JP4718691B2 - ダイアフラムポンプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイアフラムポンプ、特にその構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
医療分野において、微量の薬剤を注入するためのポンプの需要がある。薬剤は、規定量を正確に注入する必要があるため、ポンプは、その流量が正確であることが要求される。容積型ポンプはその流量が正確に定められ、さらにこの容積型ポンプに属するダイアフラムポンプは構造が簡潔で小型化に向くという特徴がある。このような医療分野のポンプとして、例えば、インスリンを注入する人工すい臓用マイクロポンプが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
医療分野に用いられるポンプは、病室内など限られたスペースで使用されること、また携帯される場合があること、さらには体内に埋め込まれる場合があることなどの使用態様から、特に小型化が望まれている。前述のようにダイアフラムポンプは、構造が簡単であり、小型化に向いている。一方で、決まった流量を正確に注入するために取り扱う流体の逆流を抑える構造が必要である。しかし、薬剤などを微少流量で注入する場合においては、この逆流防止構造が、小型化を阻む一因となっていた。そのため、通常は薬剤を希釈して使用し、微少流量の注入を避けてきた。言い換えれば、ポンプ本体の小型化に対応して小型化され、十分な逆流防止効果のある構造が求められていた。
【0004】
本発明は、前述の課題を解決するためになされたものであり、ダイアフラムポンプを小型化し、また逆流防止構造を効果の高いものとすることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明にかかるダイアフラムポンプは、仕切板の表裏に吐出室と吸込室の二つの流体室を有している。これらの吐出室および吸込室にはそれぞれ外部に通じる吐出孔および吸込孔と、これらの流体室を連通する連通路とを有している。また、吸込室と吐出室には、それぞれ、これらの流体室の容積を変化させるための吸込側ダイアフラム、吐出側ダイアフラムが設けられている。
【0006】
取扱い流体は、まず吸込側ダイアフラムが変形し、吸込室の容積が拡大すると、吸込孔より吸込室内に流入する。次に、吸込側ダイアフラムが吸込室の容積を縮小するように変形し、また吐出側ダイアフラムが吐出室の容積を拡大するように変形することにより、流体は、連通路を介して吸込室から吐出室に流れる。さらに、吐出側ダイアフラムが吐出室の容積を縮小するように変形すると、流体は吐出孔より送り出される。
【0007】
前述の二つの流体室は、仕切板の面方向にずれて配置することができる。そして、一方に吸込室のみ設けられている仕切板の領域に吸込孔が設けられ、吐出室のみ設けられている仕切板の領域に吐出孔が設けられている。また、両側に、吸込室、吐出室が設けられている領域には、これら二つの部屋を連通する連通孔が設けられ、前記連通路として機能する。
【0008】
また、本ポンプが、取り扱い流体を吐出中においては、吸込側ダイアフラムは前記吸込孔をふさぎ、吸込み中においては、吐出側ダイアフラムが吐出孔をふさぐようにすることができる。これによれば、流体の逆流を減少させることができる。
【0009】
さらに、吸込室および吐出室のそれぞれにおいて、その容積が最小となるときには、この流体室にかかるダイアフラムを、仕切板に密着させることができる。これによれば、通常の逆止弁のように重力や差圧により逆止するのではなく、ダイアフラムの力により強制的に、仕切板に設けられた各孔をふさぐことができ、逆流を減少させることができる。また、ポンプ全体を薄く、ダイアフラム以外の強制逆止機構を必要としないため、ポンプを小型にすることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)を、図面に従って説明する。図1および図2は、本実施形態のダイアフラムポンプ10の概略構成を示す断面図である。仕切板12の表側には吐出側ダイアフラム14が、裏側には吸込側ダイアフラム16が配置されている。