(57)【要約】  ディスクポンプシステムは、流体を収容するためのキャビティを定義する実質的に円筒形状のポンプ本体を含み、キャビティは、実質的に円形の端壁によって両端部において閉じられた側壁によって形成され、端壁の少なくとも一方は、駆動端壁である。このシステムは、駆動端壁の振動運動を生じさせるように駆動端壁と動作可能に関連付けられたアクチュエータを含み、アイソレータは、変位振動の抑制を減少させるために、駆動端壁の周辺部と動作可能に関連付けられる。アイソレータは、歪みゲージを含む可撓性プリント回路材料を含む。歪みゲージは、ポンプによって提供された圧力量の決定に使用され得るデータを測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を収容するためのキャビティを定義する実質的に円筒形状のポンプ本体であって、前記キャビティは、実質的に円形の端壁によって両端部において閉じられた側壁によって形成され、前記端壁の少なくとも一方は、駆動端壁であり、中心部と、前記駆動端壁の前記中心部から半径方向に外に向かって延在する周辺部とを有する、ポンプ本体と、
前記駆動端壁の振動運動を生じさせることによって、前記駆動端壁の変位振動をそれに対して実質的に垂直な方向に生じさせるように前記駆動端壁の前記中心部と動作可能に関連付けられたアクチュエータと、
前記変位振動の抑制を減少させるための前記駆動端壁の前記周辺部と前記側壁との間に位置するアイソレータであって、前記駆動端壁の前記振動運動に応答して伸び縮みする可撓性材料を含む前記アイソレータと、
前記端壁の一方に配置され、前記ポンプ本体を通って延在する第１の開口部と、
前記ポンプ本体内に配置され、前記ポンプ本体を通って延在する第２の開口部と、
前記第１の開口部及び第２の開口部の少なくとも一方に配置されたバルブと、
前記アクチュエータにわたる圧力変化を決定するために前記駆動端壁の前記変位振動を測定するための、前記アイソレータの前記可撓性材料と動作可能に関連付けられた歪みゲージと、
を含む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、前記可撓性材料は、可撓性プリント回路材料を含む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、前記歪みゲージは、前記アイソレータの回路素子に連結され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、前記歪みゲージに電気的に連結されたプロセッサをさらに含む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４に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記プロセッサは、前記歪みゲージから信号を受信するように動作可能で、前記信号は、前記歪みゲージの電気抵抗の変化を示すことを特徴とするディスクポンプシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記プロセッサは、前記歪みゲージから受信した前記信号に基づいて、ノードにおける前記駆動端壁の変位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７】
請求項５に記載のディスクポンプシステムにおいて、メモリをさらに含み、前記プロセッサは、前記歪みゲージから受信した信号に基づいて歪みゲージデータを生成するように動作可能で、前記メモリは、前記歪みゲージデータを保存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、前記プロセッサは、ある期間にわたる前記駆動端壁の平均変位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９】
請求項８に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記プロセッサは、ある期間にわたる前記駆動端壁の前記平均変位に基づいて、前記ディスクポンプにわたる圧力差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１０】
請求項７に記載のディスクポンプシステムにおいて、
前記ポンプ本体の前記キャビティは、前記第１及び第２の開口部の一方を介して負荷に流体連結され、
前記プロセッサは、一回目に前記歪みゲージから第１のデータを受信するように動作可能であり、
前記プロセッサは、二回目に前記歪みゲージから第２のデータを受信するように動作可能であり、
前記プロセッサは、前記第１のデータを前記第２のデータと比較するように動作可能であり、
前記プロセッサは、前記第２のデータとの前記第１のデータの前記比較に基づいて、前記アイソレータの損傷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１１】
請求項１２に記載のディスクポンプシステムにおいて、前記プロセッサは、前記アイソレータが損傷しているという決定に応答して、前記ディスクポンプシステムを停止させ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１２】
ディスクポンプの駆動端壁の変位を測定する方法において、前記方法は、
歪みゲージの電気抵抗の変化を測定するステップであって、前記歪みゲージは、前記ディスクポンプのアイソレータと動作可能に関連付けられ、前記駆動端壁は、前記アイソレータ上で前記ディスクポンプ内に取り付けられたアクチュエータを含む、ステップを含み、前記ディスクポンプは、
流体を収容するためのキャビティを定義する実質的に円筒形状のポンプ本体であって、前記キャビティは、実質的に円形の端壁によって両端部において閉じられた側壁によって形成され、前記端壁の少なくとも一方は、中心部と、前記駆動端壁の前記中心部から半径方向に外に向かって延在する周辺部とを有する前記駆動端壁である、ポンプ本体と、
前記駆動端壁の振動運動を生じさせることによって、前記駆動端壁の変位振動をそれに対して実質的に垂直な方向に、使用時には前記駆動端壁の中心と前記側壁との間に環状ノードを有して生じさせるように、前記駆動端壁の前記中心部と動作可能に関連付けられたアクチュエータと、
前記変位振動の抑制を減少させるための前記駆動端壁の前記周辺部と前記側壁との間に挿入されたアイソレータであって、前記駆動端壁の前記振動運動に応答して伸び縮みする可撓性材料を含む前記アイソレータと、
前記端壁の一方における前記環状ノード以外の任意の位置に配置され、前記ポンプ本体を通って延在する第１の開口部と、
前記ポンプ本体内の前記第１の開口部の前記位置以外の任意の位置に配置され、前記ポンプ本体を通って延在する第２の開口部と、
前記第１の開口部及び第２の開口部の少なくとも一方に配置されることによって、前記変位振動が、前記ポンプ本体の前記キャビティ内の前記流体の対応する圧力振動を生じさせ、使用時に前記第１の開口部及び前記第２の開口部を通る流体の流れを引き起こすバルブと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、前記歪みゲージの前記電気抵抗の前記変化を前記駆動端壁の前記変位と相関させるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法において、前記歪みゲージの前記電気抵抗の前記変化を負荷に提供された圧力と相関させるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の方法において、前記可撓性材料は、可撓性プリント回路材料を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載の方法において、前記歪みゲージは、前記アイソレータの回路素子と連結されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１２に記載の方法において、信号をプロセッサに伝達するステップをさらに含み、前記信号は、前記歪みゲージの前記電気抵抗の前記変化を示すことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、前記プロセッサを用いて、前記信号に基づいて、前記駆動端壁の前記変位を決定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１８に記載の方法において、ある期間にわたる前記駆動端壁の平均変位を決定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１９に記載の方法において、ある期間にわたる前記駆動端壁の前記平均変位に基づいて、前記ディスクポンプにわたる圧力差を決定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１７に記載の方法において、前記信号をメモリに保存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】
請求項１７に記載の方法において、前記信号は、第１の信号であり、
一回目に前記歪みゲージから前記第１の信号を受信するステップと、
二回目に前記歪みゲージから第２の信号を受信するステップと、
前記第１の信号を前記第２の信号と比較するステップと、
前記第２の信号との前記第１の信号の前記比較に基づいて、前記アイソレータの損傷を決定するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法において、前記アイソレータが損傷しているという決定に応答して、前記ディスクポンプを停止させるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
本明細書に記載のシステム、方法、及び装置。
