(57)【要約】  第１のアクチュエータを有する第１のディスクポンプと第２のアクチュエータを有する第２のディスクポンプとを備えるディスクポンプシステムおよびこのディスクポンプシステムに関連した方法。このシステムおよび方法は、アクチュエータの変位を測定するセンサ、および測定されたアクチュエータの変位に応じて各アクチュエータの前後の圧力差を決定するプロセッサを利用する。ディスクポンプは、既知の制限部に流体連通し、プロセッサは、各アクチュエータの前後の決定された圧力差および既知の制限部の特性に基づいてディスクポンプシステムの流量を決定する。
2015511703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスクポンプシステムにおいて、
第１のアクチュエータを有する第１のディスクポンプと、
第２のアクチュエータを有する第２のディスクポンプと、
既知の制限部を有する基板であって、前記第１のディスクポンプと前記第２のディスクポンプが前記既知の制限部によって流体連通している、基板と、
前記第１のアクチュエータの変位を示す第１の反射光信号を受信して第１の変位信号をプロセッサに送信するように動作可能な第１の光受信機と、
前記第２のアクチュエータの変位を示す第２の反射光信号を受信して第２の変位信号を前記プロセッサに送信するように動作可能な第２の光受信機と、を備え、
前記プロセッサが、前記第１のディスクポンプ、前記第２のディスクポンプ、前記第１の光受信機、および前記第２の光受信機に接続され、かつ
前記第１の変位信号の受信に応答して前記第１のディスクポンプの前後の第１の圧力差を決定し、
前記第２の変位信号の受信に応答して前記第２のディスクポンプの前後の第２の圧力差を決定し、かつ
前記第１の圧力差および前記第２の圧力差に基づいて前記ディスクポンプシステムの流体の流量を決定するように構成されていることを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記プロセッサが、前記ディスクポンプシステムの前記流体の流量に基づいて漏れが存在するか否かを決定するように動作可能であることを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のディスクポンプシステムにおいて、ＲＦトランシーバをさらに備えることを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のディスクポンプシステムにおいて、第１の光送信機および第２の光送信機をさらに備え、
前記第１の光送信機が、第１の光信号を送信するように動作可能であり、かつ
前記第２の光送信機が、第２の光信号を送信するように動作可能であることを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のディスクポンプシステムにおいて、ドライバをさらに備え、
前記プロセッサが、第１の制御信号および第２の制御信号を前記ドライバに送信するように動作可能であり、
前記ドライバが、第１の駆動信号を前記第１のディスクポンプに送信し、かつ第２の駆動信号を前記第２のディスクポンプに送信するように動作可能であり、
前記第１の駆動信号により、前記第１のディスクポンプが、前記第１のディスクポンプを通る流体の流れを防止し、かつ前記第１の光受信機が、前記第１の変位信号を前記プロセッサに送信し、かつ
前記第２の駆動信号により、前記第２のディスクポンプが、前記第２のディスクポンプを通る流体の流れを供給し、かつ前記第２の光受信機が、前記第２の変位信号を前記プロセッサに送信することを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項６】
ディスクポンプシステムにおいて、
第１のアクチュエータを有する第１のディスクポンプと、
第２のアクチュエータを有する第２のディスクポンプと、
既知の制限部を有する基板であって、前記第１のディスクポンプと前記第２のディスクポンプが前記既知の制限部によって流体連通している、基板と、を備えることを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のディスクポンプシステムにおいて、負荷部をさらに備え、前記負荷部が、前記基板に結合されて前記既知の制限部に流体連通していることを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項８】
請求項６に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記基板がプリント回路基板であることを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項９】
請求項６に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記既知の制限部が、断面積が円形の管形状を有することを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項１０】
請求項６に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記既知の制限部が蛇行経路に従うことを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項１１】
請求項６に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記既知の制限部が、断面積が円形の管形状を有し、かつ前記既知の制限部が蛇行経路に従うことを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項１２】
請求項６に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記第１のディスクポンプが第１の指定流量を有し、前記第２のディスクポンプが第２の指定流量を有し、かつ前記第１の指定流量が前記第２の指定流量よりも大きいことを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項１３】
請求項６に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記第１のディスクポンプが第１の指定圧力差を生じさせ、前記第２のディスクポンプが第２の指定圧力差を生じさせ、かつ前記第１の指定圧力差が前記第２の指定圧力差よりも小さいことを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項１４】
請求項６に記載のディスクポンプシステムにおいて、
前記第１のディスクポンプが、第１の指定流量を有し、
前記第２のディスクポンプが、第２の指定流量を有し、
前記第１の指定流量が、前記第２の指定流量よりも大きく、
前記第１のディスクポンプが、第１の指定圧力差を生じさせ、
前記第２のディスクポンプが、第２の指定圧力差を生じさせ、かつ
前記第１の指定圧力差が前記第２の指定圧力差よりも小さいことを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項１５】
ディスクポンプシステムを運転する方法において、
第１の駆動信号を第１のディスクポンプに送信するステップであって、前記第１のディスクポンプが第１のアクチュエータを有する、ステップと、
第２の駆動信号を第２のディスクポンプに送信するステップであって、前記第２のディスクポンプが第２のアクチュエータを有し、前記第１のディスクポンプと前記第２のディスクポンプが、開口を介して負荷部に流体連通し、かつ前記第２のディスクポンプが、既知の制限部を介して前記開口に流体連通している、ステップと、
前記第２のディスクポンプを使用して前記負荷部を減圧するステップと、
前記第１のアクチュエータの変位を示す第１の変位信号を受信するステップと、
前記第２のアクチュエータの変位を示す第２の変位信号を受信するステップと、
前記第１の変位信号の受信に応答して前記第１のディスクポンプの前後の第１の圧力差を決定するステップと、
前記第２の変位信号の受信に応答して前記第２のディスクポンプの前後の第２の圧力差を決定するステップと、
前記第１の圧力差および前記第２の圧力差に基づいて前記ディスクポンプシステムの流体の流量を決定するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、前記ディスクポンプシステムの前記流体の流量、前記第１のディスクポンプの前後の前記圧力差、および前記第２のディスクポンプの前後の前記圧力差に基づいて漏れを検出するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、漏れの検出に応答して前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号を停止するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法において、漏れの検出に応答してアラーム信号を送信するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の方法において、漏れの検出に応答して前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号を停止すると共にアラーム信号を送信するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１６に記載の方法において、漏れの検出に応答して診断プロセスを実行するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１６に記載の方法において、漏れの検出に応答して無線警告信号を送信するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
ディスクポンプシステムにおいて、
第１のアクチュエータを有する第１のディスクポンプと、
第２のアクチュエータを有する第２のディスクポンプと、
流量制限部を有する基板であって、前記第１のディスクポンプの出口および前記第２のディスクポンプの出口が前記制限部の相反する端部に流体連通している、基板と、を備えることを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のディスクポンプシステムにおいて、負荷部をさらに備え、前記負荷部が、前記第２のディスクポンプと同じ前記制限部の端部で前記制限部に流体連通していることを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項２４】
請求項２２又は２３に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記基板がプリント回路基板であることを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項２５】
請求項２２乃至２４の何れか１項に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記制限部が、断面積が円形の管形状を有することを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項２６】
