JP3785643B2 - 輸液装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は輸液装置及び送液チューブに係り、特に、薬液を患者の体内に送り込むための輸液装置として、並びに、その構成要素である送液チューブとして好適な構造に関する。
背景技術
病院などにおいて患者に薬液を注入する場合には、薬液袋を吊り下げた状態にして、薬液袋に合成樹脂製の輸液チューブを接続し、輸液チューブの先端に針を取り付けて患者の血管などに挿入する点滴法が一般的に用いられているが、薬液量を精密に制御したい場合や安全性を高めるために薬液を強制的に患者の体内に送り出すように構成された種々の輸液装置が用いられる場合がある。
これらの輸液装置のうち或る種のものには、可撓性の送液チューブをしごくことによって送液チューブ内の薬液を送り出すようにしたペリスタルティック型の輸液ポンプが用いられる場合がある。ペリスタルティック型の輸液ポンプとしては、可撓性の送液チューブを半円状に屈曲させて配置し、送液チューブの屈曲部の内側に設けた回転可能なアームの先端に取り付けられたローラによって送液チューブの屈曲部を内側からしごき、薬液を送り出すように構成されたロータリ式の輸液ポンプと、複数のフィンガ（加圧部材）を送液チューブの薬液送り出し方向に向けて送液チューブの外面に順次押し付けていることにより薬液を送り出すフィンガ式の輸液ポンプとが用いられている。
ロータリ式の輸液ポンプは構造が比較的簡単であるという利点があるが、微量の薬液の送り出し量を精密に制御することが比較的困難であり、また、送り出し部の小形化にも適したものとは言えない。
上記フィンガタイプの輸液ポンプの典型例としては、特公昭６１−５５３９３号公報に記載されたものがある。この輸液ポンプは、回転軸に取り付けられた複数枚のカム板のそれぞれにフィンガを係合させ、回転軸の回転に伴うカム板の回転動作によりフィンガを送液チューブに対して出没動作させるように構成したものである。このようなフィンガを用いたペリスタルティック輸液ポンプは、薬液の注入圧を高くすることができ、微量な薬液量に対する制御精度も高いという利点がある。しかし、多数のフィンガを高精度に駆動する必要があるために構造が複雑になり、製造コストの低減が困難であり、また、小形化も難しい。
一方、輸液装置と同等の機能を有するものとしては、合成ゴムなどからなるバルーンの内部に予め薬液を入れておき、バルーンの収縮力により薬液を押し出すように構成したバルーン式輸液器具を用いるものもある。この輸液器具は構造がきわめて簡単であり、安価に製造できるという利点がある。しかしながら、バルーンを用いた輸液器具においては、バルーン内に残っている薬液量によって薬液の吐出圧力が変動し、したがって薬液の供給速度も変動する。具体的には通常、当初圧力に対して輸液時間が経過していくに従って吐出圧力が漸減し、供給量も低下していく。このように薬液の供給圧力及び供給量が変動し、しかも、薬液の供給速度を制御することが困難である。
ところで、医療分野においては、患者の負担を低減するために長時間かけて微量の薬液を投与する必要性があり、長時間の薬液の投与を可能にするためにも携帯型の輸液装置に対する期待がある。携帯型の輸液装置を実現するためには輸液装置の小形化、軽量化の達成が欠かせないが、従来の輸液装置においては良好な携帯性を獲得するに充分な小型化、軽量化のための構造が提案されていない。さらに、微量の薬液を高い精度で患者の体内に投与するための充分な技術的解決が図られていないという問題点もある。
発明の開示
本出願に係る第１の発明は、可撓性の送液チューブと、該送液チューブを一方から支持する支持部材と、前記送液チューブに対して前記支持部材の反対側に隣接し、前記送液チューブの延長方向に対して略平行な回転軸を備えた回転駆動体とを有し、該回転駆動体の外周面上には、前記送液チューブを押圧する１又は複数の押圧突出部を一体的に備え、該押圧突出部は、前記回転駆動体の外周面上において螺旋状に形成され若しくは螺旋状に配列されていることを特徴とする輸液装置である。
本出願に係る第２の発明は、可撓性の送液チューブと、該送液チューブを一方から支持する支持部材と、前記送液チューブに対して前記支持部材の反対側に隣接し、前記送液チューブの延長方向に対して略平行に配列された複数のフィンガとを有し、該フィンガを前記送液チューブに対して作用させて前記送液チューブを押圧するように構成されており、前記フィンガ若しくは前記フィンガを駆動するための駆動部材を加熱若しくは冷却するための熱移動手段を設け、前記フィンガ若しくは前記駆動部材を、前記熱移動手段による熱移動により前記送液チューブを押圧するように変形する熱変形材で構成したことを特徴とする輸液装置である。
本出願に係る第３の発明は、少なくとも部分的な可撓性によって外部応力を受けて変形し、該変形によって内部の薬液を送り出すようにするための送液チューブであって、少なくとも一方が弾性素材若しくは可撓性素材からなる板状部を備えた一対の構成部材を設け、該構成部材の幅方向の両側を相互に接合して接合部を形成し、該接合部の間に画成される前記構成部材間の間隙を液通路として構成したことを特徴とする送液チューブである。
本出願に係る第４の発明は、薬液を加圧する液加圧手段と、該液加圧手段に連結された可撓性の送液チューブと、該送液チューブを一方から支持する支持部材と、前記送液チューブに対して前記支持部材の反対側に隣接し、前記送液チューブの延長方向に対して略平行に配列された少なくとも最上流部に配置された第１のフィンガ、最下流部に配置された第２のフィンガ及び前記第１のフィンガと前記第２のフィンガとの間に配置された１又は複数の第３のフィンガとを有し、前記第１、第２及び第３のフィンガを前記送液チューブに対して作用させて前記送液チューブを押圧可能に構成されており、前記第２のフィンガが前記送液チューブを押圧している状態で前記第１のフィンガによる前記送液チューブの押圧を行う工程と、前記第２のフィンガによる押圧を解除し、前記第３のフィンガにより前記送液チューブを押圧する工程と、前記第２のフィンガにより前記送液チューブを押圧して前記第１のフィンガによる押圧を解除し、前記第３のフィンガによる押圧を解除する工程とを順次繰り返して薬液を吐出するように構成された輸液装置である。
本出願に係る第５の発明は、薬液を加圧する液加圧手段と、加圧された薬液を輸送するための輸液経路と、前記輸液経路の途中に設けられた輸液ポンプとを有し、前記輸液ポンプには、ポンプ入口に設けられた導入弁と、前記導入弁の内側に形成されたポンプ室と、ポンプ出口に設けられた吐出弁と、前記ポンプ室の容積を変化させて薬液を吐出させるための吐出機構とを設け、前記吐出弁の閉鎖した状態で前記導入弁の閉鎖を行う工程と、前記吐出弁を開放し、前記吐出機構による前記ポンプ室の容積低減を行う工程と、前記吐出弁を閉鎖して前記導入弁を開放し、前記ポンプ室の容積を復元する工程とを順次繰り返して薬液を吐出するように構成された輸液装置である。
上記各発明は、従来の輸液装置に対して、いずれも、部品点数の削減、構造の簡易化などによって装置の小形化、軽量化を図ることができると同時に、微量な薬液を高い精度で供給することができるという技術的貢献を共通に果たすことができるものである。
なお、上記各発明において、送液チューブとは内部の薬液をチューブの延長方向に送り出すために変形させられる可撓性のチューブであり、例えば、輸液装置の内部において配置される合成樹脂などによって構成されるものである。一方、本明細書中に記載された輸液チューブとは、輸液装置から送り出される薬液を患者に供給するためのチューブのことであり、通常は点滴に際して用いられる薬液袋に接続されるものと同等のものが使用される。送液チューブは繰り返し変形に対して充分な耐久性を備えた特殊な材質からなるものであることが好ましいが、輸液チューブと同様の素材からなるものでも良く、或いは輸液チューブの一部を送液チューブとして用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
第１図は第１の発明に係る第１実施形態の主要部を示す一部断面正面図である。
第２図は第１の発明に係る第１実施形態の主要部を示す横断面図である。
第３図は第１の発明に係る第１実施形態の異なる状態を示す一部断面正面図である。
第４図は第１の発明に係る第２実施形態の主要部を示す一部断面正面図である。
第５図は第１の発明に係る第２実施形態における回転駆動体の平面図である。
第６図は第１の発明に係る第３実施形態の主要部を示す横断面図である。
第７図は第１の発明に係る第４実施形態の主要部を示す横断面図である。
第８図は第１の発明に係る第４実施形態の介挿板の平面形状図である。
第９図は第２の発明に係る第１実施形態の内部構造を示す正面図である。
第１０図は第２の発明に係る第１実施形態の内部構造を示す左側面図である。