【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）の下で、Ｌｏｃｋｅらによって２０１２年２月１０日に出願された、「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｒｅｄｕｃｅｄ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｕｐｐｌｉｅｄ  ｂｙ  ａ  Ｄｉｓｃ  Ｐｕｍｐ  Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の、本明細書において援用される米国仮特許出願第６１／５９７，４６３号明細書の出願の利益を主張する。
【０００２】
本発明の例示的な実施形態は、概して、流体用のディスクポンプに関し、より詳細には、ポンプキャビティが、端壁と、端壁間の側壁とを有する実質的に円筒の形状であり、端壁間にアクチュエータを配置したディスクポンプに関する。本発明の例示的な実施形態は、より詳細には、アクチュエータに取り付けられたバルブと、端壁の一方に取り付けられた少なくとも１つの追加バルブとを有するディスクポンプに関する。
【背景技術】
【０００３】
閉キャビティ内での高振幅圧力振動の生成は、熱音響学及びディスクポンプ型のコンプレッサの分野で大きな注目を集めた。非線形音響学における最近の発展により、以前可能であると考えられていたよりも高い振幅を有する圧力波の生成が可能となった。
【０００４】
定義された入口及び出口からの流体ポンピングを達成するために音響共振を利用することが知られている。これは、一方の端部に音響定在波を駆動する音響ドライバを有する円筒キャビティを用いて達成することができる。このような円筒キャビティでは、音響圧力波は、限られた振幅を持つ。円錐、角錐、及び球形状等の様々な断面キャビティが、高振幅圧力振動を達成し、それによってポンピング効果を大幅に向上させるために使用されてきた。このような高振幅波において、エネルギー散逸を有する非線形機構は抑制されてきた。しかしながら、半径方向圧力振動が励起されるディスク状のキャビティ内で、高振幅音響共振は、最近まで用いられていなかった。国際公開第２００６／１１１７７５号パンフレットとして公開された国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００１４８７号明細書は、高いアスペクト比、すなわち、キャビティの高さに対するキャビティの半径の比を有する実質的にディスク状のキャビティを有するディスクポンプを開示する。
【０００５】
このようなディスクポンプは、各端部において端壁によって閉じられた側壁を含む実質的に円筒形のキャビティを有する。ディスクポンプは、端壁のどちらか一方を駆動して、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含む。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圧力振動の空間プロファイルに一致する（本明細書においてモード一致と記載される状態）と表現される。ディスクポンプがモード一致されると、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は、駆動端壁面にわたって建設的に増大し、それによって、キャビティ内の圧力振動の振幅が強まり、高ディスクポンプ効率が得られる。モード一致されたディスクポンプの効率は、駆動端壁と側壁との界面に左右される。界面が駆動端壁の運動を低下させる又は抑制せず、それによって、キャビティ内の流体圧力振動の振幅の低下を軽減するように界面を構築することによって、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又は円筒キャビティの縦軸に対して実質的に平行な方向に、駆動端壁の振動運動（「変位振動」）を生じさせる（以下、キャビティ内の駆動端壁の「軸方向振動」と呼ぶ）。駆動端壁の軸方向振動は、本明細書に援用される国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００１４８７号明細書に記載されるような第１種ベッセル関数の半径方向圧力分布に近似する半径方向圧力分布を生じさせる、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、このような振動は、以下、キャビティ内の流体圧力の「半径方向振動」と呼ばれる。アクチュエータと側壁との間の駆動端壁の一部は、キャビティ内の圧力振動の低下を軽減するために変位振動の抑制を減少させるディスクポンプの側壁との界面を提供する。アクチュエータと側壁との間の駆動端壁の一部は、以下「アイソレータ」と呼ばれ、本明細書に援用される米国特許出願第１２／４７７，５９４号明細書において、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、変位振動の抑制を減少させるために、駆動端壁の周辺部と動作可能に関連付けられる。
【０００７】
このようなディスクポンプは、ディスクポンプを通る流体の流れを制御するための１つ又は複数のバルブ、より詳細には、高周波数で動作可能なバルブも必要とする。従来のバルブは、一般的に、様々な用途に関して５００Ｈｚ未満の低周波で動作する。例えば、多くの従来のコンプレッサは、一般的に、５０又は６０Ｈｚで動作する。当該分野で公知の線形共振コンプレッサは、１５０〜３５０Ｈｚの間で動作する。しかしながら、医療機器を含む多くの携帯用電子機器は、陽圧を届ける又は大きさが比較的小さな真空を提供するためのディスクポンプを必要とし、このようなディスクポンプにとって、個別の動作を提供するために動作中に聞き取れないことが有利である。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しなければならず、約２０ｋＨｚ以上で動作可能なバルブを必要とする。これらの高周波数で動作するためには、バルブは、ディスクポンプを通る流体の正味の流量を生じさせるために整流され得る高周波振動圧力に応答しなければならない。このようなバルブは、本明細書に援用される国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００９／０５０６１４号明細書において、より詳細に記載されている。
【０００８】
バルブは、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又は第２の開口部に、又は両方の開口部に配置され得る。各バルブは、それを通して概ね垂直に延在する開口部を有する第１のプレートと、同様にそれを通して概ね垂直に延在する開口部を有する第２のプレートとを含み、第２のプレートの開口部は、第１のプレートの開口部から実質的にオフセットされる。バルブは、第１及び第２のプレート間に配置された側壁をさらに含み、側壁は、第１及び第２のプレートの開口部と流体連通した第１及び第２のプレート間のキャビティを形成するように、第１及び第２のプレートの周囲の周りで閉じられる。バルブは、第１及び第２のプレート間に配置され、その間で移動可能なフラップをさらに含み、フラップは、第１のプレートの開口部から実質的にオフセットされ、第２のプレートの開口部と実質的に位置合わせされた開口部を有する。フラップは、バルブにわたる流体の差圧の方向の変化に応じて、第１及び第２のプレート間で動かされる。
【発明の概要】
【０００９】
ディスクポンプシステムは、流体を収容するためのキャビティを定義する実質的に円筒形状のポンプ本体を含み、キャビティは、実質的に円形の端壁によって両端部において閉じられた側壁によって形成される。端壁の少なくとも一方は、駆動端壁であり、中心部と、駆動端壁の中心部から半径方向に外に向かって延在する周辺部とを有する。このシステムは、駆動端壁の振動運動を生じさせることによって、駆動端壁の変位振動をそれに対して実質的に垂直な方向に、使用時には駆動端壁の中心と側壁との間に環状ノードを有して生じさせるように、駆動端壁の中心部と動作可能に関連付けられたアクチュエータを含む。システムは、変位振動の抑制を減少させるための、駆動端壁の周辺部と側壁との間に挿入されたアイソレータも含み、アイソレータは、駆動端壁の振動運動に応答して伸び縮みする可撓性材料を含む。第１の開口部は、端壁の一方における環状ノード以外の任意の位置に配置され、ポンプ本体を通って延在し、第２の開口部は、ポンプ本体内の第１の開口部の位置以外の任意の位置に配置され、ポンプ本体を通って延在する。バルブは、第１の開口部及び第２の開口部の少なくとも一方に配置され、変位振動は、ポンプ本体のキャビティ内の流体の対応する圧力振動を生じさせ、使用時に第１及び第２の開口部を通る流体の流れを引き起こす。さらに、システムは、キャビティ内の流体の圧力振動によって引き起こされた圧力変化を決定するために駆動端壁の変位振動を測定する、アイソレータの可撓性材料と動作可能に関連付けられた歪みゲージを含む。
【００１０】
ある例示的な実施形態では、ディスクポンプの駆動端壁の変位を測定する方法は、歪みゲージの電気抵抗の変化を測定するステップを含み、歪みゲージは、ディスクポンプのアイソレータと動作可能に関連付けられる。駆動端壁は、アイソレータ上でディスクポンプ内に取り付けられたアクチュエータを含み、ディスクポンプは、流体を収容するためのキャビティを定義する実質的に円筒形状のポンプ本体を含み、キャビティは、実質的に円形の端壁によって両端部において閉じられた側壁によって形成され、端壁の少なくとも一方は、駆動端壁であり、中心部と、駆動端壁の中心部から半径方向に外に向かって延在する周辺部とを有する。ディスクポンプは、駆動端壁の振動運動を生じさせることによって、駆動端壁の変位振動をそれに対して実質的に垂直な方向に、使用時には駆動端壁の中心と側壁との間に環状ノードを有して生じさせるように、駆動端壁の中心部と動作可能に関連付けられたアクチュエータを含む。アイソレータは、変位振動の抑制を減少させるために、駆動端壁の周辺部と側壁との間に挿入され、駆動端壁の振動運動に応答して伸び縮みする可撓性材料を含む。ディスクポンプは、端壁の一方における環状ノード以外の任意の位置に配置され、ポンプ本体を通って延在する第１の開口部と、ポンプ本体内の第１の開口部の位置以外の任意の位置に配置され、ポンプ本体を通って延在する第２の開口部とを含む。ディスクポンプは、第１の開口部及び第２の開口部の少なくとも一方に配置されたバルブも含み、それによって、変位振動は、ポンプ本体のキャビティ内の流体の対応する圧力振動を生じさせ、使用時に第１及び第２の開口部を通る流体の流れを引き起こす。
