特表 2023-550722 マイクロ流体流量制御装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-05

(54)【発明の名称】マイクロ流体流量制御装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   F04B 45/04 20060101AFI20231128BHJP

   G05D 7/06 20060101ALI20231128BHJP

   F04B 45/047 20060101ALI20231128BHJP

   A61M 5/142 20060101ALI20231128BHJP

   A61M 5/168 20060101ALI20231128BHJP

   B01J 4/00 20060101ALI20231128BHJP

【ＦＩ】

F04B45/04 F

G05D7/06 Z

F04B45/047 C

A61M5/142 500

A61M5/168 500

B01J4/00 101

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023528473

(86)(22)【出願日】2021-11-15

(85)【翻訳文提出日】2023-07-07

(86)【国際出願番号】 EP2021081702

(87)【国際公開番号】W WO2022101477

(87)【国際公開日】2022-05-19

(31)【優先権主張番号】20382985.8

(32)【優先日】2020-11-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ

(71)【出願人】

【識別番号】523173128

【氏名又は名称】マイクロ エレクトロケミカル テクノロジーズ ソシエダッド リミターダ

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(72)【発明者】

【氏名】キンテロ ガメス アルベルト エマニュエル

(72)【発明者】

【氏名】デ キロス サンズ アルベルト ベルナルド

(72)【発明者】

【氏名】オラー ポブレテ ベアトリス

【テーマコード（参考）】

3H077

4C066

4G068

5H307

【Ｆターム（参考）】

3H077AA12

3H077CC09

3H077CC12

3H077EE02

3H077EE16

3H077EE36

3H077EE37

3H077FF06

3H077FF22

3H077FF36

3H077FF55

4C066AA09

4C066BB01

4C066CC01

4C066DD11

4C066GG06

4C066HH01

4C066QQ25

4C066QQ41

4C066QQ82

4C066QQ92

4G068AA02

4G068AB01

4G068AB11

4G068AD21

4G068AE01

4G068AF01

4G068AF31

5H307AA01

5H307BB01

5H307BB05

5H307DD01

5H307DD11

5H307DD12

5H307EE02

5H307EE22

5H307FF01

5H307HH04

(57)【要約】

本発明は、マイクロ流体導管を流れる流体の流量を制御するためのマイクロ流体流量制御装置に関する。制御装置は、流体入力のための入口末端と流体出力のための出口末端と、入口末端と出口末端とを連通するマイクロ流体導管と、流体を特定の流量で導管を通してポンプ送給するためのポンプと、それらの通路を変更して流体の流量を調整するためのバルブと、導管内の流量を測定するための流量センサと、測定された流量を受け取り、それを予め設定された流量と比較し、比較結果に基づいてポンプ及び／又はバルブにそのそれらのポンプ能力及びバルブの通路をそれぞれ変更するように指示するコントローラとを備える。マイクロ流体導管、ポンプ、流量センサ、及びバルブは、保護ハウジングの内部に配置することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロ流体導管（１２５）を流れる流体の流量を制御するためのマイクロ流体流量制御装置（１００）であって、
流体入力のための入口末端（１０２）及び流体出力のための出口末端（１０３）と、
前記入口末端（１０２）と前記出口末端（１０３）とを流体的に接続する前記マイクロ流体導管（１２５）と、
前記マイクロ流体導管（１２５）を通して前記流体を所定の流量でポンプ送給するために、前記マイクロ流体導管（１２５）内に配置された少なくとも１つのポンプ（１０４）と、
前記マイクロ流体導管（１２５）内に配置され、通路を変更することによって前記流体の前記流量を調整するように構成されている、少なくとも１つのバルブ（１２６）と、
前記マイクロ流体導管（１２５）内に配置され、前記マイクロ流体導管（１２５）内の前記流量を測定するように構成されている、流量センサ（１０５）と、
コントローラ（２０８）と、
を備え、
前記コントローラ（２０８）は、前記流量センサ（１０５）によって測定された前記流量を受け取り、測定された前記流量を予め設定された流量と比較し、比較の結果に基づいて、前記少なくとも１つのポンプ（１０４）及び前記少なくとも１つのバルブ（１２６）の少なくとも１つに、前記ポンプのポンプ能力及び前記バルブの前記通路をそれぞれ変更するように指示するように構成されている、マイクロ流体流量制御装置（１００）。

【請求項2】

前記マイクロ流体導管（１２５）の一部に沿って互いに直列に接続された複数のバルブ（１２６）を備える、請求項１に記載のマイクロ流体流量制御装置（１００）。

【請求項3】

前記バルブ（１２６）は、空気圧バルブであり、前記マイクロ流体流量制御装置（１００）は、前記空気圧バルブ（１２６）のそれぞれに流体接続されたそれぞれの空気圧ポンプ（１０６）を備え、前記空気圧ポンプ（１０６）は、前記比較の結果に基づいて、対応する前記空気圧バルブ（１２６）の前記通路を変更するように構成されている、請求項１又は２に記載のマイクロ流体流量制御装置（１００）。

【請求項4】

前記マイクロ流体導管（１２５）を通して前記流体をポンプ送給するために直列に接続された複数のマイクロポンプ（１０４）を備える、請求項１～３のいずれかに記載のマイクロ流体流量制御装置（１００）。

【請求項5】

前記少なくとも１つのバルブ（１２６）は、前記流量センサ（１０５）と前記出口末端（１０３）との間の前記マイクロ流体導管（１２５）内に配置されている、請求項１～４のいずれかに記載のマイクロ流体流量制御装置（１００）。

【請求項6】

前記マイクロ流体導管（１２５）を少なくとも部分的に収容する本体（１０１）を備え、前記少なくとも１つのポンプ（１０４）、前記流量センサ（１０５）、前記コントローラ、及び前記少なくとも１つのバルブ（１２６）は、前記本体（１０１）に取り外し可能に結合されている、請求項１～５のいずれかに記載のマイクロ流体流量制御装置（１００）。

【請求項7】

前記ポンプ（１０４）は、圧電マイクロポンプであり、前記バルブ（１２６）は、圧電バルブである、請求項１～６のいずれかに記載のマイクロ流体流量制御装置（１００）。

【請求項8】

前記マイクロ流体導管（１２５）内に配置され、前記マイクロ流体導管（１２５）を流れる前記流体の流れに一定の圧力降下を導入するように構成されている流れ抵抗デバイス（１２５ｃ）を備える、請求項１～７のいずれかに記載のマイクロ流体流量制御装置（１００）。

【請求項9】

前記マイクロ流体導管（１２５）内に配置された圧力センサを備え、前記圧力センサは、前記マイクロ流体導管（１２５）を流れる前記流体の圧力を測定するように構成されている、請求項１～８のいずれかに記載のマイクロ流体流量制御装置（１００）。

【請求項10】

前記マイクロ流体導管（１２５）内に配置された温度センサを備え、前記温度センサは、前記マイクロ流体導管（１２５）を流れる前記流体の温度を測定するように構成されている、請求項１～９のいずれかに記載のマイクロ流体流量制御装置（１００）。

