがＲＦセンサであることを特徴とする、ポンプ。
【請求項４２】
請求項３２または３３に記載のポンプにおいて、前記センサが超音波センサであることを特徴とする、ポンプ。
【請求項４３】
請求項３８に記載のポンプにおいて、前記負荷部が、前記アクチュエータの被感知部分の平均位置に応じて計算されることを特徴とする、ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年８月９日出願の米国仮特許出願第６１／３７１，９５４号の利益を主張するものであり、それを参照により本書に援用する。
【０００２】
本発明の説明に役立つ実施形態は、概して流体用ポンプに関し、より具体的には、端壁および側壁を有するポンプ空洞の形状が実質的に楕円形であり、端壁間にアクチュエータが配置されているポンプに関する。本発明の説明に役立つ実施形態は、より具体的には、アクチュエータにバルブが装着されおよび／または端壁の一方に１つの追加的なバルブが装着されているディスクポンプに関する。
【背景技術】
【０００３】
閉空洞における高振幅圧力振動の発生は、熱音響式圧縮機およびポンプ形圧縮機の分野においてかなり注目を集めてきた。非線形音響学の最近の成果では、これまで可能であると思われていたものより高い振幅の圧力波の発生を可能にした。
【０００４】
定められた入口および出口からの流体のポンピングを達成するために音響共振を使用することが知られている。これは、音響定常波を駆動する音響ドライバを一方の端部に備える楕円形空洞を使用して達成できる。そのような楕円形空洞では、音響圧力波の振幅は限られている。高振幅圧力振動を達成するために、円錐形、角状円錐形、バルブ形などの変断面空洞が使用されてきており、それにより、ポンピング効果を著しく高める。そのような高振幅波では、エネルギーを散逸する非線形のメカニズムが抑制されてきた。しかしながら、高振幅音響共振は、最近まで、径方向圧力振動が励振されるディスク形状の空洞内には用いられてこなかった。国際公開第２００６／１１１７７５号パンフレットとして公開されている国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００１４８７号明細書には、アスペクト比、すなわち空洞の半径対空洞の高さの比が高い、実質的にディスク形状の空洞を有するポンプが開示されている。
【０００５】
そのようなポンプは、各端部において端壁によって閉鎖されている側壁を含む実質的に楕円形の空洞を有する。ポンプはまた、端壁のどちらか一方を駆動して被駆動端壁の表面に実質的に垂直な方向に振動させるアクチュエータを含む。被駆動端壁の運動の空間プロファイルは、空洞内の流体圧力振動の空間プロファイルに整合していると説明され、モード整合と本明細書で説明される状態である。ポンプがモード整合していると、空洞の流体に対してアクチュエータによって行われた仕事は、被駆動端壁面間で構造的に強まり、それにより、空洞における圧力振動の振幅を増強し、かつ高ポンプ効率をもたらす。モード整合されたポンプの効率は、被駆動端壁と側壁との間の境界面に依存する。被駆動端壁の運動を減少または減衰せず、それにより空洞内の流体圧力振動の振幅のいかなる減少も軽減するように境界面を構築することによって、そのようなポンプの効率を維持することが望ましい。
【０００６】
上述のポンプのアクチュエータは、端壁に実質的に垂直または楕円形空洞の長手方向軸に実質的に平行な方向に被駆動端壁の振動運動（「変位振動」）を生じ、以下、これを空洞内の被駆動端壁の「軸方向振動」と称する。被駆動端壁の軸方向振動は、空洞内に、実質的に比例する流体の「圧力振動」を発生させ、国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００１４８７号明細書（参照することにより本書に援用される）に説明されているような第１種ベッセル関数の圧力分布に近似する径方向圧力分布を生じ、そのような振動を、以下、空洞内の流体圧力の「径方向振動」と称する。アクチュエータと側壁との間の被駆動端壁の一部分は、ポンプの側壁との境界面を提供し、空洞内の圧力振動のいかなる減少も軽減させるために変位振動の減衰を減少させ、その部分を、以下、「スカート」、またはより具体的には米国特許出願第１２／４７７，５９４号明細書（参照することにより本書に援用される）に説明されるような「スカート」と称する。スカートの説明に役立つ実施形態は、被駆動端壁の周辺部分に動作可能に関連付けられて、変位振動の減衰を減少させる。
【０００７】
そのようなポンプはまた、ポンプを通る流体の流れを制御する１つ以上のバルブ、より具体的には、高周波数で動作できるバルブを必要とする。従来のバルブは、一般に、様々な用途で５００Ｈｚ未満の低周波数で動作する。例えば、多くの従来の圧縮機は、一般に、５０または６０Ｈｚで動作する。当業界で公知のリニア共振圧縮機は１５０〜３５０Ｈｚで動作する。しかしながら、医療機器を含む多くの携帯用電子機器は、比較的小型で動作中静かな、正圧または負圧を供給して個別に療法を施すポンプを必要とする。これらの目的を達成するために、そのようなポンプは、非常に高い周波数で動作する必要があり、約２０ｋＨｚ以上で動作できるバルブを必要とする。これらの高周波数で動作するために、バルブは、ポンプを通る流体の正味の流れを生成するために整流され得る高周波数の振動圧力に応答する必要がある。
【０００８】
そのようなバルブは、より具体的には、国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００９／０５０６１４号明細書（参照することにより本書に援用される）に説明されている。バルブは、第１または第２のアパーチャのいずれかに、または両アパーチャに配置され、ポンプを通る流体の流れを制御し得る。各バルブは、アパーチャがほぼ垂直に延在する第１のプレートと、同様にアパーチャがほぼ垂直に延在する第２のプレートとを含み、第２のプレートのアパーチャは、第１のプレートのアパーチャから実質的にオフセットしている。バルブは、第１のプレートと第２のプレートとの間に配置された側壁をさらに含み、側壁は第１および第２のプレートの周囲で閉鎖され、第１のプレートと第２のプレートとの間に、第１のプレートおよび第２のプレートのアパーチャと流体連通する空洞を形成する。バルブは、第１のプレートと第２のプレートとの間に配置されかつそれらの間で可動であるフラップをさらに含み、フラップは、第１のプレートのアパーチャから実質的にオフセットしかつ第２のプレートのアパーチャと実質的に整列しているアパーチャを有する。フラップは、バルブを横切る流体の差圧の方向における変化に応答して、第１のプレートと第２のプレートとの間で動かされる。
