JP2011062561A

JP2011062561A - 回路内圧センサ用検出ユニット、回路内圧センサ

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Publication number: JP2011062561A
Application number: JP2010291213A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Kaneko; 充金子; Akira Kitani; 晶木谷
Original assignee: JMS Co Ltd
Current assignee: JMS Co Ltd
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2011-03-31
Anticipated expiration: 2026-02-24
Also published as: JP5177215B2

Abstract

【課題】ダイアフラムを強く挟持することなく必要十分な耐圧性能の確保が可能で、ダイアフラムの寿命の向上を図ることのできる回路内圧センサ用検出ユニットの提供。
【解決手段】液体回路内に介在配置され、開口部１２２を有する基体１２０と、開口部１２２を取り囲む円筒状のキャップ収容部１２４と、キャップ収容部１２４の内周壁に当接する円筒状の固定部１１１と、固定部１１１の検出する圧力の方向における中間部の内側に一体に設けられる肉厚の薄い円環状の薄肉部１１４と、薄肉部１１４と一体に接続される円板状の変位部１１５とを有するダイアフラム１１０と、液体を基体１２０に導入するための入口部と、液体を基体から導出するための出口部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、人体から導出された血液の処理や人体への薬液注入を行う血液浄化装置、特に透析装置に適用される液体回路内の圧力を検出する回路内圧センサに用いられる検出ユニットなどに関する。

血液浄化療法を行う場合、患者の血液を体外に導出し、この血液をフィルタに通した後、再び患者に血液を戻す血液回路や、透析液を流通させる透析液回路、透析や濾過により除去される血液中の水分を補給する補液回路などの液体回路がチューブなどを用いて構築されている。

前記液体回路内に流通する液体の情報、特に血液回路内に流通する血液の圧力は透析状態を制御するために重要な情報である。そして、血液回路内の圧力を測定する方法としては、従来、血液回路から分岐する回路を別途設けて当該分岐した回路の終端部に水銀柱などによって圧力を測る方法と、ダイアフラムを血液回路中に備え、ダイアフラムの出没状態から血液回路内の圧力を直接検出する方法とが採用されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。

ダイアフラムを用いて血液回路内の圧力を直接検出する場合、水銀柱などを用いて計測する場合に比べて、プライミングに特別な操作が不要となり、容易にプライミングを行うことができる。さらに、分岐経路が必要なくなるため、血液の滞留が軽減し、血液凝固の危険を回避することが可能となる。

前記従来のダイアフラム式の検出ユニットは、血液回路に介在配置される管体を備え、当該歓待の周壁に設けられる開口部端面にダイアフラムが配設されるものであり、前記開口部を封止するダイアフラムの出没状態により圧力を検出するものである。そして、前記開口部にダイアフラムを液密状態に密着させる方法としては、図１４に示すように、開口部周縁に複数箇所設けられる上下の台座１、２が、ダイアフラム３の周縁部を挟持する方法が採用されている。

特開２００３−１３９６３５号公報特開平９−０２４０２６号公報

ところが、前記ダイアフラム１の周縁を挟持することにより保持する方法では、流体から付与される圧力（図１４中大きな矢印）に対抗するため、台座１、２でダイアフラム３を加圧状態（図１４中小さな矢印）で挟持することが必要となる。その結果、ダイアフラム３は、大きな圧力で挟持され続けることとなり破損の危険性が高くなっていた。

さらに、ダイアフラム３を加圧状態で挟持しなければならない台座１、２も応力集中などにより破損する危険性が高かった。

本発明者らは上記課題に鑑み、鋭意努力と研究の結果、流体から付与される圧力の方向とは異なる方向からダイアフラムを把持することで、ダイアフラムばかりでなく台座にも過剰な圧力を付与することなく、液密を維持しつつダイアフラムを保持できることを突き止めるに至り、さらに、前記状態を実現しうる構造を見いだすに至った。

さらに、当該検出ユニットは、圧力の変動によりダイアフラムの出没が繰り返されても破損などが生じにくいことも見いだすに至った。

本発明は、前記発明者らの知見に基づき、ダイアフラムを強く挟持することなく必要十分な耐圧性能の確保が可能で、ダイアフラムの破損抑止を図ることのできる回路内圧センサ用検出ユニットの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明にかかる回路内圧センサ用検出ユニットは、液体を流通させる液体回路内の圧力を検出する回路内圧センサに用いられる検出ユニットであって、前記液体回路内に介在配置され、開口部を有する基体と、前記開口部を取り囲む円筒状のキャップ収容部と、前記開口部を封止するダイアフラムであって、前記キャップ収容部の内周壁に当接する円筒状の固定部と、前記固定部の検出する圧力の方向における中間部の内側に一体に設けられる肉厚の薄い円環状の薄肉部と、当該薄肉部と一体に接続される円板状の変位部とを有するダイアフラムと、液体を基体に導入するための入口部と、液体を基体から導出するための出口部とを備えることを特徴とする。

