JP2013228360A - 回路内圧測定用センサユニット、および、回路内圧測定用ダイアフラム - Google Patents

Abstract

【課題】血液回路内の圧力を測定するダイアフラムを熱可塑性エラストマーにする。
【解決手段】液体を流通させる液体回路内の圧力を測定する回路内圧センサ２００に用いられるセンサユニット１００であって、一方に開口部１２３を有する有底円筒状の基体１２０と、液体を基体１２０に導入するための入口部１２１と、導出するための出口部１２２と、開口部１２３を封止する熱可塑性エラストマー製のダイアフラム１１０とを備え、ダイアフラム１１０は、基体１２０に固定される円環状の固定部１１１と、固定部１１１の内側に配置され、圧力に従って変位する円板状の変位部１１５と、固定部１１１と変位部１１５とを接続する膜状の薄肉部１１４であって、ダイアフラム１１０の中心軸Ｃを含む面で切断した切断面の形状が直線的な第一棒状部１９１の一端と直線的な第二棒状部１９２の一端とが所定の角度で接続されたＶ字形状となる薄肉部１１４とを備える。
【選択図】図３

Description

本願発明は、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測定するセンサユニット、および、回路内圧測定用ダイアフラムに関する。

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が採用される場合がある。また、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測定する方法なども採用されている（例えば、特許文献１）。

従前、ダイアフラムの材質としては液体回路中の圧力の変化に対し高い応答性を示すゴム（例えばイソプレンゴム）が採用されている。さらに、ゴム製のダイアフラムの一部を撓ませた構造とすることで、圧力の変化に対する応答性を高める構造的な工夫が施される場合もある（例えば、特許文献２の図２参照）。

特開２００３−１３９６３５号公報 特開２００６−２１４７３９号公報

ところが、ゴム製のダイアフラムは、プレス成形等により製造されるが、プレス成形されたダイアフラムの品質にばらつきが大きいという課題がある。例えば、製造されたゴム製のダイアフラム全体の弾性などの性能のばらつきが大きいと、回路内圧を測定するためにセンサユニットに組み付けられるダイアフラムの品質の個体差を吸収するために、測定装置の調整に時間がかかる場合もある。

また、回路内圧を測定するためのダイアフラムが組み付けられるセンサユニットは、使い捨てであるにも関わらす、ゴム製のダイアフラムは比較的高価であり、より安価で、かつ、品質が安定したダイアフラムを備えるセンサユニットが望まれている。

そこで、本願発明者は、製造されたダイアフラムの品質に個体間の差が少なく、比較的安価に製造することができるダイアフラムの材質として熱可塑性エラストマーに着目し、熱可塑性エラストマー製のダイアフラムが回路内圧を測定するためのセンサユニットに適用可能か否かについて鋭意実験と研究とを行った。そして、熱可塑性エラストマーにはクリープ現象により弾性特性が経時的に変化し、熱可塑性エラストマー製のダイアフラムを組み込んだセンサユニットで回路内圧を測定すると、時間の経過と共に圧力の測定が不安定になることを見出すに至った。

本願発明は、前記発明者の知見に基づいてなされたものであり、熱可塑性エラストマー製のダイアフラムでありながら、その構造によりクリープ現象の影響を抑制し、回路内の圧力を正確に測定することのできるダイアフラム、および、当該ダイアフラムが組み込まれた回路内圧測定用センサユニットの提供を目的としている。

上記目的を達成するために、本願発明にかかる回路内圧測定用センサユニットは、液体を流通させる液体回路内の圧力を測定する回路内圧センサに用いられるセンサユニットであって、前記液体回路内に介在配置され、一方に開口部を有する有底円筒状の基体と、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、前記開口部を封止する熱可塑性エラストマー製のダイアフラムとを備え、前記ダイアフラムは、前記基体に固定される円環状の固定部と、前記固定部の内側に配置され、圧力に従って変位する円板状の変位部と、前記固定部と前記変位部とを接続する膜状の薄肉部を有し、前記薄肉部は、当該ダイアフラムの中心軸を含む面で切断した切断面の形状が直線的な第一棒状部の一端と直線的な第二棒状部の一端とが所定の角度で接続されたＶ字形状となることを特徴とする。

