JP3935930B2 - ぜん動ポンプシステム - Google Patents

Description

本発明は、ぜん動ポンプシステムに関する。
ぜん動ポンプは、液状の薬品を供給するため、例えば非常に規則的な流量での灌注を行うために医学分野において特に使用されている。ただし、ぜん動ポンプの使用はそれに限定されるものではない。
例えば、フランス国特許出願第２３８３３３３号又は同第２６４４２１２号に記載されているような従来形態においては、これらポンプはモータ組立体とカセットとを具備する。該カセットは本質的にポンプ供給されるべき液体が流れるチューブによって構成され、該チューブは変形自在であると共に壁に対して押圧される。チューブによって形成されるループ内には共に回転するように駆動される複数個のホイールが存在し、これらホイールはチューブを局所的に圧搾する。ホイールは、カセットが取付けられているときに、モータ組立体のシャフトを回転させることによって駆動される。圧搾された点の間においてチューブは液体の充填されたチャンバを画成し、ホイールの回転によりチューブ入口からチューブ出口に向かってチャンバが移動する。これにより、液体はチューブ入口から出口まで非常に正確な所定の流速で搬送され、この流速は、まず２つの圧搾点間のチューブの容量に依存し、またホイール組立体の回転する速度にも依存する。
２つの投薬操作の間において、ポンプのモータ部分はそのままでも良いが、チューブは当然ながら交換されねばならず、実際上カセット全体を交換する必要があることが理解されよう。残念ながら、カセットはチューブだけでなく駆動ホイールもを有しており、また、これらは実用に耐え得る高いポンプ精度を実現するために極めて高精度に機械加工される必要がある。換言すると、カセットのコストはモータ組立体のコストと比較して小さいが、無視できるものではない。
そこで、本発明の目的は、各使用後に捨てる必要のある『カセット』が簡単な構造であり、よって安価であるようなぜん動ポンプシステムを提供することにある。
この目的を達成するために、本発明のぜん動ポンプシステムは、第１組立体であって、回転駆動手段（３６）と、上記回転駆動手段によって回転せしめられると共に自由端部（４０）を有するシャフト（３８）と、上記シャフトの自由端部が中に突出する凹所（３４）を有するハウジング（３２）と、回転軸と該回転軸に関して対称である能動的なトレッド面（８０）とをそれぞれが有する複数のホイール（４８）と、上記ホイール用の取付け手段であって、上記シャフトの軸線に沿って上記凹所内を移動するように取付けられると共に該シャフトの自由端部が貫通し得るオリフィス（５２）を有するプレート（５０）と、上記プレートに対して上記シャフトの軸線回りで回転可能な可動手段（５４、６４）であって上記ホイールが上記プレートに対してその回転軸線に沿って並進移動するのを阻止する手段と上記シャフトの軸線に対して上記ホイールの回転軸を平行に保持する手段と各ホイールが回転することができるようにする手段と上記ホイールの回転軸を径方向に案内する手段（６２、６６）とを有する可動手段と、を有する取付け手段と、を備える第１組立体と、上記第１組立体から独立した第２組立体であって、少なくとも円筒状部分を含む壁（１６）と、該壁の内面に取付けられる変形可能なチューブ状ダクト（２２）とを備える第２組立体と、を具備するぜん動ポンプシステムにおいて、上記第２組立体を上記第１組立体のホイールの周りに係合させることにより、該ホイールのトレッド面が上記取付け手段の回転軸線に向かって移動せしめられて各ホイールの部分が上記オリフィスに対面して配置され、上記第１組立体の凹所の中に上記取付け手段を押し下げることにより、上記シャフトの自由端部がオリフィスを貫通し、上記ホイールが該シャフトの軸線から径方向に離れるように拡開するように上記シャフトの側壁がこれらホイールと協働し、これによりチューブ状ダクトが上記ホイールと上記第２組立体の壁との間で局所的に圧搾されるを特徴とする。
