JP5117953B2 - 高圧医療ホース用結合ソケット - Google Patents

Description

本発明は、一般に医療ホースを結合するためのソケットに関し、特に高圧応用で使用される小径医療ホースを結合するためのソケット構成に関する。

高圧医療ホース（即ち、管状部材）は、一般にインナージャケットとして知られる第１のチューブ形体をエラストマー樹脂から押し出すことによって作られる。一度十分に自立するように形成され冷却されると、このチューブ形体は、それからモノフィラメント繊維の補強繊維ブレイドによってラップされる。続いて、この繊維ラップされたアセンブリは、クロスダイヘッドを通して引き抜かれ、このヘッドは、アウタージャケットをアセンブリに向けて押し出し、補強繊維をジャケット層の間（即ち、インナージャケットとアウタージャケットの間）に封じ込める。全てが良好になされると、溶融したアウタージャケット材料は、インナージャケット表面に、そしてある程度、補強繊維に結合する。しかしながら、これらの結合は、決して包含された親材料のように強くはない。補強繊維は、ジャケット材料とは異なる材料であるので、補強繊維とアウタージャケットとの間の結合は、インナージャケットとアウタージャケットの間の結合よりも弱い。高圧補強医療ホースの製造者は、高圧故障モードに抗するに十分な強度の結合を有したホースを製造することに絶えず奮闘している。

使用される樹脂の低剛性に起因して、得られるホースは、一般にはとても柔軟なものとなり、これはホースが使用される条件に適合する。完成したアセンブリの補強繊維間のむしろ開かれた間隔は、柔軟性を促進する一方で、異常な張力と耐圧力強度を与える。補強ブレードに起因して、血管形成膨張装置で使用されるホースは、破裂する前に、１７００ｐｓｉ以上の適用内部動作圧力に耐えることが可能である。

これらのホースは全く小型で、その外径は０．１４０インチ、内腔は０．０７０インチ未満である。それらは使い捨て式のプラスチック製医療装置に最もしばしば使用される。これらのホースが使用される圧力発生医療装置は、高い圧力や粗野な扱いに耐えるために十分に堅牢でなければならない。これらのホースが非常に小さな通路を有するという事実に起因して、伝統的なホース突起の形体によってホースを取り付けることは実用的でない。そのようなホース突起は、流体の流れ制限を最小化するために異常に薄い壁とされる必要があるので、それらを弱く脆いものにしてしまう。従って、図１に示されているように、このタイプのホースは典型的に、圧力装置１２の受け孔又はソケット１０に挿入され、結合される。溶媒か接着剤のいずれかを利用して、ホースをソケットに結合する。溶媒は、それらが接着剤よりも塗布及び取扱いが容易であるという事実から、より多く使用される。

このタイプの上述した補強エラストマーホースが装置の受けソケット内に結合されるときに、それらは製造プロセス及び総合構造に直接帰属する２つの弱点を持つ傾向がある。これらの弱点は、伝統的なホースソケット構成によって悪化させられる。具体的には、機能する装置内で加圧された作業流体は、ホースの端部において、補強繊維が導管を与える位置に入ることができる。繊維がアウタージャケットに良好に結合されていなければ、加圧された流体は繊維に沿って流出し、そしてアウタージャケットを繊維から分離させ始める。ホースは、補強繊維が相互に交差する構造を持つ。そのようなものとして、それらの各交差部における封じ込めは、加圧された流体に対して多数の追加的導管を与える。より多くの繊維がこの破壊的プロセスに包含されると、加圧された流体は、究極的にインナー及びアウタージャケット間の結合がなくなるまで、繊維とジャケットの間の空間を膨張させ始め、そしてアウタージャケットは、インナージャケットから分離するか、あるいは破裂する。このタイプのホース故障は、必須作業圧力を医療装置から奪い、そして医療手順の無菌性を損ない、装置の可能性を破壊する。