第１１図は第２の発明に係る第１実施形態におけるサーマルアレイの発熱部の断面構造を示す拡大断面図である。
第１２図は第２の発明に係る第２実施形態の主要部分を示す概略斜視図である。
第１３図は第２の発明に係る第３実施形態の主要部分を示す概略縦断面図である。
第１４図は第２の発明に係る第４実施形態の主要部分を示す概略縦断面図である。
第１５図は第２の発明に係る第４実施形態の主要部分を第１４図に示す断面と直交する断面について示す概略縦断面図である。
第１６図は第２の発明に係る第４実施形態におけるフィンガの構造及び配置（配列）状態を示す概略拡大平面図である。
第１７図は第３の発明に係る第１実施形態の送液チューブの概略構造を示す部分斜視図である。
第１８図は第３の発明に係る第１実施形態の断面構造を示す縦断面図である。
第１９図は第３の発明に係る第１実施形態の変形状態を示す縦断面図である。
第２０図は第３の発明に係る第２実施形態の送液チューブの概略構造を示す部分斜視図である。
第２１図は第３の発明に係る第２実施形態の断面構造を示す縦断面図である。
第２２図は第３の発明に係る第２実施形態の変形状態を示す縦断面図である。
第２３図は第３の発明に係る第２実施形態を用いた輸液ポンプの構造を示す概略斜視図である。
第２４図は第３の発明に係る第２実施形態を用いた輸液ポンプの断面構造を示す縦断面図である。
第２５図は第３の発明に係る第２実施形態を用いた輸液ポンプにおける第２実施形態が変形している状態を示す縦断面図である。
第２６図は第３の発明に係る第３実施形態の構造を示す概略斜視図である。
第２７図は第３の発明に係る第１又は第２の実施形態と輸液チューブとを接続するための接続コネクタの形状を示す概略斜視図である。
第２８図は第４の発明に係る実施形態の構造を示す概略構成図である。
第２９図は第４の発明に係る実施形態における薬液の加圧構造を示す概略断面図である。
第３０図乃至第３３図は第４の発明に係る実施形態における輸液ポンプの動作状態を示す概略説明図である。
第３４図は第５の発明に係る実施形態の構造を示す概略構成図である。
第３５図乃至第３８図は第５の発明に係る実施形態における輸液ポンプの動作状態を示す概略説明図である。
第３９図は第１の発明、第２の発明、第４の発明及び第５の発明に係る各実施形態に共通に用いることのできる輸液装置の全体構成を示す概略構成図である。
第４０図は第１の発明、第２の発明、第４の発明及び第５の発明に係る各実施形態に共通に用いることのできる輸液装置の外観を示す概略正面図である。
発明を実施するための好ましい形態
本発明をより詳細に説明するために、添付図面を参照して以下に好ましい複数の実施形態についてそれぞれ説明する。
［第１の発明に関する実施形態］
第１の発明は回転駆動体の外周上において螺旋状に形成された押圧突出部、或いは、螺旋状に配列された複数の押圧突出部を設け、回転駆動体を回転させることにより、押圧突出部による送液チューブの被押圧部分を移動させてゆく方法で薬液を送り出すものである。
（第１実施形態）
第１図は本発明に係る第１実施形態の輸液装置の主要部を示す正面図、第２図は第１実施形態の輸液装置の主要部を示す横断面図である。この輸液装置においては、基板１０に対してスプリング１１を介して支持板２２が取り付けられている。この支持板２２に対向する位置には、回転軸部２３を備えた円筒状の回転駆動体２４が回転可能に配置されている。この回転軸部２３は回転駆動体２４と一体になっているが、別の実施態様としては回転軸部２３と回転駆動体２４とが別体で構成され、接着や溶着などにより互いに固着されていてもよい。支持板２２と回転駆動体２４との間には送液チューブ１６が配置される。このとき、回転軸部２３及び回転駆動体２４の軸線は送液チューブ１６の延長方向（図示上下方向）に対し平行になっている。
回転駆動体２４の外周面上には、その軸線を中心にして螺旋状に伸びる押圧突出部２４ａが一体に形成されている。この押圧突出部２４ａは後述するシート２５を介して送液チューブ１６を押圧し、可撓性の送液チューブ１６を押しつぶすように構成されている。回転軸部２３が図示しない駆動モータなどの稼働によって回転すると、回転駆動体２４の外周面上の押圧突出部２４ａもまた共に回転し、その結果、押圧突出部２４ａによる送液チューブ１６の被押圧部分は、徐々に下方に移動していく。
回転駆動体２４の外側には、上記送液チューブ１６との間に円筒状の可撓性のシート２５が介挿されている。このシート２５は、その上下端部が基板１０及び支持板２２に対して直接若しくは間接的に固定されている。シート２５は、回転駆動体２４の押圧突出部２４ａが送液チューブ１６に直接接触することによって送液チューブ１６が回転駆動体２４の回転方向に摩擦応力を受けて捻れなどを起こすことを抑制するものであり、好ましくは、少なくとも回転駆動体２４に接触する側の面が低摩擦になるように構成されていることが好ましい。
シート２５は、上述のように送液チューブ１６に対して不要な方向の応力を発生させないためにも基板１０及び支持板２２に対して直接若しくは間接的に固定されていることが最も好ましい。しかし逆に、回転軸部２３及び回転駆動体２４に対して直接若しくは間接的に固定されていてもよい。この場合には、シート２５の送液チューブ１６に接触する側の面が低摩擦に構成されていることが好ましい。なお、シート表面の摩擦力を低減するには、シートそのものを摩擦の少ない材質で構成する他、シート表面に低摩擦性のコーティングを施してもよい。
第２図に示すように、支持板２２は回転駆動体２４を図示右側から包み込むように形成された断面円弧状の対向面２２ａを備えており、この対向面２２ａによって回転駆動体２４の表面を包摂するシート２５との間において送液チューブ１６を挟持している。
回転駆動体２４が回転すると、その外周面に形成された螺旋状の押圧突出部２４ａもまた回転し、押圧突出部２４ａのうち送液チューブ１６を押圧している部分が徐々に下方に移動していく。この押圧部分が支持板２２の下端部まで移動すると、第３図に示すように、支持板２２の上端部の近傍において押圧突出部２４ａが送液チューブ１６を押圧するようになり、この押圧部分は支持板２２の上端部から再び下方に向けて移動する。このような押圧部分の下方への移動動作（蠕動動作）は繰り返し行われ、送液チューブ１６内の薬液は図示下方に送り出され続ける。
本実施形態では、支持板２２の上下方向の長さと押圧突出部２４ａのピッチとがほぼ同様の値となっており、押圧突出部２４ａによって押圧される押圧部分が送液チューブ１６の支持板２２に接触する部分内に常時必ず一カ所存在するように構成されている。ここで、押圧突出部２４ａの螺旋形状のピッチは支持板２２の上下方向の長さ以下であって、かつ、送液チューブ１６及びシート２５の可撓性に対応した変形可能な最小径以上の範囲内になっていればよい。この場合、押圧突出部２４ａの螺旋ピッチをより小さく形成することにより、複数箇所で送液チューブ１６が押圧されていても構わない。さらに、押圧突出部２２の螺旋形状のピッチが支持板２２の上下方向の長さより大きくても、薬液の制御されない流れが発生する可能性はあるものの、薬液の送り出し自体は可能である。実際には螺旋ピッチが支持板２２の長さを僅かに越えていてもほとんど支障はない。これとは逆に、上記ピッチが送液チューブ１６及びシート２５の変形可能な最小径未満である場合には、輸液ポンプのポンプ能力自体が失われるか、或いはポンプ能力の効率が低下する。
本実施形態では、回転駆動体２４を回転軸部２３に取り付け、回転させるだけでポンプ動作が可能になるため、従来のフィンガ式の輸液ポンプのように多数のカム板と押圧フィンガとから構成される組立体を設ける必要がないため、極めて簡単な構造で確実な送液機能を発生することができる。したがって、簡単な構造により従来よりも小型化が可能になり、部品点数が低減されるとともに組立性も向上することから安価になり、しかも故障を少なくすることができるので安全性、メンテナンス性も向上する。
特に、本実施形態においては、回転駆動体の外周面上に螺旋形状の押圧突出部を設けることにより、従来のフィンガ式の輸液ポンプとは異なり、無段階的及び連続的に送液チューブをしごく（延長方向に押圧部を移動させる）ことができるので、スプリング１１にて押し付けられた支持板１２の振動をなくし、薬液の押し出しも効率的に行うことができ、ポンプ効率を向上させることができる。また、薬液の脈動も抑制できる。
本実施形態では、従来のフィンガ式の輸液ポンプにおいてなされている種々の改良された方式を同時に採用することもできる。たとえば、輸液ポンプの動作周期に起因する薬液の供給圧力若しくは供給速度の脈動を低減するために、薬液の脈動周期と同期して送液チューブ１６の薬液通過断面積を変えるように出没する押圧フィンガを併設してもよい。この押圧フィンガは薬液の脈動を相殺するように動作するので、脈動を緩和させ、定常的な薬液の流れを作り出すことができる。また、送液チューブ内の薬液の閉塞検出を行って警報を発する機能を設けるために、送液チューブ１６の上流側の内圧と下流側の内圧の差、すなわちポンプ入口と出口とにおける薬液の圧力差を検出する機構を設けてもよい。
