(57)【要約】  目標行程体積を供給するように界面動電ポンプの出力を制御する方法は、ポンプ行程持続時間の間、界面動電ポンプにポンプ駆動信号を印加するステップと、ポンピングされた供給流体の体積を求めるステップとを含む。次いでポンピングされた供給流体の体積を目標行程体積と比較し、ポンプ駆動信号を印加する新しい時間間隔を発生する。次いで、新しい時間間隔の間、界面動電ポンプにポンプ駆動信号を印加する。流体を供給するシステムは、電子コントローラの制御下の界面動電ポンプを含む。電子コントローラは、界面動電ポンプの出力を求め、正確なポンプ方式のための行程時間供給量調整を発生するためのコンピュータ可読命令を含む。【選択図】図２
2014523499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標行程体積を供給するように界面動電ポンプの出力を制御する方法であって、
約１秒であるポンプ行程持続時間の間、前記界面動電ポンプにポンプ駆動信号を印加するステップと、
前記ポンプ行程持続時間の間にポンピングされた供給流体の体積を求めるステップと、
前記ポンピングされた供給流体の前記体積を前記目標行程体積と比較するステップと、
前記比較するステップに基づいて、前記界面動電ポンプに前記ポンプ駆動信号を印加する新しい時間間隔を発生するステップと、
前記新しい時間間隔の間、前記界面動電ポンプに前記ポンプ駆動信号を印加するステップと
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の界面動電ポンプの出力を制御する方法において、前記新しい時間間隔と前記ポンプ行程持続時間の差が１００ｍｓを超えない、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の界面動電ポンプの出力を制御する方法において、前記新しい時間間隔が、前記界面動電ポンプ構成要素の可逆ファラデー限界内に前記界面動電ポンプを維持する持続時間である、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の界面動電ポンプの出力を制御する方法において、前記ポンプ行程持続時間が、前記界面動電ポンプの可逆ファラデー動作パラメータ内に留まるように選択される、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、新しい時間間隔を発生する前記ステップが、供給流体温度に関係する温度補償に部分的に基づく、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の界面動電ポンプの出力を制御する方法において、体積を求める前記ステップが、差動圧力流量技法の使用を含む、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の界面動電ポンプの出力を制御する方法において、前記差動圧力流量技法が、ポンプ出口と連絡する少なくとも１つの圧力センサからの入力に基づく、方法。
【請求項８】
請求項６に記載の界面動電ポンプの出力を制御する方法において、前記差動圧力流量技法が流量制限器を使用し、少なくとも１つの圧力センサからの入力に基づく、方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法において、前記体積を決定する前記ステップが、ポンプ駆動信号を印加する前記最初のステップの後の２つの差動圧力信号の比較に基づく、方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の方法において、前記体積を決定する前記ステップが、ポンプ駆動信号を印加する前記ステップの間の圧力センサの積分に基づく、方法。
【請求項１１】
請求項６に記載の方法において、前記体積を決定する前記ステップが、ポンプ駆動信号を印加する前記ステップの間の２つの圧力センサの差の積分に基づく、方法。
【請求項１２】
請求項６に記載の方法において、前記体積を決定する前記ステップが、ポンプ駆動信号を印加する前記ステップの間に圧力センサから読み取られる推定供給条件に基づく、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、ポンプ駆動信号を印加する前記ステップの持続時間が、ポンプ駆動信号を印加する前記ステップの間に圧力センサから読み取られる前記推定供給条件に基づいて調整される、方法。
【請求項１４】
請求項６に記載の界面動電ポンプの出力を制御する方法において、前記差動圧力流量測定技法が、１対の圧力センサからの入力を用いる、方法。
【請求項１５】
請求項９に記載の界面動電ポンプの出力を制御する方法において、前記圧力センサの１つが前記ポンプ出口と通信する、方法。
【請求項１６】
請求項９に記載の界面動電ポンプの出力を制御する方法において、前記圧力センサの１つが、前記界面動電ポンプの前記出力に働く背圧を示すように配置される、方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の界面動電ポンプの出力を制御する方法において、前記新しい時間間隔に対してポンプ駆動信号を印加する前記ステップの前に、ポンプ駆動信号を印加する前記最初のステップに用いられたポンプ駆動信号と逆極性のポンプ駆動信号を印加するステップをさらに含み、逆極性のポンプ駆動信号を印加する前記ステップの持続時間は前記ポンプ行程持続時間と同じである、方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の界面動電ポンプの出力を制御する方法において、前記新しい時間間隔に対して前記ポンプ駆動信号を印加するステップの後に、前記新しい時間間隔に対してポンプ駆動信号を印加する前記ステップに用いられた前記ポンプ駆動信号と逆極性のポンプ駆動信号を印加するステップをさらに含み、逆極性のポンプ駆動信号を印加する前記ステップの持続時間は、前記新しい時間間隔持続時間と同じである、方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の界面動電ポンプの出力を制御する方法において、印加する前記ステップの間の前記ポンプ駆動信号が一定電圧である、方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の界面動電ポンプの出力を制御する方法において、印加する前記ステップの間の前記ポンプ駆動信号が一定電流である、方法。
【請求項２１】
請求項１に記載の方法において、ポンプ駆動信号を印加する前記ステップの持続時間が、ポンプ駆動信号ステップを印加する前記ステップの直前に圧力センサから読み取られる前記推定供給条件に基づいて調整される、方法。
【請求項２２】
請求項１に記載の方法において、ポンピングされた供給流体の体積を求める前記ステップの結果に従って総体積供給量カウンタをデクリメントするステップをさらに含む、方法。
【請求項２３】
請求項１に記載の方法において、ポンピングされた供給流体の体積を求める前記ステップの結果に従って総体積供給量カウンタをインクリメントするステップをさらに含む、方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、ポンピングされた供給流体の体積を求める前記ステップの結果が、前記総体積供給量カウンタの最後の供給インクリメントであるときに、ポンプ停止信号を発生するステップをさらに含む、方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の方法において、ポンピングされた供給流体の体積を求める前記ステップの結果が、前記総体積供給量カウンタの最後の供給デクリメントであるときに、ポンプ停止信号を発生するステップをさらに含む、方法。
【請求項２６】
流体を供給するためのシステムであって、
入口および出口を有する出口チャンバ内の隔壁を偏向するように構成された界面動電ポンプと、
前記入口と連通する第１の逆止弁と、
前記出口と連通する第２の逆止弁と、
前記第１の逆止弁と前記第２の逆止弁の間の前記システム内の圧力を示すように配置された圧力センサと、
前記界面動電ポンプおよび前記圧力センサと通信するコンピュータコントローラであって、前記圧力センサからの信号に少なくとも部分的に基づいて前記界面動電ポンプの出力を求め、前記隔壁の前記出口チャンバへの各偏向の後に行程時間供給量調整を発生するためのコンピュータ可読命令を含んだ、コンピュータコントローラと、
を備えるシステム。
【請求項２７】
請求項２６に記載のシステムにおいて、もう１つの圧力センサおよび流量制限器をさらに備え、前記圧力センサは前記出口チャンバの圧力を示すように配置され、前記流量制限器は前記出口チャンバ出口と前記第２の逆止弁の間に配置され、前記もう１つの圧力センサは前記流量制限器と前記第２の逆止弁の間の前記システム内の圧力を示すように配置される、システム。
【請求項２８】
請求項２６に記載のシステムにおいて、供給流体を含み、前記出口チャンバ入口と連通する出口を有する貯蔵器をさらに備える、システム。
【請求項２９】
請求項２６に記載のシステムにおいて、前記出口チャンバ出口と通信する供給導管をさらに備える、システム。
【請求項３０】
請求項２６に記載のシステムにおいて、流量制限器をさらに備え、前記流量制限器は前記出口チャンバ出口と前記第２の逆止弁の間に配置され、前記圧力センサは前記流量制限器と前記出口チャンバの間の前記システム内の圧力を示すように配置される、システム。
【請求項３１】
請求項２６に記載のシステムにおいて、もう１つの圧力センサおよび流量制限器をさらに備え、前記流量制限器は前記第２の逆止弁と供給導管の間に配置され、前記圧力センサは前記供給導管内の前記流量制限器の下流側の圧力を示すように配置される、システム。
【請求項３２】
請求項２６に記載のシステムにおいて、前記コンピュータコントローラと通信するユーザ入力装置をさらに備え、前記コンピュータコントローラは前記ユーザ入力装置との間で信号を供給し受け取るように適合され構成される、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
[0001]本出願は米国特許法第１１９条に基づいて、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる２０１１年５月５日に出願した「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬ  ＰＲＥＳＳＵＲＥ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  Ａ  ＲＥＣＩＰＲＯＣＡＴＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＫＩＮＥＴＩＣ  ＰＵＭＰ」という名称の米国特許仮出願第６１／４８２，９６０号の優先権を主張するものである。
参照による組み込み
[0002]本明細書で述べられるすべての公報および特許出願は、それぞれの個々の公報および特許出願が具体的に個別に参照により組み込まれた場合と同じ程度に、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0003]本出願は界面動電ポンプ制御方式に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0004]正確なポンプシステムは、化学分析、薬品供給、および検体採取のために重要である。しかし従来のポンプシステムは、機械的ピストンの運動によって被るパワーの損失により、非効率的となり得る。さらに従来のシステムは、供給時のエラーに対して補償するように構成されない場合がある。その可能性は最も高く、なぜなら機械的ピストンは行程途中で正確に停止できないため、このようなポンプシステムは少量の供給流体を正確に供給することができないからである。
【０００４】
