JPH07178164A

JPH07178164A - 負圧の生じないポンプ、人工心臓および流体移動方法

Info

Publication number: JPH07178164A
Application number: JP5322925A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Oga; 信幸大賀
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-07-18

Abstract

(57)【要約】【目的】供給側に負圧を生じることなく、供給効率の
よいポンプを提供する。【構成】駆動軸６０が回転すると、リンク機構６２に
よって第２のピストン４２が下降する。さらに回転する
と、第２のピストン４２が最も下降した状態となる。こ
の際、第１のピストン９は、第２のピストン４２と分離
しているので、必ずしも第２のピストン４２と同時に下
降しない。つまり、流体供給口１２からの供給圧力によ
って流入弁２１が開き、その圧力に応じて第２のピスト
ン４２が押し下げられる。したがって、供給側に負圧を
与えることがない。さらに回転が進むと、リンク機構６
２によって、第２のピストン４２が押し上げられる。こ
れにより、第２のピストン４２の弾性部材４６が第１の
ピストン９に当接し、第１のピストン９を押し上げる。
第２のピストン４２によって第１のピストン９が押し上
げられると、流入弁２１が閉じ、流出弁２３が開く。こ
れにより、流体室１８の流体が、流体排出口１４に向け
て排出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は流体ポンプに関するも
のであり、特にその供給側に対する負圧発生の防止に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２７に、流体ポンプ３０の一般的な構
造を示す。駆動軸２の回転により、クランク４が矢印Ａ
の方向に回転する。これにより、シリンダ１０内のピス
トン８が矢印Ｂ方向に移動する。ピストン８は、シール
部材１６によってシリンダ１０と水密（気密）に保たれ
ているので、Ｂ方向への移動につれて流体室１８の圧力
が低下する。このため、排出口１４の流出弁２２は閉
じ、供給口１２の流入弁２０は開く。したがって、供給
口１２から流体室１８に流体が入り込む。

【０００３】さらに駆動軸２が回転すると、図２８に示
すように、ピストン８は逆の方向（矢印Ｃの方向）に移
動し始める。これにより、流入弁２０が閉じて流出弁２
２が開き、流体室１８の流体が排出口１４に向けて押し
出される。

【０００４】上記の操作を繰り返すことにより、供給口
１２から流体を取り込んで、排出口１４から排出するこ
とができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の流体ポンプには、次のような問題点があっ
た。流体ポンプ３０の流体移動能力よりも、供給側の流
体供給能力の方が小さい場合（ピストン８の矢印Ｂ方向
への移動による減圧力よりも、流体供給圧力の方が小さ
い場合）には、供給側に負圧を生じるおそれがある。

【０００６】このため、上記のような従来の流体ポンプ
は、水道等の直結給水用のポンプとして用いることがで
きなかった。たとえば、図２９に示すように、配水管３
２に直接、ポンプ３０を接続して、屋上に置いた高置タ
ンク３４に給水することは許されていない（水道法施行
令第４条第３号）。このような接続を認めると、ポンプ
３０によって、配水管３２の水圧、水流が攪乱され、他
の水道等に大きな影響（水の流出量の低下など）を引き
起こす可能性が高いからである。

【０００７】そこで、ピストンポンプを例とすると、従
来は、ポンプ３０による負圧等が直接、配水管３２に影
響を与えないよう、１階（もしくは地下１階）に受水タ
ンク３６を設け、この受水タンク３６に貯めた水を、ポ
ンプ３０によって高置タンク３４へ送るようにしている
（図３０参照）。

【０００８】このような方式では、建築物にとって利用
価値の高い１階に、大面積の受水タンク３６を設けなけ
ればならず、空間の有効利用を図ることができないとい
う問題を生じていた。また、地下１階に受水タンク３６
を設ける場合には、設置コストが大きくなってしまうと
いう問題を生じていた。

【０００９】以上のように、従来の流体ポンプ３０を水
道等の揚水に用いる場合には、供給側に負圧等が生じる
場合が有るので、受水タンク３６が必要となるという問
題点を有していた。

【００１０】また、従来の流体ポンプ３０を、人工透析
装置、人工心肺装置、人工心臓等の循環ポンプに用いる
場合には、次のような問題を生じる。つまり、供給側の
供給圧（血圧等）や供給量（血液量等）が、ポンプの排
出能力よりも小さい場合には、供給側に負圧を生じる。
これにより、血管等が閉塞してしまうおそれがあった。

【００１１】これを解決するため、供給側に負圧の生じ
ない医療用ローラポンプ１００を用いたり、供給側の負
圧の制御を行ってサック型血液ポンプ・ダイアフラム型
血液ポンプを用いていた。図３１に、人工透析によく用
いられる医療用ローラポンプ１００の一例を示す（特開
平５−４２２０４号公報参照）。このローラポンプ１０
０は、軸１０６を中心として回転するローラ１０２、１
０４を有している。供給口１０８は動脈に連結されてお
り、排出口１１０は透析装置等を介して静脈に連結され
ている。ローラ１０２、１０４が矢印Ｅの方向に回転す
ると、弾性を有するチューブ１１２が圧縮される位置が
移動する。これにつれて血液が、供給口１０８から吸入
され、排出口１１０から送り出される。なお、ローラ１
０２、１０４による圧縮時に、チューブ１１２は完全に
圧縮されないようになっている。つまり、間隔Ｔが生じ
るように、ローラ１０２、１０４が配置されている。こ
れは、チューブ１１２を完全に圧縮して、血液中の赤血
球等を破壊しないようにするためである。

【００１２】このローラポンプ１００によれば、供給側
に負圧を生じることがない。しかしながら、間隔Ｔが設
けられているため供給効率が悪く、場合によっては逆流
するおそれもあった。また、排出能力（排出圧力および
排出量）に限界があるという問題もあった。