いわゆる『第２』組立体は、従来のカセットの一部の均等物を構成し、ここでは『インサート』として言及されることが理解されよう。その構造は、好ましくはカバーを備えた壁部分のみを有するので非常に簡素であり、ホイールと協働する変形可能なホースの部分と関連する。従って、この構造は、極めて簡単であり且つ安価である。一連のホイールは、第１組立体、すなわちモータユニットの一体部分を形成し、これはぜん動ポンプの２回の使用の間に自然に交換されないものであることが理解されよう。
プレート及び取付け手段の存在により、ポンプ毎に直径の異なるホイールを選択することができ、これにより、所定回転速度に対するポンプの流速を調整することができることが理解されよう。当然ながら、駆動モータのシャフトの直径は、シャフトとホイールとが確実に接触するように、ホイールの直径に適合されなければならない。
ポンプシステムの好適な実施態様において、第１組立体のハウジングの凹所は、シャフト回りでほぼ円筒形状であると共に底部を有し、シャフトの軸線に沿ってプレートを並進案内するための手段を更に有し、且つプレートを底部から遠ざけるようにこれら底部とプレートとの間に介装される弾性手段を備えることを特徴とする。
また、好ましくは、取付け手段は、プレートのオリフィスの軸線回りで自由に回転可能なようにプレートに取付けられると共にオリフィスに対応し且つシャフトを通すのに適した通路を備えるターンテーブルを具備する。
本発明の他の特徴及び利点は、限定するものではない例として示された本発明の実施態様の下記記載を読むことにより明確にされよう。下記記載は以下の添付図面を参照している。
図１は、インサートが所定場所に装着される前のモータユニットの平面図である。
図２は、インサートの平面図である。
図３は、インサートと分離しているモータユニットとを示すポンプシステムの鉛直断面図である。
図４は、図３に似ているが、モータユニットのホイールに係合しているインサートを示す図である。
図５は、第１の変更実施態様を構成するぜん動ポンプシステムの一部を示す図である。
図６ａ及び図６ｂは、それぞれ係合中と押し下げられている状態の、第１変更実施態様におけるインサート及びホイールを示す平面図である。
図７は、第２の変更実施態様におけるモータ部分の破断図である。
上述のように、本発明のぜん動ポンプシステムは、第１にモータ組立体を具備し、第２にインサートを構成する別の組立体を具備する。
まず、図２及び３を参照して、全体が参照番号１０で示されたインサートについて説明する。図２に示したように、インサート１０は、円筒状の内部凹所１４を画成するハウジング１２を具備する。この凹所１４は、中心Ｃに対して所定角度（１８０°より大きく、例えば約２１０°である）を占めるハウジングの円筒状の側壁１６によって画成され、凹所の壁は中実部分１８で仕上げられている。図３に明示されているように、壁１６の上方縁部は透明なカバー１９で補助的に閉塞されるのが好ましい。これに対して、壁１６の下方縁部２０は開放される。換言すると、凹所１４は下方に向かって開いている。凹所１４の内部には、後述するような変形可能な材料で形成されたチューブ状ダクト（チューブ）２２が設けられる。好ましくは、静止時において、チューブ状ダクト２２の横断面はほぼ楕円形であり、その長軸は壁の高さ方向に平行である。チューブ状ダクト２２は、壁１６の内面の湾曲した窪み２４に正確に受容される。チューブ状ダクト２２の入口端２２ａと出口端２２ｂとは、インサート１０のハウジングの中実部分１８に固定される。従って、チューブ状ダクト２２は、インサートのハウジング内部に完全に不動に保持される。図１に示したように、凹所１４の内側に対して向けられるチューブ状ダクト２２の面は拘束されていない。
図１及び３を参照して、ぜん動ポンプシステムのモータ部分の第１の実施例について説明する。全体が参照番号３０で示されたモータ組立体（モータ部分、モータユニット）は、後述のようにインサート１０を受容するのに適した凹所３４を画成するハウジング３２を具備する。また、モータ組立体３０はハウジング３２に取付けられた適当なタイプのモータ３６を有し、その出力シャフト３８は凹所３４内へ凹所の対称軸線ＸＸ’に沿って延びている。本実施例において、シャフト３８は円錐台状の自由端４０を有する。図１に明示されているように、ハウジング３２の内部凹所３４はカセットのハウジング１２の外側形状と合致する形状となっている。凹所３４はシャフト３８が開口４４を介して貫通する底部４２を有する。凹所３４の内部にはホイール４８を取付けるための組立体４６が設けられる。図１及び３を参照して記載される特定の実施例においては、ホイールの数は３つであり、それらは参照番号４８ａ、４８ｂ及び４８ｃで示される。
