JP2008051663A

JP2008051663A - 圧力センサ

Info

Publication number: JP2008051663A
Application number: JP2006228483A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Koda; 真明幸田; Kengo Kobayashi; 賢悟小林
Original assignee: Asahi Kasei Kuraray Medical Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Medical Co Ltd
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2008-03-06

Abstract

【課題】
液体が空気と接触することなく体外循環回路内の液体の圧力を測定する圧力センサにおいて、一種類の圧力センサで、空気室側の空気の量を調整することなく、高い精度で圧力を検出することが可能な構造の圧力センサを提供すること。
【解決手段】
空気出入口を持つ空気室側容器、液体流入口と液体流出口を有する液体室側容器、空気室側容器と液体室側容器に挟まれて空気室と液体室を区画し、空気室内と液体室内の圧力差に応じて変形する可撓性の隔膜、および空気室側容器の空気出入口に連通部を介して接続され、隔膜を介して空気室側で液体室内の圧力を測定する器具を備えた圧力センサにおいて、測定する圧力範囲に適した空気室と液体室の容積を持ち、かつ前記隔膜は前記空気室と液体室の圧力０ｍｍＨｇの状態において平板状とする圧力センサ。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体、特に体液或いは薬液を流通させる体外循環回路内の圧力を測定する圧力センサに関するものである。

患者の体内から血液を取り出し、血液処理装置を用いて血液の体外処理を行い、処理された血液を体内に戻す体外循環療法においては、通常、血液処理装置に体外循環回路内の圧力を測定するための圧力センサが配置される。

体外循環回路内の圧力を、体液或いは薬液と空気との接触を回避した状態で測定する手段の一例として、特許文献１には、隔膜を介して体外循環回路内の圧力を測定する圧力測定装置が記載されている。

図８にこの圧力測定装置の構成の一例を示す概略構成図を示す。圧力センサ２は体外循環回路（図示せず）の途中に配置され、空気出入口１１を持つ空気室１０、液体流入口２１と液体流出口２２を有する液体室２０、空気室１０と液体室２０に挟まれて空気室１０と液体室２０を区画し、空気室内と液体室内の圧力差に応じて変形する可撓性の隔膜３０、および空気室側容器の空気出入口１１に連通部（図示せず）を介して接続され、液体室内の圧力を、隔膜３０を介して空気室側で測定する器具（図示せず）、とより構成される。圧力センサ２は、液体室２０の圧力の変化により、隔膜３０が変形して空気室１０の圧力が液体室内圧力と相関して変化するので、空気室内の圧力を測定し、この値を変換することにより液体室内の圧力を測定している。

しかしながら、図８に示すような圧力センサ２は、圧力が大きく変動すると隔膜３０が空気室１０または液体室２０の壁面に密着してしまい、圧力を持続して測定することが不可能となってしまう。

また、隔膜３０の形状が波状であるため、空気室１０の、隔膜３０の設置方向に対して垂直方向の深さは、波状形状の凹凸の幅を考慮し、ある程度余裕を持った深さ（少なくとも波状形状の大きさ以上）にする必要があるため、空気室３０の容積を小さくすることができない。従って、陰圧測定時には、隔膜３０が液体室２０の方向に向かって変形する量が大きくなり、ひいては液体室２０の容積の増加が避けられない。

このような問題点を解消する圧力センサの一例として、特許文献２には、空気室側の圧力と連動して、空気室側の空気の量を自動で変化させることにより隔膜の位置を調整することで、圧力を安定して測定する圧力センサが記載されている。

図９にこの液圧測定装置の構成の一例を示す概略構成図を示す。なお、図９において、図８の各構成部材と同じ機能を奏する構成部材には同じ符号を付している。図９に示すように、圧力センサ２は、図８に示した圧力センサに加え、空気室１０内の空気の量を調整するライン１００と、ライン１００上に配置されたポンプ１１０、バルブ１２０、第一の圧力測定器具８０、第二の圧力測定器具８１とから構成される。

特開平０９−０２４０２６号公報特開平０８−１１７３３２号公報

しかしながら、図９に示す圧力センサ２は、圧力を測定する第一の圧力測定器具８０の他に、ポンプ１１０、バルブ１２０、別の圧力測定器具（第二の圧力測定器具８１）といった様々な装置を取り付ける必要があり、装置の複雑化、ひいては装置のコストアップが避けられない。さらには、安定した圧力測定を行うためには、空気室内の空気の量を厳密に管理する必要があり、その制御には多大なる精密さが求められるという問題点があった。