【００１３】この発明は、上記のような問題点を解決し
て、供給側に負圧を生じることなく、供給効率が良く、
さらに排出能力を大きくとることのできる流体ポンプお
よび流体移動方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１のポンプは、内
部空間を有するシリンダ、シリンダ内部空間を流体室と
開放室とに分離するとともに、シリンダ内壁との気密ま
たは水密を保ちつつ、シリンダ内部空間を往復移動可能
に設けられた第１のピストン、シリンダの流体室に、流
入弁を介して接続された流体供給口、シリンダの流体室
に、流出弁を介して接続された流体排出口、を備えてお
り、シリンダの開放室に、往復移動可能に第２のピスト
ンを設け、駆動手段によって該第２のピストンを往復移
動させることを特徴としている。

【００１５】請求項２のポンプは、内部空間を有するシ
リンダ、シリンダ内部空間を流体室と開放室とに分離す
る分離壁、シリンダの流体室に、流入弁を介して接続さ
れた流体供給口、シリンダの流体室に、流出弁を介して
接続された流体排出口、往復移動することにより、流体
室に流体を保持した分離壁を押圧し、流体排出口に向け
て流体を押し出す駆動ピストン、を備えたことを特徴と
している。

【００１６】請求項３のポンプは、前記分離壁が柔軟性
材料で構成されていることを特徴としている。

【００１７】請求項４のポンプは、前記分離壁が、鋭角
に形成された折返点を持たない蛇腹構造に形成されてい
ることを特徴としている。

【００１８】請求項５のポンプは、前記分離壁がダイア
フラムで構成されていることを特徴としている。

【００１９】請求項６のポンプは、内部空間を有する容
器、容器内部空間を流体室、開放室、駆動用流体室とに
分離するために、流体室と開放室の間に設けられた第１
の分離壁および、開放室と駆動用流体室の間に設けられ
た第２の分離壁、シリンダの流体室に、流入弁を介して
接続された流体供給口、シリンダの流体室に、流出弁を
介して接続された流体排出口、を備えており、前記開放
室を大気に開放しておくとともに、駆動用流体室に駆動
用流体を流入、排出させることにより、第２の分離壁を
往復駆動して第１の分離壁を押圧し、流体供給口から流
体を流入して、流体排出口から流体を排出するように構
成されている。

【００２０】請求項７のポンプは、前記第１の分離壁が
柔軟性材料で構成されていることを特徴とする。

【００２１】請求項８のポンプは、前記分離壁が、鋭角
に形成された折返点を持たない蛇腹構造に形成されてい
ることを特徴としている。

【００２２】請求項９のポンプは、前記分離壁がダイア
フラムで構成されていることを特徴としている。

【００２３】請求項１０の人工心臓は、流体供給口が上
下大静脈に連結され、流体排出口が肺もしくは人工肺に
連結された請求項２または請求項６のポンプを右ポンプ
とし、流体供給口が前記肺もしくは人工肺に連結され、
流体排出口が上行大動脈に連結された請求項２または請
求項６のポンプを左ポンプとして構成したことを特徴と
している。

【００２４】請求項１１の人工心臓は、右ポンプおよび
左ポンプとして、それぞれ、動作位相の異なる複数のポ
ンプを並列に接続したものを用いたことを特徴としてい
る。請求項１２の流体移動方法は、容積可変の流体室を
設け、流入弁を介して流体供給側を流体室に接続すると
ともに、流出弁を介して流体排出側を流体室に接続し、
流体供給側からの供給能力によって流体室に流体を導く
とともに、流体室に対して押圧開放を繰り返すことによ
り、流体供給側に負圧等を生じることなく、流体を移動
することを特徴としている。

【００２５】

【作用】請求項１のポンプは、シリンダの開放室に、往
復移動可能に第２のピストンを設け、駆動手段によって
該第２のピストンを往復移動させることを特徴としてい
る。したがって、第２のピストンの移動によって、流体
室が減圧されることがなく、供給側に負圧を与えるおそ
れがない。くわえて、供給側の供給能力に応じた最大限
の供給量を得ることが可能である。

【００２６】請求項２、６のポンプは、駆動ピストン、
駆動用流体の駆動によって、流体室が減圧されることが
なく、供給側に負圧を与えるおそれがない。

【００２７】請求項４、８のポンプは、分離壁が鋭角に
形成された折り返し点を持たない蛇腹構造に形成されて
いるので、血液等を排出する際にその細胞を破壊するお
それがない。

【００２８】請求項１０の人工心臓は、請求項２または
６のポンプを用いているので、人体に無理な負圧を与え
るおそれがなく、効率よく血液循環を図ることができ
る。

【００２９】請求項１１の人工心臓は、動作位相の異な
る複数のポンプを並列に接続している。したがって、供
給側の血管に血液がとどまるおそれがない。

【００３０】請求項１２の流体移動方法は、流体室の体
積を強制的に大きくするのではなく、流体室に対する押
圧力を開放することにより、供給側の供給能力に応じて
流体室の体積を大きくするようにしている。したがっ
て、供給側に負圧等を与えるおそれがない。

【００３１】

【実施例】この発明の一実施例によるポンプ４０の構造
を、図１に示す。シリンダ１０は、円筒状に形成されて
おり、内部に内部空間１１を有している。シリンダ１０
の内部には、第１のピストン９が往復移動（Ａ方向、Ｂ
方向）可能に設けられている。また、第１のピストン９
の外周には、シリンダ１０の内壁と接して水密を保つた
めの水密部材１６が設けられている。第１のピストン９
によって、シリンダ１０の内部空間１１は、流体室１８
と開放室１９とに分離されている。開放室１９の下部に
は、穴２７が設けられ、大気に開放されている（穴２７
の矢印はこれをあらわしている）。

【００３２】流体室１８には、流入弁２１を介して流体
供給口１２が接続されている。流入弁２１は、流体室１
８に流体が流入する方向にのみ開く弁である。また、流
体室１８には、流出弁２３を介して流体排出口１４が接
続されている。流出弁２３は、流体室１８から流体が流
出する方向にのみ開く弁である。なお、弁は、流体の性
質、圧力等に応じて、適切なものを選択して使用すれば
よい。以下の、説明、図面等においてあらわした弁は、
説明上の一例であって、これらに限定するものではな
い。

