JPH0628130Y2 - 除水量調節用計量ポンプ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、血液透析における体内貯溜の水分除去を計画
的に行う装置において、透析器に供給する透析液の量を
正確に計量する除水量調節用計量ポンプに関する。

〔従来の技術〕

血液透析中の除水量の精度管理は極めて重要であり、そ
の除水は装置を自動化することにより行われているた
め、長期に渡り不良動作や故障を発生せずに所定の機能
や動作を維持して治療を完遂することが肝要である。

このための手段としては、従来より限外濾過により、透
析膜を介して血液側の圧力と透析液側の圧力を調節して
除水量を得る方法や除水する量を計量ポンプにより透析
液回路より直接に排出する等種々の方法が採られてい
る。

一般に、限外濾過率は透析膜の素材に係る物理的特性及
び膜面積の相違、透析する血液の組成の相違及び経時的
変動等の多数の要素により変動するものであるが、血液
透析における除水は透析器内に供給される透析液の流量
に比較して除水量が極めて少量であるため、高精度の除
水管理を行うために、例えば限外濾過圧を制御して透析
中経時的に透析液の増加量を計測し限外濾過率を計測す
る場合、この計測値により限外濾過圧を自動制御して決
定する方法がある。このための限外濾過率を計測する手
段として、プランジャーポンプ、ピストンポンプ或は隔
膜を介してピストンを摺動する構造等の各種濾過量計測
器を透析液側回路に設けている。

このような構成による透析においては、一般に透析時間
５時間で１５０の透析液を透析器内に供給する間に透
析液側にて３〜５の除水を行うように除水量の制御を
する。

ところが、人体に生理的影響のない誤差として除水量を
０，１以内に保持するためには、１／１，５００の高
精度を維持しなければならず、例えば除水量５に対し
ては０，０２％以内の高精度が要求される。

しかるに、従来の計量ポンプでは摺動部の摩耗やシール
部材の損傷によって気密性を保持できずに計量ポンプが
漏洩し、要求される精度を長期間に渡って維持すること
が困難であるという問題点があった。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかして、上記のような問題点に鑑みて本側出願人によ
り除水量調節用ポンプが提案されている（実願平１−26
7611号）。この除水量調節用ポンプは、パルスモータ等
の制御回転駆動手段によりその回転動作を直線運動に変
換する機構を介して軸方向に伸張又は収縮変形されるベ
ローズの内腔容積を変量し、ベローズの内腔に連通した
給排口からの液体給排作用により被計測流体の計量をす
るようにしたものである。

この装置は、制御回転駆動手段の回転角と比例してベロ
ーズが軸方向に変形することにより、パルス信号電流に
よりベローズの容積変量を指定して流体の正確な計量を
可能にしている。これにより、血液透析回路において簡
単且つ高精度な限外濾過量を計測することが可能となる
除水量調節用ポンプが実現され、血液透析における高精
度の除水管理を行うことができる。

本考案は、この除水量調節用ポンプの改良に係るもので
ある。

即ち、上記の本願出願人によるポンプにおいて計測のた
めの隔室を形成するのに用いられるベローズは、蛇腹状
の金属材料から形成されたものであり、動作時の伸張又
は収縮という使用状況下では金属疲労による精度の低下
及び耐久性能が問題となる。また、このような金属ベロ
ーズはその弾性体の圧縮及び伸張にもバネ定数に抗する
駆動力を要することになり、計量液の作用力に加算され
るため、これを駆動するのに目的外の大きなトルクを有
するモータが必要となる。

