JP3299751B2 - 摩擦のない注入ポンプシステム - Google Patents

摩擦のない注入ポンプシステム

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JP3299751B2 JP51899893A JP51899893A JP3299751B2 JP 3299751 B2 JP3299751 B2 JP 3299751B2 JP 51899893 A JP51899893 A JP 51899893A JP 51899893 A JP51899893 A JP 51899893A JP 3299751 B2 JP3299751 B2 JP 3299751B2
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  • Reciprocating Pumps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は供給チェンバー中に含有される医薬物質を、
ポンプに接続された注入チューブにより、患者の体内に
接続されたカテーテル中に連続的に注入するための電気
モーターおよびポンプを包含する種類の注入ポンプシス
テムであって、該ポンプは注入チューブの一部分を平坦
化するためのモーターにより駆動される平坦化手段を包
含しそれにより圧力を及ぼして医薬物質をカテーテル中
に注入するものである注入ポンプシステムに関する。
背景技術 ヒトの疾患は医薬物質を患者の体内に注入することに
より治療するようにますますなってきている。一例をあ
げれば、糖尿病の治療においては規則的な時間間隔で患
者にインスリン注射を行う必要がある。癌のような他の
疾患も医薬物質の注入により治療される。しかし針およ
び注射器を用いる頻回注射は規則的に注射が行われるか
に関して問題があり、さらにその上何回も注射を行った
後では皮膚に損傷を受ける。
解決法は、一般にポンプに連結された、埋込まれたチ
ェンバーでは、患者に接続されたカテーテルの入口で固
定された注入針のおかけで患者は連続治療を受けてき
た。
この技法によりもたらされる改善は、患者がポケット
中にあるいはベルトからぶら下げてポンプを携帯するこ
とであった。小型電気モーターにより駆動するポンプは
カテーテル中に連続して医薬物質を注入し、このように
して針と注射器による連続した注射を常に行わねばなら
ぬことなく必要な化学療法が提供される。
現在医薬物質を連続的に注入することを目的とした種
類のポンプがいくつか市場で入手できる。第１の種類は
ローラーのあるポンプである。これらのポンプにおいて
は、一般にローラーは電気モーターにより回転するシリ
ンダーの周辺部に置かれる。次にこのローラーが注入チ
ューブの一部分を平坦にする。このシステムは２つまた
はそれ以上のローラーが同時に注入チューブと接触する
ように配置される。従って、第１ローラーが注入チュー
ブをますます平坦化して内部の流れを阻止し、他方では
同時に第２ローラーが下流に動き、第１ローラーでの平
坦化により及ぼされた圧力によって先に平坦化されたチ
ューブの部分を空にして注入チューブ中への流れを誘起
する。かかる種類のポンプに関する文献としてはヨーロ
ッパ特許であるEP−19816号、EP−19817号およびEP−19
7179号をあげることができる。
ローラーつきポンプは、非常にシンプルではあるが、
注入チューブに平坦化する作用を及ぼす回転エレメント
を演ずるという欠点がある。必然的に、ローラーと注入
チューブとの間で摩擦が起き、それにより注入チューブ
の壁内に内部拘束が生じてその結果該壁が恒久的に変形
する。この壁の変形の結果は、注入用医薬物質の計測精
度が影響を受ける。従ってローラーつきポンプの精度は
約10〜15％である。かかる低い精度は高い注入精度を必
要とする物質には受容できない。
第２の種類のポンプはフィンガーを有する種類であ
る。このようなポンプでは、数個のフィンガーが注入チ
ューブを異なる場所で間欠的に平坦化させる。少なくと
