(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕切板の片側に設けられ、前記仕切板とともに吐出室を形成する下流側ダイアフラムと、
前記仕切板の反対側に設けられ、前記仕切板とともに吸込室を形成し、前記下流側ダイアフラムと協働して流体を一方向に送液する上流側ダイアフラムと、
前記下流側ダイアフラムを変形させて、前記吐出室への吸い込みと前記吐出室からの吐出を可能にする下流側ダイアフラム変形手段と、
前記上流側ダイアフラムを変形させて、前記吸込室への吸い込みと前記吐出室からの吐出を可能にする下流側ダイアフラム変形手段とを有して成るダイアフラムポンプであって、
前記上流側ダイアフラムにおける吐出工程の開始区間が前記下流側ダイアフラムにおける吐出工程の終結区間に重なり、前記上流側ダイアフラムにおける吐出工程の終結区間が前記下流側ダイアフラムにおける吐出工程の開始区間に重なり、その他の区間においては、前記上流側ダイアフラムと前記下流側ダイアフラムとが吸込工程及び吐出工程に関して逆位相であり、
前記下流側ダイアフラムは、その瞬時吸込流量が、その時点における前記上流側ダイアフラムの瞬時吐出流量よりも小さいことを特徴とするダイアフラムポンプ。
【請求項２】
前記吐出室と前記吸込室とは、前記仕切板の面方向に一部重なって形成され、前記仕切板の、前記吸込室のみ設けられた領域に、ポンプ外界から前記吸込室に流体を流入させることのできる流体流入部が設けられ、前記吐出室及び前記吸込室の両方が設けられた領域に、前記吸込室から前記吐出室に流体を流通させることのできる流体流通部が設けられ、前記吐出室のみ設けられた領域に、前記吐出室からポンプ外界に流体を流出させることのできる流体流出部が設けられた請求項１に記載のダイアフラムポンプ。
【請求項３】
前記流体流入部は、前記吸込室からポンプ外界への流体の流通を阻止する吸込側逆止弁を有し、前記流体流通部は、前記吐出室から前記吸込室への流体の流通を阻止する中間逆止弁を有する請求項２に記載のダイアフラムポンプ。
【請求項４】
前記下流側ダイアフラムは、その瞬時吸込流量が、その時点における前記上流側ダイアフラムの瞬時吐出流量の０．２倍以上１．０倍未満である請求項１〜３のいずれか１項に記載のダイアフラムポンプ。
【請求項５】
前記上流側ダイアフラム変形手段及び前記下流側ダイアフラム変形手段は、電磁気変形素子の作用によりダイアフラムを変形させる手段である請求項１〜４のいずれか１項に記載のダイアフラムポンプ。
【請求項６】
前記電磁気変形素子は、圧電素子又は磁歪素子である請求項５に記載のダイアフラムポンプ。
【請求項７】
人工臓器用である請求項１〜６のいずれか１項に記載の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】
この発明は、ダイアフラムポンプに関し、さらに詳しくは、逆流を確実に防止することのできるダイアフラムポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療分野においては、薬剤を患者の体内にごく微量ずつ注入することが必要な場合がある。例えば血糖値を制御するために使用されるインスリンは、これをポンプで患者体内に送液する場合、高濃度の原液を直接用いるとすれば、食事の時間帯では３μｌ／分、それ以外の基礎代謝時には０．５μｌ／分というような微量注入を行うことが必要となる。
【０００３】
このような薬剤の微量送液に使用されるポンプとしては、流量を正確に制御することができ、構造が簡単で小型化が容易であり、軸シールが無く、液漏れが無いという理由等からダイアフラムポンプが一般的である。
【０００４】
この目的に使用されるポンプにおいては、インスリン注入部で流体の逆流が起こると、インスリンが凝集する可能性があるとされているので、この流体の逆流を確実に阻止する必要がある。
【０００５】
従来の前記ダイアフラムポンプにおいては、その逆流を防止する手段として逆止弁が使用されていた。
【０００６】
