JP5770391B2 - 安全弁装置を含むポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ポンプ装置に関し、特に、マイクロ流体ポンプおよびマイクロ流体ポンプのポンプ出口に配置される安全弁装置を含む、ポンプ装置に関する。
安全弁装置は、（マイクロ流体ポンプの流体のポンピング方向に関して）逆方向の自由流れの防止のための第１の安全弁を含むことができ、また、必要に応じて、順方向の自由流れを防止するための付加的な第２の安全弁を備えることができる。

マイクロポンプの入口または出口に過圧または正圧が加えられ、マイクロポンプに動作電圧が印加されないときに、マイクロポンプの中を通って自由流れが起こり得るという点で、既知のマイクロポンプは問題がある。
マイクロポンプを介して制御されていない流れを防止するために、逆止弁は、マイクロポンプの入口および出口にそれぞれ配置することができる。
しかしながら、特定の用途において、これは、マイクロポンプのポンピング方向に対して特に逆方向に堅密なポンプ装置を必要とする。例えば酷使して使用されるドラッグ・デリバリー・システム（薬物送達システム）またはマイクロポンプ（移植型の）において、流体の逆方向の自由流れや漏れは、たとえば０．１μリットル／時間、非常に小さくなければならない。
しかし、これは、従来のシリコーン逆止弁の場合はほとんど達成できない。

さらに、先行技術によるマイクロポンプ装置は、追加の個別の部品が必要であるという点で不利であり、それは、スペースを増加させ且つコストの要求をもたらす。
また、従来のポンプ装置は、比較的大きなデッドボリュームを示し、そこではさらに流体継手が必要とされる。

その結果、逆方向（ポンピング方向に対して）または両方の方向における不要な自由流れは、マイクロポンプの非働化状態を防止することができる信頼のおけるポンプ装置が望まれており、そしてこれは、安価な設計や設定を含み、小さなデッドボリュームを提供する。

この目的は、請求項１に係るポンプ装置によって達成される。
さらに、このポンプ装置の発明の別の実装形態は、従属請求項に定義されている。

ポンプ装置は、ポンプ入口およびポンプ出口を有するマイクロ流体ポンプを含み、ポンプ入口からポンプ出口に流体を圧送するように構成され、ポンプ入口とポンプ装置の入口とは流体的に接続される。
ポンプ装置は、さらに、第１の安全弁を有する安全弁装置を含み、第１の安全弁は、ポンプ出口とポンプ装置の出口との間に配置され、且つ、第１の弁座および第１の弁蓋を含む。
流体的に接続されたポンプ装置の出口と第１の流体領域は、ポンプ装置の第１の部分に形成され、第１の部分において、第１の弁蓋は、ポンプ装置の第２の統合部分に形成され、第１の弁座、ポンプ出口およびポンプ入口は、ポンプ装置の第３の統合部分の第２の表面にパターニングされる。
第２の統合部分は、第１の統合部分とポンプ装置の第３の部分との間に配置され、第１の流体領域は、第１の弁蓋に隣接しており、第１の流体領域内の圧力は、第１の安全弁に関して閉鎖効果を有する。

また、安全弁装置は、第２の安全弁を含んでもよく、第２の安全弁は、ポンプ出口の下流に配置され、第２の弁座および第２の弁蓋を含む。
第２の弁座は、ポンプ装置の第３の統合部分の第２の表面にパターニング形成され、そこで、第２の弁蓋は、ポンプ装置の第２の統合部分に形成され、流体的に接続されるポンプ装置の入口および第２の流体領域は、さらに、ポンプ装置の第１の部分に形成され、第２の流体領域は、第２の弁蓋に隣接し、第２の流体領域における圧力は、第２の安全弁に関して閉鎖効果を有する。

本発明のポンプ装置の実施形態によれば、安全弁装置は、マイクロ流体ポンプに直接、統合されている。
安全弁装置は、逆方向（マイクロ流体ポンプのポンピングまたは流体の流れ方向に対して）のための第１の安全弁と、必要に応じて、マイクロ流体ポンプの順方向のための第２の安全弁とを含む。

小さなデッドボリュームを示す安価なポンプ装置の設計を可能にするために、逆方向のための第１の（逆向き）安全弁の弁座、ポンプ出口およびポンプ入口は、マイクロ流体ポンプ装置の統合部分の表面にパターン形成されている。
また、順方向のための第２の（順方向）安全弁の任意の実装において、第２の安全弁の弁座は、マイクロ流体ポンプ装置の統合部分の同一面にパターニングされてもよい。
マイクロ流体ポンプの出口と、第１の安全弁の弁座と、そして、必要に応じて、第２の安全弁の弁座とは、統合部分の同一面に形成されていることから、第１の安全弁および任意に配置された第２の安全弁の弁座は、マイクロ流体ポンプの出口に直接形成してもよく、それによって、小さなデッドボリュームを実現し、且つ、結果として、マイクロ流体ポンプ装置の安価な設計に帰着する。

本発明の実施形態では、ポンプ入口がさらに同一面内にパターニングされる。
また、ポンプ出口も、同一表面にパターニングされてもよく、第１の安全弁の閉鎖効果を支持するポンプ装置の第１の流体領域に流体的に接続されている。

本発明の実施形態によれば、安全弁装置は、マイクロ流体ポンプの逆方向および順方向のための二重の安全弁を実現し、二重の安全弁は、マイクロ流体ポンプの出口の下流位置に配置されている。