そこで本発明は、液体が空気と接触することなく体外循環回路内の液体の圧力を測定する圧力センサにおいて、圧力が変動しても持続して圧力を測定することができ、空気室及び液体室を大きくする必要がないとともに、一種類の圧力センサで、空気室側の空気の量を調整することなく、少ない測定誤差で圧力を検出することが可能な圧力センサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る圧力センサの代表的な構成は、空気出入口と空気室を有する空気室側容器と、液体流入口と液体流出口と液体室を有する液体室側容器と、前記空気室側容器と前記液体室側容器に挟まれて前記空気室と前記液体室を区画し、前記空気室内と前記液体室内の圧力差に応じて変形する平板状の隔膜と、前記空気出入口に連通部を介して接続された圧力測定器具と、を有する圧力センサにおいて、前記空気室の初期状態での容積をＶ_Ａ、前記空気室の初期状態での圧力をＰ_Ａ（但し、−２００ｍｍＨｇ≦Ｐ_Ａ≦２００ｍｍＨｇ）とし、前記液体室の初期状態での容積をＶ_Ｌ、前記連通部の容積をＶ_Ｔ、前記圧力センサの最小圧力測定可能値をＰ_ＭＩＮ（但し、−６００ｍｍＨｇ≦Ｐ_ＭＩＮ≦―２００ｍｍＨｇ）、前記圧力センサの最大圧力測定可能値をＰ_ＭＡＸ（但し、２００ｍｍＨｇ≦Ｐ_ＭＡＸ≦６００ｍｍＨｇ）とするとき、前記Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｌ、Ｖ_Ｔは式（１）及び式（２）を共に満たすように設定されており、｛（Ｐ_ＭＡＸ÷Ｐ_Ａ）−１｝×Ｖ_Ｔ≦Ｖ_Ａ・・・（１）、〔｛（Ｐ_Ａ÷Ｐ_ＭＩＮ）−１｝×（Ｖ_Ａ＋Ｖ_Ｔ）〕≦Ｖ_Ｌ≦１０ｍＬ・・・（２）、更に前記隔膜は、前記液体室及び前記空気室の圧力が０ｍｍＨｇの状態において平板状になっていることを特徴とする。

また、本発明に係る圧力センサの第２の構成は、上記第１の構成において、前記隔膜は、その周縁部に於いて前記空気室側容器と前記液体室側容器の間に挟まれて機械的にシールされており、前記隔膜が前記２つの容器に挟まれて前記容器と接触しているシール部分の幅をＬ（但し、０．３ｍｍ≦Ｌ≦１０ｍｍ）、前記隔膜のポアソン比をν、前記隔膜の厚みをｈ（但し、０．２ｍｍ≦ｈ≦３．０ｍｍ）、前記機械的シールによる前記隔膜の圧縮量をｔ（但し、０．０５≦ｔ／ｈ≦０．５０）とするとき、前記隔膜が−ν×Ｌ×（ｔ÷ｈ）／２≦λを満たすように引っ張り変位λを加えられた状態で機械的にシールされることにより、前記液体室及び前記空気室の圧力が０ｍｍＨｇの状態において平板状になっていることを特徴とする。

また、本発明に係る圧力センサの第３の構成は、上記第１の構成において、前記隔膜は、シール部分となる前記隔膜の周縁に前記隔膜より厚いリング部を設けており、前記リング部が前記２つの容器に挟まれて前記容器と接触しているシール部分の幅をＬａ（但し、０．３ｍｍ≦Ｌａ≦１０ｍｍ）、前記リング部のポアソン比をνａ、前記リング部の厚みをｈａ（但し、１．０ｍｍ≦ｈａ≦５．０ｍｍ）、前記機械的シールによる前記リング部の圧縮量をｔａ（但し、０．０５≦ｔａ／ｈａ≦０．５０）とするとき、前記隔膜が−νａ×Ｌａ×（ｔａ÷ｈａ）／２≦λを満たすように引っ張り変位λを加えられた状態で機械的にシールされることにより、前記液体室及び前記空気室の圧力が０ｍｍＨｇの状態において平板状になっていることを特徴とする。

