JPH08979A - 流体供給器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】携帯用に適した流体輸送器を提供する。 【構成】流体供給器本体容器と、流体供給器本体容器内
に収納された収縮可能な流体貯蔵部２と、電気化学セル
５部と、流体貯蔵部２に付設された２つの電気接点１
２、１３と、流体供給終了表示手段とを備え、電気化学
セル部で発生した気体の圧力により流体貯蔵部２が収縮
して流体貯蔵部２内の流体を供給し、流体貯蔵部２が収
縮して流体の供給が終了すると同時に、流体貯蔵部２に
付設された２つの電気接点１２、１３が接触し、流体供
給終了表示手段が作動するよう構成する。流体の供給量
を電流によってのみ設定するという、きわめて簡単な方
法で、微量の流体を長時間にわたって精度良く供給する
ことができるとともに、供給終了を正確に表示するこが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気化学方式を利用
し、流体を微量ずつ、しかも精度よく供給するための流
体供給器に関するものであり、特に、流体供給器の終点
を知らせるための信号を発する機構に関するものであ
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の輸液ポンプに、電気化学方式が利
用されるようになってきた。

【０００３】直流電流を通電することによってガスを発
生する電気化学セルを利用し、ポンプ機能とガスの流量
制御とを同時に行う装置を提案している（日本特許番号
第１２１４００１号）。近年、この原理を利用した種々
の電気化学的輸液ポンプが提案されており、この方式
は、電気化学セル部に直流電流を通電した場合、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
である。

【０００４】Ｈ．Ｊ．Ｒ．マゲットの提案（米国特許
４，５２２，６９８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を有しており、該電気化学セルの
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、ベローズ等を押し出すた
めの駆動源として利用するものである。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。

【０００５】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）が提案されており、これはイオン交換
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、一体に接合した電気化学セルを含水させ、
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との混合ガスを
輸液ポンプの加圧源とするものである。

【０００６】電気化学方式を用いて注射器の吸子を押す
ことにより、薬液等の目的の流体を吐出する型の輸液ポ
ンプの作動原理は、電気化学セルに直流電流を通電する
と、ファラデーの法則にしたがい、通電電気量に比例し
た酸素や水素などの気体が発生するので、この気体の圧
力で圧力伝送部内の移動体を押し、次にこの移動体で注
射器の吸子を押し、薬液等の目的の流体を吐出すること
にある。この時の気体の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
することができ、気体の発生量と薬液等の目的流体の吐
出量とが比例関係となるので、この型の輸液ポンプは薬
液等の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。このような電気化学方式は、薬液
等を吐出する輸液ポンプに限らず、液体や気体を含めた
あらゆる流体の吐出や供給を行う、流体供給器に利用す
ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】電気化学方式の流体供
給器の一つに、変形可能な袋状の流体貯蔵部中に流体を
入れておき、容器の内面と流体貯蔵部の外面と電気化学
セルとで囲まれた密閉空間中に、電気化学セルに直流を
通電することによって発生する気体を導入して、この気
体の圧力で流体貯蔵部を押して、流体を供給する装置が
ある。この方式の流体供給器においては、電気化学セル
に直流電流を流している限り気体が発生し続けるので、
通電をやめないと流体貯蔵部内の流体がなくなっても流
体貯蔵部を押し続け、もって密閉空間内の気体の圧力を
異常に上昇させ、流体供給器自体が圧力によって破損し
てしまうことが考えられる。

【０００８】しかしながら、従来の電気化学方式を使用
した流体供給器においては、「吐出の終了」を知らせる
機能において簡便な方法がなかった。通常はタイマーを
使用して電気化学セルに流れる電流を遮断すると同時に
「吐出の終了」を知らせる信号を発する回路に電流を流
せばよいが、この方法ではタイマーそのものが大きくな
るし、流体供給器を使用するたびごとにタイマーを設定
しなければならず、使用方法が複雑になるという欠点が
あった。