（第２実施形態）
次に、第４図及び第５図を参照して本発明に係る第２実施形態について説明する。この実施形態は、第１実施形態と同様の、基板１０、スプリング１１、支持板２２、回転軸部２３及びシート２５を備えているが、回転駆動体２４の代わりに回転駆動体３４を備えている点で相違する。この回転駆動体３４は、回転軸部２３に対して固定されているとともに回転軸線に対して偏芯した複数の円盤状の駆動部３４ａを備えている。この回転駆動体３４は、第５図に示すように、同じ形状の複数の駆動部３４ａを回転軸部２３の軸線を中心にして順次４５度ずつ回転移動させた形状を備えている。
この回転駆動体３４は、マイクロ３次元加工の可能な工作機械によって一体の軸材から削りだしてもよく、また、各駆動部３４ａのそれぞれを切削、プレス加工、鍛造などにより成形した後、隣接する駆動部３４ａ間の位相差θ（第５図を参照）が４５度になるように相互に接着、圧着、溶接などにより一体化してもよい。さらに、各駆動部３４ａは直接に相互に固定されていなくても、たとえば、回転軸部２３に対して個々に固定されることにより、間接的に一体化されていてもよい。
この実施形態では、偏芯した各駆動部３４ａの平面形状を円形にしてもよく、或いはまた、円形をゆがめた形状にしてもよい。また、各駆動部を偏芯させるのではなく、すべて同芯に配置するが、単に外周面において他より突出した突起部を設け、該突起部の角度位置を相互にずらしたものであってもよい。いずれにしても、各駆動部３４ａにおいては、回転軸部２３の軸線から最も突出した押圧突出部３４ｂが外周面のいずれかに必ず形成されており、この押圧突出部３４ｂが隣接した駆動部においては位相差（４５度）だけずれることにより、回転駆動体３４の外周面上において複数の押圧突出部３４ｂが上記位相差の間隔で全体として螺旋状に配列されていることとなる。
本実施形態では、隣接する駆動部間の位相差θを４５度としているが、たとえば、位相差を２０度、３０度、３６度、６０度などの、１回転角に対する約数に相当する値としてもよい。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について第６図を参照して説明する。この実施形態では、回転軸部２３及び回転駆動体２４の構造は第１実施形態と全く同様である。この実施形態が第１実施形態と異なるのは、可撓性のシート２８が送液チューブ１６の周りを取り囲んでいる点である。シート２８は送液チューブ１６の周りを取り囲むとともに、その端部が支持板２６に対して固定部材２７により取り付けられている。シート２８の支持板２６に対する固定位置は、回転駆動体２４における送液チューブ１６側の回転接線に沿った方向であって、送液チューブ１６から見て（送液チューブ１６を基準として）回転駆動体２４が回転していく向きとは反対側にずれた位置である。
この実施形態では、シート２８が送液チューブ１６をほぼ取り囲んでおり、シート２８は回転駆動体２４の回転運動に従ってその摩擦力により送液チューブ１６を移動させようとする向きの反対側で固定され、シート２８により送液チューブ１６が回転駆動体２４の回転方向に移動しないように保持されているため、シート２８と回転駆動体２４との間に摩擦力が存在しても、送液チューブ１６の捻れなどが発生しにくい。
なお、本実施形態のシート２８に関する構成は、上記第２実施形態の回転駆動体３４を用いる場合にも同様に適用することができる。
（第４実施形態）
第７図には、本発明に係る第４実施形態の構造を示す。この実施形態では、第１実施形態と同様に構成された回転軸部２３及び回転駆動体２４と送液チューブ１６との間に、薄い金属素材からなる櫛歯状の仕切板３８が介在している。この仕切板３８には送液チューブ１６の延長方向に順次形成された複数のスリットが設けられ、このスリットによって複数の短冊状のリード片３８ａが形成されている。仕切板３８にはスリットの形成されていない基部に複数の取付孔３８ｂが形成されている。この取付孔３８ｂを挿通する固定部材３７により仕切板３８は支持板３６に対して固定される。
この実施形態では、回転駆動体２４が回転すると押圧突出部２４ａが仕切板３８のリード片３８ａの一つを変形させて間接的に送液チューブ１６を変形させる。リード片３８ａはスリットを深く形成することによって互いに独立して変形するので、押圧突出部２４ａの接触部の位置変化を送液チューブ１６に伝えることができる。回転駆動体２４の押圧突出部２４ａは回転方向に移動することのないリード片３８ａを介して送液チューブ１６に応力を与えるので、回転駆動体２４の回転方向への送液チューブ１６のねじれや撓みを低減することができる。
なお、本実施形態の仕切板３８に関する構成は、上記第２実施形態の回転駆動体３４を用いた場合にも適用することができる。また、上記仕切板が充分な可撓性を備えたシート状のものであれば、スリットを形成せず、一体のシートとして一端を回転駆動体２４の回転接線方向の回転方向に対して反対側の位置において固定し、回転駆動体２４と送液チューブ１６の間に介挿してもよい。
［第２の発明に関する実施形態］
第２の発明は、熱を受けたり熱を放出したりすることによって変形する熱変形材を用いて送液チューブを押圧する構造を備えた輸液ポンプに関するものである。
（第１実施形態）
次に、添付図面を参照して第２の発明に係る第１実施形態について説明する。第９図は本発明に係る輸液ポンプの第１実施形態の内部構造を模式的に示す正面図、第１０図は第１実施形態の内部構造を模式的に示す左側面図である。この実施形態では、軟質の合成樹脂などで形成された可撓性の送液チューブ４０に対して、複数のフィンガ４１を送液チューブ４０の軸線方向に沿って配列させてある。フィンガ４１には、略水平に伸びる帯状の吸熱部４１ａと、この吸熱部４１ａから屈折して垂直に伸びる立ち上がり部４１ｂと、立ち上がり部４１ｂの先端から再び屈曲して水平に伸びる作用部４１ｃとが形成されている。吸熱部４１ａ及び立ち上がり部４１ｂは銅若しくは銅合金などの熱良導体で構成され、作用部４１ｃは熱膨張率の異なる２種の金属が積層されてなるバイメタル構造を備えている。
作用部４１ｃの下方には上述の送液チューブ４０が配置され、この送液チューブ４０は支持板４２に支持されている。支持板４２はスプリング４３を介して基台４４に取り付けられている。本実施形態における送液チューブ４０は孔径０．１ｍｍ程度の透明樹脂チューブである。従来の送液チューブは孔径０．４ｍｍ程度までのものが一般的であるが、本実施形態では、駆動部分を小型化するとともに、チューブの可撓性を上げるためにその孔径を小さくし、さらにその壁も薄く形成してある。
フィンガ４１の吸熱部４１ａの下面はサーマルアレイ４５の表面上に形成された複数の発熱部４５ａの各々にそれぞれ接触しており、また、吸熱部４１ａの上面は銅などの熱良導体からなる放熱部材４６に接触している。放熱部材４６は図示しない放熱フィンなどに接続されていてもよい。サーマルアレイ４５はフレキシブル回路基板４７に導電接続されている。
サーマルアレイ４５の発熱部４５ａは、第１１図に示すように、セラミックス製の基板４５０の上に無機ガラスなどからなる耐熱層４５１を形成し、この耐熱層４５１の上にＴａ₂Ｎの薄膜からなる発熱抵抗層４５２を形成し、発熱抵抗層４５２にＡｌなどからなる配線層４５３，４５４を接触させ、さらに、これらの上に酸化シリコン、酸化タンタルなどの絶縁性の保護膜４５５を形成したものである。上記配線層４５３，４５４は、フレキシブル回路基板４７に形成された配線パターンを介して、図示しない制御装置のヘッド駆動回路に接続されている。このように構成された複数の発熱部４５ａは基板４５０の表面上に配列され、この配列された発熱部４５ａ毎に上記複数のフィンガ４１の吸熱部４１ｃが接触している。
フィンガ４１の吸熱部４１ｃは、上述のサーマルアレイ４５の発熱部４５ａと放熱部材４６との間に挟持されている。組立性を向上させるとともにメンテナンス性を高めるためには、吸熱部４１ｃは、発熱部４５ａと放熱部材４６に対して固着されることなく、単に加圧接触しているだけであることが好ましい。
この実施形態では、図示しない制御装置からの制御信号によってサーマルアレイ４５の複数の発熱部４５ａに対してそれぞれ独立して通電できるように構成されている。通電により発熱部４５ａが発熱すると、これに接触しているフィンガ４１は加熱し、第１０図に点線で示すように作用部４１ｃは下方に湾曲する。作用部４１ｃの下方への湾曲により送液チューブ４０は上方から押圧されて押しつぶされるように変形する。
一方、発熱部４５ａへの通電を停止すると、フィンガ４１は放熱部材４６によって冷却され、作用部４１ｃの温度も低下するため、第１０図に点線で示す状態から実線で示す状態に復帰する。