[0005]他の界面動電ポンプシステムについても述べられてきているが、それらのポンプシステムは部分的ポンプ行程制御を十分にうまく利用する流量制御方式を含んでいない。さらに従来のポンプシステムは、行程ごとの補償をもたらすのに十分な精度を有する流量制御測定システムを含んでいない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0006]したがって改善された流量制御方式を有する界面動電ポンプシステムの必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0007]一態様では、目標行程体積を供給するように界面動電ポンプの出力を制御する方法があり、方法は、約１秒であるポンプ行程持続時間の間、界面動電ポンプにポンプ駆動信号を印加するステップと、ポンプ行程持続時間の間にポンピングされた供給流体の体積を求めるステップと、ポンピングされた供給流体の体積を目標行程体積と比較するステップと、比較するステップに基づいて、界面動電ポンプにポンプ駆動信号を印加する新しい時間間隔を発生するステップと、新しい時間間隔の間、界面動電ポンプにポンプ駆動信号を印加するステップとを含む。界面動電ポンプの出力を制御する方法の実行においては、新しい時間間隔とポンプ行程持続時間の差は１００ｍｓを超えない。代替として界面動電ポンプの出力および／またはポンプ行程持続時間を制御する方法の間は、持続時間は界面動電ポンプ構成要素の可逆ファラデー限界内に界面動電ポンプを維持するように選択されまたは制限される持続時間であり、または界面動電ポンプの可逆ファラデー動作パラメータ内に留まるように選択される。
【０００７】
[0008]他の実施形態では界面動電ポンプの出力を制御する方法では、体積を求めるステップが差動圧力流量技法の使用を含み、この技法は例えば、ポンプ出口と連絡する少なくとも１つの圧力センサからの入力に基づくものとすることができ、あるいは流量制限器を使用することができ、少なくとも１つの圧力センサからの入力に基づく。
【０００８】
[0009]他の実施形態では、界面動電ポンプの出力を制御する方法では、体積を求めるステップは、ポンプ駆動信号を印加する最初のステップの後の２つの差動圧力信号の比較に基づく、ポンプ駆動信号を印加するステップの間の圧力センサの積分に基づく、ポンプ駆動信号を印加するステップの間の２つの圧力センサの差の積分に基づく、ポンプ駆動信号を印加するステップの間に圧力センサから読み取られる推定供給条件に基づくものとすることができる。
【０００９】
[00010]界面動電ポンプの出力を制御する方法の他の実施形態では、ポンプ駆動信号を印加するステップの持続時間は、ポンプ駆動信号を印加するステップの間に圧力センサから読み取られる推定供給条件に基づいて調整される。界面動電ポンプの出力を制御する方法の他の態様では、差動圧力流量測定技法は１対の圧力センサからの入力を用いる。界面動電ポンプの出力を制御するこの態様では、圧力センサの１つはポンプ出口と連絡し、または圧力センサの１つは界面動電ポンプの出力に働く背圧を示すように配置される。
【００１０】
[00011]界面動電ポンプの出力を制御する方法の他の態様では、新しい時間間隔に対してポンプ駆動信号を印加するステップの前に、ポンプ駆動信号を印加する最初のステップに用いられたポンプ駆動信号と逆極性のポンプ駆動信号を印加するプロセスがある。逆極性のポンプ駆動信号を印加するステップの持続時間は、ポンプ行程持続時間と同じである。界面動電ポンプの出力を制御する他の態様では、新しい時間間隔の間、ポンプ駆動信号を印加するステップの後に、新しい時間間隔ステップ間、ポンプ駆動信号を印加するのに用いられたポンプ駆動信号と逆極性のポンプ駆動信号を印加するプロセスがある。逆極性のポンプ駆動信号を印加するステップの持続時間は、新しい時間間隔持続時間と同じである。界面動電ポンプの出力を制御する方法のいずれかの間、印加するステップの間のポンプ駆動信号は一定電圧または一定電流とすることができる。
【００１１】
[00012]制御方法の他の態様では、ポンプ駆動信号を印加するステップの持続時間は、ポンプ駆動信号を印加するステップの直前に圧力センサから読み取られる推定供給条件に基づいて調整される。さらに方法はまた、ポンピングされた供給流体の体積を求めるステップの結果に従って総体積供給量カウンタをデクリメントする、またはポンピングされた供給流体の体積を求めるステップの結果に従って総体積供給量カウンタをインクリメントするステップを含むことができる。一態様では、ポンピングされた供給流体の体積を求めるステップの結果が、総体積供給量カウンタの最後の供給インクリメントであるとき、または総体積供給量カウンタの最後の供給デクリメントであるときに、ポンプ停止信号を発生するプロセスがある。
【００１２】
[00013]入口および出口を有する出口チャンバ内の、隔壁を偏向するように構成された界面動電ポンプを有する、流体を供給するためのシステムもまた提供される。また入口と連通する第１の逆止弁、および出口と連通する第２の逆止弁がある。また第１の逆止弁と第２の逆止弁の間のシステム内の圧力を示すように配置された圧力センサと、コンピュータコントローラとがある。コンピュータコントローラは、界面動電ポンプおよび圧力センサと通信する。コンピュータコントローラのメモリ、またはコンピュータコントローラにアクセス可能なメモリは、圧力センサからの信号に少なくとも部分的に基づいて界面動電ポンプの出力を求め、隔壁の出口チャンバへの各偏向の後に行程時間供給量調整を発生するためのコンピュータ可読命令を含む。
【００１３】
[00014]システムはまたもう１つの圧力センサおよび流量制限器を含むことができ、圧力センサは出口チャンバの圧力を示すように配置され、流量制限器は出口チャンバ出口と第２の逆止弁の間に配置され、もう１つの圧力センサは流量制限器と第２の逆止弁の間のシステム内の圧力を示すように配置される。システムはまた、供給流体を含み出口チャンバ入口と連通する出口を有する貯蔵器を含むことができる。システムはまた、出口チャンバ出口と連通する供給導管を含むことができる。システムはまた流量制限器を含むことができ、流量制限器は出口チャンバ出口と第２の逆止弁の間に配置され、圧力センサは流量制限器と出口チャンバの間のシステム内の圧力を示すように配置される。システムはまた、もう１つの圧力センサおよび流量制限器を含むことができ、流量制限器は第２の逆止弁と供給導管の間に配置され、圧力センサは供給導管内の流量制限器の下流側の圧力を示すように配置される。システムはまた、コンピュータコントローラと通信するユーザ入力装置を含むことができ、コンピュータコントローラはユーザ入力装置との間で信号を供給し受け取るように適合され構成される。
【００１４】
[00015]界面動電ポンプの出力を制御する方法の他の態様では、新しい時間間隔とポンプ行程持続時間の差は４ｍｓから６４ｍｓの間である。他では、新しい時間間隔とポンプ行程持続時間の差は、界面動電ポンプに働く背圧の大きさに関連する。一実施形態ではポンプ行程持続時間は、約３００ミリ秒から約５００ミリ秒の間である。他の態様ではポンプ行程持続時間は、約８００ミリ秒から約１秒の間である。他の態様では界面動電ポンプの出力は、約２０．７ｋＰａ（３ｐｓｉ）から約３４．５ｋＰａ（５ｐｓｉ）の間の背圧に対抗して供給される。他の態様では界面動電ポンプの出力を制御する方法は、０ミリ秒より長く５００ミリ秒未満のポンプ行程持続時間を有し、または新しい時間間隔はゼロまたは１秒未満である。
【００１５】
[00016]他の代替実施形態では、目標行程体積を供給するようにコンピュータコントローラの制御の下で界面動電ポンプの出力を制御する方法がある。この方法はいくつかの異なる処理ステップを実行するためのコンピュータ可読命令を含む。処理ステップは例えば、ポンプ行程持続時間の間、界面動電ポンプに電圧を印加するステップと、異なる差動圧力流量計からの入力を用いて、ポンプ行程持続時間の間にポンピングされた供給流体の体積を求めるステップと、ポンプ行程持続時間の間にポンピングされた供給流体の体積を目標行程体積と比較するステップと、比較するステップに基づいて行程持続時間調整を発生するステップと、ポンプ行程持続時間および行程持続時間調整および他の用いられるポンプシステムの特定の構成に依存するものに関連して、界面動電ポンプに電圧を印加するステップとを含むことができる。一態様では電圧を印加する両方のステップで用いられる電圧は等しい。方法は、ベンチュリ流量計、オリフィス流量計、および／またはフローノズル流量計を有する差動圧力流量計を通して流れる流体の流量を測定することによって供給流体の体積を求めるステップを含むことができる。
【００１６】
[00017]一態様では、供給流体の体積を求めるステップは、界面動電ポンプの供給チャンバの下流側の流量制限器への出口での圧力センサの読みに部分的に依存する。一実施形態では供給流体の体積を求めるステップは、界面動電ポンプの供給チャンバの下流側の逆止弁への出口での圧力センサの読みを用いることができる。他の態様では行程持続時間調整を発生する方法は、コンピュータコントローラの電子メモリ内にプログラムされた比例フィードバック制御方式、コンピュータコントローラの電子メモリ内にプログラムされた比例および積分フィードバック制御方式、コンピュータコントローラの電子メモリ内にプログラムされた比例、積分、および微分フィードバック制御方式のそれぞれ単独または任意の組み合わせに基づく。
【００１７】
[00018]他の態様では比較するステップは、供給流体温度を読み取るステップを含む。一実施形態では行程持続時間調整は、供給流体温度を読み取るステップに基づき、または供給流体温度に関係する温度補償に基づく。
【００１８】
[00019]他の態様では方法のステップは、コンピュータコントローラ内の総体積供給量カウンタが、総体積供給量にインクリメントされるまで繰り返される。代替として方法のステップは、コンピュータコントローラ内の総体積供給量カウンタが、総体積供給量からゼロにデクリメントされるまで繰り返される。方法ステップの能力は、行程当たり約３マイクロリットル、または行程当たり約０．５マイクロリットルの出力を生じることができる。さらに方法はポンピングされる供給流体が薬剤である場合に行われ、方法のステップは所望の体積が供給されるまで繰り返される。方法において所望の体積は、薬剤の供給を制限するようにコンピュータコントローラ内に設定された弁によって制御される。一態様では薬剤はブドウ糖である。他の態様では方法のステップは、約０．０９ｍｌ／時間または約０．０３ｍｌ／分の速度で供給流体の出力を生じるように繰り返される。一実施形態では行程持続時間調整は、すぐ次のポンプ行程に完全に適用される。
【００１９】
[00020]他の態様では、目標行程体積を供給するためのコンピュータ可読命令を有するコンピュータコントローラの制御の下で、界面動電ポンプの出力を制御する方法がある。命令は、ポンプ行程持続時間の間、界面動電ポンプに電圧を印加するステップを含む。それに加えて界面動電ポンプの出力に関連した圧力信号を処理するステップと、処理するステップの結果に少なくとも部分的に基づいてポンプ行程持続時間の間にポンピングされた供給流体の体積を求めるステップと、ポンプ行程持続時間の間にポンピングされた供給流体の体積を目標行程体積と比較するステップと、比較するステップに基づいて行程持続時間調整を発生するステップと、ポンプ行程持続時間および行程持続時間調整に関係して界面動電ポンプに電圧を印加するステップのための命令がある。
【００２０】
[00021]これらの命令を実行する間に、界面動電ポンプの出力に関連した圧力信号は、界面動電ポンプ出口と直接連絡する圧力センサによって供給される。代替として、界面動電ポンプの出力に関連した圧力信号は、逆止弁の動作によって影響を受ける圧力の読みを測定する圧力センサによって供給される。代替として界面動電ポンプの出力に関連した圧力信号は、差動圧力流量計内の構成要素に関連した圧力の読みを測定する圧力センサによって供給される。他の態様では本方法を行うために用いられる命令は、比例フィードバック制御方式、比例および積分フィードバック制御方式、または比例、積分、および微分フィードバック制御方式に基づいた行程持続時間調整を発生するステップを含む。他の態様では、行程持続時間調整に関連した本方法のための命令は、比較するステップの結果に最も近い、複数の予めプログラムされた行程持続時間の１つから持続時間を選択するために用いられる。
【００２１】
[00022]界面動電ポンプ流体供給システムの他の代替実施形態では、出口チャンバと連通する界面動電ポンプ、出口チャンバと連通する貯蔵器、および出口チャンバと連通する差動圧力流量制御システムを有するシステムがある。上記の開示による、電子コントローラを用いて実装される供給システムのための制御システムがもたらされる。コントローラは界面動電ポンプおよび差動圧力流量制御システムと、それらの特定の構成要素に適合するように通信する。コントローラのメモリ内の命令はまた、差動圧力制御システムとの間で通信するように適合され構成されたものを含むことができる。このような通信は、電源、制御、命令、データ、または構成要素をオンまたはオフにする他の信号、前記構成要素の較正を含む、差動圧力システムの特定の構成要素のための命令を含む。特定の構成要素の例としては、ベンチュリ流量計、オリフィス流量計、またはフローノズル流量計に関連するものを含むことができる。
