JP6573628B2 - インスリンパッチのための回転計量ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、一般に、装着型の薬剤注入パッチで使用するための計量システムに関する。

糖尿病は、インスリン産生、インスリン作用、またはこれらの両方の欠陥により血糖値が高くなることを特徴とする疾患群である。糖尿病は深刻な合併症および早死につながることがあるが、この病気を制御して合併症のリスクを低減させるのを助けるための、糖尿病患者が入手可能なよく知られた製品が存在している。

糖尿病患者の治療の選択肢には、特別な食事療法、経口薬剤、および／またはインスリン療法が含まれる。糖尿病治療の主な目的は、患者の血糖値を制御して合併症のない生活の可能性を高めることである。しかしながら、他の生活上の必要性と状況とのバランスをとりながら、良好な糖尿病管理を達成することは必ずしも容易ではない。

現在、１型糖尿病の治療のための日常的なインスリン療法の２つの主なモードが存在している。第１のモードは、一般的に、１日に３、４回の注射ごとに針の突き刺しが必要となる、シリンジおよびインスリンペンを含む。このようなデバイスは、使用が簡単で比較的低コストである。糖尿病を管理するための治療の、別の広く取り入れられている効果的な方法は、インスリンポンプの使用である。インスリンポンプは、様々な割合でインスリンを連続注入して膵臓の挙動をより忠実に再現することにより、ユーザが自身の血糖値をユーザの個々の必要性に基づいて目標範囲内に保つことを助けることができる。インスリンポンプを使用することにより、ユーザは、自身の生活スタイルを、インスリン注射が自身にとってどのように働くかに合致させるのではなく、ユーザのインスリン療法を自身の生活スタイルに合致させることができる。

しかしながら、従来のインスリンポンプにはいくつかの欠点がある。例えば、インスリンポンプで一般的に使用される親ねじおよびピストン型の計量システムは、大きい高さおよび大きい設置面積が必要であり、ユーザにとって扱いにくいことが多い。

また、従来のインスリンポンプは、一般的に、多数の部品および可動部を必要とするため、機械的故障のリスクが高まる。

また、従来のインスリンポンプは、一般的に、確認が困難なことがあるあまりにも多くの要因に依存して、用量精度にとって長すぎる公差ループを有する。これにより、用量精度が失われるおそれがある。

また、従来のインスリンポンプは、一般的に、流体経路が複雑すぎる。これにより、プライミングおよび空気の除去が複雑または不十分になるおそれがある。

従来のインスリンポンプはまた、一般的に、高精度のアクチュエータを必要とするため、従来のパッチポンプのコストが増加する。

また、一部のインスリンポンプは、インスリンパッチのリザーバとカニューレとの間に直接の流体経路を作るというリスクがある。これにより、ユーザの過剰摂取のおそれがある。

また、従来のインスリンポンプは、一般的に、複雑な検知方式を必要とする。これにより、コストが増加するとともに、精度および信頼性が低下するおそれがある。

また、従来のインスリンポンプは、一般的に、上昇したシステム逆圧で漏れやすい弁を有する。これにより、精度および信頼性が低下するおそれがある。

また、従来のインスリンポンプは、一般的に、潜在的に高い逆圧に晒される、大きい作業容積と大きいシステム容積とを必要とする。これにより、精度および信頼性が低下するおそれがある。

また、従来のインスリンパッチは、一般的に、大きいバッテリを必要とする低効率モータを有するため、インスリンパッチのサイズが大きくなる。

したがって、従来の親ねじおよびピストン型の計量システムと比べて高さおよび設置面積を小さくすることにより、ユーザの快適性を高める計量システムが必要である。

また、従来のインスリンポンプと比べて部品および可動部の数を減らして、インスリンパッチの機械的安全性を高める計量システムが必要である。

また、従来の計量ポンプと比べて、わずかな要因に依存する短い用量精度の公差ループを有することにより、用量精度を高める計量システムが必要である。

また、従来の計量システムと比べて、簡単な流体経路を有することにより、プライミングおよび空気の除去を簡略化する計量システムが必要である。

また、従来の計量システムと比べて、低精度のアクチュエータを利用することにより、インスリンパッチのコストを下げる計量システムが必要である。

また、従来の計量システムと比べて、リザーバとカニューレとの間に直接の流体経路が存在しないことにより、ユーザを過剰摂取からより適切に守る計量システムが必要である。

また、従来の計量システムと比べて、簡単な検知方式を有することにより、コストを下げ、インスリンパッチの精度および信頼性を高める計量システムが必要である。

また、従来の計量システムと比べて、上昇したシステム逆圧での漏れに対して頑丈な弁を有することにより、インスリンパッチの精度および信頼性を高める計量システムが必要である。

また、従来の計量システムと比べて、潜在的に高い逆圧に晒される、小さい作業容積と小さいシステム容積とを有することにより、インスリンパッチの精度および信頼性を高める計量システムが必要である。

また、従来の計量システムと比べて、小さいバッテリを有する高効率モータを必要とすることにより、インスリンパッチのサイズを小さくする計量システムが必要である。

本発明の例示的な実施形態の態様は、上記およびその他の問題に実質的に対処し、小型の信頼性ある計量システムを提供することである。

本発明の例示的な実施形態の態様は、従来の親ねじおよびピストン型の計量システムと比べて高さおよび設置面積を小さくすることにより、ユーザの快適性を高める計量システムを提供することである。

本発明の例示的な実施形態の別の態様は、従来のインスリンポンプと比べて部品および可動部の数を減らして、インスリンパッチの機械的安全性を高める計量システムを提供することである。

本発明の例示的な実施形態の別の態様は、従来の計量ポンプと比べて、わずかな要因に依存する短い用量精度の公差ループを有することにより、用量精度を高める計量システムを提供することである。例えば、本発明の例示的な実施形態において、用量精度の公差ループは短く、２つの容易に測定可能な寸法、すなわちポンプ直径および螺旋スロットの軸方向寸法のみに依存する。

本発明の例示的な実施形態の別の態様は、従来の計量システムと比べて、簡単な流体経路を有することにより、プライミングおよび空気の除去を簡略化する計量システムを提供することである。

本発明の例示的な実施形態の別の態様は、従来の計量システムと比べて、低精度のアクチュエータを利用することにより、インスリンパッチのコストを下げる計量システムを提供することである。例えば、本発明の例示的な実施形態において、機構はストロークの両端で過剰に回転して、用量精度を引き続き維持する。

本発明の例示的な実施形態の別の態様は、従来の計量システムと比べて、リザーバとカニューレとの間に直接の流体経路が存在しないことにより、ユーザを過剰摂取からより適切に守る計量システムを提供することである。

本発明の例示的な実施形態の別の態様は、従来の計量システムと比べて、簡単な検知方式を有することにより、コストを下げ、インスリンパッチの精度および信頼性を高める計量システムを提供することである。例えば、本発明の例示的な実施形態において、検知方式は接点スイッチに基づく。

本発明の例示的な実施形態の別の態様は、ポンプの機械的ストロークにより、カニューレ挿入機構の容易な起動を可能にする計量システムを提供することである。

本発明の例示的な実施形態の別の態様は、従来の計量システムと比べて、上昇したシステム逆圧での漏れに対して頑丈な弁を有することにより、インスリンパッチの精度および信頼性を高める計量システムを提供することである。例えば、本発明の例示的な実施形態において、弁は、状態間で動くときに容積の変化がない。

本発明の例示的な実施形態の別の態様は、従来の計量システムと比べて、潜在的に高い逆圧に晒される、小さい作業容積と小さいシステム容積とを有することにより、インスリンパッチの精度および信頼性を高める計量システムを提供することである。

本発明の例示的な実施形態の別の態様は、従来の計量システムと比べて、小さいバッテリを有する高効率モータを使用することにより、インスリンパッチのサイズを小さくする計量システムを提供することである。

本発明の前述のおよび／またはその他の態様は、装着型のインスリン注入パッチで使用するための計量システムを提供することにより達成される。例えば、本発明の例示的な実施形態において、計量システムは、インスリンを収容するための可撓性リザーバと、インスリンを皮下組織へ送達するためのカニューレアセンブリとを備える、より大きい流体工学サブシステムの一部である。計量システムは、小用量の流体をリザーバから引き抜いた後、それをカニューレラインに押し下げ、患者内へ入れる。流体用量はリザーバ容積に対して小さく、リザーバを完全に空にするには多くのポンプストロークが必要であるようになっている。

