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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024077006
(43)【公開日】2024-06-06
(54)【発明の名称】マイクロポンプ
(51)【国際特許分類】
A61M 5/142 20060101AFI20240530BHJP
【ＦＩ】
A61M5/142 500
【審査請求】有
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023198970
(22)【出願日】2023-11-24
(31)【優先権主張番号】22209732.1
(32)【優先日】2022-11-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(71)【出願人】
【識別番号】514207337
【氏名又は名称】ゼンジーレ・メディカル・アーゲー
(74)【代理人】
【識別番号】100101890
【弁理士】
【氏名又は名称】押野 宏
(74)【代理人】
【識別番号】100098268
【弁理士】
【氏名又は名称】永田 豊
(72)【発明者】
【氏名】ミュラー・マティアス
【テーマコード（参考）】
4C066
【Ｆターム（参考）】
4C066BB01
4C066CC01
4C066DD13
4C066EE03
4C066HH05
4C066HH08
(57)【要約】 （修正有）
【課題】信頼性が高く安全な方法で少量の液体をポンピングすることができるマイクロポンプを提供する。
【解決手段】ポンプであって、ステータに対して軸方向に、また回転可能に移動可能なロータと、ステータは、ピストンチャンバと、入口開口を含む入口と、半径方向表面に形成された出口開口を含む出口と、ピストン部分は、半径方向表面と、端面と、ピストン部分の半径方向表面と端面との間に形成された非軸対称くぼみと、を含み、入口開口に少なくとも部分的に重なるように配置され、ステータに対するロータの角度位置の範囲にわたって、出口開口に少なくとも部分的に重なるように配置され、ピストン部分の半径方向表面は、ポンプ吸入段階とポンプ吐出段階との間では入口開口および出口開口の両方を閉じるように構成されている、ポンプ。ステータは、ピストン部分をピストンチャンバから密閉的に分離する可撓性弾性膜を含む。
【選択図】図３
【解決手段】ポンプであって、ステータに対して軸方向に、また回転可能に移動可能なロータと、ステータは、ピストンチャンバと、入口開口を含む入口と、半径方向表面に形成された出口開口を含む出口と、ピストン部分は、半径方向表面と、端面と、ピストン部分の半径方向表面と端面との間に形成された非軸対称くぼみと、を含み、入口開口に少なくとも部分的に重なるように配置され、ステータに対するロータの角度位置の範囲にわたって、出口開口に少なくとも部分的に重なるように配置され、ピストン部分の半径方向表面は、ポンプ吸入段階とポンプ吐出段階との間では入口開口および出口開口の両方を閉じるように構成されている、ポンプ。ステータは、ピストン部分をピストンチャンバから密閉的に分離する可撓性弾性膜を含む。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポンプ（１）であって、
ステータ（４）と、前記ステータに対して軸方向に、また回転可能に移動可能なロータ（６）と、を含み、前記ステータ（４）は、半径方向表面（３０）を含むピストンチャンバ（１０）と、前記半径方向表面に形成された入口開口（２８）を含む入口（３）と、前記半径方向表面に形成された出口開口（２９）を含む出口（５）と、を含み、前記ロータ（６）は、ピストン部分（１３）を含み、前記ピストン部分（１３）は、半径方向表面（１６）と、端面（１５）と、前記ピストン部分（１３）の前記半径方向表面（１６）と前記端面（１５）との間に形成された非軸対称くぼみ（１４）と、を含み、
前記くぼみ（１４）は、ポンプ吸入段階に対応する、前記ステータに対する前記ロータの角度位置の範囲にわたって、前記入口開口（２８）に少なくとも部分的に重なるように配置され、ポンプ吐出段階に対応する、前記ステータに対する前記ロータの角度位置の範囲にわたって、前記出口開口（２９）に少なくとも部分的に重なるように配置され、
前記ピストン部分（１３）の前記半径方向表面（１６）は、前記ポンプ吸入段階の間に前記出口開口（２９）を閉じ、前記ポンプ吐出段階の間に前記入口開口（２８）を閉じ、前記ポンプ吸入段階と前記ポンプ吐出段階との間では前記入口開口（２８）および前記出口開口の両方を閉じるように構成され、
前記ステータ（４）は、前記ピストン部分（１３）を前記ピストンチャンバ（１０）から密閉的に分離する可撓性弾性膜（７）を含むことを特徴とする、ポンプ。
ステータ（４）と、前記ステータに対して軸方向に、また回転可能に移動可能なロータ（６）と、を含み、前記ステータ（４）は、半径方向表面（３０）を含むピストンチャンバ（１０）と、前記半径方向表面に形成された入口開口（２８）を含む入口（３）と、前記半径方向表面に形成された出口開口（２９）を含む出口（５）と、を含み、前記ロータ（６）は、ピストン部分（１３）を含み、前記ピストン部分（１３）は、半径方向表面（１６）と、端面（１５）と、前記ピストン部分（１３）の前記半径方向表面（１６）と前記端面（１５）との間に形成された非軸対称くぼみ（１４）と、を含み、
前記くぼみ（１４）は、ポンプ吸入段階に対応する、前記ステータに対する前記ロータの角度位置の範囲にわたって、前記入口開口（２８）に少なくとも部分的に重なるように配置され、ポンプ吐出段階に対応する、前記ステータに対する前記ロータの角度位置の範囲にわたって、前記出口開口（２９）に少なくとも部分的に重なるように配置され、