【発明の概要】
【０００９】
ディスクポンプまたはマイクロポンプを含み得る組織治療システムの測定および制御の問題への取り組みでは、本発明の原理を用いて、ディスクポンプによって生成されている圧力を測定して、ディスクポンプの動作をより効果的かつ経済的に制御し得る。ディスクポンプはアクチュエータを含み、アクチュエータは、上述の通り、空洞内で振動して径方向圧力波を生成し、負荷部または組織部位に適用するための減圧をもたらす。アクチュエータの変位は、１つ以上のセンサを使用して測定し得る。組織部位のためにディスクポンプによって生成されている圧力は、アクチュエータの被測定変位に応答して決定し得る。アクチュエータ用の駆動信号が、アクチュエータの動作、従って、変位を制御するために調整されて、組織部位において所望の圧力に達するようにし得る。
【００１０】
ディスクポンプの一実施形態は、ディスクポンプハウジング、スカート、アクチュエータ、センサ、および電子回路を含む。スカートは、ディスクポンプハウジングに固定されてアクチュエータを支持し、かつアクチュエータが振動できるように十分な可撓性を有する任意の材料とし得る。アクチュエータおよびスカートは、対向するベースプレートに対面してディスクポンプ内に空洞を形成し、そこに径方向圧力波が生成される。アクチュエータは、第１の面および第２の面を有し、かつスカートに直接または間接的に結合され得る。センサは、空洞の外側に位置決めされて、ディスクポンプハウジングに対するアクチュエータの位置を感知し、この位置は、もたらされている圧力に対応し得る。電子回路がセンサと通信し、かつ、アクチュエータが動作している間のディスクポンプハウジングに対するアクチュエータの位置に応じてディスクポンプによってもたらされた圧力を計算するように構成され得る。
【００１１】
別の実施形態では、ポンプ本体が、実質的に楕円形状の側壁を含み、その側壁は、一方の端部ではベース壁によっておよび他方の端部では一対の内部プレートによって閉鎖されて、前記ポンプ本体内に、流体を収容するための空洞を形成し、空洞に隣接する内部プレートの第１の内部プレートが中心部分および周辺部分を含む。ポンプは、エンドプレートによって形成されたアクチュエータをさらに含み、内部プレートの第２の内部プレートが、第１の内部プレートの中心部分と動作可能に関連付けられて振動性変位運動を生じ、それにより、使用時に前記アクチュエータに与えられている駆動信号に応答して空洞内の流体の径方向圧力振動を生成する。ポンプはまた、側壁と第１の内部プレートの周辺部分との間に柔軟に接続されて振動性変位運動を容易にするスカートを含む。ポンプはまた、前記アクチュエータを貫通して延在して流体が空洞を通って流れることができるようにする第１のアパーチャと、ベース壁を貫通して延在して流体が空洞を通って流れることができるようにする第２のアパーチャとを含む。前記第１のアパーチャおよび第２のアパーチャの少なくとも一方にはバルブが配置され、バルブは、流体が空洞を実質的に一方向に流れるようにし、流体が空洞を通って流れ始めたとき負荷部を加圧または減圧し、それにより、圧力の増大とスカートの曲げとによって、前記アクチュエータをベース壁の方へ休止位置からバイアス位置へ移動させるように適合されている。ポンプはセンサをさらに含み、センサは、前記ポンプ本体に対する定位置において空洞の外側に装着されて、流体が空洞を通って流れ始め負荷部を加圧または減圧するときに休止位置とバイアス位置との間の任意の位置における前記アクチュエータの変位を測定する。
【００１２】
ディスクポンプを制御するための１つの方法は、駆動信号を使用して、ディスクポンプのハウジング内のアクチュエータを駆動するステップを含む。アクチュエータは、可撓性のスカートによってディスクポンプ内に装着される。アクチュエータが駆動信号に応答して振動すると、負荷部に生じた圧力が高まる一方、空気の流れは、自由な流れ状態から失速状態へと減少する。ディスクポンプによって負荷部において高まっている圧力は、その圧力がアクチュエータを休止位置から離れてバイアス位置の方へ押し進めるとき、アクチュエータによってスカートがその定位置からバイアス位置へと曲がるため、自由な流れ状態にある休止位置から失速状態にあるバイアス位置へのアクチュエータの変位に応じて、センサによって測定され得る。アクチュエータは、ディスクポンプの空洞内に径方向圧力波を生成するため、そのようなセンサは、好ましくは、ディスクポンプの空洞の外側に位置決めされ、ディスクポンプ自体の動作に干渉しないようにする。
【００１３】
説明に役立つ実施形態の他の目的、特徴、および利点は本明細書で説明され、かつ、以下の図面および詳細な説明を参照することにより、明らかとなる。
【００１４】
本発明の説明に役立つ実施形態を、参照により本書に援用される添付の図面を参照して下記で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１Ａは、第１の説明に役立つ実施形態による、休止位置において示すアクチュエータを有する第１のディスクポンプの概略的な断面図である。図１Ｂは、第１の説明に役立つ実施形態による、バイアス位置にあるアクチュエータを示す第１のディスクポンプの概略的な断面図である。
【図２】図２Ａは、第１のディスクポンプのアクチュエータの基本の曲げモードの軸方向変位振動のグラフである。図２Ｂは、図２Ａに示す曲げモードに応答する第１のディスクポンプの空洞内の流体の圧力振動のグラフである。
【図３】図３は、第１の説明に役立つ実施形態による第１のディスクポンプのアクチュエータの変位を測定するための第１のセンサの拡大図である。
【図４】図４は、休止位置およびバイアス位置にあるときのアクチュエータの位置を示す第１のセンサの例示的な受信機の概略図である。