しかし超小型の前記ポンプにおいては、加工精度等の問題により、逆止弁の作動に全幅の信頼を置くことはできず、ポンプを長期間使用した場合などに、逆止弁の作動が不完全になることが考えられる。そうなると前記ポンプにおいては、逆流を完全には阻止することができなくなり、前記の問題が発生するおそれがある。またこのポンプにおいては、インスリンが変性し、凝集することにより、逆止弁の塞止を妨げる可能性もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、従来のダイアフラムポンプが有する前記欠点を解消することを目的とする。すなわちこの発明の目的は、流体の微量送液が可能であり、逆流を防止することのできるダイアフラムポンプを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するためのこの発明は、仕切板の片側に設けられ、前記仕切板とともに吐出室を形成する下流側ダイアフラムと、前記仕切板の反対側に設けられ、前記仕切板とともに吸込室を形成し、前記下流側ダイアフラムと協働して流体を一方向に送液する上流側ダイアフラムと、前記下流側ダイアフラムを変形させて、前記吐出室への吸い込みと前記吐出室からの吐出を可能にする下流側ダイアフラム変形手段と、前記上流側ダイアフラムを変形させて、前記吸込室への吸い込みと前記吐出室からの吐出を可能にする下流側ダイアフラム変形手段とを有して成るダイアフラムポンプであって、前記上流側ダイアフラムにおける吐出工程の開始区間が前記下流側ダイアフラムにおける吐出工程の終結区間に重なり、前記上流側ダイアフラムにおける吐出工程の終結区間が前記下流側ダイアフラムにおける吐出工程の開始区間に重なり、その他の区間においては、前記上流側ダイアフラムと前記下流側ダイアフラムとが吸込工程及び吐出工程に関して逆位相であり、前記下流側ダイアフラムは、その瞬時吸込流量が、その時点における前記上流側ダイアフラムの瞬時吐出流量よりも小さいことを特徴とするダイアフラムポンプであり、
前記ダイアフラムポンプの好適な態様として、前記吐出室と前記吸込室とは、前記仕切板の面方向に一部重なって形成され、前記仕切板の、前記吸込室のみ設けられた領域に、ポンプ外界から前記吸込室に流体を流入させることのできる流体流入部が設けられ、前記吐出室及び前記吸込室の両方が設けられた領域に、前記吸込室から前記吐出室に流体を流通させることのできる流体流通部が設けられ、前記吐出室のみ設けられた領域に、前記吐出室からポンプ外界に流体を流出させることのできる流体流出部が設けられ、
前記流体流入部は、前記吸込室からポンプ外界への流体の流通を阻止する吸込側逆止弁を有し、前記流体流通部は、前記吐出室から前記吸込室への流体の流通を阻止する中間逆止弁を有し、
前記下流側ダイアフラムは、その瞬時吸込流量が、その時点における前記上流側ダイアフラムの瞬時吐出流量の０．２倍以上１．０倍未満であり、
前記上流側ダイアフラム変形手段及び前記下流側ダイアフラム変形手段は、電磁気変形素子によりダイアフラムを変形する手段であり、
前記電磁気変形素子は、圧電素子又は磁歪素子であり、
また前記ダイアフラムポンプは、人工臓器用である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係るダイアフラムポンプの一具体例であるダイアフラムポンプ１の概略構成を示す縦断面図である。ダイアフラムポンプ１は、仕切板２と、上流側ダイアフラム３と、下流側ダイアフラム４とを有して成る。
【００１０】
上流側ダイアフラム３は、ほぼ円形又は正方形等であり、その周縁部を仕切板２に密着固定させ、その周縁部以外を撓ませた状態で、仕切板２に設けられている。したがって上流側ダイアフラム３と仕切板２とは、それらの間に空間を形成する。この空間が、上流側ダイアフラム３の吸込工程において吸込んだ流体を収容する吸込室５である。
【００１１】
下流側ダイアフラム４は、ほぼ円形又は正方形等であり、仕切板２の、上流側ダイアフラム３が設けられた面とは反対側の面に設けられている。下流側ダイアフラム４は、上流側ダイアフラム３と同様に、その周縁部を仕切板２に密着固定させ、その周縁部以外を撓ませた状態で、仕切板２に設けられている。下流側ダイアフラム４と仕切板２とは、それらの間に空間を形成する。この空間が、下流側ダイアフラム４の吐出工程において吐出する流体を収容する吐出室６である。したがって吸込室５と吐出室６とは、仕切板２を挟むような位置関係になるように設けられている。
【００１２】
図１に示すように、上流側ダイアフラム３と下流側ダイアフラム４とは、吸込室５と吐出室５とが仕切板２の面方向にずれて配置されるように設けられている。あるいは吸込室５と吐出室５とは、前記仕切板２の面方向に一部重なって形成されているということもできる。
【００１３】
仕切板２は、ほぼ円形の部材である。仕切板２は、その吸込室５のみ設けられた領域に、ダイアフラムポンプ１の外界から吸込室５に流体を流入させる流体流入部７を有し、その吐出室６及び吸込室５の両方が設けられた領域に、吸込室５から吐出室６に流体を流通させる流体流通部８を有し、その吐出室６のみ設けられた領域に、吐出室６からダイアフラムポンプ１の外界に流体を流出させる流体流出部９を有する。
