JPH06506134A - 複数流体に適用可能な定圧流体供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 複数流体に適用可能な定圧流体供給装置発明の技術分野 本願発明は概略流体の供給および制御に関し、特に、医療上の注入技術に関する が、他の技術にも適用可能である。

発明の概要 本願発明は流体を比較的に一定圧力の下で分配する装置を提供する。第１の実施 例は、予備張力が与えられた弾性膜によって画定された可変大きさのチャンバか ら流体を分配する。第２の実施例は、分配膜によって画定されたチャンバから流 体を分配するものであり、その膜は予備張力が加えられた弾性膜によって画定さ れた可変大きさの圧力チャンバ内に閉じ込められた他の流体にほぼ囲まれている 。第３の実施例は、複数の流体を分配するものであり、第１流体は予備張力が加 えられた弾性膜によって画定された可変大きさの第１分配チャンンバから分配さ れ、また、第２流体は第１流体にほぼ囲まれた分配チャンバによって画定された 可変大きさの分配チャンバから分配される。第４の実施例は、各々が加圧流体に ほぼ囲まれた少な（とも２つの分配チャンバから複数の流体を分配するものであ り、その圧力流体は予備張力が加えられた弾性膜によって画定された可変大きさ の圧力チャンバ内に閉じ込められている。

＃適な実施例においては、弾性膜はある値を超えた予備張力が加えられているも のであり、その値においては、流体が膜に囲まれた容積を占め、その容積が増加 するときに、容積全体にわたる圧力の第１導関数が最初にゼロになる。

図面の簡単な説明 本願発明は図面とともに下肥の説明を参照するごとにより、より容易に理解でき るであろう。

図１．及び２は本願発明に用いられる型の弾性膜の特性を示す。

図３は本願発明の第１実施例の断面図を示す。

図４は、幾つかの流体をいかなる順序においても続けて連続的に供給可能な本願 発明の第２実施例の断面図である。

図５は本願発明の第３実施例の概略平面図である。

図６は図５の実施例の概略立面図である。

図７は図５の実施例の指状バルブの概略断面図である。

図８は弾性膜及び分配膜を用いる簡単な単一流体供給装置を示す。

特定実施例の詳細な説明 図１は本願発明の実施例に適した型の弾性膜］１の使用状態を図示する。はぼ均 一な厚さの膜は、液体がある程度満たされると球状体となる傾向がある。最初は どのような形状にもなり得るが、液体が膜の内部容積１４に導かれていくらかの 拡張力が生じる前でも、その図面に示された膜はほぼ球状であるとする。さらに 液体が膜内に導入されるとその形は拡張して図Ｊにおけるｊ２の大きさになり、 さらにその後１３の大きさになる。液体がほぼ膜１１の容積】、４を膚だしてし まうまで（又はもう少し正確にいうと、容積］４内の圧力が周囲圧力を超えるま で）、膜は拡張されない。しかし、ある点において、膜１１の壁面を拡張するこ となく、また、その結果として膜の容積１４内の圧力の増加を引き起こさずに、 液体を容積１４内に導入することはできない。

図２は図１に示す弾性膜の容積に対する圧力の特性を示す。最初の圧力の増加、 つまり、図１及び２において領域Ａとして表す領域の増加を達成するため、比較 的高い圧力が要求され、それによって膜内の容積１４の増加に必要な膜の拡張が 始まる。一旦最初の拡張が始まると、しかしながら、図１及び２に示す領域Ｂに よって示される相当な広さの範囲にわたって、圧力がほぼ一定値に向かう。液体 が弾性膜によって囲まれた容積に流入して容積が増加するときに、容積全体にわ たる圧力の第１導関数が最初にゼロになる（図２における１５の位置）位置があ る。ある場合は、もちろん、膜は、特性を維持する能力を超えて拡張されてしま って破裂してしまう状態になることがある。領域Ｂは限定されていてそのような 状態には拡張されない。

