特許 7469752 計量ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-09

(45)【発行日】2024-04-17

(54)【発明の名称】計量ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04B 13/00 20060101AFI20240410BHJP

   F04B 53/02 20060101ALI20240410BHJP

   F04B 53/14 20060101ALI20240410BHJP

【ＦＩ】

F04B13/00 A

F04B53/02

F04B53/14 A

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2019217992

(22)【出願日】2019-12-02

(65)【公開番号】P2021088936

(43)【公開日】2021-06-10

【審査請求日】2022-12-01

(73)【特許権者】

【識別番号】519244588

【氏名又は名称】リップラップ カンパニー ソシエテ アノニム

【氏名又は名称原語表記】ＲＩＰＲＵＰ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｓ．Ａ．

【住所又は居所原語表記】３７， Ｌｅ Ｐｏｌｌｅｔ Ｓｔ． Ｐｅｔｅｒ Ｐｏｒｔ ＧＹ１ Ｇｕｅｒｎｓｅｙ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｉｓｌａｎｄｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100125265

【弁理士】

【氏名又は名称】貝塚 亮平

(72)【発明者】

【氏名】ドクター ビッセン モニーク

(72)【発明者】

【氏名】シュッカー ヨーゼフ

【審査官】田谷 宗隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２５４６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／０８９１４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２００７－５３６４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－０４０２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１６２７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０５４６９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｂ １３／００

Ｆ０４Ｂ ５３／０２

Ｆ０４Ｂ ５３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

近位部および遠位部を有するチェンバと、
前記チェンバに収容され、前記チェンバ内で可動であるピストンと、
前記ピストンを前記チェンバ内で近位死点から遠位死点へと往復駆動する駆動部であって、前記遠位死点は、前記チェンバの前記遠位部に位置し、前記近位死点は、前記チェンバの前記近位部に位置する、駆動部と、
前記チェンバの前記遠位部に隣接して位置するアウトレットバルブであって、前記アウトレットバルブは、前記ピストンが遠位方向に移動する場合、前記チェンバからの流体流を許可し、前記ピストンが近位方向に移動する場合、前記チェンバ内への流体流を阻止する、アウトレットバルブと、
前記チェンバの前記遠位部に位置する封止材であって、前記封止材は、前記ピストンが当該封止材に接触する封止位置に位置した場合、当該封止位置において前記チェンバを封止する、封止材と、
インレットバルブであって、前記インレットバルブは、前記ピストンが近位方向に移動する場合、前記チェンバ内への流体流を許可し、前記ピストンが遠位方向に移動する場合、前記チェンバ外への流体流を阻止する、インレットバルブと、
を備え、
前記チェンバにおいて、前記インレットバルブが前記封止位置よりも近位側の位置に接続され、前記アウトレットバルブが前記封止位置よりも遠位側の位置に接続されている、計量ポンプ。

【請求項2】

前記インレットバルブは、注入開口部と、前記チェンバに接続された注出開口部とを備え、当該注入開口部が流体源に流体連通され、
前記流体源内の圧力が前記計量ポンプの設置環境における圧力と等しく、
前記インレットバルブは、前記注出開口部における圧力が前記注入開口部における圧力未満であり且つ前記注入開口部における圧力が前記計量ポンプの前記設置環境における圧力以下である場合、前記注入開口部から前記注出開口部への流体流を許可する、請求項１に記載の計量ポンプ。

【請求項3】

前記インレットバルブと前記チェンバとに接続されるインレットチャネルをさらに備え、前記インレットチャネルは前記封止材に並設される、請求項１または２に記載の計量ポンプ。

【請求項4】

前記駆動部は、
ステッピングモータ、
リニア駆動部、
ソレノイド、
サーボ駆動部、
リニアモータ、
のうちの少なくとも１つを備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の計量ポンプ。

【請求項5】

第１サブ制御部をさらに備え、
前記第１サブ制御部は、
分注される流体の設定量を示すコマンドを受け付け、
計量ポンプが設定量の流体を分注した場合、設定量の流体が分注され前記ピストンが前記封止材に接触する前記封止位置に位置するように往復動行程の設定数値を算出し、
前記駆動部が前記ピストンを前記設定数値の往復動行程だけ往復動させるように前記駆動部を制御し、
前記ピストンが前記設定数値の往復動行程だけ往復動した場合、前記ピストンを前記封止位置に位置決めするように構成される、請求項１～４のいずれか１項に記載の計量ポンプ。

【請求項6】

第２サブ制御部をさらに備え、
前記第２サブ制御部は、
分注される流体量を示すコマンドを受け付け、
前記計量ポンプが設定量の流体を分注した場合、設定量の流体が分注され前記ピストンが前記封止材に位置するように前記ピストンのピストン移動分を算出し、
前記駆動部が前記ピストンを近位方向と遠位方向に設定ピストン移動分だけ往復動させるように前記駆動部を制御し、
前記ピストンが前記設定ピストン移動分および設定数値の往復動行程だけ往復動した場合、前記ピストンを前記封止材に接触する前記封止位置に位置決めするように構成される、請求項１～５のいずれか１項に記載の計量ポンプ。