前記ダイアフラムはさらに、インジェクション成形により一体となるように成形される磁性体からなる接続体を備えるものでもよい。

上記構造をダイアフラムに採用することにより液体回路内の圧力に正確に応答できる柔軟性を備えたダイアフラムとすることができ、液体回路内の圧力を測定するためのセンサユニットに用いられるダイアフラムの材質に熱可塑性エラストマーを採用することが可能となる。また、ダイアフラムの薄肉部の構造によりクリープ現象の影響を抑制し、センサユニットを長時間使用したような場合でも液体回路内の圧力を正確に測定し続けることが可能となる。

また、ダイアフラムの材質に熱可塑性エラストマーを採用することができるため、ダイアフラムの個体間での性能のばらつきが抑えられ、センサユニットの信頼性を向上させることが可能となる。

また、安価にセンサユニットを提供することができるため、容易にセンサユニットを使い捨てにすることができ、より簡便かつ衛生的な医療行為を行うことが可能となる。

また、前記第一棒状部の長さは、前記第二棒状部の長さと実質的に同じ長さとなるように形成されることが好ましい。

これによれば、第一棒状部と第二棒状部とに均等に張力が配分され、測定誤差が小さくなる。

また、前記薄肉部は、前記基体の外方に向かって凸となるように配置されるものでもよい。

これによれば、薄肉部の血液などの液体が接触する側において、固定部と薄肉部との間や変位部と薄肉部との間に幅の狭い環状の溝が発生することを防止できる。従って、圧力を測定している際に、ダイアフラムの近傍において血液などの液体のよどみが発生する可能性を低減することができる。従って例えば、よどんだ液体である血液がダイアフラムの近傍で凝固することを抑制でき、測定精度を向上させることができるほか、血液凝固による不具合を回避することが可能となる。

また、前記ダイアフラムの前記固定部は、前記開口部の外周面に密着する円筒状の第一固定部と、前記第一固定部の内側に配置され、前記基体の前記開口部の端面に密着する円環状の第二固定部とを備え、前記薄肉部の前記第一棒状部は、前記基体の前記開口部の端面と密着する第二固定部の端部に接続されるものでもよい。

特に、前記第一棒状部は、前記基体の前記開口部の端面と密着する第二固定部の端面から０ｍｍ以上、０．６５ｍｍ以下の範囲内で接続されることが好ましい。

これによれば、ダイアフラムに正圧と負圧とを交互に印加されたとしても、ヒステリシスを測定誤差として許容される範囲内に納めることが可能となる。

また、上記目的を達成するために本願発明に係る回路内圧測定用ダイアフラムは、液体を流通させる液体回路内の圧力を測定するためのセンサユニットに用いられるダイアフラムであって、前記液体回路内に介在配置され、一方に開口部を有する有底円筒状の基体に固定される円環状の固定部と、前記固定部の内側に配置され、圧力に従って変位する円板状の変位部と、前記固定部と前記変位部とを接続する膜状の薄肉部とを備え、前記薄肉部は、当該ダイアフラムの中心軸を含む面で切断した切断面の形状が直線的な第一棒状部の一端と直線的な第二棒状部の一端とが所定の角度で接続されたＶ字形状となることを特徴としている。

これにより、液体回路内の圧力を測定するためのセンサユニットに用いられるダイアフラムの材質に熱可塑性エラストマーを採用することが可能となる。これは、ダイアフラムの構造によりクリープ現象の影響を抑制し、センサユニットを長時間使用したような場合でも液体回路内の圧力を正確に測定し続けることが可能となるためである。

また、ダイアフラムの材質に熱可塑性エラストマーを採用することができるため、ダイアフラムの個体間での性能のばらつきが抑えられ、センサユニットの信頼性を向上させることが可能となる。

また、安価にセンサユニットを提供することができるため、容易にセンサユニットを使い捨てにすることができ、より簡便かつ衛生的な医療行為を行うことが可能となる。

前記固定部は、前記基体の開口部の外周面に密着する円筒状の第一固定部と、前記第一固定部の内側に配置され、前記基体の前記開口部の端面に密着する円環状の第二固定部とを備え、前記薄肉部の前記第一棒状部は、前記基体の前記開口部の端面と密着する第二固定部の端部に接続されるものでもよい。

