(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入オリフィス（１、１５、２７）と、ポンプボディ（２、１６、２８）と、デリバリオリフィス（３、１７、２９）とから順番に形成される内部の流体回路からなる振動膜流体循環装置において、
ポンプボディ（２、１６、２８）は作動時に剛性の壁（５、６、７、８、１９、２０、３１、３２）を有するスペース（４、１８、３０）を形成し、変形可能な膜（９、２１、３３）が該剛性の壁の間に配置されて、該膜（９、２１、３３）は、流体の循環の方向と平行に張力を生成するための手段と連携して、該膜は励磁力にさらされる端部からデリバリオリフィスに隣接する反対側の端部へ向かって進行する波のための媒体を構成しており、該膜は、導入オリフィスに隣接するその端部（１１、２３、３５）を、その表面に実質的に垂直に周期的な励磁力を発生するモータ部材（３９）に結合するための手段を有しており、
前記剛性の壁の間隔は、前記導入オリフィスから前記デリバリオリフィスに向かって進むにつれて減少して、前記波が前記膜に沿って進行する間において前記波の強制された減衰を生成して、該膜から流体へエネルギを伝達し、圧力勾配を増大し且つ流体の流れを大きくすることを特徴とする循環装置。
【請求項２】
前記周期的な力の周期は、張力下の前記変形可能な膜（９，２１，３３）により構成される機械的装置の固有周波数の１つに等しいことを特徴とする請求項１に記載の循環装置。
【請求項３】
該剛性の壁をもったスペースは定められた幅の平坦な管状のスペース（４）であり、変形可能な膜（９）が該スペース（４）に配置され、該膜は平坦であって該スペース（４）と等しい幅を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の循環装置。
【請求項４】
循環スペース（１８）が円状に対称で同心円状に配置された２つの剛性の壁によって形成され、変形可能な膜（２１）が該２つの剛性の壁の間に配置され、且つ管状の形状をしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の循環装置。
【請求項５】
該剛性の壁をもったスペース（３０）は共通の軸線上にある２つのディスク形状の壁（３１、３２）によって形成され、変形可能な膜（３３）が該２つのディスク形状の壁の間に配置され、且つ同様にディスク形状をしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の循環装置。
【請求項６】
該膜は異なった機械的な特性をもった複数の部分を一緒に組付けることによって得られた複合体であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の循環装置。
【請求項７】
流体回路は該膜（３３）と該ポンプボディ（２８）との間に凹凸状の流路を含み、該凹凸状の流路は流体の流れの特性に作用することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の循環装置。
【請求項８】
該ポンプボディ（２８）は該膜（３３）と、該導入オリフィス（２７）と、該デリバリオリフィス（２９）と、該膜が非分離のようにして収容される該スペース（３０）とを一体化したユニットを形成し、該ポンプボディは該循環装置から分離できることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の循環装置。
【請求項９】
周期的な励磁力を発生し且つ励磁力を調節し従って該循環装置によって送られる流体力を調節するために調節された強度をもった交流電流を供給される電磁モータ（３９）からなることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の循環装置。
【請求項１０】
循環装置がその周期的な励磁力により生成される前記波の伝播方向において有する、前記張力に加えて、前記膜の端部に適用される力（１２，１３，２４，２５，３６及び３７）を生成する、少なくとも１つの電磁トラクション部材を具備することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の循環装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、振動膜流体循環装置に関し、特には生物学的流体のための振動膜流体循環装置に関する。
背景技術
多くのタイプのポンプが産業分野及び生物学的分野においてともに知られている。下記が言える。
