JP2003320020A - ダイアフラムポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体の微量送液が可能であり、逆
流を防止することのできるダイアフラムポンプを提供す
ること。 【解決手段】 上流側ダイアフラムと下流側ダイ
アフラムとが協働して流体を一方向に送液するダイアフ
ラムポンプであって、前記上流側ダイアフラムにおける
吐出工程の開始区間が前記下流側ダイアフラムにおける
吐出工程の終結区間に重なり、前記上流側ダイアフラム
における吐出工程の終結区間が前記下流側ダイアフラム
における吐出工程の開始区間に重なり、その他の区間に
おいては、前記上流側ダイアフラムと前記下流側ダイア
フラムとが吸込工程及び吐出工程に関して逆位相であ
り、前記下流側ダイアフラムは、その瞬時吸込流量が、
その時点における前記上流側ダイアフラムの瞬時吐出流
量よりも小さいことを特徴とするダイアフラムポンプ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ダイアフラムポ
ンプに関し、さらに詳しくは、逆流を確実に防止するこ
とのできるダイアフラムポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】医療分野においては、薬剤を患者の体内
にごく微量ずつ注入することが必要な場合がある。例え
ば血糖値を制御するために使用されるインスリンは、こ
れをポンプで患者体内に送液する場合、高濃度の原液を
直接用いるとすれば、食事の時間帯では３μｌ／分、そ
れ以外の基礎代謝時には０．５μｌ／分というような微
量注入を行うことが必要となる。

【０００３】このような薬剤の微量送液に使用されるポ
ンプとしては、流量を正確に制御することができ、構造
が簡単で小型化が容易であり、軸シールが無く、液漏れ
が無いという理由等からダイアフラムポンプが一般的で
ある。

【０００４】この目的に使用されるポンプにおいては、
インスリン注入部で流体の逆流が起こると、インスリン
が凝集する可能性があるとされているので、この流体の
逆流を確実に阻止する必要がある。

【０００５】従来の前記ダイアフラムポンプにおいて
は、その逆流を防止する手段として逆止弁が使用されて
いた。

【０００６】しかし超小型の前記ポンプにおいては、加
工精度等の問題により、逆止弁の作動に全幅の信頼を置
くことはできず、ポンプを長期間使用した場合などに、
逆止弁の作動が不完全になることが考えられる。そうな
ると前記ポンプにおいては、逆流を完全には阻止するこ
とができなくなり、前記の問題が発生するおそれがあ
る。またこのポンプにおいては、インスリンが変性し、
凝集することにより、逆止弁の塞止を妨げる可能性もあ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、従来のダ
イアフラムポンプが有する前記欠点を解消することを目
的とする。すなわちこの発明の目的は、流体の微量送液
が可能であり、逆流を防止することのできるダイアフラ
ムポンプを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
のこの発明は、仕切板の片側に設けられ、前記仕切板と
ともに吐出室を形成する下流側ダイアフラムと、前記仕
切板の反対側に設けられ、前記仕切板とともに吸込室を
形成し、前記下流側ダイアフラムと協働して流体を一方
向に送液する上流側ダイアフラムと、前記下流側ダイア
フラムを変形させて、前記吐出室への吸い込みと前記吐
出室からの吐出を可能にする下流側ダイアフラム変形手
段と、前記上流側ダイアフラムを変形させて、前記吸込
室への吸い込みと前記吐出室からの吐出を可能にする下
流側ダイアフラム変形手段とを有して成るダイアフラム
ポンプであって、前記上流側ダイアフラムにおける吐出
工程の開始区間が前記下流側ダイアフラムにおける吐出
工程の終結区間に重なり、前記上流側ダイアフラムにお
ける吐出工程の終結区間が前記下流側ダイアフラムにお
ける吐出工程の開始区間に重なり、その他の区間におい
ては、前記上流側ダイアフラムと前記下流側ダイアフラ
ムとが吸込工程及び吐出工程に関して逆位相であり、前
記下流側ダイアフラムは、その瞬時吸込流量が、その時
点における前記上流側ダイアフラムの瞬時吐出流量より
も小さいことを特徴とするダイアフラムポンプであり、
前記ダイアフラムポンプの好適な態様として、前記吐出
室と前記吸込室とは、前記仕切板の面方向に一部重なっ
て形成され、前記仕切板の、前記吸込室のみ設けられた
領域に、ポンプ外界から前記吸込室に流体を流入させる
ことのできる流体流入部が設けられ、前記吐出室及び前
記吸込室の両方が設けられた領域に、前記吸込室から前
記吐出室に流体を流通させることのできる流体流通部が
設けられ、前記吐出室のみ設けられた領域に、前記吐出
室からポンプ外界に流体を流出させることのできる流体
流出部が設けられ、前記流体流入部は、前記吸込室から
ポンプ外界への流体の流通を阻止する吸込側逆止弁を有
し、前記流体流通部は、前記吐出室から前記吸込室への
流体の流通を阻止する中間逆止弁を有し、前記下流側ダ
イアフラムは、その瞬時吸込流量が、その時点における
前記上流側ダイアフラムの瞬時吐出流量の０．２倍以上
１．０倍未満であり、前記上流側ダイアフラム変形手段
及び前記下流側ダイアフラム変形手段は、電磁気変形素
子によりダイアフラムを変形する手段であり、前記電磁
気変形素子は、圧電素子又は磁歪素子であり、また前記
ダイアフラムポンプは、人工臓器用である。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るダイアフ
ラムポンプの一具体例であるダイアフラムポンプ１の概
略構成を示す縦断面図である。ダイアフラムポンプ１
は、仕切板２と、上流側ダイアフラム３と、下流側ダイ
アフラム４とを有して成る。

