JP6603842B1 - 超音波流量計用の流量計測管、流量計測管付き輸液チューブ、超音波流量計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】容易に作製することができ、かつ正確な超音波計測を行うことができる超音波流量計用の流量計測管を提供すること。【解決手段】本発明の流量計測管２１は、輸液チューブ２の途中に設けられ、超音波センサ間で送受信される超音波の伝播時間の差に基づいて液体Ｗ１の流量を計測する超音波流量計に用いられる。流量計測管２１は、Ｌ型チューブコネクタ２４，２５と、Ｌ型チューブコネクタ２４，２５同士を互いに連結する連結管２６とにより構成される。連結管２６は弾性を有している。Ｌ型チューブコネクタ２４，２５は、連結管２６の端部が接続される直管部７２をそれぞれ備える。直管部７２の基端面７３は、超音波センサに押し当てられる面である。一方、一対のＬ型チューブコネクタ２４，２５の直管部７２の先端面７４間は隙間Ｓ１を有している。【選択図】図４

Description

本発明は、超音波流量計用の流量計測管、流量計測管付き輸液チューブ、流量計測管付き輸液チューブと超音波流量計とを備える超音波流量計測システムに関するものである。

従来、超音波を用いた計測装置として、液体の流量計測を行う超音波流量計が種々提案されている。この超音波流量計では、液体が流れる輸液チューブの途中に流量計測管が設けられ、その流量計測管の上流側位置及び下流側位置にそれぞれ超音波センサが設置されている。そして、これらの超音波センサを用いて超音波を送受信し、上流側から下流側に伝播する超音波の伝播時間と下流側から上流側に伝播する超音波の伝播時間との時間差に基づいて、液体の流量が算出される。なお、特許文献１には、流量計測管と、流量測定時に流量計測管を装着するホルダとを備え、流量計測間のみを使い捨て部分とした構造が開示されている。また、特許文献２には、Ｌ字状をなす一対の屈曲管（入口管路及び出口管路）を連結管を介して互いに連結してなる流量計測管を有し、対向配置された一対の超音波センサを上流側及び下流側の屈曲管にそれぞれ押し当てた状態で使用する技術が開示されている。

米国特許第５４６３９０６号明細書（図１〜図６等） 特許第４９９１９６３号公報（図１〜図３等）

ところが、特許文献１に記載の従来技術では、流量計測管が、ホルダのキャビティ内に収納される連結管に相当する部位と、超音波センサが押し当てられる屈曲管に相当する部位とを、共通の部材を用いて一体的に形成したものである。このため、流量計測管の作製が難しく、量産に不向きである。

また、特許文献２に記載の従来技術では、計測時に流量計測管と超音波センサとを押し当てたときに、両者の密着性が不十分となることがある。その結果、流量計測管に位置ズレが生じたり、超音波センサと屈曲管との間に隙間が生じたりすると、超音波センサの感度が低下してしまい、正確な超音波計測ができなくなるという問題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、容易に作製することができ、かつ正確な超音波計測を行うことができる超音波流量計用の流量計測管を提供することにある。また、別の目的は、上記流量計測管を備えた好適な流量計測管付き輸液チューブ、超音波流量計測システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、一対の超音波センサ間で送受信される超音波の伝播時間の差に基づいて液体の流量を計測する超音波流量計に用いられ、輸液チューブの途中に設けられた流量計測管であって、前記流量計測管は、一対のＬ型チューブコネクタと、前記一対のＬ型チューブコネクタ同士を互いに連結する連結管とにより構成され、前記連結管は弾性を有しており、前記一対のＬ型チューブコネクタは、前記連結管の端部が接続される直管部をそれぞれ備え、前記一対のＬ型チューブコネクタの前記直管部の基端面は、前記一対の超音波センサに押し当てられる面であり、前記一対のＬ型チューブコネクタの前記直管部の先端面間に隙間を有していることを特徴とする超音波流量計用の流量計測管をその要旨とする。

従って、請求項１に記載の発明によると、流量計測管が、一対のＬ型チューブコネクタ同士を連結管を介して互いに連結することにより構成されるため、例えば、Ｌ型チューブコネクタとして市販のものを用いて、流量計測管を容易にかつ比較的安価に作製することができる。

また、請求項１に記載の発明では、一対のＬ型チューブコネクタ同士が連結管を介して互いに連結され、両Ｌ型チューブコネクタの直管部の先端面同士が互いに離間している。そして、連結管の弾性に抗して流量計測管を軸方向に圧縮すれば、連結管が圧縮されて両Ｌ型チューブコネクタの直管部の先端面同士が互いに当接するとともに、直管部の基端面を超音波センサに押し当てるための付勢力が発生する。これにより、流量計測管と超音波センサとの密着性が高まり、流量計測管に位置ズレが生じたり、超音波センサとＬ型チューブコネクタとの間に隙間が生じたりするといった問題が防止される。そのため、流量計測管内において超音波を効率良く伝播させることが可能となる。その結果、超音波センサの感度が向上するため、正確な超音波計測を行うことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記Ｌ型チューブコネクタは、前記液体の通路を形成する貫通孔と、前記貫通孔に連通しかつ前記連結管の端部が内嵌される嵌合穴部とを有していることをその要旨とする。

従って、請求項２に記載の発明によると、連結管の端部をＬ型チューブコネクタが有する嵌合穴部に内嵌させることにより、連結管がＬ型チューブコネクタに連結される。その結果、連結管の少なくとも端部がＬ型チューブコネクタによって保護されるため、連結管の傷付きや破れを防止することができる。また、Ｌ型チューブコネクタの直管部に連結管の端部を外嵌させる場合よりも、連結管の外径が小さくなる。このため、流量計測管の設置スペースを小さくすることができ、ひいては、超音波流量計の小型化を図ることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記嵌合穴部は、開口端に行くに従って徐々に内径が大きくなるテーパ状をなしていることをその要旨とする。

