JP6765133B2 - 吐出バルブ及びそれを用いた吐出ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、血液や細胞懸濁液等の細胞関連の液体を吐出させるために用いられる吐出バルブ及びそれを用いた吐出ポンプに関する。

従来から、血液や細胞懸濁液といった細胞関連組織等を含む液体を分注させるときに用いられるポンプとして、液体をピストンでシリンジに吸い上げて押し戻すシリンジポンプが主として用いられてきた（例えば、特許文献１参照）。このシリンジポンプは、液体の吐出口と吸引口とが形成されたシリンジと、長手方向の一端部がシリンジに挿入された大径ピストンと、シリンジ内部に位置する端部から出没自在な小径ピストンとを有する。

また、チューブを回転ローラで押圧するチューブポンプが知られている。この種のチューブポンプとして、円筒形状の内周面を有するハウジングと、この円筒内周面の円周方向に沿って周回移動（公転）するローラを有するものがある（例えば、特許文献２参照）。このチューブポンプにおいて、チューブは、ハウジングの円筒内周に沿って配置されており、ローラを公転させると、ローラがチューブを押し潰しながらチューブの長さ方向に移動し、これによりチューブが蠕動してチューブ内の液体がチューブの入口側から出口側に送液される。

特開２０１１−１６３７７１号公報 特開２０１０−１９６５３８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたシリンジポンプでは、血液等を分注しようとした際には、液体の表面張力や粘性等によってシリンジ内に液体が僅かに残留することがあり、高精度での分注が困難であった。また、シリンジの内面をピストンが上下運動する際に、摩擦によって液体中の細胞が損傷を受けることがあり、極微細なゴミが発生し、これが細胞に吸着されて細胞が変質等するような不具合が生じる虞がある。また、上記特許文献２に記載されたチューブポンプでも、チューブがローラで押し潰されるときに、液体中の細胞まで機械的に強く刺激され、細胞に損傷を与える虞があり、また、チューブを押し潰す際に発生する極微細なゴミが混入することもある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、液体中の細胞に損傷を与え難く、微細なゴミが混入を防止し、且つ簡易な構成で高精度に液体を分注することができる吐出バルブ及びそれを用いた吐出ポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、定量的に吸入した液体を吐出する吐出バルブにおいて、液体が吸入される吸入口及び液体が吐出される吐出口を有する定量タンクと、前記吸入口に設けられ、前記定量タンクに液体が吸入されるときに開口し吐出されるとき閉口する吸入逆止弁と、前記吐出口に設けられ、前記定量タンクから液体が吐出されるときに開口し吸入されるとき閉口する吐出逆止弁と、前記定量タンク内の気圧を制御するエアポンプに接続されるポンプ接続口と、前記ポンプ接続口に設けられ、空気を透過させ液体を透過させない液止フィルタと、液体を貯蔵する貯蔵タンクと、を備え、前記定量タンクのうち前記吸入口を含む少なくとも一部が、前記貯蔵タンク内に設けられていることを特徴とする。

また、上記吐出バルブにおいて、前記定量タンク内の容量が、前記ポンプ接続口における前記液止フィルタの設置位置によって設定されることが好ましい。

また、上記吐出バルブにおいて、前記ポンプ接続口における前記液止フィルタの設置位置を調整する容量調節機構を更に備えることが好ましい。

上記吐出バルブは、吐出ポンプに用いられることが好ましい。

本発明によれば、エアポンプでの気体の吸引及び放出により、液体を吸入及び吐出するので、例えば、チューブポンプのように、液体自体が押し潰されることがなく、液体中の細胞に損傷を与え難くすることができる。また、定量タンクから吐出口には、エアポンプにより空気が供給され続けるので、定量タンク内に付着した液体も空気と共に吐出される。従って、血液にように、液体の表面張力や粘性等によってシリンジ内に残留し易い液体も、有効に吐出することができ、高精度での分注が可能となる。また、定量タンクの容量が液止フィルタの設置で定められるので、高精度な液体の分注をすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る吐出バルブを用いた吐出ポンプの断面図。 （ａ）乃至（ｄ）は上記吐出バルブを用いた吐出ポンプの動作を示す断面図。 （ａ）乃至（ｃ）は上記実施形態の一変形例に係る吐出バルブの断面図。 （ａ）乃至（ｃ）は上記実施形態の別の変形例に係る吐出バルブの断面図。 本発明の第２の実施形態に係る吐出バルブを用いた吐出ポンプの断面図。

