JP2013509899A - 蠕動ポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、医療技術に用いられる蠕動ポンプ（１）に関する。蠕動ポンプ（１）は、ステータ（４０）およびロータ（２０）を備える。ステータ（４０）は、内部に収容されたチューブ（３０）との接触領域を形成する閉塞台（１２）を備える。ロータ（２０）には、閉塞台（１２）との間に位置するチューブ（３０）を閉塞するのに適した複数の転動子（２４）が設けられている。閉塞台（１２）の少なくとも一部は、チューブ（３０）の帯電を低減および／または防止するための導電性の表面を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の通り、蠕動ポンプに関する。

蠕動ポンプは、体外液を輸送するために、または正確な量の体外液を供給するために医療分野で用いられる。蠕動ポンプを透析装置に用いると、透析物サイクルにおける透析物、透析液や血液をポンプ輸送することができる。蠕動ポンプにおいては、可撓性チューブが円筒内径に沿って配置され、半径方向外側に向けて力を加える加圧ローラによって局所的に閉鎖または閉塞される。ローラがチューブに沿って駆動されると、その動きによって閉塞位置が変化し、これにより液体のポンプ輸送が実現する。蠕動ポンプの利点は、正確な量を比較的良好に供給できるという点にある。チューブのみが輸送される液に接触するため、チューブの交換によって迅速かつ低コストで蠕動ポンプを清掃できる。

ローラとチューブの接触による屈曲と摩擦が相俟って、チューブは摩擦帯電しやすい。プラスチック表面が最もこの種の帯電をしやすい。すなわちステータとロータ（すなわちロータによって駆動されるローラ群）の表面とチューブの接触および摩擦により電荷の発生および交換が生じ、チューブからローラ群が離れた際にこれらの電荷を十分な速さで均等化することができず、当該表面上に静電荷として残る。電荷は、チューブが先ずローラ群による押圧力によって閉塞台（ステータの対応する接触面）に対して押圧されることにより発生する。ローラ群の移動に伴い、各ローラはチューブの対応部分から離間する結果、上記の静電荷がチューブ、閉塞台、およびローラ群に形成されうる。またチューブがポンプから出る領域においては、ローラ群がチューブから完全に離間する。ロータがさらに回転すると、チューブがポンプに入る領域において各ローラは再びチューブに接触し、当該ローラ上に集められた電荷はチューブへと移動し、インパルス性干渉を生じうる。これらの電荷は、チューブ（とりわけその外表面）に静電気を帯電を生じさせることになる。異なる材料は異なる電子親和力を有しているため、電荷分離が摩擦電気効果により生じる。このような材料同士を離間させると、電子は電荷を均等化するのに十分な自由度で移動することができなくなるためである。

ローラとチューブとの接触による電荷の発生と同時に、チューブと閉塞台の間にも静電荷の生じる可能性がある。ロータが移動して各ローラがチューブの対応する部分から離間すると、当該チューブがその弾性復帰力により元の円筒形状に戻ろうとする結果、もはや閉塞台と表面全体にわたって接触するのではなく線接触状態となるためである。またチューブがチューブ台から部分的に持ち上がることによっても、静電荷が生じうる。

医療分野では、ＥＣＧ装置のような高インピーダンス測定入力を用いる診断装置が利用され、これらの装置の測定結果がチューブの静電荷によって破壊されたり変化を受けたりする可能性がある。この問題は既知のところであり、信頼できるドイツの連邦機関であるＢＦＡＲＭ（ドイツ連邦薬物および医療装置研究所）は、装置間、すなわちポンプと診断装置間を等電位にすることにより、当該問題を軽減しうると提言している。しかしながら問題自体が解消されるわけではない。これらの静電荷は、上述のように、とりわけローラ群がチューブに押し付けられるときに電気インパルス性干渉の形で生じる。周辺の空気が乾燥していると、この問題が深刻化する可能性がある。静電気防止スプレーは、この種の電荷を除去するための手法としては不適当であることが知られている。例えば金属を含む材料のような特殊材料で構成されるチューブも、生体適合性の観点から電荷の低減対策としては不適当である。