本発明の実施形態によれば、第１および第２の安全弁のそれぞれの弁蓋は、一例を挙げるならば（例えば、連続的した）シリコーンダイヤフラムの形をした同一のシーリング部材（封止部材）またはガスケットで形成することができる。
具体的には、同一のガスケットまたはシーリング要素は、第３の統合部分（例えば、パターニングされたシリコーン層／チップ）の内側に、第１の安全弁のＵターンに加えて、別のＵターンを配置することによって両方の安全弁を目的として使用することができる。
換言すれば、第１および第２の安全弁の両方にＵターンが同一のシリコーンチップの周りに折り重ねることができる。
この実施に基づいて、"二重"の安全弁装置は、追加のチップサイズ、追加の生産工程および/または追加の固定部分なしに、マイクロ流体ポンプの出口の下流に実装することができる。

第１および第２の安全弁の弁座は、シリコーンダイヤフラムの形で切れ目の無く連続するガスケットによって形成されるように、いわゆるソフト・ハードシーリング（すなわち、ハードシリコンチップに対して当接されたソフトシリコーンダイヤフラム）が逆方向の漏れにハードな仕様を達成するために流体密にすることができる。
したがって、特定の安全弁装置を有する本発明のポンプ装置は、特に、少なくとも逆方向（または両方の方向に）に流体的に固定されたポンプを必要とするすべての技術的な用途、例えば酷使して使用される「移植可能な」ドラッグ・デリバリー・システム（薬物送達システム）、マイクロポンプに適用することができる。

本発明の好ましい実施形態は、引き続いて、添付の図面を参照して詳細に説明する

本発明の実施の形態に係るポンプ装置の概略断面図を示す。 本発明のさらなる実施形態に係るポンプ装置の概略断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る任意のシーリング要素と、任意の補強要素の概略断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る任意のシーリング要素と、任意の補強要素の概略断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る任意のシーリング要素と、任意の補強要素の概略断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る任意のシーリング要素と、任意の補強要素の概略断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る任意のシーリング要素と、任意の補強要素の概略断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る任意のシーリング要素と、任意の補強要素の概略断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る任意のシーリング要素と、任意の補強要素の概略断面図を示す。

図面を用いてさらに詳細に本発明を説明する前に、同一要素又は同一機能や同様の効果を有する要素は、これらの要素の説明が同一符号を有するように、図において同じ参照番号が設けられていることが指摘されており、また、それらの異なる実施形態に示した機能性は相互に交換可能であるか、または異なる実施形態で互いに適用することができる。

図１に図示されるように、マイクロ流体ポンプおよび安全弁装置を有するマイクロ流体ポンプ装置について説明する。マイクロ流体ポンプは、受動逆止弁を含むマイクロダイヤフラムポンプによって実現される。

マイクロ流体ポンプ装置１は、互いに上下に配置され、相互に（順次）取り付けられた５つのパターン化層１０、１２、１４、１６、１８を含み得る。
このパターニング化された層のスタック（積み重ね）は、以後、第１の層１０、第２の層１２、第３の層１４、第４の層１６および第５の層１８と称する。
図１の投影面に関して、第１の層１０は、第１（上部）および第２の（底部）の表面を有する。
第２の層１２は、第１の（上部）表面および第２の（底部）の表面を有する。
第３の層１４は、第１（上部）および第２の（底部）表面を有する。
第４の層１６は、第１の（上部）表面および第２の（底部）表面を有する。
第５の層１８は、第１（上部）および第２の（底部）表面を有する。
実施形態によれば、第１の層１０の第１の表面は、機械的に第２の層１２の第２の表面に接続されている。
第２の層１２の第１の表面は、第３の層１４の第２の表面に、機械的に接続されている。
第３の層１４の第１の表面は、第４の層１６の第２の表面に、機械的に接続されている。
第４の層１６の第１の表面は、第５の層１８の第２の表面に、機械的に接続されている。

図１に示されるマイクロ流体ポンプ装置は、ポンプ入口２２およびポンプ出口２４を含むダイヤフラムポンプ２０を備える。
ポンプ入口２２およびポンプ出口２４は、第３の層１４の第２の（底部）表面においてパターン化される。
ダイヤフラムポンプ２０は、ポンプ入口２２において、弁座２６および弁フラップ２８を備える受動的な逆止弁を含む。
弁座２６は、第３の層１４の第１の（上部）表面においてパターン化され、そして、弁フラップ２８は、第４の層１６においてパターン化される。
加えて、マイクロ流体ポンプ２０は、ポンプ出口２４で弁座３０および弁フラップ３２を備える受動的な逆止弁を含む。
弁座３０は、第４の層１６においてパターン化され、そして、弁フラップ３２は、第３の層１４の第１の（上部）表面においてパターン化される。

さらにまた、ダイヤフラムポンプ２０は、第５の部分（部位）１８においてパターン化されるポンプダイヤフラム３４を含む。
圧電セラミック素子３６は、圧セラミック素子３６を作動させることによって、ダイヤフラムポンプ２０のポンプ室３８の容積を変化させることができるように、ポンプダイヤフラム３４に取り付けられている。
この目的のために、ポンプダイヤフラム３４に結合された圧電セラミック素子３６に電圧を印加するように、そして、図１に示される位置から、ポンプ室３８の容積が減少される位置まで、それを歪ませるように、適当な手段（図示せず）が備えられている。

さらに、図１に示されるポンプ装置は、ポンプ出口２４、すなわち、ポンプ出口２４の下流で、第１の安全弁４０を有する安全弁装置を含む。
第１の安全弁４０は、安全弁座４２および安全弁フラップ４４を含む。
安全弁座４２は、第３の層１４の底面においてパターン化される。
安全弁フラップ４４は、第２の層１２の一部分によって安全弁座４２の反対側に形成される。
第３の層１４は、その底部表面の第２の層１２と弁室を定める凹部６２を含む。

