JPH0674146A

JPH0674146A - 輸液ポンプ

Info

Publication number: JPH0674146A
Application number: JP24863792A
Authority: JP
Inventors: Satoru Saito; 哲斉藤; Yuko Fujita; 雄耕藤田
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 1992-08-25
Filing date: 1992-08-25
Publication date: 1994-03-15

Abstract

(57)【要約】【目的】化学的に安定で、かつ精度の高い輸液ポンプ
を提供する。【構成】通電により気体を発生する電気化学セル部１
と、輸液すべき液体の充填部２と、両者の間に介在する
圧力伝送媒体部３とを備え、該圧力伝送媒体部が、上記
電気化学セル部から発生する気体及び輸液すべき液体と
反応せず、室温で液状の高分子化合物からなる。電気化
学セル部に通電することによって通電電気量に比例する
量のガスを発生させ、このガスを輸液すべき液体の充填
部に導き、このガスの圧力で輸液すべき目的の液体を押
し出すに際し、ガスと輸液すべき目的の液体との間に、
室温で液状の高分子化合物が配されているので、ガスが
目的の液体中に溶け込んだり、反応したりするのを防ぐ
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液体、特に薬液を微量ず
つ、しかも精度よく供給するための輸液ポンプ、さらに
詳しくは、電気化学的な手法を用いた輸液ポンプに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、薬液を微量ずつ、しかも精度よく
人体に注入するために各種輸液ポンプが使用されるよう
になってきた。

【０００３】従来の輸液ポンプは、その方式の違いによ
ってシリンジポンプ、ペリスタルティック（ロータ式）
ポンプ、フィンガーポンプ、ベローズポンプの４種類に
分類される。これらの内、ベローズポンプ以外のもの
は、いずれも薬液を押し出すための駆動源としてステッ
ピングモータ、ロータリソレノイドモータ、あるいは直
流モータなどのモータを使い、薬液の吐出量の複雑な制
御機構を採用しているために、その重量および寸法とも
一般に大きすぎるし、また、高価であるために、病院の
ベッドサイドで使われるのが普通であり、携帯用あるい
は使い捨て型にするには不向きである。また、ベローズ
ポンプはフレオンガスの気化圧を利用してベローズを押
し、それによって薬液を吐出させる方式のものである
が、フレオンガスの気化圧を制御することが難しく、特
に微量の薬液を長時間かけて注入する場合には、その注
入精度に問題がある。

【０００４】一方、近年、新しい方式として、電気化学
的輸液ポンプが提案されている（Ｈ．Ｊ．Ｒ．マゲッ
ト、米国特許第４，５２２，６９８号）。この電気化学
的輸液ポンプは、電解質として機能する含水されたイオ
ン交換膜の両面に多孔性のガス拡散電極を接合した電気
化学セルの陽極に水素を供給し、陽・陰両極間に直流電
流を通電したとき、次のような電気化学反応が起こるこ
とを利用したものである。

【０００５】

【化１】

【０００６】すなわち、陰極で発生する昇圧された水素
をピストン、ダイヤフラム、ベローズ等を押すための駆
動源として利用するものであり、陰極で発生する水素の
圧力および発生量を電気化学セルに通電する電流値によ
って極めて精密に制御できる点に特徴がある。

【０００７】また、この電気化学セルの反応物質とし
て、水素の代りに酸素を利用することも可能であり、こ
の場合には次のような電気化学反応が起こる。

【０００８】

【化２】

【０００９】そして、陰極に供給すべき酸素源として空
気を用いれば輸液ポンプの構造はかなり簡単なものにな
る。

【００１０】さらに、この電気化学的輸液ポンプの改良
型として、水の電気分解反応を利用する方法が提案され
ている（特開平２−３０２２６４）。この方法は、イオ
ン交換膜の片面に陰極を、他面に陽極をそれぞれ一体に
接合するか、あるいは片面に陰極と陽極をそれぞれ絶縁
するように離して一体に接合した電気化学セルに含水さ
せ、両極に直流電流を通電した際に発生する水素か酸
素、あるいは水素と酸素の混合ガスを輸液ポンプの加圧
源とするものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】これらの電気化学的方
法において、発生したガスで直接液体を圧送する場合に
は、輸送すべき液体中に水素や酸素が溶けこみ、輸送す
べき液体が薬液の場合には反応する危険性がある。ま
た、ベローズやダイヤフラムを介して液体を押し出す場
合、ベローズやダイヤフラムに使用する材料によっては
水素や酸素が通過し、薬液と反応したり、正確な輸液量
が得られない。また、注射筒の内筒を使用する場合は、
内筒の摩擦抵抗のために、内筒を最初に移動させる時に
大きな圧力が必要で、ガス発生量と輸液量との間に正確
な関係が得られない、等の欠点があった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、通電によって
気体を発生する電気化学セル部と、輸液すべき液体の充
填部とを備えた輸液ポンプにおいて、電気化学セル部の
ガス室と輸液すべき液体の充填部との間に、圧力伝送媒
体として室温で液状である高分子化合物充填部を配設す
ることにより、従来のベローズ、ダイヤフラム、注射筒
などを使用する場合の欠点を除去せんとするものであ
る。

