JP2010255550A - ポンプ装置、生体成分測定装置及び人工膵臓装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡潔な構造でありながら長期間にわたって流体を安定的に移送することができるマルチチューブポンプを提供する。
【解決手段】ローラ２６とステータ４２とで挟み込んだ複数のチューブ３１の圧縮部分をローラの回転移動に伴いチューブ長手方向に移動させることにより流体の吸入及び吐出作用を行わせるようにしたマルチポンプにおいて、前記複数のチューブに対応するステータを、ローラとの間に挟み込んだチューブからの反力が作用する面内に沿って変位可能に支持すると共に、前記反力に抗してステータをローラの方向に付勢するコイルスプリング６７を設ける。
【選択図】 図４

Description

この発明は、医療用機器に好適なポンプ装置に関し、より詳しくは、弾力性を有するチューブを作動流体通路として気体または液体等の流体の吸入及び吐出をさせるようにした形式のポンプ装置及びこのポンプ装置を使用した生体成分測定装置及び人工膵臓装置に関する。

弾力性を有するチューブを作動流体通路として流体の吸入及び吐出をさせる形式のポンプには、ローラポンプ、チューブポンプ、蠕動ポンプ、扱きポンプ、ペリスタルティックポンプなど各種名称のものが知られている。これらは互いに名称を異にするものの、ポンプの基本的な構造原理は共通している。すなわち、弾力性を有するチューブにローラ等からなる押圧部材を押し当てて変形させることでチューブ内に作動室を画成し、この押圧部材をチューブ長手方向に沿って移動させることでチューブ内の流体を移送、つまり吸入及び吐出作用を行わせる。

この種のポンプにおいて代表的なローラポンプと称されるものの一般的な構造が特許文献１に示されている。ローラポンプでは、ポンプ軸に取り付けたディスクの周囲に複数個のローラを放射状に配設した遊星ローラ機構を押圧部材として備えており、遊星運動する複数のローラをチューブに押し当てて転動させることで円滑に流体の移送を行えるようにしている。また、ローラの外周側にステータと呼ばれる案内部材を設け、この案内部材とローラとの間にチューブを挟み込むことでチューブを確実に変形させて流量の精度と安定性を高めている。

また、この種のポンプではチューブの交換を容易にするために、前述したステータ部を簡単な操作でポンプ本体から取り外せるようにしたものがある。さらには、ＩＳＭＡＴＥＣ社製の「高精度送液ポンプ」（例えば、「ＩＰシリーズ」、「ＲＥＧＬＯシリーズ」、「ＭＣＰシリーズ」、「ＢＶＰシリーズ」等）に見られるように、ステータ部とチューブとを組にしたカセット式として簡単に交換できるようにしたものがある。このカセット式のものでは、ステータ部と共に樹脂で一体成形した爪部分をポンプ本体に弾力的に係合することでステータ部及びチューブを簡単に装着できるようにしている。

特開２０００−２６２６１１号公報

人工膵臓装置等に用いられる生体成分測定装置、例えば血糖値測定装置に適用されるポンプでは、チューブを装置の本体面に沿って多数配設し、これらを共通の押圧部材で同時に駆動する機能が必要とされる。このような構成のものにおいてステータ等の案内部材を個々に着脱可能な構成にすると、作動時にチューブを介して押圧部材と案内部材との間に作用する押圧力が、寸法精度によっては個々に異なるものとなってしまう。このような押圧力のばらつきは流量の精度や安定性を損なうものである。

また、チューブ交換が頻繁になされる医療用途のチューブポンプでは、チューブ交換のたびに流量が変動するようでは信頼性の点から好ましくないのであるが、このチューブ交換と安定性の両立という要請を満足するには従来のポンプでは必ずしも十分ではなかった。例えばステータを樹脂で形成したものでは、長期にわたる使用において樹脂の経時劣化によりステータによる押圧力が低下して所期の吐出流量が得られなくなるおそれを生じる。ステータの支持状態が安定していないと、単に流量が低下するだけでなく、ローラ及びチューブとのあいだに局所的に圧力が作用して吐出量が一時的に大きく変動するなど短い時間内での安定性が損なわれるおそれをも生じる。

請求項１の発明は、
内部を液体が流通する弾力性を有する複数のチューブをポンプ本体の盤面に沿って並列的に配設すると共に、前記盤面の裏面側にてチューブ長手方向に沿って所定の軌道上を移動する移動押圧部材と、この移動押圧部材と対向して移動押圧部材との間に前記チューブを挟み込む案内部材とを備え、前記移動押圧部材と案内部材とで挟み込んだチューブの圧縮部分を移動押圧部材の移動に伴いチューブ長手方向に移動させることにより流体の吸入及び吐出作用を行わせるようにしたポンプ装置において、
前記複数のチューブに対応する案内部材を、前記本体に対して着脱可能な支持体に、移動押圧部材との間に挟み込んだチューブからの反力が作用する面内に沿って変位可能に支持すると共に、前記反力に抗して案内部材を移動押圧部材の方向に弾性的に付勢する付勢部材を設けたことを特徴とするポンプ装置である。

請求項２の発明は、
前記請求項１の発明において、前記案内部材は、案内部材のチューブ長手方向の一端部と他端部のそれぞれに形成した溝部と、この溝部と嵌合して前記反力が作用する面内での案内部材の変位量を規制する規制部材とを備えた支持装置を介して支持体に支持してなることを特徴とするポンプ装置である。