【請求項11】

前記マイクロ流体流量制御装置（１００）の少なくとも１つのセンサに通信可能に接続されているグラフィカルユーザインタフェースを備え、前記グラフィカルユーザインタフェースは、前記少なくとも１つのセンサによって測定された前記マイクロ流体導管（１２５）を流れる前記流体の流量、圧力及び温度のうちの少なくとも１つを表示するように構成されている、請求項１～１０のいずれかに記載のマイクロ流体流量制御装置（１００）。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれかに記載のマイクロ流体流量制御装置（１００）を含む、閉じた流体回路。

【請求項13】

請求項１～１１のいずれかに記載のマイクロ流体流量制御装置（１００）を含む、開いた流体回路。

【請求項14】

請求項１～１１のいずれかに記載のマイクロ流体流量制御装置（１００）を利用する、マイクロ流体導管（１２５）を流れる流体の流量を制御する方法（３００）であって、
前記少なくとも１つのポンプ（１０４）が、前記流体を所定の流量で前記マイクロ流体導管（１２５）を通してポンプ送給するステップ（３０１）と、
前記流体センサ（１０５）が、前記マイクロ流体導管（１２５）内の前記流体の前記流量を測定するステップ（３０２）と、
前記コントローラ（２０８）が、測定された前記流量を予め設定された流量と比較するステップ（３０３）と、
前記コントローラ（２０８）が、比較の結果に基づいて、前記少なくとも１つのポンプ（１０５）及び前記少なくとも１つのバルブ（１２６）のうちの少なくとも１つに、前記ポンプのポンプ能力及び前記バルブの通路をそれぞれ変更するように指示するステップ（３０４）と、
を含む方法。

【請求項15】

前記比較の結果に基づいて、前記少なくとも１つのバルブ（１２６）に前記通路を変更するように指示するステップは、前記比較の結果に基づいて、空気圧バルブ（１２６）の通路を調整するように対応する空気圧ポンプ（１０６）に指示することを含む、請求項１４に記載のマイクロ流体導管（１２５）を流れる流体の流量を制御する方法（３００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

一般に、本発明は、流体の制御された投与又は流れを提供するために使用されるマイクロ流体流量制御装置に関する。より詳細には、本発明は、高精度の流量調整手段を含み、液体及び気体を含む流体を、開回路形態及び閉回路形態の両方で、制御された方法で分配することができるマイクロ流体流量制御装置、及びマイクロ流体流量制御装置を利用するマイクロ流体導管を流れる流体の流量を制御する方法に関する。本発明は、マイクロ流体の制御及び分配の分野に含まれる。

【背景技術】

【0002】

物質の投与は、所定のユーザ、プロセス、装置又はシステムに対して、制御された方法で、予め規定されかつ測定された量の物質を提供することからなる。投与物は、液体、固体、又は気体物質とすることができる。これらの場合、投与プロセスは、手動又は自動で実施することができる。投与装置又はシステムは、特に、医学、工学又は研究などの幅広い用途及び技術分野で使用されている。初期バージョンの投与装置又はシステムは、大型で複雑な設計であり、較正及び洗浄が困難であり、統合された測定技術又は投与技術の不正確性により、投与量が期待値から大きく逸脱するために信頼性が低かった。近年、投与装置の開発が進み、較正が改善され、これらの装置はより小型でよりコンパクトになることが見込まれている。しかしながら、これらの投与装置は、流体流れを制御するための精度又は正確性が依然として低い。このことは、精度又は正確性が重要な要因である例えば医療などの用途及び分野では特に問題となる。

【0003】

液体及び気体の投与に広く使用されている装置は、衝撃／吸引システムとしても知られている液圧ポンプであり、これらは、容積型ポンプ、回転ポンプ、動的ポンプに大別される。医療分野及び産業界は、このようなポンプの開発を推進し、蠕動ポンプ及びシリンジポンプが注目されている。これらのポンプが直面する主な問題の１つは、ポンプがその作動寿命の間に、一定の流量を供給できることを保証する方法である。一方で、蠕動ポンプには、経年変化するとポンプ送給される流れの精度の低下につながる主要構成要素の著しい摩耗を被るという欠点がある。加えて、蠕動ポンプは精度範囲が小さいため、微量かつ精密な流量を必要とする用途には適していない。他方で、シリンジポンプには、その特殊な構造から連続的に作動することができず、デザインもかさばるため、コンパクトで可搬式機器には適していないという制約がある。空気圧式流体分配器などの他の流体ポンプが存在し、このような流体ポンプは、流体リザーバに圧力を発生させるためにガスを使用するが、流量調整は、システムの入口でリザーバに加えられる圧力を制御するマイクロバルブによって行われる。しかしながら、空気圧式流体分配器の管理は非常に複雑であり、そのデザインは非常にかさばるため、可搬式機器及び用途には適していない。また、空気圧式流体分配器は、ポンプ送給された流体を最初の加圧タンクに戻すことができないため、閉じた流体回路での使用には適していない。

【0004】

流量制御システムを小型化し、その精度、正確性、効率を向上させる必要性から、マイクロ流体工学及び微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）などの技術は、圧電マイクロポンプ及び圧電マイクロバルブなどの新しいデバイス及びコンセプトの開発に貢献している。圧電効果とは、特定の材料が加えられた機械的応力に応じて電荷を発生させる能力のことである。圧電効果の特有の特性は、可逆的であることであり、正の圧電効果（応力が加えられると電気が発生する）を示す材料は、逆の圧電効果（電界が加えられると応力が発生する）も示すことを意味する。圧電マイクロポンプは、この逆の圧電効果に基づく。圧電マイクロポンプは、受動型逆止弁及びメンブレンと一緒に圧電ダイアフラムを備え、これは、電圧が印加されると変形する。圧電ポンプは、構造が簡単であり、スリムな形状で消費電力が少ない。

【0005】

加えて、バルブは、これらの投与装置、システム、及びプロセスで一般に使用されるデバイスである。バルブは、システムの２つの要素の間を流れる流れを調整する機構であり、パイプ、導管などで流れ（液体又は気体）の選択的な通過又は遮断を可能にする。これらのバルブは、ミクロレベルでは、能動型バルブ又は受動型バルブとすることができる。能動型マイクロバルブは、アクチュエータに結合された機械的に可動な薄膜又は突出構造体を備える。この薄膜又は突出構造体は、通過オリフィスを閉じることができ、従って、バルブの入口ポートと出口ポートとの間の流路を遮断することができる。マイクロバルブのアクチュエータは、統合された磁気、静電気、圧電又は熱マイクロアクチュエータ、「インテリジェント」相変化、レオロジー材料、又は外部磁場又は空気圧源などの外部印加型駆動機構とすることができる。一方、受動型マイクロバルブは、その動作状態、すなわちこれらの開閉が、これらが制御する流体によって決定されるバルブであり、この場合、アクチュエータは、流体自体の圧力又は他の物理的特性であろう。最も一般的な受動型マイクロバルブは、フラップバルブ、メンブレンマイクロバルブ、ボールマイクロバルブである。