さらに、前記第一棒状部は、前記基体の前記開口部の端面と密着する第二固定部の端面から０ｍｍ以上、０．６５ｍｍ以下の範囲内で接続されることが好ましい。この場合、第二固定部の端面からの前記範囲、および、その近傍（第一棒状部の厚さ程度）が第二固定部の端部と考えられる。

このダイアフラムを液体回路内の圧力測定に用いれば、正圧と負圧とが交互にダイアフラムに印加される液体回路に用いた場合であっても、ヒステリシスを測定誤差として許容される範囲内に納めることが可能となり、安定した測定値を得ることが可能となる。

本発明によれば、ダイアフラムの材質として個体間で性能（品質）のばらつきを少なくすることができる熱可塑性エラストマーを採用することができる。また、ダイアフラムの特に薄肉部の構造により、測定精度に関するダイアフラムの性能の経時的な変化も抑制することができる。

図１は、一部を切り欠いた状態で断面と共にセンサユニットを模式的に示す斜視図である。 図２は、ダイアフラムを上方から模式的に示す斜視図である。 図３は、ダイアフラムの中心軸を含む面で仮想的に切断した切断面を模式的に示す断面図である。 図４は、ダイアフラムの中心軸を含む面で仮想的に切断した状態のセンサユニットを模式的に示す断面図である。 図５は、センサユニットが取り付けられた回路内圧センサを模式的に示す断面図である。 図６は、センサユニットにおけるダイアフラムの寸法として、利用可能な範囲を示すダイアフラムの薄肉部の厚みと幅との関係を示すグラフである。 図７は、一部を切り欠いた状態で断面と共にセンサユニットを模式的に示す斜視図である。 図８は、ダイアフラムの中心軸を含む面で仮想的に切断した切断面を模式的に示す断面図である。 図９は、距離Ｈを変化させた場合におけるゼロ点変動量を示すグラフである。 図１０は、回路内圧測定用センサユニットを示す断面図である。 図１１は、ダイアフラムを上方から模式的に示す斜視図である。

次に、本願発明に係る回路内圧測定用センサユニット、および、回路内圧測定用ダイアフラムの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係る回路内圧測定用センサユニット、および、回路内圧測定用ダイアフラムの一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、一部を切り欠いた状態で断面と共にセンサユニットを模式的に示す斜視図である。

同図に示すように、センサユニット１００は、ダイアフラム１１０と、基体１２０と、キャップ１３０とを備えている。

図２は、ダイアフラムを上方から模式的に示す斜視図である。

図３は、ダイアフラムの中心軸を含む面で仮想的に切断した切断面を模式的に示す断面図である。

ダイアフラム１１０は、有底円筒状の基体１２０の開口部を封止する部材であり、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）は大気側に向かって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）は液体側に向かって凹状に陥没する全体視略円板形状であり、固定部１１１と、変位部１１５と、ダイアフラム１１０の可撓性を担う薄肉部１１４とを備えている。

このダイアフラム１１０を構成する樹脂としては、熱可塑性エラストマーが採用されている。熱可塑性エラストマーとしては、例えば、ポリスチレンやポリブタジエンを挙示できる。

ダイアフラム１１０の一部である固定部１１１は、基体１２０に固定される円環状の部分である。ダイアフラム１１０の一部である変位部１１５は、固定部１１１の内側に配置され、圧力に従って変位する部分である。ダイアフラム１１０の一部である薄肉部１１４は、固定部１１１と変位部１１５とを接続する膜状の部分である。

また、本実施の形態の場合、変位部１１５の中心部分（つまり、ダイアフラム１１０の中心）であって、大気側に位置する部分には磁性体からなる接続体１１３がダイアフラム１１０と一体になるように設けられている。

固定部１１１は、ダイアフラム１１０を基体１２０に固定するための部位であり、キャップ１３０と当接する部位である。固定部１１１は、ダイアフラム１１０の最外周に位置しており、ダイアフラム１１０の面に対し垂直に立設された状態で配置されている。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の基準位置を保持すると共に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より外周下方（液体側）の部分は、基体１２０の開口部の周縁に設けられた後述の嵌合溝に液密状態で嵌合するものとなっている。

変位部１１５は、薄肉部１１４によって固定部１１１と一体に接続される円板状の部位である。変位部１１５は、接続体１１３を保持し、当該接続体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。また、変位部１１５自体は、圧力の変化によってはほぼ形状は変化せず、一定の形状を保つ部位となっている。