一般的には、本願発明が適用可能な普通の型の供給装置は図１及び２に示された 特性をうまく対処しなければならない。一般的に、それらの供給装置は静脈への 液体を供給する間は領域Ａ及びＢ内において作動する。実際に、供給サイクルの 終り近く、つまり、膜１１の容積１４が初期の大きさに戻るときに、圧力対容積 の関係は実際には図２のＣで示される領域にあり、圧力はすべてに液体が供給さ れてしまう前に急激にゼロに低下してしまっていくらかの液体をまだ装置内に残 してしまう。

本願発明はこのような供給装置の問題を解決するものであり、膜が図２の領域Ｂ 内でのみ作動するような張力が加わるように弾性膜を設けている。第１の実施例 においては、図３に示すように、膜が完全に収縮して容積がほぼゼロのときに、 そうでなければ、装置が液体で満たされていて膜が最初に一定圧力値になるとき に、膜に一定形状を与えるようにマンドリンを用いている。この実施例において は、膜収容装置に液体がまったくないときには内部容積１４はほぼゼロである。

図３には、膜３１に予備張力が加えられて完全に収縮し、またマンドリン３２の 全体にわたって伸ばされて膜とマンドリンとの間の容積がほぼゼロである状態を 示す。図３においては、マンドリン３２の側に膜３１が初期の（容積ゼロ）の状 態に置かれてともにほぼ同一の概略半球状をしており、その半球状の形状は、膜 が図１に示すように液体が満たされて容積１２になったとするとその膜によって 占有されたであろう形状であり、その容積は図２の領域Ｂの低いほうの終りの位 置に対応する。

膜３１はその結果マンドリン３２の周囲において張力が加えられた状態で置かれ てトロイダルキャップ３２１とマンドリンの最下部３２２との間に挟まれている 。典型的な実施例としては、作動範囲の全般にわたって膜には約５　ｌｂ／１ｎ ２（３４ｋＰａ）の圧力が加えられる。膜がほぼ完全に拡張されるとそれは３１ ａで示される位置を占め内部容積３１１を画定する。ケース３３は膜３１の拡張 の最大限度となり、そのときには容積３１１の大きさの最大限度となる。

膜３１とケース３３との間の容積３３１は、多くの適用例において、適切な方法 で大気圧に通気されていて、容積３３１内の空気を圧縮及び膨張することなく膜 を拡張及び収縮することができる。その通気は、ケース３３にオリフィスを設け たり又はキャップ３２１とケース３３との間に１又は２以上のチャネルを設ける というような適当な手段によって達成することができる。そのようなチャネルは 、例えばマンドリン３２の最下部３２２とケース３３のその近（の箇所との間を 追加的に延長することができるであろう。

装置の最初の充填はルウエル部分３４及び位置方向バルブ３５を介して行うこと ができる。部分３４及び３５を構成する１つの適切な例が、ディーンカーメン及 びバレンタインファウストによって発明され、発明の名称が「瞬間接続解除バル ブ」であり、１９９１年８月２２日に出願された米国特許出願第７４８，３４１ に説明されている。この出願はここに参考として取り入れられている。

液体はチャネル３６及び部分３７を介して装置から供給され、チャネル３６及び 部分３７はマンドリン３２に一体的に形成されている。部品３７から液体がライ ン３７１、フィルタ３８及び流量制限チューブ３９を通って流れさらに出口部分 ３９１を通る。出口部分は装置の使用時まで適当にキャップされるルウエル部分 であってもよい。流量制限チューブ３９は、部分３９１の位置に確実な一定圧力 を形成しさらに部分３９１を通る際に明確な最大流れ割合を与えるために、特定 の小さなカニユーレの大きさを有する。フィルタ３８は流れのフィルタを行い、 また従来から知られている方法によって空気を除去するように作用する。ライン ３７１をクランプして、またそうでなければ、従来知られた方法によって流れの 調整をおこなってもよい。他の方法としては、例えば、流れは祖父母出願である 米国特許出願第６７３．８３５号の図２に関連して説明された方法によっても調 整でき、その出願は出願第５２３，８０１号及び特許第４，９７６．１６２号に 開示された技術的方法を用いている。