従って、請求項３に記載の発明によると、連結管の端部を嵌合穴部の内部に挿入して行くのに従って、連結管の端部に対して外周側から徐々に力が加わるようになる。このため、弾性を有しているために変形しやすい連結管であっても、連結管を嵌合穴部内に容易に嵌めることができる。また、連結管の端部を嵌合穴部の内部に挿入する際に、嵌合穴部の内周面から連結管の外周面に対して力が作用する。その結果、連結管を圧縮させやすくなる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３において、前記貫通孔と前記嵌合穴部との接続部分には、前記嵌合穴部に嵌入された前記連結管の開口端を当接させるための段差面が形成されていることをその要旨とする。

従って、請求項４に記載の発明によると、嵌合穴部に嵌入された連結管の開口端を段差面に当接させることにより、貫通孔の内壁面と連結管の内壁面との接続部分に生じる段差を小さくすることができる。その結果、貫通孔内から連結管内に流れる液体が連結管の開口端付近に滞留することに起因する液溜まりの発生を防止することができる。また、連結管の開口端を段差面に当接させる際に、段差面から連結管の開口端に対して力が作用する。その結果、連結管をより圧縮させやすくなる。

請求項５に記載の発明は、請求項１において、前記直管部に前記連結管の端部が外嵌されることをその要旨とする。

従って、請求項５に記載の発明によると、連結管の端部をＬ型チューブコネクタが有する直管部に外嵌させることにより、連結管がＬ型チューブコネクタに連結される。その結果、連結管の端部が直管部によって内側から支持されるため、連結管の端部を直管部に嵌めやすくなる。

請求項６に記載の発明は、請求項５において、前記直管部は、先端に行くに従って徐々に外径が小さくなるテーパ状をなしていることをその要旨とする。

従って、請求項６に記載の発明によると、連結管の端部を直管部に外嵌させるのに従って、連結管の端部が内側から徐々に押し拡げられるようになる。その結果、連結管の端部を直管部に外嵌させる際に、連結管の端部を手で拡げたりしなくても済むため、連結管を直管部に容易に接続することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項において、前記連結管の弾性に抗して前記流量計測管を軸方向に圧縮した状態においては、前記一対のＬ型チューブコネクタの前記直管部の先端面同士が互いに当接するとともに、前記超音波センサに前記基端面を押し当てるための付勢力が発生することをその要旨とする。

従って、請求項７に記載の発明によると、連結管の弾性に抗して流量計測管を軸方向に圧縮した際に、超音波センサにＬ型チューブコネクタの直管部の基端面を押し当てるための付勢力が発生するため、流量計測管と超音波センサとの密着性が高くなる。しかも、Ｌ型チューブコネクタの直管部の先端面同士が互いに当接することにより、直管部同士を真っ直ぐ繋げることができ、なおかつこの状態でズレることなく固定できる。その結果、指向性を有する超音波が流量計測管内を確実に伝播するため、超音波の感度がいっそう向上し、より正確な超音波計測を行うことができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項において、一方の前記Ｌ型チューブコネクタが備える前記直管部の先端外周部に係合凸部が形成され、もう一方の前記Ｌ型チューブコネクタが備える前記直管部の先端外周部に、前記係合凸部が係合する係合凹部が形成されることをその要旨とする。

従って、請求項８に記載の発明によると、係合凹部に対して係合凸部が係合することにより、一対のＬ型チューブコネクタを互いに位置決めすることができる。また、両Ｌ型チューブコネクタの周方向へのズレが防止されるため、両Ｌ型チューブコネクタ同士を互いに連結する連結管のねじれを防止することもできる。

請求項９に記載の発明は、途中に請求項１乃至８のいずれか１項に記載の流量計測管が設けられていることを特徴とする流量計測管付き輸液チューブをその要旨とする。

従って、請求項９に記載の発明によると、流量計測管を構成する一対のＬ型チューブコネクタが、同じく流量計測管を構成する連結管を介して互いに連結され、両Ｌ型チューブコネクタの直管部の先端面同士が互いに離間している。そして、連結管の弾性に抗して流量計測管を軸方向に圧縮すれば、連結管が圧縮されて両Ｌ型チューブコネクタの直管部の先端面同士が互いに当接するとともに、直管部の基端面を超音波センサに押し当てるための付勢力が発生する。これにより、流量計測管と超音波センサとの密着性が高まり、流量計測管に位置ズレが生じたり、超音波センサとＬ型チューブコネクタとの間に隙間が生じたりするといった問題が防止される。そのため、流量計測管内において超音波を効率良く伝播させることが可能となり、超音波センサの感度が向上する。その結果、正確な超音波計測を行うことができる流量計測管を備えた、好適な流量計測管付き輸液チューブを得ることができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の流量計測管付き輸液チューブと、前記流量計測管の上流側位置及び下流側位置に対向配置される一対の超音波センサ間で送受信される超音波の伝播時間の差に基づいて、液体の流量を計測する超音波流量計とを備えることを特徴とする超音波流量計測システムをその要旨とする。

従って、請求項１０に記載の発明によると、流量計測管を構成する一対のＬ型チューブコネクタが、同じく流量計測管を構成する連結管を介して互いに連結され、両Ｌ型チューブコネクタの直管部の先端面同士が互いに離間している。そして、連結管の弾性に抗して流量計測管を軸方向に圧縮すれば、連結管が圧縮されて両Ｌ型チューブコネクタの直管部の先端面同士が互いに当接するとともに、直管部の基端面を超音波センサに押し当てるための付勢力が発生する。これにより、流量計測管と超音波センサとの密着性が高まり、流量計測管に位置ズレが生じたり、超音波センサとＬ型チューブコネクタとの間に隙間が生じたりするといった問題が防止される。そのため、流量計測管内において超音波を効率良く伝播させることが可能となり、超音波センサの感度が向上する。その結果、一対の超音波センサを用いて液体の流量を正確に計測できる超音波流量計を備えた、好適な超音波流量計測システムを得ることができる。

