JPH05220222A - 流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、より消費電力が少なく、電磁的ノイ
ズの発生を極力少なくできる安全性の高い流量制御装置
を提供することを目的とする。 【構成】流路を流れる流体の流量を調節する流路制御装
置において、移動体１８及び慣性体２０を圧電素子１９
で連結するとともに前記移動体１８を金属管１７上に移
動可能に静止摩擦力で保持してなる急速変形圧電アクチ
ュエータ１６とを具備し、前記慣性体１８を前記流路の
弁部に連結し、そのアクチュエータ１６の動きにより前
記弁部を操作して流路の流れを調節するようにしたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流路を流れる流量を調
節する流量制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】体内埋込みポンプや内視鏡装置等におい
て採用される流量調節装置は、その流路を電磁弁で開閉
し、その開閉の周期を変更することにより実現していた
（例えば、米国特許第４，２２１，２１９号明細書参
照) 。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のよう
な流量制御方式では、常に、電磁弁を開閉し続ける必要
があるため、その電磁弁を動かすための電力が比較的大
きくなる。また、電磁弁の開閉に伴い、電磁的なノイズ
が発生するため、他の電子機器の動作に悪い影響を及ぼ
す虞があった。

【０００４】特に、体内埋込式ポンプにおいては、その
電磁弁を駆動するための電源が大きくなり、そのポンプ
装置の全体が大型化し、患者の負担を増す。また、心臓
のペースメーカを付帯した患者ではその電磁的なノイズ
により、そのペースメーカの動作を誤動作させる虞が生
じる等の欠点があった。

【０００５】本発明は前記課題に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、より消費電力が少なく、
電磁的ノイズの発生を極力少なくできる安全性の高い流
量制御装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】前記課題を解決
するために本発明は、流路を流れる流体の流量を調節す
る流路制御装置において、前記流路の流量を調節する弁
部と、移動体及び慣性体を圧電素子で連結するとともに
前記移動体をベース上に静止摩擦力で移動可能に保持し
てなる急速変形圧電アクチュエータとを具備し、前記急
速変形圧電アクチュエータの動きにより前記弁部を操作
する構成とし、前記急速変形圧電アクチュエータによ
り、その弁部における流路の断面積を変更してその流路
の流量を可変するものである。

【０００７】

【実施例】図１ないし図３は本発明の第１の実施例を示
し、図１はその体内埋込みポンプ１を生体ａに埋め込ん
でなる状態を示している。この体内埋込みポンプ１は、
そのハウジング２内を仕切り壁３によりリザーバ室４と
ポンプ室５に区画してなり、そのリザーバ室４には膨縮
自在な蛇腹状のリザーバ６を設置してある。このリザー
バ６内には薬液７が収納されている。リザーバ室４の上
部に対向位置するハウジング２の壁部には前記リザーバ
６内に通じるセパタム８が貫通して設けられている。セ
パタム８は生体ａに穿刺する注射針（図示しない。）を
刺通してリザーバ６内に体外から薬液７を補充するため
に使用するものである。また、リザーバ６を設置するリ
ザーバ室４にはフレオン１０が充填されている。

【０００８】前記ハウジング２内において、リザーバ６
には送液チューブ１１が液密的に接続され、その接続口
の部分には、投与する薬液７を濾過するフイルタ１２が
設けられている。送液チューブ１１は仕切り壁３を貫通
してポンプ室５に導かれている。この送液チューブ１１
の先端には、生体臓器、例えば血管１３に導かれるカテ
ーテル１４の基端が液密的に接続されている。

【０００９】送液チューブ１１は金属製であり、その一
部には後述するピストン１５を内挿するシリンダ部１６
を設け、そのピストン１５を移動することにより、その
流路の径（有効断面積）を変え、薬液７の流量を調節す
るる弁部を構成している。前記ピストン１５はこれに同
軸的に縦に並べて設置した急速変形圧電アクチュエータ
１６により移動されるようになっている。

【００１０】この急速変形圧電アクチュエータ１６は、
ポンプ室５に固定的に設けられた金属管１７（ベース）
の中に移動体１８をスライド自在に設け、さらに、その
移動体１８には積層型圧電素子１９を間にして慣性体２
０を連結したものである。移動体１８は金属管１７の内
面に摺接して移動できるように装着され、通常は金属管
１７の内面との静止摩擦力により定位置に保持されてい
る。慣性体２０はその金属管１７に触れずにその中で浮
いている。