図４は図３に示された装置と同様な装置を示すが、図４の装置はいかなる順序に よっても液体を一連にかつ連続的に自動的に分配できるものである。この実施例 においては、１つの液体は主膜３１から画定される容積３１１内に入れられ、他 の液体は、主膜３１とマンドリン３２との間の容積３１１内に置かれる３つの追 加の膜によって画定される容積４２１．４２２及び４２３内に入れられる。追加 の膜の実際の数は設計選択の事項であり、ここでは３つの追加の膜がマンドリン ３２の周りに等しい角度で配置されている。追加の膜はゆるんだ状態、つまり、 引き伸ばされた状態ではない状態にある。従って、主内部容積の主膜が引き伸ば されたことにより加えられる圧力は、各々の追加の（ゆるんだ）膜によって画定 される各内部容積に等しく加えられる。液体は主容積３１１から、また各追加の 容積４２１．４２２及び４２３から分配される。他の方法としては、液体は追加 の容積のみから分配されてよく、そのときは主容積内の液体は内部圧力を与える のに用いられる。それぞれの液体は部分３４．４５１．４５２及び４５３をそれ ぞれ介して容積３１１．４２１．４２２及び４２３に詰められる。一方向バルブ が図３に関して説明されている手段によってそれらの部分に流体的に連通して設 けられており、また、液体入口が、図３に関して説明されているように、上述し た瞬間接続解除バルブに開示されたような又は従来から知られているような技術 によって、取り付けられている。以下に説明する理由のため、満たされる第１容 積は最初にからにすることが予定されている１つでなければならず、満たされる 第２容積は２番目にからにすることが予定されている１つでなければならず、地 間様であり、つまり、容積ばからにすることが予定されている順序で満たされる べきである。

容積３１１．４２１．４２２及び４２３の各々からの通路は、一方向バルブ４４ ４．４４１．４４２及び４４３の各々を介して、出口部分３７及び出口ライン３ ７１に連通するマニホールド４６につながる。これらの一方向バルブは特定の圧 力閾値に達するまで、通過させることができる方向へ液体を通過させず、各バル ブ毎に異なる閾値が設定されている。そのような圧力閾値を有する一方向バルブ は従来から知られており、例えばダックビルバルブによって構成されることがあ る。マニホールド４６並びに連通ずる部分及びバルブはここでは部材４７内に構 成されており、その部材はマンドリン３２に隣接する。

容積４２１．４２２及び４２３内の圧力が容積３１１内の圧力と同一であるとい うことは、明白である。液体が部分３９１を通過して流れることができるときは その液体は最も低い閾値を有する一方向バルブ４４４．４４１．４４２又は４４ ３のいずれかを流れることができる。そのバルブがバルブ４４３であるときは、 そのときは−変流れが生じると、主容積３１からの圧力が加えられてこのバルブ が開放状態に保たれ、容積４２３が完全にからになってしまって流れが止まるま で流れは継続する。次に、次に低い閾値を有する閾値バルブが開かれ、例えばバ ルブ４４２とすると、そのときはそれに関連する容積４２２が完全にからになり 、他も同様である。装置の幾何学的構成からすると、容積３１１は最後にからに なると推測され、それに関連するバルブ４４４の閾値が最も高いのが望ましい。

