JP5085333B2 - 往復及び回転運動するピストンを具えた定量ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、医薬又は流体の送出（薬物注入ポンプ、ＩＶポンプ、腸内ポンプ、非経口ポンプ）又は食品、化学又は他の産業といった様々な分野で、例えば、コンプレッサ又は内燃機関とともに使用する定量ポンプに関する。

流体モジュールを具えたピストンポンプが、既に従来技術の一部となっている。米国第２００４／１０１４２６号は、上端及び下端の形状が特別な勾配を成す円筒型ピストンチャンバを具える装置を開示しており、前記ピストンチャンバが回転可能且つ軸方向に移動可能なポンプピストンを有している。ピストンの上端及び下端面の形状は、ピストンが回転するときにチャンバの両端に各々接触していずれも動作するよう設定される。この回転により、ピストンが上下に交互に移動して、流体を一方向に吸引及び一方向に推進してポンプチャンバに出入りさせることができる。ピストンの回転運動は、入口及び出口ポートを交互に開放及び閉鎖するバルブとして機能する。このようなシステムの欠点は、ピストンを円筒型チャンバに組み立てるときに直面する問題によって本質的に生じる。

英国特許第２０６０１３１号、米国特許第４，７６７，３９９号及び米国特許第４，８５０，９８０号は、吸引及び推進段階をチャンバの中のピストンの双方向直線運動を用いて実現するポンプ機構装置を開示している。米国第２００４／１０１４２６号とは異なり、このようなポンプ機構は、ピストンの運動から独立した入口／出口ポートのバルブとして機能する装置を有している。従って、ピストンの運動と同期したバルブの運動は、さらなる部品を要するため、ポンプ機構のコストを増加させる。

本発明は、部品の数を減らしてチャンバにピストンを組み立てるときに問題を生じることなく構成した低コストの定量ポンプを提案することを目的とする。

本目的は、請求項１に示すような定量ポンプで達成される。この定量ポンプは、中空シリンダに少なくとも１つのピストンを具え、ポンプは、前記ピストンのインストローク中にポンプチャンバに流体を吸引可能な少なくとも１の入口ポートと、ピストンのアウトストローク中に流体を送出可能な少なくとも１の出口ポートとを有する。ピストン又は中空シリンダは、ロータで直接的又は間接的に動作可能である。このロータは、一方で、ピストン又はシリンダに双方向の直線運動を伝え、他方で、ピストン又は他の回転部品のいずれかに双方向の角運動を伝えて、入口及び出口ポートを交互に開放又は閉鎖する。

米国第２００４／１０１４２６号とは異なり、ロータによって伝えられる双方向の直線運動及び角運動の組み合わせによって、定量ポンプから一定の流量の流体が送出する。さらに、この定量ポンプは、前記ポンプから送出される流体の量が、ピストンと中空のシリンダハウジングとの相対的な位置に密接に関係するために、高い精度を有する。

本発明は、添付図面を参照して以下の詳細な説明におけるいくつかの実施例によって、さらに明らかになるであろう。

本発明に係る好ましい実施例に従って、図１は、円筒型ピストン（２）と、支持体（４）に取り付けられた中空のシリンダ（３）とを具える定量ポンプ（１）を示す。このシリンダ（３）は、ピストン（２）が摺動可能に嵌合する上部開口端を有する。ピストン（２）は、スプリング（７）に取り付けられた偏心シャフト（６）を軸支するロータ（５）で動作する。

図３及び図３ａに示すように、シャフト（６）は、ピストンの受容部（９）に挟持される球状先端（８）を終端としており、ロータ（５）の角運動をピストン（２）の双方向の直線及び角運動に変える。このピストン（２）は、双方向角運動する一方で、シリンダ（３）の中で往復摺動する。

シャフト（６）は、スプリング（７）が受容部（９）の中の先端（８）の滑らかな接合を保証しながら、上述したようにシリンダ（３）の中のピストン（２）の運動を伝える。スプリング（７）は、ピストン（２）が吸引及び推進行程の終わりに達するときに圧縮される（図４及び図６）。