ＥＣＧ装置には、適合するフィルタを用いることによって、これらの阻害要因とりわけインパルス性干渉を除去することが可能なものもある。しかしながら、そのようなフィルタは、例えば心臓ペースメーカからの信号の検査といった特殊用途に用いることはできない。測定される心臓ペースメーカ信号は干渉信号に極めてよく似ているからである。特許文献１に記載のように、チューブに接地ケーブルを直接取り付けて帯電を防止することも可能である。さらに特許文献２に記載のように、接地用のガルバニック接点を備えたチューブコネクタも知られている。あるいは特許文献３に記載のように、利用可能なチューブに接地コネクタを取り付けることも可能である。この先行技術には、電荷の伝達および有害な影響への対処に比べて電荷の発生への対処が不十分であるという欠点がある。特許文献４においては、互いに相対運動する部品を同様の材料から構成するという対処法が採られている。これらの解決法において明らかな別の欠点は、追加装備が必要になり、コストが増すことである。

米国特許第３，５８０，８９３号明細書 国際公開第２００４／１０９２０６Ａ１号パンフレット 国際公開２００９／０４４２２０Ａ１号パンフレット 米国特許第５，１２７，９０７号明細書

本発明の目的は、蠕動ポンプにより生ずる静電荷または電気インパルスの電気装置に対する破壊的影響を阻止、あるいは少なくとも軽減することにある。

この課題は、請求項１に記載の特徴によって解決される。従属請求項には好ましい実施形態が記載されている。

本発明によれば、医療技術に用いられる蠕動ポンプが提供される。当該蠕動ポンプは、ステータおよびロータを備える。前記ステータは、内部に収容されたチューブとの接触領域を形成する閉塞台を備える。ロータには、前記閉塞台との間に位置するチューブを閉塞するのに適した複数の転動子が設けられている。前記閉塞台の少なくとも一部は、前記チューブの帯電を低減および／または防止するための導電性の表面を有する。転動子はローラまたは球体とされうる。閉塞台は、複数の離間した導電性表面を有してもよい。チューブにおいて転動子が転がり押圧した後の部分は、その内部弾性より変形して元の円筒形状に戻る際に、閉塞台から離間する傾向にある。当該領域においては電荷交換がなされないため、チューブの表面に静電荷が生じる可能性がある。上記の構成によれば、閉塞台の金属表面によって電荷交換が援助され、静電荷の発生が阻止、あるいは少なくとも低減される。

この実施形態によれば、ユーザに視認されうる帯電を阻止するための装置を蠕動ポンプおよび／またはチューブ系統に追加設置する必要はない。操作者は追加的な設定作業を行なう必要がなく、蠕動ポンプおよびこれを装備した医療装置は、当該操作者に外観上異なる印象を与えることはない。

前記導電性の表面は、とりわけ接地電位と接続される等電位化部分を有する。例えば導電体を用いることによって、蠕動ポンプの近くに配置されて破壊されるおそれのある高感度の電子装置を、蠕動ポンプとりわけ閉塞台と同電位とすることができる。等電位化部分は、電荷を自由に均等化しうる給電回路網において接地を行なうことによっても形成でき、これによりチューブ表面の帯電を阻止あるいは少なくとも低減することができる。前記等電位化部分と前記導電性の表面との間に電気抵抗が設けられている場合、漏洩電流が制限され、接地接続を介して接続されている他の装置への干渉信号の伝達が阻止される。

また前記転動子が導電性の表面を有し、当該表面は前記閉塞台の導電性表面と導通接触していることが好ましい。転動子が円筒状のローラである場合、当該表面は当該円筒形の周面となる。この場合、各転動子と閉塞台の間に配置されたチューブの両側が同電位になり、チューブにおける静電荷の発生がさらに低減する。

別の実施形態においては、前記閉塞台の全体が、連続した導電性表面を有している。閉塞台は、基本的に一部のみ、すなわち特定の部位にのみ導電性表面を有する構成とすることができる。一方このような連続した導電性表面は、電荷の均等化を改善する。この手段により静電荷の初期発生が阻止（または少なくとも低減）される。既に発生した電荷を後で消散あるいは等化させるよりも著しく効果的である。またこの場合、転動子の転がり押圧動作すなわちポンプ輸送効果を損ない、チューブの影響に悪影響を及ぼすおそれのある凹凸が閉塞台上に形成されないようにすることができる。

