(57)【要約】  マイクロポンプは、ステータ（４）と、少なくとも部分的にステータ内にスライド可能かつ回転可能に装着されたロータ（６）であって、ロータは、第１の直径（Ｄ１）を有する第１の軸方向延長部（２４）と、第１の直径よりも大きい第２の直径（Ｄ２）を有する第２の軸方向延長部（２６）と、を含む、ロータと、第１の軸方向延長部の周りでステータ上に装着された第１のバルブシール（１８）によって形成された第１のバルブ（Ｖ１）であって、第１のバルブが開位置にあるときに第１のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成されたロータ内の第１のチャネル（４２）と関連する、第１のバルブと、第２の軸方向延長部の周りでステータ上に装着された第２のバルブシール（２０）によって形成された第２のバルブ（Ｖ２）であって、第２のバルブが開位置にあるときに第２のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成されたロータ内の第２のチャネル（４４）と関連する、第２のバルブと、ロータとステータとの間および第１のバルブシールと第２のバルブシールとの間に形成されたポンプチャンバ（８）と、ロータの回転の関数としてステータに対してロータを軸方向に変位させるように、ロータまたはステータのうちの一方にカムトラック（２２、２２’）を、ロータまたはステータのうちの他方にカムフォロア（３６、３６’）を含むカムシステムと、を含み、カムトラックは、バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション（２８）、バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション（３０）、取り入れセクション（３２）、および排出セクション（３４）を含む。排出セクションは、排出段階中にポンプサイクル容量を部分的に送達するために、バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクションとバルブ−閉鎖・チャンバ−空セクションとの間の中間軸方向位置を規定する排出保留位置（３４ｂ）を含む。
2021505816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロポンプにおいて、
ステータ（４）と、
少なくとも部分的に前記ステータ内にスライド可能かつ回転可能に装着されたロータ（６）であって、前記ロータは、第１の直径（Ｄ１）を有する第１の軸方向延長部（２４）と、前記第１の直径よりも大きい第２の直径（Ｄ２）を有する第２の軸方向延長部（２６）と、を含む、ロータと、
前記第１の軸方向延長部の周りで前記ステータ上に装着された第１のバルブシール（１８）によって形成された第１のバルブ（Ｖ１）であって、前記第１のバルブが開位置にあるときに前記第１のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成された前記ロータ内の第１のチャネル（４２）と関連する、第１のバルブと、
前記第２の軸方向延長部の周りで前記ステータ上に装着された第２のバルブシール（２０）によって形成された第２のバルブ（Ｖ２）であって、前記第２のバルブが開位置にあるときに前記第２のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成された前記ロータ内の第２のチャネル（４４）と関連する、第２のバルブと、
前記ロータと前記ステータとの間および前記第１のバルブシールと前記第２のバルブシールとの間に形成されたポンプチャンバ（８）と、
前記ロータの回転の関数として前記ステータに対して前記ロータを軸方向に変位させるように、前記ロータまたは前記ステータのうちの一方にカムトラック（２２、２２’）を、前記ロータまたは前記ステータのうちの他方にカムフォロア（３６、３６’）を含むカムシステムと、
を含み、
前記カムトラックは、バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション（２８）、バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション（３０）、取り入れセクション（３２）、および排出セクション（３４）を含み、
前記排出セクションは、排出段階中にポンプサイクル容量を部分的に送達するために、前記バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクションと前記バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクションとの間の中間軸方向位置を規定する排出保留位置（３４ｂ）を含むことを特徴とする、マイクロポンプ。
【請求項２】
前記排出保留位置（３４ｂ）は、前記ロータ（６）の回転軸（Ａ）に実質的に直交するプラトーを含む、請求項１に記載のマイクロポンプ。
【請求項３】
前記排出保留位置（３４ｂ）の前記プラトーは、少なくとも１５度の角度円弧にわたって延在する、請求項２に記載のマイクロポンプ。
【請求項４】
前記排出保留位置（３４ｂ）の前記プラトーは、少なくとも２０度の角度円弧にわたって延在する、請求項３に記載のマイクロポンプ。
【請求項５】
前記カムフォロアは、面取りされた先導角部（３８ａ、３８ｂ）を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のマイクロポンプ。
【請求項６】
前記排出部分は、前記バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション（２８）および前記バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション（３０）に対して４５度未満の角度（β）で傾斜した排出斜面部分（３４ａ）を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のマイクロポンプ。
【請求項７】
前記排出セクションは、前記排出セクションを、ポンプチャンバ−フル位置とポンプチャンバ−空位置との間の全軸方向変位の実質的に等しいサブユニットに分割するように構成された、軸方向位置における１つまたは２つの排出保留位置（３４ｂ）を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のマイクロポンプ。
【請求項８】