【0006】

周知の流体制御装置及びシステムの多くは、供給される流体流れに対する精度及び正確性の問題を依然として解決できておらず、より精密で正確なものは、リザーバとマイクロ流体システムとの間で流体が常に再循環する閉じた流体回路で連続して動作できず、さらにそれらはマイクロ流体デバイスに直接、完全に統合するにはサイズがコンパクトではなく、その多くはモジュール性、信頼性、低コスト、簡単操作の原則を一緒にすることができない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従って、従来技術において、上記の技術的問題を克服することができ、コンパクトなデザインを提示し、操作が容易であり、多様な流体と連携することができ、開いた又は閉じた流体回路の両方において小型化と高精度を兼ね備え、さらに、低エネルギー消費及び低コストを提示する、マイクロ流体流量制御装置に対するニーズが依然として存在する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の全体的な目的は、開回路及び閉回路形態の両方で制御された方法で流体を分配することができる、高精度の調整手段を組み込んだ流量制御装置を提供することである。この装置は、固定式又は可搬式の装置への組み込みを容易にするモジュール設計を有し、ライフサイエンス分野、自動車産業、医療分野、又は一般的な流体分配や投与など、幅広い分野で応用することができる。

【0009】

本発明の第１の目的は、マイクロ流体導管を流れる流体の流量を制御するためのマイクロ流体流量制御装置である。本明細書で使用される場合、用語「マイクロ流体」は、表面力が体積力を支配する小規模（典型的にはサブミリメートル）に幾何学的に拘束されている流体の挙動、精密制御、及び操作を指す場合がある。本明細書で使用される場合、用語「マイクロ流体導管」は、その寸法、主にその断面がマイクロメートル以下の範囲にある導管、パイプ、ダクト、チューブ、チャネルなどを指す場合がある。マイクロ流体流量制御装置は、流体入力のための入口末端と流体出力のための出口末端と、入口末端と出口末端とを流体連通させるマイクロ流体導管と、特定の流量でマイクロ流体導管を通して流体をポンプ送給するためにマイクロ流体導管内に配置された少なくとも１つのポンプとを備える。好ましくは、ポンプはマイクロポンプとすることができる。本明細書で使用される場合、マイクロポンプは、マイクロメートル範囲の機能寸法を有するポンプを指す場合がある。ポンプは、一般に、制御装置内に入る流体をその入口末端を通してポンプ送給するために、入口末端に配置されることになる。本明細書で使用される場合、用語「流体」は、不明確に何らかの種類の流体、気体、又はそれらの何らかの組み合わせを指す場合がある。

【0010】

マイクロ流体流量制御装置は、マイクロ流体導管内に配置された少なくとも１つのバルブをさらに備える。バルブは、マイクロバルブ、すなわちマイクロメートル範囲のバルブとすることができる。例えば、バルブは、特に、Ｑｕａｋｅ型バルブ又は形状記憶合金（ＳＭＡ）バルブとすることができる。少なくとも１つのバルブは、出口末端又はマイクロ流体導管の他の部分に配置することができる。バルブは、その断面の水力直径を変えることによって、その通路を調整又は変更し、マイクロ流体導管を通過する流体の流量を変更するように構成されている。また、マイクロ流体流量制御装置は、マイクロ流体導管内に配置された流量センサを備える。流量センサ、例えば流量計は、好ましくはポンプとバルブとの間に配置することができるが、この流量センサは、マイクロ流体導管の他の何らかの部分に配置することができる。流量センサは、それが設置された特定の箇所で、マイクロ流体導管内の流量を測定するように構成されている。

【0011】

マイクロ流体流量制御装置は、流量センサによって測定された流量を受け取り、測定された流量を予め設定された流量と比較し、比較の結果に基づいて、少なくとも１つのポンプ及び少なくとも１つのバルブのうちの少なくとも１つに、そのポンプ能力及び通路をそれぞれ変更するよう指示するように構成されたコントローラをさらに備える。コントローラは、測定された流量と予め設定された流量との間の差を最小にするために、ポンプ及び／又はバルブにそれらのポンプ能力及び通路をそれぞれ変更するよう指示する。予め設定された流量は、マイクロ流体流量制御装置が設置又は使用されるシステム又は用途の特定の要件に応じて様々とすることができる、ユーザによって事前に決定された流量である。また、測定された流量と予め設定された流量との間の差の閾値は、得られた差がこの閾値を超える場合にのみ、コントローラがポンプ及び／又はバルブにそれらのポンプ能力及び／又は通路を変更するよう指示するように設定することができる。

【0012】

コントローラは、ポンプに、そのポンプ能力、すなわちマイクロ流体導管を流れる流体に与えられる衝動エネルギーの量を増加又は減少させることによって、流体圧力を増加又は減少させるように指示することからなるポンプ制御動作を実行することができる。従って、これらのポンプ制御動作は、ポンプによって供給されることになる、現在のポンプ能力値とは異なるポンプ能力値を含み、この新しいポンプ能力値は、ポンプの動作範囲内にある。あるいは、コントローラは、バルブの通路を変更することで流れに対する抵抗を、すなわちバルブの断面の水力直径を変更することによってバルブが提供する流体の通過に対する抵抗を増加又は減少させるようにバルブに指示することからなるバルブ制御動作を実行することができる。このバルブ制御動作は、バルブがその通路をこの新しい値に調整できるように、現在の通路の値とは異なる通路の値を含む。この新しい通路値は、バルブの動作範囲内となる。さらに、コントローラは、比較の結果に基づいて、上記のポンプ及びバルブの制御動作を同時に実行することができる。

【0013】

いくつかの実施形態では、マイクロ流体流量制御装置は、マイクロ流体導管を少なくとも部分的に収容する本体を備える。少なくとも１つのポンプ、流量センサ、コントローラ及び少なくとも１つのバルブは、本体に固定すること又は本体の一体部分とすることができる。いくつかの他の実施形態では、少なくとも１つのポンプ、流量センサ、コントローラ及び少なくとも１つのバルブは、それらが故障した場合にそれらの交換を容易にするために、本体に取り外し可能に結合することができる。例えば、少なくとも１つのポンプ、流量センサ及び少なくとも１つのバルブは、マイクロ流体導管の一部でもある相互接続パイプの介在によって、本体に流体的に接続することができる。

【0014】

いくつかの実施形態では、マイクロ流体流量制御装置は、保護ハウジングの内部に配置することができ、コンパクトで小型のデザインが可能になり、このような小型でコンパクトな装置を必要とする用途に特に有用である。保護ハウジングは、特にプラスチック又は金属材料で作ることができ、マイクロ流体流量制御装置の全ての構成要素を収容し保護するのに十分な構造的剛性を提供するように構成することができる。

【0015】

いくつかの実施形態では、マイクロ流体流量制御装置は、マイクロ流体導管の一部に沿って互いに直列に接続された複数のバルブを備える。これらのバルブは、それぞれの通路を通過する流体流れを一緒に調整するために、それぞれの通路を同じように又は異なるように変更することができる。好ましくは、マイクロ流体流量制御装置は、直列に接続された２又は３のバルブを有することになる。直列に接続されたこの複数のバルブは、流体流れに対してより良い制御を行うことを可能にする。複数のバルブの全てのバルブは、同じタイプのバルブとすること又は異なるバルブとすることができる。

