(57)【要約】  流通空間の入口オリフィスから流通空間の出口オリフィスまでの流通方向に従って液体を流通させるための流通空間を画定するポンプ本体と、流通方向に実質的に平行な流通空間に保持された膜と、流通方向に実質的に垂直な方向に膜を振動させるよう適合させた作動装置とを含むポンプであって、膜が、ヤング率が１００Ｍｐａから１０ＧＰａの間の範囲にあるポリマー有機マトリックスを有する物質又は保護コーティングを含むポンプ。【選択図】  図１
2017516015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流通空間の入口オリフィスから前記流通空間の出口オリフィスまでの流通方向に従って液体を流通させるための前記流通空間を画定するポンプ本体と、
前記流通方向に実質的に平行な前記流通空間に保持された膜と、
前記流通方向に実質的に垂直な方向に前記膜を振動させるよう適合させた作動装置とを含むポンプであって、
前記膜が、ヤング率が１００Ｍｐａから１０ＧＰａの間の範囲にあるポリマー有機マトリックスを有する物質又は保護コーティングを含むポンプ。
【請求項２】
前記膜の、又は前記膜の前記保護コーティングの前記ポリマー有機マトリックスがフルオロポリマーを含む、請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記ポンプがさらに少なくともひとつのシールを含み、少なくともひとつの前記シールがフルオロポリマーを含む、先行する請求項のどちらかに記載のポンプ。
【請求項４】
前記ポンプがさらに、
前記膜の端部に接続された支持体を含み、
前記支持体の突出部が密閉状態で前記ポンプ本体の外側に向かって通過し、前記作動装置が前記支持体の前記突出部で作動し、前記膜の前記端部で加振力を発生させるよう適合された、先行する請求項のいずれかに記載のポンプ。
【請求項５】
前記支持体がポリマー材を含み、前記支持体の前記ポリマー材が前記膜の前記保護コーティングのポリマー材と同一である、請求項４に記載のポンプ。
【請求項６】
前記膜及び前記支持体の少なくともひとつが少なくともひとつの周辺オリフィスと少なくともひとつの中央オリフィスを含む、請求項４に記載のポンプ。
【請求項７】
前記ポンプが繊維強化ポリマーを含む、先行する請求項のいずれかに記載のポンプ。
【請求項８】
前記ポンプ本体が、互いに対向し、その間に前記流通空間を画定する第１剛壁及び第２剛壁を含み、前記膜がディスクを含み、前記膜が前記流通空間において前記第１及び前記第２剛壁に実質的に平行に保持されている、先行する請求項のいずれかに記載のポンプ。
【請求項９】
前記入口オリフィスが前記膜の周辺近傍で前記流通空間に開口し、前記出口オリフィスが前記膜の中央部近傍で前記流通空間に開口する、請求項８に記載のポンプ。
【請求項１０】
前記ポンプ本体がさらに、第１壁部を画定する第１フランジ及び第２壁部を画定する第２フランジを含み、前記第１及び第２壁部がその間で前記流通空間を画定し、前記第１フランジが前記入口オリフィス及び前記出口オリフィスを画定する、先行する請求項のいずれかに記載のポンプ。
【請求項１１】
前記作動装置が交流で作動する少なくともひとつの電磁リニアアクチュエータを含む、先行する請求項のいずれかに記載のポンプ。
【請求項１２】
先行する請求項のいずれかに記載のポンプであり、さらに前記作動装置に結合された少なくともひとつの強磁性体要素を含むポンプ。
【請求項１３】
先行する請求項のいずれかに記載のポンプであり、さらに前記作動装置に接続された少なくともひとつの液体流量センサを含むポンプ。
【請求項１４】
先行する請求項のいずれかに記載の大流量分注ポンプと膜ポンプを含む液体移動装置であり、前記膜ポンプが前記分注ポンプの出口に接続された、流体移動装置。
【請求項１５】
液体を受けとるよう適合されたコンテナで、可撓性材を含む前記コンテナと、
前記コンテナに配置された先行する請求項のいずれかに記載のポンプとを含むコンテナミキサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を移動させるためのポンプに関し、より詳細には、移動する流体が生物学的流体又は高純度流体のような、汚したり損傷してはならない液体である場合、もしくは、移動する流体が、例えば半導体部品の製造に使用される流体のような、アグレッシブ流体である場合に適用されるポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
溶液又は流体懸濁液を移動させるには、ポンプ本体に羽根車を含む渦巻ポンプの使用が知られている。羽根車は典型的には、ポンプ本体から外側に通過し、外付けのモータで回転する軸により操作される。そうした渦巻ポンプの欠点は、羽根車の駆動軸が通過するベアリングにおいて汚れや漏れの恐れがあることである。さらには、動作中の羽根車の回転により、流体内でずり応力が発生するため、壊れやすい流体、特に生物学的流体の場合には不利となる。
【０００３】
そのような渦巻ポンプの他の欠点は、アグレッシブ流体の移動に適合されていないことであり、それによりメカニカルベアリングが破壊される傾向がある。アグレッシブ流体の例には、半導体部品の表面を平坦化するよう設計されたＣＭＰ（化学機械研磨）研磨工程で使用される懸濁液が含まれる。これらの懸濁液は、ベアリングを機械的に攻撃する傾向がある微細粒子を有することがある。
【０００４】
産業界では改善されたポンプが引き続き必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明がさらに特に解消しようとするのはこれらの欠点であり、流体を効果的に移動させるポンプを発明することにより、流体が少量でも大量でも、ポンプにより幅広い範囲の流量において流体流量を調節する能力が与えられる一方で、時間がたっても安定した流体流量を得ることが可能となり、さらにポンプの構造が移動する流体への汚れや損傷の恐れを制限するよう適合され、アグレッシブ流体と共に使用することができる。
【０００６】
