JP5428785B2 - 輸液ポンプモジュール - Google Patents

Description

本発明は、移送する液体の流量を計測する流量センサを備えた輸液ポンプモジュールの技術に関する。

薬液を患者に注入する医療現場などで薬液を移送する際、圧電素子を利用したポンプと該圧電素子を駆動させるための発信回路を備えた液体移送ポンプが使用される（特許文献１など）。このような液体移送ポンプにおいては、圧電素子に所定周波数の電圧を加えることで該圧電素子を振動させ、この振動によって流路内の薬液を押出し移送させる。

さらには、上記液体移送ポンプに連結されるチューブなどの液体流通管に流量センサを設置し、当該流量センサの計測結果に応じて上記発信回路を制御することで、移送する液体の量を制御することもできる。

しかし、上記技術においては、液体移送ポンプ、液体流通管及び該液体流通管に設置する流量センサを別々に用意し、これら装置を接続したシステムを構築する必要があるため、システム自体が大きくなってしまい設置場所に制約が生じるという問題点がある。

そこで、本発明では、移送する液体の量を制御可能な輸液ポンプモジュールであって、設置場所に制約を生じさせないように、コンパクトな構成の輸液ポンプモジュールを提供することを目的とする。

開示する輸液ポンプモジュールの一形態では、ポンプと流量センサの間に流路を構成するボディ（成型部品）を設け、ポンプ、流量センサそれぞれの入出力部を対面に配置するので、流路を形成するボディとなる部品を１部品とすることができる。

開示する輸液ポンプモジュールの一形態では、ポンプの液出力部と流量センサの液入力部とが部品組付け方向に沿った同軸上に配置されるため、モジュール本体レイアウトの長手方向を短くすることができる。

開示する輸液ポンプモジュールの一形態では、ボディを設けたことでポンプの両面に圧電素子が配置されてもボディ形状で対応するため、ポンプに貼り付ける圧電素子を上下に配置するレイアウトにも対応することができる。

開示する輸液ポンプモジュールの一形態では、Ｏリングを使用し各部品を組付ける構造であり組立工程での検査設備が必要無く、荷重管理が無くなるため、組立時設備の簡略化を図ることができ、組立コストを下げることができる。

開示する輸液ポンプモジュールの一形態では、高い加工精度が必要となるのは流路の入出力部分であり、対象となるポンプ、流量センサ及びケーシングとなるボディの加工精度は高いものが必要となる。しかし、それ以外の部品の加工精度の等級は下げることが可能であり、モジュールを構成する部品の加工精度の最適化を行うことができるため、金型のコストダウン、成型サイクルの短縮及び成型コストダウンを実現することができる。

開示する輸液ポンプモジュールの一形態では、医療用の部品として薬液を通す流路部材にメディカルグレードを使用し、又は化学薬品を通す流路部材に不活性なものを使用する。しかし、カバー部材には安価な樹脂材を使用することができるため、部品費のコスト低減を図ることができる。

開示する輸液ポンプモジュールは、移送する液体の量を制御可能であって、設置場所に制約を生じさせないようコンパクトな構成とすることができる。

本実施の形態に係る輸液ポンプモジュールの要部を示す図である。 本実施の形態に係る輸液ポンプモジュールの全体構成図を示す図である。 本実施の形態に係る輸液ポンプモジュールを使用したシステムの構成例を示す図である。 本実施の形態に係る輸液ポンプモジュールのボディ、ポンプ及び流量センサの配置について説明する図である。 本実施の形態に係る輸液ポンプモジュール組立時の構造と組付方向と通電方向とを説明するための図である。 本実施の形態に係る輸液ポンプモジュールにおけるポンプ及び流量センサとボディとの接続部分を説明するための図である。 本実施の形態に係る輸液ポンプモジュールにおけるポンプの構成の一例を示す図である。 本実施の形態に係る輸液ポンプモジュールを構成する各部品の材質について説明するための図である。

図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１を用いて、本実施の形態に係る輸液ポンプモジュール２０の流路構成について説明する。図１は、輸液ポンプモジュールの要部１の構成を説明する図である。図１で示すように、輸液ポンプモジュールの要部１は、液体流入部２、ポンプ３、流量センサ４、液体流出部５、ボディ６を含む。そして、輸液ポンプモジュール２０において、液体流入部２から流入した液体は、ポンプ３を介して流量センサ４に移送され、流体流出部５から流出する。ここでポンプ３は、圧電素子を含む構成であって、当該圧電素子に所定周波数の電圧を加えることにより当該圧電素子を振動させ、ポンプ機能を発揮する。

図１で示すように、輸液ポンプモジュール２０の流路構成はポンプ３と流量センサ４とを対向するように配置し、その間にボディ６となる構造体を配置することで流路を一つの構造体で実現している。また、このような構成を採用することにより、輸液ポンプモジュール２０の全長を短くすることができる。なお、図１ではポンプ３、流量センサ４の順序で接続されているが、流量センサ４、ポンプ３の順序で接続されても良い。

