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JP5481566B2 - シリンダーポンプ - Google Patents

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Description

本発明はシリンダーポンプに係り、より詳しくは構造が簡単で大きさが小さく、輸液容器または血液パックの設置高さにかかわらずリモートコントロールが可能であり、安定的に薬液または血液の注入が可能なシリンダーポンプに関する。
輸液容器または血液パックから薬液または血液(以下、‘薬液または血液’を’薬液’と簡略に記載する)を一定にかつかなり高精度に制御しながら患者に注入するためには、シリンジポンプ(syringe pump)またはインフュージョンポンプ(infusion pump)を使う。
従来のインフュージョンポンプは製造会社別に異なるチューブの弾性によって機械に過負荷がかかって故障率が高く、シリンジポンプは精密性を高めるために機械が複雑で大きくなり、一定の位置で固定設置された状態でだけ使用が可能である。シリンジポンプは精密性は高いが、シリンジを用いて大容量は使うことができなく、大容量使用の際、繰り返して操作しなければならない不便さがある。
また、従来のシリンジポンプまたはインフュージョンポンプは、輸液容器または血液パックの設置位置、すなわち水頭によって排出薬液の圧力が変わるため、ポールを使って一定の高さに輸液容器または血液パックを設置して使わなければならない煩わしさがある。
また、シリンジポンプまたはインフュージョンポンプの精度が予め限定され、精度が高い場合には、薬液の供給量が少ないため、薬液の所要注入量の精度によって異なるシリンジポンプまたはインフュージョンポンプを使わなければならないので、多数のシリンジポンプまたはインフュージョンポンプを備えなければならない負担がある。
そして、従来のインフュージョンポンプは機械の端子がチューブを押すか圧搾する方式で、シリンジポンプはシリンジのプランジャーを押して薬物を注入する方式であり、これらのいずれも薬物を間接制御する方式であるので、端子に過負荷がかかるか複雑な機械構造を持つことになり、ひんぱんな故障などの理由で信頼度が低いか高価なので、随時看護人力が投入されなければならなく、リモートコントロールが難しい。
前記の問題点を解決するために案出された目的は、構造が簡単で大きさが小さく、輸液容器または血液パックの設置高さにかかわらず安定的に薬液注入が可能であり、機械の過負荷がかからないようにして故障がなく、リモートコントロールで看護人力を減らし、環境公害と人体に有害な付属チューブなどを少なく使うことができるシリンダーポンプを提供することにある。
前記の目的を解決するための本発明は、内部に上部回転部材が回転可能に挿入される通常の上部ケーシングと、前記上部ケーシングと結合し、内部に前記上部回転部材とすべり回転接触する下部回転部材が回転可能に挿入される通常の下部ケーシングとを含み、前記上部ケーシングの内壁面と前記上部回転部材の下側外周面と前記下部ケーシングの内壁面と前記回転部材の上側外周面は単一チューブ状のシリンダーをなし、前記上部回転部材と前記下部回転部材にはそれぞれ前記シリンダーの断面を遮断した状態で前記シリンダー内で回転運動するプランジャーが設置され、前記シリンダーには薬液が流入される流入管と薬液が流出される流出管が前記上部ケーシングと前記下部ケーシングの外周面から突設され、前記流入管と前記流出管の回転中心に対する中心角は一つのプランジャーの中心角(θ)の1倍以上かつ2倍以下となるように配置され、前記上部回転部材と前記下部回転部材は駆動装置に連結されてそれぞれ独立して回転されるシリンダーポンプである。
前記駆動装置は、一方のプランジャーを前記流入管と前記流出管の間に位置固定させた状態で、他方のプランジャーが一方のプランジャーの一側面に接触したままで回転して一方のプランジャーの他側面に接触して一方のプランジャーをシフトさせて前記流入管と前記流出管の間に位置させる第1駆動機構と、他方のプランジャーを前記流入管と前記流出管の間に位置固定させた状態で一方のプランジャーが他方のプランジャーの一側面に接触したままで回転して他方のプランジャーの他側面に接触して他方のプランジャーをシフトさせて前記流入管と前記流出管の間に位置させる第2駆動機構とを含み、前記第1駆動機構と第2駆動機構は交互に作動することを特徴とする。
すなわち、流入管と流出管の間にある一方のプランジャーが第1駆動ギア側にあるクラッチストッパーによって停止された状態で他方のプランジャーの前面が流入管の位置で第1駆動機構のギアが噛み合って一方のプランジャーがある正方向にシフトして、一方のプランジャーと他方のプランジャーの間のおよそ300°のチューブ状のシリンダー内の薬液を流出管に押し出すとともに他方のプランジャーの裏面は他方のプランジャーが一方のプランジャーの裏面側にシフトするとき、薬液を流入管で吸入してチューブ状の管に薬液を満たす。
他方のプランジャーが一方のプランジャーの裏面と一致して薬液を流出管にまったく押し出し、一方のプランジャーと一致したとき、第1駆動ギアと第2駆動ギアのギアが同時に噛み合い、流入管と流出管の間にあった一方のプランジャーと他方のプランジャーが同時にシフトして、一方のプランジャーは流入管側にシフトし、他方のプランジャーは流入管と流出管の間に到逹すれば他方プランジャーを制御する第2駆動ギア側のクラッチストッパーが他方プランジャーを固定させ、一方プランジャーが前記他方プランジャーがシフトする動作を同様に行うことで、正面では薬液を押し出し、裏面では薬液を吸入する。
一方のプランジャーと他方のプランジャー及びストッパーが前記動作を繰り返して薬液をチューブ状のシリンダー直径と駆動装置の制御比によって極めて少量又は最大量を精密に供給する方法である。