【００１０】上流側ダイアフラム３は、ほぼ円形又は正
方形等であり、その周縁部を仕切板２に密着固定させ、
その周縁部以外を撓ませた状態で、仕切板２に設けられ
ている。したがって上流側ダイアフラム３と仕切板２と
は、それらの間に空間を形成する。この空間が、上流側
ダイアフラム３の吸込工程において吸込んだ流体を収容
する吸込室５である。

【００１１】下流側ダイアフラム４は、ほぼ円形又は正
方形等であり、仕切板２の、上流側ダイアフラム３が設
けられた面とは反対側の面に設けられている。下流側ダ
イアフラム４は、上流側ダイアフラム３と同様に、その
周縁部を仕切板２に密着固定させ、その周縁部以外を撓
ませた状態で、仕切板２に設けられている。下流側ダイ
アフラム４と仕切板２とは、それらの間に空間を形成す
る。この空間が、下流側ダイアフラム４の吐出工程にお
いて吐出する流体を収容する吐出室６である。したがっ
て吸込室５と吐出室６とは、仕切板２を挟むような位置
関係になるように設けられている。

【００１２】図１に示すように、上流側ダイアフラム３
と下流側ダイアフラム４とは、吸込室５と吐出室５とが
仕切板２の面方向にずれて配置されるように設けられて
いる。あるいは吸込室５と吐出室５とは、前記仕切板２
の面方向に一部重なって形成されているということもで
きる。

【００１３】仕切板２は、ほぼ円形の部材である。仕切
板２は、その吸込室５のみ設けられた領域に、ダイアフ
ラムポンプ１の外界から吸込室５に流体を流入させる流
体流入部７を有し、その吐出室６及び吸込室５の両方が
設けられた領域に、吸込室５から吐出室６に流体を流通
させる流体流通部８を有し、その吐出室６のみ設けられ
た領域に、吐出室６からダイアフラムポンプ１の外界に
流体を流出させる流体流出部９を有する。前記仕切板２
における前記流体流入部７、流体流通部８及び流体流出
部９の位置関係を、上流側ダイアフラム３と下流側ダイ
アフラム４との位置と関係付けて、次のように言うこと
もできる。すなわち、仕切板２を一方から見たときに、
上流側ダイアフラム３の領域と下流側ダイアフラム４と
が重なり合う領域内にあるように流体流通部８が仕切板
２に設けられ、上流側ダイアフラム３の領域内であって
下流側ダイアフラム４の領域外となるように流体流入部
７が仕切板２に設けられ、また、下流側ダイアフラム４
の領域内であった上流側ダイアフラム３の領域外となる
ように流体流出部９が仕切板２に設けられる。

【００１４】また流体流入部７は、吸込室５から流体流
入部７を通ってダイアフラムポンプ１の外界に流体が流
れるのを阻止する吸込側逆止弁１０を有し、流体流通部
８は、吐出室６から流体流通部８を通って吸込室５に流
体が流れるのを阻止する中間逆止弁１１を有する。

【００１５】ダイアフラムポンプ１は、以上の構造を有
することにより、上流側ダイアフラム３と下流側ダイア
フラム４との協働によって流体を一方向に送液すること
が可能となる。すなわちダイアフラムポンプ１は、上流
側ダイアフラム３の吸込工程によりダイアフラムポンプ
１外の流体を流体流入部７から吸込室５内に吸引し、上
流側ダイアフラム３の吐出工程及び下流側ダイアフラム
４の吸込工程によりその吸引された流体を流体流通部８
から吐出室６に送り、下流側ダイアフラム４の吐出工程
によりその送られた流体を流体流出部９からダイアフラ
ムポンプ１外に吐出することができる。

【００１６】上流側ダイアフラム３には、吸込室５を形
成する面とは反対側の面に、ピエゾ素子１２が設けられ
ている。下流側ダイアフラム４には、吐出室６を形成す
る面とは反対側の面にピエゾ素子１３が設けられてい
る。ピエゾ素子は、電圧を加えると、その電圧に応じて
変形する圧電素子である。すなわちピエゾ素子は、電磁
気力を加えると、その電磁気力に応じて変形する電磁気
変形素子の一種である。ピエゾ素子は、ある向きに電圧
が加えられると伸び、逆向きに電圧が加えられると縮む
性質がある。したがってピエゾ素子をダイアフラムに取
り付け、ピエゾ素子が伸びる向きに電圧を加えると、ピ
エゾ素子が伸びて、ダイアフラムは仕切板方向に押し付
けられ、その結果吐出室又は吸込室から流体が吐出され
る。次に電圧の向きを変えて、ピエゾ素子が縮む向きに
電圧を加えると、ピエゾ素子が縮んで、ダイアフラムが
膨らみ、その結果吐出室又は吸込室に流体が吸い込まれ
る。この操作を交互に繰り返すことにより、吐出及び吸
込が繰り返され、流体の連続的な送液が可能になる。ピ
エゾ素子は、直径１０ｍｍ位の円板の場合で、その変位
幅が数μｍ程度であり、人工臓器用等の超小型ダイアフ
ラムポンプにおいて、好適に使用することができる。こ
のように、ピエゾ素子１２は、その変形により上流側ダ
イアフラム３を変形させて、上流側ダイアフラム３の吸
込及び吐出を可能にし、ピエゾ素子１３は、その変形に
より下流側ダイアフラム４を変形させて、下流側ダイア
フラム４の吸込及び吐出を可能にする。