【請求項7】

前記第１サブ制御部と第２サブ制御部とを備える制御部をさらに備え、
前記制御部は、
分注される流体量を示すコマンドを受け付け、
前記計量ポンプが設定量の流体を分注した場合、設定量の流体が分注され前記ピストンが前記封止位置に位置するように、往復動行程の設定数値および前記ピストンの設定ピストン移動分を算出し、
前記駆動部が前記ピストンを近位方向と遠位方向に前記設定ピストン移動分および前記設定数値の往復動行程だけ往復動させるように前記駆動部を制御し、
前記ピストンが前記設定ピストン移動分および前記設定数値の往復動行程だけ往復動した場合、
前記ピストンを前記封止材に接触する前記封止位置に位置決めするように構成される、請求項５に記載の計量ポンプ。

【請求項8】

前記制御部は、前記駆動部が前記ピストンを、第１行程の間、第１ピストン移動分だけ往復動させ、前記駆動部が前記ピストンを、第２行程の間、第２ピストン移動分だけ往復動させ、前記第１行程と前記第２行程とによって、前記設定量の流体が分注されるように前記駆動部を制御するように構成されるのであって、前記第２ピストン移動分は、前記第１ピストン移動分よりも短い、請求項７に記載の計量ポンプ。

【請求項9】

少なくとも１つの前記インレットバルブおよび前記アウトレットバルブはチェックバルブである、請求項１～８のいずれか１項に記載の計量ポンプ。

【請求項10】

前記チェンバの前記遠位部と、当該遠位部に隣接して位置する前記アウトレットバルブの注入開口部との間の、前記チェンバにおけるクリアランス量は、ピストン変位の５％未満である、請求項１～８のいずれか１項に記載の計量ポンプ。

【請求項11】

最大ピストン変位で単一の行程により計量される量は、
５μＬ～０．０２ｍＬ、
４μＬ～０．０４ｍＬ、
２μＬ～０．１ｍＬ、
のうちの１つの範囲内にある、請求項１～１０のいずれか１項に記載の計量ポンプ。

【請求項12】

制御部は、前記ピストンの単一の行程が、
２μＬ～５μＬ、
１μＬ～３μＬ、
１μＬ～５μＬ、
のうちの１つの範囲の量を計量するように、最小ピストン移動分を制御するように構成される、請求項７～１１のいずれか１項に記載の計量ポンプ。

【請求項13】

前記計量ポンプは、前記チェンバを有し且つ前記封止材を収容する本体部を備え、
前記アウトレットバルブは、前記本体部に収容されるバルブシートと、前記バルブシートに関して可動であるバルブ部材とを備え、
前記アウトレットバルブの前記バルブ部材がその閉止位置にある場合、前記ピストンは、その遠位位置で前記アウトレットバルブの前記バルブ部材に接触する、請求項１～１２のいずれか１項に記載の計量ポンプ。

【請求項14】

前記計量ポンプは、前記チェンバを有し且つ前記封止材を収容する本体部を備え、
前記アウトレットバルブは、前記計量ポンプの前記本体部に収容されるバルブシートと、前記バルブシートに関して可動であるバルブ部材とを備え、
前記アウトレットバルブの前記バルブシートと、前記チェンバの前記遠位部に位置する前記封止材は、一体的に形成される、請求項１～１３のいずれか１項に記載の計量ポンプ。

【請求項15】

請求項１～１４のいずれか１項に記載の前記計量ポンプと、
前記インレットバルブの注入開口部と結合される流体容器と、を備え、
前記流体容器は、前記計量ポンプにより計量されるべき流体が充填され、
前記流体容器内の圧力は、前記計量ポンプの環境における圧力と一致する、計量システム。

【請求項16】

流体容器は、前記流体容器の環境と流体連通するベント開口部をさらに備え、
前記流体容器の環境における圧力は、前記計量ポンプの環境における圧力と一致する、
請求項１５に記載の計量システム。

【請求項17】

計量すべき前記流体は液体である、請求項１５または１６に記載の計量システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体を供給源から汲み取ることができ、少量の流体をシンクに分注することができる計量ポンプに関する。計量ポンプは、数マイクロリットルから約１００μＬの範囲の所定量の流体を分注してよい。

【背景技術】

【0002】

先行技術において、ピストンポンプが当業者に知られている。ピストンポンプは、流体を供給源から汲み取り、流体をシンクに通すことができる。ピストンポンプのインレットにおいて、インレットチェックバルブは、ピストンが往復動するチェンバと接続される。チェンバのアウトレットには、アウトレットチェックバルブが設けられる。

【0003】

先行技術のピストンポンプは、アウトレットバルブにおける真空が流体を供給源から汲み取るという不利な点を有する。このため、ピストンポンプにより分注される流体量を精確に決定することができない。

【0004】

また、先行技術のピストンポンプは、大きなクリアランス量を有しており、インレットチェックバルブと供給源との間に接続される導管をブリードすることができない。

【0005】

さらに、投与システムが先行技術において知られている。これらの投与システムは、流体を分注する開口部を開口させるプッシャを備える。設定量の流体が分注されるとすぐ、開口部はプッシャにより閉止される。これらのシステムは、加圧された供給源、または流体源とプッシャとの間にポンプを必要とする。加圧された供給源または追加のポンプは計量システムの複雑さおよびボリュームを増加させるため、これらのシステムは望ましくない。