図１に示されるポンプ装置は、ポンプ装置入口４６およびポンプ装置出口４８を含む。
ポンプ装置出口４８は、第１の流体領域５０に流体的に接続されている。
ポンプ装置入口４６、ポンプ装置出口４８および第１の流体領域５０は、第１の層１０においてパターン化される。
このように、第１の流体領域５０は、流体領域５０の圧力Ｐ ₅₀ が第１の安全弁４０の開閉効果を有するように、第２の層１２の底部に境を接する。
ポンプ装置入口４６は、第２の層１２の第１の開口部５２を経て、ポンプ入口２２に流体的に接続されている。
第１の安全弁４０は、流路５６に流体的に接続されている。そして、前記流路５６は、次々に第２の層１２の第２の開口部５４を介して、出口４８に流体的に接続されている。
図に示す実施形態では、流路５６は、第３の層１４および第４の層１６に対応するパターンによって形成される。
安全弁の出口は、第３の層１４の表面においてパターン化される。

ポンプ装置入口４６およびポンプ装置出口４８は、さらに、例えば接続チューブ用のいわゆるルアーコネクタなどの流体用構造体を接続することを可能にする適切な流体コネクタを備えることができる。

要約すると、図１のポンプ装置１は、ポンプ入口２２およびポンプ出口２４を有するマイクロ流体ポンプ２０を含み、そこにおいて、ポンプ入口２２からポンプ出口２４まで（順方向またはポンピング方向において）流体Ｆをポンピングするように、マイクロ流体ポンプ２０が構成され、そこにおいて、ポンプ入口２２およびポンプ装置の入口４６が流体的に接続される。
第１の安全弁４０を有する安全弁装置は、ポンプ出口２４に下流に、すなわちポンプ出口２４とポンプ装置の出口４８との間に配置される。
第１の安全弁４０は、第１の弁座４２および第１の弁蓋４４を含む。
第１の弁座４２、ポンプ出口２４およびポンプ入口２２は、ポンプ装置１の第３の統合部分１４の第２の表面においてパターン化される。
第１の弁蓋４４は、ポンプ装置１の第２の統合部分１２に形成される。
ポンプ装置の出口４８および第１の流体領域５０は、流体的に接続され、ポンプ装置１の第１の部分１０に形成される。
さらに、第２の統合部分１２は、第１の流体領域５０が第１の弁蓋４４に隣接して形成されるように、第３の統合部分１４とポンプ装置の第１の部分１０との間に配置される。 基本的なまたは初期状態において、即ち、第１の弁蓋が振れていないまたは閉じた状態で当該第１の弁蓋は、第１の弁座に対して当接している。
第１の流体領域が第１の弁蓋に隣接するように、圧力Ｐ ₅₀ 、例えば、ポンプ装置の出口４８に（外側から）印加された背圧は、第１の安全弁４０の閉鎖効果をサポートしている。

図２は、本発明のさらなる実施形態に係るポンプ装置の概略断面図を示す。

図２のマイクロ流体ポンプ装置２は、上下に配置され、（既に図１に示すように）互いに（順次）取り付けられた５つのパターン化層１０、１２、１４、１６、１８を含み得る。

図２にも示されるマイクロ流体ポンプ装置２は、ポンプ入口２２およびポンプ出口２４を有するダイヤフラムポンプ２０を含む。
ポンプ入口２２およびポンプ出口２４は、第３の層１４の第２の（底部）表面においてパターン化される。
ダイヤフラムポンプ２０は、ポンプ入口２２で、弁座２６および弁フラップ２８を備える受動的な逆止弁を含む。
弁座２６は第３の層１４の第１の（上部）表面においてパターン化され、そして、弁フラップ２８は第４の層１６においてパターン化される。
加えて、マイクロ流体ポンプ２０は、ポンプ出口２４で弁座３０および弁フラップ３２を備える受動的な逆止弁を含む。
弁座３０は第４の層１６においてパターン化され、そして、弁フラップ３２は第３の層１４の第１の（上部）表面においてパターン化される。

さらにまた、ダイヤフラムポンプ２０は、第５の部位１８においてパターン化されるポンプダイヤフラム３４を含む。
圧電セラミック素子３６は、ポンプダイヤフラム３４に取り付けられる。その結果、圧電セラミック素子３６を作動させることによって、ダイヤフラムポンプ２０のポンプ室３８の容積を変化させることができる。
この目的のために、適当な手段（図示せず）は、ポンプダイヤフラム３４に結合された圧電セラミック素子３６に電圧を印加するため、そして、図１に示す位置から、ポンプ室３８の容積が減少される位置まで、同じものを反らせるために設けられている。

以下には、図１のマイクロポンプ装置１に任意に加えられることができる 追加の構成要素が記載されている。

さらに、任意のシーリング要素（密封要素）１１は、図１において図式的に示される。
この任意のシーリング要素１１（密封要素）は、互いに隣接したマイクロポンプ装置１の内側領域、または、マイクロポンプ装置１の内側領域およびその周囲に、増大した液密性および密封を得るために、設けられている。
このため、任意のシーリング要素１１は、例えば、チャンバ形成内壁領域あるいはポンプ装置１の外壁領域に提供される。

任意のシーリング要素（密封要素）１１およびそれらの機能性の実現のより詳細な説明については、図３Ａ〜３Ｆおよび関連する記述が以下に言及される。

さらに、図１に示す第２の層１２のための安定化要素４３は、例えば、シリコーン膜４４として実施される。
したがって、（構造化された）金属膜または金属層は、シリコーン膜１２のシリコーン材料に、挿入することができるか、または埋め込むことができる（成形加工）。そこにおいて、第２の層１２または少なくとも当該第２の層１２の部分に補強効果を提供するために、金属膜４３は、シリコーン膜またはシリコーン材料よりも高い剛性と安定性を有する。