前記ピストン部分（１３）の前記半径方向表面（１６）は、前記ポンプ吸入段階の間に前記出口開口（２９）を閉じ、前記ポンプ吐出段階の間に前記入口開口（２８）を閉じ、前記ポンプ吸入段階と前記ポンプ吐出段階との間では前記入口開口（２８）および前記出口開口の両方を閉じるように構成され、
前記ステータ（４）は、前記ピストン部分（１３）を前記ピストンチャンバ（１０）から密閉的に分離する可撓性弾性膜（７）を含むことを特徴とする、ポンプ。
【請求項2】
前記可撓性弾性膜（７）は、可撓性材料の単一の層または複数の層を含む、請求項１に記載のポンプ。
【請求項3】
前記可撓性材料は、シリコーンゴムまたは熱可塑性エラストマーである、請求項２に記載のポンプ。
【請求項4】
前記単一の層、または前記複数の層のそれぞれの厚さは、０．１ｍｍ～１ｍｍである、請求項２に記載のポンプ。
【請求項5】
前記単一の層、または前記複数の層のそれぞれは、射出成形または圧縮成形によって作られている、請求項２に記載のポンプ。
【請求項6】
前記複数の層のうちの少なくとも２つの間に潤滑剤を含む、請求項２に記載のポンプ。
【請求項7】
前記ピストン部分（１３）と前記可撓性弾性膜（７）との間に潤滑剤を含む、請求項１に記載のポンプ。
【請求項8】
ポンプサイクル全体にわたって、前記ピストン部分（１３）の前記くぼみ（１４）、前記端面（１５）、および前記半径方向表面（１６）に対して、ぴったり合った、弾性的に張力をかける様式で、前記膜を弾性的に適合させるように、前記ピストン部分（１３）が成形され、前記膜が構成されている、請求項１に記載のポンプ。
【請求項9】
前記ピストン部分（１３）の直径に対するピストンストロークの比は、０．５より小さく、好ましくは０．２より小さい、請求項１に記載のポンプ。
【請求項10】
前記ステータ（４）は、キャップ部分（４ｂ）と、ベース部分（４ａ）と、を含み、
前記膜（７）のリム部分が、前記キャップ部分（４ｂ）と前記ベース部分（４ａ）との間に固定されている、請求項１に記載のポンプ。
前記膜（７）のリム部分が、前記キャップ部分（４ｂ）と前記ベース部分（４ａ）との間に固定されている、請求項１に記載のポンプ。
【請求項11】
前記キャップ部分（４ｂ）は、スナップロック構造によって前記ベース部分（４ａ）に固定されている、請求項１０に記載のポンプ。
【請求項12】
前記可撓性弾性膜（７）を密閉式に挟み、少なくとも前記入口開口および前記出口開口の上方で前記ピストンチャンバを密閉するように構成された、前記ロータ（６）または前記ピストンチャンバ（１０）の表面から突出する密閉リブ（１７、１８、２３、２４）をさらに含む、請求項１１に記載のポンプ。
【請求項13】
前記密閉リブは、前記入口（３）の開放段階中に前記出口開口（２９）の下方および前記入口開口（２８）の上方で、または、前記出口（５）の開放段階中に前記入口開口（２８）の下方および前記出口開口（２９）の上方で、前記弾性膜（７）を密閉式に挟むように構成された、前記ロータから突出する少なくとも１つの下側密閉リブ（１８）を含む、請求項１２に記載のポンプ。
【請求項14】
前記密閉リブは、前記入口開口（２８）および前記出口開口（２９）を囲む前記ピストンチャンバ（１０）の前記半径方向表面（３０）から突出する密閉リブ（２４）を含む、請求項１２に記載のポンプ。
【請求項15】
前記ステータ（４）に対する前記ロータ（６）の角度位置（φ）に応じて前記ステータ（４）に対する前記ロータ（６）の軸方向位置（ｚ）を画定するカムシステム（８）を含む、請求項１に記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はマイクロポンプに関する。マイクロポンプは、特に医療用途、例えば薬剤送達装置で使用される、少量の液体を分配するために使用され得る。本発明に関連するマイクロポンプは、少量の液体を高精度で送達する必要のある非医療用途にも使用され得る。
【背景技術】
【0002】
特に医療および非医療用途で使用され得る少量の液体を送達するためのマイクロポンプが、ＥＰ１８０３９３４およびＥＰ１６７７８５９に記載されている。前述の文献に記載されたマイクロポンプは、異なる直径の第１および第２の軸方向延長部を有するロータを含み、第１および第２の軸方向延長部は、ステータの第１および第２のシールと係合して、ロータの角変位および軸方向変位に応じてそれぞれのシールを横切る液体連通を開閉する、第１および第２のバルブを形成する。ポンプチャンバが、ステータの第１のシールと第２のシールとの間に形成され、それにより、ロータの１回転サイクル当たりの液体のポンピング体積は、ロータの第１の軸方向延長部と第２の軸方向延長部との直径の差、およびステータに対するロータの角度位置に応じてカムシステムによってもたらされるロータの軸方向変位の両方の関数となる。
【0003】
ロータの連続回転によって少量の液体をポンピングする能力は、多くの状況において有利である。１回転サイクル当たりでポンピングされる液体の体積が小さいことを考慮すると、回転駆動部の出力部は、ピストンポンプのピストンを前進させるためのねじ機構の速度よりも一般に大きい速度で回転することができる。回転駆動部は制御が簡単で、ピストン機構が回避されることにより、ポンプを非常にコンパクトにすることができる。また、ポンプモジュールは、低コストの使い捨て部品で、例えば注入されたポリマーで、作られ得る。
【0004】
しかしながら、特に摩擦に敏感な分子を含有する液体をポンピングするための、特定の用途では、ＥＰ１８０３９３４に記載されるようなポンプのロータシャフトとバルブシールとの間の摩擦は望ましくない場合がある。これは、例えば、剪断応力に敏感である、特定のタンパク質などの大きな分子では問題となり得る。