【００１３】

【作用】本発明になる輸液ポンプは、電気化学セル部と
輸液すべき液体の充填部とを備えており、電気化学セル
部に通電することによって、通電電気量に比例する量の
ガスを発生させ、このガスを輸液すべき液体の充填部に
導き、このガスの圧力で輸液すべき目的の液体を押し出
す、つまり、通電電気量によって輸液量を制御するもの
である。このような輸液ポンプにおいては、発生したガ
スの圧力を、輸液すべき目的の液体に伝える際、ガスが
目的の液体中に溶け込んだり、反応したりするのを防ぐ
ために、ガスと輸液すべき目的の液体が直接接触しない
ように、両者の間に圧力伝送媒体をそなえる必要があ
り、本発明においては、この圧力伝送媒体として、室温
で液状の高分子化合物を使用するものである。

【００１４】本発明になる輸液ポンプの電気化学セル部
には、従来公知の、通電によってガスを発生する、あら
ゆる電気化学系が使用できる。例えば、上述の如き各種
電気化学系の他にも、キノン類を主体とする陰極と、プ
ロトン導電性電解質と、酸素発生電極としての陽極とで
構成される電気化学セル（特開平２−３０２２６２）
や、ハイドロキノン類を主体とする陽極と、プロトン導
電性電解質と、水素発生電極としての陰極とで構成され
る電気化学セル（特開平２−３０２２６３）も利用でき
る。さらに、オキシ水酸化ニッケル、二酸化マンガン、
二酸化鉛などからなる陰極と、適当な電解質と、酸素発
生電極としての金属不活性陽極とで構成される電気化学
セルにおいて、通電によって発生する酸素を利用する方
法（Ｈ．Ｊ．Ｒ．Ｍａｇｅｔ，ＩＥＥＥＮＯ．８９９
０２５，Ｐ１６１３，１９８９）も利用できる。

【００１５】これらの電気化学セルにおいて、直流電流
を通電した場合に、生成する水素、酸素のどちらかを利
用するか、両者の混合ガスを利用することが可能であ
り、１Ａｈの通電電気量に対し、０℃、１気圧に換算し
て、水素は４２０ｍｌ、酸素は２１０ｍｌ、両者の混合
ガスは６３０ｍｌ発生する。そして水の消費量は１Ａｈ
につき０．３３ｇ（０．３３ｍｌ）である。換言する
と、電気化学セルへの電流値を制御することによって、
単位時間に発生するガスの量を制御することができる。

【００１６】圧力伝送媒体として使用する含フツ素ポリ
マーやシリコン油は、水素や酸素とはまったく反応せ
ず、しかも数気圧以下ではこれらのガスを溶かさない。
また、低分子量で室温で液体の含フッ素ポリマーやシリ
コン油はすぐれた潤滑性をもっており、種々の材質でで
きたチューブ内をきわめてスムーズに移動することがで
きる。したがって、通電によるガスの発生によってガス
室内のガスの体積が増加すれば、その分だけ正確に圧力
伝送媒体である含フッ素ポリマーやシリコン油が移動
し、輸液すべき目的の液体を押し出すことになる。した
がって、きわめて微量の輸液量の正確な制御が可能とな
るものである。

【００１７】また、輸液すべき目的の液体が水に各種薬
品を溶かしこんだ薬液の場合、含フッ素ポリマーやシリ
コン油は水とはまったく反応せず、互いに溶けあわず、
しかも耐薬品性がきわめて良いため、含フッ素ポリマー
やシリコン油と薬液が長期間接している場合において
も、薬液はまったく変化しない。また、電気化学セル部
の電解液に酸やアルカリを含む水溶液を使用した場合、
発生するガス中に酸あるいはアルカリのミストが混入す
る可能性があるが、これらが圧力伝送媒体と接触して
も、含フッ素ポリマーやシリコン油は化学的にきわめて
安定であるために、まったく反応せず、酸やアルカリの
ミストが輸液すべき目的の液体と接触するのを防ぐこと
ができる。