【0006】

開口部を閉止させるプッシャを備える投与システムは、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４において知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】国際特許出願公開第１９８８／００３０５２Ａ１号公報

【文献】欧州特許出願公開第１６７４１６３Ａ２号公報

【文献】欧州特許出願公開第１７２１６８１Ａ２号公報

【文献】欧州特許出願公開第１８０２１９１Ａ１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の課題は、供給源から汲み取られる所定量の流体を再現可能に分注可能な計量ポンプを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の課題は、請求項１に記載の計量ポンプおよび請求項１５に記載の計量システムにより達成される。従属請求項は、本発明の実施形態に関する。

【0010】

本発明は、近位部および遠位部を有するチェンバと、チェンバに収容され、近位部から遠位部およびその逆に可動であるピストンとを備える計量ポンプを開示する。計量ポンプは、ピストンをチェンバ内で近位死点から遠位死点へと往復駆動する、駆動部をさらに備える。遠位死点は、チェンバの遠位部に位置する。近位死点は、チェンバの近位部に位置する。アウトレットバルブは、チェンバの遠位部に隣接して位置する。アウトレットバルブは、チェンバに対向して位置してよい。アウトレットバルブは、ピストンが遠位方向に移動する場合、チェンバからの流体流を許可し、ピストンが近位方向に移動する場合、チェンバ内への流体流を阻止する。

【0011】

計量ポンプは、チェンバの遠位部に位置する封止材であって、遠位部に位置する封止材は、ピストンが遠位部に位置する場合、チェンバを封止する、封止材をさらに備える。計量ポンプは、インレットバルブであって、インレットバルブは、ピストンが近位方向に移動する場合、チェンバ内への流体流を許可し、ピストンが遠位方向に移動する場合、チェンバ外への流体流を阻止する、インレットバルブをさらに備える。ピストンは、その遠位死点位置において、遠位部に位置する封止材に接触してよい。

【0012】

ピストンは、その遠位死点において、遠位部に位置する封止材と弾性的に係合してよい。特に、ピストンは、その遠位死点において、遠位部に位置する封止材を弾性的に圧縮してよい。

【0013】

計量ポンプは、流体、例えば供給源からの液体を汲み取ることができ、供給源とインレットバルブとの間に接続される導管をそれぞれブリードおよびベントできるという有利な点を有する。さらに、アウトレットバルブと接続される導管の真空が、流体をチェンバおよび供給源から汲み取ることはない。

【0014】

インレットバルブは、注入開口部と、注出開口部とを備えてよい。インレットバルブは、注出開口部における圧力が注入開口部における圧力未満である場合および注入開口部における圧力が計量ポンプの環境における圧力以下である場合、注入開口部から注出開口部への流体流を許可する。

【0015】

計量ポンプは、加圧された供給源、または供給源とインレットバルブの注入開口部との間にポンプを必要としない。これにより、計量ポンプの複雑さを低減することができる。

【0016】

計量ポンプのインレットチャネルは、インレットバルブとチェンバとに接続されてよく、インレットチャネルはチェンバの遠位部に位置する封止材に併設される。これにより、小さなクリアランス量が達成され、ポンプは、インレット導管および供給源とインレットバルブとの間に接続される導管を、素早くそして確実に、それぞれブリードおよびベントできる。

【0017】

駆動部は、チェンバの近位部に隣接して設けられてよい。駆動部は、ステッピングモーター、リニア駆動部、ソレノイド、サーボ駆動部またはリニアモータなどを備えてよい。これにより、ピストンを任意に位置決めすることができる。さらに、ピストン移動分を任意に適合することができる。

【0018】

計量ポンプは、第１サブ制御部を備えてよい。第１サブ制御部は、計量ポンプにより分注される流体の設定量を示すコマンドを受け付けるように構成される。第１サブ制御部は、計量ポンプが設定量の流体を分注した場合、計量ポンプにより設定量の流体が分注されピストンがチェンバの遠位部に位置する封止材および／または封止材内に位置するように往復動行程の設定数値を算出するようにさらに構成される。第１サブ制御部は、駆動部がピストンを設定数値の往復動行程だけ往復動させるように駆動部を制御するようにさらに構成される。第１サブ制御部はまた、ピストンが設定数値の往復動行程だけ往復動した場合、ピストンをチェンバの遠位部に位置する封止材および／または封止材内に位置決めするように構成される。特に、第１サブ制御部はまた、ピストンが設定数値の往復動行程だけ往復動した場合、ピストンの遠位端を封止材および／または封止材内に位置決めするように構成される。この実施形態において、制御部は、ピストンが最大ピストン行程だけ往復動するように駆動部を制御してよい。

【0019】

流体の分注後にピストンがチェンバの遠位部に位置する封止材および／または封止材内に位置するため、アウトレットバルブと接続される導管の真空が、流体をチェンバおよび／または供給源から汲み取ることはない。これにより、設定量の流体を確実に分注することができる。