も１個のフィンガーが１箇所で注入チューブを平坦化し
て注入チューブの上流の流れのどこかを遮断すると、他
の少なくとも１個のフィンガーが注入チューブに及ぼし
ていた圧力を下流で放離し、そしてそれにより平坦化フ
ィンガーと一緒に始まって医薬物質の下流への流れが可
能となる。
フィンガーつきポンプは注入チューブに沿って運動す
る回転エレメントが存在しないので、注入チューブ壁で
摩擦が起こるという欠点はない。それゆえこれらポンプ
はローラーつきポンプよりも正確である。フィンガーつ
きポンプでは５％を越える精度が得られうる。しかし不
運なことに後者ポンプは複雑なカムシステムが関与する
機械によるフィンガーの駆動を必要とする。この種のポ
ンプの精度をさらに高めるために、道具の動力学の複雑
さに沿ってフィンガーの数が増加されてきている。従っ
て米国特許第4,761,792号記載のポンプは７本のフィン
ガーを有する。複雑さのゆえにフィンガーのある小型化
ポンプの実現は不可能である。もう一つの欠点は、それ
らのうちの最小ではないが、フィンガー駆動システムの
複雑さには高い動力消費と電気モーターバッテリーをし
ばしば取替える必要を伴うことである。
やはり注入に用いられる第３の種類のポンプは米国特
許第2,818,815号およびヨーロッパ特許EP−Ａ−103073
号に記載のものである。この種類のポンプは、ポンプモ
ーターの駆動シャフトと組み合わさりそして前記シャフ
トと首振り運動アングルとも呼ばれるあるアングルをな
す軸を有する円盤形をした硬質部分を特徴とする。モー
ターが回転すると、モーター駆動シャフトと垂直をなす
平面にリングとして置かれた注入チューブを円盤の外側
リムが平坦化するようにモーターが振動性運動で円盤を
駆動させる。
上記した種類のポンプは、ローラーつきポンプにおけ
るそれのような回転エレメントを有しないし、あるいは
フィンガーつきポンプで必要とされるそれのような複雑
なエレメエントを有しないという点で前記した欠点を部
分的に解決するものである。しかしながら、振動性運動
で運動された円盤は回転しないと前記文献には記載され
ているが、それが回転するのを阻止するものは何もな
く、それゆえ円盤が注入チューブを平坦化すると同時に
注入チューブに摩擦を及ぼす。その上従来法記載のポン
プでは注入物質の流れを正確に制御できない。
発明の開示 それゆえ本発明の目的は前記問題を解決しそして高い
精度を有し、容易に小型化できそしてエネルギー消費の
少ない連続注入用ポンプシステムを提供することであ
る。
本発明の他の目的は、注入チューブとの摩擦を避ける
ために注入チューブ平坦化用の回転エレメントを何ら有
さず、そして容易に小型化でき動力消費を制限するため
に何ら複雑な機械エレメントを有しない注入ポンプシス
テムを実現することである。
本発明のさらにもう一つの目的は、米国特許第2,818,
815号に記載されるような硬質振動エレメントを有する
が、その振動エレメントはそれが振動する間回転するこ
とはない種類の注入ポンプシステムを提供することであ
る。
本発明のさらにもう一つの目的は振動エレメントが突
起部を有していて医薬物質の流れを正確に計量できるよ
うになっている前記した種類の注入ポンプシステムを提
供することである。
それゆえ本発明の目的は、供給チェンバー中に含有さ
れる医薬物質を、ポンプに接続された注入チューブによ
り、患者の体内に接続されたカテーテル中に連続的に注
入するよう設計された電気モーターおよびポンプを包含
する注入ポンプシステムであって、該ポンプシステムは
注入チューブの一部分を平坦となすためのモーターによ
り駆動される平坦化手段をさらに包含していて医薬物質
をカテーテル中に注入するために圧力を及ぼすものであ
り、注入チューブのこの部分は平面内に予め定められた
曲線形状に配置されており、そして前記平坦化手段は硬
質振動エレメントを包含していて該エレメントの外側リ
ムが前記予め定められた曲線形状に対応しそしてモータ
ー軸に対する幾何学的位置は硬質エレメントの軸が所定