以下、本発明の第１の実施形態に係る吐出バルブ及びそれを用いた吐出ポンプについて図面を参照して説明する。図１に示すように、吐出ポンプ１は、定量的に吸入した液体を吐出させるために用いられる吐出バルブ２と、この吐出バルブ２に接続されるエアポンプ３と、エアポンプ３の駆動を制御する制御部４と、を備える。エアポンプ３は、制御部４からの制御信号を受けて気体を吸引又は放出できるように、正転及び逆転を切り替えることができるステッピングモータを備えた任意のポンプが適用され、例えば、チューブポンプが用いられる。

吐出バルブ２は、定量タンク５と、定量タンク５の一方の端部に併設される吸入口５１及び吐出口５２と、エアポンプ３に接続されるポンプ接続口６と、ポンプ接続口６に設けられて気体を透過させ液体を透過させない液止フィルタ７と、を備える。

定量タンク５は、筒状の部材であり、例えば、ポリプロピレン等の成形品により構成され、吸入された又は吐出される液体を目視確認し易いように、透明なプラスチックにより構成されることが好ましい。ポンプ接続口６は、筒状の定量タンク５のうち、吸入口５１及び吐出口５２とは対向する端部に設けられている。吸入口５１は、所定のチューブ等を介して血液等の吐出させようとする液体の貯蔵タンク８ａに接続され、吐出口５２は、分注先となる容器８ｂに接続される。

吸入口５１及び吐出口５２は、定量タンク５の一方の端部に外嵌されるキャップ部材５３と、キャップ部材５３を貫通するように夫々設けられて定量タンク５の内外を連通させる管状の吸入ノズル５４及び吐出ノズル５５と、を有する。吸入口５１には、定量タンク５内へと一方向に液体を吸入させる吸入逆止弁５６が設けられている。また、吐出口５２には、定量タンク５外へ一方向に液体を吐出させる吐出逆止弁５７が設けられている。キャップ部材５３は、例えば、ＡＢＳ樹脂等の成形品により構成されている。図例では、吸入ノズル５４、吐出ノズル５５は、送出する流体に応じて選定された可撓性材料、例えば、ゴム又は合成樹脂から構成される。

吸入逆止弁５６は、吸入口５１内を移動する封止玉５６ａと、吸入口５１の上流側端部に設けられて封止玉５６ａの球面と隙間なく当接するＯリング５６ｂと、吸入口５１の下流側端部（図中下方）に設けられて封止玉５６ａを係止する玉止め部５６ｃと、を有する。吐出逆止弁５７は、吐出口５２内を移動する封止玉５７ａと、吐出口５２の上流側端部（図中上方）に設けられて封止玉５７ａの球面と隙間なく当接するＯリング５７ｂと、吐出口５２の下流側端部に設けられて封止玉５７ａを係止する玉止め部５７ｃと、を有する。なお、吸入逆止弁５６及び吐出逆止弁５７は、例示した構成に限られない。

ポンプ接続口６は、定量タンク５の他方の端部に外嵌されるキャップ部材６１と、キャップ部材６１を貫通するように設けられて定量タンク５の内外を連通させる管状の接続ノズル６２と、を有する。液止フィルタ７は、キャップ部材６１の内側部分によって定量タンク５の他方の端部に固定されている。ポンプ接続口６側のキャップ部材６１及び接続ノズル６２は、吸入口５１側のものと同様、樹脂成型品により構成される。

液止フィルタ７は、無数の微細孔が設けられた板状のフィルタであり、定量タンク５の端部の形状に対応するように円板形状に加工されている。この種のものとしては、例えば、３Ｍマイクロポーラスフィルムが挙げられる。液止フィルタ７は、気体を透過させ液体を透過させないので、液止フィルタ７の設置位置と吐出口５２との距離や、定量タンク５の筒径によって、定量タンク５の容量が決まることになる。上記構成では、特に、液止フィルタ７の設置位置が定められた限りは、定量タンク５に定量の液体が吸引されるので、高精度な液体の分注をすることができる。