従って、本考案では、正確な計測精度を満足することは
もとより、経年使用による耐久性能の劣化をなくし、長
期使用にあっても信頼性を保持し得る除水量調節用計量
ポンプを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するために、本考案は、透析療法に用
いる除水量調節機構を有する透析装置において除水量を
計測して指定する除水量調節用計量ポンプであって、ヘ
ッド部(1a)と胴部(1b)とボトム部(1c)とを連結固定して
なるシリンダ(1)の内側壁に対し隙間を開けて内挿され
たピストン(7)の上側及び下側にゴム又はこれに布等を
含んでなる可撓性隔膜材(4,5)が外周部を前記シリンダ
のヘッド部(1a)と胴部(1b)及び胴部(1b)とボトム部(1c)
との各連結部にて気密に挟持固定され、該可撓性隔膜材
(4,5)の内周部が前記ピストン(7)に固着されると共にそ
の外周部内側に沿って折返し部(4a、5a)が形成され、該
折返し部は前記上下側可撓性隔膜材間で陰圧に保たれて
これら上下側可撓性隔膜材を互いに引き込んだ状態に
し、前記上側可撓性隔膜材(4)と前記シリンダヘッド部
(1a)間で形成される容量計測室(R1)には給排口(19)が設
けられたことを特徴とし、前記ピストン(7)の下面中央
部に駆動ナット(9)を固設し、モータ軸(12)に直結され
た駆動軸(13)に雄ネジを形成して前記駆動ナット(9)に
係合させ、前記モータ軸(12)の回転により前記ピストン
(7)を前記シリンダヘッド部(1a)に向けて進退させるよ
うにしてある。

〔作用〕

上記のように構成された本考案においては、パルスモー
タ等の制御回転駆動手段による回転駆動は上下動に変換
されて、該ピストンをシリンダの軸方向に上下駆動す
る。このピストンの上下動に従って上側可撓性隔膜材と
シリンダヘッド部間の容量計測室の容量が変化せしめら
れ、その容積変量が容量計測室の給排口からの液体の給
排液作用に寄与し、制御回転駆動手段の回転角と比例
し、駆動回路からパルス信号により容量計測室の容積変
化量を指定して正確な流体の計量を可能にする。

本考案における可撓性隔膜材は、ゴム又はこれに布等の
補強材を含んでなり、その外周部の内側に沿って形成さ
れた折返し部は、シリンダとピストンの隙間にて上下側
可撓性隔膜材間で陰圧に保たれて互いに引き込まれた状
態にされ、ピストンが下降するとこの折返し部は引き込
まれた状態を保ったままピストン壁からシリンダ壁へと
滑らかに摩擦なく転がりながら折返し部を移行させる。
この際、圧力の大部分は可撓性隔膜材の内周部、即ちこ
の内周部を支持するピストンが受け（実施例のようにキ
ャップ６を取付けた場合はこのキャップが受ける）、可
撓性隔膜材自体が受ける押圧力はシリンダとピストンの
隙間の折返し部だけであり、該折返し部の輪状面積はシ
リンダー面積の一部を占めるだけに過ぎず、ここで受け
る応力は微弱なものである。このように可撓性隔膜材に
作用する張力は小さいものであるからこの膜材を薄膜で
構成しても長年月の使用に耐えることができるモータを
実現でき、またこのモータの小型化に有益である。ま
た、従来のベローズの金属疲労についての問題点が本考
案の可撓性隔膜材では全く回避される。実験結果による
と、金属ベローズの耐久性能は５万回の伸縮限度を有す
るのに対し、本考案の可撓性隔膜材によると１００万回
の伸縮に耐える耐久性能を有するものである。

さらに、可撓性隔膜材の可撓性なる性質によりパルスモ
ータ等の回転軸ネジの芯ブレにおいてもシリンダーとピ
ストンとの間隙に余裕があるため柔軟に対応することが
できる。

さらにまた、本考案では上下側の可撓性隔膜材により挟
まれ気密にされた隔室は陰圧に保持されるから上下側可
撓性隔膜材は互いに引き込まれた状態にされて可撓性隔
膜材の歪が除去され、上側可撓性隔膜材の形状変化によ
る不測な容量計測室の容積変動がなく、該容量計測室の
高精度な計測を可能とする。