また、本発明に係る圧力センサの第４の構成は、上記第３の構成において、前記リング部の断面形状が円形であることを特徴とする。

また、本発明に係る圧力センサの第５の構成は、上記第３の構成において、前記空気室側容器および／または前記液体室側容器のシール部分に前記リング部を入れる溝を設け、該溝は機械的シールを行う際に前記リング部を広げる方向に傾斜していることを特徴とする。

本発明の圧力センサは、測定する圧力範囲、即ち最小圧力測定可能値（Ｐ_ＭＩＮ）および最大圧力測定可能値（Ｐ_ＭＡＸ）から、式（１）および式（２）を同時に満たすように、液体室および空気室の容積が設定されているために、空気室の空気の量を調整することなく、圧力の測定が可能となった。

また、空気室および液体室の圧力が０ｍｍＨｇの状態において、隔膜を平板状とすることで、各容器の容積を変化させることがなく、さらにはその形状の単純さから、各容器の容積を決定しやすいため、安定した圧力特性を得ることが可能となった。

さらには、隔膜を平板状とすることで、隔膜の表面での血液等の滞留や血液等の流れと直角方向の二次流れなどに起因する血液等の凝固問題を解消することができるようになった。

平板状の隔膜を用いたことにより、空気室側の容器の容積を小さくすることが可能であり、ひいては、圧力センサの小型化が可能となった。

上記第２の構成により、空気室および液体室の圧力が0mmHgの状態において機械的シールを行った場合に隔膜が平面状から変形することを防止でき、隔膜表面での流体の滞留や、二次流れの問題が生じないため、体液或いは薬液の凝固の問題を解消することができる。

上記第３の構成により、機械的シールを行う際に、製造精度の許容誤差範囲を広くすることができる。

上記第４の構成により、製造コストをおさえ、組み立て性を向上させることができる。

上記第５の構成により、機械的シールを行う際に、容易に隔膜に引っ張り変位を加えることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る圧力センサの実施形態を説明するが、本発明はこれらの形態のみに限定されるものではない。

[第一実施形態]
図１は本実施形態に係る圧力センサの模式図である。図１に示すように、圧力センサ１は、空気出入口１１を持つ空気室１０、液体流入口２１と液体流出口２２を有する液体室２０、空気室１０と液体室２０に挟まれて空気室１０と液体室２０を区画し、空気室内と液体室内の圧力差に応じて変形する平板状の可撓性の隔膜３０、および空気室１０の空気出入口１１に連通部７０を介して接続され、液体室内の圧力を、隔膜を介して空気室側で測定する圧力測定器具８０とより構成される。

圧力センサ１は、不図示の血液処理装置（体外循環回路）の途中に配置され、体外循環回路内の圧力を測定する。圧力センサ１は、液体室２０の圧力の変化により、隔膜３０が変形して空気室１０の圧力が液体室内圧力と相関して変化するので、空気室内の圧力を測定し、この値を変換することにより液体室内の圧力を測定している。

空気室１０において、隔膜３０は、液体室内が陽圧時に空気室側に向かって変形する。そのため、空気室１０の容積は、想定する最大圧力において、隔膜３０が変形しうるだけの容積を確保しておく必要がある。

空気室１０の初期状態での容積をＶ_Ａ、空気室１０の初期状態での圧力をＰ_Ａ、連通部７０の容積をＶ_Ｔ、圧力センサの最大圧力測定可能値をＰ_ＭＡＸとするとき、下式（１ａ）を満たしていれば、最大圧力下においても、圧力の測定が可能である。ここで、初期状態とは圧力測定開始時を意味する。

Ｐ_Ａ×（Ｖ_Ａ＋Ｖ_Ｔ）≧Ｐ_ＭＡＸ×Ｖ_Ｔ・・・（１ａ）
よって、式（１ａ）より、
｛（Ｐ_ＭＡＸ÷Ｐ_Ａ）−１｝×Ｖ_Ｔ≦Ｖ_Ａ・・・（１）
が求まり、空気室１０の容積が決定する。

次に、液体室２０において、隔膜３０は、液体室内が陰圧時に液体室側に向かって変形する。そのため、液体室２０の容積は、想定する最小圧力において、同じく隔膜が変形しうるだけの容積を確保しておく必要がある。

液体室２０の初期状態での容積をＶ_Ｌ、圧力センサの最小圧力測定可能値をＰ_ＭＩＮとするとき、下式（２ａ）を満たしていれば、最小圧力下においても、圧力の測定が可能である。