以上詳述したように、請求項１〜８に記載の発明によると、容易に作製することができ、かつ正確な超音波計測を行うことができる超音波流量計用の流量計測管を提供することができる。また、請求項９，１０に記載の発明によると、上記流量計測管を備えた好適な流量計測管付き輸液チューブ、超音波流量計測システムを提供することができる。

本実施形態の超音波流量計測システムを示す概略構成図。 本実施形態の超音波流量計の概略構成を示す斜視図。 本実施形態の超音波センサユニットを示す断面図。 軸方向に圧縮していない状態の流量計測管を示す断面図。 超音波流量計の電気的構成を示すブロック図。 （ａ）は、流量計測管を示す分解図、（ｂ）は、軸方向に圧縮していない状態の流量計測管を示す側面図、（ｃ）は、軸方向に圧縮した状態の流量計測管を示す側面図。 他の実施形態の流量計測管を示す要部断面図。 他の実施形態の流量計測管を示す断面図。 他の実施形態の流量計測管を示す断面図。 他の実施形態の流量計測管を示す断面図。 他の実施形態の流量計測管を示す断面図。

以下、本発明を超音波流量計測システムに具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１に示されるように、本実施形態の超音波流量計測システム１は、輸液Ｗ１（薬液などの液体）が流れる輸液チューブ２を備えている。輸液チューブ２は、可撓性を有する透明なチューブであり、その外径は例えば３ｍｍ程度である。また、輸液チューブ２には、基端に輸液バッグ３が接続されるとともに先端に注射器４が装着されている。このため、輸液チューブ２から注射器４を介して患者５の静脈等に輸液Ｗ１を投与することができる。なお、輸液チューブ２の形成材料としては、ＰＶＣ樹脂（ポリ塩化ビニル樹脂）、ＰＥ樹脂（ポリエチレン樹脂）、ＢＤＲ樹脂（ポリブタジエン樹脂）、ＰＵ樹脂（ポリウレタン樹脂）、ＰＯ樹脂（ポリオレフィン樹脂）、ＰＴＦＥ樹脂（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）、シリコーンゴムなどを用いることができる。

さらに、輸液チューブ２の途中には、点滴筒８及びクレンメ６（調節つまみ）が設置されている。クレンメ６は、輸液チューブ２の軸線方向にスライド可能に設けられたローラを有している。クレンメ６は、ローラを操作することにより、輸液チューブ２内の流路を閉塞状態及び開放状態に切り替えるようになっている。また、クレンメ６は、ローラの操作量に応じて、開放状態における輸液Ｗ１の流速や流量を調整可能に構成されている。さらに、輸液チューブ２における輸液バッグ３と点滴筒８との間の位置には、輸液バッグ３内の輸液Ｗ１を輸液チューブ２の先端に向けて送出するポンプ装置７が設置されている。

そして、図１に示されるように、超音波流量計測システム１は超音波流量計１０を備えている。超音波流量計１０は、輸液チューブ２における輸液バッグ３とポンプ装置７との間の位置に設置されている。超音波流量計１０は、例えば医療現場において、輸液チューブ２を流れる輸液Ｗ１の流量を超音波伝播時間差方式で測定するためのものである。図２に示されるように、超音波流量計１０は、超音波センサユニット１１と計測制御装置１２とを備えている。

図２，図３に示されるように、超音波センサユニット１１は、輸液チューブ２の途中に設けられた流量計測管２１と、一対の超音波センサ３１，３２と、流量計測管２１及び両超音波センサ３１，３２が設置されるベース１３とを備えている。両超音波センサ３１，３２は、流量計測管２１を介して対向配置されている。具体的に言うと、第１の超音波センサ３１は流量計測管２１の上流側位置に設けられ、第２の超音波センサ３２は流量計測管２１の下流側位置に設けられている。なお、両超音波センサ３１，３２は、ともに同じ構造を有するセンサである。具体的に言うと、超音波センサ３１，３２は、直径が１０ｍｍの小型のセンサであり、凸曲面状の超音波放射面３３を先端部に有している。また、超音波センサ３１，３２は、基端部にフランジ部３４を有するキャップ状のセンサケース３５と、センサケース３５に内蔵され、超音波の送受信が可能な超音波振動子３６とを備えている。超音波振動子３６は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミックスを用いて円板状、角板状などに形成された圧電素子である。

なお、センサケース３５は、先端部の内面に超音波振動子３６の振動面が接着されているため、先端部の外面が超音波放射面３３となる。また、センサケース３５の先端部の外側面は、ゴムシート３７に覆われている。よって、超音波センサ３１，３２は、ゴムシート３７を介して超音波放射面３３を流量計測管２１に押し当てた状態で、超音波放射面３３から超音波を放射する。また、各超音波センサ３１，３２の超音波振動子３６にはそれぞれ２本の内部配線３８が接続されている。なお、第１の超音波センサ３１側の内部配線３８は、センサケース３５の基端部側の端面（基端面）の中央から引き出され、配線ケーブル３９ａによって結束される。同様に、第２の超音波センサ３２側の内部配線３８も、センサケース３５の基端面の中央から引き出され、配線ケーブル３９ｂによって結束される。また、センサケース３５の内部空間には、樹脂充填剤４０が充填されている。

