JP2007170370A - チューブポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 ローラーと対向する押圧部材を有する構造の従来のチューブポンプでは、押圧部材はローラーの回転を可能にする曲面を内側に画成した固定式であるために、吐出圧を高めることが困難である。
【解決手段】 駆動手段により回転される回転子１２の外周域に回転自在に配列されたローラー１４が、回転子１２の回転にしたがって順次、圧縮かつ復旧可能なチューブを押圧子２０との間で圧縮して、チューブ内の液体を輸液する。さらに、チューブの圧縮位置を挟む位置にて押圧子２０に、枢動軸２６及びチューブに圧縮力を与える引張りばね３２を取付ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、チューブポンプに関するものであり、さらに詳しく述べるならば、イリゲーション、輸液装置などの医療機器に使用されるチューブポンプに関するものである。

特許文献１（特表平１１−５０６３５５号公報）においては、患者への液体医薬を注入するポンプとして、ロータリーポンプホィールに配列された4個のローラーによって可撓管を押圧する構造が示されている。可撓管はローラーと曲面を有する押圧部材との間に配置され、これらの間で押圧される。したがって、４個のローラーがロータリーポンプホィールの回転に伴って、１個ずつ順次押圧部材に接近し、可撓管を圧縮して液体をしごき出して、その後押圧部材から離れる。このような動作中ポンプの吐出端から吐出される液体の圧力は上記したローラーの移動に追従して増減している。また、特許文献１では、液体の流れを停止するためのクランプ装置にバネが使用されている。
一般に、可撓管は塩化ビニル、シリコーンゴム、ふっ素系樹脂などの高分子材料であって、圧縮が可能であり、かつ圧縮後に原形に復旧可能な材料から構成されている。

ローラー式輸液ポンプに関する特許文献２（特開２００２−１５３３５４号公報）は、特許文献１のようにローラーと対向する押圧部材を有しない構造であるために、高い圧力で液体を吐出することはできない。特許文献２では、チューブが閉塞した場合でもチューブの破裂を招かないための対策として、複数のローラーの少なくとも一つによりチューブに適度なテンションをかけることを提案している。

一般に、チューブポンプの液体吐出側に液体輸送手段として管状のチューブが接続される。最大吐出圧は、このチューブの太さ、即ち液体の流れる内径、液体流量及び液体輸送距離などにより、ポンプ出口での最大吐出圧が決まる。市販の医療機器用チューブポンプの最大吐出圧は0.2M Pa程度である。

特表平１１−５０６３５５号公報 特開２００２−１５３５５４号公報

近年、医療機器も小型化が進み細いカテーテルなどに流体を流すための最大吐出圧が高くかつ吐出流量の変動が少ないチューブポンプが要望されている。
ローラーと対向する押圧部材を有する構造の従来のチューブポンプでは、押圧部材はローラーの回転を可能にする曲面を内側に画成した固定式であるために、吐出圧を高めようとすると次のような問題が起こる。先ず、吐出圧を高くするためには、隣設する2個のローラー間の区間でかつ固定式押圧部材とローラーの間で液体を密閉し、この密閉液体の圧力を吐出圧に耐えるようにする必要がある。このためには2個のローラーによるチューブの圧縮量を精密に調整しなければならない。これには、圧縮ローラーの精度及びこれを回転する回転子の精度を非常に高くする必要があるが、実際には、このような高精度加工を実施することは困難である。さらに、ローラーが回転中にチューブの肉厚がローラーと固定式押圧部材との間で変動するために、適切な圧縮量に調整することはできない。

また、圧縮ローラーの精度などを普通レベルとして高い吐出圧力を達成するためには、ローラーと固定式押圧部材によるチューブの圧縮量を多めに設定せざるを得ない。すると、チューブの疲労が早く、吐出圧の低下及び吐出流量が大きく変動する。

本発明は、上記した従来技術のチューブポンプがもっている性能上の問題点を解決することを目的としており、特に第一には、吐出圧を高めることができる、より詳しく述べると、ローラーの回転により増減する吐出圧の最高値を高くしても流量が安定したチューブポンプを提供することを目的とする。第二は、チューブの詰まりなどが起こった際の圧力上昇を抑えることができる手段を有するチューブポンプを提供することを目的とする。