【００１７】図２は、上流側ダイアフラム３及び下流側
ダイアフラム４の吸込吐出曲線を示す図である。図２に
示された上流側ダイアフラム３及び下流側ダイアフラム
４の吸込吐出曲線において、それぞれの基準線Ｓの上側
が吐出工程を示し、下側が吸込工程を示す。また図２に
おいて、基準線Ｓ上の任意の時点から基準線Ｓに対して
直角方向に引いた直線の、吸込吐出曲線までの長さは、
その時点におけるダイアフラムの瞬時流量を表す。瞬時
流量は、その時点において瞬間的に吐出する流量、又は
吸い込む流量であり、吸込工程における瞬時流量は、瞬
時吸込流量であり、吐出工程における瞬時流量は、瞬時
吐出流量である。瞬間流量は、体積流速と呼ぶこともで
きる。

【００１８】図２に示されるように、ピエゾ素子１２及
びピエゾ素子１３は、上流側ダイアフラム３における吐
出工程の開始区間及び終結区間がそれぞれ下流側ダイア
フラム４における吐出工程の終結区間及び開始区間に重
なり、その他の区間においては、上流側ダイアフラム３
と下流側ダイアフラム４とが、吸込工程及び吐出工程に
関して逆位相になるように作動する。

【００１９】つまり、図２において、上流側ダイアフラ
ム３における吐出工程の開始区間Ａは、下流側ダイアフ
ラム４における吐出工程の終結区間に対応し、上流側ダ
イアフラム３における吐出工程の終結区間Ｂは、下流側
ダイアフラム４における吐出工程の開始区間に対応す
る。また開始区間Ａ及び終結区間Ｂ以外の区間において
は、下流側ダイアフラム４が吐出工程であるときには上
流側ダイアフラム３は吸込工程であり、下流側ダイアフ
ラム４が吸込工程であるときには上流側ダイアフラム３
は吐出工程である。

【００２０】図２にも示されるように、上流側ダイアフ
ラム３と下流側ダイアフラム４との吸込工程及び吐出工
程を反転させることにより、上流側ダイアフラム３と下
流側ダイアフラム４との協働によって流体を一方向に送
液することを可能にする。また上流側ダイアフラム３の
吐出工程と下流側ダイアフラム４の吐出工程とに重なり
を持たせるのは、下流側ダイアフラム４の吐出量がゼロ
になる全区間において、上流側ダイアフラム３が吐出工
程にあるようにして、下流側ダイアフラム４が吐出動作
から吸引動作に変化する瞬間において吐出室内への流体
の逆流の可能性をなくするためであり、この下流側ダイ
アフラム４の吐出作用により流体を流体流出部９から吐
出させることができないときにおいても、上流側ダイア
フラム３の吐出作用により流体を流体流出部９から吐出
させることができるようにして、吐出室内への逆流を防
止している。

【００２１】上流側ダイアフラム３の吸込吐出波形と下
流側ダイアフラム４の吸込吐出波形とがこのような関係
にあることにより、ダイアフラムポンプ１は、上流側ダ
イアフラム３と下流側ダイアフラム４との協働によって
流体を一方向に送液することができ、さらに下流側ダイ
アフラム４の非吐出時においても、上流側ダイアフラム
３の吐出作用により送液が停止することなく、送液を維
持することができるようになる。

【００２２】前記開始区間Ａは、吸込工程が終了した時
点を始点とし、吸込工程が開始された後、吸込流量が最
大になる時点に至る前における任意の時点を終点とする
区間である。前記開始区間Ａの長さとしては、前述の吸
込吐出作動を行うことができれば特に制限はなく、所望
の流体吐出量及び流体の物理的性質等に応じて適宜決定
することができる。前記終結区間Ｂは、吸込工程におけ
る吸込流量が最大になる時点後、吸込工程が終了する時
点に至る前における任意の時点を始点とし、吸込工程が
終了した時点を終点とする区間である。前記終結区間Ｂ
の長さについても前記開始区間Ａの長さと同様に、前述
の吸込吐出作動を行うことができれば特に制限はなく、
所望の流体吐出量及び流体の物理的性質等に応じて適宜
決定することができる。基本的には下流側ダイアフラム
４の吐出工程の開始時及び終結時において、上流側ダイ
アフラム３の吐出量がゼロでなければよいが、開始区間
Ａ及び開始区間Ｂの長さが、それぞれ上流側ダイアフラ
ム３の吐出区間の長さの２〜１０％であると、確実に全
区間における吐出を維持することができ、また吐出流量
の制御が容易になるので好ましい。