図２，図３に示されるように、ベース１３は、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂）などの樹脂材料を用いて略矩形板状に形成されており、その一端部には固定壁部４１が突設されている。固定壁部４１には、同固定壁部４１を厚さ方向に貫通する収納穴４２が設けられており、収納穴４２には第１の超音波センサ３１が収納されている。そして、固定壁部４１には、ＡＢＳ樹脂などの樹脂材料からなるセンサ抑え板４３がネジ止めされている。センサ抑え板４３は、収納穴４２に収納されている第１の超音波センサ３１を基端部側から抑え付けるとともに、第１の超音波センサ３１の先端部（超音波放射面３３）を固定壁部４１の収納穴４２から突出させた状態で固定する。

なお、本実施形態では、固定壁部４１とセンサ抑え板４３とによってセンサホルダ４４が構成される。このセンサホルダ４４は、ベース１３に対して移動不能に設けられた固定型のセンサホルダである。一方、ベース１３において固定壁部４１の反対側に位置する端部には、可動型のセンサホルダ４５がベース１３の長手方向に沿って移動可能に設けられている。具体的に言うと、ベース１３には、同ベース１３の長手方向に延びるホルダ収納溝４６（図２参照）が設けられ、ホルダ収納溝４６にはセンサホルダ４５の下部が収納されている。

図２，図３に示されるように、センサホルダ４５は、ホルダ本体４７及びセンサ抑え蓋４８を備えている。ホルダ本体４７は、ＡＢＳ樹脂などの樹脂材料を用いて略円筒状に形成され、センサ抑え蓋４８は、同じくＡＢＳ樹脂などの樹脂材料を用いて略円板状に形成されている。ホルダ本体４７には収納穴４９が設けられており、収納穴４９には第２の超音波センサ３２が収納されている。そして、センサ抑え蓋４８は、収納穴４９に収納されている第２の超音波センサ３２を基端部側から抑え付けるとともに、第２の超音波センサ３２の先端部（超音波放射面３３）をホルダ本体４７の収納穴４９から突出させた状態で固定する。

図３に示されるように、超音波センサユニット１１は、第２の超音波センサ３２を流量計測管２１側に付勢するバネユニット５０（付勢部材）を備えている。バネユニット５０は、流量計測管２１の第１のＬ型チューブコネクタ２４に第１の超音波センサ３１を押し当てるとともに流量計測管２１の第２のＬ型チューブコネクタ２５に第２の超音波センサ３２を押し当てるための付勢力を付与するようになっている。また、バネユニット５０は、コイル状の圧縮バネ５１と、ベース１３の端面にネジ止めされるサイド板５２とを備えている。具体的に言うと、サイド板５２には、圧縮バネ５１の基端側を収納するための円筒状のバネ収納部５３が突設されている。このバネ収納部５３に収納された圧縮バネ５１の先端側がセンサ抑え蓋４８に当接することにより、圧縮バネ５１の付勢力がセンサ抑え蓋４８を介してセンサホルダ４５に作用する。

また、図２，図３に示されるように、ベース１３の上面において、固定型のセンサホルダ４４と可動型のセンサホルダ４５との間（即ち、第１の超音波センサ３１と第２の超音波センサ３２との間）となる位置には、流量計測管２１を支持するための支持凸部６１が設けられている。そして、支持凸部６１の中央部分には、流量計測管２１の一部を収納するための配管配置溝６２が設けられている。

なお、図３に示されるように、第１の超音波センサ３１の基端部から延びる配線ケーブル３９ａは、センサ抑え板４３の貫通孔４３ａを挿通し、超音波センサユニット１１の外部に引き出される。そして、超音波ユニット１１の外部に引き出された配線ケーブル３９ａは、計測制御装置１２（図２参照）に接続される。また、第２の超音波センサ３２の基端部から延びる配線ケーブル３９ｂは、センサ抑え蓋４８の中心孔４８ａ、圧縮バネ５１の内側、サイド板５２の貫通孔５２ａを順番に挿通し、超音波センサユニット１１の外部に引き出される。そして、超音波センサユニット１１の外部に引き出された配線ケーブル３９ｂは、計測制御装置１２に接続される。つまり、各超音波センサ３１，３２は、配線ケーブル３９ａ，３９ｂを介して計測制御装置１２に電気的に接続されている。

次に、本実施形態の流量計測管２１について詳細に説明する。

図１に示されるように、流量計測管２１は、輸液チューブ２の途中、具体的に言うと、輸液チューブ２における輸液バッグ３とポンプ装置７との間の位置に設けられている。図２〜図４に示されるように、流量計測管２１における流入口２２側の端部には、輸液チューブ２の上流側部分（輸液バッグ３側の部分）が接続され、流量計測管２１における流出口２３側の端部には、輸液チューブ２の下流側部分（ポンプ装置７側の部分）が接続されている。本実施形態の流量計測管２１では、流入口２２から流出口２３に向けて輸液Ｗ１が流れるようになっている。

また、流量計測管２１は、一対のＬ型チューブコネクタ２４，２５と、両Ｌ型チューブコネクタ２４，２５同士を互いに連結する連結管２６とにより構成されている。本実施形態の連結管２６は、弾性を有する透明な樹脂材料を用いて形成されている。なお、連結管２６を形成する透明な樹脂材料としては、ポリ塩化ビニル樹脂、シリコーンゴム、ポリエチレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂などを用いることができる。一方、本実施形態のＬ型チューブコネクタ２４，２５は、市販品であり、弾性変形しない透明な樹脂材料を用いて形成されている。なお、Ｌ型チューブコネクタ２４，２５を形成する透明な樹脂材料としては、ＡＢＳ樹脂、ＰＣ樹脂（ポリカーボネート樹脂）、ＰＥＴ樹脂（ポリエチレンテレフタレート樹脂）などを用いることができる。