本発明に係るチューブポンプは、駆動手段により回転される回転子の外周域に回転自在に配列された複数個のローラーが、回転子の回転にしたがって順次、圧縮かつ復旧可能なチューブを押圧子との間で圧縮して、該チューブ内の液体を輸液するチューブポンプにおいて、前記チューブの圧縮位置を挟む位置にて前記押圧子に、枢動軸及び該チューブに圧縮力を与える引張りばねを設けたことを特徴とする。

先ず、本発明において押圧子は、チューブを、回転子により回転されているローラーとの間で、ある回転区間に亘って圧縮することにより、隣設ローラー間のチューブ内液体を吐出側のチューブの高い吐出圧に耐える密閉状態に保ち、かつ回転子の回転により、吐出側のローラーと押圧子との間隔で液体を吐出する機能を有する。
押圧子は回転子の上下左右の何れに設けてもよいが、一般には左右の何れかに設ける。
さらに、押圧子にはチューブを保持する溝、貫通穴などを形成することにより、チューブを圧縮領域に案内し、かつ圧縮された液体を所定の箇所に吐出する機能をももたせている。これにより、別個にチューブ案内部品を設ける構造よりも部品点数を少なくしている。

回転子の回転に伴って、チューブは直径方向に伸縮を繰返し、これが押圧子とローラーに繰返し応力を与える。本発明においては、押圧子には枢動軸と引張りばねをチューブの圧縮位置を跨ぐように付設することにより、チューブには、引張ばねから押圧子に伝えられる圧縮力がかかるようにした。この結果、押圧子はばね力により強制的に引張られ、枢動軸を中心として、僅かに回転し、チューブを圧縮してその流路を完全に閉塞しあるいは閉塞に近い状態とする。この結果、液体を高い吐出圧に耐えることができる密閉状態に保つ。一方、回転子によりローラーが回転移動せしめられて、押圧子への接近と押圧子からの離脱を繰返す。この過程で、押圧子の押圧力が変動するに伴い、押圧子は引張ばねに拘束されながら枢動軸の周りを僅かに逆回転して、押圧子とローラー間の距離を増大させる。この結果、チューブの過度の圧縮を避けることができ、チューブの疲労を抑えることができる。

ばねは弦巻ばねなどであってよく、一般には押圧子を回転子の左又は右に設置した場合は押圧子の上部又は下部に引張りばねを取付け、チューブの圧縮位置を跨いで、反対側の下部又は上部に枢動軸を設ける。

一方、吐出側の負荷がなんらかの影響で変動し、高圧が発生したときは、可動式押圧子がチューブを圧縮する位置から離脱するように、引張りばねの特性を定めるとチューブの破損を招くことなく、長時間に亘ってポンプを使用することができる。

請求項２においては、押圧子と反対側のばね端を固定するレバー、並びに前記回転子、前記押圧子を装着したポンプ本体を含んでなり、ローラーがチューブと圧縮する位置とチューブから離脱する位置を切替えるようにレバーが作動する。このために、チューブの交換の際にはレバーをポンプ本体に固定する枢動軸の周りで回動するように操作し、押圧子を回転子から離れ、ローラー全体が押圧子から離脱させる。すると、チューブを案内部に容易に装入することができる。輸液を再開する場合は、レバーを逆に操作して、再び、ローラーの幾つかがチューブと接触するようにする。なお、回転子及び押圧子がポンプ本体に対しては回転もしくは枢動するように装着されていることはいうまでもない。
以下、図面を参照して好ましい実施形態につき本発明をより詳しく説明する。

図１〜３は本発明請求項１〜２のすべての構成を備えたチューブポンプの一例を示している。図１は輸液状態のポンプの正面図、図２は平面図であり、図３はチューブ交換時の正面図である。
図中、１０はポンプ本体であり、以下説明する回転子１２、押圧子２０、レバー３０を装着している。回転子１２は回転軸１３を介して、ポンプ本体１０の背面側に設置されたモーターと連結されており、反時計方向に一定速度で、あるいは輸液流量や圧力を意図的に変化させる場合は変動速度で回転している。回転子１２には、軸の周りを摺動する軸受として構成されている６個のローラー１４が均等に装着されている。この実施形態では１〜2個のローラー１４a,bがチューブ（図示せず）と接触する。