【0005】
上記の問題は、他のポンプシステム、特にピストンポンプ、またはピストンロッドによって前進されるプランジャを備えたカートリッジを含むポンプを提供することによって克服することができる。しかしながら、このようなポンプシステムは、あまり経済的でなく、また、ピストン機構の長さを考慮すると、あまりコンパクトではない。ピストンポンプシステムの信頼性および安全性もまた、液体容器とポンプシステムの出口との間の直接的な流体連通をポンプシステムが本質的に遮断しないので、問題となり得る。
【0006】
特に医療および非医療用途で使用され得る少量の液体を送達するための別のマイクロポンプが、ＥＰ３７３２３７５に記載されている。この文献に記載されたマイクロポンプは、ステータに対して軸方向にかつ回転可能に移動可能なロータを含む。ロータは、ロータシャフトの外側表面上に配置されたポートを含む。ポートは、ポンプ吸入段階に対応するロータの回転角にわたって入口に少なくとも部分的に重なるように配置され、ポンプの吐出段階に対応するロータの回転角にわたって出口に少なくとも部分的に重なるように配置される。ステータは、ロータシャフト受容キャビティを含み、入口および出口は、ロータシャフト受容キャビティに流体接続され、ロータは、ロータシャフト受容キャビティに受容されるシャフトを含む。ロータシャフトは、ステータのピストン部分を受容してピストンチャンバを形成するキャビティと、ピストン部分とキャビティの内側側壁との間に装着されてピストンチャンバの端部を密閉的に閉じるシールと、を含む。
【0007】
ロータは、ピストンチャンバをロータシャフトの外側表面に流体接続するポートをさらに含む。ＥＰ３７３２３７５のポンプでは、ポンピングされている液体は、ポンプサイクル中に互いに対して移動するロータの部分とステータの部分との間で静止しており、これは、ポンピングされている繊細な物質にとって潜在的に有害である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
前述した事柄を考慮して、本発明の目的は、信頼性が高く安全な方法で少量の液体をポンピングすることができるマイクロポンプを提供することである。
【0009】
ポンピングされている液体に剪断応力を加えないマイクロポンプを提供することが、特定の用途において有利である。
【0010】
ポンピングされている液体を汚染しないマイクロポンプを提供することが有利である。
【0011】
非常にコンパクトなマイクロポンプを提供することが有利である。
【0012】
デッドボリュームの小さいマイクロポンプを提供することが有利である。
【0013】
製造が経済的であり、かつ、薬剤送達装置の使い捨て部品など、使い捨ての再利用不可能な構成要素に組み込まれ得る、マイクロポンプを提供することが有利である。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明の目的は、請求項１に記載のマイクロポンプによって達成される。
【0015】
本明細書では、ステータと、ステータに対して軸方向に、また回転可能に移動可能なロータと、を含むポンプが開示され、ステータは、半径方向表面を含むピストンチャンバと、半径方向表面に形成された入口開口を含む入口と、半径方向表面に形成された出口開口を含む出口と、を含み、ロータは、ピストン部分を含み、ピストン部分は、半径方向表面と、端面と、ピストン部分の半径方向表面と端面との間に形成された非軸対称くぼみと、を含み、くぼみは、ポンプ吸入段階に対応する、ステータに対するロータの角度位置の範囲にわたって、入口開口に少なくとも部分的に重なるように配置され、ポンプ吐出段階に対応する、ステータに対するロータの角度位置の範囲にわたって、出口開口に少なくとも部分的に重なるように配置され、ピストン部分の半径方向表面は、ポンプ吸入段階の間に出口開口を閉じ、ポンプ吐出段階の間に入口開口を閉じ、ポンプ吸入段階とポンプ吐出段階との間では入口開口および出口開口の両方を閉じるように構成される。ステータは、ピストン部分をピストンチャンバから密閉的に分離する可撓性弾性膜を含む。
【0016】
有利な実施形態では、可撓性弾性膜は、可撓性材料の単一の層または複数の層を含む。
【0017】
有利な実施形態では、可撓性材料はシリコーンゴムまたは熱可塑性エラストマーである。
【0018】
有利な実施形態では、単一の層、または複数の層のそれぞれの厚さは、０．１ｍｍ～１ｍｍである。
【0019】
有利な実施形態では、単一の層、または複数の層のそれぞれは、射出成形または圧縮成形によって作られる。
【0020】
有利な実施形態では、ポンプは、複数の層のうちの少なくとも２つの間に潤滑剤を含む。
【0021】
有利な実施形態では、ポンプは、ピストン部分と可撓性弾性膜との間に潤滑剤を含む。
【0022】
有利な実施形態では、ポンプサイクル全体にわたって、ピストン部分のくぼみ、端面、および半径方向表面に対して、ぴったり合った、弾性的に張力をかける様式（in a form fitting elastically tensioned manner）で、膜を弾性的に適合させるように、ピストン部分が成形され、膜が構成される。
【0023】
有利な実施形態では、ピストン部分の直径に対するピストンストロークの比は０．５より小さく、好ましくは０．２より小さい。
【0024】
有利な実施形態では、ステータは、キャップ部分と、ベース部分と、を含み、膜のリム部分がキャップ部分とベース部分との間に固定されている。
【0025】
有利な実施形態では、キャップ部分は、スナップロック構造によってベース部分に固定される。
【0026】