【００３３】開放室１９には、第２のピストン４２が設
けられている。第２のピストン４２の先端部には円盤状
部材４４が設けられ、さらにその先端には弾性部材４６
が設けられている。弾性部材４６は、第１のピストン９
と第２のピストン４２とが接触した時の衝撃を緩和する
ためのものである。この実施例では、弾性部材４６とし
てゴムを用いているが、バネ等の緩衝部材を用いてもよ
い。

【００３４】第２のピストン４２のシャフト４８は、シ
リンダ１０の内部に設けられたシャフト受け５０によっ
て、往復移動（Ａ方向、Ｂ方向）可能に保持されてい
る。駆動手段であるモータやエンジン等（図示せず）に
よって回転される駆動軸６０の回転力は、リンク機構６
２によって、往復運動（Ａ方向、Ｂ方向）として、第２
のピストン４２のシャフト４８に伝達される。

【００３５】図２を参照して、このポンプ４０の動作を
説明する。図２Ａは、第２のピストン４２が第１のピス
トン９を押し上げたところである。この状態から、駆動
軸６０が矢印αの方向に回転すると、図２Ｂのように、
リンク機構６２によって第２のピストン４２が下降す
る。さらに、回転すると、図２Ｃのように、第２のピス
トン４２が最も下降した状態となる。この際、第１のピ
ストン９は、第２のピストン４２と分離しているので、
必ずしも第２のピストン４２と同時に下降しない。つま
り、流体供給口１２からの供給能力（供給圧力および供
給量）によって流入弁２１が開き、その能力に応じて第
２のピストン４２が押し下げられる。したがって、供給
側に負圧を与えることがない。なお、供給側の流体供給
圧力（水道の配水管であれば、１．５Ｋｇｆ／cm²〜
２．０Ｋｇｆ／cm²）により、第１のピストン９が下降
できる程度に、水密部材１６とシリンダ１０との摩擦を
決定しておくとよい。

【００３６】さらに回転が進むと、リンク機構６２によ
って、第２のピストン４２が押し上げられる。これによ
り、第２のピストン４２の弾性部材４６が第１のピスト
ン９に当接し、第１のピストン９を押し上げる（図２
Ｄ）。この際、弾性部材４６によって、衝突のショック
が緩和される。第２のピストン４２によって第１のピス
トン９が押し上げられると、流入弁２１が閉じ、流出弁
２３が開く。これにより、流体室１８の流体が、流体排
出口１４に向けて排出される。

【００３７】上記の動作を繰り返すことにより、流体の
供給量に応じて排出を行うことができる。つまり、供給
側に負圧を与えることなく、流体の移動を行うことがで
きる。

【００３８】また、駆動軸６０の回転が止った場合であ
っても、供給側からの圧力により流入弁２１が開き、さ
らに流出弁２３も開いて、流体を移動させることが可能
である。

【００３９】なお、この実施例では流体として液体を例
として説明したが、ガスや空気等の気体であってもよ
い。気体を流入、排出する場合には、水密部材１６に代
えて、気密部材を使用すればよい。

【００４０】この発明の他の実施例によるポンプを、図
３に示す。この実施例では、図１と同じ構造のポンプ４
０ａ，４０ｂを２つ並列に接続している。また、２つの
ポンプ４０ａ，４０ｂの回転位相角を１８０度異なるよ
うにしている。したがって、図に示すように、ポンプ４
０ａが流体を排出している時には、ポンプ４０ｂに流体
が供給されるようになる。これにより、供給側、排出側
に対する圧力変化を小さくして、脈動を防止することが
できる。このことにより、水道の給水に例をとれば、供
給能力および排出能力の変化によるウオーターハンマー
現象を防ぐことができる。

【００４１】なお、上記実施例では、ポンプを２つ並列
に接続したが、３つ以上のポンプを並列に接続してもよ
い。この場合の、各ポンプの回転位相φ（度）は、次式
によればよい。

【００４２】φ_i＝（３６０度／Ｎ）・ｉここで、Ｎは全ポンプ数であり、ｉは各ポンプを現す数
であって１〜Ｎである。図４に、上記実施例によるポン
プを、水道の給水用に用いた場合の例を示す。この実施
例では、図３に示すように２つのポンプ４０ａ，４０ｂ
を並列に接続したものを用いた。図中、５４、５８、６
０、６２、６４は、逆流を防止するための弁である。配
水管３２から、メータ５６を介して、ポンプ４０ａ，４
０ｂが接続されている。このポンプ４０ａ，４０ｂの駆
動により、高置タンク３４に水道水が供給される。この
高置タンク３４からの水道水を、各戸に配水するように
している。

【００４３】水道法施工令第４条第３号によると、「配
水管の水圧に影響を及ぼすおそれのあるポンプに直結さ
れていないこと」という条件が課されている。したがっ
て、配水管３２の水圧に影響を与えるポンプ（ピストン
ポンプを例にとると、従来の図２７のポンプなど）は、
配水管３２に直結できなかった。しかしながら、本発明
のポンプ４０ａ，４０ｂであれば、給水側（配水管３２
側）に負圧を与えず、かつウオータハンマーが発生しな
いので、配水管３２の水圧に影響を与えない。したがっ
て、図４のように直結可能である。つまり、従来例、図
３０のように、受水タンク３６を設ける必要がなく、構
成を簡素化することができる。また、土地の有効活用を
図ることも可能となる。

【００４４】図４において、高置タンク３４内には、フ
ロートスイッチ５０が設けられている。また、ポンプ４
０ａ，４０ｂの配水管３２側には、水検出センサ５２が
設けられている。フロートスイッチ５０は、高置タンク
３４内の水位が、所定よりも低下すればＯＮになるスイ
ッチである。水検出センサ５２は、管内に水道水が存在
すればＯＮとなるセンサである。フロートスイッチ５０
と水検出センサ５２とによって、ポンプ４０ａ，４０ｂ
の駆動の有無が制御される。