本発明の追加のおよび／またはその他の態様ならびに利点が、以下の説明において記載され、説明から明らかになり、または本発明の実践により理解され得る。本発明は、上記態様のうちの１または複数、ならびに／または機能およびその組合せのうちの１または複数を有する方法または装置またはシステムを含んでよい。本発明は、例えば添付の特許請求の範囲に記載されるような、上記態様の機能および／または組合せのうちの１または複数を含んでよい。

以下の詳細な説明を添付図面と組み合わせて読むことにより、本発明の例示的な実施形態の様々な目的、利点、および新規な機能がより容易に理解されよう。
本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の構造を示す図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の流体および計量システム部品の配置を示す図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの概略分解図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの配置を示す図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの概略横断面図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、開始位置における複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、開始位置における複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、吸入ストローク中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、吸入ストローク中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、吸入ストローク後の弁状態変化中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、吸入ストローク後の弁状態変化中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、吸入ストローク後の弁状態変化中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、吸入移動停止位置における複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、吸入移動停止位置における複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、排出ストローク中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、排出ストローク中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、排出ストローク後の弁状態変化中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、排出ストローク後の弁状態変化中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、排出ストローク後の弁状態変化中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、ポンプサイクル完了後の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、ポンプサイクル完了後の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの分解図である。 本発明による計量ポンプの例示的な実施形態のポンプアセンブリの概略分解図である。 本発明による計量ポンプの例示的な実施形態のモータおよびギアボックスアセンブリの概略分解図である。 本発明による、ピストンをスリーブ内に組み込む方法を示す複数の概略図である。 本発明による、ピストンをスリーブ内に組み込む方法を示す複数の概略図である。 本発明による、ピストンをスリーブ内に組み込む方法を示す複数の概略図である。 本発明による、ピストンをスリーブ内に組み込む方法を示す複数の概略図である。 本発明による、プラグをスリーブ内に組み込む方法を示す複数の概略図である。 本発明による、プラグをスリーブ内に組み込む方法を示す複数の概略図である。 本発明による、プラグをスリーブ内に組み込む方法を示す複数の概略図である。 本発明による、スリーブをマニホルド内に組み込む方法を示す複数の概略図である。 本発明による、スリーブをマニホルド内に組み込む方法を示す複数の概略図である。 本発明による、スリーブをマニホルド内に組み込む方法を示す複数の概略図である。 本発明による、スリーブをマニホルド内に組み込む方法を示す複数の概略図である。 本発明による、パッチポンプの例示的な実施形態のポンプアセンブリの概略横断面図である。 本発明による、弁状態変化の方法を示す複数の概略横断面図である。 本発明による、弁状態変化の方法を示す複数の概略横断面図である。 本発明による、弁状態変化の方法を示す複数の概略横断面図である。 本発明による、弁状態変化の方法を示す複数の概略横断面図である。 本発明による、弁状態変化の方法を示す複数の概略横断面図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムにおける、ポンプおよびスリーブ回転のためのリミットスイッチの複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムにおける、ポンプおよびスリーブ回転のためのリミットスイッチの複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムにおける、ポンプおよびスリーブ回転のためのリミットスイッチの複数の図である。 本発明による、ポンプをギアボックス内に組み込む方法を示す複数の概略横断面図である。 本発明による、ポンプをギアボックス内に組み込む方法を示す複数の概略横断面図である。 本発明による、ポンプをギアボックス内に組み込む方法を示す複数の概略横断面図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、開始位置における複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、開始位置における複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、開始位置における複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、排出ストローク中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、排出ストローク中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、排出ストローク後の弁状態変化中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、排出ストローク後の弁状態変化中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、排出ストローク後の弁状態変化中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、排出回転停止位置における複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、排出回転停止位置における複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、吸入ストローク中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、吸入ストローク中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、吸入ストローク後の弁状態変化中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、吸入ストローク後の弁状態変化中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、吸入ストローク後の弁状態変化中の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、吸入回転停止位置における複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、吸入回転停止位置における複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、ポンプサイクル完了後の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、ポンプサイクル完了後の複数の図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の計量サブシステムの、ポンプサイクル完了後の複数の図である。 本発明による計量ポンプの例示的な実施形態のモータおよびギアボックスアセンブリならびに、修正されたポンプアセンブリとの複数の図である。 本発明による計量ポンプの例示的な実施形態のモータおよびギアボックスアセンブリならびに、修正されたポンプアセンブリとの複数の図である。 本発明による計量ポンプの例示的な実施形態のモータおよびギアボックスアセンブリならびに、修正されたポンプアセンブリとの複数の図である。 本発明による計量アセンブリの例示的な実施形態のポンプアセンブリの分解図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の、ピストンをスリーブ内に組み込む様子を示す図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の、ピストンをスリーブ内に組み込む様子を示す図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の、スリーブをマニホルド内に組み込む様子を示す図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の、スリーブをマニホルド内に組み込む様子を示す図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の、スリーブをマニホルド内に組み込む様子を示す図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の、スリーブをマニホルド内に組み込む様子を示す図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の、スリーブをマニホルド内に組み込む様子を示す図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の、スリーブおよびマニホルドアセンブリの横断面図である。 スリーブが回転するときの、本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の弁状態変化を示す複数の横断面図である。 スリーブが回転するときの、本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の弁状態変化を示す複数の横断面図である。 スリーブが回転するときの、本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の弁状態変化を示す複数の横断面図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態のスリーブ回転リミットスイッチを示す図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態のスリーブ回転リミットスイッチを示す図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態のスリーブ回転リミットスイッチを示す図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態のスリーブ回転リミットスイッチを示す図である。 本発明による、パッチポンプの例示的な実施形態の、エラストマーポートおよびピストンシールがマニホルドおよびポンプピストンのそれぞれにオーバモールドされた状態の、ポンプアセンブリの分解図である。 本発明による、パッチポンプの例示的な実施形態の、エラストマーポートおよびピストンシールがマニホルドおよびポンプピストンのそれぞれにオーバモールドされた状態の、ポンプアセンブリの分解図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の、代替回転リミットスイッチ設計を有するポンプアセンブリの分解図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の、代替回転リミットスイッチ設計を有するポンプアセンブリの分解図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の、代替回転リミットスイッチ設計を有するポンプアセンブリの分解図である。 本発明によるパッチポンプの例示的な実施形態の、代替回転リミットスイッチ設計を有するポンプアセンブリの分解図である。 本発明による計量アセンブリの例示的な実施形態の構造を示す図である。 図４０の計量アセンブリの組立図である。 図４０の計量アセンブリの横断面図である。 本発明による計量アセンブリのスリーブとインタロックの相互作用を示す例示的な実施形態の図である。 本発明による計量アセンブリのスリーブとインタロックの相互作用を示す例示的な実施形態の図である。 本発明による計量アセンブリのスリーブとインタロックの相互作用を示す例示的な実施形態の図である。 本発明による計量アセンブリの別の例示的な実施形態の横断面図である。

当業者により理解されるように、本明細書に開示された本発明の実施形態による計量システムの例、改良、および配置を実施する多くの方法が存在する。図面および以下の説明に示す例示的な実施形態を参照するが、本明細書に開示される実施形態は、開示された発明により包含される様々な代替設計および実施形態を網羅するものではなく、本発明から逸脱することなく様々な修正を加えてもよく、様々に組み合わせてもよいことを当業者は容易に理解するだろう。

限定されないが、患者または医療従事者を含む様々な人が、本発明の例示的な実施形態を操作または使用することができるが、簡潔にするために、以下で操作者またはユーザを「ユーザ」と呼ぶ。

本発明の例示的な実施形態において様々な流体を用いてもよいが、簡潔にするために、以下で注射デバイス内の液体を「流体」と呼ぶ。

本発明による例示的な実施形態を図１〜図３０に示す。本発明による例示的な実施形態において、装着型のインスリン注入パッチで使用するための計量システムが提供される。例えば、本発明の例示的な実施形態において、計量システムは、インスリンを収容するための可撓性リザーバと、インスリンを皮下組織へ送達するためのカニューレアセンブリとを備える、より大きい流体工学サブシステムの一部である。計量システムは、小用量の流体をリザーバから引き抜いた後、それをカニューレラインに押し下げ患者内へ入れる。流体用量はリザーバ容積に対して小さく、リザーバを完全に空にするには多くのポンプストロークが必要であるようになっている。