〔実施例〕 以下、本考案の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は除水量調節用計量ポンプの断面図である。第２
図は本考案の除水量調節用計量ポンプの使用例を示す透
析液回路である。

第１図において、シリンダ１はヘッド部１ａと胴部１ｂ
とボトム部１ｃとからなり、夫々ボルト締結により互い
に連結されている。このシリンダ１内にはピストン７が
シリンダ壁面と適当な隙間を開けて内挿されている。ピ
ストン７の上面及び下面にはベロフラム４、５が外周部
４ｂ、５ｂをシリンダ１の各連結部間（ヘッド部１ａと
胴部１ｂとの間、胴部１ｂとボトム部１ｃとの間）で気
密に挟持固定され、内周部がキャップ６、８のボルト締
結により固定保持されている。このベロフラム４、５は
本考案の可撓性隔膜材として用いられたもので外周部内
側に沿って折返し部４ａ、５ａが形成され、該折返し部
４ａ、５ａはシリンダ胴部１ｂとピストン７との隙間に
て互いに向き合うように装着される。このように構成さ
れた折返し部４ａ、５ａ間にはシリンダ胴部１ｂに陰圧
口１８が設けられて陰圧室Ｒ２を形成し、この陰圧室は
陰圧口１８よりシリコンオイル等の粘性流体又は空気を
介して気密的に陰圧状態にされ、ベロフラム４、５を互
いに引き込んで各ベロフラムの歪が取り除かれることに
より、シリンダヘッド部１ａとピストン７間の容量計測
室Ｒ１におけるベロフラム４の不測な容量計測室の容積
変動をなくし、該容量計測室の高精度な計測を可能とす
る。容量計測室Ｒ１はベロフラム４により気密に閉塞さ
れ、この室の頂部には給排口１９が設けられている。

ピストン７の下面中央部にはシリンダ１の軸方向に内腔
部７ａが穿設され、この内腔部には潤滑油含布７ｂが嵌
入され、この内腔部７ａに位置合わせされて雌ネジが刻
設された駆動ナット９がピストン７の下面について固設
されている。

駆動ナット９外周には下方に向けて延長スリーブ１４が
固着され、駆動ナット９内には補助ナット１４ｂがネジ
止めされ、駆動ナット９と補助ナット１４ｂ間にコイル
バネ１４ａが介装され、これにより駆動軸１３の雄ネジ
と駆動ナット９の雌ネジとの係合余裕を一方向になくし
て軸芯のずれを補正することができる。

ピストン７に固設された前記延長スリーブ１４には外方
に突き出した摺動突起１６が付設され、これがシリンダ
ボトム部１ｃの下部に付設されピストン７の進退方向に
沿って設けられた案内用長孔１６ａに摺動可能に挿入さ
れている。

シリンダ１は支柱１０を介して盤環状のプレート１１上
に支持され、このプレート１１の下部にはパルスモータ
２が固設され、パルスモータ２のモータ軸１２には上記
駆動ナット９と螺合する駆動軸１３がスリーブ１２ａに
より固設されている。なお、この回転駆動用モータはパ
ルスモータに限定されず、回転及び停止を敏速に行える
減速機付電動モータを使用することもできる。

このような構成により、パルスモータ２が回転すると摺
動突起１６と案内用長孔１６ａとの係合関係により回動
が抑制され、駆動ナット９と駆動軸１３との螺合位置が
軸方向のみに相対移動してピストン７を上下方向に移動
することができる。

また、モータ軸１２と駆動軸１３との連結用スリーブ１
２ａにはモータ軸１２の回転に伴って回転する信号円盤
１７ｃが付設されると共に、信号円盤１７ｃの回転位置
を検出する回転センサ１７ｂが設けられ、該回転円盤１
７ｃの回転位置が検知されることによりモータ軸１２の
回転角度が検出される。また、摺動突起１６の上下位置
に対向して位置検出センサ１７ａが設けられ、これによ
り摺動突起１６の上下動を検知してピストン７の動作位
置を検出し、これにもとずきピストン７の上下動の切換
えを行うことができる。