【図５】図５は、第２の説明に役立つ実施形態による、アクチュエータの変位を測定するための第２のセンサの拡大図を含む、アクチュエータをバイアス位置において示すディスクポンプの概略的な断面図である。
【図６】図６は、ディスクポンプにおけるアクチュエータの変位を測定するための回折格子を含む第３の例示的なセンサである。
【図７】図７は、ディスクポンプにおけるアクチュエータの変位を測定するための磁気素子を含む第４の例示的なセンサである。
【図８】図８は、ディスクポンプによって生成された減圧を測定および制御するためのディスクポンプの例示的な回路のブロック図である。
【図９】図９は、ディスクポンプによって生成された圧力を制御する例示的なプロセスのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１Ａおよび図１Ｂは、説明に役立つ実施形態による例示的なディスクポンプ１００の断面図を示す。図示の通り、ディスクポンプ１００は、実質的に楕円形状を有するポンプハウジング１０２を含み、ポンプハウジングは楕円形壁１０１を含み、楕円形壁は、一方の端部がベース壁１０３によって閉鎖され、かつ回路基板１０８に、またはポンプハウジング１０２を支持する他の基材に取り付けられた脚部１０５によって他方の端部において装着され得る。楕円形壁１０１、脚部１０５、およびベース壁１０３は共に、ポンプハウジング１０２を形成する。ポンプ１００は、ポンプ本体の楕円形壁１０１に取り付けられたリング状のスカート１３０によってポンプ１００内に支持された一対のディスク状の内部プレート１１４、１１５をさらに含む。楕円形壁１０１、ベース壁１０３、内部プレート１１４、およびリング状のスカート１３０の内部面は、ポンプ１００内に空洞１１６を形成する。空洞１１６の内部面は側壁１１８を含み、側壁は、一方の端部において端壁１２０によって閉鎖されている楕円形壁１０１の内面の第１の部分であり、端壁１２０はエンドプレート１０３の内部面であり、および端壁１２２は、内部プレート１１４の内部面とスカート１３０の第１の側面とを含む。それゆえ、端壁１２２は、内部プレート１１４の内面に対応する中心部分と、リング状のスカート１３０の内面に対応する周辺部分とを含む。
【００１７】
ポンプ１００およびその構成要素の形状は実質的に楕円形であるが、本明細書で説明する特定の実施形態は、円形、楕円形形状である。図１Ａおよび図１Ｂに示す実施形態では、端壁１２０は、円錐台（ｆｒｕｓｔｏ−ｃｏｎｉｃａｌ）面であるとして示すが、全体的に平面的で端壁１２２に平行しているともし得る。ポンプ本体のベース壁１０３および楕円形壁１０１は、限定されるものではないが、金属、セラミック、ガラス、または限定されるものではないが射出成形プラスチックを含むプラスチックを含む、任意の好適な剛体材料から形成し得る。
【００１８】
ポンプ１００の内部プレート１１４、１１５は共に、空洞１１６の内部面の１つである端壁１２２の中心部分と動作可能に関連付けられているアクチュエータ１４０を形成する。内部プレート１１４、１１５の一方は圧電材料から形成される必要があり、圧電材料は、与えられた電気信号に応答して歪む任意の電気的に活性の材料、例えば、電歪材または磁歪材などを含み得る。好ましい一実施形態では、例えば、内部プレート１１５は、与えられた電気信号に応答して歪む圧電材料から形成される、すなわち、活性すなわち能動内部プレートである。内部プレート１１４、１１５の他方は、好ましくは、活性の内部プレートと似た曲げ剛性を有し、かつ圧電材料または電気的に非活性の材料、例えば金属またはセラミックなどから形成され得る。この好ましい実施形態では、内部プレート１１４は、活性の内部プレート１１５に似た曲げ剛性を有し、かつ電気的に非活性の材料、例えば金属またはセラミックなどから形成される、すなわち、不活性の内部プレートである。活性の内部プレート１１５が電流によって励起されると、活性の内部プレート１１５は、空洞１１６の長手方向軸に対して径方向に伸び縮みし、内部プレート１１４、１１５を曲げ、それにより、それらそれぞれの端壁１２２の軸方向の撓みを、端壁１２２に対し実質的に垂直な方向において誘発する（図２Ａ参照）。
【００１９】
図示しない他の実施形態では、スカート１３０は、ポンプ１００の特定の設計および向きに依存して、上面または底面から、内部プレートが活性または不活性であるかにかかわらず内部プレート１１４、１１５のいずれか一方を支持し得る。別の実施形態では、アクチュエータ１４０は、内部プレート１１４、１１５の一方とのみ力を伝達する関係にある装置、例えば、機械、磁気または静電気装置などによって置き換えてもよく、内部プレートは、上述したものと同じようにそのような装置（図示せず）によって振動するように追い込まれる材料の、電気的に非活性すなわち受動層として形成され得る。
【００２０】
ポンプ１００は、空洞１１６からポンプ１００の外部に延在する少なくとも２つのアパーチャをさらに含み、アパーチャの少なくとも一方がバルブを含んで、アパーチャを通る流体の流れを制御する。アパーチャを、空洞１１６内の、下記で詳細に説明するようにアクチュエータ１４０が圧力差を生じるいずれかの位置に配置し得るが、ポンプ１００の好ましい一実施形態は、ほぼ中心に位置してベース壁１０３を貫通して延在するアパーチャ１２６を含む。アパーチャ１２６は、少なくとも一方の端部バルブを含む。好ましい一実施形態では、アパーチャ１２６は、矢印で示すように流体の流れを一方向に制限するバルブ１２８を含む。それゆえ、この実施形態に関して、バルブ１２８は、ポンプの入口弁として機能する。
【００２１】
ポンプ１００は、空洞１１６からアクチュエータ１４０を通る少なくとも１つのアパーチャをさらに含み、アパーチャの少なくとも一方がバルブを含んで、アパーチャを通る流体の流れを制御する。これらのアパーチャを、空洞１１６からアクチュエータ１４０上の、下記で詳細に説明するようにアクチュエータ１４０が圧力差を生じるいずれかの位置に配置し得るが、ポンプ１００の一実施形態は、ほぼ中心に位置して内部プレート１１４、１１５を通って延在する単一のアパーチャ１３１を含む。アパーチャ１３１は、矢印で示すように空洞１１６からの流体の流れを一方向に制限するアクチュエータバルブ１３２を含み、そのためアクチュエータバルブ１３２は、空洞１１６からの出口弁として機能する。アクチュエータバルブ１３２は、下記で詳細に説明するように入口弁１２８の動作を補うことによってポンプ１００の出力を増強する。