接続体１１３は、磁性体からなる部材であり、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。接続体１１３を介して、磁力によって接続される後述のロードセルにかかる荷重を測定することで、ダイアフラム１１０に対する陽圧、または陰圧を測定することができ、前記荷重を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。

本実施の形態の場合、接続体１１３は、ダイアフラム１１０をインジェクション成形する際にダイアフラム１１０と一体に接続されている。また、接続体１１３の材質は、ステンレス鋼が採用されている。

薄肉部１１４は、剛性を確保するために最も肉厚の厚い固定部１１１と、固定部１１１よりは厚みは薄いが接続体１１３を保持しうる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。ダイアフラム１１０は、主として薄肉部１１４により、液体回路内の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。より具体的には、薄肉部１１４は、ダイアフラム１１０の中心軸Ｃを含む面で切断した切断面（図３参照）の形状は、直線的な第一棒状部１９１と直線的な第二棒状部１９２とを備えた形状であり、第一棒状部１９１の一端と第二棒状部１９２の一端とが所定の角度で接続されたＶ字形状（本実施の形態の逆Ｖ字形状を含む）となる部分である。

ここで、第一棒状部１９１と第二棒状部１９２とがなす角（前記所定の角度）は８０度以上１２０度以下が好ましい。所定の角度が１２０度より大の場合、固定部１１１と変位部１１５との間に架橋状に配置される第一棒状部１９１と第二棒状部１９２との合計長さを長くすることができず、圧力変化に変位部１１５の変位を正確に追随させることが困難になるからである。一方、所定の角度が８０度未満の場合、第一棒状部１９１と第二棒状部１９２との接続部分近傍が狭い溝となり、基体１２０の内方を流通する液体の流れを阻害する可能性が高くなるからである。なお好ましくは、所定の角度は９０度以上、１１０度以下から選定される。また、固定部１１１と変位部１１５との隙間が１．５ｍｍである場合、薄肉部１１４の幅（第一棒状部１９１と第二棒状部１９２との長さの和）は、１．５ｍｍよりも長く、２．５ｍｍ以下が好ましい。薄肉部１１４の幅は、１．５ｍｍ以下になると、Ｖ字形状を取ることができず、２．５ｍｍよりも長くなると、第一棒状部１９１と第二棒状部１９２との接続部分近傍が狭い溝となり、折り返した薄肉部１１４同士が近接しすぎて、円周上の一部において薄肉部１１４の部分同士が接着する可能性が高くなるからである。また、Ｖ字状の溝が深くなって、ダイアフラム１１０の成形が困難になる場合があるからである。

また、本実施の形態の場合、第一棒状部１９１と第二棒状部１９２とは、実質的に同じ長さとなっている。これによれば、薄肉部１１４の第一棒状部１９１と第二棒状部１９２とに均等に張力が配分され、測定誤差を抑制することが可能となる。

また、薄肉部１１４の肉厚は、０．４ｍｍ以上、０．７ｍｍから選定されるのが好ましい。０．４ｍｍ未満の場合、ダイアフラム１１０の強度を確保するのが困難となり、また、ダイアフラム１１０の材質に熱可塑性エラストマーを採用した場合でも、個体差間のばらつきが顕著に認められるようになるからであり、０．７ｍｍよりも厚くした場合、圧力変化に変位部１１５の変位を正確に追随させることが困難となって性能が満足できない。

さらに、図６のグラフにおいてハッチングで示される範囲内で薄肉部１１４の厚みと薄肉部１１４の幅（長さ）を選定することが望ましい。特に、薄肉部の厚みを０．５５ｍｍ以上、０．７ｍｍ以下の範囲内で選定する場合、薄肉部１１４の幅（長さ）がハッチングで示した部分の幅よりも短い場合は、回路内圧測定用のダイアフラムとしての性能を満たさない場合がある。

薄肉部１１４を上記の構造にすることにより、固定部１１１と変位部１１５との間が狭い場合でも、固定部１１１と変位部１１５との間に架橋状に配置される円環状の薄肉部１１４の幅を長くすることができる。従って、ダイアフラム１１０全体を小型化することが可能となりダイアフラム１１０の液体回路内の圧力変化に対する応答性を高めることが可能となる。また、当該ダイアフラム１１０を採用することにより基体１２０内部の液体の圧力変化に変位部１１５の変位を正確に追随させることができ、正確に回路内の液体の圧力を測定することが可能となる。