このように構成された吐出バルブ２を用いた吐出ポンプ１の動作について、図２（ａ）乃至（ｄ）を参照して説明する。図２（ａ）に示すように、制御部４（図１参照）の制御信号を受けてエアポンプ３を正転させる。このとき、定量タンク５内の空気がエアポンプ３により吸引され、定量タンク５内が負圧になり、吸入逆止弁５６が開口して、吸入元から吸入ノズル５４を介して液体Ｌが定量タンク５内に吸入される。このとき、定量タンク５内が大気圧に対して減圧状態となるので、封止玉５７ａがＯリング５７ｂ側に押し当てられ、吐出逆止弁５７は閉口する。従って、液体Ｌの吸入時に、吐出口５２から空気が定量タンク５内に混じることを抑制することができる。また、仮に、吸入時に液体Ｌに空気が混じっても、液止フィルタ７で吸引することで、空気を除去することができる。従って、空気が混じることによる吐出量のバラツキを抑制することができる。

そして、図２（ｂ）に示すように、液体Ｌが液止フィルタ７に達すると、液体Ｌは液止フィルタ７を通過できず、定量タンク５の容量が満たされる。このとき、制御部４（図１参照）では、エアポンプ３の吸引力を負荷電流変化で感知し、エアポンプ３を逆転させる制御信号をエアポンプ３に送信する。

エアポンプ３が逆転すると、図２（ｃ）に示すように、定量タンク５には、空気が供給され、定量タンク５内が正圧になり、吸入逆止弁５６が閉口し、定量タンク５内の液体Ｌが吐出逆止弁５７の封止玉５７ａを押し出して、吐出ノズル５５を介して、吐出先へ吐出される。そして、図２（ｄ）に示すように、定量タンク５から所定の液体が全て吐出されると、制御部４（図１参照）では、エアポンプ３の吸引力を負荷電流変化で感知し、エアポンプ３を再び正転させる制御信号をエアポンプ３に送信する。

このとき、定量タンク５から吐出口５２にかけて、エアポンプ３により空気が供給され続けるので、定量タンク５内に付着した液体も空気と共に吐出される。従って、血液にように、液体の表面張力や粘性等によってシリンジ内に残留し易い液体も、有効に吐出することができ、高精度での分注が可能となる。

エアポンプ３が正転すると、図２（ａ）で示したように、定量タンク５の空気が吸引され、定量タンク５内が負圧になり、吸入逆止弁５６が開口し、定量タンク５内に液体Ｌが吸入される。上記の動作を繰り返すことにより、エアポンプ３の正転時には、定量タンク５に液体Ｌが吸入され、エアポンプ３の逆転時には、定量タンク５から吐出ノズル５５を介して液体Ｌが吐出される。

上記実施形態の吐出バルブ２及びそれを用いた吐出ポンプ１では、定量タンクにエアポンプ３を接続し、エアポンプ３での気体の吸引及び放出により、液体Ｌを吸入及び吐出するので、例えば、チューブポンプのように、液体Ｌ自体が押し潰されることがなく、液体Ｌ中の細胞に損傷を与え難く、また、微細なゴミが混入を防止することができる。

また、ポンプ接続口６に、空気を透過させ液体を透過させない液止フィルタ７を設けたことで、エアポンプ３に液体Ｌが流入することを防止し、定量タンク５に吸入される液体Ｌの容量を簡易な構成で設定することができる。

次に、上記実施形態の変形例に係る吐出バルブ２について、図３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。上述したように、定量タンク５の容量は、液止フィルタ７の設置位置と吐出口５２との距離や、定量タンク５の筒径によって決まる。この変形例における吐出バルブ２は、定量タンク５の容量を変更する手段を備える。本変形例では、定量タンク５の高さ（筒の長さ）が異なるものを予め複数種、用意したものである。本変形例では、各キャップ部材５３、６１等には、上記実施形態と同じものを用い、定量タンク５を取り換えるだけで、適宜に容量を変更することができる。