【００４５】フロートスイッチ５０と水検出センサ５２
による制御の結線図を、図５に示す。電源６２は、フロ
ートスイッチ５０と水検出センサ５２の双方がＯＮにな
った場合のみ、ポンプ４０ａ，４０ｂのモータＭを駆動
させる。つまり、配水管３２から水が供給されており、
かつ、高置タンク３４の水が少なくなった場合にのみ、
ポンプ４０ａ，４０ｂが駆動する。これにより、高置タ
ンク３４の水が所定量に達すれば、フロートスイッチ５
０がＯＦＦになって、ポンプ４０ａ，４０ｂが停止す
る。

【００４６】なお、水検出センサ５２を設けなくとも、
配水管３２からの水供給が断水等により停止すると、ポ
ンプ４０ａ，４０ｂは空転して負圧を生じない。しかし
ながら、ポンプ４０ａ，４０ｂの空転は好ましくないの
で、この実施例では水検出センサ５２を設けている。

【００４７】また、図４に示すように、高置タンク３４
の供給側には止水栓６５が設けられている。この止水栓
６５の動作を、図５を用いて説明する。フロートスイッ
チ５０と連動して、制御スイッチ５１が設けられてい
る。制御スイッチ５１は、フロートスイッチ５０と連動
して動作をする。つまり、高置タンク３４の水位が所定
以上であればＯＦＦ、所定以下であればＯＮとなる。制
御回路５３は、制御スイッチ５１がＯＮであれば（高置
タンク３４の水が少なければ）、止水栓６５を開く。ま
た、制御スイッチ５１がＯＦＦであれば（高置タンク３
４の水が多ければ）、止水栓６５を閉じる。これによ
り、モータ６４が停止しているにもかかわらず、水道圧
（１．５Ｋｇｆ／cm²〜２Ｋｇ／cm²）によって、水道水
が高置タンク３４に供給されてあふれてしまうことを防
止している。

【００４８】上記実施例では、止水栓６５を高置タンク
３４近傍の供給側に設けたが、配水管３２と高置タンク
３４との間であれば、どこに設けてもよい。

【００４９】なお、水道圧によって水道水が自然上昇す
る高さよりも高い位置に高置タンク３４を設ける場合に
は、上記止水栓６５およびその制御は行なわなくともよ
い。また、断水時の逆流を防止するためには、ポンプ４
０ａ，４０ｂと高置タンク３４との間の配管７０に、さ
らに逆止弁を設けることが好ましい。

【００５０】さらに、上記実施例では、１組のポンプ４
０ａ，４０ｂを使用している。しかしながら、２組のポ
ンプを並列に接続し、交互に動作させるようにしてもよ
い。このようにすれば、１方の組のポンプが故障した場
合であっても、他方の組のポンプによって運転可能であ
る。

【００５１】建物が高層であって、ポンプ４０ａ，４０
ｂが高置タンク３４まで揚水できない場合には、図６に
示すように、建物の途中階に中間受水タンク７２を設け
ればよい。この中間受水タンク７２から、ポンプ７４に
よって、高置タンク３４に揚水する。この場合、ポンプ
３４は、従来のポンプを用いることができる。

【００５２】なお、上記実施例では、屋上に高置タンク
３４を設け、これに給水するようにしている。しかし、
１階に圧力タンクを設けてこれに給水し、その圧力によ
って、２階以上の各戸に給水するようにしてもよい。

【００５３】高置タンク３４や圧力タンクを用いない実
施例を、図７に示す。この例では、ポンプ４０ａ，４０
ｂを１組として、１つの組ポンプを形成し、これを並列
にｎ個設けている。また、組ポンプ８０₁〜８０_nの出力
側に、圧力センサ７８を設けて、その検出圧力に応じ
て、組ポンプ８０₁〜８０_nの駆動数を変化させている。
その回路構成を、図８にブロック図で示す。制御回路８
４は、圧力センサ７８からの検出圧力を受ける。各戸に
おける使用量が多く検出圧力が小さくなれば、制御回路
８４は、駆動するモータの数（すなわち駆動ポンプの
数）を増やし、排出水量を多くするように制御する。ま
た、検出圧力が大きくなれば、制御回路８４は、駆動す
るモータの数（すなわち駆動ポンプの数）を減らし、排
出水量を少なくするように制御する。このようにして、
圧力を一定に保ち、各戸の使用量が変っても、水圧が変
化しなように制御を行う。

【００５４】この実施例によれば、高置タンク３４や圧
力タンクを設置する必要がなく、空間をさらに有効利用
することができる（タンクレスシステムという）。

【００５５】また、上記実施例では、駆動するポンプの
数によって排出水量を制御したが、ポンプの回転数（能
力）を制御してもよい。さらに、両者を組合せて制御し
てもよい。この場合、水道の配水管３２の供給能力を参
考にする必要がある。なお、供給絶対水量が、建築物な
どの必要水量を下回る場合には、このタンクレスシステ
ムは採用しないほうがよい。

【００５６】上記各実施例では、本発明のポンプを水道
の給水に適用した場合について説明した。しかし、上記
実施例は一例であって、本発明のポンプは供給側に負圧
を与えないことが望まれるような場合に、有用である。
たとえば、後で述べる血液循環用ポンプ等にも適用する
ことができる。

【００５７】図９に、他の実施例によるポンプ４１の構
造を示す。この実施例においては、図１の第１のピスト
ン９に代えて、分離壁であるサック１１３を設けてい
る。サック１１３は柔軟性材料から構成されており、シ
リンダ１０の上部に流体室１８を形成する。駆動ピスト
ン４２が下がっている時（矢印Ｂ方向に移動した時）に
は、流体の供給圧力により流入弁２１が開き、流体室１
８に流体が流入する。次に、駆動ピストン４２が上がる
と（矢印Ａ方向に移動した時）、駆動ピストン４２がサ
ック１１３を押し上げ、流体室１８内の流体を、流体排
出口１４に押し出す。なお、サック１１３は、外力に対
して応力がきわめてゼロに近いことが好ましい。

【００５８】図９のポンプ４１においても、駆動ピスト
ン４２とサック１１３が分離しているので、供給側に負
圧を与えることがない。したがって、このポンプ４１
も、図１のポンプ４０と同様に、負圧を与えないことを
目的として、適用することができる。

