JPH0727042A - 輸液ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造簡単、安価、操作容易、かつ小型・軽量
化が可能な供給停止機構付き輸液ポンプを提供する。 【構成】 電気化学セル部１と、液体貯蔵部５と、両者
の間に配された供給停止機構４とを備え、供給停止機構
４は、電気化学セル部１と液体貯蔵部５とを連絡する通
路８の壁部に設けられた貫通孔９と、通路の内部に配さ
れた移動体１２であって、貫通孔９を閉塞、開放し、か
つ電気化学セル部の液体と輸液すべき液体とを分離する
ためのものとを備え、電気化学セル部で発生するガスで
輸液すべき液体を押し出すともに、所定量の輸液が終わ
ると供給停止機構４が作動する。

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、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、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
目的の液体の供給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、電気化学方式の輸液ポンプにお
いては、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。もつと
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、構造簡単、安価、操作容易、
かつ小型・軽量化が可能な供給停止機構付き輸液ポンプ
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、電気化学セル部と輸液すべき液体の
貯蔵部との間に、供給停止装置を備えたことを特徴とす
るもので、該供給停止機構は、電気化学セル部と輸液す
べき液体の貯蔵部とを連絡する通路の壁部に設けられた
貫通孔と、該通路の内部に配された移動体であって、前
記貫通孔を閉塞、開放し、かつ電気化学セル部の液体と
輸液すべき液体とを分離するためのものとを備えたもの
であり、この供給停止機構により電気化学方式を用いた
輸液ポンプによる供給停止を容易に行うようにするもの
である。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、あらゆる種類のセルの使用が可
能であるが、より具体的には次のようなセルの使用が考
えられる。

【００１１】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。

【００１２】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、陽極は水と接し、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。

【００１３】3)固体高分子カチオン交換膜の片面に多孔
性金属電極を接合し、これを陽極とし、陰極には二酸化
マンガンを使用し、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多孔
性金属電極を接合し、これを陽極とし、陰極には二酸化
マンガンやオキシ水酸化ニッケルなどを使用し、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、そのとき
発生する水素や酸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、輸液すべき目的の液体が薬液の場合を例にとって説
明する。本発明になる輸液ポンプは、電気化学セル部に
直流電流を通電した時に発生するガスの圧力を、電気化
学セル部の液体、供給停止機構の移動体、薬液へと順次
伝達し、必要量の液体を供給するものである。

【００１７】つぎに、本発明になる輸液ポンプの薬液供
給停止機構について説明する。

【００１８】薬液供給停止機構は、電気化学セル部と薬
液貯蔵部とをつなぐ通路に設置し、通路の壁部に設けた
貫通孔と、通路の内部にあって電気化学セル部の液体と
薬液を分離しているとともに、通路内を自由に動いて前
記貫通孔を閉塞、開放することのできる可動体とからな
っている。

【００１９】本発明になる輸液ポンプにおいては、作動
開始する以前の、移動体と貫通孔との位置関係は、移動
体が貫通孔をふさぎ、かつ薬液貯蔵部からは遠く、電気
化学セル部に近い位置にある。輸液ポンプの作動を開始
し、電気化学セル部に直流電流を通電するとガスが発生
し、その圧力で電気化学セル部の液体を押すと、その圧
力が移動体に伝わり、移動体は電気化学セル部に近い位
置から薬液貯蔵部の方へ移動し、同時に薬液が押し出さ
れて、注射器などから供給される。輸液ポンプの使用を
続けると、移動体はますます薬液貯蔵部の方へ移動し、
ついに移動体は貫通孔をふさがない位置に達し、電気化
学セル部の液体が貫通孔から外部に漏れ、その後は、通
電を続けガスが発生していても、ガスの圧力は電気化学
セル部の液体を貫通孔から外部に押し出すのに使われ、
移動体はそれ以上動かず、その位置で停止する。したが
って、薬液の供給は停止することになる。薬液の供給量
は、輸液ポンプを使用する直前の移動体の位置によって
簡単に決めることができるものである。

【００２０】なお、電気化学セル部の液体としては、通
常純水を使用すればよく、また、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】次に、本発明の輸液ポンプを、好適な実施例
を用いて説明する。

【００２２】図１は、本発明になる電気化学式輸液ポン
プの断面構造を示したものであり、図において、１は電
気化学セル部で、直径１６ｍｍの固体高分子カチオン交
換膜に直径６ｍｍの白金電極を接合したセル部２と、電
源としての電池３とからなる。４は供給停止機構であ
り、５は薬液貯蔵部、６は注射針、７は薬液貯蔵部と注
射針をつなぐポリプロピレン製の細管である。