図４に示す型は、他にもいろいろあるが、ｒｓＡｓＨＪ、つまり、次々と、生理 食塩水、抗生物質、生理食塩水及びヘパリンを供給するのに適した装置に適用可 能である。可能性を考慮して、例えば、容積４２１．４２２又は４２３に関連す る膜がはずれたときに、容積４２１．４２２又は４２３のような次位の容積内の 医薬が完全にほからにならないことを保証するために、多くの場合、十分な数の 次位の膜を設けるのが望ましく、そのため、主膜が適切な殺菌溶液（生理食塩水 のようなもの）によって作動されて最後に分配を行うようにしてもよい。この方 法によると、主膜３１は下方にあるすべての次位の膜を強制的にからにする。従 って、５ＡＳＨ装置は５ＡＳＨ−Ｓ装置として用いられるであろう。

図４の複数容積装置を、マンドリン３２を用いる図３の単一容積装置に関連させ て説明したが、それは実際には従来の単一容積装置を備えるように組み立てられ てもよくて、図４に図示されているのと同様に単−主容積内に配置された次位の 容積を用いることができる。

本願発明に従い、圧力チャンバを用い、コノ圧力チャンバが閉じ込められた加圧 液体を有し、比較的一定圧力の下で単一の液体の供給するための簡単な装置が図 ８に示されている。弾性膜８１が圧力液体８２が詰められた圧力チャンバを構成 し、膜８１に張力がかけられている。

膜８１内にはゆるんだ膜８３がさらに設けられていて、膜８３は分配される液体 ８４を含み可変大きさの分配チャンバを構成する。液体人口８５及び液体出口８ ６は液体８４がバルブ８７及び８８をそれぞれ経由して出入りするための出入口 を構成する。圧力液体８２は膜８１によって画定される容積内に閉じ込められ（ つまり、大きさの変化する圧力チャンバである）、そのときの圧力は、液体を閉 じ込めるチャンバ８４がからのときに、膜８１に図１に示す位置１２に相当する 張力が加えられるような圧力である。膜８３はゆるんだ膜なので、分配チャンバ が液体８４を収容すると（図８に示すように）、液体８４の圧力は液体８２の圧 力と等しい。そのままで、バルブ８８が開かれると、分配される液体である液体 ８４は、比較的一定圧力であり図１及び２の領域Ｂの全般にわたる圧力に相当す る圧力の下で、吐出される。

図５及び６は図４の実施例と同様な実施例を示すが、液体が追加された膜によっ て画定された容積（つまり「チャンバ」）のみから分配され、弾性膜によって画 定された容積から直接ではない点が異なる。また、図５及び６の実施例において は、追加の膜のうち３個の膜５１．５３及び５４が、マンドリンによって画定さ れた容積６１の内部に設けられている。（追加の膜５２は弾性膜とマンドリンと の間に配置されている。）この実施例においては、圧力チャンバがマンドリンに よって画定された容積を含み、これにより圧力チャンバ液体が、マンドリンから 画定された容積６１のみならず、マンドリン５５と弾性膜との間の容積６２をも 満たす。マンドリンはその中にホール６３を有し、これにより、液体がそれを通 過して圧力チャンバ内の液体の圧力がマンドリンの内側にある追加の膜に加わる 。圧力チャンバは液体で満たされて使用前に密封される。図５の実施例は直径２ ．５インチ（６、４ｃｍ）の直径を有し、主として各追加の容積内の分配された 液体に圧力を加えるために用いる２４ｃｃの殺菌水（分配しない液）を受入れる 。図５は５ＡＳＨ液体を受け入れるのに適した４つの追加の膜５１．５２．５３ 及び５４の概略を示す。これらの４つの膜はまた図６に概略示されており、そこ では膜５３が膜５１の真後ろに隠れている。膜５２は膜５５の中心線上に示され ており、その供給チューブ５６はマンドリン５５を通ってばねで付勢されたバル ブまで延びる。そのバルブは膜５２に連通して領域５７内に配置され、またマニ ホールド５８に接続されている。供給チューブ５６及び充填チューブ５９は互い に平行に延びて供給ポスト６４を通過して膜５２に達する。充填チューブの入り 口は直径が１／１６インチ（１，５９ｍｍ）の孔である。