有利な実施形態では、ポンプは、可撓性弾性膜を密閉式に挟み、少なくとも入口開口および出口開口の上方でピストンチャンバを密閉するように構成された、ロータまたはピストンチャンバの表面から突出する密閉リブをさらに含む。
【0027】
有利な実施形態では、密閉リブは、入口の開放段階中に出口開口の下方および入口開口の上方で、または、出口の開放段階中に入口開口の下方および出口開口の上方で、弾性膜を密閉式に挟むように構成された、ロータから突出する少なくとも１つの下側密閉リブを含む。
【0028】
有利な実施形態では、密閉リブは、入口開口および出口開口を囲むピストンチャンバの半径方向表面から突出する密閉リブを含む。
【0029】
有利な実施形態では、ポンプは、ステータに対するロータの角度位置に応じて、ステータに対するロータの軸方向位置を画定するカムシステムを含む。
【0030】
本発明のさらなる目的および有利な特徴は、特許請求の範囲、詳細な説明および添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の一実施形態によるマイクロポンプの概略斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態によるマイクロポンプのロータの概略斜視図である。
【図3】本発明の一実施形態によるマイクロポンプの概略断面図である。
【図4】ポンプサイクルの閉鎖段階におけるマイクロポンプの入口または出口を示す詳細部分である。
【図6a】液体の吸入から吐出までの、本発明の一実施形態によるマイクロポンプのポンプサイクルにおける、あるロータ位置を示す概略断面図（上パネル）および概略上面図（下パネル）である。
【図6b】液体の吸入から吐出までの、本発明の一実施形態によるマイクロポンプのポンプサイクルにおける、異なるロータ位置を示す概略断面図（上パネル）および概略上面図（下パネル）である。
【図6c】液体の吸入から吐出までの、本発明の一実施形態によるマイクロポンプのポンプサイクルにおける、異なるロータ位置を示す概略断面図（上パネル）および概略上面図（下パネル）である。
【図6d】液体の吸入から吐出までの、本発明の一実施形態によるマイクロポンプのポンプサイクルにおける、異なるロータ位置を示す概略断面図（上パネル）および概略上面図（下パネル）である。
【図6e】液体の吸入から吐出までの、本発明の一実施形態によるマイクロポンプのポンプサイクルにおける、異なるロータ位置を示す概略断面図（上パネル）および概略上面図（下パネル）である。
【図6f】液体の吸入から吐出までの、本発明の一実施形態によるマイクロポンプのポンプサイクルにおける、異なるロータ位置を示す概略断面図（上パネル）および概略上面図（下パネル）である。
【図6g】液体の吸入から吐出までの、本発明の一実施形態によるマイクロポンプのポンプサイクルにおける、異なるロータ位置を示す概略断面図（上パネル）および概略上面図（下パネル）である。
【図6h】液体の吸入から吐出までの、本発明の一実施形態によるマイクロポンプのポンプサイクルにおける、異なるロータ位置を示す概略断面図（上パネル）および概略上面図（下パネル）である。
【図7】入口バルブおよび出口バルブの開閉時のロータ位置に対するピストンチャンバの内側表面の軸方向位置ｚおよび角度位置φでのくぼみの密閉外形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0032】
図を参照すると、本発明の実施形態によるマイクロポンプ１は、ステータ４と、回転駆動部２に結合されたロータ６と、を含み、回転駆動部２は、ステータ４に対して軸Ａを中心としてロータ６を回転させる。ロータ６はまた、ステータ４に対して軸方向に移動可能であり、軸方向ｚは回転軸Ａと整列している。
【0033】
回転駆動部２は、モータに対するロータの軸方向変位Δｚを許容しつつ、回転する回転駆動部の出力部をロータに結合するカップリング９を介してロータ６に結合されている。カップリング９は、例えば、ステータ４に向かって軸方向力Ｆｚを加えるコイルバネなど、バネの形態の、付勢機構２７を含む。カップリング９は、図１、図３、図６に示されるように、ロータ６のキャビティ内に組み込むことができる。
【0034】
ロータおよびステータは、ステータに対するロータの角度位置φに応じてステータに対するロータの軸方向位置ｚを画定するカムシステム８を構成する。カムシステム８は、相補的なカムフォロア８２ａに対して付勢されたカムトラック８１ａを含み得、付勢機構２７は、カムフォロアがカムトラック８１ａを圧迫することを確実にする。カムトラック８１ａは、ステータに対するロータの角度位置に応じてステータに対するロータの軸方向位置を画定する外形Ｐを有する。カムシステム８は、一対以上のカムトラック８１ａ、８１ｂおよび相補的なカムフォロア８２ａ、８２ｂを含み得る。
【0035】
図示の実施形態では、カムシステム８は、二対のカムトラック８１ａ、８１ｂおよび相補的なカムフォロア８２ａ、８２ｂを含む。カムトラック８１ａ、８１ｂはステータ４のリム上に形成されているのに対し、相補的なカムフォロア８２ａ、８２ｂはロータ６のヘッド１１上に設けられている。しかし、当業者であれば、１つ以上のカムトラックがロータ上に設けられてよく、対応するカムフォロアがステータ上に設けられてもよいことを理解するであろう。
【0036】
３６０°の回転サイクルにわたって確立されるカムトラック外形Ｐの例が、図７に示されている。
【0037】
図示の実施形態では、付勢機構２７およびカムシステム８は、ロータの角度位置に応じてステータに対するロータの軸方向変位を画定する軸方向変位システムを共に形成しているが、本発明の範囲から逸脱することなく他の軸方向変位システムを実施してもよい。例えば、軸方向変位は、回転駆動部に結合された電磁アクチュエータによって行うこともできるし、回転運動と軸方向運動の両方を出力する駆動部によって提供することもできる。
