JP2591732B2 - リニア蠕動ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的な非経口液、例えば食塩水および薬
液の第４種（IV）投与および栄養液等の液体を腸内投与
するためのリニア蠕動ポンプに関する。

非経口液を投与するときの最も重要なことの一つは、
患者へ与える液体の流量を制御することである。倒立さ
せたビンから液体を排出して、透明なプラスチック製第
４種チューブを介して重力によって患者へ送る従来の方
法では、通常第４種チューブ上のロールクランプの位置
を調節することによって液体の流量を制御していた。流
量は、所定時間中の滴下室内の液滴をカウントすること
により測定され、必要であれば、ロールクランプの位置
を調節して所望の流量を得ていた。しかしながらこのよ
うな重力供給式投与システムは、ビン内の液位変化、液
体の温度変化、患者の静脈または動脈圧の変化、患者の
運動およびロールクランプの有効な調節点の変動により
流量が大きく変化する。この結果、医療要員による頻繁
なモニタが必要であり、いまだに変動が生じていた。

患者へ投与される非経口液の所望流量を維持するとに
約立つ電子ポンプシステムおよび重力式点滴流コントロ
ーラおよびこれらの組合わせは現在では広く使用されて
いる。機械技術の進歩につれて、輸液システムに対して
より困難な要求を応える新しい用途が生じた。その結
果、より改良する必要性がこれまでずっと存在してい
る。

従来のポンプシステム、特にリニア蠕動ポンプシステ
ムは特に粘性のある液体により一定の流量を与えるが、
重力式投与システムでは容易に制御できるものではなか
った。現在使用されている代表的なポンプシステムは、
複数のカム、同数のカム動作フィンガすなわちカム従動
子と、可撓性チューブを受けてこのチューブをフィンガ
すなわちカム従動子に押圧する圧力パッドを有する。フ
ィンガすなわちカム従動子がカムにより順次押圧される
と、個々のフィンガが変形し、チューブの長手方向に沿
った複数の連続する点でチューブを閉じるので、チュー
ブの長手方向に沿ってチューブ内に液体を強制移動す
る。

上記のような従来のリニア蠕動ポンプシステムは、ロ
ールクランプによってより一定の流量を与えるが、フィ
ンガ自体の間の摩擦およびフィンガを作動させるカムと
フィンガとの間の摩擦によりポンプ作用に必要なエネル
ギーは比較的大きかった。更に従来システムは、漏れま
たは液体の逆流によってポンプ効率が比較的低いことを
特徴としていた。

更に、多数の変動条件下でも輸液を行うのに充分な力
をフィンガは発生しなければならない。これら条件は、
進入硬直性、輸液の粘性および患者の身体の抵抗に関連
する。更に例えばチューブのくびれによりシステム内で
閉塞が生じる場合は輸液システム内で生じる圧力を制限
することが好ましい。

このため所望作動限度内で正確に輸液する高度の機械
的およびポンプ効率を有する比較的簡単な蠕動ポンプに
対する要望があることは明らかである。本発明はこれら
要望を満すものである。

発明の要約 本発明は、改良されたポンプ効率を有し、作動エネル
ギーが少なくてすみ、排出ラインがブロックされた場合
排出圧力が所定限度を越えない非経口液投与用のリニア
蠕動ポンプに関する。

本発明に係る蠕動ポンプには複数のカム、同数のカム
作動フィンガすなわち従動子および可撓性チューブを個
々のフィンガに押圧する圧力パッドが設けられ、従来の
装置と同じように液体流を生じさせる。しかしながら本
発明の改良点は、フィンガすなわちカム従動子がカム面
の運動によって作動されると、小さな円弧角だけ回転
し、これによりフィンガをチューブに押圧し、チューブ
を順次閉じ、チューブ内で液体を移動させるよう共通軸
またはシャフトにフィンガを回転自在に取付けたことに
ある。

圧力パッドは好ましくはフィンガと同じ共通軸すなわ
ちシャフトに回転自在に取付けられ、個々のカム作動フ
ィンガがそれらの最大走行点に位置するときパッドはチ
ューブに対して押圧されチューブを閉じるようスプリン
グで負荷されている。圧力パッドは、フィンガがチュー
ブの長手方向に沿ってチューブを順次閉じるときのフィ
ンガのサイン状運動中に全く揺動しないよう強固に製造
され、強固に取付けられる。このようにフィンガがチュ
ーブを閉じるとき、実質的に同じ圧力がフィンガの各々
に加えられる。各フィンガがその頂点又は最大点に達し
て、後退し始めると、次のフィンガがチューブを締め
て、次のカム従動子がその最大点に達した時圧力パッド
を元の位置まで押し戻すまでスプリング負荷された圧力
パッドはチューブを締めるのに充分な圧力を維持する。
このように従来のほとんどのリニア蠕動ポンプの特徴で
あった液洩れが除去される。更に有効なポンピングに必
要なフィンガ又はカム従動子の数も低減される。