また、薄肉部１１４の断面形状をＶ字形状とすることで、ダイアフラム１１０の材質として熱可塑性エラストマーを採用したことによるクリープ現象の発生を抑制することが可能となる。これは、正確な知見ではないが、第一棒状部１９１と第二棒状部１９２との接合部分が関節のように機能して、クリープ現象を抑制していると考えている。

また、本実施の形態の場合、薄肉部１１４は、基体１２０の外方（大気側）に向かって凸となるように配置される。このように、薄肉部１１４が配置されることにより、基体１２０の内方（液体側）に細い溝が形成されることを抑制し、基体１２０内方で液体がよどむことを可及的に防止している。

図４は、回路内圧測定用センサユニット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、液体回路に接続され液体を基体１２０内方に導入するための入口部１２１と、液体を基体１２０から導出するための出口部１２２と、開口部１２３と、開口部１２３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１２５とを備えている。

入口部１２１および出口部１２２は、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として機能している。入口部１２１および出口部１２２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１２５は、開口部１２３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によって形成されている。

キャップ収容部１２４は、キャップ１３０を収容する円筒状の部位であり、開口部１２３を囲むように基体１２０に一体に立設されている。また、キャップ収容部１２４の周壁には収容したキャップ１３０を係止する閂１０５刺し通すための貫通孔が複数個設けられている。

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、その径方向には閂１０５を刺し通すための貫通孔が複数箇所に設けられている。また、キャップ１３０は樹脂で構成されている。

以上のセンサユニット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に配置され、キャップ１３０から固定部１１１へ押圧力は発生していない状態となっている。このように、閂１０５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、固定部１１１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、ダイアフラム１１０の固定部１１１の下部は、基体１２０の開口部１２３の周縁に設けられた嵌合溝１２５に強制嵌合状態で取り付けられており、ダイアフラム１１０は基体１２０の開口部１２３を液密状態で封止している。当該構成により、ダイアフラム１１０の変位部１１５や薄肉部１１４に歪みなどが発生することがなく、測定精度の高いセンサユニット１００を提供することが可能となる。

図５は、回路内圧センサを模式的に示す断面図である。

同図に示すように、回路内圧センサ２００は、センサ本体１５０と、上述のセンサユニット１００とを備え、ダイアフラム１１０の出没に対応して出没する接続体１１３の変位を検出し電気信号に変換するロードセル１５１を有するセンサ本体１５０を備えている。

ロードセル１５１は、永久磁石１５２を介して接続体１１３と接続されており、ダイアフラム１１０が突出した際の陽圧ばかりでなく、ダイアフラム１１０が陥没した際の陰圧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。

上記のような回路内圧センサによれば、熱可塑性エラストマーで形成されるダイアフラム１１０を有する比較的安価なセンサユニット１００は使い捨てとし、比較的高価なセンサ本体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る。さらに、ディスポーザブルなセンサユニット１００と、センサ本体１５０とは磁力で接続されているため、繰り返し使用されるセンサ本体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。

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。

例えば、上記実施の形態は薄肉部１１４の断面形状をＶ字形状として説明したが、Ｗ字形状やそれ以上に折り返した形状を採用してもかまわない。

（実施の形態２）
次に、本願発明に係る回路内圧測定用センサユニット、および、回路内圧測定用ダイアフラムの他の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、実施の形態２も、本願発明に係る回路内圧測定用センサユニット、および、回路内圧測定用ダイアフラムの一例を示したものに過ぎない。

また、前記実施の形態１で説明した部材や部分と同じ機能を有する部材や部分については、同じ符合を付し、説明を省略する場合がある。

図７は、一部を切り欠いた状態で断面と共にセンサユニットを模式的に示す斜視図である。

同図に示すように、センサユニット１００は、血液などの液体を流通させる液体回路内の圧力を測定する回路内圧センサに用いられるユニットであって、ダイアフラム１１０と、基体１２０と、キャップ１３０とを備えている。

図８は、ダイアフラムの中心軸を含む面で仮想的に切断した切断面を模式的に示す断面図である。

これらの図に示すように、ダイアフラム１１０は、固定部１１１の部分として第一固定部１８１と、固定部１１１の他の部分としての第二固定部１８２とを有している。また本実施の形態の場合、ダイアフラム１１０は、突出部１１６を備えている。