また、図１は、例えば、弁座４２の方向において、第１の流体領域５０のエリアでは、実施される任意の付勢要素４５が、第２の層１２の一部を付勢することを示している。

追加の任意の付勢要素４５は、流体経路において、相対的に高い圧力（例えば、０．５〜２バール以上）で、また、比較的低い圧力（例えば、０．１〜２０ミリバール）でも、第１の安全弁４０の気密性を高めるために設けられている。
すなわち、層１２は、任意の付勢手段４５によって、弁座４２の方向に若干上向きに付勢され得る。
図１において、層１２の上方への付勢の例示が、破線によって示されている。
任意の付勢要素４５は、例えば、第１の層１０に柱状に実施することができる。
このため、付勢要素４５は、第１の層１０と一体的に実施することができる。
また、任意の付勢要素４５は、弁蓋４４のシリコーン材料で、点形、線形あるいは面接触を確立し、且つ、弁座４２の方向に弁蓋を付勢するために、ばね、固定式のラグ等として実現することができる。

さらに、図２に示されるポンプ装置２は、ポンプ出口２４に対して下流に、第１の安全弁４０および第２の安全弁１４０を有する安全弁装置を含む。
第１の安全弁４０は、第１の安全弁座４２および第１の安全弁フラップ４４を含む。
安全弁座４２は、第３の層１４の底部においてパターン化される。
第１の安全弁フラップ４４は、第２の層１２の一部によって、第１の安全弁座４２の反対側に形成される。
第３の層１４は、その底部に第２の層１２を有する弁室を規定する凹部６２を含む。
図２に示すように、第２の安全弁１４０は、ポンプ出口２４に対して下流、例えばポンプ出口２４および第１の安全弁４０の間に配置される。
第２の安全弁１４０は、第２の弁座１４２と、第３の層１４の底面においてパターン化される第２の弁蓋１４４とを含む。

図２に示されるポンプ装置は、ポンプ装置入口４６およびポンプ装置出口４８をさらに含む。
ポンプ装置出口４８は、第１の流体領域５０に、流体的に接続される。
ポンプ装置入口４６は、第２の流体領域５１に、流体的に接続される。
ポンプ装置入口４６、ポンプ装置出口４８および第１の流体領域５０は、第１の層１０においてパターン化される。

特に、下記では、図１の安全弁装置およびそれらの機能性と比較した場合、図２の安全弁装置の追加の要素は、詳細に説明される。
さらに具体的には、第２の安全弁１４０は、ポンプ装置の第３の統合部分１４の第２の表面においてパターン化される 第２の弁座１４２を含む。そこにおいて、第２の弁蓋１４４は、ポンプ装置２の第２の統合部分１２において形成される。
流体的に接続されるポンプ装置２の入口４６および第２の流体領域５１は、さらに、ポンプ装置２の第１の部分１０において形成される。
第２の流体領域５１は、第２の弁蓋１４４と隣接されていて、そこでは、第２の圧力Ｐ５１、例えば順方向（前方）の流体圧が、流体領域５１において、第２の安全弁１４０に対する閉鎖効果をサポートする。
ポンプ装置２の第２の統合部分１２は、第１の弁蓋４４および第２の弁蓋１４４を形成する、フレキシブル層またはガスケット（例えば接触している）である。
フレキシブル層１２は、各第１の弁座４２および／または第２の弁座１４２に対して軟質の密封処理を提供するためのシリコーンダイヤフラムを含み得る。
さらにまた、第１の流体領域５０および第２の流体領域５１は、ポンプ装置２において、空間的に且つ流体的に切り離されて、例えば、耐圧仕切りは、第１および第２の流体領域／チャンバ間に配設されている点に、留意する必要がある。

このように、流体領域５０では、圧力Ｐ ₅₀ （例えば背圧）が第１の安全弁４０に対して閉鎖効果を有するように、第１の流体領域５０は、第１の安全弁４０において第２の層１２の底部に境を接する。
流体領域５１では、圧力Ｐ ₅₁ （例えば前進圧力・前方向圧）が第２の安全弁１４０に対して閉鎖効果を及ぼすように、第２の流体領域５１は、第２の安全弁１４０において第２の層１２の底部に境を接する。
ポンプ装置入口４６は、第２の層１２の第１の開口部５２を介して、ポンプ入口２２に流体的に接続されている。
第２の安全弁１４０は、Ｕターン形の流路５７を介して、第１の安全弁４０に流体的に接続されている。

図示の実施形態では、流路５７が、第３の層１４および第４の層１６において対応するパターンによって形成される。
第１の安全弁４０は、流路５６に流体的に接続されていて、前記流路５６は、順次、第２の層１２において、第２の開口部５４を経て出口４８に流体的に接続されている。
図の実施形態では、流路５６が、第３の層１４および第４の層１６において対応するパターンによって形成される。
安全弁の出口は、第３の層１４の表面においてパターン化される。

ポンプ装置が運転中の状態では、図１および図２に示されるように、ポンプダイヤフラム３４は、ポンプ室３８の容量が減少するように、図１および図２に示される状態から出発して作動される。
これはポンプ室３８内に正圧を生成し、一方ではポンプ出口２４の逆止弁を開放し、他方では安全弁フラップ４４に圧力をかける。
同時に、ポンプ室３８内の正圧は、ポンプ室の入口の逆止弁に対する閉鎖効果を有する。
このように、ポンプ行程と呼ばれるポンプダイヤフラム３４の作動中に、流体は、ポンプ出口２４の逆止弁および安全弁４０を通してポンプ装置出口４８に送られる。