上記構成の除水量調節用計量ポンプは、パルスモータ２
の回転駆動制御により駆動するものであり、パルスモー
タ２を駆動して駆動軸１３を回転させるとピストンが上
下方向に移動し、容量計測室Ｒ１の容積が変量される。
この容積変量が容量計測室Ｒ１の給排口１９における液
体給排作用に寄与し、パルスモータ２の回転角と比例さ
せることができ、こうしてパルス信号により除水制御回
路の容量を指定することができる。

上記構成の除水量調節用計量ポンプは、例えば第２図に
示すような除水速度制御装置の透析液回路に使用して液
量の高精度の決定調整に用いることができる。

透析器ＤＬのＡ側が透析液側、Ｂ側が血液側である。Ｖ
ｉとＶｏは、夫々透析器ＤＬの透析液供給側と排出側流
路に設けた流入側電磁弁と排出側電磁弁であり、両者間
にバイパス用電磁弁ＶＢを接続してバイパス回路２１を
構成してある。

透析液供給側回路２２は、陰圧バルブ３３と陰圧ポンプ
Ｐｉからなる陰圧ラインＬｉを経て給水側ＩＮからの気
泡等を徐気する徐気槽３２を介し、流れ検知器Ｆｉを経
て透析液原液３１をバルブＶ１の切換により供給し、切
換バルブＳＶｉを介して濃度検知を兼ねたミキシング槽
３０を経てかくして作られた透析液を流入側電磁弁Ｖｉ
を介して透析器ＤＬに送る回路により構成されている。
切換バルブＳＶｉには給液側計量チャンバーＭＣｉが分
岐接続されている。給液側計量チャンバーＭＣｉは、切
換ダイヤフラム２５、２５′によって区画された左右２
個の隔室とダイヤフラム２５、２５′間の中央室２６を
有しており、該ダイヤフラム２５、２５′は滑性膜で構
成されて相対する内壁の左右に展沿するよう形成されて
いる。

排液回路２３は、透析器ＤＬに接続された排出側電磁弁
Ｖｏと切換バルブＳＶｏを経て流れ検知器Ｆｏを介して
廃透析液排出側ＯＵＴに設けた吸引ポンプＰｏとからな
り、切換バルブＳＶｏには排液側計量チャンバーＭＣｏ
が分岐接続されている。排液側計量チャンバーＭＣｏ
は、ダイヤフラム２４、２４′によって区画された左右
２個の隔室とその間の中央室２６′を有し、切換バルブ
ＳＶｏにより出入口側が逆転する左右２個の隔室を有し
ており、滑性膜で相対する内壁の左右に展沿するよう形
成されている。

なお、図中Ｋは流れ検出器Ｆｉ、Ｆｏに設けたフロート
監視用の光センサである。

上記両切換バルブＳＶｉ、ＳＶｏは中央制御装置（図示
せず）によって駆動される。

本考案になる除水量調節用計量ポンプＭＰｉ、ＭＰｏの
容量計測室Ｒ１は各給排口１９を介して給液側計量チャ
ンバーＭＣｉ及び排液側計量チャンバーＭＣｏに連通さ
れ、また各計量ポンプＭＰｉ、ＭＰｏの陰圧室Ｒ２は陰
圧口１８を介し逆止弁Ｖ２を経て陰圧ラインＬｉに連通
され、各陰圧室Ｒ２を常時陰圧に保つ。