前記ポンプモジュールは、前記ロータを停止させ、前記バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション（２８）と前記バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション（３０）の中間の排出保留位置に保持することができる、ステッパ位置を有するステッパモータを含む回転駆動部に連結され、前記排出保留位置は、前記ステッパ位置の整数倍に対応する、請求項１から７のいずれか一項に記載のマイクロポンプ。
【請求項９】
前記カムトラックは、前記ロータのヘッド（１０）に装着され、前記カムフォロアは、前記ステータに装着されている、請求項１から８のいずれか一項に記載のマイクロポンプ。
【請求項１０】
前記カムシステムは、半径方向外側カムトラック（２２）および関連する半径方向外側カムフォロア（３６）、ならびに半径方向内側カムトラック（２２’）および関連する半径方向内側カムフォロア（３６）を含む、少なくとも２つのカムトラック（２２，２２’）および関連するカムフォロア（３６、３６’）を含み、前記半径方向外側カムトラックと前記半径方向内側カムトラックは、互いに直径方向に対向し、３６０度にわたって展開された同じカムプロファイルを画定する、請求項９に記載のマイクロポンプ。
【請求項１１】
前記カムシステムは、２つのカムトラックを含み、前記半径方向外側カムトラックと前記半径方向内側カムトラックは、互いに直径方向に対向している、請求項１０に記載のマイクロポンプ。
【請求項１２】
マイクロポンプにおいて、
ステータ（４）と、
少なくとも部分的に前記ステータ内にスライド可能かつ回転可能に装着されたロータ（６）であって、前記ロータは、第１の直径（Ｄ１）を有する第１の軸方向延長部（２４）と、前記第１の直径よりも大きい第２の直径（Ｄ２）を有する第２の軸方向延長部（２６）と、を含む、ロータと、
前記第１の軸方向延長部の周りで前記ステータ上に装着された第１のバルブシール（１８）によって形成された第１のバルブ（Ｖ１）であって、前記第１のバルブが開位置にあるときに前記第１のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成された前記ロータ内の第１のチャネル（４２）と関連する、第１のバルブと、
前記第２の軸方向延長部の周りで前記ステータ上に装着された第２のバルブシール（２０）によって形成された第２のバルブ（Ｖ２）であって、前記第２のバルブが開位置にあるときに前記第２のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成された前記ロータ内の第２のチャネル（４４）と関連する、第２のバルブと、
前記ロータと前記ステータとの間および前記第１のバルブシールと前記第２のバルブシールとの間に形成されたポンプチャンバ（８）と、
前記ロータの回転の関数として前記ステータに対して前記ロータを軸方向に変位させるように、前記ロータまたは前記ステータのうちの一方にカムトラック（２２、２２’）を、前記ロータまたは前記ステータのうちの他方にカムフォロア（３６、３６’）を含むカムシステムと、
を含み、
前記カムトラックは、バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション（２８）、バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション（３０）、取り入れセクション（３２）、および排出セクション（３４）を含み、
前記カムシステムは、半径方向外側カムトラック（２２）および関連する半径方向外側カムフォロア（３６）、ならびに半径方向内側カムトラック（２２’）および関連する半径方向内側カムフォロア（３６）を含む、少なくとも２つのカムトラック（２２，２２’）および関連するカムフォロア（３６、３６’）を含み、前記半径方向外側カムトラックと前記半径方向内側カムトラックは、３６０度にわたって展開された同じカムプロファイルを画定することを特徴とする、マイクロポンプ。
【請求項１３】
前記カムシステムは、２つのカムトラックを含み、前記半径方向外側カムトラックと前記半径方向内側カムトラックは、互いに直径方向に対向している、請求項１２に記載のマイクロポンプ。
【請求項１４】
前記排出セクションは、排出段階中にポンプサイクル容量を部分的に送達するために、前記バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクションと前記バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクションとの間の中間軸方向位置を規定する排出保留位置（３４ｂ）を含む、請求項１２または１３に記載のマイクロポンプ。
【請求項１５】
前記排出保留位置（３４ｂ）は、前記ロータ（６）の回転軸（Ａ）に実質的に直交するプラトーを含む、請求項１４に記載のマイクロポンプ。
【請求項１６】
前記排出保留位置（３４ｂ）の前記プラトーは、少なくとも１５度の角度円弧にわたって延在する、請求項１５に記載のマイクロポンプ。
【請求項１７】
前記排出保留位置（３４ｂ）の前記プラトーは、少なくとも２０度の角度円弧にわたって延在する、請求項１６に記載のマイクロポンプ。
【請求項１８】
前記カムフォロアは、面取りされた先導角部（３８ａ、３８ｂ）を含む、請求項１２から１７のいずれか一項に記載のマイクロポンプ。
【請求項１９】
前記排出セクションは、前記バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション（２８）および前記バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション（３０）に対して４５度未満の角度（β）で傾斜した排出斜面部分（３４ａ）を含む、請求項１２から１８のいずれか一項に記載のマイクロポンプ。
【請求項２０】
前記排出セクションは、前記排出セクションを、ポンプチャンバ−フル位置とポンプチャンバ−空位置との間の全軸方向変位の実質的に等しいサブユニットに分割するように構成された、軸方向位置における１つまたは２つの排出保留位置（３４ｂ）を含む、請求項１２から１９のいずれか一項に記載のマイクロポンプ。
【請求項２１】
前記ポンプモジュールは、前記ロータを停止させ、前記バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション（２８）と前記バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション（３０）の中間の排出保留位置に保持することができる、ステッパ位置を有するステッパモータを含む回転駆動部に連結され、前記排出保留位置は、前記ステッパ位置の整数倍に対応する、請求項１２から２０のいずれか一項に記載のマイクロポンプ。
【請求項２２】