ピストン（２）が吸引又は推進サイクルにあるときに（図５及び図７）、スプリング（７）が緩和する。

ピストン（２）の双方向の角運動は、中空シリンダ（３）の対側に設けられた入口及び出口ポート（１０，１１）のバルブとして機能する。ピストン（２）は、２本の流路（１２，１３）を有しており、ピストン（２）が角運動する間、入口ポート（１０）及び出口ポート（１１）が交互に開放及び閉鎖される。最初に、ピストン（２）のインストローク（又は上動）により、入口ポート（１０）が開放されるとともに、出口ポート（１１）が閉鎖されて、入口ポート（１０）から第１流路（１２）を通って中空シリンダ（３）の下部に流体（１５）が吸引される（図５ａ及び図５ｂ）。そして、ピストン（２）のアウトストローク（又は下動）により、入口ポート（１０）が閉鎖されるとともに出口ポート（１１）が開放されて、前記ポンプ室（３）の下部から第２流路（１３）を通って出口ポート（１１）に流体（１５）を推進させる（図７ａ及び図７ｂ）。

前記流路（１２，１３）は、双方向の角運動及び直線運動の双方に従って、曲線状となっており、ピストン（２）のインストローク段階及びアウトストローク段階の間、絶えず入口（１０）及び出口（１１）をそれぞれ確実に開放する。これによって、ピストン（２）のインストロークの間に、流体（１５）が入口（１０）からピストン（２）を通って円筒型のチャンバ（３’）の下部に絶えず流れ、ピストン（２）のアウトストロークの間に、流体（１５）が円筒型のチャンバ（３’）の下部から出口に絶えず流れることが確実となる。

いくつかの特殊な形状のガスケット又は標準的なＯリング（１４）が、入口ポート（１０）及び出口ポート（１１）の周りに設けられ、ピストン（２）の外径と円筒型チャンバ（３’）の内径との間に存在する遊びを封鎖する。前記ガスケットは、特別なシーリングリブ構成を具えており、ピストン（２）又はシリンダ（３）の一部を成す。

本発明を、非経口システムとして医学的用途に適合してもよい。ピストン（２）及び円筒型チャンバ（３’）を、使い捨て可能に構成してもよい。蠕動ポンプの中の柔軟性のある膜又は管といった軟らかい部品で構成される既存の使い捨て可能なポンプとは異なり、ピストン２及び円筒型チャンバ（３’）を硬質プラスチックのように射出成形法で作製できるため、これらは圧力や温度に影響されない。このため、このようなシステムは、ロータ（５）の角度シフトを予めセットすることで、一定量の薬物を正確に放出できる。前記ロータ（５）が３６０°回転することで単回投与を行える。このようなシステムにより、一定の時間間隔でロータが作動するだけで、数回投与を行える。

本発明の第２の実施例（図８，図８ａ）では、ピストン（２）の上端が、２つの突起部（１８）を介してピストンヘッド（１７）に堅く接続された玉継手（ｂａｌｌ−ａｎｄ−ｓｏｃｋｅｔ ｊｏｉｎｔ）（１６）を具える。偏心シャフト（６）を軸受けするロータ（５）は、ピストンヘッド（１７）を介してピストン（２）に双方向の角運動及び直線運動の組み合わせを伝え、ピストンヘッド（１７）は、シャフト（１９）がガイドとして従動する穴部を有している。このような実施例では、ピストン（２）が図５及び図７に示すような吸引又は推進サイクルにあるときに、本発明の第１の実施例でシャフト（６）の球状先端（８）とピストン受容部（９）との間に発生する近接が回避される。

第３の実施例（図９から図１５）では、第１及び第２のピストン（２０，２１）が、図９に示すように、中空の円筒型の可動式ハウジング（２２）の中に互いに逆方向に固定配置されている。前記ハウジング（２２）は、端部と端部とが互いに向かい合うよう組み立てられた同一の２つの円筒状部品（２３，２３’）でできている。好適には横方向に互いに１８０°の角度を成して設けられた入口及び出口ポート（１０，１１）と穴部（２５）とを具える１枚のディスク（２４）（図１０ａ，図１１，図１１ａ）が、２つの円筒状部品（２３，２３’）の間の前記ハウジング２２の内側の中程に取り付けられている。このようなアッセンブリは、第１及び第２のチャンバ（２６，２６’）（図１２ｂ，１４ｂ）を形成する。ディスク（２４）は、部品（２３，２３’）で出来ているハウジング（２２）に対して角運動可能である。

シャフト（図示せず）は、本発明の第１の実施例で記載したように、穴部（２５）に挿入されてロータ（５）に取り付けられ、双方向の直線及び角運動の組み合わせをディスク（２４）に伝える。