【００５９】なお、図中δで示すように、サック１１３
端部の剛性をやや高くして（厚くする等）、シリンダ１
０の内壁に対しての角度αを直角を含む鈍角に保つよう
にすることが好ましい（図１４Ｂ参照）。このようにし
ておけば、血液等の循環ポンプとして用いた場合であっ
ても、血栓を生じにくい。

【００６０】また、図１０に示すように、分離壁として
ダイアフラム１１６を設けてもよい。この場合の動作
は、図９と同様である。ダイアフラム１１６の中央部１
１６ａは、周辺部１１６ｂよりもやや厚く形成されてお
り、平面状を維持できるようになっている。周辺部１１
６ｂは、外力に対して応力がきわめて小さい状態に構成
されている。その方法としては、図に示すように、波状
に形成する等の方法がある。

【００６１】上記図９、図１０のポンプも、図１のポン
プと同様に、種々の流体を移動させる用途に用いること
ができる。例えば、人工透析、人工心肺等あるいは心機
能を代替して血液循環を維持する装置等の血液等の循環
用ポンプとして使用することができる。このポンプは、
負圧を生じないので、供給側の人体の血管を閉塞するお
それがなく、安全である。さらに、供給側の血液量（血
圧）に応じた、最大量を排出できるので、血液循環能力
も高い。さらに、排出側に圧力をかける必要のある機器
を接続した場合であっても、十分に使用することができ
る。

【００６２】ただし、図９のポンプ４１を、血液の循環
用ポンプとして用いる場合には、図１１に示すような問
題を生じることがある。図１１Ａに示すように、駆動ピ
ストン４２が上昇した際に、サック１１３にしわが生じ
る。このしわの部分に、血液中の赤血球等（細胞）が入
り込むと損傷するおそれがある。また、図１１Ｂに示す
ように、駆動ピストン４２の円盤状部材４４とシリンダ
１０の内壁との間に、サック１１３が入り込み、εの部
分において、赤血球等（細胞）の損傷や血栓が生じるお
それがある。さらに、サック１１３自体が損傷するおそ
れもあった。

【００６３】したがって、血液等の循環用ポンプとして
使用する場合には、図１２Ａ，Ｂに示すような構造とす
ることが好ましい。この実施例においても、サック１１
４と駆動ピストン４２とは分離している。この実施例で
は、サック１１４を丸面蛇腹の構造にして設けている。
つまり、鋭角に形成された折返点を持たない蛇腹構造と
している。丸面蛇腹とすることにより、サック１１４に
よって、血液中の赤血球等（細胞）が圧縮されて破損す
るおそれがない。また、血栓も生じにくい。

【００６４】この際、サック１１４が自然状態において
丸面蛇腹を保持できる程度に、サック１１４に剛性を持
たせることが好ましい。さらに、図１３に示すように、
駆動ピストン４２が最も上昇した場合であっても、各蛇
腹の間隔Ｌを、血液中の赤血球等（細胞）を圧縮しない
最低限の寸法より大きくしておくべきである。

【００６５】また、サック１１４の底面１１４ａが、平
面状の状態を維持できるように、その剛性、形状を決定
するとよい。上記のようにすることにより、赤血球等
（細胞）の損傷や血栓の生じにくいポンプを実現するこ
とができる。

【００６６】また、この実施例では、駆動ピストン４８
の外径をシリンダ１０の内径にほぼ近くしている。さら
に、図１２Ｂに示すように、駆動ピストン４８の外周に
溝４９を設け、開放室４２を大気に開放している。駆動
ピストン４８の下部には、凸部４８ａを設けている。一
方、伝達シャフト６３の先端部の係合部６５には、凹部
６５ａが設けられている。この凹部６５ａに、凸部４８
ａをスライドして係合することにより、伝達シャフト６
３の往復運動を、駆動ピストン４８に伝えている。

【００６７】なお、感染等を避けるためには、血液に触
れる部分を取り替え式にすることが好ましい。比較のた
め示す図１２Ｃのポンプでは、ポンプ全てを取り替えな
ければならない。これに対し、図１２Ａ，Ｂの実施例に
よれば、凹部６５ａと凸部４８ａをスライドすることに
より、容易に駆動ピストン４８、シリンダ１０（サック
１１４を含む）を取り外して、取り替えることができ
る。もちろん、駆動ピストン４８はそのままにして、シ
リンダ１０（サック１１４を含む）のみを取り替えても
よい。

【００６８】なお、図１０のポンプ４３も同様に、血液
等の循環用ポンプとして使用することができる。この場
合には、図１０の破線で示すように、駆動ピストン４２
が最上部に達した場合にも、シリンダ１０の上部との間
隔ｍを確保し、赤血球等（細胞）の損傷を生じないよう
にする必要がある。ダイアフラム１１６（やサック１１
４等血液に直接触れる部分）は、抗血栓性材料であるポ
リジメチルシロキン、ポリエーテルウレタン、ポリエー
テルウレタンウレア、ポリウレタン−ポリジメチルシロ
キサン共重合体、可塑材含有ポリ塩化ビニル等を用いる
と好ましい。

【００６９】図１４に、他の実施例によるポンプ１２０
の構造を示す。容器１２４の内部には、第１の分離壁で
あるサック１１４、第２の分離壁であるサック１２２が
設けられている。サック１１４、１２２によって、容器
１２４の内部空間は、流体室１８、開放室１９、駆動用
流体室１２６に分離されている。流体室１８には、流入
方向にのみ開く流入弁２１を介して、流体供給口１２が
接続されている。また、流体室１８には、流出方向にの
み開く流出弁２３を介して、流体排出口１４が接続され
ている。容器１２４には、貫通穴１２８が設けられてお
り、開放室１９はこの貫通穴１２８によって大気に開放
されている。なお、サック１２２、１１４の端部を図１
４Ｂに示すように、容器１２４の内壁に対しての角度α
を直角を含む鈍角に保つように構成すれば、血液用ポン
プとして用いる際にも、血栓発生を防止できる（図９の
実施例参照）。