請求項２２乃至２５の何れか１項に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記制限部が蛇行経路に従うことを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項２７】
請求項２２乃至２６の何れか１項に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記第１のディスクポンプが第１の指定流量を有し、前記第２のディスクポンプが第２の指定流量を有し、かつ前記第１の指定流量が前記第２の指定流量よりも大きいことを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項２８】
請求項２２乃至２７の何れか１項に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記第１のディスクポンプが第１の指定圧力差を生じさせ、前記第２のディスクポンプが第２の指定圧力差を生じさせ、かつ前記第１の指定圧力差が前記第２の指定圧力差よりも小さいことを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項２９】
請求項２２乃至２８の何れか１項に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータの変位を測定する手段をさらに備えることを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項３０】
請求項２９に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記第１のアクチュエータの前記変位に基づいて前記第１のディスクポンプの前後の圧力差を計算し、かつ前記第２のアクチュエータの前記変位に基づいて前記第２のディスクポンプの前後の圧力差を計算する手段をさらに備えることを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項３１】
請求項３０に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記第１のディスクポンプの前後の圧力差および前記第２のディスクポンプの前後の圧力差に基づいて流体の流量を計算する手段をさらに備えることを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項３２】
本明細書に示され、説明されたディスクポンプシステムおよび方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下、参照により本明細書に組み入れられる、Ｌｏｃｋｅらによって２０１２年２月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／６０４，９２７号（名称：「ディスクポンプシステムを用いて減圧して流量を測定するためのシステムおよび方法（Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｓｕｐｐｌｙｉｎｇ  Ｒｅｄｕｃｅｄ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ａｎｄ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｆｌｏｗ  ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｄｉｓｃ  Ｐｕｍｐ  Ｓｙｓｔｅｍ）」）の利益を請求するものである。
【０００２】
１．発明の分野
本発明の例示的な実施形態は、全体として、流体をポンピングするためのディスクポンプシステムに関し、より詳細には、既知の制限部によって流体連通した２つ以上のディスクポンプを有するディスクポンプシステムに関する。例示的な実施形態は、既知の制限部の各端部の圧力を測定して、ディスクポンプシステムによってポンピングされた流体の流量を決定するディスクポンプシステムに関連する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術の説明
閉じたキャビティ内での高振幅圧力振動の発生は、熱音響式圧縮機およびディスクポンプ型圧縮機の分野でかなり注目されてきた。非線形音響学の近年の進展により、これまで可能であると思われていた振幅よりも高い振幅の圧力波を発生させることができるようになった。
【０００４】
音響共振を使用して、画定された入口および出口から流体をポンピングすることが知られている。これは、音響定常波を発生させる音響ドライバを一端に備えた円柱状キャビティを用いて達成することができる。このような円柱状キャビティでは、音響圧力波の振幅が制限される。断面が変化しているキャビティ、例えば、円錐型、角状円錐型、およびバルブ型のキャビティを使用して高振幅圧力信号が達成され、これにより、ポンピング効果が著しく高められる。このような高振幅波では、エネルギーが散逸する非線形機構が抑制されている。しかしながら、高振幅音響共振は、径方向圧力振動が励振されるディスク型キャビティでは、近年まで使用されていなかった。国際公開第２００６／１１１７７５号として公開された国際出願ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００１４８７に、アスペクト比、即ち、キャビティの半径と高さの比が高い実質的にディスク型のキャビティを備えたディスクポンプが開示されている。
【０００５】
このようなディスクポンプは、端壁によって各端部が閉じられた側壁を備えた実質的に円柱状のキャビティを有する。ディスクポンプはまた、端壁の何れか１つを、この被駆動端壁の表面に対して実質的に垂直な方向に振動させるアクチュエータも備えている。被駆動端壁の運動の空間プロファイルは、キャビティ内の流体の圧力振動の空間プロファイルに一致しているとして説明され、本明細書ではモードが一致しているとして記載される状態である。ディスクポンプが、モードが一致している場合、キャビティ内の流体に対してアクチュエータによって行われる仕事が、被駆動端壁表面全体に構造的に強まり、これにより、キャビティ内の圧力振動の振幅が増強され、ディスクポンプの効率が向上する。モードが一致したディスクポンプの効率は、被駆動端壁とディスク壁との間の境界面によって決まる。被駆動端壁の運動が減少も減衰もしないように境界面を構築し、これにより、キャビティ内の流体の圧力振動の振幅のいかなる減少も軽減することによって、このようなディスクポンプの効率を維持することが望ましい。
【０００６】
上記のディスクポンプのアクチュエータは、端壁に対して実質的に垂直な方向または円柱状キャビティの長手方向軸に対して実質的に平行な方向に被駆動端壁の振動運動（「変位振動」）を引き起こし、この振動運動は、本明細書では以降、キャビティ内の被駆動端壁の「軸方向振動」と呼ばれる。被駆動端壁の軸方向振動は、キャビティ内の流体の実質的に比例する「圧力振動」を発生させ、これにより、参照により本明細書に組み入れられる国際出願ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００１４８７に記載されているように第１種ベッセル関数の径方向圧力分布に近い径方向圧力分布が生じる。このような振動は、本明細書では以降、キャビティ内の流体圧力の「径方向振動」と呼ばれる。アクチュエータと側壁との間の被駆動端壁の部分が、ディスクポンプの側壁との境界面となり、この境界面が、変位振動の減衰を減少させて、キャビティ内の圧力振動のあらゆる減少を軽減する。このような境界面となる被駆動端壁の部分は、本明細書では以降、「アイソレータ」と呼ばれ、このアイソレータは、参照により本明細書に組み入れられる米国特許出願第１２／４７７，５９４号により詳細に記載されている。アイソレータの例示的な実施形態は、変位振動の減衰を軽減するために被駆動端壁の周辺部分に機能的に結合されている。
【０００７】
このようなディスクポンプはまた、このディスクポンプを通る流体の流れを制御するための１つ以上の弁、より具体的には、高周波数で動作可能な弁を有する。従来の弁は、典型的には、様々な適用例において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、典型的には、５０または６０Ｈｚで動作する。当分野で公知の線形共振圧縮機は、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型電子機器は、正圧にする、または真空にするためのディスクポンプを必要とする。ディスクポンプは、比較的小型であり、運転中に無音であるため不連続な運転が可能であるという利点を有する。これらの目的を達成するために、このようなディスクポンプは、非常に高い周波数で動作する必要があり、このため、約２０ｋＨｚ以上で動作可能な弁が必要となる。このような高周波数で動作するために、弁は、ディスクポンプを通る流体の正味の流量を得るために整流することができる高周波数の振動圧力に応答しなければならない。このような弁は、参照により本明細書に組み入れられる国際出願ＰＣＴ／ＧＢ２００９／０５０６１４に詳細に記載されている。
【０００８】
弁は、ディスクポンプを通る流体の流れを制御するために、第１の開口または第２の開口の何れか一方または両方の開口に配設することができる。各弁は、概ね垂直に貫通した開口を有する第１のプレートおよび同様に概ね垂直に貫通した開口を有する第２のプレートを備え、第２のプレートの開口は、第１のプレートの開口から実質的にずれている。弁は、第１のプレートと第２のプレートとの間に配設された側壁をさらに備え、この側壁は、第１および第２のプレートの周囲で閉じられて、第１および第２のプレートの開口に流体連通したキャビティを第１のプレートと第２のプレートとの間に形成している。弁は、第１のプレートと第２のプレートとの間に配置された移動可能なフラップをさらに備え、このフラップは、第１のプレートの開口からは実質的にずれているが、第２のプレートの開口とは実質的に整合している開口を有する。このフラップは、弁の前後の流体の差圧の方向の変化に応答して、第１のプレートと第２のプレートとの間で移動する。
【発明の概要】
【０００９】
例示的な実施形態によると、ディスクポンプシステムは、第１のアクチュエータを有する第１のディスクポンプ、および第２のアクチュエータを有する第２のディスクポンプを備えている。このディスクポンプシステムは、第１のディスクポンプと第２のディスクポンプを流体連通させる既知の制限部を有する基板、第１の光受信機、および第２の光受信機を備えている。第１の光受信機は、第１のアクチュエータの変位を示す第１の反射光信号を受信し、かつ第１の変位信号をプロセッサに送信するように動作可能である。第２の光受信機は、第２のアクチュエータの変位を示す第２の反射光信号を受信し、かつ第２の変位信号をプロセッサに送信するように動作可能である。プロセッサは、第１のディスクポンプ、第２のディスクポンプ、第１の光受信機、および第２の光受信機に接続されている。プロセッサは、第１の変位信号の受信に応答して第１のディスクポンプの前後の第１の圧力差を決定し、かつ第２の変位信号の受信に応答して第２のディスクポンプの前後の第２の圧力差を決定するように構成されている。プロセッサはまた、第１の圧力差および第２の圧力差に基づいてディスクポンプシステムの流体の流量を決定するように構成されている。
【００１０】