前記仕切板２における前記流体流入部７、流体流通部８及び流体流出部９の位置関係を、上流側ダイアフラム３と下流側ダイアフラム４との位置と関係付けて、次のように言うこともできる。すなわち、仕切板２を一方から見たときに、上流側ダイアフラム３の領域と下流側ダイアフラム４とが重なり合う領域内にあるように流体流通部８が仕切板２に設けられ、上流側ダイアフラム３の領域内であって下流側ダイアフラム４の領域外となるように流体流入部７が仕切板２に設けられ、また、下流側ダイアフラム４の領域内であった上流側ダイアフラム３の領域外となるように流体流出部９が仕切板２に設けられる。
【００１４】
また流体流入部７は、吸込室５から流体流入部７を通ってダイアフラムポンプ１の外界に流体が流れるのを阻止する吸込側逆止弁１０を有し、流体流通部８は、吐出室６から流体流通部８を通って吸込室５に流体が流れるのを阻止する中間逆止弁１１を有する。
【００１５】
ダイアフラムポンプ１は、以上の構造を有することにより、上流側ダイアフラム３と下流側ダイアフラム４との協働によって流体を一方向に送液することが可能となる。すなわちダイアフラムポンプ１は、上流側ダイアフラム３の吸込工程によりダイアフラムポンプ１外の流体を流体流入部７から吸込室５内に吸引し、上流側ダイアフラム３の吐出工程及び下流側ダイアフラム４の吸込工程によりその吸引された流体を流体流通部８から吐出室６に送り、下流側ダイアフラム４の吐出工程によりその送られた流体を流体流出部９からダイアフラムポンプ１外に吐出することができる。
【００１６】
上流側ダイアフラム３には、吸込室５を形成する面とは反対側の面に、ピエゾ素子１２が設けられている。下流側ダイアフラム４には、吐出室６を形成する面とは反対側の面にピエゾ素子１３が設けられている。ピエゾ素子は、電圧を加えると、その電圧に応じて変形する圧電素子である。すなわちピエゾ素子は、電磁気力を加えると、その電磁気力に応じて変形する電磁気変形素子の一種である。ピエゾ素子は、ある向きに電圧が加えられると伸び、逆向きに電圧が加えられると縮む性質がある。したがってピエゾ素子をダイアフラムに取り付け、ピエゾ素子が伸びる向きに電圧を加えると、ピエゾ素子が伸びて、ダイアフラムは仕切板方向に押し付けられ、その結果吐出室又は吸込室から流体が吐出される。次に電圧の向きを変えて、ピエゾ素子が縮む向きに電圧を加えると、ピエゾ素子が縮んで、ダイアフラムが膨らみ、その結果吐出室又は吸込室に流体が吸い込まれる。この操作を交互に繰り返すことにより、吐出及び吸込が繰り返され、流体の連続的な送液が可能になる。
ピエゾ素子は、直径１０ｍｍ位の円板の場合で、その変位幅が数μｍ程度であり、人工臓器用等の超小型ダイアフラムポンプにおいて、好適に使用することができる。
このように、ピエゾ素子１２は、その変形により上流側ダイアフラム３を変形させて、上流側ダイアフラム３の吸込及び吐出を可能にし、ピエゾ素子１３は、その変形により下流側ダイアフラム４を変形させて、下流側ダイアフラム４の吸込及び吐出を可能にする。
【００１７】
図２は、上流側ダイアフラム３及び下流側ダイアフラム４の吸込吐出曲線を示す図である。図２に示された上流側ダイアフラム３及び下流側ダイアフラム４の吸込吐出曲線において、それぞれの基準線Ｓの上側が吐出工程を示し、下側が吸込工程を示す。また図２において、基準線Ｓ上の任意の時点から基準線Ｓに対して直角方向に引いた直線の、吸込吐出曲線までの長さは、その時点におけるダイアフラムの瞬時流量を表す。瞬時流量は、その時点において瞬間的に吐出する流量、又は吸い込む流量であり、吸込工程における瞬時流量は、瞬時吸込流量であり、吐出工程における瞬時流量は、瞬時吐出流量である。瞬間流量は、体積流速と呼ぶこともできる。
【００１８】
図２に示されるように、ピエゾ素子１２及びピエゾ素子１３は、上流側ダイアフラム３における吐出工程の開始区間及び終結区間がそれぞれ下流側ダイアフラム４における吐出工程の終結区間及び開始区間に重なり、その他の区間においては、上流側ダイアフラム３と下流側ダイアフラム４とが、吸込工程及び吐出工程に関して逆位相になるように作動する。
【００１９】
つまり、図２において、上流側ダイアフラム３における吐出工程の開始区間Ａは、下流側ダイアフラム４における吐出工程の終結区間に対応し、上流側ダイアフラム３における吐出工程の終結区間Ｂは、下流側ダイアフラム４における吐出工程の開始区間に対応する。また開始区間Ａ及び終結区間Ｂ以外の区間においては、下流側ダイアフラム４が吐出工程であるときには上流側ダイアフラム３は吸込工程であり、下流側ダイアフラム４が吸込工程であるときには上流側ダイアフラム３は吐出工程である。
【００２０】