本発明の一実施形態の１つの目的は、例えば高圧応用で使用される、改良された医療ホースソケットを提供するにある。

簡単に、本発明の一実施形態は、ソケット、例えばエラストマーホース又は管状部材を受けるための医療装置ソケットを提供する。

このホースは、例えば補強された医療ホースである。このソケットは、ホースがソケットに挿入されたときにホースの端部に入る内部円錐形状を備える。このソケットの円錐形状は、ホースを圧縮して、ホース壁を半径方向に圧縮された状態におく。この圧縮は、接合部をシールして漏洩に抗し、その封じ込め補強繊維に接するホース壁エラストマーの圧縮を増加して、医療流体が繊維の経路に沿って導入されることを防止する。

この発明の構造及び動作の組織及び手法は、その更なる目的及び利点と共に、添付の図面に関連してなされる以下の説明を参照することによって、最も良く理解される。

この発明は異なる形の実施形態に受け入れ可能であるが、この発明の具体的実施形態が図面に示され、ここで詳細に説明される。本開示は、発明の原理の例として考えられるべきものであって、発明をここに図示され説明されたものに限定することを意図されたものではない、と理解されるべきである。

図２は、本発明の具体的実施形態を断面で描いている。具体的に言えば、図２は、例えば高圧応用で使用される医療ホースソケット２０を描いている。図１に示されたホースソケット１０とほぼ同様に、図２に示されたホースソケット２０は、医療ホース２４を受けるための開口部２２を有する（図３及び６参照）。医療ホース２４は、上述したように２つのジャケット間に封じ込められた補強繊維からなるホースであっても、なくてもよい。にもかかわらず、以下で更に詳細に論じられるように、ホース２４とソケット２０を接続することに溶媒が使用される場合、開口部２２は、ホースを受けるときに、ホース２４との少量の締まりばめを保証する内径（即ち、図２の寸法２６）を与えることが好ましい（図３及び６参照）。一方で、接着剤が使用される場合、接着剤が滞留するための空間を与える僅かなクリアランスがホース２４と内部側壁２８の間に設けられることが好ましい。

ソケット２０の開口部２２は、円筒形延長部分３０に設けられ、またソケット２０の内部には、内部領域３４へつながる導管３２があり、これにより装置３６への流体通路を与えている。ソケット２０のベース３８には、円錐形状又は円錐体４０（図２，３，５，６及び７参照）がある。円錐形状４０は、導管３２近くに傾斜壁４２を有する。具体的に言えば、円筒形部分３０の内部には、長手方向内部側壁２８があり、これはソケット２０のベース壁４４に９０度の角度で終端する。ベース壁４４は傾斜壁４２と交差し、傾斜壁４２は事実上、円錐形状４０を与える。

ソケット２０の円錐形状４０は、突起ではなく、全く異なって機能する。図３及び６に示されているように、円錐形状４０は、組立プロセス中に、挿入されたホース２４の端部４６に入るように構成されている。図示のように、円錐形状４０は、ホース端部４６を圧縮することに役立ち、これによりホース壁４８を半径方向に圧縮された状態におく。この圧縮は、初めは、ホース２４のエラストマー特性を利用して、ホース内腔と円錐形状４０の間にバリアシールを生成し、流体が補強繊維端部５０に到達することを防止する（そのようなホース２４が使用されているものと仮定する）。いずれの例でも、ホースを維持することに溶媒又は接着剤結合のいずれが利用されても、ソケット２０の側壁２８と円錐形状４０の間の空間は、円錐形状４０の最小端がホース内腔よりも僅かに小さくなるように形成されなければならない。これは、ホースがソケット２０に十分に圧入されるときはいつでも、その最小端がホース内に入って、ホース壁４８を側壁２８に接して圧縮することを可能にするためである。図６に示されているように、ホース壁４８の圧縮は、ジャケット結合線又はニット線５２を、そして続けて各封じ込められた繊維５４を、圧縮状態におく。これは、第１のバリアが破られた場合に、加圧された流体の進入に抵抗するためである。高圧ソケット構成の追加的利益は、非補強ホースが使用される（即ち、ホースが内部補強ブレードを持たない）場合でも、加圧中にホースをソケット２０から押し出そうとする長手方向（即ち、図３及び６で矢印５６によって示される方向）の力が少ない、という点である。力の減少は、圧力がホース２４に作用する断面積はホース内腔と円錐体との交差部によって縁取りされる面積（Ａ１）によって確立され、且つこの面積はホース全体の断面積（Ａ２）よりも常に小さい、という事実に起因する。そのようなものとして、ホースに加わる長手方向圧力は、２つの面積に直接比例して低減される（（Ａ１／Ａ２）×システム圧力）。

