JP5889803B2 - 蠕動ポンプの安全装置 - Google Patents

Description

本発明は、交換可能なロータを備えた蠕動ローラポンプに関する。とりわけ透析装置に用いるものに関する。

蠕動ローラポンプは、圧閉（オクルージョン）によって流体を輸送するために用いられる。例えば、実験室、小規模生産施設、分析装置、および輸液ポンプにおいて広く用いられ、とりわけ透析装置に用いられる。蠕動ローラポンプは、ステータと、２つの圧搾ローラを備えてステータの内部で回転するロータを備えている。圧搾ローラは、ステータとロータの間に挿入されたポンプホースを圧閉し、それによって、ポンプホース内の流体を推し進める。

この種の蠕動ローラポンプにおいては、一般にロータをロータ取付け部から取り外し可能とされている。取外しは、例えば洗浄や修理のために、素材、直径や壁厚が異なるホースに合わせてロータを交換するために、ロータの圧搾ローラの加圧スプリングを調整するために、または異なる設計のロータに取り換えるために行なわれる。
多くの蠕動ローラポンプ、とりわけ実験室、小規模生産施設、分析装置、分析装置、および透析装置に用いられるものは、複数のインペラを備えている。それらの間でロータの交換が可能とされ、異なる特性を有しうる。特性は、例えば、使用されるポンプホース、蠕動ローラポンプの送流系における他の構成部品、ポンプされる媒体の粘度、所望の送圧その他のパラメータに依存しうる。

ポンプが圧閉されるか、ポンプの下流における流れ抵抗が増大した場合、蠕動ローラポンプの運転を続けるとホース内の圧力が急激に上昇する。安全装置が付加的に装備されていないと、ホースや、これに接続されたフィルタ、膜、透析器、ドリップチャンバのような構成部品への損傷が避けられない。

このような損傷を阻止するために、例えば、圧搾ローラを回転方向に対して垂直にばねを介して取付けし、ホース内の圧力上昇によって後退可能としうる。この場合、取付ばねのばね定数がオクルージョン圧の最大値を定め、蠕動ローラポンプの送圧を限定することになる。例えば、各端部に圧搾ローラが回転可能に取り付けられた、互いに平行な２本の弾性変位可能なアームを有するロータを用いることにより、上述の構成は技術的に実現可能である。

例えば透析装置の蠕動ポンプの場合、ポンプされる流体、ポンプホースが挿入されるホースセット、使用されるその他の構成部品（フィルタ、膜、透析器やドリップチャンバなど）、および治療の種類に応じて、ロータのばね定数が異なる。
したがって、例えば補充液の透析装置に用いられる蠕動ローラポンプのロータは、例えば血液ポンプのロータと比較して、低いばね圧すなわち最大オクルージョン圧を有するように構成されうる。しかしながら、蠕動ローラポンプのインペラの仕様は、その他の点では同じであるため、いずれのローラもいずれのステータに挿入されうる。

透析装置の洗浄および消毒中においては、透析装置およびロータの消毒を容易にするために、ポンプのロータがステータから取り外される。ステータを特定して正しいロータを各インペラに取付できるように、周知のロータはステッカが貼り付けられているのが一般的である。しかしながらステッカは時間の経過とともに剥がれるおそれがある。
ステッカが貼り付けられたままであっても、セットアップ時におけるヒューマンエラー
のおそれがある。例えば当該ステッカのラベルやマークが正確に読み取れず、挿入されるホースセット、使用される構成部品（フィルタ、膜、透析器やドリップチャンバなど）、および治療の種類と一致しない場合である。
したがって、装置の消毒後にロータが誤って交換される危険がある。例えば、間違ったばね圧のロータが特定のインペラに挿入されたり、治療の種類に変更があったときにロータの変更を失念したりといったことが起こりうる。この結果、透析装置の構成部品に損傷を及ぼすのみならず、患者の健康や生命に好ましくない治療結果やリスクをもたらす可能性もある。