【００１１】前記ピストン１５の上端は慣性体２０の下
端に固定され、このピストン１５と慣性体２０とは一体
的になっている。また、この両者の質量は前記移動体１
８のものに比べて小さく作られるのが普通である。さら
に、前記送液チューブ１１のシリンダ部１１ａから慣性
体２０にわたり、ピストン１５の周りはべローズ２１で
包囲され、送液チューブ１１からの漏れを遮断する。

【００１２】前記急速変形圧電アクチュエータ１６の移
動体１８には受信コイル２２が取り付けられ、この受信
コイル２２は前記圧電素子１９にリード線２３を介して
電気的に接続している。この受信コイル２２は金属管１
７の外に配置されることにより、受信感度を高めるよう
になっている。

【００１３】一方、体外には図示しないコントローラを
付設した信号源２４が設置され、これには前記受信コイ
ル２２に駆動用信号を無線的に伝送するための送信コイ
ル２５が設けられている。しかして、この信号源２４の
送信コイル２５と前記受信コイル２２とは駆動用信号を
無線的に伝送できるよう電気的に接続されている。

【００１４】次に、この体内埋込みポンプ１の作用を説
明する。生体ａに埋め込まれた状態においてリザーバ室
４のフレオン１０が体温によって加温されて次第に気化
し、その気化圧でリザーバ６をゆっくりと収縮させる。
すると、その収縮量に応じてリザーバ６内の薬液７が送
液チューブ１１へ送り出される。

【００１５】このように送液チューブ１１に押し出され
た薬液７はその送液チューブ１１を通り、さらに、カテ
ーテル１４を通じて生体臓器、例えば血管１３に注入さ
れる。この注入される薬液７の量は、急速変形圧電アク
チュエータ１６によって調節される。送液チューブ１１
のシリンダ部１１ａの部分でピストン１５を動かすこと
により、その送液チューブ１１の流路の径を変えて制御
することにより行われるのである。

【００１６】すなわち、通常、ピストン１５は、急速変
形圧電アクチュエータ１６によってその位置に保持さ
れ、流量を一定ならしめているが、ここで、流量を制限
するため、送液チューブ１１の流路の径を小さくする向
きにピストン１５を動かすには、送信コイル２５から、
信号源２４で作られた図２の「ａ」の波形の信号を送信
コイル２５から受信コイル２２へ伝送する。

【００１７】つまり、急速変形圧電アクチュエータ１６
の圧電素子１９は、図３の（ａ）における「１」で示す
ように、最初、ゆっくりと伸び、このとき、移動体１８
は停止したままである。続けて図３の（ａ）における
「２」で示すように急激に縮む。このとき、慣性体２０
は慣性作用によって静止状態を継続しようとするから、
移動体１８はその反作用によって金属管１７の内面を動
摩擦で滑り、その結果、移動体１８は圧電素子１９が伸
びたピストン１５側に向かう向きに僅かに移動して、そ
の新たな位置に再び静止摩擦力で保持される。これによ
り１サイクルの動作を完了する。

【００１８】つまり、そのアクチュエータ１６の全体が
送液チューブ１１の流路の内径を小さくする方向へ僅か
に動かせることができるから、その量だけピストン１５
が進み、送液チューブ１１の流路を絞り、流量を小さく
することができる。流量をさらに小さくしたい場合には
前述した動作を繰り返せばよい。信号１パルスにつき、
急速変形圧電アクチュエータ１６は１ステップ動く。

【００１９】逆に、流量を増やしたい場合には、図２の
「ｂ」の信号を受信コイルへ送る。すると、急速変形圧
電アクチュエータ１６の圧電素子１９は、最初、図３の
（ｂ）で示すように、急激に縮むために、前述した動作
に類似した作用で移動体１８は金属管１７に対して圧電
素子１９の縮み方向、つまり、ピストン１５の方へすべ
る。そのため、急速変形圧電アクチュエータ１６の全体
が送液チューブ１１の流路の内径を大きくする方向へ動
く。さらに流量を大きくしたい場合にはその動作を繰り
返せばよい。信号１パルスにつき、急速変形圧電アクチ
ュエータ１６は１ステップ動く。