別の例示的な実施形態によると、ディスクポンプシステムは、第１のアクチュエータを有する第１のディスクポンプ、第２のアクチュエータを有する第２のディスクポンプ、および既知の制限部を有する基板を備えている。第１のディスクポンプと第２のディスクポンプは、既知の制限部によって流体連通している。
【００１１】
ディスクポンプシステムを運転する方法は、第１の駆動信号を第１のディスクポンプに送信するステップであって、この第１のディスクポンプが第１のアクチュエータを有する、ステップ、および第２の駆動信号を第２のディスクポンプに送信するステップであって、この第２のディスクポンプが第２のアクチュエータを有する、ステップを含む。第１のディスクポンプは、開口を介して負荷部に流体連通し、第２のディスクポンプは、既知の制限部を介して開口に流体連通している。この方法は、第２のディスクポンプを使用して負荷部を減圧するステップ、第１のアクチュエータの変位を示す第１の変位信号を受信するステップ、および第２のアクチュエータの変位を示す第２の変位信号を受信するステップを含む。この方法は、第１の変位信号の受信に応答して第１のディスクポンプの前後の第１の圧力差を決定するステップ、および第２の変位信号の受信に応答して第２のディスクポンプの前後の第２の圧力差を決定するステップをさらに含む。加えて、この方法は、第１の圧力差および第２の圧力差に基づいてディスクポンプシステムの流体の流量を決定するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】図１Ａは、制限通路に流体連通した２つのディスクポンプを有するディスクポンプシステムの断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａのディスクポンプシステムの略上面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、例示的な一実施形態による、静止位置で示されているアクチュエータを有する第１のディスクポンプの断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、例示的な一実施形態による、付勢位置にあるアクチュエータを示している図２Ａの第１のディスクポンプの断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図２Ａの第１のディスクポンプのアクチュエータの基本曲げモードの軸方向変位振動のグラフを示している。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示されている曲げモードに応じた図２Ａの第１のディスクポンプのキャビティ内の流体の圧力振動のグラフを示している。
【図４】図４は、例示的な一実施形態による、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のセンサの詳細図である。
【図４Ａ】図４Ａは、静止位置および付勢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略図である。
【図５Ａ】図５Ａは、２つの弁が図７Ａ〜図７Ｄに例示されている単一弁で表されている図２Ａの第１のディスクポンプの断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図７Ａ〜図７Ｄの弁の中心部分の断面図である。
【図６】図６は、破線で示されている図５Ｂの弁の前後に生じる圧力差を例示する、図５Ａに示されている第１のディスクポンプのキャビティ内の流体の圧力振動のグラフを示している。
【図７Ａ】図７Ａは、閉位置にある弁の例示的な一実施形態の断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ｄの線７Ｂ−７Ｂに沿った図７Ａの弁の詳細な断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ａの弁の斜視図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、図７Ｂの弁の上面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、流体が弁を通るときの開位置にある図７Ａの弁の断面図を示している。
【図８Ｂ】図８Ｂは、開位置と閉位置との間の移行中の図７Ａの弁の断面図を示している。
【図８Ｃ】図８Ｃは、流体の流れが弁フラップによって遮断されているときの閉位置にある図７Ｂの弁の断面図を示している。
【図９Ａ】図９Ａは、例示的な一実施形態による、図７Ａの弁の前後に生じる振動差圧の圧力グラフを示している。
【図９Ｂ】図９Ｂは、開位置と閉位置との間の図７Ａの弁の動作周期の流量のグラフを示している。
【図１０Ａ】図１０Ａは、弁の中心部分の図、およびキャビティ内で生じる振動圧力波の正の部分のグラフを含む、図２Ａのディスクポンプの断面図を示している。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、弁の中心部分の図、およびキャビティ内で生じる振動圧力波の負の部分のグラフを含む、図２Ａのディスクポンプの断面図を示している。
【図１１】図１１は、ディスクポンプの弁の開閉状態を示している。
【図１１Ａ】図１１Ａは、ディスクポンプが自由流動モードにあるときに生じる流れを示している。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、ディスクポンプが自由流動モードにあるときに生じる圧力特性を示している。
【図１２】図１２は、ディスクポンプシステムが機能停止状態（ｓｔａｌｌ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）に達したときにディスクポンプによって生じる最大差圧のグラフを示している。
【図１３】図１３は、ディスクポンプシステムによって生じる減圧を測定および制御するためのディスクポンプシステムの例示的な回路のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
いくつかの例示的な実施形態の以下の詳細な説明では、この詳細な説明の一部を構成する添付の図面を参照する。例示として、添付の図面は、本発明を実施することができる特定の好ましい実施形態を示している。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分に詳細に説明されており、他の実施形態を利用できること、ならびに本発明の概念または範囲から逸脱することなく論理構造の変更、機械的な変更、電気的な変更、および化学的な変更を行うことができることを理解されたい。本明細書に記載される実施形態を当業者が実施する上で必要ではない詳細を回避するために、本説明は、当業者に公知の特定の情報を除外することがある。従って、以下の詳細な説明は、限定の意味に解釈されるべきではなく、例示的な実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００１４】
図１Ａは、複数のディスクポンプを有するディスクポンプシステム１００を示している。複数のディスクポンプは、少なくとも第１のディスクポンプ１０および第２のディスクポンプ８０を備え、これらのディスクポンプはそれぞれ、負荷部３８に正圧または負圧を加えて負荷部３８を加圧または減圧するように動作可能である。図１Ａの例示的な実施形態では、ディスクポンプは、共通の基板２８、例えば、プリント回路基板に取り付けられている。基板２８は、開口１７を介して負荷部３８にディスクポンプ１０、８０を流体連通させるマニホールド５２に取り付けられている。ディスクポンプ１０は、開口１７に流体連通し、一方、ディスクポンプ８０は、マニホールド５２と基板２８との間の通路、例えば、制限部５０を介して開口１７に流体連通している。制限部５０は、導管、流体通路、または既知の寸法を有する同様の構造とすることができ、ディスクポンプ８０と開口１７との間の流体の流れを保持する。従って、制限部５０は、既知の制限部である。一実施形態では、制限部５０は、既知の寸法の円柱チャンバである。円柱チャンバは、制限部５０の通路を長くし、かつディスクポンプシステム１００に課せられ得るサイズの制限を満たすよう、図１Ｂに示されているような遠回り経路に従うように構成することができる。
【００１５】
ディスクポンプ１０、８０はそれぞれ、制限部５０の各端部における各ディスクポンプ１０、８０に関連した圧力を測定するためにセンサ２３８を備えている。ディスクポンプ１０で測定された圧力とディスクポンプ８０で測定された圧力との間の差は、制限部の前後の圧力差または圧力降下を示す。制限部５０の前後の圧力差を測定して、開口１７を介して負荷部３８に対して流入または流出する空気流を測定することができる。開口１７を通る空気流を決定することができることにより、圧力の大きさが負荷部３８で上昇または低下するときに負荷部３８を加圧または減圧するための流体力学特性の制御が容易になる。この流量測定データを使用して、負荷部３８における漏れを検出する、または漏れの位置を求めて、使用データを修正することができる。
【００１６】
ディスクポンプ１０、８０はそれぞれ、負荷部３８を加圧または減圧するために所定の性能特性を有するように設計することができる。例えば、第２のディスクポンプ８０は、負荷部３８が周囲圧力であるときに制限部５０を介して開口１７により多くの空気流を送達するように設計することができ、一方、第１のディスクポンプ１０は、より大きい圧力差であるが、比較的少ない空気流を負荷部３８に送達するように設計することができる。従って、２つのディスクポンプ１０、８０は、システムとして機能して負荷部３８を加圧または減圧するための流体力学特性を最適化することができる。ディスクポンプ１０、８０の機能は、所望の性能特性によっては逆にすることもできる。つまり、ディスクポンプ１０、８０の動作をさらに説明する必要があり、これらのディスクポンプ１０、８０は、それらの動作特性を制御する弁の特定の特徴を除いて実質的に類似している。従って、ディスクポンプ１０は、弁の特徴を示すために詳細に説明され、ディスクポンプ１０、８０の何れか一方の様々な流量特性および圧力特性を達成するためにこの特徴を変更することができる。
【００１７】
図２Ａ〜図１２に例示されているディスクポンプ１０の特徴の機能を説明することを目的として、負荷部３８に対する空気流の流入または流出がディスクポンプ１０のみによって行われるように、第２のディスクポンプ８０がオフ状態であると見なす。図２Ａでは、ディスクポンプ１０は、端部プレート１２、１３によって各端部で閉じられた円筒壁１１を含む実質的に楕円形を有するディスクポンプ本体を備えている。円筒壁１１を基板２８に取り付けて、端部プレート１３を形成することができる。基板２８は、プリント回路基板または別の適切な材料とすることができる。ディスクポンプ１０は、円筒壁１１に固定された環状型のアイソレータ３０によってディスクポンプ１０内に支持された一対のディスク型内部プレート１４、１５をさらに備えている。円筒壁１１、端部プレート１２、内部プレート１４、およびアイソレータ３０の内面は、ディスクポンプ１０内にキャビティ１６を形成している。キャビティ１６の内面は、端壁２０、２２によって両端部で閉じられた円筒壁１１の内面の第１の部分である側壁１８を備え、端壁２０は、端部プレート１２の内面であり、端壁２２は、内部プレート１４の内面およびアイソレータ３０の第１の面を含む。従って、端壁２２は、内部プレート１４の内面に対応する中心部分、およびアイソレータ３０の内面に対応する周辺部を含む。ディスクポンプ１０およびその構成要素は、実質的に楕円形の形状であるが、本明細書に開示される特定の実施形態は、環状の楕円形である。