Ｐ_ＭＩＮ×（Ｖ_Ａ＋Ｖ_Ｔ＋Ｖ_Ｌ）≧Ｐ_Ａ×（Ｖ_Ａ＋Ｖ_Ｔ）・・・（２ａ）
よって、式（２ａ）より、
Ｖ_Ｌ≧〔｛（Ｐ_Ａ÷Ｐ_ＭＩＮ）−１｝×（Ｖ_Ａ＋Ｖ_Ｔ）〕・・・（２ｂ）
が求まり、液体室２０の容積が決定する。

しかしながら、液体室２０の容積は、大きくすると、陰圧の測定に有利ではあるが、プライミングボリュームが増加してしまう。そのため、液体室の容積は１〜１０ｍｌであることが好ましく、更に好ましくは２〜５ｍｌであることが望ましい。これに伴い、空気室１０の容積は、０．２〜１．０ｍｌであることが好ましく、さらに好ましくは０．３〜０．８ｍｌであることが望ましい。従って、式（２ｂ）は、さらに式（２）で示される式を満たす必要がある。

〔｛（Ｐ_Ａ÷Ｐ_ＭＩＮ）−１｝×（Ｖ_Ａ＋Ｖ_Ｔ）〕≦Ｖ_Ｌ≦１０ｍＬ・・・（２）
ここで、空気室１０の容積は、空気出入り口１１を含まない。連通部７０の容積は、空気出入り口１１の容積および、圧力測定器具８０に内在する容積を含む。液体室２０の容積は、液体流入口２１の容積および、液体流出口２２の容積を含まない。

ここで、一般に、前記した血液浄化療法（体外循環療法）においては、初期状態での空気室１０の圧力Ｐ_Ａはゲージ圧で、０ｍｍＨｇであることが多いが、陽圧側に圧力を予め与えることにより、陽圧の測定に有利な条件を作りだすことも可能である。またその逆に、空気室側の初期状態での圧力Ｐ_Ａを陰圧とすることにより、陰圧の測定に有利な条件を作り出すことも可能である。

一方、Ｐ_ＭＩＮ、Ｐ_ＭＡＸの圧力測定可能範囲は、血液浄化において通常使用できる範囲まで測定できれば問題なく、そのため、Ｐ_ＭＩＮ、Ｐ_ＭＡＸおよびのＰ_Ａはそれぞれ下記の範囲を満たすものであれば特に問題はない。

−６００ｍｍＨｇ≦Ｐ_ＭＩＮ≦−２００ｍｍＨｇ
２００ｍｍＨｇ≦Ｐ_ＭＡＸ≦６００ｍｍＨｇ
−２００ｍｍＨｇ≦Ｐ_Ａ≦２００ｍｍＨｇ

図１において、液体室２０の断面形状は四角形であるが、ドーム形状や、多角形形状であっても特に問題はないが、液体の滞留の問題が生じ難い四角形断面であることが好ましく、更に好ましくはその四隅に丸みを帯びている事が最も好ましい。

連通部７０の容積Ｖ_Ｔは、大きすぎると、それに伴って、式（１）、式（２）より、空気室１０、液体室２０の容積が増加し、ひいてはプライミングボリュームが増加してしまうが、小さすぎると、空気出入り口１１から圧力測定器具８０までの距離が短くなり、取扱性を犠牲にしてしまう。そのため、連通部７０の容積は１ｍｌ以下が好ましく、更に好ましくは、０．５ｍｌ以下であることが望ましく、最も好ましくは０．２ｍｌ以下であることが望ましい。ここで、空気出入口１１も含めた連通部７０の容積が０ｍｌである場合が理想ではあるが、圧力を測定する圧力測定器具８０内にも少量の容積が存在するため０ｍｌとなることはあり得ず、従って式（１）が成り立たないということはない。

次に、連通部７０は、空気室１０と、圧力測定器具８０までを連通するものであればなんでもよく、合成樹脂、金属およびガラス等の何れでも構わないが、製造コスト、加工性および操作性の観点から合成樹脂、特に熱可塑性樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、弗素系樹脂、シリコン系樹脂等、さらにはＡＢＳ（アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン共重合体）樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネイト、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリアセタール等を例示することができ、何れにおいても好適に用いることができる。なかでも、軟質素材は折れ曲がりや割れ等に強く、操作時の柔軟性に優れているため好ましく、組み立て性の理由から軟質塩化ビニルが特に好ましい。

