JPS605797B2 - 微量注入ポンプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は「人体等に所定時間継続して輸液等を注入す
る際に使用する微量注入ポンプ装置に関するものであり
〜殊に輸液注入量を所定のプログラムに従って制御し、
ポンプ装置の消費電力を少なくして携帯可能にし長時間
使用することのできるようにしたポンプ装置に関するも
のである。

今日、医療分野において、例えば、新生児の栄養補給、
福患者への高カロリー輸液、制癌剤の投与、糖尿病患者
へのィンスリン投与等、各種栄養剤および薬剤等の投与
に際して種々の定流量徴量注入ポンプが開発され使用さ
れている。このように、ポンプを上記のような治療器と
して使用する場合には、輸液注入量を時間と共に変化さ
せて生体のリズムに合せた輸液パターンが作成でき、し
かも人体に装着して極めて少ない電力消費で長時間使用
できる性能を有する構成であることが要求される。例え
ば、糖尿病患者に対するィンスリン療法においては、現
在１日数回のィンスリン投与が行われているが、患者の
１日における血糠値変動パターンに適合させてプログラ
マプルなィンスリン投与が行え「 しかもこのィンスリ
ン注入装置を人体に装着して長時間連続的に使用するこ
とが可能となれば袷療器として血糖値の制御性能が向上
しィンスリン過剰投与の危険性を回避して「患者自身が
自由に社会生活を行うことができるようになる。従来ト
この種の医療機器として応用されるポンプ装置としては
、ぜんまし、を原動力とし、このぜんまし、に大小の歯
車を粗合せた伝動装置を結合し、伝動装置の一部にてん
ぷを利用した脱進機構を接続して構成される時計機構を
応用し、この時計機構の回動力によって可擬性チューブ
のポンプ動作を行うローラを回転駆動するようにした薬
液注入装置が実公昭４３一２０６２８号および特公昭４
９−３８１５３号に提案されている。

このように時計機構を駆動源として構成したポンプ装置
は、ポンプ動作を行うロ−うを定速回転させることが容
易となり、しかも長時間に亘つて輸液の定量注入を無電
源で達成できる点において極めて優れているが、輸液注
入量の調節を行う場合にてんぷを利用した時計脱進機構
でロ−ラの調速を行うため「自動調速機構の採用が困難
となる。従って、従来の時計機構を駆動源として構成し
たポンプ装置は、自動輪液注入量制御装置を備えておら
ずｔ輸液注入量を調節する場合には、その都度、手動に
よりてんぷの調整を行う方法しかなかった。そこで、発
明者等は、従来の輸液注入ポンプ装鷹の問題点を全て克
服し、プログラマブルな諭液注入量制御ができ「特に人
体へ装着して低電力消費で、しかも長時間連続使用可能
なポンプ装置を得るべく鋭意研究を重ねた結果、時計機
構を駆動源とするポンプ装置の調速機構として小型電動
モータを含む脱進機構を組込み、この小型電動モ−夕の
回転速度を予めプログラムされた種々の輸液パターンに
基づいて自動制御することにより、人体の生理的条件に
適合した理想的な薬液等の注入を達成できると共に、こ
れらの自動制御部を最小の電力消費で稼動することがで
きる制御性能の著しく改善された徴量注入ポンプ装置を
得ることができることを突き止めた。

従って、本発明の一般的な目的は、ポンプ装置の動力源
にせんまい式時計機構を採用すると共に、この時計機構
の調速装置として電動モータを採用し、電動モータの回
転速度を所定の輸液パターンに基づくプログラムに従っ
て自動制御することにより注入量を可変となし、しかも
少ない電力消費で長時間に亘る連続的な輸液等の注入を
達成できる制御性能の優れた微量注入ポンプ装置を提供
するにある。

本発明の主たる目的は、ポンプ装置と、このポンプ装置
を作動するぜんまい式駆動装置とからなり、ぜんまし、
式駆動装置に電動モータからなる調速装置を連繋し、こ
の調速装置に回転速度制御装置を付設して前記電動モ−
夕を制御することを特徴とする徴量注入ポンプ装置を提
供するにある。

前記の徴量注入ポンプ装置において、ポンプ装置は、同
０円上に配設された複数のローラを有する回転体に弾性
チューブを巻掛張設した構造にするか、または弾性チュ
ーブをローラとロ−ラガィドの間に挿入し、ローラでチ
ューブを押圧する機造にしたロ−ラポンプで構成すれば
好適である。また、このポンプ装置として、ロータリー
ポンプもしくは往復敷ポンプも応用可能である。ぜんま
し・式駆動装置は、ぜんまし、と、このぜんまいの動力
をポンプ駆動用回転体に伝動する歯車機構とからなり、
歯車機構の一部に脱進機構を介して調速装置を結合する
ことによって構成することができる。