請求項３の発明は、
前記請求項１の発明において、前記移動押圧部材は、チューブを押圧する複数のローラを回転軸の周囲に放射状に配設してなる遊星ローラ機構からなることを特徴とするポンプ装置である。

請求項４の発明は、
前記請求項１の発明において、前記付勢部材は、案内部材のチューブ長手方向の一端側と他端側の少なくとも２箇所に配設した金属性のコイルスプリングからなることを特徴とするポンプ装置である。

請求項５の発明は、
前記請求項１から請求項４の何れか１つに記載のポンプ装置を生体成分を含む流体の移送装置として備えてなることを特徴とする生体成分測定装置である。

請求項６の発明は、
前記請求項５に記載の生体成分測定装置を血糖値測定装置として備えてなることを特徴とする人工膵臓装置である。

前記請求項１以下の各発明によれば、複数のチューブが並列的に配設されたポンプ本体の盤面に対して、各チューブに対応する複数の案内部材をそれぞれに共通の、前記本体に対して着脱可能な支持体に支持したことから、チューブ交換時に各チューブ毎に個々に案内部材を着脱する必要がない。したがって、チューブ交換にあたっての操作が極めて容易であることに加えて、支持体を前記本体に固定した状態で移動押圧部材と案内部材の間に生じる押圧力がチューブ毎に異なるような不具合を生じるおそれが少ない。

特にこの発明では、案内部材を移動押圧部材に付勢する付勢部材を備えると共に、案内部材をチューブからの反力が作用する面内に沿って、例えば前記付勢部材の付勢力作用方向及び移動押圧部材の移動方向に沿って進退変位可能に支持してあるので、移動押圧部材との間にチューブを挟み込んだ状態で移動押圧部材が移動しているときのチューブからの反力に応じて案内部材を常に適切な位置に支持することができる。このようにして、案内部材の押圧面全体にわたって適切な挟持力でチューブを挟み込むことができると共に、チューブに局所的に過大な押圧力が作用することが防止される。したがって、この発明に係るポンプ装置によれば、簡潔な構造であるにもかかわらず、長期間にわたって流体を安定的に移送することができ、さらにはこのポンプ装置を適用した生体成分測定装置及び人工膵臓装置等の医療用機器の信頼性をより向上させることができる。

この発明の一実施形態の側面図。 前記実施形態の支持体部を一部を切り欠いて示した平面図。 前記実施形態の本体部分を一部を切り欠いて示した平面図。 前記実施形態のステータ支持機構の詳細を示す要部側面断面図。 この発明を人工膵臓装置用の血糖値測定ユニットとして適用した実施形態の概略構成図。 図７の実施形態の本体部分の概略構成図。

以下、この発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。なお、以下の各図面は実施形態の各部の構成や位置関係を説明するためのものであるので、その表現において必ずしも正規の機械製図法には準拠していない。また、原則として各図につき互いに同一の部分には同一の符号を付して示してある。

図１〜図３は、それぞれこの発明をいわゆるローラポンプとして構成した実施形態の主要構成部分を示している。図において、２１はローラポンプ本体の盤面部分（以下、単に「本体」という。）、２２は本体２１に回転可能に支持したローラディスク、３０は流体移送用のチューブ群、４１は本体２１に対して着脱可能に設けた支持体である。

ローラディスク２２は、ポンプ軸２３に取り付けた一対のディスク２４、２４間に、８個のローラ２６をその回転中心がポンプ軸２３と平行となるように等角度間隔で放射状に配設してなる遊星ローラ機構を構成する。なお、このローラディスク２２の構成は請求項３の記載に対応する。

ローラディスク２２は本体２１の背面側に回転可能に支持してあり、図示しないモータにより回転駆動する。なお、ローラディスク２２は２１に対して一体的に設ける必要はなく、本体２１を着脱可能とする他の機器（例えば後述する人工膵臓装置）の側にローラディスク２２を設けた構成とし、その上から盤面となる部分を被せるように取り付けることでローラポンプを構成するような分割構造のものとしてもよい。

ローラ２６ないしローラディスク２２は、この実施形態における移動押圧部材に相当すいる。ローラ２６は、ローラディスク２２の回転に伴い、そのピッチ円に相当する円形軌道に沿って移動し、チューブ群３０を扱く作用を担っている。

本体２１にはローラディスク２２の一部が表面側に突出するように開口部２７が形成してある。本体２１上には、ローラ２６の進行方向の前後に位置するように開口部２７の近傍にチューブ固定部２８、２９を設けてある。

チューブ群３０は、この場合４チャンネルの流体移送に対応するように４本の弾性材からなるチューブ３１ａ〜３１ｄを備える。これら４本のチューブ３１ａ〜３１ｄは所定の間隔で設けた１対のバインダ部３２、３３により束ね、複数のチューブをまとめて交換できるようにユニット状のチューブ群を形成している。

１対のバインダ部３２，３３は、それぞれ前述したチューブ固定部２８、２９の外側に対向的に係止するように着脱自在に取り付けられる（図１または図３参照）。この取付状態においては、４本のチューブ３１ａ〜３１ｄはそれぞれ自由状態にあり、自身の弾性に基づく張力のみによってローラ２６の外周部分に接している。