【００２３】つぎに、供給停止機構の詳細を説明する。
図２は、薬液を供給開始前の供給停止機構の状態を示し
た図であり、同図において、８は電気化学セル部と薬液
貯蔵部を連絡する通路であり、外径３０ｍｍ、内径２０
ｍｍのＰＴＦＥ製の管よりなる。電気化学セル部は、同
図中、Ｘ方向に、また、薬液貯蔵部はＹ方向に位置して
いるものとする。９は該通路８の壁部に設けた直径２ｍ
ｍの貫通孔である。１０は電気化学セル部の液体であ
り、ここでは水を使用している。１１は薬液である。１
２は電気化学セル部の液体である水と薬液とを分離する
移動体であり、直径２０ｍｍ、長さ４０ｍｍのＰＴＦＥ
製の中空の円柱とした。薬液供給開始前には、移動体１
２の電気化学セル側の端Ａは、貫通孔９の電気化学セル
側の端Ｃよりも３２ｍｍ電気化学セル寄りの位置にお
き、また、移動体１２の薬液側の端Ｂは、貫通孔９の薬
液貯蔵部側の端Ｄよりも６ｍｍ薬液貯蔵部寄りの位置に
ある。すなわち、貫通孔９は移動体１２によって完全に
ふさがっている。

【００２４】図３は、電気化学セル部に０．２ｍＡの直
流電流を通電し、薬液を供給している場合の供給停止機
構の状態を示した図で、発生した酸素ガスの圧力が電気
化学セル部の液体である水１０に伝わり、移動体１２は
矢印の方向に移動し、薬液１１を押し、薬液が供給され
る。この時にも貫通孔９は、つねに移動体１２によって
ふさがれているので、発生したガスの体積分だけ移動体
１２は薬液貯蔵部側へ移動するため、通電電気量に比例
した薬液が供給される。そして、移動体１２は徐々に薬
液庫貯蔵部側に移動する。

【００２５】移動体１２が図４の位置にくると、薬液の
供給は停止する。すなわち、移動体１２の電気化学セル
側の端Ａは、貫通孔９の電気化学セル側の端Ｃよりも薬
液貯蔵部側にあり、電気化学セル部の液体である水１０
は貫通孔９を通って通路８の外部に漏れるようになる。
この状態になると、電気化学セル部でガスが発生して
も、その圧力は電気化学セル部の液体である水１０には
伝わるが、移動体１２には伝わらず、移動体１２はそれ
以上動かなくなり薬液の供給は停止してしまう。

【００２６】したがって、薬液の供給量は、移動体１２
が図２の位置から図４の位置まで移動した距離と通路８
の断面積の積によって決定されることになる。この場合
は、２４時間の通電後に、移動体１２は３２ｍｍ移動し
ているので、２４時間に１０ｍｌの薬液が供給されたこ
とになる。すなわち、移動体１２の貫通孔９に対する最
初の位置と、通路８の断面積を選択することによって、
輸液すべき液体の供給量を任意の値に設定することがで
きるものである。

【００２７】

【発明の効果】本発明になる輸液ポンプの薬液供給停止
機構は、電気化学セル部と薬液貯蔵部を連絡する通路に
設置するもので、通路の壁部に設けた貫通孔と、通路の
内部の移動体とを組み合わせたもので、きわめて簡単な
構造であり、輸液ポンプを使用する前に、貫通孔と移動
体の位置を決めるという簡単な方法によって、薬液の供
給量を設定するものである。また、電気化学セル部に通
電することによって通電電気量にほぼ正確に対応して発
生するガスを加圧源に利用するために、電流の値によっ
て単位時間当りの薬液供給量を、きわめて精度よく決め
ることができるものである。

【００２８】なお、実施例においては、長時間にわたっ
て薬液を微量ずつ供給する場合について述べたが、本発
明になる輸液ポンプは、薬液に限らず、あらゆる種類の
液体への応用が可能であり、また、供給停止機構であ
る、電気化学セル部と薬液貯蔵部をつなぐ通路の形状
は、実施例で述べた断面が円形以外にも、断面が正方形
や長方形、あるいは楕円形など、あらゆる形状のものが
利用できる。

【００２９】このように、本発明になる輸液ポンプは、
構造が簡単で、使用にあたっての操作も容易であり、し
かも小型・軽量化が可能であり、携帯用あるいは使い捨
て型にすることができるという利点をもち、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】本発明の１実施例である電気化学式輸液ポンプ
の断面構造を示した図である。

【図２】本発明になる電気化学式輸液ポンプにおける、
薬液を供給開始前の供給停止機構の状態を示した図であ
る。

【図３】本発明になる電気化学式輸液ポンプにおける、
薬液を供給中の供給停止機構の状態を示した図である。

【図４】本発明になる電気化学式輸液ポンプにおける、
薬液の供給が停止した場合の供給停止機構の状態を示し
た図である。

【符号の説明】

１ 電気化学セル部 ４ 供給停止機構 ５ 薬液充填部 ８ 通路 ９ 貫通孔 １２ 移動体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気化学セル部と、輸液すべき液体の貯
   蔵部と、両者の間に配された供給停止機構とを備え、 該供給停止機構は、電気化学セル部と輸液すべき液体の
   貯蔵部とを連絡する通路の壁部に設けられた貫通孔と、
   該通路の内部に配された移動体であって、前記貫通孔を
   閉塞、開放し、かつ電気化学セル部の液体と輸液すべき
   液体とを分離するためのものとを備え、 電気化学セル部に通電することによって発生するガスで
   輸液すべき液体を押し出すことを特徴とする輸液ポン
   プ。