ポンプダイヤフラム３４が図１および図２に示される位置に戻される次の吸込行程において、ポンプ出口２４の逆止弁に対する閉鎖効果およびポンプ入口２２の逆止弁に対する開放効果を有する負圧が、ポンプ室３８内に形成される。
このように、この吸込行程の間、流体は、ポンプ装置入口４６を通して吸い込まれる。

ポンプ装置入口からポンプ装置出口に体積流量をもたらすために、圧電セラミック３６には、典型的にパルス矩形波電圧によって、周期的に電圧を供給することができる。
印加される作動電圧の回数およびポンプダイヤフラム３４の行程容積に応じて、所望の送出量を達成することができる。

図１および図２の実施例を参照して、安全弁装置の第１の安全弁４０は、以下のように機能する。
ポンプ２２が運転中でない場合、ポンプ出口４８からポンプ入口４６（逆方向において）へのポンプ装置による流れは防止される。その理由は、ポンプ装置の出口４８に（外側から作用している）背圧Ｐ５０が、第１の流体領域５０を介して安全弁フラップ４４の底部に作用し、それと同時に、流路５６を介して安全弁フラップ４４の上にも作用しているからである。
この背圧は、また、ポンプ出口２４およびポンプ入口２２の両方で逆止弁に閉鎖効果を及ぼす。
したがって、非作動状態では、後方（逆方向）における望ましくない自由な流れは、ポンプ装置の出口４８において、背圧により確実に防止することができる。

図２の付加的な実施例を参照して、安全バルブ装置の追加の安全弁１４０は、以下の通りに機能する。
ポンプ２２が作動中でないときに、ポンプ入口４６からポンプ出口４８（前方向・順方向に）にポンプ装置を通しての流れが防止され、その理由は、ポンプ装置入口４６での正圧Ｐ ₅₁ が、流体領域５１を介して安全弁フラップ４４の底部に働くからであり、同時にポンプ２０を介して安全弁フラップ４４の上部に働き、その理由は、この正圧がポンプ入口２２およびポンプ出口２４の両方の逆止弁に対して開放効果を有するからである。
入口での正圧Ｐ ₅₁ によって下方から安全弁フラップ４４に働く力は、上方からそれに働く力より大きく、その結果、入口４６での正圧は、安全弁フラップ４４に対する閉鎖効果を有する。
下から働く力はより大きく、その理由は、下からの圧力は上からの圧力より大きなエリアに働くからである。
より正確に言うと、下からの圧力は可動フラップエリア全体に働くが、上からの圧力は弁座４２によってカバーされる領域に働かないからである。
このように、非作動状態において、前進方向（順方向）の自由流れは、ポンプ装置入口での正圧によって確実に防止することができる。

下記では、図２のマイクロポンプ装置２に任意に加えることができる付加的な構成要素が記述されている。

さらに、任意のシーリング要素（密封要素）１１は、図２において図式的に示されている。
この任意のシーリング要素１１は、互いに隣接しているマイクロポンプ装置２の内側領域間に、あるいは、マイクロポンプ装置２の内側領域およびその周囲間に、流体密性および密封を得るために設けられている。
これのために、任意のシーリング要素１１は、例えば、チャンバ形成の内壁領域またはポンプ装置１の外壁領域に設けられている。

任意のシーリング要素１１およびそれらの機能の実現の詳細な説明については、図３Ａ〜図３Ｆおよび関連した説明が以下に言及される。

さらに、図２は、例えば、シリコーン膜１４４として実施される第２の層１２のための安定化要素４３を示す。
したがって、(構造化された)金属膜または金属層は、層１２のシリコーン材料に挿入するか埋め込むことができる(モールドされた)。そこにおいて、金属膜４３は、第２の層１２あるいは少なくとも第２の層１２の部分に補強効果を提供するために、シリコーン膜のシリコーン材料または層１２よりも高い剛性と安定性を有する。

さらに、図２は、例えば、第１の流体領域５１において、弁座１４２の方向に第２の層１２の一部を付勢するために実施された任意の付勢要素４５´を示す。

付加的な任意のバイアス用要素４５´は、流路中において、比較的高い圧力（例えば、０．５〜２バール以上）で、また、比較的低い圧力(例えば０．１〜２０ミリバールで)で第２の安全弁１４０（図２の）の気密性を高めるために設けられている。
任意の付勢要素４５´によって、 すなわち、弁座１４２に向かう方向において、若干上向きに、層１２が付勢し得る。
図１では、層１２の上方への典型的な付勢が、破線によって示されている。
付加的な付勢要素は、第１の層１０において、例えば、柱状体に実施することができる。
このため、付勢要素４５´は、第１の層１０によって一体的に実現され得る。
あるいは、任意の付勢要素４５´は、また、弁蓋１４４のシリコーン材料との点接触、線接触または面接触を成立させ、そして、弁座１４２の方向に弁蓋を付勢するために、例えば、ばね、固定式のラグとして実現することができる。

さらに、図２のポンプ装置２は、第１の安全弁４０の気密性を高めるために、第１の安全弁４０用の付加的な付勢要素（図２では図示せず）を含む。
付加的な付勢要素は、第１の流体領域５０に配置することができ、また、図１の第１の安全弁４０用の付勢要素４５として、同一構造および機能を有し得る。