【0020】

計量ポンプは、第２サブ制御部をさらに備えてよい。第２サブ制御部は、分注される流体量を示すコマンドを受け付けるように構成される。第２サブ制御部は、計量ポンプが設定量の流体を分注した場合、設定量の流体が分注されピストンがチェンバの遠位部に位置する封止材および／または封止材内に位置するようにピストンのピストン移動分を算出するように構成される。第２サブ制御部は、駆動部がピストンを近位方向と遠位方向に設定ピストン移動分だけ往復動させるように駆動部を制御するようにさらに構成される。第２サブ制御部はまた、ピストンが設定ピストン移動分および設定数値の往復動行程だけ往復動した場合、ピストンをチェンバの遠位部に位置する封止材および／または封止材内に位置決めするように構成される。特に、第２サブ制御部はまた、ピストンが設定ピストン移動分および設定数値の往復動行程だけ往復動した場合、ピストンの遠位端をチェンバの遠位部に位置する封止材および／または封止材内に位置決めするように構成される。この実施形態において、制御部は、ピストンが最大ピストン行程未満だけ往復動するように駆動部を制御してよい。

【0021】

本発明の有利な点は、ピストン移動分を、ピストンの往復動後にピストンがチェンバの遠位部に位置する封止材および／または封止材内に位置するように適合できることである。これにより、所定量の流体の分注後、ピストン移動量未満の量を、計量ポンプにより、ピストンの封止されている位置を犠牲にすることなく分注できる。分注すべき流体量とは無関係に、ピストンは、チェンバの遠位部に位置する封止材および／または封止材に接触して位置決めされてよい。最大ピストン行程またはピストン移動量未満の流体量が分注される場合、ピストンは、チェンバの遠位部に位置する封止材および／または封止材内に再び位置決めされる。

【0022】

１つの実施形態において、制御部は、第１サブ制御部と第２サブ制御部とを備えてよい。制御部は、分注される流体量を示すコマンドを受け付けるように構成される。制御部は、計量ポンプが設定量の流体を分注した場合、設定量の流体が分注されピストンがチェンバの遠位部に位置する封止材および／または封止材内に位置するように往復動行程の設定数値およびピストンの設定ピストン移動分を算出するようにさらに構成される。制御部は、駆動部がピストンを近位方向と遠位方向に設定ピストン移動分および設定数値の往復動行程だけ往復動させるように駆動部を制御するように構成される。制御部は、ピストンが設定ピストン移動分および設定数値の往復動行程だけ往復動した場合、ピストンをチェンバの遠位部に位置する封止材および／または封止材に接触して位置決めするようにさらに構成される。

【0023】

この実施形態において、制御部は、複数の行程による設定量の流体の分注後、ピストンがチェンバの遠位部に位置する封止材および／もしくは封止材内に位置するか、またはチェンバの遠位部に位置する封止材に（接触して）位置することを確実にするために、ピストン移動分を適合させることができる。これにより、アウトレットバルブと接続される導管のそれぞれ真空および負圧により、流体がチェンバおよび／または供給源から汲み取られることはないことを確実にできる。

【0024】

制御部は、ピストン移動分を２つの行程の間で変更するように構成されてよい。言い換えると、制御部は、駆動がピストンを、第１行程の間、第１ピストン移動分だけ往復動させ、駆動がピストンを、第２行程の間、第２ピストン移動分だけ往復動させるように駆動部を制御するように構成されてよく、第２ピストン移動分は、第１ピストン移動分よりも短い。これにより、すべてのピストン行程が最後のピストン行程を除いて長いピストン移動分を有することで多量の流体を分注し、最後のピストン行程はより短いピストン運動分を有することで、正確な量が分注され、設定量の分注後、ピストンがチェンバの遠位部に位置する封止材に位置することを確実にするため、大流量を達成できる。

【0025】

インレットバルブおよびアウトレットバルブはチェックバルブであってよい。

【0026】

シリンダクリアランス量は、ピストン変位の５％未満、好ましくはピストン変位の２％未満、さらに好ましくはピストン変位の１％未満であってよい。クリアランス量は、チェンバの遠位部、特に遠位死点とアウトレットバルブのチェンバに向けられる開口部との間に位置する。

【0027】

最大ピストン変位で単一の行程により計量される量は、約５μＬ～約０．０２ｍＬ、好ましくは約４μＬ～約０．０４ｍＬ、さらに好ましくは約０μＬ超～約０．１ｍＬの範囲内にある。

【0028】

制御部は、ピストンの単一の行程が約２μＬ～約５μＬ、好ましくは約１μＬ～約３μＬ、さらに好ましくは約１μＬ未満～約５μＬの範囲の流体量を計量するように、最小ピストン移動分を制御するように構成されてよい。最小ピストン移動分は、駆動部の最小ステップ範囲または最小コマンド可能駆動範囲である。

【0029】

本発明に係るマイクロ計量ポンプにより注出される設定量は、約１μＬ～約１２５μＬの範囲であってよい。マイクロ計量ポンプは、約１～１５秒、好ましくは約１～１０秒、さらに好ましくは約１～約５秒の期間内の設定量を注出してよい。

【0030】

アウトレットバルブは、計量ポンプの本体部に収容されるバルブシートと、バルブシート内および／またはバルブシートに関して可動であるバルブ部材とを備える。１つの実施形態において、アウトレットバルブのバルブ部材がその閉止位置にある場合、ピストンは、その遠位位置（遠位死点）でアウトレットバルブのバルブ部材に接触する。これにより、デッドスペースをさらに低減することができる。アウトレットバルブのバルブシートは、アウトレットバルブのバルブ部材よりも柔らかくてよい。アウトレットバルブのバルブ部材は、バルブプランジャ、バルブピストンまたはバルブディスクなどであってよい。