このようなディスク（２４）の運動により、円筒型のハウジング（２２）が２つのピストン（２０，２１）の軸に沿って前後に摺動するとともに、入口及び出口ポート（１０，１１）を閉鎖し、一方で、入口ポート（１０）から第１及び第２チャンバ（２６，２６’）に流体（１５）を交互に吸引し、他方で、第１及び第２チャンバ（２６，２６’）から出口ポート（１１）に流体（１５）を交互に送出することが確実となる。

２つのチャンバ（２６，２６’）間の吸引及び推進段階の最適同期化が、図１１ａに示すようにディスク（２４）の中及びその入口／出口に設けられた第１及び第２のＴ型流路（２７，２７’）によって達成する。流路（２７，２７’）は、前記流路（２７，２７’）が両円筒部品（２３，２３’）の端部に設けられた第１及び第２の開口（２８，２８’）に交互に重なるときに、第１及び第２チャンバ（２６，２６’）に入口ポート（１０）を交互に接続し、出口ポート（１１）に第１及び第２チャンバ（２６，２６’）を交互に接続する（図１０）。このような本発明の特定の実施例では、定量ポンプから絶えず流れ出ることが可能である。

本発明の第４の実施例では、図１６及び図１６ａに示すように、ピストン（２）の双方向の直線及び角運動の組み合わせが、ピストンヘッド（１７）に堅く接続された上部部品（２９）を貫通する軸（２８）によってなされる。前記軸（２８）は、少なくとも１つのロータ（５）によって動作可能である。軸（２８）の運動が、本発明の第２の実施例に記載された運動をピストン（２）に伝える。

このような伝達を本発明の第３の実施例に適合することができる（図１７及び図１７ａ）。

本発明のさらなる実施例（図示せず）では、ポンプ（１）が、上記の第１の実施例の前記ピストン（２）の上部及び下部に動作可能に接続された２つのロータ（５，５´）で作動する。第１ロータ（５）が、吸引段階で要する運動をピストン（２）に伝え、一方、第２ロータ（５´）が推進段階で要する運動を前記ピストン（２）に伝える。

本発明の全ての実施例を、ピストンの角運動からその相対的な直線運動を分離するよう適合することができる。直線運動を第１ロータで伝達でき、角運動を第２ロータで伝達できる。ピストンの運動を、その行程のうちのいつでも直線運動から角運動に変換することができる。

本発明の他の変形例では、ポンプ（１）をコンプレッサとして使用することができる。堅く封着されたタンクを出口ポートに嵌合して、第１の実施例で記載したのと同じ機構で、チャンバに入口（１０）を通して空気を吸引し、タンクにこの空気を推進することができる。

また、このような定量ポンプ（１）の機構を、内燃機関に適合できる。このように、本発明の他の形態は、本書に記載されているような、本発明に従った定量ポンプを具える内燃機関である。

本発明は、特定の実施例に関連して記載されているが、このような記載は、限定の意味で解釈することを意図するものではない。本発明の様々な他の分野への適応を、添付の特許請求の範囲に規定した本発明の要旨を逸脱しない範囲で検討できる。