・その主要要素は導入バルブ及びデリバリバルブと連携するピストン又は膜である往復動するポジティブ容積型ポンプ。その主な欠点はそれらの運動の周期的な面及びバルブの存在にある。
・連続的に動くホイールが変形し且つ可撓性の勘定のポンプボディを圧縮するいわゆる蠕動ポジティブ容積型ポンプ。圧縮は、敏感な要素（例えば血液）を含むポンプ送流されるべきある種の流体についてはダメージを与える。
・ベーン付きロータや渦巻に基づく遠心ポンプ等のインペラーポンプ。それの欠点は回転の高速にあり、それは流体の流れの剪断、摩擦、及びキャビテーションを生じさせ、それらの現象は全て壊れやすい流体を損傷させる可能性がある。
・アキシャルタービンポンプでは、壊れやすい流体は上記のポンプの場合と同様に同じ欠点にさらされる。
また、公報ＦＲ−Ａ−２６５０８６２に記載されているように、振動膜流体推進装置も知られている。その装置は多くの産業分野及び生物学的分野の応用によって要求される流体圧の性能を得るために必ずしもいつも適切ではない。
発明の開示
本発明の振動膜流体循環装置は、循環装置の応用の分野が拡大され、流体圧の性能が改善され、循環装置がよりコンパクトになり、そして最後にバイオメディカルの分野では有利であるようにポンプボディが単一使用のためにのみ形成されている、ようにすることにより問題点の解決を提案するものである。
この目的のために、本発明による流体循環装置は、導入オリフィスと、ポンプボディと、デリバリオリフィスとから順番に形成される内部の流体回路からなり、ポンプボディは作動時に剛性の壁を有するスペースを形成し、変形可能な膜が該剛性の壁の間に配置される。該膜は導入オリフィスに隣接するその端部をその表面に実質的に垂直に周期的な励磁力を発生するモータ部材に結合するための手段を有する。流体の循環の方向と平行に張力を生成するための手段が設けられ、該膜は励磁力にさらされる端部からデリバリオリフィスに隣接する反対側の端部へ向かって進行する波のための媒体を構成する。これらの波の進行は、機械的なエネルギーが膜から流体へ伝達され、これは圧力勾配及び流体の流れとして表れるように、該剛性の壁の形状に従って強制された減衰を伴う。圧力勾配及び流体の流れの特性はポンプボディ及び該膜の寸法、該剛性の壁の形状及び間隔、該膜の機械的な特性、励磁の特性及びその張力の状態、及び印加される励磁のパラメータに関係する。
好ましい実施例においては、膜の周期的な励磁は固有周波数の１つと、特には１次固有周波数で設定される。そのような固有周波数の値は膜の機械的な特性及びその張力の状態と関連する。
もう１つの好ましい実施例においては、剛性の壁をもったスペースは２つのディスク形状の壁によって形成され、変形可能な膜がこれらの２つのディスク形状の壁の間に配置されてそれも同様にディスク形状である。この循環装置のアーキテクチャは、外方からシテムの中心へ放射されるエネルギーが集中され、よって産業分野及び生物学的分野の応用によって要求される圧力勾配をともに両立できる圧力勾配を発生することができるようになる。この解決手段はまた、周辺部で非常に低い励磁の大きさで作動させることができ、よって壊れやすい流体を損傷させるのを防止することができる。もう１つの利点は、外方エッジにのみアクションをとればよいので、膜に非常に簡単に張力をかけることができることである。
もう１つの好ましい実施例においては、膜は重ねられた複数の膜のアッセンブリによって構成され、これらの膜は非常に低い硬さをもった材料の薄いスペーサによって分離される。この構成によれば、等しい膜が一緒に組付けられたときに、膜の各々の固有周波数に近い固有周波数を保持しながらできた膜の質量を増加させることができる。
もう１つの実施例においては、可撓性のデフレクターが膜に担持され且つポンプボディに対して押圧される。デフレクターは流体回路の長さ及び流体の流れの速度が循環スペース内で変化する様子をを修正する。この構成によれば、循環装置がさらに間隔をあけて配置された剛性の壁とともに作動されることができるようになり、これは壊れやすい流体又は粒子を含んだ流体を推進するのに好都合である。
もう１つの実施例においては、円形の可撓性のリップが膜に担持されてポンプボディに当接し、よってリップは流体の流れに対して簡単なノンリターンバルブを構成し、それによって特にあるバイオメディカルな応用における容易球を満足することができる。