【００２２】
[00023]コントローラのメモリ、またはコントローラと通信するまたはアクセス可能な適当なメモリは、例えばポンプ駆動信号、一定電圧値、一定電流値、ポンプ行程時間をベースとする補正係数に関するデータを決定するまたは取り出すためのコンピュータ可読命令を含む。一態様では時間をベースとする補正係数があり、コンピュータコントローラの電子メモリ内にプログラムされたまたはそれにアクセス可能なルックアップテーブル内の値に基づく。さらに補正係数は、上述のようないくつかの異なる変数またはシステム条件に関係するものとすることができる。例えば補正係数は、界面動電ポンプからコントローラへの入力信号、および差動圧力流量制御システムからコントローラへの入力信号に関連して供給または決定することができる。したがってコントローラにアクセス可能な電子メモリは、例えばフィードバック制御方式に基づく時間をベースとする補正係数を含むことができ、または含むようにプログラムすることができる。追加としてまたは代替として、コンピュータコントローラの電子メモリは、（ａ）比例フィードバック制御方式、（ｂ）比例および積分フィードバック制御方式、および（ｃ）比例、積分、および微分フィードバック制御方式に対してプログラムされ、あるいは別々にまたは任意の組み合わせでのアクセスを有する。
【００２３】
[00024]当業者には、コントローラによって行われる様々な処理ステップ、比較、方法、技法、信号処理、および構成要素に特有の動作は、コントローラに設けられる、または適当なコンピュータ可読コードの形でコントローラにアクセス可能な電子メモリ内に含まれることが理解されるであろう。同様に、本特許出願で述べられる様々な診断ルーチン、異常条件検出器、機能表示器、およびポンプ制御方式および他の動作的考察もまた、コントローラのメモリ内、またはコントローラにアクセス可能な、適当なコンピュータ可読コードに記憶される。１つの特定の例では、コンピュータコントローラのメモリ内のコンピュータ可読命令は、行程持続時間応答が計算される本明細書で述べられる技法、ならびに行程応答調整が、１組の予め選択された行程持続時間のうちの選択された１つである実施形態に関連する表、ファイル、またはデータを含む、差動圧力流量制御（計算された行程時間調整に基づいてポンプ持続時間を調整するための命令）に少なくとも部分的に基づいてなされた計算に基づいた、ポンプサイクル持続時間に対する制御方式を実現する。
【００２４】
[00025]本発明の新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に記載される。本発明の原理が利用された例示的実施形態を説明する以下の詳細な説明および添付の図面を参照することにより、本発明の特徴および利点のより良い理解が得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】[00027]２つのシステム逆止弁の間に２つの圧力センサおよび流量制限器を有する界面動電ポンプの出口における差動圧力制御システムの一実施形態の概略図である。
【図２】[00028]図１に示される差動圧力制御システム構成要素を組み込んだ界面動電ポンプブロックの一実施形態の断面図である。
【図３Ａ】[00029]差動圧力制御方式におけるポンプ駆動信号オン持続時間を用いた界面動電ポンプを制御する例示の方法を示す図である。
【図３Ｂ】[00030]差動圧力制御方式における電圧オン持続時間を用いた界面動電ポンプを制御する例示の方法を示す図である。
【図４】[00031]圧力センサＰＳ１およびＰＳ２の出力に対する、ミリボルトでのセンサ出力対ミリ秒での時間の例示のグラフである（図１および図２参照）。
【図５】[00032]図１に示される差動圧力制御システムに対する例示の相関曲線を示す図である。
【図６Ａ】[00033]単一の圧力センサおよび単一の流量制限器を用いる、代替の差動圧力制御方式を示す図である。
【図６Ｂ】単一の圧力センサおよび単一の流量制限器を用いる、代替の差動圧力制御方式を示す図である。
【図６Ｃ】単一の圧力センサおよび単一の流量制限器を用いる、代替の差動圧力制御方式を示す図である。
【図７】[00034]０ｋＰａ（０ｐｓｉ）、１１．７ｋＰａ（１．７ｐｓｉ）、および１８．６（２．７ｐｓｉ）の背圧条件の場合の、差動圧力積分値対マイクロリットル（μｌ）での平均行程体積を示す、図６Ａのように構成された界面動電ポンプシステムの能力グラフである。
【図８】[00035]０ｋＰａ（０ｐｓｉ）、約１５．９ｋＰａ（２．３ｐｓｉ）、および約２９．０ｋＰａ（４．２ｐｓｉ）の背圧条件下で差動圧力制御方法での２０ｍＬの目標行程を用いた、８ｍＬ／時間の供給流量の場合の、図６Ａのように構成された界面動電ポンプシステムの能力グラフである。
【図９Ａ】[00036]圧力センサＰＳ１およびＰＳ２の間に流量制限器としてシステム構成要素（すなわち逆止弁）が用いられる、差動圧力制御システムを用いた界面動電ポンプの概略図である。
【図９Ｂ】ＰＳ２の下流側に流量制限器を有する、図９Ｂと同様な概略図である。
【図１０】[00037]図９Ａに示される差動圧力制御システム構成要素を組み込んだ、界面動電ポンプブロックの一実施形態の断面図である。
【図１１】[00038]粘性補正のために入来する流体の温度を測定するように追加された温度センサを有する、図１の差動圧力制御システムの一実施形態の概略図である。
【図１２】[00039]粘性補正のための温度補償を有しない差動圧力制御を用いた場合のポンプ出力曲線を示す図である。
【図１３】粘性補正のための温度補償を有する差動圧力制御を用いた場合のポンプ出力曲線を示す図である。
【図１４】[00040]連続するポンプ行程の間の電圧持続時間における調整を示す、単一の圧力センサ出力に対する界面動電ポンプ圧力応答曲線を示す図である。
【図１５】[00041]連続するポンプ行程の間の電圧持続時間における調整を示す、２つの圧力センサ出力に対する界面動電ポンプ圧力応答曲線を示す図である。
【図１６】[00042]ポンプ行程時間に関係する界面動電ポンプ補正時間の例示の値を示す表である。
【図１７】[00043]１つの例示の界面動電ポンプ制御方式の場合の例示の補正値および対応する補正時間を示す表である。
【図１８】[00044]制御モジュールの分解図である。
【図１９】[00045]ポンプモジュールの構成要素と制御モジュールの構成要素の間の電気接続の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
[00046]本発明の一態様では差動圧力制御技法は、界面動電ポンプ（ＥＫポンプ）の出力および能力を監視し制御するために用いられる。一般にポンプシステム内の異なる場所での圧力センサからの読みは、ポンプ行程に関する圧力情報を収集する。次いでこの情報は流量を求めるために用いられる。圧力曲線を積分して流量を得ることができる。この情報および技法は、ポンプシステムによって供給される供給流体の量を求めることを可能にする。制御システムの一態様では、ポンプデューティサイクルを延長または短縮することなどによって、後続のＥＫポンプ行程を調整することができる。ＥＫポンプを用いて、流量を調整するために、ポンプ要素に電圧が印加される時間を変化させることによって、デューティ時間を延長または短縮することができる。
【００２７】
[00047]本明細書で述べられる方法およびシステムは、界面動電ポンプの独自の動作特性をうまく利用するように設計される。これらの特性の中でも主なものは、駆動信号に対するＥＫポンプの高度に応答する性質である。駆動信号を印加することでポンプからのほぼ同時の流体の移動に繋がり、その移動を用いてシステムによって有用な動作を行うことができる。多様なＥＫシステム構成および差動圧力制御方式が本明細書で述べられる。これらのシステムのそれぞれは、部分的な行程、すなわち完全なポンプ行程より短い行程の使用を可能にする各ＥＫポンプ行程の制御可能な性質をうまく利用する。結果として各行程の流量制御フィードバックを用いることにより、行程能力における変動を後続の行程において補償することができる。本明細書で述べられる行程ごとのエラー補償は、高度に正確な流量制御をもたらす。一部の実施形態ではポンプ行程の補正は、ポンプ制御信号がＥＫポンプに印加される時間の長さを調整する形で行われる。ポンプオン持続時間に対する補正値の大きさは、いくつかの技法のいずれかを用いて求めることができる。１つの技法は行程の終わりに体積を計算し、目標行程体積と比較する。他の技法は目標行程供給体積に達するまで、行程供給体積をそれが起きるのに従って計算する。さらに別の技法は、ポンプ出力のパラメータ（例えば背圧）を読み取り、次いでそのポンプ出力条件において、所望の体積を供給するための適当なポンプ行程持続時間を推定、計算、または表からの検索を行う。
【００２８】
[00048]界面動電エンジン（ＥＫエンジンまたはＥＫポンプ）によって駆動される往復動ポンプシステムは、供給される流体の量を制御するために圧力センサフィードバック方式を用いる。ＥＫエンジンはシリカ多孔質膜、２つの多孔質電極、ハウジング、後方隔壁、および前方隔壁を含む。ＥＫポンプは往復動ポンプを駆動するために用いられる。以下ではいくつかの代替の往復動ポンプ構成について述べる。典型的には往復動ポンプは、貯蔵器、逆止弁、圧力センサ、およびなんらかのタイプの流量制限器を含む。以下でより詳しく述べるように、作動流体、緩衝液、および供給流体（すなわち薬理学的に活性な材料または薬品）は、前方隔壁によって隔てられる。異なる構成では前方隔壁の代わりにゲル結合が用いられる。ゲル結合については、２０１１年５月５日に出願した「ＧＥＬ  ＣＯＵＰＬＩＮＧ  ＦＯＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＫＩＮＥＴＩＣ  ＤＥＬＩＶＥＲＹ  ＳＹＳＴＥＭＳ」という名称の同時係属であり本出願の権利者が所有する米国特許仮出願第６１／４８２，８８９号、およびそれに対応するこの出願と共に出願した「ＧＥＬ  ＣＯＵＰＬＩＮＧ  ＦＯＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＫＩＮＥＴＩＣ  ＤＥＬＩＶＥＲＹ  ＳＹＳＴＥＭＳ」という名称の米国特許非仮出願第ｘｘ／ｙｙｙ，ｙｙｙ号でさらに述べられており、それぞれ参照によりその全体を本明細書に組み込む。
【００２９】
[00049]電子コントローラは支援電子要素と共に、ＥＫエンジンに供給されるポンプ駆動信号、ＥＫエンジンを通る電流の方向、ならびに圧力センサによって発生される圧力信号の受け取りおよび測定を制御する。一態様ではポンプ駆動信号は電圧である。電子コントローラはマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、または他の適当なポンプコントローラとすることができる。他の態様ではポンプ駆動信号は電流である。一態様ではポンプ駆動信号は、ポンプ行程の間に一定の振幅を維持する。他の態様ではポンプ駆動信号は、１つの行程の間に１つの一定の振幅を有し、次いで後続の行程では異なるポンプ駆動信号振幅を有する。異なるポンプ信号振幅の一例は、電圧駆動信号に関連して理解することができる。１つの行程では３Ｖの信号を用いることができる。例えば背圧の示度の結果として後続の行程では６Ｖの電圧を用いることができる。その後に背圧条件がなくなったときは、システムは３Ｖの駆動信号に戻ることができる。したがって制御システムの一態様ではポンプ駆動信号の振幅を選択することができ、次いで本明細書で述べられる差動圧力技法を用いて、そのポンプ駆動信号の印加の持続時間を制御し補償することができる。
【００３０】
[00050]ＥＫエンジンは前方隔壁を膨張または収縮することによって流体静力学的圧力を発生する。前方隔壁の膨張は、後方電極から前方電極に一定の順方向電圧を印加することによって得られる。それにより電流はシリカを通って流れ、後方隔壁から前方隔壁への緩衝液の移動を発生する。前方隔壁は、前方電極から後方電極への逆方向電圧を印加することによって縮小する。それによりシリカを通って電流が流れ、前方から後方への緩衝液の移動を発生する。