蠕動ポンプは、蠕動ローラポンプとして構成してもよい。すなわち前記閉塞台は、内方を向く円筒形の表面を有しており、前記転動子はローラである。蠕動ローラポンプは、低コストで製造可能であり、正確な量の供給に関して優れた特性を備えている。これに代えて、後に詳述する球状の押圧転動子を備える構成としてもよい。

前記閉塞台の表面は、１または２箇所に開口を有しており、当該開口は前記チューブのポンプへの入口または出口とされる構成としてもよい。この場合、チューブが屈曲を伴うことなく収容されうる。

さらに別の実施形態においては、前記ステータは、非導電性プラスチックから射出成型プロセスにより製造され、前記導電性表面は、成形された金属製のインサートまたは成形された金属箔の表面とされる。金属部分のインサート成形によって、金属とプラスチックの良好な機械的結合が可能になる。射出成形品のプラスチックは、非導電性プラスチックから構成されるので、閉塞台に生じうる電荷が、プラスチックを介してポンプの他の領域や対応する医療装置に移動することはない。ステータのプラスチック材料が非導電性であることにより、電荷がステータ全体に伝搬することはない。

さらに別の実施形態においては、前記インサートは、フランジを備えた略円筒形状を呈し、当該フランジは、当該円筒形状の全周にわたって形成されて径方向内側を向いている構成としてもよい。この形状は、円筒形状が有する剛性により変形を防ぐ缶のような形状である。ここでロータの駆動軸を挿通可能な同心状の開口を、フランジに形成することが好ましい。これに代えて、フランジが径方向外側を向く構成としてもよい。プラスチック成型部に向かって延びるようにこのようなフランジを数か所設けると、良好な金属−プラスチック結合が得られる。

別の実施形態として、前記閉塞台の導電性表面は、射出成型部に施された局所的な導電性コーティングにより形成される構成としてもよい。閉塞台は、高い曲率を備えなければならないが、これも最新の射出成形機で十分に得ることが可能である。射出成型部は、例えばガルバニックコーティングやラミネーションにより、表面の精度とりわけ曲率を保持しうる。射出成型よりも低コストで簡易な製法として、例えばステンレス鋼パネルのような導電性金属部品を、成形済みの蠕動ポンプのレセプタクルに挿入することもできる。転動子により加えられる圧力が当該金属部品に作用し、射出成型された閉塞台の円筒面に対して良好に接触する。

また医療装置は上記蠕動ポンプを備えうる。ここで当該医療装置は、ユーザに対向する操作・機能要素が設けられたフロントパネルを備え、前記フロントパネルは射出成型部として形成され、前記閉塞台を備える蠕動ポンプは当該フロントパネルと一体部品とされている。この場合、意匠的に魅力のある一体的な装置の前面を提供しうる。

本発明は、以下の図面を参照して詳述される。
蠕動ローラポンプの概略図である。 上記蠕動ローラポンプの平面図である。 インサートの一変形例を示す図である。 インサートの別変形例を示す図である。

図１に蠕動ローラポンプ１の概略図を示す。ここではチューブ３０がインサート１０の円筒形レセプタクル内に配置されており、チューブ３０はインサート１０の内周の約２７０°にわたって接触している。以後この面を閉塞台１２と称する。２つの駆動アームを備えたロータ２０が、インサート１０と同心状に配置され、円筒形ローラの形態をとる転動子２４ａ、２４ｂが各駆動アームに回転可能に取り付けられている。ロータ２０は、不図示のモータを介して駆動方向２２に駆動される。これにより上側の転動子２４ｂは、チューブ３０を半径方向外側に押圧し、チューブ３０が局所的に閉塞される。ロータがさらに駆動されると、この閉塞箇所は時計廻り方向に移動する。これにより下側の転動子２４ａはチューブ３０と接触して同様に閉塞がされる結果、チューブ３０の延在方向における２つの閉鎖箇所間において多量の流体が輸送される。したがってチューブ３０はインサート１０および閉塞台１２に対して位置が固定され、転動子２４ａ、２４ｂがチューブ３０に対して転がり押圧をする。転動子の転がり外径２６は、インサート１０の内径よりもチューブ３０の壁厚の約２倍ほど小さい寸法に設定されることを要する。チューブ３０を圧迫しすぎることなく適度に閉塞させるためである。