【００１１】
例示的な実施形態の他の特徴及び利点は、以下の図面及び詳細な説明を参照すれば、明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】図１Ａは、変位位置にあるアクチュエータを有するディスクポンプの側断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａのディスクポンプシステムの一部分の上面詳細図であり、線１Ｂ−１Ｂに沿った歪みゲージを有するリング状アイソレータの一部を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、ある例示的な実施形態による、静止位置で示された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を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ある例示的な実施形態による、変位位置で示されたアクチュエータを有する図２Ａの第１のディスクポンプの断面図を示す。
【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す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示された曲げモードに応答した、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す。
【図４Ａ】図４Ａは、静止位置にあるアクチュエータを含むディスクポンプシステムの一部の詳細図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、変位位置にあるアクチュエータを含むディスクポンプシステムの一部の詳細図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、アクチュエータが静止位置にあり、歪みゲージを含むアイソレータに取り付けられている、図４Ａに示されたディスクポンプの一部の側断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、アクチュエータが変位位置にあり、歪みゲージを含むアイソレータに取り付けられている、図４Ｂに示されたディスクポンプの一部の側断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、２つのバルブが図７Ａ〜７Ｄに示された単一バルブによって表される、図２Ａの第１のディスクポンプの断面図を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図７Ａ〜７Ｄのバルブの中心部の断面の分解図を示す。
【図６】図６は、破線によって示されるように、図５Ａのバルブにわたって印加された圧力差を示すための図５Ａ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す。
【図７Ａ】図７Ａは、閉位置にあるバルブの一例示的な実施形態の断面図を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ｄの線７Ｂ−７Ｂに沿った図７Ａのバルブの詳細断面図を示す。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ｂのバルブの斜視図を示す。
【図７Ｄ】図７Ｄは、一部が断面で示された、図７Ｂのバルブの上面図を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、流体がバルブを通って流れる時の開位置における図７Ｂのバルブの中心部の断面図を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、閉じる前の開位置及び閉位置間の遷移中の図７Ｂのバルブの中心部の断面図を示す。
【図８Ｃ】図８Ｃは、流体の流れがバルブによってブロックされた時の閉位置における図７Ｂのバルブの中心部の断面図を示す。
【図９Ａ】図９Ａは、ある例示的な実施形態による図５Ｂのバルブにわたって印加された振動差圧の圧力グラフを示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、開位置及び閉位置間の図５Ｂのバルブの動作周期の流体流量グラフを示す。
【図１０Ａ】図１０Ａは、バルブの中心部の詳細図及びキャビティ内で印加された振動圧力波の正の部分のグラフを含む、図５Ａの第４のディスクポンプの断面図を示す。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、バルブの中心部の詳細図及びキャビティ内で印加された振動圧力波の負の部分のグラフを含む、図５Ａの第４のディスクポンプの断面図を示す。
【図１１】図１１は、図５Ａのディスクポンプのバルブの開及び閉状態を示し、図１１Ａ及び１１Ｂは、ディスクポンプがフリーフローモードにある時の結果的に生じる流量及び圧力特性をそれぞれ示す。
【図１２】図１２は、ディスクポンプが失速状態に達した時の図５Ａのディスクポンプによって提供される最大差圧のグラフを示す。
【図１３】図１３は、ディスクポンプシステムによって生成された減圧を測定及び制御するための歪みゲージを含むディスクポンプシステムの回路例のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
幾つかの例示的な実施形態の以下の詳細な説明において、その一部を成す添付の図面を参照する。例として、添付の図面は、本発明が実施され得る具体的な好適な実施形態を示す。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できる程に十分詳細に記載され、他の実施形態が利用され得ること、並びに論理構造的、機械的、電気的、及び化学的変更を本発明の精神又は範囲から逸脱することなく行い得ることが理解される。本明細書に記載の実施形態を当業者が実施できるようにするために必要ではない詳細を避けるために、記載は、当業者に公知の特定の情報を省略する場合がある。従って、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるものではなく、例示的な実施形態の範囲は、添付のクレームによってのみ定義される。
【００１４】
図１Ａは、ディスクポンプ１０と、ディスクポンプ１０が上に取り付けられる基板２８と、ディスクポンプ１０に流体連結された負荷３８とを含むディスクポンプシステム１００の側断面図である。ディスクポンプ１０は、以下により詳細に記載されるように、負荷３８に陽又は陰圧を提供するように動作可能である。ディスクポンプ１０は、アイソレータ３０によってディスクポンプ１０の円筒壁１１に連結されたアクチュエータ４０を含む。アイソレータ３０は、可撓性材料を含む。ある実施形態では、可撓性材料は、可撓性プリント回路材料である。
【００１５】
図１Ｂは、アクチュエータ４０及びアイソレータ３０の一部を示す詳細を含むディスクポンプシステム１００の一部分の上面図である。ある実施形態では、アイソレータ３０は、歪みゲージ５０を含む可撓性プリント回路材料から形成される。一般に、可撓性プリント回路材料は、アイソレータ３０に下地層を提供する可撓性ポリマーフィルムを含む。ポリマーは、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、又は同様の機械的及び電気的特性を有する材料でもよい。可撓性回路材料は、接着剤から形成される１つ又は複数のラミネート層を含み得る。さらに、可撓性プリント回路材料に１つ又は複数の導電層を提供するために、銅箔等の金属箔を使用してもよい。一般に、導電層は、回路素子を形成するために使用される。例えば、回路の経路は、導電層にエッチングされ得る。導電層は、圧延（接着剤有り又は無し）又は電着によって下地層に付与されてもよい。ある実施形態では、アイソレータ３０は、アクチュエータの変位（δｙ）を測定するために動作可能な歪みゲージ５０を含む。
【００１６】
図２Ａは、ある例示的な実施形態による、ディスクポンプ１０の断面図である。図２Ａでは、ディスクポンプ１０は、各端部においてエンドプレート１２、１３によって閉じられた円筒壁１１を含む実質的に楕円形状のディスクポンプ本体を含む。円筒壁１１は、エンドプレート１３を形成する基板２８に取り付けられてもよい。基板２８は、プリント回路基板又は別の適切な材料でもよい。ディスクポンプ１０は、ディスクポンプ本体の円筒壁１１に取り付けられたリング状アイソレータ３０によってディスクポンプ１０内で支持される１対のディスク状内部プレート１４、１５をさらに含む。円筒壁１１、エンドプレート１２、内部プレート１４、及びリング状アイソレータ３０の内側面は、ディスクポンプ１０内でキャビティ１６を形成する。キャビティ１６の内側面は、両端部において端壁２０、２２によって閉じられた円筒壁１１の内面の第１の部分である側壁１８を含み、端壁２０は、エンドプレート１２の内側面であり、端壁２２は、内部プレート１４の内側面及びアイソレータ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と、リング状アイソレータ３０の内面に対応する周辺部とを含む。ディスクポンプ１０及びその構成要素は、実質的に楕円の形状であるが、本明細書に開示の特定の実施形態は、円形の楕円形状である。
【００１７】
円筒壁１１及びエンドプレート１２、１３は、ディスクポンプ本体を含む単一の構成要素でもよいし、図２Ａに示されるように、エンドプレート１３が、上にディスクポンプ１０が取り付けられるプリント回路基板、アセンブリボード、又はプリント配線アセンブリ（ＰＷＡ）でもよい別個の基板によって形成される別個の構成要素でもよい。キャビティ１６は、実質的に円形状であるが、キャビティ１６は、より広く、楕円形状でもよい。図２Ａに示される実施形態では、キャビティ１６を定義する端壁２０は、概ね円錐台形状として示される。別の実施形態では、キャビティ１６の内面を定義する端壁２０は、以下に説明されるアクチュエータ４０に平行な概ね平らな面を含み得る。円錐台形状面を含むディスクポンプは、本明細書に援用される国際公開第２００６／１１１７７５号パンフレットにおいて、より詳細に記載される。ディスクポンプ本体のエンドプレート１２、１３及び円筒壁１１は、限定されないが、金属、セラミック、ガラス、又は限定されないが射出成形プラスチックを含むプラスチックを含む任意の適切な硬質材料から形成することができる。