【００３１】
[00051]供給流体の移動は前方隔壁の動きによって発生される。前方隔壁がＥＫ要素に向かって移動（縮小）され、チャンバ内の体積を膨張させたときは、負の流体静力学的圧力が発生される。この負圧（大気圧より低い圧力）は、貯蔵器から入口逆止弁を通してチャンバ内に流体を引き出す。出口逆止弁は出口側にある流体がチャンバ内に戻るのを防止する。正の流体静力学的圧力は、前方隔壁がＥＫ要素から離れるように移動（膨張）され、チャンバ内の体積を縮小するのに従って発生される。この正圧（大気圧より高い圧力）は、チャンバから出口逆止弁を通って供給点に流体を押し出す。入口逆止弁は、チャンバ内の流体が貯蔵器内に戻るのを防止する。
【００３２】
[00052]供給される供給流体の量は、移動されるＥＫ緩衝液の量に直接比例する。そしてまた、移動されるＥＫ緩衝液は、用いられる電流に直接比例する。供給流体は、フィードバック制御として圧力センサを用いて非常に正確に制御することができる。以下で述べられる異なる構成では、供給された体積を計算するために１つまたは複数の圧力センサが用いられる。供給された体積を求めた後に、一定の順方向電圧、したがって順方向電流が供給される期間の持続時間が、必要に応じて延長または短縮される。計算された体積が大きい場合は、次の供給の期間は短縮される。同様に、計算された体積が小さすぎる場合は、供給期間は延長される。これらの調整は、規定された許容差内で所望の体積が供給されるまで行われる。行程持続時間を変化させることは、広い範囲の部分的な行程の供給方式をもたらす。これらの様々な実施形態との関連において、部分的な行程は、供給チャンバ内に完全に供給流体を空けない、供給チャンバ内への前方隔壁の偏向となる持続時間の行程である。これと対照的に完全な行程は、供給チャンバ内の供給流体のすべてまたはほぼすべてがポンピングされて出されるように、供給チャンバ内に前方隔壁を十分に偏向することになるポンプ行程持続時間である。部分的な行程をもたらすための本明細書で述べられるシステム構成および方法の能力は、供給およびエラー補正の両方で、より大きな柔軟性をもたらす。
【００３３】
[00053]ポンプ作動流体の加水分解を防止するために、ＥＫポンプは加水分解およびその結果としてのガスの発生なしに、制御可能な流れをもたらす駆動電圧で動作される。各ＥＫポンプサイクルの間に正確な量の電荷（電流）が荷電され、次いで放電されるように、電極上の荷電平衡が維持される。この平衡のための最も一般的な技法は、加水分解限界より低い駆動電流を選択し、等しい持続時間の逆方向および順方向駆動電流を使用するものである。界面動電ポンプの設計および動作に関する上記その他の詳細は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる本出願の権利者が共同所有する米国特許第７，２３５，１６４号で述べられている。
【００３４】
[00054]往復動ポンプは本来、連続的なポンプではない。各ポンプサイクルは、吸込行程および供給行程を有する。各連続する行程の間に活動していない期間がある。滞留期間を吸込行程と供給行程の間の時間と定義し、待機期間を供給行程と吸込行程の間の時間と定義する。ポンプは、待機時間、吸込行程、滞留時間、および供給行程として動作する。流量を調整するために行程体積を固定し待機時間を調整し、すなわち速い流量の場合は待機時間は短くなり、遅い流量の場合は待機時間は長くなる。１つの代替実施形態では複数のポンプが使用されるときに、ＥＫポンプの１つとの同期を可能にするために、追加の待機時間または遅延を用いることができる。本明細書で述べられる制御技法は、例えばそれぞれ参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１１年５月５日に出願した「ＧＡＮＧＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＫＩＮＥＴＩＣ  ＰＵＭＰＳ」という名称の同時係属であり本出願の譲受人に譲渡される米国特許仮出願第６１／４８２，９４９号、およびそれに対応するこの出願と共に出願した「ＧＡＮＧＩＮＧ  ＥＬＥＣＴＲＯＫＩＮＥＴＩＣ  ＰＵＭＰＳ」という名称の米国特許非仮出願第ｘｘ／ｙｙｙ，ｙｙｙ号で述べられるような、複数ポンプ構成において各ポンプを制御するために用いることができる。
【００３５】
[00055]差動圧力制御技法および情報および適切な相関曲線を統合することにより、ＥＫポンプによって供給される流体の量に対する制御がより向上される。ポンプ制御のためにこの情報を用いるいくつかの代替の方法がある。フィードバック制御は、（ａ）比例フィードバック制御、（ｂ）比例および積分フィードバック制御、または（ｃ）比例、積分、および微分フィードバック制御の、１つまたは複数を単独でまたは任意の組み合わせで含むことができる。
【００３６】
[00056]用いられる１つの方法はＥＫポンプの直接制御である。この方法を用いて、目標体積が供給されるまで駆動電流または電圧が印加される。駆動電圧の印加時にシステム圧力センサがサンプルされ積分されて、供給された体積を求めるために用いられる。目標とする体積に達した後に、駆動電圧は遮断されＥＫポンプの流れは停止する。簡単に言えば、積分値が所望の値または目標とする値に達するまで、駆動電流または電圧はＥＫポンプに印加される。
【００３７】
[00057]代替としてＥＫポンプ供給動作は、目標とする行程体積を供給するように選択された、近似された時間の間、動作させることもできる。各ＥＫポンプサイクルの間、圧力センサはサンプルされ、圧力曲線を発生するために用いられる。圧力曲線の積分は、行程の間に供給された実際の流体をもたらす。次いでＥＫポンプ供給動作を調整するための適切な応答を見出すように、推定および実際の行程体積の比較を用いることができる。ＥＫポンプに対する制御応答は、駆動電流、駆動電圧、または駆動行程の時間の調整、およびそれらの組み合わせの１つまたは複数を含む。
【００３８】
[00058]一定駆動電流または電圧を使用するシステムでは、制御応答は各ポンプ行程の持続時間を調整することを含むことができる。この制御応答はいくつかのやり方で達成することができる。１つのやり方はルックアップテーブルを用いることである。この制御方式の下では、予め発生されたポンプ行程体積のルックアップテーブルが、測定された行程体積との比較のために用いられる。その比較の結果に基づいて、次の行程の持続時間が、結果に基づいてより長くまたはより短く調整される。実際の行程供給量が予測より低かった場合はポンプ時間は増加される。実際の行程供給量が予測より高かった場合はポンプオン時間は減少される。この方法では始めに、目標とする行程供給目標のためのＥＫポンプへの電力供給の時間を推定し、次いでこの推定された時間の間、ＥＫポンプを運転する。この時間の間、圧力センサをサンプルし、供給された実際の体積を得るために積分値を計算する。その後に実際の体積および推定の体積を比較し、必要に応じて次の行程時間を調整する。
【００３９】
[00059]他の制御方法では、適切な応答を決定するために関数が用いられる。関数は、どのようにおよびどの程度まで後続のポンプ行程を調整するかを決定するために用いられる１次、またはより高次の式とすることができる。
【００４０】
[00060]見積もられた／推定されたポンプ供給と実際のポンプ供給との比較についての情報を用いて、システムはポンプに送られる次のパルスに対する持続時間を推定することができる。図１２は、この制御方式を用いたポンプの精度を示す。ポンプは、２４時間の期間にわたって±５％以内で、行程当たり２０μｌをポンピングする。この安定性の程度は、０．５μｌまで小さい行程体積に対して実証された。高度の制御はまた、行程当たりの補正の微細なレベルによって示される。図１６は、行程当たりの補正量をいくつかの例示の流量に関連付ける。
【００４１】
[00061]図１は、例示の差動圧力制御システムを用いた、流体を供給するために用いられるＥＫポンプの一実施形態の概略図である。ＥＫポンプの出口は、２つのシステム逆止弁の間のポンプチャンバに設けられる。２つのシステム逆止弁の間に、２つの圧力センサおよび流量制限器がある。圧力センサおよび流量制限器は、差動圧力流量計を形成するように構成される。システムはまた、界面動電ポンプの動作によって供給されるべき流体を含んだ貯蔵器を含む。界面動電ポンプは出口チャンバに接続される。入口逆止弁は出口チャンバを貯蔵器から分離し、出口逆止弁はポンプ構成要素を供給サイトまたは出口から分離する。
【００４２】
[00062]図１はまた、電源１８０、およびＥＫポンプを動作させるためのコントローラ１７５を示す。コントローラ１７５は、選択されたポンプ制御方式、圧力センサ１５２、１５４からの入力、および所望のポンプ行程体積または目標体積に基づいて機能する。コントローラ１７５は例えば、圧力センサなどのシステム構成要素から信号を受け取って解釈し、制御方式に従って計算を行い、制御信号をＥＫポンプに供給することを含む、ポンプ制御方式を実施するためのコンピュータ可読命令を有するメモリを含む。コントローラは、特定の構成に用いられるシステム構成要素の数（例えば圧力センサ、差動圧力システムの要素の数）に応じた十分な入力および出力を有するマイクロコントローラとすることができる。本明細書で述べられる構成に適した１つの市販のマイクロコントローラは、テキサス州オースティンのＳｉｌｉｃｏｎ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ  Ｉｎｃ．から入手可能なＣ８５０１Ｆ３１０である。他の代替ではコントローラとして用いられるマイクロプロセッサまたはコンピュータは、最小で４個のＡ−Ｄ変換器および１６個のデジタルＩＯを含む。他の適当なコントローラタイプについての他の詳細は、図１８および図１９に関連して以下で述べる。
【００４３】
[00063]図１は、流量制限器１６０の両側に１対の圧力センサ１５２、１５４を有する、典型的な差動圧力流量制御構成を示す。図示の概略図では、１対の圧力センサＰＳ１（１５２）およびＰＳ２（１５４）は、流量制限器１６０の両側に配置される。圧力センサは、システムで用いられる圧力および流量の範囲に適した任意の適当な圧力センサとすることができる。図１に示されるシステムは、典型的には０ｋＰａ（０ｐｓｉ）から４１．４ｋＰａ（６ｐｓｉ）の範囲の圧力での、０．０１ｍｌ／時間から５０．０ｍｌ／時間の範囲の流量用途に用いられる。１つの特定の実施形態では、圧力センサはカリフォルニア州フレモントのＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓから市販されている。
【００４４】
[00064]流量制限器１６０は、用いられる測定方式のタイプに従って任意の適当な流量制限器とすることができる。例えば流量制限器は、ベンチュリ、オリフィス、フローノズル、または他の任意の適当な構成として構成することができる。流量制限器は１つまたは複数圧力センサと共に、差動圧力流量計としての動作のために構成することができる。例示の差動流量計構成は、ベンチュリ流量計、オリフィス流量計、またはフローノズル流量計を含む。
【００４５】
[00065]利点としてはほとんどの外部ノイズ（すなわち、ポンプシステムの外側）が、出口逆止弁１４４によって分離されることである。この構成では、各圧力センサからの圧力曲線は出口逆止弁１４４によって引き起こされる変化を受けるので、ポンプ速度を求めるために用いられる計算は簡単になる。この変化は両方の圧力センサの読みに含まれるので、関心のある制御値は、以下で図４に示される２つの圧力曲線の差を用いて得られ、次式で表される。
【００４６】
∫（（ＰＳ２（ｔ）−ＰＳ１（ｔ）））ｄｔ×定数  （いわゆる、曲線の下の差分面積または差分積分）
[00066]この方式を用いることにより、流量体積と差分積分値の間の良好な相関を生じる。
【００４７】
[00067]図２は、図１に示される差動圧力制御システム構成要素を組み込んだ界面動電ポンプブロックの一実施形態の断面図である。ＥＫポンプの内部構成要素および構成は、この図に見ることができる。この構成ではＥＫエンジン１０３は、ＥＫエンジンの両側に配置された前方および後方ＥＫ隔壁を動かすように動作する。ＥＫポンプ隔壁は、駆動電流がＥＫポンプに印加されるのに従って、作動またはポンプ流体の移動に応答して偏向する。ＥＫポンプ、隔壁およびポンプシステム構成の動作の他の詳細は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる「Ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃ  Ｐｕｍｐ  Ｗｉｔｈ  Ｆｉｘｅｄ  Ｓｔｒｏｋｅ  Ｖｏｌｕｍｅ」という名称の、米国特許出願第２００９／０１４８３０８号として発行された、本出願の権利者が共同所有する同時係属の米国特許出願第１２／３２７，５６８号において得られる。