もう１つの実施例においては、円形の循環装置は下記のものを非分離で一体化するユニットを形成する。膜と、導入オリフィスと、デリバリオリフィスと、膜が配置されるスペースを形成する壁と、のユニットである。これらの壁は剛性があり、且つスペーサ手段によって互いに間隔をあけて保持される。周辺部においては、それらは可撓性の壁を介して膜に接続される。循環スペースの内部においては、膜は周辺部に穴を有し、且つ中心部のオリフィスを有し、それによって流体が膜の胃側から他の側へ流れることができるようになる。この技術構成によれば、その作動が導入圧力によって妨げられないポンプボディを提供することができる。
膜の励磁手段は電磁モータからなり、振幅を調節し、プログラムし、記憶し、複雑な励磁信号を発生する可能性、例えば心臓の鼓動を刺激する可能性を提供するように、励磁交流電流を受けるためのその電流供給回路はパワーアンプリファイヤ回路と励磁信号を発生するための回路とを含む。
他の特徴及び利点は次に説明される種々の実施例から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
添付の図面を参照すると、図面において、
図１は縦型タイプの流体循環装置のための管状ポンプボディを通る部分的及び略図的な長手断面図である。
図２は円筒型タイプの流体循環装置のポンプボディを通る長手断面図である。
図３は円型タイプの流体循環装置のポンプボディを通る部分的及び略図的な直径方向の断面図である。
図４は図３の装置の第１実施例の直径方向の断面図である。
図４ａ、図４ｂ、及び図４ｃはそれぞれ時間の関数として励磁信号の大きさ、モータ励磁電流の大きさ、及び作動字のポンプの流体圧力購買を示す３つのカーブを示す図である。
図５から図１０は本発明の循環装置に設置するのに適した種々の膜を通る半径方向の半分の断面を示す図である。
図１１及び図１２はデフレクタを含む膜のそれぞれ平面図及び斜視図である。
図１３はレリーフにおける同心円状の部分を有し且つその循環スペースに収められた膜を通る半径方向の半分の断面を示す図である。
図１４は流体回路が膜の表面積に対して制限された膜の変形実施例の略図である。
図１５はその循環スペースに収められたノンリターンリップを含む膜を示す図である。
図１６はスペースのリップがノンリターンリップを含む膜に取付けられた循環スペースを示す半径方向の半分の断面を示す図である。
図１７及び図１８は膜がそれをポンプボディにリンクさせる可撓性のリンク部材を有する循環装置の変形例を示す図である。
図１９から図２７は膜が設けられ、それを脱着可能とし且つ単独で使用されるポンプボディの種々の実施例を示す断面図である。
図２８から図３０は膜と図２１及び図２２に示されるポンプボディに設けられる励磁部材との間のリンクを示す図である。
図３１は膜と図２４に示されるポンプボディに設けられる励磁部材との間のリンクを示す図である。
図３２は励磁部材荷によって生成した磁界に応答する部材を含む膜のポンプボディを示す図である。
図３３は励磁モータ部材を有するポンプボディに応じて部材を含む長いマットを示す半径方向の半分の断面を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
図１に示される本発明の装置は、導入オリフィス１と、ポンプボディ２と、デリバリオリフィス３とから順番に形成される流体回路からなる。ポンプボディ２は変化する断面の平坦なチューブであり、剛性の壁５、６、７、８によって循環スペース４を形成する。変形可能な推進膜９が循環スペース４に収容され、膜９は壁８と壁９の間の距離に等しい幅を有する可撓性のエラストマーストリップの形体をしている。モータ部材（図示せず）が周期的な励磁力１０を発生し、それは膜９の導入オリフィス１に隣接する端部１１においてカップリング手段に印加され、この力は膜９のエッジに沿って一様に分布し、且つそれに垂直な方向を有する。膜９は、膜の端部１１、１４に加えられる反対方向の力１２、１３を出す部材（図示せず）によって張力をかけた状態に維持される。従って、励磁されたときには、膜は励磁にさらされる端部１１からデリバリオリフィス３の側に位置する他の端部１４へ向かって運行する波のための媒体となる。波の移動は剛性の壁５、６の形状及び間隔に従って強制された減衰に伴われ、この間隔は好ましくは導入オリフィス１からデリバリオリフィス３に向かって進むにつれて減少する。
減衰はエネルギーが膜９から流体へ伝達されるのを生じさせ、これは圧力勾配及び流体の流れの形体となる。
循環装置全体がエネルギー変換器を構成し、エネルギーを励磁モータから膜９へ、そして膜９から流体へと連続的に伝達する。エキサイタによって送られるエネルギーは、励磁力や、励磁周波数（これは好ましくは膜の第１の固有周波数である）、及びそれ自身が励磁周波数及び力に関連する励磁の大きさなどの種々のパラメータに従う。よって膜９に送られるエネルギーに効果を示す種々のパラメータに作用することによってエキサイタに送られるエネルギーを調節することができる。