図２にも示されるように、上流側ダイアフラム３と下流側ダイアフラム４との吸込工程及び吐出工程を反転させることにより、上流側ダイアフラム３と下流側ダイアフラム４との協働によって流体を一方向に送液することを可能にする。また上流側ダイアフラム３の吐出工程と下流側ダイアフラム４の吐出工程とに重なりを持たせるのは、下流側ダイアフラム４の吐出量がゼロになる全区間において、上流側ダイアフラム３が吐出工程にあるようにして、下流側ダイアフラム４が吐出動作から吸引動作に変化する瞬間において吐出室内への流体の逆流の可能性をなくするためであり、この下流側ダイアフラム４の吐出作用により流体を流体流出部９から吐出させることができないときにおいても、上流側ダイアフラム３の吐出作用により流体を流体流出部９から吐出させることができるようにして、吐出室内への逆流を防止している。
【００２１】
上流側ダイアフラム３の吸込吐出波形と下流側ダイアフラム４の吸込吐出波形とがこのような関係にあることにより、ダイアフラムポンプ１は、上流側ダイアフラム３と下流側ダイアフラム４との協働によって流体を一方向に送液することができ、さらに下流側ダイアフラム４の非吐出時においても、上流側ダイアフラム３の吐出作用により送液が停止することなく、送液を維持することができるようになる。
【００２２】
前記開始区間Ａは、吸込工程が終了した時点を始点とし、吸込工程が開始された後、吸込流量が最大になる時点に至る前における任意の時点を終点とする区間である。前記開始区間Ａの長さとしては、前述の吸込吐出作動を行うことができれば特に制限はなく、所望の流体吐出量及び流体の物理的性質等に応じて適宜決定することができる。前記終結区間Ｂは、吸込工程における吸込流量が最大になる時点後、吸込工程が終了する時点に至る前における任意の時点を始点とし、吸込工程が終了した時点を終点とする区間である。前記終結区間Ｂの長さについても前記開始区間Ａの長さと同様に、前述の吸込吐出作動を行うことができれば特に制限はなく、所望の流体吐出量及び流体の物理的性質等に応じて適宜決定することができる。基本的には下流側ダイアフラム４の吐出工程の開始時及び終結時において、上流側ダイアフラム３の吐出量がゼロでなければよいが、開始区間Ａ及び開始区間Ｂの長さが、それぞれ上流側ダイアフラム３の吐出区間の長さの２〜１０％であると、確実に全区間における吐出を維持することができ、また吐出流量の制御が容易になるので好ましい。
【００２３】
下流側ダイアフラム４は、その瞬時吸込流速が、その時点における上流側ダイアフラム３の瞬時吐出流量よりも小さい。つまり図２において、下流側ダイアフラム４の吸込工程における任意の時点ｔにおいて、下流側ダイアフラム４の瞬時吸込流量ＲＸは、上流側ダイアフラム３の瞬時吐出流量ＲＹよりも小さい。このことは、ピエゾ素子１２が、上流側ダイアフラム３が流体を吐出する瞬時流量を、その時点における下流側ダイアフラム４が流体を吸込む瞬時流量よりも大きくすることができることを意味する。上流側ダイアフラム３及びピエゾ素子１２がこのような機能を有することにより、下流側ダイアフラム４の吸込工程において、下流側ダイアフラム４が流体流出部９から吐出室６内に吸込む流体の量よりも多くの量の流体を、上流側ダイアフラム３が吸込室５から吐出室６内に送り込むことができ、その結果、下流側ダイアフラム４の吸込工程であっても常に、流体流出部９から流体を吸い込むことなく、流体流出部９から流体を吐出させるようにすることができる。
【００２４】
下流側ダイアフラム４の瞬時吸込流量ＲＸと上流側ダイアフラム３の瞬時吐出流量ＲＹとの関係は、下流側ダイアフラム４の吸込工程であっても、流体流出部９から流体を吸込むことなく、流体流出部９から流体を吐出させるようにすることができれば特に制限はないが、ＲＹ／ＲＸが０．２以上１．０未満であることが好ましく、さらにＲＹ／ＲＸ＝０．２〜０．８であること、特にＲＹ／ＲＸ＝０．５程度であることが好ましい。ＲＹ／ＲＸが前記範囲内であると、下流側ダイアフラム４の吸込工程であっても、流体流出部９から適当量の流体を吐出させることができ、特にＲＹ／ＲＸ＝０．５程度であると、前記のように流体を吐出させるように制御することが容易であるので好適である。
【００２５】
また下流側ダイアフラム４の吸込工程の全区間において、下流側ダイアフラム４の瞬時吸込流量が、その時点における上流側ダイアフラム３の瞬時吐出流量よりも小さいということは、吸込室５は吐出室６よりも大きく形成されていることを意味する。より正確には、下流側ダイアフラム４の吸込工程の区間、つまり上流側ダイアフラム３の吐出工程における開始区間Ａ及び終結区間Ｂ以外の区間における上流側ダイアフラム３の全吐出流量が、その区間における下流側ダイアフラム４の全吸込容量よりも大きくなるように、吸込室５及び吐出室６が形成されている。したがってダイアフラムポンプ１においては、そのような大きさの吸込室５及び吐出室６が形成されるような上流側ダイアフラム３及び下流側ダイアフラム４が使用されている。