【００４８】
[00068]図２を参照すると界面動電（「ＥＫ」）ポンプ組立体１００は、ＥＫエンジン１０３に接続されたＥＫポンプ１０１を含む。ＥＫエンジン１０３は、多孔質誘電体材料１０６によって隔てられた第１のチャンバ１０２および第２のチャンバ１０４を含み、多孔質誘電体材料１０６は第１のチャンバ１０２と第２のチャンバ１０４の間の流体経路を形成する。容量性電極１０８ａおよび１０８ｂは、それぞれ第１および第２のチャンバ１０２、１０４内に配置され、多孔質誘電体材料１０６のそれぞれの側に隣接してまたはその近くに位置する。ＥＫエンジン１０３は、電極１０８ａの反対側に、第１のチャンバ１０２内に可動部材１１０を含む。可動部材１１０は、例えば可撓性の不浸透性隔壁とすることができる。第１および／または第２のチャンバ１０２および１０４内に存在するように、電解質などのポンプ流体（または「エンジン流体」）が多孔質誘電体材料１０６と容量性電極１０８ａおよび１０８ｂとの間の空間を含みＥＫエンジンを満たすことができる。容量性電極１０８ａおよび１０８ｂは、リード線または他の導電性媒体などを通して外部電圧源と通信する。
【００４９】
[00069]ＥＫポンプ１０１は、供給チャンバ１２２と、供給チャンバ１２２に接する第１の端面１１２および第２のチャンバ１０４に接する第２の端面１１１を有する可動部材１１３とを含む。一部の実施形態では第１および第２の端面１１２、１１１は、それらの間に機械的ピストンを有する可撓性隔壁である。他の実施形態では第１および第２の端面１１２、１１１は、それらの間にゲル材料を有する可撓性隔壁である。ゲル結合については、２０１１年５月５日に出願した「ＧＥＬ  ＣＯＵＰＬＩＮＧ  ＦＯＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＫＩＮＥＴＩＣ  ＤＥＬＩＶＥＲＹ  ＳＹＳＴＥＭＳ」という名称の米国特許仮出願第６１／４８２，８８９号、およびこの出願と共に出願した「ＧＥＬ  ＣＯＵＰＬＩＮＧ  ＦＯＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＫＩＮＥＴＩＣ  ＤＥＬＩＶＥＲＹ  ＳＹＳＴＥＭＳ」という名称の米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号にさらに述べられており、参照によりそれら両方の内容を本明細書に組み込む。他の実施形態では、第１および第２の端面１１２、１１１は単一の可撓性部材または隔壁の端面である。
【００５０】
[00070]供給チャンバ１２２は、流体貯蔵器１４１から供給チャンバ１２２に供給される薬品または薬剤など、例えばインスリンまたは疼痛管理薬剤、または傷の洗浄流体などの洗浄流体などの供給流体を含むことができる。流体貯蔵器１４２と供給チャンバ１２２の間の入口逆止弁１４２は供給チャンバ１２２への供給流体の供給を制御することができ、出口逆止弁１４４は供給チャンバ１２２から患者などへの供給流体の供給を制御することができる。第１の圧力センサ１５２および第２の圧力センサ１５４は、システムからの流体の流れを監視することができる。さらに、センサ１５２、１５４の間の圧力差分を生じさせて流体の流量を測定する機構をもたらすために、ポンプ１０１内に流量制限器１６０を配置することができる。
【００５１】
[00071]使用時には界面動電組立体１００は、界面動電的または電解浸透的流れを生じることによって動作する。正電圧などの電圧が電極１０８ａ、１０８ｂに印加され、これはエンジン流体を第２のチャンバ１０４から第１のチャンバ１０２へ移動させる。エンジン流体は、チャンバ１０４、１０２の間を移動するときに、電極１０８ａおよび１０８ｂを通ってまたはその周りを流れることができる。流体の流れは、可動部材１１０をチャンバ１０２の中から押し出し、可動部材１１３をチャンバ１０４内に引き込む。可動部材１１３の動きの結果として、供給流体は貯蔵器１４１から供給チャンバ１２２内に引き込まれる。貯蔵器から供給チャンバ１２２内への供給流体の移動は、ポンプサイクルの「吸込行程」と呼ばれる。負電圧などの反対の電圧が印加されたときは、流体は第１のチャンバ１０２から第２のチャンバ１０４に移動する。チャンバの間のエンジン流体の動きは、可動部材１１０を第１のチャンバ１０２内に引き込ませ、第２のチャンバ１０４内でのエンジン流体の追加の体積を補償するように可動部材１１３を膨張させる。結果としてチャンバ１２２内の供給流体はチャンバ１２２の中から押し出され、出口逆止弁１４４を通して患者などに供給される。流体の供給はポンプサイクルの「排出行程」と呼ばれる。以下に述べる例示の組立体およびシステムは、正電圧が吸込行程に対応し負電圧が排出行程に対応するように構成されるが、反対の構成すなわち負電圧が吸込行程に対応し正電圧が排出行程に対応する構成も可能であることが理解される。
【００５２】
[00072]図３Ａおよび図３Ｂは、差動圧力流量測定技法を用いて界面動電ポンプシステムの動作を制御する例示の方法を示す。
【００５３】
[00073]図３Ａは、差動圧力制御方式におけるポンプ駆動信号オン持続時間を用いて界面動電ポンプを制御する例示の方法２００である。この方法は、ポンプ駆動信号振幅が一定に維持されるときのポンプ駆動信号オン持続時間を決定する。例えば電圧、電流、電極電荷などの多様なポンプ駆動信号を用いることができる。
【００５４】
[00074]最初にステップ２０５では、ポンプ駆動信号が界面動電ポンプに、ある持続時間の間印加される。用いられる持続時間は、以前のポンプ能力、較正曲線、または実験情報などのいくつかの要因に基づく。持続時間は、完全な行程のうちの部分的な行程である目標行程体積を生じるまたは供給するように選択される。
【００５５】
[00075]次にステップ２１０では、ステップ２０５において選択された持続時間の間の行程体積を求めるために差動圧力技法が用いられる。このプロセスの結果は求められた行程体積である。
【００５６】
[00076]次にステップ２１５では、求められた行程体積が目標行程体積と比較される。次にステップ２２２では、総体積が供給されたかどうかを評価する。このステップは、ステップ２１０で計算された体積が、総体積の供給を実際に完了させたかどうかの判定を見る。総体積供給量は、任意の数の技法によって維持することができる。一態様では総体積供給量は、総体積量からデクリメントするカウンタである。他の態様では総体積供給量は、ゼロから所望の総体積量までインクリメントするカウンタである。結果として総体積をインクリメントまたはデクリメントするステップは、その最後の行程の体積が求められた後に行われる。したがって総体積が供給されたかどうかに基づいて判定が行われる。肯定であればコントローラはポンプ停止コマンドを発生する（ステップ２２４）。さらにシステムは、総体積が供給された旨の出力または表示を発生することができる。ステップ２２２の結果が否定である場合は、カウンタにインデックスが付けられた後に方法は進行する。
【００５７】
[00077]次に目標行程体積が供給されたかどうかを評価する（ステップ２２０）。目標行程体積が供給されており、結果が肯定の場合は補正は必要なく（ステップ２２５）、次のポンプ行程は同じ持続時間の間、駆動電圧を印加することになる（すなわち総体積が供給されるまでステップ２０５に戻る）。
【００５８】
[00078]しかし目標行程体積が供給されなかった場合（ブロック２２０での結果が「いいえ」）は、ステップ２３０に進む。このステップでは、求められた行程体積と目標行程体積との比較に基づいてポンプオン持続時間が発生される。ポンプ持続時間調整は、求められた行程体積が目標行程体積より小さい場合は、正のすなわち増加された持続時間とすることができる。反対にポンプ持続時間調整は、求められた行程体積が目標行程体積より大きい場合は、負のすなわち減少された持続時間とすることができる。
【００５９】
[00079]次いでステップ２３０の結果に応じて、ポンプ駆動信号オン持続時間が次のポンプ行程でＥＫポンプに適用される（ステップ２３５）。その後にプロセスは、ステップ２３５の間に供給される供給流体の体積を求めるためのステップ２１０において繰り返す。
【００６０】
[00080]図３Ｂは、差動圧力制御方式における電圧オン持続時間を用いて界面動電ポンプを制御する例示の方法３００である。この方法は、駆動電圧が一定に維持されるときの電圧オン持続時間を決定する。
【００６１】
[00081]最初にステップ３０５では、駆動電圧が界面動電ポンプに、ある持続時間の間印加される。用いられる持続時間は、以前のポンプ能力、較正曲線、または実験情報などのいくつかの要因に基づく。持続時間は、完全な行程の体積のうちの部分的な体積である目標行程体積を生じるまたは供給するように選択される。
【００６２】
[00082]次にステップ３１０では、ステップ３０５において選択された持続時間の間の行程体積を求めるために差動圧力技法が用いられる。このプロセスの結果は求められた行程体積である。
【００６３】
[00083]次にステップ３１５では、求められた行程体積が目標行程体積と比較される。次にステップ３２２では、総体積が供給されたかどうかを評価する。このステップは、ステップ３１０で計算された体積が、総体積の供給を実際に完了させたかどうかの判定を見る。総体積供給量は、任意の数の技法によって維持することができる。一態様では総体積供給量は、総体積量からデクリメントするカウンタである。他の態様では総体積供給量は、ゼロから所望の総体積量までインクリメントするカウンタである。結果として総体積をインクリメントまたはデクリメントするステップは、その最後の行程の体積が求められた後に行われる。したがって総体積が供給されたかどうかに基づいて判定が行われる。肯定であればコントローラはポンプ停止コマンドを発生する（ステップ３２４）。さらにシステムは、総体積が供給された旨の出力または表示を発生することができる。ステップ３２２の結果が否定である場合は、カウンタにインデックスが付けられた後に方法は進行する。
【００６４】
[00084]次に目標行程体積が供給されたかどうかを評価する（ステップ３２０）。目標行程体積が供給されており、結果が肯定の場合は補正は必要なく（ステップ３２５）、次のポンプ行程は同じ持続時間の間、駆動電圧を印加することになる（すなわちステップ３０５に戻る）。
【００６５】
[00085]しかし目標行程体積が供給されなかった場合（ブロック３２０での結果が「いいえ」）は、ステップ３３０に進む。このステップでは、求められた行程体積と目標行程体積との比較に基づいて追加のポンプオン持続時間が発生される。ポンプ持続時間調整は、求められた行程体積が目標行程体積より小さい場合は、正のすなわち増加された持続時間とすることができる。反対にポンプ持続時間調整は、求められた行程体積が目標行程体積より大きい場合は、負のすなわち減少された持続時間とすることができる。
【００６６】
[00086]次いでステップ３３０の結果に応じて、ポンプ駆動信号オン持続時間が次のポンプ行程でＥＫポンプに適用される（ステップ３３５）。その後にプロセスは、ステップ３３５の間に供給される供給流体の体積を求めるためのステップ３１０において繰り返す。
【００６７】
[00087]総体積カウンタの使用の結果として、残りの総体積を供給するための推定行程数を求めるためにＥＫポンプシステムを用いることができる。例えば動作条件が結果としてシステムによってポンピングされる期待される供給流体が少なかった場合のポンプ動作シナリオを考える。この場合は総体積カウンタは、ある量の供給されなかった総体積を有することになる。システムコントローラはまた、総供給体積の残りをポンピングするために必要な追加の推定される供給行程の数を計算するためのコンピュータ可読命令を含むことができる。その後にコントローラは、総体積が供給されるまで循環ポンプ行程の動作を続けるようになる。
【００６８】
