專利名稱：泵單元、呼吸輔助裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用微型泵輸送流體的泵單元及使用該泵單元的呼吸輔助裝置。
背景技術(shù)：
在醫(yī)療現(xiàn)場會使用人工呼吸器等呼吸輔助裝置。該呼吸輔助裝置的種類能夠采用對不會自發(fā)呼吸的患者(全身麻醉、心肺復(fù)蘇中、重病的患者)使用的調(diào)節(jié)換氣(Controlled Ventilation)式；配合患者的自發(fā)呼吸而在呼吸道產(chǎn)生正壓(positivepressure)的輔助換氣方式(Assisted Ventilation);組合輔助換氣和調(diào)節(jié)換氣的部分輔助換氣(Assist/Control)方式；使供給到呼吸道的氣體以5 40Hz的頻率振動,來實現(xiàn)I 2ml/kg這樣的非常少的I次換氣量的高頻振動換氣(high frequency occilation)方式等。
此外，該呼吸輔助裝置也能夠應(yīng)用于睡眠時有呼吸障礙的患者。由于在睡眠中，呼吸道的肌肉松弛而舌根部和軟腭下垂，而將呼吸道堵塞，從而產(chǎn)生呼吸障礙。對于具有這種呼吸障礙的患者來說，通過對呼吸道施加正壓，會緩和該癥狀。在任何一種呼吸輔助裝置中，都需要用于在呼吸道產(chǎn)生正壓的泵單元。該泵單元的動力源使用使風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)來輸送氣體的鼓風(fēng)機(blower)、使活塞往復(fù)運動來輸送氣體的氣缸泵(cylinder pump)等。但是，在現(xiàn)有的呼吸輔助裝置中，該泵單元比較大，因而將其容置在箱狀的殼體內(nèi)來放置于使用者的旁邊來使用。因而，存在呼吸輔助裝置難以小型化的問題。另外，在呼吸輔助裝置中使用的泵單元，例如圖18所示那樣進行控制，在進行吸氣動作時，第一次以大的流量非?？斓厣龎?正壓化)，然后，一邊再提高壓力來輔助吸氣一邊使流量維持恒定。在進行呼氣動作時，以大的流量非?？斓販p壓(負壓化)，在壓力降低了時，逐漸降低流量，不對肺造成負擔。該控制是一個例子，實際要求具有各種控制模式，但為了進行這種細微的控制，必須要利用大的鼓風(fēng)機、氣缸泵，來自如改變壓力和流量。因而，存在更加難以使泵單元小型化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供能夠自如地控制壓力和流量并大幅小型化的泵單元及使用該泵單元的呼吸輔助裝置。通過本案的發(fā)明人的認真研究，通過以下手段達到了上述目的。S卩，達到上述目的的本發(fā)明為一種泵單元，其特征在于，具有多個微型泵，配置為形成行與列的關(guān)系的格子狀，所述多個微型泵用于在沿著所述列的方向上輸送流體，總排出口，至少與最下游行的所述微型泵的排出口直接連接，用于使由所述微型泵輸送的所述流體最終被排出，排出直連機構(gòu)，使中間行的所述多個微型泵各自的排出口與所述總排出口直接連接，吸入直連機構(gòu)，使中間行的所述多個微型泵各自的吸入口與最初被供給的所述流體直接連接，串聯(lián)連接機構(gòu)，使上游行的所述微型泵的排出口與下游行的所述微型泵的吸入口直接連接，控制裝置，對所述排出直連機構(gòu)、所述吸入直連機構(gòu)及所述串聯(lián)連接機構(gòu)進行控制；所述控制裝置使上游行的所述微型泵的排出口與下游行的所述微型泵的吸入口直接連接，來實現(xiàn)在所述列的方向上的連接，從而使所述多個微型泵形成處于壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)，另一方面，使多個行的所述微型泵的排出口與所述總排出口直接連接，并且使在多個行配置的所述微型泵的吸入口與最初被供給的所述流體直接連接，從而使所述多個微型泵形成處于流量優(yōu)先輸送狀態(tài)。在上述發(fā)明中，優(yōu)選達到上述目的的泵單元的特征在于，在所述壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)下，下游行的所述微型泵的驅(qū)動數(shù)量等于或小于上游行的所述微型泵的驅(qū)動數(shù)量。在上述發(fā)明中，優(yōu)選達到上述目的的泵單元的特征在于，下游行的所述微型泵的配置數(shù)量等于或小于上游行的所述微型泵的配置數(shù)量。在上述發(fā)明中，優(yōu)選達到上述目的的泵單元的特征在于，所述控制裝置，同時組合實現(xiàn)所述壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)和所述流量優(yōu)先輸送狀態(tài)，并且，對以所述壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)相互連接的所述行所占的數(shù)量和以所述流量優(yōu)先輸送狀態(tài)與所述總排出口直接連接的所述行所占的數(shù)量之間的的關(guān)系進行切換，從而階梯性地逐步切換所述流體的輸送壓力及輸