図１に示されたソケットと比べて増加した図２のソケットの保持能力は、圧力に曝されるソケットの断面表面積が少ないこと、並びにアウターホース壁４８とソケット側壁２８の間の剪断抵抗接続との組合せから生ずる。このことは、溶媒に基づくか、接着剤に基づくか、あるいは機械的に可能である。ホースを拡張しようとする圧力が、初期組立圧力による組立中に、ホース内腔と円錐体との間のシールが確立されている限り、より堅固にホース壁をソケット側壁と接触させるように押し付けるということは真であるが、ホース壁をソケット壁に固定する分離保持機構は、依然として必要とされる。にもかかわらず、動作圧力に起因する装置内の内部拡張は、追加的保持援助を与えると共に、より密接に補強繊維と接触させるようにエラストマーホース材料を圧縮する。実験が示しているように、高い内部システム圧力は事実、エラストマーをソケット壁に接して圧縮すると共に、補強繊維に沿った流れを防止する。しかし、このことが起こると、圧力差は、先ず繊維の経路に沿って生成されなければならず、そしてその差は、円錐体における良好な初期シールに依存して、ホースエラストマーをソケット壁に緊密に接して圧縮することが可能な圧力以下の圧力での流体損失を防止する。

標準ホースソケット１０（即ち、図１）でのテスト時に予め薄層に剥離されたホースについて、本発明の一実施形態（即ち、図２）による高圧ソケット構成２０を利用した圧力損失（減衰）性能を比較するための実験が行われた。その結果は、図８に示されたチャートを見ることによって判明するように、印象深いものであった。また、標準ホースソケット（即ち、図１）に結合されて減衰テストされ、続けて高圧力ソケット（即ち、図２）に結合されて再テストされたホースについて、８００ｐｓｉからの圧力減衰値を比較することによって判明するように、印象深いものであった。一例（図８の“ホースソケットサンプル１９”）では、補強繊維に沿った流れからの１１５．５０ｐｓｉの圧力損失を実証した同じホースは、標準ホースソケット（即ち、図１）に結合されたときに、高圧力ソケット（即ち、図２）に結合された時の拡張にのみ起因して、６．６９ｐｓｉだけ損失した。

先に詳細に説明されたように、図２に示されたソケット２０が高圧補強医療ホースで使用されるものと仮定する（即ち、図６に示すようにインナージャケット５８と、アウタージャケット６０と、これらの間に封じ込められた補強ブレード５４とを有する）と、ホース２４は、ホース材料並びにホースが結合される装置に対して相互に適切な溶媒か接着剤のいずれかに浸漬されるか、その端部に溶媒か接着剤のいずれかが塗布されている。溶媒又は接着剤は、アウタージャケット表面６２に、ホース２４が導入されるホースソケットの深さと等しいジャケット６０に沿った長さ（即ち、図３の長さ６４）にわたり、塗布されることが好ましい。溶媒で処理されたホースは、単純にソケット内に堅固に押し込まれ、これにより従順なホースを僅かに圧縮して、ソケット及びホース材料間の密着及び融合を保証する。ホース２４を定位置に堅固に押し付けると、挿入力が加えられるに従い、円錐形状４０がホース内腔６６に入ると共に、ホース壁４８を傾斜壁４２と側壁２８の間で圧縮することを可能にする。ソケット２０の内部側壁２８とホース外部６２との間の摩擦は、溶媒が双方を一緒に融合するまで、挿入されたホースを定位置に保持することに役立つ。ホースをソケットに結合することに接着剤が使用されるときに、接着剤を滞留させる空間を設けるために、両部品間に僅かなクリアランスが必要とされる。従って、接着剤を使用するときに、接着剤が硬化されるまで、円錐形状に接するホース圧縮を維持するために定着が必要とされる。いずれの場合でも、円錐体に接触するホース表面に溶媒や接着剤を塗布する必要はない。アセンブリが意図されたように機能するためには、圧縮単独で十分である。