これらのダイアフラム14,16は、ほぼ円形であり、その周囲が仕切板12に隙間なく結合し、また図中上下方向にずらして配置されている。図2は、仕切板12の表側の面、すなわち吐出側ダイアフラム14が結合している面を含む平面による断面図である。仕切板12、吐出側、吸込側ダイアフラム14,16のそれぞれの周囲は、シール部材18により、漏れがないように封止されている。仕切板12と吐出側ダイアフラム14により吐出室20が形成され、この吐出室20の容積は吐出側ダイアフラム14の変形により変化する。また、仕切板12と吸込側ダイアフラム16により吸込室22が形成され、この吸込室22の容積も吸込側ダイアフラム16の変形により変化する。吐出側、吸込側ダイアフラム14,16は、例えばバイモルフ型の駆動用圧電素子とシール材から構成され、リード24を介して圧電素子に電圧を印加することにより圧電素子を変形させ、前述のダイアフラムの変形を生じさせる。
【0011】
仕切板12には、その両側に吐出室20と吸込室22が存在する領域Aには、これら二つの流体室20,22を連通させる連通孔26が設けられている。また、仕切板12の、表側に吐出室20が位置し、裏側には吸込室22がない領域B(図2において上側の三日月形状の領域)には、吐出孔28が設けられている。さらに、仕切板12の、裏側に吸込室22が位置し、表側には吐出室20がない領域C(図2において下側の三日月形状の領域)には、吸込孔30が設けられている。
【0012】
吐出孔28には、吐出管32が結合されており、この結合部分周囲は、シール部材18により、ダイアフラム14,16などの周囲と一体に覆われている。また、前記結合部分には、吐出室20から吐出管32への流体の流れは許容し、これとは逆の流れを阻止する吐出側逆止弁34が設けられている。吸込孔30には、吸込管36が結合されており、この結合部分周囲は、シール材18により、ダイアフラム14,16などの周囲と一体に覆われている。また、前記結合部分には、吸込管36から吸込室22への流体の流れは許容し、これとは逆の流れを阻止する吸込側逆止弁38が設けられている。
【0013】
図3から図6は、ダイアフラムポンプ10の動作を示す図である。図3は、ダイアフラムポンプ10が停止している状態を示しており、図示するように、このときの二つのダイアフラム14,16は、仕切板12に全体が密着した状態となっている。図3の停止状態から、取扱い流体をポンプ内に吸い込む(吸込工程)。このときは、吸込側ダイアフラム16の圧電素子に電圧を印加して、図4に示すようにこれを変形させる。この変形によって吸込室22が拡大し、吸込管36より吸込室22に取り扱い流体が吸い込まれる。このとき、吐出側ダイアフラム14が仕切板12に密着しているので、連通孔26および吐出孔28がダイアフラム14によりふさがれる。したがって、吐出側逆止弁34の機能に加え、吐出側ダイアフラム14によっても、吐出管32内の取扱い流体が逆流し、ダイアフラムポンプ10内に再流入することが防止される。
【0014】
次に、吸込室22から吐出室20へ、取扱い流体を移動させる(移行工程)。これは、吸込側ダイアフラム16の圧電素子への電圧印加を中止し、一方吐出側ダイアフラム14の圧電素子に電圧を印加して行う。図5には、これらのダイアフラム14,16の変形途中の様子が示されている。ダイアフラム14,16の変形に伴い、吸込室22の容積は減少し、一方吐出室20の容積が増加する。これにより、吸込室22内の流体が、連通孔26を通過して吐出室20に送られる。このとき、吸込側逆止弁38及び吐出側逆止弁34により逆流が防止される。
【0015】
最後に、吐出室20内の取扱い流体を吐出管32へと送り出す(吐出工程)。これは、吐出側ダイアフラム14の圧電素子への電圧印加を中止し、これによって、このダイアフラム14が仕切板12に密着するように変形させることにより行う。変形過程の途中の状態が図6に示されており、吐出室20の容積の縮小に伴って、この中の取扱い流体は吐出管32へと送られる。このとき、吸込側ダイアフラム16が仕切板12に密着し、連通孔26および吸込孔30をふさいでいる。よって、吸込側逆止弁38の機能に加え、吸込側ダイアフラム14によっても、吸込室22、更には吸込管36への逆流が防止される。
【0016】