のアングルでモーター駆動軸と交叉するようになってお
り、前記硬質エレメントはモーターが回転している期間
中垂直平面に対してその外側リムが注入チューブの第２
の部分の別の一部分を平坦化するようになっていてその
結果医薬物質が注入チューブに注入されるものである、
注入ポンプシステムを提供することである。
振動エレメントは固定されたエレメントにより保持さ
れたフォーク形状をした遮断手段を包含していて、駆動
軸に対して垂直な平面に関して硬質エレメントの回転運
動を阻止できるようになっており、それにより平坦化さ
れる注入チューブの一部分上での硬質エレメントの摩擦
をすべて回避できる。
図面の簡単な説明 添付図面に関して本発明を以下に詳細に説明すること
により、本発明はより良く理解されよう。
第１図は本発明によるポンプシステムの原理を示す概
略図である。
第２図は本発明によるポンプシステムの一形態の断面
図である。
第３図は第２図のポンプシステムの形態における平坦
化手段として用いられる環状プレートの垂直断面図であ
る。
第４図は本発明によるポンプシステムの別の形態の断
面図である。
第５図は６個の突起部を備えた振動エレメントにより
平坦化された注入チューブの部分の概略図および注入チ
ューブに関する突起部の配置を示す平面図である。
第６図は12個の突起部を備えた振動エレメントにより
平坦化された注入チューブの部分の概略図および注入チ
ューブに関する突起部の配置を示す平面図である。
第7a図は第６図の12個の突起部を有する振動エレメン
トの底面図である。
第7b図は第7a図の12個の突起部を有する振動エレメン
トの断面図である。
第8aおよび8b図は番号をふった６個の突起部を有する
振動エレメントの概略図およびかかる振動エレメントを
用いた場合の注入された医薬物質の時間に対する流れを
示すグラフである。
好ましい形態の記載 本発明の原理を第１図に示す。電気モーター10がシャ
フト14によりハブ12を回転させる。好ましくは金属製で
ある硬質円盤16がその軸18によりハブ12にハブ12の底部
の好ましくはハブの半径の半分である偏心点で接続され
ている。軸18はハブ12に対して幾何学的位置で固定され
ているがしかしその周囲を自由に回転する。軸18はハブ
軸20と３〜８度からなる首振り運動アングルPHIを形成
して、円盤18がハブ軸に垂直な平面とも同じアングルを
形成するようになっている。後者平面は図面中では水平
線として示されている。軸18は以下にその位置を精密に
示すポイントＸで軸20と交叉する。
モーター10により回転されると、ハブ12は円盤16を駆
動させて軸20の周囲を回転運動させそれによりその低い
方のポイントがハブ軸と垂直な平面に円22を描く。これ
は円盤16の軸18をハブ12の軸20と交叉させることにより
得られる（それによりさらに軸18が軸20と頂点Ｘとで円
錐を描く）。交叉ポイントＸは円22の平面内にあるのが
好ましい。事実、前記した特性は交叉ポイントＸが円22
の平面内にないがそれよりわずかに上または下にある場
合でもなお真実である。
円盤16の下方のポイントＡが円22を描くものである、
第１図に概略を示した構造により得られる特性は以下の
ように説明できる。もし円22の代わりに、平坦化できる
チューブまたは任意の他のエレメントが置かれた場合
は、このチューブまたはエレメントはポイントＡで円盤
16により平坦化されよう。チューブのこの平坦化は、全
システムがモーター10により駆動される間、軸18が頂点
Ｘの円錐を描く場合は円盤16はその軸18周囲の回転を阻
止される条件下で円盤16の側面からの摩擦はないであろ
う。この特性を一端は注入液供給チェンバーに接続され
他方の端が患者に接続されたカテーテルに接続されてい
るチューブの平坦化に使用でき、それにより注入液をカ
テーテル内に連続的に注入できる。
第１図に示される原理に基づくポンプシステムの実際
上の実施を第２図に言及して以下に記載する。第２図は
本発明によるポンプシステムの好ましい形態の断面図で
ある。すでに第１図に示すとおり、モーター10がシャフ