また、前記上部ケーシングと前記上部回転部材の間、前記下部ケーシングと前記下部回転部材の間、及び前記上部回転部材と前記下部回転部材の間には密閉部材が挿入されることを特徴とする。
また、前記上部ケーシングの中心部には前記駆動装置の外側駆動ギアと前記外側駆動ギアの中空に位置する内側駆動ギアが貫通する貫通孔が形成され、前記上部回転部材の中心部には前記外側駆動ギアと結合可能な外側駆動ギア結合孔と前記内側駆動ギアが貫通可能な内側駆動ギア貫通孔が同心上に重畳して形成され、前記下部回転部材の中心部には前記内側駆動ギアと結合可能な内側駆動ギア結合孔が形成されることを特徴とする。
また、前記第1駆動機構と前記第2駆動機構のそれぞれには、前記一対のプランジャーの任意回転を抑制することができる姿勢維持装置が設けられることを特徴とする。前記姿勢維持装置は、一方のプランジャーが前記流出管と前記流入管の間に固定された状態で他方のプランジャーが回転する間、他方のプランジャーの運動によって発生する正圧または負圧による任意運動を防止する役目をする。
また、前記上部ケーシングと前記下部ケーシングの対向面の最外縁にはそれぞれ上部外縁密閉座と下部外縁密閉座が形成され、前記上部外縁密閉座と前記下部外縁密閉座の間には外縁密閉部材が介在されることを特徴とする。
前記上部外縁密閉座と前記下部外縁密閉座のいずれか一方は他方に向かって突設されていることを特徴とする。
前記流出管を通じて排出される薬液の流量は、シリンダーの断面積と前記駆動装置によって駆動される前記プランジャーの回転速度によって決まることを特徴とする。
前記のような特徴を有する前記駆動装置は、胴体を成し、一側に前記シリンダーポンプが着脱可能に装着される装着部を持つハウジング;前記ハウジングの内部に固定される第1ブラケットに設置される駆動モーター;前記第1ブラケットに回転可能に固定され、前記駆動モーターの出力軸に連結されて回転し、内側伝動ギアと外側伝動ギアが装着されるメイン駆動軸;前記ハウジングの内部に固定される第2ブラケットに回転可能に固定され、外周面に前記内側伝動ギアと噛み合う内側従動ギアを持ち、長手方向に長く形成されたジャーナル部の端部に前記上部回転部材と結合される内側駆動ギアが形成される内側駆動軸;及び前記内側駆動軸のジャーナル部に外挿されるボス部を持ち、前記第2ブラケットに回転可能に固定され、外周面に前記外側伝動ギアと噛み合う前記内側従動ギアと同一の外側従動ギアを持ち、前記ボス部の端部に前記下部回転部材と結合される外側駆動ギアが形成される外側駆動軸を含み、前記内側駆動ギアと前記外側駆動ギアは前記装着部を通じて露出され、前記内側伝動ギアと前記外側伝動ギアは同一ギアであり、それぞれ外周面の一部にだけギア歯が形成され、前記メイン駆動軸に対して互いに180°の位相差を持つように配置されることを特徴とする。
前記内側伝動ギア及び前記外側伝動ギアは1回転の際に前記内側従動ギア及び前記外側従動ギアを(360−θ)°だけ回転させ、このうち1/2回転ばかりで前記内側従動ギア及び前記外側従動ギアを(360−2×θ)°だけ回転させるようにそれぞれの外周面の一部にだけギア歯が形成されることを特徴とする。
また、前記第2ブラケットには前記内側従動ギアと前記外側従動ギアがそれぞれ前記内側伝動ギア及び前記外側伝動ギアと噛み合わなかった状態で、その位置を維持することができる内側姿勢維持装置と外側姿勢維持装置が設けられることを特徴とする。
前記内側姿勢維持装置及び前記外側姿勢維持装置には、前記内側従動ギア及び前記外側従動ギアのそれぞれの表面に形成された内側従動ギア突起及び外側従動ギアが定着することができるM字形の断面を持つ内側突起座及び外側突起座がそれぞれ形成されることを特徴とする。
本発明によるシリンダーポンプは、簡単な構造を持ちながらも相当な高精度の薬液供給が可能であり、時間当たり注入量において広範囲な薬液注入量に対応することができる。
また、本発明のシリンダーポンプは、大きさが小さくて携帯が簡便であり、輸液容器または血液パックの高低の影響を受けないので、ポールに輸液容器または血液パックを設置しなくてもポンプの機能を維持することができ、既存の多様な薬液注入量調節器を取り替えることができる。
したがって、シリンダーポンプの設置空間が小さくなり、シリンダーポンプによって薬液を注入している状態でも患者は自由に移動可能である。
また、シリンダー内でプランジャーで薬液を直接制御するので、時間当たり流量を精密に制御可能なので、GPSによるリモートコントロールが可能であり、患者による実時間薬液供給量をモニタリングすることができるので、看護人力の節減に非常に役立つことができる。
薬液の駆動装置と作動ユニットを着脱方式にし、作動ユニットを使い捨てにすることができるので、より安全な薬液供給が可能である。
また、シリンダーポンプの設置にポールを使わなくても良いので、ベッド、床、車寄子などの多様な位置に設置することができるので、人体と環境に有害なPVCチューブなど、化石燃料で製作した多様な部属材料の使用量を減らし、これらを焼却するときに発生する発癌物質と環境公害を相当量減らすことができる。
本発明の実施例によるインフュージョンポンプの斜視図である。 図1のシリンダーポンプの駆動装置内部の駆動部の斜視図である。 図2の駆動部の正面図である。 図2の駆動部の断面図である。 図2の駆動部において、内側駆動ギアを回転させる内側伝動ギア及び内側従動ギアの概略図である。 図2の駆動部において、外側駆動ギアを回転させる外側伝動ギア及び外側従動ギアの概略図である。 図5及び図6を重畳して示す概略図である。 図2の駆動部において、内側駆動ギアが形成された内側駆動ギア軸の左側面図である。 図8の内側駆動ギア軸の正面図である。 図2の駆動部において、外側駆動ギアが形成された外側駆動ギア軸の左側面図である。 図10の外側駆動ギア軸の正面図である。 図1のシリンダーポンプの作動ユニットの分解斜視図である。 図12の作動ユニットにおいて、上部ケーシングの底面図である。 図13の上部ケーシングの正断面図である。 図12の作動ユニットにおいて、上部回転部材の平面図である。 図15の上部回転部材の底面図である。 図12の作動ユニットにおいて、下部回転部材の平面図である。 図17の下部回転部材の底面図である。 図12の作動ユニットにおいて、プランジャーの正面図である。 図12の作動ユニットにおいて、下部ケーシングの平面図である。 図20の下部ケーシングの正断面図である。 図12の作動ユニットの組立の後、作動ユニットの作動手順を概略的に説明する図である。