送流量。在上述發(fā)明中，優(yōu)選達到上述目的的泵單元的特征在于，所述排出直連機構(gòu)、所述吸入直連機構(gòu)及所述串聯(lián)連接機構(gòu)，一并切換配置在所述行上的多個所述微型泵的全體的連接關(guān)系。達到上述目的的本發(fā)明為一種泵單元，其特征在于，具有多級的并聯(lián)泵單元，該并聯(lián)泵單元由多個微型泵并聯(lián)配置而成，在上游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元和下游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元之間配置有排出側(cè)合流空間，使從上游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元的所述多個微型泵排出的流體合流；吸入側(cè)分支空間，將流體分支供給至下游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元的所述多個微型泵；串聯(lián)連接閥，使上游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元的所述排出側(cè)合流空間與下游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元的所述吸入側(cè)分支空間直接連接或者隔斷；排出直連閥，使上游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元的所述排出側(cè)合流空間與流體最終被排出的總排出口直接連接或者隔斷，吸入直連閥，使下游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元的所述吸入側(cè)分支空間與最初被供給的所述流體直接連接或者隔斷。在上述發(fā)明中，優(yōu)選達到上述目的的泵單元的特征在于，還具有對所述排出直連閥、所述吸入直連閥及所述串聯(lián)連接閥進行控制的控制裝置，所述控制裝置對壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)和流量優(yōu)先輸送狀態(tài)進行切換，在所述壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)下，所述串聯(lián)連接閥處于直接連接狀態(tài)，所述排出直連閥及所述吸入直連閥為隔斷狀態(tài)，上游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元和下游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元串聯(lián)連接，在所述流量優(yōu)先輸送狀態(tài)下，所述串聯(lián)連接閥處于隔斷狀態(tài)，所述排出直連閥及所述吸入直連閥為直接連接狀態(tài)，上游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元和下游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元并聯(lián)連接。達到上述目的的本發(fā)明為一種呼吸輔助裝置，其特征在于，具有流路，使呼氣或吸氣的氣體通過；嘴部，配置在所述流路內(nèi)，用于向呼氣或吸氣方向噴出加速用氣體；上述發(fā)明中的任意一種泵單元，固定在所述流路的周圍，向所述嘴部供給所述加速用的氣體。根據(jù)本發(fā)明，能夠獲得維持了能力且使泵單元大幅小型化的優(yōu)異的效果。


圖I是表示本發(fā)明的第一實施方式的泵單元的概念性的結(jié)構(gòu)的圖。圖2A是表示在該泵單元中使用的微型泵的結(jié)構(gòu)例的剖視圖，圖2B是表示該微型泵的壓力-流量線的曲線圖。圖3是表示在該泵單元中使用的控制裝置的硬件結(jié)構(gòu)的框圖。圖4是表示在該泵單元中使用的控制裝置的功能結(jié)構(gòu)的框圖。圖5A、5B是表示該泵單元的控制例的圖。圖6A、6B是表示該泵單元的控制例的圖。圖7是表示該泵單元的控制例的圖。 圖8A 8C是表示本發(fā)明的第二實施方式的泵單元的概念性的結(jié)構(gòu)的圖。圖9A、9B是表示該泵單元的控制例的圖。圖IOA IOF是表示該泵單元的控制例的圖。圖11是表示在該泵單元中能夠選擇的串聯(lián)數(shù)量及并聯(lián)數(shù)量的曲線圖。圖12是表示該泵單元的其他結(jié)構(gòu)例的圖。圖13是表示該泵單元的其他結(jié)構(gòu)例的圖。圖14A是表示本發(fā)明的第三實施方式的呼吸輔助裝置的結(jié)構(gòu)的主視剖視圖，圖14B是圖14A中的B-B剖視圖。圖15A、15B是表示該呼吸輔助裝置的控制例的剖視圖。圖16是表示該呼吸輔助裝置的其他結(jié)構(gòu)例的剖視圖。圖17是表示該呼吸輔助裝置的其他結(jié)構(gòu)例的剖視圖。圖18是表示通常的呼吸輔助裝置中的壓力及流量的控制例的曲線圖。
具體實施例方式下面，參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式的例子。在圖I中例示了本發(fā)明的第一實施方式的泵單元I的概念性的結(jié)構(gòu)。該泵單元I呈形成ml m5行和nl n5列的概念上的格子狀地配置有多個(在此為25個)微型泵500。微型泵500在沿著nl n5列的方向上輸送流體。首先，參照圖2A說明微型泵500的結(jié)構(gòu)例。該微型泵500在專利文獻W02008/069266中被提出，壓電元件501固定在隔膜502上，以與隔膜502相向的方式配置有振動壁520，從而形成一級鼓風(fēng)室520A。此外，在該振動壁520上形成有使流體在一級鼓風(fēng)室520A的內(nèi)外移動的開口 522。而且，在一級鼓風(fēng)室520A的外側(cè)配置有二級鼓風(fēng)室540，其與開口 522相連。在該二級鼓風(fēng)室540上，在與開口 522相向的位置配置有排出口542，另外配置有吸入口 544，該吸入口 544與二級鼓風(fēng)室540的周圍相連。當通過壓電元件501使隔膜502振動時，流體在二級鼓風(fēng)室540和一級鼓風(fēng)室520A之間移動，由于該流體阻力振動壁520也進行共振。