回転速度制御装置は、電動モータ駆動制御部と、輸液パ
ターンの周期を設定するタイマ制御部と、輸液パターン
の周期を複数ステップに分割設定するステップデータ入
力部と、輸液量データを記憶しワンステップ毎に前記デ
ータを電動モータ駆動制御部に送出する記憶回路部とか
ら構成することができる。

前記脱進機構は、ウオーム・ウオーム歯車からなり、ウ
オームに調速装置の電動モー夕を直結して構成すること
ができる。

この場合、電動モータはパルスモータあるいは直流モー
タを使用すれば好適である。代案として、脱進機構は、
ゼネバ歯車からなり、このゼネバ歯車の溝部に回転体の
一部を係合し、さらに回転体に調速装置の電動モータを
直結した構成とすることもできる。

この場合、電動モータはパルスモータあるいは直流モー
タを使用し、記憶回路部からの輸液量データ信号をこの
信号に比例した回転速度制御信号に変換して前記電敷モ
−夕を駆動するようモータ駆動制御部を構成すれば好適
である。タイマ制御部は、スタート信号により作動する
タイマ発振器と、周波数変換器と、分樹器とからなり、
タイマ発振器の出力周波数をステップデータに比例した
周波数に分周して記憶回路部に供給するよう構成するこ
とができる。

また、ステップデータ入力部は、ステップ設定用スイッ
チを備え、タイマ制御部のタイマ発振器の出力周波数を
ステップデータに対応して変換すると共に、記憶回路部
の記憶データを輸液パターン周期毎に電動モータ駆動制
御部へ送出するためのステップ信号を発生するよう構成
することができる。

輸液量デー外ま、輸液量データ設定用スイッチを備えた
輸液量データ入力部より逐次記憶回路へ供給して記憶す
るよう構成すれば好適である。

さらに、記憶回路部は、諭液量データを記憶する記憶回
路と、データラッチ回路とを備え、輸液量データ信号を
ステップ信号に応じて電動モータ駆動制御部へ送出する
よう機成することができる。次に、本発明に係る徴量注
入ポンプ装置の実施例につき添付図面を参照しながら以
下詳細に説明する。

第１図および第２図は本発明ポンプ装置の〜実施例を示
すもので、ポンプ部１０と、このポンプ部１０を駆動す
るぜんまし、式駆動部１２とぜんまし、式駆動部の調速
を行う脱進機構を含む調速機構部１４と、調速機構ｉ４
を自動制御する回路部１６と、電源部１８とから基本的
に構成され、さらに前記ポンプ部１０と蓮適する薬液貯
槽２０が付設されている。

なお、これらの各構成部品は「単一のケーシング２２内
に一括して収納され、携帯に便利なように構成される。
第１図において、ポンプ部１川ま、同心円上に複数のロ
ーラ２４を配設した回転体２６と、この回転体２６に巻
掛張設した弾性チューブ２８と、この弾性チューブ２８
の両端部にチューブストッパ３０，３０を橋着してこれ
らを固定するチューブホルダ３２とから構成され、回転
体２６の支軸３４が後述するぜんまい式駆動部１２に結
合される。

なお、弾性チューブ２８の一端都側を前記薬液貯槽２０
と蓮通させる。このようにして、ポンプ部１０は、一般
に公知のローラポンプとして礎成することができるがそ
の他回転運動を利用してポンプ動作を達成できるロータ
リーポンプや往復勤ポンプも応用可能である。第２図に
おいて、ぜんまし、式駆動部１２は、ぜんまし、３６と
、このでんまし、３６と同軸配置された第１大歯車３８
と、第１大歯車と噛合してポンプ部の支軸３４と同軸配
置された第２小歯車４０と、この第２小歯車と同軸配置
された第２大歯車４２と、第２大歯車と噛合する第３小
歯車４４と、この第３小歯車と同軸配置された第３大歯
車４６と、第３大歯車と噛合する第４小歯車４８と、こ
の第４小歯車と同軸配置された第４大歯車５０と、第４
大歯車と噛合する第５小歯車５２とからなり、この第５
小歯車５２には調速機構１４が結合される。