本実施形態では、第９図に点線で示すように、複数のフィンガ４１の作用部４１ｃを少しずつ位相をずらして周期的に加熱駆動することにより、作用部４１ｃが送液チューブを押しつぶす部分Ａを図示右側に順次移動させていくことができ、このことにより、送液チューブ４０の内部に存在する薬液を図示右側に送り出すことができる。
本実施形態によれば、フィンガ４１を熱的に駆動することによって変形させて送液チューブ４０内の薬液を送り出すようにしているので、動作部分がフィンガ４１の作用部４１ｃのみであって、大型の動力源や動力伝達機構が不要になるため、構造が非常に簡単になることから小型化が容易になるとともに、部品点数が削減され、組立も容易になることから、製造コストを低減することができる。さらに、電動モータ、ギア、カム、リンクなどの機械的動作を伴う部材を不要とすることができるので、騒音を低減することができる。
なお、上記実施形態ではフィンガ４１の作用部４１ｃをバイメタルにて形成しているが、フィンガ４１を形状記憶合金にて構成し、加熱によって作用部４１ｃが変形するように構成してもよい。形状記憶合金としては、Ｔｉ−Ｎｉ系、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ｎｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｍｇ系その他の３元系など、種々の合金を用いることができる。熱変形材としては、基本的には熱変形材自体が可逆的に変化するものであることが望ましいが、一方への変形を加熱若しくは冷却によって発生させ、この変形を元に戻すためにバネやプランジャータイプのソレノイドなどを用いるなどの方法によって可逆的な変形を可能にする機構を用いてもよい。
（第２実施形態）
次に、第１２図を参照して、本発明に係る第２実施形態について説明する。この実施形態においては、第１実施形態とほぼ同様のフィンガ４１を用いる。フィンガ４１の吸熱部４１ａに沿ってサーマルアレイ５５と冷却部材５６とを配置し、これらが共に吸熱部４１ａの下面に接触するように構成されている。サーマルアレイ５５の上部には複数の発熱部５５ａが配列するように形成されており、この発熱部５５ａには、それぞれフィンガ４１の吸熱部４１ａが一つずつ接触している。
冷却部材５６はペルチェ効果等を利用した熱電素子からなり、通電によってその上面に形成された複数の突出部５６ａから個別に熱を吸熱して放散させるように構成されている。この冷却部材５６は、サーマルアレイ５５とともにフレキシブル回路基板５７に導電接続されており、このフレキシブル回路基板５７が図示しない制御回路に電気的に接続されている。
この実施形態においては、サーマルアレイ５５の発熱部５５ａに通電して発熱させ、フィンガ４１を加熱することができ、また、発熱部５５ａの発熱を停止した後には、冷却部材５６の突出部５６ａに通電することによりフィンガ４１から熱を吸収することができるように構成されている。このため、フィンガ４１の変形と元形状への復帰を迅速かつ確実に行うことができる。
なお、サーマルアレイ５５による加熱と冷却部材５６による冷却とのいずれによりフィンガ４１を変形させてもよく、たとえば、冷却部材５６による冷却によってフィンガ４１を変形させ、サーマルアレイ５５による加熱により元形状に復帰させてもよい。
（第３実施形態）
次に、第１３図を参照して、本発明に係る第３実施形態について説明する。この実施形態においては、フィンガ６１は吸熱部６１ａ、接続部６１ｂ、作用部６１ｃからなり、吸熱部６１ａにペルチェ効果等に基づく熱電素子の一方の熱板６４が接触し、熱電素子の他方の熱板６３が放熱材６０に接触している。
熱電素子は、熱板６３の上面に形成された電極層６５と、熱板６４の下面に形成された電極層６６とを備え、これらの電極層６５と６６の間にｐ型半導体層６７とｎ型半導体層６８とが交互に配置されたものである。すなわち、熱電素子は、吸熱部６１ａの延長方向に沿って第１３図に示すように電極層６５、ｎ型半導体層６８、電極層６６、ｐ型半導体層６７の順に繰り返し導電接続されたモジュールとなっている。
電極層６５と６６は、いずれも隣接するｐ型半導体６７とｎ型半導体６８とを導電接続するように形成されており、図示左右両端の電極層６５又は６６同士の間に電流を流すと、熱電効果によって熱板６３と６４との間に熱の移動が発生する。電極層６５と６６との間に流れる電流の向きをある方向に設定すると、公知のように熱板６５から熱板６６へと熱が移動し、熱板６６が発熱することによってフィンガ６１が加熱される。一方、電流の向きを逆にすると、熱板６６から熱板６５へと熱が移動し、熱板６６がフィンガ６１から熱を奪うことによりフィンガ６１は冷却される。
このように、本実施形態では、熱電素子に流す電流の向きによりフィンガ６１を加熱したり冷却したりすることができるので、その加熱、冷却によってフィンガ６１の作用部６１ｃの変形、復帰を促すことができ、迅速かつ確実にフィンガ６１を動作させ、上述の実施形態と同様に送液チューブを押しつぶすことができる。第１３図に示されるフィンガと熱電素子との組合せは送液チューブの延長方向に複数配列され、各熱電素子を駆動することによって複数のフィンガを個々に制御することができる。
（第４実施形態）
次に、第１４図から第１６図までを参照して本発明に係る第４実施形態について説明する。この実施形態においては、第３実施形態のフィンガ６１と同材質の複数のフィンガ６２がペルチェ効果等に基づく熱電素子に接触している。本実施形態では、フィンガ６２の基端側が各々帯状に形成された第１分岐部６２ａと第２分岐部６２ｂの２つに分岐され、第１分岐部６２ａは上側の熱板６４’に接触し、第２分岐部６２ｂは下側の熱板６３’に接触している点に関しては上記第３実施形態と同様であるが、熱電素子が第１４図に示す熱電モジュール列を第１４図の紙面に垂直な方向に複数配列させたマトリクス状に接続された構造を備えており、或る一つのフィンガ６２の第１分岐部６２ａと第２分岐部６２ｂとが相互に異なる熱電モジュール列に接続されている点が異なる。
熱電素子は熱板６３’，６４’に挟まれた電極層６５’，６６’と、ｐ型半導体６７’とｎ型半導体６８’とによって構成されている。熱電素子は、第１分岐部６２ａ及び第２分岐部６２ｂの延長方向に沿って第１４図に示すように電極層６５’、ｎ型半導体層６８’、電極層６６’、ｐ型半導体層６７’の順に繰り返し導電接続された複数の熱電モジュール列を備えている。複数の熱電モジュール列は第１４図の紙面と直交する方向に配列されている。これらの複数の熱電モジュール列は、第１５図に示すように、第１分岐部６２ａ及び第２分岐部６２ｂの延長方向と直交する水平方向に電極層６５’、ｎ型半導体層６８’、電極層６６’、ｐ型半導体層６７’の順に繰り返す接続態様で、互いに導電接続されている。
この第１５図においては、上記熱電素子の熱電モジュール列のうち、４つのフィンガに対応する部分だけに対して、各フィンガに対応する数字１から４までを括弧内に入れた符号により区別して示してある。各フィンガにはそれぞれ３列の熱電モジュール列がそれぞれ熱的に接触している。すなわち、４つのフィンガ６２のうち、第１のフィンガ６２の第１分岐部６２ａ（１）は熱板６４’を介して電極層６６’（１）に接触し、電極層６６’（１）はｎ型半導体層６８’に接合され、このｎ型半導体層６８’は放熱部材６９ａ上の電極層６５’（０）に接合されている。また、電極層６６’（１）はｐ型半導体層６７’にも接合され、このｐ型半導体層６７’は、第１のフィンガ６２の第２分岐部６２ｂ（１）に接触する熱板上に形成された電極層６５’（１）に接合している。この電極層６５’（１）は、別のｎ型半導体層６８’にも接合されており、このｎ型半導体層６８’は、第２のフィンガの第１分岐部６２ａ（２）に接触する熱板６４’の下面に形成された電極層６６’（２）に接合している。さらに、この電極層６６’（２）は別のｐ型半導体層６７’にも接合されており、このｐ型半導体層６７’は、第２のフィンガの第２分岐部６２ｂ（２）に接触する熱板６３’上に形成された電極層６５’（２）に接合している。以下同様にして、第３のフィンガ及び第４のフィンガについても、それぞれ電極層６５’（３）、６５’（４）、６６’（３）、６６’（４）とｐ型半導体層６７’、ｎ型半導体層６８’との接合体に接触している。
なお、第１５図において示すｎ型半導体層６８’及びｐ型半導体層６７’の各々に対しては、図の紙面と垂直な方向に第１４図に示す熱電モジュール列が伸びている。これらの熱電モジュール列は、それぞれ、第１４図に示すようにｐ型半導体層６７’とｎ型半導体層６８’とが交互に繰り返し配列されているものである。第１５図にｎ型半導体層６８’が現れている上記熱電モジュール列（第１５図の紙面方向に伸びる列）は、第１５図にｐ型半導体層６７’が現れている熱電モジュール列に対して、ちょうどｎ型半導体層の位置とｐ型半導体層の位置とが互いに逆の関係になっている。すなわち、隣接する２つの熱電モジュール列は、含まれる半導体層の導電型を相互に逆にした構造を備えている。