【００７０】この実施例では、駆動ピストン４２が設け
られていない。駆動用流体口１３０から、駆動用流体室
１２６に駆動用流体（液体又は気体）を流入、排出させ
ることによりサック１２２を往復駆動して、駆動ピスト
ン４２の役割を果たしている。つまり、サック１２２に
よってサック１１４を押圧することにより、流体室１８
から流体排出口１４に向けて流体を送り出すようにして
いる。

【００７１】ところで、駆動用流体室１２６に駆動用流
体を流入させ、流体室１８の流体を流体排出口１４から
送り出す場合に、図１５に示すように、サック１２２が
押しつぶされるおそれがある。これにより、サック１１
４も押しつぶされる。したがって、図１４のポンプ１２
０を、血液等の循環用ポンプとして用いると、赤血球等
（細胞）が破壊されて好ましくない。

【００７２】したがって、図１４のポンプ１２０を血液
等の循環用ポンプとして用いる場合には、図１６のよう
な構造にするとよい。この実施例においては、サック１
２２の中央部に、硬質の円盤状プレート１３６を設けて
いる。さらに、この円盤状プレート１３６を係止糸１３
４によって、容器１２４の下部に連結している。これと
ともに、図１７に示すように、サック１２２の円盤状プ
レート１３６近傍に、糸状張力部材１２３を網状に設け
ている。この糸状張力部材１２３は、サック１２２と一
体化されている。

【００７３】このポンプ１２１の動作を、図１６を用い
て説明する。駆動用流体が駆動用流体室１２６に流入す
ると、サック１２２が駆動用流体によって押圧される。
これに伴って、サック１１４も押圧され、流体室１８の
流体が押し出される。この際、円盤状プレート１３６
は、係止糸１３４によって連結されているので、円盤状
プレート１３６が容器１２４の上部壁１２４ａに当た
り、流体室１８内の赤血球等（細胞）を破壊するおそれ
がない。さらに、糸状張力部材１２３と円盤状プレート
１３６が設けられているので、サック１２２は、図１６
Ａの状態以上に間隔Ｐを狭くすることはない。したがっ
て、赤血球等（細胞）が破壊されるおそれがない。

【００７４】駆動用流体室１２６から駆動用流体を流出
すると、図１６Ｂに示すような状態となる。これによ
り、流体供給口１２から、流体の供給能力に応じて流体
が流入される。

【００７５】また、図１８に示すような構造としてもよ
い。この実施例では、図１２の実施例と同じように、サ
ック１１４を丸面蛇腹に形成している。容器１２４の下
部には、サック１３２によって駆動用流体室１２６を形
成している。サック１１４とサック１３２とは分離して
いる。

【００７６】第１の分離壁および第２の分離壁を、それ
ぞれダイアフラム１１６およびダイアフラム１４０によ
って構成した実施例を、図１９に示す。このポンプ１５
０も、駆動用流体室１２６に駆動用流体を流入・流出す
ることにより、供給側に負圧を生じることなく、供給側
からの流体を流体排出口１４から排出することができ
る。

【００７７】ただし、このポンプ１５０を血液等の循環
用ポンプとして用いる場合には、血液の排出時に、破線
で示すようにダイアフラム１４０により押圧された１１
６によって、流体室１８内の赤血球等（細胞）を破壊す
るおそれがある。したがって、血液等の循環用ポンプと
して用いる場合には、図１７の糸状張力部材１２３と同
じような部材を、ダイアフラム１４０に一体化して設け
て、ダイアフラム１４０の変形を規制すればよい。すな
わち、図２０に示すように、赤血球等（細胞）を破壊す
るおそれがないように、空間ｍを残して、ダイアフラム
１４０の変形が停止するようにすればよい。

【００７８】また、この実施例では、図２０Ｂに示すよ
うに、容器１２４を、開放室１９のところで、上部容器
１２４ａと下部容器１２４ｂとに分離している。両容器
１２４ａ、１２４ｂは、図のように、はめ込みによって
固定されている。このようにすれば、上部容器１２４ａ
のみを取り替えることにより、感染を防止することやコ
ストを低くおさえることができる。

【００７９】なお、上記各実施例では、流体として水道
水、血液等を移動する場合を示したが、潤滑油、ガソリ
ン、その他の流動体（気体も含む）にも適用することが
できる。

【００８０】図２１に、上記各実施例で示したポンプ
を、人工透析に使用した場合の例を示す。人体３０２の
動脈から、本発明のポンプ３００に導く。ポンプ３００
によって、血液を透析装置３０４に送り込む。透析され
た血液は、静脈に送り返す。この際、本発明のポンプ３
００は、供給側である血管に負圧を生じないので、血管
を閉塞するおそれがない。さらに、供給側の供給能力
（すなわち血圧および供給血液量）に応じて、負圧を生
じない最大限の供給能力を発揮できる。

【００８１】図２２に、上記各実施例で示したポンプ
を、人工心臓に使用した場合の例を示す。ここでは、図
２０の実施例に示したポンプを２つ使用して、人工心臓
を構成している。右ポンプであるポンプ１８０ａの流体
供給口１２には、人体３０２の上・下大静脈が接続され
る。上・下大静脈からの血液は、ポンプ１８０ａの動作
により、肺（もしくは人工肺）３０４に送り込まれる。
肺３０４からの血液は、左ポンプであるもう一つのポン
プ１８０ｂの動作により、人体３０２に送り込まれる。
このように、本発明のポンプを用いれば、人体３０２に
無理を生じることなく、効率のよい人工心臓を構成する
ことができる。

【００８２】なお、図２２では、図２０の実施例による
ポンプを用いたが、他の実施例によるポンプを用いても
よい。ただし、赤血球等を破壊しない配慮がされている
ものが好ましい。

【００８３】図２３に、さらに他の人工心臓の例を示
す。この実施例では、ポンプ１８０ａに並列にポンプ１
８０ｃを接続して右ポンプとし、ポンプ１８０ｂに並列
にポンプ１８０ｄを接続して左ポンプとしている。ポン
プ１８０ａ，１８０ｂとポンプ１８０ｃ，１８０ｄは、
ちょうど、逆の動作（一方が吸入の時は、他方は排出）
となるように制御されている。