【0016】

いくつかの実施形態では、バルブは空気圧バルブであり、マイクロ流体流量制御装置は、空気圧バルブのそれぞれに流体接続されたそれぞれの空気圧ポンプ又は圧縮機を含む。これらの空気圧ポンプは空気を使用してバルブを作動させ、通路を調整するためにバルブを開放又は閉鎖する。これらの空気圧バルブは、他のバルブよりも高い安定性、分解能、及び精度を有し、これは、それらを流れる流体に対するより良い制御を可能にする。

【0017】

いくつかの実施形態では、マイクロ流体流量制御装置は、特定の流量でマイクロ流体導管を通して流体をポンプ送給するために直列に接続された複数のマイクロポンプを備える。複数のマイクロポンプを直列に接続することで、流体がポンプ送給される流量をより良好に制御することができる。さらに、一般に安価で小型の直列に接続された低出力ポンプセットで、高いポンプ流量を達成することができる。

【0018】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つのバルブは、流量センサと出口末端との間のマイクロ流体導管内に配置される。このような実施形態では、流量センサは、バルブによって調整される前に流量が測定されるように、ポンプの出口に配置される。このように、コントローラは、流体がその出口末端を介して制御装置を出る直前に、調整された流量が予め設定された流量にできるだけ近くなるように、バルブの通路を調整するためのバルブ制御動作を実行することができる。

【0019】

いくつかの実施形態では、コントローラは、センサ、ポンプ及びバルブに有線接続される。あるいは、コントローラは、マイクロ流体流量制御装置の外部のリモートコントローラであり、この制御装置は、例えばＧＰＲＳ、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどによってリモートコントローラと双方向通信する、センサ、ポンプ及びバルブに配線された無線接続ユニットを組み込むことができる。

【0020】

いくつかの実施形態では、ポンプは圧電マイクロポンプであり、バルブは圧電マイクロバルブである。圧電マイクロバルブは、他の種類のバルブよりも堅牢でシンプルなアクチュエータを組み込む。これらの圧電構成要素は、制御装置の動作寿命を延ばすことに貢献する。

【0021】

いくつかの実施形態では、マイクロ流体導管は、マイクロ流体導管を流れる流体流れに固定の圧力損失を導入するように構成された固定流れ抵抗デバイスを含む。本明細書で使用される場合、固定流れ抵抗デバイスは、マイクロ流体導管に配置され、そこを通過するときに流体に一定の圧力降下を導入することができる何らかのデバイスである。流れ抵抗装置の例は、蛇行回路、マイクロ流体導管の断面とは異なる断面を有する導管の部分、フィルタなどの多孔質要素などとすることができる。従って、マイクロ流体導管を流れる流体が低粘度（例えば、水）を呈する場合に特に有用なこの流れ抵抗デバイスは、ポンプが高すぎる動作範囲で流体をポンプ送給する場合に、マイクロ流体導管を流れる流体圧力を低減するために既知の一定の圧力降下を導入する。この固定流れ抵抗デバイスは、好ましくはポンプと流量センサとの間に配置することができるが、マイクロ流体導管の何らかの他の部分に配置することができる。

【0022】

いくつかの実施形態では、マイクロ流体流量制御装置は、マイクロ流体導管内に配置された圧力センサを備え、圧力センサは、マイクロ流体導管を流れる流体の圧力を測定するように構成されている。

【0023】

いくつかの実施形態では、マイクロ流体流量制御装置は、マイクロ流体導管内に配置された温度センサを備え、温度センサは、マイクロ流体導管を流れる流体の温度を測定するように構成されている。マイクロ流体流量制御装置は、流体の他のパラメータを監視するために、粘度計、密度計などの他の測定デバイスをさらに備えることができる。

【0024】

いくつかの実施形態では、マイクロ流体流量制御装置は、制御装置が統合するセンサの少なくとも１つに通信可能に接続されたグラフィカルユーザインタフェースを備える。グラフィカルユーザインタフェースは、少なくとも１つのセンサによって測定されたマイクロ流体導管を流れる流体の流量、圧力、温度又は他の何らかのパラメータを表示するように構成されている。マイクロ流体流量制御装置が統合するセンサに応じて、グラフィカルユーザインタフェースは、対応する測定パラメータを表示することができることになる。従って、制御装置は、コントローラと通信可能に接続され、それを通じて測定されたパラメータがグラフィカルユーザインタフェースを介して表示されるスクリーンを統合することができる。

【0025】

いくつかの他の実施形態では、マイクロ流体流量制御装置は、ＵＳＢポートを備え、このＵＳＢポートを介して、特にラップトップやタブレットなどのパーソナルコンピューティングデバイスを有するユーザは、制御装置の構成要素との双方向通信を確立するために、マイクロ流体流量制御装置のコントローラと通信することができる。このようにして、ユーザは、そのパーソナルコンピューティングデバイスにおいて、センサ、ポンプ、バルブ及びコントローラからの情報を受け取ることができ、同時に、制御装置の動作パラメータ、例えば、予め設定された流量、ポンプの初期ポンプ能力及びバルブの初期通路などを確立することができる。

【0026】

いくつかの実施形態では、マイクロ流体流量制御装置は、ユーザが制御装置の動作パラメータ、例えば、マイクロ流体導管を流れる流体の予め設定された流量値を選択できるように構成されたユーザ入力デバイスを備える。ユーザは、特に、ポンプの初期ポンプ能力及びバルブの初期通路などの他のパラメータを選択することができる。このユーザ入力デバイスは、コントローラに通信可能に接続され、ユーザが特定の予め設定された流量値又は他の動作パラメータを選択することができるキーパッドとすることができ、スクリーンによって、ユーザは、予め設定された流量値及び動作パラメータを見ることができる。好ましくは、このスクリーンは、センサによって測定されたパラメータを表示するために使用されるのと同じスクリーンである。あるいは、制御装置は、コントローラに通信可能に接続された無線接続デバイスを統合することができ、ユーザ入力デバイスは、ＰＤＡ、ラップトップ、携帯電話などのパーソナルコンピューティングデバイスの一部とすることができる。ユーザは、例えばＧＰＲＳ、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの接続を介して無線接続デバイスに送信されることになる制御装置の特定の動作パラメータをそのパーソナルコンピューティングデバイスで選択することができる。いくつかの他の実施形態では、マイクロ流体流量制御装置は、表示されるものと直接対話するための触覚タッチスクリーンを組み込むことができ、それによって、ユーザは、制御装置の動作パラメータを導入し、制御装置の予め設定された流量値及び他の動作パラメータを可視化することができる。

【0027】

いくつかの実施形態では、マイクロ流体流量制御装置は、ポンプ、コントローラ、センサ、及びバルブに接続された電気エネルギー貯蔵ユニットを備えることができ、電力は、電気エネルギー貯蔵ユニットからポンプ、コントローラ、センサ、及びバルブに供給されるようになっている。あるいは、マイクロ流体流量制御装置は、電気回路網に接続されるプラグを備えることができる。