膜９における機械的なエネルギーは基本的に、エネルギーがエキサイタから膜９へ伝達される励起点１１から膜９の他端部へ向かっての膜９による機械的なエネルギーの伝播の流れとして理解されるべきである。このエネルギーは運動エネルギーの成分と変形エネルギーの成分とからなり、そのような作動には物理的な制限がある。膜９から流体へのエネルギーの伝達は膜９の長手方向に沿って漸進的に起こり、波は同時的に伝播し且つ減衰される。
流体の流体エネルギーは循環装置によって送られた流体パワー、すなわち流速と圧力勾配との積として表され、流速と圧力との間の関係は主としてポンプボディ２と膜９の寸法及び剛性の壁５、６の間隔及び形状に依存し、これにさらにシステムの内部のヘッドロスを考慮に入れる。
循環装置の変形例が図２に示される。流体圧回路は円筒形であって、導入オリフィス１５と、ポンプボディ１６と、デリバリオリフィス１７とからなり、ポンプボディ１６は剛性の、円状に対称であり、同軸である壁１９、２０の間に循環スペース１８を形成する。変形可能な管状の膜２１が管状のスペース１８に収容され、膜２１は例えばシリコンエラストマーによって形成される。励磁モータ部材（図示せず）は半径方向及び対称的な分布の力２２を発生し、この分布の力２２は管状の膜２１の導入オリフィス１５に隣接する端部２３へカップリングによって印加される。膜２１は、膜２１の端部２３、２６に印加される軸方向で反対方向の分布の張力２４、２５を発生する手段（図示せず）によって、導入側及びデリバリ側の端部の間で軸方向の張力の下に保持される。
図３は本発明の円形タイプの変形例を示し、流体回路は導入オリフィス２７と、ポンプボディ２８と、デリバリオリフィス２９とからなり、ポンプボディ２８は剛性の壁３１、３２によって循環スペース３０を形成する。厚さが減少するディスク形状の空間３０に、同様にディスク形状の変形可能な膜３３が収容される。それは例えばシリコンエラストマーによって形成される。
励磁モータ部材は円筒状及び対称的な分布の周期的な励磁力３４を発生し、この分布の力３４は導入オリフィス２７に隣接する膜３３の外周端部３５へカップリングによって印加される。膜３３はまた、膜３３の外周端部３５及び中心端部３８に印加される反対方向の半径方向の分布の力３６、３７を発生する手段（図示せず）によって張力の下に保持される。理解されるべきは、張力は膜３３の形状の直接の結果であり、収束性の力がその外方エッジ３５から膜３３へ印加される。
よって膜３３はそのエッジ３５からその中心へ向かって進行する同心円状の波のための媒体となり、この波の進行は上記したように減衰される波及び推進される流体によって伴われる。この変形実施例に特有の効果は、周辺部から中心部へ伝播するエネルギーが集中される様子にあり、よって上記した循環装置の実施例のものよりも大きい圧力勾配を生成できることにある。
図４は図３に示される円形の循環装置の全体図である。この循環装置は３つの主なサブアッセンブリ、すなわち、単一の使用のための取り外し可能なポンプボディ２８と、その支持装置に固定された励磁モータ３９と、電源回路４０とを備える。
ポンプボディ２８は、振動する変形可能な膜３３が位置するディスク形状の流体推進スペース３０を形成する。このスペース３０は第１次的にはトップ及びボトムの剛性の壁３１、３２によって形成され、第２次的には周辺部において膜３３を壁３１、３２に接続する可撓性の壁４１、４２によって形成される。膜３３と可撓性の壁４１、４２とはシリコンエラストマー、ポリウレタン、ゴム等のモールドされた単一体を形成する。
スペース３０の内部においては、膜３３は周辺の穴４３と中心のオリフィス４４とを有し、流体が膜３３の一方の側から他方の側へ流動できるようになっている。可撓性の壁４１、４２のエッジは接着剤によって、及びリング４５、４６すなわちステンレス鋼のリングによってクランプされることによって剛性の壁３１、３２に固定される。壁３１、３２は互いに接続され、中心を合わせて配置され、そしてトップの壁３１によって担持されるスペーサ４７によって適切な間隔で保持され、アッセンブリは接着剤又は超音波溶接によって達成される。スペーサ４７は流体をデリバリオリフィス２９へ通すためにオリフィス４８を有する。トップの壁３１はその中心部にデリバリオリフィス２９を担持し、その外周部に導入オリフィス２７を担持する。トップの壁３１はまた、ポンプボディ２８の側部を保護するために外方スカート４９を有する。このスカート４９はフランジ部分５０で終端し、このフランジ部分５０はモータ３９に保持されたリンクリング５２のカラー部分５１と協働する。ポンプボディ２８は差し込み固定によりモータに固定される。剛性の壁３１、３２はポリスルホン類のバイオコンパチブルな剛性のプラスチック材料で成形される。