支持体４１は、図２に示したように全体として矩形の平板状であり、その背面つまり前述したローラディスク２２と対向する側に、チューブ群３０の４本のチューブ３１ａ〜３１ｄと対応するように、４個のステータ４２ａ〜４２ｄを備えている。

各ステータ４２ａ〜４２ｄは、この実施形態における案内部材に相当する。そのローラディスク２２との対向面がローラ２６の回転軌道に対応する曲率半径を有する円弧状に形成してある。これら４個のステータ４２ａ〜４２ｄはそれぞれ、後述する固定機構を介して支持体４１を本体２１上に拘束した状態下で、前記円弧面とローラ２６との間に挟まれたチューブ３１ａ〜３１ｄに所要の押圧力が作用するように支持体４１に変位可能に支持してある。このステータ４２ａ〜４２ｄを支持体４１に変位可能に支持する支持装置の詳細については後述する。

また、支持体４１には、各ステータ４２ａ〜４２ｄの両側面に位置するように板状のセパレータ４３を設けてある。このセパレータ４３は隣接するチューブ同士の干渉を防止する仕切りとしての機能と、ポンプ運転状態下でローラ２６と接触する部分においてチューブが横方向（ポンプ軸方向）に偏らないように案内する機能とを有する。

この実施形態では、４本のチューブ３１ａ〜３１ｄに個々に対応するように４個のステータ４２ａ〜４２ｄを設けたことにより、各チューブ３１ａ〜３１ｄの仕様（例えば内径、弾性など）が異なる場合においてもそれぞれの仕様に対応して適切な押圧力を付与することが可能になる。その一方、複数のチューブの仕様が互いに同一である場合には、これら同一仕様のチューブ群を共通のステータで同時に押圧するような構成としてもよい。

支持体４１は、これを本体２１に対して着脱可能である。この場合、本体２１上に立設した１対の支持腕部５１、５１にピン５２を介して支持体４１の基部を回動可能に支持することで、前述したステータ４２ａ〜４２ｄが、所要の押圧力でチューブ群３０を加圧する拘束位置と、前記押圧力を解放してチューブ群３０の交換を可能にする解放位置との間で揺動しうるように図り、この開閉動作により本体２１に対する支持体４１の着脱をなしうるようにしている。

チューブ群３０からの反力に抗して支持体４１を本体２１に対して前述した拘束位置に固定するための固定機構として、この発明では拘束状態にてチューブ群３０からの反力の作用方向（図１の矢印Ａで示した方向）に対して交差しかつチューブ群３０の側面に沿った方向に滑動可能なように前記支持体４１にスライダ４４を設けている。

スライダ４４は、支持体４１の上面部を横断する逆Ｕ字形ないしはアーチ状をなし、その両端部にはそれぞれ支持体４１の側面に沿って垂下する態様で脚部４５を備えている。支持体４１の両側面にはその長手方向に沿って長穴状の案内溝４６を形成してある。両脚部４５にはそれぞれ、前記案内溝４６に摺動可能に嵌合する２つのピン４７ａ、４７ｂを並列的に備える。このピン４７ａ、４７ｂと案内溝４６との係合に基づき、スライダ４４は支持体４１の上面に沿って平行移動可能に支持される。

両脚部４５にはさらに、ピン４７ｂの下方に位置するように第３のピン４７ｃを備える。このピン４７ｃは、本体２１上に固定されたカム６０に対する従動子となるもので、スライダ４４の滑動操作に伴いカム６０とのあいだで支持体４１の拘束または解放を可能にする。

次に、ステータ４２ａ〜４２ｄを支持体４１に変位可能に支持する支持装置の構成について、図４を参照しながら説明する。この支持装置の構成は請求項２の記載に対応する。なお、以下の説明においては、複数のステータ４２ａ〜４２ｄまたは複数のチューブ３１ａ〜３１ｄを代表する名称としてそれぞれ「ステータ４２」「チューブ３１」を用いることがある。

ステータ４２は、図４に示したように、ローラ２６と協働して、チューブ３１を挟持する。すなわち、ローラポンプにおいては、ローラ２６とステータ４２とでチューブ３１の装着部を構成しており、より詳しくはステータ４２の円弧面状の押圧面６２とローラ２６とでチューブ３１を挟持可能となるように、押圧面６２がローラ２６に対向するように配置してある。

ステータ４２には、ローラ２６の回転軌跡に沿ってその外表面の一部を囲繞する円弧面状の押圧面６２と、後述する変位量規制部材６９が挿入される溝部６３と、押圧面６２が形成された面に対して背面側に形成され、後述する付勢部材６７を収容する溝状の収容部６４とを有している。複数のステータ４２ａ〜４２ｄは、既述したように支持体４１に互いに独立して変位可能なように支持し、ローラ２６と協働してそれぞれに対応するチューブ３１ａ〜３１ｄを個々独立に挟持しうるように構成してある。

押圧面６２は、チューブ３１をステータ４２とローラ２６とで所定の状態に挟持することができるように、各ローラ２６の外接円とほぼ同一の曲率半径を有する曲面を有する凹状に形成してある。すなわち、この押圧面６２は、ローラ２６の外接円とほぼ同一の曲率半径を有する円筒体の一部である部分円筒状凹部ということができ、押圧面６２の前記一方向長さ及び深さ等は、チューブ３１の仕様、挟持状態、後述する付勢部材の付勢力等に応じて、適宜に設定することができる。