【０００９】そこで、本発明は電気化学方式の流体供給
器の上記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、流体吐出終了をすぐに知ること
ができ、構造が簡単、使用時の操作が容易、しかも小型
・軽量化が可能といった携帯用に適した流体供給器を提
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
式の流体供給器は、容器と流体貯蔵部と気体発生部とを
備え、流体貯蔵部は流体貯蔵部本体と、流体貯蔵部内部
と外部とを連通する流体供給部と、第一の電気接点と、
第二の電気接点とを有し、流体貯蔵部本体は気体の圧力
により内容積が変化し、第一の電気接点と第二の電気接
点とは互いに対向するような離れた位置に設けられてお
り、気体発生部は電源部と直流電流の通電により気体を
発生させる電気化学セルと気体発生を開始させるスイッ
チとこれらを電気的に接続する電気回路と流体吐出終了
信号を発する信号部とを有し、該電気回路には信号部と
第二の電気接点とが電気的に接続され、信号部には第一
の電気接点が電気的に接続されており、容器は流体供給
部から供給される流体を容器外部に吐出させる流体吐出
口を有しており、容器内面と流体貯蔵部の外面と電気化
学セルとで囲まれる空間は密閉されており、電気化学セ
ルに直流電流を通電することによって発生する気体を容
器内空間に導入し、気体の圧力により流体貯蔵部内の流
体が流体吐出口から押出され、流体貯蔵部内の流体の供
給が終了すると同時に第一の電気接点と第二の電気接点
とが接触して信号部に電流が流れ、流体供給の終了信号
を発するよう構成されたことを特徴とし、特に容器とし
ては耐圧性の容器とすることが望ましい。

【００１１】さらに、流体貯蔵部内の流体供給が終了し
た時点で信号を発することによって、密閉空間内の気体
の圧力が上昇しすぎることから生じる、流体供給器の破
損を防止しようとするものである。

【００１２】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。

【００１３】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との混合ガスを利用する。な
お、このような水電解セルでは陽極側にも陰極側にもあ
らかじめ水を入れておくのが普通である。しかし、固体
高分子イオン交換膜はその内部に多量の水を吸収するこ
とができるので、プロトン導電性機能を発揮して電解質
として働くものであるから、必ずしも陽極側と陰極側と
の両方に水を入れておく必要がなく、どちらか一方の電
極側に水を入れておくだけでもよい。すなわち、もし電
極反応で水が必要になれば、反対側の電極側から固体高
分子イオン交換膜を通して水が供給されるからである。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】6)電解質にイオン交換膜を用いず、モリブ
ドリン酸（Ｈ_３ＰＭｏ_１２Ｏ_４０・２９Ｈ_２Ｏ）、ウラ
ニルリン酸（ＨＵＯ_２ＰＯ_４・４Ｈ_２Ｏ）、アンチモン
酸（Ｓｂ_２Ｏ_５・４Ｈ_２Ｏ）などの各種無機プロトン導
電体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。

【００１９】

【作用】本発明になる電気化学方式を用いた流体供給器
の作用を、図に基づいて説明する。

【００２０】図１は使用開始前の流体供給器の断面を示
した図であり、図において、１は容器、ここでは耐圧性
の容器、２は内容積が変化する流体貯蔵部、３は流体、
４は流体吐出口である。５は電気化学セル、６は電気分
解に使用される水、電気化学セル５から発生した気体は
通路７を通って、耐圧容器１の内面と流体貯蔵部２の外
面と電気化学セル５とで囲まれた密閉空間８にたまる。
９は電源としての電池、１０は電気化学セルに流れる電
流を調節するための抵抗、１１はスイッチ、１２は第一
の電気接点、１３は第二の電気接点であり、第一の電気
接点１２と第二の電気接点１３とは互いに対向し、かつ
離れた位置にとりつけてある。１４は信号、１５は流体
貯蔵部２の底部である。

【００２１】本発明になる流体供給器を使用するにあた
っては、例えば薬液のような供給しようとする目的の流
体３を流体貯蔵部２の中に入れておく。この時、第一の
電気接点１２は流体貯蔵部の流体供給口２０に近い部分
に、また第二の電気接点１３は流体貯蔵部２の底の部分
１５に近い部分に、互いに対向するように離れた位置に
とりつけておく。

【００２２】スイッチ１１をＯＮにすると、電気化学セ
ル５に電流が流れ、電気化学セルから発生した気体が通
路７を通って密閉空間８にたまる。通電を続けると、密
閉空間８の内部の圧力が上昇して流体貯蔵部２を押すこ
とにより、流体が流体貯蔵部２の流体供給口を通って容
器１の流体吐出口４から流体３が供給される。