【００２２】
本明細書で説明する空洞１１６の寸法は、好ましくは、空洞１１６の高さ（ｈ）と、空洞１１６の長手方向軸から側壁１１８までの距離である半径（ｒ）との間の関係に関してある種の不等式を満たす必要がある。これらの式は以下の通りである：
ｒ／ｈ＞１．２；および
ｈ２／ｒ＞４×１０−１０メートル。
【００２３】
本発明の一実施形態では、空洞１１６内の流体が気体であるとき、空洞の半径対空洞の高さの比（ｒ／ｈ）は、約１０〜約５０である。この例では、空洞１１６の体積は約１０ｍｌ未満とし得る。さらに、ｈ２／ｒの比は、作動流体が液体ではなく気体であるとき、好ましくは約１０−６〜約１０−７メートルの範囲内である。
【００２４】
加えて、本明細書で説明する空洞１１６は、好ましくは、空洞の半径（ｒ）と、アクチュエータ１４０が振動して端壁１２２の軸方向変位を生じる周波数である動作周波数（ｆ）とに関する以下の不等式を満たす必要がある。不等式は以下の通りである：
2013536358.tif 000003
式中、空洞１１６内の作動流体中の音速（ｃ）は、上述の式で表すような約１１５ｍ／秒の低速（ｃｓ）〜約１，９７０ｍ／秒に等しい高速度（ｃｆ）の範囲としてもよく、およびｋ０は定数である（ｋ０＝３．８３）。アクチュエータ１４０の振動運動の周波数は、好ましくは、空洞１１６の径方向圧力振動の最低共振周波数にほぼ等しいが、その値の２０％以内とし得る。空洞１１６内の径方向圧力振動の最低共振周波数は、好ましくは約５００Ｈｚ超である。
【００２５】
本明細書で説明する空洞１１６は、上記で示した不等式を個々に満たす必要があることが好ましいが、空洞１１６の相対寸法は、同じ高さおよび半径を有する空洞に限定すべきではない。例えば、空洞１１６は、異なる半径または高さを必要とするわずかに異なる形状を有して異なる周波数応答を生じ、空洞１１６が、ポンプ１００からの出力を最適にするために所望の様式で共振するようにしてもよい。
【００２６】
動作中、ポンプ１００は、出口弁１３２に隣接した正圧源として機能して、負荷部（図示せず）を加圧してもよいし、または、矢印で示すように、入口弁１２８に隣接した負圧または減圧源として機能して、負荷部１５０を減圧してもよい。図示のように、ポンプ１００の入口は負荷部１５０と流体連通して、ポンプ１００が、入口弁１２８に隣接した負圧または減圧源として機能するようにする。負荷部１５０は、治療のために負圧を用いる組織治療システムとし得る。本明細書では、用語「減圧」は、一般的に、ポンプ１００が置かれている周囲圧力に満たない圧力を指す。用語「真空」および「負圧」を使用して減圧を説明してもよいが、実際の減圧は、完全な真空に通常関連付けられる減圧には遠く及ばないとし得る。圧力は、ゲージ圧という意味では「負」である、すなわち、圧力は、周囲大気圧未満に減少される。他に指定のない限り、本明細書で挙げられた圧力の値は、ゲージ圧である。減圧の上昇は、一般に絶対圧の減少を指す一方、減圧の減少は、一般に絶対圧の増加を指す。
【００２７】
図２Ａは、空洞１１６の被駆動端壁１２２の軸方向振動を示す、考えられる１つの変位プロファイルを示す。実線の曲線および矢印は、ある時点での被駆動端壁１２２の変位を表し、および破線の曲線は、半サイクル遅い被駆動端壁１２２の変位を表す。この図および他の図に示すように、変位は誇張されている。アクチュエータ１４０はその周囲において堅固には装着されておらず、むしろリング状のスカート１３０によって吊り下げられているため、アクチュエータ１４０は、その基本モードにおいてその質量中心の周りを自由に振動できる。この基本モードでは、アクチュエータ１４０の変位振動の振幅は、被駆動端壁１２２の中心と側壁１１８との間に位置する環状の変位節４２において実質的にゼロである。端壁１２２の他の点での変位振動の振幅は、垂直矢印で表すようにゼロよりも大きい。中心の変位腹４３がアクチュエータ１４０の中心付近にあり、かつ周辺の変位腹４３’がアクチュエータ１４０の周囲付近にある。半サイクル後の中心の変位腹４３は、破線曲線によって表す。
【００２８】
図２Ｂは、図２Ａに示す軸方向変位振動に起因する空洞１１６内の圧力振動を示す、考えられる１つの圧力振動プロファイルを示す。実線の曲線および矢印は、あるときの圧力を表す。このモードおよびより高次のモードでは、圧力振動の振幅は、空洞１１６の中心付近に正の中心の圧力腹４５と、空洞１１６の側壁１１８付近に周辺の圧力腹４５’とを有する。圧力振動の振幅は、中心の圧力腹４５と周辺の圧力腹４５’との間の環状の圧力節４４において実質的にゼロである。同時に、破線で表すような圧力振動の振幅は、空洞１１６の中心付近に負の中心の圧力腹４７を有し、周辺の圧力腹４７’および同じ環状の圧力節４４を備える。楕円形空洞に関して、空洞１１６における圧力振動の振幅の径方向依存性は、第１種ベッセル関数によって概算し得る。上述の圧力振動は、空洞１１６における流体の径方向運動に起因するため、アクチュエータ１４０の軸方向変位振動と区別されるように、空洞１１６内の流体の「径方向圧力振動」と称する。
【００２９】
さらに図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、アクチュエータ１４０の軸方向変位振動の振幅の径方向依存性（アクチュエータ１４０の「モード形」）は、第１種ベッセル関数に近似して、空洞１１６における所望の圧力振動の振幅の径方向依存性（圧力振動の「モード形」）により厳密に整合するようにすることが分かる。また、他の対称関数および非対称関数を使用して空洞１１６内の圧力振動を生じてもよい。いずれにしても、アクチュエータ１４０をその周囲において堅固に装着せず、アクチュエータがその質量中心の周りでより自由に振動できるようにすることによって、変位振動のモード形は、空洞１１６内の圧力振動のモード形に実質的に整合するため、モード形整合、またはより単純には、モード整合を達成する。モード整合は、この点において常に完璧である必要はなく、アクチュエータ１４０の軸方向変位振動および空洞１１６における対応する圧力振動は、アクチュエータ１４０の表面全体にわたって実質的に同じ相対位相を有し、空洞１１６における圧力振動の環状の圧力節４４の径方向位置、およびアクチュエータ１４０の軸方向変位振動の環状の変位節４２の径方向位置は、実質的に合致する。