液体流入口２１および、液体流出口２２の形状は、特に限定するものではないが、接続される体外循環回路（図示せず）に則した形状をしていることが好ましい。体外循環療法の中の一つである血液浄化療法においては、一般的に２〜５ｍｍ程度の内径の体外循環回路が選択される。体外循環回路の断面形状は円形断面以外にも、楕円形や四角形、六角形を含む非円形断面であっても問題は無く、それに則して液体流入口２１および、液体流出口２２の形状が選択されれば問題はない。

また図１において、液体流入口２１および、液体流出口２２の位置は一直線上に配置されているが、どのような位置に配置されていても、圧力測定に影響を与えるものではなく、特に限定するものではない。

隔膜３０の２つの容器に挟まれているシール部分６０、６１（図２に参照）は、異なる長さでも問題はないが、成型・組み立て性の理由から、隔膜の中心を中心とした点対称であることが好ましい。

空気室側容器、液体室側容器の材質は、硬質、軟質は特に問わないが、空気室側容器または液体室側容器を変形させるような外的な力、液温、気温などの環境要因により、空気室１０または液体室２０の形状に変化が生じてしまうと、正しく圧力を測定することが難しくなる。そのため、空気室側容器または液体室側容器の材質は硬質であることが好ましく、さらには患者の体液に直接または間接的に触れるため、生体適合性を有している材質が好ましい。例えば、塩化ビニル、ポリカーボネイト、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリウレタン等を挙げることができ、いずれにおいても好適に用いることができる。またその製造方法は特に限定するものではないが、インジェクション成型、ブロー成型、切削加工による成型などが例示できる。

空気室側容器および液体室側容器の接合方法は、特に限定はしないが、一般に合成樹脂の接合には、熱溶融接合や接着が挙げられ、例えば、熱溶融接合においては、高周波溶接、誘導加熱溶接、超音波溶接、摩擦溶接、スピン溶接、熱板溶接、熱線溶接などが挙げられ、接着剤の種類としては、シアノアクリレート系、エポキシ系、ポリウレタン系、合成ゴム系、紫外線硬化型、変性アクリル樹脂系、ホットメルトタイプ等を挙げる事ができる。

次に、隔膜３０は、空気室１０および液体室２０内の圧力が０ｍｍＨｇの状態において、平板状を成し、かつ空気室１０および液体室２０を区画している。

隔膜３０が、空気室１０および液体室２０を区画し、各容器の気密性を得るための手段はなんでもよく、特に限定するものではないが、上記したような熱溶融接合や接着や、機械的シールを挙げることができる。ここで、機械的シールとはゴム等を挟み込むことにより気密性を得ることを意味する。

ここで、熱溶融接合や接着や、機械的シールを行う場合には、より効率よく空気室１０と液体室２０と、隔膜３０を接触させるためには、程度の差はあれ、隔膜３０を挟み込むことにより圧縮（機械的シール）する。しかしながら単に機械的シールを行った場合、図７に示すように、隔膜が平面状から変形を生じ、液体室および空気室の容積が変化してしまい、液体室および空気室の圧力が０ｍｍＨｇの状態において、隔膜３０は平板状を保つことが難しい。

そこで、図２に示すように、隔膜３０を矢印４０の方向に引っ張った状態で、空気室側容器と液体室側容器とで、矢印５０に示す方向に圧縮して機械的にシールすることにより上記課題を解決することができる。

すなわち、隔膜３０の厚みをｈ、圧縮量をｔ、ポアソン比（ある物体に引張または圧縮によって縦ひずみが発生したときに、同時に発生する横ひずみとの差）をν、隔膜３０が２つの容器に挟まれ、容器と隔膜３０が接触しているシール部分６０、６１の長さを足し合わせた長さをＬとするとき、矢印５０の方向への圧縮に対して、隔膜３０は、圧縮方向に対して垂直方向に、式（３ａ）で示される式の量だけ膨張することが知られている。

−ν×Ｌ×（ｔ÷ｈ）・・・（３ａ）
左右均等に膨張が生じると仮定すると、式（３ａ）に示された膨張量の半分が、隔膜３０の中心に向かう方向に膨張する。そのため、式（３ａ）で示された式の少なくとも半分の量を図１に示す矢印４０の方向に引っ張った状態で機械的シールを行うことにより、隔膜３０が隔膜３０の中心に向かう方向に膨張しても、隔膜３０の初期位置が変動することなく、シールすることが可能となる。従って、引っ張りを加える量λは式（３）を満たしていればよい。