通過該隔膜502和振動壁520的共振，從吸入口 544吸入流體，從排出口 542排出流體。該微型泵500作為輸送氣體的鼓風(fēng)機來使用，從而能夠在不使用止回閥的情況下輸送氣體。此外，該微型泵500雖然為外徑20mmX20mmX2mm左右的箱狀并且非常小，但是在使輸入正弦波的Vpp (Volt peak to peak:峰峰值電壓)為15，頻率為26kHz的情況下，能夠輸送最大流量約為IL/分鐘(靜壓OPa時)的空氣，另外能夠獲得2kPa(流量OL/分鐘)的最大靜壓。另一方面，該微型泵500通過壓電元件501引起的隔膜502的振動來輸送流體，因此能夠輸送的流體的體積當然有界限，該靜壓-流量特性表示為圖2B所示的直線。因而，例如若要獲得約IkPa的靜壓，則流量為O. 5L/分鐘。此外，如果將輸入正弦波的Vpp變化為10或20，則壓電元件501的振幅也發(fā)生變化，因而能夠使流量及壓力變化。即，在使輸入正弦波的Vpp平滑地變化的情況下，能夠使流量及壓力平滑地變化?；蛘撸绻馆斎胝也ǖ念l率變化，則能夠使流量及壓力變化。即，在使輸入正弦波的頻率平滑變化的情況下，能夠使流量及壓力平滑變化。但是，因壓電元件的能力和構(gòu)件的強度、耐久性的原因，流量及壓力具有上限。通常在額定的Vpp及頻率下使用。此外，在此介紹了在隔膜上粘貼一個壓電元件的單壓電(Monomorph、Unimorph)結(jié)構(gòu)，但是當然能采用粘貼2個壓電元件而增大振動量的雙壓電(Bimorph)結(jié)構(gòu)。此外，微型泵500的結(jié)構(gòu)還具有適于輸送液體的結(jié)構(gòu)等其他各種結(jié)構(gòu)。因而，在本發(fā)明中，只要根據(jù)目的采用最適用的結(jié)構(gòu)即可。即，本實施方式的微型泵500能夠在不使用止回閥的情況下輸送氣體，但可以取代該微型泵500，應(yīng)用在排出口或吸入口具有止回閥的微型泵。返回圖1，該泵單元I具有總排出口 50和總吸入口 60。總排出口 50為全部的微 型泵500所輸送的流體最終排出的部位。在該總排出口 50上至少直接連接有屬于最下游的ml行的微型泵500的排出口 542。另外，在總排出口 50的附近設(shè)置有對從此處排出的流體的流量進行測量的流量傳感器52和對該流體的壓力進行檢測的壓力傳感器54?？偽肟?60為最開始供給要被全部的微型泵500進行輸送的流體的部位。在該總吸入口 60上至少直接連接有屬于最上游的m5行的微型泵500的吸入口 544。泵單元I具有排出直連機構(gòu)70、吸入直連機構(gòu)80和串聯(lián)連接機構(gòu)90。排出直連機構(gòu)70至少使屬于位于中間的m2 m4行的微型泵500的各自的排出口 542與總排出口50直接連接。尤其在本實施方式中，屬于最上游的m5行的微型泵500的各自的排出口 542也能夠與總排出口 50直接連接。吸入直連機構(gòu)80至少使屬于位于中間的m2 m4行的微型泵500的各自的吸入口 544與總吸入口 60直接連接。尤其在本實施方式中，屬于最下游的ml行的微型泵500的各自的吸入口 544也能夠與總排出口 60直接連接。在列方向(附圖中的上下方向)上相鄰的一對微型泵500之間，串聯(lián)連接機構(gòu)90使上游行的微型泵500的排出口 542與下游行的微型泵500的吸入口 544直接連接。在本實施方式的泵單元I中，上述的排出直連機構(gòu)70、吸入直連機構(gòu)80及串聯(lián)連接機構(gòu)90，以行為單位一并切換各行所配置的多個微型泵500的全體的連接關(guān)系。S卩，排出直連機構(gòu)70、吸入直連機構(gòu)80及串聯(lián)連接機構(gòu)90分別在ml行和m2行之間、m2行和m3行之間、m3行和m4行之間、m4行和m5行之間各配置有一個。配置在各行之間的排出直連機構(gòu)70將屬于所對應(yīng)的行的全部微型泵500的排出口 542 —并與總排出口 50直接連接。配置在各行之間的吸入直連機構(gòu)80將屬于所對應(yīng)的行的全部微型泵500的吸入口 544 —并與總吸入口 60直接連接。配置在各行之間的串聯(lián)連接機構(gòu)90將屬于上游行的全部微型泵500的排出口 542 —并與屬于下游行的微型泵500的吸入口 544直接連接。若這樣，則使閥結(jié)構(gòu)及閥控制變得簡單。此外，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但可以不是以行為單位，而針對每個微型泵500都配置排出直連機構(gòu)70、吸入直連機構(gòu)80及串聯(lián)連接機構(gòu)90，從而能夠更高精度地進行控制。圖3示出了具有該泵單元I的控制裝置10。該控制裝置10的硬件結(jié)構(gòu)具有CPU12、第一存儲介質(zhì)14、第二存儲介質(zhì)16、第三存儲介質(zhì)18、輸入裝置20、顯示裝置22、輸入/輸出接口 24、總線26。CPU12是所謂的中央運算處理裝置，執(zhí)行各種程序來實現(xiàn)本控制裝置10的各種功能。第一存儲介質(zhì)14是所謂的RAM (random access memory :隨機存取存儲器)，是作為CPU12的作業(yè)區(qū)域被使用的存儲器。第二存儲介質(zhì)16是所謂的ROM (read onlymemory :只讀存儲器)，是用于存儲由CPU12運行的基本OS (Operating System :操作系統(tǒng))的存儲器。第三存儲介質(zhì)18由內(nèi)置有磁盤的硬盤裝置、用于容置⑶、DVD、BD的光盤裝置、具有非易失性的半導(dǎo)體閃存裝置等構(gòu)成，用于保存由CPU12執(zhí)行的各種程序、流量傳感器52及壓力傳感器54的傳感數(shù)據(jù)等。