【００１８】なお、含フッ素ポリマーにはいろいろな種
類があるが、本発明の輸液ポンプの圧力伝送媒体に使用
する場合には、室温で液体でなければならないため、平
均分子量は５００程度の、２５℃における粘度が１０〜
３０センチポイズであるポリ三フッ化塩化エチレンが適
している。また、シリコン油としては、室温で液体の、
低分子量の直鎖状ジメチルポリシロキサンが適してい
る。このように、圧力伝送媒体として、室温で液体の含
フッ素ポリマーやシリコン油などの高分子化合物を用い
ることにより、ベローズやダイヤフラム、あるいは注射
器の内筒を介して液体を押し出す場合に見られる欠点を
取り除くことができる。また、輸液ポンプを移動させる
以前には、ガス室には水以外に空気などの気体がはいっ
ていてもよいし、あるいは水で満たされていてもよい。
さらに、輸液すべき目的の液体としては、通常は薬液が
考えられるが、本発明の輸液ポンプの用途は薬液の輸液
に限定されるものではなく、あらゆる液体の輸液に利用
できることはいうまでもない。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を好適な実施例を用いて説明す
る。

【００２０】［実施例１］水の電気分解によって生成す
る酸素と水素のうち、水素のみを駆動源として利用する
もので、イオン交換膜の片面に陰極を、他面に陽極をそ
れぞれ一体に接合した型の電気化学セル部と、薬液充填
部と、室温で液体の含フッ素ポリマーからなる圧力伝送
媒体部とで構成される輸液ポンプを作製した。

【００２１】図１はその断面構造を示したものであり、
輸液ポンプは、電気化学セル部１と薬液充填部２とから
構成される。３は圧力伝送媒体としての三フッ化塩化エ
チレンの低重合物（市販品、ダイフロイル＃１）、４は
薬液、５は薬液吐出口、６は酸素発生電極としての白金
からなる陽極、７は固体電解質としてのパーフルオロカ
ーボンスルフォン酸からなるイオン交換膜、８は水素発
生電極としての白金からなる陰極、９はガス室、１０は
水、１１は酸素吐出口、１２は弁、１３は枠体である。
陽極・陰極は共に直径６ｍｍ（面積０．２８ｃｍ²）と
し、ガス室の容積は２ｍｌ、この中に０．５ｍｌの水を
入れた。

【００２２】陽極６と陰極８との間に直流電流を流す
と、水が電気分解されて陽極から酸素が、陰極から水素
が発生する。陰極から発生した水素はガス室９にたま
り、加圧されて圧力伝送媒体である三フッ化塩化エチレ
ンの低重合物３を押し、薬液４は薬液吐出口５から吐出
される。いっぽう、陽極から発生した酸素は、酸素吐出
口１１から弁１２を介して外部へ放出される。なお、ガ
ス室９は水で満たしておくこともできる。この輸液ポン
プを、２５℃で１ｍＡの直流電流を２４ｈｒ通電した場
合、通電の初期から終期まで、各１ｈｒごとの薬液の吐
出量はほぼ０．４６ｍｌで一定であり、合計吐出量は約
１１ｍｌであった。

【００２３】［実施例２］水の電気分解によって生成し
た酸素と水素の混合ガスを駆動源として利用するもので
あり、イオン交換膜の片面に陰極と陽極とを互いに絶縁
するように離して一体に接合した型の電気化学セル部
と、薬液充填部と、室温で液体の含フッ素ポリマーから
なる圧力伝送媒体部とで構成される輸液ポンプを作製し
た。図２はその断面構造を示したものであり、輸液ポン
プは、電気化学セル部１４と薬液充填部１５とから構成
される。１６は圧力伝送媒体としての三フッ化塩化エチ
レンの低重合物（市販品、ダイフロイル＃１）、１７は
薬液、１８は薬液吐出口、１９は酸素発生電極としての
白金からなる陽極、２０は固体電解質としてのパーフル
オロカーボンスルフォン酸からなるイオン交換膜、２１
は水素発生電極としての白金からなる陰極、２２はガス
室、２３は水、２４は枠体である。陽極・陰極とも直径
４ｍｍ（面積０．１２６ｃｍ²）とし、ガス室の容積は
２ｍｌ、この中に５ｍｌの水を入れた。

【００２４】陽極１９と陰極２１との間に直流電流を流
すと、水が電気分解されて陽極から酸素が、陰極から水
素が発生し、ガス室２２には水素と酸素の混合ガスがた
まり、加圧されて圧力伝送媒体である三フッ化塩化エチ
レンの低重合物１６を押し、薬液１７は薬液吐出口１８
から吐出される。なお、ガス室２２は水で満たしておく
こともできる。この輸液ポンプを、２５℃で０．５ｍＡ
の直流電流を２４ｈｒ通電した場合、通電の初期から終
期まで、各１ｈｒごとの薬液の吐出量はほぼ０．３４ｍ
ｌで一定であり、合計吐出量は約８．３ｍｌであった。