【００１８】
ディスクポンプ１０の内部プレート１４、１５は、キャビティ１６の内側面を形成する端壁２２の中心部と動作可能に関連付けられるアクチュエータ４０を共に形成する。内部プレート１４、１５の一方は、例えば電歪又は磁歪材料等の、印加電気信号に応答して歪みを示す電気活性材料を含み得る圧電材料から形成される必要がある。ある好適な実施形態では、例えば、内部プレート１５は、印加電気信号に応答して歪みを示す圧電材料から形成される（すなわち、活性内部プレート）。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、金属又はセラミック等の圧電材料又は電気不活性材料から形成されてもよい。この好適な実施形態では、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、金属又はセラミック等の電気不活性材料から形成される（すなわち、不活性内部プレート）。活性内部プレート１５が電流によって励起されると、活性内部プレート１５は、キャビティ１６の縦軸に対して半径方向に膨張及び収縮する。内部プレート１５の膨張及び収縮は、内部プレート１４、１５の曲げを生じさせ、それによって、端壁２２に対して実質的に垂直な方向に端壁２２の軸方向の撓みが引き起こされる（図３Ａを参照）。
【００１９】
図示され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の固有の設計及び配向に応じて上面又は底面から、活性内部プレート１５であろうと、不活性内部プレート１４であろうと、内部プレート１４、１５の一方を支持し得る。別の実施形態では、アクチュエータ４０は、例えば、機械、磁気、又は静電装置等の、内部プレート１４、１５の一方のみと力伝達関係にある装置によって置き換えられてもよい。このような実施形態では、内部プレート１５は、上記と同様にこのような装置（不図示）によって振動駆動される材料の電気不活性又は不動態層として形成されてもよい。
【００２０】
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の外へと延在する少なくとも１つの開口部をさらに含み、この少なくとも１つの開口部は、開口部を通る流体の流れを制御するためのバルブを収容する。開口部は、以下により詳細に説明されるように、アクチュエータ４０が圧力差を生じさせるキャビティ１６内の何れの位置に配置されてもよいが、図２Ａ〜２Ｂに示されるディスクポンプ１０の一実施形態は、エンドプレート１２のほぼ中心に位置し、エンドプレート１２を通って延在する出口開口部２７を含む。開口部２７は、少なくとも１つのエンドバルブ２９を収容する。ある好適な実施形態では、開口部２７は、エンドバルブ２９がディスクポンプ１０の出口バルブとして機能できるように、矢印で示されるように流体の流れを一方向に規制するエンドバルブ２９を収容する。エンドバルブ２９を含む開口部２７への言及は、エンドバルブ２９の外側、すなわち、ディスクポンプ１０のキャビティ１６の外側の開口部部分を指す。
【００２１】
ディスクポンプ１０は、アクチュエータ４０を通って延在する少なくとも１つの開口部をさらに含み、この少なくとも１つの開口部は、開口部を通る流体の流れを制御するためのバルブを収容する。開口部は、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上の何れの位置に配置されてもよい。しかながら、図２Ａ〜２Ｂに示されるディスクポンプ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、内部プレート１４、１５を通って延在するアクチュエータ開口部３１を含む。アクチュエータ開口部３１は、アクチュエータバルブ３２がキャビティ１６への入口バルブとして機能できるように、矢印で示されるように流体の流れを一方向にキャビティ１６内へと規制するアクチュエータバルブ３２を収容する。アクチュエータバルブ３２は、以下により詳細に説明されるように、キャビティ１６内への流体の流れを増加させ、出口バルブ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。
【００２２】
本明細書に記載のキャビティ１６の寸法は、好ましくは、側壁１８におけるキャビティ１６の高さ（ｈ）と、キャビティ１６の縦軸から側壁１８までの距離であるその半径（ｒ）との関係に関して、特定の不等式を満たすものとする。これらの式は、以下の通りである。
ｒ／ｈ＞１．２；及び
ｈ２／ｒ＞４×１０−１０メートル
【００２３】
ある実施形態では、キャビティの高さに対するキャビティの半径の比（ｒ／ｈ）は、キャビティ１６内の流体が気体である場合に、約１０〜約５０の間である。この例では、キャビティ１６の容積は、約１０ｍｌ未満でもよい。さらに、ｈ２／ｒの比は、作動流体が液体とは対照的に気体である場合に、好ましくは、約１０−６メートル〜約１０−７メートルの範囲内である。
【００２４】
さらに、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）及び端壁２２の軸方向変位を生じさせるためにアクチュエータ４０が振動する周波数である動作周波数（ｆ）に関する以下の不等式を満たすものとする。不等式は以下の通りである。
2015510072.tif 000003
式中、キャビティ１６内の作動流体における音速（ｃ）は、上記の式に表されるように、約１１５ｍ／ｓの低速（ｃｓ）から約１，９７０ｍ／ｓに等しい高速（ｃｆ）に及び得る、及び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内の半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％以内でもよい。キャビティ１６内の半径方向圧力振動の最低共振周波数は、好ましくは、約５００Ｈｚを超える。
【００２５】
本明細書に開示されたキャビティ１６は、上記に特定された不等式を個々に満たすものとすることが好ましいが、キャビティ１６の相対寸法は、同じ高さ及び半径を有するキャビティに限定されるものではない。例えば、キャビティ１６は、キャビティ１６がディスクポンプ１０から最適出力を生成するのに望ましい方法で共振できるように、異なる周波数応答を生じさせる異なる半径又は高さを必要とする僅かに異なる形状を有してもよい。
【００２６】
動作中には、ディスクポンプ１０は、矢印で示されるように、負荷３８を加圧するための出口バルブ２９に隣接した陽圧源として、又は負荷３８を減圧するためのアクチュエータ入口バルブ３２に隣接した陰又は減圧源として機能し得る。例えば負荷は、処理のために陰圧を利用する組織処理システムでもよい。本明細において使用される「減圧」という用語は、一般に、ディスクポンプ１０が配置される環境気圧未満の圧力を指す。「真空」及び「陰圧」という用語は、減圧を言い表すために使用され得るが、実際の圧力低下は、完全な真空に通常関連する圧力低下と比べて大幅に少ない場合がある。圧力は、それがゲージ圧である点において「陰」である（すなわち、この圧力は、環境大気圧より下に低下される）。別段の指示がない限り、本明細書に記載される圧力の値は、ゲージ圧である。減圧の増加への言及は、通常、絶対圧力の低下を指し、一方減圧の低下は、通常、絶対圧力の上昇を指す。
【００２７】
上述の通り、ディスクポンプ１０は、少なくとも１つのアクチュエータバルブ３２及び少なくとも１つのエンドバルブ２９を含む。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の両側にエンドバルブ２９を有するツーキャビティディスクポンプを含み得る。
【００２８】
図３Ａは、キャビティ１６の駆動端壁２２の軸方向振動を示す、ある可能な変位プロファイルを示す。実線の曲線及び矢印は、ある時点での駆動端壁２２の変位を示し、破線曲線は、半周期後の駆動端壁２２の変位を表す。この図面及び他の図面に示されるような変位は、誇張されている。アクチュエータ４０は、その周囲において柔軟性なく取り付けられておらず、その代わりに、リング状アイソレータ３０によって懸架されているので、アクチュエータ４０は、その基本モードにおいて、その質量中心に対して自由に振動できる。この基本モードにおいては、アクチュエータ４０の変位振動の振幅は、駆動端壁２２の中心と側壁１８との間に位置する環状変位ノード４２において実質的にゼロである。端壁２２上の他の点における変位振動の振幅は、垂直の矢印によって示されるようにゼロよりも大きい。中心変位波腹４３は、アクチュエータ４０の中心付近に存在し、周辺変位波腹４３’は、アクチュエータ４０の周囲付近に存在する。中心変位波腹４３は、半周期後の破線曲線によって示される。
【００２９】
図３Ｂは、図３Ａに示された軸方向変位振動の結果生じたキャビティ１６内の圧力振動を示す、ある可能な圧力振動プロファイルを示す。実線の曲線及び矢印は、ある時点の圧力を示す。このモード及び高次モードにおいて、圧力振動の振幅は、キャビティ１６の側壁１８付近で周辺圧力波腹４５’を有する。圧力振動の振幅は、中心圧力波腹４５と周辺圧力波腹４５’との間の環状圧力ノード４４において実質的にゼロである。同時に、キャビティ１６の中心付近で負の中心圧力波腹４７を有し、周辺圧力波腹４７’及び同じ環状圧力ノード４４を有する破線で示される圧力振動の振幅。円筒キャビティの場合、キャビティ１６内の圧力振動の振幅の半径方向依存性は、第１種ベッセル関数によって近似され得る。上記の圧力振動は、キャビティ１６内の流体の半径方向移動によって生じ、従って、アクチュエータ４０の軸方向変位振動と区別して、キャビティ１６内の流体の「半径方向圧力振動」と呼ばれる。
【００３０】