本明細書に記載の一又は複数の実施形態によるポンプは一般的に、流通空間の入口オリフィスから流通空間の出口オリフィスへの流通方向に従って流体が流通する流通空間を画定するポンプ本体を含む。ポンプはさらに、流通空間で流通方向に実質的に平行に保持される膜と、流通方向に実質的に垂直な方向に膜を振動させるよう適合された作動装置を含むことができる。ある実施形態では、膜はヤング率が、２００ＭＰａから２ＧＰａの間の範囲のような、１００ＭＰａから１０Ｇｐａの間の範囲にあるポリマー有機マトリックスを有する物質から成る保護コーティングを含んでもよい。本発明の意味においては、「保護コーティング」はポンプの作動中に流体と接触させることを目的とした膜の外部であり、保護コーティング以外の膜の残り部分は流体と接触しないよう構成されていると理解すべきである。本発明によれば、流体は、液体、ガス、ジェル、ペースト、粉、懸濁液、分散液、乳状液、又はこれらの混合物のような、移動可能な変形可能媒体である。ある実施形態では、膜はヤング率が、２００ＭＰａから２ＧＰａの間の範囲のような、１００ＭＰａから１０ＧＰａの間の範囲にあるポリマー有機マトリックスを有する物質から成る。本用途においては、２３℃で測定された場合のヤング率の数値が与えられる。
【０００７】
ある実施形態では、膜又は膜の保護コーティングは、ヤング率が２００ＭＰａから２ＧＰａの間の範囲のような、１００ＭＰａから１０Ｇｐａの範囲にあるポリマー有機マトリックスで一体に作成されてもよい。別の実施形態では、膜又は膜の保護コーティングは、ヤング率が２００ＭＰａから２ＧＰａの間の範囲のような、１００ＭＰａから１０Ｇｐａの間の範囲にあるポリマー有機マトリックスと、強化材、特に織布又は不織布の、例えばガラス繊維を基材とした繊維系強化材とを含む複合材で形成できる。
【０００８】
本発明のある特定の実施形態によれば、ポンプは少なくともひとつの流体を受け取るよう設計されたコンテナ内に配置でき、そのコンテナは可撓性材から成る。
【０００９】
上述の振動膜を有するポンプは、ポンプ本体内でのメカニカルベアリングの使用を回避でき、それにより汚れや漏れの危険性が低減される。さらに、そのような膜ポンプは、移動する流体内でずり応力をほとんど発生させないため、高レベルの流体移動を確保しつつ、流体成分の完全性を維持できる。そのようなポンプがあれば、例えば０．１Ｌ／分から １００Ｌ／分といった、幅広い範囲の流体流量を調節できる。また、流体流量の所定値についても、時間が経っても流体流量の良好な安定性を得ることが可能である。本明細書に記載の実施形態よる、振動膜を有するポンプのその他の利点は、ポンプを自吸式にできることである。つまり、作動させるために最初にポンプを流体で満たす必要がない。むしろ、実際は、ポンプは一定量の空気を移動させることができるため、上流側回路で真空を作り出し、それにより流体を流通空間に流すことが可能になる。
【００１０】
特定の実施形態では、膜又は膜の保護コーティングは、ヤング率が比較的高い、２００ＭＰａから２ＧＰａの間のような、１００ＭＰａから１０Ｇｐａ間の範囲にあるポリマー有機材を含むことができる。反対に、シリコンのようなエラストマー又はポリウレタンエラストマーは１ＭＰａ から１０ＭＰａの範囲のヤング率を有する。ヤング率が１００ＭＰａから１０Ｇｐａの間の範囲にあるポリマー有機マトリックスを有する物質から成る膜又はヤング率が１００ＭＰａから１０Ｇｐａの間の範囲にあるポリマー有機マトリックスを有する物質から成る保護コーティングは、ポンプ内で一体化する際に振動膜を利用した流体推進の機能を与えることができるだけでなく、特にポンプがＣＭＰ研磨工程に使用される懸濁液のような機械的にアグレッシブな流体を移動させるのに使用されている場合、劣化に耐えうることを発見したことが発明者の功績である。
【００１１】
さらに、ヤング率が１００ＭＰａから１０Ｇｐａの範囲にあるポリマー有機材は、シリコンやポリウレタンエラストマーより化学的に安定できるため、ポンプ内を流れる流体との接触を通しても化学的修飾がされにくくなる。
【００１２】
本発明の一態様によれば、作動装置は流通空間の入口オリフィス近傍に位置する膜の端部において、流通方向に実質的に垂直な加振力を交互に発生させるよう構成することができる。
【００１３】
本発明のさらなる実施形態によれば、膜の片端に交互に付与される加振力に応じて、膜が流通方向に並行に広がる一方で、膜に対して実質的に垂直方向に少なくともひとつの膜の波動が出現し、加振力を受ける端部から膜の別の端部に向かって膜に沿って広がるよう、膜を配置できる。
【００１４】
このようにして、膜は加振力を受ける端部から他端部へ波動を移動させる支持体を構成できる。これらの波動の移動は流体流通空間において強制的な減衰を伴い得る。機械エネルギーの移動はこうして、圧力勾配と流体流量の形態で膜と流体の間で確立されることができる。
【００１５】
特定の実施形態によれば、膜の加振は膜の固有振動数のうちのひとつで行われ、特に膜の第１固有振動数で行われる。ある実施形態では、流体における局部的な圧効果を回避するため、膜の加振振動数は、４０Ｈｚから１５０Ｈｚの間の範囲のような、２０Ｈｚから３００Ｈｚの間の範囲内の数値を有することができる。
【００１６】
停止状態では、膜は単独でその周辺部に保持されることができる。作動すると、膜の表面積が波動の形成とともに増加し、膜の周辺部で保持されていることにより、作動中は膜が張った状態になる。膜の周辺部は周辺剛性支持体と係合できる。支持体は、膜の周辺部で、支持体の延長平面内で、膜の周辺部において、膜を強制的に押し戻そうとする力を発揮することができる。膜形状がディスク状の場合は、支持体はリング状でもよく、膜の周辺部で放射状の進行力を及ぼす。
【００１７】