【００２３】下流側ダイアフラム４は、その瞬時吸込流
速が、その時点における上流側ダイアフラム３の瞬時吐
出流量よりも小さい。つまり図２において、下流側ダイ
アフラム４の吸込工程における任意の時点ｔにおいて、
下流側ダイアフラム４の瞬時吸込流量Ｒ_Ｘは、上流側ダ
イアフラム３の瞬時吐出流量Ｒ_Ｙよりも小さい。このこ
とは、ピエゾ素子１２が、上流側ダイアフラム３が流体
を吐出する瞬時流量を、その時点における下流側ダイア
フラム４が流体を吸込む瞬時流量よりも大きくすること
ができることを意味する。上流側ダイアフラム３及びピ
エゾ素子１２がこのような機能を有することにより、下
流側ダイアフラム４の吸込工程において、下流側ダイア
フラム４が流体流出部９から吐出室６内に吸込む流体の
量よりも多くの量の流体を、上流側ダイアフラム３が吸
込室５から吐出室６内に送り込むことができ、その結
果、下流側ダイアフラム４の吸込工程であっても常に、
流体流出部９から流体を吸い込むことなく、流体流出部
９から流体を吐出させるようにすることができる。

【００２４】下流側ダイアフラム４の瞬時吸込流量Ｒ_Ｘ
と上流側ダイアフラム３の瞬時吐出流量Ｒ_Ｙとの関係
は、下流側ダイアフラム４の吸込工程であっても、流体
流出部９から流体を吸込むことなく、流体流出部９から
流体を吐出させるようにすることができれば特に制限は
ないが、Ｒ_Ｙ／Ｒ_Ｘが０．２以上１．０未満であること
が好ましく、さらにＲ_Ｙ／Ｒ_Ｘ＝０．２〜０．８である
こと、特にＲ_Ｙ／Ｒ_Ｘ＝０．５程度であることが好まし
い。Ｒ_Ｙ／Ｒ_Ｘが前記範囲内であると、下流側ダイアフ
ラム４の吸込工程であっても、流体流出部９から適当量
の流体を吐出させることができ、特にＲ_Ｙ／Ｒ_Ｘ＝０．
５程度であると、前記のように流体を吐出させるように
制御することが容易であるので好適である。

【００２５】また下流側ダイアフラム４の吸込工程の全
区間において、下流側ダイアフラム４の瞬時吸込流量
が、その時点における上流側ダイアフラム３の瞬時吐出
流量よりも小さいということは、吸込室５は吐出室６よ
りも大きく形成されていることを意味する。より正確に
は、下流側ダイアフラム４の吸込工程の区間、つまり上
流側ダイアフラム３の吐出工程における開始区間Ａ及び
終結区間Ｂ以外の区間における上流側ダイアフラム３の
全吐出流量が、その区間における下流側ダイアフラム４
の全吸込容量よりも大きくなるように、吸込室５及び吐
出室６が形成されている。したがってダイアフラムポン
プ１においては、そのような大きさの吸込室５及び吐出
室６が形成されるような上流側ダイアフラム３及び下流
側ダイアフラム４が使用されている。

【００２６】吸込室５及び吐出室６の大きさについて
は、下流側ダイアフラム４の吸込工程の全区間において
下流側ダイアフラム４の瞬時吸込流量が上流側ダイアフ
ラム３の瞬時吐出流量よりも小さくすることができれば
特に制限はないが、下流側ダイアフラム４の吸込工程で
あっても安定的に流体流出部９から流体を吐出させるた
めに、吐出室６の大きさに対する吸込室５の大きさの比
率が１．５〜３、特に２程度であることが好ましい。

【００２７】図３は、上流側ダイアフラム３の吸込吐出
曲線、下流側ダイアフラム４の吸込吐出曲線、ダイアフ
ラムポンプ１全体の吐出曲線、及びダイアフラムポンプ
１全体の吸込曲線を示す図である。以下、図３に従い、
ダイアフラムポンプ１の作用について説明する。

【００２８】（１）時点から時点に至る区間 図３に示した時点におけるダイアフラムポンプ１の状
態を図４に示す。時点においては、上流側ダイアフラ
ム３の吸込吐出曲線は基準線Ｓ上にあり、上流側ダイア
フラム３は吸込及び吐出のいずれをも行っていない。時
点においては、上流側ダイアフラム３は、仕切板２に
実質的に密着した状態にあり、吸込室５の容積は実質的
にゼロである。下流側ダイアフラム４は、時点におい
ては吐出工程の初期にあり、膨らんだ状態にある。吐出
室６はこのとき一定の容積を有し、一定量の流体により
満たされている。時点においては、下流側ダイアフラ
ム４の吐出量がそのままダイアフラムポンプ１全体の吐
出量になる。又は下流側ダイアフラム４の吐出量と上流
側ダイアフラム３の吐出量との合計がダイアフラムポン
プ１全体の吐出量になると考えることもできる。