図３Ａ及び３Ｂをさらに参照して、アクチュエータ４０の軸方向変位振動の振幅（アクチュエータ４０の「モード形」）の半径方向依存性は、キャビティ１６内の所望の圧力振動の振幅（圧力振動の「モード形」）の半径方向依存性とより厳密に一致するように、第１種ベッセル関数と近似するべきであることが分かる。アクチュエータ４０をその周囲において柔軟性なしに取り付けず、アクチュエータ４０が、その質量中心に対してより自由に振動できるようにすることによって、変位振動のモード形は、キャビティ１６内の圧力振動のモード形と実質的に一致し、従って、モード形一致、又はよりシンプルにモード一致を達成する。モード一致は、この点において必ずしも完全ではない場合があるが、アクチュエータ４０の軸方向変位振動及びそれに対応するキャビティ１６内の圧力振動は、アクチュエータ４０の全面にわたって実質的に同じ相対位相を有し、キャビティ１６内の圧力振動の環状圧力ノード４４の半径方向位置及びアクチュエータ４０の軸方向変位振動の環状変位ノード４２の半径方向位置は、実質的に合致する。
【００３１】
アクチュエータ４０は、その質量中心に対して振動するので、環状変位ノード４２の半径方向位置は、図３Ａに示されるようにアクチュエータ４０が基本曲げモードで振動する際には、アクチュエータ４０の半径内に必ず位置する。従って、環状変位ノード４２が環状圧力ノード４４と合致することを確実にするためには、アクチュエータの半径（ｒａｃｔ）は、モード一致を最適にするために、好ましくは、環状圧力ノード４４の半径よりも大きいものとする。キャビティ１６内の圧力振動が第１種ベッセル関数に近似することを再度仮定して、環状圧力ノード４４の半径は、端壁２２の中心から側壁１８までの半径、すなわち図２Ａに示されるようなキャビティ１６の半径（「ｒ」）の約０．６３となり得る。従って、アクチュエータ４０の半径（ｒａｃｔ）は、好ましくは、以下の不等式：ｒａｃｔ≧０．６３ｒを満たすものとする。
【００３２】
リング状アイソレータ３０は、図３Ａの周辺変位波腹４３’における変位によって示されるように、アクチュエータ４０の振動に応答して曲がる及び伸びることによって、上記のようにアクチュエータ４０の縁がより自由に移動することを可能にする可撓性膜でもよい。アイソレータ３０は、アクチュエータ４０及びディスクポンプ１０の円筒壁１１間で低機械インピーダンス支持体を提供することによって、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を減少させることにより、アクチュエータ４０に対する側壁１８の潜在的減衰効果を克服する。基本的に、アイソレータ３０は、アイソレータ３０の外周縁が実質的に固定されたままで、アクチュエータ４０から側壁１８へ伝達されるエネルギーを最小限に抑える。その結果、環状変位ノード４２は、ディスクポンプ１０のモード一致状態を維持するために、環状圧力ノード４４と実質的に位置合わせされたままとなる。従って、駆動端壁２２の軸方向変位振動は、図３Ｂに示されるように、中心圧力波腹４５、４７から側壁１８における周辺圧力波腹４５’、４７’まで、キャビティ１６内の圧力振動を効率的に生成し続ける。
【００３３】
図４Ａは、ディスクポンプ１０のアイソレータ３０上に取り付けられた歪みゲージ５０を含むディスクポンプ１０の一部の詳細図である。図４Ａの実施形態では、アイソレータ３０は、可撓性プリント回路材料を含む。歪みゲージ５０は、アイソレータ３０に取り付けられ、アクチュエータ４０の縁の変位を計算するために用いられ得る。機能的に、歪みゲージ５０は、アクチュエータ４０の縁の変位を間接的に測定し、それによって、基板２８上にセンサを含む必要性を軽減する。この実施形態において、歪みゲージ５０は、アイソレータ３０の歪み、すなわち変形を測定し、測定されたアイソレータ３０の変形を用いて、アクチュエータ４０の縁の変位を導き出す。そのため、歪みゲージ５０は、アイソレータ３０を形成する可撓性プリント回路材料に組み込まれた金属パターンを含み得る。ある実施形態では、アイソレータ３０が変形するにつれて歪みゲージ５０が変形するように、歪みゲージ５０は、アイソレータ３０と一体化している。別の実施形態では、歪みゲージ５０は、アイソレータ３０の表面に取り付けられる。歪みゲージ５０の変形は、歪みゲージ５０の電気抵抗の変化を生じさせ、これは、例えばホイートストンブリッジを用いて測定することができる。電気抵抗の変化は、ゲージ率によって、アイソレータ３０の変形、従って、アクチュエータ４０の変位に関連する。以下により詳細に説明されるように、アクチュエータ４０の縁の変位及びそれに関連するディスクポンプ１０にわたる圧力差は、歪みゲージ５０の電気抵抗の変化を分析することによって決定することができる。
【００３４】
ある実施形態では、歪みゲージ５０は、アイソレータ３０と一体化され、製造工程中にアイソレータ３０内に形成される。このような実施形態では、歪みゲージ５０は、可撓性プリント回路基板材料のエッチングされた銅層に含まれる回路素子によって形成されてもよい。しかしながら、別の実施形態では、歪みゲージ５０は、別個に製造され、ディスクポンプ１０の組み立ての際に、アイソレータ３０に取り付けられてもよい。
【００３５】
図４Ｂは、変形状態における歪みゲージ５０を示すディスクポンプ１０の一部分の詳細図である。図４Ａとは対照的に、図４Ｂの歪みゲージ５０は、非変形状態における歪みゲージ５０の初期長さ（ｌ１）よりも長い長さ（ｌ２）を有する。図４Ｃは、図４Ａに示されたディスクポンプ１０の一部の断面の側面詳細図であり、図４Ｄは、図４Ｂに示されたディスクポンプ１０の一部の断面の側面詳細図である。図４Ｄに示されたアイソレータ３０の一部の初期長さ（ｌ１）は既知であり、アイソレータの一部の変形長さ（ｌ２）は、歪みゲージ５０の電気抵抗の変化を分析することによって計算することができる。非変形及び変形アイソレータ寸法が分かると（ｌ１及びｌ２）、アクチュエータ４０の縁の変位（δｙ）は、３つの寸法（ｌ１、ｌ２及びδｙ）を直角三角形の３辺と見なすことによって計算することができる。
【００３６】
アクチュエータ４０の縁の変位（δｙ）は、圧電駆動信号に応答したアクチュエータ４０の曲げ及びアクチュエータ４０の両側における圧力差から生じるアクチュエータ４０の容積変位の両方の関数である。アクチュエータ４０の曲げによって生じるアクチュエータ４０の縁の変位は、ディスクポンプ１０の共振周波数に対応する高周波数で変化する。逆に、アクチュエータ４０の対向面上の圧力差から生じるアクチュエータ４０の縁の変位（アクチュエータ４０の圧力関連変位）は、ディスクポンプ１０が負荷３８に圧力を提供する（又はそれから圧力を除去する）際に、はるかにより少しずつ変化する準静的変位として見られ得る。従って、アクチュエータ４０の縁の圧力関連変位（δｙ）は、アクチュエータ４０にわたる圧力差及びそれに対応するディスクポンプ１０にわたる圧力差と直接相関を持つ。
【００３７】
圧力差がアクチュエータにわたって高じると、アクチュエータ４０に対して正味の力が働き、図２Ｂ及び４Ｄに示されるように、アクチュエータ４０の縁を変位させる。正味の力は、圧力がアクチュエータ４０の一方の面上で他方の面上よりも高いことの結果である。アクチュエータ４０がばね定数（ｋ）を有する弾性材料から作られたアイソレータ３０に取り付けられるので、アクチュエータ４０は、圧力関連の力に応答して移動する。アクチュエータ４０を変位させるために必要な圧力関連の力（Ｆ）は、アイソレータ３０の材料のばね定数（ｋ）及びアクチュエータ４０が変位した距離（δｙ）の関数である（例えば、Ｆ＝ｆ（ｋ、δｙ））。圧力関連の力（Ｆ）は、ディスクポンプ１０にわたる圧力差（ΔＰ）及びアクチュエータ４０の表面積（Ａ）の関数としても近似することができる（Ｆ＝ｆ（ΔＰ、Ａ）。アイソレータ３０のばね定数（ｋ）及びアクチュエータ４０の表面積（Ａ）は定数であるので、圧力差は、アクチュエータ４０の縁の圧力関連変位の関数として決定することができる（ΔＰ＝ｆ（δｙ、ｋ、Ａ））。例えば、ある例示的で非限定的な実施形態では、圧力関連の力（Ｆ）は、アクチュエータの縁の変位の３乗（δｙ３）に比例するものとして決定され得る。さらに、アイソレータのばね特性を線形であるとして説明しているが、アクチュエータ４０の縁の圧力関連変位とディスクポンプシステム１００にわたる圧力差を同等に見なすために、アイソレータの非線形ばね特性も決定されてもよいことに留意されたい。
【００３８】
変位（δｙ）は、基板２８に対するアクチュエータ４０の縁の位置を決定するために、リアルタイムで、又は歪みゲージデータの特定のサンプリング周波数を利用して、測定又は計算されてもよい。ある実施形態では、アクチュエータ４０の縁の位置は、アクチュエータ４０の曲げから生じた変位（δｙ）ではなく、圧力差から生じた変位（δｙ）を表すために、特定期間の平均位置として計算される。その結果、負荷に提供された圧力を直接測定する圧力センサの必要性なしに、アクチュエータ４０の縁の変位（δｙ）を感知することによって、ディスクポンプ１０のキャビティ１６内の減圧を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、ディスクポンプ１０によって提供された圧力を測定するための減圧システムでの実際の適用にとって、嵩張り過ぎる、又は高価過ぎる場合があるので、望ましい場合がある。これらの例示的な実施形態は、ディスクポンプ１０のキャビティ１６内で生じている圧力振動を妨げることなく、ディスクポンプ１０内の空間利用を最適化する。
【００３９】
図５Ａを参照して、図１Ａのディスクポンプ１０が、バルブ２９、３２を備えて示されており、これらのバルブは共に、例えば図７Ａ〜７Ｄに示され、かつ図５Ｂに示される中心部１１１を有するバルブ１１０によって代表されるように、構造的に実質的に同様である。図５〜９に関連する以下の説明は全て、ディスクポンプ１０の開口部２７、３１の何れか１つに配置され得る単一バルブ１１０の機能に基づく。図６は、図３Ｂに示されるようなディスクポンプ１０内の流体の圧力振動のグラフを示す。バルブ１１０は、上記のように、一方向にのみ流体が流れることを許可する。バルブ１１０は、一方向にのみ流体が流れることを許可するチェックバルブ又はその他のバルブでもよい。一部のバルブタイプは、開及び閉位置間を切り替えることによって流体の流れを規制し得る。このようなバルブがアクチュエータ４０によって生成された高周波数で動作するためには、バルブ２９、３２は、それらが、圧力振動のタイムスケールと比較して大幅に短いタイムスケールで開閉できるように、非常に速い応答時間を持たなければならない。バルブ２９、３２のある実施形態は、これを、低慣性で、その結果、バルブ構造にわたる相対圧力の変化に応答して迅速に移動できる、非常に軽いフラップバルブを用いることによって達成する。