調速機構１４は、第５４・歯車５２と同軸配置されたウ
オーム歯車５４と、ウオーム５６と「 このゥオーム５
６に直結された電動モータ５８とによって構成される。

電動モータ５８は制御性、消費電力の面で有利な小型の
直流モータ又はパルスモータが好適に採用される。代案
として、調遼機構１４は、第５小歯車５２に脱進機構と
してゼネバ歯車６０を同軸配置し、このゼネバ歯車６０
の溝部６２に回転運動を与えるピン付き回転板６４を係
合し、この回転板６４に電動モータ５８を結合して構成
することも可能である。

この場合に使用する電動モー夕５８としては、前記と同
様小型の直流モータ又はパルスモータが好適に採用され
る。さらに、第５小歯車５２にがんぎ車を同軸配置し、
アンクルを介して反転往復運動を行う電動モータを結合
して調速機構１４を構成することも可能である。

以上の構成から明らかなように、本発明によれば、ぜん
まし、式駆動部１２の調速を電動モータ５８の回転速度
を制御することにより容易に達成され、この結果、ポン
プ部１川まぜんまし、式駆動部１２の機械力によって長
時間に亘って駆動させることができると共に、調速機構
１４の電動モー夕５８は低出力の超小型電動モータの使
用が可能となり、極めて微小な電力で広範な制御性能を
保持させることが可能となる。

次に、上述した構成からなる本発明に係る徴量注入ポン
プ装置の自動制御回路１６について説明する。

第４図は、第２図に示す実施例の調速機構１４に好適に
使用し得る自動制御回路のうち調速機構にパルスモータ
を使用した場合の実施例を示す系統図であって、参照符
号７０は記憶回路を示し、この記憶回路７川こは輸液パ
ターンを決定する輸液量データ入力部より供給される諭
液量データＤＩＡを記憶させ、後述するタイマ制御回路
からの出力信号に基づいて記憶回路７０の輸液量データ
を逐次データラッチ回路７２に転送し、さらにこの転送
された輸液量データ信号ＤＩＡをそれに比例する電動モ
ータの回転駆動信号に変換するモータ駆動制御回路に送
出する。

なお、諭液量データ入力部には、適宜輸液量データ設定
用スイッチが設けられる。タイマ制御回路は「制御回路
７４と、タイマ発振器７６と、周波数変換器７８と、分
周器８０とから構成される。

いま「 スタート信号ＳＴＲが制御回路７４に供給され
ると、制御回路７４の出力信号によりタイマ発振器７６
が作動し、このタイマ発振器７６の出力パルス信号が周
波数変換器７８に供給される。周波数変換器７８におい
ては、ステップ設定用スイッチを備えたステップデータ
入力部が設けられ、タイマ発振器７６から供給されたパ
ルス信号を前記ステップデータ入力部から供給される輸
液パターンのステップデータＤＳＴＰに比例した周波数
を有するパルス信号に変換し、次いで分周器８０におい
て前記パルス信号の周波数の分周を行い、得られた信号
を制御回路７４へ返送する。制御回路７４においては、
前記分周されたパルス信号に基づいて記憶回路７０の諭
液量データを逐次データラツチ回路７２へ転送させ、次
いでデータラッチ回路７２に転送された諭液量データ信
号ＤＩＡをモータ駆動制御回路を構成する周波数変換器
８２へ送出する。モータ駆動制御回路において、前記ス
タート信号ＳＴＲは、制御回路７４を経てポンプ発振器
８４を前記タィ・マ発振器７６と同時に作動しこのポン
プ発振器８７の出力信号も前記周波数変換器８２に供給
される。

そこで、この周波数変換器８２ではデータラッチ回路７
２から逐次送出される輸液量データ信号ＤＩＡをそれに
比例した周波数に変換し、次のパルスモータ駆動用論理
回路８６に入力される。このようにして、前記パルスモ
ータ駆動用論理回路８６の出力信号に基づいてパルスモ
ータ５８を駆動し、このパルスモータ５８の駆動により
ぜんまし、式駆動部１２を介してポンプ部１０が作動し
、薬液貯槽２０内の薬液を記憶回路７０に記憶させた輸
液量デー外こ従ってポンプ移送することができる。

なお、ポンプの回転速度、すなわちパルスモータの回転
速度の微調整用としてポンプ発振器８４の発振周波数を
調節する信号ＰＳＰをポンプ発振器８４に供給するよう
構成すれば好適である。また、上述した自動制御回路の
動作を停止させるには、制御回路７４に停止信号ＳＴＰ
を供給することにより容易に達成される。第５図は、第
２図に示す実施例の調速機構１４に好適に使用し得る自
動制御回路のうち調速機構に直流モータを使用した場合
の実施例を示す系統図であって、記憶回路部とタイマ制
御回路部の構成並びにその作用は前記第４図に示す制御
回路と全く同一である。