フィンガ６２の第１分岐部６２ａと第２分岐部６２ｂとは、第１５図及び第１６図に示すように、一部が平面的に重なるように、互いに水平方向に位置をずらして配置されている。ここで、フィンガ６２の第２分岐部６２ｂの一部は隣接するフィンガの第１分岐部にも平面的に重なり、フィンガ６２の第１分岐部６２ａの一部は隣接するフィンガの第２分岐部にも平面的に重なるように配列されている。
この実施形態では、第１５図に示す左端の熱電モジュール列において、電極層６５’（０）（図の紙面と直交する方向に複数分割配置されている。）のうち、図の紙面の最も奥部（第１４図における左端部）の電極層６５’（０）に高電位を供給し、図の紙面よりも手前の端（第１４図における右端部）の電極層６５’（０）に低電位を供給することにより、当該熱電モジュールにおいて第１４図に示すように電極層６５’（０）と電極層６６’（１）との間に交互に配置されたｐ型半導体層６７’とｎ型半導体層６８’とにジグザグに電流を流すことができ、この結果、放熱部材６９ａから熱が吸収されて第１のフィンガの第１分岐部６２ａ（１）に熱が移動し、第１のフィンガが加熱される。
次に、電極層６５’（０）への給電を停止して、同様の方法で電極層６５’（１）に給電を行うと、電極層６５’（１）と電極層６６’（１）との間に構成された次の熱電モジュール列（第１５図における左から２番目の列）は、第１分岐部６２ａ（１）から吸熱して第２分岐部６２ｂ（１）へと放熱するように熱を移動させる。一方、電極層６５’（１）と電極層６６’（２）との間に構成された、さらに次の熱電モジュール列は、逆に第１のフィンガの第２分岐部６２ｂ（１）から吸熱して第２のフィンガの第１分岐部６２ａ（２）へと放熱するように熱を移動させる。このことにより、全体的には第１のフィンガから第２のフィンガへと熱が移動し、第１のフィンガが冷却されると同時に第２のフィンガが加熱されることになる。
同様に電極層６５’（１）への給電を停止し、電極層６５’（２）に同様に給電を行うと、第２のフィンガが冷却され、第３のフィンガが加熱される。以下同様にして一旦加熱したフィンガを冷却すると同時に隣接するフィンガを順次加熱していくことができる。この実施形態では先に加熱したフィンガから熱を奪って次に加熱するフィンガに熱を供給するように構成しているため、熱の移動のみにより順次フィンガを動作させていくことができ、きわめて効率的に制御、駆動することができる。先の第３実施形態のように各フィンガに個々に熱電モジュールを設けて駆動させてもよいが、本実施形態のように、隣接したフィンガ間での熱のやりとりを行いながらフィンガを動作させていくことにより、装置外部との熱交換が不要になり、装置の過熱や結露を防止できる。
なお、本実施形態では、第１４図に示す複数の熱電モジュール列の間を第１５図に示すように第１４図の紙面に直交する方向に相互に連結するように構成している。しかし、これとは異なり、第１５図に示すように連結した個々の熱電単位を図の紙面と直交する方向に単に並列に並べて、当該熱電単位毎に給電を行っても同様に作用させることができる。
また、本実施形態では、給電する電極層を切り替えると、それまで加熱されていた第１分岐部から第２分岐部へ、及び、第２分岐部から、隣接したフィンガの第１分岐部へと熱が移動するように構成している。しかし、ペルチェ効果により単に第１分岐部への加熱を停止し、第２分岐部から、隣接したフィンガの第１分岐部への熱の移動を発生させる方法でもよい。この方法においても、本実施形態と同様に、加熱停止後のフィンガの冷却と、隣接するフィンガの加熱とを同時に行うことができる。
［第３の発明に関する実施形態］
第３の発明は、輸液ポンプに用いるための送液チューブに関するものであって、２つの構成部材を相互に固着させることによって形成する送液チューブの構造に関する。
（第１実施形態）
第１７図は本発明に係る送液チューブの概略構造を示す斜視図、第１８図は送液チューブの構造を示す断面図である。この送液チューブ８０は、硬質の合成樹脂によって成形された硬質板状体８１と、弾性を有する可撓性の合成樹脂によって成形された平板状の弾性板状体８２との２つの構成部材を幅方向の両縁部の接合面Ｂ１にて接合したものである。接合は、接着剤を用いた接着、熱や振動（超音波）などを用いて溶着などによって行われる。
硬質板状体８１には、幅方向中央部の断面が半円状の延長凹溝部８１ａと、延長凹溝部８１ａの両側に張り出した一対の平板部８１ｂとが設けられている。延長凹溝部８１ａの内側には、弾性板状体８２の内面との間に液通路Ｂ２が形成されている。
この送液チューブ８０においては、延長凹溝部８１ａを備えた硬質板状体８１によって薬液の液通路Ｂ２が確保されているとともに、可撓性の弾性板状体８２を変形させることによって薬液を送り出すことができるようになっている。すなわち、第１９図に示すように、弾性板状体８２の外面側からローラやフィンガなどの押圧部材８３を用いて弾性板状体８２を押圧することによって、弾性板状体８２を硬質板状体８１の延長凹溝部８１ａの内面に向けて押し付けることができ、この押し付け部分を液通路Ｂ２の延長方向に移動させていくことによって送液チューブ内の薬液を移動させることができる。
たとえば、ロータリ式の輸液装置を構成する場合には、ローラを取り付けた回動アームの回動方向に沿って硬質板状体８１を円弧状に湾曲させた形状とし、弾性板状体８２をその湾曲形状の内側に配置されるように接合させる。フィンガ式の輸液装置を構成する場合には第１７図に示すように直線状の液通路Ｂ２を構成して、弾性板状体８２の側にフィンガを配列させればよい。
なお、この場合、ローラ及びフィンガなどの押圧部材８３の先端部８３ａを硬質板状体８１の延長凹溝部８１ａの内面とほぼ対応する突出した曲面形状に構成すると、押圧部材８３の押圧により弾性板状体８２を延長凹溝部８１ａの内面に概ね合致するように変形させることができるので、薬液の供給速度を精度良く、かつ、安定的に制御、維持することができる。
上記送液チューブにおいては、硬質板状体８１と弾性板状体８２を別個に射出成形や押出成形などによって容易に形成でき、液通路Ｂ２の寸法が小さくなっても、押出成形などを用いて製造する管形状の場合に較べて製造が容易であり、液通路Ｂ２を小径にしても形状精度が得やすく、また、製造コストも低減できる。
また、それぞれの構成部材を簡単な形状とすることができるので、素材の制約が少なくなり、特に弾性板状体８２の弾力性、可撓性、耐久性などの各特性を向上させることができる。本実施形態では弾性板状体８２を平行平板形状としているので、製造が容易であり、高品位の素材を用いても低コストで製造できる。
さらに、従来のように送液チューブが管状体（外力に対して最も強い形状）となっている場合に較べて液通路の閉塞に必要な応力が小さくなり、しかも、不自然な閉塞形状になりにくいため、駆動力を低減することができ、駆動機構の小型化及び消費エネルギーの低減を図ることができる。
なお、上記実施形態において、構成部材のうちの一方を硬質板状体８１としているが、支持体などによって支持することによって、一対の構成部材の双方を弾性素材により形成してもよい。また、構成部材はそれぞれ板状体である必要はなく、たとえば、硬質板状体８１の代わりに、表面上に延長凹溝部を備えたブロック体を用いても良く、また、弾性板状体８２の代わりに、一部に平板状の板状部を備えた種々の形状物を用いても良い。
本実施形態では、送液チューブ８０を構成する２つの構成部材である硬質板状体８１と弾性板状体８２のうちの一方（弾性板状体８２）が弾性を備えた板状部を有するものとなっている。このように一方の構成部材に弾性を備えた板状部を設ける代わりに、一方の構成部材に弾性の少ない可撓性の板状部を設けても良い。この場合には押圧部材８３と当該板状部とを接着などにより固着させた状態で、押圧部材８３を動作させて液通路Ｂ２の断面積を増減させることによって薬液を押し出すことができる。
（第２実施形態）
次に、第２０図、第２１図及び第２２図を参照して本発明に係る第２実施形態について説明する。この実施形態の送液チューブ８０’は、第２０図に示すように、第１実施形態と同様の硬質板状体８１と、弾性板状体８２とを接合したものであるが、弾性板状体８２の内面上における、延長凹溝部８１ａに対向する部分に、合成ゴムなどからなる複数の弾性突出部材８４を液通路Ｂ２に沿って配列するように取り付けている。この弾性突出部材８４は、第２１図に示すように延長凹溝部８１ａの内面にほぼ対応する表面形状を備えており、第２２図に示すように、押圧部材８３によって弾性板状体８２の外面を押圧すると、弾性突出部材８４が延長凹溝部８１ａの内面にほぼぴったりと当接し、液通路Ｂ２を閉鎖するように作用する。
