JP2018501432A - チューブを保持するためのクランプ装置及びローラーポンプ - Google Patents

Abstract

流体を送り込むためのローラーポンプ（１０）の動作中に可撓性チューブ（１８）を保持するためのクランプ装置であって、互いに隣接して取り付けられた１対の回転可能なボビン（２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂ）を含むクランプ装置。各ボビン（２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂ）は、ボビン（２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂ）の円筒面の回りに部分的に形成されたテーパー溝（３０）を有し、ボビン（２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂ）の逆向きの回転によりテーパー溝（３０）内でボビン（２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂ）の間にチューブ（１８）が挟まれる。クランプ装置は、チューブを過度に変形させることなく、異なる形状及び直径のチューブを確実に保持することを可能にする。

Description

本発明は、ローラーポンプのチューブ保持機構に関する。詳細には、本発明は、ローラーポンプシステムにおいてチューブを保持するための改良されたシステム及び方法に関する。

多くの場合、流体を送り込むときに、流体がポンピング部品などと接触するのを避けることが望ましい。これにより、二次汚染を避け、送り込まれた流体を清潔に且つ無菌に保つことができる。これは、手術を受けている患者の循環血液などの場合に特に重要である。このような状況において、ローラーポンプ又は蠕動ポンプを使用することができる。

図１は、血液などの流体を送り込むのに使用される例示的な従来技術のローラーポンプ１を示す。ローラーポンプ１は、ハウジング３の円形部分にある可撓性チューブ２をローター５に収容された多数の回転ローラー４と共に使用する。これらのローラー４は、連続動作でチューブ２に沿って流体を搾り出す。ローラー４は、チューブ２が連続使用中にローラーポンプ１を通って「動く」のを防ぐためにハウジング３の入口位置６Ａ及び出口位置６Ｂで強固に保持される必要があるチューブ２に力を加える。必要な拘束力は、より高いポンプ速度又はポンプ圧力に対して増加する。ローター５は、図１の上から見て時計回りに回転し、ローラー４はそれに応じてチューブ２の周りに接触して移動する。チューブ２は、ローラー４が回転するときにローラー４とハウジング３との間で締め付けられ、これにより、流体が図示の矢印の方向にチューブ２に沿って移動させられる。

チューブの外径は、ポンプの現在の設定とポンプが送り込んでいる流体とに応じて選択されることができる。特定のポンプは、いくつかの異なるサイズのチューブを用いることができる。一部の既存のポンプは、チューブを把持するためにチューブを変形させる機構（例えば、グリッパー７）を使用する（図２参照）。他のものは、様々なサイズのチューブを把持することを可能にするために取り外し可能なインサート８、９を使用する（図３及び図４参照）。これらの方法はいずれも異なる理由で望ましくなく、一方のものは、チューブに歪みを与え、またチューブ内の流体の流れを制限する。他方のものは、異なるチューブサイズに適合することができる部品のライブラリを必要とし、インサート８、９を取り外して再装備しなければならない。

従って、本発明は上記の点を考慮して考案されたものである。本発明は、先行技術の欠点の少なくとも１つを克服又は改善すること、又は有用な代替物を提供することを目指している。

本発明の第１の態様によれば、流体を送り込むためのローラーポンプの動作中に可撓性チューブを保持するためのクランプ装置であって、互いに隣接して取り付けられた１対の回転可能なボビンを含み、各ボビンはボビンの円筒面の周りに部分的に形成されたテーパー溝を有し、ボビンの逆向きの回転によりテーパー溝内でボビンの間にチューブが挟まれるクランプ装置が提供される。これは、ローラーポンプを作動させるときにチューブが「動く」（すなわち、ローラーポンプハウジングから出る）のを防ぐという利点を有する。また、チューブを過度に変形させること、及びその結果、流体の流れを制限すること、又は部品の取り外し及び再装備を必要とすることなく、異なる形状及び径のチューブを確実に保持することができる。

一方のボビンのテーパー溝の断面寸法は、他方のボビンのテーパー溝の断面寸法と一致することができる。これの利点は、チューブと溝との間に非対称の隙間がなく、チューブが両方の溝によって等しく挟まれることである。これは、チューブの一部分がその周囲でチューブの別の部分よりも挟まれ又は締め付けられないことを意味する。