次に、図２を用いて、輸液ポンプモジュール２０の全体構成を説明する。図２は、輸液ポンプモジュール２０の構成部品を説明する図である。図２で示すように、輸液ポンプモジュール２０は、カバー７、１４、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）８、接点（ガスケット）９、ポンプ（圧電素子を含む）３、シール部材（Ｏリング）１０、１３、プローブＡ１１、プローブＢ１２、ボディ６、流量センサ４を備える。

カバー７は、モジュールを形成する場合、カバー１４と締結されることで、ＰＣＢ８の脱落を防止し、他部品を保護する部品である。ＰＣＢ８は、ポンプ３、流量センサ４及び外部コントローラ間の駆動動力の伝達をするための部品である。接点９は、ＰＣＢ８からポンプ３が備える圧電素子に電力の伝達を行うための部品である。ポンプ３は、移送する液体を溜める液室と当該液室内の液体を移送する動力源である圧電素子とを備える部品であり、ＰＣＢ８から接点９を介して得た電力により圧電素子を駆動させてポンプ駆動し、液体を移送する。

シール部材１０、１３は、移送する液体の漏れや侵入を防止するための部品であり、ボディ６に形成されたＯリング溝部に入れ、ポンプ３で蓋をする。シール部材１０、１３は、ボディ６及びポンプ３、又はボディ６及び流量センサ４に挟まれることにより適度に潰され変形し、ボディ６の流路とポンプ３及び流量センサ４の流路とを繋ぎ、この繋ぎ目からの液漏れ等を防止する。なお、シール部材１０、１３はＯリングを使用することが好ましい。

プローブＡ１１は、ポンプ３の上下に設置される圧電素子へ配電するための電極を繋ぐための部品である。プローブＢ１２は、流量センサ４の駆動及び制御を行うための電極をＰＣＢ８と繋ぐための部品である。ボディ６は、液体を移送する流路を形成する部品であり、輸液ポンプモジュール２０における流路の入力部（液体流入部２）及び流路の出力部（液体流出部５）を備えた部品である。そして、ボディ６とポンプ３と流量センサ４とを結合させることにより、流路は入力から出力まで一つに繋がる。ここで、ポンプ３及び流量センサ４との合わせ面には、シール部材１０、１３を使用するためのＯリング溝部を備える。さらにボディ６は、プローブＡ１１、プローブＢ１２を保持する溝を備える。

流量センサ４は、ポンプ３によって移送される液体の流量を計測し、当該計測結果を外部コントローラ３０へＰＣＢ８を介して送信するための部品である。ここで、当該外部コントローラ３０は、ポンプ３が備える圧電素子に対し、流量センサ４による計測結果に応じて所定の制御信号を送信する。カバー１４は、モジュールを形成する場合、カバー７と締結されることで、流量センサ４の脱落を防止し、他部品を保護するための部品である。

ここで、上記の部品を組み合わせて製作される輸液ポンプモジュール２０は、ポンプ３が備える圧電素子を振動させることで液体を移送する機能を有し、ボディ６は当該液体を移送する流路としての役割を果たすものである。

次に、図３を用いて、輸液ポンプモジュール２０の使用方法の一例について説明する。図３は、外部コントローラ３０を含めた輸液ポンプモジュール２０のシステム構成例を示す図である。図３で示すように、輸液ポンプモジュール２０は、液体流入部２及び液体流出部５に接続される液体移送用チューブを介して移送用液体を移送する。また、当システムにおいては、輸液ポンプモジュール２０と外部コントローラ３０とが接続されており、流量センサ４による移送用液体の流量測定結果は外部コントローラ３０へ通知される。

外部コントローラ３０は、取得した流量測定結果に基づき所定の制御信号を生成し、それをポンプ３（圧電素子）に通知する。そして、ポンプ３の圧電素子が当該所定の制御信号に応じて振動し、ポンプ３は、移送用液体を移送させるためのポンプ機能を発揮する。ここで、外部コントローラ３０において、取得される流量測定結果とそれに応じて生成される所定の制御信号との関係は適宜調整することができる。

次は、図４を用いて、輸液ポンプモジュール２０の構成の詳細について説明する。図４は、ボディ６、ポンプ３及び流量センサ４の組合せ時の構成を示す図である。図４で示すようにポンプ３、流量センサ４それぞれをボディ６に組み付ける構造となるため、流路確保のための防水機構のシール材としてＯリングを採用する。樹脂シートに比べると、既製品であるため安価に入手することが可能である。

流路を形成するボディ６に対する、ポンプ３及び流量センサ４の液体入出力部分を対面に配置し、特にポンプ３の液体出力部と流量センサ４の液体入力部とを部品の組み付け方向に沿う一つの軸上に配置することで、輸液ポンプモジュール２０を小型化させている。