ある実施形態では、膜又は膜の保護コーティングのポリマー有機マトリックスはフルオロポリマーから作成できる。本発明においては、「フルオロポリマー」という用語はその鎖中に開いて重合できる、もしくは重合反応を伝播できるビニル基を含む化合物から選ばれた、少なくともひとつのモノマーを有し、このビニル基に直接結合する少なくともひとつのフッ素原子、フルオロアルキル基、又はフルオロアルコキシ基を含む、あらゆるポリマーを指す。モノマーの例には、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン（ＶＦ２）、トリフルオロエチレン（ＶＦ３）、クロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）、１，２−ジクロロエチレン、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、ヘキサフルオロプロペン（ＨＦＰ）、パーフルオロ（メチルビニルエーテル）（ＰＭＶＥ）、パーフルオロ（エチルビニル）エーテル（ＰＥＶＥ）及びパーフルオロ（プロピルビニル）エーテル（ＰＰＶＥ）のようなパーフルオロ（アルキルビニル）エーテル、パーフルオロ（１，３−ジオキソール）、パーフルオロ（２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール） （ＰＤＤ）、式がＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ２ＣＦ２Ｘで、ＸがＳＯ２Ｆ、ＣＯ２Ｈ、ＣＨ２ＯＨ、ＣＨ２ＯＣＮ又はＣＨ２ＯＰＯ３Ｈの化合物、式がＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＳＯ２Ｆの化合物、式がＦ（ＣＦ２）ｎＣＨ２ＯＣＦ＝ＣＦ２で、ｎ が、１、２、３、４、又は５の化合物、式がＲ１ＣＨ２ＯＣＦ＝ＣＦ２で、Ｒ１が水素又はＦ（ＣＦ２）ｚであり、ｚが１、２、３、又は４の化合物、式がＲ３ＯＣＦ＝ＣＨ２でＲ３がＦ（ＣＦ２）ｚ−でありｚが１、２、３、又は４の化合物、パーフルオロブチルエチレン（ＰＦＢＥ）、３，３，３−トリフルオロプロペン、２−トリフルオロメチル−３，３，３−トリフルオロ−１−プロペンを含む。フルオロポリマーはホモポリマー又はコポリマーでもよく、それにはエチレンのような非フッ素化ポリマーも含んでよい。さらに特定の実施形態では、フルオロポリマーは、ふっ素化エチレンプロピレン  （ＦＥＰ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレンパーフルオロプロピルビニルエーテル（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレンーフルオロメチルビニルエーテル（ＭＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、又はそれらの組み合わせから選ばれる。
【００１８】
ある実施形態では、ポンプ本体全体はフルオロポリマーで作成でき、任意に、特にガラス繊維によって、繊維強化することもできる。別の実施形態では、ポンプの各シールはフルオロポリマーで作成できる。フルオロポリマーにより汚れの可能性を回避することができるので、高純度な用途には利点となり得る。フルオロポリマーは特に半導体の製造に使用される化学物質、とりわけ硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、フッ化水素酸（ＨＦ）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）のような酸類に耐性があるという利点も有することができる。
【００１９】
本発明の一態様によれば、ポンプは支持体を含み、その支持体は膜の端部に接続されている。支持体は加振力に十分耐えうる強度があり、少なくともその支持体の突出部は密閉状態でポンプ本体の外側へ通過し、作動装置が膜の端部で交互に加振力を発生させられるよう支持体の突出部に作用するよう構成されている。
【００２０】
ある実施形態によれば、支持体は膜又は膜の保護コーティングの物質とは異なるポリマー材で作成できる。ある特定の実施形態では、支持体は、可能であれば特にガラス繊維で繊維強化されたポリカーボネート、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、又はポリプロピレンから選ばれた物質で作成できる。その場合、膜は支持体に外側被覆することができ、それにより膜と支持体の接着及び接続を改良し、ポンプの組立て時間を削減することができる。
【００２１】
他の実施形態によれば、支持体は膜又は膜の保護コーティングのポリマー有機マトリックスと同じポリマー材で作成できる。その場合、支持体は膜と一体に、特に成形法によって形成することができる。
【００２２】
本発明の一態様によれば、ポンプ全体は、支持体のような機械的な機能を有するポンプの部品に任意で繊維強化した、ポリマー材（複数を含む）を含む、もしくは本質的にそれから成ることができる。非限定的例として、ポンプ本体は、ポリオレフィン、ポリカーボネート、又はＰＦＡやＰＴＦＥのようなフルオロポリマーを含む、もしくは本質的にそれから成ることができる。支持体は、可能であればガラス繊維で強化された、ポリカーボネート、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、又はポリプロピレンで作成してもよい。膜は、ヤング率が５００ＭＰａから６００Ｍｐａの間の範囲にあるＰＦＡを含む、もしくは本質的にそれから成ってもよい。そのような、ポリマー材（複数を含む）を含む、もしくは本質的にそれから成るポンプは、製造コストとポンプの重量を抑えることが可能である。さらには、移動する単一又は複数の流体に接触する金属部分がないため、金属材を攻撃しがちなアグレッシブ流体又は金属汚染を受けやすい液体を移動させる場合には特に利点となり得る。
【００２３】
既知の様々な形状の膜がこの発明に適合可能であることが理解されよう。
【００２４】
ある実施形態によれば、膜は、膜の主面に対向して配置されたふたつの壁部、好ましくは剛壁により範囲が定められた流通空間内に保持された、略直方体の帯形状にできる。次いで膜の平均平面に実質的に垂直な加振力が、流通空間の入口オリフィス側に位置する膜の端部に付与され、それにより変形波が流通空間の出口オリフィス側に位置する膜の反対の端部に向かって伝播され得る。
【００２５】
他の実施形態によれば、膜は管状の形態を有することができ、剛壁とともに管状の流通空間において保持されることができる。その場合対称的な放射状の加振力が流通空間の入口オリフィス側に位置する管状の膜の一端に分配され、変形派を流通空間の出口オリフィス側に位置する膜の反対の端部に向かって伝播することができる。