【0031】

１つの実施形態において、アウトレットバルブのシートと、チェンバの遠位部に位置する封止材は、一体的に（ワンピースとして）形成される。この実施形態において、アウトレットバルブのバルブシートは、アウトレットバルブのバルブ部材よりも柔らかい。

【0032】

本発明はまた、上記計量ポンプを備える計量システムを開示する。計量システムは、インレットバルブの注入開口部と結合される流体容器を備える。流体容器は流体源である。流体容器は、計量ポンプにより計量されるべき流体が充填される。流体容器内の圧力は、計量ポンプの環境における圧力と一致する。

【0033】

本発明は、容器内の流体は加圧される必要がないという有利な点を有する。流体容器は、流体容器の環境と流体連通するベント開口部をさらに備える。分注すべき流体が流体容器内で加圧される必要がないため、流体容器の環境における圧力は、計量ポンプの環境における圧力と一致する。

【0034】

計量すべき流体は、液体、例えば飲料水であってよい。

【図面の簡単な説明】

【0035】

以下、本発明の非限定的で例示的な実施形態を示す添付の図面を参照して、本発明を説明する。

【図1】本発明に係る計量ポンプの概略断面図を示す。

【図2】本発明に係る計量システムの概略図を示す。

【図3】本発明に係る計量ポンプの動作方法のフロー図を示す。

【図4】本発明に係るバルブ構成の第２実施形態を示す。

【図5】本発明に係るバルブ構成の第３実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0036】

図は、縮尺通りに記載されておらず、本発明の原理を理解する目的に役立つに過ぎない。幾何学的関係、例えば上方および下方などは、本発明の原理を記載するために使用されるに過ぎず、限定として見なされるべきではない。

【0037】

本発明に係るマイクロ計量ポンプ１００の概略断面図を示す図１を参照する。ポンプ１００は、ピストン１０４が設けられる、本質的に円筒状のチェンバ１０２を備える。ピストンは、その遠位死点位置１０８で示される。ピストン１０４は、遠位死点１０８と近位死点１０６との間を往復動してよい。ピストン１０４は、アーム１２８によりピストン１０４と結合される駆動部１３０により駆動される。アーム１２８は、ガイド１２６内でガイドされる。

【0038】

ポンプ１００は、インレットバルブ１１４の注出開口部１１４ｂと接続されるチェンバ１０２におけるインレット開口部１１０をさらに備える。インレットバルブ１１４の注入開口部１１４ａは、インレット導管１１８と接続される。インレットバルブ１１４とインレット開口部１１０は、遠位死点１０８に隣接して形成される。インレットバルブ１１４の注出開口部１１４ｂとインレット開口部１１０との間には、インレットチャネル１１３が形成される。

【0039】

遠位死点１０８において、アウトレット開口部１１２がチェンバ１０２において形成される。アウトレット開口部１１２は、アウトレットバルブ１１６の注入開口部１１６ａに隣接して形成される。アウトレットバルブ１１６の注出開口部１１４ｂは、アウトレット導管１２０と接続される。インレットバルブ１１４とアウトレットバルブ１１６は、チェックバルブであってよい。

【0040】

遠位死点１０８において、第１封止材１２２がチェンバ１０２において設けられる。図１に示される実施形態において、第１封止材１２２はＯリングにより形成される。ピストン１０４は、ピストン１０４の遠位部が第１封止材１２２および／もしくは第１封止材１２２内に設けられるか、および／または第１封止材１２２に接触して設けられるか、および／または第１封止材１２２を弾性的に圧縮して設けられるように遠位死点１０８に位置する場合、アウトレット導管１２０のそれぞれ真空および負圧により、流体がチェンバ１０２、インレットバルブ１１４および流体源、例えばタンク、特に液体が充填されるタンクと接続されるインレット導管１１８から汲み取られることはない。

【0041】

図１に示される実施形態において、第１封止材１２２は、ピストン１０４の遠位死点１０８において円筒状チェンバ１０２の周囲に形成される円筒状凹部１２３内に設けられる。凹部１２３は、チェンバ１０２の軸方向に第１封止材１２２を収容するのに十分な距離にわたって延在する。第１封止材１２２は、チェンバ１０２の軸方向において凹部１２３内に遊びを有してはならない。好ましくは、第１封止材１２２は、チェンバ１０２の軸方向において凹部１２３により弾性的に圧縮される。ピストン１０４が第１封止材１２２および／もしくは第１封止材１２２内の遠位死点１０８に位置する場合、第１封止材１２２は、ピストン１０４と凹部１２３の径方向外面との間においてチェンバ１０２の径方向に圧縮される。

【0042】

図１に示されるピストン１０４の遠位死点１０８において、ピストン１０４は第１封止材１２２に接触する。ピストン１０４の遠位死点１０８において、ピストンは第１封止材１２２を弾性的に圧縮する。特に、ピストン１０４の遠位死点１０８において、ピストンは第１封止材１２２を弾性的にチェンバ１０２の径方向に圧縮する。図１に示される実施形態において、ピストン１０４は、第１封止材１２２を形成するＯリング内の遠位死点１０８に位置する。