押圧子２０は、ローラー１４a,bと接触する曲面２０aを有する部分の上下に延在した部分c,dのそれぞれから回転子１２の外周方向に延在した付加延在部２０ｄ、２０eを有している。このために、押圧子２０の全体の形状はC字形態となっている。押圧子２０の付加延在部２０d,eにはチューブの保持部２２a,bが上下に伸長しており、その直径はチューブの外径とほぼ等しくなっている。好ましくは、保持部２２a,bの直径は伸縮性があるチューブが僅かに縮径して嵌込まれ、回転子１２の回転方向にチューブが引張られても、チューブが抜けない程度に保持されている。

図示されないチューブは上部の保持部２２aから下部の保持案内部２２ｂまでほぼ直線で伸びており、この中間において、曲面２０aとローラー１４a,bの間で圧縮される。回転子１２の回転に依存して発生する最大の圧縮状態ではチューブの貫通孔が完全に閉塞し、かつチューブの肉厚を数％〜数１０％減肉する程度である。

さらに、保持部２２の側面２２ｃ（図２）は全長で開放されている。したがって、チューブとほぼ同じ直径の貫通溝にチューブを単に押込むことによりチューブを交換することができる。
また、上部保持部２２aには、皿状の係止部２２ｄを形成して、チューブ２４（図４）の上端に、チューブの流路２４aと連通する流路を有する、断面がT字の接続片２５（図４）を固着し、T字部と皿状の係止部２２ｄが突合するようにすると、チューブ２４が回転子の回転に抗して所定位置に保持される。この保持方式では、チューブ２４を開放側面２２ｃから保持部２２に押込み、接続片２５を皿状係止部２２ｄに置くだけで、チューブのセットが完了するので極めて簡単である。なお、接続片２５には薬液などの給液チューブが接続される。

押圧子２０の下部付加延在部２０eは枢動軸２６に固定され、これを中心として押圧子２０が時計方向及び反時計方向に揺動可能である。この揺動とともにチューブもローラー１４から離れまたローラー１４に強制的に押圧される。一方、押圧子２０の上部付加延在部２０ｄには引張ばね３２の一端が固定されている。３３はばね３２を留める孔を有する止め具であり、付加延在部２０ｄに固着されている。ばね３２の他端は別の止め具３４を介してレバー３０に取付けられている。したがって、押圧子２０はばね３２により強制的に引張られており、ローラー１４が押圧子２０の曲面に接して移動するときの接触状態により回転中絶えず揺動する。

図３では、ノブ３６を用いてレバー３０を枢動軸３５の周りで回動させることにより、押圧子２０を回転子１２から隔離した状態を示す。図３にて使用した参照符号の意味は図１，２と同じである。

接続片２５（図４）に接続された給液チューブ（図示せず）からの液体の吐出について説明する。回転子１０（図１）が回転軸１３の周りに回転すると、ローラー１４は回転軸１３を中心として公転し、かつローラーの軸を中心として自転し、ローラー１４と押圧子２０間にあるチューブ内の液体はポンプ本体の吐出側に輸送される。次に、接続片２５に接続されている給液チューブへの液体供給源からの新しい液体の輸送については、ローラー１４が上述のように公転・自転しつつ押圧子２０の曲面に沿って移動するに伴って、一旦圧縮されたチューブが復旧する際に、新たな液体が元の形状に拡大されたチューブ内に吸入される。なお、巻き込まれている気体も液体とともに輸送・吸入される。これらが発生する圧力を以下では「流体の圧力」という。

ところで、吐出側のチューブに図示されていない延長用チューブが接続されているために、チューブの先端を目視することができず、液体の流れを確認することが困難な場合がある。このような場合、給液チューブに流量計などを装着することも考えられるが、医療機器として使用するときには、減菌などの多くの問題を解決しなければならず、現実的ではない。そこで、図５には、この対策として、接続片２５の代わりに点滴筒４０をチューブ２４に装着した実施態様を示す。なお、図５において、図１〜４と同じ部材は同じ参照番号で示している。なお、チューブ２４に関しては、保持部２２ｂに保持されたチューブは、図示を省略し、吐出側チューブのみを２４ｃとして示し、また、給液チューブを４７して示す。給液チューブ４７は他の部品との接続時に気密・液密性が要求される。