取付け組立体４６は本質的にプレート５０によって構成され、その外側縁部５０ｃは凹所３４の内壁と合致する。プレート５０は軸線ＸＸ’に沿って並進案内しつつ凹所３４内に移動することができる。プレート５０は軸線方向のオリフィス５２を有する。
また、プレート５０にはホイール案内ターンテーブル５４が取付けられる。図示した例において、ターンテーブル５４は、プレート５０に対して軸線ＸＸ’回りで回転するように取付けられているが、プレートに対して軸線ＸＸ’に沿って並進移動することは防止されている。この結果は、例えば、ターンテーブル５４の中央部分に円筒状のスリーブ５６を設けると共にこのスリーブをプレート５０の中央部分の底部肩部５９と協働する舌状部５８で終端するようにすることにより得られる。スリーブ５６とターンテーブル５４とは連携して軸線方向の通路（オリフィス）６０を画成しており、その直径ｄはシャフト３８の直径ｄ’よりも大きい。ターンテーブル５４は、ホイール４８の数に等しい数の径方向スロット（スライドウェイ、溝部）６２ａ、６２ｂ及び６２ｃを有する。ターンテーブル５４はターンテーブル５４に取付けられた上方ディスク６４によって仕上げられており、上方ディスク６４は下側のターンテーブル５４のスロット６２ａ、６２ｂ及び６２ｃと合致する径方向のスロット６６ａ、６６ｂ及び６６ｃを備える。
ホイール４８ａから４８ｃの各々はシャフト６８によって具体化される回転軸線ｘｘ’を有し、シャフト６８の端部７０及び７２は各ホイールの端面７４及び７６を越えて突出している。各ホイールのシャフトの端部７０及び７２は、下方のターンテーブル５４のスロット６２及び上方ディスク６４のスロット６６に侵入する。これら２つの部材間の間隔はホイールの高さｈよりもごく僅かに大きく、これによりホイールは軸線ＸＸ’に平行な並進移動を実質的に阻止されつつ軸線ＸＸ’回りで自由に回転することができるようになる。図３に示されるように、各ホイールは、その軸線ｘｘ’回りで直径Ｄの好適に膨らんだトレッド面（トレッド壁）８０を有する。
また、バネ７８又は他の適当な弾性システムが、モータ組立体の凹所３４内に配置され、凹所の底部４２とプレート５０の底面５０ｂとの間に介装される。従って、バネは凹所３４内の高い位置にプレート５０を保持しようとし、プレートは凹所３４の周囲において肩部７９によって保持される。
ここで、図３及び図４を詳細に参照して、本発明の第１実施例を構成するぜん動ポンプシステムがどのように用いられるかについて以下に説明する。
最初に、モータ組立体３０は高い位置にプレート５０を有し、その上にはホイール４８ａ〜４８ｃが保持される。インサート１０は分離されており、その中にはポンプ送りされるべき液体が沿って流れるチューブ状ダクト２２の一部が固定される。この様子は図３に示されている。
インサート１０は、先ずモータ組立体３０のホイール４８の周りに係合する。インサートの凹所内に突出するチューブ状ダクト２２の部分とホイール４８ａ〜４８ｃのトレッド面８０との接触によりホイール４８が軸線ＸＸ’に向かって自由に移動し得るので、この係合は容易に行われる。図４に示したように、この操作の最後において、各ホイール４８の底部端面７６の一部がターンテーブル５４の軸線方向の通路６０に重なる。