図１または図２に示されるポンプ装置は、蠕動マイクロポンプを含む。
発明のポンプ装置は、複数の応用（用途）に適している。
続いて、最適の代表的な応用（用途）では、ポンプ入口での正圧の自由流れを防止することが重要であると言及される。
本発明のポンプ装置のこのような応用（用途）の実施例は、代表的に、燃料電池システムにおけるメタノール供給ポンプ、輸液ポンプ、移植可能なドラッグ・デリバリー・システム（薬物送達システム）、携帯型ドラッグ・デリバリー・システム（薬物送達システム）、呼吸空気を加湿するためのシステム、麻酔薬を投与するためのシステム、およびタイヤのマイクロポンプ等を含む代表的なものに使用されてふさわしいものである。

常開型弁を含む蠕動マイクロポンプは、逐次、気泡トレラントな（気泡に抵抗力のある）動作のために有利である高い圧縮比を有するポンプを実現することができる。
あるいは、本発明のポンプ装置は、ポンプ入口および/またはポンプ出口に常閉型作動弁を備えた蠕動マイクロポンプを含んでもよい。

例えば、第２の層１２および第３の層１４のように、本発明のポンプ装置の構成要素または層１０、１２、１４、１６、１８は、例えば、接着、クランプまたは接合層を有していない接続方法などによって、任意の公知の結合技術または接合技術などを使用して相互に接続することができる。

本発明の実施形態では、ポンプ装置の第２の統合部分は、第１の統合部分および第３の部分間に配設され、且つ、それらの部分を隔てる基本的に均一な厚さの層である。
この第２の統合部分は、ポンプ入口がポンプ装置の入口の流体領域を示す流体領域に流体的に接続され、これを介して少なくとも１つの開口部を含み得る。
また、実施形態において、ポンプ装置の出口の流体領域は、第３の部分に形成され、第２の統合部分は、安全弁の出口がポンプ装置の出口に流体的に接続され、それによって別の開口部を含んでもよい。
説明したように、開口部を設けてもよいし、基本的に均一な厚さの第２の統合部分は、減少された要素の数を含む本発明のポンプ装置を容易に製造することができる。
代替の実施形態において、第２の統合部分は、安全弁だけの領域に形成してもよい。

本発明のポンプ装置の実施形態は、例えば、ポンプ入り口およびポンプ出口で、受動逆止弁を含むダイヤフラムポンプ、または蠕動ポンプのように、異なるポンプを用いて実現するようにしてもよい。
本発明の実施例は、特に、１つのポンプサイクル中のポンプ・ボリューム（ポンプ圧送量）がマイクロリットルおよびそれ以下の範囲であってもよいマイクロポンプを実施するために特に適している。
さらに、例えばポンプダイヤフラムのポンプ・ストロークまたはポンプダイヤフラムの厚みなど、この種のマイクロポンプの関連する寸法は、マイクロメートの範囲であってもよい。

本発明は、ポンプおよび安全弁が少ない部品点数を使用して実現することが可能な１つの要素に統合されているポンプ配置を提供する。
このようにして、本発明の実施形態は、各圧電セラミックおよび対応する取付け具または接続部を一部として含むポンプダイヤフラム部を考慮して、５ないし６つの部品または層で形成されるポンプ構成要素を実施することができる。

本発明の実施形態は、ポンプ出口でポンプおよび統合された安全弁を形成する互いに上下に配設された複数のパターン層で形成されたポンプ装置チップを提供する。
したがって、本発明の実施形態は、ポンプおよび弁間の別個の流体接続を必要としない。
デッドボリュームと所要空間の両方は、本発明の実施形態において最小限に抑えることができる。
本発明の実施形態は、簡単な実施とは別に、サイズ、重量およびコスト削減を可能にする。

本発明のポンプ装置の実施形態によれば、出口から入口方向への流れが非作動状態において効果的に回避することができるように、ポンプ装置出口における背圧は、安全弁に対して閉鎖効果を有する。

さらに、発明のポンプ装置の実施例によれば、非作動状態において、入口から出口への方向の流れが効果的に回避することができるように、ポンプ装置入口での正圧は、安全弁に対して開閉効果を有する。

以下には、任意のシーリング要素１１の典型的な実施例が、図３Ａ〜図３Ｆの断面図に基づいて例示される。

本発明の実施形態によれば、第１および第２の安全弁の少なくとも一つの各弁蓋を形成する層または部分１２は、いわゆるソフト／ハードシーリング（軟固密封）を提供するためのシリコーンダイヤフラム、すなわち、第１の層１０および/または第２の層１４のハードシリコンチップに対して当接する柔らかいシリコーンダイヤフラムを含んでもよい。

図３Ａにおいて図示したように、壁領域の改良されたシーリングが必要とされる位置で、１つまたは複数の（細長い）***または肥厚部１２−１，１２−２（すなわち、リングシールまたはラインシール、例えば***、円周リッジ部またはリング状の形態で、）を含むことができ、例えば、シリコーン膜として実装される層または部分１２は、層１０および層１４間に層１２を接合する場合、このようにして、層１２と強化されたシールに増加した接触圧力をもたらすことができる。

図３Ａにおいて図示したように、付加的なシーリング要素１１は、少なくとも1つの（伸長された）***１２−１および任意の１つあるいは幾つかのさらなる***１２−２を含む。
この任意のシール要素１１は、例えば、高い圧力差が発生する可能性がある位置、すなわち、マイクロポンプ装置１の内容積（チャンバ）またはマイクロポンプ装置１の内側領域および周囲間に隣接する位置に配設される。

層１２における付加的な***１２−１1（およびさらなる任意の付加的な***１２−２）は、隣接する層１４の方向に実施することができる。
同様に、圧縮シールを形成するための付加的な***または肥厚は、第１の層１０（図３Ｂ参照）の方向あるいは任意に隣接する層１０および１４（図３Ｃ参照）の両方の方向に、実施することができる。