ト14によりハブ12に接続されている。このシャフト14は
ボルトまたはスクリュー30によるかまたは任意の他の手
段によりハブ12中に固定されている。
環状プレート32（第１図の円盤16に相当）がハブ12の
キャビティ35中に据えられたシャフト34によりハブ12に
対して予め定められた幾何学的位置に保持されるが、し
かし自身の周囲を自由に回転できる。シャフト34はシャ
フト34を受容するためのキャビティ35の底部に位置する
溝中に合致するジョイント36によりハブ12から分離する
のを阻止される。以下にさらに記載するとおり、環状プ
レート32は突起部38,40に特徴がある。第１図で説明し
たとおり、モーターがハブ12を回転させると第１図の円
盤16に相当する環状プレートが振動運動で動いて、固定
されたポイントＸでシャフト14の軸と交叉するシャフト
34の軸が頂点Ｘの円錐を描く。この運動中は、環状プレ
ート32はシャフト14の軸と垂直な平面中に位置する円を
描く低い方のポイントを有する。第２図の好ましい形態
においては、低い方のポイントは全運動中にわたり変化
する突起部の外側面と一致する。突起部の外側面は、そ
れが低い方の位置にある場合は、環状プレート32の低い
方のポイントにより描かれる円のところに位置する注入
チューブの一部分を平坦化する。従って、第２図に示さ
れるように、突起部40は低い方の位置にある場合に支持
スタンド45の溝内に置かれた注入チューブ42を平坦化す
る。環状プレートは複数の突起部を特徴とするので、別
の突起部が注入チューブを平坦化する位置にあり、それ
らのいくつかは突起部40に対して下流にあって最初の平
坦化期にあり一方突起部40に対して上流にある別のもの
はすでに注入チューブの放離期にあって、これらすべて
により医薬物質が注入チューブを流下することとなる。
本発明で目的としてあげられているように、第２図に
示されるシステムは注入チューブに対して摩擦がない設
計である。それを達成するには、環状プレート32がその
軸周囲を回転するのを阻止することが必要である。この
阻止は、ボール44と連続的に係合してはいるがそれと相
互固定されてはいない環状プレートで硬くロックされた
フォーク43により得られる。モーター10がハブ12を回転
させると、ハブ12のキャビティ35中で自由に回転するシ
ャフト34は、注入チューブが置かれた水平面に対しては
回転運動を有しない、なぜならボール44により保持され
たフォーク43により環状プレート32の回転が阻止される
からである。これと対照的に、シャフト34は基準として
のハブに対して回転運動する。ハブ12に挿入されたシャ
フト34の部分またはキャビティ35の壁上に“テフロン”
のような潤滑性コートを付着させる必要がある。
第３図は環状プレート32の垂直断面図を示す。この環
状プレートは６個の突起部を特徴とし、そのうち４個を
みることができ、突起部38と40が第３図に示されてお
り、突起部46と48、および他の２個の突起部は突起部46
と48によりかくされている。この図面中にはまた環状プ
レート32がそれ自体の周囲を回転するのを阻止するフォ
ーク43も示されている。これら突起部の末端表面は環状
プレートの中央平面に対してあるアングルをとることが
でき、それにより所定の突起部が低い方の位置にあって
注入チューブを平坦化する場合に注入チューブの平面と
実質的に平行となることができる。これら末端表面はま
た注入チューブを損傷しないよう丸味を帯びることもで
きる。
第２の形態を第４図の断面図に示す。示されるとおり
環状プレート32のシャフト34が一部分のみを示すハブ12
の内部にボールおよびソケットジョイントにより捉えら
れている。シャフト34と相互依存性の（シャフト34にし
っかりと取り付けられた）ボウル50はハブ12のソケット
52内を自由に運動できる。同じ様式で、シャフト34の他
の末端も固定スタンド54のキャビティ53中を自由に運動
できるボール52と相互依存性である。環状プレート32は
一方ではナット56により遮断され、他方ではスプリング