図２〜図４に示されるように、両Ｌ型チューブコネクタ２４，２５は、ともに同じ構造を有するコネクタ（樹脂製のエルボ継手）である。具体的に言うと、第１のＬ型チューブコネクタ２４は、連結管２６の上流側端部に接続され、かつ連結管２６に対して直角に曲がった形状をなしており、先端に流入口２２を有している。第２のＬ型チューブコネクタ２５は、連結管２６の下流側端部に接続され、かつ連結管２６に対して直角に曲がった形状をなしており、先端に流出口２３を有している。そして、本実施形態の流量計測管２１は、第１のＬ型チューブコネクタ２４及び第２のＬ型チューブコネクタ２５が連結管２６を介して互いに同一方向に曲がった形状（コ字状）をなしている。

また、両Ｌ型チューブコネクタ２４，２５は、輸液チューブ２の端部が接続されるコネクタ部７１と、連結管２６の端部が接続される直管部７２とをそれぞれ備えている。第１のＬ型チューブコネクタ２４が備えるコネクタ部７１は上記した流入口２２を有し、第２のＬ型チューブコネクタ２５が備えるコネクタ部７１は上記した流出口２３を有している。流入口２２及び流出口２３は、開口端に行くに従って徐々に内径が大きくなるテーパ状をなしている。流入口２２及び流出口２３には、輸液チューブ２の端部が外嵌されている。

図２〜図４に示されるように、直管部７２は、基端面７３及び先端面７４を有している。基端面７３及び先端面７４は、直管部７２の軸方向に対して直交している。なお、直管部７２の基端面７３は、ゴムシート３７を介して第１の超音波センサ３１（または第２の超音波センサ３２）の超音波放射面３３に押し当てられる面である。また、一対のＬ型チューブコネクタ２４，２５の直管部７２の先端面７４間は隙間Ｓ１（図４参照）を有している。なお、連結管２６の弾性に抗して流量計測管２１を軸方向に圧縮した際（図２，図３，図６（ｃ）参照）には、両Ｌ型チューブコネクタ２４，２５の直管部７２の先端面７４同士が互いに当接するとともに、超音波センサ３１，３２に基端面７３を押し当てるための付勢力Ｐ１（図６（ｃ）参照）が発生する。また、隙間Ｓ１は、連結管２６を圧縮した際に両Ｌ型チューブコネクタ２４，２５の直管部７２の先端面７４同士が当接可能な長さであることが良く、本実施形態では１ｍｍ以上５ｍｍ以下となっている。

図３，図４に示されるように、直管部７２は、輸液Ｗ１の通路を形成する貫通孔７５と、貫通孔７５に連通する嵌合穴部７６とを有している。貫通孔７５は、主通路７５ａと、同主通路７５ａに直交する副通路７５ｂとによって構成され、全体として略Ｌ字状をなしている。なお、副通路７５ｂの内径は、主通路７５ａの内径よりも小さくなっている。また、副通路７５ｂは、流入口２２または流出口２３に連通している。副通路７５ｂの内径は流入口２２（または流出口２３）の内径（最小径）よりも小さいため、副通路７５ｂと流入口２２（または流出口２３）との接続部分には段差面７７が形成される。また、嵌合穴部７６は、開口端に行くに従って徐々に内径が大きくなるテーパ状をなしている。嵌合穴部７６には、連結管２６の端部が内嵌されている。なお、貫通孔７５の主通路７５ａの内径は、嵌合穴部７６の内径（最小径）よりも小さくなっている。このため、主通路７５ａと嵌合穴部７６との接続部分には、嵌合穴部７６に嵌入された連結管２６の開口端を当接させるための段差面７８が形成される。なお、嵌合穴部７６の長さ（深さ）は、連結管２６の長さの２分の１よりもやや短くなっている。また、連結管２６の肉厚は、主通路７５ａの内径と嵌合穴部７６の内径（最小径）との差の２分の１の大きさになっている。よって、主通路７５ａの内周面と連結管２６の内周面とが面一になる。なお、脱落防止のために、流入口２２と輸液チューブ２との接続部分、流出口２３と輸液チューブ２との接続部分、嵌合穴部７６と連結管２６との接続部分において、当接面の全体または一部が接着されていてもよい。

次に、超音波流量計１０の電気的構成について説明する。

図５に示されるように、超音波流量計１０の計測制御装置１２は、超音波センサ３１，３２で送受信される超音波の伝播時間差に応じて、輸液Ｗ１の流量を演算により求めるための装置である。計測制御装置１２は、信号処理部９１、演算処理部９２、入力装置９３及び表示装置９４等を備えている。信号処理部９１は、各超音波センサ３１，３２を駆動するための駆動信号を出力する回路や、超音波の伝播時間を検出する回路などを含んでいる。演算処理部９２は、従来周知のＣＰＵ９５やメモリ９６等を含んで構成された処理回路である。メモリ９６には、制御プログラムやデータが記憶されており、ＣＰＵ９５は、メモリ９６に記憶されている制御プログラムに基づいて流量の演算処理や表示処理を行う。

また、入力装置９３は、各種の操作ボタンを有し、測定の開始・終了、表示モードの設定などを行う。表示装置９４は、例えば液晶ディスプレイであり、演算処理部９２にて算出された流量を表示する。