前記カムトラックは、前記ロータのヘッド（１０）に装着され、前記カムフォロアは、前記ステータに装着されている、請求項１２から２１のいずれか一項に記載のマイクロポンプ。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、マイクロポンプに関する。マイクロポンプは、少量の液体を分配するために、特に医学的適用、例えば薬物送達装置において使用するために使用され得る。本発明に関連するマイクロポンプは、少量の液体の高精度送達を必要とする非医学的適用においても使用することができる。
【０００２】
〔関連技術の説明〕
特に医学的および非医学的適用において使用され得る、少量の液体を送達するためのマイクロポンプが、ＥＰ１８０３９３４およびＥＰ１６７７８５９に記載されている。前述の文献に記載されたマイクロポンプは、異なる直径の第１および第２の軸方向延長部を有するロータを含み、第１および第２の軸方向延長部は、ステータの第１および第２のシールと係合して、ロータの角変位および軸方向変位の関数として、それぞれのシールを横切る液体連通を開閉する、第１および第２のバルブを形成する。ステータの第１のシールと第２のシールとの間にポンプチャンバが形成され、それによって、ロータの１回転サイクル当たりの液体のポンピング体積は、ロータの第１の軸方向延長部と第２の軸方向延長部との直径の差、およびステータに対するロータの角度位置の関数としてカムシステムによってもたらされるロータの軸方向変位の両方の関数である。ロータの回転および軸方向変位だけでなく、回転延長部間の直径の差の関数として、１サイクル当たりのポンピング体積を制御する能力は、ロータの１回転につき非常に少量の液体を高精度でポンピングすることを可能にする。前述のマイクロポンプによって送達される最小体積は、ポンプチャンバの最大充填体積に対応する。
【０００３】
前述した既知のポンプで正確にポンピングし得るのが少量であるにもかかわらず、特定の適用では、さらに少量の液体を十分に制御された方法で分配する能力が有益であろう。
【０００４】
前述した既知のポンプのカムシステムの構成は、ポンプの摩耗および精度に影響を及ぼす可能性のあるロータのわずかな傾斜を引き起こし、望ましくない振動を引き起こす可能性がある。
【０００５】
〔発明の概要〕
上記に鑑みて、本発明の目的は、正確で信頼性がある安全な方法で非常に少量の液体を分配することができるマイクロポンプを提供することである。
【０００６】
動作中に堅牢で非常に安定しているマイクロポンプを提供することが有利である。
【０００７】
製造が経済的なマイクロポンプを提供することが有利である。
【０００８】
非常にコンパクトなマイクロポンプを提供することが有利である。
【０００９】
連結および使用が容易な低コストの使い捨て部品および再利用可能部品を備えることができるマイクロポンプを提供することが有利である。
【００１０】
本発明の目的は、請求項１に記載のマイクロポンプによって達成される。
【００１１】
本発明の目的は、請求項１１に記載のマイクロポンプによって達成される。
【００１２】
本明細書には、マイクロポンプが開示され、これは、
ステータと、
少なくとも部分的にステータ内にスライド可能かつ回転可能に装着されたロータであって、ロータは、第１の直径を有する第１の軸方向延長部と、第１の直径よりも大きい第２の直径を有する第２の軸方向延長部と、を含む、ロータと、
第１の軸方向延長部の周りでステータ上に装着された第１のバルブシールによって形成された第１のバルブであって、第１のバルブが開位置にあるときに第１のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成されたロータ内の第１のチャネルと関連する、第１のバルブと、
第２の軸方向延長部の周りでステータ上に装着された第２のバルブシール（２０）によって形成された第２のバルブであって、第２のバルブが開位置にあるときに第２のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成されたロータの第２のチャネルと関連する、第２のバルブと、
ロータとステータとの間および第１のバルブシールと第２のバルブシールとの間に形成されたポンプチャンバと、
ロータの回転の関数としてステータに対してロータを軸方向に変位させるように、ロータまたはステータのうちの一方にカムトラックを、ロータまたはステータのうちの他方にカムフォロアを含むカムシステムと、
を含む。カムトラックは、バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション（valves-closed chamber-full section）、バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション（valves-closed chamber-empty section）、取り入れセクション、および排出セクションを含む。
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、排出セクションは、排出段階中にポンプサイクル容量を部分的に送達するために、バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクションとバルブ−閉鎖・チャンバ−空セクションとの間の中間軸方向位置を規定する排出保留位置（expel hold position）を含む。
【００１４】
本発明の第２の態様によれば、カムシステムは、半径方向外側カムトラックおよび関連する半径方向外側カムフォロア、ならびに半径方向内側カムトラックおよび関連する半径方向内側カムフォロアを含み、半径方向外側カムトラックと半径方向内側カムトラックは、互いに直径方向に対向し、３６０度にわたって展開された同じカムプロファイルを画定する。有利には、直径方向に対向したカムトラックは、ロータ上の傾斜モーメントを減少させる。
【００１５】
有利な実施形態では、排出保留位置は、ロータの回転軸に実質的に直交するプラトーを含む。
【００１６】
有利な実施形態では、排出保留位置のプラトーは、少なくとも１５度の角度円弧にわたって、好ましくは少なくとも２０度の角度円弧にわたって延在する。
【００１７】
有利な実施形態では、カムフォロアは、面取りされた先導角部を含む。
【００１８】
有利な実施形態では、排出部分は、バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクションおよびバルブ−閉鎖・チャンバ−空セクションに対して４５度未満の角度（β）で傾斜した排出斜面部分を含む。
【００１９】
有利な実施形態では、排出セクションは、排出セクションを、ポンプチャンバ−フル位置（pump chamber-full position）とポンプチャンバ−空位置（pump chamber-empty position）との間の全軸方向変位の実質的に等しいサブユニットに分割するように構成された、軸方向位置における１つまたは２つの排出保留位置を含む。
