JPH0727052A - 輸液ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造簡単、安価、操作容易、小型・軽量、か
つ携帯用に適した輸液ポンプを提供する。 【構成】 シリンダーとピストンとを備え、ピストンの
先端部にパッキングを取りつけ、ピストンはパッキング
を介してシリンダーの内壁と接し、パッキングは伸縮可
能な袋を備え、ピストンの後端部には電気化学セル部を
備え、電気化学セル部に直流を通電することによって発
生するガスの圧力をピストンに備えられた袋に伝え、目
的の液体を押し出す。電気化学セル部は小形化が可能
で、小さな注射器に取りつけることができ、輸液ポンプ
全体として小型・軽量化が可能であり、操作容易、構造
簡単、安価である。

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た。この方式は、電気化学セル
部に直流電流を通電した時、通電電気量に比例して発生
するガスで薬液などを押し出すもので、種々提案されて
いる。Ｈ．Ｊ．Ｒ．マゲットの提案（米国特許第４，５
２２，６９８号）では、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、陽極では水素が水素イオンと
なり、生じた水素イオンがイオン交換膜を通って陰極側
に達し、そこで水素が発生するという、電気化学反応が
起こることを利用したものである。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る。

【０００５】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、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。

【０００６】さらに、この電気化学的輸液ポンプの改良
型としての、水の電気分解反応を利用する方法（特開平
２−３０２２６４）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
に陰極と陽極と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
電した際に水の電気分解によって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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ベローズやダイヤフラ
ムを介して液体を押し出す場合、ペ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ことがあ
る。また、注射器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、などの欠点があった。

【０００８】いっぽう、電気化学方式の輸液ポンプにお
いては、発生するガス量はファラデーの法則にしたがっ
て通電電気量に比例するため、発生するガスの圧力およ
び発生量は、電気化学セル部に通電する電気量（電流×
時間）によって、きわめて精密に制御でき、したがって
目的の液体の吐出量を精度よく決めることができるとい
う特徴がある。しかし、輸液すべき目的の液体が薬液の
ように取扱に特に注意が必要な場合、あらかじめ輸液ポ
ンプに内蔵しておくことは困難であり、通常は輸液ポン
プとは別に密閉容器などに貯蔵しておき、使用にあたっ
て輸液ポンプに取り入れる方法がとられているが、輸液
ポンプに必要量の薬液を取り入れる簡単で適当な方法は
なかった。また、電気化学方式の輸液ポンプにおいて
は、薬液のような輸液すべき目的の液体を必要な量だけ
供給した後、供給を停止する優れた方法はいまだ提案さ
れていない。最も有力な方法としては、電気化学セル部
への通電を停止することであるが、この方法では、通常
タイマーを使用しなければならず、複雑で比較的大型な
機構となるため、使い捨て型で小型・安価な輸液ポンプ
には不適当である。

【０００９】本発明は、電気化学方式の輸液ポンプの上
記のような課題を解決するためになされたものであり、
その目的とするところは、構造が簡単で、安価で、使用
時の操作が容易で、しかも小型・軽量化が可能で、携帯
用に適した輸液ポンプを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明になる電気化学方
式の輸液ポンプは、外観は注射器に似た形状をしてお
り、シリンダーとその内部に可動部としてのピストンを
備え、ピストンの先端部にはパッキングを備え、パッキ
ングには伸縮可能な袋を取りつけ、さらに、ピストンの
後端部に電気化学セル部を取りつけた構造としたもので
ある。そして、電気化学セル部に直流を通電することに
よって発生するガスでパッキングに取りつけた袋を押
し、その力で輸液すべき目的の液体を供給することを特
徴とするものである。

【００１１】本発明に使用できる電気化学セル部は、一
般的には、直流電流を通電すると、通電電気量に比例し
てガスを発生するセルなら、あらゆるセルが使用可能で
あるが、より具体的には次のようなセルの使用が可能で
ある。

【００１２】1)固体高分子カチオン交換膜の両面に多孔
性金属電極を接合し、両電極は水と接しており、通電に
よって陽極から発生する酸素または陰極から発生する水
素、あるいは酸素と水素の混合ガスを利用する。