図１は、本発明の例示的な実施形態によるパッチポンプ１００の構造を示す図である。パッチポンプ１００は、流体工学サブシステム１２０、電子機器サブシステム１４０、および電力貯蔵サブシステム１６０を備える。

流体工学サブシステム１２０は、リザーバ１２４と流体連通する充填ポート１２２を備える。リザーバ１２４は、充填ポートを通してシリンジから流体を受けるように構成される。

流体工学サブシステム１２０は、リザーバ１２４に機械的に連結された量センサ１２６をさらに備える。量センサ１２６は、リザーバの流体量を検出または判定するように構成される。

流体工学サブシステム１２０は、ポンプおよび弁アクチュエータ１３４に機械的に連結された一体型のポンプおよび弁システム１３２を含む計量サブシステム１３０をさらに備える。一体型のポンプおよび弁システム１３２は、流体工学サブシステム１２０のリザーバ１２４に流体連通し、ポンプおよび弁アクチュエータ１３４により作動される。

流体工学サブシステム１２０は、カニューレ１２９に機械的に連結された展開アクチュエータ１２８を有するカニューレ機構をさらに備える。展開アクチュエータ１２８は、カニューレ１２９をユーザ内に挿入するように構成される。カニューレ１２９は、計量サブシステム１３０の一体型のポンプおよび弁システム１３２と流体連通する。

流体工学サブシステム１２０は、カニューレ１２９と一体型のポンプおよび弁システム１３２との間の流体経路に機械的に連結された閉塞センサ１３６をさらに備える。閉塞センサ１３６は、カニューレ１２９と一体型のポンプおよび弁システム１３２との間の経路内の閉塞を検出または判定するように構成される。

電子サブシステム１４０は、流体工学サブシステム１２０の量センサ１２６に電気的に連結された量検知電子機器１４２、計量サブシステム１３０のポンプおよび弁アクチュエータ１３４に電気的に連結されたポンプおよび弁コントローラ１４４、流体工学サブシステム１２０の閉塞センサ１３６に電気的に連結された閉塞検知電子機器１４６、および流体工学サブシステムのカニューレ１２９に電気的に連結されたオプションの展開電子機器１４８を備える。電子機器サブシステム１４０は、量検知電子機器１４２、ポンプおよび弁コントローラ１４４、閉塞検知電子機器１４６、ならびに展開電子機器１４８に電気的に連結されたマイクロコントローラ１４９をさらに備える。

電力貯蔵サブシステム１６０は、バッテリ１６２または当技術分野で公知のその他の電源を備える。バッテリ１６２は、パッチポンプ１００のいずれかの要素または電子部品に電力供給するように構成されてもよい。

図２は、本発明の例示的な実施形態によるパッチポンプ２００の流体および計量システム部品の配置を示す図である。パッチポンプ２００は、計量サブシステム２３０、制御電子機器２４０、バッテリ２６０、リザーバ２２２、充填ポート２２４、およびカニューレ機構２２６を備える。パッチポンプ２００の要素は、同様の参照符号で示される例示的なパッチポンプ１００の要素とほぼ同様であり、ほぼ同様に相互作用する。

図３は、本発明の例示的な実施形態によるパッチポンプの計量サブシステム３００の分解図である。計量サブシステム３００は、ポンプケーシング３０６内に配置されたポンプピストン３０４に機械的に連結されたＤＣギアモータ３０２を備える。ポンプピストン３０４は、連結ピン３１０によりポンプハウジング３０８に機械的に連結される。計量サブシステム３００は、ポンプピストン３０４とポンプハウジング３０８との間にポンプシール３１２をさらに備える。計量サブシステム３００は、弁ハウジング３１８内に配置されたシールキャリッジ３１６上のポートシール３１４をさらに備える。

本発明の例示的な実施形態において、ＤＣギアモータの出力軸３２０は、双方向に３６０°回転運動することができる。ポンプピストン３０４は、双方向に３６０°回転運動することができ、約０．０５０インチ（０．１２７ｃｍ）並進運動することができる。ポンプハウジング３０８は、いずれかの方向に１８０°回転することができる。ポンプケーシング３０６、ポートシール３１４、シールキャリッジ３１６、および弁ハウジング３１８は、好適に固定されている。

計量サブシステム３００は、一体型の流量制御弁および機械的アクチュエータおよび駆動システムを有する容積式ポンプを備える。ポンプは、ピストン３０４と、回転作動される切換弁とを備える。計量システムは、正確な量のインスリンを可撓性リザーバから、ピストン３０４とポンプハウジング３０８との間に形成されるポンプ容積３２０（図５参照）内へ引き込んだ後、カニューレを通してこのインスリン量を患者の皮下組織内へ排出することにより、少ない個々の用量でインスリンを投与する。ポンプストロークは、流体経路内に正および負の圧力勾配を生じさせて、流れを誘起する。ストロークおよびポンプ容積の内径により、公称サイズおよび用量精度が決まる。流体制御弁は、リザーバとポンプストロークの各端部のカニューレ流体ポートとの間で能動的に往復して、ポートを交互に閉鎖および開放することにより、流体の流れが一方向（リザーバから患者へ）になり、リザーバと患者との間に自由な流れが生じる可能性がないことを確実にする。

図４は、本発明の例示的な実施形態による計量サブシステム３００の組立図である。モータとピストンとの連結部３２２、ピストンとポンプハウジングとの連結部３２４、リザーバポート３２６、およびカニューレポート３２８も示される。

図５は、本発明の例示的な実施形態の計量サブシステム３００の横断面図である。図示したように、ポンプ容積３２０がピストンとポンプハウジング３０８との間に形成される。以下でより詳細に説明するように、ポンプハウジングは、モータ３０２がポンプを往復運動させるときにリザーバポート３２６とカニューレポート３２８との間で配向が交互になるサイドポート３３０を備える。

動作時に、本発明による計量システムの例示的なサイクルは、４つのステップ、すなわち、１８０°のポンプ吸入（ポンプからモータ側を見たときに）（反時計方向）、１８０°の弁状態変化（反時計方向）、１８０°のポンプ排出（時計方向）、および１８０°の弁状態変化（時計方向）を含む。サイクル全体は、各方向への全回転（３６０°）を必要とする。

図６Ａは等角図、図６Ｂは開始位置における計量サブシステム３００の横断面図である。開始位置において、ポンプピストン３０２は完全に伸長され、ポンプハウジングはカニューレポート３２８でカニューレポートの流路を閉鎖し、リザーバポート３２６はポンプハウジング３０８のサイドポート３３０に対して開き、回転リミットセンサ３３２は係合される。ポンプハウジング３０８は、連結ピン３１０を受ける螺旋溝３３４を備える。ピストン３０４は、ポンプハウジング３０８と摺動係合して、ピストン３０４がポンプハウジング３０８内で（モータ３０２の回転力により）回転すると、連結ピン３１０が螺旋溝３３４に沿って摺動して、ピストン３０４をポンプハウジング３０８に対して軸方向に並進運動させる。本実施形態において、螺旋溝３３４はポンプハウジング３０８内に形成され、連結ピン３１０の１８０°回転を提供する。

図７Ａは等角図、図７Ｂは吸入ストローク中の計量サブシステム３００の横断面図である。ＤＣモータ３０２はポンプピストン３０４を回転させ、このポンプピストン３０４は、連結ピン３１０を介してポンプハウジング３０８の螺旋溝３３４に沿って駆動される（回転および並進運動）。ポンプピストン３０４は、ＤＣモータ３０２側へ並進運動して、増加するポンプ容積３２０内へ流体を引き込む。吸入ストローク中、シールとポンプハウジング３０８の外径との摩擦が、ポンプハウジング３０８が確実に回転しないように十分な高さであることが好ましい。ポンプハウジング３０８は固定され、ポンプ容積３２０は広がっている。カニューレポート３２８は閉鎖され、リザーバポート３２６は広がったポンプ容積３２０内へ流れる流体に対して開いている。モータ３０２とポンプピストン３０４とが摺動係合している。