この変形実施例のポンプボディ２８において、膜３３はその周辺部にムービングコイル５３を有し、励磁モータ３９の可動部材を構成する。このムービングコイル５３は、薄くて円筒形の剛性のコイルサポート５５に取付けられた絶縁された導線５４の巻線を有する。コイルサポート５５はそのトップエッジに剛性のカラー５６を有し、これは穴あきであり且つ接着剤又はオーバーモルディングによってそれに固定されるべき膜３３に侵入している。フィードワイヤ５７、５８が巻線５４をスカート４９によって担持されたコネクタ５９、６０へ接続させ、コネクタ５９、６０はリンクリング５２によって担持されたコネクタ６１、６２へ接続され、これらのコネクタ６１、６２はワイヤ６３、６４によって循環装置の電源装置へ接続される。コイルサポート５５はガラス繊維強化ポリカードネート等の高い機械強度と大きな寸法安定性を備えたプラスチック材料で作られる。
モータ３９は上記したムービングコイル５３及び磁気回路６５を有し、磁気回路６５は静止的であってギャップ６６を含み、コイル５３の巻線５４がギャップ６６内で動く。磁気回路６５は永久磁石６７と、内部ポール部材６８と、永久磁石６７の反対側にあってスペーサ７０によって互いに対して中心合わせされた外部ポール部材６９とを備える。２つのポール部材６８、６９間の間隔は、巻線５４がその中で動くことができ且つ半径方向に延びる固定の永久磁石６７が得られるギャップ６６を形成する。励磁力３４（図３参照）は交流の励磁電流７２を担持し且つギャップの磁界７１に浸漬された巻線５４の部分に印加された電磁誘導の結果として分布される。
カバー７３がポンプボディ２８の中心合わせ及び励磁モータ３９上での位置決めを可能にする。ポール部材６８、６９は高い透磁性を有し、例えば軟磁性のフェライト又は軟鋼で作られる。永久磁石６７は希土類、硬磁性のフェライト等のタイプの磁気材料で作られる。磁石及びポール部材はプラスチック材料のマトリクスに磁気材料のパウダーを分散させてなる複合材料を成形することによって得られることができることは理解されよう。スペーサ７０、カバー７３及びリング５２は非磁気材料で作られる。
励磁電流７２を巻線５４へ供給する電源回路４０は、パワーアンプリファイヤ７４とシグナルジェネレータ７５とを備える。パワーアンプリファイヤ７４はこの応用によく適した特性の標準的なオーディオタイプのハイブリッド回路である。パワーアンプリファイヤ７４に信号を供給するシグナルジェネレータ７５は、３つの部材、すなわちオシレータと、モジュレータと、ミキサーとからなる。オシレータは固定の振幅と膜３３の固有周波数である周波数の基本的な交流信号を生成する。モジュレータはプログラムされ、且つデータを記憶する能力を有し、基本的な信号の振幅をモジュレートするための周期的な信号を生成する。ミキサー回路は基本的な信号をモジュレーション信号でモジュレートし、励磁信号７４を送る。循環装置が電気的に駆動される様子は図４ａ、図４ｂ及び図４ｃに示されるタイムカーブによって説明されるようにして作動させることができる。図４ａは励磁信号７６の大きさを示すグラフであり、図４ｂは励磁電流７２の大きさを示し、図４ｃは循環装置によって生成された圧力勾配を示す。よって血液の生体外の心臓の鼓動を再生する圧力パルスサイクルを生成することができる。
図５に示される膜３３は３つの類似の膜７７、７８、７９を組み立てることによって形成された複合膜であり、これらの膜７７、７８、７９は重ねられ且つ２つの非常に低い硬さの薄いスペーサ８０、８１によって分離されている。アッセンブリは接着剤によって行われ、膜はエラストマーで作られ、スペーサはエラストマー発泡体によって作られる。この構成は、その固有周波数が膜の各々の固有周波数に近いが、その質量はいずれか１つの膜の個別の質量よりも３倍大きい膜を得ることを可能にする。
図６においては、膜３３は定められた硬さのコア８２を有し、これはコア８２の硬さよりも低い硬さをもち厚さ８３の異なった材料でカバーされる。例えば、コア８２は硬いエラストマー（ショアＡスケールで８０）で作られ、層８３はショアＡスケールで２０の硬さをもったエラストマーゲル（シリコン又はポリウレタン）をオーバーモールドすることによって作られる。