58により該ナットに隣接して維持される。第２図に示さ
れる形態と同じ様式で、環状プレート32は突起部を特徴
とし、そのうち突起部60と62が示され、注入チューブ64
を平坦化する位置にいる場合の突起部62が示される。注
入チューブ64は支持スタンド68の溝66内に受容されてい
る。
突起部の数は以下から判るとおり変動できる。しかし
この数がどうであろうと、突起部は平坦化すべきチュー
ブ部分が明らかに全く存在しない場所である、注入チュ
ーブの入口と出口の間の位置の上方に突起部がくること
のないような様式で環状プレート周囲に分配されるべき
である。従って、６突起部の場合の入口70と出口72の間
の注入チューブのリング部分を示す第５図または12突起
部を有する環状プレートの場合の同じ注入チューブを示
す第６図のいずれかから判るとおり、突起部が入口70と
出口72の間の、注入チューブが何もない位置の上方にく
ることはない。
環状プレート中の突起部の数が多くなればなるほど、
医薬物質の流れを調節する精度が高くなる。事実、これ
ら突起部により、常に１個の突起部は注入チューブを平
坦化している条件下で液体を注入チューブ中に個別量ず
つ注入することが可能となる。もし、所定の時刻に、低
い方の位置に何も突起部が存在しないと、注入チューブ
に沿って上流へ医薬物質が逆流する危険がある。従って
突起部がその平坦化から放離せんとするときは別の突起
部が低い方の位置に到達しようとしていることが必要で
ある。この条件下で、環状プレートにより多数の突起部
が存在する場合はより高い精度で液体が注入系内に入れ
られる。
その上、突起部は注入チューブ内に圧力ピークを誘発
させ、それにより注入チューブのはるかな末端先端で凝
血塊が生成するのを回避できる。第５図および第６図に
示されるとおり、突起部の合計表面は環状プレートの合
計表面のおよそ半分である。この50％なる値が好ましい
が、本発明の範囲から逸脱することなく増大または減少
することさえ可能である。50％では、各回転で移動する
液体量はリング中の注入チューブ内にある全量の約50％
である。第7a図は第６図に示される12突起部を有する形
態における環状プレート32の底面図である。第7b図は、
平面Ａによる第7a図に示される環状プレートの断面図で
あり、環状プレートがそれ自身の周囲を回転するのをフ
ォーク43が阻止するのが示される。
突起部の数は首振り運動アングルにも関連する。広い
首振り運動アングル（約８度）では明らかに突起部が相
互に近接していることを要し、それゆえ流れが逆流する
問題を回避するには非常に多数の突起部を必要とする。
これと対照的に首振り運動アングルが狭いと（約３
度）、数多くの突起部は必要としない。上記した理由づ
けは環状プレート寸法がどうであろうと適用できること
に注意すべきである。しかしながら、所定数の突起部に
ついての最適アングルは環状プレート直径に従って変動
する。
第8a図および8b図は第５図におけると同じ６突起部を
有する環状プレートを有するポンプを示す。第8a図で
は、突起部は矢印で示されるポンプの回転方向に従って
番号付けされている。このことは、入口70に続く注入チ
ューブが初めに突起部１により平坦化され、次に突起部
２と続きこのようにして液体を注入チューブの出口72の
方向に移動させることを意味する。出口72から注入チュ
ーブに注入される液体流れＤはこうして第8b図における
ような時間のパルス函数として表わすことができる。こ
れは注入チューブ中への液体の注入は突起部１〜５が低
い方の位置にある場合に最大となり、そして突起部６が
低い方の位置に到達したときに最小となるという事実か
らくるもので、このことは第８図のＴの現在値と低い方
の位置にある突起部の数字との間の下記対応表に示され
る。
第２−８図の形態において示される環状プレートは注
入チューブの平坦化用に設計された突起部を特徴とする
が、他の形状も使用できることは当業者には自明であろ
う。従って、環状プレートの外側面がシヌソイドプロフ
ィルを有するように設計することも可能である。環状プ