図８Ａは組立図、図８Ｂは詳細図、および図８Ｃは吸入ストローク後の弁状態変化中のパッチポンプの横断面図である。トルクがモータ３０２の駆動軸からポンプピストン３０４へ伝わり、その後、連結ピン３１０を介してポンプハウジング３０８へ伝わる。連結ピン３１０が螺旋溝３３４の端部まで回転すると、モータ３０２のさらなる回転により、連結ピン３１０がポンプハウジング３０８とポンプピストン３０４とを、相対的な軸方向並進運動なしで一体として共に回転させる。ポンプハウジング３０８のサイドポート３３０は、リザーバポート３２６とカニューレポート３２８との間で回転する。ポンプハウジング３０８のサイドポート３３０の表面張力により、流体をポンプ容積３２０内に保持する。ポンプハウジングのサイドポート３３０は、リザーバポート３２６との位置合わせから外れて、モータ３０２の次の１８０°回転にわたってカニューレポート３２８と位置合わせされる。その合間に、カニューレポート３２８とリザーバポート３２６との両方が閉鎖される。連結ピン３１０は螺旋溝３３４の端部にあり、トルクをポンプハウジング３０８に伝える。連結ピン３１０は、ポンプピストン３０４とポンプハウジング３０８とを共にロックして、２つの部品間の相対的な軸方向運動を防ぐ。したがって、ポンプピストン３０４とポンプハウジング３０８とは、一体として回転し、互いに対して並進運動しない。ポンプハウジング３０８は回転し、ポンプ容積３２０は一定であり、ポンプピストン３０４は回転する。シール３１４、シールキャリッジ、および弁ハウジング３１８は固定されていることが好ましい。

図９Ａは組立図、図９Ｂは、吸入移動停止位置にある、注入の準備のできた計量サブシステムの横断面図である。図示したように、ポンプハウジング３０８のサイドポート３３０がカニューレポート３２８に位置合わせされ、ポンプ容積３２０が広がり、リザーバポート３２６が閉鎖される。回転リミットセンサ３３２に、回転するポンプハウジング３０８上の要素が係合する。モータ３０２、ポンプピストン３０４、およびポンプハウジング３０８は固定されている。

図１０Ａは組立図、図１０Ｂは、排出ストローク中の計量サブシステム３００の横断面図である。吸入ストロークの終了時に、ポンプハウジング３０８がリミットスイッチ３３２に係合することにより、ＤＣモータ３０２が方向を切り替える。したがって、モータ３０２はピストン３０４を回転させ、連結ピン３１０をポンプハウジング３０８の螺旋溝３３４に沿って押し下げて、ピストン３０４を軸方向に並進運動させる。ポンプピストン３０４は、ＤＣモータ３０２から離れて軸方向に並進運動し、流体をポンプ容積３２０からカニューレポート３２８外へカニューレまで押し出す。排出ストローク中、シール３１４とポンプハウジング３０８の外径との摩擦が、ポンプハウジング３０８が確実に回転しないように十分な高さであることが好ましい。カニューレポート３２８は、減少するポンプ容積３２０から流出する流体に対して開いている。リザーバポート３２６は閉鎖される。ポンプハウジング３０８は固定され、ポンプ容積３２０は減少し、ポンプピストン３０４は回転し螺旋運動で並進運動する。モータはピストン３０４に摺動連結されて、それが螺旋溝３３４内で回転するときに、ピストンの並進運動に対応する。

図１１Ａは組立図、図１１Ｂは詳細図、および図１１Ｃは排出ストローク後の弁状態変化中の計量サブシステム３００の横断面図である。トルクがモータ３０２の駆動軸からポンプピストン３０４へ伝わり、その後、連結ピン３１０を介してポンプハウジング３０８へ伝わる。ポンプハウジング３０８とポンプピストン３０４とは、相対的な軸方向運動なしで一体として回転する。ポンプハウジング３０８のサイドポート３３０は、リザーバポート３２６とカニューレポート３２８との間で回転し、これらのポートはいずれも回転中に閉鎖される。ポンプハウジング３０８のサイドポート３３０の表面張力により、流体をポンプ容積３２０内に保持する。連結ピン３１０は、ポンプピストン３０４とポンプハウジング３０８とを共にロックして、２つの部品間の相対的な軸方向運動を防ぐ。したがって、ポンプピストン３０４とポンプハウジング３０８とは、一体として回転し、互いに対して並進運動しない。ポンプハウジング３０８は回転し、ポンプ容積３２０は一定である。シール３１４、シールキャリッジ、および弁ハウジング３１８は固定されていることが好ましい。

図１２Ａは組立図、図１２Ｂは、ポンプサイクル完了後の計量サブシステム３００の横断面図である。ポンプ機構（ピストン３０４）は完全に伸長され、ポンプサイクルを完了している。回転リミットセンサ３３２が係合してモータ３０２を反転させ、再びポンプサイクルを開始する。カニューレポート３２８は閉鎖され、リザーバポート３２６はリザーバからの流路に対して開いている。

前述した例示的な実施形態において、ポンプピストンが回転しかつ並進運動し、ポンプハウジングが回転し、弁ハウジングが固定されている。しかしながら、他の実施形態において、システムは、ポンプピストンが回転し、ポンプハウジングが回転しかつ並進運動し、弁ハウジングが並進運動し、または何らかの他の運動の組合せにより、ポンプ容積が増減し、ポートがポンプ容積と連通してリザーバポートとの位置合わせからカニューレポートとの位置合わせへ動くように構成されてもよいことを理解されたい。

前述した例示的な実施形態において、ポンプストロークおよび弁状態変化は、モータからの１８０°回転作動により構成される。しかしながら、ポンプサイクルのセグメントについて任意の適切な角度を選択してもよいことを理解されたい。

前述した例示的な実施形態において、弁状態変化中にカニューレとリザーバポートとの間に大気遮断がある。しかしながら、他の実施形態において、シールを構成し、または追加のシールを加えて、大気遮断をなくし、状態変化中にポンプおよび弁システムを封止してもよいことを理解されたい。

前述した例示的な実施形態において、ＤＣギアモータを使用してポンプおよび弁を駆動する。しかしながら、他の実施形態において、任意の適切な駆動機構を設けてポンプおよび弁を駆動してもよい。例えば、ソレノイド、ニチノールワイヤ、ボイスコイルアクチュエータ、圧電モータ、ワックスモータ、および／または当技術分野で公知の任意の他のタイプのモータを使用してポンプを駆動してもよい。

前述した例示的な実施形態において、ポンプは全排出ストロークを使用する。しかしながら、他の実施形態において、順次増加する排出ストロークを有するシステムを使用して、より細かい用量を投薬してもよいことを理解されたい。

前述した例示的な実施形態において、ポンプはオン／オフリミットスイッチを使用して、回転移動の限界でシステムの状態を判定する。しかしながら、他の実施形態において、エンコーダホイールおよび光学センサなどの中間状態を判定可能な他のセンサを使用して、検知方式の解像度を向上させてもよいことを理解されたい。

ポンプの内径を、サイクルごとに公称出力を変化させるように調節してもよいことを理解されたい。

前述した例示的な実施形態において、ポンプがエラストマーＯリングシールを使用する。しかしながら、他の配置を使用してもよいことを理解されたい。例えば、流体シールをシールキャリッジ上に直接成形してもよく、４リングなどの他のエラストマーシールを使用してもよく、またはテフロンもしくはポリエチレンリップシールなどの他のシール材料が使用される。

本発明の代替実施形態において、ポンプの運動を使用して、カニューレの展開を始動または起動してもよい。

前述した例示的な実施形態において、システムは双方向作動を使用することが有利である。モータ回転は、吸入ストロークと排出ストロークとが交互になるように反転される。これにより、モータの動作不良の場合に暴走を防ぐ安全機能をもたらす。モータは往復運動して、ポンプがリザーバから薬剤を送達し続けるようにしなければならない。しかしながら、他の実施形態において、計量システムは、一方向アクチュエータを使用するように設計されることを理解されたい。

前述した例示的な実施形態において、システムは、２つの可撓性壁を有するパウチリザーバを使用する。しかしながら、他の実施形態において、リザーバは、１つの剛性壁と１つの可撓性壁を含む任意の適切な方法で形成されてもよい。

図１３は、本発明の別の例示的な実施形態によるパッチポンプの計量サブシステム１３００の分解図である。計量サブシステム１３００は、モータおよびギアボックスアセンブリ１３０２と、ポンプアセンブリ１３０４とを備える。

