(57)【要約】ポンプ装置は、ポンプ入口（２２）およびポンプ出口（２４）を含み、流体をポンプ入口からポンプ出口に送るように構成されるポンプ（２０）と、ポンプ出口（２４）およびポンプ装置の出口（４８）間に配置され、弁座（４２）および弁蓋（４４）を含む安全弁（４０）とを含む。弁座、ポンプ出口およびポンプ入口は、ポンプ装置の第１の統合部分（１４）の第１の表面に形成されるが、弁蓋は、ポンプ装置の第２の統合部分（１２）に形成される。ポンプ装置の入口（４６）およびそれに流体的に接続される流体領域（５０）は、ポンプ装置の第３の部分（１０）に形成される。第２の統合部分（１２）は、流体領域内の圧力が安全弁に対する閉鎖効果を有し、ポンプ入口およびポンプ装置の入口が流体的に接続されるように、ポンプ装置の第１の統合部分（１４）および第３の部分（１０）間に配置される。【選択図】図１ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ入口（２２、１２２、２２２）およびポンプ出口（２４、１２４、２２４）を含み、流体を前記ポンプ入口から前記ポンプ出口に送るように構成されるポンプ（２０、１２０、２２０）と、
前記ポンプ出口（２４、１２４、２２４）およびポンプ装置の出口（４８、１４８、２６２）間に配置され、弁座（４２、１４２、２５２）および弁蓋（４４、１４４、２５４）を含む安全弁（４０、１４０、２５０）とを含む、ポンプ装置であって、
前記弁座、前記ポンプ出口および前記ポンプ入口は、前記ポンプ装置の第１の統合部分（１４、１１４、２１４）の第１の表面に形成され、
前記弁蓋は、前記ポンプ装置の第２の統合部分（１２、１１２、２１２）に形成され、
前記ポンプ装置の入口（４６、１４６、２６０）およびそれに流体的に接続される流体領域（５０、１５０、２７０）は、前記ポンプ装置の第３の部分（１０、１１０、２１０）に形成され、さらに
前記第２の統合部分（１２、１１２、２１２）は、前記流体領域（５０、１５０、２７０）内の圧力が前記安全弁（４０、１４０、２５０）に対する閉鎖効果を有するように、さらに、前記ポンプ入口（２２、１２２、２２２）および前記ポンプ装置の前記入口（４６、１４６、２６０）が流体的に接続されるように、前記ポンプ装置の前記第１の統合部分（１４、１１４、２１４）および前記第３の部分（１０、１１０、２１０）間に配置される、ポンプ装置。
【請求項２】
前記ポンプ入口（２２、１２２、２２２）および前記ポンプ装置の前記入口（４６、１４６、２６０）は、前記第２の統合部分（１２、１１２、２１２）における開口部（５２、１５２、２７２）を介して流体的に接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ポンプ（２０、１２０）は、受動逆止弁を含むダイヤフラムポンプである、請求項１または請求項２に記載のポンプ装置。
【請求項４】
前記ポンプ入口（２２）の受動逆止弁の弁座（２６）および前記ポンプ出口（２４）の受動逆止弁の弁フラップ（３２）が、前記第１の統合部分（１４）の前記第１の表面の反対側の前記第１の統合部分（１４）の第２の表面に形成される、請求項３に記載のポンプ装置。
【請求項５】
前記ポンプ装置の第４の部分（１６）をさらに含み、前記第１の統合部分（１４）は、前記ポンプ装置の前記第４の部分（１６）および前記第２の統合部分（１２）間に配置され、さらに、前記ポンプ入口（２２）の前記逆止弁の弁フラップ（２８）および前記ポンプ出口（２４）の前記逆止弁の弁座（３０）は、前記第１の統合部分（１４）に対向する前記第４の部分（１６）の第１の表面に形成される、請求項４に記載のポンプ装置。
【請求項６】
第５の部分（１８）をさらに含み、前記第４の部分（１６）は、前記第１の統合部分（１４）および前記第５の部分（１８）間に配置され、さらに、前記ポンプ（２０）のポンプダイヤフラム（３４）は、前記第５の部分（１８）に形成される、請求項５に記載のポンプ装置。
【請求項７】
前記第１の統合部分（１１４）は、前記第１の表面の反対側の第２の表面における１つ以上の凹部を含み、前記ポンプ入口のための逆止弁および前記ポンプ出口のための逆止弁を含む１つ以上の逆止弁モジュール（１２６）は、前記１つ以上の凹部に取り付けられる、請求項３に記載のポンプ装置。
【請求項８】
前記ダイヤフラムポンプは、金属ダイヤフラム（１２８）およびシリコンで作られる逆止弁を含む、請求項３または請求項７に記載のポンプ装置。
【請求項９】
前記ポンプ（２２０）は、蠕動マイクロポンプである、請求項１または請求項２に記載のポンプ装置。
【請求項１０】
ポンプ室（３８、１３０、２３６）の少なくとも部分は、前記第１の統合部分（１４、１１４、２１４）の前記第１の表面の反対側の第２の表面に形成され、さらに、ポンプダイヤフラム（３４、１２８、２１６）は、前記ポンプ室に接するように設けられる、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１１】
前記ポンプダイヤフラム（１２８）に対向する前記ポンプ室（１３０）の壁セクションの外形は、そらされた状態における前記ポンプダイヤフラム（１２８）の外形に適合される、請求項１０に記載のポンプ装置。
【請求項１２】
前記ポンプダイヤフラム（３４）は、前記ポンプ室に突出する隆起部（３４ａ、３４ｂ）を含む、請求項１０に記載のポンプ装置。
【請求項１３】
前記第２の統合部分（１２、１１２、２１２）は、１つ以上の開口部（５２、５４、１５２、２７２）が形成される、前記第１の統合部分（１４、１１４、２１４）および前記第３の部分（１０、１１０、２１０）間に配置される均一の厚さの層を含む、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１４】
前記第２の統合部分（１２、１１２、２１２）は、前記第１の統合部分（１４、１１４、２１４）および前記第３の統合部分（１０、１１０、２１０）を完全に分離する、請求項１３に記載のポンプ装置。
【請求項１５】
ポンプ装置出口（４８）が前記第３の部分（１０）に形成される、請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１６】