【００４０】
図７Ａ〜Ｄ及び図５Ｂを参照して、バルブ１１０は、ある例示的な実施形態によるディスクポンプ１０用の上記のフラップバルブである。バルブ１１０は、リング状で、一方の端部において保持プレート１１４によって閉じられ、他方の端部において密封プレート１１６によって閉じられた実質的に円筒形の壁１１２を含む。壁１１２の内面、保持プレート１１４、及び密封プレート１１６は、バルブ１１０内のキャビティ１１５を形成する。バルブ１１０は、保持プレート１１４と密封プレート１１６との間であるが、密封プレート１１６に隣接して配置された実質的に円形のフラップ１１７をさらに含む。円形フラップ１１７は、以下により詳細に説明されるように、ある代替実施形態において、保持プレート１１４に隣接して配置されてもよく、この意味で、フラップ１１７は、密封プレート１１６又は保持プレート１１４のどちらか一方に「付勢」されていると見なされる。フラップ１１７の周辺部は、フラップ１１７の運動がフラップ１１７の表面に対して実質的に垂直な面において抑制されるように、密封プレート１１６と、リング状壁１１２との間に挟持される。そのような面におけるフラップ１１７の運動は、ある代替実施形態において、密封プレート１１６又は壁１１２の一方に直接取り付けられたフラップ１１７の周辺部によって、又はリング状壁１１２内に締まり嵌めされたフラップ１１７によって抑制されてもよい。フラップ１１７の残りの部分は、十分に可撓性があり、フラップ１１７の一方の表面に加えられた力がフラップ１１７を密封プレート１１６及び保持プレート１１４間で動かすように、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る。
【００４１】
保持プレート１１４及び密封プレート１１６は共に、各プレートを通って延在する孔１１８及び１２０をそれぞれ有する。フラップ１１７は、図５Ｂ及び８Ａにおいて破線矢印１２４で示されるように流体が流れ得る通路を設けるために、保持プレート１１４の孔１１８と概ね位置合わせされた孔１２２も有する。フラップ１１７の孔１２２は、保持プレート１１４の孔１１８と部分的に位置合わせされてもよい（すなわち、部分的な重なりのみを有する）。孔１１８、１２０、１２２は、実質的に均一な大きさ及び形状を有して示されているが、これらは、本発明の範囲を限定することなく、異なる直径、あるいは異なる形状を有していてもよい。本発明のある実施形態において、孔１１８及び１２０は、図７Ｄにおいて実線及び破線の円でそれぞれ示されるように、プレートの表面にわたる交互パターンを形成する。他の実施形態では、孔１１８、１２０、１２２は、破線矢印１２４の個々の組によって示されるような孔１１８、１２０、１２２の個々のペアリングの機能に関してバルブ１１０の動作に影響を与えることなく、異なるパターンで配置されてもよい。孔１１８、１２０、１２２のパターンは、必要に応じてバルブ１１０を通る流体の総流量を制御するために、孔の数を増加又は減少させるように設計されてもよい。例えば、孔１１８、１２０、１２２の数は、バルブ１１０の流れ抵抗を減少させることによってバルブ１１０の総流量を増加させるために、増加させてもよい。
【００４２】
図８Ａ〜８Ｃも参照して、バルブ１１０の中心部１１１は、力がフラップ１１７の一方の表面に加えられた際に、どのようにフラップ１１７が密封プレート１１６及び保持プレート１１４間で動かされるかを示す。フラップ１１７の付勢を克服するための力がフラップ１１７の一方の表面に加えられていない時は、バルブ１１０は、フラップ１１７が密封プレート１１６に隣接して配置され、フラップの孔１２２が密封プレート１１６の孔１１８からオフセットされる、又はそれと位置合わせされないので、「通常閉」位置にある。この「通常閉」位置では、密封プレート１１６を通る流体の流れは、図７Ａ及び７Ｂに示されるように、フラップ１１７の非有孔部分によって実質的にブロックされる又は覆われる。図５Ｂ及び８Ａに示されるように、フラップ１１７の付勢を克服し、フラップ１１７を密封プレート１１６から離れるように保持プレート１１４に向けて動かす圧力が、フラップ１１７の一方の面に印加されると、バルブ１１０は、ある期間（すなわち、開遅延時間（Ｔｏ））、通常閉位置から「開」位置へと移動し、流体が破線矢印１２４によって示された方向に流れることを許可する。圧力が図８Ｂに示されるように方向を変えると、フラップ１１７は、密封プレート１１６に向けて通常閉位置へと元に戻される。これが生じると、図８Ｃに示されるように、フラップ１１７が密封プレート１１６の孔１２０を密封することによって、密封プレート１１６を通る流体の流れが実質的にブロックされるまで、流体は、破線矢印１３２によって示されるように反対方向に短期間（すなわち閉時間遅延（Ｔｃ））流れる。本発明の他の実施形態では、フラップ１１７は、孔１１８、１２２が「通常開」位置において位置合わせされた状態で、保持プレート１１４に対して付勢され得る。この実施形態では、フラップ１１７に陽圧を印加することは、フラップ１１７を「閉」位置へと動かすために必要となる。なお、バルブ動作に関連して本明細書に使用される「密封される」及び「ブロックされる」という用語は、バルブの流れ抵抗が「開」位置よりも「閉」位置において大きいような実質的な（しかし不完全な）密封又は閉塞が生じるケースを含むものとすることに留意されたい。
【００４３】
バルブ１１０の動作は、バルブ１１０にわたる流体の差圧（ΔＰ）の方向の変化に依存する。図８Ｂにおいて、差圧は、下向きの矢印によって示されるように負の値（−ΔＰ）が割り当てられている。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）は、フラップ１１７が密封プレート１１６に押し付けられることによって密封プレート１１６の孔１２０をブロックし、それによってバルブ１１０を通る流体の流れを実質的に阻む上記のような完全閉位置へとフラップ１１７を駆動する。バルブ１１０にわたる差圧が、図８Ａの上向きの矢印によって示されるような正の差圧（＋ΔＰ）となるように逆転すると、フラップ１１７は、密封プレート１１６から離れて、保持プレート１１４に向けて開位置へと動かされる。差圧が正の値（＋ΔＰ）を有する場合、密封プレート１１６の外面における流体圧力は、保持プレート１１４の外面における流体圧力よりも大きい。開位置においては、破線矢印１２４によって示されるように、密封プレート１１６の孔１２０と、フラップ１１７及び保持プレート１１４それぞれの位置合わせされた孔１２２及び１１８とを通って流体が流れることが可能なように、フラップ１１７の移動により、密封プレート１１６の孔１２０のブロックが解除される。
【００４４】
バルブ１１０にわたる差圧が、正の差圧（＋ΔＰ）から図８Ｂの下向きの矢印によって示されるような負の差圧（−ΔＰ）へと元に戻ると、流体は、反対方向に流れ始める、バルブ１１０を通る反対方向の流体の流れは、破線矢印１３２によって示され、この流れは、フラップ１１７を図８Ｃに示される閉位置へと強制的に戻す。図８Ｂにおいて、フラップ１１７及び密封プレート１１６間の流体圧力は、フラップ１１７及び保持プレート１１４間の流体圧力よりも低い。従って、フラップ１１７は、矢印１３８によって示され、フラップ１１７を密封プレート１１６に向けて加速させることによってバルブ１１０を閉じる正味の力を受ける。このように、変化する差圧は、バルブ１１０にわたる差圧の方向（すなわち正又は負）に基づいて、閉位置及び開位置間でバルブ１１０を周期運動させる。フラップ１１７は、差圧がバルブ１１０にわたって印加されていない時に開位置において保持プレート１１４に付勢され得る（すなわちバルブ１１０は、「通常開」位置にある）ことを理解されたい。
【００４５】
バルブ１１０にわたる差圧が図５Ｂ及び８Ａに示されるように正の差圧（＋ΔＰ）となるように逆転すると、付勢されたフラップ１１７は、密封プレート１１６から離れて保持プレート１１４に寄せて開位置へと動かされる。この位置では、破線矢印１２４によって示されるように、密封プレート１１６の孔１２０と、位置合わせされた保持プレート１１４の孔１１８及びフラップ１１７の孔１２２とを通って流体が流れることが可能なように、フラップ１１７の移動により、密封プレート１１６の孔１２０のブロックが解除される。差圧が、正の差圧（＋ΔＰ）から負の差圧（−ΔＰ）へと元に戻ると、流体は、バルブ１１０を通って反対方向に流れ始め（図８Ｂを参照）、これは、フラップ１１７を閉位置へと強制的に戻す（図８Ｃを参照）。このようにして、キャビティ１６内の圧力振動が通常閉位置及び開位置間でバルブ１１０を周期運動させる際に、ディスクポンプ１０は、バルブ１１０が開位置にある半周期ごとに減圧を提供する。
【００４６】
上述の通り、バルブ１１０の動作は、バルブ１１０にわたる流体の差圧（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における圧力振動の波長に対して小さく、（２）図６に示される正の中心圧力波腹４５の正の方形部分５５及び負の中心圧力波腹４７の負の方形部分６５によって示されるように、正の中心圧力波腹４５の振幅が比較的一定であるキャビティ１６の中心付近にバルブ１１０が配置されるので、保持プレート１１４の全面にわたって実質的に均一であると仮定される。従って、バルブ１１０の中心部１１１にわたって、圧力の空間振動は事実上存在しない。
【００４７】