図１４は、ポンプアセンブリ１３０４の分解図である。ポンプアセンブリ１３０４は、ポンプマニホルド１３１２内で連結ピン１３１０によりスリーブ１３０８に機械的に連結されたピストン１３０６を備える。ポンプアセンブリ１３０４は、ポートシール１３１４、プラグ１３１６、スリーブ回転リミットスイッチ１３１８、および出力ギア回転リミットスイッチ１３２０をさらに備える。

ピストン１３０６は、いずれかの方向に合計で１９６°回転し、約０．０３８インチ（０．０９６５２ｃｍ）並進運動することができる。スリーブ１３０８およびプラグ１３１６は共に（対として）、いずれかの方向に５６°回転する。ポンプマニホルド１３１２およびポートシール１３１４は固定されている。

図１５は、モータおよびギアボックスアセンブリ１３０２の分解図である。モータおよびギアボックスアセンブリ１３０２は、ギアボックスカバー１３２２、複合ギア１３２４、出力ギア１３２６、心棒１３２８、ギアボックスベース１３３０、モータピニオンギア１３３２、およびＤＣモータ１３３４を備える。

図１６Ａ〜図１６Ｄは、ピストン１３０６、スリーブ１３０８、および連結ピン１３１０の組立ておよび動作を示す。図１６Ａは、連結ピン１３１０を受ける圧入孔１３３８ならびに、スリーブ１３０８内でピストンを密に封止するピストンシール１３４０とを備えるピストン１３０６を示す。スリーブ１３０８は螺旋溝１３４２を備える。ピストン１３０６はスリーブ１３０８内へ軸方向に押し込まれ、その後、連結ピン１３１０が螺旋溝１３４２を通して孔１３３８に圧入される。これにより、前述した実施形態と同様の動作が行われ、ピストン１３０６が回転すると、連結ピン１３１０と螺旋溝１３４２との相互作用により、ピストン１３０６がスリーブ１３０８に対して軸方向に並進運動する。図１６Ｂは、組み立てられたピストン１３０６、スリーブ１３０８、および連結ピン１３１０を示し、連結ピン１３１０が螺旋溝１３４２の下端部に示される。図１６Ｃは、螺旋溝１３４２の結果としての、スリーブ１３０８に対するピストン１３０６の軸方向のストローク長さ１３４４を示す。図１６Ｄは、好ましくは螺旋溝１３４２の端部に設けられて、連結ピン１３１０を溝１３４２内で中心に位置させるテーパ面１３４６を示す。

図１７Ａは、プラグ１３１６とスリーブ１３０８との組立てを示す。図示したように、プラグ１３１６は、キー１３４６とシール１３４８とを備える。シール１３４８はスリーブ１３０８内でプラグの締まり嵌めをもたらす。スリーブ１３０８は、キー１３４６を受けるように構成された凹部１３５０を備える。キー１３４６は、プラグ１３１６をスリーブ１３０８と回転係合してロックする。組立て中、プラグ１３１６を（前進した）ピストン１３０６の端面に押し付けて、ポンプチャンバ内の空気を最小にする。シール１３４８とスリーブ１３０８の内面との摩擦により、プラグ１３１６を軸方向に保持する。シール直径、圧搾、および材料を適切に選択することにより、プラグ１３１６が閉塞または過剰圧力センサとして機能することもできる。閾値よりも大きいポンプ圧力により、プラグ１６１６を軸方向に動かして、スリーブ回転リミットスイッチ１３１８から係合解除される。摩擦により、プラグ１３１６を所望の閾値よりも低い圧力に対抗する位置に保持する。図１７Ｂおよび図１７Ｃは、スリーブ１３０８内でのピストン１３０６の軸方向の動きを示す。図１７Ｂは、ピストン１３０６とプラグ１３１６との間のポンプ容積が最小であるか、またはポンプ容積がない第１の状態におけるピストン１３０６を示す。図示したように、連結ピン１３１０は螺旋溝１３４２の最下端部に当接する。図１７Ｃは、ピストン１３０６とプラグ１３１６との間のポンプ容積１３５２が最大である第２の状態におけるピストン１３０６を示す。図示したように、連結ピン１３１０は螺旋溝１３４２の最上端部に当接する。

図１８Ａ〜図１８Ｄは、マニホルド１３１２内へのスリーブ１３０８の組込みを示す。図１８Ａに示すように、マニホルド１３１２は、リザーバポート１３５４およびカニューレポート１３５６のそれぞれを封止するためのポートシール１３１４を備える。スリーブの小さい側孔１３５８（図１７Ｂ参照）が、５６度離れた２つのポート間で回転して前後に往復する。図１８Ｂに示すように、スリーブ１３０８はタブ１３６０を備え、マニホルド１３１２は、スリーブ１３０８をマニホルド１３１２内に組み込むことのできる対応するスロット１３６２を備える。図１８Ｃは、マニホルドに設けられたマニホルド窓１３６４を示す。スリーブ１３０８がマニホルド１３１２内に組み込まれたときに、タブ１３６０は窓１３６４内に受けられて、窓１３６４内を移動する。タブ１３６０と窓１３６４とは相互作用して、スリーブ１３０８が２つの位置間で回転できるようにするとともに、マニホルド１３１２に対するスリーブ１３０８の軸方向並進運動を防ぐ。スリーブ１３０８は、側孔１３５８がリザーバポート１３５４と位置合わせされる第１の位置と、側孔１３５８がカニューレポート１３５６と位置合わせされる第２の位置との間で回転する。図１８Ｄは、タブ１３６０がマニホルド窓１３６４内に位置した状態でマニホルド１３１２内に組み込まれたスリーブ１３０８を示す。

図１９は組み立てられた計量システムの横断面図である。図示したように、ポートシール１３１４は、スリーブ１３０８のＯＤ（外径）とマニホルド１３１２の凹状ポケットとの間で圧縮される面シールである。また図示したように、タブ１３６０はマニホルド窓１３６４内に位置し、側孔１３５８は、リザーバポート１３５４とカニューレポート１３５６との間の移行状態で示される。出力ギア１３２６は、回転リミットスイッチ１３２０に係合してピストン１３０６およびスリーブ１３０８のいずれかの方向への回転動の終了を信号で知らせるカム機能１３６６を備える。

図２０Ａ〜図２０Ｅは、側孔をリザーバポート１３５４との位置合わせからカニューレポート１３５６との位置合わせへ動かすための、マニホルド１３１２内のスリーブ１３０８の回転を示す横断面図である。図２０Ａは、リザーバポート１３５４と位置合わせされた側孔１３５８を示す。この位置にあるときに、ピストン１３０６はプラグ１３１６から離れて、容積１３５２をリザーバからの流体で充填する。図２０Ｂは、カニューレポート１３５６の方へ回転し始めたときのスリーブ１３０８を示す。この位置では、側孔１３５８は、リザーバポート１３５４のシール１３１４により封止される。このために、シール１３１４および側孔１３５８の直径は、シール１３１４が側孔１３５８の開口部を覆うように選択されることが好ましい。図２０Ｃは、リザーバポート１３５４のシール１３１４とカニューレポート１３５６のシール１３１４との間のスリーブ１３０８の側孔１３５８を示す。この位置では、どのシール１３１４も側孔１３５８を閉鎖しないが、液体の表面張力により、液体をポンプチャンバ内に保持する。図２０Ｄは、カニューレポート１３５６のシール１３１４が側孔１３５８の開口部を覆う位置までさらに回転された側孔１３５８を示す。最後に、図２０Ｅは、回転されてカニューレポート１３５６と位置合わせされた側孔１３５８を示す。この位置にある間、ピストン１３０６は、軸方向に並進運動して容積１３５２を小さくし、流体をカニューレポート１３５６外へカニューレまで押し出す。