【００２０】しかして、この構成によれば、外部からの
信号だけでその急速変形圧電アクチュエータ１６を動か
し、流量をコントロールできるので、このためのバッテ
リーを内蔵することが不要になり、生体に埋め込むポン
プ装置全体を小形化するとともに、その軽量化が図れ
る。また、流量を調節するときに限り、外部からの信号
で駆動するので、その消費電力が少ない。さらに、セラ
ミック型等の圧電素子を使用するので、電磁ノイズがな
い。しかも、流量を調節するときに限り、それを外部か
らの信号で駆動するので、その駆動による電磁ノイズの
発生する機会も少ない。

【００２１】図４は本発明の第２の実施例を示すもので
ある。これは前記実施例のポンプ部の変形例である。こ
れはポンプ室５に配設される柔軟なカテーテル１４の一
部を急速変形圧電アクチュエータ１６の慣性体２０で直
接に押し潰してその内部の流路の断面積を狭め、その押
潰す量によって流量を調節するものである。カテーテル
１４は、金属管１７とハウジング２の内部壁面２６との
間に挟まれる形で配設されている。金属管１７内には前
述した実施例と同様の急速変形圧電アクチュエータ１６
が組み込まれている。さらに、急速変形圧電アクチュエ
ータ１６の慣性体２０とカテーテル１４は接着されてい
る。

【００２２】しかして、前述した実施例と同様の作用で
急速変形圧電アクチュエータ１６が金属管１７内を移動
することにより、急速変形圧電アクチュエータ１６の慣
性体２０がカテーテル１４を潰したり、元に復元させた
りすることによりカテーテル１４の流体抵抗を変えて流
量を制御する。この構成によれば、前述した作用効果に
加えて、ピストン等の余計な部材が不要となり、その設
計が容易である。

【００２３】図５は本発明の第３の実施例を示すもので
ある。この実施例は前述した急速変形圧電アクチュエー
タ１６の受信コイル２２を金属管１７の内側で圧電素子
１９の外周に巻装する形で設けている。このため、急速
変形圧電アクチュエータ１６の作動に際して受信コイル
２２がほとんど動くことがない。

【００２４】しかして、外部からの信号を受信コイル２
２で受信し、急速変形圧電アクチュエータ１６を作動さ
せると受信コイル２２自身もそのアクチュエータ１６と
一緒に移動する。

【００２５】この実施例では、受信コイル２２が急速変
形圧電アクチュエータ１６の積層型圧電素子１９に巻き
付けられており、そのアクチュエータ１６と一緒に金属
管１７内に内包されているため、そのアクチュエータ１
６と受信コイル２２が一緒に移動する。このため、アク
チュエータ１６と受信コイル２２の電気的接続部分、例
えばハンダ付け部分に機械的な力を受けなくて済み、電
気的接続が不良になる確率が少なくなる。

【００２６】図６は本発明の第４の実施例を示すもので
ある。この実施例は前述した第３の実施例のものに次の
構成を追加した。すなわち、カテーテル１４の設置側と
反対側での金属管１７の端の開口部には互いに向き合っ
て一対の電極３１ａ，３１ｂが前記金属管１７と絶縁し
た状態で取り付けてなり、電極３１ａ，３１ｂはコンデ
ンサーを構成し、これは容量計３２と電気的に接続され
ている。容量計３２はテレメトリー部３３に電気的に接
続されている。この容量計３２とテレメトリー部３３は
体内埋込みポンプ１のハウジング２におけるポンプ室５
内に設置されている。テレメトリー部３３は仕切り壁３
を介してその外へ向き、外部に設置されるコントローラ
３４の受信部３５に向き合うようになっている。コント
ローラ３４は信号源２４に電気的に接続されている。

【００２７】一方、急速変形圧電アクチュエータ１６の
移動体１８は金属管１７の軸方向で電極３１ａ，３１ｂ
の間に向かって突出する凸部３６を有しており、コント
ローラ３４と受信部３５は体外に有り、コントローラ３
４は受信部３５と信号源２４に電気的に接続されてい
る。

【００２８】しかして、この追加された新たな構成にお
いて、急速変形圧電アクチュエータ１６の移動体１８と
電極３１ａ，３１ｂの距離に従って、移動体１８と電極
３１ａ，３１ｂからなるコンデンサーの容量が変わる。
その変化を容量計３２で測定して、テレメトリー部３３
を介して体外の受信部３５へ送信する。