以下、本発明を好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。下記の各図の構成要素に参照符号を付け加えるに当たり、同一構成要素には、たとえ異なる図面に示されていてもできるだけ同一符号与えるようにし、本発明の要旨を不必要にあいまいにすることができると判断される公知の機能及び構成についての詳細な説明は省略する。
本発明によるシリンダーポンプは、従来技術のチューブを圧搾する方式またはプランジャー(Syringe)を押して流量を調節する方式ではなく、チューブ状のシリンダー内の二つのインペラーが一つずつ交互に1回転することにより薬液の流入と流出を同時に行う方式、すなわち流量を直接統制する方式の原理を用いる。
したがって、本発明で使用する方式は、シリンダーとインペラーの大きさ、回転速度によって微小流量から多大な流量まで多様に調節することができる。
したがって、本発明の核心は作動部でインペラーの微細変位によって正確に微小流量を調節することである。
特に、本発明によるシリンダーポンプは、駆動装置と前記駆動装置に着脱可能な作動ユニットで構成される。よって、前記駆動装置は永久的に使うことができ、前記作動ユニットは使い捨てに使うことができる。
図1は本発明の実施例によるシリンダーポンプの斜視図である。前記シリンダーポンプは駆動装置100と作動ユニット200を含んでなる。前述したように、前記作動ユニット200は使い捨てとして前記駆動装置100に着脱可能である。
前記駆動装置100は、前記駆動装置の一方のプランジャーを前記流入管と前記流出管の間に位置固定させた状態で他方のプランジャーが一方のプランジャーの一側面に接触したままで回転して一方のプランジャーの他側面に接触して一方のプランジャーをシフトさせて前記流入管と前記流出管の間に位置させる第1駆動機構と、他方のプランジャーを前記流入管と前記流出管の間に位置固定させた状態で一方のプランジャーが他方のプランジャーの一側面に接触したままで回転して他方のプランジャーの他側面に接触して他方のプランジャーをシフトさせて前記流入管と前記流出管の間に位置させる第2駆動機構とを含み、前記第1駆動機構と第2駆動機構は互いに交互に作動する。
したがって、前記駆動装置100はハウジング102を含み、前記ハウジング102の一側には前記作動ユニット200が装着されるための装着部104が設けられ、前記装着部104には後述する駆動部の内側駆動ギア146及び外側駆動ギア150が位置する。
前記ハウジング102の一側には前記作動ユニット200を任意に操作するための操作部106が配置される。
図2は前記シリンダーポンプの駆動装置100内部の駆動部の斜視図、図3は前記駆動部の正面図、図4は前記駆動部の断面図である。
前記駆動部の駆動手段は一つの駆動モーター108であり、前記駆動モーター108を複数のギア列を介して前記内側駆動ギア146及び前記外側駆動ギア150をそれぞれ駆動させる。
前記駆動モーター108は第1ブラケット110に固定設置され、前記駆動モーター108の出力軸112はメイン駆動ギア114と一体的に連結され、前記メイン駆動ギア114はトルク比を高めるためにメイン減速ギア116と噛み合う。すなわち、前記メイン減速ギア116は前記メイン駆動ギア114より歯数が多いので、回転減速によってトルクを増加させるようになる。これにより、前記駆動モーター108に加わる負荷を減らすことができ、容量による前記駆動モーター108の選択範囲が広くなる。
前記メイン減速ギア116はメイン駆動軸118に一体的に連結される。図3に示すように、前記メイン駆動軸118は第1ブラケット110に固定される第1ベアリング120及び第2ブラケット122に固定される第2ベアリング132に回転可能に支持される。
前記第1ブラケット110及び前記第2ブラケット122は前記ハウジング102に固定される。また、前記第1ブラケット110と前記第2ブラケット122の支持及び前記ハウジング102との固定のために、第1支持部111及び第2支持部140が形成できる。
そして、内側伝動ギア124と外側伝動ギア128が前記メイン駆動軸118に一体的に設置される。よって、前記内側伝動ギア124と前記外側伝動ギア128の回転速度は同一である。
前記内側伝動ギア124は、図5に示すように、内側従動ギア126と噛み合い、前記外側伝動ギア128は、図6に示すように、外側従動ギア130と噛み合う。
前記内側伝動ギア124と前記外側伝動ギア128は同一ギアであるが、前記メイン駆動軸118に固定されるとき、前記メイン駆動軸118を基準として図7のように投影すると、互いに線対称となる位置に設置される。
まず、前記内側伝動ギア124と前記内側従動ギア126の関係を説明する。図5に示すように、前記内側伝動ギア124は40個の歯が位置することができる円周に22個の歯のみが形成され、残り部分である角度αの領域には歯がない。よって、前記内側伝動ギア124の22個の歯のみが前記内側従動ギア126と噛み合って前記内側従動ギア126を回転させる。
前記内側従動ギア126には24個の歯が形成される。よって、一つの歯が占有する中心角は15°であり、前記内側伝動ギア124が一回転する間、前記内側従動ギア126は330°の回転が可能である。すなわち、前記内側従動ギア126は1回転でなく2個の歯が占める中心角である30°の分だけ回転できなくなる。この際、前記内側従動ギア126の不足な回転角30°は後述するプランジャー278、280が占める中心角と同一である。よって、前記プランジャー278、280が占める中心角が小さくなれば、これにより前記内側伝動ギア124の1回転当たりの前記内側従動ギア126の回転角が大きくなる。