あるいは、また、図３Ｄ〜図３Ｆにおいて図示されるように、付加的な***あるいは肥厚は、隣接した層１０または１４で形成することができる。
図３Ｄにおいて図示したように、少なくとも１つの***１０−１は、隣接している第１の層１０の表面部分に形成され、そして、シリコーン膜１２に接している。
あるいは、また、少なくとも一つの付加的な***１４−１は、シリコーン膜１２と接触するように隣接する第３の層１４（図３Ｅ参照）の表面部分に形成することができる。
あるいは、さらに、付加的なシーリング要素１１は、第１の層１０において、少なくとも１つの付加的な***１０−１と、第３の層１４において、少なくとも１つの付加的な***１４−１とを含み得る。
ここでは、***部１０−１および１４−１は、互いにオフセットすることができるか、互いに反対側にも配置することができる。

少なくとも一つの（細長いまたはトーリック）***１０−１，１２−１，１２−２または１４−１は、スペースまたは空洞（キャビティ）が周囲に対して密閉されるように包囲するか取り囲むための層１０，１２または１４に対して、縦方向に伸びる。

図３Ａ〜３Ｆにおいて、***部１０−１，１２−１，１２−２，１４−１は、（それらの断面に関して）円形のまたは半円形の方法で例示される。
所望のシーリング機能を得るために、たとえば三角形、矩形などの断面の実施も選択され得る。
したがって、***は、それぞれ、例えば、膨隆、円周***または環状の形態で形成され、密封された容積にするために付加的な壁領域で円周方向に延びている。
層１２は、５０〜３００μｍまたは１００〜２００μｍの範囲内において、その２つの対向する主表面領域間の厚さｄ₁₂を有することができる。

図３Ａ〜図３Ｃにおいて示すように、***（単数または複数）１２−１，１２−２は、５０〜３００μｍまたは１００〜２００μｍの高さｄ₁（層１２の主表面領域に垂直）を有し、５０〜３００μｍまたは１００〜２００μｍの幅ｄ₂（層１２の主表面領域に平行）を有することができる

図３Ｄ〜３Ｆに示すように、部分１０は、それらの表面領域に***１０−１，１０−２を有し、それらの表面領域は、シリコーン膜１２に接触し且つ隣接している。
***（単数または複数）１０−１，１０−２は、５０〜３００μｍまたは１００〜２００μｍの高さｄ₁₀（部分１０の表面領域に垂直）を有し、５０〜３００μｍまたは１００〜２００μｍの幅ｄ₁₁（部分１０の表面領域に平行）を有することができる。

図３Ｅ〜３Ｆに示すように、部分１４は、それらの表面領域に***１４−１，１４−２を有し、それらの表面領域は、シリコーン膜１２に接触し且つ隣接している。
***（単数または複数）１４−１，１４−２は、５０〜３００μｍまたは１００〜２００μｍの高さｄ₁₄（部分１４の表面領域に垂直）を有し、５０〜３００μｍまたは１００〜２００μｍの幅ｄ₁₅（部分１４の表面領域に平行）を有することができる。

図３Ｇに示される装置において、例えば、シリコーン膜として実施される第２の層１２は、そこに配設される金属膜または金属層４３を含む。
金属層４３は、例えば、層１２に完全に埋め込まれている。すなわち、層１２に取り囲まれている。そして、そこにおいて、金属層４３は、シリコーン膜３によって形成された流路を開放するままにしておく。
追加の金属層４３は、例えば、第２の層１２のクランプ位置で、第１および第３の層１０および層１４との間に固定される。
埋め込まれた金属層４３は、例えば、高い圧力が第２の層１２に印加される場合に、シリコーン膜１２の望ましくない横方向の変形または横方向のずれを防止するために設けられている。
このようにして、追加の第１の安全弁４０または第２の安全弁１４０（図１または図２の）は、気密性および信頼性のさらなる向上が得られる。

上述したように、埋め込まれた金属層４３を備えた層１２は、５０〜３００μｍまたは１００〜２００μｍの範囲において、２つの対向する主表面領域１２ａ，１２ｂの間に厚さｄ１２を有していてもよい。
さらに、金属膜または金属層４３は、１０〜１００μｍまたは３０〜６０μｍの範囲において、厚みｄ４３を有することができる（ｄ₁₂≒３ｄ₄₃を備えた）。
金属層４３は、ステンレス鋼（例えば、ばね鋼）で形成することができる。

上に概説したように、マイクロ流体ポンプ装置１，２は、互いに上下に配置され、相互に（順次に）配設される、５つのパターン層１０，１２，１４，１６，１８を含むことができる。
また、異なる層または部分１０，１２，１４，１６，１８は、副層またはサブ部分に細分化することができる（図には示されていない）。
従って、層または部分１０，１２，１４，１６，１８の少なくとも一つは、複数の副層またはサブ部分を含んでもよく、層または部分１０，１２，１４，１６，１８の少なくとも一つは、例えば、その主表面領域に対して、長手方向および/または垂直方向に、副層またはサブ部分に分割されていてもよい。

安全弁構造を有する発明のポンプ装置は、特に、マイクロポンプに基づいて（空気入りの）タイヤの内部の圧力のモニタリング（監視）および調節に適用できる。
さらに具体的には、特定の安全弁構造を有する上記したポンプ装置は、タイヤ圧力測定に組み込まれることができて、装置を制御することができる。
したがって、本発明のマイクロポンプ装置は、タイヤ空気圧の監視および動作規制（調整）を提供することができる。そこでは、特に、空気圧膨張可能な構造体の内部から雰囲気または環境への方向に向けての望まれないか避けられない漏出を防ぐか、あるいは大幅に縮小することができる。