次に、超音波流量計１０の使用方法を説明する。

超音波流量計１０を使用するにあたり、予め超音波センサユニット１１を組み立てておく。具体的には、まず、ベース１３の固定壁部４１に設けられた収納穴４２内に第１の超音波センサ３１を収容した状態で、固定壁部４１に対してセンサ抑え板４３をネジ止め固定することにより、固定型のセンサホルダ４４を形成する。また、可動型のセンサホルダ４５をベース１３に装着する。詳述すると、まず、ホルダ本体４７の収納穴４９内に第２の超音波センサ３２を挿入する。そして、ホルダ本体４７に対してセンサ抑え蓋４８を取り付けることにより、センサホルダ４５を形成する。この後、センサホルダ４５の下部を、ベース１３に設けられたホルダ収納溝４６に収納する。

次に、ベース１３に対してバネユニット５０を組み付ける。詳述すると、サイド板５２のバネ収納部５３に圧縮バネ５１の基端側を収納するとともに、圧縮バネ５１の先端側をセンサ抑え蓋４８に当接させる。さらに、サイド板５２をベース１３の端部にネジ止め固定する。この時点で、超音波センサユニット１１が完成する。

また、超音波流量計１０を使用するにあたり、予め流量計測管２１を組み立てておく。具体的には、第１のＬ型チューブコネクタ２４の直管部７２に設けられた嵌合穴部７６に、連結管２６の上流側端部（図６（ａ）では左端部）を内嵌させる。また、第２のＬ型チューブコネクタ２５の直管部７２に設けられた嵌合穴部７６に、連結管２６の下流側端部（図６（ａ）では右端部）を内嵌させる。この時点で、流量計測管２１が完成する（図６（ｂ）参照）。

次に、作業者は、圧縮バネ５１の付勢力に抗してセンサホルダ４５をサイド板５２側（図３では右側）に移動させる。次に、輸液チューブ２が接続された状態の流量計測管２１を、ベース１３に設けられた配管配置溝６２内に収納する。その後、作業者がセンサホルダ４５を離すと、圧縮バネ５１の付勢力によってセンサホルダ４５が逆方向（図３では左方向）に移動し、センサホルダ４５に保持されている第２の超音波センサ３２が第２のＬ型チューブコネクタ２５の直管部７２の基端面７３に押し当てられる。これに伴い、センサホルダ４４に保持されている第１の超音波センサ３１が第１のＬ型チューブコネクタ２４の直管部７２の基端面７３に押し当てられる。その結果、一対の超音波センサ３１，３２によって流量計測管２１がクランプされる（図６（ｃ）参照）。また、連結管２６の弾性に抗して流量計測管２１が軸方向（図６（ｃ）に示す矢印Ｆ１方向）に圧縮され、Ｌ型チューブコネクタ２４，２５の直管部７２の先端面７４同士が互いに当接するとともに、超音波センサ３１，３２に基端面７３を押し当てるための付勢力Ｐ１（図６（ｃ）参照）が発生する。

その後、超音波流量計１０を用いて輸液Ｗ１の流量計測を行う。具体的に言うと、信号処理部９１は、各超音波センサ３１，３２を駆動させることにより、流量計測管２１を介して超音波を交互に伝播させる。そして、信号処理部９１は、第１の超音波センサ３１から送信され、第２の超音波センサ３２で受信された超音波の正方向の伝播時間（輸液Ｗ１が流れる方向と同一方向に伝播した超音波の伝播時間）を計測する。また、信号処理部９１は、第２の超音波センサ３２から送信され、第１の超音波センサ３１で受信された超音波の逆方向の伝播時間（輸液Ｗ１が流れる方向とは逆方向に伝播した超音波の伝播時間）を計測する。そして、信号処理部９１は、正方向の伝播時間と逆方向の伝播時間とを演算処理部９２に出力する。演算処理部９２は、信号処理部９１から出力された正方向の伝播時間と逆方向の伝播時間とを取り込み、伝播時間の差に基づいて、輸液Ｗ１の流速を算出する。次に、演算処理部９２は、算出した輸液Ｗ１の流速を変換することにより、輸液Ｗ１の流量を算出する。

そして、演算処理部９２は、算出した流量のデータを表示装置９４に出力し、表示装置９４の表示画面に輸液Ｗ１の流量を表示させる。また、演算処理部９２は、算出された流量と、入力装置９３で設定した流量とを比較し、流量が異なる場合には、流量の異常と判定して表示装置９４に異常を表示させる制御を行う。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態の超音波流量計測システム１では、流量計測管２１が、一対のＬ型チューブコネクタ２４，２５同士を連結管２６を介して互いに連結することにより構成される。このため、Ｌ型チューブコネクタ２４，２５として市販品を用いる本実施形態であれば、流量計測管２１を容易にかつ比較的安価に作製することができる。

また、本実施形態では、連結管２６の弾性に抗して流量計測管２１を軸方向（図６（ｃ）に示す矢印Ｆ１方向）に圧縮することにより、連結管２６が圧縮されて両Ｌ型チューブコネクタ２４，２５の直管部７２の先端面７４同士が互いに当接する。それとともに、直管部７２の基端面７３を超音波センサ３１，３２に押し当てるための付勢力Ｐ１（図６（ｃ）参照）が発生する。これにより、流量計測管２１と超音波センサ３１，３２との密着性が高まり、流量計測管２１に位置ズレが生じたり、超音波センサ３１，３２とＬ型チューブコネクタ２４，２５との間に隙間が生じたりするといった問題が防止される。そのため、流量計測管２１内において超音波を効率良く伝播させることが可能となる。その結果、超音波センサ３１，３２の送受感度が向上するため、正確な超音波計測を行うことができる。

（２）本実施形態では、連結管２６の端部をＬ型チューブコネクタ２４，２５が有する嵌合穴部７６に内嵌させることにより、連結管２６がＬ型チューブコネクタ２４，２５に連結される。このとき、連結管２６は、Ｌ型チューブコネクタ２４，２５の直管部７２の外周面から外側にはみ出さなくなる。しかも、連結管２６の圧縮時には、両Ｌ型チューブコネクタ２４，２５の直管部７２の先端面７４同士が互いに当接し、連結管２６全体が嵌合穴部７６内に完全に収容される。その結果、連結管２６がＬ型チューブコネクタ２４，２５によって保護されるため、連結管２６の傷付きや破れを防止することができる。