このステータ４２は、前記押圧面６２がローラ本体５の円周方向に沿ってその外周面の一部を囲繞するように配置し、かつローラ２６と協働してチューブ３１を適切に挟持することができるように、前記押圧面６２の曲面とローラ２６の外表面とが所定の間隙を有するように配置する。すなわち、チューブ３１の装着部は所定の間隙を有しており、ここで前記所定の間隙は、チューブ３１を径方向に圧縮したときの厚さ、概略的にはチューブ壁厚の約２倍よりも小さければよく、流体の移送量、チューブ３１の仕様等に応じて、適宜設定する。

溝部６３は、後述するように、ステータ４２がチューブ３１からの反力が作用する面内にて変位することができるように、その寸法を設定する。詳細には、溝部６３は、後述する変位量規制部材６９の厚さよりも大ききな高さ及びその挿入量よりも大きな深さとを有し、かつステータ４２が必要以上に変位することがなく、所定範囲内での変位のみを許容するような寸法に設定してある。この場合、ステータ４２の変位を許容する方向は、基本的にはチューブ４２からの反力（図１の矢印Ａを参照）が作用する面内にて前記反力の作用方向に沿った方向であればよいが、前述したようにチューブ長手方向に沿った方向にも進退しうるように図ることで、これら略直交する２方向の合成方向へと変位の自由度が高められる。

収容部６４は、ステータ４２が変位量規制部材６９を介して支持体４１に支持されたときに、支持体４１の底面部６３に相対向する位置に形成してある。収容部６４は、ステータ４２の、チューブ３１の長手方向に沿って図った寸法の中心線Ｃｓに対して対称となる２箇所の位置に配設してある。このように２つの収容部６４を直列に形成してあると、ステータ４２をローラ２６に対して押圧する押圧力を、前記押圧面６２の長手方向の全域にわたってより適切に作用させることが可能となる。この収容部６４は、後述する付勢部材６７を収容することができる溝状に形成してある。

変位量規制部材６９は、一方向に延在する薄板状をなし、長手方向における一方の端縁部が支持体４１の固定溝８３に挿入固定され、その他方の端縁部がステータ４２の溝部６３に挿入される。このように、変位量規制部材６９は、ステータ４２の前記長手方向における前後の延長線上に配置し、変位量規制部材６９の端面がステータ４２に形成した溝部６３の内表面に当接することによって、ステータ４２がチューブ３１からの反力が作用する面内にて許容量を超えて変位することを防止している。

付勢部材６７は、支持体４１の底面部６３とステータ４２の収容部６４との間に介装し、その弾性的な付勢力でステータ４２をローラ２６に対して付勢、押圧する。したがって、付勢部材６７はこのように機能する構成であればどのような機械要素を適用してもよく、このローラポンプにおいては例えば金属製のコイルバネを適用している。付勢部材６７として金属製のコイルバネを適用すると、一般的にその弾性力は樹脂等に比較して劣化しにくく、ステータ４２を押圧する付勢力を長期間にわたって一定に維持することができる。付勢部材６７は、ステータ４２とローラ２６とでチューブ３１を押圧挟持することができる付勢力以上の付勢力を有していればよく、その付勢力は、チューブ３１の挟持力、押圧変形量及び外径、流体の移送量等に応じて適宜設定する。

このローラポンプは、前記したように、ステータ４２を付勢部材６７を介して支持体４１に支持してあることを特徴の１つとし、図示したように簡潔な構造を有している。

このように構成したローラポンプにおいて、ステータ４２は、付勢部材６７によって付勢される被付勢方向（図１において矢印Ａで示される方向）に付勢部材６７の付勢力に従って又は反して、前記被付勢方向に沿って前後進するように変位可能となっている。また、ステータ４２は、付勢部材６７による前記被付勢方向及びローラディスク２２の軸線Ｃ方向に対して垂直な方向（図１において矢印Ｂで示される方向）、換言するとチューブ３１の配設方向に、前記付勢部材６７が前記垂直方向に変形又は復帰することによって、前記垂直方向に沿って前後進するように変位可能となっている。さらには、ステータ４２は、ローラディスク２２の軸線Ｃ方向に、前記付勢部材６７が前記軸線Ｃ方向に変形又は復帰することによって、前記軸線Ｃ方向に沿って前後進するように変位可能となっている。このように、ステータ４２が変位可能になっていると、チューブ３１の装着性に優れ、チューブ３１の配置位置、ローラ２６ないしローラディスク２２の配置状態にかかわらず、チューブ３１を適切に挟持することができると共に、ローラ２６によりチューブ３１に局所的に過大な押圧力が作用するのを防止することができる。

このローラポンプを例えば輸液用の医療機器に適用する場合には、チューブ３１は、その一端が図示しない輸液貯蔵容器に接続され、その他端が輸液対象者に設けられた輸液注入部材例えばカテーテル（図示しない。）に直接又は他の接続部材例えばジョイント、他のチューブ等を介して接続され、前記一端と前記他端の間の部分がローラポンプの前記装着部に装着固定されて、前記輸液貯蔵容器に貯蔵されている輸液を移送する移送路となる。

前記輸液貯蔵容器は、所定量の輸液を貯蔵した容器であればよく、例えば、所定量の輸液を貯蔵したプラスチック製の輸液バッグ、所定量の輸液を貯蔵したプラスチック製又は金属製の輸液ボトル等が挙げられる。輸液貯蔵容器に貯蔵される輸液は、投与される患者に必要な輸液であればよく、例えば、血液、ブドウ糖、生理食塩水、栄養剤等が挙げられる。このポンプを生体成分測定装置及び人工膵臓装置に適用した実施形態については後に詳述する。