【００２６】
さらに他の実施形態によれば、膜はディスク状の形態、又はディスクの一部の形態にでき、膜の主面に対向するよう配置されたふたつの壁部、好ましくは剛壁により範囲を定められた流通空間にて保持することができる。その場合膜の平均平面に実質的に垂直な加振力が流通空間の入口オリフィス側に位置する膜の第１端部に付与され、それにより変形波が流通空間の出口オリフィス側に位置する膜の第２端部に向かって伝播されることができる。ディスク状の形態を有する本実施形態の利点は、膜が外周縁部の高さで保持されるため、流通空間における膜の保持が簡易化できることである。
【００２７】
ディスク状の形態を有する本実施形態の変形例によれば、入口オリフィス側に位置し、加振力が付与される膜の第１端部が、膜の中央辺部となることができ、一方で出口オリフィス側に位置する膜の第２端部は膜の外周縁部となることができる。この配置は、ポンプの渦巻構造に相当し、流体が膜の中心から周辺部に流通する。
【００２８】
ディスク状の形態を有する本実施形態の第２変形例によれば、入口オリフィス側に位置し、加振力が付与される膜の第１端部が、膜の外周縁部となることができ、一方で出口オリフィス側に位置する膜の第２端部は膜の中央辺部となることができる。この配置は、ポンプの渦巻構造に相当し、流体が膜の周辺から中心部に流通する。この渦巻構造は、流通空間の周辺から中心に向かってエネルギー集中効果を発生させることができ、これにより産業用途で必要とされる圧力勾配に互換可能なそれを得ることが可能になる。この渦巻構造は膜の外周縁部の高さにおいて、より小さい加振幅で機能可能になり、それにより壊れやすい流体への損害を抑えることができる。
【００２９】
ある実施形態では、ポンプ本体が互いに対向するふたつの剛壁を含むことができ、その間で流通空間を画定する。膜は実質的にディスクの形態にでき、流通空間において剛壁に並行に保持できる。その場合は特定の入口オリフィス又は各入口オリフィスは、膜の外周近傍において流通空間に開口できることが好ましく、これに対して、特定の出口オリフィス又は各出口オリフィスは膜の中心部近傍において流通空間に開口でき、これが渦巻構造に相当する。
【００３０】
膜の形状に関わらず、膜及び／又は支持体は有利にオリフィスを含むことができ、それによって流体は流通空間内で膜の両側を通過することができる。この場合は攪拌エネルギーを移動させるため、ポンプ本体の全体の体積を活用することが可能である。特に、ディスク状の形態を有する実施例においては、膜及び／又は支持体が少なくともひとつの周辺オリフィスと少なくともひとつの中央オリフィスを含むことができる。
【００３１】
ある実施形態によると、ポンプ本体は、互いに対向し、その間に流通空間を画定する二つの壁部、好ましくは剛壁を形成する第１フランジ及び第２フランジを含むことができ、第１フランジは流通空間の入口及び出口オリフィスを含む。第２フランジはポンプの排水オリフィスを含むことができる。
【００３２】
循環方向に対し垂直に切断した、本発明に応じたポンプの流通空間の横断面は、流通空間の入口オリフィスから流通空間の出口オリフィスに向かって増加または減少し、全体的に一定となることができる。特に、ディスク形状を有する膜の場合は、流通空間の厚さが、膜の周辺部から膜の中心部に向かって増加又は減少し、全体的に一定となることができる。流通空間の横断面が入口オリフィスから出口オリフィスに向かって全体的に増加する構造であれば、出口オリフィスの高さで実質的な流体の送出を確保できる。流通空間の横断面が入口オリフィスから出口オリフィスに向かって全体的に減少する構造であれば、加振力を受けた端部から膜の他端部への波の伝播を助長することができる。
【００３３】
本発明の一態様によれば、作動装置は交流が供給される少なくともひとつのリニア電磁アクチュエータを含むことができる。変形例として、作動装置が、例えばコネクティングロッドクランクアクチュエータのような、変速ギアモータで動力化される少なくともひとつの機械式アクチュエータを含むことができる。
【００３４】
ある実施形態では、ポンプは少なくともひとつの強磁性要素を含むことができ、その強磁性要素はポンプ本体に格納でき、膜を振動させる作動装置の可動部を形成することができる。その場合はポンプ本体の内側で強磁性要素の変位を誘導できるようポンプ本体まわりに巻線（ｗｉｎｄｉｎｇ）を供給できる。この構造により、ポンプ本体を完全に取り囲むことが可能になる。
【００３５】
ある様態によれば、ポンプは、ポンプの出口部に少なくともひとつの流体流量センサを含むことができ、その流体流量センサは流体流量を一定に維持するため、作動装置にフィードバック接続される。
【００３６】
ある実施形態において、本発明の実施形態による膜ポンプは作動装置が与える膜の振動幅及び／又は振動数を調節することにより、流体流量を制御することができる。
【００３７】
本発明の特定の実施形態は、上述の大流量分注ポンプ及び膜ポンプを含む流体移動装置にも関することができ、膜ポンプは分注ポンプの出口に接続されている。本発明のある特定の実施形態により、分注ポンプの出口に膜ポンプを供給することにより、流体の流れをスムーズにすることができ、又、送出する流体量についてより正確さを得られる。比例弁として作用したり、流体圧を減らしたりすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
本発明の特徴及び利点は、単に例として下記添付図面を参照して供給され、本発明に応じたポンプの下記明細書から明らかになろう。
【図１】図１はある実施形態に応じたポンプを一部切り出した斜視図である。
【図２】図２は図１のＩＩ−ＩＩ面で切断した横断面図である。
【図３】図３は図１及び２のポンプの膜の斜視図を含む。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
下記記述は図とともに本明細書で開示する教示を理解するのを援助するために提供される。下記の議論は本教示の特定の実装と実施形態に注目する。こうした注目は本教示を記述する助けとなるように与えられるのであり、本教示の適用範囲や適応性を制限するもの解釈されるべきではない。しかしながら、その他の実施形態は本用途で開示された通りの教示に基づいて使用可能である。