−ν×Ｌ×（ｔ÷ｈ）／２≦λ・・・（３）
図２において、隔膜３０と２つの容器に挟まれる部分（シール部分６０、６１）は平行を成すように構成されているが、図３に示すようにシール部分６０、６１が隔膜３０に対してある角度で傾きを設けられた構造、図４に示すように２つの容器に挟まれる部分の少なくとも片方の面に矩形、三角形、波状等の凹凸９０が設けられた構造、等でも特に問題はないが、製造コスト・組み立て性の観点から、隔膜３０と２つの容器に挟まれる部分は平行を成し、その表面は平板状であることが好ましい。

さらには、隔膜３０は、平板状とすることで、加える引っ張りが式（３）を満たせば、空気室１０の容積を変化させるものではない。

加えて、隔膜３０は、一般に引っ張りを加えた場合、降伏点までは、過重と伸びは比例の関係にあるため、圧力測定になんら影響を与えるものではない。ここで降伏点とは、力を増加せずとも変形が起り、この点を越すと材料は変形したままでもとの形に戻らない点を意味する。

なお、引っ張りを加える量は、厳密には、降伏点に達するまでの値から、隔膜が変形する量を差し引いた値まで引っ張りを与えることが可能ではあるが、あまり引っ張りを加えすぎると、圧力センサの製造が困難になる。そのため、隔膜に引っ張りを与える量は、式（３）の最小値の１〜５倍以内が好ましく、さらに好ましくは１〜３倍以内である。

また、形状を平板状とすることにより、隔膜表面での流体の滞留や、二次流れの問題が生じないため、体液或いは薬液の凝固の問題を解消することができる。

ここで、図１において、空気室１０の断面形状は四角形であるが、ドーム形状や、多角形形状であっても特に問題はないが、最も隔膜の変形に追従しやすい、ドーム形状であることが好ましい。

隔膜３０は、その周縁部に於いて空気室側容器と液体室側容器の間に挟まれて機械的にシールされるが、そのシールされる部分および隔膜の形状は、円形、楕円形、四角形、多角形など、どのような形状でも特に問題はないが、成型・組み立て性の理由から、シールされる部分および隔膜の形状は、円形であることが特に好ましい。

隔膜３０のシールされた部分より内側において、そのシールされていない部分の内径が小さいと、圧力差の補正を行う量が大きくなる。すなわち、内径が小さい場合には、内径が大きい場合と同じ容積を変化させるために、隔膜３０の変形量は内径が大きい場合より大きくなる。隔膜３０の変形量が大きくなることに伴って、隔膜３０を変形させるために必要な力が大きくなり、この力と隔膜３０の変形量の比例関係が崩れ、ひいては液体室内の圧力と空気室内の圧力差が大きくなってしまい、補正を行う量が大きくなる。

内径が大きいと、液体流入口の内径と隔膜の内径の差が大きくなり、液体室内での体液あるいは薬液の滞留を引き起こしやすくなるため、シールされる部分より内側の内径は、１０〜５０ｍｍであることが好ましく、更に好ましくは、２０〜３０ｍｍであることが望ましい。

隔膜３０の材質は、硬質であると、圧力による変動量が小さくなり、圧力を正確に測定することが難しくなることから、圧力に対して柔軟に変形する軟質な材質であることが望ましい。さらには患者の体液に直接または間接的に触れるため、生体適合性を有している材質が好ましい。例えば、ポリ塩化ビニル、シリコン系樹脂、スチレン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマーコンパウンド等を例示することができ、何れにおいても好適に用いることができる。

隔膜３０の厚みは、薄すぎると簡単に破損して漏れが生じてしまい、厚すぎると液体室の圧力の変化による変形が生じ難くなる。そのため、厚みは０．２〜３．０ｍｍであることが好ましく、更に好ましくは、０．３〜０．７ｍｍであることが望ましい。

圧縮量（ｔ）は、一般的に機械的シールを行う場合、隔膜の厚み（ｈ）に対しての割合（ｔ／ｈ）が５０％以下程度の圧縮を行い、更に好ましくは、５〜５０％程度の圧縮を行うが、漏れがないよう、適宜圧縮量を決めれば問題はない。