点滴筒４０（図５）は、透明な容器本体４０aと蓋４６からなり、それ自身公知のものであるが、本用途においてはポンプ本体で発生する流体の圧力に耐える点を留意する必要がある。蓋４５には、給液側チューブ４７が液密・液密に固定されており、下部は排液側チューブ２４ｃと固定できるように先細りに成形されている。点滴筒４０は、消耗品であり減菌済みである。４５は吐出側チューブ２４ｃを押圧子２０に保持するストッパーチューブである。
上述のように構成された点滴筒本体４０a内に滴下される液滴４３aを目視することにより、チューブ先端での液体の流れを把握することができる。

点滴筒４０を設けたチューブポンプの実施態様においても、吐出側のチューブの負荷が何らかの原因、例えばある一部分で閉塞が起きた場合、吐出側のチューブ内の圧力が次第に高くなり、ばね３２で決められた最大吐出圧に達すると、押圧子２０とローラー１４の間のチューブ２４が密閉状態を維持することができず、高い圧力の流体が給液チューブ４７に逆流することにより、最大吐出圧力を超えることはない。但し、点滴筒４０を設けたチューブポンプの実施態様では、最大吐出圧状態で、給液チューブ４７からの液滴４３は止まる。このような最大吐出圧は頻繁に何回も発生するから、点滴筒４０内の液面４２aが波だって、飛沫が発生し、あたかも液滴４３aが滴下しているように誤認することが起こる。
この対策として、図６に示すように、給液チューブ４７からの流出口_（１）４６aと点滴筒４０からの流出口_（２）４８をずらすことにより、給液チューブ４７の液滴と液面からの液滴４３ｂが発生する場所を別にすると、これらの液滴の判別は容易になる。

本発明のチューブポンプは、ローラーの精度などは従来と同程度で、従来よりも高い最大吐出圧力を安定して長時間発生することができるので、長時間手術中に液圧の低下がなく、輸液装置、イリゲーション装置などの医療機器において、非常に優れた成果をもたらすことが期待される。さらに、これほど高い圧力にはならくとも、チューブポンプでは必ず圧力変動が起こるから、低圧チューブポンプにおいて本発明を使用すると、チューブの劣化を防止し、チューブの寿命を長くすることが期待される。
さらに、低圧ポンプでも高圧ポンプでもチューブ閉塞によるチューブの破裂を防止することができる。

本発明のチューブポンプは部品数が少ないために、故障が少なく、かつメンテナンスが容易である。

本発明の実施形態に係るチューブポンプの正面図である。 図１の平面図である。 チューブ交換時のチューブポンプの平面図である。 保持用接続片を設けたチューブの図である。 チューブの途中に点滴筒を介装したチューブポンプの実施態様を示す図である。 チューブに介装される点滴筒の別の実施態様を示す図である。

符号の説明

１０ ポンプ本体
１２ 回転子
１４ ローラー
２０ 押圧子
２２ チューブ案内保持部
２４ チューブ
３０ レバー
４０ 点滴筒
４２ 液体
４５ ストッパーチューブ
４６ 蓋
４７ 給液チューブ

Claims (2)

1. 駆動手段により回転される回転子の外周域に回転自在に配列された複数個のローラーが、回転子の回転にしたがって順次、圧縮かつ復旧可能なチューブを押圧子との間で圧縮して、該チューブ内の液体を輸液するチューブポンプにおいて、前記チューブの圧縮位置を挟む位置にて前記押圧子に、枢動軸及び該チューブに圧縮力を与える引張りばねを取付けたことを特徴とするチューブポンプ。
2. 前記押圧子への取付け端と反対側の引張りばね端を固定するレバー、並びに前記回転子及び前記押圧子を装着したポンプ本体を含んでなり、前記ローラーが前記チューブを圧縮する位置とチューブから離脱する位置を切替えるように前記レバーが作動することを特徴する請求項１に記載のチューブポンプ。