この実施形態においては、弾性突出部材８２により液通路Ｂ２を容易に閉塞することができるため、押圧部材の駆動力を小さくすることができ、装置の小型化及び消費電力の低減を図ることができる。また、弾性突出部材８４により液通路Ｂ２を閉鎖することができるので、弾性板状体８２を薄く形成しても液通路Ｂ２が閉塞されにくくなることがないため、弾性板状体８２の変形に対する追従性を高めることが可能になっている。
さらに、この実施形態では液通路Ｂ２を容易に閉鎖することができるので、薬液の供給速度を精度良く制御でき、安定した送液を行うことができる。また、弾性板状体８２の変形量を少なくすることができるので、弾性板状体８２の材質に対する制約が少なくなるとともに、送液チューブの耐久性を高めることができる。
なお、上記弾性突出部材８４が弾性を備えていることによって弾性板状体８２とともに変形し、より柔軟に液通路Ｂ２を閉塞することができる。ここで、弾性突出部材８４は弾性板状体８２と一体に成形したものを用いても良く、また、弾性突出部材８４の代わりに金属などの弾性の少ない素材を用いた凸部を設けてもよい。
本実施形態においては、第２２図に示すように送液チューブ８０’を押圧部材８３によって押圧することによりチューブ内部の液体を送り出すことができるが、送液チューブ８０’内に配置された上記弾性突出部材８４の代わりにほぼ同形状の磁性体を用いて、この磁性体を外部に設置された電磁石によって第２２図の上下方向に移動させることにより弾性板状体８２を変形させながら送液チューブ８０’の内部の薬液を送り出すこともできる。電磁石はたとえば第２２図における延長凹溝部８１ａの外側下方に配置することにより弾性板状体８２の内面に固着された上記磁性体を駆動できる。
上記第１実施形態及び第２実施形態の送液チューブは、後述するようにペリスタルティック型の輸液装置の薬液送り出し部分に用いることができる他、任意の液体を送るためのチューブとして用い、上記のような機械的応力若しくは電磁気的応力によって液体の流通断面を増減する用途にも用いることができる。特に、液体の送り出しを遮断する弁体の一部として用いることも可能である。
次に、第２３図、第２４図及び第２５図を参照して上記第２実施形態の送液チューブ８０’を用いた輸液装置（輸液ポンプ）の構成例について説明する。送液チューブ８０’の両側にはぞれぞれバイメタルからなる熱変形部９２ａを含む押圧部材である押圧レバー９２が送液チューブ８０’の弾性突出部材８４毎に一つずつ左右交互に配設されている。押圧レバー９２の熱変形部９２ａの先端部には、緩やかに突出した曲面状の表面を備えた押圧片９４が固着されている。押圧レバー９２の基端部は上下に２つに分かれ、上片部９２ｂと下片部９２ｃとが設けられている。
第２４図に示すように、或る一つの押圧レバー９２の上片部９２ｂと、その押圧レバー９２に対して送液チューブの片側にて隣接する他の押圧レバー９２の下片部９２ｃとの間には、ペルチェ効果等を利用した共通の熱電素子９５が介在し、熱電素子９５の放熱部９５ａは上片部９２ｂに熱的に接触し、熱電素子９５の吸熱部９５ｂは隣接する押圧レバーの下片部９２ｃに熱的に接触している。したがって、送液チューブの両側には隣接する押圧レバー間に介在する複数の熱電素子９５が連設されていることになる。
上記の各熱電素子９５は、所定方向の電流を流すことにより第２３図に示す吸熱部９５ｂから熱を吸収して放熱部９５ａから熱を放出する。このように各押圧レバー９２には上片部９２ｂに接触する熱電素子と、下片部９２ｃに接触する熱電素子との２つの熱電素子がそれぞれ熱的に接触している。したがって、押圧レバー９２の上片部９２ｂに接触する熱電素子９５に通電するとその押圧レバー９２は加熱され、第２５図に示すように、バイメタル構造の熱変形部９２ａは下方に湾曲して押圧片９４が弾性板状体８２の外面を下方に押圧する。すると、押圧片９４に押圧された弾性板状体８２は内部に設けられた弾性突出部材８４を下方に押し下げ、液通路Ｂ２を閉塞させる。
次に、押圧レバー９２の上片部９２ｂに接触する熱電素子９５に流れる電流を遮断するとともに、下片部９２ｃに接触する熱電素子９５に電流を流すと、今まで加熱されていた押圧レバー９２は冷却され始める。押圧レバー９２の温度が徐々に低下していくと熱変形部９２ａは徐々に元の状態に向けて戻り始め、弾性突出部材８４も上方へと後退して液通路Ｂ２が徐々に開き始める。このとき、当該押圧レバー９２の下片部９２ｃに接触する熱電素子９５は隣接する押圧レバー９２の上片部９２ｂに接触してこの隣接する押圧レバー９２を加熱するので、この隣接する押圧レバー９２の熱変形部９２ａは徐々に湾曲し、液通路Ｂ２を閉塞し始める。この結果、或る一つの押圧レバー９２が加熱されると液通路の上流側に隣接する他の押圧レバーは冷却され、しばらくして上記或る押圧レバー９２が冷却されると液通路の下流側に隣接する他の押圧レバーが加熱されるように構成されているので、液通路Ｂ２の上流側から下流側へと向けて配列された押圧レバー９２が順次に加熱、冷却されていき、押圧レバー９２によって閉塞される液通路Ｂ２の位置が徐々に下流側へと移動していく。
送液チューブ８０’には、その両側にそれぞれ複数の押圧レバー９２が配列されているため、送液チューブ８０’の一側に配列された押圧レバー列の加熱、冷却のタイミングと、送液チューブ８０’の他側に配列された押圧レバー列の加熱、冷却のタイミングとを位相をずらして同期制御することによって、個々の押圧レバー９２の熱的な応答時間の遅れを回避して、迅速に送液チューブ８０’内の薬液を下流側へと押し出していくことができる。
この実施形態では、熱電素子の加熱、冷却によってバイメタル構造を備えた押圧レバーを変形させていくように構成されているので、機械的動作部が少なく、騒音も小さく、故障し難く、しかも耐久性の高い駆動機構とすることができる。また、熱電素子の吸熱部と放熱部とを隣接する押圧レバーに接合し、効率的に押圧レバーの加熱、冷却を行うように構成してあるので、エネルギー効率も高く、消費電力も少なくなる。さらに、熱に応答する押圧レバーにより送液チューブを押圧するようになっているので、押圧レバーの押圧動作も滑らかであり、急激な動作は発生しないので、送液チューブ自体の耐久性もさらに向上する。
本構成例では加熱冷却手段として熱電素子を用いているが、電気ヒータなどの他の加熱手段、放熱板や冷媒を用いたものなどの他の冷却手段を用いてもよい。また、本構成例では熱応答素材としてバイメタル構造を用いているが、形状記憶合金などの加熱、冷却によって可逆的な変形を生ずる他の熱応答素材を用いてもよい。
本構成例は第２実施形態に示した送液チューブを用いて構成したペリスタルティック型の輸液装置（輸液ポンプ）であり、特に、フィンガ式の輸液ポンプの構造を示しているが、上記第１実施形態又は第２実施形態を用いた輸液装置としてはフィンガ式の他の駆動機構を用いてもよく、また、円弧状に形成した送液チューブと、両端部にローラを取り付けた回動アームを回転させる機構とを設けることによりロータリ式の輸液ポンプを構成することもできる。
（第３実施形態）
次に、第２６図を用いて本発明に係る送液チューブの第３実施形態について説明する。この送液チューブ１００は、硬質プラスチックなどで構成されたコ字型の硬質の樹脂などからなるブロック体１０１と、ブロック体１０１の上面に接着された弾性シート１０２とから構成される。ブロック体１０１は角柱状の中央部と、その両端に設けられた下方に向けて突出した一対の端部とを備えた外観形状を備えている。ブロック体１０１の上面には断面半円状の延長凹溝部１０１ａが形成されている。この延長凹溝部１０１ａはブロック体１０１の両端部近傍で終端し、貫通していない。延長凹溝部１０１ａの両端部からは下方に向けてそれぞれ接続孔１０１ｂが穿設され、端部の下面まで貫通している。
この実施形態では、送液チューブ１００の端部がブロック体１０１と一体に構成されているので、部品点数を増加させることなく、輸液チューブなどに接続するための端部形状を適宜に設計することができる。本実施形態では送液チューブ１００の端部形状は直方体形状となっているが、接続相手の、例えば輸液チューブの端部形状に合わせて管形状に形成したり、ネジ部を設けたりしてもよい。
第２７図には、第２４図及び第２５図に示す断面形状を備えた送液チューブのように、第２６図に示すような特別な端部形状を設けない場合において、断面半円形の送液チューブと、断面円形の輸液チューブとを接続するための接続具１０３の形状を示すものである。接続具１０３の端部１０３ａは送液チューブに嵌合可能な断面半円形状となっており、端部１０３ｂは輸液チューブに嵌合可能な断面円形状となっている。
［第４の発明に関する実施形態］
第４の発明は、上流側において薬液を加圧した状態で、複数のフィンガによって安定した輸液を行う輸液ポンプに関するものである。