【００１８】
円筒壁１１および端部プレート１２、１３は、ディスクポンプ本体または別個の構成要素を含む単一構成要素としても良い。図２Ａに示されているように、端部プレート１３は、上面にディスクポンプ１０が取り付けられたプリント回路基板、組立基板、またはプリントワイヤアセンブリ（ｐｒｉｎｔｅｄ  ｗｉｒｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）（ＰＷＡ）とすることができる基板２８によって形成することができる。キャビティ１６は、実質的に円形であるが、より一般的には楕円形である。図２Ａに示されている実施形態では、キャビティ１６を画定している端壁２０は、概ね切頭円錐として示されている。別の実施形態では、キャビティ１６の内面を画定している端壁２０は、以下に説明されるアクチュエータ４０に平行な概ね平面の表面を有し得る。切頭円錐表面を有するディスクポンプは、参照により本明細書に組み入れられる国際公開第２００６／１１１７７５号により詳細に記載されている。ディスクポンプ本体の端部プレート１２、１３および円筒壁１１は、限定されるものではないが、金属、セラミック、ガラス、または射出成型プラスチックに限定されないプラスチックを含む任意の適切な硬質材料から形成することができる。
【００１９】
ディスクポンプ１０の内部プレート１４と１５は共に、端壁２２の中心部分に動作可能に結合されたアクチュエータ４０を形成し、このアクチュエータは、キャビティ１６の内面を形成している。内部プレート１４、１５の一方は、送られる電気信号に応答して歪を生じる任意の電気的に活性な材料、例えば、電歪材料または磁歪材料などを含み得る圧電材料から形成しなければならない。好ましい一実施形態では、例えば、内部プレート１５は、送られる電気信号に応答して歪を生じる圧電材料から形成される、即ち、活性内部プレートである。内部プレート１４、１５の他方は、好ましくは、活性内部プレートと同様の曲げ剛性を有し、圧電材料または電気的に不活性な材料、例えば、金属またはセラミックから形成することができる。この実施形態では、内部プレート１４は、活性内部プレート１５と同様の曲げ剛性を有し、電気的に不活性な材料、例えば、金属またはセラミックから形成される、即ち、不活性内部プレートである。活性内部プレート１５が電流によって励起されると、この活性内部プレート１５は、キャビティ１６の長手方向軸に対して径方向に拡張および収縮し、内部プレート１４、１５を曲げ、これにより、端壁２２に対して実質的に垂直な方向において端壁２２が軸方向に撓む（図３Ａを参照）。
【００２０】
図示されていない他の実施形態では、アイソレータ３０は、ディスクポンプ１０の特定の設計および向きによって上面または底面から、活性内部プレート１５または不活性内部プレート１４にかかわらず、内部プレート１４、１５の何れか一方を支持することができる。別の実施形態では、アクチュエータ４０は、内部プレート１４、１５の一方のみに力を伝達する関係にある装置、例えば、機械装置、磁気装置、または静電装置で置き換えても良く、選択される内部プレート１４、１５は、上記の方式で振動させられる電気的に不活性な材料または不動態層の材料として形成することができる。
【００２１】
ディスクポンプ１０は、キャビティ１６からディスクポンプ１０の外部まで延びた少なくとも１つの開口をさらに備え、この少なくとも１つの開口は、この開口を通る流体の流れを制御する弁を備えている。この開口は、アクチュエータ４０が圧力差を生じさせるキャビティ１６の任意の位置に配設することができる。図２Ａ〜図２Ｂに示されているディスクポンプ１０の実施形態は、端部プレート１２のほぼ中心に位置し、この端部プレートを貫通している開口２７を備えている。開口２７は、少なくとも１つの端部弁２９を備え、この端部弁２９は、ディスクポンプ１０の出口弁として機能するように、矢印で示されている一方向において流体の流れを制御する。
【００２２】
ディスクポンプ１０は、アクチュエータ４０を貫通する少なくとも１つの開口をさらに備え、この少なくとも１つの開口は、この開口を通る流体の流れを制御する弁を備えている。この開口は、アクチュエータ４０が圧力差を生じさせるアクチュエータ４０の任意の位置に配設することができる。しかしながら、図２Ａ〜図２Ｂに示されているディスクポンプ１０の例示的な実施形態は、内部プレート１４、１５のほぼ中心に位置し、この内部プレートを貫通しているアクチュエータ開口３１を備えている。アクチュエータ開口３１は、アクチュエータ弁３２を備え、このアクチュエータ弁３２は、キャビティ１６の入口弁として機能するように、矢印で示されているキャビティ１６への一方向において流体の流れを制御する。アクチュエータ弁３２は、以下により詳細に説明されるように、キャビティ１６への流体の流れを増加させて端部弁２９の動作を補うことによってディスクポンプ１０の出力を高める。
【００２３】
本明細書で説明されるキャビティ１６の寸法は、好ましくは、キャビティ１６および側壁１８の高さ（ｈ）と、キャビティ１６の長手方向軸から側壁１８までの距離であるキャビティ１６の半径（ｒ）との間の関係についての特定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。
【００２４】
一実施形態では、キャビティの半径とキャビティの高さの比（ｒ／ｈ）は、キャビティ１６内の流体が気体である場合は約１０〜約５０である。この例では、キャビティ１６の容積は、約１０ｍｌ未満とすることができる。加えて、ｈ２／ｒの比は、作動流体が液体ではなく気体である場合は、好ましくは、約１０−６〜約１０−７メートルの範囲内である。
【００２５】
加えて、本明細書に開示されるキャビティ１６は、好ましくは、キャビティの半径（ｒ）および動作周波数（ｆ）に関する以下の不等式を満たす必要があり、この動作周波数（ｆ）は、アクチュエータ４０が振動して端壁２２に軸方向変位を生じさせる周波数である。不等式は以下の通りである：
2015511703.tif 000003
式中、キャビティ１６内の作動流体中の音速（ｃ）は、上記の式で表されるように約１１５ｍ／秒の低速（ｃｓ）〜約１，９７０ｍ／秒に等しい高速（ｃｆ）の範囲とすることができ、ｋ０は定数である（ｋ０＝３．８３）。アクチュエータ４０の振動運動の周波数は、好ましくは、キャビティ１６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％以内であっても良い。キャビティ１６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よりも高い。
【００２６】
明細書に開示されるキャビティ１６は、好ましくは、上記の不等式を個々に満たすべきであるが、キャビティ１６の相対寸法は、同じ高さおよび半径を有するキャビティに限定されるべきものではない。例えば、キャビティ１６は、所望の様式で共振してディスクポンプ１０から最適な出力が得られるように、異なる周波数応答を生じさせる、異なる半径または高さを必要とする僅かに異なる形状を有しても良い。
【００２７】
運転中、ディスクポンプ１０は、負荷部３８を加圧するために負荷部３８が端部弁２９に隣接して配置される場合は正圧源として機能することができる、または、矢印によって例示されているように、負荷部３８を減圧するために負荷部３８がアクチュエータ入口弁３２に隣接して配置される場合は負圧源もしくは減圧源としてすることができる。例えば、負荷部は、治療のために負圧を利用する組織治療システムとすることができる。本明細書で使用される「減圧」という語は、一般に、ディスクポンプ１０が配置されている周囲圧力よりも低い圧力を指す。「真空」および「負圧」という語は、減圧を表すために使用することもできるが、実際の減圧は、完全な真空に通常関連する減圧よりも大幅に弱い。圧力は、ゲージ圧という意味では「負」である、即ち、圧力は、周囲大気圧よりも低く減圧される。特段の記載がない限り、本明細書で述べられる圧力の値は、ゲージ圧である。減圧の増大とは、典型的には絶対圧の低下を指し、一方、減圧の低下は、典型的には絶対圧の上昇を指す。
【００２８】
上述のように、ディスクポンプ１０は、少なくとも１つのアクチュエータ弁３２および少なくとも１つの端部弁２９を備えている。別の実施形態では、ディスクポンプ１０は、アクチュエータ４０の各側に端部弁２９を有する２つのキャビティディスクポンプを備えることができる。
【００２９】
図３Ａは、キャビティ１６の被駆動端壁２２の軸方向振動を例示する、１つの起こり得る変位プロファイルを示している。実線の曲線および矢印は、一時点での被駆動端壁２２の変位を示し、破線の曲線は、半周期遅い被駆動端壁２２の変位を示している。この図および他の図に示されている変位は誇張されている。アクチュエータ４０は、アイソレータ３０によって懸架され、固着されていないため、アクチュエータ４０は、その基本モードではその質量中心を中心に自由に振動する。この基本モードでは、アクチュエータ４０の変位振動の振幅は、被駆動端壁２２の中心と側壁１８との間に位置する環状の変位節４２で実質的にゼロである。端壁２２の他の点での変位振動の振幅は、垂直の矢印で示されているようにゼロよりも大きい。中心変位波腹４３がアクチュエータ４０のほぼ中心に存在し、周辺の変位波腹４３’がアクチュエータ４０の周辺部に存在する。半周期後の中心変位波腹４３が、破線曲線によって示されている。
【００３０】
図３Ｂは、図３Ａに示されている軸方向変位振動から生じるキャビティ１６内の圧力振動を例示する、１つの起こり得る圧力振動プロファイルを示している。実線の曲線および矢印は、一時点での圧力を示している。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、キャビティ１６の側壁１８の近傍に周辺波腹４５’を有する。圧力振動の振幅は、中心波腹４５と周辺波腹４５’との間の環状波節４４で実質的にゼロである。同時に、破線で示されている圧力振動の振幅は、周辺波腹４７’および同じ環状波節４４と共に、キャビティ１６のほぼ中心に負の中心波腹４７を有する。楕円形キャビティでは、キャビティ１６内の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近似することができる。上記の圧力振動は、キャビティ１６における流体の径方向の運動によって生じるため、アクチュエータ４０の軸方向変位振動と区別されるように、キャビティ１６内の流体の「径方向圧力振動」と呼ぶことにする。
【００３１】
図３Ａおよび図３Ｂをさらに参照すると、アクチュエータ４０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４０の「モード形」）は、第１種ベッセル関数を近似して、キャビティ１６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」）により厳密に一致させるべきであることが分かる。アクチュエータ４０をその周囲で固着しないで、このアクチュエータ４０がその質量中心を中心により自由に振動できるようにすることにより、変位振動のモード形は、キャビティ１６内の圧力振動のモード形に実質的に一致し、従って、モード形の一致またはより単純にモードの一致が達成される。モードの一致は、これに関して常に完全でなくても良いが、アクチュエータ４０の軸方向変位振動およびキャビティ１６における対応する圧力振動は、アクチュエータ４０の全表面に亘って実質的に同じ相対位相を有する。この実施形態では、キャビティ１６内の圧力振動の環状波節４４の径方向位置、およびアクチュエータ４０の軸方向変位振動の環状変位節４２の径方向位置は、実質的に一致する。