次に、上記実施形態の別の変形例に係る吐出バルブ２について、図４（ａ）乃至（ｃ）を参照して説明する。この変形例における吐出バルブ２は、液止フィルタ７の設置位置を調整する容量調節機構９を更に備えたものである。具体的には、図４（ｂ）（ｃ）に示すように、接続ノズル６２の外側にネジ９１が形成されており、ポンプ接続口６のキャップ部材６１のうち、接続ノズル６２が差し込まれる箇所がネジ９１に対応する形状になっている。液止フィルタ７を支持するフィルタ押さえ部９２が、接続ノズル６２と連結されている。そのため、接続ノズル６２を回転させて、フィルタ押さえ部９２及び液止フィルタ７の位置を変えることで、定量タンク５の容量を変更することができる。この変形例によれば、図４（ａ）（ｂ）で示した変形例よりも、定量タンク５の容量を細かく微調整することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る吐出バルブを用いた吐出ポンプについて、図５を参照して説明する。本実施形態に係る吐出バルブは、液体Ｌを貯蔵する貯蔵タンク８０を更に備え、定量タンク５のうち吸入口５１を含む少なくとも一部が、貯蔵タンク８０内に設けられているものである。図５に示すように、貯蔵タンク８０は、ポンプ接続口６が外部に取り出され、定量タンク５の一部と、吸入口５１及び吐出口５２の全体を包含するように構成されている。貯蔵タンク８０の一面（図例では上面）には、液体注入用ポンプ３Ｌと接続される液体供給口８１が形成されている。他の構成は、上記実施形態と同様である。

すなわち、本実施形態は、吐出バルブ２と貯蔵タンク８０とを一体化したものである。この構成によれば、吸入ノズルが貯蔵タンクに差し込まれているかを確認する必要もなく、分注作業を効率的に行うことができる。また、貯蔵タンク８０の密閉性が向上するので、液体に不純物が混入することを防止することもできる。

なお、本発明は、定量タンク５をエアポンプ３に接続し、エアポンプ３の正転時に定量タンクに液体Ｌに吸入させ、エアポンプ３の逆転時に定量タンクから液体Ｌを吐出し、ポンプに接続されるポンプ接続口に、空気を透過させ液体を透過させない液止フィルタを設けることで、容量タンクの容量を設定したものであれば、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、吸入口５１及び吐出口５２が一つのキャップ部材５３に併設される構成を示したが、これらが個別の部材により構成されていてもよい。また、各逆止弁の構成は、例示したような封止玉を用いた構成に限らず、同様の動作を成す逆止弁であれば、任意の構成が採用して得る。

１ 吐出ポンプ
２ 吐出バルブ
３ エアポンプ
５ 定量タンク
５１ 吸入口
５２ 吐出口
５６ 吸入逆止弁
５７ 吐出逆止弁
６ ポンプ接続口
７ 液止フィルタ
８ 貯蔵タンク
９ 容量調節機構

Claims (4)

1. 定量的に吸入した液体を吐出する吐出バルブにおいて、
   液体が吸入される吸入口及び液体が吐出される吐出口を有する定量タンクと、
   前記吸入口に設けられ、前記定量タンクに液体が吸入されるときに開口し吐出されるとき閉口する吸入逆止弁と、
   前記吐出口に設けられ、前記定量タンクから液体が吐出されるときに開口し吸入されるとき閉口する吐出逆止弁と、
   前記定量タンク内の気圧を制御するエアポンプに接続されるポンプ接続口と、
   前記ポンプ接続口に設けられ、空気を透過させ液体を透過させない液止フィルタと、
   液体を貯蔵する貯蔵タンクと、を備え、
   前記定量タンクのうち前記吸入口を含む少なくとも一部が、前記貯蔵タンク内に設けられていることを特徴とする吐出バルブ。
2. 前記定量タンク内の容量が、前記ポンプ接続口における前記液止フィルタの設置位置によって設定されることを特徴とする請求項１に記載の吐出バルブ。
3. 前記ポンプ接続口における前記液止フィルタの設置位置を調整する容量調節機構を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の吐出バルブ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載された吐出バルブを用いたことを特徴とする吐出ポンプ。