図５に戻ると、膜５１．５２．５３及び５４はホールド５８の１本のラインに接 続されていることがわかる。

図７は弾性膜１１に取り囲まれた膜５１−５４の概略を示しており、設計の構成 要素を図示するために概略１本のラインに展開しである。膜５１はダックビルバ ルブ７１を介してマニホールドに接続されている。このバルブは患者へのライン （例えば、図４の３７１）が開かれたときに最初に開かれる。下流にある各膜５ ２．５３及び５４はばね付勢指状バルブ７２を介してマニホールドに接続されて いる。これらのバルブは構造上同一であるが、対応するバルブのばね付勢力を調 整するブロック７３が異なる。図７から、下流にあるブロックが上流にあるブロ ックよりも大きいのがわかる。より大きなブロックはスプリングをより押し縮め て、バルブを開く際に除かなければならない力をより大きくする。

各バルブはシリコンゴムボール７４からなり、そのシリコンゴムボールはばねス ロット７５を有し、バルブシート７６に着座されていて、ブロック７３の高さに 応じた予備付加が加えられたばね７７によって適正な位置に保持されている。ブ ロックの各々はカバーにモールドされて異なる高さを有しており、これらのブロ ックを除くと、バルブの構成要素は同一である。バルブシート７６は４５度の角 度で面取りされており、バルブボール７４の直径は、バルブが着座したときに、 そのバルブが、液体圧力による力（力＝圧力×面積）によってばね力に対抗して バルブを開放できる程度の面積を有するように定められている。膜５２．５３及 び５４に関連するばねは、ブロック７３から予備負荷されていて、各々６．５ｏ ｚ　（１８４ｇ）　、１１．９ｏｚ　（３３７ｇ）及び１７．２ｏｚ（４８８ｇ ）の力を生じさせている。その予備負荷はブロックの高さに応じてセットされる 。このような予備負荷の広範な設定は、±１０％のばね許容誤差にかかわらず正 確な連続作動を確実にするために必要とする。

隣り合う膜を接触させない利点がわかった。その理由は、（ｉ）このことにより 、装置内の圧力の均一化が阻害され、（ｉｉ）膜がつままれてそれが完全に排出 するのが妨げられるからである。従って、４液体（例えば５ＡＳＨ）装置として は図５の構成が望ましく、その構成によると、３つの内側分配膜５１．５３及び ５４を有し、１つの外側分配膜５２を有する。その３つの内側分配膜は互いに接 触しない大きさである。外側の接触しない分配圧力生成膜（弾性膜１１）は外側 分配膜５２に接触しない。それは、膜５２の大きさ及び密閉された主容積内の液 体の量によるからであり、その液体の量は、すべての分配膜が、からのときに膜 １１がマンドリン５５に接触することのない程度の量である。分配膜が２−５　 ｃｃの容積を有するのであれば、主容積の追加の３ｃｃの液体は十分であること がわかる。

