JPH08166301A - ピロー型圧力検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】低コストで使い捨てができるピロー型の圧力反
応治具を用いるようにすると共に、圧力検出時のヒステ
リシスの発生を防止する。 【構成】前面側にロードセル型の荷重センサーが設置さ
れた基板と、該基板に対して所定間隔を保持すべく取り
付けられたホルダーカバーと、前記基板とホルダーカバ
ーとの間に配設された平板状の荷重伝達板及び平板状の
押え板と、これらの荷重伝達板及び押え板の間に配設さ
れたピロー型の圧力反応治具と、前記基板とホルダーカ
バーとに跨って取り付けられた前記圧力反応治具の所定
個所を挟持するピロー保持部材とで構成したピロー型圧
力検出器において、前記荷重伝達板と平板状の押え板の
いずれか一方又は両方のそれぞれの全体の面積が、ピロ
ー型圧力反応治具を使用最小圧力で平板に接触させたと
きの接触面積よりも小さく設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、使用実績のあるピロー
型の圧力反応治具を用いて一義的且つ直線的な圧力検出
を行うようにした血液処理装置等の医療機器に用いられ
る圧力検出器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】血液処理装置等の医療機器においては、
体外へ取り出した血球や血漿等の血液成分を処理して不
要物質を除去した後、これを体内へ戻して循環させてい
る。而して、これらの医療機器では、患者の体内から直
接血液を取り出して戻すようにしているため、患者の体
に影響を及ぼさないようにすることが重要である。その
ためには、採血圧，処理工程における血漿圧や血漿濾過
圧，更には返血圧等を所定の範囲になるように管理しな
ければならない。

【０００３】例えば、図４に示す血液処理装置１にあっ
ては、血液ポンプ２により採血された血液を血液濾過器
３へ供給し、血球成分と血漿とに分離している。分離さ
れた血漿は、血漿ポンプ４により血漿濾過器５へ供給さ
れ、ここで血漿中に含まれている有害な高分子成分が濾
過される。そして、血漿は濃縮した状態で除血漿ポンプ
６により排出される。この際、必要に応じて除血漿ポン
プ６で排出された濃縮血漿に見合った量の置換液７が置
換液ポンプ８を介して補充される。このような処理のな
された血漿は、先に分離された血球成分と混合された
後、気泡検出器９を経て体内へ返血されるようになって
いる。

【０００４】而して、前記血液処理装置１にあっては、
上述の処理経路の途中に、採血圧検出器１０と、血液濾
過圧力計１１と、血漿圧力計１２と、血漿濾過圧力計１
３と、返血圧力計１４との合計５個の圧力検出器を設置
し、異常の有無を検出している。このような圧力検出器
として、本出願人は特開平３−２５４７５４号公報や特
開平４−３４６０４４号公報に開示された技術を既に出
願済みである。

【０００５】これらの先願技術は、それまでの圧力検出
器であるドリップチャンバーの欠点を解決したものであ
る。即ち、ドリップチャンバーは、上部に形成された空
気室の圧力を圧力センサーで検出することにより液の圧
力を検出するものであるが、圧力の変動に伴いドリップ
チャンバーの液面が変動するので、この変動幅を吸収す
るためにある容量以上の体積をチャンバーに溜めなけれ
ばならない。その結果、プライミングボリュームの増加
を余儀なくされるという欠点があった。前記先願技術
は、このことに鑑み、プライミングボリュームの増加の
必要のないピロー型の圧力検出器を開発したものであ
る。

【０００６】図５乃至図７は、本出願人が先に出願した
特開平４−３４６０４４号公報の技術を示すものであ
る。この先願技術は、ピロー型の圧力反応治具１５を、
ロードセル型の荷重センサー１６が設置された基板１７
とホルダーカバー１８との間に配設している。そして、
この圧力反応治具１５のセット時にあって、圧力反応治
具１５に付勢な歪変形が生じないように、荷重センサー
１６を両側から同時に挟持すべく、基板１７と圧力反応
治具１５との間に荷重伝達板１９を配設すると共に、ホ
ルダーカバー１８と圧力反応治具１５との間に押さえ板
２０を配設し、これらの荷重伝達板１９及び押さえ板２
０を連結ロッド２１で連結して連動させるようにしてい
る。