図２１Ａ〜図２１Ｃは、リミットスイッチの動作を示す。図２１Ａに示すように、プラグ１３１６は、リミットスイッチ１３１８と相互作用するカム機能１３６８を備える。スリーブ１３０８およびプラグ１３１６が回転すると、プラグ１３１６が次の位置に完全に回転するまで、カム機能１３６８によってリミットスイッチ１３１８の金属屈曲部が互いに接触する。プラグ１３１６がプラグ回転のいずれかの端点にあるときに、図２１Ｃに示すように、屈曲部の１つの隆起１３７０がカム機能１３６８内に置かれる。各回転サイクルを開閉するリミットスイッチ１３１８は、プラグ１３１６がリミットスイッチ１３１８と適切に位置合わせされたままであることを信号で知らせる。過剰圧力または閉塞状態で、上昇した圧力によりプラグ１３１６を摺動させてスリーブ１３０８から出て、リミットスイッチ１３１８との位置合わせから外れる。これにより、過剰圧力状態が検出される。回転サイクルの各終了時に、リミットスイッチ１３２０に出力ギア１３２６のカム機能１３６６が係合する。これにより、モータ１３３４に方向を反転させるよう信号で知らせる。図示したように、２つの金属屈曲部により、どの回転サイクルが完了したかをリミットスイッチから判定することができなくなる。しかしながら、理解されるように、第３の屈曲部により係合の方向を判定することができる。

図２２Ａ〜図２２Ｃは、モータおよびギアボックス１３０２とポンプアセンブリ１３０４との組立てを示す。図２２Ａおよび図２２Ｂに示すように、モータおよびギアボックス１３０２は、回転リミットスイッチ１３２０を受ける開口部１３７２を備える。このようにして、ギアボックスハウジングの内側にある出力ギア１３２６が、リミットスイッチ１３２０の屈曲部にアクセスして係合することができる。モータおよびギアボックス１３０２は、軸方向保持スナップ１３７４も備えて、ポンプアセンブリ１３０４をモータおよびギアボックス１３０２にスナップ嵌めできるようにする。モータおよびギアボックス１３０２は、ポンプ受容ソケット１３７８内に回転キー１３７６を備えて、ポンプアセンブリ１３０４を受け、モータおよびギアボックス１３０２に対するポンプアセンブリ１３０４の回転を防ぐ。出力ギア１３２６は、ピストン１３０６に設けられたタブ１３８２（図２２Ｃ）を受けるように構成されたスロット１３８０（図２２Ｂ）を備える。組み立てられると、タブ１３８２はスロット１３８０内に受けられて、出力ギア１３２６がトルクをピストン１３０６に伝えることができるようにする。出力ギア１３２６が回転すると、ポンプピストンタブ１３８２は回転し、かつスロット内で軸方向に摺動する。モータ接続部の金属ばね屈曲部とリミットスイッチとを使用して、最終的な組立て中に回路基板のパッドに電気接触する。

動作中、前述した実施形態のポンプサイクルは５つのステップを含む。約１２０°のポンプ排出（ポンプからギアボックス側を見たときに反時計方向）、５６°の弁状態変化（反時計方向）、１４０°のポンプ吸入（時計方向）、５６°の弁状態変化（時計方向）、およびリミットスイッチをクリアするための約２０°の軽い揺れ（反時計方向）である。ポンプサイクル全体は、各方向へ１９６度の出力ギア回転を必要とする。

図２３Ａ〜図３０Ｃはポンプサイクルを示す。明確にするために、ギアボックスアセンブリ１３０２の出力ギア１３２６のみを図示する。

図２３Ａは開始位置を示す。図示したように、出力ギア１３２６のカム１３６６は、回転リミットスイッチ１３２０に接触せず、屈曲部が互いに接触しないようになっている。図２３Ｃの螺旋溝１３４２内における連結ピン１３１０の位置によって示されるように、ポンプピストン１３０６は後退する。この位置で、スリーブ１３０８はリザーバ流路を閉鎖し、カニューレポート１３５６はスリーブ１３０８の側孔１３５８に対して開き、回転リミットセンサ１３２０およびスリーブセンサ１３１８（図２３Ｂ参照）はいずれも開いている。

図２４Ａおよび図２４Ｂは、排出ストローク中の計量サブシステムを示す。出力ギア１３２６は、ポンプピストン１３０６を第１の回転方向（図２４Ｂの矢印参照）へ回転し、これは、連結ピン１３１０（図２４Ａ参照）を介してスリーブ１３０８の螺旋溝１３４２の螺旋経路に沿って駆動される。ポンプピストン１３０６は、回転中にギアボックスから離れて並進運動し、流体をポンプチャンバ１３５２からカニューレポート１３５６外へ排出する。排出ストローク中、ポートシール１３１４とスリーブ１３０８の外径との摩擦は、サイクルのこの部分の間にスリーブ１３０８が確実に回転しないように十分な高さとすべきである。

図２５Ａ〜図２５Ｃは、排出ストローク後の弁状態変化中の計量サブシステムを示す。図２５Ａに示すように、連結ピン１３１０が螺旋溝１３４２の遠位端部に到達した後、トルクが出力ギア１３２６から、ポンプピストン１３０６へ、かつ連結ピン１３１０を介してスリーブ１３０８へ引き続き伝えられる。スリーブ１３０８およびポンプピストン１３０６は、相対的な軸方向運動なしで一体として回転する。スリーブ１３０８の側孔１３５８（図２５Ａ〜図２５Ｃには示されていない）は、リザーバポート１３５４とカニューレポート１３５６との間で動く。タブ１３６０は、マニホルド１３１２の窓１３６４内に矢印で示す方向へ動く。図２５Ｂに示すように、スリーブリミットスイッチ１３１８はプラグ１３１６のカム面により閉じられる。

図２６Ａおよび図２６Ｂは、排出回転停止位置にある計量サブシステムを示す。スリーブの側孔１３５８（図２６Ａまたは図２６Ｂには示されていない）がリザーバポート１３５４と位置合わせされ、ポンプ容積１３５２が潰れ、カニューレポート１３５６が閉鎖される。プラグ１３１６は停止位置にあり、スリーブリミットスイッチ１３１８は開いている。出力ギアカム１３６６は回転リミットスイッチ１３２０に接触して、回転の終了を信号で知らせ、出力ギア１３２６が停止して方向を反転させるようにする。

図２７Ａおよび図２７Ｂは、吸入ストローク中の計量サブシステムを示す。出力ギア１３２６は、図２７Ｂに矢印で示す方向へポンプピストン１３０６を回転させる。ピストン１３０６は、螺旋溝１３４２内の連結ピン１３１０の相互作用により、スリーブ１３０８に対して軸方向に並進運動する。ポンプピストン１３０６は、ギアボックス側へ並進運動し、流体をリザーバからポンプチャンバ１３５２内へ引き込む。吸入ストローク中、シールとスリーブ１３０８の外径との摩擦が、スリーブ１３０８がマニホルド１３１２に対して確実に回転しないように十分な高さであるべきである。

図２８Ａ〜図２８Ｃは、吸入ストローク後の弁状態変化中の計量サブシステムを示す。連結ピン１３１０は螺旋溝１３４２の上端部に到達し、モータ１３０２はトルクを引き続き加えて、スリーブ１３０８とピストン１３０６とを共に回転させる。スリーブ１３０８のタブ１３６０が、マニホルド１３１２の窓１３６４内で、図２８Ａに矢印で示す方向に動く。プラグ１３１６がスリーブ１３０８と共に回転すると、プラグ１３１６のカム面１３６８がスリーブリミットスイッチ１３１８を閉じる。スリーブ１３０８とポンプピストン１３０６とは、相対的な軸方向運動なしで一体として回転する。この回転中、スリーブ１３０８の側孔１３５８は、リザーバポート１３５４とカニューレポート１３５６との間で動く。

図２９Ａおよび図２９Ｂは、吸入回転停止位置にある計量サブシステムを示す。この位置で、スリーブ１３０８の側孔１３５８はカニューレポート１３５６と位置合わせされ、ポンプ容積１３５２は広がり、リザーバポート１３５４は閉鎖される。出力ギア１３２６のカム１３６６が、回転リミットスイッチ１３２０に係合して、回転が完了したことを信号で知らせる。モータ１３０２は停止して方向を反転させる。スリーブリミットスイッチ１３１８は開いている。

図３０Ａ〜図３０Ｃは、ポンプサイクル完了後の計量サブシステムを示す。出力ギアカム１３６６は、回転スイッチ１３２０から軽く揺れて離れ、別のサイクルを開始する準備が整う。

図３１Ａ〜図３１Ｃは、本発明の例示的な実施形態による別の計量システム３１００ａを示す。図３１Ａは、モータおよびギアボックスアセンブリ３１０１ならびに、修正されたポンプアセンブリ３１００とを示す。モータおよびギアボックスアセンブリ３１０１は、図１３〜図３０Ｃに関連して図示し前述したモータおよびギアボックスアセンブリとほぼ同様である。