前記固定部により、ダイアフラム全体の形状を安定させ、圧力の変動に伴うダイアフラムの変化の精度を向上させることが可能となる。

さらに、固定部とキャップ収容部とが検出する圧力の方向と交差する方向において接触しているため、ダイアフラム全体が検出する圧力の方向に移動しようとする際にキャップ収容部との間で大きな摩擦力が発生し、ダイアフラムの基体に対するずれや離脱を防止することが可能となる。

検出ユニットを一部切り欠いて示す斜視図である。ダイアフラムを示す斜視図である。ダイアフラムを示す（図２中I−I線）断面図である。基体を示す断面図である。キャップを示す断面図である。ダイアフラムを基体に取り付ける状態を示す断面図である。キャップをキャップ収容部に挿入する状態を示す断面図である。検出ユニットを示す断面図である。透析機に取り付けられる液体回路に介在配置される検出ユニットを示す斜視図である。回路内圧センサを示す断面図である。ダイアフラムと嵌合溝の寸法状態を説明するための模式的断面図である。ダイアフラムの取付変形例を示す断面図である。他のダイアフラムの取付変形例を示す断面図である。従来のダイアフラムの保持状態を示す断面図である。

次に、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、検出ユニット１００の一部を切り欠いて示す斜視図である。

同図に示すように、検出ユニット１００は、ダイアフラム１１０と、基体１２０と、規制手段としてのキャップ１３０とを備えている。

図２は、ダイアフラム１１０を示す斜視図である。
図３は、ダイアフラム１１０を示す（図２中I−I線）断面図である。

ダイアフラム１１０は、基体１２０内に流通する液体の圧力が大気圧よりも大きいとき（陽圧）は凸状に膨張して突出し、基体１２０内に流通する液体の圧力が大気圧よりも小さいとき（陰圧）は凹状に陥没する全体視略円板形状であり、可撓性を実現できる樹脂で形成されている。

このダイアフラム１１０を構成する樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニル、ＳＥＢＳ系エラストマー、シリコンゴム、イソプレンゴムなどがあり、特にシリコンゴム、イソプレンゴムが好適である。シリコンゴムやイソプレンゴムは、可撓性を有し、加工しやすく、かつ、測定すべき流体（血液）に負の影響を及ぼさない等の理由から好適である。

ダイアフラム１１０は、一端部が密着部１１２となされる円筒状の固定部１１１と、固定部１１１の一体に内側に設けられる肉厚の薄い円環状の薄肉部１１４と、当該薄肉部１１４と一体に接続される円板状の変位部１１５とを備えている。また、変位部１１５の中心（つまり、ダイアフラム１１０の中心）には磁石１１３が設けられている。

固定部１１１は、ダイアフラム１１０を基体１２０に固定し、キャップ１３０と当接する部位であり、ダイアフラム１１０の最外周に位置しダイアフラム１１０の面に対し垂直に立設される。このような構造を採用することにより、固定部１１１は、ダイアフラム１１０全体の形状を安定させ、圧力の変動に伴う変位部１１５の変化の精度を向上させる役割を担っている。

また、固定部１１１の薄肉部１１４より下方の部分は、ダイアフラム１１０本体から突出する突条としても機能するものであり、基体１２０の開口部周縁に設けられた後述の嵌合溝に嵌合する。そして、嵌合溝に嵌合する固定部１１１は、嵌合溝の周壁と密着するため、固定部１１１の下方の表面は密着部１１２としても機能している。

薄肉部１１４は、比較的剛性の高い固定部１１１と比較的厚肉の変位部１１５とを一体に接続する薄い円環状の部位である。当該薄肉部１１４により、微妙な圧力変化に追随して変位部１１５を変化させることが可能となっている。

変位部１１５は、薄肉部１１４と一体に接続される円板状の部位である。当該変位部１１５は、磁石１１３を保持し、当該磁石１１３を圧力方向に沿って変位できるように比較的肉厚となっている。

磁石１１３は、変位部１１５とともに変位する部材であって、断面視逆Ｔ字状の円柱形状となされている。当該磁石１１３の変位量を後述のロードセルによって検出することで、ダイアフラム１１０の変位量を検出することができ、この変位量から換算して液体の圧力を測定することができるものとなされている。