（３）本実施形態では、連結管２６が圧縮された際に生じる付勢力Ｐ１に加えて、バネユニット５０の圧縮バネ５１が圧縮された際に生じる付勢力によっても、Ｌ型チューブコネクタ２４，２５の直管部７２の基端面７３が超音波センサ３１，３２に押し当てられる。その結果、流量計測管２１と超音波センサ３１，３２との密着性がよりいっそう高まるため、流量計測管２１内の輸液Ｗ１中に超音波をより効率良く伝播させることができ、より正確な超音波計測を行うことができる。

（４）本実施形態では、第１のＬ型チューブコネクタ２４の直管部７２の先端面７４が、直管部７２の軸方向に対して直交するとともに、第２のＬ型チューブコネクタ２５の直管部７２の先端面７４が、直管部７２の軸方向に対して直交している。このため、Ｌ型チューブコネクタ２４，２５の直管部７２の先端面７４同士が互いに当接した際には、直管部７２同士が真っ直ぐ繋がるようになり、なおかつこの状態でズレることなく固定される。その結果、指向性を有する超音波が直管部７２内を確実に伝播するため、超音波の送受感度がいっそう向上し、より正確な超音波計測を行うことができる。

（５）本実施形態では、第１のＬ型チューブコネクタ２４の直管部７２に設けられた嵌合穴部７６に、連結管２６の上流側端部が内嵌されるとともに、第２のＬ型チューブコネクタ２５の直管部７２に設けられた嵌合穴部７６に、連結管２６の下流側端部が内嵌されている。さらに、連結管２６の外周面のほぼ全体が嵌合穴部７６の内周面に接触している。その結果、連結管２６が嵌合穴部７６から脱落しにくくなるため、接着剤を使うことなく、Ｌ型チューブコネクタ２４，２５に連結管２６を連結することができる。

（６）本実施形態では、流量計測管２１を構成するＬ型チューブコネクタ２４，２５として市販品を用いているため、射出成形等によってＬ型チューブコネクタ２４，２５を製造する場合に比べて、大幅に製造コストを抑えることができる。また、第１のＬ型チューブコネクタ２４及び第２のＬ型チューブコネクタ２５は同じ部品を用いているため、部品の単価も抑えることができる。

（７）本実施形態では、流量計測管２１を構成するＬ型チューブコネクタ２４，２５及び連結管２６が、透明な樹脂材料によって形成されている。このため、超音波センサユニット１１に流量計測管２１を装着した際に、流量計測管２１内を流れる輸液Ｗ１の様子を確認することができる。

なお、上記実施形態を以下のように変更してもよい。

・上記実施形態の流量計測管２１では、Ｌ型チューブコネクタ２４，２５の嵌合穴部７６に、連結管２６の端部が内嵌されていた。しかし、図７の流量計測管１０１に示されるように、Ｌ型チューブコネクタ１０２が有する直管部１０３に、連結管１０４の端部を外嵌させるようにしてもよい。さらに、図７に示されるように、直管部１０３は、先端に行くに従って徐々に外径が小さくなるテーパ状をなしていてもよい。このようにすれば、連結管１０４の端部を直管部１０３に外嵌させる際に、連結管１０４の端部が内側から徐々に押し拡げられるため、連結管１０４の端部を手で拡げたりしなくても済む。よって、連結管１０４を直管部１０３に容易に接続することができる。

・図８の流量計測管１１１に示されるように、第１のＬ型チューブコネクタ１１２が備える直管部１１３の先端外周部に係合凸部１１４を形成し、第２のＬ型チューブコネクタ１１５が備える直管部１１６の先端外周部に、係合凸部１１４が係合する係合凹部１１７を形成してもよい。このようにすれば、係合凹部１１７に対して係合凸部１１４が係合することにより、一対のＬ型チューブコネクタ１１２，１１５を互いに位置決めすることができる。また、両Ｌ型チューブコネクタ１１２，１１５の周方向へのズレが防止されるため、Ｌ型チューブコネクタ１１２，１１５同士を互いに連結する連結管２６のねじれを防止することもできる。なお、係合凸部１１４及び係合凹部１１７の形状、数等は、特に限定されることはない。

また、図９の流量計測管１２１に示されるように、第１のＬ型チューブコネクタ１２２が備える直管部１２３の先端部分を、先端に行くに従って徐々に外径が小さくなるテーパ状をなすように形成するとともに、第２のＬ型チューブコネクタ１２４が備える直管部１２５の嵌合穴部１２６の開口部を、開口端に行くに従って徐々に内径が大きくなるテーパ状をなすように形成してもよい。この場合においても、一方の直管部１２３がもう一方の直管部１２５に係合することにより、一対のＬ型チューブコネクタ１２２，１２４を互いに位置決めすることができる。

・上記実施形態の流量計測管２１は、第１のＬ型チューブコネクタ２４及び第２のＬ型チューブコネクタ２５が連結管２６を介して互いに同一方向に曲がった形状（コ字状）をなしていたが、これに限定されるものではない。具体的には、図８〜図１０に示されるように、流量計測管１１１，１２１，１３１は、第１のＬ型チューブコネクタ１１２，１２２，１３２及び第２のＬ型チューブコネクタ１１５，１２４，１３３が連結管２６，１３４を介して互いに反対方向に直角に曲がった形状（クランク状）をなしていてもよい。また、図１１に示されるように、流量計測管１４１は、第１のＬ型チューブコネクタ１４２及び第２のＬ型チューブコネクタ１４３が連結管１４４を介して互いに同一方向に鈍角に曲がった形状（略ハ字状）をなしていてもよい。