このように構成されるローラポンプの適用例についてさらに説明する。まず、前記構成を有するローラポンプ、チューブ３１、所望の輸液が貯蔵された輸液貯蔵容器等を準備する。準備したチューブ３１の一方の端部を前記輸液貯蔵容器に接続し、他方の端部を輸液投与対象者に設けられた輸液注入部材に直接又は他の接続部材等を介して接続する。輸液投与対象者に投与する輸液が複数ある場合には、対応するチューブ３１それぞれを独立に同様にして接続する。なお、このとき、適用するチューブの仕様は投与する輸液の種類に応じて適宜調整することができ、すべてのチューブが同一の仕様を有していても、それぞれが異なる仕様を有していてもよい。

このようにして接続した各チューブ３１を、ローラポンプの筐体内に挿入して、ローラ２６とステータ４２との間すなわち装着部に、互いに並行となるように、配置する。この状態において、支持体４１をローラディスク２２に対向する位置に配置固定する。そうすると、ローラ２６とステータ４２の押圧面６２とは前記したように所定の間隙を有するように調整され、複数のチューブ３１はそれぞれローラディスク２２とステータ４２とによって同時に挟持、固定される。このように、複数のチューブ３１をワンタッチで所望のように挟持、固定することができる。このとき、ステータ４２は、前記のように、前記被付勢方向かつ前記垂直方向に変位可能となっているから、たとえ自由状態においてステータ４２の長さ方向における押圧面６２の中心線Ｃｓとローラディスク２２の中心軸Ｃとがチューブ長手方向に計った位置おいて一致していなくても、ステータ４２は適切な位置に変位する。その結果、複数の弾性チューブ３１を用いてマルチチャンネル化しても、すべてのチューブ３１をそれぞれ押圧面６２全体にわたって適切な挟持力で挟持することができ、ローラ２６で押圧されるすべてのチューブ３１の押圧量が、適用するチューブ３１の仕様に応じた最適なものとなり、したがって、各チューブ３１内を移送される輸液の移送を安定して行うことができる。

また、このように、すべてのチューブ３１をそれぞれ押圧面６２全体にわたって適切な挟持力で挟持することができるから、ローラ２６によって、チューブ３１が必要以上に押圧されることなく、チューブ３１に過度の圧縮力が加わることがなくなり、チューブ３１の耐久性も向上する。

また、この実施形態のローラポンプは、付勢部材６７として金属製のコイルバネを適用しているから、例えばステータを形成する樹脂の弾性力に依存して付勢力を付与するようにしたものに比較して、経時による付勢力の低下が極めて小さく、長期間にわたって当初の付勢力を維持することができると共に、各コイルバネは、収容部６４の位置に応じて適切な付勢力を有するコイルバネを選択することができる。その結果、すべてのチューブ３１を押圧面６２全体にわたって適切な挟持力で長期間挟持することができる。付勢部材６７の付勢力を複数のステータ４２について個々に調整すれば、それぞれが挟持するチューブ３１の仕様が異なる場合においても、付勢部材６７の調節次第でチューブの仕様差を吸収して、仕様の異なる複数のチューブを同時に適用することができる。

このようにして弾性チューブ４をローラ２６とステータ４２とで挟持し、必要に応じプライミングして、ローラポンプの使用準備が完了する。

輸液を患者に投与するには、輸液量等の設定を入力して、ローラポンプのモータを駆動する。そうすると、ローラディスク２２が間欠的に又は連続的に回転して、各ローラ２６によって押圧変形されたチューブの被押圧凹部が、ローラ２６の転動と共にステータ４２の押圧面６２に沿って移動し、すなわちチューブ３１がローラ２６によって扱かれる。

このようにしてローラ２６の移動によってチューブ３１扱かれると、ステータ４２の押圧面６２にはローラディスク２２の回転方向に沿う圧力がかかる。このときステータ４２が従来技術のように変位不能に支持されていると前記圧力が分散することなく、チューブ３１における特定部分に集中して、この特定部分が過大な押圧力で押圧され、その結果チューブ３１がその特定部分にて破損することがある。これに対して、この発明に係るローラポンプは、ローラ２６が回転しながらチューブ３１が扱かれて、ステータ４２の押圧面６２にローラディスク２２の回転方向に沿う圧力がかかっても、ステータ４２は前記垂直方向及び前記付勢方向に変位可能になっているから、この圧力に応じてステータ４２が変位して、ローラ２６によるチューブ３１の押圧力が分散され、弾性チューブ３１の特定部分が過大に押圧されることを防止することができる。その結果チューブ３１の耐久性が向上する。なお、ステータ４２の押圧面６２に過大な荷重が作用したとしても、変位量規制部材６９によってステータ４２の最大変位量が規制されるから、前記荷重が解放されればステータ４２は初期位置に速やかに復帰し、チューブ３１の耐久性を向上させつつ、ステータ４２の機能を保持して、ローラポンプの耐久性を確保することができる。