【0028】

いくつかの実施形態では、マイクロ流体流量制御装置は、閉じた流体回路に設置される。このような実施形態では、制御装置は、流体の閉回路形態の下で動作する。

【0029】

いくつかの実施形態では、マイクロ流体流量制御装置は、開いた流体回路に設置される。このような実施形態では、制御装置は、流体の開回路形態の下で動作する。

【0030】

いくつかの実施形態では、マイクロ流体流量制御装置が医療用途に使用される場合、制御装置を医療用途の特定の要件に適合させるために、流体と接触する要素、すなわち、相互接続パイプを含むマイクロ流体導管、バルブの内部導管又はダクト、ポンプ、及び流量センサなどは、生体適合材料又は特に不活性物質で製造又はコーティングすることができる。

【0031】

いくつかの実施形態では、第１のマイクロ流体流量制御装置の出口末端は、第２のマイクロ流体流量制御装置の入口末端に流体的に接続することができる。特定の設計に基づいて必要に応じて直列に接続されたマイクロ流体流量制御装置が存在することができる。これらのマイクロ流体流量制御装置を直列に接続することにより、最後のマイクロ流体流量制御装置の出口ポートにおける流体流れに対する精度及び正確性が著しく改善される。このような実施形態では、各マイクロ流体流量制御装置は、残りのマイクロ流体流量制御装置のコントローラに通信可能に接続されたそれ自体のコントローラを有することができる。この複数のコントローラにより、コントローラ間でマスター／スレーブ階層を確立することができ、マスターコントローラは、スレーブコントローラから測定されたパラメータを受け取り、ポンプのポンプ能力及び／又はバルブの通路を調整する方法をそれらに指示するようになっている。次に、スレーブコントローラは、受け取った指示に従って、それぞれの制御装置のポンプ及び／又はバルブに指示する。あるいは、全てのセンサから測定値を受け取り、全ての制御装置のポンプ及び／又はバルブに指示する単一のコントローラが存在する場合もある。

【0032】

本明細書で使用される場合、「コントローラ」は、中央処理装置（ＣＰＵ）、半導体ベースのマイクロプロセッサ、プログラマブルＰＬＣ、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）、命令を読み出して実行するように構成されたフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、機械可読記憶媒体に格納された命令の読み出し及び実行に適した他の電子回路、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つとすることができる。コントローラは、制御装置全体の様々なセンサから受け取ったデータが供給され、ポンプ及びバルブの動作を管理することになる。

【0033】

好ましくは、マイクロ流体流量制御装置は、コントローラが接続され、その対応する電子回路を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）を備える。コントローラがそこから命令を取り出し復号する記憶媒体は、ＰＣＢに配置することもきる。ＰＢＣは、コントローラと、ポンプ、バルブ、センサ、ディスプレイ、ボタンパネルなどの制御装置の電子構成要素との間の電気的接続のためのインターフェースとして動作することになる。このＰＣＢは、さらにマイクロ流体流量制御装置の本体に結合することができる。

【0034】

本発明の第２の目的は、上述のマイクロ流体流量制御装置を利用する、マイクロ流体導管を流れる流体の流量を制御する方法である。本方法は、
－少なくとも１つのポンプが、流体を特定の流量でマイクロ流体導管を通してポンプ送給するステップと、
－流体センサが、マイクロ流体導管内の流体の流量を測定するステップと、
－コントローラが、測定された流量を予め設定された流量と比較するステップと、
－コントローラが、比較の結果に基づいて、少なくとも１つのポンプ及び少なくとも１つのバルブのうちの少なくとも１つに、そのポンプ能力及びその通路をそれぞれ変更するように指示するステップと、
を含む。例えば、測定された流量が予め設定された流量よりも高い場合、コントローラは、マイクロ流体導管内の流体の流量が予め設定された流量にできるだけ近づくように、バルブにその通路を減少するように指示するバルブ制御動作を実行することができる。反対に、測定された流量が予め設定された流量よりも低い場合、コントローラは、マイクロ流体導管内の流体の流量が予め設定された流量にできるだけ近づくように、バルブにその通路を増大するように指示するバルブ制御動作を実行することができる。あるいは、コントローラは、測定された流量が予め設定された流量よりもそれぞれ高い又は低い場合に、マイクロ流体導管を流れる流体の流量を変更するために、ポンプにその送給ポンプ能力を減少又は増大させるよう指示するポンプ制御動作を実行することができる。さらに、コントローラは、測定された流量と予め設定された流量との間に偏差がある場合に、ポンプ能力及び通路をそれぞれ変更するように、バルブ及びポンプの両方に指示するバルブ及びポンプ制御動作を同時に実行することができる。

【0035】

いくつかの実施形態では、バルブ制御動作を実行することは、比較結果に基づいて空気圧バルブの通路を調整するように対応する空気圧ポンプ又は圧縮機に指示することを含む。

【0036】

いくつかの実施形態では、コントローラは、測定された流量と予め設定された流量との間の差が特定の値であり、ポンプ制御動作も特定の値である場合に、ポンプのみに、それらがマイクロ流体導管を流れる流体に提供しているポンプ能力を変更するように指示する。例えば、流量差が毎分２００マイクロリットル未満であり、ポンプの現在のポンプ能力がその範囲の中間に近い場合（例えば圧電ポンプの場合は１２０と１８０ボルトとの間）、ポンプ出口での流量はポンプによってのみ調整されることになる。さらに、コントローラは、測定された流量と予め設定された流量との差が特定の予め設定された値の間にあり、ポンプのポンプ能力がその動作範囲の限界の一方に近い場合に、バルブのみに、マイクロ流体導管を流れる流体の流量を変更するように指示する。例えば、上述の差が毎分２００マイクロリットルと１００マイクロリットルとの間であり、ポンプ能力がその上限に近い場合（例えば、圧電ポンプの場合は２００ボルトを超える）、バルブ出口での流量はバルブによって調整されることになる。さらに、コントローラは、測定された流量と予め設定された流量との差が特定の値を超え、ポンプの現在のポンプ能力及びバルブの現在の通路の両方がその中間値（対応する動作範囲内）にある場合に、ポンプ及びバルブの両方に、それぞれのポンプ能力及び通路を同時に調整するように指示する。例えば、上述の差が毎分１００マイクロリットルを超えており、ポンプとバルブの両方が現在それらの動作範囲の中間点に近いところで動作している場合に、ポンプ及びバルブは同時に指示されることになる。このような実施形態では、例えそれがより大きなセトリング時間を意味する場合でも、流量設定値に到達するために最小限の制御動作のみを適用するように構成することができるので、マイクロ流体流量制御装置のエネルギー効率を向上させることができる。いくつかの他の実施形態では、流量に関連する差の値と制御動作の範囲は異なる場合があり、バルブ及び／又はポンプの動作及び組み合わせは、測定された流量と予め設定された流量との間の差の異なる範囲に関連する場合がある。

【0037】

いくつかの実施形態では、コントローラは、測定された流量と予め設定された流量との間の差とは無関係に、ポンプ及びバルブの両方に、それらのポンプ能力及び通路を同時に変更するように指示する。このような実施形態では、エネルギー効率が低下する代償として、予め設定された流量に到達するのに必要な時間を最小化することができる。