転動子２４ａ、２４ｂによって半径方向にチューブ３０に加えられる圧力を所望の程度とするため、図２に示すように、各転動子に圧縮ばね２８を設けてロータ２０に装着しうる。転動子２４ａ、２４ｂは、ローラアーム２９により外方へ押圧される。２つのローラアーム２９のそれぞれは、旋回可能にロータ２０に装着されており、圧縮バネ２８による加圧に供されうる面と転動子の取付部を備えている。さらに多くの転動子を用いることも可能である。

よってインサート１０は、例えばステンレス鋼板のような金属材料からなる缶状の部材とされる。すなわちインサート１０は略円筒形状とされ、軸方向の一端部がフランジ１４により区画される。フランジ１４は半径方向の内側に延び、ロータ２０の駆動シャフトを通せる同心開口１６を形成している。図１および図３には、円筒形フランジ１４の前面が端縁１５の内周と共に示されている。図１に示すように、チューブ３０は開口１８を通じてインサート１０の内部に導かれる。開口１８は、略円筒形状のインサート１０においてフランジ１４から離間した位置に設けられる。開口１８は、円周方向に沿って９０°にわたって延在しているため、閉塞台に対しての転がり押圧は２７０°にわたって行なわれる。蠕動ポンプが流体を輸送するには、少なくとも１つの転動子が常にチューブを閉塞していなければならない。したがって２つの転動子が用いられる場合、転がり押圧は１８０°にわたって行なわれれば十分である。

図３に示す実施形態に代えて、フランジ１４の延びる向きを半径方向の外側としてもよい。また図３に示すフランジ１４に加えて、インサート１０の他端部に外方に面するフランジを設けてもよい。

先に述べたように、従来の蠕動ポンプの場合、ローラがチューブに沿って移動してチューブが閉塞台から離間する際に、とりわけポンプにチューブが入る領域において各ローラがチューブに押し付けられる際に、摩擦帯電およびインパルス性干渉が発生する。このような帯電やインパルス性干渉は、特にプラスチック表面同士が接触する際に発生する。

本発明の場合、インサート１０は金属材料から構成されており、閉塞台すなわちインサート１０の円筒形内面は導電面を有している。導電面における自由な電荷交換によって局所的な電荷の過不足の発生が阻止されるので、電荷分離に伴う帯電が阻止または大幅に低減される。さらに転動子２４ａ、２４ｂが導電面を備えてもよい。この場合、チューブ３０と転動子２４ａ、２４ｂとの接点における同様の帯電が阻止あるいは低減される。

転動子２４ａ、２４ｂを備えるロータ２０から閉塞台への導通は、例えば図示しない方法でインサート１０と電気的に接続されたロータ２０の駆動軸と、インサート１０とを摺接させることによってもなしうる。この場合、帯電防止効果がより強化される。

本実施形態においては、閉塞台全体が導電性を有する構成とされている。しかしながら単に閉塞台のチューブ３０が出入りする領域のみに導電性の接地部を設けることによっても、インパルス性干渉の大幅な低減を実現することができる。チューブの外側に位置する電荷およびこれに起因するインパルス性干渉は、接地により消散させることができる。

薄板金に深絞り成形法を用いることにより、正確な曲率および平滑な表面を有するインサート１０をコスト効率よく製造することができる。このインサート１０は射出成形用金型内に配置され、射出成型される蠕動ポンプ１の本体と強固な接続部を形成する。蠕動ポンプ１は、対応する医療装置のフロントパネルと一体化されることにより、ユーザによる操作を容易にすることができる。この場合、インサート１０は、対応するフロントパネルの射出成型に供される。

上記に代えて、環状の射出成型金型を用いて成形された金属箔からなるインサート１０を得ることもできる。

あるいは、プラスチック射出成形品に、閉塞台の金属面を後から付けることもできる。この種の導電性コーティングには、ＭＩＤ（成形相互接続装置）技術を用いることが可能である。この技術は、主として電気回路用の三次元導電路を形成するために用いられるが、連続した導電面を形成することも可能である。この方法を実施するためには、適切にコーティング可能である適当なプラスチックが用いられ、このプラスチックに適合する金属層がガルバニック作用でコーティングされる。当該プラスチックを閉塞台の領域のみに使用する場合、二色成形によれば他の材料を装置の前面に用いることができる。ステンレス鋼箔またはステンレス鋼パネルを、締め付けや接着によって円筒形レセプタクルに固定してもよい。