このようにして、各チューブ３１内に充満している各輸液を、患者に必要な量だけ、長期間にわたって安定して移送することができる。

ローラポンプにおいて、ステータ４２は、図４に示したように、付勢部材６７を介して変位可能に支持体４１に支持してあり、支持体４１に対して固定的に支持していないから、ローラディスク２２の回転による押圧力が付勢部材６７に効果的に吸収されて、チューブ３１だけでなく、ステータ４２及び支持体４１にも過度の荷重が作用することがない。したがって、ステータ４２及び支持体４１の耐久性も向上する。

このように、ローラポンプは、ローラポンプの待機中及び稼動中にステータ４２が適切な位置に変位して、押圧面６２全体にわたって適切な挟持力でチューブ３１を挟持することができ、簡潔な構造であるにもかかわらず、長期間にわたって送液を安定的に行わせることができる。したがって、このローラポンプは、医療用途に特に好適であり、例えば以下に述べるように人工膵臓装置や人工透析装置等の送液ポンプとして特に好適である。

図５及び図６はこの発明を適用した生体成分測定装置に関する実施形態であり、請求項５ないし請求項６の記載に対応するものである。この実施形態に係る生体成分測定装置は、例えば人工膵臓装置に適用される血糖値測定装置として構成され、そのポンプ装置として図１以下に示したローラポンプを備えている。以下の説明において、前記ローラポンプと対応する構成部分を示す符号には、括弧内に図１〜図４で用いた符号を添えて示すことにする。

図５または図６において、２はユニット化された血糖値測定装置（以下「血糖値測定ユニット」という。）であり、基板３、グルコース測定流路４、較正液送液流路５、希釈液送液流路６、混合器７を主要な構成要素としている。

基板３は、軟質塩化ビニール等のシート状材料からなり、ローラ用開口部３Ａ、及び２個の開口部３Ｂを開口してある。前記ローラ用開口部３Ａは、この基板３Ａを前記本体２１に被せた状態でローラディスク１Ａ（２２）が基板３上のチューブ群（詳細は後述する。）に直接当接するように開口してある。他の２個の開口部３Ｂは、第１流路切替器１Ｂ及び第２流路切替器１Ｃの取付部分である。

グルコース測定流路４は、採取された血液をローラポンプによりコネクタ９ｉを介してグルコースセンサ４Ａに移送させる。この実施形態では、採取された血液を混合器７に移送する血液移送流路４Ｂと、混合器７により血液と希釈液とが混合されて得られる血液含有試料液をグルコースセンサ４Ａに送出する試料液移送流路４Ｄと、グルコースセンサ４Ａにて測定が終了した流体をコネクタ９ｉを介して排液として移送する排液移送流路４Ｃとを備える。なお、このグルコース測定流路４を構成する複数の流路のうちローラポンプのローラディスク１Ａ（２２）により扱かれる部分が図１または図３に示したチューブ群３０に相当する。

コネクタ９ｉは、試料液移送流路４Ｄがグルコースセンサ４Ａの測定液導入流路８ｉと接続し、排液移送流路４Ｃがグルコースセンサ４Ａの測定液導出流路８ｊと接続するようになっている。

血液移送流路４Ｂの一端にはコネクタ９ａを装着し、このコネクタ９ａは採血手段例えばカテーテル１Ｅにおける血液導出流路、例えば血液採取流路の端部に設けられたコネクタと着脱自在に結合できるように形成してある。前記血液移送流路４Ｂのコネクタ９ａを装着した一端は、この基板３の外側に延在する。この血液移送流路４Ｂの一端部以外の部位は、基板３の表面に他の流路と共に整列させ、その中央部は前記ローラ用開口部３Ａ及びローラディスク１Ａ（２２）上を横断するように配置する。

試料液移送流路４Ｄは、基板３の表面に他の流路と共に整列させる。この試料液移送流路４Ｄの途中部分は、前記第１流路切替器１Ｂを介装するために、開口部３Ｂを横切るように配設する。

この基板３には、さらに排液移送流路４Ｃを配設する。この排液移送流路４Ｃは、前記グルコースセンサ４Ａで測定済みの液を排液として排液用タンク１Ｈに導出する流路である。この排液移送流路４Ｃの一端にはコネクタ９ｅを装着し、このコネクタ９ｅは前記排液用タンク１Ｈ内に排液を導入する導入管の端部に設けられたコネクタと着脱自在に結合できるように形成してある。排液移送流路４Ｃのコネクタ９ｅを装着した一端は、この基板３の外側に延在する。この排液移送流路４Ｃの一端部以外の部位は、基板３の表面に他の流路と共に整列させてある。また、この排液移送流路４Ｃの途中部分は、ローラ用開口部３Ａ及びローラディスク１Ａ（２２）上を横断するように配置する。

混合器７には、この血糖値測定ユニット２以外の部位、例えば人工膵臓装置本体に装備された希釈液用タンク１Ｆの希釈液を混合器７に移送する希釈液送液流路６を結合する。

この希釈液送液流路６の一端にはコネクタ９ｂを装着し、このコネクタ９ｂは希釈液用タンク１Ｆ内の希釈液を導出する希釈液導出流路である導出管の端部に設けられたコネクタと着脱自在に結合できるように形成してある。希釈液送液流路６のコネクタ９ｂが装着された一端は、この基板３の外側に延在する。この希釈液送液流路６の一端部以外の部位は、基板３の表面に、他の流路と共に整列させ、その中央部はローラ用開口部３Ａ及びローラディスク１Ａ（２２）上を横断するように配置し、前記コネクタ９ｂが結合する一端とは反対側の端部は混合器７に結合する。