【００２０】
実施形態において、ポンプモジュールは、ロータを停止させ、バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクションとバルブ−閉鎖・チャンバ−空セクションの中間の排出保留位置に保持することができる、ステッパ位置を有するステッパモータを含む回転駆動部に連結され、排出保留位置は、ステッパ位置の整数倍に対応する。
【００２１】
有利な実施形態では、カムトラックは、ロータのヘッドに装着され、カムフォロアは、ステータに装着される。
【００２２】
本発明のさらなる目的および有利な特徴は、特許請求の範囲、詳細な説明および添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態による、（モータ駆動なしで、かつ液体源と液体出口の接続なしで示される）ポンプモジュールの断面図である。
【図２ａ】フルポンプチャンバ位置における図１のポンプモジュールの一方の側からの側面図である。
【図２ｂ】フルポンプチャンバ位置における図１のポンプモジュールの反対側からの側面図である。
【図３ａ】中間液体排出位置における図１のポンプモジュールの一方の側からの側面図である。
【図３ｂ】中間液体排出位置における図１のポンプモジュールの反対側からの側面図である。
【図４ａ】ステータから分解されたロータを示す図１のポンプモジュールの斜視図である。
【図４ｂ】図４ａのポンプモジュールのロータの斜視図である。
【図４ｃ】図４ａのポンプモジュールのステータの斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態によるマイクロポンプのステータに対するロータの軸方向変位のためのカムシステムの展開されたカムトラックの概略図である。
【図６ａ】本発明の別の実施形態によるマイクロポンプのステータに対するロータの軸方向変位のためのカムシステムの展開されたカムトラックプロファイルの概略図である。
【図６ｂ】本発明の別の実施形態によるマイクロポンプのステータに対するロータの軸方向変位のためのカムシステムの展開されたカムトラックプロファイルの概略図である。
【図７】本発明のさらに別の実施形態によるマイクロポンプのステータに対するロータの軸方向変位のためのカムシステムの展開されたカムトラックプロファイルの概略図である。
【図８】本発明の一実施形態によるマイクロポンプを示す図である。
【００２４】
〔例示的な実施形態の詳細な説明〕
図面を参照すると、マイクロポンプ１は、ステータ４と、回転軸Ａを中心とした回転運動をロータに与えるモータ５を含む回転駆動部３によって駆動されるロータ６と、を含むポンプモジュール２を含む。ロータ６は、例えばばね９によって軸方向に付勢されており、ステータ上の相補的なカムフォロア４８と係合するロータ上のカムトラック４６を含むカムシステムは、ロータが回転するときのロータの角度位置の関数として、ステータに対するロータの軸方向変位Ａｘを与える。ステータに対するロータの軸方向および回転変位により、以下でさらに詳細に説明する第１のバルブＶ１および第２のバルブＶ２が開閉してポンピング作用をもたらす。この一般的な機能原理は、それ自体が既知であり、例えばＥＰ１８０３９３４に記載されている。
【００２５】
一実施形態において、回転駆動部３は、単回使用の使い捨て部品の形態をとることができるポンプモジュール２に連結するための再利用可能部品の形態をとることができる。例えば、薬物送達適用では、ポンプモジュールは、液体薬物および液体送達出口（針またはカテーテルチューブなど）を含む単回使用の使い捨て部品に一体化され得、回転駆動部は、電源、制御電子機器、およびユーザインターフェースを含む再利用可能部品に一体化され得、それによって、再利用可能部品は、使い捨て部品に連結され、次いで、使い捨て部品の使用後に取り外され、新しい使い捨て部品に再連結され得る。
【００２６】
一実施形態では、ポンプの入口１４は、ロータの軸方向端部に形成され得、出口１６は、カムを含むロータの端部に向かって設けられ得る。出口１６は、ステータを通って半径方向に延びることができる。入口および出口は、ステータに対するロータの回転方向およびバルブシール構成に応じて逆にされてもよい。さらに、特定の実施形態では、ポンプは、流体流の方向がロータの回転方向に依存する、双方向となるように構成されてもよい。ロータの軸方向端部に形成された入口または出口は、ステータの端部から軸方向ではなく、ステータを通って半径方向に向けられてもよい。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、流体源および流体送達位置への接続の必要性に従って、入口および出口のための様々な流体チャネルを構成し得ることを理解するであろう。
【００２７】
ロータ６は、第１の直径Ｄ１を有する第１の延長部２４と、第２の直径Ｄ２を有する第２の延長部２６と、を有し、第１の直径と第２の直径とは異なる値を有する。図示の実施形態では、第２の延長部２６の直径Ｄ２は、第１の延長部２４の直径Ｄ１よりも大きい直径である。第１の直径と第２の直径との差は、ロータの軸方向変位Ａｘと相まって、ロータの１回転当たりのポンピング体積を規定する。
【００２８】
マイクロポンプは、ロータの第１の延長部とステータとの間に形成された第１のバルブＶ１と、ロータの第２の延長部とステータとの間に形成された第２のバルブＶ２と、を含む。第１のバルブＶ１および第２のバルブＶ２は、対応する入口１４または出口１６の開閉を制御する。
【００２９】
第１のバルブＶ１は、ステータに装着された第１のバルブシール１８と、ロータに装着された第１のチャネル４２と、によって形成され、第１のチャネルは、第１のバルブシールが開位置にあるときには第１のバルブシールを横切る液体連通を可能にし、第１のバルブＶ２が閉位置にあるときには第１のバルブシールを横切って液体連通させないように構成される。第２のバルブＶ２は、ステータ４上の第２のバルブシール２０と、ロータ６に形成された第２のチャネル４４と、によって形成され、第２のチャネルは、第２のバルブＶ２が開位置にあるときには第２のバルブシールを横切る液体連通を可能にし、第２のバルブＶ２が閉位置にあるときには第２のバルブシールを横切って液体連通させない。ロータ６とステータ４との間、および第１のバルブシール１８と第２のバルブシール２０との間には、ポンプチャンバ８が形成されている。
【００３０】
ポンプチャンバシール２１が、第２の延長部２６を囲み、ポンプチャンバ８をポンプの外部環境から分離する。
【００３１】