図４は、基体１２０を示す断面図である。
同図に示すように、基体１２０は、剛性のある樹脂からなり、液体回路に介在配置される管状部１２５と、当該環状部１２５の周壁を円形に開口する開口部１２２と、開口部を囲んで立設される円筒形状のキャップ収容部１２４と、嵌合溝１２３とを備えている。

管状部１２５の一方端は、液体が導入される入口部として機能し、他端は出口部として機能する。そして当該入り口部および出口部が液体回路を構成するチューブの端部にそれぞれ挿入されるコック１２１として機能しており、コック１２１の表面は挿入されるチューブが抜け落ちないようにタケノコ状（図示せず）となっている。

嵌合溝１２３は、開口部１２２を取り囲む円環形状の部位であり、円筒状のキャップ収容部１２４と、その内側に一体に立設される円筒状の内周壁１２９によって形成されている。

キャップ収容部１２４は、後述のキャップ１３０を収容する円筒状の部位であり、開口部１２２を囲むように環状部１２５から一体に立設されている。また、当該キャップ収容部１２４の周壁には収容したキャップ１３０を係止するための第１貫通孔１２６が複数個設けられている。

図５は、キャップ１３０を示す断面図である。
同図に示すように、キャップ１３０はキャップ収容部１２４に嵌合可能な円環状の部材であり、その径方向には前記第１貫通孔１２６と対応する第２貫通孔１２７が設けられている。また、キャップ１３０は樹脂で構成されている。

次に、検出ユニット１００の組み立て手順を説明する。
まず、図６に示すように、ダイアフラム１１０をキャップ収容部１２４に挿入した後、挿入ジグ１４０を用いてダイアフラム１１０を基体１２０の開口部１２２に押しつけ、突条としての固定部１１１の下部を嵌合溝１２３に挿入する。

ここで、ダイアフラム１１０の取り付けに用いられる挿入ジグは、キャップ収容部１２４にしっくりと挿通しうる径を有する円柱状の部材である。また、挿入ジグがダイアフラム１１０の固定部１１１のみと当接するように環状の突出部１４１が一体に設けられている。

このように、キャップ収容部１２４としっくりと挿通できる挿入ジグを用いることで、基体１２０の開口部１２２に対してダイアフラム１１０を円周上均等な力で、かつ、開口部１２２に対して平行に押しつけることができ、基体１２０に対してダイアフラム１１０をひずむことなく取り付けることが可能となる。

また、ダイアフラム１１０を基体１２０に取り付ける際には揮発性の液体を塗布して取り付けることが望ましい。当該液体が潤滑剤として機能し、固定部１１１を嵌合溝１２３に容易に挿入できるようになるからである。また、揮発性を備えた潤滑剤を採用するのは、検出ユニット１００は血液回路に使用されることもあり、検出ユニット１００を通過した血液が人体に戻されることもあるため、揮発により消失することが期待できるからである。当該揮発性の液体としてはアルコールが好ましく、特にメタノールやエタノールが衛生的である。入手が容易で、扱いが簡単だからである。

次に、図７に示すように、キャップ１３０をキャップ収容部１２４に挿入する。キャップ１３０とキャップ収容部１２４の嵌め合い公差は大きく、単にキャップ収容部１２４内部にキャップ１３０を落とし込むだけで、ダイアフラム１１０にまでキャップ１３０が到達する。

なお、収容されたキャップ１３０を回転させ、第１貫通孔１２６と第２貫通孔１２７とが合致するように配置しておく。

最後に、キャップ収容部１２４の周壁の第１貫通孔１２６と、キャップ１３０の第２貫通孔１２７とに串刺し状に閂を挿入する。

以上の手順により、図８に示すような検出ユニット１００が完成する。このように検出ユニット１００は、容易に組み立てることができ、組立コストの低減を図ることもできる。

この組み立てられた状態の検出ユニット１００において、キャップ１３０はダイアフラム１１０の固定部１１１上端面とわずかに触れ合った状態となっているが、キャップ１３０から固定部１１１へ押圧力は発生していない。このように、閂によりキャップ１３０をキャップ収容部１２４に固定されたキャップ１３０は、ダイアフラム１１０に陽圧がかかっても固定部１１１を係止し、密着部１１２のずれを規制する規制手段として機能するものであり、キャップ１３０からダイアフラム１１０に力を付与して密着力等を付与するものではない。