ＦＩＧ、　Ｉ ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、　４ ＦＩＧ、　６ ＦＩＧ、　８ τ６１審纏失 フロントページの続き （５１）Ｉｎｔ、Ｃ１，Ｓ　識別記号　庁内整理番号ＦＯ４Ｂ　９１０８　Ｚ　 ２１２５−３Ｈ（８１）指定−ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、ＪＰ （７２）発明者　ノーマント、ジェラルド・ピーアメリカ合衆国、二ニー・ハン プシャー州０３１０２、マンチェスター、プラマー・ストリート　２９ Ｉ （７２）発明者　デュランド、ケビン アメリカ合衆国、マサチューセッツ州 ０１５２３、ランカスター、セブン・ブリッジ・ロード　１８５ （７２）発明者　シール、ジョセフ・ピーアメリカ合衆国、メイン州　０４０３ ８、ゴーラム、レッジ・レーン　３６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　比較的一定な圧力において流体を分配する装置であって、 ベース及び本体を有するマンドリンと、張力が与えられた状態で前記ベースに取 り付けられた弾性膜であって、前記膜と本体との間において大きさが麦化するチ ャンバを構成する弾性膜と、前記チャンバからの流体導管とを備え、前記マンド リンと前記膜とが、該膜が前記チャンバの容積にかかわらず張力が与えられた状 態にあるように取り付けられている分配装置。 ２　請求項１記載の装置において、前記弾性膜に所定の点を超えた予備張力が加 えられており、該所定の点においては、流体が前記チャンバに入り込み該チャン バの容積が増加するときに、流体容積の全体にわたる流体圧力の第１導関数が最 初にゼロとなる装置。 ３　比較的一定な圧力において流体を分配する装置であって、 大きさが変化する圧力チャンバを構成する弾性膜と、前記圧力チャンバ内に収容 されるある程度の量の圧力流体であって、前記弾性膜に張力を与えまた該圧力流 体に圧力が加わる圧力流体と、 前記圧力チャンバ内に配置され、大きさが変化する分配チャンバと、 該分配チャンバからの流体導管とを備える分配装置。 ４　請求項３記載の装置において、前記弾性膜に所定の点を超えた予備張力が加 えられており、該所定の点においては、流体が前記チャンバに入り込み該チャン バの容積が増加するときに、全流体容積の全体にわたる流体圧力の第１導関数が 最初にゼロとなる装置。 ５　複数の流体を連続的に分配する装置であって、大きさが変化する第１分配チ ャンバを構成する弾性膜と、 該第１分配チャンバ内に配置され、大きさが変化する少なくとも１つの追加分配 チャンバと、前記第１分配チャンバからの流体導管と、前記少なくとも１つの追 加分配チャンバからの流体導管と、 出口マニホールドと、 前記第１分配チャンバ及び少なくとも１つの追加分配チャンバからの出口を順々 に前記出口マニホールドに切り換える切換え装置とを備える分配装置。 ６　請求項５記載の装置において、前記弾性膜に所定の点を超えた予備張力が加 えられており、該所定の点においては、流体が前記第１分配チャンバに入り込み 該第１分配チャンバの容積が増加するときに、全流体容積の全体にわたる流体圧 力の第１導関数が最初にゼロとなる装置。 ７　請求項５記載の装置において、複数の追加分配チャンバを備える装置。 ８　請求項７記載の装置において、前記切換え装置が、前記第１分配チャンバと 前記マニホールドとの間と、前記各追加分配チャンバと前記マニホールドとの間 との流体連通に関連して、一方向閾値バルブを備える装置。 ９　複数の流体を連続的に分配可能な装置であって、弾性膜と、 該弾性膜を設けて大きさの変化する圧力チャンバを構成する手段と、 大きさが変化する少なくとも２個の分配可能な流体チャンバであって、各々が前 記圧力チャンバ内に配置され、各々が流体導管を備える流体チャンバと、出口マ ニホールドと、 前記少なくとも２個の分配可能なチャンバからの導管を前記出口マニホールドに 順々に切り換える切換え装置とを構える分配装置。 １０　請求項９記載の装置において、前記弾性膜に所定の点を超えた予備張力が 加えられており、該所定の点においては、分配可能な流体が前記膜に収容されて いる容積に入り込み該容積が増加するときに、全流体容積の全体にわたる流体圧 力の第１導関数が最初にゼロとなる装置。 １１　請求項９記載の装置において、前記流体出口が、予備負荷が加えられたは ね付勢ボールバルブを備え、前記切換え装置が前記出口マニホールド内にポスト を備え、前記予備負荷が該ポストの高さに関連して決まるように、前記ポストの 大きさ及び位置が定められる装置。 １２　請求項１１記載の装置において、前記ばね付勢ボールバルブが面取りされ たボールシートを備える装置。