よって本発明の目的は、透析装置が正しい種類（とりわけ各インペラに応じた正しいばね圧）のロータにより構成されることを確実とし、いかなる状況下でも透析装置の正常でないセットアップの可能性を確実に排除することにある。

この課題は、本発明では請求項１に記載の蠕動ローラポンプによって解決される。好ましい実施形態については従属請求項により特定される。

本発明によれば、好ましくは透析装置に用いられる蠕動ローラポンプが特定される。当該蠕動ローラポンプは、
ロータ取付け部と、
前記ロータ取付け部に接続可能とされ、前記ロータの少なくとも１つの特性を符号化する１つ以上のマーキング装置を備えるロータと、
前記マーキング装置により符号化された前記ロータの少なくとも１つの特性を確認する少なくとも１つの検出装置を備える安全装置とを備え、
前記安全装置は、前記ロータの少なくとも１つの特性により起動される。

請求項１に記載の蠕動ローラポンプによれば、安全装置が備える少なくとも１つの検出装置を利用して、例えば、ロータの種別、ロータの調整状態、または蠕動ローラポンプのインペラに取り付けられたロータの少なくとも１つの特性を自動的に確認することができる。構成が間違っている場合には、安全装置を起動し、それによって適切な措置が講じられるようにすることができる。
また、このような検出装置をロータに内蔵したり、損失が生じないような方法でロータに取り付けることは、技術的に容易に実現可能である。例えば、このような検出装置を圧力バネの調整部品に取り付けることも考えられる。その結果、この検出装置の位置を検出することによって、調整バネの予圧あるいは押圧力、すなわちオクルージョン圧を自動的に確認できるようになる。したがって、練度の低いスタッフによって、あるいは慌しい院内状況においてルーチン的に操作が行われる場合でも、インペラの正常でない構成を確実に防ぐことができる。

ある好ましい実施形態においては、正常でない、または不適切な特性のロータで前記蠕動ローラポンプが動作状態に置かれたとき、前記蠕動ローラポンプは、前記安全装置により停止され、および／または警告信号がトリガされる。
これにより、例えば蠕動ローラポンプの動作状態を、モータの動作に危険をもたらさない値に制限する（例えばシステムから空気を抜いたり、システムをテストするためのクリープ速度程度でモータを動作させる）ことや、ロータ構成のログをとることのみならず、蠕動ローラポンプの全動作を直ちに（一回転や数回転の後に）停止させることもできる。
上記の「正常でない、または不適切な特性のロータ」とは、その種別、調整状態（例えば押圧力を調整可能なロータの場合）、または少なくとも１つの特性が、現行の用途にお
ける要求に対応しないロータであることを意味する。すなわち、例えばロータの少なくとも１つの特性の実際の値が、運転条件に必要または最適な所望の値に一致しない、または運転条件において指定された値の範囲内にないという状況がありうる。
透析装置用の蠕動ローラポンプの場合で言えば、動作状態に応じて、蠕動ローラポンプの動作モード、使用される構成部品の特性のような他の付加的要素も考慮される。具体的な構成部品としては、ホース、フィルタ装置、膜装置、付加的なロータ、動作プログラム、治療方法や患者についてのデータなどが挙げられる。これにより最大限の安全が確保されうる。

別の好ましい実施形態においては、前記マーキング装置は、前記ロータの回転に伴い前記マーキング装置が前記少なくとも１つの検出装置を通過するように、前記ロータに対して配置されており、これにより前記少なくとも１つの検出装置により生成される信号パターンにより、前記ロータの少なくとも１つの特性が検出可能としうる。
この構成は、とりわけ技術的に優れた蠕動ローラポンプの発展形を示しており、いくらか単純で動作信頼性の高いセンサを用いて（例えば、撮像技術やパターン認識を用いることなく）ロータの少なくとも１つの特性を検出することができる。ロータをわずか１回転か数回転させれば、正常でない構成の場合に安全装置を起動して、蠕動ローラポンプのさらなる動作を適時に停止させることができる。