このダイアフラム１１０を構成する樹脂としては、熱可塑性エラストマーが採用されている。

第一固定部１８１は、基体１２０の開口部１２３の外周面に第一固定部１８１の内周面が密着する円筒状の部分である。第二固定部１８２は、第一固定部１８１の内面から内方に突出状に設けられる円環状の部分であり、基体１２０の端面と第二固定部１８２の端面とが密着する部分である。ダイアフラム１１０の一部である突出部１１６は、第二固定部１８２に設けられ、キャップ１３０からの押圧力を受け止める部分である。

第一固定部１８１は、ダイアフラム１１０を基体１２０に固定するための部位であり、基体１２０の開口部１２３の外周面に液密状態で密着する内周面を有する部位である。第一固定部１８１は、ダイアフラム１１０の最外周に位置し円筒形状となっており、ダイアフラム１１０の面に対し垂直に立設された状態で配置されている。このような構造を採用することにより、第一固定部１８１は、ダイアフラム１１０を基準位置に保持すると共にダイアフラム１１０の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。

第二固定部１８２は、第一固定部１８１の内側に取り付けられ、基体１２０の開口部１２３の端面に液密状態で密着する端面を有する断面矩形の円環状の部位である。本実施の形態の場合、第二固定部１８２は、基体１２０の開口部１２３と、キャップ１３０とに挟持されることにより開口部１２３の端面と密着し、開口部１２３の全周にわたって液密状態を維持することができるものとなっている。

突出部１１６は、通常時（圧力の測定をしている期間など）においてキャップ１３０と当接する部位である。つまり、通常時においてダイアフラム１１０の部位の内、突出部１１６以外の部位は、キャップ１３０と当接していない。突出部１１６は、第二固定部１８２の開口部１２３の端面と密着する側と反対側に円周上に複数個配置され、キャップ１３０側に向かって突出する部位である。

本実施の形態の場合、突出部１１６は、図１１に示すように、円周上に５個均等に配置されており、第一固定部１８１から第二固定部１８２にまでリブ状に一体に形成されている。

なお、突出部１１６の数は、突出部１１６の大きさ（特に周方向の長さ）に対応するため、限定されるものではないが、おおよそ３個以上、８個以下であることが好ましい。突出部１１６が２個以下であると、第二固定部１８２を開口部１２３の端面に均等に密着させることが困難となるからである。また、９個以上にしても開口部１２３の端面との密着効果の向上は望めず構造的な無駄となり、また、突出部１１６がキャップ１３０に及ぼす反発力が大きくなり、キャップ１３０にかかる負担が増大し、経時的なキャップ１３０の破損につながる可能性が高くなるからである。

また、第二固定部１８２の開口部１２３の端面と密着する面から突出部１１６が設けられている面までの距離（第二固定部１８２の高さ）は、薄肉部１１４の厚さの３〜６倍の範囲にあるものが好ましい。第二固定部１８２の高さが、薄肉部１１４の厚さの３倍未満であると、点在する突出部１１６からの力を、第二固定部１８２全体に分散させることができず、隣り合う突出部１１６の間で、開口部１２３と第二固定部１８２との間の密着力が乏しくなる可能性が高まるからである。逆に第二固定部の高さが、薄肉部１１４の厚さの６倍以上になると、基体に嵌ったダイアフラムをキャップで押し込む際に嵩張って、好ましくない。

薄肉部１１４は、前記実施の形態と同様、ダイアフラム１１０の中心軸Ｃを含む面で切断した切断面（図３参照）の形状は、直線的な第一棒状部１９１と直線的な第二棒状部１９２とを備えた形状であり、第一棒状部１９１の一端と第二棒状部１９２の一端とが所定の角度で接続されたＶ字形状（本実施の形態の逆Ｖ字形状を含む）となっている。

また、薄肉部１１４の第一棒状部１９１は、図８に示すように、第二固定部１８２の一端部に接続されている。ここで、第二固定部１８２の一端部とは、第二固定部１８２の開口部１２３の端面と当接する面から第二固定部１８２の厚み（図中Ｚ軸方向の幅）の３３％の範囲内である。