【００４０】
用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「包含する（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「包含する（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、又はそれらの他のどの変形も、非排他的な包含を網羅することを意図している。例えば、特徴の一覧を含む方法、物品、または装置は、必ずしもそれら特徴のみに限定されず、明確には列挙されていない、又はそのような方法、物品、または装置に固有のその他の特徴を包むことができる。さらに、明確に否定されていない限り、「または」は、包含的な「または」を意味し、排他的な「または」を意味しない。例えば、条件ＡまたはＢは、以下のいずれか１つに当てはまる：Ａは真（または存在）、Ｂは偽（または非存在）であり、Ａは偽（または非存在）、Ｂは真（または存在）であり、或いはＡとＢの双方が真（または存在）である。
【００４１】
また、「ａ」または「ａｎ」は、本明細書に記載の元素および成分を記載するのに使用する。これは単に便宜上なされており、本発明の範囲の一般的な意味を示すためになされている。この記述は、１つまたは少なくとも１つを包含するとして読まれるべきであり、単数は、また、明らかにそうではないことを意味していない限り、複数を包含する。同様に、ふたつ以上の項目が明細書で記述される場合、単数形がふたつ以上を指すものに変えることができる。
【００４２】
別段の定義がない限り、本明細書に使用する技術用語および科学用語はすべて、本発明が属する当業者によって一般的に理解されているものと同じ意味を有する。物質、方法、例は例示的なものにすぎず、限定するものではない。本明細書に記載しない限りにおいて、特定の物質及び加工作業に関する多くの詳細内容は通常のものであり、流体ポンピング技術においては、テキストブックやその他ソースにて見つけられることがある。
【００４３】
図１及び２は一般的に、内容積において流体が流れる流通空間４を画定するポンプ本体３を有するポンプ１を含む。変形可能な膜６は流体を推進するため流通空間４の中に含まれてよい。ポンプ本体３は上部フランジ５及び下部フランジ７のふたつのフランジを含み、周辺部で互いに接続されている。ポンプ本体３の組立時の構成では、上部フランジ５の剛壁５１は下部フランジ７の剛壁７１の反対に位置するので、壁部５１及び７１がその間で流通空間４を画定する。図１の通り、流通空間４は膜６に類似したディスク形を有している。
【００４４】
上部フランジ５の壁部５１は周辺オリフィス５２及び中央オリフィス５４を含んでもよく、流通空間４への流体入口オリフィスと流通空間４からの流体出口オリフィスをそれぞれ形成している。流体は、周辺入口オリフィス５２から中央出口オリフィス５４まで、径の向心方向Ａに流通空間４内で流通してよい。実際には、流体供給用のチューブ（図示なし）をオリフィス５２及び５４に接続することができる。
【００４５】
本発明の実施形態によれば、膜６の少なくとも一部は、ヤング率が１００Ｍｐａから１０Ｇｐａの間の範囲にあるポリマー材から作成される。例えば、ある実施形態において、膜６はＰＦＡを含む、もしくは本質的にＰＦＡから成ってもよい。フランジ５及び７はまた、例えばポリプロピレンのようなポリマー材で作成されてもよい。ある実施形態では、膜６、フランジ５及び７は射出成形法のような成形法で形成されてもよい。
【００４６】
膜６は、正中面Ｐを有し、流通空間４においてＡ方向に平行に張力を受けた状態で維持されてもよい。膜６の外周端部６１は剛支持体８に固定されていてもよい。支持体８は、円周状に配置されたリング部分８０及び環状に突出した複数の周辺脚部８１を含んでもよい。支持体８は、例えばポリカーボネートのようなポリマー材で作成されてもよい。支持体８は射出形成法のような、単一体を形成することにより得てもよい。ある実施形態では、膜６は外側被覆法によって支持体８とともに組立てられてもよい。
【００４７】
ある実施形態では、膜６が中央オリフィス６４を有してもよく、支持体８が複数の周辺オリフィス８２を含んでもよい。このように、流体は流通空間４において、膜６の両側で流通してもよい。つまり、流体は膜６及び上部フランジ５の間に画定される容積と、膜６及び下部フランジ７の間に画定される容積の両方において流通してもよい。
【００４８】
図１及び２の通り、支持体８の周辺脚部８１は、下部フランジ７の穴部７８を通って、ポンプ本体３から外側に突出してもよい。ある実施形態では、支持体８は、下部フランジ７の六つの穴部７８を通る六つの周辺脚部８１を有する。シール２は、各穴部７８に供給されてもよい。ある実施形態では、シール２はＰＴＦＥのようなフルオロポリマーで作成し、外側被覆、溶接、スナップフィット法を含む適切な処置によって支持体８の脚部８１に接続してもよい。
【００４９】
支持体８の周辺脚部８１は作動装置９に接合されるよう提供されてもよく、ある実施形態では、例えば周辺脚部８１の内部に嵌めこむようにして、周辺脚部８１に固定されるよう適合された可動部分９１を含む複数の電磁リニアアクチュエータを含む。
【００５０】
交流でエネルギーが付勢されると、各作動装置が可動部９１の往復並進変位を作りだすが、これは作動装置内のラプラス力の発生によるものである。その場合は作動装置の可動部９１が、膜６の正中面Ｐに実質的に垂直な方向Ｂの並進運動を支持体８に与えることができる。このようにして、作動装置９は膜６の外周端部６１に、膜６の正中面Ｐに実質的に垂直な加振力Ｆを交互に発生させることができる。
【００５１】
アクチュエータが脚部８１で離散的に作用しても、膜６の周辺端部６１に付与される加振力Ｆが膜の全周にわたって実質的に同一となることを確保するのに十分な硬度を支持体８が有することができるよう、支持体８の物質及び寸法を選択できる。
【００５２】
ある実施形態では、力Ｆが付与される膜６の周辺端部６１から中央開口部６４を画定する膜の端部まで、良好な波の伝播を確保できるよう、膜６は周辺端部６１から中央オリフィス６４まで減少する厚さｅを有する。