別の好ましい実施形態においては、前記少なくとも１つの検出装置の前記信号パターンは、蠕動ローラポンプ駆動装置からの回転速度信号を用いて評価可能としうる。
ここで用いられる回転速度信号は、ステッピングモータの制御パルス、モータ自身により（例えば整流子や独立したタコメータにより）生成される速度信号、ジェネレータの信号その他任意の回転速度信号としうる。
これにより、例えば、回転数に依存することなく２つのマーキング装置間の角距離を正確に判断すること、またはマーキング装置の大きさを検出することができる。したがって異なる寸法のマーキング装置同士を見分けることができる。

別の好ましい実施形態においては、前記マーキング装置は、一回転ごとに少なくとも２つの検出装置によって検出される構成としうる。
この構成は、例えばロータの回転速度を判断し、これにより例えば回転数に依存することなく２つのマーキング装置間の角距離を正確に判断すること、またはマーキング装置の大きさを検出することで、異なる寸法のマーキング装置同士を見分ける手段の別例を示している。

別の好ましい実施形態においては、前記少なくとも１つの検出装置の前記信号パターンより、前記ロータの回転数および／または回転方向が付加的に判断される構成としうる。
例えば、回転軸から一定の距離に、マーキング装置が１つだけしか存在しない場合、ある特定種のマーキング装置が１つだけしか存在しない場合、もしくは１８０°未満の回転角範囲にわたり幾つかのマーキング装置が存在する場合は、ロータの少なくとも１つの特性の検出および確認を同じように担う複数の検出装置を同時に用いて、回転速度を測定することもでき、マーキング装置が適切に配置されていれば、モータの回転方向を測定することもできる。

別の好ましい実施形態においては、前記マーキング装置は、磁気的、電磁的、および／または光学的に、非接触で検出される構成としうる。
これにより、特にマーキング装置の動作と検出の双方を、動作信頼性が高く干渉のないものとしうる。

別の好ましい実施形態においては、前記少なくとも１つの検出装置は、磁場センサ、好
ましくはホールセンサを備える構成としうる。
この構成は、湿気や汚染により動作が影響されにくい、とりわけ有用かつ動作信頼性の高い検出装置の実施形態を示している。例えば、マーキング装置のロータ上またはロータ内に小型の永久磁石を取り付けることができる。

別の好ましい実施形態においては、前記少なくとも１つの検出装置は、好ましくは電磁式または誘導式の近接センサを備える構成としうる。
例えば渦電流の誘導、誘導率の変更による共振回路の離調によって、マーキング装置を単純かつ確実に検出することができるだけでなく、容量変化または光学測定（赤外線反射率変化）を通じて検出することもできる。

別の好ましい実施形態においては、前記少なくとも１つのマーキング装置は、トランスポンダ装置を備える構成としうる。
トランスポンダ装置は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IＤentification）トランスポン
ダ、またはＲＦＩＤチップであることが好ましい。
これにより、ロータに関する複数または多数の情報を、単一のマーキング装置により低コストかつ確実に伝達することができる。したがって例えば、多数のロータの特性（例えば、オクルージョン圧、幅、形状、および材料といった加圧ローラの特性、加圧ローラの数）、さらには個々のロータＩＤ、製造データやロータの稼働時間も、記憶し、検索することができる。

別の好ましい実施形態においては、前記マーキング装置は、前記ロータ取付け部の回転軸から異なる距離に配置されている構成としうる。
これにより、ロータの他の特性を含むように符号化可能な事項の数を単純な方法で増やすことができる。他の特性の例としては、回転速度や回転方向についての付加的な情報が挙げられる。したがって幅の狭いロータアームの場合においても、マーキング装置をより有利に配置することができ、単純かつ低コストの検出装置を用いても、検出精度を高めることができる。