ポンプ装置出口（１４８、２６２）が前記第１の統合部分（１１４、２１４）に形成される、請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１７】
前記安全弁は、前記流体領域（５０）内の正圧による前記弁蓋（４４）の曲げを減らすスペーサを含む、請求項１ないし請求項１６のいずれかに記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ポンプ装置に関し、特に、ポンプのポンプ出口に安全弁を含むポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプ入口およびポンプ出口に受動逆止弁を含むダイヤフラムポンプが、独国特許出願公開第１９７１９８６２号で典型的に知られている。能動弁を含まない蠕動ポンプが、独国特許出願公開第１０２３８６００号で典型的に知られている。特に、上記の文献は、マイクロポンプを開示し、それらは、１度作動されるときに、ポンプ容積がマイクロリットル以下の範囲にあるようなポンプになる。
【０００３】
既知のマイクロポンプは、過圧または正圧がそれぞれのポンプ入口に接続される入口リザーバに加えられ、作動電圧がポンプに印加されないときに、ポンプを通り抜ける自由流れが起こり得るという点で問題がある。
【０００４】
通常閉鎖されている自動遮断弁が、独国特許出願公開第１００４８３７６号および国際公開第２００４／０８１３９０号で知られている。通常閉鎖されている弁は、作動されていないときに、閉鎖されている弁になる。
【０００５】
独国特許出願公開第１００４８３７６号は、弁入口での正圧が閉鎖効果を有する通常閉鎖されている自動遮断弁を開示している。この弁は、圧電セラミックを含み、電圧を圧電セラミックに印加することによって、弁の開放をもたらす。入口での正圧を伴う自動遮断機能および単純な構成は、そのような弁の利点である。そのような弁が自由流れを回避するためにポンプと組み合されるときに、増加したスペースおよびコストの要求が、必要な別の構成要素のために生じる。さらに、別の圧電駆動が必要である。さらに、圧電／シリコンダイヤフラムのためのゼロレベルは、たとえ温度変化が圧電セラミックおよびシリコンダイヤフラム構成の動きをもたらすとしても、圧電セラミックをシリコンダイヤフラムに接着するステップの後でも確実にされなければならない。さらに、そのような構成は、弁およびポンプ間に大きい死容積をもたらし、さらに、その間に流体フィッティング部または接続部を必要とする。
【０００６】
国際公開第２００４／０８１３９０号は、弁出口が下流のマイクロポンプの入口と流体的に結合される２重の通常閉鎖されているマイクロ弁を教示している。弁は、弁チップに形成され、それ自体は正圧が弁の入口に加えられるときに自動遮断機能を有し、それ自体は正圧が弁の出口に加えられるときに自動遮断機能を有し、さらに、その弁は負圧が出口に加えられるときに開放する。ポンプはスイッチがオンにされるときに、ポンプ入口および弁出口に負圧を生成し、それによって弁を開放する。そのようなマイクロ弁は、自動遮断機能を備え、圧電駆動が必要でないように受動的な構成要素を含み、そのため、非常に良好な装置間の再現性を呈する。それにもかかわらず、別々の構成要素が必要であり、さらなるスペースおよびコストの要求をもたらす。さらに、そのような２重の通常閉鎖されているマイクロ弁は、高価であるシリコンで入手できるだけである。さらに、マイクロポンプに接続されるときに、大きい死容積があり、流体フィッティング部が必要である。さらに、高い入口圧力では、ポンプは、入口と流体的に接続される弁を開放するために必要とされる負圧を生成することができない。
【０００７】
国際公開第２００４／０８１３９０号は、統合された２重の通常閉鎖されているマイクロ弁を有するマイクロポンプを教示している。そのようなマイクロポンプは、コンパクトな設計であって、小さい死容積を呈する。しかしながら、ポンプの設計が十分に高い圧縮比のために設計されるときに、この種のマイクロポンプを用いて小さい流量だけを達成することができる。さらに、必要とされるポンプチップは大きく、高い入口圧力では、ポンプは、統合された２重の通常閉鎖されているマイクロ弁を開放するために必要とされる負圧を達成することができない。
【０００８】
ポンプおよびポンプの出口の安全弁を含むドラッグデリバリー装置が、国際公開第０３／０９９３５１号で知られている。この文献の一実施形態は、ポンプ入口およびポンプ出口に受動的なボール逆止弁を含むダイヤフラムポンプを教示している。弁座および弁フラップとして働くダイヤフラムを含む安全弁は、ポンプ出口に設けられる。このダイヤフラムのエリアは、ポンプ装置の入口リザーバ内の圧力がダイヤフラム側に働くように、流体接続部を介してポンプ装置の入口リザーバと接続される。ダイヤフラムの他の表面は、ポンプの出口の逆止弁を介してポンプのポンプ室内に生成される圧力と関係がある。
【０００９】
国際公開第０３／０９９３５１号によれば、ポンプはスイッチがオフにされるときに、安全弁は、安全弁座の内側の領域内ではなく、ダイヤフラムの全体の大きさをほとんど覆って圧力バランスがとられる。マイクロポンプの出口と直列に接続される安全弁の利点は、ポンプ入口での正圧が安全弁に対する閉鎖効果を有するということである。ポンプが作動中のときに、ポンプ出口に生成される比較的小さい正圧は、安全弁を開放することができる。しかしながら、国際公開第０３／０９９３５１号に記載されているポンプ装置は、別々の構成要素が必要であるという点で不利な点があり、それは、次に増加したスペースおよびコストの要求をもたらす。さらに、ポンプ装置は、大きい死容積を呈し、さらに流体フィッティング部が必要である。
【００１０】
したがって、自由流れが非活動状態において防止され、単純な構成を含み、小さい死容積を備えるポンプ装置の需要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許出願公開第１９７１９８６２号