しかるに、本実施例においては、制御回路７４により前
記分周器８０で分周されたパルス信号に基づいて記憶回
路７０の諭液量データを逐次データラッチ回路７２へ転
送させ、次いでデータラッチ回路７２に転送された輸液
量データ信号ＤＩＡをモータ駆動制御回路を構成するＤ
−Ａ変換器８８へ送出する。モ−夕駆動制御回路は、前
記Ｄ−Ａ変換器８８と増幅器９０とから構成され、Ｄ−
Ａ変換器８８ではデータラッチ回路７２から逐次送出さ
れる輸液量データ信号ＤＩＡをそれに比例したアナログ
電圧信号に変換し、次いで増幅器９０を介して増幅した
信号に基づいて直流モータ５８を駆動する。このように
して、前記直流モータ５８の駆動により、ぜんまし、式
駆動部１２を介してポンプ１０が作動し、薬液貯槽２０
内の薬液を記憶回路７０に記憶させた輸液量データに従
ってポンプ移送することができる。

なお、本実施例においても、制御回路７４に停止信号Ｓ
ＴＰを供給することにより自動制御回路およびポンプ部
１０の動作を直ちに停止させることができる。

上述した自動制御回路の実施例においては、記憶回路７
０‘こ所定の輸液量データを逐次設定していく方式を採
用したが、輸液量データを予め記憶回路７川こ固定記憶
するように構成することも可能である。

第６図は、本発明に係る徴量注入ポンプ装置による輸液
パターンの波形図を示すものでありタイマ制御部の分周
器出力信号（第６図ａ参照）により記憶回路の諭液量デ
ータは逐次電動モータ駆動制御部へ送出され、ポンプ部
において所定レベルの諭液を行うことができる（第６図
ｂ参照）。