【００３２】
アクチュエータ４０がその質量中心を中心に振動するため、環状変位節４２の径方向位置は、図３Ａに例示されているようにアクチュエータ４０がその基本の曲げモードで振動するときは、アクチュエータ４０の半径の内側に必ず位置する。従って、環状変位節４２が環状波節４４と一致するようにするために、アクチュエータの半径（ｒａｃｔ）は、好ましくは、環状波節４４の半径よりも大きくしてモードの一致を最適にするべきである。再び、キャビティ１６内の圧力振動が第１種ベッセル関数を近似すると仮定すると、環状波節４４の半径は、図２Ａに示されているように、端壁２２の中心から側壁１８までの半径、すなわち、キャビティ１６の半径（「ｒ」）の約０．６３となる。従って、アクチュエータ４０の半径（ｒａｃｔ）は、好ましくは、不等式：ｒａｃｔ≧０．６３ｒを満たすべきである。
【００３３】
アイソレータ３０は、可撓性膜とすることができ、これにより、図３Ａの周辺変位波腹４３’における変位によって示されるアクチュエータ４０の振動に応答した曲げおよび伸張によって、上記のように、アクチュエータ４０の縁がより自由に動くことができる。アイソレータ３０は、アクチュエータ４０とディスクポンプ１０の円筒壁１１との間に低機械インピーダンス支持部を形成することによって、アクチュエータ４０に対する側壁１８の潜在的な減衰の影響を軽減し、これにより、アクチュエータ４０の周辺変位波腹４３’における軸方向振動の減衰が低減する。本質的に、アイソレータ３０は、このアイソレータ３０の外周縁が実質的に静止したままで、アクチュエータ４０から側壁１８に伝達されるエネルギーを最小限にする。結果として、環状変位節４２は、環状波節４４と実質的に整合した状態を維持し、これにより、ディスクポンプ１０のモードの一致の条件が維持される。従って、被駆動端壁２２の軸方向変位振動は、図３Ｂに示されているように、中心波腹４５、４７から側壁１８における周辺波腹４５’、４７’へのキャビティ１６内での圧力振動を効率的に発生させ続ける。
【００３４】
図４は、アクチュエータ４０に面して、ディスクポンプ１０のアクチュエータ４０の変位を測定するように、回路基板とすることができる基板２８に取り付けられたセンサ２３８を示している。センサ２３８は、光センサと呼ばれることもあり、アクチュエータ４０の変位（δｙ）の測定に使用される光送信機２４０および光受信機２４２を備えている。変位を測定するために、光送信機２４０は、可視スペクトルまたは非可視スペクトルの光波とすることができる光信号２４４を送信する。光信号２４４は、アクチュエータ４０の内部プレート１５の表面で反射されて、図４Ａに示されているように、アクチュエータ４０の変位（δｙ）にかかわらず、反射信号が光受信機２４２によって受信される。アクチュエータ４０が休止位置３４にあると、第１の反射信号２４６が、図４および図４Ａの両方に示されている位置で光受信機２４２に衝当する。アクチュエータ４０が休止位置３４から付勢位置３６に変位すると、第１の反射信号２４６が、アクチュエータ４０の変位（δｙ）によって、第２の反射信号２４８として対応する反射変位（δｘ）分、変位する。本質的に、光受信機２４２に衝当する反射信号の像は、図４Ａに示されているように、休止位置３４から十分に付勢された位置３６までの経路に従う。
【００３５】
反射変位（δｘ）は、ディスクポンプ１０によって加えられる圧力に依存するアクチュエータ４０の変位（δｙ）に比例する。より詳細には、環状波節４４におけるアクチュエータ４０の変位（δｙ）は、アクチュエータ４０の両側の圧力差に依存する。アクチュエータ４０のこの圧力関連変位（δｙ）は、ディスクポンプ１０が負荷部３８を加圧する（または減圧する）ときに徐々に変化する準静的変位と見なすことができる。従って、変位（δｙ）または（δｘ）を測定し、その値を使用して、アクチュエータ４０の圧力関連変位（δｙ）とアクチュエータ４０の前後の圧力差（およびディスクポンプ１０によって加えられる対応する圧力）との間の相関性を確立することによってアクチュエータ４０の前後の圧力差を計算することができる。
【００３６】
一実施形態では、光送信機２４０は、レーザー、発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂直キャビティ表面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）、または他の発光素子とすることができる。光送信機２４０は、第１の反射信号２４６および第２の反射信号２４８が光受信機２４２によって受信されて測定される限り、アクチュエータ４０の内部プレート１５のどの点でも光信号２４４を反射するように、基板２８に配置して向きを合わせることができる。すでに説明され、図２Ａに示されているように、アクチュエータ４０が基本モードで振動して空気流が発生すると、アクチュエータ４０の変位振動の振幅が、どの環状変位節４２でも実質的にゼロとなり得る。これに応じて、アクチュエータ４０に沿った他の点での変位振動の振幅は、同様に上記のようにゼロよりも大きい。従って、光信号２４４が環状変位節４２の近傍で反射されるように光送信機２４０を配置して向きを合わせる必要があり、これにより、アクチュエータ４０の高周波数振動の影響が最小限になり、アクチュエータ４０が休止位置３４から付勢位置３６までより緩慢に移動するため、アクチュエータ４０の変位（δｙ）をより正確に測定することができる。
【００３７】
一実施形態では、光受信機２４２は、センサアレイを形成する多数の画素を備えることができる。光受信機２４２は、１つ以上の波長の１つ以上の反射ビームの位置を検出するように構成することができる。結果として、光受信機２４２は、第１の反射信号２４６と第２の反射信号２４８との間の反射変位（δｘ）を検出するように構成することができる。光受信機２４２は、光受信機２４２によって検出された反射信号２４６および２４８を、光受信機２４２の各画素によって電気信号に変換するように構成することができる。反射変位（δｘ）は、リアルタイムで測定または計算しても良いし、または指定サンプリング周波数を利用して、基板２８に対するアクチュエータ４０の位置を決定しても良い。一実施形態では、アクチュエータ４０の位置は、所与の期間に対する平均または中間位置として計算される。光受信機２４２の画素は、アクチュエータ４０の比較的小さい変位（δｙ）を検出するためにさらに感度が上がるサイズにして、ディスクポンプ１０によって加えられる圧力の監視を強めて、ディスクポンプ１０をリアルタイムで制御することができる。
【００３８】
アクチュエータ４０の変位を計算する代替の方法を、上記の原理に従って利用することができる。アクチュエータ４０の変位の決定は、ディスクポンプ１０内の任意の他の固定要素に対して行うことができることを理解されたい。反射変位（δｘ）は、概ね比例するが、アクチュエータ４０の変位（δｙ）にスケール係数を乗じた値に等しくても良く、このスケール係数は、ディスクポンプ１０の構成または他のアライメント因子に基づいて予め決定することができる。結果として、ディスクポンプ１０のキャビティ１６内の減圧を、負荷部に加えられる圧力を直接測定するセンサがなくても、アクチュエータ４０の変位（δｙ）を検出することによって決定することができる。これは、圧力を直接測定する圧力センサが、例えば、減圧システム内のディスクポンプ１０によって加えられる圧力を測定する適用例では大きすぎる、または高価すぎることがあるため、望ましいであろう。例示的な実施形態は、ディスクポンプ１０のキャビティ１６内で生じる圧力振動を妨げずに、ディスクポンプ１０内の空間の利用を最適化する。
【００３９】
図５Ａでは、図１Ａのディスクポンプ１０は、弁２９、３２を備えて示されており、これらの弁は共に、構造が実質的に同様であり、例えば、図７Ａ〜図７Ｄに示されている弁１１０によって表され、図５Ｂに示されている中心部分１１１を有する。図５Ａ〜図９Ｂに関連した以下の説明は全て、ディスクポンプ１０の開口２７、３１の何れか一方に配置することができる単一弁１１０の機能に基づいている。図６は、ディスクポンプ１０内の流体の圧力振動のグラフを示し、かつ弁１１０が、図３Ｂに示されている中心波腹４５の近傍に位置することを示している。弁１１０は、図５Ｂに示されているように一方向のみへの流体の流れを可能にする。弁１１０は、逆止め弁、または一方向のみへの流体の流れを可能にする任意の他の弁とすることができる。一部の種類の弁は、開位置と閉位置との間で切り替えることによって流体の流れを制御することができる。このような弁が、アクチュエータ４０によって生じる高周波数で動作するために、弁２９、３２は、圧力変動の時間スケールよりも大幅に短い時間スケールで開閉することができるように、極端に速い応答時間を有する必要がある。弁２９、３２の一実施形態は、例示的な軽量フラップ弁を利用することによってこれを達成し、このような計量フラップ弁は、慣性が小さく、結果として、弁の構造の前後の相対圧力の変動に応答して迅速に移動することができる。
【００４０】
図５Ｂおよび図７Ａ〜図７Ｄを参照すると、弁１１０はフラップ弁である。弁１１０は、実質的に円筒の壁１１２を備え、この壁１１２は、輪状であり、一端が保持プレート１１４によって閉じられ、他端が密封プレート１１６によって閉じられている。壁１１２、保持プレート１１４、および密封プレート１１６の内面は、弁１１０の中にキャビティ１１５を形成している。弁１１０は、保持プレート１１４と密封プレート１１６との間に配設されているが密封プレート１１６に隣接した実質的に円形の弁フラップ１１７をさらに備えている。円形弁フラップ１１７は、別の実施形態では、保持プレート１１４に隣接して配設しても良く、この意味で、弁フラップ１１７は、密封プレート１１６または保持プレート１１４の何れか一方に対して「付勢されている」と見なされる。弁フラップ１１７の周辺部分は、密封プレート１１６と壁１１２との間に挟まれているため、弁フラップ１１７の移動は、この弁フラップ１１７の表面に対して実質的に垂直な平面に制限される。このような平面での弁フラップ１１７の移動は、密封プレート１１６もしくは壁１１２の何れかに直接取り付けられる弁フラップ１１７の周辺部分によって、または壁１１２内で密着している弁フラップ１１７によっても制限され得る。弁フラップ１１７の残りの部分は、十分に可撓性であり、かつ弁フラップ１１７の表面に対して実質的に垂直な方向に移動可能であり、これにより、弁フラップ１１７の何れかの表面に加えられる力が、密封プレート１１６と保持プレート１１４との間で弁フラップ１１７を移動させる。
【００４１】