【0038】
ロータ６は、ステータ４のピストンチャンバ１０に回転可能かつスライド可能に挿入されたピストン部分１３を含むシャフト１２を含む。ピストンチャンバ１０は、半径方向表面３０と端面３２とを含む内側表面を有する。ピストン部分１３は、半径方向表面１６と端面１５とを含む外側表面を有する。ピストン部分１３の端面１５がピストンチャンバ１０の端面３２に当接するロータの角度位置でピストン部分１３がピストンチャンバ１０内に完全に挿入されると、ピストンチャンバ１０の内側表面はピストン部分１３の外側表面に近接する。ピストンチャンバ１０およびピストン部分１３の半径方向表面３０、１６は、直円柱の半径方向表面である。
【0039】
図示の実施形態では、ピストンチャンバ１０およびピストン部分１３の端面３２、１５は平面である。しかしながら、ピストンチャンバ１０およびピストン部分１３の端面３２、１５は、本発明の範囲から逸脱することなく、異なる形状を有してもよく、例えば、ロータのシャフトの軸Ａを中心とする曲線の回転によって生成される異なる回転面の形状、特に、球面形状を有してもよい。
【0040】
ステータ４は、ピストンチャンバ１０と流体連通する入口３および出口５を含む。ロータの回転方向によって、入口が出口となり得、出口が入口となり得ることが認識されるであろう。変形例では、ポンプは、ポンプを通して液体を双方向にポンピングするために可逆的であってもよく、その方向はロータの回転方向によって決まる。あるいは、ポンプは、一方向になるように構成され得、ロータを一方向にのみ回転させ、ポンプを通して一方向にのみ流体をポンピングすることもできる。
【0041】
図示された実施形態では、入口および出口の両方が、ステータの側壁を通って延びているが、入口および／または出口は、用途および所望の構成に応じて、液体源または液体出力装置にステータの様々な位置で結合するために、ステータの本体内に延びる様々な形状のチャネルとして形成され得ることが理解され得る。
【0042】
本発明の実施形態によるマイクロポンプは、有利には、患者に液体薬剤を投与するための薬剤送達装置に使用され得る。したがって、出口は、薬剤の経皮投与のための針、または患者に接続されたカテーテルもしくは他の液体導管に接続され得る。入口は、薬剤バイアル、カートリッジまたは他の液体薬剤源に接続され得る。
【0043】
ステータ４は、ロータ６のピストン部分１３をピストンチャンバ１０から流体的に分離する膜７をさらに含む。膜７は、マイクロポンプでポンピングされることが意図された液体に対して不透過性、例えば水に対して不透過性である、可撓性材料で作られている。例えば、膜は、シリコーンゴムまたは熱可塑性エラストマーで作られ得る。膜７は、可撓性材料の単一の層または複数の層を含み得る。膜の単一の層、または複数の層のそれぞれの厚さは、１ｍｍ未満であってよいが、０．１ｍｍ超とすることができる。
【0044】
マイクロポンプは、ピストン部分１３と膜７との間の摩擦を低減するために、ピストン部分１３と膜７との間に、シリコーン油、鉱油もしくは合成油またはグリースなどの潤滑剤をさらに含み得る。膜７が可撓性材料の複数の層を含む場合、層間に潤滑剤を添加することができる。膜の単一の層、または複数の層のそれぞれは、平坦な可撓性弾性箔で作られ得る。変形例では、膜の単一の層、または複数の層のそれぞれは、ピストン部分１３の外側表面１６の形状に類似した、応力を受けない状態の形状を有する膜を得るために、射出成形によって作製され得る。
【0045】
膜７は、ポンプサイクル全体にわたって膜７がピストン部分１３の外側表面１６と適合することを確実にするように、十分に高いプレストレスを有する。
【0046】
膜７はピストン部分１３の軸方向変位に伴って伸縮する。ピストン部分の端面１５を覆う膜の部分の動きを小さくするために、膜７の相対的な膨張を小さくすることが有利である。したがって、ピストン部分の直径に対するピストンストロークの比が小さいことが有利である。例えば、ピストン部分の直径に対するピストンストロークの比は、０．５より小さくてよく、特に０．２より小さくてよい。
【0047】
図示の実施形態では、ステータ４は、キャップ部分４ｂと、ベース部分４ａと、を含む。ステータ４のキャップ部分４ｂは、溶接、接着剤による接着、クランプ、ねじ止め、および、他のそれ自体既知の接着もしくは機械的固定手段などの様々な固定手段によってベース部分４ａに固定され得る。図示の実施形態では、キャップ部分４ｂは、例えばキャップ部分４ｂ上の、ロックラッチの形態の固定要素２０ｂと、ベース部分上で半径方向外側に延びるロック肩部２０ａの形態の相補的な固定要素２０ａと、を含むスナップロック構造によって、ステータ４のベース部分４ａに固定される。ラッチおよび肩部は、ロックラッチがベース部分上にあり、ロック肩部がキャップ部分上にあるように、逆にしてもよい。
【0048】
キャップ部分４ｂは、ロータシャフト用の通路１９を有する。
【0049】
図示の実施形態では、膜７のリム部分は、キャップ部分４ｂのクランプ面２１とベース部分４ａのクランプ面２２との間にクランプされる。キャップ部分４ｂのクランプ面２１およびベース部分４ａのクランプ面２２は、スナップロック構造によって互いに押し付けられる。上方部分およびベース部分のクランプ面２１、２２は、クランプ面２１、２２の間に膜７を押し込むための相補的な隆起および溝を有する。
【0050】
さらに、膜７は、カラー２６をその周縁に有し得、これは、膜がクランプ面をすり抜けるのをさらに防止するために、クランプ面２１、２２の外側に配置される。
【0051】