【００２９】図３の時点を過ぎて時点に至る前の区
間におけるダイアフラムポンプ１の状態を図５に示す。
この区間においては、上流側ダイアフラム３は吸込工程
にあり、仕切板２に実質的に密着した状態から幾分膨ら
んだ状態に移行しており、流体流入部７から吸込室５内
に流体を吸い込んでいる。この区間においては、下流側
ダイアフラム４は吐出工程にあり、仕切板２の方向に移
行し、吐出室６内の流体を吐出室６外に吐出する。この
とき上流側ダイアフラム３は吐出工程にはないので、吸
込室５から吐出室６への流体の流入がなく、また中間逆
止弁１１は、吐出室６から吸込室５への流体の流通を阻
止するので、下流側ダイアフラム４により吐出室６から
吐出された流体が吸込室５に流入することもない。この
区間においては、下流側ダイアフラム４により吐出室６
から吐出された流体がそのまま流体流出部９から吐出さ
れるので、下流側ダイアフラム４の吸込吐出曲線がその
まま前記吐出曲線となる。このことからダイアフラムポ
ンプ１は、この区間においては、ピエゾ素子１３により
下流側ダイアフラム４の作動を調整することにより、所
望の吐出量を得ることができる。

【００３０】また時点を過ぎて時点に至る前の区間
においては、前述のように、上流側ダイアフラム３は吸
込工程にあり、下流側ダイアフラム４は吐出工程にある
ので、中間逆止弁１１の作用により吸込室５から吐出室
６への流体の流出がない。したがってこの区間において
は、上流側ダイアフラム３の吸込吐出曲線がそのままダ
イアフラムポンプ１全体の吸込曲線となる。

【００３１】図３に示した時点におけるダイアフラム
ポンプ１の状態を図６に示す。時点においては、上流
側ダイアフラム３は、最も膨らんだ状態になり、吸込工
程が終了する。下流側ダイアフラム４は、吐出工程の末
期にあり、若干膨らんだ状態である。時点において
は、下流側ダイアフラム４の吐出量がそのままダイアフ
ラムポンプ１全体の吐出量になる。又は下流側ダイアフ
ラム４の吐出量と上流側ダイアフラム３の吐出量との合
計がダイアフラムポンプ１全体の吐出量になると考える
こともできる。

【００３２】（２）時点から時点に至る区間 時点を過ぎて時点に至る前の区間においては、下流
側ダイアフラム４は、吐出工程の終結区間にあり、仕切
板２の方向に移行し、吐出室６内の流体を流体流出部９
からダイアフラムポンプ１外に押し出す。この区間にお
いては、上流側ダイアフラム３は、吐出工程の開始区間
にあり、仕切板２の方向に移行し、吸込室５内の流体を
流体流通部８から吐出室６外に押し出す。したがってこ
の区間においては、下流側ダイアフラム４は、吐出室６
内にある流体と吸込室５から吐出室６に供給された流体
とを流体流出部９から吐出することになる。この区間に
おいては、上流側ダイアフラム３の吸込吐出曲線に下流
側ダイアフラム４の吸込吐出曲線を重ね合わせて得られ
る曲線がダイアフラムポンプ１全体の吐出曲線となる。
このことからダイアフラムポンプ１は、この区間におい
ては、ピエゾ素子１２により上流側ダイアフラム３の作
動を調整し、またピエゾ素子１３により下流側ダイアフ
ラム４の作動を調整することにより、上流側ダイアフラ
ム３の吐出量と下流側ダイアフラム４の吐出量との合計
が所望の吐出量となるようにして、所望の吐出量を得る
ことができる。

【００３３】また時点を過ぎて時点に至る前の区間
においては、前述のように、上流側ダイアフラム３は吐
出工程にあり、また吐出側逆止弁１０は、吸込室５内の
流体が流体流入部７を通過して外部に流出するのを阻止
するので、ダイアフラムポンプ１の吸込量がゼロであ
る。したがってこの区間におけるダイアフラムポンプ１
全体の吸込曲線は、基準線Ｓ上にある。

【００３４】図３に示した時点におけるダイアフラム
ポンプ１の状態を図７に示す。時点においては、上流
側ダイアフラム３は、吐出工程の初期にあり、最も膨ら
んだ状態から若干萎んだ状態に移行している。下流側ダ
イアフラム４は、吐出工程が終了した状態であり、吸込
及び吐出のいずれをも行っていない。このとき吐出室６
には吸込室５から流体が供給されているので、下流側ダ
イアフラム４は仕切板２に密着した状態にはなっていな
い。吸込室５から吐出室６に供給された流体は、そのま
ま吐出行から吐出される。したがって時点において
は、上流側ダイアフラム３の吐出量がそのままダイアフ
ラムポンプ１全体の吐出量になる。又は上流側ダイアフ
ラム３の吐出量と下流側ダイアフラム４の吐出量との合
計がダイアフラムポンプ１全体の吐出量になると考える
こともできる。