・上記実施形態では、連結管２６が圧縮された際に生じる付勢力Ｐ１と、バネユニット５０の圧縮バネ５１が圧縮された際に生じる付勢力とにより、Ｌ型チューブコネクタ２４，２５の直管部７２の基端面７３を超音波センサ３１，３２に押し当てていた。しかし、バネユニット５０を省略し、連結管２６が圧縮された際に生じる付勢力Ｐ１のみにより、直管部７２の基端面７３を超音波センサ３１，３２に押し当てるようにしてもよい。

・上記実施形態では、輸液チューブ２における輸液バッグ３とポンプ装置７との間の位置に、超音波流量計１０が設置されていたが、輸液チューブ２におけるポンプ装置７と点滴筒８との間の位置に、超音波流量計１０を設置してもよい。

・上記実施形態の超音波流量計１０用の流量計測管２１は、輸液チューブ２内を流れる輸液Ｗ１の流量計測に用いられていたが、例えば、人工透析の血液回路の流量計測に用いてもよい。また、流量計測管２１は、工場における薬液、接着剤、塗料、ペースト等の流量計測に用いるものであってもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）請求項１乃至８のいずれか１項において、前記一対のＬ型チューブコネクタ及び前記連結管は、透明な樹脂材料によって形成されていることを特徴とする超音波流量計用の流量計測管。

（２）請求項１乃至８のいずれか１項において、前記Ｌ型チューブコネクタは、弾性変形しない材料を用いて形成されていることを特徴とする超音波流量計用の流量計測管。

（３）請求項１乃至８のいずれか１項において、前記Ｌ型チューブコネクタは市販品であることを特徴とする超音波流量計用の流量計測管。

（４）請求項１０において、前記超音波流量計は、前記Ｌ型チューブコネクタに前記超音波センサを押し当てるための付勢力を付与する付勢部材を備えることを特徴とする超音波流量計測システム。

１…超音波流量計測システム
２…輸液チューブ
１０…超音波流量計
２１，１０１，１１１，１２１，１３１，１４１…流量計測管
２４，１１２，１２２，１３２，１４２…Ｌ型チューブコネクタとしての第１のＬ型チューブコネクタ
２５，１１５，１２４，１３３，１４３…Ｌ型チューブコネクタとしての第２のＬ型チューブコネクタ
２６，１０４，１３４，１４４…連結管
３１…超音波センサとしての第１の超音波センサ
３２…超音波センサとしての第２の超音波センサ
７２，１０３，１１３，１１６，１２３，１２５…直管部
７３…直管部の基端面
７４…直管部の先端面
７５…貫通孔
７６，１２６…嵌合穴部
７８…段差面
１１４…係合凸部
１１７…係合凹部
Ｓ１…隙間
Ｗ１…液体としての輸液

Claims (10)

1. 一対の超音波センサ間で送受信される超音波の伝播時間の差に基づいて液体の流量を計測する超音波流量計に用いられ、輸液チューブの途中に設けられた流量計測管であって、
   前記流量計測管は、一対のＬ型チューブコネクタと、前記一対のＬ型チューブコネクタ同士を互いに連結する連結管とにより構成され、
   前記連結管は弾性を有しており、
   前記一対のＬ型チューブコネクタは、前記連結管の端部が接続される直管部をそれぞれ備え、
   前記一対のＬ型チューブコネクタの前記直管部の基端面は、前記一対の超音波センサに押し当てられる面であり、
   前記一対のＬ型チューブコネクタの前記直管部の先端面間に隙間を有している
   ことを特徴とする超音波流量計用の流量計測管。
2. 前記Ｌ型チューブコネクタは、前記液体の通路を形成する貫通孔と、前記貫通孔に連通しかつ前記連結管の端部が内嵌される嵌合穴部とを有していることを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計用の流量計測管。
3. 前記嵌合穴部は、開口端に行くに従って徐々に内径が大きくなるテーパ状をなしていることを特徴とする請求項２に記載の超音波流量計用の流量計測管。
4. 前記貫通孔と前記嵌合穴部との接続部分には、前記嵌合穴部に嵌入された前記連結管の開口端を当接させるための段差面が形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の超音波流量計用の流量計測管。
5. 前記直管部に前記連結管の端部が外嵌されることを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計用の流量計測管。
6. 前記直管部は、先端に行くに従って徐々に外径が小さくなるテーパ状をなしていることを特徴とする請求項５に記載の超音波流量計用の流量計測管。
7. 前記連結管の弾性に抗して前記流量計測管を軸方向に圧縮した状態においては、前記一対のＬ型チューブコネクタの前記直管部の先端面同士が互いに当接するとともに、前記超音波センサに前記基端面を押し当てるための付勢力が発生することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超音波流量計用の流量計測管。
8. 一方の前記Ｌ型チューブコネクタが備える前記直管部の先端外周部に係合凸部が形成され、もう一方の前記Ｌ型チューブコネクタが備える前記直管部の先端外周部に、前記係合凸部が係合する係合凹部が形成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超音波流量計用の流量計測管。
9. 途中に請求項１乃至８のいずれか１項に記載の流量計測管が設けられていることを特徴とする流量計測管付き輸液チューブ。
10. 請求項９に記載の流量計測管付き輸液チューブと、
    前記流量計測管の上流側位置及び下流側位置に対向配置される一対の超音波センサ間で送受信される超音波の伝播時間の差に基づいて、液体の流量を計測する超音波流量計と
    を備えることを特徴とする超音波流量計測システム。

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