シール部分６０、６１の幅Ｌは、小さすぎるとシール能力を発揮できず、大きすぎると圧力センサが大型化してしまう。そのため、幅Ｌは０．３〜１０ｍｍであることが好ましく、更に好ましくは０．３〜５ｍｍであることが好ましい。第二実施形態で後述するリング部のような形状を有する場合、シール部分６０、６１の幅Ｌを小さくすることが可能であり、装置の小型化に有効である。

圧力センサ１に流通させる液体は、体液或いは薬液であれば何でもよく、特に限定するものではない。体液の例として、血液、血漿、リンパ液、組織液、粘液、尿等が挙げられ、薬液の例としては、生理食塩液、抗凝固剤、新鮮凍結血漿、透析液、アルブミン溶液、ろ過型人工腎臓用補液等が挙げられる。

このような圧力センサ１は、成型、接合後そのままの状態で使用してもよいが、特に体外循環療法の医療用途においては、滅菌して利用する。滅菌方法は通常の医療用具の滅菌方法に準じるとよく、薬液、ガス、放射線、高圧蒸気、加熱等によって滅菌すればよい。

[第二実施形態]
次に本発明に係る圧力センサの第二実施形態について図を用いて説明する。図５は本実施形態の圧力センサの隔膜の模式図である。図５（ａ）は隔膜の側面図である。図５（ｂ）は隔膜の平面図である。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

上記第一実施形態では、平板状の隔膜３０をシールしているため、例えば隔膜３０の厚みが０．５ｍｍであった場合、その２０％の圧縮を行うと仮定すると、０．１ｍｍ圧縮を行うということになる。しかしながら、隔膜３０の厚みが０．５ｍｍと薄い上に、０．１ｍｍの圧縮を行うということは、製造の際に、必然的に高い精度が求められ、コストアップにつながる。

本実施形態では、隔膜３０（図５の薄く塗りつぶされている部分）の周縁に沿ってリング部３１を設けている。リング部３１は、隔膜３０より厚みが厚い。これにより、機械的シールを行う際に、製造精度の許容誤差範囲を広くすることができる。

すなわち、仮にリング部３１の厚みを２ｍｍとし、その２０％の圧縮を行うと仮定すると、０．４ｍｍ圧縮を行うということになる。そのため、製造誤差で、０．３ｍｍの圧縮となってしまった場合でも、１５％の圧縮は確保できているため、一般的なシールとしての性能を保持することが可能となる。

リング部３１の厚みは、特に限定するものではないが、あまり厚すぎるとセンサの大型化に繋がり、小さすぎると、許容製造誤差を狭くしてしまうため、１〜５ｍｍであることが好ましく、更に好ましくは、１〜３ｍｍであることが望ましい。

また図５において、リング部３１の断面形状は四角形をしているが、一般に知られているシール材の断面形状としては、円形、楕円形、三角形、Ｘリング等が挙げられ、何れにおいても好適に用いることができるが、製造コスト・組み立て性の観点から、円形であることが最も好ましい。

図５で、隔膜３０はリング部３１の断面中央で結合しているが、その結合位置はリング部断面の上端／下端やその間であっても特に問題はなく、特に限定するものではない。

さらに、隔膜３０にリング部３１を設け、空気室側容器および液体室側容器のシール部分に工夫を加えることで、容易に隔膜３０に引っ張り変位λを加えることが可能な構造が実現可能となる。例えば、図６に示すように、空気室側容器および／または液体室側容器のシール部分６０、６１に溝を設け、溝にリング部３１を入れる。この溝の深さと、隔膜３０とリング部３１との高さにオフセットを設けることで、機械的シールを行う際に、自動的に引っ張り変位λが加わる。なお、このような構造のほかに様々な例を提示することができ、その手段は特に限定するものではない。

本発明の圧力センサは、液体が空気と接触しない状態で、液体圧力の測定誤差の少ない検出が可能であるため、患者の体内から血液を取り出し、血液処理装置を用いて血液の体外処理を行い、処理された血液を体内に戻す体外循環療法において、安全に体外循環回路内の圧力を測定できるので、体外循環治療に有用に用いることができる。