【００２３】引続き通電を続けると、流体貯蔵部内部の
流体３は減少し、流体貯蔵部２の底の部分１５はしだい
に流体吐出口４に接近するようになる。さらに、電気化
学セル５に通電を続けると、流体貯蔵部２は完全に縮小
してついには流体の吐出が終了する。この時、図２に示
したように、流体貯蔵部２にとりつけてある第一の電気
接点１２と第二の電気接点１３とが接触し、電源９と信
号１４とを含む回路に電流が流れ、信号１４としてブザ
ー等を使用すれば、音によって「終了」を知らせること
ができる。また、信号部１４としてランプを点灯させれ
ば、眼によって「終了」を知ることができる。

【００２４】なお、輸液すべき目的の流体としては、通
常は薬液が考えられるが、本発明の流体供給器の用途は
薬液の輸液に限定されるものではなく、液体や気体など
のあらゆる流体の供給に利用できることはいうまでもな
い。

【００２５】

【実施例】以下、本発明になる流体供給器をその実施例
を示す図面に基づいて詳述する。

【００２６】本発明になる流体供給器の構造は図１に示
したものと同じものである。

【００２７】耐圧容器１はポリプロピレン製であり、外
径４０ｍｍ、内径３６ｍｍ、長さ６５ｍｍとした。内容
積の変化する流体貯蔵部２はポリプロピレン製であり、
厚み０．１ｍｍの蛇腹型とし、蛇腹の平均直径は２４ｍ
ｍ、高さは６０ｍｍとし、内容積を薬５０ｍｌとした。
流体貯蔵部の流体供給口２０は、容器の流体吐出口の内
径と同じ長さの直径を有する孔を設けた。耐圧容器１の
内部に流体貯蔵部２を入れ、流体貯蔵部の流体供給口２
０と流体吐出口４の容器内部側開口部とを一致させて流
体供給口２０である孔の円周を熱溶着し、容器１と流体
貯蔵部２とを一体化した。

【００２８】ここでは熱溶着して一体化しているが、流
体貯蔵部の流体供給口２０を流体吐出口４にかん着して
一体化できるような構造とし、物理的な一体化をしても
よい。

【００２９】その後、電気化学セル５を容器１に熱溶着
し、耐圧容器１の内面と流体貯蔵部２の外面と電気化学
セルとで密閉空間８を形成するようにした。

【００３０】ここでも、熱溶着により、電気化学セル部
３０と容器１とを密閉一体化しているが、電気化学セル
を容器に螺合あるいはかん着等の方法により密閉一体化
してもよい。また、実施例では容器内に面する電気化学
セルの一部分、つまり通路７の部分だけを露出させてい
るが、電気化学セルの全面を露出させてもよい。

【００３１】ここでは供給しようとする目的の液体３と
しては薬液を使用した。電気化学セル５としては、電解
質には直径２４ｍｍの市販のナフィオン１１７膜（固体
高分子カチオン交換樹脂膜）を使用し、ナフィオン１１
７膜の両面には無電解メッキ法で直径２０ｍｍの多孔性
白金電極を接合し、陽極は水と接した構成となってお
り、直径３０ｍｍ、高さ８ｍｍの円盤型とした。加圧に
利用する気体としては、通電によって陽極から発生する
酸素を利用し、電源９としては市販の３Ｖ級リチウム電
池を使用した。