輸入裝置20是輸入鍵、鍵盤、鼠標，是用于輸入各種信息的裝置。顯示裝置22是顯示器，顯示各種動作狀態(tài)。輸入/輸出接口 24輸入/輸出用于使排出直連機構(gòu)70、吸入直連機構(gòu)80及串聯(lián)連接機構(gòu)90進行動作的電源及控制信號、流量傳感器52及壓力傳感器54的傳感信號、用于使各微型泵500進行動作的電源(正弦波的波形)及控制信號。而且，該輸入/輸出接口 24能夠從外部的個人計算機獲取程序等數(shù)據(jù)，或者向該個人計算機輸出測量結(jié)果?？偩€26是用于使CPU12、第一存儲介質(zhì)14、第二存儲介質(zhì)16、第三存儲介質(zhì)18、輸入裝置20、顯示裝置22、輸入/輸出接口 24等連接成一體來進行通信的配線。 圖4示出了通過CPU12執(zhí)行保存在該控制裝置10中的控制程序而實現(xiàn)的功能結(jié)構(gòu)。該控制裝置10的功能結(jié)構(gòu)具有泵控制部30、傳感部32、閥控制部34。泵控制部30對要輸入微型泵500的輸入正弦波的Vpp及頻率進行控制。傳感部32始終取得流量傳感器52及壓力傳感器54的傳感信號并傳遞至泵控制部30及閥控制部34。閥控制部34參照傳感部32的傳感信號進行控制，適當切換排出直連機構(gòu)70、吸入直連機構(gòu)80及串聯(lián)連接機構(gòu)90，來接近作為目標的流量值及壓力值。圖5A、5B示出了通過該控制裝置10控制泵單元I的控制例。在圖5A中，在泵單元I中，使全部的排出直連機構(gòu)70及吸入直連機構(gòu)80工作(ON)，使全部串聯(lián)連接機構(gòu)90不工作(OFF)，從而使ml m5行的微型泵500的排出口 542與總排出口 50直接連接，并且使ml m5行的微型泵500的吸入口 544與總吸入口 60直接連接。若這樣，則25個微型泵500并聯(lián)連接，因而全部的行形成以流量優(yōu)先的輸送狀態(tài)(在此，稱為流量優(yōu)先輸送狀態(tài))。結(jié)果，與單個微型泵500相比較，能夠得到25倍流量。在圖5B中，在泵單元I中，使全部的排出直連機構(gòu)70及吸入直連機構(gòu)80不工作(OFF)，使全部的串聯(lián)連接機構(gòu)90工作(ON)，從而使上游行的微型泵500的排出口 542與下游行的微型泵500的吸入口 544直接連接。若這樣，則形成沿著nl n5列方向5級的微型泵500串聯(lián)連接的狀態(tài)，全部的行為以壓力優(yōu)先的輸送狀態(tài)(在此，稱為壓力優(yōu)先輸送狀態(tài))。結(jié)果，越向下游側(cè)，流體的壓力越高，在出口側(cè)能夠獲得約5倍壓力。另外，關(guān)于流量，在ml m5行中5個微型泵500并聯(lián)運轉(zhuǎn)的結(jié)果，與單純使5個微型泵500串聯(lián)連接的情況相比較，能夠獲得約5倍流量。在圖5A的流量優(yōu)先輸送狀態(tài)下，例示了使全部的微型泵500運轉(zhuǎn)的情況，但如圖6A所示,優(yōu)選減少各行的微型泵500的驅(qū)動數(shù)量,來控制流量。此外,在圖6A、6B中，對停止中的微型泵500標注了斜線。這樣，如果將一個微型泵500的流量假設(shè)為1，則能夠使流量在I 25的范圍內(nèi)變化。另外，在圖5B的壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)下，例示了使全部的微型泵500運轉(zhuǎn)的情況，但如圖6B所示，優(yōu)選進行控制使下游行的微型泵500的驅(qū)動數(shù)量等于或小于上游行的微型泵500的驅(qū)動數(shù)量。這樣因為，根據(jù)波爾定律，例如在輸送氣體時，隨著從m5行向ml行氣壓升高，體積減小。因而，即使不驅(qū)動各行的全部的微型泵500，也能夠充分確保流量。例如，如該圖所示，在m5行使5個微型泵500運轉(zhuǎn)，在m4行使4個微型泵500運轉(zhuǎn)，在m3行使3個微型泵500運轉(zhuǎn)，在m2行使2個微型泵500運轉(zhuǎn)，在ml行使I個微型泵500運轉(zhuǎn)。若在各行，靜壓各升高lkPa，則在總排出口 50，靜壓為5kPa，體積(流量)也變?yōu)槲宸种蛔笥?。結(jié)果，ml行中的流量在I個微型泵500的最大容許流量的范圍內(nèi)，所以通過使I個微型泵500運轉(zhuǎn)，也能夠獲得與圖5B相等的流量。即，在圖5B和圖6B中，能夠獲得相同的輸出，從能量效率的角度來看，優(yōu)選圖6B的方式。此外，在圖6B中，例示了隨著從上游行向下游行，微型泵500的運轉(zhuǎn)數(shù)減少的情況，但本發(fā)明不限于此，只要至少在某個上游行和下游行的關(guān)系中，運轉(zhuǎn)數(shù)減少即可，無需在全部的行都減少。而且，如圖7所示，優(yōu)選使流量優(yōu)先輸送狀態(tài)和壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)混合。在此，在ml行和m2行之間為壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)，在m2行和m3行之間為流量優(yōu)先輸送狀態(tài)，在m3行和m4行之間為壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)，在m4行和m5行之間為流量優(yōu)先輸送狀態(tài)。另外，適當 控制各行的微型泵500的運轉(zhuǎn)數(shù)量。