第２８図は本発明に係る輸液装置の第１実施形態の概略構成を示す概略断面図である。この実施形態においては、合成ゴムなどの弾性体からなるバルーン１１０内に薬液を注入し、バルーン１１０を加圧板１１１及び加圧板１１２によって上下から挟み込み、所定圧力にて加圧している。バルーン１１０は、合成樹脂からなる可撓性の送液チューブ１１６に接続され、この送液チューブ１１６の一側には支持板１２１が配置されている。送液チューブ１１６には、支持板１２１の反対側において、導入弁を構成するバルブ部材１２２の先端部と、吐出弁を構成するバルブ部材１２３の先端部とが相互に間隔を以て対向している。バルブ部材１２２と１２３との間には、４つのプッシャ１２４，１２５，１２６，１２７が送液チューブ１１６の延長方向に配列されている。
上記バルブ部材１２２，１２３及び４つのプッシャ１２４，１２５，１２６，１２７は、ぞれぞれプランジャー型のマイクロソレノイド１２８（２つ）及び１２９（４つ）によって送液チューブ１１６に向かって出没動作するように構成されている。
第２９図は上記バルーン１１０を加圧する部分の構造を第２８図の右側から見た状態として示すものである。バルーン１１０は輸液装置のケース体に取り付けられた、若しくはケース体の底板自体である加圧板１１１の上に載置されており、バルーン１１０の上部に加圧板１１２が載置されている。加圧板１１２は、ゴムバンド１１３によって断面コ字状のカバー１１４の下縁部１１４ａに接続されている。このため、バルーン１１０は加圧板１１１と１１２とによって上下から挟まれた状態で加圧され、これによって薬液に所定の圧力が印加されている。
第３０図から第３３図までは、輸液ポンプを構成するバルブ部材１２２，１２３及びプッシャ１２４，１２５，１２６，１２７の動作を示す説明図である。まず、第３０図に示すように、下流側のバルブ部材１２３が送液チューブ１１６に対して突出するとともに、上流側のバルブ部材１２２及びプッシャ１２４，１２５，１２６，１２７が全て引き込まれる。この状態では、バルブ部材１２３により吐出弁が閉鎖された状態となっている。
次に、第３１図に示すように、バルブ部材１２２が送液チューブ１１６に対して突出し、送液チューブ１１６の上流部が遮断される。ここで、バルブ部材１２２とバルブ部材１２３との間の送液チューブ１１６には、上記の加圧手段によって加圧された薬液がそのまま閉じこめられることとなる。
次に、第３２図に示すように、バルブ部材１２３を引き込むと同時に、プッシャ１２４を突出させる。これは、バルブ部材１２３が引き込まれるとバルブ部材１２３の押圧していた部分の送液チューブ１１６の容積が増加するため、送液チューブ１１６においてバルブ部材１２３の押圧していた部分より下流から上流に向けて薬液の逆流が発生したり、薬液が部分的に負圧になり、気泡が発生したりする可能性があるため、バルブ部材１２３の引き込みによる送液チューブの容積の増加（及びこれに起因するチューブ内の圧力変化）をプッシャ１２４の突出によって補償し、負圧や気泡の発生を低減しようとするものである。
次に、第３３図に示すように、プッシャ１２５，１２６，１２７を突出させて、送液チューブ１１６内の薬液を下流側に押し出すことにより薬液を吐出させる。このとき、プッシャ１２５，１２６，１２７を全て同時に突出させてもよいが、よりスムーズに薬液を押し出すために、上流側のプッシャ１２５から下流側のプッシャ１２７に向けて順次タイミングをずらして押し出させることがより好ましい。
上記のように薬液の吐出が終了すると、第３０図に示すように、再び、バルブ部材１２３を突出させて吐出弁を閉鎖するとともに、上流側のバルブ部材１２２及びプッシャ１２４，１２５，１２６，１２７を引き込み、上流側から送液チューブ１１６内に薬液を取り込む。
なお、各バルブ部材１２２，１２３及びプッシャ１２４，１２５，１２６，１２７は、その突出状態において送液チューブ１１６内の薬液の流れを完全に遮断するために送液チューブ１１６を完全に閉塞するように構成されていることが好ましい。しかし、送液チューブ１１６が上記バルブ部材やプッシャにより完全に閉塞されず、送液チューブ１１６内の薬液の流れを完全に遮断できなくても、送液チューブ１１６の閉塞状態がほぼ完全に近く、上流側に配置された薬液の圧力の影響を下流側にほとんど伝えない範囲であれば、上述と同様の作用及び効果を得ることができる。
また、第３２図及び第３３図におけるバルブ部材１２２について、並びに、第３３図における下流側のプッシャが既に突出している場合のそれよりも上流側の各プッシャについては、より下流側のプッシャが送液チューブ１１６の内部を遮断していることにより薬液の圧力が遮断されるため、図示のようにそのまま突出した状態になっていなくてもよく、下流側のプッシャが突出した後に直ちに引き込まれるように構成されていてもよい。
上記支持板、バルブ部材及びプッシャにより構成されるポンプ構造においては支持板に対向する２つのバルブ部材と４つのプッシャによって動作するようになっているが、導入弁及び吐出弁を構成するバルブ部材と、吐出機構を構成するプッシャとを区別する必要はなく、全く同一の部材で形成してもよい。また、これらのバルブ部材及びプッシャは最小３個で構成することができる。
さらに、上記実施形態ではバルブ部材及びプッシャをソレノイドにて駆動するようにしているが、バルブ部材及びプッシャをカムその他の機構部品やエアシリンダなどで駆動してもよい。
本実施形態においては、バルーン１１０及びバルーン１１０に対する加圧機構（１１１，１１２，１１３，１１４）により薬液を常時一定圧力で加圧しており、この加圧された薬液をバルブ部材及びプッシャにより定量ずつポンプ内に取り込み、この取り込んだ薬液を吐出するように構成している。したがって、バルブ部材及びプッシャは最小で３個あれば足りるため、従来のフィンガタイプの輸液ポンプよりも大幅に部品点数を減らすことができる。
なお、薬液は一定の圧力で加圧されている必要はなく、たとえば、バルーン１１０のみで液加圧手段を構成してもよい。さらに、液加圧手段としては、たとえばシリンジのロッドに所定の応力を加えたり、エアシリンダなどを利用したピストン形式のものでもよい。
また、支持板とバルブ部材及びプッシャにて構成されるポンプ内に薬液を取り込んでは吐出するようにしているので、薬液の吐出量の精度が高く、薬液の注入速度を高精度に設定できるとともに薬液を微量に送り込むことも可能である。この場合に薬液の供給速度を上げるには、バルブ部材及びプッシャの動作周期を短くし、高速に動作させればよい。
この方法においては、バルブ部材やプッシャの数と幅を変更することにより、一回当たりの薬液の吐出量を容易に調節することができる。また、上流の薬液の加圧力によらず、バルブ部材やプッシャの動作周期により薬液の供給圧力を制御することができる。したがって薬液を高い圧力で供給することも可能である。
従来のフィンガ式のペリスタルティック型輸液装置においては、送液チューブ自体に充分な弾性を持たせることにより、送液チューブがフィンガの押圧に対抗してフィンガの出没状態に対応した形状に変形するために薬液が輸送されるようになっている。これに対して、本実施形態では、送液チューブの所定領域に加圧された薬液をほぼ閉じこめ、この閉じこめられた薬液を吐出するようにしているため、送液チューブ自体の弾力は不要であり、充分な可撓性さえあればよい。したがって、本実施形態では送液チューブの壁を薄く形成することができることから、ポンプのパワーロスを低減してポンプ効率を高めることができるとともに、送液チューブのチューブ径を容易に小さくすることができるから、微量な薬液の注入も容易に行うことができる。
［第５の発明に関する実施形態］
第５の発明は、上流側において薬液を加圧した状態で輸液を行う、ダイヤフラムを備えた輸液ポンプの構造に関するものである。
次に、第３４図から第３８図までを参照して本発明に係る輸液装置の実施形態について説明する。この実施形態においては、ケース体１３０の内部に、電池などの電源１３１及び制御回路を含む電子回路を形成した回路基板１３２を収容し、さらに、上記制御回路により制御される輸液ポンプを構成している。
この輸液ポンプは、プレス技術、フォトリソグラフィ技術、焼結技術、樹脂成形などにより形成した金属、半導体、セラミックス、合成樹脂などからなるダイヤフラム１３３と、同様の材料により上記各技術又は切削などにより構成された導入口１３４ａ及び吐出口１３４ｂを有する基板１３４とからなるものである。
ダイヤフラム１３３には、基板１３４の導入口１３４ａに対応した位置に形成されたバルブ部１３３ａと、中央部に形成された吐出変形部１３３ｂと、基板３４の吐出口１３４ｂに対応した位置に形成されたバルブ部１３３ｃとを備えている。バルブ部１３３ａ及び１３３ｃは、共に周囲を変形し易い薄肉部に取り囲まれた厚肉部として形成されており、その下端部にはシリコーンゴムのような薬剤に対して反応しない合成ゴムなどの弾性体からなる弁体部が設けられている。この弁体部は、ダイヤフラム３３に対して接着、コーティングなどにより固着されている。