【００１３】2)固体高分子カチオン交換膜の両面に多孔
性金属電極を接合し、陽極は水と、陰極は空気あるいは
酸素と接し、通電によって陽極から発生する酸素を利用
する 。 3)固体高分子カチオン交換膜の片面に陽極としての
多孔性金属電極を接合し、他面には陰極としての二酸化
マンガンを取りつけ、通電によって陽極から発生する酸
素を利用する。

【００１４】4)固体高分子アニオン交換膜の片面に陽極
としての多孔性金属電極を接合し、他面には陰極として
の二酸化マンガンやオキシ水酸化ニッケルを取りつけ、
通電によって陽極から発生する酸素を利用する。

【００１５】5)電解質にイオン交換膜を用いず、酸性や
アルカリ性の電解液を用いて水を電気分解し、その時に
発生する酸素や水素、あるいは両者の混合ガスを利用す
る。

【００１６】

【作用】本発明になる電気化学方式を用いた輸液ポンプ
を、輸液すべき液体が薬液の場合を例にとって説明す
る。

【００１７】本発明になる輸液ポンプは、薬液をあらか
じめ密閉容器などに貯蔵しておき、使用直前に必要な量
をシリンダー内に吸い取って、使用するものである。そ
の方法は、シリンダーに注射針を取りつけ、注射針を薬
液貯蔵容器にさしこみ、ピストンをひいて薬液をシリン
ダー内に吸い込むだけでよく、薬液量はシリンダーの直
径とピストンの移動距離によって簡単に決めることがで
きる。また、薬液が空気には触れないので、汚染の危険
性はまったくない。

【００１８】本発明の輸液ポンプを使用するにあたって
は、電気化学セル部に直流電流を通電し、その時に１Ａ
ｈ当り２５℃の、酸素が２２８ｍｌ、また水素が４５６
ｍｌ発生するので、これらのガスの圧力をピストンの先
端部のパッキングに取りつけた伸縮可能な袋に伝え、袋
が膨張する力を薬液を押し出すのに利用するものであ
る。ガス発生量は通電電気量（電流×時間）に比例する
ので、電流の値によって単位時間当りの薬液供給量を決
めることができ、長時間にわたって微量の薬液を精度良
く供給することができるものである。

【００１９】さらに、本発明になる輸液ポンプは、薬液
を必要な量だけ供給したのち、薬液の供給を停止するこ
とができる。すなわち、ピストンの先端部のパッキング
に取りつけた伸縮可能な袋が、薬液を押しだしてシリン
ダーの内壁に密着した状態になった場合、加圧ガスが引
続き供給されても、薄膜はそれ以上膨張せず、薬液の供
給は停止することになる。したがって、あらかじめピス
トンの位置を決めるという簡単な方法によって、一定量
の薬液を供給した後、薬液の供給を停止することができ
る。

【００２０】なお、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。

【００２１】

【実施例】本発明になる輸液ポンプの構造および使用方
法を、実施例を用いて説明する。

【００２２】図１は本発明になる輸液ポンプの断面構造
を示したもので、図において、１はシリンダー、２はピ
ストンで、材質はいずれもポリプロピレンとした。３は
ピストンの先端部に取りつけたバイトンゴム製のパッキ
ング、４はパッキング３に取りつけた厚さ０．１ｍｍの
ゴム製の伸縮可能な袋である。５は電気化学セル部であ
り、カチオン交換膜の両面に白金電極を取りつけた水電
解セルとし、直径は１６ｍｍとし、６は電源としてのリ
チウム電池である。７は水、８は薬液、９はポリ塩化ビ
ニル製の細管、１０は注射針であり、１１は通電によっ
て発生した酸素である。輸液ポンプを使用するにあたっ
ては、電気化学セル部に通電し、水７の側に酸素を発生
させ、酸素で水７を押し、水７で薄膜４を押し、薄膜４
で薬液８を押して、注射針１０から薬液を供給するもの
である。使用中は、ピストン２はシリンダー内の最初の
位置に固定されて動かない。なおシリンダー１と注射針
１０をつなぐ細管９は、用途に応じてその長さを調節す
ることができ、場合によってはなくてもよいものであ
る。