保持プレート１１４および密封プレート１１６はそれぞれ、各プレートを貫通する孔１１８および１２０を有する。弁フラップ１１７も、孔１２２を備え、この孔は、保持プレート１１４の孔１１８に概ね整合し、これにより、図５Ｂおよび図８Ａの破線の矢印１２４によって示されているように流体が流れ得る通路が画定される。弁フラップ１１７の孔１２２も、保持プレート１１４の孔１１８に部分的に整合し得る、即ち、単に部分的な重複を有し得る。孔１１８、１２０、１２２は、実質的に均一のサイズおよび形状で示されているが、これらの孔は、本発明の範囲から逸脱することなく、異なる直径であっても良く、さらには異なる形状であっても良い。本発明の一実施形態では、孔１１８および１２０は、図７Ｄにそれぞれ実線の円および破線の円によって示されているプレートの表面全体に交互パターンを形成している。他の実施形態では、孔１１８、１２０、１２２は、破線の矢印１２４の個々の組によって例示されている孔１１８、１２０、１２２の個々の対の機能に対する弁１１０の動作に影響を与えずに、様々なパターンで配置することができる。孔１１８、１２０、１２２のパターンは、必要に応じて、弁１１０を通る流体の総流量を制御するために孔の数を増加または減少させるように設計することができる。例えば、孔１１８、１２０、１２２の数を増加して弁１１０の流れ抵抗を減少させて、弁１１０の総流量を増加させることができる。
【００４２】
図８Ａ〜図８Ｃも参照すると、弁１１０の中心部分１１１は、弁フラップ１１７の何れかの表面に圧力が加えられたときに、弁フラップ１１７が、密封プレート１１６と保持プレート１１４との間でどのように移動するかを例示している。弁フラップ１１７の付勢を上回る力が弁フラップ１１７のいずれの表面にも加えられていないときは、弁フラップ１１７が密封プレート１１６に隣接して位置して、フラップの孔１２２が密封プレート１１６の孔１１８とオフセットまたは整合していないため、弁１１０は、「通常の閉」位置にある。この「通常の閉」位置では、密封プレート１１６を通る流体の流れは、図７Ａおよび図７Ｂに示されている弁フラップ１１７の非穿孔部分によって実質的に遮断または閉塞される。図５Ｂおよび図８Ａに示されているように、弁フラップ１１７の付勢を上回る圧力が弁フラップ１１７の両側に加えられて、弁フラップ１１７が密封プレート１１６から保持プレート１１４に向かって移動すると、弁１１０は、所定の時間経過後に、即ち開時間遅延（Ｔｏ）で通常の閉位置から「開」位置に移動し、流体が、破線の矢印１２４によって示されている方向に流れる。圧力が、図８Ｂに示されている方向に替わると、弁フラップ１１７が、密封プレート１１６に向かって逆戻りして、通常の閉位置にくる。これが起こると、図８Ｃに示されているように、弁フラップ１１７が密封プレート１１６の孔１２０を密封して密封プレート１１６を通る流体の流れを実質的に遮断するまでの短期間、即ち、閉時間遅延（Ｔｃ）の間、流体が、破線の矢印１３２によって示されている反対方向に流れる。本発明の他の実施形態では、弁フラップ１１７は、保持プレート１１４に対して付勢され、孔１１８、１２２が「通常の開」位置に整合し得る。この実施形態では、弁フラップ１１７を「閉」位置に移動させるためには、正圧を弁フラップ１１７に加える必要がある。弁の動作に関連して本明細書で使用される「密封された」または「遮断された」という語は、実質的な（しかし不完全な）密封または遮断が起こり、弁の流れ抵抗が「開」位置よりも「閉」位置で大きくなる場合も含まれることに留意されたい。
【００４３】
弁１１０の動作は、弁１１０の前後の流体の差圧（ΔＰ）の方向の変化に依存する。図８Ｂでは、差圧は、下向きの矢印によって示されている負の値（−ΔＰ）となっている。差圧が負の値（−ΔＰ）を有する場合、保持プレート１１４の外面における流体圧力は、密封プレート１１６の外面における流体圧力よりも大きい。この負の差圧（−ΔＰ）により、弁フラップ１１７が上記の完全に閉じた位置に移動し、弁フラップ１１７が密封プレート１１６に対して押圧されて密封プレート１１６の孔１２０が塞がれ、これにより、弁１１０を通る流体の流れが実質的に防止される。弁１１０の前後の差圧が、図８Ａの上向きの矢印によって示されている正の差圧（＋ΔＰ）に逆転すると、弁フラップ１１７が、密封プレート１１６から保持プレート１１４に向かって開位置に移動する。差圧が正の値（＋ΔＰ）を有すると、密封プレート１１６の外面の流体圧力は、保持プレート１１４の外面の流体圧力よりも大きい。開位置では、弁フラップ１１７の移動により、密封プレート１１６の孔１２０が塞がれていないため、破線の矢印１２４によって示されているように、流体が孔１２０を通ることができ、弁フラップ１１７の孔１２２と保持プレート１１４の孔１１８とが整合している。
【００４４】
弁１１０の前後の差圧（＋ΔＰ）が、正の差圧（−ΔＰ）から、図８Ｂの下向きの矢印によって示されている負の差圧に戻ると、流体は、破線の矢印１３２によって示されているように弁１１０を通って反対方向に流れ始め、これにより、弁フラップ１１７が、図８Ｃに示されている閉位置に向かって戻される。図８Ｂでは、弁フラップ１１７と密封プレート１１６との間の流体圧力は、弁フラップ１１７と保持プレート１１４との間の流体圧力よりも低い。従って、弁フラップ１１７は、矢印１３８によって示されている正味の力を受け、これにより、密封プレート１１６に向かう弁フラップ１１７が加速されて弁１１０が閉じる。このようにして、差圧の変化により、弁１１０が、この弁１１０の前後の差圧の方向（即ち、正または負）に基づいて閉位置と開位置との間で循環する。弁１１０の前後に差圧が生じていないときに、弁フラップ１１７を保持プレート１１４に対して付勢して開位置にすることができる、即ち、弁１１０を「通常の開」位置にすることができることを理解されたい。
【００４５】
図５Ｂおよび図８Ａに示されているように、弁１１０の前後の差圧が逆転して正の差圧（＋ΔＰ）になると、付勢された弁フラップ１１７が、密封プレート１１６から保持プレート１１４に向かって開位置に移動する。この位置では、弁フラップ１１７の移動により、密封プレート１１６の孔１２０が塞がれなくなり、これにより、流体が、これらの孔を通って流れることができ、破線の矢印１２４によって示されているように保持プレート１１４の孔１１８と弁フラップ１１７の孔１２２が整合する。差圧が、正の差圧（＋ΔＰ）から負の差圧（−ΔＰ）に戻ると、流体は、弁１１０を反対方向に流れ始め（図８Ｂを参照）、これにより、弁フラップ１１７が閉位置に戻される（図８Ｃを参照）。従って、キャビティ１６内の圧力振動により、弁１１０が閉位置と開位置との間で循環するため、ディスクポンプ１０は、弁１１０が開位置にある半周期ごとに減圧する。
【００４６】
上述のように、弁１１０の動作は、弁１１０の前後の流体の差圧（ΔＰ）の方向の変化に依存する。差圧（ΔＰ）は、（１）保持プレート１１４の直径が、キャビティ１１５内の圧力振動の波長に対して小さく、かつ（２）弁１１０が、キャビティ１６のほぼ中心に位置し、正の中心波腹４５の振幅が、図６に示されている正の中心波腹４５の正の方形部分５５および負の中心波腹４７の負の方形部分６５によって示されているように比較的一定であるため、保持プレート１１４の全表面に亘って実質的に均一であると仮定する。従って、弁１１０の中心部分１１１の前後の圧力の空間的なばらつきは、実質的に存在しない。
【００４７】
図９は、弁１１０に差圧がかかったときの弁１１０の動的な動作をさらに例示し、この差圧は、正の値（＋ΔＰ）と負の値（−ΔＰ）との間で時間と共に変化する。実際には、弁１１０の前後の差圧の時間依存性は、ほぼ正弦波であり得るが、弁１１０の前後の差圧の時間依存性は、弁の動作の説明を容易にするために、図９Ａに示されている方形波形での変動として近似される。正の差圧５５は、正圧期間（ｔｐ＋）に亘って弁１１０の前後にかかり、負の差圧６５は、方形波の負圧期間（ｔｐ−）に亘って弁１１０の前後にかかる。図９Ｂは、この時変圧力に応じた弁フラップ１１７の移動を例示している。差圧（ΔＰ）が、負６５から正５５に切り替わると、上記にも記載され、図９Ｂのグラフに示されているように、弁１１０が開き始め、弁フラップ１１７が保持プレート１１４に接触するまで開時間遅延（ＴＯ）の間、開き続ける。続いて、差圧（ΔＰ）が、正の差圧５５から負の差圧６５に戻ると、上記にも記載され、図９Ｂのグラフに示されているように、弁１１０が閉じ始め、閉時間遅延（ＴＣ）の間、閉じ続ける。
【００４８】
保持プレート１１４および密封プレート１１６は、著しく機械変形することなく、加えられる流体の圧力振動に耐えるように十分な強度を有するべきである。保持プレート１１４および密封プレート１１６は、任意の適切な硬質材料、例えば、ガラス、シリコーン、セラミック、または金属から形成することができる。保持プレート１１４の孔１１８および密封プレート１１６の孔１２０は、化学エッチング、レーザー加工、機械穿孔、パウダーブラスト、およびスタンピングによって形成することができる。一実施形態では、保持プレート１１４および密封プレート１１６は、１００ミクロン〜２００ミクロンの厚さの鋼板から形成され、これらのプレートの孔１１８、１２０は、化学エッチングによって形成される。弁フラップ１１７は、任意の軽量材料、例えば、金属薄膜またはポリマー薄膜から形成することができる。一実施形態では、２０ｋＨｚ以上の流体の圧力振動が、弁１１０の保持プレート側または密封プレート側の何れかに存在する場合は、弁フラップ１１７は、１ミクロン〜２０ミクロンの厚さの薄いポリマーシートから形成することができる。例えば、弁フラップ１１７は、厚さが約３ミクロンのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）または液晶ポリマー薄膜から形成することができる。
【００４９】
ここで、図１０Ａおよび図１０Ｂを参照すると、弁２９および３２として弁１１０を利用する二弁ディスクポンプ１０の分解図が示されている。この実施形態では、アクチュエータ弁３２は、ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口３１とキャビティ１６との間の空気流２３２を制御し（図１０Ａ）、一方、端部弁２９は、ディスクポンプ１０のキャビティ１６と開口２７との間の空気流を制御する（図１０Ｂ）。ここで、開口２７は、ポンプ出口として機能する。それぞれの図面は、アクチュエータ４０が振動するときにキャビティ１６で生じる圧力も示している。弁２９および３２の両方は、キャビティ１６のほぼ中心に位置し、正の中心波腹４５の振幅および負の中心波腹４７の振幅がそれぞれ、上記の通り、正の方形部分５５および負の方形部分６５によって示されているように比較的一定である。この実施形態では、弁２９および３２は共に、弁フラップ１１７によって示されているように閉位置に付勢され、弁フラップ１１７が、弁フラップ１１７’によって示されているように開位置に移動すると上記のように動作する。図面は、中心波腹４５正の方形部分５５および中心波腹４７の負の方形部分６５、両方の弁２９、３２の動作に対する同時影響、ならびに各弁によって生成される対応する空気流２２９、２３２の分解図も示している。
【００５０】
図１１、図１１Ａ、および図１１Ｂの関連する部分も参照すると、弁２９および３２の開閉状態（図１１）ならびに各弁の得られる流れ特性（図１１Ａ）が、キャビティ１６内の圧力（図１１Ｂ）に関連して示されている。ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口３１および開口２７の両方が周囲圧力であり、アクチュエータ４０が振動し始めて、上記のようにキャビティ１６内に圧力振動が生じると、空気が弁２９、３２を交互に流れ始め、これにより、空気が、ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口３１から開口２７に流れる、即ち、ディスクポンプ１０が、「自由流動」モードで動作し始める。一実施形態では、ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口３１には、周囲圧力の空気が供給され得るが、ディスクポンプ１０の開口２７は、ディスクポンプ１０の動作によって加圧されることになる負荷部（不図示）に空気連通している。別の実施形態では、ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口３１は、負荷部（不図示）に空気連通させて、ディスクポンプ１０の動作によって負荷部を減圧して負荷部、例えば、創傷包帯に負圧を生じさせることができる。