変形例では、ステータ４のキャップ部分４ｂおよびベース部分４ａは単一部品要素として一体的に形成され、膜７は、接着剤などの固定手段を用いて、または溶接によって、またはステータに組み付けられてステータに機械的手段によって固定されるか接着もしくは溶接された剛性リング支持体に固定されることによって、ステータ４に固定される。変形例では、密閉膜は、２液射出成形プロセスでステータまたはステータの一部と一体成形されてもよい。
【0052】
ピストン部分１３は、ピストン部分１３の端面１５と半径方向表面１６との間に、例えばテーパまたは面取りの形態の、非軸対称くぼみ１４をさらに含む。テーパまたは面取りは、実質的に平坦な（平面の）表面を有してよく、または、変形例では、くぼみがピストンの角部の一部から材料を除去することを条件として、凸状湾曲表面または多面体表面を有していてもよい。くぼみは、少なくともステータの入口３および出口４まで延びる軸方向高さを有し、ピストンの回転中にくぼみが入口開口２８または出口開口２９のそばを通過するようになっている。
【0053】
入口３は、ピストンチャンバ１０の半径方向表面３０にある入口開口２８と流体連通している。出口５は、ピストンチャンバ１０の半径方向表面３０にある、入口開口２８と直径方向に対向する出口開口２９と流体連通している。
【0054】
ピストン部分１３の半径方向表面１６と端面１５との間の縁部、およびくぼみ１４の縁部は、ピストン部分１３とピストンチャンバ１０との間の円周方向密閉外形を画定する。入口開口２８および出口開口２９は、くぼみ１４の縁部によって画定された密閉外形の軸方向位置内に軸方向に位置付けられる。くぼみ１４の密閉外形は、ステータに対するロータの角度位置に応じて、カムトラック外形Ｐに従って軸方向に変位する。くぼみ１４の密閉外形は、入口開口２８および出口開口２９を開閉し、したがって、ピストンチャンバ１０と入口３および出口５それぞれとの間の流体連通を可能にし、かつ無効にする。よって、入口開口２８および出口開口２９とくぼみ１４の密閉外形との組み合わせは、ステータに対するロータの角度位置に応じて開閉する、入口バルブおよび出口バルブとして機能する。
【0055】
ピストンチャンバ１０の内側表面の軸方向位置ｚおよび角度位置φでのくぼみ１４の密閉外形が、入口バルブおよび出口バルブの開閉時のロータ位置に対して図７に示されている。座標系の原点は、ピストン部分１３がピストンチャンバ１０に完全に挿入されたときの入口開口および出口開口の角度位置の中間の角度位置にあるくぼみ１４の中心によって定義される。くぼみ１４の中心の角度位置は、ロータ６のヘッド１１上のインジケータ３１によってマークすることができる。
【0056】
入口バルブと出口バルブの両方は、図６ａに示されるように、０°の角度位置で閉じられている。０°～９０°の第１の角度φ１では、くぼみ１４の密閉外形の第１の側が入口開口２８に到達し（図７の曲線Ｓ１）、図６ｂに示されるように入口バルブが開き始める。入口バルブが少なくとも部分的に開いた後、ピストン部分は角度の増加に伴い軸方向に動き始め、液体は入口３からピストンチャンバ１０内にポンピングされる。入口バルブは、図６ｄに示されるように、くぼみ１４の密閉外形の第２の側が入口開口２８に達すると、閉じ始める。入口バルブが９０°～１８０°の第２の角度φ２で完全に閉じる前に、ロータの軸方向変位、したがって液体の吸入が停止する（図７の曲線Ｓ２）。入口バルブと出口バルブの両方は、図６ｅに示されるように、１８０°の角度位置で閉じられる。１８０°～２７０°の第３の角度φ３では、くぼみ１４の密閉外形の第１の側が出口開口２９に到達し、出口バルブが開き始める（図７の曲線Ｓ３）。出口バルブが少なくとも部分的に開いた後、図６ｆ～図６ｈに示されるように、ピストン部分は角度の増加に伴い反対の軸方向に動き始め、液体がピストンチャンバ１０から出口５へポンピングされる。出口バルブは、くぼみ１４の密閉外形の第２の側が出口開口２９に達すると、閉じ始める。ロータの軸方向変位、したがって液体の吐出は、出口バルブが２７０°～３６０°の第４の角度φ４で完全に閉じる前に停止する（図７の曲線Ｓ４）。
【0057】
ピストンチャンバ１３内のデッドボリュームは、ピストン部分が０°の角度位置でピストンチャンバ内に完全に挿入されているという条件で、ピストンの軸対称外形に対するくぼみ１４の容積である。
【0058】
図２～図４に示される実施形態では、ロータ６のピストン部分１３は、くぼみ１４の縁部およびピストン部分１３の端面１５と半径方向表面１６との間の縁部に沿ってピストン部分１３から半径方向外向きに延びる下側円周方向密閉リブ１８を含む。膜７は、下側円周方向密閉リブ１８とピストンチャンバ１０の半径方向表面３０との間に押し込まれる（挟まれる）。下側円周方向密閉リブ１８は、ピストン部分１３とピストンチャンバ１０との間に円周方向密閉外形を画定する。ピストン部分１３は、ピストン部分１３から半径方向外向きに延びる上側円周方向密閉リブ１７をさらに含む。上側円周方向密閉リブ１７は、入口開口および出口開口（２８、２９）の上方で軸方向近位に、すなわち軸方向において、ポンプサイクル全体を通じて入口開口および出口開口よりもロータヘッドの近くに、配置されている。上側円周方向密閉リブ１７および下側円周方向密閉リブ１８は、入口バルブおよび出口バルブの密閉、ならびにピストン部分１３とピストンチャンバ１０との間の密閉を改善する。ピストン部分１３は、両バルブが閉じているときに入口と出口との間の漏れを回避するために、上側円周方向密閉リブ１７を下側円周方向密閉リブ１８と軸方向に接続する、ピストン部分１３から半径方向外向きに延びる１つ以上の垂直密閉リブをさらに含み得る。例えば、くぼみの中心の反対に垂直密閉リブを配置してもよい。
【0059】