この構成において、膜の硬さはコアの硬さに近く、その質量はコアの質量よりもかなり大きく、それによってコア自身の固有周波数よりも低い固有周波数を得ることが可能になる。
図７の膜３３においては、挿入物８４がシリコン又はポリウレタンのエラストマー内に含まれる。挿入物は高い又は低い密度のものとすることができる。この構成は、膜３３の質量の分布をモジュレートし、よってその振動モード及び振動の振幅のプロフィルを修正することを可能にする。この実施例は流体のフローパラメータにマッチさせることができるように膜の外方プロフィルのデザインに大きな自由度を与える。
図８の略図はホモジーニアスであるが半径ｒ及び角度位置の関数として厚さｅが変化する推進膜３３を示し、これは膜のダイナミックな特性を改善及び最適化するように硬さをモジュレートし且つ質量を分布させる目的のためのものである。
図９はエラストマーで作られ且つ外周部３５及び中心部３８に円形の剛性の部材片８５、８６を有する膜３３を示し、これらの部材片は接着剤又はオーバーモールディングによって組付けられる。これらの部材片８５、８６は膜の硬さを増大し、なかんずく変形応力と連携して膜に半径方向の内部張力をつくり出す部材を構成する。よってその質量を増加することなく膜の固有周波数を修正することができる。部材片８５、８６はポリスルホン類のバイオコンパチブルな剛性のプラスチック材料で成形される。理解されるべきは、部材片８５の役割は図４の剛性のサポート５５によって達成される。
図１０は膜３３の他の変形例を示し、剛性のプラスチック材料の構造８７が部分的なオーバーモールディングによって一体化されている。この構造８７はエラストマーの膜の硬さを修正することができ、且つこの膜を励磁モータ部材３９に結合するためのカップリングと協働するのに適している。
膜の硬さを修正するための上記例は限定されるものではない。膜を構成する材料の組成に作用することができ、又は与えられた材料に他のタイプの剛性を与える構造を一体化し、又は例えば膜がリブを有するように膜の形状を適合させることもできる。
図１１及び図１２は膜３３の独特の変形例を示し、膜３３はポンプボディの剛性のある壁に当接している可撓性のあるデフレクター８８を有する。膜３３及びデフレクター８８はエラストマーをモールドすることによって形成された単片を構成する。デフレクター８８は流体回路の長さを増大し、流体の流れの速度が循環スペース３０内で変動する様子を修正する。よって、壁３１、３２間の間隔が大きい循環装置を作ることができ、これは洗浄機械や皿洗い機で起こるような物質の付着した流体を推進すべき応用のために望まれる。
図１３は循環スペース３０内で流れのパラメータに作用するためのもう１つの技術的な構成を示す。膜３３によって担持された同心円状の突起８９及び壁３１、３２に形成された同心円状の溝９０は、流体回路を長くし且つ循環スペース３０内の流体回路の部分を低減するために協働する。この実施例はスチームアイロンや自動車のワイパーのシォッシャ等の応用のためのマイクロポンプ等の、低流量で高圧力勾配を有するポンプに特に利用可能である。
図１４において、循環スペース３０は、膜３３の面積と比べて前記スペースの面積を規定し且つ低減する可撓性の壁９１、９２によって形成される。これは循環装置によって生成される圧力勾配を増加させ、そのようなポンプは低流量で高圧力勾配を必要とする使用の条件に特に利用可能である。膜３３及び可撓性の壁９１、９２はエラストマーでモールドされる単一片を形成する。
図１５及び図１６において、流体回路は流体のためのノンリターンバルブを含む。これらのバルブは固定の壁と膜との間で循環スペース３０に配置された円形の可撓性のリップによって簡単に作られる。図１５においては、リップ９３は膜３３によって担持され且つそれと一体的に形成され、エラストマー材料でモールドされ、一方図１６においては、可撓性のリップ９４は壁３１、３２によって担持される。このタイプの実施例はあるタイプのバイオメディカルポンプに利用可能である。
図１２から図１６のデフレクター８８、突起８９、壁９１、９２、又はリップ９３、９４は、膜及びポンプボディとは別の部材として配置されることができ、そしてジャミング手段及び循環スペースの適切な互いの形状によって所定の位置に保持されることができる。
図１７及び図１８においては、膜３３はそれを延長し且つポンプボディ２８に埋め込まれ且つ接着された固定部材で終端するウエブによって可撓性をもった様子でポンプボディ２８に接続される。ウエブは流体が循環できるようにするための穴を有し、膜及び固定部材と一体的に形成されている、すなわちエラストマーでモールドされている。このリンクは膜がポンプボディ２８内で中心に位置され且つ特に循環装置を立ち上げるときにウエブによって延長される膜の端部における運動の大きさを制限する。図１７においては、ウエブ９５がその外縁を越えて膜を延長し、且つその外周部が壁３１に埋め込まれている円形部材で終端し、一方図１８においては、ウエブ９７が膜の内端部を延長し、且つ壁３２に埋め込まれている中央スタッド９８で終端する。