【００８４】図２２の人工心臓では、ポンプ１８０ａが
排出を行っている間は、上下大静脈からの血液は、血管
内にとどまることになる。これに対し、図２３の実施例
では、ポンプ１８０ｃが肺３０４に向けて排出を行って
いる場合には、ポンプ１８０ａに血液が流入される。ま
た、ポンプ１８０ａが肺３０４に向けて排出を行ってい
る場合には、ポンプ１８０ｃに血液が流入される。した
がって、上下大静脈からの血液が、血管内にとどまるこ
とがない。すなわち、一方のポンプが排出を行っている
場合（心室に該当）には、他方のポンプに血液が流入
し、他方のポンプが心房の役割を果たしている。ポンプ
１８０ｂ，１８０ｄについても、同様である。このよう
に、本実施例によれば、さらに人体に無理のない人工心
臓を提供することができる。

【００８５】なお、肺３０４への影響を考慮すると、ポ
ンプ１８０ａ，１８０ｃの排出能力は、ポンプ１８０
ｂ，１８０ｄの排出能力よりも小さくしておく方が好ま
しい。この調整は、駆動流体室１２６に流入させる駆動
流体の流体量、流入・流出速度、圧力等によって制御す
ればよい。

【００８６】上記実施例では、２つのポンプを並列に接
続しているが、３つ以上を並列に接続してもよい。この
場合、各ポンプの駆動流体室の容積変化曲線の位相φ
（度）が下式にしたがってずれるように、駆動流体の流
入・流出を制御すればよい。

【００８７】φ_i＝（３６０度／Ｎ）・ｉここで、Ｎはポンプの数、ｉは各ポンプを現す数であっ
て１〜Ｎである。

【００８８】並列に接続するポンプの数Ｎを多くすれ
ば、脈動を少なくすることができる。また、上記のポン
プ１８０ａ〜１８０ｄに代えて、それぞれ図１２Ｃの実
施例によるポンプ４１ａ〜４１ｄを用いて、人工心臓を
構成してもよい（図２４参照）。駆動軸６０のクランク
やクランクシャフトの長さを変えることで駆動ピストン
４２のストロークを変え、また、流体室１８の体積を変
えることにより、各ポンプ４１ａ〜４１ｄの排出能力を
調整することができる。この実施例では、ポンプ４１
ａ，４１ｃのストロークＳ₂を、ポンプ４１ｂ，４１ｄ
のストロークＳ₁よりも小さくして、その排出能力を小
さくしている。なお、図２４では、全てのポンプ４１ａ
〜４１ｄを１つの駆動軸６０に接続しているが、それぞ
れのポンプに別個に駆動軸を設けて制御してもよい。

【００８９】また、人工肺装置３５０を用いて人工心肺
システムを構成する場合の実施例を、図２５に示す。台
３８０の上においた人体３０２の上下大静脈から、重力
によって人工肺装置３５０に血液を送り込む。人工肺装
置からの血液を、本発明のポンプ３００によって、人体
３０２の上行大動脈に送り込む。従来のロータリーポン
プを用いるよりも、効率よく血液の循環を行うことがで
きる。

【００９０】図２６に、他の実施例による血液ポンプを
示す。図２６Ａは、図２０のポンプとほぼ同じ構造であ
るが、大気に開放するための貫通穴１２８が設けられて
いない。したがって、開放室ではなく、密閉室１９０が
形成されている。他の構造は、図２０と同じである。

【００９１】また、図２６Ｂは、図１６のポンプとほぼ
同じ構造であるが、大気に開放するための貫通穴１２８
が設けられていない。したがって、開放室ではなく、密
閉室１９０が形成されている。他の構造は、図１６と同
じである。

【００９２】図２６に示すポンプは、本願発明の特徴で
ある供給側に負圧を生じないという効果は持たない。し
かしながら、分離壁１１６、１４０（１１４、１２２）
を２重に設け、糸状張力部材、円盤状プレート、係止糸
等を設けることにより、血栓の発生を抑えることができ
る。

【００９３】

【発明の効果】請求項１のポンプは、シリンダの開放室
に、往復移動可能に第２のピストンを設け、駆動手段に
よって該第２のピストンを往復移動させることを特徴と
している。したがって、第２のピストンの移動によっ
て、流体室が減圧されることがなく、供給側に負圧を与
えるおそれがない。くわえて、供給側の供給能力に応じ
た最大限の供給量を得ることが可能である。

【００９４】請求項２、６のポンプは、駆動ピストン、
駆動用流体の駆動によって、流体室が減圧されることが
なく、供給側に負圧を与えるおそれがない。

【００９５】請求項４、８のポンプは、分離壁が鋭角に
形成された折り返し点を持たない蛇腹構造に形成されて
いるので、血液等を排出する際にその細胞を破壊するお
それがない。

【００９６】請求項１０の人工心臓は、請求項２または
６のポンプを用いているので、人体に無理な負圧を与え
るおそれがなく、効率よく血液循環を図ることができ
る。

【００９７】請求項１１の人工心臓は、逆の動作をする
ポンプを２つ並列に接続している。したがって、供給側
の血管に血液がとどまるおそれがない。

【００９８】請求項１２の流体移動方法は、流体室の体
積を強制的に大きくするのではなく、流体室に対する押
圧力を開放することにより、供給側の供給能力に応じて
流体室の体積を大きくするようにしている。したがっ
て、供給側に負圧等を与えるおそれがない。

【００９９】すなわち、この発明によれば、供給側に負
圧等を与えず、供給側の供給能力に応じて効率のよい排
出量を確保できるポンプおよび流体移動方法を提供する
ことができる。

【０１００】また、この発明によれば、人体に無理な影
響を与えない、人工心臓を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるポンプを示す断面図
である。