【００５１】
正の中心波腹４５の方形部分５５は、上記のようにディスクポンプ周期の前半の間にアクチュエータ４０の振動によってキャビティ１６内で発生する。ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口３１および開口２７が共に周囲圧力である場合、正の中心腹４５の方形部分５５が、端部弁２９の前後に正の差圧を生じさせ、かつアクチュエータ弁３２の前後に負の差圧を生じさせる。結果として、アクチュエータ弁３２が閉じ始め、端部弁２９が開き始め、これにより、アクチュエータ弁３２が、アクチュエータ開口３１を通る空気流２３２ｘを遮断する一方、端部弁２９が開いてキャビティ１６内の空気流を解放し、これにより、空気流２２９が開口２７を介してキャビティ１６から流出することができる。アクチュエータ弁３２が閉じて、端部弁２９が開くと（図１１）、ディスクポンプ１０の開口２７における空気流２２９が、端部弁２９の設計特性に応じて最大値まで増加する（図１１Ａ）。開いた端部弁２９により、アクチュエータ弁３２が閉じたまま、空気流２２９がディスクポンプキャビティ１６から流出することができる（図１１Ｂ）。端部弁２９の前後の正の差圧が低下し始めると、空気流２２９が減少し始め、端部弁２９の前後の差圧がゼロになるまで続く。端部弁２９の前後の差圧がゼロよりも下がると、端部弁２９が閉じ始め、図１０Ｂに示されているように、端部弁２９が完全に閉じて空気流２２９ｘが遮断されるまで、端部弁２９を通る空気のある程度の逆流３２９が起こり得る。
【００５２】
図１０Ｂならびに図１１、図１１Ａ、および図１１Ｂの関連する部分をより詳細に参照すると、負の中心腹４７の方形部分６５は、上記のようにディスクポンプ周期の後半の間にアクチュエータ４０の振動によってキャビティ１６内で発生する。ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口３１および開口２７が共に周囲圧力である場合、負の中心腹４７の方形部分６５が、端部弁２９の前後に負の差圧を生じさせ、かつアクチュエータ弁３２の前後に正の差圧を生じさせる。結果として、アクチュエータ弁３２が開き始め、端部弁２９が閉じ始め、これにより、端部弁２９が、開口２７を通る空気流２２９ｘを遮断する一方、アクチュエータ弁３２が開いて、アクチュエータ開口３１を通る空気流２３２によって示されているように空気がキャビティ１６内に流入することができる。アクチュエータ弁３２が開いて、端部弁２９が閉じると（図１１）、ディスクポンプ１０の開口２７における空気流が、上記のように少量の逆流３２９を除いて実質的にゼロになる（図１１Ａ）。開いたアクチュエータ弁３２により、端部弁２９が閉じたまま、空気流２３２がディスクポンプキャビティ１６内に流入することができる（図１１Ｂ）。アクチュエータ弁３２の前後の正の圧力差が低下し始めると、空気流２３２が減少し始め、アクチュエータ弁３２の前後の差圧がゼロになるまで続く。アクチュエータ弁３２の前後の差圧がゼロよりも高くなると、アクチュエータ弁３２が再び閉じ始め、図１０Ａに示されているようにアクチュエータ弁３２が完全に閉じて空気流２３２ｘが遮断されるまで、アクチュエータ弁３２を通る空気のある程度の逆流３３２が起こり得る。次いで、図１０Ａを参照して上記されたように周期が繰り返される。従って、ディスクポンプ１０のアクチュエータ４０が、図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して上記された２つの半周期中に振動するため、弁２９および３２の前後の差圧により、空気が、空気流２３２、２２９のそれぞれによって示されているようにアクチュエータ開口３１からディスクポンプ１０の開口２７に流れる。
【００５３】
ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口３１が周囲圧力に維持され、かつディスクポンプ１０の開口２７が、ディスクポンプ１０の動作によって加圧される負荷部に空気連通している場合は、ディスクポンプ１０の開口２７の圧力が上昇し始め、ディスクポンプ１０の開口２７が最大圧力に達するまで続き、この最大圧力では、アクチュエータ開口３１から開口２７への空気流はごく少量である、即ち、「機能停止」状態である。図１２は、ディスクポンプ１０が機能停止状態であるときのアクチュエータ開口３１および開口２７におけるキャビティ１６内の圧力およびキャビティ１６の外部の圧力を例示している。より具体的には、キャビティ１６内の平均圧力は、入口圧力よりも約１Ｐ高く（即ち、周囲圧力よりも１Ｐ高く）、キャビティ１６の中心の圧力は、ほぼ周囲圧力とほぼ周囲圧力に２Ｐを加えた値との間で変動する。機能停止状態では、キャビティ１６内の圧力振動により、アクチュエータ弁３２または端部弁２９の何れかの前後の十分な正の差圧が生じて、この何れかの弁が大きく開いて全ての空気流がディスクポンプ１０を通過できる時点が存在しない。ディスクポンプ１０が２つの弁を利用するため、上記の２つの弁２９、３２の相乗作用により、開口２７とアクチュエータ開口３１との間の差圧を、単一弁ディスクポンプの２倍である２Ｐの最大差圧まで高めることができる。従って、前の段落に記載された条件下では、二弁ディスクポンプ１０の出口圧力は、自由流動モードの周囲圧力から、ディスクポンプ１０が機能停止状態に達したときのほぼ周囲圧力に２Ｐを加えた値まで上昇する。
【００５４】
再び図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、ディスクポンプシステム１００は、空気流を負荷部３８に供給して、負荷部３８に生じる圧力の上昇または低下を測定する、図２Ａ〜図１２を参照して上記説明された特徴を利用するディスクポンプ１０、８０を備えている。例示されている一実施形態では、ディスクポンプ１０、８０の弁は、開口１７から空気流を供給して負荷部３８を排出し、これにより、周囲圧力よりも圧力を下げる、即ち、負荷部３８内を負圧にするように構成されている。負荷部３８は、例えば、創傷部に負圧を加えて治癒を促進する負圧創傷治療装置のマニホールドとすることができる。従来の実施では、負荷部３８に供給される空気流を決定するために、１つ以上のディスクポンプが、別個の圧力センサ装置と並列に取り付けられて、両方のディスクポンプによって供給される圧力を測定する。このような圧力センサ装置は、典型的には、創傷治療システムには大きすぎ、組み入れが困難であり、しかも創傷治癒システムに含めるには非常に高価な構成要素である。図１Ａのディスクポンプ１００の構成は、ディスクポンプ１０、８０がそれぞれ、アクチュエータ４０の変位を測定することによって各ディスクポンプ１０、８０に関連した圧力を間接的に測定する上記の一体型圧力センサ２３８を備えているため、別個の圧力センサ装置が必要ない。２つのディスクポンプ１０と８０との間の所定の寸法を有する制限部５０は、圧力を低下させ、この圧力低下から空気流を計算することができるため、圧力を直接測定する別個の圧力センサ装置が必要ない。
【００５５】
一実施形態では、第２のディスクポンプ８０は、そのアクチュエータ４０の変位を測定して、アクチュエータ開口３１に関連した圧力差を決定することができる。図１Ａの例示的な実施形態では、ディスクポンプ１０、８０は、マニホールド５２に取り付けられた共通の基板２８に取り付けられている。従って、所定の寸法を有する制限部５０は、マニホールド５２の上面に形成することができる。上記のように、図１Ａの制限部５０は、基板２８の下面と、基板２８が配置されているマニホールド５２とによって形成された密封チャンバとすることができる。制限部５０は、非常に小さくすることができ、狭い空間に容易に適合し得る。
【００５６】
図１Ａのシステムを用いる場合、ディスクポンプ１０、８０を使用して、制限部５０の前後の圧力降下を測定することによってディスクポンプシステム１００を通る流量を測定することができる。一実施形態では、制限部５０は、円形の断面を有する管として近似される。制限部５０を通る流体が完全に乱流であると仮定すると、圧力降下は、次の式に基づいて計算することができる：
2015511703.tif 000004
管摩擦係数は
2015511703.tif 000005
である。
【００５７】
上記の式中、ωは流速であり；ｐ１は流入圧力であり；ｐ２は流出圧力であり；Ｔ１は流体の流入温度であり；Ｔ２は流体の流出温度であり；ｆ１は制限部の摩擦係数であり；Ｒｅはレイノルズ数であり；ｋは制限部の絶対粗さであり；Ｄは制限部の直径であり；かつρ２は流体（または流入ガス）の密度である。管摩擦係数は、経路の表面によって決まるが、経路の表面が同じであれば一定である。第１のディスクポンプ１０および第２のディスクポンプ８０の両方における圧力が既知である場合は、上記の式を解いて流速または流量を決定することができる。測定される流量が、ディスクポンプシステム１００によって生じる流れを表すようにするために、ディスクポンプ１０、８０の一方は、一時的に停止して、圧力を測定するためだけに使用される（流れを生じさせない）ことに留意されたい。
【００５８】
一般に、ディスクポンプシステム１００によって生じる、予想される流れおよび関連する圧力の範囲は、既知の設計パラメータである。従って、制限部５０は、上記の方法で測定される測定値が所望の精度を有するように調整することができる。例えば、制限部の長さ、直径、および表面粗さを調整することができる。例示的な実施形態では、制限部５０は、約１０ｍｍ以下の長さ、および約０．５ｍｍ以上の直径を有することができる。続いて、狭い空間には、短くて細く、粗い制限部が最も適しているが、このような制限部は、結露または外部デブリによる閉塞の問題が起こりやすい。さらに、細めの制限部の製造交差は、範囲が狭く、より重要な意味を持つ。長くて太く、より平滑な制限部は、より確実に製造することができ、閉塞しにくい。長めの既知の制限部は、図１Ｂに示されているように、この既知の制限部を蛇行経路に配置することによって狭い空間内に形成することができる。
【００５９】
図１Ｂに示されているように、蛇行経路を有する制限部５０が、２つのディスクポンプ１０と８０との間に形成される場合、２つのディスクポンプ１０と８０との間の流れの測定、即ち、制限部５０を通る流れの測定を正確に行うためには、ディスクポンプ１０、８０の一方を通る流れを停止させる必要がある。一方のポンプ１０または８０を通る流れがディスクポンプシステム１００を通る流れを表す場合、ディスクポンプ１０、８０を付勢することが望ましい。例えば、第１のディスクポンプ１０を付勢して、高い圧力差に関連する低流量にすることができ、第２のディスクポンプ８０を付勢して、低い圧力差に関連する高流量にすることができる。一実施形態では、第２のポンプ８０は、制限部の遠位端部に位置する高流量ポンプである。この実施形態では、第２のディスクポンプ８０は、流量が測定されるときに動作し続ける。上記のようにディスクポンプ１０、８０が付勢される場合、第１のディスクポンプ１０の動作は、ディスクポンプシステム１００が流量を増加させるときには（例えば、起動時または漏れが存在するとき）、このディスクポンプシステム１００の動作にとってそれほど重要ではない。付勢されたディスクポンプの構成は、第１のディスクポンプ１０の動作を一時的に停止する影響を最小限にし、第２のディスクポンプ８０が大部分の流れを生じさせるため、第１のディスクポンプ１０が、流量センサの役割を果たすことができる。逆に、負荷部３８の排出が行われ、高い圧力差が望ましい場合は、付勢された高流量の第２のディスクポンプ８０のスイッチを切り、流量が測定されている間、高圧の第１のディスクポンプ１０を機能させることができる。