ボビンの各々のテーパー溝は、半円形の断面を有することができる。これは、円形チューブをその全周の周りで溝によって保持することができるという利点を有する。

一方のボビンのテーパー溝の直径は、他方のボビンのテーパー溝の直径と一致することができる。

各溝の直径は、ボビンの部分的な周囲の周りで最大直径から最小直径まで徐々に減少することができる。これの利点は、溝の最大直径から最小直径までの直径を有する任意のチューブに適合するようにボビンを回転させることができることである。

ボビンは、開口部のサイズを徐々に減少させるために同じ速度で逆向きに回転するように構成されることができる。これは、チューブの間の開口部のサイズが常に対称であり、ユーザーがボビンを最適量だけ回転させたことを把握することができるという利点を有する。

一方のボビンは時計回り方向に徐々に細くなるテーパー溝を有することができ、他方のボビンは反時計回り方向に徐々に細くなるテーパー溝を有することができる。これは、ボビンを逆向きに回転させたときに溝の間の開口部が必要に応じて増減されるという利点を有する。

クランプ装置は、開口部を拡大する方向においてボビンの回転を停止させるように構成されたロック機構を更に含むことができる。これの利点は、クランプがチューブの周りに締め付けられ且つロックされると、チューブを非意図的に解放し又は緩めることができないことである。

ロック機構は、ラチェット又はロックハンドルを含むことができる。

ボビンは、チューブがローラーポンプにより張力を受けているときにチューブの周りに堅く締まるように構成されることができる。これは、ローラーポンプが働いているときにチューブがクランプから引き出されないという利点を有する。

クランプ装置は、前記ボビンの別の対を更に含むことができる。これの利点は、ハウジングの外へのチューブの伸びを防止し、チューブがボビンによって確実に保持された状態で、流体の流れをチューブ内で逆転させることができることである。

チューブは、ローラーポンプのハウジングに入る前に一方の対のボビンを通ることができ、ハウジングを出るときに他方の対のボビンを通ることができる。これは、チューブがハウジングから突き出た両端で保持されるという利点を有し、それは、単一対のボビンを有するのに比べてチューブの動き及び伸びが最小限に抑えられることを意味する。

本発明の第２の態様によれば、上記のようなクランプ装置を含む、可撓性チューブの全体に流体を送り込むためのローラーポンプが提供される。これは、過度に流れを制限することなく且つ可撓性チューブの過度の劣化を引き起こすことなく、ローラーポンプが幅広いチューブ直径に適合することができるという利点を有する。また、システムは、部品を追加又は除去する必要なしに様々なサイズのチューブに適合するように素早く変更することができ、それにより時間と関連するコストとが削減される。

添付の図面を参照して、本発明の実施形態を単なる例として以下で説明する。
既知のローラーポンプデザインの概略上面図を示す。 既知のローラーポンプの上面図を示す。 別の既知のローラーポンプの上面図を示す。 別の既知のローラーポンプの上面図を示す。 本発明の一実施形態によるクランプシステムを備えたローラーポンプの斜視図を示す。 図５の実施形態によるクランプシステムの正面図を示す。 図５の実施形態による、使用中のクランプシステムの斜視図を示す。 図５の実施形態による、より大きいチューブ直径を有するクランプシステムの正面図を示す。

図５を参照すると、ハウジング１２と、ローター１４と、ローラー１６とを含むローラーポンプ１０が示されている。ローター１４はハウジング１２内に配置され、ローター１４とハウジング１２との間で、ローター１４の周りに可撓性チューブ１８が入れられている。ローター１４は、実質的に円筒状であり且つ縦方向に延びており、説明し易くするために、縦方向を垂直方向と称することとする。ハウジング１２は、ローター１４の縦方向側面に対して実質的に平行な、延在する垂直壁を有する。チューブ１８は、ハウジング１２の概ね垂直方向の中間点においてハウジング１２の周りに配置されている。ローター１４に接続されたアーム２０が、チューブ１８を適切な位置に配置するために使用されている。ハウジング１２は、部分的な円形部分２２を含み、部分的な円形部分２２は、ローター１４の湾曲に追従し、従ってハウジング１２の内壁とローター１４の側面との間でほぼ同じ距離を維持する。これにより、ローラー１６がハウジング１２の内壁に対してほぼ同じ距離を維持することが可能になり、ローター１４及びローラー１６がそれらの回転の際に可撓性チューブ１８の比較的一貫した圧迫を行うことが可能になる。