這樣，通過對以壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)相互連接的一對行所占的數(shù)量和以流量優(yōu)先輸送狀態(tài)與總排出口 50直接連接的行所占的數(shù)量的關(guān)系進行切換，來階梯性性逐步地切換流體的輸送壓力及輸送流量。結(jié)果，能夠根據(jù)包括微型泵500的運轉(zhuǎn)數(shù)量在內(nèi)的多樣的組合，決定最適宜的流量和壓力。圖8A例示了第二實施方式的泵單元I的結(jié)構(gòu)。此外，第一實施方式和第二實施方式的相同或類似的部分多，因而省略類似部分的說明，在此以與第一實施方式不同點為中心進行說明。該泵單兀I與第一實施方式同樣，微型泵500配置為形成ml m5行和nl n5列的概念上的格子狀，但是將下游行的微型泵500的配置數(shù)量設(shè)置得等于或者小于上游行側(cè)的微型泵500的配置數(shù)量。具體地說，在m5行并聯(lián)配置有5個微型泵500，在m4行并聯(lián)配置有4個微型泵500，在m3行并聯(lián)配置有3個微型泵500，在m2行并聯(lián)配置有2個微型泵500，在ml行配置有I個微型泵500。此外，例示了從上游行向下游行微型泵500的配置數(shù)量一定減少的情況，但本發(fā)明不限于此。在該第二實施方式中，在該各行中并聯(lián)配置的微型泵500總稱為并聯(lián)泵單元600。因而，該泵單元I具有ml m5行這5級的并聯(lián)泵單元600。而且，如圖8B、8C中放大示出的那樣，該泵單元I在上游側(cè)的并聯(lián)泵單元600和下游側(cè)的并聯(lián)泵單元600之間，具有排出側(cè)合流空間72、排出直連閥74、吸入側(cè)分支空間82、吸入直連閥84和串聯(lián)連接閥92。此外，通過使一個切換閥65旋轉(zhuǎn)，來使排出直連閥74、吸入直連閥84及串聯(lián)連接閥92 —并進行動作。此外，切換閥65不限于旋轉(zhuǎn)類型的結(jié)構(gòu)，也可以使用電磁閥等類型的結(jié)構(gòu)。排出側(cè)合流空間72為從上游側(cè)的并聯(lián)泵單元600的多個微型泵500排出的流體合流在一起的腔空間。如圖8C所示，排出直連閥74是使該排出側(cè)合流空間72與流體最終要排出的總排出口 50直接連接或者切斷該直接連接的閥。吸入側(cè)分支空間82為使流體一邊分支到下游側(cè)的并聯(lián)泵單元600的多個微型泵500 一邊進行供給的空間。即，形成為與該多個微型泵500的吸入口 544都連接的腔空間。如圖8C所示，吸入直連閥84是使該吸入側(cè)分支空間82與最開始供給流體的總吸入口 60直接連接或者切斷該直接連接的閥。如圖SB所示，串聯(lián)連接閥92是使上游側(cè)的排出側(cè)合流空間72與下游側(cè)的吸入側(cè)分支空間82直接連接或者切斷該直接連接的閥。因而，若與第一實施方式的排出直連機構(gòu)70、吸入直連機構(gòu)80、串聯(lián)連接機構(gòu)90進行對應(yīng)，則排出側(cè)合流空間72和排出直連閥74為排出直連機構(gòu)70，吸入側(cè)分支空間82和吸入直連閥84為吸入直連機構(gòu)80，排出側(cè)合流空間72、吸入側(cè)分支空間82和串聯(lián)連接閥92為串聯(lián)連接機構(gòu)90。在本第二實施方式的泵單元I中，通過排出側(cè)合流空間72、吸入側(cè)分支空間82和切換閥65，以并聯(lián)泵單元600為單位，一并切換屬于各并聯(lián)泵單元600的微型泵500的全體的連接關(guān)系。圖9A、9B示出了通過與圖I相同的控制裝置10控制第二實施方式的泵單元I的控制例。
在圖9A中，使全部的串聯(lián)連接閥92形成為隔斷狀態(tài)(不工作(OFF))，全部的排出直連閥74及吸入直連閥84形成為直接連接狀態(tài)(工作(ON))，使上游側(cè)及下游側(cè)的全部的并聯(lián)泵單元600并聯(lián)連接。即，全部的微型泵500的排出口 542與總排出口 50直接連接，并且全部的微型泵500的吸入口 544與總吸入口 60直接連接。這樣，15個微型泵500并聯(lián)連接，因而為流量優(yōu)先輸送狀態(tài)。結(jié)果，與單個微型泵500相比較，能夠獲得15倍流量。在圖9B中，使全部的串聯(lián)連接閥92形成為直接連接狀態(tài)，將全部的排出直連閥74及吸入直連閥84形成為隔斷狀態(tài)，將上游側(cè)的并聯(lián)泵單元600和下游側(cè)的并聯(lián)泵單元600全部串聯(lián)連接。結(jié)果，形成為5級的并聯(lián)泵單元600串聯(lián)連接的壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)。尤其，通過配置在流路的途中的排出側(cè)合流空間72和吸入側(cè)分支空間82，使供給至各微型泵500的流體及所排出的流體的壓力均等，因而能夠?qū)Ω魑⑿捅?00施加均等的負荷，從而能夠提高輸送效率。圖IOA IOF示出了使用該泵單元1，階梯性地逐步從高流量狀態(tài)切換為高壓力狀態(tài)的控制例。首先，如圖IOA所示，使全部的排出側(cè)合流空間72、吸入側(cè)分支空間82及切換閥65形成流量優(yōu)先輸送狀態(tài)，使15個微型泵500形成并聯(lián)狀態(tài)，獲得I倍壓力且15倍流量。接著，如圖IOB所示，將m2行和m3行的并聯(lián)泵單元600之間的排出側(cè)合流空間72、吸入側(cè)分支空間82及切換閥65切換為壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)，并且將m4行和m5行的并聯(lián)泵單元600之間的排出側(cè)合流空間72、吸入側(cè)分支空間82及切換閥65切換為壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)。