バルブ部１３３ａ，１３３ｃは、上記回路基板３２上に実装されたマイクロアクチュエータ１３５，１３７により導入口１３４ａ，吐出口１３４ｂをそれぞれ開閉するように移動可能に構成されている。また、吐出変形部１３３ｂは大きな面積の薄肉部として構成されており、同様に回路基板１３２に実装されたマイクロアクチュエータ１３６によりポンプ室の内外に大きく撓むように構成されている。
上記マイクロアクチュエータ１３５，１３６，１３７としては、プランジャー型などの各種ソレノイド、圧電アクチュエータ、マイクロモータ、或いはエアシリンダ、油圧シリンダなどにより構成することができる。なお、基板１３４の吐出口１３４ｂの周囲には、流量センサ１３８及び気泡センサ１３９が取り付けられている。
基板１３４の導入口１３４ａには、弾性を有するバルーン１１０からなる薬液に対する加圧機構が接続されている。
この実施形態では、まず、第３５図に示すように、バルブ部１３３ａ及び吐出変形部１３３ｂを上昇したままにしておき、バルブ部１３３ｃをマイクロアクチュエータ１３７により押圧して下降させ、吐出口１３４ｂを閉鎖する。この状態では、図示しないバルーン１１０から薬液が所定圧力にてポンプ内に導入される。次に、第３６図に示すように、バルブ部１３３ａをマイクロアクチュエータ３５により押圧して下降させ、導入口１３４ａを閉鎖する。この状態では、ポンプ内に導入された薬液は供給された圧力のまま閉じこめられることとなる。
次に、第３７図に示すように、マイクロアクチュエータ１３７の押圧を解除し、バルブ部１３３ｃをダイヤフラム１３３の弾性により上昇位置に復帰させ、吐出口１３４ｂを開放する。このとき、バルブ部１３３ｃの上昇による薬液の逆流を防止するために、マイクロアクチュエータ１３６を作動させて吐出変形部１３３ｂを僅かに押し下げるようにする。
次に、第３８図に示すように、マイクロアクチュエータ１３６を作動させて吐出変形部１３３ｂを大きく押し下げ、ポンプ内の薬液を吐出口１３４ｂから吐出させる。薬液の吐出が完了すると、マイクロアクチュエータ１３７によりバルブ部１３３ｃを押圧して再び吐出口１３４ｂを閉鎖し、その後、バルブ部１３３ａを上昇させて導入口１３４ａを開放し、また、吐出変形部１３３ｂを元の状態に復帰させることにより第３５図に示す状態に戻る。
本実施形態においても、第４の発明に関する実施形態と同様に、薬液を常に加圧した状態で送り出すことができるので、経時的な薬液の圧力変動が発生せず、安定して用いることができるとともに、薬液が負圧になることがなく、気泡の発生も少ない。さらに、流量精度が高く、微量な吐出も可能であり、しかも装置の小型化も容易である。
なお、上記実施形態において、ダイヤフラム１３３と基板１３４とをケース体１３０に対して着脱可能に構成することにより、容易に交換、清掃、点検などを行うことができる。
［各発明に共通な実施形態］
最後に、第３９図及び第４０図を参照して、上記各発明に対して共通に適用することのできる輸液装置の全体構成の具体例について説明する。第３９図は輸液装置の全体構成を示す概略構成図である。上記のバルーン１１０及び加圧板１１１，１１２などの加圧機構を内蔵した薬液カートリッジ１４１に接続可能な送液チューブ１１６に沿って上述の各実施形態で示すように構成された吐出機構１４０が配置されている。吐出機構１４０の下流側にはマイクロセンサ１４２が取り付けられており、送液チューブ１１６内の気泡の存在や送液チューブ１１６内の薬液が停止することなどを検出するようになっている。
吐出機構１４０などの動作部は中央制御部１４３によって制御されるようになっており、中央制御部１４３は駆動回路１４４に制御信号を送り、上記のソレノイドやマイクロアクチュエータとして構成されたアクチュエータ１４５によって吐出機構１４０を稼働させる。吐出機構１４０の実際の動作速度は光学式センサなどからなる検知回路１４９によって検出される。駆動回路１４４からアクチュエータ１４５に送出される駆動信号と検知回路１４９からもたらされる検出信号とがパルスカウンタ１４６に導入され、パルスカウンタ１４６によって両者の差が計数され、中央制御部１４３にフィードバックされる。
なお、駆動回路１４４などには、電池などの電源１４７により電力供給を受ける電源回路１４８から所定の電位が供給されるようになっている。
中央制御部１４３には、操作部１５１、警報装置１５２、外部端子接続部１５３、表示装置１５４がそれぞれ接続されている。薬液の送り出し途中において上記マイクロセンサ１４２によって薬液中の気泡や液流の停止が検出されると中央制御部１４３はスピーカなどからなる警報装置１５２から警報を発する。また、中央制御部１４３は他の制御機器や計測機器からの信号を外部端子接続部１５３から入力し、当該信号に従って、薬液の注入速度や注入時間を制御する。さらに中央制御部１４３は、薬液の注入速度や注入積算時間などを表示装置１５４に常時表示するようになっている。
第４０図は本輸液装置の外観を示す概略構成図であり、掌に把持可能な程度の大きさに設計された合成樹脂製のケース体１５０が設けられ、その内部には送液チューブ１１６が挿入されるようになっており、送液チューブ１１６に沿って上述の吐出機構１４０及びマイクロセンサ１４２が配置されている。また、中央制御部１４３、駆動回路１４４、アクチュエータ１４５、パルスカウンタ１４６、電源回路１４８が回路基板上に形成され、回路ブロック１５５を構成している。さらに、ケース体１５０の内部には電源（電池）１４７及び警報装置１５２が収容されている。ケース体の表面上には、複数の押しボタンからなる操作部１５１、ミニジャックなどからなる外部端子接続部１５３、液晶表示パネルなどからなる表示部１５４が配置されている。
ケース体１５０の上部には開口部１５０ａが設けられ、この開口部１５０ａには薬液カートリッジ１４１を着脱可能に挿入することができるように構成されている。薬液カートリッジ１４１には第３９図に示すようにジョイント部１４１ａが設けられ、薬液カートリッジ１４１をケース体１５０の開口部１５０ａに挿入すると、ケース体１５０の内部に設けられた図示しないジョイント受け部に自動的に接続されるようになっている。ジョイント受け部には送液チューブ１１６の先端が接続されており、薬液カートリッジ１４１が装着されると、そのジョイント部１４１ａは送液チューブ１１６に連通するように構成されている。
この輸液装置は全体として掌や着衣のポケットに収まるようなサイズに構成することができる。これを可能にするのは、上記各実施形態に示す簡易な構成の吐出機構である。この輸液装置において、薬液カートリッジはケース体１５０の内部に完全に収容する必要はなく、第４０図に示すように、カートリッジの主要部分をケース体１５０の外部に突出するように構成することによってケース体１５０自体をさらに小型化することができる。この場合には、必要に応じてサイズをさらに小さくした携帯用の薬液カートリッジを装着するようにし、装置全体をさらに小型に構成することができる。このような輸液装置の小型化は近年の医療現場において多く要求されているものであり、本発明は、医療現場においてきわめて顕著な効果を奏するものである。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明によれば、部品点数の削減、部品構造の簡易化などによって輸液装置、特に輸液ポンプを従来よりも簡単に構成することができることから、製造コストの低減を図ることができるとともに、輸液装置の小形化、軽量化を図ることができ、例えば携帯式の輸液装置として構成することが可能になるとともに微量の薬液を高精度に患者に注入することが可能になる。

Claims (6)

1. 可撓性の送液チューブと、該送液チューブを一方から支持する支持部材と、前記送液チューブに対して前記支持部材の反対側に隣接し、前記送液チューブの延長方向に対して略平行な回転軸を備えた回転駆動体とを有し、該回転駆動体の外周面上には、前記送液チューブを押圧する１又は複数の押圧突出部を一体的に備え、該押圧突出部は、前記回転駆動体の外周面上において螺旋状に形成され若しくは螺旋状に配列されていることを特徴とする輸液装置。
2. 請求項１において、前記送液チューブと前記回転駆動体の外周面との間には可撓性シートが介挿されていることを特徴とする輸液装置。
3. 請求項２において、前記可撓性シートは前記回転駆動体を包み込むように配置されていることを特徴とする輸液装置。
4. 請求項２において、前記可撓性シートは前記送液チューブを包み込むように配置されていることを特徴とする輸液装置。
5. 請求項４において、前記可撓性シートは、前記送液チューブ側における前記回転駆動体の回転接線方向に前記送液チューブを移動させないように規制していることを特徴とする輸液装置。
6. 請求項２において、前記可撓性シートは前記送液チューブの延長方向に分割され、若しくは前記送液チューブの延長方向に部分的に分離するようにスリットが形成されていることを特徴とする輸液装置。

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