医療ホース用の雌ソケットのサイズは、前述したように、選択された結合方法に基づいて、ホースとの締まりばめか、ホースに対するクリアランスのいずれかを与えるように設定される。溶媒結合用のホースソケットの深さは、少なくとも２本分のホースの直径に等しいことが好ましく、そして３本分になることもある。溶媒結合時に、アセンブリ干渉と、与えられた溶媒の流出及び拡散レートは、実際の限界をソケット深さにおく。

上述した高圧ホースソケットでは、円錐体の内角（図３の参照番号６７で識別される）は変化可能であるが、実際の設計及び製造上の考慮がなされなければならない。これは、円錐体が有用な結合長をソケットから奪うためである。理想的には、ホースソケット深さを合理的なレベルに保つために、円錐体は実用的な短さとなるべきである（即ち、図３の寸法６８）。低い内角を持つ円錐体は、より長くなり、かくしてより長いホースソケットを要求する。実験が示していることは、約６０度の内角を持つ円錐体は、良好に機能するだけでなく、合理的な短さである。この高圧ホースソケット内のシーリング力は、ホース挿入中に加えられた長手方向の力と、ホースが円錐体上に延びるときに発生する円周方向張力と、円錐体とソケットの内部壁との間の狭くなる空間内で圧縮されたホール壁から生じる半径方向圧縮力との組合せから生ずる。

円錐体内角が１８０度（ベース壁４４のように本質的に平坦な表面）である場合、長手方向の圧縮力だけがシールに利用可能である。そのような場合には、円周方向張力や半径方向圧縮力は、シーリングを援助することに依存されることはない。１８０度の円錐体では、圧縮力は、インナージャケットの断面積に流体圧力を乗じたものと等しい計算値を超える必要がある。１８０度未満の円錐体角度では、ホースと円錐体が一緒に押されるときに、ホースは円錐体の回りに拡張し、また円錐体の収束する壁とソケットの内壁との間に生じる半径方向圧縮力と同様に、ホースの円周方向張力はシーリングに寄与する。従って、より低い円錐体角度は、純粋な長手方向圧縮に頼るシールから円周方向張力と半径方向圧縮の組合せに由来するシールへの移行を促進する。これら追加シーリング力要因の最終的効果は、円錐体角度が低減されるに従い、シールを完成するに必要な長手方向圧縮力を低減することにある。シールを達成するために加えなければならない長手方向圧縮力の量は、円錐体角度が低減されるに従い減少するので、９５度より大きな内角を持つ円錐体は、長手方向に入る力を利用することに関して低効率的であることを立証する。この制限は、ホース材料の硬さ（ジュロメータ）や、その円錐体材料に接する摩擦特性、そしてその円周方向強度によって影響される。

ホース材料の弾性記憶に起因して、大きな円錐体角度に関する１つの追加的考察は、シーリング目的で円錐体に接する圧縮を達成するために加えられる力は、圧縮されたホース２４が高い内角円錐体からそれ自体を押し戻してそのソケット外へ出ようとするに従い、ホース・ソケット結合線７０において剪断を生ずる、ということである。低減された円錐体角度は、長手方向設置力を、円周方向のホース拡張と、ホース壁圧縮と、接触する表面に対する摩擦とに変換することを助ける。より低い円錐体角度により、この摩擦により生成される接触表面間のグリップは、設置されたホースを定位置に維持し、それ故、結合線における剪断力を低減する。

上述した具体的実施形態は、多くの利点を与えるもので、そのいくつかが上述された。本発明の一実施形態が図示され説明されたが、当業者は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本発明の種々の変形を工夫することが予測される。

従来の医療ホースソケットの拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る医療ホースソケットの拡大断面図である。 図２と同様であるが、ソケットに係合した医療ホースを示す。 図３及び４に示されたソケットを有する装置の拡大斜視図である。 図４に示された装置の拡大断面図である。 ホースを把持して圧縮するソケットの拡大断面図である。 内部にソケットを与える円筒形延長部分の拡大斜視図である。 ３０本のホースについて行われたいくつかの実験の結果を説明するもので、図１に示されたような従来のソケット上に設置された各ホースの圧力減衰と、図２に示されたようなソケット上に設置されたホースの圧力減衰とを比較したチャートである。