図３２は、ポンプアセンブリ３１００の分解図である。ポンプアセンブリ３１００は、ポンプマニホルド３１０２、ポートシール３１０４、シール保持具３１０６、±１９６°回転し軸方向に±０．０３８インチ（０．０９６５２ｃｍ）並進運動するピストン３１０８、連結ピン３１１０、導電パッドを有するスリーブ３１１２、および屈曲アーム３１２８を有するスリーブ回転リミットスイッチ３１１４を備える。導電パッドを有するスリーブ３１１２は、図示したように±５６°回転する。

ポンプアセンブリ３１００は、回転移動リミットスイッチ３１１４として動作する３つの屈曲アーム３１２８を備える。回転移動リミットスイッチ３１１４について、以下でさらに詳細に説明する。回転移動リミットスイッチ３１１４は、出力ギアの位置を検知するのではなく、スリーブ３１１２の位置を直接検知する。これにより、マニホルド３１０２およびカニューレポートに対するスリーブ３１１２のより正確な角度位置合わせが可能になる。

図３３Ａ、図３３Ｂは、スリーブ３１１２内へのピストン３１０８の組込みを示す。本実施形態において、スリーブ３１１２の内壁３１１３がポンプチャンバの端面を形成する。ピストンスリーブの要素は、公差を有して設計されて、ピストン３１０８の端面とスリーブの内壁３１１３の面との間の間隙を最小にする。

図３４Ａ〜図３４Ｅは、マニホルド３１０２内へのスリーブ３１０８の組込みを示す。図示したように、ポートシール３１０４、シール保持具３１０６、およびスリーブ３１１２がマニホルド３１０２に挿入される。スリーブ３１１２の小さい側孔３１１５（図３４Ｅ参照）が、好ましくは５６度離れたリザーバポートとカニューレポートとの間で回転して前後に往復する。スリーブ３１１２は、保持タブ３１１６（図３４Ｄ参照）を過ぎてマニホルド３１０２に挿入され、その後、軸方向への移動を防ぐ位置に回転される。本実施形態はプラグの軸方向の動きを防ぐ、または最小にするため、一般的に、プラグの軸方向の動きによる閉塞検知が行われることはない。

図３５は、ポートシール３１０４を通り、マニホルド３１０２へのサイドポートの軸を通って取った、スリーブ３１１２およびマニホルド３１０２アセンブリの横断面図を示す。マニホルド３１０２へのサイドポートは、カニューレポート３１１８とリザーバポート３１２０とを備える。ポートシール３１０４は面シールであり、これは、スリーブ３１１２の外径とマニホルド３１０２の凹状ポケットとの間で圧縮される。

図３６Ａ〜図３６Ｃは、スリーブ３１１２がリザーバポート３１２０からカニューレポート３１１８へ回転するときの、サイドポートの軸を通る横断面図であり、弁状態変化を示す。図３６Ａに示す初期位置で、スリーブ側孔３１１５はリザーバポート３１２０に対して開いている。この位置で、カニューレポート３１１８は閉鎖される。図３６Ｂに示す中間位置で、スリーブ側孔３１１５は移行中にポートシール３１０４により閉鎖される。図３６Ｃに示す最終位置で、スリーブ側孔３１１５はカニューレポート３１１８に対して開いている。この位置で、リザーバポート３１２０は閉鎖される。

図３７Ａ〜図３７Ｄは、スリーブ回転リミットスイッチ３１１４の動作を示す。３つの接点スイッチ設計により、パッチシステムは、ソフトウェアによるスリーブの角度配向の追跡を通してではなく、スイッチ入力信号により２つの回転限界を区別することができる。マニホルド３１０２は、マニホルド取付柱３１２２を備えることが好ましい。スイッチ接点３１１４は、接着剤、超音波溶接、熱杭、または任意の他の適切な結合方法により柱３１２２に結合される。スリーブ３１１２は、スリーブ３１１２の端部に導電パッド３１２４を備える。これらは印刷またはオーバモールドされた金属インサートであってもよく、または任意の他の適切な手段により設けられてもよい。スリーブ回転リミットスイッチ３１１４は、屈曲部の離間および取付機能のためのプラスチックオーバモールド３１２６を備える。スリーブ回転リミットスイッチ３１１４は、３つの金属屈曲部３１２８も備える。マニホルド３１０２は、屈曲部３１２８を受ける位置合わせスロット３１３０を備える。図３７Ｂに示す第１の位置では、スリーブ３１１２の側孔３１１５がカニューレポート３１１８に位置合わせされる。この位置で、スリーブ３１１２の導電パッド３１２４が中心接点３１２８ｂおよび右接点３１２８ａを架橋する。図３７Ｃに示す中央位置で、スリーブ３１１２の側孔３１１５はポート３１１８、３１２０の中間にある。この位置で、スイッチ３１１４の両側が開いている。図３７Ｄに示す最終位置では、スリーブ３１１２の側孔３１１５がリザーバポート３１２０に位置合わせされる。この位置で、スリーブ３１１２の導電パッド３１２４が、中心接点３１２８ｂおよび左接点３１２８ｃを架橋する。

前述したポンプは、修正された動作シーケンスを有する。動作シーケンスは、２０°の後方への軽い揺れが必要なくなったことを除いて、前述したものと略同一である。後方への軽い揺れは、前述した３つの接点スイッチ設計により必要なくなり、ポンプサイクル全体が以下の４つのセグメントから構成される。第１に、ポンプからギアボックス側を見たときの反時計方向である約１４０°のポンプ排出がある。第２に、同じく反時計方向である５６°の弁状態変化がある。第３に、時計方向である１４０°のポンプ吸入がある。第４に、時計方向の５６°の弁状態変化がある。ポンプサイクル全体は、各方向に１９６度の出力ギア回転を必要とする。

図３８Ａおよび図３８Ｂは、エラストマーポートおよびピストンシールがマニホルドおよびポンプピストンのそれぞれにオーバモールドされた状態の、ポンプアセンブリの別のバージョンの分解図である。このバージョンのポンプは、前述したものと略同様に機能するが、個々の部品がより少なく、組立てがより容易である。シールをマニホルドおよびピストンに直接オーバモールドすることにより、シール圧縮に寄与する局面の数が減るため、より厳格な制御が可能になり、シール性能のばらつきが少なくなる。

図３９Ａは、代替回転リミットスイッチ設計を有するポンプアセンブリ３９００の分解図を示す。このバージョンのポンプアセンブリは、スリーブ回転リミットスイッチのための２接点設計を備える。この設計により、ポンプはポンプサイクルの終了時に適切に後方へ軽く揺れて、接点スイッチ３９０２が静止状態で開くようにする。図３９Ｂに示すように、第１の位置では、スリーブの側孔３１１５がカニューレポートに位置合わせされる。この位置で、スリーブの第１のリブ３９０４により、接点が強制的に閉じられる。図３９Ｃに示す中央位置で、スリーブの側孔３１１５がポートの中間にあり、リブ３９０４、３９０６がいずれも接点スイッチ３９０２に接触しないため、それは開いている。図３９Ｄに示す第３の位置では、スリーブの側孔３１１５がリザーバポートに位置合わせされる。この位置で、スリーブの第２のリブ３９０６が再び接点スイッチ３９０２が強制的に閉鎖される。

図４０は、計量アセンブリ４０００の別の例示的な実施形態の分解図である。本実施形態は、前述した実施形態と略同様であるため、以下の説明では違いに焦点を置く。計量アセンブリ４０００は、螺旋溝４００４を有するスリーブ４００２、プラグ４００６、シール４００８、プランジャ４０１０、連結ピン４０１２、マニホルド４０１４、ポートシール４０１６、および可撓性インタロック４０１８を備える。図４１は、組み立てられた形の計量アセンブリを示す。シール４００８はエラストマー材料から形成され、一体構造であることが好ましい。一方のシール４００８がプラグ４００６に取り付けられ、他方のシール４００８がプランジャ４０１０に取り付けられる。プラグ４００６は、接着、ヒートシール、または任意の他の適切な手段によりスリーブ４００２内に固着されることが好ましい。プラグの端面はポンプ容積の一面を形成する。プランジャ４０１０はスリーブ４００２に挿入され、連結ピン４０１２はプランジャ４０１０に圧入されて、螺旋溝４００４内へ延び、それがモータ（図示せず）により回転されるときにプランジャ４０１０の軸方向並進運動をもたらす。プランジャ４０１０の端面は、ポンプ容積の対向面を形成する。ポートシール４０１６は、エラストマー材料の単一の成形片であることが好ましい。本実施形態により、部品の数が少なくなり、製造性が向上する。図４２は、組み立てられた計量アセンブリの横断面図である。