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２３８６００号
【特許文献３】独国特許出願公開第１００４８３７６号
【特許文献４】国際公開第２００４／０８１３９０号
【特許文献５】国際公開第０３／０９９３５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この目的は、請求項１に記載のポンプ装置によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、ポンプ装置を提供し、それは、
ポンプ入口およびポンプ出口を含み、流体をポンプ入口からポンプ出口に送るように構成されるポンプと、
ポンプ出口およびポンプ装置の出口間に配置され、弁座および弁蓋を含む安全弁とを含む、ポンプ装置であって、
弁座、ポンプ出口およびポンプ入口は、ポンプ装置の第１の統合部分の第１の表面に形成され、
弁蓋は、ポンプ装置の第２の統合部分に形成され、
ポンプ装置の入口およびそれに流体的に接続される流体領域は、ポンプ装置の第３の部分に形成され、さらに
第２の統合部分は、流体領域内の圧力が安全弁に対する閉鎖効果を有し、さらに、ポンプ入口およびポンプ装置の入口が流体的に接続されるように、ポンプ装置の第１の統合部分および第３の部分間に配置される、ポンプ装置である。
【００１４】
本発明のポンプ装置の実施形態によれば、安全弁は、ポンプに直接的に統合される。小さい死容積を呈する単純な構成を可能にするために、安全弁の弁座、ポンプ出口およびポンプ入口は、ポンプ装置の統合部分の第１の表面に形成される。ポンプの出口および弁座が統合部分の同じ表面に形成されるという事実のために、安全弁の弁座は、ポンプの出口に直接的に形成されてもよく、それによって、単純な構成は別として小さい死容積を達成する。本発明の実施形態において、ポンプ入口は、同じ表面にさらに形成され、安全弁に対する閉鎖効果を有するポンプ装置の流体領域と流体的に接続される。これは、単純な構成を有する本発明のポンプ装置を実施することを可能にする。
【００１５】
本発明の実施形態において、ポンプ装置の第２の統合部分は、第１の統合部分および第３の部分間に配置される基本的に均一の厚さの層であり、それらを分離する。第２の統合部分は、少なくとも１つの開口部を含んでもよく、それを介して、ポンプ入口は、ポンプ装置の入口流体領域を表す流体領域と流体的に接続される。ポンプ装置の出口流体領域も第３の部分に形成される実施形態において、第２の統合部分は、他の開口部を含んでもよく、それによって、安全弁の出口は、ポンプ装置の出口と流体的に接続される。記載されているように、開口部が設けられる基本的に均一の厚さの第２の統合部分は、減らされた数のエレメントを含む本発明のポンプ装置の簡単な製造を可能にする。他の実施形態において、第２の統合部分は、安全弁だけの領域に形成されてもよい。
【００１６】
本発明のポンプ装置の実施形態は、例えばポンプ入口およびポンプ出口に受動逆止弁を含むダイヤフラムポンプまたは蠕動ポンプなどの異なるポンプを用いて実施されてもよい。本発明の実施形態は、特に、１つのポンプサイクルの間に送られるポンプ容積がマイクロリットル以下の範囲にあり得るマイクロポンプを実施するために適している。さらに、そのようなマイクロポンプの関連寸法、例えばポンプダイヤフラムのポンプ行程またはポンプダイヤフラムの厚さなどは、マイクロメートル以下の範囲であってもよい。
【００１７】
本発明は、ポンプおよび安全弁が少数の部分を用いて実施されてもよい１つのエレメントに統合されるポンプ装置を提供する。本発明の実施形態は、５つまたは６つの個々の部分または層から形成されるポンプ装置エレメントを実施してもよく、そのため、それぞれの圧電セラミックおよび対応するフィッティング部または接続部を含むポンプダイヤフラム部分を１つの部分として考えられる。
【００１８】
本発明の実施形態は、ポンプおよびポンプ出口に統合される安全弁を形成する上下に配置されるいくつかのパターン層から形成されるポンプ装置チップを提供する。そのため、本発明の実施形態は、ポンプおよび弁間に別々の流体接続部を必要としない。死容積およびスペースの要求の両方は、本発明の実施形態において最小化することができる。簡単な実施とは別に、本発明の実施形態は、大きさ、重さおよびコストの節約を可能にする。
【００１９】
本発明のポンプ装置の実施形態によれば、入口から出口への方向に流れが非作動状態において効果的に回避されるように、ポンプ装置入口での正圧が安全弁に対する閉鎖効果を有する。
【００２０】
本発明の実施形態は、添付図面を参照して後に詳述される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１ａ】図１ａは、本発明のポンプ装置の実施形態の概略横断面図を示す。
【図１ｂ】図１ｂは、図１ａに示される実施形態のポンプ部分の底面図を示す。
【図２】図２は、図１に示される実施形態の１つの変形例の概略横断面図を示す。
【図３】図３は、本発明のポンプ装置の他の実施形態の概略横断面図を示す。
【図４】図４は、本発明のポンプ装置の別の他の実施形態の概略横断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１ａおよび図１ｂを参照して、ポンプが受動逆止弁を含むマイクロダイヤフラムポンプによって実施される本発明のポンプ装置の実施形態が以下に記載される。
【００２３】
図１ａおよび図１ｂに示される実施形態によれば、ポンプ装置は、上下に配置され互いに接着される５つのパターン層を含む。これらの層は、後に、第１の層１０、第２の層１２、第３の層１４、第４の層１６および第５の層１８と呼ばれる。
【００２４】
図１ａに示されるポンプ装置は、ポンプ入口２２およびポンプ出口２４を含むダイヤフラムポンプ２０を含む。ポンプ入口２２およびポンプ出口２４は、第３の層１４の底面に形成される。ダイヤフラムポンプ２０は、ポンプ入口２２に、弁座２６および弁フラップ２８を含む受動逆止弁を含む。弁座２６は、第３の層１４の上面に形成され、弁フラップ２８は、第４の層１６に形成される。さらに、マイクロポンプ２０は、ポンプ出口２４に、弁座３０および弁フラップ３２を含む受動逆止弁を含む。弁座３０は、第４の層１６に形成され、弁フラップ３２は、第３の層１４の上面に形成される。