結局、前記内側伝動ギア124の直径及び歯数と前記内側従動ギア126の直径及び歯数は前記内側伝動ギア124の1回転の際に前記内側従動ギア126を360°から前記プランジャー278、280が占める中心角を差し引いた角度だけ回転させることができれば充分であり、必要な場合にはより多いギアを使うこともできる。
ついで、前記外側伝動ギア128と前記外側従動ギア130の関係を説明する。図6に示すように、前記外側伝動ギア128は40個の歯が位置することができる円周に22個の歯のみが形成され、残り部分である角度βの領域は歯がない。よって、前記外側伝動ギア128の22個の歯のみが前記外側従動ギア130と噛み合って前記外側従動ギア130を回転させる。
前記外側従動ギア130は24個の歯が形成される。よって、一つの歯が占有する中心角は15°であり、前記外側伝動ギア128が一回転する間、前記外側従動ギア130は330°の回転が可能である。すなわち、前記外側従動ギア130は1回転ではなく2個の歯が占める中心角である30°の分だけ回転できなくなる。この際、前記外側従動ギア130の不足な回転角30°は後述するプランジャー278、280が占める中心角と同一である。よって、前記プランジャー278、280が占める中心角が小さくなれば、これにより、前記外側伝動ギア128の1回転当たりの前記外側従動ギア130の回転角が大きくなる。
結局、前記外側伝動ギア128の直径及び歯数と前記外側従動ギア130の直径及び歯数は、前記外側伝動ギア128の1回転の際、前記外側従動ギア130を360°から前記プランジャー278、280が占める中心角を差し引いた角度だけ回転させることができれば充分であり、必要な場合にはより多いギアを使うこともできる。
そして、前記内側従動ギア126と前記外側従動ギア130は互いに影響を及ぼさないで独立して回転するようになる。よって、このために、前記内側従動ギア126は内側駆動軸144に設置され、前記外側従動ギア130は前記内側駆動軸144のジャーナル部145が挿入されるボス部152が形成される。この結果、前記外側従動ギア130は前記ボス部152と前記ジャーナル部145の滑り回転運動によって前記内側従動ギア126と独立して回転することができる。
前記内側駆動軸144は、前記第1ブラケット110に固定設置される第3ベアリング129及び第3ブラケット142の一方に固定設置される第4ベアリング134によって回転可能に軸支される。前記外側駆動軸148は、前記第3ブラケット142の他方に固定設置される第5ベアリング136と前記第2ブラケット122に固定設置される第6ベアリング138によって回転可能に軸支される。前記第3ブラケット142は前記ハウジング102に固定される。
そして、前記内側駆動軸144の一端には内側駆動ギア146が形成され、前記外側駆動軸148の一端には外側駆動ギア150が形成され、図2及び図3に示すように、前記外側駆動ギア150の端部より前記内側駆動ギア146が突出するように設置される。
本発明の実施例においては、前記外側駆動ギア150と前記内側駆動ギア146のいずれも十字形に形成され、前記外側駆動ギア150と前記内側駆動ギア146の形状に制限はない。
そして、前記第3ブラケット142には前記内側駆動ギア146と前記外側駆動ギア150の任意回転を阻止することができる内側及び外側姿勢維持装置133、137が設置される。
前記内側及び外側姿勢維持装置133、137には、図5及び図6に示すように、前記内側従動ギア126と前記外側従動ギア130の表面(上面または下面)にそれぞれ形成される内側従動ギア突起127と外側従動ギア突起131に対応する内側突起座135と外側突起座139が形成される。
前記内側従動ギア突起127及び前記外側従動ギア突起131は半径方向外側の端部が丸くラウンド処理されたバー(bar)状の突出構造を持ち、前記内側突起座135と前記外側突起座139は、前記内側及び外側従動ギア突起127、132が定着できるように、略M字形に形成される。前記内側及び外側従動ギア突起127、132のM字形もラウンド処理されることにより、外力が加わる場合、前記内側従動ギア突起127及び前記外側従動ギア突起131が前記内側及び外側従動ギア突起127、132から離脱できるように形成される。
前記駆動装置100は基本的に前述したように構成される。ついで、前記駆動装置100の出力形態、つまり前記駆動モーター108の回転による前記外側駆動ギア150と前記内側駆動ギア146の作動方式について説明する。
前記駆動モーター108の回転は前記メイン駆動ギア114を介して前記メイン減速ギア116に伝達されて減速及びトルク増大が生じる。そして、前記メイン減速ギア116の回転によって前記メイン駆動軸118が回転し、前記内側伝動ギア124と前記外側伝動ギア128は同一角速度及び同一回転方向に回転するようになる。
この際、図7の状態を初期状態とすれば、前記メイン駆動軸118が時計方向に1/2回転する間、前記外側伝動ギア128は前記外側従動ギア130を300°だけ回転させるようになる(すなわち、20個の歯の分だけ回転)。そして、前記内側伝動ギア126は初期にだけ30°の分だけ前記内側従動ギア126を回転させ(すなわち、二つの歯の分だけ回転)、その後には前記内側従動ギア126を回転させない。
ついで、この状態で、前記メイン駆動軸118が時計方向にさらに1/2回転する間、前記内側伝動ギア124は前記内側従動ギア126を300°だけ回転させるようになる(すなわち、20個の歯の分だけ回転)。そして、前記外側伝動ギア128は初期にだけ30°だけ前記外側従動ギア130を回転させ(すなわち、二つの歯の分だけ回転)、その後には前記外側従動ギア130を回転させない。