図９Ａは、バルブ１１０が正の値（＋ΔＰ）及び負の値（−ΔＰ）間で時間変化する差圧を受ける時のバルブ１１０の動的動作をさらに示す。実際には、バルブ１１０にわたる差圧の時間依存性は、ほぼ正弦曲線となり得るが、バルブ動作の説明を容易にするために、バルブ１１０にわたる差圧の時間依存性は、図９Ａに示される方形波形の変化として近似される。正の差圧５５は、正の圧力期間（ｔｐ＋）にわたってバルブ１１０に印加され、負の差圧６５は、方形波の負の圧力期間（ｔｐ−）にわたってバルブ１１０に印加される。図９Ｂは、この時変圧力に応答したフラップ１１７の運動を示す。差圧（ΔＰ）が負６５から正５５へと切り替わる際に、上記にも記載したように、かつ図９Ｂのグラフによって示されるように、バルブ１１０は、開き始め、バルブフラップ１１７が保持プレート１１４と接触するまで開時間遅延（Ｔｏ）にわたって開き続ける。その後、差圧（ΔＰ）が正の差圧５５から負の差圧６５へと元の状態に切り替わる際に、上記にも記載したように、かつ図９Ｂに示されるように、バルブ１１０は、閉じ始め、閉時間遅延（Ｔｃ）にわたって閉じ続ける。
【００４８】
保持プレート１１４及び密封プレート１１６は、大きな機械的変形なしに、それらが受ける流体圧力振動に十分耐えられる強さを持つべきである。保持プレート１１４及び密封プレート１１６は、ガラス、シリコン、セラミック、又は金属等の任意の適切な硬質材料から形成され得る。保持プレート１１４及び密封プレート１１６における孔１１８、１２０は、化学エッチング、レーザ加工、機械ドリル加工、パウダーブラスト加工、及びスタンピングを含む任意の適切な製造過程によって形成されてもよい。ある実施形態では、保持プレート１１４及び密封プレート１１６は、１００〜２００ミクロン厚さの鋼板から形成され、その中の孔１１８、１２０は、化学エッチングによって形成される。フラップ１１７は、金属又はポリマーフィルム等の任意の軽量材料から形成されてもよい。ある実施形態では、２０ｋＨｚ以上の流体圧力振動がバルブ１１０の保持プレート側又は密封プレート側に存在する場合、フラップ１１７は、厚さが１ミクロン〜２０ミクロンの薄いポリマーシートから形成されてもよい。例えば、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）又は液晶ポリマーフィルムから形成されてもよい。
【００４９】
これより図１０Ａ及び１０Ｂを参照して、バルブ２９及び３２としてバルブ１１０を利用するツーバルブディスクポンプ１０の分解図が示されている。この実施形態では、アクチュエータバルブ３２は、ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口部３１及びキャビティ１６間のエアフロー２３２を開閉し（図１０Ａ）、エンドバルブ２９は、ディスクポンプ１０のキャビティ１６及び出口開口部２７間のエアフローを開閉する（図１０Ｂ）。これらの各図面は、アクチュエータ４０が振動する際にキャビティ１６内で生成された圧力も示す。バルブ２９及び３２は共に、正及び負の方形部分５５及び６５によってそれぞれ示されるように、正及び負の中心圧力波腹４５及び４７それぞれの振幅が比較的一定であるキャビティ１６の中心付近に配置される。この実施形態では、バルブ２９及び３２は共に、フラップ１１７によって示されるように、閉位置において付勢され、フラップ１１７がフラップ１１７’によって示されるように開位置へと動かされる時、上述のように動作する。これらの図面は、中心圧力波腹４５、４７の正及び負の方形部分５５、６５、並びに両バルブ２９、３２の動作及び各々を通して生成されたそれぞれに対応するエアフロー２２９及び２３２に対するそれらの同時影響の分解図も示す。
【００５０】
図１１、１１Ａ、及び１１Ｂの関連部分も参照して、バルブ２９及び３２の開及び閉状態（図１１）及び結果として生じる各々の流量特性（図１１Ａ）が、キャビティ１６内の圧力に関連して示される（図１１Ｂ）。ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口部３１及び出口開口部２７が共に環境気圧にあり、かつアクチュエータ４０が上記のようにキャビティ１６内で圧力振動を生成するために振動を開始すると、空気が交互にバルブ２９、３２を通って流れ始める。その結果、空気は、ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口部３１から出口開口部２７まで流れる、すなわち、ディスクポンプ１０は、「フリーフロー」モードで動作を開始する。ある実施形態では、ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口部３１は環境気圧の空気を供給され、一方、ディスクポンプ１０の出口開口部２７は、ディスクポンプ１０の作用によって加圧状態となる負荷（不図示）に空気圧によって連結される。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部３１は、ディスクポンプ１０の作用によって創傷包帯等の負荷において陰圧を生成するために減圧状態となる負荷（不図示）に空気圧によって連結されてもよい。
【００５１】
図１０Ａ及び図１１、１１Ａ、及び１１Ｂの関連部分をより詳細に参照して、正の中心圧力波腹４５の方形部分５５は、上記のようにディスクポンプの半周期の間にアクチュエータ４０の振動によってキャビティ１６内で生成される。ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口部３１及び出口開口部２７が共に環境気圧にある時、正の中心波腹４５の方形部分５５は、エンドバルブ２９にわたって正の差圧を生じさせ、アクチュエータバルブ３２にわたって負の差圧を生じさせる。その結果、アクチュエータバルブ３２がアクチュエータ開口部３１を通るエアフロー２３２ｘをブロックし、その一方で、エンドバルブ２９がキャビティ１６内から空気を逃がすために開くことによって、エアフロー２２９が出口開口部２７を通ってキャビティ１６から出ることができるように、アクチュエータバルブ３２は閉じ始め、エンドバルブ２９は開き始める。アクチュエータバルブ３２が閉じ、エンドバルブ２９が開く際に（図１１）、ディスクポンプ１０の出口開口部２７におけるエアフロー２２９は、エンドバルブ２９の設計特性に依存した最大値にまで増加する（図１１Ａ）。アクチュエータバルブ３２が閉じられている一方で、開かれたエンドバルブ２９により、エアフロー２２９がディスクポンプキャビティ１６から出ることが可能となる（図１１Ｂ）。エンドバルブ２９にわたる正の差圧が減少し始めると、エンドバルブ２９にわたる差圧がゼロに達するまでエアフロー２２９は低下し始める。エンドバルブ２９にわたる差圧がゼロを下回ると、図１０Ｂに示されるようにエンドバルブ２９が完全に閉じられてエアフロー２２９ｘをブロックするまでエンドバルブ２９を通る空気の多少のバックフロー３２９を許可しながらエンドバルブ２９が閉じ始める。
【００５２】
図１０Ｂ及び図１１、１１Ａ、及び１１Ｂの関連部分をより詳細に参照して、負の中心波腹４７の方形部分６５は、上記のように後半のディスクポンプ周期の間にアクチュエータ４０の振動によってキャビティ１６内で生成される。ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口部３１及び出口開口部２７が共に環境気圧にあると、負の中心圧力波腹４７の方形部分６５は、エンドバルブ２９にわたって負の差圧を生じさせ、アクチュエータバルブ３２にわたって正の差圧を生じさせる。その結果、エンドバルブ２９が出口開口部２７を通るエアフロー２２９ｘをブロックし、その一方で、アクチュエータバルブ３２が開き、アクチュエータ開口部３１を通るエアフロー２３２によって示されるようにキャビティ１６内へと空気が流れることができるように、アクチュエータバルブ３２は開き始め、エンドバルブ２９は閉じ始める。アクチュエータバルブ３２が開き、エンドバルブ２９が閉じる際に（図１１）、ディスクポンプ１０の出口開口部２７におけるエアフローは、上記のような少量のバックフロー３２９を除いて、実質的にゼロである（図１１Ａ）。エンドバルブ２９が閉じられている一方で、開かれたアクチュエータバルブ３２により、ディスクポンプキャビティ１６内へのエアフロー２３２が可能となる（図１１Ｂ）。アクチュエータバルブ３２にわたる正の差圧が減少し始めると、アクチュエータバルブ３２にわたる差圧がゼロに達するまでエアフロー２３２は低下し始める。アクチュエータバルブ３２にわたる差圧がゼロを上回ると、図１０Ａに示されるようにアクチュエータバルブ３２が完全に閉じられてエアフロー２３２ｘをブロックするまでアクチュエータバルブ３２を通る空気の多少のバックフロー３３２を許可しながらアクチュエータバルブ３２が再び閉じ始める。この周期は、図１０Ａに関して上述したように繰り返される。このようにして、図１０Ａ及び１０Ｂに関して上述した２つの半周期の間、ディスクポンプ１０のアクチュエータ４０が振動する際に、バルブ２９及び３２にわたる差圧は、それぞれエアフロー２３２、２２９によって示されるように、ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口部３１から出口開口部２７への空気の流れを生じさせる。
【００５３】
一部のケースでは、ディスクポンプ１０のアクチュエータ開口部３１は、環境気圧に置かれ、ディスクポンプ１０の出口開口部２７は、ディスクポンプ１０の作用によって加圧状態となる負荷に空気圧によって連結され、ディスクポンプ１０の出口開口部２７における圧力は、ディスクポンプ１０の出口開口部２７が最大圧力に達する（この時、アクチュエータ開口部３１から出口開口部２７へのエアフローは、ごく僅かである、すなわち「失速」状態）まで増加し始める。図１２は、ディスクポンプ１０が失速状態にある時のアクチュエータ開口部３１及び出口開口部２７におけるキャビティ１６内及びキャビティ１６外の圧力を示す。より具体的には、キャビティ１６内の平均圧力は、入口圧力の約１Ｐ上（すなわち、環境気圧の１Ｐ上）であり、キャビティ１６の中心における圧力は、約環境気圧から約環境気圧プラス２Ｐの間で変化する。失速状態では、キャビティ１６内の圧力振動が入口バルブ３２又は出口バルブ２９の一方にわたって十分な正の差圧を生じさせることによって、一方のバルブを大きく開いてエアフローがディスクポンプ１０を流れることを可能にする時点は存在しない。ディスクポンプ１０が２つのバルブを利用するので、上記の２つのバルブ２９、３２の相乗作用は、出口開口部２７とアクチュエータ開口部３１との差圧を最大差圧２Ｐ（単一バルブディスクポンプのものの２倍）にまで増加させることができる。従って、前の段落に記載した条件下では、ツーバルブディスクポンプ１０の出口圧力は、フリーフローモードにおける環境気圧から、ディスクポンプ１０が失速状態に達した時の約環境気圧プラス２Ｐの圧力まで増加する。