【００３２】本発明になる流体供給器を使用するにあた
っては、まず流体貯蔵部２を薬液で満たし、抵抗１０を
２４０オームとし、スイッチ１１をＯＮにして、電池９
と電気化学セル５と第二の接点とを含む回路に直流電流
を通電すると、電気化学セル５には約１２．５ｍＡの電
流が流れるため、１時間当り摂氏２５度、１気圧の酸素
が２．５ｍｌ発生し、通路７を通って密閉空間８にたま
る。この酸素は２．５気圧、１ｍｌとなるので、この圧
力で流体貯蔵部２を押して、流体吐出口４から１時間当
り１ｍｌの薬液が供給される。電気化学セル５に通電を
続けると、流体貯蔵部２の内部の薬液は次第に減少し、
同時に流体貯蔵部２の底部１５はしだいに流体吐出口４
に接近していく。さらに電気化学セル５に通電を続ける
と、流体貯蔵部の蛇腹２は完全に縮小し、ついには薬液
の吐出が終了する。この時、図２に示したように、第一
の電気接点１２と第二の電気接点１３とが接触すると、
電源５と信号１４と第一の電気接点と第二の接点とで閉
回路を形成して回路に電流が流れるので、信号１４とし
てブザーを使用しておけば、音によって「終了」を知ら
せることができる。そこで、スイッチ１１をＯＦＦにす
れば、それ以上の気体の発生を停止させることができ
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明になる流体供給器は、流体供給器
本体容器と、流体供給器本体容器内に収納された収縮可
能な流体貯蔵部と、電気化学セル部と、流体貯蔵部に付
設された２つの電気接点と、流体供給終了表示手段とを
備え、電気化学セル部で発生した気体の圧力により流体
貯蔵部が収縮して流体貯蔵部内の流体を供給し、流体貯
蔵部が収縮して流体の供給が終了すると同時に、流体貯
蔵部に付設された２つの電気接点が接触し、流体供給終
了表示手段が作動するよう構成されたことを特徴とす
る。

【００３４】本発明になる流体供給器は、電気化学セル
から発生する気体の圧力で流体貯蔵部を押し、薬液のよ
うな目的の流体を供給するものであり、流体の供給量を
電流によってのみ設定するという、きわめて簡単な方法
で、微量の流体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。

【００３５】また、本発明になる流体供給器において
は、使用を開始して目的の流体を供給する場合には、電
気化学セルと電源と第二の電気接点とを含む回路に電流
が流れ、目的の流体の供給が終了した時点で、内容積が
変化する流体貯蔵部にとりつけた二つの電気接点が接触
し、電源と信号部と第一の接点と第二の接点とを含む回
路に電流が流れ、流体供給停止の信号を発するものであ
る。

【００３６】信号にブザー等の音を出す装置を使用した
場合には耳で、また信号にランプ等を使用すれば眼で、
目的の流体の「供給の終了」を知ることができる。そこ
でスイッチ１１をＯＦＦにすれば、電気化学セルからの
気体の発生が止まり、容器内部の気体の圧力はそれ以上
高くならず、もって流体供給器自体の破損を軽減するこ
とができるものである。

【００３７】もちろん、流体貯蔵部としては、実施例で
述べた蛇腹型以外にも、きわめて薄くてやわらかいプラ
スチックからなる容器やゴム製の容器など、圧力を加え
ることによって変形可能な容器ならあらゆる形状のもの
が使用可能であるし、また、信号部としては、ブザーや
ランプ以外にも、その他のあらゆる信号の使用も可能で
ある。実施例においては、電源部として電池と定抵抗と
を組み合わせて使用したが、これ以外にも、電池と定電
流回路とを組み合わせて使用するなど、種々の電源の使
用が可能である。

【００３８】さらに、本発明になる流体供給器の電気化
学セル部は非常に小さな形にすることが可能であり、し
たがって、流体供給器としては、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。

【００３９】また、本発明になる流体供給器は、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１で述べた流体供給器の
薬液の供給開始前の状態の断面構造を示した図である。

【図２】本発明になる、実施例１で述べた流体供給器の
薬液の供給終了の状態の断面構造を示した図である。

【符号の説明】

１ 耐圧容器 ２ 流体貯蔵部 ３ 薬液 ５ 電気化学セル １２ 第一の電気接点 １３ 第二の電気接点 １４ 信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体供給器本体容器と、流体供給器本体
   容器内に収納された収縮可能な流体貯蔵部と、電気化学
   セル部と、流体貯蔵部に付設された２つの電気接点と、
   流体供給終了表示手段とを備え、 電気化学セル部で発生した気体の圧力により流体貯蔵部
   が収縮して流体貯蔵部内の流体を供給し、 流体貯蔵部が収縮して流体の供給が終了すると同時に、
   流体貯蔵部に付設された２つの電気接点が接触し、流体
   供給終了表示手段が作動するよう構成されたことを特徴
   とする流体供給器。