図４は、ホイール４８周りに係合したインサートを示している。ホイール及びインサートはバネ７８によって高い位置に保持されており、バネ７８はプレート５０が肩部７９によって保持される凹所３４の上端部に向かってプレート５０を付勢している。その後、インサート１０、すなわちプレート５０が押し下げられると、バネ７８が押圧される。この操作中、シャフト３８の円錐台状の端部４０がホイール４８ａ〜４８ｃを押圧し、軸線ＸＸ’から離れるようにそれらを移動させ、これによりチューブ状ダクト２２が３つの接触領域において局所的に自然に押圧されるようになる。それらが外方に移動するとき、ホイールは、径方向のスロット６２、６６によって案内される。プレート５０がインサートと共に凹所３４内に完全に押し下げられると、駆動シャフト３８の側壁３８ａは、トレッド面８０を押圧することにより、３つのホイール４８ａ、４８ｂ、４８ｃと協働し、これらホイールはこれら接触点において完全にチューブ状ダクト２２を閉鎖する。この操作が完了すると、クリップ手段（図示せず）がハウジング３２の凹所３４内にインサート１０を保持する役目を果たす。この位置において、ぜん動ポンプシステムの操作準備が整う。
公知のように、モータ３６からの駆動力のしたでホイール４８のトレッド面に摩擦接触しながらシャフト３８が回転することにより、ホイールがそれ自体の軸線ｘｘ’回りで回転し、更にホイール全体がターンテーブル上で軸線ＸＸ’回りを旋回する。これによりチューブ状ダクト２２に沿って液体が流れる。
加えて、プレート５０の存在とホイール４８を案内するターンテーブル５４の存在とにより、所定の回転速度のシャフト３８に対して流速を決定するためにホイールの直径Ｄ及び数を選択することができるということが強調されるべきである。当然ながら、ホイールとの接触点においてチューブ状ダクト２２が適切に閉鎖されるようにシャフトの直径ｄ’を適合させることが必要である。
図５は、ホイール周りにインサート１０を係合させることを容易にし且つシャフト３８の端部がホイール間を通過するのを容易にする変更例を示す。
図５は、各ホイール４８の底面７６の外周が参照番号８２において面取りされていることを示す。加えて、参照番号４０’で示したシャフト３８の自由端は、軸線方向の断面において湾曲しており、その湾曲はシャフトの側壁３８ａから上端８４に行くにつれて小さくなるようなものとなっている。
加えて、戻りバネ８６又は他の弾性システムは、ホイールのシャフトの端部７０、７２を受容する径方向のスロット６２、６６内に取付けられ、プレート５０の軸線ＸＸ’に向かってホイールを付勢する。
これらバネは、ホイールのシャフトの対応する端部７０又は７２と、スロット６２又は６６の閉じた端部８８との間に介装される。
図５を参照して説明した構造によれば、ホイールがバネ８６によって軸線ＸＸ’に近接して保持されるので、ホイール４８周りにインサート１０を配設するのが容易になることが理解されよう。
シャフトの端部４０’の形状が特殊であることとホイールの底面の外周に面取りが施されていることとにより、プレート５０が押し下げられるときに、ホイールを押し戻してバネ８６を圧縮しつつホイール間にシャフトを通過させるのが容易になる。ぜん動ポンプの操作時に、これらバネはホイールのトレッド面８０とシャフトの側壁との間の接触力を増大させる。
ぜん動ポンプシステムの第２の変更態様は、図７を参照して記載される。インサート１０は変更されないので、モータ手段３０’に為された変更に関してのみ説明する。プレート５０’は、その軸線方向のオリフィス５２とその肩部５９とを具備する。スリーブ９０は、オリフィス５２内で自由に回転し得るように取付けられる。軸線ＸＸ’に沿う並進移動が阻止され、面取り付き端部９２は、プレートの上面５０ａ上に突出する。図３のターンテーブル５４に対応するターンテーブル５４’は軸方向の孔９４を有し、この孔９４は孔９４内を自由に摺動するスリーブ９０周りに係合する。ターンテーブル５４はホイール４８と同数の径方向スロット６２’を有する。各スロット６２’は、一端が孔９４に向かって開き、他端が閉じている。各スロット６２’内にはスライダ９８が取付けられている。各スライダ９８には、ホイールのシャフトの下端部７２を受容するようにオリフィスが穿設される。孔９４に対面するスライダの端部１０２は鉛直断面において丸まっている。
スライダ９８とスロットの閉じた端部９６との間の各スロット６２’内に戻りバネ１０４が取付けられる。戻りバネ１０４により、スライダ９８の端部１０２が、孔９４内に突出し、スリーブ９０の面取り部分９２に当接する。
上方ディスク６４’は、その下のターンテーブル５４’と同じ構造を有し、スロット６６’と、戻りバネ１０４’と、ホイール４８のシャフトの上端部７０を受容するスライダ９８’とを有する。プッシュボタン１０６は、軸線方向の孔９４’に係合し、スライダ９８’が当接する面取り付き端部１０８を有する。