図１は、本発明の第１の実施例に従った、中空のシリンダに設けられたピストンを具えるロータを取り外した状態の定量ポンプの斜視図である。 図２は、第１の実施例の偏心シャフトを具えるロータの斜視図である。 図３は、偏心シャフトがピストンの上部の近くの受容部に嵌合している様子を示す断面図である。 図３ａは、図３の詳細図である。 図４は、ロータの回転サイクルの開始時における定量ポンプの第１の実施例の斜視図である。 図４ａは、軸方向に分割された図４の後面図で、図４ｂは、図４ａのラインＡ−Ａ断面図である。 図５は、ロータが９０°回転した後の定量ポンプの斜視図である。 図５ａは、軸方向に分割された図５の後面図で、図５ｂは、図５ａのラインＡ−Ａ断面図である。 図６は、ロータが１８０°回転した後の定量ポンプの斜視図である。 図６ａは、軸方向に分割された図６の後面図で、図６ｂは、図６ａのラインＡ−Ａ断面図である。 図７は、ロータが２７０°回転した後の定量ポンプの斜視図である。 図７ａは、軸方向に分割された図７の後面図で、図７ｂは、図７ａのラインＡ−Ａ断面図である。 図８は、ピストンヘッドを具える本発明の第２の実施例に従った定量ポンプの斜視図である。 図８ａは、ロータのシャフトに接続された上記ピストンヘッドの斜視図である。 図８ｂは、本発明の第２の実施例のピストンの斜視図である。 図９は、ロータを外した状態の透視したポンプを示す本発明の第３の実施例に従った定量ポンプの上面斜視図である。 図９ａは、ロータを外した状態の定量ポンプの外観を示す第３の実施例の底面斜視図である。 図１０は、上記第３の実施例の中空の円筒型ハウジングを構成する２つの円筒型部品のうちの１つの斜視図である。 図１０ａは、図１０の円筒型部品に嵌合する別の回転可能な部品の斜視図である。 図１１は、上記回転可能な部品の正面図で、図１１ａは、図１１における当該部品のラインＡ−Ａ断面図である。 図１２ａは、サイクルの開始時の図９の端面図で、図１２ｂは、図１２ａのラインＡ−Ａ断面図である。 図１３ａは、ロータが９０°回転した後の図９の端面図で、図１３ｂは、図１３ａのラインＡ−Ａ断面図である。 図１４ａは、ロータが１８０°回転した後の図９の端面図で、図１４ｂは、図１４ａのラインＡ−Ａ断面図である。 図１５ａは、ロータが２７０°回転した後の図９の端面図で、図１５ｂは、図１５ａのラインＡ−Ａ断面図である。 図１６は、本発明の第４の実施例に従った定量ポンプの斜視図である。 図１６ａは、少なくとも１つのロータに取り付けられた軸に沿って図１６を軸方向に分割した図である。 図１７は、本発明の追加的な実施例に従った定量ポンプの斜視図である。 図１７ａは、少なくとも１つのロータに取り付けられた軸に沿って図１７を軸方向に分割した図である。

Claims (5)

1. 第１の中空の円筒部材（２３）の中に少なくとも１の第１のピストン（２０）を具える定量ポンプ（１）であって、
   前記ポンプ（１）が、前記ピストン（２０）のインストローク中に少なくとも１のポンプチャンバ（２６）に液体（１５）を吸引可能な少なくとも１の入口ポート（１０）と、 前記ピストン（２０）のアウトストローク中に前記液体（１５）を送出可能な少なくとも１の出口ポート（１１）とを有し、
   さらに、前記ポンプ（１）が、第２の中空の円筒部材（２３’）の中で第１のピストン（２０）の反対側に設けられた少なくとも１の第２のピストン（２１）を具えており、前記第２のピストン（２１）のインストローク中に前記入口ポート（１０）を通して液体（１５）を吸引でき、前記第２のピストン（２１）のアウトストローク中に前記出口ポート（１１）を通して液体（１５）を送出可能な少なくとも１の第２のポンプチャンバ（２６’）を形成し、
   両円筒部材（２３，２３’）が、端部と端部とが互いに向かい合うよう組み立てられてハウジング（２２）を形成し、
   部品（２４）が前記ハウジング（２２）の中の中程に取り付けられ、
   前記部品（２４）が、入口及び出口ポート（１０，１１）を具え、双方向の直線及び角運動の組み合わせにより動作して、ピストン（２０，２１）の軸に沿って円筒型のハウジング（２２）とピストン（２０，２１）の相対的な前後の摺動を生じさせるとともに、入口及び出口ポート（１０，１１）を同期的に閉鎖して、連続的な流れ送出を確実にするよう構成されており、
   前記第１及び第２ピストン（２０，２１）がハウジング（２２）の中に固定して設けられており、
   前記ハウジングが前記２つのピストン（２０，２１）の軸に沿って摺動可能であることを特徴とする定量ポンプ（１）。
2. 前記部品（２４）が双方向の直線運動で動作するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の定量ポンプ（１）。
3. 前記部品（２４）の角運動から前記ハウジング（２２）の直線運動を分離する手段であって、
   前記ハウジング（２２）に相対的な直線運動を伝える第１のロータ（５）と、
   前記部品（２４）に角運動を独立して伝える第２のロータと、
   を具えることを特徴とする請求項１に記載の定量ポンプ（１）。
4. 前記ピストン（２０，２１）、前記部品（２４）及び前記ハウジング（２２）が使い捨て可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の定量ポンプ（１）。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の定量ポンプ（１）の出口ポートに堅く封着されたタンクを具えることを特徴とするコンプレッサ。

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