【００３０】
アクチュエータ１４０がその質量中心の周りで振動するため、環状の変位節４２の径方向位置は、図２Ａに示すようにアクチュエータ１４０がその基本の曲げモードで振動するとき、必然的に、アクチュエータ１４０の半径の内側にある。それゆえ、環状の変位節４２が環状の圧力節４４と確実に合致するために、アクチュエータの半径（ｒａｃｔ）は、モード整合を最適にするために、好ましくは環状の圧力節４４の半径よりも大きい必要がある。再度、空洞１１６の圧力振動が第１種ベッセル関数に近似すると仮定すると、環状の圧力節４４の半径は、端壁１２２の中心から側壁１１８までの半径、すなわち、空洞１１６の半径（「ｒ」）の約０．６３となる。それゆえ、アクチュエータ１４０の半径（ｒａｃｔ）は、好ましくは以下の不等式を満たす：ｒａｃｔ≧０．６３ｒ。
【００３１】
リング状のスカート１３０は可撓性膜としてもよく、それにより、周辺の変位腹４３’における変位で示すようなアクチュエータ１４０の振動に応答した曲げおよび伸張によって、上述のように、アクチュエータ１４０の縁部がより自由に動くことができるようにする。可撓性膜は、アクチュエータ１４０とポンプ１００の楕円形壁１０１との間に低機械インピーダンス支持をもたらすことによって、アクチュエータ１４０に対する側壁１１８の潜在的な減衰の影響を取り除き、それにより、アクチュエータ１４０の周辺の変位腹４３’における軸方向振動の減衰を減少させる。基本的に、可撓性膜は、可撓性膜の外周縁部は実質的に静止したままで、アクチュエータ１４０から側壁１１８へ伝達されているエネルギーを最小限にする。その結果、環状の変位節４２は、ポンプ１００のモード整合条件を維持するために環状の圧力節４４と実質的に整列したままである。それゆえ、被駆動端壁１２２の軸方向変位振動は、図２Ｂに示すような中心の圧力腹４５、４７から側壁１１８における周辺の圧力腹４５’、４７’への空洞１１６内の圧力の振動を効率的に生成し続ける。
【００３２】
アクチュエータ１４０は駆動信号に応答して振動するため、負荷部１５０に生じた圧力は高まる一方で、空気の流れは、自由な流れ状態から失速状態へと減少する。ディスクポンプ１００によって負荷部１５０に高まっている圧力は、その圧力がアクチュエータ１４０を休止位置から離れるように押し進めるとき、アクチュエータ１４０によってスカート１３０が側壁１０１におけるその定位置からバイアス位置１３８の方へと曲がるため、図１Ａに示すような自由な流れ状態における休止位置１３６から図１Ｂに示すような失速状態におけるバイアス位置１３８へのアクチュエータ１４０の変位（δｙ）に応じて、センサによって測定し得る。アクチュエータ１４０は、ディスクポンプ１００の空洞１１６内に径方向圧力波を発生させるため、そのようなセンサは、好ましくはディスクポンプ１００の空洞１１６の外側に位置決めされ、ディスクポンプ１００の動作に干渉しないようにする。
【００３３】
図３は、アクチュエータ１４０に対面しかつディスクポンプ１００のアクチュエータ１４０の変位を測定するために回路基板１０８に実装されたセンサ３３１の拡大図である。センサ３３１は、アクチュエータ１４０の変位１３０を測定するために使用する光送信機３３２および光受信機３３４を含む。光送信機３３２は、可視または非可視スペクトルの光波とし得る光信号３３５を通信する。光信号３３５は、アクチュエータ１４０の内部プレート１１５の面で反射するので、図４に示すようなアクチュエータ１４０の変位（δｙ）にかかわらず反射信号が光受信機３３４によって受信される。アクチュエータ１４０が休止位置１３６にあるとき、第１の反射信号３４０が、図３および図４の双方の位置において光受信機３３４に入射する。アクチュエータ１４０が休止位置１３６からバイアス位置１３８に変位すると、第１の反射信号３４０は、それに対応して、アクチュエータ１４０の変位（δｙ）に依存する第２の反射信号３４２としての対応する反射変位（δｘ）によって変位される。基本的に、光受信機３３４に入射する反射信号の像は、図４に示すような休止位置１３６から十分なバイアス位置１３８までの経路に従う。反射変位（δｘ）は、上述の通りディスクポンプ１００によってもたらされた圧力に応じるアクチュエータ１４０の変位（δｙ）に比例する。
【００３４】
一実施形態では、光送信機３３２は、レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、または発光素子とし得る。光送信機３３２は、回路基板１０８に位置決めされ、かつ光学センサ３３４によって第１の反射信号３４０および第２の反射信号３４２が受信されかつ測定される限り、アクチュエータ１４０の内部プレート１１５のいずれかの点で光信号３３５を反射するような向きにされ得る。しかしながら、アクチュエータ１４０が基本モードで振動して、上述のおよび図２Ａに示すような空気の流れを生成するとき、アクチュエータ１４０の変位振動の振幅は、生成された任意の環状の変位節４２において実質的にゼロとし得る。それに応じて、アクチュエータ１４０に沿った他の点での変位振動の振幅は、同様に上述の通りゼロ超である。それゆえ、光信号３３５が環状の変位節４２に近い位置から反射されて、アクチュエータ１４０の高周波数の振動の影響を最小限にし、かつ休止位置１３６からバイアス位置１３８までより緩慢に移動するときのアクチュエータ１４０の変位（δｙ）をより正確に測定するように、光送信機３３２を位置決めおよび向き決定する必要がある。
【００３５】
一実施形態では、光学センサ３３４は、センサアレイを形成する複数の画素を含んでもよい。光学センサ３３４は、１つ以上の波長における１つ以上の反射ビームの位置を感知するように構成し得る。その結果、光受信機３３４は、第１の反射信号３４０と第２の反射信号３４２との間の反射変位（δｘ）１４４を感知するように構成し得る。光受信機３３４は、光受信機３３４によって感知された反射信号３４０および３４２を、光受信機３３４の各画素によって電気信号に変換するように構成し得る。反射変位（δｘ）は、リアルタイムで測定または計算されてもよいし、または特定のサンプリング周波数を用いて、ポンプハウジング１０２に対するアクチュエータ１４０の位置を決定してもよい。一実施形態では、アクチュエータ１４０の位置は、所与の時間枠にわたる平均または中央位置としてコンピュータで計算される。光受信機３３４の画素は、アクチュエータ１４０の比較的小さな変位（δｙ）を検出する追加的な感度をもたらすようなサイズとし、ディスクポンプ１００によってもたらされた圧力を、リアルタイムで制御できるように、より良好に監視し得る。