さらに具体的に第一棒状部１９１は、基体１２０の開口部１２３の端面と密着する第二固定部１８２の端面から０ｍｍ以上、０．６５ｍｍ以下の範囲内で接続されることが好ましい。つまり図８中に示すように、基体１２０の開口部１２３の端面と密着する第二固定部１８２の端面から第一棒状部１９１の根元部までの距離をＨとした場合、０ｍｍ≦Ｈ≦０．６５ｍｍとなるようにＨを選定すれば良い。

図９は、距離Ｈを変化させた場合におけるゼロ点変動量を示すグラフである。

同図に示すように、距離Ｈを大きくすると、ゼロ点変動量、すなわちヒステリシス（特に陰圧（負圧）から復帰する際のヒステリシス）は線型に増加する。従って、ゼロ点変動量を５ｍｍＨｇ未満に抑えるためには、距離Ｈを０．６５ｍｍ以下にすることが好ましい。特に、距離Ｈを０とすることが好ましい。ここで、ゼロ点変動量を５ｍｍＨｇ未満に抑えれば、例えば透析装置に用いられる液体回路内の圧力測定に問題は生じない。

図１０は、回路内圧測定用センサユニットを示す断面図である。

同図に示すように、基体１２０に設けられるキャップ収容部１２４は、キャップ１３０を収容する円筒状の部位であり、開口部１２３を囲むように基体１２０に一体に立設されている。また、キャップ収容部１２４の内周壁には収容したキャップ１３０を係止し、キャップ１３０を介してダイアフラム１１０に挟持力を与えるための円環状の第一係合部１２６がキャップ収容部１２４の内周から内方に突出する状態で設けられている。

キャップ１３０は、基体１２０のキャップ収容部１２４と係合し、開口部１２３に向かってダイアフラム１１０を押圧する部材である。キャップ収容部１２４に嵌合可能な円環状の部材であり、その外周部にはキャップ収容部１２４の内周に設けられた第一係合部１２６と係合し、ダイアフラム１１０の第二固定部１８２を開口部１２３の端面に押圧する押圧力を発生させる第二係合部１３２を備えている。なお、キャップ１３０は、ダイアフラム１１０よりも硬質な樹脂で形成されている。

本実施の形態の場合、キャップ１３０は、ダイアフラム１１０の突出部１１６と線状に当接する稜線を有する山脈状の押圧部１３１を備えている。ここで、線状に当接とは、理想的な状態を表現しており、現実的には比較的硬質のキャップ１３０の押圧部１３１の先端がダイアフラム１１０の突出部１１６に食い込み、僅かな幅で面状に当接していると考えられる。また、押圧部１３１の稜線を形成する先端は、鋭利なエッジばかりでなく、曲線や直線で面取りされてものでもかまわない。

このように、キャップ１３０とダイアフラム１１０とが押圧部１３１と突出部１１６との間のみで線状に当接することで、ダイアフラム１１０からの反発力によりキャップ１３０が受ける負荷を軽減することが可能となる。

さらに、本実施の形態の場合、キャップ１３０の押圧部１３１は、中心軸Ｃを中心とする同心円上に複数（２本）の稜線が並んで配置される形状、換言すれば、溝（Ｖ字状、Ｕ字状など）を有する形状となっている。

当該形状を採用することで、ダイアフラム１１０の突出部１１６を放射方向に均一に安定した状態で押さえることが可能となる。これにより、より小さな力で開口部へのダイアフラム１１０の嵌合／保持を実現でき、さらにダイアフラム自体の損傷も防止できる。

さらに、キャップ１３０は、押圧部１３１の内側から変位部１１５に重なる位置まで内側に向かって張り出し、通常の測定時においては変位部１１５と離れた位置に配置され、変位部１１５とは当接しない張出部１３３を備えている。

張出部１３３は、正常な状態では機能しない部位であるが、液体回路内の圧力が異常に増加した場合などにおいて、ダイアフラム１１０の異常の変形を抑制し、基体１２０とダイアフラム１１０との液密状態が解除される状態や、基体１２０からダイアフラム１１０が脱落する状態が発生することを防止できる。

なお、図中において、押圧部１３１、張出部１３３、突起部１３４は、円環状に記載されているが、特に環状に限定されるものでは無く、円周上に分散状態で配置されるものでもかまわない。