本考案に係る除水量調節用計量ポンプＭＰｉ、ＭＰｏを
使用した上記構成例の除水量制御装置は次のように除水
量を計量する。

透析液は、バイパス用電磁弁ＶＢを閉止した状態ではＩ
Ｎから透析器ＤＬを介してＯＵＴに排出されるから透析
した液量（除水量）がＯＵＴ側の増加となって現れる。

給液側ＩＮから供給された透析用水は給液側計量チャン
バーＭＣｉの先側が満たされると流れ検出器Ｆｉのフロ
ートが瞬時に下降する。この下降を光センサＫが関知し
て切換バルブＳＶｉを切り替えて該チャンバーＭＣｉの
反対側と連通し、チャンバー内の液を透析器ＤＬを介し
てＯＵＴ側の切換バルブＳＶｏに流通する。該切換バル
ブＳＶｏも前記切換バルブＳＶｉと同様な動作で廃透析
液排出側ＯＵＴに流出する。

上記透析液の流通に際して給液側計量チャンバーＭＣｉ
と廃液側計量チャンバーＭＣｏの両チャンバーの切換時
間の間隔を１／１，０００秒の刻み単位で比較し、透析
液を電磁弁Ｖｉ、Ｖｏを閉止してバイパス用電磁弁ＶＢ
を開いて流通させ、透析液回路のＩＮとＯＵＴの流量が
等しくなる状態を形成する。その状態で給液側計量チャ
ンバーＭＣｉと廃液側計量チャンバーＭＣｏの切換時間
が同一になるように、給液側計量チャンバーＭＣｉの中
央室２６の不揮発性液を本考案の除水量調節用計量ポン
プＭＰｉを作動させて給排を自動調整して決定する。こ
の操作によって除水量は除水量調節用計量ポンプＭＰｏ
を駆動制御し、指定される除水量に見合うように動作量
を増加することによって決定することができる。次に、
バイパス用電磁弁ＶＢを閉じ、電磁弁Ｖｉ、Ｖｏを開い
て流通させ、切換時間がＩＮ側とＯＵＴ側で等しくなる
ように吸引ポンプＰｏを制御して透析器ＤＬの膜に作用
する限外濾過圧を作り血液透析における除水の指定制御
を継続する。

上記の第２図の透析回路においては、透析記ＤＬのＩＮ
側を高くしＯＵＴ側を低くしたときに生じるＯＵＴ側の
陰圧により、透析器ＤＬに除水作用を為すようにしてあ
るが、さらに本考案は、除水量調節用計量ポンプＭＰ
ｉ、ＭＰｏの給排量を調整することにより、透析器ＤＬ
の膜を隔てて血液側（Ｂ側）に対する陽圧と陰圧とを透
析液側（Ａ側）に発生させ、これにより、透析液の圧入
と水分の引出しとを交互に行うようにすることができ
る。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案における除水量調節用計量
ポンプは液体の相対量を正確に計測することができるた
め、血液透析において除水量を高精度に管理することが
できる。（実験結果によれば、０，０１２ｍ／１パル
スの精度を発揮することができる。） 本考案の除水量調節用計量ポンプにおいては、容量計測
室を気密に隔てる可撓性隔膜材に対する受圧はシリンダ
とピストンの隙間の折返し部だけである。従って、薄く
しなやかな布入り隔膜材を用いることができる。

また、従来のベローズは金属疲労により耐久力が弱く従
って長期信頼性に欠けるものであったが、本考案の可撓
性隔膜材ではこのような問題点は全く発生せず、耐久性
を向上して長期使用においても高い信頼性を保つことが
できる。