【００３６】
本発明の原理に従ってアクチュエータ１４０の変位をコンピュータ計算する代替的な方法を用いてもよい。アクチュエータ１４０の変位を決定することは、ポンプハウジング１０２にある任意の他の定位置の要素に対して成し遂げられ得ることを理解されたい。反射変位（δｘ）は、一般的に実質的に比例するものの、スケール係数を乗じられたアクチュエータ１４０の変位（δｙ）に等しくてもよく、スケール係数は、ディスクポンプ１００のポンプハウジング１０２の構成または他のアライメントファクタに基づいて予め定められた値とし得る。その結果、負荷部にもたらされた圧力を直接測定するが、例えば減圧システムにおいてディスクポンプ１００によってもたらされた圧力を測定するには嵩張りすぎて高価すぎる圧力センサを必要とせずに、ディスクポンプ１００の空洞１１６内の減圧を、アクチュエータ１４０の変位（δｙ）を感知することによって決定し得る。説明に役立つ実施形態は、ディスクポンプ１００の空洞１１６内に生成されている圧力振動に干渉せずに、ポンプハウジング１０２内の空間利用を最適にする。
【００３７】
図５は、別の説明に役立つ実施形態による、アクチュエータ１４０の変位を測定するための別のセンサの仮想図を含む、バイアス位置１３８の状態にあるアクチュエータ１４０を示すディスクポンプ１００の別の概略的な断面図である。センサは超音波送受信機５４６であり、超音波５４８を送信して、アクチュエータ１４０によって反射されかつ超音波送受信機５４６によって受信された超音波５４８に基づいてアクチュエータ１４０の位置を決定する。簡単にするために、超音波送受信機５４６にエコーバックする超音波は図示していない。超音波送受信機５４６は、アクチュエータ１４０の変位（δｙ）に関する生の測定値または処理済みデータを、例えばプロセッサを含む１つ以上の電子デバイスに送信し、このポンプ１００および他の機能特性によって生成された減圧を決定してもよい。
【００３８】
図６に関しては、ディスクポンプ１００におけるアクチュエータ１４０の変位（δｙ）を測定する回折格子６０２を示す。回折格子６０２は、アクチュエータ１４０に取り付けられていてもまたはそれと一体でもよい。例えば、回折格子６０２は、ディスクポンプの製造中、接着剤または他の締結手段を用いてアクチュエータ１４０に取り付けられた反射光学素子とし得る。図示の通り、送信機６０７がマルチスペクトルの光信号６０８を回折格子６０２上に送信する。回折格子６０２はマルチスペクトルの光信号６０８を、異なる波長λ１、λ２、λ３、およびλ４を有するいくつかのビームに回折する。ビームの波長λ１、λ２、λ３、およびλ４は、センサアレイ６１０によって検出される。一実施形態では、センサアレイ６１０は、複数の画素６１２、６１４、６１６、および６１８を含み得る。センサアレイ６１０の画素６１２、６１４、６１６、および６１８はまた、画素アレイと称してもよい。あるいは、センサアレイ６１０は単一のセンサまたは画素素子、例えば画素６１４としてもよい。送信機６０７およびセンサアレイ６１０は、回路基板１０８、またはポンプハウジング１０２の任意の他の定位置素子に接続されて、動作中確実に安定化させ得る。
【００３９】
動作中、送信機６０７は、マルチスペクトルの光信号の形態のマルチスペクトルの光信号６０８を回折格子上に送信する光発生回路または素子とし得る。回折格子６０２は、規則的なパターンを有する光学部品としてもよく、図６に示すように、マルチスペクトルの光信号６０８の光をいくつかのビームλ１、λ２、λ３、およびλ４に回折させ、かつそれらビームを異なる方向に反射させる。当業界で公知のように、回折格子６０２は、回折格子の格子内に、アクチュエータ１４０の通常動作および変位中にセンサアレイ６１０にわたってλ１、λ２、λ３、およびλ４を拡散させるように構成された溝または刻線を含み得る。
【００４０】
センサアレイ６１０は、画素６１２、６１４、６１６、および６１８の１つ以上によって受光された１つ以上の波長に基づいてアクチュエータ１４０の変位を決定する。例えば、図６に示すように、画素６１２、６１４、６１６、および６１８上での波長λ１、λ２、λ３、およびλ４の分散は、アクチュエータ１４０と回路基板１０８との間の最大変位に対応し得る。アクチュエータ１４０がハウジング本体の方へ（すなわち空洞に）動くと、画素６１２〜６１８は、波長λ１、λ２、λ３、およびλ４の１つ以上を検出する。一実施形態では、センサアレイ６１０からの測定値は、アクチュエータ１４０の変位を示し得る。例えば、λ３およびλ４の双方が画素６１８によって検出される場合、変位は、減圧供給システムの空洞に所望の圧力を生じるために最適な変位を示す２ｍｍとし得る。画素６１２、６１４、６１６、および６１８の各々によって検出された波長λ１、λ２、λ３、およびλ４は、正確な変位を示してもよいし、または変位を計算するために用いられるデータを提供してもよい。代替的な実施形態では、センサは、マルチスペクトルの光信号６０８において光学波長を感知するように構成された単一の画素としてもよく、アクチュエータ１４０が動くと、センサによって感知された波長が、ハウジングに対するアクチュエータの位置を示すようにする。さらに別の実施形態では、公知の寸法を有する単一セルを備える光学センサは、光学センサによって感知される、ある光スペクトル（すなわちいくらかの光）の最適な位置に位置決めされてもよく、かつ、感知される場合、ポンプが、ある許容差範囲において圧力を生成しているという決定がなされ得る。
【００４１】