【００５３】
本発明の実施形態によれば、上述のポンプ１は膜６を含んでもよい。膜６はＰＦＡで作成されてもよく、そのＰＦＡはヤング率が５００ＭＰａから６００Ｍｐａの間の範囲にあるフルオロポリマーで、少量でも大量でも、流体を効果的に移動させることができ、半導体部品の製造に使用される流体のような、機械上及び／または化学的にアグレッシブな流体を移動させるのに使用できる。
【００５４】
シリコンエラストマーで作成した膜を、ＰＦＡを含む、もしくは本質的にそれから成る膜と取り替えることにより、ＰＦＡを含む、もしくは本質的にそれから成る膜で得られる流体流量はシリコンエラストマーで作成した膜の場合と同程度になる。シリコンエラストマーで作成した膜を有するポンプと比較した、ＰＦＡを含む、もしくは本質的にそれから成る膜を有するポンプの流体流量は、同一の膜の作動振動数において、シリコンエラストマーの膜で得られる流体流量の最大１５％の範囲内で減少することが観測されている。
【００５５】
膜６が例えば、ヤング率が２００ＭＰａから２Ｇｐａの間の範囲にあるような、１００ＭＰａから１０Ｇｐａの間の範囲にあるポリマー有機マトリックスを有する物質、例えばＰＦＡで作成した保護コーティングと、ポンプ組立時の構成において流通空間４内を流れる流体から保護コーティングによって保護される少なくともひとつの内層を含む、層状構造を有する場合にこれらの結果を得ることができ、その内層は保護コーティングの物質とは別の材質で構成されてもよい。
【００５６】
膜の内層は、シリコン又はポリウレタンエラストマーのような、ヤング率が１００ＭＰａよりはるかに低いポリマー材で作成されてもよい。
【００５７】
有利なことに、本発明のある実施形態によるポンプは、流通する流体で発生するずり応力を減らすことができ、それにより部品への損害を回避できる。本発明のある実施形態によるポンプは、このように、特に生物学的又は薬学的流体の、壊れやすい、又は分子帯電した流体を含む、移動する全種類の流体に適応可能である。本発明のある実施形態によるポンプは、例えばずり減粘又はずり増粘流体の撹拌、もしくはずり効果下で非可逆的に凝固し得る流体の撹拌といった、非ニュートン流体の撹拌にも適しており、そのずりは制御される。さらには、本発明のある実施例によるポンプがあれば、回転材に関連するメカニカルベアリングを含まないことによって、漏れや汚れのリスクが制限される。本発明のある実施例によるポンプはまた、サイズが縮小され、特に、タービンに対する膜のサイズを小さくできることにより、渦巻ポンプに比べ平坦化される。
【００５８】
本発明は、図で記述及び示されている例に限らない。
【００５９】
特に、上述の通り、本発明のある実施例によるポンプの膜はＰＦＡ以外の、特にＦＥＰ又はＰＴＦＥといったヤング率が２００Ｍｐａから２Ｇｐａの間の範囲のような、１００ＭＰａから１０Ｇｐａの間の範囲にあるポリマー有機マトリックスを有するいかなる物質でも作成できる。本発明のある実施例による膜ポンプはまた、上述の層状構造を有してもよく、膜の弾性を上げるため、ヤング率が２００ＭＰａから２Ｇｐａの間の範囲のような、１００ＭＰａから１０Ｇｐａの間の範囲にあるポリマー有機マトリックスを有する物質で作成された保護コーティングと、保護コーティングを構成する物質とは別の物質、特に１００ＭＰａよりはるかに低いヤング率を有するポリマー材で作成してもよい少なくともひとつの内層により形成される中心層を含む。
【００６０】
ポンプの膜はまた、ディスク状以外の形状も有してよい。特に、膜はブレード又はチューブ形状を有してもよい。さらに、膜の片側だけが流体を移動させるのに使用されてもよく、上述の実施形態においては例えば、膜のどちらか片側には流体を通過させる中央開口部６４及び／または周辺穴部８２がない場合となる。さらには、上記の実施形態にて、ポンプは、ポンプ本体の外周に円周状に分配される複数の入口オリフィス５２と、中央出口オリフィス５４を含んでもよい。ポンプはまた、定量ポンプの機能を保証できるよう、例えば出口部５４でチェックバルブを含んでもよい。
【００６１】
前実施形態の他の変形態によれば、支持体８と膜６又は膜６の保護コーティングは、ヤング率が２００ＭＰａから２Ｇｐａの間の範囲のような、１００ＭＰａから１０Ｇｐａの間の範囲にあるポリマー有機マトリックスを有する同一の材質で作成できる。支持体は膜と一体化してもよく、特に成形法により一体化形成されてもよい。膜と支持体の相対配置に関わらず、単体でもふたつの別々の部分でも、流体を流通空間において膜の両側で通過させるための穴部は、前実施形態において６４及び８２と参照されたが、膜上又は支持体上に提供されてもよい。
【００６２】
ある実施形態では、上述のリニア電磁アクチュエータ以外の作動装置を本発明においては使用することができる。特に、電磁アクチュエータの構造は、ポンプ本体の内側で各アクチュエータの可動部の位相を誘導できるよう、ポンプ本体周りにコイルが提供できるよう改造することができる。この構造により、ポンプ本体の外側に向かって通る部分８１なしで、ポンプ本体を完全に取り囲むことが可能になり、密閉する上で特に有利である。代わりに、すでに述べた通り、電磁アクチュエータは機械式アクチュエータのような、他タイプのアクチュエータに置き換え可能である。
【００６３】
また、単一ポンプが、流通空間において加振力Ｆの効果の下、共に振動するよう平行に配置され、流通空間の入口オリフィスから流通空間を通り流通空間の出口オリフィスに向かって流体を流れさせるよう配置された、幾つかの膜を含むことも可能である。
【００６４】
多くの様々な側面及び実施形態が可能である。それらの側面及び実施形態のいくつかを下記に述べる。本明細書を読んだ後、それらの側面及び実施形態は例示であり、本発明の適用範囲を制限しないことを当業者であれば理解するだろう。実施形態は、下記に挙げるひとつまたは複数の項目に従ってもよい。
【００６５】
項目１  流通空間の入口オリフィスから流通空間の出口オリフィスまでの流通方向に従って液体を流通させるための流通空間を画定するポンプ本体と、
流通方向に実質的に平行な流通空間に保持された膜と、