チューブ１８がローラーポンプ１０に出入りするところに、２対のボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂが設けられている。第１対のボビン２４Ａ、２４Ｂは互いに接触又はほぼ接触し、第２対のボビン２６Ａ、２６Ｂは互いに接触又はほぼ接触している。チューブ１８は、第１対のボビン２４Ａ、２４Ｂの各々に１つの、実質的に半円形のスロット又は溝３０の対から形成された開口部２８Ａを通る。溝３０は半円形の断面を有する。これは従来、入口と呼ばれており、すなわち、流体（例えば、血液）の方向は、流体が送り込まれているとき、この位置ではローラーポンプ１０に向かっている。チューブ１８はまた、第２対のボビン２６Ａ、２６Ｂにおける同様の開口部２８Ｂを通る。これは従来、出口と呼ばれており、すなわち、流体（例えば、血液）の方向は、流体が送り込まれているとき、この位置ではローラーポンプ１０から離れている。１対のボビン２４Ａ、２４Ｂは左側クランプ２５を形成し、１対のボビン２６Ａ、２６Ｂは右側クランプ２７を形成している。クランプ２５、２７は、チューブ１８を所定の位置に保持するように働くが、これについては後に詳述する。

本実施形態は、２対のボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂを有し、これらのボビンは、チューブ１８がローラーポンプ１０の周りで「動く」こと及びハウジング１２の外へ伸ばされることを阻止するように作用する。これはまた、流体の流れをチューブ１８内で逆転させることができ、チューブ１８は依然としてローラーポンプ１０内に保持されることを意味する。しかしながら、他の実施形態では、チューブ１８を挟むために１対のボビンのみを使用することができる。

ボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂは、ボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂを所定の位置に保持し且つこれらのボビンが自由に回転することを可能にするマウント３２に収容されている。マウント３２は、ハウジング１２の前方部分に接続されている。ボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂは、ローラーポンプ１０の内外への血流の方向に対して垂直な線上に配置されている。２つのボビン２４Ａ、２４Ｂは、互いに対して回転するように相互に連結されている。２つのボビン２６Ａ、２６Ｂも、同様に相互に連結されている。

ボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂの溝３０は、様々なチューブ１８のサイズに適合することを可能にするように輪郭形成されている。輪郭は、図６及び図７に、半円形の溝３０がボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂの周囲に形成された徐々に減少する直径を有するように示されている。上方から見ると、ボビン２４Ａ、２６Ａは、時計回り方向に最大直径から最小直径へと縮小する半円形の溝３０を有する。上方から見ると、ボビン２４Ｂ、２６Ｂは、反時計回り方向に最大直径から最小直径へと縮小する半円形の溝３０を有する。

ボビン２４Ａ、２４Ｂは、それらが互いに最も接近するところでスロットが同じサイズであるように配向されている。これは、ボビン２４Ａ、２４Ｂが互いに接触又はほぼ接触していることに加えて、溝３０によって形成される開口部２８Ａが常に円形であることを意味する。ボビン２６Ａ、２６Ｂ及び開口部２８Ｂについても状況は同じである。

半円形の溝３０が最大直径を有するところと半円形の溝３０が最小直径を有するところとの間に、ボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂの周囲のより小さい部分があり、この部分には一定のサイズの変化ではなく不連続性がある。この不連続性は、ボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂの全直径のより近くに配置されたより平坦な部分３１の形態である。

マウント３２は、ボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂを回転させるためのスプロケット３２Ａ、３２Ｂと、ボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂを所要の位置に保持するために回すことができるロックハンドル３４Ａ、３４Ｂとを含む。ユーザーは、チューブ１８をきつく保持するようにボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂを十分に回転させたことを手で把握し、ボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂをロック又は解放するためにロックハンドル３４Ａ、３４Ｂを回すことができる。他の実施形態では、センサーを含む自動システムを使用して、チューブ１８が十分きつく挟まれたことを検出し、ボビンを自動的にロックすることができる。

チューブ１８は入口点及び出口点で保持されなければならず、そうでなければ、流体を送り込むためにローター１４が回転してローラー１６がチューブ１８を圧迫するときに、チューブ１８がハウジング１２の周りを移動し又は「動き」、それは望ましくない。これは、チューブ１８が付随する部品から引き出され又はチューブ１８に詰まりが生じることにつながりかねない。本発明は、ローラーポンプに使用される従来技術のクランプの制限のいくつかを克服し、改良されたシステムを提供する。