図１９及び図２０は円形タイプの循環装置の単一使用のポンプボディの２つの変形実施例を示す。これらの変形実施例は剛性があって閉じられた箱を有するタイプのものである。
よって、剛性の壁３１、３２は閉じられた箱のトップ及びボトム壁であり、それらはそれらの間に循環スペース３０を形成し、この箱はその壁３１を貫通して導入オリフィス２７とデリバリオリフィス２９とを有し、循環スペース３０内に推進膜３３を収容している。膜３３はこれらの図においては図１８のように穴９９を含むウエブ９７によって膜の内端部に接続されたスタッド９８によってハウジングに対して中心合わせされる。図４のように、膜３３はまた周辺の穴４３を有し、これらの穴は流体が循環するのを許容する。図１９の実施例においては、箱は狭い幅の環状ハウジング１００を有し、微細で剛性のある壁が図４のように膜３３に保持された可動励磁コイル５３を収容している。作動においては、ハウジング１００は励磁モータの磁気回路のギャップに配置され、ギャップの磁界７１がハウジング１００を通るようになっている。図１８においては、箱は異なった形体でつくられている。箱はその外周部に膜３３に保持されたソフトフェライトタイプの磁気材料のポール部材１０２と対面する微細で剛性のある壁１０１を有する。作動において、この壁１０１はポール部材１０２を介して通るマルチポール磁気回路のギャップに配置され、モータの磁界１０３が同じ壁１０１を介して出たり入ったりする。
図２１及び図２２は、単一使用のためのポンプボディ、すなわちディスポーザブルなポンプボディの２つの変形実施例を示す。この実施例は、膜３３の周辺部を剛性の壁３１、３２へ接続する可撓性の壁４１、４２を有し、よって壁３１、３２を担持する剛性の構造とは独立的に循環スペース３０を形成する、という点において前の図の実施例とは異なっている。図４の場合のように、これは壁４１、４２の外へ突出する部分を介して膜と励磁モータの可動部分との間で直接的なカップリングを備えることを可能とする。図２１に示されるポンプボディは図４に示されるのと同様な中心部分を有する。しかし、図２２に示される実施例は剛性の壁３１、３２の間にそれらの周辺部を互いに接続する４つのスペーサ１０３を介してリンクを有する。これらのスペーサの間のスペース１０４は膜を励磁モータ部材に結合するための手段を収容する作用をする。
図２３に示されるポンプボディの実施例は、循環スペースが３２等の剛性の壁によって直接的に形成されるのではなく、ウエブ４２を延長し且つ循環スペースのボトム部分を閉じる可撓性の壁１０５によって形成される、という点で図２２の実施例とは異なっている。この場合、モータの構造は剛性の壁１０６を有し、ポンプボディが励磁モータ３９と結合されたときに可撓性の壁１０５がこの剛性の壁１０６に載るようになる。剛性の壁１０６はディスポーザブルではない。
図２４においては、図２３と類似したもう１つの変形実施例が示され、すなわち膜を含むポンプボディが２つの可撓性の壁１０５、１０７によって形成され、可撓性の壁１０５、１０７は作動時に循環スペースを形成するようにポンプの２つの剛性の壁１０６、１０８と協働する。この場合、トップの可撓性の壁１０７は第１に可撓性の壁１０５及び膜３３と一体的であり、第２に流体循環スペースのために導入オリスィス及びデリバリオリフィスを構成するエンドピース２７、２９と一体的である。作動において、ポンプボディは循環装置の構造に属する剛性の壁１０６、１０８の間に設置され且つディスポーザブルではなく、膜３３は励磁モータ３９に結合される。
図２５及び図２６に示されるポンプボディの変形実施例は、壁１０５がない、という点で図２３及び図２４の実施例とはそれぞれ異なっている。換言すれば、循環スペース３０に位置する流体は膜３３の一面すなわちピース１０６と対面して位置する面とは反対側の面、とのみ協働する。この場合、膜３３はオリフィス４３、４４を有せず、中心のオリフィス４４はウエブ１０９によって閉じられている。図２５及び図２６の２つのポンプボディは図２３及び図２４の２つのポンプボディとそれぞれ同じように示されている。