流通方向に実質的に垂直な方向に膜を振動させるよう適合させた作動装置とを含むポンプであって、
膜が、ヤング率が２００ＭＰａから２ＧＰａが望ましい、１００Ｍｐａから１０ＧＰａの間の範囲にあるポリマー有機マトリックスを有する物質から成る保護コーティング、もしくはヤング率が２００ＭＰａから２ＧＰａが望ましい、１００Ｍｐａから１０ＧＰａの間の範囲にあるポリマー有機マトリックスを有する物質を含むポンプ。
【００６６】
項目２  膜の、又は膜の保護コーティングのポリマー有機マトリックスがフルオロポリマーで作成された、項目１に記載のポンプ。
【００６７】
項目３  ポンプの各シールがフルオロポリマーで作成された、先行する項目１又は２のどちらかに記載のポンプ。
【００６８】
項目４  ポンプが膜の端部に接続された支持体を含み、少なくともその支持体の突出部が密閉状態でポンプ本体の外側に向かって通過し、作動装置が支持体の突出部で作動し、膜の端部で交互に、好ましくは流通方向に実質的に垂直な加振力を発生させるよう構成された、先行する項目のいずれかに記載のポンプ。
【００６９】
項目５  支持体が、膜又は膜の保護コーティングと同一のポリマー材で作成された、項目４に記載のポンプ。
【００７０】
項目６  ポンプ全体が、任意に繊維強化ポリマーでもよい、ポリマー材（複数を含む）で作成された、先行する項目のいずれかに記載のポンプ。
【００７１】
項目７  ポンプ本体が、互いに対向し、その間に流通空間を画定するふたつの剛壁を含み、膜が実質的にディスク形状であり、流通空間においてふたつの剛壁に実質的に平行に保持されている、先行する項目のいずれかに記載のポンプ。
【００７２】
項目８  各入口オリフィスが膜の周辺近傍で流通空間に開口し、各出口オリフィスが膜の中央部近傍で流通空間に開口する、項目７に記載のポンプ。
【００７３】
項目９  膜及び／又は膜の端部に接続された支持体は少なくともひとつ周辺オリフィスと少なくともひとつの中央オリフィスを含む、項目７又は８に記載のポンプ。
【００７４】
項目１０  ポンプ本体（３）が、互いに向かい合う二つの壁部（５１、７１）を形成する第１フランジ（５）及び第２フランジ（７）を含み、その間で流通空間（４）を画定し、第１フランジ（５）が入口オリフィス（５２）及び出口オリフィス（５４）を有する、先行する項目のいずれかに記載のポンプ。
【００７５】
項目１１  作動装置（９）が交流で作動する少なくともひとつの電磁リニアアクチュエータを含む、先行する項目のいずれかに記載のポンプ。
【００７６】
項目１２  少なくともひとつの強磁性体要素を含み、ポンプ本体に格納され、作動装置の可動部を形成する、先行する項目のいずれかに記載のポンプ。
【００７７】
項目１３  作動装置にフィードバック式に接続された少なくともひとつの流体流量センサを含む、先行する項目のいずれかに記載のポンプ。
【００７８】
項目１４  先行する項目のいずれかに記載の大流量分注ポンプと膜ポンプを含む液体移動装置であり、膜ポンプが分注ポンプの出口に接続された、流体移動装置。
【００７９】
項目１５  流体を受けとるよう適合されたコンテナで、
可撓性材で作成されたコンテナと、
コンテナに配置された、先行する項目のいずれかに記載のポンプとを含むコンテナミキサ。
【００８０】
項目１６  流通空間の入口オリフィスから流通空間の出口オリフィスまでの流通方向に従って液体を流通させるための流通空間を画定するポンプ本体と、
流通方向に実質的に平行な流通空間に保持された膜と、
流通方向に実質的に垂直な方向に膜を振動させるよう適合させた作動装置とを含むポンプであって、
膜が、ヤング率が１００Ｍｐａから１０ＧＰａの間の範囲にあるポリマー有機マトリックスを有する物質又は保護コーティングを含むポンプ。
【００８１】
項目１７  膜の、又は膜の保護コーティングのポリマー有機マトリックスがフルオロポリマーを含む、項目１６に記載のポンプ。
【００８２】
項目１８  ポンプがさらに少なくともひとつのシールを含み、少なくともひとつのシールがフルオロポリマーを含む、項目１６に記載のポンプ。
【００８３】
項目１９  膜の端部に接続された支持体を含み、
支持体の突出部が密閉状態でポンプ本体の外側に向かって通過し、
作動装置が支持体の前記突出部で作動し、膜端部で加振力を発生させるよう適合された、項目１６に記載のポンプ。
【００８４】
項目２０  支持体がポリマー材を含み、支持体のポリマー材が膜の保護コーティングのポリマー材と同一である、項目１９に記載のポンプ。
【００８５】
項目２１  膜及び支持体の少なくともひとつが少なくともひとつの周辺オリフィスと少なくともひとつの中央オリフィスを含む、項目１９に記載のポンプ。
【００８６】
項目２２  ポンプ本体がポリマーを含む、項目１６に記載のポンプ。
【００８７】
項目２３  ポリマーが繊維強化されている、項目２２に記載のポンプ。
【００８８】
項目２４  ポンプ本体が、互いに対向し、その間に流通空間を画定する第１剛壁及び第２剛壁を含む、項目１６に記載のポンプ。
【００８９】
項目２５  膜がディスクを含み、膜が流通空間において第１及び第２剛壁に実質的に平行に保持されている、項目２４に記載のポンプ。
【００９０】
項目２６  入口オリフィスが膜の周辺近傍で流通空間に開口し、出口オリフィスが膜の中央部近傍で流通空間に開口する、項目１６に記載のポンプ。
【００９１】
項目２７  ポンプ本体がさらに、第１壁部を画定する第１フランジ及び第２壁部を画定する第２フランジを含み、第１及び第２壁部がその間で流通空間を画定し、第１フランジが入口オリフィス及び出口オリフィスを画定する、項目１６に記載のポンプ。
【００９２】
項目２８  作動装置が交流で作動する少なくともひとつの電磁リニアアクチュエータを含む、項目１６に記載のポンプ。
【００９３】
項目２９  項目１６に記載のポンプで、さらに作動装置に結合された少なくともひとつの強磁性体要素を含むポンプ。
【００９４】
項目３０  項目１６に記載のポンプで、さらに作動装置に接続された少なくともひとつの液体流量センサを含むポンプ。
【００９５】
項目３１  物質又は保護コーティングが、ヤング率が２００ＭＰａから２ＧＰａの間の範囲にあるポリマー有機マトリックスを有する、項目１６に記載のポンプ。