ここで図７を参照すると、チューブ１８は対応するボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂの間の開口部２８Ａ、２８Ｂを通して挿入されることができることが示されている。特に、左側クランプ２５のボビン２４Ａ、２４Ｂを参照すると、ボビン２４Ａ、２４Ｂはそれらの完全開放位置、すなわち、半円形の溝３０がそれらの最大直径で互いに直接向かい合っているところで示されている。これは、２つのボビン２４Ａ、２４Ｂの間に最大の空間をもたらす。ボビン２４Ａ、２４Ｂは完全に回転させられてこの位置に達する。すなわち、ボビン２４Ａは反時計回りに完全に回転させられ、ボビン２４Ｂは時計回りに完全に回転させられる。ボビン２４Ａ、２４Ｂは相互に連結されているので、それらはそれぞれ同じ量だけ回転させられ、従って互いに向き合う同じ大きさの半円形の溝３０を有する。他の実施形態では、チューブ１８の外径がボビン２４Ａ、２４Ｂの間のより小さい開口部２８Ａ、２８Ｂに適合するように十分に小さいので、ボビン２４Ａ、２４Ｂをチューブ１８に適合させるために完全に回転させる必要はない。

チューブ１８がボビン２４Ａ、２４Ｂの間の中心に配置されると、ボビンはそれぞれ反対方向に回転させられる。すなわち、ボビン２４Ａは時計回りに回転させられ、ボビン２４Ｂは反時計回りに回転させられる。この回転と上述のボビン２４Ａ、２４Ｂの輪郭の形状とは、開口部２８Ａの有効径が小さくなることを意味する。ボビン２４Ａ、２４Ｂが逆向きに回転するのを防ぎ、従ってチューブ１８が解放されるのを避けるために、回転防止ラチェットの形態のロック機構（図示せず）が設けられている。ロックハンドル３４Ａは、チューブ１８を解放するべくボビン２４Ａ、２４Ｂが回転することを可能にするために解除されなければならない。他の実施形態では、チューブ１８が円形開口部２８Ａによって把持されると、すなわち、２つのボビン２４Ａ、２４Ｂの間に挟まれると、ロックハンドル３４Ａを回すことによってロック機構が係合させられる。右側クランプ２７は、所定の位置に挟まれたチューブ１８を示す。ボビン２６Ａ、２６Ｂの間にチューブ１８を適切な位置に確実に保持する小さい円形開口部２８Ａがあるように、ボビン２６Ａ、２６Ｂは上述のように回転させられていることが分かる。この場合、ボビン２６Ａ、２６Ｂは、溝３０の最小直径を互いに向かい合わせるために完全に回転させられてはいない。代わりに、ボビン２６Ａ、２６Ｂは、過度の変形なしにチューブ１８を保持するための最適な位置に達したときにロック機構を用いて停止されている。これは、チューブを目に見えるほど変形させることが分かる、図２の従来技術のローラーチューブグリッパーとは対照的である。

図８は、図７に関連して説明したのと同じ手順に従って挟まれているより大きい直径のチューブ１８を示す。これは、チューブ１８を過度に変形させることなく又はチューブサイズに固有の部品を追加及び除去することによってクランプを変更する必要なしに、異なるサイズのチューブ１８に適合することができることを示している。

ローラーポンプ１０を作動させると、ローラー１６はチューブ１８を張力下に置き、チューブ１８をボビンクランプ２５、２７から引き出そうとする。これにより、クランプ２５、２７はチューブ１８の周りでより強く引っ張られ、チューブ１８の動きに抵抗する。これは、ボビン２４Ａ、２４Ｂの向き及びボビン２４Ａ、２４Ｂのそれぞれの回転が、チューブ１８を入口点から更にローラーポンプ１０内に移動させるように作用するチューブ１０の張力がボビン２４Ａを反時計回りにボビン２４Ｂを時計回りに回転させ、ボビン２４Ａ、２４Ｂの間の開口部２８Ａを僅かに小さくするからである。しかしながら、チューブ１８は常に円形開口部２８Ａ内に挟まれているので、従来のクランプ装置で起こり得るように、チューブ１８は挟みつぶされない。クランプ２７についても状況は同様であるが、開口部２８Ｂを締め付けるためにボビン２６Ａ、２６Ｂの回転をもたらすのは、チューブ１８をローラーポンプ１４の出口点から更にローラーポンプ１４内に移動させるように作用する張力である。上記のようにロック機構が適所にあっても、このロック機構はより大きい開口部２８Ａ、２８Ｂを生じるボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂの回転を停止させるためにのみ作用するので、この張力による締め付け方法でのボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂの移動は可能である。