【００２６】
吸込室５及び吐出室６の大きさについては、下流側ダイアフラム４の吸込工程の全区間において下流側ダイアフラム４の瞬時吸込流量が上流側ダイアフラム３の瞬時吐出流量よりも小さくすることができれば特に制限はないが、下流側ダイアフラム４の吸込工程であっても安定的に流体流出部９から流体を吐出させるために、吐出室６の大きさに対する吸込室５の大きさの比率が１．５〜３、特に２程度であることが好ましい。
【００２７】
図３は、上流側ダイアフラム３の吸込吐出曲線、下流側ダイアフラム４の吸込吐出曲線、ダイアフラムポンプ１全体の吐出曲線、及びダイアフラムポンプ１全体の吸込曲線を示す図である。以下、図３に従い、ダイアフラムポンプ１の作用について説明する。
【００２８】
（１）時点▲１▼から時点▲２▼に至る区間
図３に示した時点▲１▼におけるダイアフラムポンプ１の状態を図４に示す。
時点▲１▼においては、上流側ダイアフラム３の吸込吐出曲線は基準線Ｓ上にあり、上流側ダイアフラム３は吸込及び吐出のいずれをも行っていない。時点▲１▼においては、上流側ダイアフラム３は、仕切板２に実質的に密着した状態にあり、吸込室５の容積は実質的にゼロである。下流側ダイアフラム４は、時点▲１▼においては吐出工程の初期にあり、膨らんだ状態にある。吐出室６はこのとき一定の容積を有し、一定量の流体により満たされている。時点▲１▼においては、下流側ダイアフラム４の吐出量がそのままダイアフラムポンプ１全体の吐出量になる。又は下流側ダイアフラム４の吐出量と上流側ダイアフラム３の吐出量との合計がダイアフラムポンプ１全体の吐出量になると考えることもできる。
【００２９】
図３の時点▲１▼を過ぎて時点▲２▼に至る前の区間におけるダイアフラムポンプ１の状態を図５に示す。この区間においては、上流側ダイアフラム３は吸込工程にあり、仕切板２に実質的に密着した状態から幾分膨らんだ状態に移行しており、流体流入部７から吸込室５内に流体を吸い込んでいる。この区間においては、下流側ダイアフラム４は吐出工程にあり、仕切板２の方向に移行し、吐出室６内の流体を吐出室６外に吐出する。このとき上流側ダイアフラム３は吐出工程にはないので、吸込室５から吐出室６への流体の流入がなく、また中間逆止弁１１は、吐出室６から吸込室５への流体の流通を阻止するので、下流側ダイアフラム４により吐出室６から吐出された流体が吸込室５に流入することもない。この区間においては、下流側ダイアフラム４により吐出室６から吐出された流体がそのまま流体流出部９から吐出されるので、下流側ダイアフラム４の吸込吐出曲線がそのまま前記吐出曲線となる。このことからダイアフラムポンプ１は、この区間においては、ピエゾ素子１３により下流側ダイアフラム４の作動を調整することにより、所望の吐出量を得ることができる。
【００３０】
また時点▲１▼を過ぎて時点▲２▼に至る前の区間においては、前述のように、上流側ダイアフラム３は吸込工程にあり、下流側ダイアフラム４は吐出工程にあるので、中間逆止弁１１の作用により吸込室５から吐出室６への流体の流出がない。したがってこの区間においては、上流側ダイアフラム３の吸込吐出曲線がそのままダイアフラムポンプ１全体の吸込曲線となる。
【００３１】
図３に示した時点▲２▼におけるダイアフラムポンプ１の状態を図６に示す。時点▲２▼においては、上流側ダイアフラム３は、最も膨らんだ状態になり、吸込工程が終了する。下流側ダイアフラム４は、吐出工程の末期にあり、若干膨らんだ状態である。時点▲２▼においては、下流側ダイアフラム４の吐出量がそのままダイアフラムポンプ１全体の吐出量になる。又は下流側ダイアフラム４の吐出量と上流側ダイアフラム３の吐出量との合計がダイアフラムポンプ１全体の吐出量になると考えることもできる。
【００３２】
（２）時点▲２▼から時点▲３▼に至る区間
時点▲２▼を過ぎて時点▲３▼に至る前の区間においては、下流側ダイアフラム４は、吐出工程の終結区間にあり、仕切板２の方向に移行し、吐出室６内の流体を流体流出部９からダイアフラムポンプ１外に押し出す。この区間においては、上流側ダイアフラム３は、吐出工程の開始区間にあり、仕切板２の方向に移行し、吸込室５内の流体を流体流通部８から吐出室６外に押し出す。したがってこの区間においては、下流側ダイアフラム４は、吐出室６内にある流体と吸込室５から吐出室６に供給された流体とを流体流出部９から吐出することになる。この区間においては、上流側ダイアフラム３の吸込吐出曲線に下流側ダイアフラム４の吸込吐出曲線を重ね合わせて得られる曲線がダイアフラムポンプ１全体の吐出曲線となる。このことからダイアフラムポンプ１は、この区間においては、ピエゾ素子１２により上流側ダイアフラム３の作動を調整し、またピエゾ素子１３により下流側ダイアフラム４の作動を調整することにより、上流側ダイアフラム３の吐出量と下流側ダイアフラム４の吐出量との合計が所望の吐出量となるようにして、所望の吐出量を得ることができる。