図６の実施態様のぜん動ポンプは以下のように用いられる。静止時において、ホイール４８はバネ１０４及び１０４’によって軸線ＸＸ’に向かって押圧される。従って、ホイール周りにインサート１０を係合させることは非常に容易である。インサートがほぼ完全にホイール４８周りに係合すると、プッシュボタン１０６は、手によるか、あるいは、もし有るならばインサートのカバーを介してのいずれかにより、孔９４’内に押し下げられる。プッシュボタン１０６を押し下げること、及びその結果孔９４にスリーブ９０を係合させることにより、スライダ９８、９８’がスロットに沿って押し出され、バネ１０４、１０４’を押圧する。これによりホイール４８が拡開される。この拡開は、スリーブ９０及びプッシュボタン１０６の円筒状部分がスライダ９８及び９８’と接触するまで継続する。この位置において、ホイールのトレッド面８０間の間隔はシャフト３８の直径よりも僅かに小さい。
以下のステップにおいては、プレート５０は、インサートと共に、ハウジングの凹所３４の中に押し下げられる。この間、シャフト３８の側壁はホイール４８を完全に押し出し、これによりチューブ状ダクト２２が局所的に押圧される。
これによりポンプが使用可能になる。
モータが停止したときには、図６ａに示したように、１つのホイールが、図６ａではホイール４８ａが、モータユニットの対称面ＡＡ’上に回転軸線ｘｘ’を有することが好ましく、他の２つのホイール４８ｂ及び４８ｃが面ＡＡ’に関して対称に配置されることが好ましい。これは、インサート内のチューブ状ダクト２２が所定湾曲の場合、インサートが所定位置に装着される間、ホイール４８ａのみがチューブ状ダクト２２に近接し、ホイール４８ｂ及び４８ｃはチューブ状ダクト２２から離れているためである。これによりインサート１０をホイール周りに係合することが容易になることが理解されよう。この特別な位置決めは、ホイールの実際の位置を検出するためにハウジング３２に取付けられるポジションセンサを組み込むことにより、そしてホイール４８ａを所定位置に移動させるために該センサによってモータを限定的に制御することにより、実現できる。

Claims (13)

1. 第１組立体であって、回転駆動手段（３６）と、
   上記回転駆動手段によって回転せしめられると共に自由端部（４０）を有するシャフト（３８）と、
   上記シャフトの自由端部が中に突出する凹所（３４）を有するハウジング（３２）と、
   回転軸と該回転軸に関して対称である能動的なトレッド面（８０）とをそれぞれが有する複数のホイール（４８）と、
   上記ホイール用の取付け手段であって、上記シャフトの軸線に沿って上記凹所内を移動するように取付けられると共に該シャフトの自由端部が貫通し得るオリフィス（５２）を有するプレート（５０）と、該プレートに対して上記シャフトの軸線回りで回転可能な可動手段（５４、６４）であって上記ホイールが上記プレートに対してその回転軸線に沿って並進移動するのを阻止し、上記シャフトの軸線に対して上記ホイールの回転軸を平行に保持し、各ホイールが回転することができるようにし、上記ホイールの回転軸を径方向に案内（６２、６６）する手段を有する可動手段と、を有する取付け手段と、を備える第１組立体と、
   上記第１組立体から独立した第２組立体であって、少なくとも円筒状部分を含む壁（１６）と、該壁の内面に取付けられる変形可能なチューブ状ダクト（２２）とを備える第２組立体と、を具備するぜん動ポンプシステムにおいて、
   上記第２組立体を上記第１組立体のホイールの周りに係合させることにより、これらホイールのトレッド面が上記取付け手段の回転軸線に向かって移動せしめられて各ホイールの部分が上記オリフィスに対面して配置され、
   上記第１組立体の凹所の中に上記取付け手段を押し下げることにより、上記シャフトの自由端部が上記オリフィスを貫通し、上記ホイールが該シャフトの軸線から径方向に離れるように拡開するように上記シャフトの側壁がこれらホイールと協働し、これによりチューブ状ダクトが上記ホイールと上記第２組立体の壁との間で局所的に圧搾されることを特徴とする、ぜん動ポンプシステム。
