(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕切板の表側に形成され、外部に通じる吐出孔を有する吐出室と、
仕切板の裏側に形成され、外部に通じる吸込孔を有する吸込室と、
前記吐出室に容積変化を生じさせる吐出側ダイアフラムと、
前記吸込室に容積変化を生じさせる吸込側ダイアフラムと、
前記吐出室と前記吸込室とを連通する連通路と、
を有し、
前記吸込室と前記吐出室は、前記仕切板の面方向にずれて配置され、
前記仕切板の、前記吸込室のみ設けられた領域に前記吸込孔が設けられ、前記吐出室のみ設けられた領域に前記吐出孔が設けられ、前記吸込室、前記吐出室の双方が設けられた領域には前記連通路となる連通孔が設けられ、
取扱い流体は、吸込側ダイアフラムの変形によって吸込孔より吸込室に送られ、次に、吸込側および吐出側ダイアフラムが協調して変形することによって吸込室より吐出室に送られ、さらに、吐出側ダイアフラムの変形により吐出室より吐出孔へと吐出され、
取扱い流体の吐出中には、前記吸込側ダイアフラムにより前記吸込孔をふさぎ、取扱い流体の吸込み中には、前記吐出側ダイアフラムにより前記吐出孔をふさぐ、
ダイアフラムポンプ。
【請求項２】
仕切板の表側に形成され、外部に通じる吐出孔を有する吐出室と、
仕切板の裏側に形成され、外部に通じる吸込孔を有する吸込室と、
前記吐出室に容積変化を生じさせる吐出側ダイアフラムと、
前記吸込室に容積変化を生じさせる吸込側ダイアフラムと、
前記吐出室と前記吸込室とを連通する連通路と、
を有し、
前記吸込室と前記吐出室は、前記仕切板の面方向にずれて配置され、
前記仕切板の、前記吸込室のみ設けられた領域に前記吸込孔が設けられ、前記吐出室のみ設けられた領域に前記吐出孔が設けられ、前記吸込室、前記吐出室の双方が設けられた領域には前記連通路となる連通孔が設けられ、
取扱い流体は、吸込側ダイアフラムの変形によって吸込孔より吸込室に送られ、次に、吸込側および吐出側ダイアフラムが協調して変形することによって吸込室より吐出室に送られ、さらに、吐出側ダイアフラムの変形により吐出室より吐出孔へと吐出され、
前記吸込室の容積が最小となるときには、前記吸込側ダイアフラムの少なくとも前記吸込孔周囲は前記仕切板に密着し、
前記吐出室の容積が最小となるときには、前記吐出側ダイアフラムの少なくとも前記吐出孔周囲は前記仕切板に密着する、
ダイアフラムポンプ。
【請求項３】
請求項１に記載のダイアフラムポンプであって、
前記吸込室の容積が最小となるときには、前記吸込側ダイアフラムの少なくとも前記吸込孔周囲は前記仕切板に密着し、
前記吐出室の容積が最小となるときには、前記吐出側ダイアフラムの少なくとも前記吐出孔周囲は前記仕切板に密着する、
ダイアフラムポンプ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のダイアフラムポンプであって、前記吸込孔および前記吐出孔に併設された逆止弁を有する、ダイアフラムポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイアフラムポンプ、特にその構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療分野において、微量の薬剤を注入するためのポンプの需要がある。薬剤は、規定量を正確に注入する必要があるため、ポンプは、その流量が正確であることが要求される。容積型ポンプはその流量が正確に定められ、さらにこの容積型ポンプに属するダイアフラムポンプは構造が簡潔で小型化に向くという特徴がある。このような医療分野のポンプとして、例えば、インスリンを注入する人工すい臓用マイクロポンプが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
医療分野に用いられるポンプは、病室内など限られたスペースで使用されること、また携帯される場合があること、さらには体内に埋め込まれる場合があることなどの使用態様から、特に小型化が望まれている。前述のようにダイアフラムポンプは、構造が簡単であり、小型化に向いている。一方で、決まった流量を正確に注入するために取り扱う流体の逆流を抑える構造が必要である。しかし、薬剤などを微少流量で注入する場合においては、この逆流防止構造が、小型化を阻む一因となっていた。そのため、通常は薬剤を希釈して使用し、微少流量の注入を避けてきた。言い換えれば、ポンプ本体の小型化に対応して小型化され、十分な逆流防止効果のある構造が求められていた。