[00088]図４は、ポンプ行程時の圧力センサＰＳ１およびＰＳ２（図１および図２を参照）の出力に対する、ミリボルト（ｍＶ）でのセンサ出力と、ミリ秒での時間の例示のグラフである。この構成は５００ｍＶが０ｋＰａ（０ｐｓｉ）の読みに等しい。トレースが５００ｍＶのラインを超えるのに従って、約８０００ｍｓにてポンプに電圧が印加される。次に約９７００ｍｓおよび８００ｍＶにて出口逆止弁がわずかな隙間を生じ、流れが発生する。この点の後に、ＰＳ１およびＰＳ２からの読みが分かれる。上側の実線はＰＳ１から来るもので、下側の破線はＰＳ２から来るものである。駆動電圧は１０，０００ｍｓにてオフにされ、そこではＰＳ１の読みは約８９０ｍＶである。その少し後の約１０，５００ｍｓおよび約８００ｍＶにて、ＰＳ１およびＰＳ２の曲線はもとの単一のトレースに収束する。コントローラはＰＳ１およびＰＳ２からの読みを評価してＰＳ１およびＰＳ２曲線の間のそれらが分かれている期間の面積を得る。次いでこれらの曲線の間の面積は、本明細書で述べられる制御方式の１つまたは複数を用いて後続のポンプ行程を制御するために用いられる。ＰＳ１／ＰＳ２曲線における緩やかな減少は、ポンプ行程の間の緩やかなシステム圧力の減少に関係する。
【００６９】
[00089]図５は例示の発生される相関曲線であり、図１および図２で述べられた差動圧力制御システムのために用いられる。ｘ軸はＤＰＩ（差動圧力積分）値であり、Ｙ軸はＤＰＩを発生した流れの間に供給された質量の測定値である。示される曲線は、実線の数列１の適合線によって示されるように良好な線形適合を有する。このような相関曲線から、供給された質量または体積はポンプシステム動作時に観察されるＤＰＩ値から計算することができる。
【００７０】
[00090]図６Ａは代替の差動圧力制御方式を示す。図６Ａは多くの側面において図１および図２と同様である。図６Ａのシステムと前述のシステムとの主な違いは、このシステムが単一の圧力センサ（ＰＳ２）に依存することである。また出口チャンバ１２２と圧力センサ１５４（ＰＳ２）の間に流量制限器１６０がある。別の任意選択の構成では単一の流量制限器１６０は、ＰＳ２と出口逆止弁１４４の間に配置される（図６Ｂを参照）。この構成では、流量制限器に対して想定される一定の背圧が存在する。このタイプのシステムに用いられるコントローラ方式は、第２の圧力センサを不要にするために想定される一定の背圧に依存するという点で異なる。結果としてこの構成でのＥＫポンプの制御は簡単になる。他の任意選択の構成では、流量制限器１６０は出口逆止弁１４４の後に配置される（図６Ｃを参照）。さらに電子メモリ、およびコントローラ１７５によって行われるルーチンおよびコンピュータ可読命令は異なるものとなり、単一圧力読み取り構成ならびに選択された特定の構成要素構成（例えば図６Ａ、６Ｂ、または６Ｃ）からの能力パラメータおよび曲線に基づく。
【００７１】
[00091]このいわゆる単一圧力センサ方法は、単一の圧力センサを用いてポンプ流量を求める。「オフポンプ」期間の間はポンプは流体を供給しないと仮定すると、この時間の間にＰＳ２はシステムに加えられる背圧を測定している。この制御方式はまた、供給時間の間は背圧は変化しないと仮定する。例えば行程当たり０．５μｌから３μｌを供給するように設計されたポンプは、典型的に１．５秒未満で、３４．５ｋＰａ（５ｐｓｉ）の背圧を有する０．５μｌの部分的な行程の場合は０．６５から１．５秒の範囲であり、背圧なしの０．５μｌの部分的な行程の場合は０．３０から１．５秒、または図１６の範囲のいずれかにある。したがってポンプが電源オンされたときは、ポンプ行程流量は、圧力における増加および初期圧力の差に等しい。この動作は次式のように表される：
∫（ＰＳ２（ｔ）−ＰＳ２（ｔ０））ｄｔ×定数  （いわゆる曲線の下の面積または積分）
ただし定数は、粘性、密度、および／または摩擦などの流体の１つまたは複数の特性に関連する。これらの特性の１つまたは複数は、例えばポンプの動作温度、供給流体の温度、貯蔵器または供給サイトを取り囲む温度などの環境条件の変動に応じて変化し得る。
【００７２】
[00092]この方式を用いるためには、最初に各特定のシステムに対する相関曲線、および予想される行程長さを発生する。ここで行程長さは、特定の駆動信号がＥＫポンプに印加される時間の長さを指す。このグラフは、「積分」値と実際に供給された流体の量との間の相関を生成するために用いられる。相関値は、現在のサイクルタイムの間の期待される能力領域内のＥＫポンプの動作によって発生される。ＥＫポンプは、予め設定された行程長さを用いて予め設定されたサイクル数の間運転される。行程持続時間（すなわちポンプオン信号時間、またはポンプ駆動信号の持続時間）はすべての行程に対して一定に保たれる。ＥＫポンプ出口は、一定の比率で供給するように構成され、それによって供給される流体の質量が測定されるのを可能にする。供給流体に対する適切な密度を用いて供給体積が計算され、次いでそのポンプ行程に対する行程当たりの体積を得るように複数の行程に分割される。手順は、２つ、３つ、または４つ以上の異なるポンプ行程長さ、またはポンプオン、またはポンプ駆動信号持続時間に対して繰り返される。そのポンプに対する相関曲線は、これらの様々な行程長さ試験の結果をプロットし、適当な曲線近似技法を適用することによって生成される。適切な相関曲線は、ポンプ動作時に行程体積を制御するためにコントローラにロードされる。様々な相関値を取得した後に相関曲線の精度を確実にするために、いくつかの例示の背圧値に対抗して、この測定されたポンプ能力を測定する。１つのこのような試験の典型的なグラフは以下に図７に示される。多様な背圧に対抗するポンプ能力は非常に直線的であることが留意される。
【００７３】
[00093]図７は、図６Ａのように構成された界面動電ポンプシステムの能力グラフであり、０ｋＰａ（０ｐｓｉ）、１１．７ｋＰａ（１．７ｐｓｉ）、および１８．６ｋＰａ（２．７ｐｓｉ）の背圧条件の場合の、差動圧力積分値に対するマイクロリットルでの平均行程体積を示す。供給状況が変化するのに従ってポンプ能力を調整するために、このグラフでの相関値を用い得る。
【００７４】
[00094]さらなる実験から、本明細書で述べられる圧力差動制御方式は、４１．４ｋＰａ（６ｐｓｉ）までの高さの背圧まで、背圧に無関係な積分値を生じることが明らかになる。本明細書で述べられるポンプシステムおよび制御方式は、哺乳類への供給時に経験する背圧の起こり得る範囲に対して十分に補償することができる。
【００７５】
[00095]図８は、本明細書で述べられる差動圧力制御方法において２０μｌの目標行程を用いた８ｍＬ／時間の供給流量の場合の図６Ａのように構成された界面動電ポンプシステムの能力グラフである。典型的なデューティサイクルパラメータは、６００ｍｓに対して３Ｖである。デューティサイクルは、５００ｍｓから約１秒の範囲とすることができる。図８に示される例示の制御応答ではポンプデューティサイクルは、要求されるポンプ応答に従って、５ｍｓ、１０ｍｓ、２５ｍｓ、および５０ｍｓの固定の時間間隔を用いて変化された。これらの追加のポンプオン持続時間が、基本ポンプデューティサイクルに対して加算または減算される（図３Ａステップ２３０、２３５、および図３Ｂステップ３３０および３３５を参照）。この特定の例では制御システムは、３つの背圧条件、すなわち背圧なしすなわち０ｋＰａ（０ｐｓｉ）、約１５．９ｋＰａ（２．３ｐｓｉ）の背圧、および約２９．０ｋＰａ（４．２ｐｓｉ）の背圧に応答している。
【００７６】
[00096]グラフから分かるように、０から６００秒までの０ｋＰａ（０ｐｓｉ）すなわち背圧なしのシナリオの間では、ポンプは一貫して行程当たり２０μｌの目標行程体積を供給している。６００ｍｓの時点で約１３．８ｋＰａ（２ＰＳＩ）の背圧が印加される。次の測定された行程体積は直ちに約１７μｌまで低下することが留意される。制御アルゴリズムが引き継ぐのに従って、ポンプ行程持続時間は図３Ａおよび３Ｂのように調整され、行程体積は２０μｌの行程目標体積に達するまで数サイクルにわたって増加する。ここでポンプオン時間は増加されて、背圧の影響に打ち勝つための追加の体積をもたらす。
【００７７】
[00097]１０００秒の時点で背圧はゼロに戻る。１０２０秒の時点での約２２μｌのスパイクで示されるように、背圧が除去された状態で行程体積は過大に供給する。その後にコントローラは連続する行程でのポンプオン時間を短縮する。約１１００秒の時点ではコントローラは、行程体積を２０μｌの目標行程体積まで戻している。
【００７８】
[00098]１３００秒の時点では約２７．６ｋＰａ（４ｐｓｉ）の背圧がシステムに印加される。実際の行程体積の約１３μｌまでの即時の低下が留意される。次いで制御アルゴリズムは、約１５００秒の時点で実際の行程体積が２０μｌでの目標に戻るまで、ポンプオン持続時間を増加することによって各後続の行程の調整を開始する。１７００秒の時点で、２７．６ｋＰａ（４ｐｓｉ）の背圧が除去されるのに従って、ポンプ行程体積における別の偏位が観察される。前の１３．８ｋＰａ（２ｐｓｉ）の背圧の場合のように制御システムは、ポンプ行程の間の電圧オンの持続時間を調整（すなわち減少）する。前の場合のように制御システムは、約１８００秒の時点までに実際のポンプ行程体積を２０μｌの目標ポンプ行程体積まで速やかに戻す。
【００７９】
[00099]図８ではグラフ上の各点は行程体積の読みである。上記のようにシステムに背圧が印加された後には、行程体積は低下する。この例示の構成では制御システムフィードバックは、背圧が印加または除去された後に約７ポンプ行程以内に、行程体積を設定されたレベルまで調整するようになる。
【００８０】
[000100]図９Ａは、差動圧力制御方式と共に使用するように構成された、もう１つの代替の界面動電ポンプシステムの概略図である。この構成ではポンプおよび構成要素は、先に述べられたものと同様である。図９の実施形態ではシステム構成要素（すなわち逆止弁１４４）は、圧力センサＰＳ１およびＰＳ２（１５２、１５４）の間で流量制限器として用いられる。追加としてまたは代替として流量制限器はまた、出口逆止弁とＰＳ２の間に、またはＰＳ２の先に配置することができる（図９Ｂを参照）。
【００８１】
[000101]図９Ａは、圧力センサ（１５２／ＰＳ１）はポンプチャンバ１２２上に配置され、第２の圧力センサ（１５４／ＰＳ２）は出口逆止弁１４４の後に配置されていることを示す。（例えば）２６ゲージの注射針などの流量制限器１６０は、圧力センサ（１５４／ＰＳ２）の前方、ＰＳ２と出口逆止弁１４４の間、または圧力センサの下流側に配置することができる（図９Ｂを参照）。この構成では、ポンプ行程時に生成される体積を求めるために、圧力差方法を用いることができる。この制御方式は、ＰＳ１およびＰＳ２での圧力の読みの差を利用する。さらにこの制御方式は、下記に従って逆止弁クラッキング圧力を考慮に入れる：
∫（ＰＳ１−逆止弁クラッキング圧力−ＰＳ２）ｄｔ×定数
逆止弁クラッキング圧力補償は、この実施形態において述べたが、本明細書で述べられる他の制御方式に適用することができる。
【００８２】
[000102]図１０は、図９Ａで述べられた差動圧力制御システム構成要素を組み込んだ界面動電ポンプブロックの一実施形態の断面図である。
【００８３】
[000103]図１１は、粘性補正のために、入来する流体の温度を測定するように追加された温度センサ１８５を有する、図１のような差動圧力制御システムの一実施形態の概略図である。
ＥＫポンプ動作のための温度補償
[000104]周囲温度または流体温度を測定するために温度センサを追加することによって、より多くの影響を補償することができる。流体の粘性および密度は温度と共に変化する。またほとんどの圧力センサに対して何らかの温度の影響がある。したがって図１１に示されるように温度センサ１８５を追加することによって温度の測定、および温度によって引き起こされる供給流体への変動に基づく補償方式が可能になる。温度センサ１８５は、入口逆止弁１４２と、ポンプチャンバ１２２／ＰＳ１  １５２の場所との間に示される。温度センサ１８５は、図１１に示される流体経路に沿っていくつか異なる場所に配置することもできる。
【００８４】
[000105]温度センサを使用することにより、供給液体の粘性に対して補償するためにポンプ行程体積を調整することが可能になると考えられる。補償の結果は以下の図に示されるように±２％以内に十分なり得る。
【００８５】
[000106]図１２および図１３はそれぞれ粘性補正のための温度補償がある場合とない場合の、差動圧力制御に用いるためのポンプ出力曲線を示す。図１２に示されるように温度補償がない場合は、周囲温度が一晩で減少するのに従って（午後５時以後で、午前５時以後はそのままとなる）、実際のポンプ行程体積は減少する。これと対照的に温度補償されたシステムでは、同じ一晩の温度の減少に関わらず行程体積はほぼ一定のままとなる。この比較は、どのようにして差動圧力制御と温度補償とを有するＥＫポンプを、供給流体の温度が変化してもほぼ一定のポンプ行程体積を供給するように用いることができるかを示している。