本発明の好ましい態様では、第４種チューブと接触
し、これを閉じるフィンガの各々の面にチューブと整合
する溝が設けられ、所定限度を越える圧力の上昇を防止
する。チューブ内の液圧が所定限度を越えると、液圧は
第４種チューブの壁を溝内へ押圧するので、チューブ内
の逆流をポンプの入口側へ流すことにより圧力のいくつ
かを軽減できる。チューブ内の圧力が所望最大値より低
いレベルまで低下すると、チューブの壁は溝より離間し
て、通常の力横断面となる。

ポンプ作動に必要なエネルギーを低減するため、フィ
ンガはフィンガ間の摺動摩擦を最小にするよう互いに離
間されている。このような所望の間隙は、フィンガのハ
ブをフィンガ本体よりも厚くすることにより最良に得ら
れる。

これらフィンガは、好ましくは、商標「テフロン」で
販売されているポリテトラフルオロエチレンのような低
摩擦係数を有する材料から形成される。

以下添付図面を参照して本発明の詳細な説明を読めば
本発明の上記およびそれ以外の利点が明らかとなろう。

添付図面には、本発明の特徴を具体化したリニア蠕動
ポンプを示す。

ハウジング11内に収容されたリニア蠕動ポンプ10は、
第１図に示すようにキャビネット12内に設置されてお
り、このキャビネット内にはポンプ10用の制御装置も収
容されている。一般に番号13で示される制御パネルは、
流量およびその他液体投与パラメータの選択を可能にす
る。キャビネット12内に設けられた溝15内には滴下室14
が座着され、滴下室14から蠕動ポンプ10を通って可撓性
第４種チューブ16が延長し、このチューブはキャビネッ
ト12の外へ延び患者（図示せず）に接続される。キャビ
ネットドア17が設けられているが、このドア17はキャビ
ネット14および第４種チューブ16が設置された後、およ
びポンプ作動中にポンプ10を保護するためのものであ
る。

第２図は、清掃およびメンテナンスのためのポンプハ
ウジング11の設置および取付けが容易かつ簡単であるこ
とを示す。ねじ20および21を取外せば、ポンプハウジン
グ11をキャビネット12から取出すことができる。

第３図には、ポンプの構成要素およびポンプの作動が
最も良く示されている。個々のフィンガ22a〜22fは、ハ
ブ23を介して、共通のシャフト24に回転可能に取付けら
れている。Ｔ形のカラー25がシャフト24の両端に固定さ
れており、カラー25は、好適にはポンプハウジング11と
一体に形成されたブラケット26によって支持されるよう
になっている。フィンガ22のハブ23は、フィンガ23の間
の間隔を保持してフィンガ間の摺動摩擦を最小にするた
めに、フィンガ22の本体27よりも厚くなっている。シャ
フト24には、圧力パッド28が取付けられており、圧力パ
ッド28は、シャフト24の両端に設けられた螺旋スプリン
グ29によって、フィンガ22の方へ回転するように付勢さ
れている。各螺旋スプリング29を一端30が、圧力パッド
28のアーム37の下に当たって、圧力パッド28を所望の方
向に押している。各螺旋スプリング29の他端31は、カラ
ー25の孔32に嵌め込まれている。第９図に示されるよう
に、カラー25には、ブラケット26のラチェット面35、36
と嵌合してカラー25および螺旋スプリング29と他端31を
ロックする爪33、34が設けられている。

第４図に示されるように、各フィンガ22の端部には、
複数の円形カム40の作動面39上に載る半円形のショルダ
38が設けられている。円形カム40は、シャフト41にシャ
フトの中心からオフセットして取付けらており、円形カ
ム40は、シャフト41上で角度360゜/n（n:カム40の数）
２）だけ互いに回転される。シャフト41は、ギヤ42によ
って駆動され、ギヤ42は図示していない手段によって駆
動される。

カムのシャフト41が回転されるとき、フィンガ22の半
円形のショルダ38に嵌合している個々のカム40は、カム
40と接触しているフィンガ22の端部を、揺動すなわちシ
ャフト24の軸線を中心として僅かな角度だけ前後方向に
順次回転させる。その結果、フィンガ22は、第４種チュ
ーブ16を順次締め付けて、チューブ内で所定量の流体を
移動させる。