レートの外側面は第１図の円盤のそれのように先端が切
られているかあるいは平面ですらあることができる、但
し後者形状は良好な結果を生じるとは思われない。
図面に示される形態においては、注入チューブの平坦
化できる部分は環状またはリング状である。しかしなが
ら、環状とは異なる曲線形状による平面に注入チューブ
を置いて、この曲線形状に相当する外側リムを有する円
盤を用いることも可能である。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】供給チェンバー中に含有される医薬物質
    を、ポンプに接続された注入チューブ（42）を通って、
    患者の体内に接続されたカテーテル中に連続的に注入す
    るよう設計された、電気モーター（10）および該モータ
    ーにより駆動されるポンプを包含する注入ポンプシステ
    ムであって、該ポンプは前記モーターの駆動シャフト
    （14）軸と予め定められたアングルを有する軸（18）に
    より駆動される平坦化手段を包含し、前記平坦化手段は
    硬質振動エレメント（16）を包含しておりこのエレメン
    ト（16）の外側リムは、注入チューブの一部分を平坦化
    するための前記駆動シャフト（14）軸と垂直な平面に予
    め定められた曲線形状（22）に配置された前記注入チュ
    ーブの一部分と対面していてそれにより圧力を及ぼしそ
    してモーターの回転中は医薬物質をカテーテル中に注入
    するようになっている注入ポンプシステムであって、前
    記システムは前記硬質振動エレメントが固定されたエレ
    メント（44）により保持されたフォーク形状の遮断手段
    （43）を包含していて、前記硬質エレメントが前記駆動
    シャフト軸と垂直な平面に対して回転運動するのを阻止
    し、それにより前記注入チューブの前記一部分上の前記
    硬質エレメントのすべての摩擦を回避するところに特徴
    がある注入ポンプシステム。
  2. 【請求項２】前記硬質エレメント（16）が実質的に環状
    形を有しそして前記注入チューブの一部分が駆動シャフ
    ト軸と垂直な前記平面で円（22）の弧に従って配置され
    ていることを特徴とする請求の範囲１記載のシステム。
  3. 【請求項３】前記硬質エレメント（16）が、外側リムに
    突起部（38,40）のあることが特徴である環状プレート
    （32）の形状を有しており、これら突起部（38,40）は
    円の弧の形状における注入チューブの前記部分を平坦化
    することを特徴とする請求の範囲２記載のシステム。
  4. 【請求項４】前記硬質エレメント（16）の軸（18）が前
    記駆動シャフト軸に対して垂直な平面と接して位置する
    ポイント（Ｘ）で駆動シャフト（14）軸と交差すること
    を特徴とする請求の範囲２または３記載のシステム。
  5. 【請求項５】前記モーター（10）がハブ（12）を回転さ
    せ、そして前記硬質エレメントが前記ハブのキャビティ
    中に自由に据えられたシャフト（34）にしっかりと取り
    付けられてあってそれによりハブがモーターで駆動され
    た場合は前記キャビティ内で自身の軸の周囲を回転でき
    るようになっていることを特徴とする請求の範囲１〜４
    のいずれか１項記載のシステム。
  6. 【請求項６】前記モーター（10）がハブ（12）を回転さ
    せ、そして前記硬質エレメントがボール（50）を有する
    前記ハブ中に自由に据えられたシャフト（34）にしっか
    りと取り付けられてあってそれにより前記ハブが前記モ
    ーターにより駆動された場合に自身の軸の周囲を回転で
    きるようになっていることを特徴とする請求の範囲１〜
    ５のいずれか１項記載のシステム。
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