【０００４】
本発明は、前述の課題を解決するためになされたものであり、ダイアフラムポンプを小型化し、また逆流防止構造を効果の高いものとすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明にかかるダイアフラムポンプは、仕切板の表裏に吐出室と吸込室の二つの流体室を有している。これらの吐出室および吸込室にはそれぞれ外部に通じる吐出孔および吸込孔と、これらの流体室を連通する連通路とを有している。また、吸込室と吐出室には、それぞれ、これらの流体室の容積を変化させるための吸込側ダイアフラム、吐出側ダイアフラムが設けられている。
【０００６】
取扱い流体は、まず吸込側ダイアフラムが変形し、吸込室の容積が拡大すると、吸込孔より吸込室内に流入する。次に、吸込側ダイアフラムが吸込室の容積を縮小するように変形し、また吐出側ダイアフラムが吐出室の容積を拡大するように変形することにより、流体は、連通路を介して吸込室から吐出室に流れる。さらに、吐出側ダイアフラムが吐出室の容積を縮小するように変形すると、流体は吐出孔より送り出される。
【０００７】
前述の二つの流体室は、仕切板の面方向にずれて配置することができる。そして、一方に吸込室のみ設けられている仕切板の領域に吸込孔が設けられ、吐出室のみ設けられている仕切板の領域に吐出孔が設けられている。また、両側に、吸込室、吐出室が設けられている領域には、これら二つの部屋を連通する連通孔が設けられ、前記連通路として機能する。
【０００８】
また、本ポンプが、取り扱い流体を吐出中においては、吸込側ダイアフラムは前記吸込孔をふさぎ、吸込み中においては、吐出側ダイアフラムが吐出孔をふさぐようにすることができる。これによれば、流体の逆流を減少させることができる。
【０００９】
さらに、吸込室および吐出室のそれぞれにおいて、その容積が最小となるときには、この流体室にかかるダイアフラムを、仕切板に密着させることができる。これによれば、通常の逆止弁のように重力や差圧により逆止するのではなく、ダイアフラムの力により強制的に、仕切板に設けられた各孔をふさぐことができ、逆流を減少させることができる。また、ポンプ全体を薄く、ダイアフラム以外の強制逆止機構を必要としないため、ポンプを小型にすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１および図２は、本実施形態のダイアフラムポンプ１０の概略構成を示す断面図である。仕切板１２の表側には吐出側ダイアフラム１４が、裏側には吸込側ダイアフラム１６が配置されている。これらのダイアフラム１４，１６は、ほぼ円形であり、その周囲が仕切板１２に隙間なく結合し、また図中上下方向にずらして配置されている。図２は、仕切板１２の表側の面、すなわち吐出側ダイアフラム１４が結合している面を含む平面による断面図である。仕切板１２、吐出側、吸込側ダイアフラム１４，１６のそれぞれの周囲は、シール部材１８により、漏れがないように封止されている。仕切板１２と吐出側ダイアフラム１４により吐出室２０が形成され、この吐出室２０の容積は吐出側ダイアフラム１４の変形により変化する。また、仕切板１２と吸込側ダイアフラム１６により吸込室２２が形成され、この吸込室２２の容積も吸込側ダイアフラム１６の変形により変化する。吐出側、吸込側ダイアフラム１４，１６は、例えばバイモルフ型の駆動用圧電素子とシール材から構成され、リード２４を介して圧電素子に電圧を印加することにより圧電素子を変形させ、前述のダイアフラムの変形を生じさせる。
【００１１】
仕切板１２には、その両側に吐出室２０と吸込室２２が存在する領域Ａには、これら二つの流体室２０，２２を連通させる連通孔２６が設けられている。また、仕切板１２の、表側に吐出室２０が位置し、裏側には吸込室２２がない領域Ｂ（図２において上側の三日月形状の領域）には、吐出孔２８が設けられている。さらに、仕切板１２の、裏側に吸込室２２が位置し、表側には吐出室２０がない領域Ｃ（図２において下側の三日月形状の領域）には、吸込孔３０が設けられている。