以上の様なダイアフラム１１０の形状、センサユニット１００の構造により、液体回路内の圧力を正確に計測することが可能となる。

本発明は、血液浄化装置や血液循環装置、それらに用いられる液体回路に適用でき、特に使い捨ての液体回路に適用できる。

１００ センサユニット
１０５ 閂
１１０ ダイアフラム
１１１ 固定部
１１３ 接続体
１１４ 薄肉部
１１５ 変位部
１１６ 突出部
１２０ 基体
１２０ 度以上
１２１ 入口部
１２２ 出口部
１２３ 開口部
１２４ キャップ収容部
１２５ 嵌合溝
１２６ 第一係合部
１３０ キャップ
１３１ 押圧部
１３２ 第二係合部
１３３ 張出部
１３４ 突起部
１５０ センサ本体
１５１ ロードセル
１５２ 永久磁石
１８１ 第一固定部
１８２ 第二固定部
１９１ 第一棒状部
１９２ 第二棒状部
２００ 回路内圧センサ

Claims (9)

1. 液体を流通させる液体回路内の圧力を測定する回路内圧センサに用いられるセンサユニットであって、
   前記液体回路内に介在配置され、一方に開口部を有する有底円筒状の基体と、
   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、
   前記開口部を封止する熱可塑性エラストマー製のダイアフラムとを備え、
   前記ダイアフラムは、
   前記基体に固定される円環状の固定部と、
   前記固定部の内側に配置され、圧力に従って変位する円板状の変位部と、
   前記固定部と前記変位部とを接続する膜状の薄肉部とを備え、
   前記薄肉部は、当該ダイアフラムの中心軸を含む面で切断した切断面の形状が直線的な第一棒状部の一端と直線的な第二棒状部の一端とが所定の角度で接続されたＶ字形状となる薄肉部とを備える、
   回路内圧測定用センサユニット。
2. 前記ダイアフラムはさらに、
   インジェクション成形により一体となるように成形される磁性体からなる接続体を備える
   請求項１に記載の回路内圧測定用センサユニット。
3. 前記第一棒状部の長さは、前記第二棒状部の長さと実質的に同じ長さとなるように形成される
   請求項１に記載の回路内圧測定用センサユニット。
4. 前記薄肉部は、前記基体の外方に向かって凸となるように配置される
   請求項１に記載の回路内圧測定用センサユニット。
5. 前記ダイアフラムの前記固定部は、
   前記開口部の外周面に密着する円筒状の第一固定部と、
   前記第一固定部の内側に配置され、前記基体の前記開口部の端面に密着する円環状の第二固定部とを備え、
   前記薄肉部の前記第一棒状部は、
   前記基体の前記開口部の端面と密着する第二固定部の端部に接続される
   請求項１に記載の回路内圧測定用センサユニット。
6. 前記第一棒状部は、
   前記基体の前記開口部の端面と密着する第二固定部の端面から０ｍｍ以上、０．６５ｍｍ以下の範囲内で接続される
   請求項５に記載の回路内圧測定用センサユニット。
7. 液体を流通させる液体回路内の圧力を測定するためのセンサユニットに用いられるダイアフラムであって、
   前記液体回路内に介在配置され、一方に開口部を有する有底円筒状の基体に固定される円環状の固定部と、
   前記固定部の内側に配置され、圧力に従って変位する円板状の変位部と、
   前記固定部と前記変位部とを接続する膜状の薄肉部とを備え、
   前記薄肉部は、当該ダイアフラムの中心軸を含む面で切断した切断面の形状が直線的な第一棒状部の一端と直線的な第二棒状部の一端とが所定の角度で接続されたＶ字形状となる
   熱可塑性エラストマー製の回路内圧測定用ダイアフラム。
8. 前記固定部は、
   前記基体の開口部の外周面に密着する円筒状の第一固定部と、
   前記第一固定部の内側に配置され、前記基体の前記開口部の端面に密着する円環状の第二固定部とを備え、
   前記薄肉部の前記第一棒状部は、
   前記基体の前記開口部の端面と密着する第二固定部の端部に接続される
   請求項７に記載の回路内圧測定用ダイアフラム。
9. 前記第一棒状部は、
   前記基体の前記開口部の端面と密着する第二固定部の端面から０ｍｍ以上、０．６５ｍｍ以下の範囲内で接続される
   請求項８に記載の回路内圧測定用ダイアフラム。

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