上述の説明から明らかなように、本発明は、過度に流れを制限することなく且つ可撓性チューブの過度の劣化を引き起こすことなく、幅広いチューブの直径に適合することができるシステムを提供する。また、システムは、部品を追加又は除去する必要なしに様々なサイズのチューブに適合するように素早く変更することができ、それにより時間と関連するコストとが削減される。

当業者には、特許請求の範囲によって定められる本発明の範囲から逸脱することなく、上記の実施形態に様々な変更を行い得ることが理解されよう。例えば、上記の説明は、外科的処置に使用するためにチューブの全体に血液を送り込むことに関するものであったが、本発明は、スラリー、化学物質又は危険物質などの他の流体を送り込むのにも同様に適用可能である。

また、上記の説明ではより可能性が高い円形チューブの場合について記載したが、本発明の実施形態では非円形チューブも使用することができる。例えば、楕円形チューブを使用することができ、ボビンの溝は、楕円形チューブに適合し且つ上述したものと同様の保持機能を果たすように成形されることができる。

ローラーポンプ１０を作動させると、ローラー１６はチューブ１８を張力下に置き、チューブ１８をボビンクランプ２５、２７から引き出そうとする。これにより、クランプ２５、２７はチューブ１８の周りでより強く引っ張られ、チューブ１８の動きに抵抗する。これは、ボビン２４Ａ、２４Ｂの向き及びボビン２４Ａ、２４Ｂのそれぞれの回転が、チューブ１８を入口点から更にローラーポンプ１０内に移動させるように作用するチューブ１８の張力がボビン２４Ａを反時計回りにボビン２４Ｂを時計回りに回転させ、ボビン２４Ａ、２４Ｂの間の開口部２８Ａを僅かに小さくするからである。しかしながら、チューブ１８は常に円形開口部２８Ａ内に挟まれているので、従来のクランプ装置で起こり得るように、チューブ１８は挟みつぶされない。クランプ２７についても状況は同様であるが、開口部２８Ｂを締め付けるためにボビン２６Ａ、２６Ｂの回転をもたらすのは、チューブ１８をローラーポンプ１０の出口点から更にローラーポンプ１０内に移動させるように作用する張力である。上記のようにロック機構が適所にあっても、このロック機構はより大きい開口部２８Ａ、２８Ｂを生じるボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂの回転を停止させるためにのみ作用するので、この張力による締め付け方法でのボビン２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂの移動は可能である。

Claims (13)

1. 流体を送り込むためのローラーポンプの動作中に可撓性チューブを保持するためのクランプ装置であって、
   互いに隣接して取り付けられた１対の回転可能なボビンを含み、
   各ボビンは前記ボビンの円筒面の周りに部分的に形成されたテーパー溝を有し、
   前記ボビンの逆向きの回転により前記テーパー溝内で前記ボビンの間に前記チューブが挟まれる、クランプ装置。
2. 一方のボビンのテーパー溝の断面寸法が、他方のボビンのテーパー溝の断面寸法と一致する、請求項１に記載のクランプ装置。
3. 前記ボビンの各々のテーパー溝は半円形の断面を有する、請求項１又は２に記載のクランプ装置。
4. 一方のボビンのテーパー溝の直径は、他方のボビンのテーパー溝の直径と一致する、請求項３に記載のクランプ装置。
5. 各溝の直径は、前記ボビンの部分的な周囲の周りで最大直径から最小直径まで徐々に減少する、請求項３又は４に記載のクランプ装置。
6. 前記ボビンは、前記開口部のサイズを徐々に縮小するために同じ速度で逆向きに回転するように構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のクランプ装置。
7. 一方のボビンは時計回り方向に徐々に細くなる前記テーパー溝を有し、他方のボビンは反時計回り方向に徐々に細くなる前記テーパー溝を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のクランプ装置。
8. 前記開口部を拡大する方向において前記ボビンの回転を停止させるように構成されたロック機構を更に含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のクランプ装置。
9. 前記ロック機構はラチェット又はロックハンドルを含む、請求項８に記載のクランプ装置。
10. 前記ボビンは、前記チューブが前記ローラーポンプにより張力を受けているときに前記チューブの周りに堅く締まるように構成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載のクランプ装置。
11. 前記ボビンの別の対を更に含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のクランプ装置。
12. 前記チューブは、前記ローラーポンプのハウジングに入る前に一方の対のボビンを通り、前記ハウジングを出るときに他方の対のボビンを通る、請求項１１に記載のクランプ装置。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のクランプ装置を含む、可撓性チューブの全体に流体を送り込むためのローラーポンプ。

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