【0043】

チェンバ１０２の近位死点１０６に第２封止材１２４は位置し、第２封止材１２４は、ピストン１０４に接触する。第２封止材１２４は、第２凹部１２５に収容される。第２封止材１２４は、ピストン１０４が流体をポンプ１００のハウジング内へと漏らす場合または流体をポンプ１００のハウジングの内部から汲み取る場合を防止する。

【0044】

第１封止材１２２および／または第２封止材１２４は、ＯリングまたはＸリングであってよい。

【0045】

インレット開口部１１０は、第１封止材１２２および／またはチェンバ１０２内を往復動するピストン１０４の遠位死点１０８に可能な限り近接して設けられる。

【0046】

第１封止材１２２とインレット開口部１１０との間に、分離部材１３６が設けられ、第１封止材１２２をチェンバ１０２の軸方向においてチェンバ１０２のインレット開口部１１０から分離する。分離部材１３６は、チェンバ１０２の軸方向に約０．１～約２ｍｍ、好ましくは約０．１～約１ｍｍ、最も好ましくは約０．１～約０．５ｍｍ延在してよい。

【0047】

インレット開口部１１０は、アウトレット開口部１１２に可能な限り近接して位置するため、ポンプ１００は、チェンバ１０２、インレットバルブ１１４および／またはインレット導管１１８を、素早くそして確実に、それぞれブリードおよびベントできる。

【0048】

ポンプ１００は、駆動部１３０および位置センサ１３４と接続される制御部１３２をさらに備える。

【0049】

位置センサ１３４は、ピストン１０４の位置を決定してよい。センサ１３４は、例えば、光学センサであってよい。これにより、制御部１３２は、ピストン１０４の適切な移動を監視し、ピストン１０４の潜在的な閉塞を検出することができる。１つの実施形態において、ポンプ１００は、ピストン１０４の実際位置を決定し、かつ／または所定の期間にピストンが移動したピストン行程を決定する移動センサまたは経路センサを備えてよい。これにより、ピストン移動分をより精確に制御でき、駆動部１３０とピストン１０４の移動を制御するフィードバックループを可能にする。

【0050】

制御部１３２は、制御部１３２に電気エネルギを供給するインタフェース１３８によりディスペンサ制御部と接続されてよい。

【0051】

駆動部１３０は、ステッピングモータ、リニア駆動部、ソレノイド、サーボ駆動部、リニアモータおよび／またはピストン１０４を任意に位置付けできるあらゆる駆動部を備えてよい。これにより、往復動するピストン１０４のピストン移動分を所定の方法で調整することができる。さらに、往復動速度を所定の方法で調整することができる。駆動部１３０の最小ステップ範囲または最小コマンド可能移動範囲は、１つの行程間のピストン１０４の最小移動分を決定する。

【0052】

ピストン１０４の最大変位は約５μＬ～約０．０２ｍＬ、好ましくは約４μＬ～約０．０４ｍＬ、さらに好ましくは約２μＬ～約０．１ｍＬの範囲内にあってよい。

【0053】

制御部１３２は、ピストン１０４の単一行程が約２μＬ～約５μＬ、好ましくは約１μＬ～約３μＬ、さらに好ましくは約１μＬ～約５μＬの範囲の量を計量するように、最小ピストン移動分を制御するように構成される。

【0054】

シリンダクリアランス量は、ピストン変位の５％未満、好ましくはピストン変位の２％未満、さらに好ましくはピストン変位の１％未満である。クリアランス量は、その遠位死点１０８のピストン１０４の遠位面およびチェンバ１０２の遠位面とインレットバルブ１１４およびアウトレットバルブ１１６との距離により本質的に形成される。

【0055】

本発明に係る計量システムの概略図を示す図２を参照する。上記計量ポンプ１００は、液体２０６が充填される流体タンク２０２と接続される。流体タンク２０２は、ベント開口部を備える。したがって、ポンプ１００および液体２０６には、同じ環境圧がかかっている。

【0056】

動作中、シリンダ１０２内を往復動するピストン１０４は、空気をチェンバ１０２、インレットバルブ１１４、インレット導管１１８ならびにポンプ１００および流体タンク２０２と接続される導管２０５からブリードすることができる。流体供給部内の空気のブリードが終了するとすぐ、往復動するピストン１０４は、流体を注出導管２０９に分注する。

【0057】

図２はまた、飲料ディスペンサ３００における計量システム２００の適用を示す。飲料ディスペンサ３００は、水源３１０、例えば蛇口を備えてよい。フィルタ３１２は、水源３１０と接続される。フィルタ３１２は、水源３１０からの水を濾過し、水中のミネラルを低減させる。ミネラル化装置３１４は、フィルタ３１２と接続される。ミネラル化装置３１４は、ミネラルを濾過後の水に加える。水がミネラル化装置３１４を通過後、飲料は、ユーザの容器３１６、例えばグラスに分注される。

【0058】

飲料ディスペンサ３００はまた、ディスペンサ制御部３０８を備える。ディスペンサ制御部３０８は、ポンプ１００の制御部１３２に、ミネラル化装置３１４に対して計量されるべき液体２０６の量を伝達する。液体２０６は、ミネラル化装置３１４により注出される水が人間の飲用に好適であるように、ミネラルを、脱イオン化された水に加えるミネラル液体であってよい。その代わりに、またはそれに加えて、液体２０６は、微量元素を含んでよい。飲料ディスペンサ３００により注出される飲料２０６は、水であってよい。