【００９６】
項目３２  ポンプがさらに出口オリフィスに配置されたチェックバルブを含む、項目１６に記載のポンプ。
【００９７】
項目３３  膜がディスク状の形態を有する、項目１６に記載のポンプ。
【００９８】
項目３４  項目１６に記載の大流量分注ポンプと膜ポンプを含む液体移動装置であり、膜ポンプが分注ポンプの出口に接続された、流体移動装置。
【００９９】
項目３５  液体を受けとるよう適合されたコンテナで、可撓性材を含むコンテナと、
コンテナに配置された項目１６に記載のポンプとを含むコンテナミキサ。
【０１００】
項目３６  流通空間の入口オリフィスから流通空間の出口オリフィスまでの流通方向に従って液体を流通させるための流通空間を画定するポンプ本体と、
流通方向に実質的に平行な流通空間に保持された膜と、
流通方向に実質的に垂直な方向に膜を振動させるよう適合させた作動装置とを含むポンプであって、
膜が、ヤング率が１００Ｍｐａから１０ＧＰａの間の範囲にあるポリマー有機マトリックスを有する物質又は保護コーティングを含むポンプ。
【０１０１】
項目３７  膜の、又は膜の保護コーティングのポリマー有機マトリックスがフルオロポリマーを含む、項目３６に記載のポンプ。
【０１０２】
項目３８  ポンプがさらに少なくともひとつのシールを含み、少なくともひとつのシールがフルオロポリマーを含む、先行する項目のどちらかに記載のポンプ。
【０１０３】
項目３９  ポンプがさらに、
膜の端部に接続された支持体を含み、
支持体の突出部が密閉状態でポンプ本体の外側に向かって通過し、作動装置が支持体の突出部で作動し、膜の端部で加振力を発生させるよう適合された、
先行する項目のいずれかに記載のポンプ。
【０１０４】
項目４０  支持体がポリマー材を含み、支持体のポリマー材が膜の保護コーティングのポリマー材と同一である、項目３９に記載のポンプ。
【０１０５】
項目４１  膜及び支持体の少なくともひとつが少なくともひとつの周辺オリフィスと少なくともひとつの中央オリフィスを含む、項目３９に記載のポンプ。
【０１０６】
項目４２  ポンプが繊維強化ポリマーを含む、先行する項目のいずれかに記載のポンプ。
【０１０７】
項目４３  ポンプ本体が、互いに対向し、その間に流通空間を画定する第１剛壁及び第２剛壁を含み、膜がディスクを含み、膜が流通空間において第１及び第２剛壁に実質的に平行に保持されている、先行する項目のいずれかに記載のポンプ。
【０１０８】
項目４４  入口オリフィスが膜の周辺近傍で流通空間に開口し、出口オリフィスが膜の中央部近傍で流通空間に開口する、項目４３に記載のポンプ。
【０１０９】
項目４５  ポンプ本体がさらに、第１壁部を画定する第１フランジ及び第２壁部を画定する第２フランジを含み、第１及び第２壁部がその間で流通空間を画定し、第１フランジが入口オリフィス及び出口オリフィスを画定する、先行する項目のいずれかに記載のポンプ。
【０１１０】
項目４６  作動装置が交流で作動する少なくともひとつの電磁リニアアクチュエータを含む、先行する項目のいずれかに記載のポンプ。
【０１１１】
項目４７  先行する項目のいずれかに記載のポンプであり、さらに作動装置に結合された少なくともひとつの強磁性体要素を含むポンプ。
【０１１２】
項目４８  先行する項目のいずれかに記載のポンプであり、さらに作動装置に接続された少なくともひとつの流体流量センサを含むポンプ。
【０１１３】
項目４９  先行する項目のいずれかに記載の大流量分注ポンプと膜ポンプを含む液体移動装置であり、膜ポンプが分注ポンプの出口に接続された、流体移動装置。
【０１１４】
液体を受けとるよう適合されたコンテナで、可撓性材を含むコンテナと、
コンテナに配置された先行する項目のいずれかに記載のポンプとを含むコンテナミキサ。
【０１１５】
上述の特徴すべてが必要なわけではなく、特定の特徴の一部は不要である場合があり、ひとつまたは複数の特徴が、上述の特徴に加えて提供される場合があることに留意されたい。さらに、特徴が述べられている順序は、必ずしもその特徴が取り入れられる順序ではない。
【０１１６】
特定の特徴は、明確にするために別々の実施形態で本明細書に記載されているが、ひとつの実施形態において組み合わせて提供されてもよい。反対に、様々な特徴が、簡潔にするためにひとつの実施形態の中に述べられているが、別々に提供されたり、あらゆる副次的な組み合わせで提供されてもよい。
【０１１７】
特定の実施形態に関して、利益、その他の利点、及び問題に対する解決策を異常に記載してきた。しかし、これらの利益、利点、問題の解決策、ならびに、なんらかの利益、利点、または解決策を発生させたり、より顕著にしたりすることがある、あらゆる特徴（複数を含む）が、いずれか又はすべての請求項の、重要、必要、または本質的な特徴であるとして解釈すべきではない。
【０１１８】
本明細書に記載の実施形態の明細書や図は、様々な実施形態の構造の一般的な理解を与えることを目的としている。明細書及び図は、明細書に記載の構造や方法を使用する装置やシステムの要素や特徴すべてを網羅した総合的な記述となることを目的としていない。別々の実施形態がひとつの実施形態の中で組み合わせて提供されたり、反対に、簡潔にするために、ひとつの実施形態で述べられた様々な特徴が、別々に提供されたり、あらゆる副次的な組み合わせで提供されてもよい。さらに、範囲で述べられる値に関しての言及は、当該範囲内の各値およびあらゆる値を含む。本明細書を読めば、当業者にとってはその他多くの実施形態が明らかになるだろう。その他の実施形態が使用され、本発明から導き出されてもよく、したがって、構造的、論理的な代用物やいかなる変更も、本発明の範囲から逸脱することなく加えられてもよい。このため、本発明は限定するものではなく例証のためのものであると解釈する。
【図１】
2017516015.tif 000003
【図２】
2017516015.tif 000004
【図３】
2017516015.tif 000005
【国際調査報告】
2017516015.tif 000006
2017516015.tif 000007
2017516015.tif 000008