図５に示す変形例では、入口バルブと出口バルブの密閉、およびピストン部分とピストンチャンバとの間の密閉は、ピストンチャンバに追加された密閉リブによって改善されている。この変形例では、ピストンチャンバ１０は、入口開口２８を取り囲むピストンチャンバ１０の半径方向表面３０から半径方向内向きに延びる第１の密閉リブと、出口開口２９を取り囲むピストンチャンバ１０の半径方向表面３０から半径方向内向きに延びる第２の密閉リブ２４と、を含む。ピストンチャンバ１０は、ピストンチャンバ１０の半径方向表面３０から半径方向内向きに延びる円周方向密閉リブ２３をさらに含む。ピストンチャンバ１０の円周方向密閉リブ２３は、入口開口および出口開口の上方で軸方向近位に、すなわちポンプサイクル全体を通して入口開口および出口開口よりもロータヘッドの近くに、配置されている。
【0060】
〔特徴部のリスト〕
マイクロポンプ１
ステータ４
キャップ部分４ｂ
ロータシャフト用通路１９
固定要素２０ｂ
例：ロックラッチ
クランプ面２１
ベース部分４ａ
入口３
入口開口２８
出口５
出口開口２９
ピストンチャンバ１０
半径方向表面３０
端面３２
固定要素２０ａ
例：ロック肩部
クランプ面２２
円周方向密閉リブ２３
入口開口および出口開口を囲む密閉リブ２４
膜７
カラー２６
ロータ６
ヘッド１１
インジケータ３１
シャフト１２
ピストン部分１３
くぼみ１４
端面１５
半径方向表面１６
上側円周方向密閉リブ１７
下側円周方向密閉リブ１８
入口バルブＶ１
出口バルブＶ２
ロータ位置
入口バルブの開／閉時のくぼみの密閉外形Ｓ１、Ｓ２
出口バルブの開／閉時のくぼみの密閉外形Ｓ３、Ｓ４
軸方向変位システム
カムシステム８
ステータ上のカムトラック８１ａ、８１ｂ
ロータ上の相補的なカムフォロア８２ａ、８２ｂ
カップリング９
付勢機構２７
回転駆動部２
マイクロポンプ１
ステータ４
キャップ部分４ｂ
ロータシャフト用通路１９
固定要素２０ｂ
例：ロックラッチ
クランプ面２１
ベース部分４ａ
入口３
入口開口２８
出口５
出口開口２９
ピストンチャンバ１０
半径方向表面３０
端面３２
固定要素２０ａ
例：ロック肩部
クランプ面２２
円周方向密閉リブ２３
入口開口および出口開口を囲む密閉リブ２４
膜７
カラー２６
ロータ６
ヘッド１１
インジケータ３１
シャフト１２
ピストン部分１３
くぼみ１４
端面１５
半径方向表面１６
上側円周方向密閉リブ１７
下側円周方向密閉リブ１８
入口バルブＶ１
出口バルブＶ２
ロータ位置
入口バルブの開／閉時のくぼみの密閉外形Ｓ１、Ｓ２
出口バルブの開／閉時のくぼみの密閉外形Ｓ３、Ｓ４
軸方向変位システム
カムシステム８
ステータ上のカムトラック８１ａ、８１ｂ
ロータ上の相補的なカムフォロア８２ａ、８２ｂ
カップリング９
付勢機構２７
回転駆動部２
【0061】
〔実施の態様〕
（１） ポンプ（１）であって、
ステータ（４）と、前記ステータに対して軸方向に、また回転可能に移動可能なロータ（６）と、を含み、前記ステータ（４）は、半径方向表面（３０）を含むピストンチャンバ（１０）と、前記半径方向表面に形成された入口開口（２８）を含む入口（３）と、前記半径方向表面に形成された出口開口（２９）を含む出口（５）と、を含み、前記ロータ（６）は、ピストン部分（１３）を含み、前記ピストン部分（１３）は、半径方向表面（１６）と、端面（１５）と、前記ピストン部分（１３）の前記半径方向表面（１６）と前記端面（１５）との間に形成された非軸対称くぼみ（１４）と、を含み、
前記くぼみ（１４）は、ポンプ吸入段階に対応する、前記ステータに対する前記ロータの角度位置の範囲にわたって、前記入口開口（２８）に少なくとも部分的に重なるように配置され、ポンプ吐出段階に対応する、前記ステータに対する前記ロータの角度位置の範囲にわたって、前記出口開口（２９）に少なくとも部分的に重なるように配置され、
前記ピストン部分（１３）の前記半径方向表面（１６）は、前記ポンプ吸入段階の間に前記出口開口（２９）を閉じ、前記ポンプ吐出段階の間に前記入口開口（２８）を閉じ、前記ポンプ吸入段階と前記ポンプ吐出段階との間では前記入口開口（２８）および前記出口開口の両方を閉じるように構成され、
前記ステータ（４）は、前記ピストン部分（１３）を前記ピストンチャンバ（１０）から密閉的に分離する可撓性弾性膜（７）を含むことを特徴とする、ポンプ。
（２） 前記可撓性弾性膜（７）は、可撓性材料の単一の層または複数の層を含む、実施態様１に記載のポンプ。
（３） 前記可撓性材料は、シリコーンゴムまたは熱可塑性エラストマーである、実施態様２に記載のポンプ。
（４） 前記単一の層、または前記複数の層のそれぞれの厚さは、０．１ｍｍ～１ｍｍである、実施態様２に記載のポンプ。
（５） 前記単一の層、または前記複数の層のそれぞれは、射出成形または圧縮成形によって作られている、実施態様２に記載のポンプ。
（１） ポンプ（１）であって、
ステータ（４）と、前記ステータに対して軸方向に、また回転可能に移動可能なロータ（６）と、を含み、前記ステータ（４）は、半径方向表面（３０）を含むピストンチャンバ（１０）と、前記半径方向表面に形成された入口開口（２８）を含む入口（３）と、前記半径方向表面に形成された出口開口（２９）を含む出口（５）と、を含み、前記ロータ（６）は、ピストン部分（１３）を含み、前記ピストン部分（１３）は、半径方向表面（１６）と、端面（１５）と、前記ピストン部分（１３）の前記半径方向表面（１６）と前記端面（１５）との間に形成された非軸対称くぼみ（１４）と、を含み、
前記くぼみ（１４）は、ポンプ吸入段階に対応する、前記ステータに対する前記ロータの角度位置の範囲にわたって、前記入口開口（２８）に少なくとも部分的に重なるように配置され、ポンプ吐出段階に対応する、前記ステータに対する前記ロータの角度位置の範囲にわたって、前記出口開口（２９）に少なくとも部分的に重なるように配置され、