【００８６】
[000107]一実施形態では温度補償は、図３および方法３００のものと同様の方法により達成される。温度の読みが選択された範囲内にある場合は、補償は行われない。温度が所定の温度から変化した場合は、コントローラは適切に補償するようにポンプオン持続時間を調整するようになる。
【００８７】
[000108]差動圧力制御システムによってもたらされる情報は、ＥＫポンプの能力を向上するように他の機能をもたらすために用いることができる。他の機能の例は、システム内の１つまたは複数の構成要素の診断分析、またはシステム動作でのエラー検出を含む。この能力情報は、ポンプシステムの内部または外部のいくつかの供給源から供給することができる。１つの特定の例では、診断およびまたはエラー検出情報および是正措置は、圧力センサデータ（すなわち図４を参照）の分析、比較、または処理から得られる。圧力センサデータは、行程当たりをベースとして，ポンプ行程の平均を用いて、間欠行程データ（すなわちある時間間隔、または行程数の間隔で取得された行程データ）を用いて、または必要とする診断またはエラー検出に適した他の状況のときに、分析することができる。
【００８８】
[000109]システム構成要素の故障の具体的な例を用いて、入口および出口逆止弁について考える。弁に対する起こり得る故障モードは、空いたまままたは閉じたまま動かなくなるものである。空いたまま動かなくなる場合は、チャンバ内のピーク圧力は平均より低くなる。この場合はコントローラのメモリは、行程ごと、１つおきの行程ごと、または他の間隔、または中間の監視レートで、ピークチャンバ圧力を記録および比較するためのコンピュータ可読命令を含むことができる。ピーク圧力の比較が、繰り返し低下するピークの読みを示す場合は、コントローラは可能性が高い誤動作についてユーザに通知する処置をとることができる。コントローラが行う処置は、光、音、または電子的通知を用いた警報表示から、ポンプ動作を停止する、または条件が解消されるまでポンプ動作を禁止することまでの範囲に及ぶものとすることができる。逆止弁が閉じたまま動かなくなる場合に対しても、システムは同様のやり方で応答することができる。この場合はシステムは、正常より高い、または平均ピーク圧力より高いチャンバピーク圧力を読み取ることになる。ほぼ同じやり方でコントローラは、ユーザに通知する、または構成要素の故障に鑑みてシステム能力を変更するための追加の命令をメモリ内に含むことができる。
【００８９】
[000110]他の実施形態では、閉塞を検出するために圧力センサデータを用いることができる。この場合はコントローラメモリは、閉塞に対して適応するまたは補償するようにポンプ動作を調整する、閉塞の解消を試みるようにポンプ動作を調整する、ユーザに可能性のある閉塞を通知する、ポンプ動作を中止する、またはそれらの任意の組み合わせを行うための命令を、コンピュータ可読コードに含むことができる。
【００９０】
[000111]１つの特定の例では、図９のＰＳ２（１５４）の出力は、システムに働く背圧を表す。コントローラは、ある背圧に対抗するポンピングを想定して行程時間を追加するためのコンピュータ可読命令を含むことができる。代替としてコントローラは、閾値を超える背圧を検出した場合は、警報を発するまたはポンプ動作を中止することができる。図１の２つの圧力センサ構成も構成要素の故障を検出するために用いることができる。ポンプ駆動信号がオンであり、ＰＳ１／ＰＳ２からの信号に差がない場合は、コントローラはこの異常条件を知らせるための命令を含むことができる。圧力差がないことで知らせることができる。
【００９１】
[000112]他の特定の例では、荷電平衡のためにポンプを運転するための逆の駆動電圧の印加時には、チャンバ上の圧力センサ（１つまたは複数）、および／またはシステム逆止弁内の読みは減少するまたは負になる。これらのような圧力センサの読みは、逆止弁の一方または両方が故障した可能性が高いこと示すものである。コントローラはこの異常条件を検出した場合に動作を中止する、または警報または表示を発するための、コンピュータ可読命令を含むことができる。背圧補償は上述のように対処することができ、および最も直接には１つの圧力センサを出口逆止弁の先に配置し（すなわち図９の構成を参照）、出口逆止弁１４４が閉じられたときにポンプサイクルの間のＰＳ２圧力を読み取ることによって対処することができる。閉塞検出は、対応する供給流体流量の表示がない状態で、チャンバ圧力の増加を伴ったポンプ流量またはポンプ動作の１つまたは複数の表示によって行うことができる。
【００９２】
[000113]他の代替実施形態では、１つまたは複数のエラーまたは診断ルーチンの結果または最終結果は、上記および図３Ａおよび３Ｂに関連して述べたものと同様の方法を用いて、ポンプに印加される電圧、電圧のオン持続時間、または他の適当な動作パラメータを調整するために用いることができる。この点に関して、ポンプに印加される電圧の調整は、行程供給の前にまたは後に行うことができる。このタイプの調整は、１つの行程では４Ｖを用い、次いでポンプシステムの状況が変化したときは４Ｖとは異なる値を用い得ることを指す。例えば１つのポンプ供給プロファイルは、３Ｖで供給されるいくつかの行程を有することができる。その後に、システムパラメータまたはポンプ行程における変化に基づいて電圧を後続の行程で５Ｖに増加することができる。
【００９３】
[000114]実施例
[000115]図１４は、２つの矩形波ポンプ制御信号、および単一圧力センサ差動圧力制御システムからの対応する圧力センサトレースのグラフを示す。この例示の実施例では差動圧力制御システムは、行程体積を求めるために単一の圧力センサ出力からのデータ（すなわち所与のポンプ駆動信号に対するトレース曲線の積分）を利用することになる。単一圧力センサシステム構成は上記の図６に示される。この実施例ではポンプ駆動信号は約２．７ボルトの一定電圧である。ベースライン圧力センサ出力信号は約７５ｍＶである。第１のパルスの持続時間（ｔ１）は８６０ｍｓである。この実施例では圧力センサ出力は４ｍｓごとに読み取られる。システムコントローラは、ポンプ駆動信号が印加されたときに圧力センサの読みの積分を開始し、圧力センサ出力電圧が定められた値より低く減少するまで積分を継続するための、コンピュータ可読命令を含む。典型的にはこの値は、システムがベース圧力（ここでは７５ｍＶのセンサ電圧）まで戻ったことを出力信号が示した後のものとなる。その後は、取得した積分値は体積に変換され、次いで目標流量と比較される。積分値は、行程が進行するのに従ってリアルタイムで計算できることを理解されたい。このリアルタイムの行程体積計算は、ＥＫエンジンへの電力の流れを停止するようにコントローラに戻るポンプオフトリガ信号として用いることができる。この実施例では、ｔ１の間に供給される体積は、単一のセンサ出力値を利用して計算され、行程当たりの目標量を超えるように決定される。結果として、後続の一定電圧ポンプ駆動信号は、より短い持続時間となるように調整される。この図では補正量は３６ｍｓである。この実施例では、ｔ２すなわち後続のポンプ行程持続時間は３６ｍｓだけ減少されて８２４ｍｓの新しいポンプオン持続時間となる。
【００９４】
[000116]図１５は、２つの矩形波ポンプ制御信号、および２つの圧力センサ差動圧力制御システムからの対応する圧力センサトレースのグラフを示す。この例示の実施例では差動圧力制御システムは、行程体積を求めるために２つの圧力センサ出力の差からのデータ（すなわち所与のポンプ駆動信号に対するトレース曲線の積分）を利用することになる。２つの圧力センサ構成は上記の図２および図１０に示される。この実施例ではポンプ駆動信号は約２．７ボルトの一定電圧である。ベースライン圧力センサ出力信号は約５０ｍＶである。第１のパルスの持続時間（ｔ１）は７５０ｍｓである。この実施例では圧力センサ出力は４ｍｓごとに読み取られる。システムコントローラは、ポンプ駆動信号が印加されたときに２つの圧力センサの読みの差の積分を開始し、圧力センサ出力電圧が定められた値より低く減少するまでそれらの差の積分を継続するためのコンピュータ可読命令を含む。典型的にはこの値は、システムがベース圧力（ここでは５０ｍＶのセンサ電圧）まで戻ったことを出力信号が示した後のものとなる。その後は、取得した積分値は体積に変換され、次いで目標流量と比較される。積分値は、行程が進行するのに従ってリアルタイムで計算できることを理解されたい。このリアルタイムの行程体積計算は、ＥＫエンジンへの電力の流れを停止するようにコントローラに戻るポンプオフトリガ信号として用いることができる。積分値は、行程が進行するのに従ってリアルタイムで計算できることを理解されたい。このリアルタイムの行程体積計算は、ＥＫエンジンへの電力の流れを停止するようにコントローラに戻るポンプオフトリガ信号として用いることができる。積分値は、行程が進行するのに従ってリアルタイムで計算できることを理解されたい。このリアルタイムの行程体積計算は、ＥＫエンジンへの電力の流れを停止するようにコントローラに戻るポンプオフトリガ信号として用いることができる。ｔ１の間に供給される体積は、２つのセンサ出力値を利用して計算され、行程当たりの目標量より小さくなるように決定される。結果として、後続の一定電圧ポンプ駆動信号は、より長い持続時間となるように調整される。この図では補正量は３６ｍｓである。この実施例では、ｔ２すなわち後続のポンプ行程持続時間は３６ｍｓだけ増加されて７８６ｍｓの新しいポンプ持続時間となる。
【００９５】
[000117]図１４および図１５の圧力信号トレースはまた、ＥＫポンプ制御システムの他の側面を示す。圧力トレースの両方の組は、ポンプ駆動電圧がゼロ（すなわちポンプ駆動信号がオフ）になった後に圧力の減衰があることを示す。この減衰曲線は、圧力出力が電圧オフラインを横切ってから、７５ｍＶ（図１４）および５０ｍＶ（図１５）のベースライン出力に達するまで延びる。それぞれにおける面積は異なり、図１４の方が図１５より大きい。ポンプシステム要件および動作条件に応じて、これらの残りの流量の表れまたは追加の体積は、顕著である場合もあり顕著でない場合もある。顕著でない場合はシステムはそれらを無視する。顕著である場合はシステムは、本明細書で述べられる技法を用いてこのタイプのエラーに対して補償することができる。圧力トレースのこの部分（およびそれが表す、結果としての体積）によって導入されるエラーの量は、求められた行程体積に対する異なる最終結果を生じることになる（図３Ａステップ２１０、および図３Ｂステップ３１０を参照）。
【００９６】
[000118]ポンプオフ信号以降の圧力トレース情報が重大でない場合は、積分期間すなわち体積計算期間は、ポンプオフ信号が生じたときに停止させることができる。ポンプオフ信号以降の圧力トレース情報が重大である、または行程補償方式の範囲にあると見なされる場合は、この条件を勘案するための少なくとも２つの方法がある。このタイプの可能性のある変動を補償するための１つの方法は、ポンプオフ信号の終わり以降の期間に対して積分計算時間すなわち体積計算時間を延長することである。１つの例示的実施形態では追加の積分時間はポンプオフ信号以降に約５０ｍｓである。このタイプの可能性のある変動に対して補償する他の方法は、積分計算すなわち体積計算期間を時間によってではなく、圧力検出電圧が閾値より低下するまで延長することである。圧力検出電圧が所望の閾値に達するまたはそれを超えた後に、積分計算すなわち体積を求める時間は終了する。
【００９７】
[000119]図１６は、ある範囲の行程持続時間に印加される、例示の補正係数の表である。この表は、本明細書で述べられるＥＫポンプ制御方式によってもたらされる高精度の流体供給および補正能力を示している。この実施例ではポンプ持続時間は、４ミリ秒（ｍｓ）、８ｍｓ、１６ｍｓ、および３２ｍｓの予め設定された大きさである。ポンプ行程時間は、上述の例示のチャンバに対する典型的な値に対して選択される。３００ｍｓ、５００ｍｓ、８００ｍｓ、および１０００ｍｓの行程時間が列挙される。列挙された百分率補正は、総行程持続時間に対する補正時間の大きさに対応する。例えば、１６ｍｓの補正時間は３００ｍｓの行程の５．３％の補正を表す。８ｍｓ補正時間は１０００ｍｓの行程の０．８％の補正を表す。
【００９８】