【００２３】図２と図３は、本発明になる輸液ポンプを
使用する直前に、薬液をシリンダー内に吸い込む方法を
示したもので、まず図２のようにピストン２をシリンダ
ー１内に停止するまで押し込み、袋４がパッキング３と
シリンダー１の端部の間にきっちりとはさまれた状態と
し、注射針１０を薬液貯蔵容器１２にさしこむ。つぎに
ピストン２を矢印の方向に引いて、薬液を吸い込む。図
３は薬液を吸い込み終った状態を示したもので、薬液量
はシリンダー１の直径とピストン２の移動距離１３によ
って決まる。この状態では、袋４はパッキング３に密着
している。

【００２４】図４は薬液の供給が停止した状態を示した
もので、袋４は膨張してシリンダー１の内壁に密着した
状態となっており、袋４はこれ以上膨張することはでき
ず、電気化学セルに通電を続けても、薬液は供給されな
い。

【００２５】

【発明の効果】本発明になる輸液ポンプは、電気化学セ
ル部に直流を通電することによって発生するガスを加圧
源とし、ガスの圧力を水、袋、薬液に順次伝えて、薬液
を供給するもので、薬液の供給量を電流によってのみ設
定することができるという、きわめて簡単な方法で、微
量の薬液を長時間にわたって精度良く供給することがで
きるものである。また、使用直前に、簡単な方法で薬液
を輸液ポンプのシリンダー内に吸い込むことができ、さ
らに、薬液の供給を目的の量で停止することができるも
のである。

【００２６】なお、ピストンの先端部のパッキングに取
りつけられた伸縮可能な袋の形状としては、薄膜や風船
や蛇腹など、種々のものが使用できるものである。

【００２７】本発明になる輸液ポンプに使用する電気化
学セル部を、例えば、固体高分子カチオン交換膜の両面
に多孔性金属電極を取りつけたものから構成し、水電解
をおこない、そのときに発生する酸素を加圧ガスに利用
する場合、仮に薬液の供給量を２４時間に１０ｍｌとす
ると、必要な電流は約２ｍＡとなる。そこで、電流密度
を１０ｍＡ／ｃｍ² とすると、電極の面積は約０．２ｃ
ｍ² となり、電極の直は約５ｍｍとなる。

【００２８】この様に、本発明になる輸液ポンプの電気
化学セル部は非常に小さな形にすることが可能で、実施
例で示したように、小さな注射器のピストンの端の部分
に取りつけることができるものである。したがって、輸
液ポンプ全体としては、小型・軽量化が可能であり、携
帯用にすることができ、使用にあたっての操作も容易で
あり、医療用の薬液供給に使用する場合、患者にとつて
きわめて使いやすいものとなる。また、本発明になる輸
液ポンプは、構造が簡単で、安価であるため、使い捨て
型にすることも可能となり、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、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、実施例にかかる輸液ポンプのシ
リンダーに、薬液を吸い込む直前の状態を示した図であ
る。

【図３】本発明になる、実施例にかかる輸液ポンプのシ
リンダーに、必要量の薬液を吸い込み終った状態を示す
図である。

【図４】本発明になる、実施例にかかる輸液ポンプの使
用を終了し、薬液の供給が停止した状態を示した図であ
る。

【符号の説明】

１ シリンダー ２ ピストン ４ 伸縮可能な袋 ５ 電気化学セル部 ８ 薬液

フロントページの続き (72)発明者 徳永 昭夫 京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町１番地 日本電池株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダーとピストンとを備え、該ピス
   トンの先端部にパッキングを取りつけ、該ピストンは該
   パッキングを介してシリンダーの内壁と接し、該パッキ
   ングは伸縮可能な袋を備え、該ピストンの後端部には電
   気化学セル部を備え、該電気化学セル部に直流を通電す
   ることによって発生するガスの圧力をピストンに備えら
   れた袋に伝え、該袋で目的の液体を押し出すことを特徴
   とする、輸液ポンプ。