【００２５】
さらに、ダイヤフラムポンプ２０は、第５の部分１８に形成されるポンプダイヤフラム３４を含む。圧電セラミック３６は、それを作動することによって、ダイヤフラムポンプ２０のポンプ室３８の容積が変わるように、ポンプダイヤフラム３４に接着される。この目的のために、電圧を圧電セラミック３６に印加するための適切な手段（図示せず）が設けられ、それを用いて、ポンプダイヤフラム３４は、図１ａに示される位置からポンプ室３８の容積が減らされる位置にそらすことができる。
【００２６】
図１ａに示される本発明のポンプ装置の実施形態は、ポンプ出口２４に安全弁４０を含む。安全弁４０は、安全弁座４２および安全弁フラップ４４を含む。安全弁座４２は、第３の層１４の底面に形成される。安全弁フラップ４４は、安全弁座４２に対向する第２の層１２の部分によって形成される。第３の層１４は、その底面において第２の層１２の可動部分を規定する凹部６２を含む。
【００２７】
図１ａに示されるポンプ装置は、ポンプ装置入口４６およびポンプ装置出口４８を含む。ポンプ装置入口４６は、流体領域５０と接続される。ポンプ装置入口４６、ポンプ装置出口４８および流体領域５０は、第１の層１０に形成される。流体領域５０は、流体領域５０内の圧力が安全弁４０に対する閉鎖効果を有するように、第２の層１２の底部に接する。流体領域５０ひいてはポンプ装置入口４６は、第２の層１２における第１の開口部５２を介してポンプ入口２２と流体的に接続される。ポンプ装置出口４８は、第２の層１２における第２の開口部５４を介して流路５６と流体的に接続され、前記流路は、次に安全弁４０または安全弁の出口５８と流体的に接続される。示される実施形態において、流路５６は、第３の層１４および第４の層１６において対応するパターニングによって形成される。安全弁の出口は、第３の層１４の上面に形成される。
【００２８】
ポンプ装置入口４６およびポンプ装置出口４８には、例えば管などを接続するためのいわゆるルアー（Ｌｕｅｒ）コネクタなどのさらなる流体構造を接続することを可能にする適切な流体コネクタが設けられてもよい。
【００２９】
図１ｂは、第３の層１４の底面に形成されるポンプ入口２２、ポンプ出口２４、安全弁座４２および流路５６の出口側端部６０を含む第３の層１４の底部に形成されるパターンを示す。流路５６は、図１ｂにおいて破線で示される。マイクロポンプの出口の逆止弁の弁フラップ３２は、図１ｂにおいてポンプ出口２４の上に見ることができる。さらに、ポンプダイヤフラム３４の位置および配置は、図１ｂにおいて破線で示される。凹部は、第３の層１４の底部に形成される安全弁室６２を表し、示される実施形態において基本的に矩形形状を含む。
【００３０】
安全弁の領域内に第２の層１２を支持するために、図１ｂにおいて均一に分散された支持部によって示される任意のスペーサ構造６４が設けられてもよい。図１ａに示されていないこのスペーサ構造は、安全弁座４２と同じ高さであってもよい第３の層１４における突起によって形成されてもよい。突起は、安全弁座４２と同じ方法ステップ、典型的に同じエッチングステップを用いて製造されてもよい。スペーサ構造は、ポンプ装置入口４６での正圧の場合に、第３の層１４への方向に安全弁フラップの曲げを減らすかまたは基本的に防止するように構成されてもよい。これは、曲げられる安全弁フラップ４４によって生じるリークを防止することを可能にする。さらに、安全弁フラップ４４を形成するダイヤフラムは、より小さい電圧を受け、それによってその耐久性を増加する。
【００３１】
作動中のポンプ装置では、図１ａおよび図１ｂに示されるように、ポンプダイヤフラム３４は、ポンプ室３８の容積が減少するように、図１ａに示される状態から出発して作動される。これはポンプ室３８内に正圧を生成し、一方ではポンプ出口２４の逆止弁を開放し、他方では安全弁フラップ４４に圧力をかける。同時に、ポンプ室３８内の正圧は、ポンプ室の入口の逆止弁に対する閉鎖効果を有する。このように、ポンプ行程と呼ばれるポンプダイヤフラム３４の作動中に、流体は、ポンプ出口２４の逆止弁および安全弁４０を通してポンプ装置出口４８に送られる。
【００３２】
ポンプダイヤフラム３４が図１ａに示される位置に戻される次の吸込行程において、ポンプ出口２４の逆止弁に対する閉鎖効果およびポンプ入口２２の逆止弁に対する開放効果を有する負圧が、ポンプ室３８内に形成される。このように、この吸込行程の間、流体は、ポンプ装置入口４６を通して吸い込まれる。
【００３３】
ポンプ装置入口からポンプ装置出口に体積流量をもたらすために、圧電セラミック３６には、典型的にパルス矩形波電圧によって、周期的に電圧を供給することができる。印加される作動電圧の回数およびポンプダイヤフラム３４の行程容積に応じて、所望の送出量を達成することができる。
【００３４】
ポンプ２０が作動中でないときに、ポンプ装置入口４６からポンプ装置出口４８にポンプ装置を通しての流れが防止され、その理由は、ポンプ装置入口４６での正圧が、流体領域５０を介して安全弁フラップ４４の底部に働くからであり、同時にポンプ２０を介して安全弁フラップ４４の上部に働き、その理由は、この正圧がポンプ入口２２およびポンプ出口２４の両方の逆止弁に対する開放効果を有するからである。入口での正圧によって下から安全弁フラップ４４に働く力は、上からそれに働く力より大きく、その結果、入口での正圧は、安全弁フラップ４４に対する閉鎖効果を有する。下から働く力はより大きく、その理由は、下からの圧力は上からの圧力より大きなエリアに働くからである。より正確に言うと、下からの圧力は可動フラップエリア全体に働くが、上からの圧力は弁座４２によってカバーされる領域に働かないからである。このように、非作動状態において、自由流れは、ポンプ装置入口での正圧によって確実に防止することができる。
【００３５】