図７に関して、ディスクポンプ１００におけるアクチュエータ１４０の変位（δｙ）を測定する磁気センサ７０２を示す。ホール効果センサまたは類似のセンサとし得る磁気センサ７０２は、回路基板１０８またはポンプハウジング１０２に装着される。アクチュエータ１４０には導体７０６が装着され得る。導体７０６は、金属性としても、磁気としてもよく、またはそうでなければ、磁気センサ７０２による磁気感知をもたらすことができるとし得る。磁気センサ７０２は、磁気センサ７０２と導体７０６との間の磁場７１０を測定する。磁気センサ７０２は、磁場７１０をもたらす電場の変化を測定して、磁気センサ７０２と導体７０６との間の変位を決定するように校正または構成され得る。
【００４２】
図８を参照すると、上述のディスクポンプ１００などのディスクポンプと、ディスクポンプ１００によって生成された圧力を測定および制御するセンサ、例えば、光送信機３３２および光受信機３３４を含む光学センサ３３１とを含む例示的なディスクポンプシステム８００のブロック図を示す。上述のような他のセンサもまた、ディスクポンプシステム８００の一部として用いてもよいことを理解されたい。ディスクポンプシステム８００はまた、ディスクポンプシステム８００に電力供給するために用いられるバッテリー８０２を含む。ディスクポンプシステム８００の要素は相互に接続されて、ワイヤ、経路、トレース、導線、および他の導電素子を通して通信する。ディスクポンプシステム８００はまた、プロセッサ８０４およびドライバ８０８を含んでもよく、プロセッサ８０４は、制御信号８０６をドライバ８０８に通信することを含め、ドライバ８０８と通信するように適合されている。ドライバ８０８は、上述のようなアクチュエータ１４０などのディスクポンプ１００のアクチュエータを励振させる駆動信号８１０を生成する。アクチュエータ１４０は、励振されるとディスクポンプ１００の空洞内に流体の径方向圧力振動を生成する圧電構成部品を含み、空洞を通る流体の流れを生じ、上述の通り負荷部を加圧または減圧し得る。プロセッサ８０４は光送信機３３２へ照明信号８１２を提供して、光ビーム３３５などの光ビームによってアクチュエータ１４０を照明し、この光ビームは、反射信号３４０、３４２として示すように、アクチュエータ１４０によって光受信機３３４へ反射されるように構成されてもよく、これも同様に上述している。反射信号３４０、３４２が光受信機３３４に入射すると、光受信機３３４は、プロセッサ８０４に、アクチュエータ１４０の変位（δｙ）に対応する変位信号８１４を提供する。プロセッサ８０４は、変位信号８１４で表されるアクチュエータ１４０の変位（δｙ）に応じて、負荷部においてポンプ１００によって生成された圧力を計算するように構成される。一実施形態では、プロセッサ８０４は、複数の反射信号３４０、３４２を平均して、時間が経つにつれたアクチュエータ１３０の平均変位を決定するように構成され得る。さらに別の実施形態では、プロセッサ８０４は、フィードバックとして変位信号８１４を用いて、負荷部における圧力を制限するために制御信号８０６および対応する駆動信号８１０を調整してもよい。
【００４３】
ディスクポンプシステム８００のプロセッサ８０４、ドライバ８０８、および他の制御回路を電子回路と称してもよい。プロセッサ８０４は、ディスクポンプ１００の機能性を制御することをイネーブルする回路または論理とし得る。プロセッサ８０４は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、中央処理装置、デジタル論理、または、１つ以上のハードウェアエレメントおよびソフトウェアエレメントを含む電子デバイスの制御に好適な他の装置として機能してもよいし、またはそれらを含んでもよく、ソフトウェア、命令、プログラム、およびアプリケーションを実行し、信号および情報を変換および処理し、および他の関連のタスクを実行する。プロセッサ８０４は、単一チップとしてもよいし、または他のコンピューティング素子または通信素子と一体としてもよい。一実施形態では、プロセッサ８０４は、メモリを含んでもまたはメモリと通信してもよい。メモリは、後で検索またはアクセスするためにデータを記憶するように構成されたハードウェアエレメント、装置、または記録媒体とし得る。メモリは、ランダムアクセスメモリ、キャッシュ、またはデータ、命令、および情報の記憶に好適な他の小型記憶媒体の形態のスタティックまたはダイナミックメモリとし得る。代替的な実施形態では、電子回路は、圧力を測定しかつ上述の通りディスクポンプ１００の空洞におけるアクチュエータ１４０の変位を制御するために同じまたは類似の機能を実行するように構成されたアナログ回路とし得る。
【００４４】
ディスクポンプシステム８００はまたＲＦ送受信機８２０を含んで、ＲＦ送受信機８２０に対して送受信される無線信号８２２および８２４を介して、例えば、現在の圧力測定値、アクチュエータ１４０の実際の変位（δｙ）、およびバッテリー８０２の現在の耐用年数を含むディスクポンプシステム８００の性能に関する情報およびデータを通信し得る。ＲＦ送受信機８２０は、無線、赤外線、または他の有線または無線信号を用いて１つ以上の外部装置と通信する通信インターフェースとし得る。ＲＦ送受信機８２０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＷｉＦｉ、ＷｉＭＡＸ、または他の通信規格またはプロプライエタリ（ｐｒｏｐｒｉｅｔａｒｙ）通信システムを用いてもよい。より特定的な用途に関して、ＲＦ送受信機８２０は、医療専門家によって参照される圧力読取値のデータベースを記憶するコンピュータデバイスに信号８２２を送信し得る。コンピュータデバイスは、ローカルで処理を実行し得るまたは情報およびデータの処理のために中央もしくはリモートコンピュータに情報をさらに通信し得るコンピュータ、モバイル機器、または医療機器装置とし得る。同様に、ＲＦ送受信機８２０は、アクチュエータ１４０の動きに基づいて負荷部においてディスクポンプ１００によって生成された圧力を外部から規制するために信号８２４を受信し得る。
【００４５】
ドライバ８０８は、アクチュエータ１４０を励振および制御する電気回路である。例えば、ドライバ８０８は、駆動信号８１０の一部として特定の波形を生成する高出力のトランジスタ、増幅器、ブリッジ回路、および／またはフィルタとし得る。そのような波形は、プロセッサ８０４およびドライバ８０６によって、上記で詳細に説明したように、アクチュエータ１４０を周波数（ｆ）の振動運動で振動させる駆動信号８１０を提供するように、構成し得る。アクチュエータ１４０の振動性変位の動きによって、負荷部において圧力を生成する駆動信号８１０に応答して、ポンプ１００の空洞内での流体の径方向圧力振動が生成される。