また、図８に示すように、ダイアフラム１１０の固定部１１１の下部は、基体１２０の開口部１２２の周縁に設けられた嵌合溝１２３に強制嵌合状態で取り付けられている。従って、内周壁１２９と密着部１２２とが検出する流路圧力の方向（図中白い矢印）と垂直な方向に液密状態で密着している。また、この密着力は、キャップ収容部１２４と内周壁１２９との間に強制嵌合される固定部１１１の弾性により発生するものであり、検出圧力の方向とほぼ垂直な方向にのみ発生するものであるため、ダイアフラム１１０の変位部１１５や薄肉部１１４に影響を及ぼすものではない。従って、開口部１２２を封止するための密着力が圧力検出に影響を及ぼさないため、測定精度の高い検出ユニット１００を提供することが可能となる。また、密着力を付与するために圧縮されている部分と、圧力の変動により変位する部分との距離が従来例と比べて長いため、ダイアフラム１１０を構成する樹脂に負担が少なく、亀裂や応力割れなどなどが生じにくい。従って、ダイアフラム１１０の破損を抑止する上で効果的である。

図９は、透析機に取り付けられる液体回路としての血液回路に介在配置される検出ユニット１００を背面から示す図である。

同図に示すように、検出ユニット１００は、透析に用いられるダイアライザの前後の血液回路に介在配置され、透析中の血液の圧力をリアルタイムで検出するものとなされている。

図１０は、回路内圧センサ２００を示す断面図である。
同図に示すように、回路内圧センサ２００は、上述の検出ユニット１００を備え、ダイアフラム１１０の出没に対応して出没する磁石１１３の変位を検出し電気信号に変換するロードセル１５１を備えたセンサユニット１５０を備えている。

ロードセル１５１はセンサユニット１５０本体に対し突出状に付勢されている。これは、ダイアフラム１１０が突出した際の変位ばかりでなく、ダイアフラム１１０が陥没した際の変位にも追随して当該変位を電気信号に変換するためである。

なお、図９に示される装置構成の場合、センサユニット１５０は透析機に組み込まれている。

上記のような回路内圧センサによれば、血液等と直接触れる検出ユニット１００は使い捨てとし、比較的高価なセンサユニット１５０は血液等とは一切接触しないため使い回しすることができ、さらに、ディスポーザブルな検出ユニット１００と、繰り返し使用されるセンサユニット１５０との間の脱着も簡易でスムースにできるため利便性に優れている。また、回路内圧センサ２００のランニングコストを低下させることができる。

次に検出ユニット１００の実施例を説明する。
図１１は、ダイアフラム１１０と嵌合溝１２３の寸法状態を説明するための模式的断面図である。なお、説明容易のため基体１２０側のハッチングは省略している。

同図に示すように嵌合溝１２３に嵌合するダイアフラム１１０の固定部１１１の外側の直径をＤＤ、内側の直径をＤＥとし、嵌合溝１２３の外側の直径をＤＯ、内側の直径をＤＩとする。

ＤＤ、ＤＥの関係は、ＤＯ≧ＤＤが好ましく、また、０．９６×ＤＯ≦ＤＤ≦１．０×ＤＯが望ましい。ＤＤがＤＯよりも大きい場合、ダイアフラム１１０全体が嵌合溝１２３の外周壁により圧縮されてダイアフラム１１０の面が歪んでしまい、所望の測定精度が得られない。ＤＤが０．９６×ＤＯよりも小さいときは、固定部１１１が撓んで所望の密着力が得られずリークが発生することになる。

また、ＤＯ、ＤＩの関係は、ＤＩ＞ＤＥが好ましく、また、０．９６×ＤＩ≦ＤＥ≦０．９７×ＤＩが望ましい。ＤＥが０．９６×ＤＩより小さい場合、ダイアフラム１１０全体が嵌合溝１２３の内周壁により広げられてダイアフラム１１０の弾性が変化してしまい、所望の測定精度が得られない。ＤＥが０．９７×ＤＩより大きい場合、所望の密着力が得られずリークが発生することになる。

また、固定部１１１の厚みをＴとし、嵌合溝１２３の幅をＷとすると、Ｔに対しＷは６３％以上、９４％以下であるのがよい、これにより固定部１１１が嵌合溝１２３によって圧縮され、十分な耐圧性能を確保することができるからである。また、Ｔは通常１．８mm以上２．４mm以下の範囲の中から選択される。

なお、血液透析に用いられる回路に介在配置される検出ユニット１００の場合、０．２ＭＰａ以上の耐圧性能が必要とされている。また、ダイアフラム１１０の大きさは１５mm以上３５mm以下が好ましい。これは、血液回路の構成のじゃまになりにくい大きさで、かつ、十分な検出精度を得ることのできる大きさである。