以上の実施形態においては、ダイアフラムは、バイモルフ型圧電素子を用いたがユニモルフ型圧電素子を用いることも可能である。さらに、積層型圧電素子、電磁ソレノイド等を用いて、ダイアフラムを引っ張るようにして変形させることも可能である。
【0017】
図7は、ダイアフラムの駆動手段として積層型圧電素子を用いたダイアフラムポンプ110が示されている。図1に示すダイアフラムポンプ10と同一の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。ダイアフラムポンプ110の吐出側、吸込側ダイアフラム114,116は、一端が固定され、他端がダイアフラム114,116のほぼ中央に結合された積層型圧電素子140,142により駆動される。積層型圧電素子140,142に電圧を印加することにより素子の厚み(図中において左右方向の寸法)が収縮し、ダイアフラム114,116が仕切板12から離れる方向に変形される。ポンプとしての動作は、図1のダイアフラムポンプ10と同様に、図2から図6に示すようにダイアフラム114,116を変形させることにより達成される。
【0018】
図8は、ダイアフラムの駆動手段として電磁ソレノイドを用いたダイアフラムポンプ210が示されている。図1に示すダイアフラムポンプ10と同一の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。ダイアフラムポンプ210の吐出側、吸込側ダイアフラム214,216は、電磁ソレノイド240,242により駆動される。電磁ソレノイド240は本体244が固定され、本体内のコイル246に流す電流を制御することにより進退するアーマチャ248を有している。電磁ソレノイド242も、これと全く同様の構成を有する。アーマチャ248の先端がダイアフラム214,216にほぼ中央に結合され、このアーマチャ248の進退により、ダイアフラム214,216が仕切板12の直交方向に変形する。ポンプとしての動作は、図1のダイアフラムポンプ10と同様に、図2から図6に示すようにダイアフラム214,216を変形させることにより達成される。
【0019】
図9は、本発明にかかる他の実施形態のダイアフラムポンプ310の概略構成を示す図である。仕切板312の表側には吐出側ダイアフラム314が、裏側には吸込側ダイアフラム316が配置されている。これらのダイアフラム314,316は、ほぼ円形であり、その周囲が仕切板312に隙間なく結合している。また、仕切板312、吐出側、吸込側ダイアフラム314,316のそれぞれの周囲は、シール部材318により、漏れがないように封止されている。仕切板312と吐出側ダイアフラム314により吐出室320が形成され、この吐出室320の容積は吐出側ダイアフラム314の変形により変化する。また、仕切板312と吸込側ダイアフラム316により吸込室322が形成され、この吸込室322の容積も吸込側ダイアフラム316の変形により変化する。吐出側、吸込側ダイアフラム314,316は、前述のダイアフラムポンプ10と同様、駆動用圧電素子とシール材から構成することができ、リード24を介して圧電素子に電圧を印加することにより圧電素子を変形させ、前述のダイアフラムの変形を生じさせる。
【0020】
仕切板312には、その両側の吐出室320と吸込室322を連通させる連通路を形成する連通孔326が設けられている。また、仕切板312は、図示するように内部に径方向の孔を設けることができる程度の厚さを有している。仕切板312には、吐出室320に面して吐出孔328が設けられ、更にここから仕切板312内を、径方向外側に向けてその側面に向けて延びる吐出路329が設けられている。また、仕切板312には、吸込室322に面して吸込孔330が設けられ、更にここから仕切板312内を、径方向外側に向けてその側面に向けて延びる吸込路331が設けられている。吐出路329と、吸込路331には、それぞれ図示しない吐出管、吸込管が結合されている。
【0021】
このダイアフラムポンプ310の動作は、前述のダイアフラムポンプ10と同様であり、その説明は省略する。
【0022】