圧力パッド28には、ポンプの作動の際、圧力パッドの
剛性を保持し著しく曲げられることのないように、比較
的厚い部分が形成されている。圧力パッド28のアーム37
は、圧力パッド28がシャフト24を中心として回転され、
各フィンガ22が実質滴に同じ圧力でチューブ16と順次接
触してチューブ16を閉じるように、シャフト24に強固か
つ回転可能に取付けられている。圧力パッド28は、フィ
ンガ22がチューブ16の長さに沿って順次移動するとき、
殆ど揺れることはない。チューブ16の圧力パッド28への
適当な位置決めを確保するために、チューブガイド43、
44、45が設けられている。

第５図および第６図には、ポンプ10の蠕動運動が示さ
れている。チューブ16は常時、少なくとも１つのフィン
ガ22で閉じられている。第５図に示されるように、フィ
ンガの１つ（例えばフィンガ22f）がその最大移動位置
に到達して引っ込み始めようのするとき、次のフィンガ
22aは、第１のフィンガ22fがチューブ16の通路を開放す
るのに十分な程移動する前に、チューブ16を閉じるであ
ろう。次のフィンガも最大移動位置に到達するが、その
とき、圧力パッド28によるチューブ16への圧力は、チュ
ーブ16を閉じた状態に維持するのに十分な程である。フ
ィンガ22がチューブ16の長さに沿った連続位置でチュー
ブ16を閉じるので、所定量の流体がチューブ内を前進さ
せられる。このようにして、従来のポンプの特徴であっ
た流体の漏洩や入口側への流体の逆流が実質的になくな
った。さらに、圧送作用は本来的に蠕動であるけれど
も、ポンプの出力圧は、比較的一定である。かかる出力
圧は、チューブおよび排出部品内での流体抵抗並びに患
者の血管系からの背圧に対抗するのに十分な程でなけれ
ばならない。

ポンプの作動の際、チューブ16の排出側が部分的に或
いは完全に遮断されると、チューブ内の圧力は好ましく
ない圧力まで上昇することがある。このような所望の作
動範囲外の圧力を最小にするために、各フィンガ22の作
動面には、圧力軽減溝46が設けられており、これらの圧
力軽減溝46は、第４図に示されるように、チューブ16の
中央を跨いでいる。圧力が所定の最大所望値を越えると
き、可撓性のチューブは、第4A図に示されるように、圧
力軽減溝46内まで膨張して、ポンプ入口側へ流体を逆流
させ、これにより、より好ましいレベルまで圧力を低下
させる。圧力軽減溝46の寸法および形状は、チューブ内
の最大圧力が所望限度を越えないように設定される。圧
力軽減溝46の幅および深さは、チューブの材料特性およ
び壁厚並びにポンプに必要な圧力限度によって決まる。
隅部が尖っていると、圧力が極度に減少されたときにチ
ューブ16の完全な閉塞を妨げようとするので、圧力軽減
溝46の形状は、滑らかな弧状であるのが好ましい。

第７図および第８図に示されるように、圧力パッド28
は、ポンプハウジング11に固定されたシャフト51で支持
されているレバー50によって、上げ下げされ、これによ
り、チューブ16のポンプ10への挿入および取外しを可能
にする。レバー50に設けられた突起要素52が圧力パッド
28の側面に設けられたショルダ53上に載っており、レバ
ー50が押し下げられると、圧力パッド28はフィンガ22か
ら遠去かる方へ移動する。突起要素52の端部がショルダ
53の縁部を乗り越えると、圧力パッド28は、第８図に示
されるように開放位置に係止される。レバー50が十分押
し離され突起要素52がショルダ53上を摺動するとき、圧
力パッド28のばね負荷のため、第７図に示されるよう
に、圧力パッド28はチューブ16を付勢する位置に移動し
てフィンガ22と接触する。このようにして、チューブ16
をポンプ内に挿入し圧力パッド28を解放してチューブ16
をフィンガ22に向かって付勢するので、ポンプ10が作動
していないときにチューブ16内の流体が漏れないよう
に、フィンガ22のうち少なくとも１つがチューブ16を閉
じる。

フィンガ22は、ハブ23によってシャフト24上で互いに
間隔を隔てられている。その結果、個々のフィンガの間
で摺動接触することは殆どなく、かくして、ポンプを駆
動するのに要する動力がかなり減少する。低摩擦特性を
有する材料でフィンガを形成することによって、動力の
必要量がさらに一層減少される。

本発明の装置によれば、漏洩することなしに高ポンプ
効率で、正確に所望量の流体を圧送することが可能にな
る。また、本発明の装置は、低コストで生産でき容易に
清掃およびメンテナンスを行うことができるように、極
めて簡単な構造に設計されている。