第１流路切替器１Ｂには、この血糖値測定ユニット２以外の部位、例えば人工膵臓装置本体に装備された較正液用タンク１Ｇの較正液を試料液移送流路４Ｄに移送する較正液移送流路５を装着する。この較正液移送流路５の一端にはコネクタ９ｃを結合し、このコネクタ９ｃは前記較正液を導出する較正液導出流路である導出管の端部に設けられたコネクタと着脱自在に結合できるように形成してある。前記較正液移送流路５のコネクタ９ｃを装着した一端は、この基板３の外側に延在する。この較正液移送流路５の一端部以外の部位は、基板３の表面に他の流路と共に整列させてある。また、この較正液移送流路５の途中には第２流路切替器１Ｃを介装する。

第２流路切替器１Ｃには、第２希釈液移送流路６Ａを取り付ける。この第２希釈液移送流路６Ａの一端にはコネクタ９ｄを装着し、このコネクタ９ｄは前記希釈液用タンク１Ｆ内の希釈液例えば緩衝液を導出する第２導出管の端部に設けられたコネクタと着脱自在に結合できるように形成してある。第２希釈液移送流路６Ａのコネクタ９ｄを装着した一端は、この基板３の外側に延在する。この第２希釈液移送流路６Ａの一端部以外の部位は、この基板３の表面に他の流路と共に整列させてある。

この基板３には、この血糖値測定ユニット２以外の部位、例えば人工膵臓装置本体に設置される生理食塩水用タンク１Ｄ収容されているヘパリン含有の生理食塩水をカテーテル１Ｅに移送する生理食塩水移送流路１０を付設してある。

この生理食塩水移送流路１０の一端にはコネクタ９ｆを装着する。このコネクタ９ｆは、この血糖値測定ユニット２以外の部位、例えば人工膵臓装置本体に取り付けられた生理食塩水用タンク１Ｄ内の生理食塩水を導出する導出管の端部に取り付けられたコネクタと着脱自在に結合できるように形成してある。このコネクタ９ｆを取り付けた生理食塩水移送流路１０の一端は、基板３の外側にまで延在する。またこの生理食塩水移送流路１０の他端にはコネクタ９ｇを装着する。このコネクタ９ｇは、前記カテーテル１Ｅに設けられた導入管に取り付けられたコネクタと着脱自在に結合できるように形成してある。このコネクタ９ｇを取り付けた生理食塩水移送流路１０の他端は、基板３の外側にまで延在する。この生理食塩水移送流路１０の中央部つまり、基板の外側に延在する一端部及び他端部以外の部位は、基板３の表面に他の流路と共に整列させ、前記ローラ用開口部３Ａ及びローラディスク１Ａ（２２）上を横断するように配置する。

次に、この血糖値測定ユニット２を適用した人工膵臓装置においてグルコースを測定する際の作用について説明する。まず人工膵臓装置を作動させるにあたり、人工膵臓装置本体に血糖値測定ユニット２を接続する。具体的には、基板３をポンプ本体（２１）に取り付け、その各流路を、それぞれ生理食塩水用タンク１Ｄ、カテーテル１Ｅ、希釈液用タンク１Ｆ、較正液用タンク１Ｇ及び排液用タンク１Ｈに接続し、各流路を第１流路切替器１Ｂ及び第２流路切替器１Ｃにセットする。このセットは、各流路におけるコネクタと血糖値測定ユニット２に付属する流路の末端にあるコネクタとを接続することにより行う。この接続作業後に、図１に示したようにローラポンプの支持体４１を本体２１上に固定することで、セパレータ４３とローラディスク２２との間にチューブ群３０を挟み込み、ポンプ作動可能な状態とする。このようにして、人工膵臓装置の配管接続作業を完了させる。

このようにして構成した人工膵臓装置のカテーテル１Ｅを患者の体内に留置する。次いで、ローラポンプを作動させて、生理食塩水用タンク１Ｄからカテーテル１Ｅへと生理食塩水を送りこむ。また、このカテーテル１Ｅにより採血された血液は、カテーテル１Ｅ内で生理食塩水と混合される。カテーテル１Ｅ内の血液は、ローラポンプのローラディスク１Ａ（２２）に扱かれた血液移送流路４Ｂ内にて強制的に移送され混合器７に到る。

一方、希釈液が希釈液用タンク１Ｆから希釈液送液流路６へと送られる。この希釈液はさらに混合器７に送られる。

このとき第１流路切替器１Ｂは、試料液移送流路４Ｄに対して較正液移送流路５を不通状態にし、血液移送流路４Ｂと試料液移送流路４Ｄとを流通状態にしている。したがって、試料液は、試料液移送流路４Ｄ内を流通してコネクタ９ｉを介してグルコースセンサ４Ａ内に注入される。グルコースセンサ４Ａ内では、試料液中のグルコースが測定される。なお、測定されたグルコースの量のデータは人工膵臓装置本体の制御部に転送される。

一方、測定の終わった試料液は、測定液導出流路８ｊ、コネクタ９ｉ、排液移送流路４Ｃを通って、ローラディスク１Ａ（２２）によりしごかれて、グルコースセンサ４Ａ外へ強制的に排出される。排出された試料液は、排液移送流路４Ｃを介して排液用タンク１Ｈに達し、排液用タンク１Ｈに貯留される。