別の好ましい実施形態においては、前記ロータの少なくとも１つの特性は、他の構成部品の特性、および／または動作プログラム、および／または他のデータを考慮しつつ、前記安全装置により評価可能であり、前記他の構成部品は、ホース、フィルタ装置、膜装置、透析器、および／または他のロータであり、前記他のデータは、治療および／または患者に係るデータである構成としうる。
これにより、ロータの適正な選択に関わる多数のパラメータを考慮することができ、最大限の安全性および適合性を確保することが可能になる。
例えば、透析システムの流体回路内に配置された他の構成部品にマークを付し、これを検出することも、適切なマーキング装置を用いれば技術的に可能である。同様にして、透析装置の動作モードを考慮することも可能である。
治療や患者に係るデータは、例えばコンピュータシステムから検索および転送することができ、患者のチップカードや他の照合システムあるいはデータ記憶システムによる確認に供される。患者のファイルやインデックスカードのバーコードからデータを検索し、例えば、患者に関するデータ、治療に関する情報、透析の種別、使用される交換膜、限外濾過流体、代用液、流量、および、治療の期間を考慮することもできる。これにより、特定の状況下では、透析装置のプログラミングおよび制御全体を自動化できる。

本発明は、特定の実施形態によって限定されるものではない。互いに技術的に排他的でないか、悪影響を及ぼすことがない限りにおいて、上述の実施形態は自由に組み合わせることができる。

ステータ内で回転する蠕動ローラポンプにおけるインペラのロータを模式的に示す図である。 近接センサ１、近接センサ２、および近接センサ３からの信号波形を模式的に示す図である。 第２の実施例におけるホールセンサの信号波形を模式的に示す図である。

図面を参照しつつ、本発明の２つの実施例について以下詳細に説明する。

図１は、ステータ１内で回転する蠕動ローラポンプにおけるインペラのロータ２を模式的に示す図である。ロータ２は、ロータ取付け部に取り付けられている（取り外し可能に接続されている）。ロータ取付け部は、ロータ２を支持するとともに、ピボット３を中心に回転駆動する。
ロータ２は、略径方向に変位可能な２本のロータアーム５を備えている。各ロータアーム５の一端には、圧搾ローラ（または押圧ローラ）４が設けられている。各ロータアーム５は、図示しないばねにより所定のばね圧を圧搾ローラ４の方向に作用させている。
図示しないポンプホースは、ステータ１の壁に当接しており、ばね圧が作用している圧搾ローラ４によって圧閉される。これによりポンプホース内の流体は、周知の方法で推し進められ、ポンプされる。

ピボット３の両側において、２本のロータアーム５のピボット３からの距離が異なる３つの位置に、全部で１２個（２×２×３）のマーキング穴または凹部６、７が穿たれている。これらはマーキング装置を収容可能であり、封止材により永続的かつ気密的な閉塞がなされている。
これらマーキング凹部６のいくつか（黒塗りで示す）は、導電性の小金属板または詰め物（銅、鉄、またはアルミニウムの小板）の形態をしたマーキング装置を収容している。残りのマーキング凹部７（白塗りで示す）は、マーキング装置を収容していない。
Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３は（Ｓはセンサの意）、ステータ１の表面近くの後壁に配置された誘導性近接センサ８、９、１０を示している。

ポンプロータの回転により、小金属板は、周期的に近接センサ８、９、１０の磁場に供される。これにより磁場内を移動する小金属板内に渦電流が誘導され、当該磁場からエネルギを得る。当該エネルギは近接センサ８、９、１０のパワードレインにより検出されうる。

導電性小板の数と配置分布は、ロータ２の様々な特徴を符号化することができる。これに加え、一定期間のセンサ信号を用いてアームの一回転を検出することができる。すなわち回転速度および他のセンサ信号を完全に含む周期を検出することができる。例えば図２において、描かれている一定期間のセンサ信号波形のうち最も下側の信号Ｓ３は、ロータの回転を検出する役割を果たす。図２のセンサ信号は立ち上がり部分をトリガにしている。Ｓ１とＳ２は、その一定期間の波形によってロータにおける適当な特徴を符号化する。図１におけるセンサおよび小金属板の数は、任意に選ばれうる。

図示しない他の実施例においては、回転の方向を検出するために少なくとも１つの磁石が各ロータに設けられている。回転方向は、ステータの後壁に直列に接続された２つのホールセンサと、これらのどちらが最初に磁石を検出するかについての時系列的分析により判明する。回転速度が一定であれば、ホールセンサによって磁石のの幅を検出することができる。