【００３５】（３）時点から時点に至る区間 図３の時点を過ぎて時点に至る前の区間におけるダ
イアフラムポンプ１の状態を図８に示す。この区間にお
いては、上流側ダイアフラム３は、吐出工程にあり、仕
切板２の方向に移行し、吸込室５内の流体を吸込室５外
に吐出する。この区間においては、下流側ダイアフラム
４は、仕切板２に実質的に密着した状態から幾分膨らん
だ状態に移行しており、吸込室５内に流体を吸い込んで
いる。このとき前述のように、下流側ダイアフラム４の
吸込流速は、その時点における上流側ダイアフラム３の
吐出流速よりも小さいので、下流側ダイアフラム４の吸
込量、つまり吐出室６の容積の増加分より大きい体積の
流体が吸込室５から流体流通部８を通って吐出室６内に
流入する。その結果、吐出室６に流入した流体の体積と
吐出室６の容積の増加分との差の分だけ流体が吐出室６
から流体流出部９を通って外部に吐出される。したがっ
てこの区間においては、下流側ダイアフラム４が吸込工
程にあるにもかかわらず、ダイアフラムポンプ１は流体
を前記差の分だけ吐出し続ける。この区間においては、
上流側ダイアフラム３の吸込吐出曲線から下流側ダイア
フラム４の吸込吐出曲線を差し引いて得られる曲線がダ
イアフラムポンプ全体の吐出曲線となる。このことから
ダイアフラムポンプ１は、この区間においては、ピエゾ
素子１２により上流側ダイアフラム３の作動を調整し、
またピエゾ素子１３により下流側ダイアフラム４の作動
を調整することにより、上流側ダイアフラム３の吐出量
と下流側ダイアフラム４の吸込量との差が所望の吐出量
となるようにして、所望の吐出量を得ることができる。

【００３６】また時点を過ぎて時点に至る前の区間
におけるダイアフラムポンプ１全体の吸込曲線について
は、時点から時点に至る区間の場合と同様である。

【００３７】図３に示した時点におけるダイアフラム
ポンプ１の状態を図９に示す。時点においては、上流
側ダイアフラム３は、吐出工程の末期にあり、若干膨ら
んだ状態にある。下流側ダイアフラム４は、吸込工程が
終了し、仕切板２に最も膨らんだ状態にあり、吸込及び
吐出のいずれをも行っていない。吸込室５から吐出室６
に供給された流体は、そのまま流体流出部９から吐出さ
れる。したがって時点においては、上流側ダイアフラ
ム３の吐出量がそのままダイアフラムポンプ１全体の吐
出量になる。又は上流側ダイアフラム３の吐出量と下流
側ダイアフラム４の吐出量との合計がダイアフラムポン
プ１全体の吐出量になると考えることもできる。

【００３８】（４）時点から時点に至る区間 時点を過ぎて時点に至る前の区間においては、下流
側ダイアフラム４は、吐出工程の開始区間にあり、仕切
板２の方向に移行し、吐出室６内の流体を流体流出部９
からダイアフラムポンプ１外に押し出す。この区間にお
いては、上流側ダイアフラム３も、吐出工程の終結区間
にあり、仕切板２の方向に移行し、吸込室５内の流体を
流体流通部８から吐出室６外に押し出す。したがってこ
の区間においては、下流側ダイアフラム４は、吐出室６
内にある流体と吸込室５から吐出室６に供給された流体
とを流体流出部９から吐出することになる。この区間に
おいては、上流側ダイアフラム３の吸込吐出曲線と下流
側ダイアフラム４の吸込吐出曲線との和がダイアフラム
ポンプ１全体の吐出曲線となる。このことからダイアフ
ラムポンプ１は、この区間においては、ピエゾ素子１２
により上流側ダイアフラム３の作動を調整し、またピエ
ゾ素子１３により下流側ダイアフラム４の作動を調整す
ることにより、上流側ダイアフラム３の吐出量と下流側
ダイアフラム４の吐出量との合計が所望の吐出量となる
ようにして、所望の吐出量を得ることができる。

【００３９】また時点を過ぎて時点に至る前の区間
におけるダイアフラムポンプ１全体の吸込曲線について
は、時点を過ぎて時点に至る前の区間の場合と同様
である。

【００４０】図３に示した時点におけるダイアフラム
ポンプ１の状態は、図４に示した、図３の時点におけ
るダイアフラムポンプ１の状態と同様である。

【００４１】なお図４〜９に示したダイアフラムポンプ
１の断面図においては、ピエゾ素子は省略され、細矢印
は、流体の流れる方向を示し、白抜きの矢印は、上流側
ダイアフラム３又は下流側ダイアフラム４の移動方向を
示している。

【００４２】以上時点〜の区間によりダイアフラム
ポンプ１の１サイクルが完了する。ダイアフラムポンプ
１は、時点〜の区間における作用を繰り返すことに
より、所定範囲の流量ずつ流体を吐出し続けることがで
きる。

【００４３】ダイアフラムポンプ１においては、吐出量
を大きく変えることもできる。例えば吐出量を増加させ
るときには、図３の時点から時点に至る区間に示さ
れるように、ピエゾ素子１２に加える電圧を変化させ、
上流側ダイアフラム３の変形量を大きくして、上流側ダ
イアフラム３の吸込量を増加させ、図３の時点から時
点に至る区間においてその吸い込んだ流体を吸込室５
から吐出室６に吐出させる。するとダイアフラムポンプ
１全体の吐出量は、図３の時点から時点に至る区間
におけるダイアフラムポンプ１全体の吐出曲線に示され
るように増大する。これらの区間における上流側ダイア
フラム３及び下流側ダイアフラム４の作動様式は、時点
〜において示した上流側ダイアフラム３及び下流側
ダイアフラム４の作動様式と同様である。

【００４４】このようにダイアフラムポンプ１は、特定
の区間における吐出量を変化させることができる。また
ダイアフラムポンプ１は、図３の時点から時点に至
る区間における作動を繰り返すことにより、一定時間ご
とに吐出量の変化を繰り返すことができる。