一例を挙示すると、血液透析に用いられる血液回路やその他の回路に介在配置される検出ユニット１００は、ＤＥ＝１６．５mm、ＤＤ＝２２．５mm、ＤＯ＝２２．８mm、ＤＩ＝１９．７mm、Ｗ＝１．５５mm、Ｔ＝２．０mmである。

なお、本実施例では、具体的数値を挙げ本発明を説明しているが、当該数値は、ある場合に適用しうる数値を示したにすぎず、本発明を限定するものではない。無論、検出ユニット１００に要求される耐圧性能が変われば、前期数値は異なるものとなる。また、検出ユニット１００の大きさが異なっても数値は異なるものとなる。

また、本実施形態では、固定部１１１を嵌合溝１２３に嵌合させる態様を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるわけではない。

例えば、図１２に示すように、ダイアフラム１１０の固定部１１１の内壁と、内周壁１２９の外壁とが接触し、ダイアフラム１１０の収縮力で密着力を確保してもかまわない。

また、図１３に示すように、ダイアフラム１１０の固定部１１１の周壁と、外周壁の内壁とが接触し、ダイアフラム１１０の膨出力で密着力を確保するものでもかまわない。

なお回路内圧センサ用検出ユニットは、液体を流通させる液体回路内の圧力を検出する回路内圧センサに用いられる検出ユニットであって、前記液体回路内に介在配置され、開口部を有する基体と、前記開口部を封止し、検出する圧力の方向と交差する方向に押圧することで前記基体の周壁と密着する環状の密着部を有するダイアフラムと、液体を基体に導入するための入口部と、液体を基体から導出するための出口部とを備えてもよい。

これにより、検出する圧力方向と交差する方向、すなわち、ダイアフラムが出没する方向と交差する方向にダイアフラムを張引して周壁に嵌装させることで、流体圧がかかる方向と異なる方向に押圧し周壁と密着し、基体の開口部を封止するため、十分な耐圧性能を容易に確保でき、さらに、ダイアフラムの寿命の向上を図ることが可能となる。すなわち、シールド性を流体圧のかかる方向と交差する方向に設けたため、ダイアフラムに過剰な力を加えなくても良くなる。

また、前記密着部は、ダイアフラム本体から突出する突条であり、前記基体はさらに、前記突条の密着部と嵌合する環状の嵌合溝を前記開口部周縁に備えてもよい。

これにより、嵌合溝と突条とが嵌合することにより密着力を発生させることができるため、ダイアフラム本体に影響を与えることなく、開口部を封止することができる。また、前記環状の嵌合溝とすることで、ダイアフラムや基体にかかる力が分散されるため、破損を抑制することが可能となる。

さらに、前記密着部の前記基体に対する圧力方向へのずれを規制する規制手段を備えることが好ましい。

これによれば、検出圧力方向と、密着力の方向が交差しているため、密着力が検出圧力に抗しきれずにずれ動くダイアフラムを規制して、ダイアフラムが完全に抜け落ちることを防止することが可能となる。

一方、上記目的は、前記検出ユニットを備えた回路内圧センサでも達成することができる。また、その作用効果も上記と同様である。

これらによれば、ダイアフラムを強く挟持することなく必要十分な耐圧性能を有する検出ユニットを提供することができ、また、ダイアフラムの破損の抑止を図ることが可能となる。

本発明は、血液浄化装置やそれに用いられる液体回路体１００に適用でき、特に使い捨ての液体回路体１００を備える血液浄化装置等に適用できる。

１００検出ユニット
１１０ダイアフラム
１１１固定部
１１２密着部
１１３磁石
１１４薄肉部
１１５変位部
１２０基体
１２１コック
１２２開口部
１２３嵌合溝
１２４キャップ収容部
１２５管状部
１２６第１貫通孔
１２７第２貫通孔
１２８閂
１２９内周壁
１３０キャップ
１４０挿入ジグ
１４１突出部
１５０センサユニット
１５１ロードセル

Claims

液体を流通させる液体回路内の圧力を検出する回路内圧センサに用いられる検出ユニットであって、
前記液体回路内に介在配置され、開口部を有する基体と、
前記開口部を取り囲む円筒状のキャップ収容部と、
前記開口部を封止するダイアフラムであって、前記キャップ収容部の内周壁に当接する円筒状の固定部と、前記固定部の検出する圧力の方向における中間部の内側に一体に設けられる肉厚の薄い円環状の薄肉部と、当該薄肉部と一体に接続される円板状の変位部とを有するダイアフラムと、
液体を基体に導入するための入口部と、
液体を基体から導出するための出口部と
を備えることを特徴とする回路内圧センサ用検出ユニット。