【００５４】
図１３は、図１Ａのディスクポンプシステムの機能性を示すブロック図である。ディスクポンプシステム１００は、第１のディスクポンプ１０を含む。ディスクポンプ１０は、図１Ａに関して上述したように、アクチュエータ４０の変位を測定可能な歪みゲージ５０を含む。ディスクポンプシステム１００の一部として他のセンサも利用され得ることを理解されたい。ディスクポンプシステム１００は、ディスクポンプシステム１００に動力を供給するバッテリ６０を含む。ディスクポンプシステム１００の要素は、ワイヤ、経路、配線、リード線、及び他の導電性要素を介して、相互接続され、通信する。ディスクポンプシステム１００は、コントローラ又はプロセッサ５６及びドライバ５８も含む。プロセッサ５６は、ドライバ５８と通信するように構成される。ドライバ５８は、プロセッサ５６から制御信号６２を受信するように動作する。ドライバ５８は、第１のディスクポンプ１０においてアクチュエータ４０に電圧を加える駆動信号６４を生成する。
【００５５】
上記のように、アクチュエータ４０は、電圧を加えられた際にディスクポンプ１０のキャビティ内で流体の半径方向圧力振動を生成することによって、上記のようにキャビティを通る流体の流れを生じさせて負荷を加圧又は減圧する圧電構成要素を含み得る。半径方向圧力振動を生成するために圧電構成要素を使用することの代替手段として、アクチュエータ４０は、静電又は電磁駆動機構によって駆動されてもよい。
【００５６】
プロセッサ５６は、歪みゲージ５０の電気抵抗を決定するために歪みゲージ５０に連結されてもよい。ディスクポンプ１０の動作中、又は差圧がディスクポンプ１０にわたって生じている時は、アイソレータ３０は、アクチュエータ４０の縁の変位の関数として変形される。例えば、アクチュエータ４０の縁が静止位置から変位すると、アイソレータ３０は、引っ張り歪みを受ける。従って、歪みゲージ５０の電気抵抗の変化は、上記のように、アクチュエータ４０の変位を示す。アクチュエータ４０の縁の変位及びそれに対応する歪みゲージ５０の電気抵抗は、ポンプが動作中であるかどうかに応じて、動的値又は静的値を有し得る。場合によっては、歪みゲージ５０が、ディスクポンプシステム１００の圧力振動の特徴を決定するために使用することができるアイソレータ４０の縁の変位の動的値を返す結果となる。あるいは、歪みゲージ５０は、静止状態にあるポンプ（すなわち、ディスクポンプ１０が停止されている時、又はポンプが失速状態に達している時）にわたる圧力差を決定するために使用され得る。
【００５７】
ある実施形態では、プロセッサ５６は、負荷３８における圧力を調節するための制御信号６２及び対応する駆動信号６４を調整するためのフィードバックとして、変位決定を利用する。
【００５８】
ディスクポンプシステム１００のプロセッサ５６、ドライバ５８、及び他の制御回路は、電子回路と呼ばれ得る。プロセッサ５６は、ディスクポンプ１０の機能性を制御するために使用可能な回路又は論理回路でもよい。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、デジタル論理回路、又は１つ又は複数のハードウェア及び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、及びアプリケーションの実行、信号及び情報の変換及び処理、及び他の関連タスクの実施に適した他のデバイスとして機能し得る、又はそれらを含み得る。プロセッサ５６は、単一チップでもよいし、他の演算又は通信要素と一体化されてもよい。ある実施形態では、プロセッサ５６は、メモリを含み得る、又はメモリと通信し得る。メモリは、後の取り出し、又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、又は記録媒体でもよい。メモリは、ランダムアクセスメモリ、キャッシュ、又はデータ、命令、及び情報の記憶に適した他の小型記憶媒体の形のスタティック又はダイナミックメモリでもよい。ある代替実施形態では、電子回路は、上記のように圧力を測定し、ディスクポンプ１０のキャビティにおけるアクチュエータ４０の変位を制御する同一又は類似の機能性を行うように構成されたアナログ回路でもよい。
【００５９】
ディスクポンプシステム１００は、ディスクポンプシステム１００の性能に関する情報及びデータを通信するためのＲＦトランシーバ７０も含み得る。これらの情報及びデータは、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）、及びバッテリ６０の現在の寿命を含み得る。これらの情報及びデータは、ＲＦトランシーバ７０から送信される又はＲＦトランシーバ７０によって受信される無線信号７２及び７４によって通信され得る。一般的に、ディスクポンプシステム１００は、ＲＦトランシーバ７０、赤外線、又は１つ又は複数の外部デバイスと通信するための他の有線又は無線信号を含む通信インタフェースを利用し得る。ＲＦトランシーバ７０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＷｉＦｉ、ＷｉＭＡＸ、又は他の通信規格又は独自の通信システムを利用してもよい。より具体的な使用に関して、ＲＦトランシーバ７０は、医療専門家による参照用の圧力測定値のデータベースを保存する演算デバイスに信号７２を送信してもよい。演算デバイスは、局所的に処理を行うことができる、又は情報及びデータの処理のために中央又はリモートコンピュータに情報をさらに伝えることができるコンピュータ、携帯型デバイス、又は医療機器デバイスでもよい。同様に、ＲＦトランシーバ７０は、アクチュエータ４０の運動に基づいて負荷３８においてディスクポンプシステム１００によって生成された圧力を外部から調節するための信号７２を受信し得る。
【００６０】
ドライバ５８は、アクチュエータ４０に電圧を加え、制御する電気回路である。例えば、ドライバ５８は、駆動信号６４の一部として特定の波形を生成するための高出力トランジスタ、増幅器、ブリッジ、及び／又はフィルタでもよい。このような波形は、より詳細に上記に記載したように、周波数（ｆ）の振動運動でアクチュエータ４０を振動させる駆動信号６４を提供するために、プロセッサ５６及びドライバ５８によって作られてもよい。アクチュエータ４０の振動変位運動は、負荷３８において圧力を生成するために駆動信号６４に応答してディスクポンプ１０のキャビティ内での流体の半径方向圧力振動を生じさせる。
【００６１】
別の実施形態では、ディスクポンプシステム１００は、情報をユーザに表示するためのユーザインタフェースを含み得る。ユーザインタフェースは、情報、データ、又は信号をユーザに提供するためのディスプレイ、音声インタフェース、又は触覚インタフェースを含み得る。例えば、小型ＬＥＤスクリーンは、ディスクポンプシステム１００によって印加されている圧力を表示し得る。ユーザインタフェースは、ディスクポンプの性能、特に生成される減圧を調整するためのボタン、ダイヤル、つまみ、又は他の電気的又は機械的インタフェースも含み得る。例えば、圧力は、ユーザインタフェースの一部であるつまみ又は他の制御要素を調整することによって、上昇又は低下され得る。
【００６２】
上記の実施形態によれば、歪みゲージ５０の使用は、ツインバルブ又は他のディスクポンプにおけるアクチュエータの変位を測定するための別の圧力センサの必要性をなくすことができる。測定された変位は、ディスクポンプによって生成された圧力差を決定するために使用することができる。アクチュエータ４０を可撓性回路材料によって形成されたアイソレータ上に取り付けることによって、歪みゲージは、アイソレータ上に直接製造することができ、アイソレータ上の歪みを直接測定するために使用することができる。アイソレータ上の歪みを使用して、対応するアクチュエータの変位（これは、ディスクポンプによって生成された差圧の計算を可能にする）を決定することができる。アクチュエータ４０が静止又は非付勢位置にある時の歪みゲージ５０のヌル電気抵抗を測定し、歪みゲージ５０のヌル電気抵抗を経時的な歪みゲージ５０の電気抵抗と比較することによって、アイソレータに対する損傷又は摩耗の影響を示すデータも収集することができる。なお、この実施形態において、外的に生成された、又は既存のアクチュエータ４０にわたる圧力差が存在しないことを確実にするために、ディスクポンプシステム１００が負荷３８に連結される前に、歪みゲージ５０のヌル電気抵抗が測定され得ることに留意されたい。
【００６３】
歪みゲージデータは、アイソレータ３０の弾力性の変化を検出するために、経時的に監視及び評価することができる。ある実施形態では、この歪みゲージデータを集めて、アイソレータ３０の状態を示してもよい。例えば、アイソレータ３０の弾力性が低下していることを示す歪みゲージデータは、摩耗した又は損傷したアイソレータ３０を示し得る。同様に、アクチュエータ４０に対する駆動信号の印加にもかかわらず、アイソレータ３０の歪みが少ない又は変形が少ないことを示す歪みゲージデータは、アイソレータ３０の剥離等のポンプの不具合を示し得る。さらに、歪みゲージによって収集されたデータを用いて測定できる圧力の変化率を用いて、ディスクポンプ１０の流量を示すことができる。
【００６４】
大きな利点を有する発明が提供されたことは上記から明らかとなるはずである。本発明は、その形態のほんの一部が示されたが、それは限定されないのみならず、本発明の精神から逸脱することなく様々な変更及び修正も可能である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ−６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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