図４３Ａ〜図４３Ｃは、インタロック４０１８とスリーブ４００２との相互作用を示す。図４１に示すように、インタロック４０１８は、インタロック４０１８のいずれかの端部でマニホルド４０１４に取り付けられる。図４３Ａに示すように、スリーブ４００２の端面は、計量アセンブリが第１の位置にある（側孔がリザーバポンプと位置合わせされる）ときにインタロック４０１８の隆起４０２２に隣接する戻り止め４０２０を備える。逆圧などのある条件下で、ピストン４０１０とスリーブ４００８との摩擦が、プランジャ４０１０および連結ピン４０１２が螺旋溝４００４のいずれかの端部に到達する前にスリーブを回転させるのに十分である可能性がある。これにより、ストロークごとにポンピングされる液体の量が不完全になり得る。この状況を防ぐために、インタロック４０１８により、トルクが所定の閾値を超えるまでスリーブ４００２が回転するのを防ぐ。これにより、連結ピン４０１２が螺旋溝４００４の端部に到達するまで、ピストン４０１０がスリーブ４００８内で完全に回転することが確実になる。連結ピンが螺旋溝４００４の端部に当たると、モータによるさらなる動きにより、スリーブに加わるトルクを閾値超まで増加させて、インタロックを屈曲させ、戻り止め４０２０が隆起４０２２を通過できるようにする。これは図４３Ｂに示される。側孔がカニューレポートに向けられるようなスリーブ４００８の回転が完了すると、戻り止め４０２０はインタロック４０１８の隆起４０２２を過ぎて動く。これは図４３Ｃに示される。

図４４は、計量システム４４００の別の例示的な実施形態の横断面図である。計量システム４４００は、ポンプ容積の一面を形成する面４４０４を有する修正されたスリーブ４４０２を備える。本実施形態は、前の実施形態にあるようなプラグの必要をなくし、製造を簡略化する。

本発明の少数の例示的な実施形態について詳細に前述したが、当業者は、本発明の新規な教示および利点から著しく逸脱することなく、例示的な実施形態において多くの修正が可能であること、および例示的な実施形態の様々な組合せが可能であることを容易に理解するだろう。したがって、そのようなすべての修正は、本発明の範囲内に含まれるものである。

Claims (18)

1. 流体リザーバと流体連通するリザーバポート、およびカニューレと流体連通するカニューレポートを備えるマニホルドと、
   側孔を備えるスリーブであって、前記マニホルド内において、前記側孔が前記リザーバポートと位置合わせされる第１の配向と前記側孔が前記カニューレポートと位置合わせされる第２の配向との間で軸方向に回転するように構成され、第１の端部および第２の端部を有する螺旋溝をさらに備えるスリーブと、
   回転しかつ前記スリーブ内で軸方向に並進運動するように構成されたプランジャであって、前記スリーブ内での前記プランジャの軸方向並進運動がポンプ容積を変化させ、前記ポンプ容積が前記スリーブの前記側孔と流体連通し、前記プランジャが、前記螺旋溝内において前記螺旋溝の前記第１の端部および前記第２の端部の間で動いて、前記プランジャが回転するときに前記プランジャを前記スリーブ内で軸方向に並進運動させるように構成された連結部材をさらに備えるプランジャと、
   前記プランジャを第１の方向に回転させて、前記スリーブが前記第１の配向にあるときに前記ポンプ容積を増加させ、かつ前記連結部材が前記螺旋溝の前記第１の端部に到達したときに前記スリーブおよび前記プランジャを共に回転させて、前記スリーブが前記第２の配向に動くように構成されたモータと
   を備えることを特徴とする回転計量ポンプ。
2. 前記プランジャはタブをさらに備え、前記マニホルドは窓を備え、前記タブは前記窓内で動いて、前記スリーブが前記マニホルド内で回転するときに、前記スリーブが前記マニホルドに対して軸方向に並進運動することを防ぐことを特徴とする請求項１に記載の回転計量ポンプ。
3. 回転リミットスイッチをさらに備え、前記回転リミットスイッチは、前記側孔を前記カニューレポートに配向するように前記スリーブが回転した後に、前記モータの方向を反転させることを特徴とする請求項１に記載の回転計量ポンプ。
4. 前記スリーブ上の係合要素は前記回転リミットスイッチに係合することを特徴とする請求項３に記載の回転計量ポンプ。
5. 前記スリーブに挿入されて、前記プランジャに対向する前記ポンプ容積の面を形成するプラグをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の回転計量ポンプ。
6. 前記スリーブは、前記プランジャに対向する前記ポンプ容積の面を形成する面止めを備えることを特徴とする請求項１に記載の回転計量ポンプ。
7. 前記プランジャおよびプラグ上にシールをさらに備えて、前記プランジャと前記スリーブとの間、ならびに前記プラグと前記スリーブとの間に液密シールを形成することを特徴とする請求項１に記載の回転計量ポンプ。
8. プラグは前記スリーブ内に固着され、前記プラグは、前記スリーブが前記第１の配向および前記第２の配向の間で回転するときにスリーブスイッチを動作させるカム面を備えることを特徴とする請求項１に記載の回転計量ポンプ。
9. 前記モータは、前記プランジャのタブを受けるスロットを有する出力ギアを備え、前記スロットにより前記プランジャは前記モータに対して軸方向に動くことができ、前記モータは前記プランジャを回転させることを特徴とする請求項１に記載の回転計量ポンプ。
10. 前記スリーブは第１の導電パッドおよび第２の導電パッドをさらに備え、計量システムは第１の電気接点、第２の電気接点、および第３の電気接点をさらに備え、前記スリーブが前記第１の配向にあるときに、前記第１の導電パッドは前記第１の電気接点と前記第２の電気接点とを電気的に接続し、前記スリーブが前記第２の配向にあるときに、前記第２の導電パッドは前記第２の電気接点と前記第３の電気接点とを電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載の回転計量ポンプ。
11. 前記スリーブが前記第１の配向と前記第２の配向との間で回転するときに、前記第１の電気接点、前記第２の電気接点、および前記第３の電気接点は、互いに電気的に絶縁されることを特徴とする請求項１０に記載の回転計量ポンプ。
12. 前記回転リミットスイッチは、前記スリーブ上の係合要素により係合されたときに電気接触するように強制される、２つの通常開の可撓性導電部材を備えることを特徴とする請求項３に記載の回転計量ポンプ。
13. 前記回転リミットスイッチは、第３の通常開の可撓性導電部材を備え、前記スリーブが第１の方向に回転すると、第１の導電部材、第２の導電部材、および第３の導電部材は第１の順序で電気接触させられ、前記スリーブが第２の方向に回転すると、前記第１の導電部材、第２の導電部材、および第３の導電部材は第２の順序で電気接触させられることを特徴とする請求項１２に記載の回転計量ポンプ。
14. 前記スリーブに加えられるトルクが所定の閾値よりも低いときに前記スリーブの回転を防ぐインタロックをさらに備え、前記トルクが前記所定の閾値を超えたときに、前記インタロックにより前記スリーブは回転することができることを特徴とする請求項１に記載の回転計量ポンプ。
15. 前記スリーブは前記インタロック上の隆起に係合して前記スリーブの回転を防ぐ戻り止めを備え、前記スリーブに加えられる前記トルクが所定の限界を超えたときに、前記インタロックは屈曲して、前記戻り止めは前記インタロック上の前記隆起を通過することができることを特徴とする請求項１４に記載の回転計量ポンプ。
16. 前記スリーブと前記リザーバポートとの間に液密シールを形成する少なくとも１つのポートシールをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の回転計量ポンプ。
17. 前記スリーブと前記カニューレポートとの間に液密シールを形成する少なくとも１つのポートシールをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の回転計量ポンプ。
18. ポートシールは一体のエラストマー部品であることを特徴とする請求項１に記載の回転計量ポンプ。

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