【００２５】［実施例３］実施例１とまったく同じ構造
とし、圧力伝送媒体としてシリコン油（市販品、シリコ
ンオイルＫＦ−９６）を使用した輸液ポンプを作製し
た。この輸液ポンプを、２５℃で１ｍＡの直流電流を２
４ｈｒ通電した場合、通電の初期から終期まで、各１ｈ
ｒごとの薬液の吐出量はほぼ０．４６ｍｌで一定であ
り、合計吐出量は約１１ｍｌとなり、実施例１と同じ特
性をあった。

【００２６】

【発明の効果】水の電気分解を利用する輸液ポンプとし
て、本発明になる、実施例１あるいは実施例３で述べた
輸液ポンプ（Ａ）と、従来のゴム製ダイヤフラムを使用
した輸液ポンプ（Ｂ）および注射器を使用した輸液ポン
プ（Ｃ）の特性を比較した。輸液ポンプ（Ｂ）、（Ｃ）
においては、電気化学セル部はいずれも実施例１に示し
たのと同じ型とし、試験温度は２５℃とし、１ｍＡの直
流電流を２４ｈｒ通電した。

【００２７】本発明になる輸液ポンプ（Ａ）の場合に
は、実施例１あるいは実施例３で述べたように、通電の
初期から終期まで、各１ｈｒごとの吐出量はほぼ０．４
６ｍｌで一定であり、合計吐出量は約１１ｍｌであっ
た。つぎに、ゴム製ダイヤフラムを使用した輸液ポンプ
（Ｂ）の場合には、初めの５ｈｒの吐出量は０．４６ｍ
ｌ／ｈｒで一定であったが、５ｈｒ目以後は１ｈｒ当り
の吐出量は少しずつ減少し、最後は０．２８ｍｌ／ｈｒ
となり、合計吐出量は約０．９ｍｌであった。さらに、
注射器を使用した輸液ポンプ（Ｃ）の場合には、最初の
１ｈｒは通電しているにもかかわらず吐出量はゼロであ
り、１ｈｒ目に突然０．５ｍｌ吐出し、その後は吐出量
は０．４６ｍｌ／ｈｒで一定となり、合計吐出量は約１
１ｍｌであつた。

【００２８】このように、従来の輸液ポンプ（Ｂ）の場
合には、ガスがダイヤフラムを通してガス室から輸液す
べき液体側に漏れており、また、輸液ポンプ（Ｃ）の場
合には、注射器の内筒の摩擦抵抗のために、内筒を最初
に動かすのに約１．３気圧の圧力が必要であることが示
された。このように、従来の輸液ポンプでは、いずれの
場合も、通電期間中常に一定の吐出量とならなかったの
に対し、本発明になる輸液ポンプ（Ａ）においては、常
に均一な吐出量が得られ、通電電気量と吐出量の間に正
確な関係が示された。

【００２９】以上のように、本発明になる、圧力伝送媒
体として室温で液状の高分子化合物を用いた輸液ポンプ
は、従来のベローズやダイヤフラムあるいは注射器を用
いた輸液ポンプの欠点を取り除くことができるものであ
り、その工業的価値はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる、第１の実施例にかかる輸液ポン
プの断面構造を示した図である。

【図２】本発明になる、第２の実施例にかかる輸液ポン
プの断面構造を示した図である。

【符号の説明】３室温で液状の含フッ素ポリマー４薬液６陽極７イオン交換膜８陰極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通電により気体を発生する電気化学セル
部と、輸液すべき液体の充填部と、両者の間に介在する
圧力伝送媒体部とを備え、該圧力伝送媒体部が、上記電
気化学セル部から発生する気体及び輸液すべき液体と反
応せず、室温で液状の高分子化合物からなることを特徴
とする輸液ポンプ。
【請求項２】請求項１において、圧力伝送媒体部を構
成する室温で液状の高分子化合物が、含フッ素ポリマー
であることを特徴とする輸液ポンプ。
【請求項３】請求項１において、圧力伝送媒体部を構
成する室温で液状の高分子化合物が、低分子量のオルガ
ノポリシロキサンであることを特徴とする輸液ポンプ。
【請求項４】請求項２において、含フッ素ポリマーが分
子量７００以下のポリ三フッ化塩化エチレンであること
を特徴とする輸液ポンプ。