【0038】

本発明は、流体を高精度で、マイクロリットル／分の範囲で、開回路及び／又は閉回路で投与することができるマイクロ流体流量制御装置を説明する。この制御装置は、その特定の用途に応じて、固定式機器又は可搬式機器に設置することができる。概括的には、この制御装置は、ポンプ及びバルブ；特に流量計、圧力又は温度センサなどの異なるタイプのセンサ；制御装置内で流体が流れるマイクロ流体導管を形成する相互接続パイプ；並びに制御及び電子部分の対応する構成要素及び付属物、を含む基本的要素を統合し、結果として、制御装置の要素の接続、管理、及び監視を可能にする。

【0039】

ユーザは、コンピュータへのＵＳＢ接続による遠隔操作で、又はタッチスクリーン上のグラフィックインターフェースによる現場で、又はコントロールパネル又は調整器によるアナログ操作のいずれかで、装置を制御する様々な可能性を有する。装置の全ての要素は、微小規模で開発され、小型モジュールに統合される。また、マイクロ流体素子及び圧電素子の使用に起因して、他の類似システムと比較してエネルギー消費量が非常に低いことも特筆すべき点である。本装置は、マイクロリットル／分の規模の高精度の製品が市場に存在しないことに対する解決策を提供し、また、小型で単純であり、利用が容易であるか又はより安価である。

【0040】

説明を網羅して本発明をより良く理解することを可能にするために、一連の図面が提示される。この図面は、説明の不可欠な部分を形作り、本発明の実施形態を示すものであり、本発明の範囲を制限するものとして解釈されるべきではなく、単に本発明がどのように実施することができるかを示す例として解釈されるべきである。図面は以下の図を含む。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】本発明の特定の実施形態によるマイクロ流体流量制御装置の分解前方斜視図を示す。

【図2】ポンプ、圧縮機及び流量計が本体に取り外し可能に結合された、図１のマイクロ流体流量制御装置を示す。

【図3】流量計とそれがどのように本体に流体的に接続されているかを示す、図１のマイクロ流体流量制御装置の後方斜視図を示す。

【図4】圧縮機とそれがどのように本体に流体的に接続されているかを示す、図１のマイクロ流体流量制御装置の別の後方斜視図を示す。

【図5A】点線で示されたマイクロ流体導管の一部を含む、図１のマイクロ流体流量制御装置の正面図を示す。

【図5B】点線で示されたマイクロ流体導管の一部を含む、図１のマイクロ流体流量制御装置の側面図を示す。

【図6】本発明の特定の実施形態による電子サブシステムを含むマイクロ流体流量制御装置のブロック図である。

【図7】本発明の実施形態によるマイクロ流体導管を流れる流体の流量を制御するための方法のフロー図である。

【図8】コントローラが、比較の結果に基づいて、バルブ及び／又はポンプにそれぞれの出口流量を変更するように指示することを決定する方法の特定の実施構成のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

図１は、本発明の特定の実施態様によるマイクロ流体流量制御装置１００の分解前方斜視図を示す。図２は、ポンプ１０４、圧縮機１０６及び流量計１０５がその本体１０１に取り外し可能に結合されている図１のマイクロ流体流量制御装置１００を示す。図１及び図２の制御装置１００は、追加の構成要素を含むことができ、本明細書に記載された構成要素のいくつかは、記載された制御装置１００の範囲から逸脱することなく取り除くこと及び／又は変更することができることを理解されたい。加えて、制御装置１００の実施構成は、このような実施形態に限定されない。

【0043】

マイクロ流体流量制御装置１００は、マイクロ流体導管を部分的に収容し、マイクロ流体流量制御装置１００の残りの構成要素が取り外し可能に結合されている本体１０１を備える。本体１０１は、流体、例えば、水がマイクロ流体導管に入る入口末端１０２と、流体が対応する調整された流量でマイクロ流体導管を出る出口末端１０３とを有する。

【0044】

マイクロ流体流量制御装置１００は、さらに、本体１０１の凹部１１９に部分的に収容され、マイクロ流体導管を通して流体をポンプ送給する流体ポンプ１０４と、マイクロ流体導管のその地点での流量を測定する流量計１０５と、マイクロ流体導管内に配置され出口末端１０３に位置する２つのバルブ（この図には示されていない）と、バルブを作動させる圧縮機１０６とを備える。ポンプ１０４は、相互接続パイプ１０８を介してマイクロ流体流量制御装置１００の入口末端１０２に流体接続される入口ポート１０７と、相互接続パイプ１１１を介して本体１０１の中間入口ポート１１０に流体接続される出口ポート１０９とをそれぞれ備える。ポンプ１０４は、電気コネクタ１０４ａをさらに備え、電気コネクタ１０４ａには、ポンプ１０４によって流体に提供されるポンプ能力を変更するためのコントローラの指示を受け取るために、電気配線が通信可能に接続される。詳細には、ポンプ１０４の入口ポート１０７及び相互接続パイプ１１１は、中間ポート１２０と、入口末端１０２と中間ポート１２０とを相互接続する本体１０１内に位置する導管（図示せず）との介在によって、入口末端１０２に流体的に接続される。

【0045】

流量計１０５は、本体１０１の各流量計出口ポート１１４及び流量計入口ポート１１５のそれぞれに、相互接続パイプ１１６ａ－ｂのそれぞれの介在により流体的かつ取り外し可能に接続される入口ポート１１２及び出口ポート１１３を備える。さらに、空気圧縮機１０６は、別の相互接続パイプ１１８の介在により、本体１０１の圧縮機入口ポート１１７に取り外し可能かつ流体的に接続されている。圧縮機１０６は、４つのポートを有し、そのうちの２つは空気を吸引するためのであり、別の２つは圧縮空気を送給するためのものである。本実施形態では、圧縮機１０６の１つのポートのみがバルブを作動させるための圧縮空気を送給するようになっており、圧縮機１０６の入口ポートの１つと出口ポートの１つは、圧縮機の相互接続パイプ１２１によって相互接続されている。

【0046】

このような実施形態では、マイクロ流体導管は、本体１０１内の導管（図示せず）、ポンプ１０４内の導管（図示せず）、流量計１０５内の導管（図示せず）、ポンプ１０４及び流量計１０５を本体１０１と取り外し可能かつ流体的に連通する相互接続パイプ１０８、１１１、１１６ａ－ｂによって形成される。圧縮空気が圧縮機１０６からバルブに流れる相互接続パイプ１１８は、マイクロ流体導管の一部ではない。

【0047】

図１及び図２のマイクロ流体流量制御装置１００は、１つの単一のポンプを図示しているが、いくつかの他の実施形態では、互いに直列に接続された２以上のポンプが存在する場合がある。さらに、図１及び図２のマイクロ流体流量制御装置１００は、それが組み込む２以上のバルブを作動させる１つの単一の圧縮機を有するが、バルブのそれぞれを作動させることができる複数の圧縮機が存在する場合がある。いくつかの他の解決策では、バルブは、圧縮機からの圧縮空気の代わりに電気接続によって給電される圧電バルブとすることができる。図１及び図２のマイクロ流体流量制御装置１００は、この特定のデザイン、幾何形状及び外形を示すが、マイクロ流体流量制御装置１００は、それが有することができる特定の用途又はそれが設置される可能性のある特定のシステムに応じて、異なる幾何形状、デザイン及び外形を有することができる。