上述したことから明らかなように、本発明に係る徴量注
入ポンプ装置は、ポンプの駆動をぜんまし、の機械的動
力で行い、このポンプによる諭液の吐出量の制御を低出
力の４・型電動モータを使用して所望の輪液パターンに
基づいてプログラマプルに達成するものであるから、電
源も小型の乾電池で長時間の使用が可能となり、ぜんま
し、式駆動機構も従釆の時計機構を応用して小型で出力
の大きなものを得ることができ、さらに小型電動モータ
の自動制御回路も集積回路により小型化が可能となって
、全体として携帯に便利な小型徴量注入ポンプ装置を得
ることができる。以上、本発明の好適な実施例について
説明したが、本発明の精神を逸脱しない範囲内において
種々の設計変更をなし得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る微量注入ポンプ装置のポンプ部側
の構成配置の一実施例を示す平面図、第２図は第１図に
示すポンプ部を駆動制御する駆動制御機構都側の構成配
置の一実施例を示す平面図、第３図は第２図に示すぜん
まし、式駆動部の調速機構の別の実施例を示す平面図、
第４図は第２図に示すぜんまし、式駆動部の調遠機構を
制御する自動制御回路の一例を示す系統図、第５図は調
速機構を制御する自動制御回路の別の実施例を示す系統
図、第６図は本発明に係るポンプ装置によって達成され
る輪液パターンの波形図である。 １０・・…・ポンプ部、１２・・・…ぜんまい式駆動部
、１４……調速機構、１６……自動制御回路部、１８…
・・・電源部、２０・・・・・・薬液貯積、２２・・・
…ケーシング、２４……ローラ、２６……回転体、２８
……弾性チューブ、３０……チューブストツパ、３２…
…チューブホルダ、３４……支藤、３６・・…・ぜんま
し、、３８・・・・・・第１大歯車、４０・・・・・・
第２小歯車、４２・・…・第２大歯車、４４・・・・・
・第３４・歯車、４６・・・・・・第３大歯車、４８・
・・・・・第４４・歯車、５０・・・・・・第４大歯車
、５２・・・・・・第５小歯車、５４…・・・ウオーム
歯車、５６・・…・ウオーム、５８・・・・・・電動モ
ータ、６０・・・…ゼネバ歯車、６２…・・・溝部、６
４…・・・回転板、７０・・…・記憶回路、７２…・・
。 データラッチ回路、７４……制御回路、７６・・・・・
・タイマ発振器、７８・・・・・・周波数変換器、８０
…・・・分間器、８２・…’・周波数変換器、８４……
ポンプ発振器、８６……パルスモータ駆動用論理回路、
８８……Ｄ−Ａ変換器、９０・…・・増幅器。ＦＩＧ．
ｌ ＦＩＧ．２ ＦＩＧ．３ ＦＩＧ．ム ＦＩＧ．５ Ｆ！Ｇ．６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ポンプ装置と、このポンプ装置を作動するぜんまい
   式駆動装置とからなり、ぜんまい式駆動装置に電動モー
   タからなる調速装置を連繋し、この調速装置に回転速度
   制御装置を付設して前記電動モータを制御することを特
   徴とする微量注入ポンプ装置。 ２ ポンプ装置は、弾性管式ローラポンプからなる特許
   請求の範囲第１項記載の微量注入ポンプ装置。 ３ ポンプ装置は、円形ケーシング内に容積変化を行う
   インペラを配設したロータリーポンプからなる特許請求
   の範囲第１項記載の微量注入ポンプ装置。 ４ ぜんまい式駆動装置は、ぜんまいと、このぜんまい
   の動力をポンプ駆動用回転体に伝動する歯車機構とから
   なり、歯車機構の一部に脱進機構を介して調速装置を結
   合することからなる特許請求の範囲第１項乃至第３項の
   いずれかに記載の微量注入ポンプ装置。 ５ 回転速度制御装置は、電動モータ駆動制御部と、輸
   液パターンの周期を設定するタイマ制御部と、輸液パタ
   ーンの周期を複数ステツプに分割設定するステツプデー
   タ入力部と、輸液量データを記憶しワンステツプ毎に前
   記データを電動モータ駆動制御部に送出する記憶回路部
   とから構成してなる特許請求の範囲第１項又は第４項に
   記載の微量注入ポンプ装置。 ６ 脱進機構は、ウオーム・ウオーム歯車からなり、ウ
   オーム軸に調速装置の電動モータを直結してなる特許請
   求の範囲第４項記載の微量注入ポンプ装置。 ７ 脱進機構は、ゼネバ歯車からなり、このゼネバ歯車
   の溝部に回転体の一部を係合し、さらに回転体に調速装
   置の電動モータを直結してなる特許請求の範囲第４項記
   載の微量注入ポンプ装置。 ８ 調速装置の電動モータは、パルスモータからなり、
   記憶回路部からの輸液量データ信号をこの信号に比例し
   た周波数に変換し、得られた信号をパルスモータの駆動
   に必要なパルス列に変換して前記パルスモータを駆動す
   るようモータ駆動制御部を構成してなる特許請求の範囲
   第１項、第５項乃至第７項のいずれかに記載の微量注入
   ポンプ装置。 ９ 調速装置の電動モータは直流モータからなり、記憶
   回路部からの輸液量データ信号をこの信号に比例したア
   ナログ電圧信号に変換して前記直流モータを駆動するよ
   うモータ駆動制御部を構成してなる特許請求の範囲第１
   項、第５項乃至第７項のいずれかに記載の微量注入ポン
   プ装置。 １０ タイマ制御部は、スタート信号により作動するタ
   イマ発振器と、周波数変換器と、分周器とからなり、タ
   イマ発振器の出力周波数をステツプデータに比例した周
   波数に分周して記憶回路部に供給するよう構成してなる
   特許請求の範囲第５項記載の微量注入ポンプ装置。 １１ ステツプデータ入力部は、ステツプ設定用スイツ
   チを備え、タイマ制御部のタマ発振器の出力周波数をス
   テツプデータに対応して変換すると共に、記憶回路部の
   記憶データを輸液パターン周期毎に電動モータ駆動制御
   部へ送出するためのステツプ信号を発生するよう構成し
   てなる特許請求の範囲第５項または第１０項記載の微量
   注入ポンプ装置。 １２ 輸液量データは、輸液量データ設定用スイツチを
   備えた輸液量データ入力部を介して逐次記憶回路へ供給
   し記憶するよう構成してなる特許請求の範囲第５項又は
   第８項記載の微量注入ポンプ装置。 １３ 記憶回路部は、輸液量データを記憶する記憶回路
   と、データラツチ回路とを備え、輸液量データ信号をス
   テツプ信号に応じて電動モータ駆動制御部へ送出するよ
   う構成してなる特許請求の範囲第５項、第８項乃至第１
   ２項のいずれかに記載の微量注入ポンプ装置。