図１ａおよび図１ｂに示される実施形態の変形例が図２に示され、同じエレメントが同一の参照番号で言及され、さらに、これらのエレメントのさらなる記述が省略される。図２に示されるように、ポンプダイヤフラム３４は、底部において、ポンプ室に突出する隆起部３４ａ、３４ｂを含む。さらに、第４の層１６は、図１ａに示される例と比較して、ポンプ室３８に突出する隆起部６６を含む。図２において、ポンプダイヤフラム３４は、作動状態において示される。隆起部３４ａ、３４ｂは、ポンプダイヤフラム３４のエッジ領域に形成されてもよい。隆起部３４ａ、３４ｂおよび６６は、ポンプ室３８の死容積において減少をもたらし、それは、次にポンプの圧縮比において増加をもたらす。図２に示されるポンプ装置の動作は、図１ａおよび図１ｂに関して前に記載されている実施形態の動作に対応する。
【００３６】
図３を参照して、本発明のポンプ装置の他の実施形態が以下に記載される。図３に示されるポンプ装置は、上下に配置され互いに接着される５つの層１１０、１１２、１１４、１１６および１１８を含む。ポンプ装置は、ポンプ入口１２２およびポンプ出口１２４を含むポンプを含む。ポンプ入口１２２およびポンプ出口１２４は、第３の層１１４の下面に形成される。逆止弁モジュール１２６が配置される凹部が、第３の層１１４の上面に形成される。逆止弁モジュール１２６は、典型的に凹部に接着されてもよい。逆止弁モジュール１２６は、典型的に独国特許出願公開第１９７１９８６２号に記載されているような構成を含んでもよい。
【００３７】
第３の層１１４の上面は、第４の層１１６によって形成されるポンプダイヤフラム１２８の底部と共にポンプ室１３０を確立するようにさらに形成される。ポンプダイヤフラム１２８は、例えばステンレス鋼箔などの金属層によって、典型的に形成されてもよい。圧電セラミック１３２は、ポンプダイヤフラム１２８に配置される。ポンプダイヤフラム１２８を作動するための電圧は、概略的に１３４で示される対応する接続手段を介して圧電セラミック１３２に印加することができる。作動されるときに、ポンプダイヤフラム１２８は、ポンプ室１３０の容積が減らされるように下方にそらされる。図３に示されるように、ポンプダイヤフラム１２８に対向する第３の層１１４の表面の外形は、ポンプの死容積が減少されるように、そらされた状態におけるポンプダイヤフラム１２８の外形に適合され、そのため、その圧縮比は増加することができる。示される例において、第５の層１１８の対応するパターニングによって形成される蓋１３６は、ポンプダイヤフラム１２８の上に設けられる。
【００３８】
図３に示されるポンプ装置は、安全弁座１４２および安全弁フラップ１４４を含む安全弁１４０をさらに含む。安全弁座１４２は、第３の層１１４の底部に形成される。安全弁フラップ１４４は、第２の層１１２の可動部分によって形成される。第２の層１１２の可動部分は、次に第３の層１１４の底部において対応する凹部によって規定される。
【００３９】
ポンプ装置は、ポンプ装置入口１４６およびポンプ装置出口１４８を含む。ポンプ装置入口１４６は、第１の層１１０に形成され、第１の層１１０に形成される流体領域１５０と流体的に接続される。流体領域１５０は、入口１４６での正圧が弁フラップ１４４の底部に対する効果を有するように、安全弁フラップ１４４の底部に接する。
【００４０】
ポンプ装置出口１４８は、流路１５６を介して安全弁１４０の出口１５８と流体的に接続される。
【００４１】
前に記載されている実施形態におけるように、可動安全弁フラップ４４は、弁フラップの上側に働く正圧が、弁フラップの底部に働く圧力と比較して、安全弁に対する開放効果を有するように、弁座１４２に取り付けられない。
【００４２】
逆止弁モジュール１００は、ポンプ入口１２２の逆止弁およびポンプ出口１２４の逆止弁を備える。ポンプ室１３０内の正圧は、ポンプ入口１２２の逆止弁に対する閉鎖効果およびポンプ出口１２４の逆止弁に対する開放効果を有するが、ポンプ室１３０内の負圧は、ポンプ入口１２２の逆止弁に対する開放効果およびポンプ出口１２４の逆止弁に対する閉鎖効果を有する。
【００４３】
ポンプ装置入口１４６およびポンプ装置出口１４８は、次に、流体管等が接続されることを可能にするように構成されてもよい。図３に示されるように、ポンプ入口１２２は、第２の層１１２における開口部１５２を介して流体領域１５０と流体的に接続される。
【００４４】
図３に示される実施形態において、第４の層１１６は、その上に適用される圧電セラミックを有する金属箔によって形成されてもよい。逆止弁モジュール１２６は、シリコンで作られる形成されたマイクロ弁を含んでもよい。そのような組み合わせは、小さい構成および大きい送出量を呈するマイクロポンプを実施することを有利に可能にする。
【００４５】
図３に示されるポンプ装置の動作は、図１ａに示される実施形態に関して前に記載されている動作に基本的に対応する。また、ポンプ室１３０内にポンプ行程によって生成される圧力における差は、そのようなポンプ行程の間、ポンプ室から流体がポンプ装置出口１４８を通して送出されるように、安全弁フラップ１４４に対する開放効果を有する。次に吸込行程の間、流体はポンプ装置入口１４６およびポンプ入口１２２の逆止弁を通して吸い込まれるが、ポンプ出口１２６の逆止弁は閉鎖される。ポンプが作動されていないときに、次に、ポンプ装置入口１４６でのポンプ正圧は、非作動状態においてポンプ装置を通しての流れを入口での正圧によって確実に防止することができるように、安全弁フラップ１４４の底部に対する閉鎖効果を有する。
【００４６】
図４を参照して、蠕動マイクロポンプを含む本発明のポンプ装置の他の実施形態が説明される。
【００４７】
図４に示されるポンプ装置は、第１の層２１０、第２の層２１２、第３の層２１４、第４の層２１６および第５の２１８を含む。層２１０、２１２、２１４および２１８は、上下に配置され互いに接着される。層２１６は、層２１４に接着されるか、または、図４に示されるように、層２１４の上面に形成される凹部に配置される。
【００４８】