【0048】

図１及び図２のマイクロ流体流量制御装置１００のいくつかの他の実施構成では、ポンプ、バルブ、圧縮機及び流量計は、本体の不可欠な部分とすること又は本体に取り外し不可能に固定することができる。

【0049】

図３は、流量計１０５とそれがどのように本体１０１に流体的に接続されるかを示す図１のマイクロ流体流量制御装置１００の後方斜視図を示す。流量計入口ポート１１２及び流量計出口ポート１１３は、その直径が相互接続パイプ１１６ａ－ｂの直径より大きい円筒状ポートであり、相互接続パイプ１１６ａ－ｂは、このポート１１２，１１３に導入されて流量計１０５に流体的に接続するようになっている。流量計１０５は、流量の測定値をコントローラに送るために電気配線が通信可能に接続されたコネクタ１２２をさらに含む。測定値は、流量計１０５によって周期的に収集すること又はコントローラが流量計１０５に指示したときのみ収集することができる。例えば、流量計１０５は、５ｍｓごとにその内部を流れる流体の流量を測定することができる。また、図３は、マイクロ流体流量制御装置１００を表面に又は取り付けることができる機器の構成要素に固定するために使用される、本体１０１の支持体に設けられた通過孔１２３を示す。

【0050】

図４は、圧縮機とそれがどのように本体に流体的に接続されているかを示す、図１のマイクロ流体流量制御装置の別の後方斜視図を示す。圧縮機１０６は、ネジ（図示せず）により本体１０１に取り付けられている。圧縮機１０６は、２つの空気入口ポート１２４ａ及び１２５ｂと、２つの空気出口ポート１２５ａ及び１２４ｂとを備える。このような実施形態では、ポート１２４ａを唯一の空気入口ポートとし、ポート１２５ａを、圧縮空気を本体１０１の内部に配置されたバルブに送給する唯一の空気出口ポートとするために、空気入口ポート１２５ｂ及び空気出口ポート１２４ｂは、圧縮機の相互接続パイプ１２１によって相互接続される。また、圧縮機１０６は、その下部に関連して配置されたコネクタ１０６ａ（図１に示す）を組み込んでおり、このコネクタには、コントローラからの指示を受け取って、流体的に接続されているマイクロ流体導管内のバルブの通路を変更するために、電気配線が通信可能に接続されている。

【0051】

図５Ａ及び図５Ｂは、本体１０１の内部に収容され、点線で示されるマイクロ流体導管１２５を含む図１のマイクロ流体流量制御装置１００の正面図及び側面図をそれぞれ示す。これらの図では、ポンプ１０４、流量計１０５及び相互接続パイプ１０８、１１１、１１６ａ－ｂの内部に収容されるマイクロ流体導管の部分は示されていない。

【0052】

マイクロ流体導管１２５は、入口末端１０２と；入口末端１０２と第１の中間ポート１２０とを接続する本体１０１の第１の内部ダクトに対応する第１の部分１２５ａと；第１の中間ポート１２０をポンプ１０４の入口ポート１０７に流体的に接続する相互接続パイプ１０８（この図には示されていない）に対応する第２の部分と；ポンプ１０４の内部ダクト（この図には示されていない）に対応する第３の部分と；ポンプ１０４の出口ポート１０８（この図には示されていない）を第２の中間ポート１１０に流体接続する相互接続パイプ１１１（この図には示されていない）に対応する第４の部分と；第２の中間ポート１１０を流れ抵抗デバイス、詳細には蛇行回路１２５ｃの入口開口に流体接続する本体１０１の第２の内部ダクトに対応する第５の部分１２５ｂと；蛇行回路１２５ｃの出口開口を流量計出口ポート１１４に流体接続する本体１０１の第３の内部ダクトに対応する第６の部分１２５ｄと；流量計出口ポート１１４と、流量計入口ポート１１５と、流量計１０５（この図には示されていない）とを流体接続するそれぞれの流体接続パイプ１１６ａ－ｂ（この図には示されていない）と；流量計１０５の内部ダクト（この図には示されていない）と；流量計入口ポート１１５と２つのバルブ１２６とを流体接続する本体１０１の第４の内部ダクトに相当する第７の部分１２５ｅと；バルブ１２６の内部ダクトと；バルブ１２６と出口末端１０３とを流体接続する本体１０１の第５の内部ダクトに相当する第８の部分１２５ｆと；出口末端１０３と、を備える。圧縮機入口ポート１１７、相互接続パイプ１１８（図示せず）、及び圧縮機入口ポート１１７とバルブ１２６とを流体的に接続するダクト１２７は、マイクロ流体導管１２５の一部ではない。また、図５Ａ及び図５Ｂには、圧縮機１０６が本体１０１上にねじ止めされる支持要素１２８が示されている。

【0053】

図１から図５は、本体１０１内のマイクロ流体導管１２５、バルブ１２６、ポンプ１０４、流れ抵抗デバイス１２５ｃ、流量計１０５、及び圧縮機１０６の特定の配置を有するマイクロ流体流量制御装置１００を示すが、マイクロ流体流量制御装置１００の他の実施構成は、マイクロ流体流量制御装置１００を形作る要素の異なる配置を有する異なる設計とすることができる。

【0054】

図６は、本発明の特定の実施形態による、液圧サブシステム２０１及び電子サブシステム２０２を含むマイクロ流体流量制御装置２００のブロック図である。図６の制御装置２００は、追加の構成要素を含むことができ、本明細書に記載された構成要素のいくつかは、記載された制御装置２００の範囲から逸脱することなく取り除くこと及び／又は変更することができることを理解されたい。加えて、制御装置２００の実施構成は、このような実施形態に限定されない。

【0055】

液圧サブシステム２０１は、マイクロ流体流量制御装置２００を通過する流体の流れを機械的に衝動（ｉｍｐｕｌｓｅ）する、監視する、及び調整するマイクロ流体流量制御装置２００の全ての構成要素を備える。これらの構成要素は、図１から図５に示され説明されるものである。単純化の理由から、ポンプ２０３、ポンプ２０３の出口でマイクロ流体導管２０６に配置されるバルブ２０４、及びバルブ２０４の出口に配置される流量計２０５のみが示されている。この液圧サブシステム２０１及び電子サブシステム２０２は、マイクロ流体流量制御装置２００の全ての構成要素を収容し保護するのに十分な構造的剛性を有する、特にプラスチック又は金属材料で作ることができる保護ハウジング２０７内に収容される。

【0056】

電子サブシステム２０２は、対応する電子回路を有するプログラマブルＰＬＣとすることができるコントローラ２０８と、スクリーン２０９と、キーパッド２１０と、メモリ２１１とを備える。コントローラ２０８は、メモリ２１１に格納された命令を取り出し、復号し、実行して、本明細書に記載のマイクロ流体流量制御装置の機能性を実行することができる。メモリ２１１は、実行可能な命令、データなどの情報を格納又は保存するための何らかの電子的、磁気的、光学的、又は他の物理的な記憶装置とすることができる。例えば、本明細書に記載の何らかのメモリは、何らかのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、フラッシュメモリ、ストレージドライブ（例えば、ハードドライブ）、半導体ドライブ、何らかのタイプのストレージディスク（例えば、コンパクトディスク、ＤＶＤなど）など、又はこれらの組み合わせとすることができる。