【００３３】
また時点▲２▼を過ぎて時点▲３▼に至る前の区間においては、前述のように、上流側ダイアフラム３は吐出工程にあり、また吐出側逆止弁１０は、吸込室５内の流体が流体流入部７を通過して外部に流出するのを阻止するので、ダイアフラムポンプ１の吸込量がゼロである。したがってこの区間におけるダイアフラムポンプ１全体の吸込曲線は、基準線Ｓ上にある。
【００３４】
図３に示した時点▲３▼におけるダイアフラムポンプ１の状態を図７に示す。時点▲３▼においては、上流側ダイアフラム３は、吐出工程の初期にあり、最も膨らんだ状態から若干萎んだ状態に移行している。下流側ダイアフラム４は、吐出工程が終了した状態であり、吸込及び吐出のいずれをも行っていない。このとき吐出室６には吸込室５から流体が供給されているので、下流側ダイアフラム４は仕切板２に密着した状態にはなっていない。吸込室５から吐出室６に供給された流体は、そのまま吐出行から吐出される。したがって時点▲３▼においては、上流側ダイアフラム３の吐出量がそのままダイアフラムポンプ１全体の吐出量になる。又は上流側ダイアフラム３の吐出量と下流側ダイアフラム４の吐出量との合計がダイアフラムポンプ１全体の吐出量になると考えることもできる。
【００３５】
（３）時点▲３▼から時点▲４▼に至る区間
図３の時点▲３▼を過ぎて時点▲４▼に至る前の区間におけるダイアフラムポンプ１の状態を図８に示す。この区間においては、上流側ダイアフラム３は、吐出工程にあり、仕切板２の方向に移行し、吸込室５内の流体を吸込室５外に吐出する。この区間においては、下流側ダイアフラム４は、仕切板２に実質的に密着した状態から幾分膨らんだ状態に移行しており、吸込室５内に流体を吸い込んでいる。このとき前述のように、下流側ダイアフラム４の吸込流速は、その時点における上流側ダイアフラム３の吐出流速よりも小さいので、下流側ダイアフラム４の吸込量、つまり吐出室６の容積の増加分より大きい体積の流体が吸込室５から流体流通部８を通って吐出室６内に流入する。その結果、吐出室６に流入した流体の体積と吐出室６の容積の増加分との差の分だけ流体が吐出室６から流体流出部９を通って外部に吐出される。したがってこの区間においては、下流側ダイアフラム４が吸込工程にあるにもかかわらず、ダイアフラムポンプ１は流体を前記差の分だけ吐出し続ける。この区間においては、上流側ダイアフラム３の吸込吐出曲線から下流側ダイアフラム４の吸込吐出曲線を差し引いて得られる曲線がダイアフラムポンプ全体の吐出曲線となる。このことからダイアフラムポンプ１は、この区間においては、ピエゾ素子１２により上流側ダイアフラム３の作動を調整し、またピエゾ素子１３により下流側ダイアフラム４の作動を調整することにより、上流側ダイアフラム３の吐出量と下流側ダイアフラム４の吸込量との差が所望の吐出量となるようにして、所望の吐出量を得ることができる。
【００３６】
また時点▲３▼を過ぎて時点▲４▼に至る前の区間におけるダイアフラムポンプ１全体の吸込曲線については、時点▲２▼から時点▲３▼に至る区間の場合と同様である。
【００３７】
図３に示した時点▲４▼におけるダイアフラムポンプ１の状態を図９に示す。時点▲４▼においては、上流側ダイアフラム３は、吐出工程の末期にあり、若干膨らんだ状態にある。下流側ダイアフラム４は、吸込工程が終了し、仕切板２に最も膨らんだ状態にあり、吸込及び吐出のいずれをも行っていない。吸込室５から吐出室６に供給された流体は、そのまま流体流出部９から吐出される。したがって時点▲４▼においては、上流側ダイアフラム３の吐出量がそのままダイアフラムポンプ１全体の吐出量になる。又は上流側ダイアフラム３の吐出量と下流側ダイアフラム４の吐出量との合計がダイアフラムポンプ１全体の吐出量になると考えることもできる。
【００３８】
（４）時点▲４▼から時点▲５▼に至る区間