前記ピストン部分（１３）の前記半径方向表面（１６）は、前記ポンプ吸入段階の間に前記出口開口（２９）を閉じ、前記ポンプ吐出段階の間に前記入口開口（２８）を閉じ、前記ポンプ吸入段階と前記ポンプ吐出段階との間では前記入口開口（２８）および前記出口開口の両方を閉じるように構成され、
前記ステータ（４）は、前記ピストン部分（１３）を前記ピストンチャンバ（１０）から密閉的に分離する可撓性弾性膜（７）を含むことを特徴とする、ポンプ。
（２） 前記可撓性弾性膜（７）は、可撓性材料の単一の層または複数の層を含む、実施態様１に記載のポンプ。
（３） 前記可撓性材料は、シリコーンゴムまたは熱可塑性エラストマーである、実施態様２に記載のポンプ。
（４） 前記単一の層、または前記複数の層のそれぞれの厚さは、０．１ｍｍ～１ｍｍである、実施態様２に記載のポンプ。
（５） 前記単一の層、または前記複数の層のそれぞれは、射出成形または圧縮成形によって作られている、実施態様２に記載のポンプ。
【0062】
（６） 前記複数の層のうちの少なくとも２つの間に潤滑剤を含む、実施態様２に記載のポンプ。
（７） 前記ピストン部分（１３）と前記可撓性弾性膜（７）との間に潤滑剤を含む、実施態様１に記載のポンプ。
（８） ポンプサイクル全体にわたって、前記ピストン部分（１３）の前記くぼみ（１４）、前記端面（１５）、および前記半径方向表面（１６）に対して、ぴったり合った、弾性的に張力をかける様式で、前記膜を弾性的に適合させるように、前記ピストン部分（１３）が成形され、前記膜が構成されている、実施態様１に記載のポンプ。
（９） 前記ピストン部分（１３）の直径に対するピストンストロークの比は、０．５より小さく、好ましくは０．２より小さい、実施態様１に記載のポンプ。
（１０） 前記ステータ（４）は、キャップ部分（４ｂ）と、ベース部分（４ａ）と、を含み、
前記膜（７）のリム部分が、前記キャップ部分（４ｂ）と前記ベース部分（４ａ）との間に固定されている、実施態様１に記載のポンプ。
（７） 前記ピストン部分（１３）と前記可撓性弾性膜（７）との間に潤滑剤を含む、実施態様１に記載のポンプ。
（８） ポンプサイクル全体にわたって、前記ピストン部分（１３）の前記くぼみ（１４）、前記端面（１５）、および前記半径方向表面（１６）に対して、ぴったり合った、弾性的に張力をかける様式で、前記膜を弾性的に適合させるように、前記ピストン部分（１３）が成形され、前記膜が構成されている、実施態様１に記載のポンプ。
（９） 前記ピストン部分（１３）の直径に対するピストンストロークの比は、０．５より小さく、好ましくは０．２より小さい、実施態様１に記載のポンプ。
（１０） 前記ステータ（４）は、キャップ部分（４ｂ）と、ベース部分（４ａ）と、を含み、
前記膜（７）のリム部分が、前記キャップ部分（４ｂ）と前記ベース部分（４ａ）との間に固定されている、実施態様１に記載のポンプ。
【0063】
（１１） 前記キャップ部分（４ｂ）は、スナップロック構造によって前記ベース部分（４ａ）に固定されている、実施態様１０に記載のポンプ。
（１２） 前記可撓性弾性膜（７）を密閉式に挟み、少なくとも前記入口開口および前記出口開口の上方で前記ピストンチャンバを密閉するように構成された、前記ロータ（６）または前記ピストンチャンバ（１０）の表面から突出する密閉リブ（１７、１８、２３、２４）をさらに含む、実施態様１１に記載のポンプ。
（１３） 前記密閉リブは、前記入口（３）の開放段階中に前記出口開口（２９）の下方および前記入口開口（２８）の上方で、または、前記出口（５）の開放段階中に前記入口開口（２８）の下方および前記出口開口（２９）の上方で、前記弾性膜（７）を密閉式に挟むように構成された、前記ロータから突出する少なくとも１つの下側密閉リブ（１８）を含む、実施態様１２に記載のポンプ。
（１４） 前記密閉リブは、前記入口開口（２８）および前記出口開口（２９）を囲む前記ピストンチャンバ（１０）の前記半径方向表面（３０）から突出する密閉リブ（２４）を含む、実施態様１２に記載のポンプ。
（１５） 前記ステータ（４）に対する前記ロータ（６）の角度位置（φ）に応じて前記ステータ（４）に対する前記ロータ（６）の軸方向位置（ｚ）を画定するカムシステム（８）を含む、実施態様１に記載のポンプ。
（１２） 前記可撓性弾性膜（７）を密閉式に挟み、少なくとも前記入口開口および前記出口開口の上方で前記ピストンチャンバを密閉するように構成された、前記ロータ（６）または前記ピストンチャンバ（１０）の表面から突出する密閉リブ（１７、１８、２３、２４）をさらに含む、実施態様１１に記載のポンプ。
（１３） 前記密閉リブは、前記入口（３）の開放段階中に前記出口開口（２９）の下方および前記入口開口（２８）の上方で、または、前記出口（５）の開放段階中に前記入口開口（２８）の下方および前記出口開口（２９）の上方で、前記弾性膜（７）を密閉式に挟むように構成された、前記ロータから突出する少なくとも１つの下側密閉リブ（１８）を含む、実施態様１２に記載のポンプ。
（１４） 前記密閉リブは、前記入口開口（２８）および前記出口開口（２９）を囲む前記ピストンチャンバ（１０）の前記半径方向表面（３０）から突出する密閉リブ（２４）を含む、実施態様１２に記載のポンプ。
（１５） 前記ステータ（４）に対する前記ロータ（６）の角度位置（φ）に応じて前記ステータ（４）に対する前記ロータ（６）の軸方向位置（ｚ）を画定するカムシステム（８）を含む、実施態様１に記載のポンプ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6a】
【図6b】
【図6c】
【図6d】
【図6e】
【図6f】
【図6g】
【図6h】
【図7】
【外国語明細書】