図４に示されるポンプ装置は、ポンプ入口２２２、ポンプ出口２２４、第４の層２１６によって形成されるポンプダイヤフラム、および３つの圧電アクチュエータ２２６、２２８および２３０を含む蠕動マイクロポンプ２２０を含む。入口弁座２３２は、それに対向するダイヤフラム２１６の領域と共に能動入口弁を形成するが、出口弁座２３４は、それに対向するダイヤフラム２１６のセクションと共に能動出口弁を提供する。ダイヤフラム２１６の中央部分は、第３の層２１４の上面部分と共にポンプ室２３６を規定する。ポンプ室２３６は、流体接続部２３８を介して入口弁室２４０および出口弁室２４２と流体的に接続される。これは、その蠕動マイクロポンプの構成が、独国特許出願公開第１０２３８６００号に記載されているように、蠕動マイクロポンプの構成に基本的に対応してもよいことを意味する。
【００４９】
圧電アクチュエータ２２６、２２８および２３０は、対応する電気的接続部（図示せず）を介して電源および／または制御手段（それは示されていない）と接続される。これは、独国特許出願公開第１０２３８６００号に典型的に記載されているように、ポンプ入口２２２からポンプ出口２２４にポンプアクションをもたらすために特定の順序でダイヤフラム２１６の個々のダイヤフラムセクションを作動して下方にそらすことを可能にし、その対応する教示は、参照することにより本願明細書に援用される。
【００５０】
図４に示されるポンプ装置は、ポンプ２２０のポンプ出口２２４に、安全弁座２５２および安全弁フラップ２５４を含む安全弁２５０を含む。安全弁座２５２は、第３の層２１４の底面に形成されるが、安全弁フラップ２５４は、第２の層２１２の可動部分によって形成される。第２の層２１２の可動部分は、第３の層２１４の底部における凹部２５６によって規定される。
【００５１】
ポンプ装置は、ポンプ装置入口２６０およびポンプ装置出口２６２を含む。ポンプ装置入口２６０は、第２の層２１２における開口部２７２を介してポンプ入口２２２と接続される流体領域２７０と流体的に接続される。流体構成出口２６２は、流路２７４を介して安全弁２５０の出口２７６と流体的に接続される。
【００５２】
第５の層２１８は、ダイヤフラム２１６およびその上に配置される圧電アクチュエータ２２６、２２８および２３０を保護するための蓋とそれぞれの電気的接続部を提供するために形成される。
【００５３】
作動中、ダイヤフラム２１６のセクションは、独国特許出願公開第１０２３８６００号に記載されているように作動することができる。このようにポンプ行程の間、ポンプ室２３６内に生じる正圧は、ポンプ出口２２４と流体的に接続される安全弁２５０を開放する。
【００５４】
ポンプ２２０が作動されていないときに、ポンプ装置入口２６０での正圧は、次に安全弁２５０に対する閉鎖効果を有する。
【００５５】
このように、本発明は、入口から出口への流体流れを入口での正圧によって確実に防止することができ、単純な構成を含み、少数のエレメントおよび小さい死容積を用いる、ポンプ装置を提供する。
【００５６】
本発明のポンプ装置の実施形態の異なる部分および／または層は、任意の適切な材料を使用し任意の適切な製造方法を使用して実施されてもよい。典型的に、部分は、シリコンで作られてもよく、そこにおいて、対応するパターニングは、（等方的）ウエットエッチングまたは（異方的）ドライエッチングによって生成されてもよい。あるいは、部分は、プラスチックで作られてもよく、射出成形法によって製造されてもよい。典型的に、層１２、１４、１６および１８は、シリコンから形成されてもよい。第２の層１２、１１２および２１２は、典型的に、例えば対応して薄いシリコンまたはゴムなどの弾性材料で作られてもよい。第１の層１０、１１０および２１０、第３の層１１４および２１４および第５の層１１８および２１８は、典型的に、射出成形によってプラスチックから形成されてもよい。ダイヤフラム２１６は、アクチュエータ２２６、２２８および２３０と共にそれぞれの圧電曲げ変換器を実現するために、典型的にシリコンまたは他の適切な材料で作られてもよい。
【００５７】
本発明のポンプ装置は、複数のアプリケーションに適している。後に、典型的にだけ、ポンプ入口での正圧によって自由流れを防止することが重要であるアプリケーションが述べられる。本発明のポンプ装置の実施形態は、そのようなアプリケーションに適し、典型的に、燃料電池システムにおいてメタノール供給ポンプ、インフュージョンポンプ、埋め込み型ドラッグデリバリーシステム、携帯型ドラッグデリバリーシステム、呼吸空気を潤すためのシステム、および麻酔薬を投与するためのシステムを含む。
【００５８】
通常開放されている弁を含む蠕動マイクロポンプは、図４に示されるように、高圧縮比を有するポンプを実施することを可能にし、それは、次に耐泡性動作のための利点を有する。あるいは、本発明のポンプ装置は、ポンプ入口および／またはポンプ出口に通常閉鎖されている能動弁を含む蠕動マイクロポンプを含んでもよい。
【００５９】
１つの凹部および１つの逆止弁モジュールだけの代わりに、２つの別々の凹部が、第３の層１１４の上面に設けられてもよく、そこにおいて、ポンプ入口の逆止弁のための逆止弁モジュールが、第１の凹部に接着されてもよく、さらに、ポンプ出口のための逆止弁を有する第２の逆止弁モジュールが、第２の凹部に接着されてもよい。
【００６０】
本発明のポンプ装置の実施形態の構成要素、例えば第２の層１２および第３の層１４などは、例えば、接合層を用いない、接着、締め付け、接続の方法などによる任意の既知の接合技術を用いて互いに接続されてもよい。
【図１ａ】
2011504560.tif 000003
【図１ｂ】
2011504560.tif 000004
【図２】
2011504560.tif 000005
【図３】
2011504560.tif 000006
【図４】
2011504560.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月25日(2009.3.25)
【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】
ポンプ入口（２２、１２２、２２２）およびポンプ出口（２４、１２４、２２４）を含み、流体を前記ポンプ入口から前記ポンプ出口に送るように構成されるポンプ（２０、１２０、２２０）と、