このようにして、患者のグルコース測定が終了したら、ローラポンプを停止させ、体内に留置されたカテーテル１Ｅを取り出し、必要により、前記カテーテル及び各流路に存在する患者の血液を排液用タンク１Ｈに排出した後、基板３（２１）の各流路を、それぞれグルコースセンサ４Ａ、生理食塩水用タンク１Ｄ、カテーテル１Ｅ、希釈液用タンク１Ｆ、較正液用タンク１Ｇ及び排液用タンク１Ｈから取り外し、これにより測定作業は完了する。

ところで、前述したところから明らかなように、血糖値測定ユニットではその測定操作において精密を要する送液を安定して行う必要がある。したがって、これをこの発明に係るポンプ装置を備えた生体成分測定装置ないしは人工膵臓装置に適用することにより、その精度及び安定性を確実に高められると共にチューブ交換の際の手間を省いて、その信頼性を大きく向上させることができ、取扱上の簡便性を向上させることができる。

なお、前述した実施形態ではこの発明をローラポンプとして構成した例を示したが、これに限られることなく、この発明は、並列的に配した複数のチューブを移動押圧部材と案内部材との間に挟みこみ、移動押圧部材によりチューブを扱く動作により流体移送作用を得るようにしたポンプ装置一般に適用可能であって、何れの場合も前述した作用効果を期待することができるものである。また、この発明の適用対象となる生体成分測定装置は、前述した血糖値測定のための機器に限られるものではなく、複数チャンネルでの流体移送が必要な種々の装置に適用して同様の作用効果を期待することができるものである。

さらに、実施形態では押圧部材であるステータを弾性的に付勢する部材としてコイルスプリングを例示したが、付勢部材としてはこれに限られることなく、例えばリーフスプリングやゴムなど種々の構造または材質のものを適用することができ、またその設ける位置や個数が限定されることもない。さらに、このような付勢部材として、チューブからの反力に抗する方向以外の方向、例えばステータの長手方向の変位に対して付勢力を発揮するようなものを付加的に適用してもよい。

１Ａ、２２ ローラディスク
２１ ローラポンプの本体（盤面部分）
２３ ポンプ軸
２４ ディスク
２６ ローラ（移動押圧部材）
３Ａ、２７ 開口部
２８，２９ チューブ固定部
３ 血糖値測定ユニットの基板
３０ チューブ群
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ チューブ
３２、３３ バインダ部
４１ 支持体
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ ステータ（案内部材）
４３ セパレータ
４４ スライダ
４５ スライダの脚部
４６ 案内溝
４７ａ、４７ｂ、４７ｃ ピン
５１ 支持腕部
５２ ピン
６０ カム
６１ カム面
６２ ステータの押圧面
６３ 支持体の底面部
６４ 収容部
６７ 付勢部材（コイルバネ）
６９ 規制部材
８３ 固定溝
１Ｂ 第１流路切替器
１Ｃ 第２流路切替器
１Ｄ 生理食塩水用タンク
１Ｅ カテーテル
１Ｆ 希釈液用タンク
１Ｇ 較正液用タンク
１Ｈ 排液用タンク
２ 血糖値測定ユニット（生体成分測定装置）
３Ｂ 開口部
４ グルコース測定流路
４Ａ グルコースセンサ
４Ｂ 血液移送流路
４Ｃ 排液移送流路
４Ｄ 試料液移送流路
５ 較正液送液流路
６ 希釈液送液流路
７ 混合器
８ｉ 測定液導入流路
８ｊ 測定液導出流路
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈ，９ｉ コネクタ
１０ 生理食塩水移送流路

Claims (6)

1. 内部を液体が流通する弾力性を有する複数のチューブをポンプ本体の盤面に沿って並列的に配設すると共に、前記盤面の裏面側にてチューブ長手方向に沿って所定の軌道上を移動する移動押圧部材と、この移動押圧部材と対向して移動押圧部材との間に前記チューブを挟み込む案内部材とを備え、前記移動押圧部材と案内部材とで挟み込んだチューブの圧縮部分を移動押圧部材の移動に伴いチューブ長手方向に移動させることにより流体の吸入及び吐出作用を行わせるようにしたポンプ装置において、
   前記複数のチューブに対応する案内部材を、前記本体に対して着脱可能な支持体に、移動押圧部材との間に挟み込んだチューブからの反力が作用する面内に沿って変位可能に支持すると共に、前記反力に抗して案内部材を移動押圧部材の方向に弾性的に付勢する付勢部材を設けたことを特徴とするポンプ装置。
2. 前記案内部材は、案内部材のチューブ長手方向の一端部と他端部のそれぞれに形成した溝部と、この溝部と嵌合して前記反力が作用する面内での案内部材の変位量を規制する規制部材とを備えた支持装置を介して支持体に支持してなることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記移動押圧部材は、チューブを押圧する複数のローラを回転軸の周囲に放射状に配設してなる遊星ローラ機構からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポンプ装置。
4. 前記付勢部材は、案内部材のチューブ長手方向の一端側と他端側の少なくとも２箇所に配設したコイルスプリングからなることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載のポンプ装置
5. 前記請求項１から請求項４の何れか１つに記載のポンプ装置を生体成分を含む流体の移送装置として備えてなることを特徴とする生体成分測定装置。
6. 前記請求項５に記載の生体成分測定装置を血糖値測定装置として備えてなることを特徴とする人工膵臓装置。

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