【0057】

スクリーン２０９は、コントローラ２０８と通信可能に接続され、グラフィカルユーザインタフェースを介して、流量計又は制御装置２００が組み込むことができる他のセンサによって測定されるパラメータを表示するように構成されている。スクリーン２０９は、さらに、制御装置２００の構成設定メニューを表示するように構成されている。また、キーパッド２１０は、コントローラ２０８に通信可能に接続され、ユーザが、マイクロ流体導管を流れる流体の予め定められた流量値、ポンプの初期ポンプ能力、及びバルブの通路などのマイクロ流体流量制御装置２００の動作パラメータを選択することを可能にする。

【0058】

図７は、本発明の実施形態による、マイクロ流体導管を流れる流体の流量を制御する方法３００のフロー図である。図７の方法３００は、図１から図５のマイクロ流体流量制御装置１００を参照するが、請求項のセットに従って、図６の制御装置２００などの他の制御装置を参照することもできる。

【0059】

方法３００のステップ３０１において、マイクロ流体流量制御装置１００のポンプ１０４は、入口末端１０２を通って流入する流体、例えば、水を、特定の流量でマイクロ流体導管１２５にポンプ送給する。例えば、この特定の流量は、１分あたり２０００と５００マイクロリットルとの間の範囲とすることができる。

【0060】

方法３００のステップ３０２において、流量計１０５は、マイクロ流体導管１２５内の流体の流量を測定する。

【0061】

方法３００のステップ３０３において、コントローラは、流量計１０５によって測定された流量を受け取り、それを予め設定された流量と比較する。この比較から、コントローラは、両方の流量の間に、補正が必要な差があるか否かを判定することができる。

【0062】

方法３００のステップ３０４において、コントローラは、少なくとも１つのポンプ１０４及び少なくとも１つのバルブ１２６の少なくとも一方に、測定された流量と予め設定された流量との間の差を最小にするために、比較の結果に基づいて、それらのポンプ能力及び通路をそれぞれ変更するように指示する。

【0063】

比較の結果に基づいて少なくとも１つのバルブ１２６にその通路を変更するように指示することは、比較の結果に基づいて空気圧バルブ１２６の通路を調整するように対応する空気圧ポンプ又は圧縮機１０６に指示することを含む。

【0064】

好ましくは、コントローラは、マイクロ流体導管を流れる流体の流量を調整するために、バルブ１２６とポンプ１０４の両方に、その通路とポンプ能力を調整するように指示することになり、マイクロ流体流量制御装置１００の出口末端１０３において所定の流量に最短時間で到達するようになっている。

【0065】

図８は、コントローラが、比較の結果に基づいて、バルブ及び／又はポンプに通路及びポンプ能力をそれぞれ変更するように指示することを決定する方法の特定の実施態様のブロック図４００を示す。コントローラは、バルブ及び／又はポンプがそれらの出力流量を調整するか否か、及びどの程度調整するかについての決定を行うためにファジー論理を組み込むことができる。

【0066】

本明細書で使用される場合、ファジー論理は、「二値論理」とは対照的に、「多値論理」として説明されている。二値論理システムは、単一の「真理値」、すなわち変数に一致するか否かの答えを返す。例えば、数値を含むルールは「二値」である傾向がある。しかしながら、ファジー論理は、複数の論理の一致を許容し、より文脈に即した有用な情報を許容する。例えば、ある動作パラメータが「高い」、「低い」、「許容できる」のいずれであるかを示すことができる、すなわち、ファジー論理は、真実の明瞭な表示ではなく、実際には所定の真実度である答えを得ることができる。本開示のファジー論理ユニット４０１は、入力変数、出力変数、変数の範囲にわたって定義されたメンバーシップ関数、及びメンバーシップ関数によって入力と出力を関連付けるファジールール又は命題を含む。全てのルールの集合は、ファジィー論理推論プロセスの基礎となる。ルールは、メンバーシップ関数に照らして、推論エンジンを使って入力変数に適用され、結果として出力変数が得られる。

【0067】

そのために、ファジー論理ユニット４０１は、システム４０３（システムは、制御装置の電気、電子及び液圧要素を含むシステム全体のグローバルな表現を指す）が統合することができる異なるセンサ４０２から測定値を受け取り、システム４０３の機能から知られる流量設定値と一緒に、ポンプ及びバルブの制御動作を実行して、システム４０３のそれぞれのポンプ及び／又はバルブに作用すべきか及びどの程度作用すべきかを、ポンプ調整器ドライバ４０４及び／又はバルブ調整器ドライバ４０５に指示することができる。換言すれば、ファジー論理ユニット４０１は、測定された流量と予め定められた流量との差を最短の経過時間で最小化するために、ポンプ調整器ドライバ４０４及びバルブ調整器ドライバ４０５がそれぞれの動作をどの程度調整することになっているかを判定する。次に、ポンプ調整器ドライバ４０４及びバルブ調整器ドライバ４０５は、マイクロ流体導管で予め設定された流量に達するまで、ファジー論理が決定したパラメータで、それぞれポンプ及びバルブのポンプ能力及び／又は通路値に関するそれらの計算を変化させることになる。このファジー論理は、センサ４０２から受け取ることができる温度、密度、圧力などの流体の他のパラメータにも適用することができる。

【0068】

従って、コントローラは、ファジー論理によって、予め設定された流量と流量計での測定流量との間の差が最短の経過時間で最小化されるように、ポンプに、それらが適用しているポンプ能力を連続的に変更又は調整するように指示し、バルブに、その通路を同時かつ連続的に変更又は調整するように指示することになる。

【0069】

本文において、用語「備える」及びその派生語「備えている」等は、排除する意味と理解されるべきではない、すなわち、これらの用語は、説明及び定義されるものがさらなる要素、ステップ等を含むことができる可能性を排除すると解釈すべきではない。本明細書で使用され場合、用語「別の」は、少なくとも２番目又はそれ以上と定義される。本明細書で使用される場合、用語「接続」は、特に指示しない限り、介在する要素なしに直接的に、又は少なくとも１つの介在する要素を用いて間接的に接続されると定義される。２つの要素は、機械的に、電気的に、又は通信路、経路、ネットワーク、又はシステムを通じて通信可能に接続することができる。

【0070】

本発明は、明らかに本明細書に記載された特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に定義された本発明の全体的な範囲内で、当業者によって考えられるあらゆる変形例（例えば、材料、寸法、構成要素、構成などの選択に関して）も包含する。

【符号の説明】

【0071】

１００ マイクロ流体流量制御装置
１０２ 入口末端
１０３ 出口末端
１０４ ポンプ
１０５ 流量センサ
１２５ マイクロ流体導管
１２６ バルブ
２０８ コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】