また、ポンプ３、流量センサ４は、シール部材１０、１３を液体の漏れ防止及びケーシングをするために圧縮させた状態で組み付けられる。その際、各部品に含まれる製造誤差が積み重なることにより、組み付け後に部品間で隙間が発生したり、ケース等の部品で歪みが発生し、液漏れが発生する恐れもある。しかし、輸液ポンプモジュール２０においては、シール部材１０、１３としてＯリングを使用することにより、圧縮時の圧縮加重管理などを必要とせず、組立費用を抑えることができる。

ここで図５は、部品組立時の構造と組付（荷重）方向と通電方向について説明する図である。図５で示すように、輸液ポンプモジュール２０は、主要部品をそれぞれ押さえるため、荷重管理の必要性が無い。また、組み立て方法は、全ての部品において一方向（例えば、上部から下部方向）に組立可能な形状とすることにより、組み立て容易性の向上を図ることができ、組み立て設備の簡略化も図ることができる。また、輸液ポンプモジュール２０を構成する各部品は、各接続部分において、組付け方向に沿う軸上の力によって接続状態が維持される。

次に、図６及び図７を用いて、輸液ポンプモジュール２０が採用する構造の優位性を説明する。図６は、輸液ポンプモジュール２０における、ポンプ３及び流量センサ４とボディ６との接続部分を説明するための図であり、図７は、輸液ポンプモジュール２０におけるポンプ３の構成の一例を示す図である。図６で示すように、輸液ポンプモジュール２０は、シール部材１０、１３としてＯリングを使用して、ポンプ３及び流量センサ４を剛体であるボディ６に押さえることにより荷重管理が不要となる。また、輸液ポンプモジュール２０は、シール部材１０、１３としてＯリングを使用しポンプ３周辺にスペースを確保することにより、ポンプ３が備える圧電素子のレイアウト変更に柔軟に対応できる。図７で示すように、例えば、ポンプ３の備える圧電素子が、ポンプ３の下側又はポンプ３の上下両側に配置されるレイアウトであっても対応可能である。

次は図８を用いて、輸液ポンプモジュール２０を構成する各部品の材質について説明する。図８は、輸液ポンプモジュール２０を構成する各部品の材質について説明するための図である。図８で示すように、医療現場で使用する輸液ポンプモジュール２０において、流路を形成する部品、例えば、輸液ポンプモジュール２０の要部１を構成する部品の材質については、メディカルグレード又は輸液ポンプモジュール２０で移送する液体に対し不活性なものとする。一方で、流路を構成しない、例えば、カバー７、１４等は輸液ポンプモジュール２０で移送する液体に接することはないため、上記のような材質の制限を設ける必要はない。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲において、種々の変形・変更が可能である。

１ 輸液ポンプモジュールの要部
２ 液体流入部
３ ポンプ
４ 流量センサ
５ 液体流出部
６ ボディ
７、１４ カバー
８ ＰＣＢ
９ 接点（ガスケット）
１０、１３ シール部材（Ｏリング）
１１ プローブＡ
１２ プローブＢ
２０ 輸液ポンプモジュール
３０ 外部コントローラ

特開平８−３０３３５２号公報

Claims (4)

1. 液体を移送する輸液ポンプモジュールであって、
   前記液体の流入口を備える液体流入部と、前記液体の流出口を備える液体流出部と、圧電素子を備えるポンプ部と、当該モジュール内を流れる前記液体の流量を計測する流量センサ部と、前記ポンプ部と前記流量センサ部とを接続する接続流路部と、を有し、
   前記液体流入部、前記液体流出部、前記ポンプ部及び前記流量センサ部は、該液体流入部から流入した前記液体が該液体流出部から流出するように接続され、
   接続された前記液体流入部、液体流出部、ポンプ部及び流量センサ部は一つの流路を形成し、
   前記ポンプ部と前記流量センサ部とは、長手方向において並行し、重なる部分が存在するように配置されており、
   前記ポンプ部と前記接続流路部とを接続する液体出力部分と、前記流量センサ部と前記接続流路部とを接続する液体入力部分とは、短手方向の同軸上に配置されることを特徴とする輸液ポンプモジュール。
2. 前記液体流入部、前記液体流出部、前記ポンプ部、前記流量センサ部及び前記接続流路部の各接続部分においては、前記短手方向の力によって接続状態が維持されることを特徴とする請求項１に記載の輸液ポンプモジュール。
3. 前記液体流入部、液体流出部、ポンプ部、流量センサ部及び接続流路部の各接続部分においては、Ｏリングが使用されることを特徴とする請求項２に記載の輸液ポンプモジュール。
4. 移送する前記液体が薬液である場合、
   前記薬液の流路を形成する部材の材料は、メディカルグレードであること、又は該薬液に対し不活性な材料であることを特徴とする請求項３に記載の輸液ポンプモジュール。

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