図２７は図２５及び図２６の実施例と同じ線上にあり、循環スペースが２つの膜１１０、１１１の間に形成される実施例を示し、２つの膜１１０、１１１はスペーサ１１２によって互いに間隔をあけられ且つ上記した固定壁３１、３２のプロフィルと同じプロフィルの固定ピース１０６、１０８の間で作動せしめられる。循環スペース３０は可撓性のあるようにして導入オリフィス２７及びデリバリオリフィス２９に接続され、これらのオリフィスを構成するエンドピースは２つの間隔をあけた膜と一体的であり、そしてポンプボディを構成するアッセンブリはディスポーザブルであり、すなわち単一使用のためにのみのものである。理解されるべきは、この実施例においては、適切な作動は導入圧力がポジティブであることを要求する。
図２８は膜に励磁駆動力３４を印加する目的のために膜３３と励磁モータの可動部材１１３との間の簡単で低コストの機械的なリンクを分離して示す。可動部材１１３は図４の場合のように剛性のカラー５６によって延長され、剛性のカラー５６は穴を有し、且つ接着剤又はオーバーエッチングによって固定的に保持されたところで膜３３に侵入する。可動部材１１３はコイルのサポート又は磁気材料で作られた可動部材のサポートであることができる。
図２９は膜３３を励磁部材に属する部材１１３にリンクさせるもう１つの方法を示す図である。膜３３はその外周部がリング１１４に埋め込まれ、リング１１４はねじ１１５を備えていて、リング１１４が部材１１３上の相補的なねじ１１６と係合でき、それと結合されることができるようになっている。その他のタイプのカップリング、特に差し込みタイプのものも適する。
図３０は膜３３が可動部材１１３に結合されるもう１つの方法を示し、膜１１３は、膜１１３の周辺部が可動部材１１３のトップエッジにクランプされるように外方カラー１１７によって可動部材１１３に結合される。
図３１に示されるリンキングは図２７に示されるポンプボディの変形例に関する。エキサイタの可動部材１１３はそのトップエッジにスタッド１１８を有し、スタッド１１８は２つの連携する膜１１０、１１１によって形成されたポンプボディを貫通し、各スタッドはその端部に突起１１９を有し、突起１１９は膜をクランプし且つそれを捕捉するクリップ１２０と協働する。
図３２の実施例はその周辺部に一体的にオーバーモールドされた部材１２１、すなわちコイル又は磁気部材、を有する膜３３を有し、この部材１２１は励磁モータによって生成された磁界１２２に応答するのに適する。この構成の利点は、サポートが磁界に応答する部材から省略されているので、低製造コストである。
図３３においては、膜３３はマイクロポンプに特に適している圧電励磁モータを構成する部材１２３に結合される。
本発明による循環装置に備えられる変形可能な膜の張力の変動を得るために、平坦であり、管状であり、又は円形であるにかかわりなく、磁界に応答し且つ適切に向けられたときに張力を変動させよって膜の固有周波数を変えることのできる部材をこの膜の端部に設けることができる。これはエキサイタのストローク又は波の振幅を増加させることなく循環装置の流体パワーをモジュレートする能力を提供する。
例えば、図３２に示される膜においては、部材１２１は電磁トラクション部材によって生成される、例えば半径方向の磁界に応答するコイル又は材料を含み、この部材は励磁モータ又はポンプボディそれ自体のいずれかによって担持される。
留意すべきは、図１、図２及び図３に本発明の循環装置のために示される種々の形状は特定の応用に適したものである。よって、図１の形状に関しては、図１の循環装置は、高流速で低圧力勾配で流体を送ることを要求される推進装置に特に応用できるものである。図２に示されるジオメトリは、コンパクトで低流速を提供するポンプに特に関する。図３については、円形の循環装置は、多数の応用に利用でき、より大きな圧力勾配が利用できる。
上記した種々の構成は剛性のカセットを作るのに使用でき、このカセットは第１にポンプボディを含み且つ第２に多くの追加の機能、特に上流及び下流の流体回路へのポンプの結合に関するもの及び圧力の測定、流速の測定、濾過、ガス抜き、流体の処理の機能及び薬物、トレーサ、アナリシスサブスタンス等の物質の付加の機能を設けたものとすることができる。そのような剛性のカセットの応用は、透析カートリッジ、血液への酸素の供給を含む体外循環カートリッジ、又はインシュリンを注射するカートリッジを作るのに見られることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図４】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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