符号の説明

２０：ソケット
２２：開口部
２４：ホース
２６：内径
２８：内部側壁
３０：円筒形延長部分
３２：導管
３４：内部領域
３６：装置
４０：円錐形状
４２：傾斜壁
４４：ベース壁
４６：ホース端部
４８：ホース壁
５０：補強繊維端部
５２：ジャケット結合線
５４：繊維／補強ブレード
５８：インナージャケット
６０：アウタージャケット
６２：ホース外部
６４：長さ
６６：ホース内腔
６７：内角
６８：寸法
７０：ホース・ソケット結合線

Claims (14)

1. 高圧補強医療ホースを受けるための高圧医療ホース用結合ソケットであって、
   前記ソケットは、円筒形延長部分と、開口部と、高圧補強医療ホースが前記ソケットの前記開口部に挿入されたときに高圧補強医療ホースの端部に入るように構成され、これにより高圧補強医療ホースを圧縮して、ホース壁を半径方向に圧縮された状態におく円錐台形状の円錐体とを備え、
   前記円筒形延長部分は、前記開口部を規定し、かつ前記円錐体より更に延びる端部を有し、
   前記円錐体の傾斜壁は、該傾斜壁及びその延長線によって形成される円錐形状の頂点が前記開口部よりも後方の位置に位置するような傾斜角度を有する
   ことを特徴とする高圧医療ホース用結合ソケット。
2. 前記ソケットは、内部領域へ導く導管を備え、これにより流体通路を与える請求項１に記載の高圧医療ホース用結合ソケット。
3. 前記傾斜壁は、導管に近接している請求項２に記載の高圧医療ホース用結合ソケット。
4. ベース壁に接する長手方向内部側壁を更に備え、ベース壁は、前記円錐体を与える前記傾斜壁に接する請求項１に記載の高圧医療ホース用結合ソケット。
5. 前記ソケットは、傾斜壁と長手方向内部側壁との間で高圧補強医療ホースを圧縮及び把持するように構成されている請求項１に記載の高圧医療ホース用結合ソケット。
6. 円錐形状は、高圧補強医療ホースを長手方向内部側壁に接して圧縮して、高圧補強医療ホースを半径方向に圧縮された状態におくように構成されている請求項５に記載の高圧医療ホース用結合ソケット。
7. 高圧補強医療ホースの圧縮は、ホース内腔と円錐体との間にバリアシールを生成して、流体が高圧補強医療ホースの端部に接触することを防止する請求項６に記載の高圧医療ホース用結合ソケット。
8. 円錐体を規定する前記傾斜壁は、前記頂点に対して６０度の角度である請求項１に記載の高圧医療ホース用結合ソケット。
9. 円錐体を規定する前記傾斜壁は、前記頂点に対して９５度以下の角度である請求項１に記載の高圧医療ホース用結合ソケット。
10. 前記ソケットは、内部領域へ導く導管を備え、これにより流体通路を与え、前記傾斜壁は、導管に近接しており、前記ソケットは、ベース壁で終端する長手方向内部側壁を更に備え、ベース壁は傾斜壁と交差し、傾斜壁は円錐体を与える請求項１に記載の高圧医療ホース用結合ソケット。
11. 前記ソケットは、高圧補強医療ホースを傾斜壁と長手方向内部側壁との間で圧縮及び把持するように構成されている請求項１０に記載の高圧医療ホース用結合ソケット。
12. 円錐体は、長手方向内部側壁に接して高圧補強医療ホースを圧縮して、高圧補強医療ホースを半径方向に圧縮された状態におくように構成され、この圧縮は、高圧適用中でさえも、高圧補強医療ホースを前記ソケット内に保持された状態に保とうとする請求項１１に記載の高圧医療ホース用結合ソケット。
13. 高圧補強医療ホースの圧縮は、ホース内腔と円錐体との間にバリアシールを生成して、流体が高圧補強医療ホースの端部に接触することを防止する請求項１２に記載の高圧医療ホース用結合ソケット。
14. 円錐体を規定する前記傾斜壁は、共通する頂点を有し、前記頂点に対して９５度以下の角度である請求項１０に記載の高圧医療ホース用結合ソケット。

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