前記ポンプ出口（２４、１２４、２２４）およびポンプ装置の出口（４８、１４８、２６２）間に配置され、弁座（４２、１４２、２５２）および弁蓋（４４、１４４、２５４）を含む安全弁（４０、１４０、２５０）とを含む、ポンプ装置であって、
前記弁蓋は、前記ポンプ装置の第２の統合部分（１２、１１２、２１２）に形成され、
前記ポンプ装置の入口（４６、１４６、２６０）およびそれに流体的に接続される流体領域（５０、１５０、２７０）は、前記ポンプ装置の第３の部分（１０、１１０、２１０）に形成され、さらに
前記第２の統合部分（１２、１１２、２１２）は、前記ポンプ装置の第１の統合部分（１４、１１４、２１４）および前記第３の部分（１０、１１０、２１０）間に配置され、前記流体領域（５０、１５０、２７０）内の圧力は、前記安全弁（４０、１４０、２５０）に対する閉鎖効果を有し、さらに、前記ポンプ入口（２２、１２２、２２２）および前記ポンプ装置の前記入口（４６、１４６、２６０）は、流体的に接続され、
前記弁座、前記ポンプ出口および前記ポンプ入口は、前記ポンプ装置の前記第１の統合部分（１４、１１４、２１４）の第１の表面に形成されることを特徴とする、ポンプ装置。
【請求項２】
前記ポンプ入口（２２、１２２、２２２）および前記ポンプ装置の前記入口（４６、１４６、２６０）は、前記第２の統合部分（１２、１１２、２１２）における開口部（５２、１５２、２７２）を介して流体的に接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ポンプ（２０、１２０）は、受動逆止弁を含むダイヤフラムポンプである、請求項１または請求項２に記載のポンプ装置。
【請求項４】
前記ポンプ入口（２２）の受動逆止弁の弁座（２６）および前記ポンプ出口（２４）の受動逆止弁の弁フラップ（３２）が、前記第１の統合部分（１４）の前記第１の表面の反対側の前記第１の統合部分（１４）の第２の表面に形成される、請求項３に記載のポンプ装置。
【請求項５】
前記ポンプ装置の第４の部分（１６）をさらに含み、前記第１の統合部分（１４）は、前記ポンプ装置の前記第４の部分（１６）および前記第２の統合部分（１２）間に配置され、さらに、前記ポンプ入口（２２）の前記逆止弁の弁フラップ（２８）および前記ポンプ出口（２４）の前記逆止弁の弁座（３０）は、前記第１の統合部分（１４）に対向する前記第４の部分（１６）の第１の表面に形成される、請求項４に記載のポンプ装置。
【請求項６】
第５の部分（１８）をさらに含み、前記第４の部分（１６）は、前記第１の統合部分（１４）および前記第５の部分（１８）間に配置され、さらに、前記ポンプ（２０）のポンプダイヤフラム（３４）は、前記第５の部分（１８）に形成される、請求項５に記載のポンプ装置。
【請求項７】
前記第１の統合部分（１１４）は、前記第１の表面の反対側の第２の表面における１つ以上の凹部を含み、前記ポンプ入口のための逆止弁および前記ポンプ出口のための逆止弁を含む１つ以上の逆止弁モジュール（１２６）は、前記１つ以上の凹部に取り付けられる、請求項３に記載のポンプ装置。
【請求項８】
前記ダイヤフラムポンプは、金属ダイヤフラム（１２８）およびシリコンで作られる逆止弁を含む、請求項３または請求項７に記載のポンプ装置。
【請求項９】
前記ポンプ（２２０）は、蠕動マイクロポンプである、請求項１または請求項２に記載のポンプ装置。
【請求項１０】
ポンプ室（３８、１３０、２３６）の少なくとも部分は、前記第１の統合部分（１４、１１４、２１４）の前記第１の表面の反対側の第２の表面に形成され、さらに、ポンプダイヤフラム（３４、１２８、２１６）は、前記ポンプ室に接するように設けられる、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１１】
前記ポンプダイヤフラム（１２８）に対向する前記ポンプ室（１３０）の壁セクションの外形は、そらされた状態における前記ポンプダイヤフラム（１２８）の外形に適合される、請求項１０に記載のポンプ装置。
【請求項１２】
前記ポンプダイヤフラム（３４）は、前記ポンプ室に突出する隆起部（３４ａ、３４ｂ）を含む、請求項１０に記載のポンプ装置。
【請求項１３】
前記第２の統合部分（１２、１１２、２１２）は、１つ以上の開口部（５２、５４、１５２、２７２）が形成される、前記第１の統合部分（１４、１１４、２１４）および前記第３の部分（１０、１１０、２１０）間に配置される均一の厚さの層を含む、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１４】
前記第２の統合部分（１２、１１２、２１２）は、前記第１の統合部分（１４、１１４、２１４）および前記第３の統合部分（１０、１１０、２１０）を完全に分離する、請求項１３に記載のポンプ装置。
【請求項１５】
ポンプ装置出口（４８）が前記第３の部分（１０）に形成される、請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１６】
ポンプ装置出口（１４８、２６２）が前記第１の統合部分（１１４、２１４）に形成される、請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１７】
前記安全弁は、前記流体領域（５０）内の正圧による前記弁蓋（４４）の曲げを減らすスペーサを含む、請求項１ないし請求項１６のいずれかに記載のポンプ装置。
【手続補正書】
【提出日】平成22年7月22日(2010.7.22)
【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】
ポンプ入口（２２、１２２、２２２）およびポンプ出口（２４、１２４、２２４）を含み、流体を前記ポンプ入口から前記ポンプ出口に送るように構成されるポンプ（２０、１２０、２２０）と、
前記ポンプ出口（２４、１２４、２２４）およびポンプ装置の出口（４８、１４８、２６２）間に配置され、弁座（４２、１４２、２５２）および弁蓋（４４、１４４、２５４）を含む安全弁（４０、１４０、２５０）とを含む、ポンプ装置であって、