ロータの１回転ごとに一定数のパルスを発生するタコメータ出力とともにポンプを駆動すれば、非常に簡略化された実施例が得られる。磁石が様々な幅を有していれば、図３に示すように、磁石の通過時に異なる数のタコメータパルスが発生する。これにより磁石の幅を検出することができる。

図３に係る実施例においては、「ロータ１」で示されるロータは、「ロータ２」で示されるロータよりも広い幅を有する磁石を備えている。その事実は、磁石の通過時に発生するタコメータパルスの数を検出することにより認識されうる。

選択された治療法に応じて、機械の全稼働時間にわたりロータの監視を実行することができる。しかしながら現実的には、セットアップの直後、例えばホース系の充填中に確認を行なうことが適当である。このようにして、治療が開始される前の適時において、正常でないロータまたは不適切なロータを備えたインペラ構成をユーザに報知することが可能となる。

１：ステータ、２：ロータ、３：ピボット、４：圧搾ローラ、５：ロータアーム、６、７：マーキング装置を備えたマーキング凹部、８：近接センサＳ１、９：近接センサＳ２、１０：近接センサＳ３

Claims (13)

1. 透析装置に用いられる蠕動ローラポンプであって、
   ロータ取付け部と、
   前記ロータ取付け部に接続可能とされたロータと、
   前記ロータの径方向に配列され、当該ロータの種別を含む少なくとも１つの特性を符号化する複数のマーキング装置と、
   前記複数のマーキング装置により符号化された前記ロータの少なくとも１つの特性を確認する少なくとも１つの検出装置を備える安全装置とを備え、
   前記安全装置は、前記ロータの少なくとも１つの特性により起動される、蠕動ローラポンプ。
2. 正常でない、または不適切な特性のロータで前記蠕動ローラポンプが動作状態に置かれたとき、前記蠕動ローラポンプは、前記安全装置により停止され、および／または警告信号がトリガされることを特徴とする、請求項１に記載の蠕動ローラポンプ。
3. 前記マーキング装置は、前記ロータの回転に伴い前記マーキング装置が前記少なくとも１つの検出装置を通過するように、前記ロータに対して配置されており、
   これにより前記少なくとも１つの検出装置により生成される信号パターンにより、前記ロータの少なくとも１つの特性が検出可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載の蠕動ローラポンプ。
4. 前記少なくとも１つの検出装置の前記信号パターンは、蠕動ローラポンプ駆動装置からの回転速度信号を用いて評価可能であることを特徴とする、請求項３に記載の蠕動ローラポンプ。
5. 前記マーキング装置は、一回転ごとに少なくとも２つの検出装置によって検出され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ローラポンプ。
6. 前記少なくとも１つの検出装置の前記信号パターンより、前記ロータの回転数および／または回転方向が付加的に判断されることを特徴とする、請求項３または４、もしくは請求項３を引用する請求項５に記載の蠕動ローラポンプ。
7. 前記マーキング装置は、磁気的、電磁的、および／または光学的に、非接触で検出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ローラポンプ。
8. 前記少なくとも１つの検出装置は、磁場センサ、好ましくはホールセンサを備え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ローラポンプ。
9. 前記少なくとも１つの検出装置は、好ましくは電磁式または誘導式の近接センサを備えることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の蠕動ローラポンプ。
10. 前記少なくとも１つのマーキング装置は、トランスポンダ装置を備えることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の蠕動ローラポンプ。
11. 前記マーキング装置は、前記ロータ取付け部の回転軸から異なる距離に配置されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の蠕動ローラポンプ。
12. 前記ロータの少なくとも１つの特性は、他の構成部品の特性、および／または動作プログラム、および／または他のデータを考慮しつつ、前記安全装置により評価可能であり、 前記他の構成部品は、ホース、フィルタ装置、膜装置、透析器、および／または他のロータであり、前記他のデータは、治療および／または患者に係るデータであることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の蠕動ローラポンプ。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の蠕動ローラポンプを、少なくとも１つ備える透析装置。

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