時点▲４▼を過ぎて時点▲５▼に至る前の区間においては、下流側ダイアフラム４は、吐出工程の開始区間にあり、仕切板２の方向に移行し、吐出室６内の流体を流体流出部９からダイアフラムポンプ１外に押し出す。この区間においては、上流側ダイアフラム３も、吐出工程の終結区間にあり、仕切板２の方向に移行し、吸込室５内の流体を流体流通部８から吐出室６外に押し出す。したがってこの区間においては、下流側ダイアフラム４は、吐出室６内にある流体と吸込室５から吐出室６に供給された流体とを流体流出部９から吐出することになる。この区間においては、上流側ダイアフラム３の吸込吐出曲線と下流側ダイアフラム４の吸込吐出曲線との和がダイアフラムポンプ１全体の吐出曲線となる。このことからダイアフラムポンプ１は、この区間においては、ピエゾ素子１２により上流側ダイアフラム３の作動を調整し、またピエゾ素子１３により下流側ダイアフラム４の作動を調整することにより、上流側ダイアフラム３の吐出量と下流側ダイアフラム４の吐出量との合計が所望の吐出量となるようにして、所望の吐出量を得ることができる。
【００３９】
また時点▲４▼を過ぎて時点▲５▼に至る前の区間におけるダイアフラムポンプ１全体の吸込曲線については、時点▲２▼を過ぎて時点▲３▼に至る前の区間の場合と同様である。
【００４０】
図３に示した時点▲５▼におけるダイアフラムポンプ１の状態は、図４に示した、図３の時点▲１▼におけるダイアフラムポンプ１の状態と同様である。
【００４１】
なお図４〜９に示したダイアフラムポンプ１の断面図においては、ピエゾ素子は省略され、細矢印は、流体の流れる方向を示し、白抜きの矢印は、上流側ダイアフラム３又は下流側ダイアフラム４の移動方向を示している。
【００４２】
以上時点▲１▼〜▲５▼の区間によりダイアフラムポンプ１の１サイクルが完了する。ダイアフラムポンプ１は、時点▲１▼〜▲５▼の区間における作用を繰り返すことにより、所定範囲の流量ずつ流体を吐出し続けることができる。
【００４３】
ダイアフラムポンプ１においては、吐出量を大きく変えることもできる。例えば吐出量を増加させるときには、図３の時点▲６▼から時点▲７▼に至る区間に示されるように、ピエゾ素子１２に加える電圧を変化させ、上流側ダイアフラム３の変形量を大きくして、上流側ダイアフラム３の吸込量を増加させ、図３の時点▲７▼から時点▲８▼に至る区間においてその吸い込んだ流体を吸込室５から吐出室６に吐出させる。するとダイアフラムポンプ１全体の吐出量は、図３の時点▲７▼から時点▲８▼に至る区間におけるダイアフラムポンプ１全体の吐出曲線に示されるように増大する。これらの区間における上流側ダイアフラム３及び下流側ダイアフラム４の作動様式は、時点▲１▼〜▲５▼において示した上流側ダイアフラム３及び下流側ダイアフラム４の作動様式と同様である。
【００４４】
このようにダイアフラムポンプ１は、特定の区間における吐出量を変化させることができる。またダイアフラムポンプ１は、図３の時点▲６▼から時点▲８▼に至る区間における作動を繰り返すことにより、一定時間ごとに吐出量の変化を繰り返すことができる。
【００４５】
ダイアフラムポンプ１は上記のように作用することにより、図３のダイアフラムポンプ１全体の吐出曲線に示されるように、吐出量がゼロになることがなく、常に流体流出部９から流体を吐出し続けることができる。したがってダイアフラムポンプ１においては、流体流出部９に逆止弁が設けられていないにもかかわらず、流体流出部９からダイアフラムポンプ１内への流体の流入を阻止すること、つまり流体の逆流を防止することができる。すなわちダイアフラムポンプ１では、従来のダイアフラムポンプにおいて考えられた逆止弁の作動の不良による流体の逆流が生じることがない。このことは、ダイアフラムポンプ１において、ダイアフラムポンプ１の流体流出部９に、ダイアフラムポンプ１外から吐出室６内への流体の流通を阻止する逆止弁を設けた場合であっても同様である。
【００４６】
ダイアフラムポンプ１においては、前述のようにピエゾ素子１２及びピエゾ素子１３に与える電圧を調整することにより、上流側ダイアフラム３及び下流側ダイアフラム４の吐出量及び吸込量を調整して、そのダイアフラムポンプ１全体の吐出量が所定の範囲内になるように制御することができ、さらに所定の時点において吐出量を変化させることができる。
【００４７】
したがってダイアフラムポンプ１を人工膵臓用ポンプに使用してインスリンの送液を行えば、所定範囲の量のインスリンを常に供給し続けることができ、さらに所定時刻において必要に応じてインスリンの供給量を増加することもできる。
【００４８】
ダイアフラムポンプ１は、前述のようにこの発明に係るダイアフラムポンプの一具体例であり、この発明に係るダイアフラムポンプの構造等は、ダイアフラムポンプ１の構造等に制限されることはない。
【００４９】
このダイアフラムポンプの形状は、前記機能が確保される限り特に制限はなく、例えば仕切板は円形である必要はない。前記ダイアフラムポンプの大きさとしては、目的に応じて適宜決定することができ、前記ダイアフラムポンプを例えば人工臓器用ポンプに使用する場合には、μｌ単位又はそれ以下の流体の送液が可能なような大きさにすることができる。
【００５０】