【００６０】
図１３は、図１Ａのディスクポンプシステムの機能を例示するブロック図である。ディスクポンプシステム１００は、第１のディスクポンプ１０および第２のディスクポンプ８０を備えている。ディスクポンプ１０、８０はそれぞれ、図４を参照して上記説明されたように、アクチュエータ４０の変位を測定するように動作可能なセンサ２３８を備えている。センサ２３８の代わりに他のセンサをディスクポンプシステム１００の一部として利用することもできることを理解されたい。ディスクポンプシステム１００は、このディスクポンプシステム１００を作動させるバッテリ６０を備えている。ディスクポンプシステム１００の要素は、電線、経路、配線、リード線、および他の導電要素によって互いに接続され、互いに通信する。ディスクポンプシステム１００は、制御装置またはプロセッサ５６、および２つの異なるドライバ５８ａ、５８ｂを含み得るドライバ５８も備えている。プロセッサ５６は、ドライバ５８と通信するように構成されている。ドライバ５８は、プロセッサ５６から制御信号６２を受信するように機能する。制御信号６２は、２つの異なる制御振動６２ａ、６２ｂを含み得る。ドライバ５８は、第１のディスクポンプ１０内のアクチュエータ４０を作動させる第１の駆動信号６４ａ、および第２のディスクポンプ８０内のアクチュエータ４０を作動させる第２の駆動信号６４ｂを生成する。代替の実施形態では、プロセッサは、第１の制御信号６２ａを第１のドライバ５８ａに送信し、第２の制御信号６２ｂを第２のドライバ５８ｂに送信する。次いで、第１および第２のドライバ５８ａ、５８ｂが第１および第２の駆動信号６４ａ、６４ｂを生成して、ディスクポンプ１０、８０のアクチュエータ４０を作動させる。第１および第２の制御信号６２ａ、６２ｂと対応する駆動信号６４ａ、６４ｂとは、同じであっても良いし、または異なっていても良い。
【００６１】
プロセッサ５６は、アクチュエータ４０に光信号２４４を照射するために照射信号６６ａ、６６ｂを光送信機２４０に送信することもできる。光信号２４４は、反射信号２４８によって例示されているように、アクチュエータ４０によって光受信機２４２に反射され、この反射信号２４８も、図４および図４Ａを参照して上記説明されている。反射信号２４８が光受信機２４２に衝当すると、光受信機２４２は、アクチュエータ４０の変位に（δｙ）に一致する変位信号６８ａ、６８ｂをプロセッサ５６に送信する。プロセッサ５６は、変位信号６８ａ、６８ｂによって表されているアクチュエータ４０の変位（δｙ）に応じて、各ディスクポンプ１０、８０によって負荷部３８に生じる圧力を計算するように構成されている。一実施形態では、プロセッサ５６は、複数の反射信号２４８を平均して、一定期間のアクチュエータ４０の平均変位を決定するように構成することができる。別の実施形態では、プロセッサ５６は、変位信号６８ａ、６８ｂをフィードバックとして利用して、負荷部３８での圧力を制御するための制御信号６２および対応する駆動信号６４ａ、６４ｂを調整することができる。一実施形態では、プロセッサ５６は、上記のように、各ディスクポンプ１０、８０で生じる測定された圧力に応じてディスクポンプシステム１００によって供給される流量を計算する。
【００６２】
プロセッサ５６、ドライバ５８、およびディスクポンプシステム１００の他の制御回路は、電子回路と呼ぶこともある。プロセッサ５６は、ディスクポンプ１０、８０を制御可能な回路または論理としても良い。プロセッサ５６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、または他のデバイスとして機能する、またはこれらを備えることができ、この他のデバイスは、１つ以上のハードウェア要素またはソフトウェア要素を含む電子デバイスの制御、ソフトウェア、命令、プログラム、およびアプリケーションの実行、信号や情報の変換および処理、ならびに他の関連タスクの実行に適している。プロセッサ５６は、単一チップとしても良いし、または他の計算要素もしくは通信要素と一体としても良い。一実施形態では、プロセッサ５６は、メモリを備えても良いし、またはメモリと通信しても良い。メモリは、後の取り出しもしくは後のアクセスのためにデータを保存するように構成されたハードウェア要素、デバイス、または記録媒体とすることができる。メモリは、ランダムアクセスメモリ、キャッシュ、またはデータの保存、命令、および情報に適した他の小型記憶媒体の形態の静的または動的メモリとすることができる。代替の実施形態では、電子回路は、上記のように、ディスクポンプ１０、８０のキャビティ内の圧力を測定し、キャビティ内のアクチュエータ４０の変位を制御するための同じまたは類似の機能を果たすように構成されたアナログ回路とすることができる。
【００６３】
ディスクポンプシステム１００は、ＲＦトランシーバ７０によって送受信される無線信号７２および７４によって、例えば、流量、現在の圧力測定値、アクチュエータ４０の実際の変位（δｙ）、バッテリ６０の現在の残量を含むディスクポンプシステム１００の性能に関連した情報およびデータを通信するためのＲＦトランシーバ７０も備えることができる。ディスクポンプシステム１００は、ＲＦトランシーバ７０を含む通信インターフェイス、赤外線、または他の有線もしくは無線信号を利用して、１つ以上の外部装置と通信することができる。ＲＦトランシーバ７０は、ブルートゥース、ＷｉＦｉ、ＷｉＭＡＸ、もしくは他の通信規格、または独自の通信システムを利用することができる。より具体的な使用に関しては、ＲＦトランシーバ７０は、医療専門家による参照のために圧力測定値のデータベースを保存する計算装置に信号７２を送ることができる。この計算装置は、処理を局所的に実行する、もしくは情報およびデータの処理のために中央または遠隔コンピュータと情報をさらに通信することができるコンピュータ、携帯機器、または医用機器とすることができる。同様に、ＲＦトランシーバ７０は、アクチュエータ４０の運動に基づいてディスクポンプシステム１００によって負荷部３８に生じる圧力を外部で制御するための信号７２を受信することができる。
【００６４】
ドライバ５８は、アクチュエータ４０を作動させて制御する電気回路である。例えば、ドライバ５８は、駆動信号６４ａ、６４ｂの一部として特定の波形を発生させるための高出力トランジスタ、増幅器、ブリッジ、および／またはフィルタとすることができる。このような波形は、詳細に上記説明されているように、アクチュエータ４０を周波数（ｆ）の振動運動で振動させる駆動信号６４ａ、６４ｂを供給するためにプロセッサ５６およびドライバ５８によって設定することができる。アクチュエータ４０の振動変位運動は、駆動信号６４ａ、６４ｂに応答してディスクポンプ１０、８０のキャビティ内の流体の径方向圧力振動を発生させて空気流を供給し、負荷部３８に圧力を生じさせる。
【００６５】
別の実施形態では、ディスクポンプシステム１００は、使用者に情報を表示するためのユーザーインターフェイスを備えることができる。ユーザーインターフェイスは、情報、データ、もしくは信号を使用者に提供するためのディスプレイ、音声インターフェイス、または触覚インターフェイスを含み得る。例えば、小型ＬＥＤスクリーンは、ディスクポンプシステム１００によって生じている圧力を表示することができる。ユーザーインターフェイスは、ディスクポンプの性能、特に生じる低い圧力を調整するためのボタン、ダイアル、ノブ、または他の電気的もしくは機械的インターフェイスも含み得る。例えば、圧力は、ユーザーインターフェイスの一部であるノブもしくは他の制御要素を調整することによって上昇または低下させることができる。
【００６６】
ディスクポンプシステム１００の流量の測定を可能にすることにより、多数の利点が得られる。ディスクポンプシステム１００の流量は、追加の部品または費用を必要とせずに測定することができ、しかも狭い設置面積しか必要とない。加えて、流量データを使用して負荷部３８の状態を測定することができる。例えば、測定された流量を使用して、負荷部３８に漏れが存在するか否かを決定し、かつディスクポンプシステム１００の性能についてのデータを収集することができる。
【００６７】
一実施形態では、ディスクポンプシステム１００は、測定された流量および圧力に基づいて負荷部３８に漏れが存在するか否かを決定する。例えば、ディスクポンプシステム１００は、ポンプ１０、８０の流量が一定期間に亘って比較的一定に維持される場合は負荷部３８に漏れが存在すると決定することができる。漏れが存在するという決定に応答して、ディスクポンプシステム１００は、運転を停止しても良いし、または音声インターフェイスによってアラームまたは警告信号を発しても良い。一実施形態では、漏れの状態が存在するという決定に応答して、ディスクポンプシステム１００は、診断プロセスを行って漏れの原因を決定することができる。このようなプロセスは、各ポンプ１０、８０が適切に機能しているか否か、および圧力が負荷部３８で維持されているか否かを決定することを含み得る。
【００６８】
上記説明から、大きな利点を有する発明が提供されることが明らかであろう。本発明は、ごく少数の形態で示されているが、これらの形態に限定されるものではなく、むしろ、本発明の概念から逸脱することなく様々な変更および改良を行うことができる。
【図１Ａ】
2015511703.tif 000006
【図１Ｂ】
2015511703.tif 000007
【図２Ａ】
2015511703.tif 000008
【図２Ｂ】
2015511703.tif 000009
【図３Ａ】
2015511703.tif 000010
【図３Ｂ】
2015511703.tif 000011
【図４】
2015511703.tif 000012
【図４Ａ】
2015511703.tif 000013
【図５Ａ−６】
2015511703.tif 000014
【図７Ａ】
2015511703.tif 000015
【図７Ｂ】
2015511703.tif 000016
【図７Ｃ】
2015511703.tif 000017
【図７Ｄ】
2015511703.tif 000018
【図８Ａ】
2015511703.tif 000019
【図８Ｂ】
2015511703.tif 000020
【図８Ｃ】
2015511703.tif 000021
【図９Ａ】
2015511703.tif 000022
【図９Ｂ】
2015511703.tif 000023
【図１０Ａ】
2015511703.tif 000024
【図１０Ｂ】
2015511703.tif 000025
【図１１】
2015511703.tif 000026
【図１２】
2015511703.tif 000027
【図１３】
2015511703.tif 000028
【国際調査報告】
2015511703.tif 000029
2015511703.tif 000030