【００４５】ダイアフラムポンプ１は上記のように作用
することにより、図３のダイアフラムポンプ１全体の吐
出曲線に示されるように、吐出量がゼロになることがな
く、常に流体流出部９から流体を吐出し続けることがで
きる。したがってダイアフラムポンプ１においては、流
体流出部９に逆止弁が設けられていないにもかかわら
ず、流体流出部９からダイアフラムポンプ１内への流体
の流入を阻止すること、つまり流体の逆流を防止するこ
とができる。すなわちダイアフラムポンプ１では、従来
のダイアフラムポンプにおいて考えられた逆止弁の作動
の不良による流体の逆流が生じることがない。このこと
は、ダイアフラムポンプ１において、ダイアフラムポン
プ１の流体流出部９に、ダイアフラムポンプ１外から吐
出室６内への流体の流通を阻止する逆止弁を設けた場合
であっても同様である。

【００４６】ダイアフラムポンプ１においては、前述の
ようにピエゾ素子１２及びピエゾ素子１３に与える電圧
を調整することにより、上流側ダイアフラム３及び下流
側ダイアフラム４の吐出量及び吸込量を調整して、その
ダイアフラムポンプ１全体の吐出量が所定の範囲内にな
るように制御することができ、さらに所定の時点におい
て吐出量を変化させることができる。

【００４７】したがってダイアフラムポンプ１を人工膵
臓用ポンプに使用してインスリンの送液を行えば、所定
範囲の量のインスリンを常に供給し続けることができ、
さらに所定時刻において必要に応じてインスリンの供給
量を増加することもできる。

【００４８】ダイアフラムポンプ１は、前述のようにこ
の発明に係るダイアフラムポンプの一具体例であり、こ
の発明に係るダイアフラムポンプの構造等は、ダイアフ
ラムポンプ１の構造等に制限されることはない。

【００４９】このダイアフラムポンプの形状は、前記機
能が確保される限り特に制限はなく、例えば仕切板は円
形である必要はない。前記ダイアフラムポンプの大きさ
としては、目的に応じて適宜決定することができ、前記
ダイアフラムポンプを例えば人工臓器用ポンプに使用す
る場合には、μｌ単位又はそれ以下の流体の送液が可能
なような大きさにすることができる。

【００５０】前記ダイアフラムポンプに使用されるダイ
アフラムの材料等については、前記機能が確保される限
り特に制限はなく、例えば公知のダイアフラムポンプに
使用されているダイアフラムの材料等と同様にすること
ができる。

【００５１】流体流入部、流体流通部及び流体流出部の
数については、それぞれ１個に制限されることはなく、
この発明の目的に応じた流体の流通が可能であれば、複
数個にすることもできる。流体流入部、流体流通部及び
流体流出部の構造についても、前記作用が可能である限
り、適宜決定可能である。

【００５２】前記流体流入部等に設けられる逆止弁とし
ては、前記ダイアフラムポンプに要求される流体の流通
の制御が可能であれば、どのような構造であってもよ
い。なおダイアフラムポンプ１には、流体流出部９には
逆止弁が設けられていないが、この発明に係るダイアフ
ラムポンプにおいては流体流出部にも逆止弁を設けるこ
とが可能である。

【００５３】上流側ダイアフラム及び下流側ダイアフラ
ムの作動手段としては、前述のような作動が可能であれ
ば電磁気変形素子に限られることはない。ただし前記ダ
イアフラムポンプを例えば人工臓器用ポンプに使用する
場合には、装置の小型化及び微小吐出流量等が容易とな
る点で、電磁気変形素子、例えばピエゾ素子又は磁歪素
子を用いることが好ましい。

【００５４】また図３に示した各曲線によって表される
ダイアフラムポンプ１の作動状態も、この発明に係るダ
イアフラムポンプにおける作動状態の一具体例であっ
て、この発明に係るダイアフラムポンプにおける作動状
態としては、これに制限されることはなく、上流側ダイ
アフラムにおける吐出工程の開始区間及び終結区間がそ
れぞれ下流側ダイアフラムにおける吐出工程の終結区間
及び開始区間に重なり、その他の区間においては、上流
側ダイアフラムと下流側ダイアフラムとでそれぞれの吸
込工程及び吐出工程が反転していれば、他の作動状態で
あってもかまわない。

【００５５】この発明に係るダイアフラムポンプは、そ
の用途には特に制限はなく、高い逆流防止能が要求され
るダイアフラムポンプに広く使用することができる。特
にこの発明に係るダイアフラムポンプは、微小吐出流
量、連続送液及び小型化が可能であることから、人工膵
臓等の人工臓器用ポンプとして好適に使用することがで
きる。

【００５６】

【発明の効果】この発明に係るダイアフラムポンプは、
常に流体を吐出し続けることが可能であるので、逆流を
効果的に防止することができる。したがってこの発明に
係るダイアフラムポンプにおいては、逆流に基づく汚染
の発生を防止することができ、またこのダイアフラムポ
ンプを人工臓器用ポンプに使用した場合には、逆流に基
づくカニューレの錆びの発生を防止することができる。