すなわち、前記内側従動ギア128と前記外側従動ギア130はそれぞれ300°だけ回転する間はいずれか一方のみ回転するが、図7に斜線で表示されたγの領域(すなわち、二つの歯の分だけの各領域、30°)では同時に回転するようになる。
したがって、前記駆動モーター108の回転によって前記内側従動ギア126と前記外側従動ギア130は、
(1)前記内側従動ギア126のみの300°回転
(2)前記内側従動ギア126と前記外側従動ギア130が同時に30°回転
(3)前記外側従動ギア130のみの300°回転
(4)前記内側従動ギア126と前記外側従動ギア130が同時に30°回転
を繰り返し遂行するようになる。
これにより、前記内側従動ギア126と前記外側従動ギア130と一体的に形成された前記内側駆動ギア146と前記外側駆動ギア150がそれぞれ独立して回転するようになる。
ただ、前記内側駆動ギア146と前記外側駆動ギア150が後述のプランジャー278、280をそれぞれ駆動させる過程で、前記一対のプランジャー278、280の間に負圧または正圧が作用することになる。よって、このような前記一対のプランジャー278、280の間の負圧または正圧によって前記プランジャー278、280の角位置(angle position)が変動しないように、前記内側駆動ギア146と前記外側駆動ギア150が設置される前記外側駆動軸148及び前記内側駆動軸144には前述したように姿勢維持装置133、137がさらに設置されることが好ましい。
したがって、前記姿勢維持装置133、137によって、前記プランジャー278、280の角位置(angle position)の意図しない変動は発生しなくなり、ギア歯の結合と分離が繰り返し起こる前記内側伝動ギア124と前記内側従動ギア126の間、かつ前記外側伝動ギア128と前記外側従動ギア130の間のバックラッシュを抑制することができる。
ついで、前記シリンダーポンプの駆動装置100に着脱される前記作動ユニット200について説明する。前記作動ユニット200は前記駆動装置100の前記内側駆動ギア146と前記外側駆動ギア150の回転運動によって作動する。ここで、前記内側駆動ギア146と前記外側駆動ギア150の回転運動は、前述した駆動装置100で作動させることができるが、前述した運動特性を満足する限り、前記駆動装置100の構成の制限はない。
前記作動ユニット100は基本的に胴体を成す上部ケーシング202及び下部ケーシング264と、前記上部ケーシング202に挿入される上部回転部材222と、前記下部ケーシング264に挿入される下部回転部材244とを含んでなる。
前記上部ケーシング202には、薬液が前記作動ユニット100の内部に流入される流入管214と、薬液を薬液チューブなどに供給する流出管216が設けられる。前記流入管214と前記流出管216は前記下部ケーシング264に形成されるか、あるいは前記上部ケーシング202と前記下部ケーシング264に半分ずつ形成されることも可能である。
また、前記上部ケーシング202と前記下部ケーシング264にはそれぞれ上部シリンダー212と下部シリンダー270が設けられ、前記上部ケーシング202と前記下部ケーシング264、かつ前記上部回転部材220と前記下部回転部材244の外周面によって単一チューブ状のシリンダーとなる。そして、前記シリンダーに前記流入管214と前記流出管216が連通するように形成される。
前記流入管214と前記流出管216は、図13及び図20に示すように、前記上部ケーシング202と前記下部ケーシング264の中心に対して厚さの1/2だけ偏位される。また、前記流入管214と前記流出管216の間の角度は30°である。これは、後述するプランジャー278、280が占める中心角30°と一致し、前記プランジャー278、280のいずれか一つが前記流入管214と前記流出管216の間に位置するとき、前記流入管214と前記流出管216を閉鎖しないようにするためである。
前記上部ケーシング202は、図13及び図14に示すように、回転体である上部ケーシング胴体204と、前記上部ケーシング胴体204の中心部に前記外側駆動ギア150及び前記内側駆動ギア146が貫通するように形成された貫通孔206と、前記上部回転部材220が挿入される上部回転部材凹部210と、プランジャー278、280の移動空間をなす上部シリンダー212と、前記上部ケーシング胴体204の周辺部に形成される上部外縁密閉座203と、流入管214及び流出管216とを含む。
そして、前記上部回転部材凹部210には上部密閉部材218が位置することができる上部密閉座208が形成される。
前記上部ケーシング202の上部外縁密閉座203と対応して、下部ケーシング264には下部外縁密閉座274が形成され、前記上部外縁密閉座203と前記下部外縁密閉座274の間に外縁密閉部材294が配置される。
前記上部外縁密閉座203と前記下部外縁密閉座274のいずれか一方は突出形態になって、前記外縁密閉部材294を他方側に押し付けて密閉力を向上させることが好ましい。
また、前記上部ケーシング胴体204の外側に上部結合突起205が形成され、下部ケーシング264の下部ケーシング胴体272の外側に下部結合突起276が形成され、前記上部ケーシング202と前記下部ケーシング264がボルト及びナットのような締結手段によって結合可能になる。
前記上部回転部材220は、図15及び図16に示すように、上側は前記上部回転部材凹部210に挿入され、下側は前記上部シリンダー212とともにシリンダーの上部をなすように丸く形成された上部回転部材胴体222と、前記上部回転部材胴体222の一側に一体的に形成された上部プッシュ部材230とを含む。
前記上部回転部材220の上側には前記上部密閉部材218が位置する上部上側密閉溝224が形成され、前記上部回転部材220の下側には中間密閉部材242が位置する上部下側密閉溝240が形成されるように、前記上部下側密閉溝240の内外側に間隔を置いて上部下側密閉突条236、238が突設される。