【００２９】コントローラ３４は、その受信した容量値
を基に急速変形圧電アクチュエータ１６の金属管１７内
での現在位置を知り、前もって設定した目標位置にその
急速変形圧電アクチュエータ１６を移動させるのに必要
な信号を出力するように信号源２４をコントロールす
る。

【００３０】信号源２４より出力された信号は送信コイ
ル２５より送信され、急速変形圧電アクチュエータ１６
は、その信号に基づいて金属管１７内を移動し、カテー
テル１４を潰したり復元させたりする。この構成によれ
ば、前述した実施例の作用効果に加えてカテーテル１４
のフジー量をフィードバック制御により正確に指定で
き、正確な流量制御できることになる。

【００３１】図７は本発明の第５の実施例を示すもので
あって、これは内視鏡の送気・送水システムに本発明を
適用したものである。すなわち、図７の（ａ）で示すよ
うに、内視鏡４１の送気チューブ４２と送水チューブ４
３が送気・送水タンク４４に導通されている。

【００３２】この送気・送水タンク４４には送気ポンプ
４５が接続されていて、その送気・送水タンク４４内に
加圧空気を導入するようになっている。送気チューブ４
２の入口端は送気・送水タンク４４の上部空間の空気中
に位置し、送水チューブ４３の入口端は送気・送水タン
ク４４の中の水中に位置している。

【００３３】送気チューブ４２と送水チューブ４３の途
中には、前述したような急速変形圧電アクチュエータ４
６を用いた送気弁４７及び送水弁４８が設けられ、その
流路を開放及び遮断するようになっており、送気弁４７
を開放することにより送気チューブ４２を通じて送気を
行い、送水弁４８を開放することにより送水チューブ４
３を通じて送水を行うようになっている。

【００３４】送気弁４７及び送水弁４８における各急速
変形圧電アクチュエータ４６はコントロール部４９に電
気的に接続され、それからの駆動信号を受けるようにな
っている。コントロール部４９にはこれを操作する入力
部５０が設けられている。なお、この入力部５０は内視
鏡４１のハンドピース部分に設けてもよい。

【００３５】前記送気弁４７及び送水弁４８は同じ弁ハ
ウジング５１内に設置されている。そして、送気弁４７
及び送水弁４８の急速変形圧電アクチュエータ４６は、
角柱状の穴５２，５３内にそれぞれ組み込まれている。
つまり、弁ハウジング５１には角柱状の穴５２，５３が
２つ並列に開いており、その中には急速変形圧電アクチ
ュエータ４６がそれぞれ配置されている。

【００３６】そして、送気チューブ４２と送水チューブ
４２はそれぞれの穴５２，５３内において急速変形圧電
アクチュエータ４６の慣性体５４と穴５２，５３の一端
壁との間の隙間に挿通されている。急速変形圧電アクチ
ュエータ４６の移動体５５は穴５２，５３の内壁に静止
摩擦力で移動可能に保持されている。急速変形圧電アク
チュエータ４６の圧電素子５６は前述したコントロール
部４９に電気的に接続される。また、送気チューブ４２
と送水チューブ４３は少なくともその穴５２，５３を通
る部分が弾性的で柔軟に形成されている。

【００３７】しかして、入力部５０により入力されたス
テップ数だけ、コントロール部４９より、前述した図２
のａあるいはｂで示すような波形の信号が出力され、急
速変形圧電アクチュエータ４６の圧電素子５６に印加さ
れると、前述したような動作で送気チューブ４２や送水
チューブ４３は潰されたり元に戻されたりする。送気ポ
ンプ４５の吐出圧は常に一定なので、空気や水の量はチ
ューブ４２，４３の潰れ量に従って変化するとともに微
調整することができる。

【００３８】このように送気の流量を可変することがで
きるため、例えば大腸を送気により膨らます場合など、
急激に膨らませたくない場合は、送気量を制限すること
ができる。また、送水流量も可変することができるた
め、例えば硬性鏡による胸腔手術時のようなときの出血
中、対物レンズ面への微量速続送水の場合と、対物レン
ズ面に付着した粘性汚物をフラッシュ送水により洗い落
とす場合とで区別し、その送水量を切り換えることがで
きる。