本発明の原理から逸脱することなく、本発明を変更、
改善できることは当然である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るポンプおよびそれを収容するキ
ャビネットを示す斜視図、第２図はキャビネットの一部
とポンプとの関係を示す分解斜視図、第３図はポンプの
構成を示す正面図、第４図はフィンガとカムの関係を示
す第３図中の４−４線方向に沿った断面図、第4A図は第
４図中の円形の一点鎖線で囲まれたチューブを示す拡大
断面図、第５図および第６図はポンプの蠕動運動を示す
略図、第７図および第８図は圧力パッドとレバーの関係
を示す第３図中の７−７線に沿った部分断面図、第９図
はカラーとブラケットの関係を示す第３図中の９−９線
方向に沿った図である。 10……ポンプ、16……チューブ、22……フィンガ、24…
…共通シャフト、28……圧力パッド、29……スプリン
グ、40……カム、41……カムシャフト、46……溝。

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のカムと、該カムによって前後に移動
   されるようになった複数のカム作動フィンガと、フィン
   ガがカムによって順次作動されて可撓性のチューブの複
   数の連続位置でチューブに接触しこれを閉じるときにチ
   ューブの長さに沿って流体が移動されるように、可撓性
   チューブを受け入れ且つ個々のフィンガの方へ可撓性チ
   ューブを押圧するようになった圧力パッドとを有するリ
   ニア蠕動ポンプにおいて、 前記複数のカム作動フィンガは、カムによって作動され
   るときに各フィンガが共通軸線を中心として回動されて
   チューブに順次接触しこれを閉じるように、共通軸線に
   回動可能に取付けられており、 圧力パッドは、剛な構造のものであり、かつ、フィンガ
   がチューブに接触しこれを閉じるときにチューブの長さ
   方向軸線に沿って圧力パッドが実質的に揺動しないよう
   に、フィンガが取付けられた軸線と同じ配向を有する軸
   線を中心として回動するようにしっかりと取付けられて
   いる、 ことを特徴とするリニア蠕動ポンプ。
2. 【請求項２】圧力パッドは、フィンガと同じ軸線に回動
   可能に取付けられていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のリニア蠕動ポンプ。
3. 【請求項３】圧力パッドおよびフィンガは、同じシャフ
   トに取付けられていることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項に記載のリニア蠕動ポンプ。
4. 【請求項４】圧力パッドは、シャフト上でフィンガ方向
   にばね負荷されフィンガの方向に閉じることを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項に記載のリニア蠕動ポンプ。
5. 【請求項５】フィンガは、可撓性のチューブと接触する
   面に圧力軽減溝を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のリニア蠕動ポンプ。
6. 【請求項６】カムは円形であり、フィンガには半円形の
   ショルダが設けられており、これらのショルダは、隣接
   する円形カムの作動面に載るようになっていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のリニア蠕動ポン
   プ。
7. 【請求項７】フィンガはシャフトに取付けられ、そして
   フィンガ本体よりも厚い一体ハブによって前記シャフト
   の長さに沿って互いに間隔を隔てられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載のリニア蠕動ポン
   プ。
8. 【請求項８】フィンガは、低摩擦特性の材料で形成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の
   リニア蠕動ポンプ。
9. 【請求項９】圧力パッドは、少なくとも１つのフィンガ
   がポンプ内のチューブの長さに沿ってチューブを閉じる
   ように、可撓性チューブをカム作動フィンガの方へ押圧
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のリ
   ニア蠕動ポンプ。
10. 【請求項１０】複数のカムと、該カムによって前後に移
    動されるようになった複数のカム作動フィンガと、フィ
    ンガがカムによって順次作動されて可撓性のチューブの
    複数の連続位置でチューブに接触しこれを閉じるときに
    チューブの長さに沿って流体が移動されるように、可撓
    性チューブを受け入れ且つ個々のフィンガの方へ可撓性
    チューブを押圧するようになった圧力パッドとを有する
    リニア蠕動ポンプにおいて、 圧力パッドは、剛な構造のものであって、かつ、フィン
    ガがチューブに順次接触しこれを閉じる際に圧力パッド
    がチューブに沿って実質的に揺動しないように、圧力パ
    ッド上でチューブと平行な軸線を中心として回動するよ
    うにしっかりと取付けられており、そして、圧力パッド
    はさらに、圧力パッドのショルダに接触する突起要素を
    有するレバーによって、圧力パッドをカム作動フィンガ
    から遠去かる方向に回動させて可撓性チューブを間に挿
    入し易くするように、かつ、圧力パッドの解放の際に圧
    力パッドがチューブをカム作動フィンガの方へ押圧する
    ように、ばね負荷されている、 ことを特徴とするリニア蠕動ポンプ。
11. 【請求項１１】可撓性のチューブを挿入し、圧力パッド
    を解放した後、ポンプが作動しないときのチューブを通
    る流体の漏れを防止するために、少なくとも１つのフィ
    ンガがチューブを閉じることを特徴とする特許請求の範
    囲第10項に記載のリニア蠕動ポンプ。