結(jié)果，由這些并聯(lián)泵單元500實現(xiàn)2級串聯(lián)連接，能夠獲得2倍壓力。另外，獲得通過m2行及m4行的并聯(lián)泵單元600共計6個微型泵500產(chǎn)生的6倍流量。此時，使ml行的并聯(lián)泵單元600停止。再如圖IOC所示，在與圖IOB同樣的連接狀態(tài)下，在從m2行到m5行的各并聯(lián)泵單元600中，使I個微型泵500停止，維持同樣的2倍的壓力，并且獲得通過共計4個并聯(lián)微型泵產(chǎn)生的4倍流量。此外，在此示出了使微型泵500停止來減小流量的情況，例如，將ml行和m2行之間及m3行和m4行之間的排出側(cè)合流空間72、吸入側(cè)分支空間82及切換閥65切換為壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)，也會獲得同樣的狀況。接著如圖IOD所示，通過將m3行和m4行之間、及m4行和m5行之間的排出側(cè)合流空間72、吸入側(cè)分支空間82及切換閥65切換為壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)，實現(xiàn)3級串聯(lián)連接而獲得3倍壓力，同時獲得通過m3行的并聯(lián)泵單元600的3個微型泵500形成的3倍流量。此時，使ml行和m2行的并聯(lián)泵單元600停止。然后,如圖IOE所示,通過將m2行和m3行之間、m3行和m4行之間以及m4行和m5行之間的排出側(cè)合流空間72、吸入側(cè)分支空間82及切換閥65切換為壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)，實現(xiàn)4級串聯(lián)連接而獲得4倍壓力，同時獲得由m2行的并聯(lián)泵單元600的2個微型泵500形成的2倍流量。此時，使ml行的并聯(lián)泵單元600停止。最后，如圖IOF所示，通過將全部的排出側(cè)合流空間72、吸入側(cè)分支空間82及切換閥65切換為壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)，實現(xiàn)5級串聯(lián)連接來獲得5倍壓力，同時獲得由ml行的并聯(lián)泵單元600的I個微型泵500形成的I倍流量。此時，各并聯(lián)泵單元600的全部微型泵500進行動作。
這樣進行控制，例如能夠選擇圖11所示的變化的串聯(lián)儲量和并聯(lián)數(shù)量。因而，在階梯性地逐步切換并聯(lián)數(shù)量和串聯(lián)數(shù)量的占有關(guān)系時，能夠平滑切換流量和壓量的關(guān)系。如虛線X所示，能夠?qū)崿F(xiàn)在高壓輸送和高流量輸送之間平滑地轉(zhuǎn)換的控制。而且，通過平滑地變化輸入正弦波的Vpp或頻率，能夠更平滑地使流量和壓量的關(guān)系變化。例如虛線Y所示，實現(xiàn)在高壓輸送和高流量輸送之間更平滑地轉(zhuǎn)換的控制。以上，根據(jù)上述的實施方式的泵單元1，微型泵500配置成格子狀，能夠通過排出直連機構(gòu)70、吸入直連機構(gòu)80及串聯(lián)連接機構(gòu)90，合理組合控制各微型泵500的串聯(lián)連接和并聯(lián)連接。結(jié)果，即使通過單個微型泵500而流量及靜壓不足，也能夠組合多個微型泵500來應(yīng)用，因而能夠與以往的鼓風(fēng)機、注射泵同樣地使用。另外，因為各微型泵500小，所以即使配置多個微型泵500，與以往的鼓風(fēng)機等相比較，體積也小且質(zhì)量輕。尤其，因為能夠通過使各微型泵500工作(ON)/不工作(OFF)、使排出直連機構(gòu)70、吸入直連機構(gòu)80及串聯(lián)連接機構(gòu)90工作(ON)/不工作(0FF)，來以數(shù)字方式(digital)控制并聯(lián)數(shù)量和串聯(lián)數(shù)量的組合的多樣的變化，因而控制結(jié)構(gòu)也極簡單。另外，在使用以往的鼓風(fēng)機、注射泵(syringe pump)的情況下，當其中的I個發(fā)生故障時,全部的流體輸送停滯,而根據(jù)本實施方式的泵單元1，即使個別的微型泵500發(fā)生故障，也能夠通過其他的微型泵500進行彌補，因而還能夠提高安全性。尤其在本實施方式的泵單元I中，在微型泵500串聯(lián)連接的壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)下，屬于下游行的微型泵500的數(shù)量相等或小于屬于上游行的微型泵500的數(shù)量。結(jié)果，抑制微型泵500的無用的動作，從而能夠降低消耗電力，例如還特別適用于蓄電裝置驅(qū)動。另外，在本實施方式所示的泵單元I中，對各行所配置的全體的多個微型泵500 (并聯(lián)泵單元600全體)一并切換連接關(guān)系。結(jié)果，閥的結(jié)構(gòu)簡單，提高了維護性。尤其如第二實施方式，在一對并聯(lián)泵單元600之間配置有排出側(cè)合流空間72和吸入側(cè)分支空間82，因而裝置結(jié)構(gòu)簡單。例如，即使在從上游向下游，使并聯(lián)泵單元600的微型泵數(shù)500減少的情況下，途中的排出側(cè)合流空間72及吸入側(cè)分支空間82變?yōu)榫彌_空間，因而不需要復(fù)雜的配管結(jié)構(gòu)。另外，僅通過使屬于各并聯(lián)泵單元600的微型泵500工作(ON)/不工作(0FF)，不用對各個閥進行開關(guān)控制，就能夠簡單地增減單位的并聯(lián)泵單元600內(nèi)的微型泵500的并聯(lián)數(shù)，因而控制也變得簡單。另外，在并聯(lián)泵單元600內(nèi)輸送流體的壓力均等，因而還能夠提高輸送效率。