図示の実施形態では、液体チャネル４２、４４は、それぞれの第１のロータ延長部２４および第２のロータ延長部２６内で軸方向に延びる溝として図示されている。しかしながら、変形例では、他の液体チャネル構成を実装することができ、例えば、チャネルは溝ではなく、ロータ内に埋設され、対応するシールを横切る連通を可能にするオリフィスをロータ表面上に有することができる。さらに、第１のバルブシール１８は、それぞれの第２のバルブシール２０と異なる角度方向を有することができ、それに応じてロータチャネル４４、４２の位置が適合されることに留意されたい。
【００３２】
ステータは、注入された構成要素、例えば２段階の注入プロセスにおいてシールが注入される、注入されたポリマーであってもよい。シールは、それ自体が当技術分野で知られているように、エラストマー材料中に注入されてもよい。ロータ６も、注入されたポリマーであってよく、したがって、ステータおよびロータは、低コストの使い捨て部品を形成する。
【００３３】
ステータ４に対するロータ６の完全な３６０度の回転でポンピングされる液体の体積は、ロータシャフト１２の軸方向ストロークおよび第１の直径Ｄ１と第２の直径Ｄ２との差によって規定される。第１の直径と第２の直径との小さな差をロータシャフトに提供することによって、少量の液体がポンプサイクルでポンピングされ得る。それにもかかわらず、ロータの軸方向ストロークは、軸方向変位の精度に対する製造公差の影響を最小化するために十分に大きい振幅を有するべきである。例えば、濃縮された薬物の投与のため、または薬物のゆっくりとした投与のための、特定の適用において、本発明の実施形態によるマイクロポンプが、１サイクル当たり２マイクロリットルほどの少ない量を正確にポンピングするために提供され得るにもかかわらず、ロータシャフトの完全な回転によって投与されるよりもさらに小さい液体の増分を送達することにおいて、利点がある。
【００３４】
ロータの角変位の関数としてのロータ６の軸方向変位は、付勢機構９を含む軸方向変位システムおよびカムシステムによって課される。カムシステムは、カムトラック２２、２２’と、付勢機構によってカムトラックに対して付勢されたカムフォロア３６、３６’と、を含む。図示の実施形態では、カムトラック２２、２２’がロータヘッド１０上に設けられているのに対して、カム突出部３６、３６’はステータ４上に設けられている。しかしながら、カムトラックおよびカム突出部の機能は、本発明の範囲から逸脱することなく、カム突出部がロータ上にありかつカムトラックがステータ上にあるように逆にされてもよいことが理解されよう。
【００３５】
カムトラック２２、２２’は、ステータに対するロータの角度位置の関数として、ステータに対するロータの軸方向位置を規定する。したがって、ロータの軸方向変位は、カムトラックのプロファイルによって規定される、ロータの回転変位の関数である。図５は、本発明の一実施形態によるカムトラック２２、２２’の３６０°展開されたプロファイルの一例を示す。
【００３６】
図４ｂで最もよく分かるように、カムシステムは、一対のカムトラックと、対応する一対のカムフォロア３６、３６と、を含むことができる。曲率半径Ｒ１を有する半径方向外側カムトラック２２と、曲率半径Ｒ２を有する半径方向内側カムトラック２２’と、があり、Ｒ２はＲ１よりも小さい。第１のカムフォロア３６が半径方向外側カムトラック２２と係合するように位置付けられ、第２のカムフォロア３６’が半径方向内側カムトラック２２’と係合するように位置付けられる。半径方向外側および半径方向内側カムトラックは、対応する一対のカムフォロア３６、３６’と共に、ロータの角変位の関数として実質的に同一の軸方向変位プロファイルを画定することができる。半径方向内側および半径方向外側カムトラックの同心の半径方向位置は、半径方向外側カム突出部３６が半径方向外側カムトラック２２のみと係合し、半径方向内側カム突出部３６’が半径方向内側カムトラック２２’のみと係合することを確実にする。
【００３７】
好ましい実施形態では、半径方向内側カムトラックは、半径方向外側カムトラックに直径方向に対向しており、これにより、対応する一対のカムフォロアと係合する一対のカムトラックが、ロータ６の安定性を増大させる。特に、ロータ上の付勢機構９によって加えられる付勢力Ｆは、ロータ軸Ａと整列し、従って対応するカムトラック上のカムフォロアの反力によりオフセットされる、結果として生じる力を発生する。このオフセット力は、ロータを傾斜させる傾向にあるモーメントを発生させ、したがって摩擦の増加、および場合によっては望ましくない振動をもたらす。一対のカムトラック２２、２２’および対応するカムフォロア３６、３６’は、ロータ上の傾斜モーメントを著しく減少させて安定性を改善し、振動および摩耗の潜在的な問題を減少させる一対の直径方向に対向したカム接触点を提供する。
【００３８】
しかしながら、本発明の範囲内で、カムシステムは、ロータの傾斜を低減するために複数のロータ支持点を提供する目的で、３つ以上のカムトラック、例えば、３つまたは４つのカムトラックと、３つまたは４つの関連するカムフォロアと、を含み得、それぞれが３６０°にわたって展開される実質的に同一のプロファイルを画定することに留意されたい。様々なカムトラックは、各カムフォロアが１つの関連するカムトラックにのみ係合するように、異なる半径上にあることができる。カムトラックおよびカムフォロアは、ロータ軸の周りに均等に角度的に離間することができる（例えば、３つのカムトラックでは１２０°ごと）。
【００３９】
特に図５を参照すると、カムトラック２２、２２’のプロファイルは、バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション３０からバルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション２８まで延びる斜面の形態の取り入れセクション３２を含む。したがって、取り入れセクション３２とカムフォロアとの係合は、入口バルブＶ１が開いていて出口バルブＶ２が閉じている間に、ロータの軸方向変位を引き起こし、ポンプチャンバ８を満たす。ポンプチャンバ８がいっぱいになると、入口バルブＶ１は閉じ、出口バルブＶ２は、ポンプサイクルの排出段階前に、ある角度範囲にわたって閉じたままである。したがって、入口バルブおよび出口バルブの両方が同時に開くことがないことを確実にするために、入口バルブおよび出口バルブの両方が、定められた角度範囲にわたって閉じられ、したがって、ポンプロータが静止しているときに液体がポンプを通過する状況が妨げられる。排出段階の開始時に、出口バルブＶ２は開き、一方、入口バルブＶ１は閉じたままであり、カムトラックの排出セクション３４はカムフォロアに係合する。排出セクション３４は、バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション２８からバルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション３０へのロータの軸方向変位を引き起こす排出斜面部分３４ａを含む。