【００３９】図８は本発明の第６の実施例を示すもので
あって、これは超音波治療装置の送気・送水システムに
適用したものである。この超音波治療装置のハンドピー
ス６０には送液チューブにより送水及び吸引を行う灌流
用回路が接続される。これは、生理食塩水パック６１、
ローラポンプ６２、送液チューブ６３、ボトル６４、吸
引ポンプ６５、泡センサ６６などからなり、送液チュー
ブ６３は生理食塩水パック６１とハンドピース６０とボ
トル６４に液体が灌流できるように接続されている。ま
た、ハンドピース６０と生理食塩水パック６１との間を
結ぶ送液チューブ６３の部分にはローラポンプ６２のロ
ーラにかまされている。

【００４０】また、ハンドピース６０とボトル６４との
間を結ぶ送液チューブ６３の途中には、前記実施例のも
のと同様な構成で急速変形圧電アクチュエータを利用し
て構成した開閉弁６７が介装されている。この開閉弁６
７は制御信号ライン６８を通じてアクチュエータ制御部
６９に接続されている。また、泡センサ６６は、出力信
号ライン７０を通じてそのアクチュエータ制御部６９に
接続されている。

【００４１】しかして、ローラポンプ６２を駆動する
と、ハンドピース６０の先端から放出された生理食塩水
は患部に溜まるが、吸引ポンプ６５を動かすため、これ
がハンドピース６０の先端から吸引され、ボトル６４の
内に貯められる。その際、泡が泡センサ６６で検知さ
れ、信号が出力される。アクチュエータ制御部６９は、
泡センサ６６の出力がなくなるまで、急速変形圧電アク
チュエータが送液チューブ６３が潰れる方向に動かし流
量を下げる。

【００４２】また、アクチュエータ制御部６９は泡セン
サ６６の出力がなくなった時点より、一定間隔で徐々に
急速変形圧電アクチュエータを送液チューブ６３の潰れ
が元に戻る方向へ移動させる。しかし、その途中で再び
泡センサ６６の出力があった場合には、その泡センサ６
６の出力がなくなるまで送液チューブ６３を潰す方向へ
急速変形圧電アクチュエータを移動させる。これを繰り
返すことにより灌流の制御を行う。これによって、吸引
量が多すぎて患部の水切れが生じるようなことなどがな
くなる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、急
速変形圧電アクチュエータの動きにより前記弁部を操作
する構成とし、前記急速変形圧電アクチュエータによ
り、その弁部における流路の断面積を変更してその流路
の流量を可変するから、消費電力が少なく、電磁的ノイ
ズの発生を極力少なくできる安全性の高い流量制御装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る体内埋込みポンプ
の使用状態の断面図。

【図２】同じく本発明の第１の実施例に係る体内埋込み
ポンプの急速変形圧電アクチュエータに印加する駆動信
号の波形図。

【図３】同じく本発明の第１の実施例に係る体内埋込み
ポンプの急速変形圧電アクチュエータの動作説明図。

【図４】本発明の第２の実施例に係る体内埋込みポンプ
における急速変形圧電アクチュエータを利用したポンプ
部の断面図。

【図５】本発明の第３の実施例に係る体内埋込みポンプ
における急速変形圧電アクチュエータを利用したポンプ
部の断面図。

【図６】本発明の第４の実施例に係る体内埋込みポンプ
における急速変形圧電アクチュエータを利用したポンプ
部の断面図。

【図７】本発明の第５の実施例に係る内視鏡用送気・送
水システムを概略的に示す斜視図。

【図８】本発明の第６の実施例に係る超音波治療装置用
送気・送水システムを概略的に示す図。

【符号の説明】

１…体内埋込みポンプ、２…生体、５…ポンプ室、１１
…送液チューブ、１５…ピストン、１６…急速変形圧電
アクチュエータ、１７…金属管、１８…移動体、１９…
積層型圧電素子、２０…慣性体、４６…急速変形圧電ア
クチュエータ、４７…送気弁、４８…送水弁、６７…開
閉弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流路を流れる流体の流量を調節する流路制
   御装置において、前記流路の流量を調節する弁部と、移
   動体及び慣性体を圧電素子で連結するとともに前記移動
   体をベース上に静止摩擦力で移動可能に保持してなる急
   速変形圧電アクチュエータとを具備し、前記急速変形圧
   電アクチュエータの移動する部材を前記弁部に連結し、
   前記急速変形圧電アクチュエータの動きにより前記弁部
   を操作し、その弁部における流路の断面積を変更して前
   記流路の流量を可変するようにしたことを特徴とする流
   量制御装置。