【００４６】
別の実施形態では、ディスクポンプシステム８００は、ユーザに情報を表示するためのユーザインターフェースを含んでもよい。ユーザインターフェースは、ユーザに情報、データ、または信号を提供するためにディスプレイ、音声インターフェース、または触覚インターフェースを含んでもよい。例えば、小型のＬＥＤスクリーンが、ディスクポンプ１００によって加えられている圧力を表示してもよい。ユーザインターフェースはまた、ディスクポンプの性能、特に、生成される減圧を調整するために、ボタン、ダイアル、ノブ、または他の電気的または機械的インターフェースを含み得る。例えば、圧力は、ユーザインターフェースの一部であるノブまたは他の制御要素を調整することによって増減し得る。
【００４７】
ポンプによって負荷部に生成された圧力の測定方法も開示されている。ポンプは、ポンプ内において、ポンプ内に空洞を形成する可撓性スカートに装着されたアクチュエータを含む。可撓性スカートがあることによって、ポンプの空洞を通る空気の流れを生成するためにアクチュエータは振動でき、かつアクチュエータは、負荷部への圧力を高めながら変位できる。この方法は、アクチュエータを電気的に駆動して、ポンプ内のアクチュエータの振動性変位運動が空洞内に流体の径方向圧力振動を生成させるようにすることを含む。この方法は、流体が空洞を流れ始めて、スカートの可撓性によって適合されるように、負荷部における圧力を高めながらアクチュエータを休止位置からバイアス位置へ移動させるとき、アクチュエータの変位を測定することをさらに含む。この方法はまた、アクチュエータの変位に基づいて負荷部における圧力を計算することを含む。
【００４８】
より具体的には図９を参照すると、ディスクポンプによって生成された圧力を測定および制御する例示的なプロセス９００のフロー図を示す。プロセス９００は、ディスクポンプのハウジング内にあるアクチュエータが駆動信号によって駆動されるステップ９０２で開始する。アクチュエータは、圧電アクチュエータまたは装置によって駆動し得る。アクチュエータは駆動されて、組織部位に適用される減圧を生成し得る。例えば、ディスクポンプは、当業界で理解されているように、ドレープによって覆われた組織部位と直接または間接的に連通し得る。ステップ９０４では、負荷部内での圧力が高まる結果アクチュエータが休止位置からバイアス位置へ動くと、アクチュエータの変位が感知され得る。一実施形態では、休止位置は、ディスクポンプが動作停止しているまたは電力供給されていない（ｕｎｐｏｗｅｒｅｄ）ときに発生し、および負荷部内の圧力が最大値であるときにバイアス位置に達する。アクチュエータの変位および負荷部の対応する圧力は、これら２つの位置間で変動する。駆動信号は、アクチュエータの動作および負荷部に加えられる対応する圧力を制御するために、ディスクポンプのプロセッサ、ドライバ、または制御論理によって構成され、付形され、またはそうでなければ生成され得る。
【００４９】
ステップ９０６では、ディスクポンプによって生成されている圧力は、アクチュエータの被感知変位に応じて決定され得る。一実施形態では、変位は、ディスクポンプのハウジングとアクチュエータとの間の光信号の反射または屈折によって決定され得る。同様に、超音波、無線周波数、磁気、または他の光学式の、センサまたは送信機および受信機の組み合わせを用いて、アクチュエータの変位を決定し得る。アクチュエータの変位は、負荷部用にディスクポンプによって生成されている圧力を示し得る。デジタルおよび／またはアナログエレクトロニクスを用いて、ディスクポンプを構成要素として含む組織治療システムなどの負荷部の公知のディファレンシャル（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）、係数、損失、および他の特性に基づいて、組織部位に加えられている圧力を決定し得る。エレクトロニクスは、任意の数の静的または動的アルゴリズム、機能、またはセンサ測定値を用いて、圧力を決定してもよい。ステップ９０８では、駆動信号は、ディスクポンプによって供給されている圧力を決定したことに応答して、アクチュエータの変位を制御するように調整される。駆動信号は、アクチュエータの変位を測定する１つ以上のセンサから受信されたフィードバック信号の測定値に応答して生成され得る。一実施形態では、駆動信号の振幅は、ディスクポンプによって生成された減圧を上昇させかつ対応して組織部位に伝えるように、増大し得る。同様に、駆動信号の振幅または形状は、負荷部における圧力を減少させるまたは維持するために、ディスクポンプのアクチュエータを駆動するように変調し得る。
【００５０】
説明に役立つ実施形態は、アクチュエータが休止位置からバイアス位置へ動くときに、ディスクポンプ内の定位置の構成要素に対するアクチュエータの変位を測定するディスクポンプ内のセンサによって提供されたデータを解釈することによって、ディスクポンプによって生成された圧力を間接的に監視するための低コストのシステムを提供する。センサ、または光学センサの光送信機などのその任意の構成要素は、ポンプハウジングからまたはディスクポンプ上の任意の他の定位置から光信号を反射させることによって変位を測定するために、アクチュエータに直接接続され得ることを理解されたい。説明に役立つ実施形態は、ディスクポンプによって生成されている圧力を監視するための機器、空間、およびコストを、負荷部においてポンプによって生成された圧力を直接感知する伝統的な圧力センサおよびモニタを用いることで得られるものよりも、削減する。
【００５１】
先の詳細な説明は、本発明を実施するための少数の実施形態の１つであり、範囲を限定するものではない。当業者は、詳細に説明したもの以外の領域において、本発明を実施するために使用される方法および変形例を予想するであろう。以下の特許請求の範囲は、開示の本発明のいくつもの実施形態をかなり詳細に設定する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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