図３に示すインサート１０は、図１に示すチューブ３０の入口および出口となる開口１８を備えている。よって転がり押圧長（チューブ３０が押し付けられる閉塞台表面）は２７０°となる。これに代えて、対向するより小さな開口を備えた図４に示すインサート１０を用いてもよい。このインサート１０は、チューブ３０が円筒形領域の一方の側から導入され、内部で１周半されて他方の側から導出される蠕動ポンプ１に用いられうる。チューブ３０のポンプ内における周回数は、より多くしてもよい。

図４には抵抗Ｒが模式的に示されている。抵抗Ｒは、インサート１０と等電位化部分、とりわけ接地電位との間を電気的に接続している。この等電位化部分はロータ２０と接続してもよい。抵抗Ｒには、干渉信号の漏洩電流を制限する効果がある。このようにして高感度の装置が等電位部分すなわち接地電位に接続されると、当該等電位部分を通じたこの装置への干渉信号の伝達が阻止される。

上記の実施形態においては、ローラ状の転動子を転がり押圧部材として用いる蠕動ローラポンプについて説明した。本発明は、球状の転動子を備える蠕動ポンプにも同様に適用することができる。このような蠕動ポンプは、ラジアル玉軸受に似ている。すなわちステータが外側レースに対応し、円周状の窪み内にチューブが配置される。チューブは２個の球体により相次いで外方に押圧されることにより閉塞される。ポンプの駆動力は球体に直接伝達され、球体は保持器内のラジアル玉軸受と同様にガイドされる。

Claims (12)

1. 医療技術に用いられる蠕動ポンプ（１）であって、
   ステータ（４０）およびロータ（２０）を備え、
   前記ステータ（４０）は、内部に収容されたチューブ（３０）との接触領域を形成する閉塞台（１２）を備え、
   ロータ（２０）には、前記閉塞台（１２）との間に位置するチューブ（３０）を閉塞するのに適した複数の転動子（２４）が設けられており、
   前記閉塞台（１２）の少なくとも一部は、前記チューブ（３０）の帯電を低減および／または防止するための導電性の表面を有することを特徴とする、蠕動ポンプ。
2. 前記導電性の表面（１２）は、とりわけ接地電位と接続される等電位化部分を有することを特徴とする、請求項１に記載の蠕動ポンプ。
3. 前記等電位化部分と前記導電性の表面（１２）との間に電気抵抗（Ｒ）が設けられていることを特徴とする、請求項２に記載の蠕動ポンプ。
4. 前記転動子（２４）は導電性の表面を有し、当該表面は前記閉塞台（１２）の導電性表面と導通接触していることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の蠕動ポンプ。
5. 前記閉塞台（１２）の全体が、連続した導電性表面を有していることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の蠕動ポンプ。
6. 前記閉塞台（１２）は、内方を向く円筒形の表面を有しており、前記転動子（２４）はローラである、請求項１から５のいずれか一項に記載の蠕動ポンプ。
7. 前記閉塞台（１２）の外殻は、１または２箇所に開口（１８）を有しており、当該開口（１８）は前記チューブ（３０）のポンプへの入口または出口とされることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の蠕動ポンプ。
8. 前記ステータ（４０）は、非導電性プラスチックから射出成型プロセスにより製造され、前記導電性表面は、成形された金属製のインサート（１０）または成形された金属箔の表面であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の蠕動ポンプ。
9. 前記インサート（１０）は、フランジ（１４）を備えた略円筒形状を呈し、当該フランジ（１４）は、当該円筒形状の全周にわたって形成されて径方向内側を向いていることを特徴とする、請求項８に記載の蠕動ポンプ。
10. 前記導電性表面は、射出成型部に施された局所的な導電性コーティングにより形成されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の蠕動ポンプ。
11. 対外血液治療用の医療装置、とりわけ透析および／または輸液用の装置であって、請求項１から１０のいずれか一項に記載の蠕動ポンプを備えることを特徴とする、医療装置。
12. ユーザに対向する操作・機能要素が設けられたフロントパネルを備え、
    前記フロントパネルは射出成型部として形成され、前記閉塞台（１２）を備える蠕動ポンプ（１）は当該フロントパネルと一体部品とされていることを特徴とする、請求項１１に記載の医療装置。

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