此外，在本實施方式中，例示了最開始流體供給至總吸入口 60并從吸入口 60分支與各微型泵500的吸入口 544連接的情況，但本發(fā)明不限于此。例如，在作為輸送氣體的鼓風(fēng)機使用的情況下，能夠如圖12所示，使各微型泵500的吸入口 544或吸入側(cè)分支空間82單獨向大氣側(cè)S開放，來進行吸氣。在這種情況下，因為能夠單獨吸入兩種以上的氣體，例如,從ml行和m2行之間、及m2行和m3行之間的吸入側(cè)分支空間82吸入第一流體(例如氧)，并且從m3行和m4行之間、及m4行和m5行的吸入側(cè)分支空間82以及m5行的各微型泵500的吸入口 544吸入第二流體(例如空氣)?；蛘?，如圖13所示，能夠使最上游的m5行的各微型泵500的吸入口 544與總吸入口 60分開而單獨地向大氣側(cè)S開放來吸氣。這種情況下，能夠單獨地吸入兩種以上的氣體，因而例如能夠從總吸入口 60及m5行中的nl n3列的微型泵500的吸入口 544吸入第一 流體(例如氧)，并且從m5行中的n4、n5列的微型泵500的吸入口 544吸入第二流體(例如空氣)。在這些例子中，第一及第二流體被混合，從總排出口 50排出。另外，在本實施方式中，圖示了在外觀上微型泵500配置成格子狀的情況，這是為了便于說明，流體通過的路徑只要形成為本實施方式那樣的狀態(tài)即可。即，流體的路徑結(jié)構(gòu)只要是格子狀即可，當然能夠自如地變更硬件布局結(jié)構(gòu)。圖14中示出了將在第二實施方式所說明的泵單元I應(yīng)用于醫(yī)療用的呼吸輔助裝置700的例子來作為本發(fā)明的第三實施方式。該呼吸輔助裝置700具有流路702，用于使呼吸用的氣體通過；呼氣嘴704及吸氣嘴706，配置在該流路702內(nèi)，能夠向呼氣方向及吸氣方向分別發(fā)出加速用的空氣；泵單元1，沿著周向配置在流路702的外表面上；蓄電裝置710，用于驅(qū)動該泵單元I。在配置于流路702內(nèi)的呼氣嘴及吸氣嘴704、706的附近分別配置有文丘里(Venturi)壁720。此外，該蓄電裝置710能夠配置在遠的位置，或者通過連接電源線而省略。而且，在泵單元I內(nèi)的總排出口(省略圖示)配置有呼吸切換閥725。該呼吸切換閥725對使從總排出口排出的空氣從呼氣嘴704放出的情況和從吸氣嘴706放出的情況進行切換。如圖15A所示，在從呼氣嘴704放出空氣的情況下，該空氣通過文丘里壁720擴散而使呼氣側(cè)變?yōu)樨搲籂顟B(tài)，吸引從吸氣側(cè)(肺側(cè))排出的二氧化碳，使其向呼氣方向流動。結(jié)果，能夠輔助呼氣動作。另一方面，如圖15B所示，在使空氣從吸氣嘴706放出的情況下，該空氣通過文丘里壁720擴散而使吸氣側(cè)變?yōu)樨搲籂顟B(tài)，吸入從吸氣側(cè)供給的氧，使其向呼氣方向(肺側(cè))流動。結(jié)果，能夠輔助吸氣動作。根據(jù)該呼吸輔助裝置700，在構(gòu)成流路702的配管本身上直接固定有小型的泵單元1，因而能夠構(gòu)成非常小的呼吸輔助裝置700。而且，流路702和泵單元I形成一體，即使流路702與使用者的身體動作連動地移動，也因為該流路702和泵單元I 一起移動，所以呼氣及吸氣嘴704、706和泵單元I的連接不會被切斷。因而，增加了呼吸輔助動作的穩(wěn)定性，同時使用者的身體易于進行動作。而且，因為縮短了從泵單元I到呼氣嘴及吸氣嘴704、706的距離，所以能夠提高呼吸輔助動作的響應(yīng)性。此外，該呼吸輔助裝置700能夠與從使用者的口插入氣管中的插管連接來使用，例如圖16所示，能夠?qū)⒘髀?02連接在鼻罩830上來使用。而且，在應(yīng)用于鼻罩的情況下，例如圖17所示的呼吸輔助裝置800那樣，優(yōu)選在鼻罩830的外周面直接固定泵單元1，來增強整體的穩(wěn)定性。另外，在此，例示了通過呼吸切換閥725切換I臺泵單元I來向呼氣嘴或吸氣嘴供給的情況，也可以準備2臺泵單元1，分別與呼氣嘴、吸氣嘴相連接。此外，本發(fā)明的泵單元及呼吸輔助裝置不限于上述的實施方式，當然能夠在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)進行各種變更。本發(fā)明的泵單元能夠在除了呼吸輔助裝置以外的各種用途中應(yīng)用。另外，本發(fā)明的呼吸輔助裝置能夠以輔助各種生物的呼吸為目的來應(yīng)用。·
權(quán)利要求
1.一種泵單元，其特征在于， 具有: 多個微型泵，配置為形成行與列的關(guān)系的格子狀，所述多個微型泵用于在沿著所述列的方向上輸送流體， 總排出口，至少與最下游行的所述微型泵的排出口直接連接，用于使由所述微型泵輸送的所述流體最終被排出， 排出直連機構(gòu)，使中間行的所述多個微型泵各自的排出口與所述總排出口直接連接，吸入直連機構(gòu)，使中間行的所述多個微型泵各自的吸入口與最初被供給的所述流體直接連接， 串聯(lián)連接機構(gòu)，使上游行的所述微型泵的排出口與下游行的所述微型泵的吸入口直接連接， 控制裝置，對所述排出直連機構(gòu)、所述吸入直連機構(gòu)及所述串聯(lián)連接機構(gòu)進行控制；所述控制裝置使上游行的所述微型泵的排出口與下游行的所述微型泵的吸入口直接連接，來實現(xiàn)在所述列的方向上的連接，從而使所述多個微型泵處于壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)， 另一方面，所述控制裝置使多個行的所述微型泵的排出口與所述總排出口直接連接，并且使在多個行配置的所述微型泵的吸入口與最初被供給的所述流體直接連接，從而使所述多個微型泵處于流量優(yōu)先輸送狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求I所述的泵單元，其特征在于，在所述壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)下，下游行的所述微型泵的驅(qū)動數(shù)量等于或小于上游行的所述微型泵的驅(qū)動數(shù)量。