【0059】

本発明に係る計量ポンプおよび／または計量システムを例示的な適用において用いる例示的な実施形態を示す図３を参照する。

【0060】

ステップ４０２において、ディスペンサ制御部３０８は、ポンプ１００の制御部１３２に、ポンプ１００により分注されるべき液体量を伝達する。

【0061】

ステップ４０４において、制御部１３２は、ディスペンサ制御部３０８により指示された設定量の液体を分注するのに必要なピストン行程数および必要なピストン移動分を算出する。１つの実施形態において、制御部１３２は、残量を分注するため、最大ピストン移動分とそれより短いピストン移動分の最終行程により往復動するようにピストン１０４に指示して、必要なピストン行程数を算出してよい。ピストン行程数および設定量は以下の式に基づいて算出されてよい。分注設定量＝（ピストン行程数－１）×最大ピストン移動分により分注される量＋最終ピストン行程により分注される量。

【0062】

他の実施形態において、制御部１３２は、設定量が分注されるまで、一定のピストン移動分でピストン１０４を往復動させるように駆動部１３０に指示してよい。

【0063】

ステップ４０６において、本方法は、一定のピストン移動分が各行程に用いられるべきか否かを検証する。一定のピストン移動分が各行程に適用されるべきである場合、本方法はステップ４０８に進み、設定ピストン移動分および設定行程数でピストン１０４を往復動させるように駆動部１３０に指示する。その後、本方法は終了する。

【0064】

本方法がステップ４０６において、ピストン１０４が最大ピストン移動分で可能な限り多くの回数、往復動するべきと決定する場合、本方法は、ステップ４０６からステップ４１０に進む。本方法はステップ４１０において、設定量が分注されたか否かを決定する。

【0065】

設定量が分注されなかった場合、本方法はステップ４１０からステップ４１２に進む。本方法はステップ４１２において、計量すべき設定量の差が実際の計量量よりも大きいか否かを決定する。

【0066】

本方法が、計量すべき設定量の差が実際の計量量よりも大きいと決定する場合、本方法はステップ４１２からステップ４１４に進む。ステップ４１４において、制御部１３２は、最大の利用可能なピストン移動分でピストン１０４を往復動させるように駆動部１３０に指示する。

【0067】

本方法はステップ４１０に戻り、設定量がポンプ１００により計量されたか否かを検証する。本方法が、設定量がポンプ１００により計量されたと決定する場合、本方法は終了する。設定量が計量されていなかった場合、本方法はステップ４１２に進み、計量すべき設定量と実際の計量量の差が最大ピストン移動分により計量可能な量よりも大きいか否かを決定する。差がそれよりも大きい場合、本方法は、上記のステップ４１４とステップ４１０、４１２および４１４により形成されるループを継続する。

【0068】

本方法がステップ４１２において、計量すべき設定量と実際の計量量の差が最大ピストン移動分により計量可能な量よりも小さいことを検知するとすぐ、本方法はステップ４１６に進む。ステップ４１６において、制御部１３２は、最大ピストン移動分よりも短いピストン移動分を有する行程でチェンバ１０２内においてピストン１０４を往復動させるように駆動部１３０に指示する。その後、本方法は終了する。

【0069】

往復動するピストン１０４の行程により計量される量は、ピストン１０４の断面積と実際のピストン移動分の積である。ピストン１０４が円筒形状を有する場合、実際の計量流体量は、実際のピストン移動分をピストン１０４の円筒底面に乗算した積である。これにより、制御部１３２は、設定量の流体を計量するのに必要な行程数および／または必要なピストン移動分を決定できる。

【0070】

なお、最大ピストン移動分よりも小さい設定量を計量すべき場合、図３による方法を適用してもよい。この場合、ピストン１０４は最大ピストン移動分よりも小さいピストン移動分で単一の行程のみ往復動する必要がある。

【0071】

本発明に係るバルブの第２実施形態を詳細に示す図４を参照する。第２実施形態は、第１実施形態に全般的に対応し、対応する特徴は対応する参照符号により同定され、４００の加数が図１の参照符号に加えられている。ピストン５０４は、シリンダ５０２に収容される。ピストンは、シリンダ５０２内の第１封止材５２２および第２封止材５２４により封止される。第１封止材５２２および第２封止材５２４は、ＯリングまたはＸリングであってよい。

【0072】

インレットバルブ５１４は、液体源と接続される導管５１８と接続される。インレットバルブ５１４の注出部は、導管５１３によりチェンバ５０２と接続される。可動バルブ部材５１４ｆは、ばね５１４ｄにより閉止位置にバルブシート５１４ｅに対して付勢される。

【0073】

ピストン５０４が図４に示される遠位位置から近位位置に移動するとすぐ、可動バルブ部材５１４ｆは、ばね５１４ｄの付勢に逆らってバルブシート５１６ｅから離され、流体は導管５１８、５１３を流れチェンバ５０２に流入する。ピストン５０４が近位方向に移動するとすぐ、流体は、可動バルブ部材５１４ｆをバルブシート５１４ｅに対して押圧する。図４に示される実施形態において、可動バルブ部材５１４ｆは、Ｏリング５１４ｃが収容される円周溝を備える。図４に示される実施形態において、Ｏリング５１４ｃは、バルブシート５１４ｅよりも高い弾性を有する。