【００４０】
本発明の一態様によれば、排出セクション３４は、少なくとも１つの排出保留位置３４を備えている。排出保留位置３４ｂは、バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション２８とバルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション３０との間の中間の角度および軸方向位置に位置付けられ、ロータ６を停止させ、中間位置に安定して保持することを可能にする。
【００４１】
したがって、図５に示す実施形態では、ポンプサイクルの全容量を２つの部分送達増分で投与するために、液体の送達を２つの部分送達段階に分割することができる。
【００４２】
変形例では、ポンプサイクルの全容量を３つ以上の部分送達増分で投与するために、２つ以上の排出保留位置が提供されてもよい。図６ａおよび図６ｂの例に図示されているように、カムトラックの排出セクションは、排出斜面部分３４ａによって分離された２つの排出保留位置３４ｂを備えており、したがって、ポンプサイクルの全排出容量の３つの部分送達増分を規定している。
【００４３】
有利には、全ポンプサイクル容量の一部を正確かつ確実に段階的に送達するために１つ以上の排出保留位置３４ｂを備えた排出セクション３４は、非常に少量の用量の液体を経時的に増分で送達することを可能にする。全ポンプサイクルの部分的送達の段階でマイクロポンプを操作することは、ある期間にわたって液体薬物の投与速度を制御するために特に有用であり得る。これは、例えば、（例えば、基本比率を送達するために）薬物の制御されたゆっくりとした準連続的な送達をシミュレートすることを可能にする。ポンプサイクル容量のこのような部分送達は、例えば複数のポンプサイクルにポンプサイクルの一部を加えたものに対応する、正確な量の液体の非常に正確な送達にも有用であり得る。例えば、全ポンプサイクル送達容量が２μＬであり、カムトラックが、図５に例示されているように、バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション２８とバルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション３０との間の軸方向の中間に１つの排出保留位置３４ｂを有する場合（すなわち、２つの部分送達段階）、奇数の整数に対応する容量を送達することができる。例えば、７μＬを送達するために、ポンプは、ロータを３回回転させ、次いで、カムフォロアが４回目の回転中に排出保留位置３４ｂに係合したときにロータを停止させることによって、３．５のポンプサイクル容量を送達するように動作され得る。
【００４４】
有利な実施形態では、排出保留位置３４ｂは、回転軸Ａに本質的に直交する表面を画定するプラトーを含むことができる。排出保留部分３４ｂの角度円弧長は、ステータに対するロータの角度停止位置に対してある程度の許容度を有する正確な中間軸方向位置（排出される体積を画定する）を提供するために、少なくとも１５度にわたって有利に延びることができる。
【００４５】
変形例では、排出斜面部分３４ａは、ステータに対するロータの逆転（逆転は、通常のポンピング動作に対応する正転とは反対である）を可能にする傾斜を備えて構成されてもよい。ロータの逆転は、薬物再構成のための双方向流、薬物送達装置の針の後退を作動させるためのロータの逆動、または他の特別な動作を含む、ポンプの特別な動作に有用であり得る。排出斜面部分３４ａの傾斜は、好ましくは、約４５度以下の、バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション２８またはバルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション３０に対する角度βを有する。それにもかかわらず、ロータの逆転が提供されない変形例では、排出斜面部分３４ａは、４５度〜９０度の、チャンバ−フルセクション２８およびチャンバ−空セクション３０に対する角度を有することができる。
【００４６】
カムフォロア３６、３６’は、有利には、面取りされた前方先導角部３８ａを、逆転を可能にする変形例では、面取りされた逆の先導角部３８ｂを備えて、バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション２８およびバルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション３０ならびに排出保留位置３４ｂによって画定されるプラトーから後続の斜面部分に進むときに、関連するカムトラック２２、２２’上のカムフォロア３６、３６’の滑らかな移行を確実にすることができる。
【００４７】
直径方向に対向したカムフォロア３６、３６’および関連する直径方向に対向したカムトラック２２、２２’は、曲率半径Ｒ１、Ｒ２について調整された、３６０度の回転にわたって展開されたときの同一の係合プロファイルを備えることができる。
【００４８】
本発明の実施形態では、回転駆動部３のモータ５は、有利には、カムトラック２２の排出セクション３４の角度範囲よりも小さい増分だけ角度的に分離されたステップを含むステッパモータの形態であってもよい。ステッパモータによって係合されたロータ６は、カムフォロアがカムトラックの排出セクションに沿って係合されている間にロータを停止し保持するために、ステッパモータの選択されたステップで停止させることができる。したがって、例えば、図７に示すように、１つ以上の中間排出保留位置３４ｂが、ポンプサイクルの全容量の一部を送達するためにモータのステップによって規定され得る。ステッパモータと、ステッパモータとロータ６との間の任意の減速ギアシステムとは、規定された排出保留位置３４ｂの間の複数の位置を含み得ることに留意されたい。回転駆動部は、ステータに対するロータ６の軸方向変位を測定するためのストロークセンサ（図示せず）を含み得る。ストロークセンサは、光学的もしくは磁気的位置センサ、またはそれ自体が位置検出の技術分野で周知である、他の既知の位置センサを含み得る。ストロークセンサは、ステッパモータを制御するために、特に、選択された排出保留位置で停止させるために、回転駆動部の制御電子機器に接続することができる。ストロークセンサは、マイクロポンプの動作不良を検出する役割を果たすこともできる。
【００４９】
変形例では、マイクロポンプは、プラトーを含む排出保留位置３４ｂと、さらなる中間排出保留位置を規定するためのマイクロポンプの回転駆動部内のステッパモータの制御との組み合わせを含むことができる。