【００１２】
吐出孔２８には、吐出管３２が結合されており、この結合部分周囲は、シール部材１８により、ダイアフラム１４，１６などの周囲と一体に覆われている。また、前記結合部分には、吐出室２０から吐出管３２への流体の流れは許容し、これとは逆の流れを阻止する吐出側逆止弁３４が設けられている。吸込孔３０には、吸込管３６が結合されており、この結合部分周囲は、シール材１８により、ダイアフラム１４，１６などの周囲と一体に覆われている。また、前記結合部分には、吸込管３６から吸込室２２への流体の流れは許容し、これとは逆の流れを阻止する吸込側逆止弁３８が設けられている。
【００１３】
図３から図６は、ダイアフラムポンプ１０の動作を示す図である。図３は、ダイアフラムポンプ１０が停止している状態を示しており、図示するように、このときの二つのダイアフラム１４，１６は、仕切板１２に全体が密着した状態となっている。図３の停止状態から、取扱い流体をポンプ内に吸い込む（吸込工程）。このときは、吸込側ダイアフラム１６の圧電素子に電圧を印加して、図４に示すようにこれを変形させる。この変形によって吸込室２２が拡大し、吸込管３６より吸込室２２に取り扱い流体が吸い込まれる。このとき、吐出側ダイアフラム１４が仕切板１２に密着しているので、連通孔２６および吐出孔２８がダイアフラム１４によりふさがれる。したがって、吐出側逆止弁３４の機能に加え、吐出側ダイアフラム１４によっても、吐出管３２内の取扱い流体が逆流し、ダイアフラムポンプ１０内に再流入することが防止される。
【００１４】
次に、吸込室２２から吐出室２０へ、取扱い流体を移動させる（移行工程）。これは、吸込側ダイアフラム１６の圧電素子への電圧印加を中止し、一方吐出側ダイアフラム１４の圧電素子に電圧を印加して行う。図５には、これらのダイアフラム１４，１６の変形途中の様子が示されている。ダイアフラム１４，１６の変形に伴い、吸込室２２の容積は減少し、一方吐出室２０の容積が増加する。これにより、吸込室２２内の流体が、連通孔２６を通過して吐出室２０に送られる。このとき、吸込側逆止弁３８及び吐出側逆止弁３４により逆流が防止される。
【００１５】
最後に、吐出室２０内の取扱い流体を吐出管３２へと送り出す（吐出工程）。これは、吐出側ダイアフラム１４の圧電素子への電圧印加を中止し、これによって、このダイアフラム１４が仕切板１２に密着するように変形させることにより行う。変形過程の途中の状態が図６に示されており、吐出室２０の容積の縮小に伴って、この中の取扱い流体は吐出管３２へと送られる。このとき、吸込側ダイアフラム１６が仕切板１２に密着し、連通孔２６および吸込孔３０をふさいでいる。よって、吸込側逆止弁３８の機能に加え、吸込側ダイアフラム１４によっても、吸込室２２、更には吸込管３６への逆流が防止される。
【００１６】
以上の実施形態においては、ダイアフラムは、バイモルフ型圧電素子を用いたがユニモルフ型圧電素子を用いることも可能である。さらに、積層型圧電素子、電磁ソレノイド等を用いて、ダイアフラムを引っ張るようにして変形させることも可能である。
【００１７】
図７は、ダイアフラムの駆動手段として積層型圧電素子を用いたダイアフラムポンプ１１０が示されている。図１に示すダイアフラムポンプ１０と同一の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。ダイアフラムポンプ１１０の吐出側、吸込側ダイアフラム１１４，１１６は、一端が固定され、他端がダイアフラム１１４，１１６のほぼ中央に結合された積層型圧電素子１４０，１４２により駆動される。積層型圧電素子１４０，１４２に電圧を印加することにより素子の厚み（図中において左右方向の寸法）が収縮し、ダイアフラム１１４，１１６が仕切板１２から離れる方向に変形される。ポンプとしての動作は、図１のダイアフラムポンプ１０と同様に、図２から図６に示すようにダイアフラム１１４，１１６を変形させることにより達成される。
【００１８】