要約すると、逆方向（マイクロ流体ポンプによるポンピング方向に関して）の自由な流れを保護するための安全バルブ構造およびマイクロ流体ポンプの順方向の自由な流れを保護するための任意の付加的な第２の安全弁を有するポンプ装置は、したがって、特に、マイクロ流体（蠕動）ポンプを使用して流体またはガスの圧力監視（モニタリング）および制御（調整）に適しており、また、空気加圧器、空気振動吸収器、あるいは、任意の空気圧インフレータブル構造体、例えば自動車用の空気タイヤ、トラック、自転車などにも適用可能である。

本発明は、いくつかの実施形態に関して記載されていますが、本発明の範囲内にある変更、置換および等価物が存在する。
本発明の方法および構成を実現する多くの代替的方法があることにも留意すべきである。
それゆえ、以下の添付の特許請求の範囲には、そのような全ての変更、置換および本発明の真の精神および範囲内に等価物が含まれるものとして解釈されることが意図される。

Claims (12)

1. マイクロ流体ポンプ（２０）と、安全弁装置とを含む、ポンプ装置であって、
   前記ポンプ装置は、積層されて互いの面が接続されている第１の層（１０），第２の層（１２）および第３の層（１４）を含み、
   前記マイクロ流体ポンプ（２０）は、ポンプ入口（２２）およびポンプ出口（２４）を含み、前記マイクロ流体ポンプ（２０）は、前記ポンプ入口（２２）から前記ポンプ出口（２４）に流体を圧送するように構成され、前記ポンプ入口（２２）および前記ポンプ装置の入口（４６）は、流体的に接続され、
   前記安全弁装置は、第１の安全弁（４０）を有し、前記第１の安全弁（４０）は、前記ポンプ出口（２４）と前記ポンプ装置の出口（４８）との間に配置され、第１の弁座（４２）および第１の弁蓋（４４）を含み、
   前記ポンプ装置の出口（４８）および第１の流体領域（５０）は、流体的に接続され、且つ、前記ポンプ装置の第１の層（１０）に形成され、
   前記第１の弁蓋（４４）は、前記ポンプ装置の第２の層（１２）に形成され、
   前記第１の弁座（４２）と、前記ポンプ出口（２４）と、前記ポンプ入口（２２）とは、前記ポンプ装置の第３の層（１４）にパターン形成され、
   前記第２の層（１２）は、前記第１の層（１０）と前記第３の層（１４）との間に配置され、前記第１の流体領域（５０）は、前記第１の弁蓋（４４）に隣接され、前記第１の流体領域（５０）における圧力は、前記第１の安全弁（４０）に対して閉鎖効果を有することを特徴とする、ポンプ装置。
   
2. 前記安全弁装置は、第２の安全弁（１４０）を含み、前記第２の安全弁（１４０）は、前記ポンプ出口（２４）の下流に配置され、第２の弁座（１４２）および第２の弁蓋（１４４）を含み、
   前記第２の弁座（１４２）は、前記第３の層（１４）にパターン形成され、前記第２の弁蓋（１４４）は、前記第２の層（１２）に形成され、前記ポンプ装置の入口（４６）および第２の流体領域（５１）は、流体的に接続され、且つ、前記第１の層（１０）に形成され、
   前記第２の流体領域（５１）は、前記第２の弁蓋（１４４）に隣接され、前記第２の流体領域（５１）における圧力は、前記第２の安全弁（１４０）に対して閉鎖効果を有する、請求項１に記載のポンプ装置。
   
3. 前記第２の安全弁（１４０）は、前記ポンプ出口（２４）と前記第１の安全弁（４０）の間に配置されることを特徴とする、請求項２に記載のポンプ装置。
4. 前記ポンプ装置の前記第２の層（１２）は、フレキシブル層であり、前記フレキシブル層は、前記第１の弁蓋（４４）および前記第２の弁蓋（１４４）を形成する、請求項２または請求項３に記載のポンプ装置。
5. 前記フレキシブル層は、シリコーンダイヤフラムを含む、請求項４に記載のポンプ装置。
6. 前記第１の流体領域（５０）および前記第２の流体領域（５１）は、空間的且つ、流体的に分離されている、請求項２〜請求項５のいずれかに記載のポンプ装置。
7. 前記ポンプ入口（２２）および前記ポンプ装置の入口（４６）は、前記第２の層（１２）において、開口部（５２）を介して流体的に接続されている、請求項１〜請求項６のいずれかに記載のポンプ装置。
8. 前記第２の層（１２）は、前記第１の層（１０）と前記第３の層（１４）との間に配置された均一な厚さの層を含み、前記均一な厚さの層には、１つ以上の開口部（５２）が形成されている、請求項１〜請求項７のいずれかに記載のポンプ装置。
   
9. 前記第２の層（１２）は、前記第１の層（１０）および前記第３の層（１４）を分離する、請求項８に記載のポンプ装置。
10. 前記第２の層（１２）は、リングシール（１０−１、１２−１、１２−２、１４−１）で形成されるシーリング要素（１１）を含む、請求項１〜請求項９のいずれかに記載のポンプ装置。
11. 前記第２の層（１２）は、前記第２の層（１２）のシリコーン材に埋め込まれた安定化要素（４３）を含む、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載のポンプ装置。
12. 前記第１の弁座（４２）に向けて、前記第１の弁蓋（４４）を付勢する付勢要素（４５）、および、
    前記第２の弁座（１４２）に向けて、前記第２の弁蓋（１４４）を付勢する付勢要素（４５´）をさらに含む、請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のポンプ装置。

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