2. 上記第１組立体のハウジング（３２）の凹所（３４）は、上記シャフト回りでほぼ円筒形状であると共に底部（４２）を有し、上記シャフトの軸線に沿って上記プレートを並進案内する手段（３４）を更に有し、且つ該プレートを底部から遠ざけるようにこれら底部とプレートとの間に介装される弾性手段（７８）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のぜん動ポンプシステム。
3. 上記可動手段は、上記プレート（５０）のオリフィス（５２）の軸線回りで自由に回転可能なように該プレート（５０）に取付けられると共に上記オリフィスに対応し且つ上記シャフト（３８）を通すのに適した通路（６０）を備えるターンテーブル（５４）を具備することを特徴とする、請求項１又は２に記載のぜん動ポンプシステム。
4. 各ホイールはその回転軸に垂直な２つの端面（７４、７６）を更に有し、上記回転軸の端部（７０、７２）はこれら端面を越えて延びることを特徴とする、請求項３に記載のぜん動ポンプシステム。
5. 上記可動手段のターンテーブル（５４）は上記ホイールの回転軸の一方の端部（７２）を受容するのに適した上記ホイールの数に対応した数のスライドウェイ（６２、６２’）を具備し、該スライドウェイは上記通路の軸線に対して径方向に延びることを特徴とする、請求項４に記載のぜん動ポンプシステム。
6. 上記シャフト（３８）の端部（４０）は、上記取付け手段が凹所の中に押し下げられるときに、上記シャフトが上記ホイールの間を通るのが容易になるように円錐状であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のぜん動ポンプシステム。
7. 上記シャフト（３８）の端部（４０）は、軸線方向の断面において該シャフトの円筒状部分から離れると曲率半径が小さくなるような輪郭となっていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のぜん動ポンプシステム。
8. 上記プレートに最も近接する各ホイールの端面（７６）の外周は、面取りされていることを特徴とする請求項４又は５に記載のぜん動ポンプシステム。
9. 上記第１組立体は、上記ホイール（４８）を上記プレート（５０）の中央に向かって付勢する弾性手段（８６、１０４、１０４’）を更に具備することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のぜん動ポンプシステム。
10. 上記可動手段は上記ターンテーブル（５４、５４’）に平行に取付けられた上方ディスク（６４、６４’）を有し、該上方ディスクは上記ホイールの回転軸の上記一方の端部とは反対側の端部（７０）を受容するために上記ホイールの数に対応した数の別のスライドウェイ（６６）を有することを特徴とする請求項５に記載のぜん動ポンプシステム。
11. 各スライドウェイ（６２’、６２’）はオリフィス（１００）を有するスライダ（９８、９８’）を備え、上記ホイールの回転軸の端部（７０、７２）は上記オリフィス（１００）内に係合し、上記弾性手段（１０４、１０４’）は、各スライドウェイの外端部と対応するスライダとの間の各スライドウェイ内に配設されることを特徴とする請求項１０に記載のぜん動ポンプシステム。
12. 上記第１組立体は、上記上方ディスク（６４’）及び上記ターンテーブル（５４’）に対して並進移動可能であるプッシュボタン（１０６）であって、上記第二組立体が該第１組立体の凹所（３４）内に押し下げられる前に上記ホイール（４８）を限られた形態で拡開させるように上記スライダ（９８、９８’）と協働するのに適したプッシュボタンを更に具備することを特徴とする、請求項１１に記載のぜん動ポンプシステム。
13. 上記チューブ状ダクト（２２）は、横断面が長円であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のぜん動ポンプシステム。

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