前記上部プッシュ部材230の両側には、プランジャー278に容易に固定できるように、上部結合突起232、234が形成される。
そして、前記上部回転部材220の中心には前記外側駆動ギア150が結合する外側駆動ギア結合孔226が形成され、前記外側駆動ギア結合孔226と同心を成しながら前記内側駆動ギア146が貫通するように内側駆動ギア貫通孔228が形成される。この際、前記外側駆動ギア結合孔226は、前記外側駆動ギア150が堅く固定されるように、前記外側駆動ギア150と同一あるいはそれより小さな断面積を持つようにすることが好ましく、前記内側駆動ギア貫通孔228は前記内側駆動ギア146の最大直径より大きい断面を持つようにして接触を減らすことが好ましい。
前記上部ケーシング202は、図13及び図14に示すように、回転体である上部ケーシング胴体204と、前記上部ケーシング胴体204の中心部に前記外側駆動ギア150及び前記内側駆動ギア146が貫通するように形成された貫通孔206と、前記上部回転部材220が挿入される上部回転部材凹部210と、プランジャー278、280の移動空間をなす上部シリンダー212と、流入管214及び流出管216とを含む。
そして、前記上部回転部材凹部210には上部密閉部材218が位置することができる上部密閉座208が形成される。
前記下部回転部材244は、図17及び図18に示すように、上側下部シリンダー270とともにシリンダーの下部を形成するように丸く形成され、下側は下部回転部材凹部268に挿入される下部回転部材胴体246と、前記下部回転部材胴体246の一側に一体的に形成された下部プッシュ部材256とを含む。
前記上部回転部材244の上側には中間密閉部材242が位置する下部上側密閉溝252を形成するように前記下部上側密閉溝252の内外側に間隔を置いて下部上側密閉突条248、250が突設され、前記下部回転部材244の下側には下部密閉部材263が位置する下部下側密閉溝262が形成される。
前記下部プッシュ部材256の両側には、プランジャー280に容易に固定できるように、下部結合突起258、260が形成される。
そして、前記下部回転部材244の中心には前記内側駆動ギア146が結合する内側駆動ギア結合孔254が形成される。この際、前記内側駆動ギア結合孔254は前記内側駆動ギア146が堅く固定されるように前記内側駆動ギア146と同一あるいはそれより小さな断面積を持つようにすることが好ましい。
ついで、前記プランジャー278、280は、図19に示すように、前記上部プッシュ部材230と前記下部プッシュ部材256に固定される。前記プランジャー278、280は前記シリンダーと同一断面積を持つとともに同一曲率で屈曲され、その中心角は前述したように30°である。前記プランジャー278、280の中心角は前記流入管214と前記流出管216の間の中心角と同様である。
そして、前記プランジャー278、280の中心には前記上部プッシュ部材230または前記下部プッシュ部材256が挿入される挿着溝288が形成され、前記挿着溝288の左右側には前記上部結合突起232、234または前記下部結合突起258、260と結合される結合孔290、292が形成される。また、前記プランジャー278、280の外周面両側にはOリング282、284が設けられることで、前記プランジャー278、280が前記シリンダーの内壁面に確かに密着することができる。
前記下部ケーシング264は、図20及び図21に示すように、回転体である下部ケーシング胴体272と、前記下部回転部材244が挿入される下部回転部材凹部268と、プランジャー278、280の移動空間をなす下部シリンダー270とを含む。
そして、前記下部回転部材凹部268には下部密閉部材263が位置することができる下部密閉座266が形成される。
前記下部ケーシング胴体272の周辺部には、前述したように、下部外縁密閉座274が形成され、また、前記上部ケーシング胴体204の外側に上部結合突起205が形成され、前記下部ケーシング264の下部ケーシング胴体272の外側に下部結合突起276が形成されて前記上部ケーシング202の上部結合突起205と対応する。
前記作動ユニット200は基本的に前述したように構成される。以下、その組み立てられた状態及び作動方法について説明する。
図22は前記作動ユニット200の前記上部回転部材222と前記下部回転部材244を組み立てた後、前記作動ユニット100の作動手順を概略的に説明する図である。
図22に示すように、下部ケーシング264を基準として説明し、流入管214及び流出管216は上部ケーシング202に設置されたが、理解の便宜上、下部ケーシング264に連通するものとして示す。また、流出管と流入管の位置は前記プランジャー278、280が時計方向に回転する場合を基準とし、前記プランジャー278、280の回転方向が反時計方向であれば、図面符号216は流入管となり、図面符号214は流出管となる。
市販の製品は密封状態にあり、図22aに示したプランジャー278、280が時計方向にさらに回転して前記プランジャー278、280が前記流出管216及び流入管214を閉鎖した状態である。
そして、動作開始状態は、図22aに示すように、いずれか一つのプランジャー280が前記流出管216及び前記流入管214の間に位置し、他のプランジャー278が流入管214を閉鎖した状態である。密封状態から動作開始状態は前記駆動装置100の動作によって実現される。
ついで、前記プランジャー278が図22bのように時計方向に回転し始めれば、前記シリンダー内に負圧が発生して前記流入管214を通じて薬液が前記シリンダー内に流入される。そして、時計方向の回転を続ければ、図22cに示すように、前記プランジャー278は前記流出管216及び前記流入管214の間に位置したプランジャー280に当接することになる。すなわち、前記プランジャー278は300°を回転するようになる。この状態は、前記プランジャー278が前記流出管216を閉鎖した状態である。