以上のように、本実施形態においては、逆止弁に加え、ダイアフラムによっても流路をふさぐため、逆流が起きがたい。また、ダイアフラムが2枚、逆止弁2個と、簡易な構成であるため、小型化が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施形態のダイアフラムポンプの概略構成を示す横断面図である。
【図2】 本実施形態のダイアフラムポンプの概略構成を示す、仕切板表側面を含む面による断面図である。
【図3】 本実施形態のポンプの動作説明図であり、特にポンプが停止した状態を示している。
【図4】 本実施形態のポンプの動作説明図であり、吸込工程を示す図である。
【図5】 本実施形態のポンプの動作説明図であり、移行工程を示す図である。
【図6】 本実施形態のポンプの動作説明図であり、吐出工程を示す図である。
【図7】 他の実施形態の概略構成を示す図である。
【図8】 さらに他の実施形態の概略構成を示す図である。
【図9】 さらに他の実施形態の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
10 ダイアフラムポンプ、12 仕切板、14 吐出側ダイアフラム、16吸込側ダイアフラム、18 シール部材、20 吐出室(流体室)、22 吸込室(流体室)、26 連通孔、28 吐出孔、30 吸込孔。
Claims (4)
- 仕切板の表側に形成され、外部に通じる吐出孔を有する吐出室と、
仕切板の裏側に形成され、外部に通じる吸込孔を有する吸込室と、
前記吐出室に容積変化を生じさせる吐出側ダイアフラムと、
前記吸込室に容積変化を生じさせる吸込側ダイアフラムと、
前記吐出室と前記吸込室とを連通する連通路と、
を有し、
前記吸込室と前記吐出室は、前記仕切板の面方向にずれて配置され、
前記仕切板の、前記吸込室のみ設けられた領域に前記吸込孔が設けられ、前記吐出室のみ設けられた領域に前記吐出孔が設けられ、前記吸込室、前記吐出室の双方が設けられた領域には前記連通路となる連通孔が設けられ、
取扱い流体は、吸込側ダイアフラムの変形によって吸込孔より吸込室に送られ、次に、吸込側および吐出側ダイアフラムが協調して変形することによって吸込室より吐出室に送られ、さらに、吐出側ダイアフラムの変形により吐出室より吐出孔へと吐出され、
取扱い流体の吐出中には、前記吸込側ダイアフラムにより前記吸込孔をふさぎ、取扱い流体の吸込み中には、前記吐出側ダイアフラムにより前記吐出孔をふさぐ、
ダイアフラムポンプ。 - 仕切板の表側に形成され、外部に通じる吐出孔を有する吐出室と、
仕切板の裏側に形成され、外部に通じる吸込孔を有する吸込室と、
前記吐出室に容積変化を生じさせる吐出側ダイアフラムと、
前記吸込室に容積変化を生じさせる吸込側ダイアフラムと、
前記吐出室と前記吸込室とを連通する連通路と、
を有し、
前記吸込室と前記吐出室は、前記仕切板の面方向にずれて配置され、
前記仕切板の、前記吸込室のみ設けられた領域に前記吸込孔が設けられ、前記吐出室のみ設けられた領域に前記吐出孔が設けられ、前記吸込室、前記吐出室の双方が設けられた領域には前記連通路となる連通孔が設けられ、
取扱い流体は、吸込側ダイアフラムの変形によって吸込孔より吸込室に送られ、次に、吸込側および吐出側ダイアフラムが協調して変形することによって吸込室より吐出室に送られ、さらに、吐出側ダイアフラムの変形により吐出室より吐出孔へと吐出され、
前記吸込室の容積が最小となるときには、前記吸込側ダイアフラムの少なくとも前記吸込孔周囲は前記仕切板に密着し、
前記吐出室の容積が最小となるときには、前記吐出側ダイアフラムの少なくとも前記吐出孔周囲は前記仕切板に密着する、
ダイアフラムポンプ。 - 請求項1に記載のダイアフラムポンプであって、
前記吸込室の容積が最小となるときには、前記吸込側ダイアフラムの少なくとも前記吸込孔周囲は前記仕切板に密着し、
前記吐出室の容積が最小となるときには、前記吐出側ダイアフラムの少なくとも前記吐出孔周囲は前記仕切板に密着する、
ダイアフラムポンプ。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載のダイアフラムポンプであって、前記吸込孔および前記吐出孔に併設された逆止弁を有する、ダイアフラムポンプ。
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