前記ダイアフラムポンプに使用されるダイアフラムの材料等については、前記機能が確保される限り特に制限はなく、例えば公知のダイアフラムポンプに使用されているダイアフラムの材料等と同様にすることができる。
【００５１】
流体流入部、流体流通部及び流体流出部の数については、それぞれ１個に制限されることはなく、この発明の目的に応じた流体の流通が可能であれば、複数個にすることもできる。流体流入部、流体流通部及び流体流出部の構造についても、前記作用が可能である限り、適宜決定可能である。
【００５２】
前記流体流入部等に設けられる逆止弁としては、前記ダイアフラムポンプに要求される流体の流通の制御が可能であれば、どのような構造であってもよい。なおダイアフラムポンプ１には、流体流出部９には逆止弁が設けられていないが、この発明に係るダイアフラムポンプにおいては流体流出部にも逆止弁を設けることが可能である。
【００５３】
上流側ダイアフラム及び下流側ダイアフラムの作動手段としては、前述のような作動が可能であれば電磁気変形素子に限られることはない。ただし前記ダイアフラムポンプを例えば人工臓器用ポンプに使用する場合には、装置の小型化及び微小吐出流量等が容易となる点で、電磁気変形素子、例えばピエゾ素子又は磁歪素子を用いることが好ましい。
【００５４】
また図３に示した各曲線によって表されるダイアフラムポンプ１の作動状態も、この発明に係るダイアフラムポンプにおける作動状態の一具体例であって、この発明に係るダイアフラムポンプにおける作動状態としては、これに制限されることはなく、上流側ダイアフラムにおける吐出工程の開始区間及び終結区間がそれぞれ下流側ダイアフラムにおける吐出工程の終結区間及び開始区間に重なり、その他の区間においては、上流側ダイアフラムと下流側ダイアフラムとでそれぞれの吸込工程及び吐出工程が反転していれば、他の作動状態であってもかまわない。
【００５５】
この発明に係るダイアフラムポンプは、その用途には特に制限はなく、高い逆流防止能が要求されるダイアフラムポンプに広く使用することができる。特にこの発明に係るダイアフラムポンプは、微小吐出流量、連続送液及び小型化が可能であることから、人工膵臓等の人工臓器用ポンプとして好適に使用することができる。
【００５６】
【発明の効果】
この発明に係るダイアフラムポンプは、常に流体を吐出し続けることが可能であるので、逆流を効果的に防止することができる。したがってこの発明に係るダイアフラムポンプにおいては、逆流に基づく汚染の発生を防止することができ、またこのダイアフラムポンプを人工臓器用ポンプに使用した場合には、逆流に基づくカニューレの錆びの発生を防止することができる。
【００５７】
この発明に係るダイアフラムポンプは、微小吐出流量及び小型化が容易である、また連続送液及び送液量の調整が可能であるので、人工臓器用ポンプとして好適に使用することができ、例えば人工膵臓用ポンプに使用して、インスリンの供給を好適に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ダイアフラムポンプ１の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】図２は、上流側ダイアフラム３及び下流側ダイアフラム４の吸込吐出曲線を示す図である。
【図３】図３は、上流側ダイアフラム３の吸込吐出曲線、下流側ダイアフラム４の吸込吐出曲線、ダイアフラムポンプ１全体の吐出曲線、及びダイアフラムポンプ１全体の吸込曲線を示す図である。
【図４】図４は、図３の時点▲１▼におけるダイアフラムポンプ１の状態を示す図である。
【図５】図５は、図３の時点▲１▼を過ぎて時点▲２▼に至る前の区間におけるダイアフラムポンプ１の状態を示す図である。
【図６】図６は、図３の時点▲２▼におけるダイアフラムポンプ１の状態を示す図である。
【図７】図７は、図３の時点▲３▼におけるダイアフラムポンプ１の状態を示す図である。
【図８】図８は、時点▲３▼を過ぎて時点▲４▼に至る前の区間におけるダイアフラムポンプ１の状態を示す図である。
【図９】図９は、図３の時点▲４▼におけるダイアフラムポンプ１の状態を示す図である。
【符号の説明】
１・・ダイアフラムポンプ１、２・・仕切板、３・・上流側ダイアフラム、４・・下流側ダイアフラム、５・・吸込室、６・・吐出室、７・・流体流入部、８・・流体流通部、９・・流体流出部、１０・・吸込側逆止弁、１１・・中間逆止弁、１２・・ピエゾ素子、１３・・ピエゾ素子
【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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