そして、先行のプランジャー280と後行のプランジャー278が同時に30°だけ時計方向に回転する。よって、図22dに示すように、後行のプランジャー278が前記流出管216及び前記流入管214の間に位置するようになる。この状態で、図22e及び図22fに示すように、前記プランジャー280が時計方向に回転しながら前記プランジャー280より回転方向に(時計方向に)先方に位置した前記シリンダー内の薬液が前記流出管216を通じて排出される。同時に、前記流入管214によって薬液が前記プランジャー280の後側に流入されて前記シリンダーの内部を満たすようになる。言い換えれば、回転するプランジャー280によって薬液の排出と流入が同時になされる。
そして、前記プランジャー280が時計方向の回転を続ければ、図22gに示すように、前記プランジャー280は前記流出管216及び前記流入管214の間に位置したプランジャー278に当接するようになる。すなわち、前記プランジャー280は300°を回転するようになる。この状態は、前記プランジャー280が前記流出管216を閉鎖した状態である。
また、先行のプランジャー278と後行のプランジャー280が同時に30°だけ時計方向に回転して、再び図22aのような状態に戻る。
前述したように、前記プランジャー278、280がそれぞれ1回転ずつ行えば、再び図22a〜図22gに示す動作を繰り返し遂行するようになる。よって、前記作動ユニット200は薬液の供給を連続的に遂行することができ、前記プランジャー278、280の回転速度を制御することによって薬液供給量の微細調節が可能になる。
以下、前記作動ユニット200の作動過程を前記作動装置100に関連させて説明する。前記プランジャー280は内側駆動ギア146に連結され、前記プランジャー278は外側駆動ギア150に連結される。
したがって、図22aの状態で前記外側駆動ギア150が先に回転し始め、前記外側駆動ギア150が300°だけ回転すれば、前記プランジャー278が時計方向に回転して、図22cに示すように、前記流出管216及び前記流入管214の間に位置したプランジャー280に当接するようになる。この状態で、前述したように、外側駆動ギア150と前記内側駆動ギア146が同時に30°だけ回転すれば、前記流出管216及び前記流入管214の間に前記プランジャー278が位置するようになり、前記プランジャー280は前記流入管214側に押し付けられる。
そして、さらに内側駆動ギア146が300°だけ回転すれば、前記プランジャー280が時計方向に300°だけ回転して、図22gに示すように、前記流出管216及び前記流入管214の間に位置したプランジャー278に当接するようになる。この状態で、前述したように、外側駆動ギア150と前記内側駆動ギア146が同時に30°だけ回転すれば、前記流出管216及び前記流入管214の間に前記プランジャー280が位置するようになり、前記プランジャー278は前記流入管214側に押し付けられる。
したがって、前記作動装置100の内側駆動ギア146及び外側駆動ギア150の交互の回転動作によって、前記のような過程が繰り返されて前記作動ユニット200の薬液の供給が連続的になされる。
また、前記プランジャー278、280の間に発生する正圧または負圧による前記プランジャー278、280の変位は前述した姿勢維持装置133、137によって制御することができるので、いつも定量の薬液供給が可能になる。
前記のように、本発明の好適な実施例を参照して説明したが、当該技術分野の熟練した当業者であるなら下記の特許請求範囲に記載した本発明の思想及び領域から逸脱しない範疇内内で本発明を多様に修正及び変更することができるというのが理解可能であろう。
100:駆動装置 102:ハウジング
104:装着部 106:操作部
108:駆動モーター 110:第1ブラケット
111:第1支持部 112:出力軸
114:メイン駆動ギア 116:メイン減速ギア
118:メイン駆動軸 120:第1ベアリング
122:第2ブラケット 124:内側伝動ギア
126:内側従動ギア 127:内側従動ギア突起
128:外側伝動ギア 129:第3ベアリング
130:外側従動ギア 131:外側従動ギア突起
132:第2ベアリング 133:内側姿勢維持装置
134:第4ベアリング 135:内側突起座
136:第5ベアリング 137:外側姿勢維持装置
138:第6ベアリング 139:外側突起座
140:第2支持部 142:第3ブラケット
143:拡径部 144:内側駆動軸
145:ジャーナル部 146:内側駆動ギア
148:外側駆動軸 150:外側駆動ギア
152:ボス部 200:作動ユニット
202:上部ケーシング 203:上部外縁密閉座
204:上部ケーシング胴体 205:上部結合突起
206:貫通孔 208:上部密閉座
210:上部回転部材凹部 212:上部シリンダー
214:流入管 216:流出管
218:上部密閉部材 220:上部回転部材
222:上部回転部材胴体 224:上部上側密閉溝
226:外側駆動ギア結合孔 228:内側駆動ギア貫通孔
230:上部プッシュ部材 232、234:上部結合突起
236、238:上部下側密閉突条 240:上部下側密閉溝
242:中間密閉部材 244:下部回転部材
246:下部回転部材胴体 248、250:下部上側密閉突条
252:下部上側密閉溝 254:内側駆動ギア結合孔
256:下部プッシュ部材 258、260:下部結合突起
262:下部下側密閉溝 263:下部密閉部材
264:下部ケーシング 266:下部密閉座
268:下部回転部材凹部 270:下部シリンダー
272:下部回転部材胴体 274:下部外縁密閉座
276:下部結合突起 278、280:プランジャー
282、284:Oリング 286:プランジャー胴体
288:挿着溝 290、292:結合孔
294:外縁密閉部材

Claims (12)

  1. 内部に上部回転部材が回転可能に挿入される上部ケーシングと、
    前記上部ケーシングと結合し、内部に前記上部回転部材とすべり回転接触する下部回転部材が回転可能に挿入される下部ケーシングとを含み、