図８は、ダイアフラムの駆動手段として電磁ソレノイドを用いたダイアフラムポンプ２１０が示されている。図１に示すダイアフラムポンプ１０と同一の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。ダイアフラムポンプ２１０の吐出側、吸込側ダイアフラム２１４，２１６は、電磁ソレノイド２４０，２４２により駆動される。電磁ソレノイド２４０は本体２４４が固定され、本体内のコイル２４６に流す電流を制御することにより進退するアーマチャ２４８を有している。電磁ソレノイド２４２も、これと全く同様の構成を有する。アーマチャ２４８の先端がダイアフラム２１４，２１６にほぼ中央に結合され、このアーマチャ２４８の進退により、ダイアフラム２１４，２１６が仕切板１２の直交方向に変形する。ポンプとしての動作は、図１のダイアフラムポンプ１０と同様に、図２から図６に示すようにダイアフラム２１４，２１６を変形させることにより達成される。
【００１９】
図９は、本発明にかかる他の実施形態のダイアフラムポンプ３１０の概略構成を示す図である。仕切板３１２の表側には吐出側ダイアフラム３１４が、裏側には吸込側ダイアフラム３１６が配置されている。これらのダイアフラム３１４，３１６は、ほぼ円形であり、その周囲が仕切板３１２に隙間なく結合している。また、仕切板３１２、吐出側、吸込側ダイアフラム３１４，３１６のそれぞれの周囲は、シール部材３１８により、漏れがないように封止されている。仕切板３１２と吐出側ダイアフラム３１４により吐出室３２０が形成され、この吐出室３２０の容積は吐出側ダイアフラム３１４の変形により変化する。また、仕切板３１２と吸込側ダイアフラム３１６により吸込室３２２が形成され、この吸込室３２２の容積も吸込側ダイアフラム３１６の変形により変化する。吐出側、吸込側ダイアフラム３１４，３１６は、前述のダイアフラムポンプ１０と同様、駆動用圧電素子とシール材から構成することができ、リード２４を介して圧電素子に電圧を印加することにより圧電素子を変形させ、前述のダイアフラムの変形を生じさせる。
【００２０】
仕切板３１２には、その両側の吐出室３２０と吸込室３２２を連通させる連通路を形成する連通孔３２６が設けられている。また、仕切板３１２は、図示するように内部に径方向の孔を設けることができる程度の厚さを有している。仕切板３１２には、吐出室３２０に面して吐出孔３２８が設けられ、更にここから仕切板３１２内を、径方向外側に向けてその側面に向けて延びる吐出路３２９が設けられている。また、仕切板３１２には、吸込室３２２に面して吸込孔３３０が設けられ、更にここから仕切板３１２内を、径方向外側に向けてその側面に向けて延びる吸込路３３１が設けられている。吐出路３２９と、吸込路３３１には、それぞれ図示しない吐出管、吸込管が結合されている。
【００２１】
このダイアフラムポンプ３１０の動作は、前述のダイアフラムポンプ１０と同様であり、その説明は省略する。
【００２２】
以上のように、本実施形態においては、逆止弁に加え、ダイアフラムによっても流路をふさぐため、逆流が起きがたい。また、ダイアフラムが２枚、逆止弁２個と、簡易な構成であるため、小型化が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態のダイアフラムポンプの概略構成を示す横断面図である。
【図２】  本実施形態のダイアフラムポンプの概略構成を示す、仕切板表側面を含む面による断面図である。
【図３】  本実施形態のポンプの動作説明図であり、特にポンプが停止した状態を示している。
【図４】  本実施形態のポンプの動作説明図であり、吸込工程を示す図である。
【図５】  本実施形態のポンプの動作説明図であり、移行工程を示す図である。
【図６】  本実施形態のポンプの動作説明図であり、吐出工程を示す図である。
【図７】  他の実施形態の概略構成を示す図である。
【図８】  さらに他の実施形態の概略構成を示す図である。
【図９】  さらに他の実施形態の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１０  ダイアフラムポンプ、１２  仕切板、１４  吐出側ダイアフラム、１６吸込側ダイアフラム、１８  シール部材、２０  吐出室（流体室）、２２  吸込室（流体室）、２６  連通孔、２８  吐出孔、３０  吸込孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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