【００５７】この発明に係るダイアフラムポンプは、微
小吐出流量及び小型化が容易である、また連続送液及び
送液量の調整が可能であるので、人工臓器用ポンプとし
て好適に使用することができ、例えば人工膵臓用ポンプ
に使用して、インスリンの供給を好適に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、ダイアフラムポンプ１の概略構成を示
す縦断面図である。

【図２】図２は、上流側ダイアフラム３及び下流側ダイ
アフラム４の吸込吐出曲線を示す図である。

【図３】図３は、上流側ダイアフラム３の吸込吐出曲
線、下流側ダイアフラム４の吸込吐出曲線、ダイアフラ
ムポンプ１全体の吐出曲線、及びダイアフラムポンプ１
全体の吸込曲線を示す図である。

【図４】図４は、図３の時点におけるダイアフラムポ
ンプ１の状態を示す図である。

【図５】図５は、図３の時点を過ぎて時点に至る前
の区間におけるダイアフラムポンプ１の状態を示す図で
ある。

【図６】図６は、図３の時点におけるダイアフラムポ
ンプ１の状態を示す図である。

【図７】図７は、図３の時点におけるダイアフラムポ
ンプ１の状態を示す図である。

【図８】図８は、時点を過ぎて時点に至る前の区間
におけるダイアフラムポンプ１の状態を示す図である。

【図９】図９は、図３の時点におけるダイアフラムポ
ンプ１の状態を示す図である。

【符号の説明】

１・・ダイアフラムポンプ１、２・・仕切板、３・・上
流側ダイアフラム、４・・下流側ダイアフラム、５・・
吸込室、６・・吐出室、７・・流体流入部、８・・流体
流通部、９・・流体流出部、１０・・吸込側逆止弁、１
１・・中間逆止弁、１２・・ピエゾ素子、１３・・ピエ
ゾ素子

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H077 AA01 CC02 CC07 CC18 DD06 EE01 EE16 EE24 EE31 FF03 FF04 FF12 FF14 FF36 4C066 AA09 BB01 CC01 DD11 EE12 EE14 FF05 GG20 4C077 AA04 DD02 KK30

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 仕切板の片側に設けられ、前記仕切板と
   ともに吐出室を形成する下流側ダイアフラムと、 前記仕切板の反対側に設けられ、前記仕切板とともに吸
   込室を形成し、前記下流側ダイアフラムと協働して流体
   を一方向に送液する上流側ダイアフラムと、 前記下流側ダイアフラムを変形させて、前記吐出室への
   吸い込みと前記吐出室からの吐出を可能にする下流側ダ
   イアフラム変形手段と、 前記上流側ダイアフラムを変形させて、前記吸込室への
   吸い込みと前記吐出室からの吐出を可能にする下流側ダ
   イアフラム変形手段とを有して成るダイアフラムポンプ
   であって、 前記上流側ダイアフラムにおける吐出工程の開始区間が
   前記下流側ダイアフラムにおける吐出工程の終結区間に
   重なり、前記上流側ダイアフラムにおける吐出工程の終
   結区間が前記下流側ダイアフラムにおける吐出工程の開
   始区間に重なり、その他の区間においては、前記上流側
   ダイアフラムと前記下流側ダイアフラムとが吸込工程及
   び吐出工程に関して逆位相であり、 前記下流側ダイアフラムは、その瞬時吸込流量が、その
   時点における前記上流側ダイアフラムの瞬時吐出流量よ
   りも小さいことを特徴とするダイアフラムポンプ。
2. 【請求項２】 前記吐出室と前記吸込室とは、前記仕切
   板の面方向に一部重なって形成され、前記仕切板の、前
   記吸込室のみ設けられた領域に、ポンプ外界から前記吸
   込室に流体を流入させることのできる流体流入部が設け
   られ、前記吐出室及び前記吸込室の両方が設けられた領
   域に、前記吸込室から前記吐出室に流体を流通させるこ
   とのできる流体流通部が設けられ、前記吐出室のみ設け
   られた領域に、前記吐出室からポンプ外界に流体を流出
   させることのできる流体流出部が設けられた請求項１に
   記載のダイアフラムポンプ。
3. 【請求項３】 前記流体流入部は、前記吸込室からポン
   プ外界への流体の流通を阻止する吸込側逆止弁を有し、
   前記流体流通部は、前記吐出室から前記吸込室への流体
   の流通を阻止する中間逆止弁を有する請求項２に記載の
   ダイアフラムポンプ。
4. 【請求項４】 前記下流側ダイアフラムは、その瞬時吸
   込流量が、その時点における前記上流側ダイアフラムの
   瞬時吐出流量の０．２倍以上１．０倍未満である請求項
   １〜３のいずれか１項に記載のダイアフラムポンプ。
5. 【請求項５】 前記上流側ダイアフラム変形手段及び前
   記下流側ダイアフラム変形手段は、電磁気変形素子の作
   用によりダイアフラムを変形させる手段である請求項１
   〜４のいずれか１項に記載のダイアフラムポンプ。
6. 【請求項６】 前記電磁気変形素子は、圧電素子又は磁
   歪素子である請求項５に記載のダイアフラムポンプ。
7. 【請求項７】 人工臓器用である請求項１〜６のいずれ
   か１項に記載のダイアフラムポンプ。