[000120]図１７は本明細書で述べられる典型的なポンプシステムに対する例示の補正値表である。図１７に示される情報は、それぞれステップ２３０、３３０の一部など上述の方法２００、３００の一部として用いることができる。ＥＫポンプは、長さが約２．５４ｃｍ（１インチ）で内径が０．１８ｍｍ（０．００７インチ）の流量制限器の管を使用した差動圧力測定システムによって上述のように動作する。この例示の実施例ではポンプ制御システムは、２００の許容差、または目標値の２％の値で設定される。目標積分値は、図１４および図１５の曲線を発生するために用いられる圧力曲線および信号に基づいて５０００である。補正値は、測定されたＤＰＩから目標積分を減算し、次いでその値を許容値で除算することによって求められる。許容値は、システムによって望まれる精度を表すために用いられる数値である。これは一般にポンプ行程体積の百分率値として設定される。この実施例では許容値は２００である。測定されたＤＰＩは、行程時の供給流体体積を示す、ポンプ行程時に得られる測定された差動圧力積分を指す。補正値の大きさは、後続の行程に対する行程持続時間調整の大きさを決定する。補正値の符号により、後続の行程持続時間が増加される（負の補正値結果）か、または減少される（正の補正値結果）かが決まる。補正値が１より小さい場合は補正は不要となる。補正値が１から２の間の場合は４ｍｓの補正時間が用いられる。補正値が２から３の間の場合は８ｍｓの補正時間が用いられる。補正値が３から４の間の場合は１６ｍｓの補正時間が用いられる。補正値が４より大きい場合は３２ｍｓの補正時間が用いられる。
【００９９】
[000121]例示のポンプコントローラの他の詳細は、２０１２年５月５日に出願した「ＧＥＬ  ＣＯＵＰＬＩＮＧ  ＦＯＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＫＩＮＥＴＩＣ  ＤＥＬＩＶＥＲＹ  ＳＹＳＴＥＭＳ」という名称の同時係属であり本出願の権利者が所有する米国特許仮出願第６１／４８２，８８９号、およびそれに対応するこの出願と共に出願した「ＧＥＬ  ＣＯＵＰＬＩＮＧ  ＦＯＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＫＩＮＥＴＩＣ  ＤＥＬＩＶＥＲＹ  ＳＹＳＴＥＭＳ」という名称の米国特許非仮出願第ｘｘ／ｙｙｙ，ｙｙｙ号で述べられている。１１００、１２００を有するモジュール型システムとして述べるが、この２つは上述のように単一のシステムに組み合わせることができる。さらにＥＫポンプ、圧力センサ、差動圧力システム、およびコントローラは、表示部１２０５を有する単一のハウジング内に設けることができる。図１８は、本明細書で述べられるＥＫポンプシステムの動作を制御するために、ポンプ駆動信号を印加し、センサおよび他の機能から信号を受け取り処理するように構成された制御モジュール１２００を示す。制御モジュール１２００は、電圧を供給するための電池１２０３などの電源、およびポンプモジュールへの電圧の印加を制御するための回路を含んだ回路基板１２０１を含むことができる。制御モジュールはさらに、流量、電池レベル、動作ステータス、および／またはシステム内のエラーの表示など、命令および／または情報をユーザに示すための表示部１２０５を含むことができる。さらに表示部１２０５は、ユーザのためのＧＵＩ入力スクリーンをもたらすため、および総体積供給量の進行についての情報、またはシステムステータスを示すために用いることができる。オン−オフスイッチ１２０７は、ユーザが制御モジュールをオンおよびオフに切り換えるのを可能にするように制御モジュール上に配置することができる。表示部１２０５はまた、コンピュータコントローラと通信するユーザ入力装置として働く。コンピュータコントローラはまた、ユーザ入力装置に信号を供給しかつ受け取るように適合され構成される。
【０１００】
[000122]図１９を参照すると、制御モジュール１２００内の回路基板は、電圧調整器１３０１、Ｈブリッジ１３０３、マイクロプロセッサ１３０５、増幅器１３０７、スイッチ１３０９、および通信部１３１１を含む。制御モジュール１２００の構成要素とポンプモジュール１１００の構成要素の間の電気接続１３１０は、制御モジュール１２００がポンプモジュール１１００を運転するのを可能にする。モジュール型設計の側面のために別々として述べたが、１１００および１２００のモジュール型の側面は、単一のポンプシステムに組み合わせ得ることを理解されたい。制御モジュールはポンプ構成に応じてポンプモジュール１１００に、１から２０ボルトの間で、２から１５ボルトの間など、例えば２．６から１１ボルト、具体的には３から３．５で、１５０ｍＡまでで、１００ｍＡまでなどを供給することができる。
【０１０１】
[000123]使用時には電池１２０３は、電圧を電圧調整器１３０１に供給する。電圧調整器１３０１は、マイクロプロセッサ１３０５の指示の下に、必要な量の電圧をＨブリッジ１３０３に供給する。Ｈブリッジ１３０３は、ポンプを通る流体の流れを開始するためにＥＫエンジン１１０３に電圧を供給する。ポンプを通って流れる流体の量は、圧力センサ１１５２、１１５４によって監視され、制御される。センサ１１５２、１１５４から制御モジュール内の増幅器１３０７への信号は増幅され、次いで分析のためにマイクロプロセッサ１３０５に送出することができる。圧力フィードバック情報を用いてマイクロプロセッサ１３０５は、一定電圧などのポンプ駆動信号がエンジン１１０３に印加される時間の大きさを制御するように、適切な信号をＨブリッジに送ることができる。スイッチ１３０９は、エンジン１１０３を開始および停止させるため、およびポンプモジュール動作モードを例えばボーラスモードから基礎モードに切り換えるために用いることができる。通信部１３１１は、コンピュータ（図示せず）と通信するために用いることができ、これは診断目的および／またはマイクロプロセッサ１３０５をプログラムするために用いることができる。追加としてまたは代替として通信部１３１１は、システム１１００／１２００への有線または無線のアクセスをもたらすように構成することができる。
【０１０２】
[000124]図１９に示されるように、ポンプモジュール１００および制御モジュール１１００は、それらの間に延びる少なくとも８個の電気接続を有することができる。正電圧電気接続１３１０ａおよび負電圧電気接続１３１０ｂは、適切な電圧を供給するようにＨブリッジ１３０３からエンジン１１０３に延びることができる。さらにｓ＋電気接続１３１０ｃ、１３１０ｇ、およびｓ−電気接続１３１０ｄ、１３１０ｈは、ｓ＋接続とｓ−接続の間の電圧の差を用いて印加された圧力を計算することができるように、それぞれセンサ１１５２、１１５４から延びることができる。さらに電源電気接続１３１０ｅはセンサに電力供給するために増幅器１３０７から両方のセンサ１１５２、１１５４に延びることができ、接地電気接続１３１０ｆはセンサを接地するために増幅器１３０７から両方のセンサ１１５２、１１５４に延びることができる。上述のセンサは、本明細書で述べられるＥＫポンプ制御方式の動作に利用される任意の圧力センサ、または他の適当な差動圧力センサ、または他の制御または実行システムとすることができる。
【０１０３】
[000125]界面動電ポンプ流体供給システムの他の代替実施形態では、出口チャンバと連通する界面動電ポンプ、出口チャンバと連通する貯蔵器、および出口チャンバと連通する差動圧力流量制御システムを有するシステムがある。上記の開示による、電子コントローラを用いて実現される供給システムのための制御システムがもたらされる。コントローラは、界面動電ポンプおよび差動圧力流量制御システムと、それらの特定の構成要素に適合するように通信する。コントローラのメモリ内の命令はまた、差動圧力制御システムとの間で通信するように適合され構成されたものを含むことができる。このような通信は、電源、制御、命令、データ、または構成要素をオンまたはオフにする他の信号、前記構成要素の較正を含む、差動圧力システムの特定の構成要素のための命令を含む。特定の構成要素の例としては、ベンチュリ流量計、オリフィス流量計、またはフローノズル流量計に関連するものを含むことができる。
【０１０４】
[000126]コントローラのメモリ、またはコントローラと通信するまたはコントローラにアクセス可能な適したメモリは、例えばポンプ駆動信号、一定電圧値、一定電流値、ポンプ行程時間をベースとする補正係数に関するデータを、確定するまたは取り出すためのコンピュータ可読命令を含んでいる。一態様では時間をベースとする補正係数は、コンピュータコントローラの電子メモリ内にプログラムされたまたはそれにアクセス可能なルックアップテーブル内の値に基づく。さらに補正係数は、上述のようないくつかの異なる変数またはシステム条件に関係するものとすることができる。例えば補正係数は、界面動電ポンプからコントローラへの入力信号、および差動圧力流量制御システムからコントローラへの入力信号に関連して供給または確定することができる。したがってコントローラにアクセス可能な電子メモリは、例えばフィードバック制御方式に基づく時間をベースとする補正係数を含むことができ、または含むようにプログラムすることができる。追加としてまたは代替として、コンピュータコントローラの電子メモリは、（ａ）比例フィードバック制御方式、（ｂ）比例および積分フィードバック制御方式、または（ｃ）比例、積分、および微分フィードバック制御方式に対して、プログラムされ、あるいは別々にまたは任意の組み合わせでのアクセスを有する。
【０１０５】
[000127]当業者には、コントローラによって行われる様々な処理ステップ、比較、方法、技法、信号処理、および構成要素に特有の動作はコントローラに設けられる、または適当なコンピュータ可読コードの形でコントローラにアクセス可能な電子メモリ内に含まれることが理解されるであろう。同様に、本特許出願で述べられる様々な診断ルーチン、異常条件検出器、機能表示器、およびポンプ制御方式および他の動作的考察もまた、コントローラのメモリ内、またはコントローラにアクセス可能な、適切なコンピュータ可読コードに記憶される。１つの特定の例では、コンピュータコントローラのメモリ内のコンピュータ可読命令は、行程持続時間応答が計算される本明細書で述べられる技法、ならびに行程応答調整が、１組の予め選択された行程持続時間のうちの選択された１つである実施形態に関連する表、ファイル、またはデータを含む、差動圧力流量制御（計算された行程時間調整に基づいてポンプ持続時間を調整する命令）に少なくとも部分的に基づいてなされた計算に基づいて、ポンプサイクル持続時間に対する制御方式を実現する。
【０１０６】
[000128]本発明に関連する他の詳細については、当業者のレベル内で材料および製造技法を使用することができる。本発明の方法をベースとする態様に関しても、一般にまたは論理的に使用される追加的な動作について同じことが当てはまる。また述べられた発明性のある変形形態の任意選択の特徴は、独立して、または本明細書で述べられる特徴の任意の１つまたは複数との組み合わせにおいて記載または特許請求し得ることが企図される。同様に単数の品目への参照は、存在するものと同じ複数の品目が存在する可能性を含む。より具体的には、本明細書および添付の特許請求の範囲で用いられる単数形の「１つの（ａ）」、および「前記（ｓａｉｄおよびｔｈｅ）」は、特に言及されない限り複数の参照を含む。さらに特許請求の範囲は任意選択の要素は除外して作成されている場合がある。したがってこの文は、請求項の要素の記載に関連して「専ら（ｓｏｌｅｌｙ）」、「のみ（ｏｎｌｙ）」などの排他的用語の使用、または「消極的な」限定の使用に基づく先行語として働くことが意図される。本明細書で他に規定がない限り、本明細書で用いられる技術的および科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本発明の範囲は、本明細書によって限定されるものではなく、使用される請求項の用語の平易な意味のみによって限定される。
【０１０７】
[000129]添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲を規定し、これらの請求項の範囲内の方法および構造、ならびにそれらの等価物はそれによって包含されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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