【図２】図１のポンプ４０の動作を示す図である。

【図３】ポンプを２台並列に接続した状態を示す図であ
る。

【図４】図３のポンプを水道の給水システムに適用した
場合の例を示す図である。

【図５】図４のシステムの結線を示す図である。

【図６】中間受水タンク７２を設けた場合を示す図であ
る。

【図７】高置タンク、圧力タンクを設けない場合の例を
示す図である。

【図８】図７のシステムのポンプ８０₁〜８０_nの運転制
御を示すための図である。

【図９】他の実施例によるポンプ４１の構造を示す図で
ある。

【図１０】他の実施例によるポンプ４３の構造を示す図
である。

【図１１】図９のポンプ４１を、血液等の循環ポンプと
して使用する場合の問題点を示す図である。

【図１２】図１１の問題点を解決したポンプ４１の構造
を示す図である。

【図１３】図１２のポンプの丸面蛇腹の詳細を示す図で
ある。

【図１４】駆動用流体によって駆動する場合のポンプ１
２０を示す図である。

【図１５】図１４のポンプ１２０を、血液等の循環ポン
プとして使用する場合の問題点を示す図である。

【図１６】図１５の問題点を解決したポンプ１２１の構
造および動作を示す図である。

【図１７】図１６のポンプ１２１のサック１２２の詳細
を示す図である。

【図１８】他の実施例による駆動用流体によって駆動す
るポンプ１２０を示す図である。

【図１９】他の実施例による駆動用流体によって駆動す
るポンプ１５０を示す図である。

【図２０】図１９を血液等の循環ポンプとして使用する
に適した構成にした実施例を示す図である。

【図２１】本発明のポンプ３００を透析に用いた場合を
示す図である。

【図２２】図２０のポンプ１８０を用いて人工心臓を構
成した実施例を示す図である。

【図２３】ポンプ１８０を並列に接続して人工心臓を構
成した実施例を示す図である。

【図２４】図１２のポンプ４１を用いて人工心臓を構成
した実施例を示す図である。

【図２５】人工肺装置３５０に本発明のポンプ３００を
用いた場合を示す図である。

【図２６】ポンプの他の構造を示す図である。

【図２７】従来のポンプ３０を示す図である。

【図２８】従来のポンプ３０を示す図である。

【図２９】従来のポンプ３０を配水管３２に直結した場
合を示す図である。

【図３０】従来のシステムにおいて、受水タンク３６を
設けた場合を示す図である。

【図３１】従来の血液循環用のロータリーポンプを示す
図である。

【符号の説明】

９・・・第１のピストン１０・・・シリンダ１１・・・内部空間１２・・・流体供給口１４・・・流体排出口１８・・・流体室１９・・・開放室２１・・・流入弁２３・・・流出弁４２・・・第２のピストン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部空間を有するシリンダ、シリンダ内部空間を流体室と開放室とに分離するととも
に、シリンダ内壁との気密または水密を保ちつつ、シリ
ンダ内部空間を往復移動可能に設けられた第１のピスト
ン、シリンダの流体室に、流入弁を介して接続された流体供
給口、シリンダの流体室に、流出弁を介して接続された流体排
出口、を備えたホンプにおいて、シリンダの開放室に、往復移動可能に第２のピストンを
設け、駆動手段によって該第２のピストンを往復移動さ
せることを特徴とする負圧の生じないポンプ。
【請求項２】内部空間を有するシリンダ、シリンダ内部空間を流体室と開放室とに分離する分離
壁、シリンダの流体室に、流入弁を介して接続された流体供
給口、シリンダの流体室に、流出弁を介して接続された流体排
出口、往復移動することにより、流体室に流体を保持した分離
壁を押圧し、流体排出口に向けて流体を押し出す駆動ピ
ストン、を備えた負圧の生じないポンプ。
【請求項３】請求項２のポンプにおいて、前記分離壁が柔軟性材料で構成されていることを特徴と
するもの。
【請求項４】請求項３のポンプにおいて、前記分離壁が、鋭角に形成された折返点を持たない蛇腹
構造に形成されていることを特徴とするもの。
【請求項５】請求項２のポンプにおいて、前記分離壁がダイアフラムで構成されていることを特徴
とするもの。
【請求項６】内部空間を有する容器、容器内部空間を流体室、開放室、駆動用流体室とに分離
するために、流体室と開放室の間に設けられた第１の分
離壁および、開放室と駆動用流体室の間に設けられた第
２の分離壁、シリンダの流体室に、流入弁を介して接続された流体供
給口、シリンダの流体室に、流出弁を介して接続された流体排
出口、を備えており、前記開放室を大気に開放しておくとともに、駆動用流体室に駆動用流体を流入、排出させることによ
り、第２の分離壁を往復駆動して第１の分離壁を押圧
し、流体供給口から流体を流入して、流体排出口から流
体を排出する負圧の生じないポンプ。
【請求項７】請求項６のポンプにおいて、前記第１の分離壁が柔軟性材料で構成されていることを
特徴とするもの。
【請求項８】請求項７のポンプにおいて、前記分離壁が、鋭角に形成された折返点を持たない蛇腹
構造に形成されていることを特徴とするもの。
【請求項９】請求項６のポンプにおいて、前記分離壁がダイアフラムで構成されていることを特徴
とするもの。
【請求項１０】流体供給口が上下大静脈に連結され、流
体排出口が肺もしくは人工肺に連結された請求項２また
は請求項６のポンプを右ポンプとし、流体供給口が前記肺もしくは人工肺に連結され、流体排
出口が上行大動脈に連結された請求項２または請求項６
のポンプを左ポンプとして構成した人工心臓。
【請求項１１】請求項１０の人工心臓において、右ポンプおよび左ポンプとして、それぞれ、動作位相の
異なる２以上のポンプを並列に接続したものを用いたこ
とを特徴とするもの。
【請求項１２】容積可変の流体室を設け、流入弁を介し
て流体供給側を流体室に接続するとともに、流出弁を介
して流体排出側を流体室に接続し、流体供給側からの供
給能力によって流体室に流体を導くとともに、流体室に
対して押圧開放を繰り返すことにより、流体供給側に負
圧を生じることなく、流体を移動する流体移動方法。