第一実施形態に係る圧力センサの断面図である。第一実施形態に係る圧力センサの構成図である。第一実施形態に係る圧力センサの変形例の構成図である。第一実施形態に係る圧力センサの変形例の構成図である。第二実施形態に係る圧力センサの模式図である。第二実施形態に係る圧力センサの変形例の構成図である。従来の圧力センサを示す模式図である。従来の圧力センサを示す模式図である。従来の圧力センサを示す模式図である。

符号の説明

１ …圧力センサ
１０ …空気室
１１ …空気出入口
２０ …液体室
２１ …液体流入口
２２ …液体流出口
３０ …隔膜
３１ …リング部
６０、６１ …シール部分
７０ …連通部
８０ …圧力測定器具

Claims

空気出入口と空気室を有する空気室側容器と、
液体流入口と液体流出口と液体室を有する液体室側容器と、
前記空気室側容器と前記液体室側容器に挟まれて前記空気室と前記液体室を区画し、前記空気室内と前記液体室内の圧力差に応じて変形する平板状の隔膜と、
前記空気出入口に連通部を介して接続された圧力測定器具と、を有する圧力センサにおいて、
前記空気室の初期状態での容積をＶ_Ａ、前記空気室の初期状態での圧力をＰ_Ａ（但し、−２００ｍｍＨｇ≦Ｐ_Ａ≦２００ｍｍＨｇ）とし、前記液体室の初期状態での容積をＶ_Ｌ、前記連通部の容積をＶ_Ｔ、前記圧力センサの最小圧力測定可能値をＰ_ＭＩＮ（但し、−６００ｍｍＨｇ≦Ｐ_ＭＩＮ≦―２００ｍｍＨｇ）、前記圧力センサの最大圧力測定可能値をＰ_ＭＡＸ（但し、２００ｍｍＨｇ≦Ｐ_ＭＡＸ≦６００ｍｍＨｇ）とするとき、
前記Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｌ、Ｖ_Ｔは式（１）及び式（２）を共に満たすように設定されており、
｛（Ｐ_ＭＡＸ÷Ｐ_Ａ）−１｝×Ｖ_Ｔ≦Ｖ_Ａ・・・（１）
〔｛（Ｐ_Ａ÷Ｐ_ＭＩＮ）−１｝×（Ｖ_Ａ＋Ｖ_Ｔ）〕≦Ｖ_Ｌ≦１０ｍＬ・・・（２）
更に前記隔膜は、前記液体室及び前記空気室の圧力が０ｍｍＨｇの状態において平板状になっていることを特徴とする圧力センサ。
前記隔膜は、その周縁部に於いて前記空気室側容器と前記液体室側容器の間に挟まれて機械的にシールされており、
前記隔膜が前記２つの容器に挟まれて前記容器と接触しているシール部分の幅をＬ（但し、０．３ｍｍ≦Ｌ≦１０ｍｍ）、前記隔膜のポアソン比をν、前記隔膜の厚みをｈ（但し、０．２ｍｍ≦ｈ≦３．０ｍｍ）、前記機械的シールによる前記隔膜の圧縮量をｔ（但し、０．０５≦ｔ／ｈ≦０．５０）とするとき、
前記隔膜が−ν×Ｌ×（ｔ÷ｈ）／２≦λを満たすように引っ張り変位λを加えられた状態で機械的にシールされることにより、前記液体室及び前記空気室の圧力が０ｍｍＨｇの状態において平板状になっていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
前記隔膜は、シール部分となる前記隔膜の周縁に前記隔膜より厚いリング部を設けており、
前記リング部が前記２つの容器に挟まれて前記容器と接触しているシール部分の幅をＬａ（但し、０．３ｍｍ≦Ｌａ≦１０ｍｍ）、前記リング部のポアソン比をνａ、前記リング部の厚みをｈａ（但し、１．０ｍｍ≦ｈａ≦５．０ｍｍ）、前記機械的シールによる前記リング部の圧縮量をｔａ（但し、０．０５≦ｔａ／ｈａ≦０．５０）とするとき、
前記隔膜が−νａ×Ｌａ×（ｔａ÷ｈａ）／２≦λを満たすように引っ張り変位λを加えられた状態で機械的にシールされることにより、前記液体室及び前記空気室の圧力が０ｍｍＨｇの状態において平板状になっていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
前記リング部の断面形状が円形であることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
前記空気室側容器および／または前記液体室側容器のシール部分に前記リング部を入れる溝を設け、該溝は機械的シールを行う際に前記リング部を広げる方向に傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。