【００５０】
〔図示された特徴部のリスト〕
マイクロポンプ１
ポンプモジュール２（使い捨て部品）
ステータ４
入口１４
出口１６
第１のバルブＶ１
第１のバルブシール１８
第２のバルブＶ２
第２のバルブシール２０
ポンプチャンバシール２１
カムシステム
カムフォロア３６、３６’
ロータ６
ロータヘッド１０
伝送入力カプリング
カムシステム
カムトラック２２、２２’
半径方向外側カムトラック２２
曲率半径Ｒ１
半径方向内側カムトラック２２’
曲率半径Ｒ２
（Ｒ２＜Ｒ１）
ロータシャフト１２
第１の延長部（第１の直径Ｄ１を有する）２４
第１のチャネル４２
第２の延長部（第２の直径Ｄ２を有する）２６
第２のチャネル４４
ポンプチャンバ８
軸方向変位システム
付勢機構９
カムトラック２２、２２’
バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション２８
バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション３０
取り入れセクション３２
排出セクション３４
排出斜面部分３４ａ
排出保留部分３４ｂ
カムフォロア３６、３６’
先導角部３８ａ、３８ｂ
回転駆動部３（再利用可能部品）
モータ５
ステッパモータ
カプリング７
付勢機構９
ストロークセンサ
【００５１】
〔実施の態様〕
（１）  マイクロポンプにおいて、
ステータ（４）と、
少なくとも部分的に前記ステータ内にスライド可能かつ回転可能に装着されたロータ（６）であって、前記ロータは、第１の直径（Ｄ１）を有する第１の軸方向延長部（２４）と、前記第１の直径よりも大きい第２の直径（Ｄ２）を有する第２の軸方向延長部（２６）と、を含む、ロータと、
前記第１の軸方向延長部の周りで前記ステータ上に装着された第１のバルブシール（１８）によって形成された第１のバルブ（Ｖ１）であって、前記第１のバルブが開位置にあるときに前記第１のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成された前記ロータ内の第１のチャネル（４２）と関連する、第１のバルブと、
前記第２の軸方向延長部の周りで前記ステータ上に装着された第２のバルブシール（２０）によって形成された第２のバルブ（Ｖ２）であって、前記第２のバルブが開位置にあるときに前記第２のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成された前記ロータ内の第２のチャネル（４４）と関連する、第２のバルブと、
前記ロータと前記ステータとの間および前記第１のバルブシールと前記第２のバルブシールとの間に形成されたポンプチャンバ（８）と、
前記ロータの回転の関数として前記ステータに対して前記ロータを軸方向に変位させるように、前記ロータまたは前記ステータのうちの一方にカムトラック（２２、２２’）を、前記ロータまたは前記ステータのうちの他方にカムフォロア（３６、３６’）を含むカムシステムと、
を含み、
前記カムトラックは、バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション（２８）、バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション（３０）、取り入れセクション（３２）、および排出セクション（３４）を含み、
前記排出セクションは、排出段階中にポンプサイクル容量を部分的に送達するために、前記バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクションと前記バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクションとの間の中間軸方向位置を規定する排出保留位置（３４ｂ）を含むことを特徴とする、マイクロポンプ。
（２）  前記排出保留位置（３４ｂ）は、前記ロータ（６）の回転軸（Ａ）に実質的に直交するプラトーを含む、実施態様１に記載のマイクロポンプ。
（３）  前記排出保留位置（３４ｂ）の前記プラトーは、少なくとも１５度の角度円弧にわたって延在する、実施態様２に記載のマイクロポンプ。
（４）  前記排出保留位置（３４ｂ）の前記プラトーは、少なくとも２０度の角度円弧にわたって延在する、実施態様３に記載のマイクロポンプ。
（５）  前記カムフォロアは、面取りされた先導角部（３８ａ、３８ｂ）を含む、実施態様１から４のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【００５２】
（６）  前記排出部分は、前記バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション（２８）および前記バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション（３０）に対して４５度未満の角度（β）で傾斜した排出斜面部分（３４ａ）を含む、実施態様１から５のいずれかに記載のマイクロポンプ。
（７）  前記排出セクションは、前記排出セクションを、ポンプチャンバ−フル位置とポンプチャンバ−空位置との間の全軸方向変位の実質的に等しいサブユニットに分割するように構成された、軸方向位置における１つまたは２つの排出保留位置（３４ｂ）を含む、実施態様１から６のいずれかに記載のマイクロポンプ。
（８）  前記ポンプモジュールは、前記ロータを停止させ、前記バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション（２８）と前記バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション（３０）の中間の排出保留位置に保持することができる、ステッパ位置を有するステッパモータを含む回転駆動部に連結され、前記排出保留位置は、前記ステッパ位置の整数倍に対応する、実施態様１から７のいずれかに記載のマイクロポンプ。
（９）  前記カムトラックは、前記ロータのヘッド（１０）に装着され、前記カムフォロアは、前記ステータに装着されている、実施態様１から８のいずれかに記載のマイクロポンプ。
（１０）  前記カムシステムは、半径方向外側カムトラック（２２）および関連する半径方向外側カムフォロア（３６）、ならびに半径方向内側カムトラック（２２’）および関連する半径方向内側カムフォロア（３６）を含む、少なくとも２つのカムトラック（２２，２２’）および関連するカムフォロア（３６、３６’）を含み、前記半径方向外側カムトラックと前記半径方向内側カムトラックは、互いに直径方向に対向し、３６０度にわたって展開された同じカムプロファイルを画定する、実施態様９に記載のマイクロポンプ。