さらに、本考案では上下側の可撓性隔膜材により気密に
された隔室は陰圧状態に保持されて上下可撓性隔膜材を
互いに引き込んだ状態にするから、可撓性隔膜材の圧力
歪が除去され、上側可撓性隔膜材の形状変化による不測
な容量計測室の容積変動がなく、該容量計測室の高精度
な計測を可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の除水量調節用計量ポンプの一部切欠断
面図である。第２図は本考案の除水量調節用計量ポンプ
の使用例を示す透析液回路である。 １……シリンダ、１ａ……シリンダヘッド部、１ｂ……
シリンダ胴部、１ｃ……シリンダボトム部、２……パル
スモータ、４……上側可撓性隔膜材（ベロフラム）、５
……下側可撓性隔膜材（ベロフラム）、４ａ、５ａ……
可撓性隔膜材の折返し部、６、８……キャップ、７……
ピストン、７ａ……内腔部、９……駆動ナット、１２…
…モータ軸、１４……駆動軸、１４ａ……コイルバネ、
１４ｂ……補助ナット、１６……摺動突起、１６ａ……
案内用長孔、１７ａ……上下位置検出センサ、１７ｂ…
…回転センサ、１７ｃ……信号円盤、Ｒ１……容量計測
室、Ｒ２……陰圧室

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】透析療法に用いる除水量調節機構を有する
   透析装置において除水量を計測して指定する除水量調節
   用計量ポンプであって、ヘッド部(1a)と胴部(1b)とボト
   ム部(1c)とを連結固定してなるシリンダ(1)の内側壁に
   対し隙間を開けて内挿されたピストン(7)の上側及び下
   側にゴム又はこれに布等を含んでなる可撓性隔膜材(4,
   5)が外周部を前記シリンダのヘッド部(1a)と胴部(1b)及
   び胴部(1b)とボトム部(1c)との各連結部にて気密に挟持
   固定され、該可撓性隔膜材(4,5)の内周部が前記ピスト
   ン(7)に固着されると共にその外周部内側に沿って折返
   し部(4a、5a)が形成され、該折返し部は前記上下側可撓
   性隔膜材間で陰圧に保たれてこれら上下側可撓性隔膜材
   を互いに引き込んだ状態にし、前記上側可撓性隔膜材
   (4)と前記シリンダヘッド部(1a)間で形成される容量計
   測室(R1)には給排口(19)が設けられたことを特徴とし、
   前記ピストン(7)の下面中央部に駆動ナット(9)を固設
   し、モータ軸(12)に直結された駆動軸(13)に雄ネジを形
   成して前記駆動ナット(9)に係合させ、前記モータ軸(1
   2)の回転により前記ピストン(7)を前記シリンダヘッド
   部(1a)に向けて進退させるようにした除水量調節用計量
   ポンプ。
2. 【請求項２】前記モータ軸(12)の回転に伴って回転する
   信号円盤(17c)を設け、該信号円盤の回転位置を検知す
   ることにより前記モータ軸(12)の回転角度を検出する回
   転センサ(17b)を設けた請求項１記載の除水量調節用計
   量ポンプ。
3. 【請求項３】前記駆動軸(13)の係合する前記駆動ナット
   (9)の外周に前記駆動軸(13)を囲繞する延長スリーブ(1
   4)を固設し、該延長スリーブ(14)内に補助ナット(14b)
   を付設し、前記駆動ナット(13)と前記補助ナット(14b)
   との間にコイルバネ(14a)を介装して前記駆動軸(13)と
   前記駆動ナット(9)との係合余裕を一方向になくした請
   求項１記載の除水量調節用計量ポンプ。
4. 【請求項４】前記ピストン(7)に固設された前記延長ス
   リーブ(14)に摺動突起(16)を設けると共に前記ピストン
   (7)の進退方向に沿って長孔を有する案内用長孔(16a)を
   設け、該長孔に前記摺動突起(16)を挿入して前記ピスト
   ン(7)の回動を抑制すると共に、前記摺動突起(16)に対
   向する上下位置に位置検出センサ(17a)を設けて前記ピ
   ストン(7)の動作位置を検出するようにした請求項１記
   載の除水量調節用計量ポンプ。
5. 【請求項５】前記駆動モータ(2)はパルスモータ又は回
   転及び停止を敏速に行える減速機付電動モータにより構
   成された請求項２記載の除水量調節用計量ポンプ。