【0074】

アウトレットバルブ５１６は、ばね５１４ｄにより閉止位置にバルブシート５１６ｅに対して付勢されるリニア可動バルブ部材５１６ｆを備える。図４に示される閉止位置において、アウトレットバルブ５１６のリニア可動バルブ部材５１６ｆは、ピストンが遠位死点に移動した場合、ピストン５０４の遠位端に接触する。これにより、第１封止材５２２、バルブシート５１６ｅおよびリニア可動バルブ部材５１６ｆを通過するあらゆる流体を防止できる。

【0075】

図４に示される実施形態において、リニア可動バルブ部材５１６ｆは、Ｏリング５１６ｃが収容される円周溝を備える。この実施形態において、Ｏリング５１６ｃは、バルブシート５１６ｅと比較してより高い弾性を有する。

【0076】

本発明に係るバルブの第３実施形態を示す図５を参照する。第３実施形態は、第１実施形態に全般的に対応し、同様の特徴は同様の参照符号により同定され、５００の加数が図１の参照符号に加えられている。インレットバルブ６１４は、ばね６１４ｄによりバルブシート６１４ｅに対して付勢される可動バルブ部材６１４ｆを備える。可動バルブ部材６１４ｆは、バルブシート６１４ｅと比較してより低い弾性を有する。

【0077】

ピストン６０４がチェンバ６０２内を遠位方向に移動される場合、可動バルブ部材６１４ｆはバルブシート６１４ｅから解放され、流体は導管６１３および開口部６１０を通ってチェンバ６０２に流入できる。ピストン６０４が遠位方向に移動される場合、流体は可動バルブ部材６１４ｆをバルブシート６１４ｅに対して押圧する。

【0078】

アウトレットバルブ６１６は、ばね６１６ｄによりシート６１６ｅに対して付勢される可動バルブ部材６１６ｆを備える。ピストン６０４がチェンバ６０２内を遠位方向に移動される場合、チェンバ６０２内の流体は可動バルブ部材６１６ｆに対して押圧し、ばね６１６ｄの付勢に逆らって可動バルブ部材６１６ｆをバルブシート６１６ｅから解放し、流体はチェンバ６０２を出て導管６２０に流入できる。遠位部（遠位死点）において、ピストン６０４の遠位端部は、ピストン６０４に向けられる可動バルブ部材６１６ｆの表面に接触する。これにより、チェンバ６０２からアウトレットバルブ６１６を通り導管６２０に入る流体流を防止できる。

【0079】

図５に示される実施形態において、ピストン６０４の遠位端の周囲に収容される第１封止材６２２’はアウトレットバルブ６１６のシート６１６ｅと一体的に（ワンピースとして）形成される。

【0080】

この実施形態において、バルブシート６１６ｅは、可動バルブ部材６１６ｆと比較してより高い弾性を有する。

【0081】

バルブシート６１６ｅとピストンの遠位部周囲の第１封止材６２２’がワンピースとして形成されるため、製造コストを低減することができ、チェンバ６０２からの流体の漏れを防ぐことができる。

【0082】

本発明の有利な点は、ポンプ１００のアウトレットの真空により、液体２０６がチェンバ１０２、インレットバルブ１１４、インレット導管１１８および液体２０６から汲み取られることはないことである。さらに、本発明により、ポンプ１００が少量の液体２０６を精確に分注するように実際に構成されているにもかかわらず、ポンプ１００とポンプ１００のインレット側において接続されるすべての装置を素早くそして確実にブリードできる。

【符号の説明】

【0083】

１００ ポンプ
１０２，６０２ チェンバ
５０２ シリンダ
１０４，５０４，６０４ ピストン
１０６ 近位死点
１０８ 遠位死点
１１０，６１０ インレット開口部
１１２ アウトレット開口部
１１３ インレットチャネル
１１４，５１４，６１４ インレットバルブ
１１４ａ 注入開口部
１１４ｂ 注出開口部
１１６，５１６，６１６ アウトレットバルブ
１１６ａ アウトレットバルブの注入開口部
１１８，５１８ インレット導管
１２０ アウトレット導管
１２２，５２２，６２２ 第１封止材
１２３ 第１凹部
１２４，５２４ 第２封止材
１２５ 第２凹部
１２６ ガイド
１２８ アーム
１３０ 駆動部
１３２ 制御部
１３４ 位置センサ
１３６ 分離部材
１３８ インタフェース
２００ 計量システム
２０２ 液体タンク
２０６ 液体
２０９ 導管
３００ 飲料ディスペンサ
３０８ ディスペンサ制御部
３１０ 水源
３１２ フィルタ
３１４ ミネラル化装置
３１６ 容器
５１４ｃ，５１６ｃ Ｏリング
５１４ｄ，６１４ｄ，６１６ｄ ばね
５１４ｅ，６１４ｅ，５１６ｅ バルブシート
５１４ｆ，５１６ｆ，６１４ｆ，６１６ｆ 可動バルブ部材
５１３，６１３，６２０ 導管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】