3.如權(quán)利要求I或2所述的泵單元，其特征在于，下游行的所述微型泵的配置數(shù)量等于或小于上游行的所述微型泵的配置數(shù)量。
4.如權(quán)利要求I 3中任一項所述的泵單元，其特征在于， 所述控制裝置， 同時組合實現(xiàn)所述壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)和所述流量優(yōu)先輸送狀態(tài)，并且， 對以所述壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)相互連接的所述行所占的數(shù)量和以所述流量優(yōu)先輸送狀態(tài)與所述總排出口直接連接的所述行所占的數(shù)量之間的關(guān)系進行切換，從而階梯性地逐步切換所述流體的輸送壓力及輸送流量。
5.如權(quán)利要求I 4中任一項所述的泵單元，其特征在于，所述排出直連機構(gòu)、所述吸入直連機構(gòu)及所述串聯(lián)連接機構(gòu)，一并切換配置在所述行上的多個所述微型泵的全體的連接關(guān)系。
6.一種泵單元，其特征在于， 具有多級的并聯(lián)泵單元，該并聯(lián)泵單元由多個微型泵并聯(lián)配置而成， 在上游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元和下游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元之間配置有 排出側(cè)合流空間，使從上游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元的所述多個微型泵排出的流體合流；吸入側(cè)分支空間，將流體分支供給至下游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元的所述多個微型泵；串聯(lián)連接閥，使上游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元的所述排出側(cè)合流空間與下游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元的所述吸入側(cè)分支空間直接連接或者隔斷； 排出直連閥，使上游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元的所述排出側(cè)合流空間與流體最終被排出的總排出口直接連接或者隔斷；吸入直連閥，使下游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元的所述吸入側(cè)分支空間與最初被供給的所述流體直接連接或者隔斷。
7.如權(quán)利要求6所述的泵單元，其特征在于， 還具有對所述排出直連閥、所述吸入直連閥及所述串聯(lián)連接閥進行控制的控制裝置， 所述控制裝置對壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)和流量優(yōu)先輸送狀態(tài)進行切換， 在所述壓力優(yōu)先輸送狀態(tài)下，所述串聯(lián)連接閥處于直接連接狀態(tài)，所述排出直連閥及所述吸入直連閥處于隔斷狀態(tài)，所以上游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元和下游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元相串聯(lián)連接， 在所述流量優(yōu)先輸送狀態(tài)下，所述串聯(lián)連接閥處于隔斷狀態(tài)，所述排出直連閥及所述吸入直連閥處于直接連接狀態(tài)，所以上游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元和下游側(cè)的所述并聯(lián)泵單元相并聯(lián)連接。
8.—種呼吸輔助裝置，其特征在于， 具有 流路，使呼氣或吸氣的氣體通過； 嘴部，配置在所述流路內(nèi)，用于向呼氣或吸氣方向噴出加速用氣體； 權(quán)利要求I 7中任一項所述的泵單元，固定在所述流路的周圍，向所述嘴部供給所述加速用氣體。
全文摘要
本發(fā)明的泵單元能夠提高能力并且大幅小型化。將微型泵(500)配置為形成行和列的關(guān)系的格子狀，使至少最下游行的微型泵(500)的排出口與總排出口連接。而且，具有排出直連機構(gòu)，使中間行的多個微型泵的各自的排出口與總排出口直接連接；吸入直連機構(gòu)，使上述的微型泵的各自的吸入口與最初被供給的所述流體直接連接；串聯(lián)連接機構(gòu)，使上游行的微型泵的排出口與下游行的所述微型泵的吸入口直接連接；控制裝置，對上述的各機構(gòu)進行控制。
文檔編號F04B41/06GK102808757SQ20121001847
公開日2012年12月5日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者新田一福, 新田勇 申請人:株式會社美全