    前記上部ケーシングの内壁面と前記上部回転部材の下側外周面と前記下部ケーシングの内壁面と前記下部回転部材の上側外周面は単一チューブ状のシリンダーをなし、
    前記上部回転部材と前記下部回転部材にはそれぞれ前記シリンダーの断面を遮断した状態で前記シリンダー内で回転運動するプランジャーが設置され、
    前記シリンダーには薬液が流入される流入管と薬液が流出される流出管が前記上部ケーシングと前記下部ケーシングの外周面から突設され、前記流入管と前記流出管の回転中心に対する中心角は一つのプランジャーの中心角(θ)の1倍以上かつ2倍以下となるように配置され、
    前記上部回転部材と前記下部回転部材は駆動装置に連結されてそれぞれ独立して回転されることを特徴とする、シリンダーポンプ。
  2. 駆動装置は、
    一方のプランジャーを流入管と流出管の間に位置固定させた状態で、他方のプランジャーが一方のプランジャーの一側面に接触したままで回転して一方のプランジャーの他側面に接触して一方のプランジャーをシフトさせて前記流入管と前記流出管の間に位置させる第1駆動機構と、
    他方のプランジャーを前記流入管と前記流出管の間に位置固定させた状態で一方のプランジャーが他方のプランジャーの一側面に接触したままで回転して他方のプランジャーの他側面に接触して他方のプランジャーをシフトさせて前記流入管と前記流出管の間に位置させる第2駆動機構とを含み、
    前記第1駆動機構と前記第2駆動機構は交互に作動することを特徴とする、請求項1に記載のシリンダーポンプ。
  3. 上部ケーシングと上部回転部材の間、下部ケーシングと下部回転部材の間、前記上部回転部材と前記下部回転部材の間、及び前記上部ケーシングの周辺部と前記下部ケーシングの周辺部の間にはそれぞれ密閉部材が挿入されることを特徴とする、請求項1又は2に記載のシリンダーポンプ。
  4. 上部ケーシングの中心部には駆動装置の外側駆動ギアと前記外側駆動ギアの中空に位置する内側駆動ギアが貫通する貫通孔が形成され、上部回転部材の中心部には前記外側駆動ギアと結合可能な外側駆動ギア結合孔と前記内側駆動ギアが貫通可能な内側駆動ギア貫通孔が同心上に重畳して形成され、下部回転部材の中心部には前記内側駆動ギアと結合可能な内側駆動ギア結合孔が形成されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のシリンダーポンプ。
  5. 第1駆動機構と第2駆動機構のそれぞれには、一対のプランジャーの任意回転を抑制することができる姿勢維持装置が設けられることを特徴とする、請求項2〜4のいずれかに記載のシリンダーポンプ。
  6. 上部ケーシングと下部ケーシングの対向面の最外縁にはそれぞれ上部外縁密閉座と下部外縁密閉座が形成され、前記上部外縁密閉座と前記下部外縁密閉座の間には外縁密閉部材が介在されることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載のシリンダーポンプ。
  7. 上部外縁密閉座と下部外縁密閉座のいずれか一方は他方に向かって突設されていることを特徴とする、請求項6に記載のシリンダーポンプ。
  8. 流出管を通じて排出される薬液の流量は、シリンダーの断面積と駆動装置によって駆動されるプランジャーの回転速度によって決まることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載のシリンダーポンプ。
  9. 駆動装置は、
    胴体を成し、一側にシリンダーポンプが着脱可能に装着される装着部を持つハウジング;
    前記ハウジングの内部に固定される第1ブラケットに設置される駆動モーター;
    前記第1ブラケットに回転可能に固定され、駆動モーターの出力軸に連結されて回転し、内側伝動ギアと外側伝動ギアが装着されるメイン駆動軸;
    前記ハウジングの内部に固定される第2ブラケットに回転可能に固定され、外周面に前記内側伝動ギアと噛み合う内側従動ギアを持ち、長手方向に長く形成されたジャーナル部の端部に上部回転部材と結合される内側駆動ギアが形成される内側駆動軸;及び
    前記内側駆動軸のジャーナル部に外挿されるボス部を持ち、前記第2ブラケットに回転可能に固定され、外周面に前記外側伝動ギアと噛み合う前記内側従動ギアと同一の外側従動ギアを持ち、前記ボス部の端部に下部回転部材と結合される外側駆動ギアが形成される外側駆動軸を含み、
    前記内側駆動ギアと前記外側駆動ギアは前記装着部を通じて露出され、
    前記内側伝動ギアと前記外側伝動ギアは同一ギアであり、それぞれ外周面の一部にだけギア歯が形成され、前記メイン駆動軸に対して互いに180度の位相差を持つように配置されることを特徴とする、請求項1に記載のシリンダーポンプ。
  10. 内側伝動ギア及び外側伝動ギアは1回転の際に内側従動ギア及び外側従動ギアを(360−θ)°だけ回転させ、このうち1/2回転ばかりで前記内側従動ギア及び前記外側従動ギアを(360−2×θ)°だけ回転させるようにそれぞれの外周面の一部にだけギア歯が形成されることを特徴とする、請求項9に記載のシリンダーポンプ。
  11. 第2ブラケットには内側従動ギアと外側従動ギアがそれぞれ内側伝動ギア及び外側伝動ギアと噛み合わなかった状態で、その位置を維持することができる内側姿勢維持装置と外側姿勢維持装置が設けられることを特徴とする、請求項9又は10に記載のシリンダーポンプ。
  12. 内側姿勢維持装置及び外側姿勢維持装置には、内側従動ギア及び外側従動ギアのそれぞれの表面に形成された内側従動ギア突起及び外側従動ギアが定着することができるM字形の断面を持つ内側突起座及び外側突起座がそれぞれ形成されることを特徴とする、請求項11に記載のシリンダーポンプ。
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