【００５３】
（１１）  前記カムシステムは、２つのカムトラックを含み、前記半径方向外側カムトラックと前記半径方向内側カムトラックは、互いに直径方向に対向している、実施態様１０に記載のマイクロポンプ。
（１２）  マイクロポンプにおいて、
ステータ（４）と、
少なくとも部分的に前記ステータ内にスライド可能かつ回転可能に装着されたロータ（６）であって、前記ロータは、第１の直径（Ｄ１）を有する第１の軸方向延長部（２４）と、前記第１の直径よりも大きい第２の直径（Ｄ２）を有する第２の軸方向延長部（２６）と、を含む、ロータと、
前記第１の軸方向延長部の周りで前記ステータ上に装着された第１のバルブシール（１８）によって形成された第１のバルブ（Ｖ１）であって、前記第１のバルブが開位置にあるときに前記第１のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成された前記ロータ内の第１のチャネル（４２）と関連する、第１のバルブと、
前記第２の軸方向延長部の周りで前記ステータ上に装着された第２のバルブシール（２０）によって形成された第２のバルブ（Ｖ２）であって、前記第２のバルブが開位置にあるときに前記第２のバルブシールを横切る液体連通を可能にするように構成された前記ロータ内の第２のチャネル（４４）と関連する、第２のバルブと、
前記ロータと前記ステータとの間および前記第１のバルブシールと前記第２のバルブシールとの間に形成されたポンプチャンバ（８）と、
前記ロータの回転の関数として前記ステータに対して前記ロータを軸方向に変位させるように、前記ロータまたは前記ステータのうちの一方にカムトラック（２２、２２’）を、前記ロータまたは前記ステータのうちの他方にカムフォロア（３６、３６’）を含むカムシステムと、
を含み、
前記カムトラックは、バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション（２８）、バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション（３０）、取り入れセクション（３２）、および排出セクション（３４）を含み、
前記カムシステムは、半径方向外側カムトラック（２２）および関連する半径方向外側カムフォロア（３６）、ならびに半径方向内側カムトラック（２２’）および関連する半径方向内側カムフォロア（３６）を含む、少なくとも２つのカムトラック（２２，２２’）および関連するカムフォロア（３６、３６’）を含み、前記半径方向外側カムトラックと前記半径方向内側カムトラックは、３６０度にわたって展開された同じカムプロファイルを画定することを特徴とする、マイクロポンプ。
（１３）  前記カムシステムは、２つのカムトラックを含み、前記半径方向外側カムトラックと前記半径方向内側カムトラックは、互いに直径方向に対向している、実施態様１２に記載のマイクロポンプ。
（１４）  前記排出セクションは、排出段階中にポンプサイクル容量を部分的に送達するために、前記バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクションと前記バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクションとの間の中間軸方向位置を規定する排出保留位置（３４ｂ）を含む、実施態様１２または１３に記載のマイクロポンプ。
（１５）  前記排出保留位置（３４ｂ）は、前記ロータ（６）の回転軸（Ａ）に実質的に直交するプラトーを含む、実施態様１４に記載のマイクロポンプ。
【００５４】
（１６）  前記排出保留位置（３４ｂ）の前記プラトーは、少なくとも１５度の角度円弧にわたって延在する、実施態様１５に記載のマイクロポンプ。
（１７）  前記排出保留位置（３４ｂ）の前記プラトーは、少なくとも２０度の角度円弧にわたって延在する、実施態様１６に記載のマイクロポンプ。
（１８）  前記カムフォロアは、面取りされた先導角部（３８ａ、３８ｂ）を含む、実施態様１２から１７のいずれかに記載のマイクロポンプ。
（１９）  前記排出セクションは、前記バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション（２８）および前記バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション（３０）に対して４５度未満の角度（β）で傾斜した排出斜面部分（３４ａ）を含む、実施態様１２から１８のいずれかに記載のマイクロポンプ。
（２０）  前記排出セクションは、前記排出セクションを、ポンプチャンバ−フル位置とポンプチャンバ−空位置との間の全軸方向変位の実質的に等しいサブユニットに分割するように構成された、軸方向位置における１つまたは２つの排出保留位置（３４ｂ）を含む、実施態様１２から１９のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【００５５】
（２１）  前記ポンプモジュールは、前記ロータを停止させ、前記バルブ−閉鎖・チャンバ−フルセクション（２８）と前記バルブ−閉鎖・チャンバ−空セクション（３０）の中間の排出保留位置に保持することができる、ステッパ位置を有するステッパモータを含む回転駆動部に連結され、前記排出保留位置は、前記ステッパ位置の整数倍に対応する、実施態様１２から２０のいずれかに記載のマイクロポンプ。
（２２）  前記カムトラックは、前記ロータのヘッド（１０）に装着され、前記カムフォロアは、前記ステータに装着されている、実施態様１２から２１のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【図１】
2021505816.tif 000003
【図２ａ】
2021505816.tif 000004
【図２ｂ】
2021505816.tif 000005
【図３ａ】
2021505816.tif 000006
【図３ｂ】
2021505816.tif 000007
【図４ａ】
2021505816.tif 000008
【図４ｂ】
2021505816.tif 000009
【図４ｃ】
2021505816.tif 000010
【図５】
2021505816.tif 000011
【図６ａ】
2021505816.tif 000012
【図６ｂ】
2021505816.tif 000013
【図７】
2021505816.tif 000014
【図８】
2021505816.tif 000015
【国際調査報告】
2021505816.tif 000016
2021505816.tif 000017
2021505816.tif 000018
2021505816.tif 000019
2021505816.tif 000020