前記弁蓋は、前記ポンプ装置の第２の統合部分（１２、１１２、２１２）に形成され、
前記ポンプ装置の入口（４６、１４６、２６０）およびそれに流体的に接続される流体領域（５０、１５０、２７０）は、前記ポンプ装置の第３の部分（１０、１１０、２１０）に形成され、さらに
前記第２の統合部分（１２、１１２、２１２）は、前記ポンプ装置の第１の統合部分（１４、１１４、２１４）および前記第３の部分（１０、１１０、２１０）間に配置され、前記流体領域（５０、１５０、２７０）内の圧力は、前記安全弁（４０、１４０、２５０）に対する閉鎖効果を有し、さらに、前記ポンプ入口（２２、１２２、２２２）および前記ポンプ装置の前記入口（４６、１４６、２６０）は、流体的に接続され、
前記弁座、前記ポンプ出口および前記ポンプ入口は、前記ポンプ装置の前記第１の統合部分（１４、１１４、２１４）の第１の表面に形成されることを特徴とする、ポンプ装置。
【請求項２】
前記ポンプ入口（２２、１２２、２２２）および前記ポンプ装置の前記入口（４６、１４６、２６０）は、前記第２の統合部分（１２、１１２、２１２）における開口部（５２、１５２、２７２）を介して流体的に接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ポンプ（２０、１２０）は、受動逆止弁を含むダイヤフラムポンプである、請求項１または請求項２に記載のポンプ装置。
【請求項４】
前記ポンプ入口（２２）の受動逆止弁の弁座（２６）および前記ポンプ出口（２４）の受動逆止弁の弁フラップ（３２）が、前記第１の統合部分（１４）の前記第１の表面の反対側の前記第１の統合部分（１４）の第２の表面に形成される、請求項３に記載のポンプ装置。
【請求項５】
前記ポンプ装置の第４の部分（１６）をさらに含み、前記第１の統合部分（１４）は、前記ポンプ装置の前記第４の部分（１６）および前記第２の統合部分（１２）間に配置され、さらに、前記ポンプ入口（２２）の前記逆止弁の弁フラップ（２８）および前記ポンプ出口（２４）の前記逆止弁の弁座（３０）は、前記第１の統合部分（１４）に対向する前記第４の部分（１６）の第１の表面に形成される、請求項４に記載のポンプ装置。
【請求項６】
第５の部分（１８）をさらに含み、前記第４の部分（１６）は、前記第１の統合部分（１４）および前記第５の部分（１８）間に配置され、さらに、前記ポンプ（２０）のポンプダイヤフラム（３４）は、前記第５の部分（１８）に形成される、請求項５に記載のポンプ装置。
【請求項７】
前記第１の統合部分（１１４）は、前記第１の表面の反対側の第２の表面における１つ以上の凹部を含み、前記ポンプ入口のための逆止弁および前記ポンプ出口のための逆止弁を含む１つ以上の逆止弁モジュール（１２６）は、前記１つ以上の凹部に取り付けられる、請求項３に記載のポンプ装置。
【請求項８】
前記ダイヤフラムポンプは、金属ダイヤフラム（１２８）およびシリコンで作られる逆止弁を含む、請求項３または請求項７に記載のポンプ装置。
【請求項９】
前記ポンプ（２２０）は、蠕動マイクロポンプである、請求項１または請求項２に記載のポンプ装置。
【請求項１０】
ポンプ室（３８、１３０、２３６）の少なくとも部分は、前記第１の統合部分（１４、１１４、２１４）の前記第１の表面の反対側の第２の表面に形成され、さらに、ポンプダイヤフラム（３４、１２８、２１６）は、前記ポンプ室に接するように設けられる、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１１】
前記ポンプダイヤフラム（１２８）に対向する前記ポンプ室（１３０）の壁セクションの外形は、そらされた状態における前記ポンプダイヤフラム（１２８）の外形に適合される、請求項１０に記載のポンプ装置。
【請求項１２】
前記ポンプダイヤフラム（３４）は、前記ポンプ室に突出する隆起部（３４ａ、３４ｂ）を含む、請求項１０に記載のポンプ装置。
【請求項１３】
前記第２の統合部分（１２、１１２、２１２）は、１つ以上の開口部（５２、５４、１５２、２７２）が形成される、前記第１の統合部分（１４、１１４、２１４）および前記第３の部分（１０、１１０、２１０）間に配置される均一の厚さの層を含み、前記第２の統合部分（１２、１１２、２１２）は、前記第１の統合部分（１４、１１４、２１４）および前記第３の統合部分（１０、１１０、２１０）を完全に分離する、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１４】
ポンプ装置出口（４８）が前記第３の部分（１０）または前記第１の統合部分（１１４、２１４）に形成される、請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載のポンプ装置。
【請求項１５】
前記安全弁は、前記流体領域（５０）内の正圧による前記弁蓋（４４）の曲げを減らすスペーサを含む、請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載のポンプ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明は、ポンプ装置を提供し、それは、
ポンプ入口およびポンプ出口を含み、流体をポンプ入口からポンプ出口に送るように構成されるポンプと、
ポンプ出口およびポンプ装置の出口間に配置され、弁座および弁蓋を含む安全弁とを含む、ポンプ装置であって、
弁蓋は、ポンプ装置の第２の統合部分に形成され、
ポンプ装置の入口およびそれに流体的に接続される流体領域は、ポンプ装置の第３の部分に形成され、さらに
第２の統合部分は、ポンプ装置の第１の統合部分および第３の部分間に配置され、流体領域内の圧力は、安全弁に対する閉鎖効果を有し、さらに、ポンプ入口およびポンプ装置の入口は、流体的に接続され、
弁座、ポンプ出口およびポンプ入口は、ポンプ装置の第１の統合部分の第１の表面に形成されることを特徴とする、ポンプ装置である。
【国際調査報告】
2011504560.tif 000008
2011504560.tif 000009
2011504560.tif 000010
2011504560.tif 000011