【０００７】また基板１７側にピロー保持部材の弾性支
持機構２２を設け、更にロードセル型の荷重センサー１
６に歪変形が生じないように、これを薄板の押圧部材２
３を介して基板１７へ設置するようにしている。要する
に、圧力検知部分のセットに起因する歪要因をなくすよ
うにし、結果的に検出精度の向上を実現するようにして
いる。従って、前記ピロー型の圧力反応治具１５は、そ
の内部圧力に対して姿勢を崩すことなく、反応すること
ができ、内部圧力の変動をロードセル型の荷重センサー
１６へ正確に伝達させるようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、前記先願
技術にあっては、ピロー型の圧力反応治具１５と、押さ
え板２０及び荷重伝達板１９との接触面積が内部圧力の
変動によって変化し、これが測定値に悪影響を与えると
いう欠点があった。

【０００９】すなわち、このようなピロー型の圧力反応
治具１５を用いる圧力検出器にあって、内部圧力をＰと
し、荷重伝達板１９と圧力反応治具１５との接触面積を
Ｓとすると、荷重伝達板１９に作用する応力Ｆは、Ｆ＝
Ｐ×Ｓ……式で表される。而して、圧力反応治具１５
は、その内部圧力が変化すると、図８に示すように、荷
重伝達板１９及び押さえ板２０との接触面積Ｓが変化す
るようになる。そのため、荷重伝達板１９と圧力反応治
具１５との接触面積がＳ_１からＳ_２へと変化するように
なり、前記式から明らかなように、変動要因がＰとＳ
の二つとなり、荷重伝達板１９へ作用する応力Ｆの値
は、内部圧力Ｐに対して一義的に比例したものではなく
なる。

【００１０】従って、前記先願技術にあっては、圧力反
応治具１５の内部圧力の変化に対応して荷重伝達板１９
と圧力反応治具１５との接触面積Ｓが変化する分だけ、
内部圧力の変動よりも荷重センサー１６で測定される測
定値の方が大きくなる。そのため、出力特性曲線は正確
には二次曲線となり、一義的且つ直線的な検出が行えな
くなり、その分だけ初期値の設定、すなわち、治療開始
に際する準備（キャリブレーション）が難しくなるとい
う欠点があった。

【００１１】また圧力反応治具１５の内部圧力の変化に
対応して荷重伝達板１９と圧力反応治具１５との接触面
積Ｓが変化することに起因して、圧力反応治具１５の内
部圧力が増加する方向へ変化する場合と、内部圧力が減
少する方向へ変化する場合とにおいて、同じ内部圧力の
ときの測定値が僅かに相違するという欠点があった。い
わゆる、ヒステリシス損が発生し、その分だけ測定精度
が悪くなるものであった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来の前記課
題に鑑みてこれを改良除去したものであって、低コスト
で使い捨てができ、しかも圧力変動を正確に検出するこ
とのできる圧力検出器を提供せんとするものである。

【００１３】而して、前記課題を解決するために本発明
が採用した手段は、前面側にロードセル型の荷重センサ
ーが設置された基板と、該基板に対して所定間隔を保持
すべく取り付けられたホルダーカバーと、前記基板とホ
ルダーカバーとの間に配設された平板状の荷重伝達板及
び平板状の押え板と、これらの荷重伝達板及び押え板の
間に配設されたピロー型の圧力反応治具と、前記基板と
ホルダーカバーとに跨って取り付けられた前記圧力反応
治具の所定個所を挟持するピロー保持部材とで構成した
ピロー型圧力検出器において、前記荷重伝達板と平板状
の押え板のいずれか一方又は両方のそれぞれの全体の面
積が、ピロー型圧力反応治具を使用最小圧力で平板に接
触させたときの接触面積よりも小さく設定されているこ
とを特徴とするピロー型圧力検出器である。

【００１４】

【作用】本発明のピロー型の圧力検出器にあっては、圧
力反応治具と接触する荷重伝達板及び押さえ板のいずれ
か一方又は双方のそれぞれの全体の接触面積が、圧力反
応治具の内部圧力の最も小さいときの接触面積よりも小
さくなるように設定されている。すなわち、圧力反応治
具は内部圧力が最も小さいときの接触面積でもって荷重
伝達板及び／又は押さえ板と接触しており、内部圧力が
変化した場合であっても前記接触面積が変化することは
ない。

【００１５】従って、本発明の圧力反応治具の内部圧力
の変化は、荷重センサーに一義的且つ直線的に伝達され
るようになり、極めて高精度の圧力測定が可能である。
また圧力が増加する方向へ変化した場合と、圧力が減少
する方向へ変化した場合とにおいて、同一圧力では同一
の測定値が得られ、ヒステリシス損が発生するというこ
ともない。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明の構成を図面に示す実施例に
基づいて説明すると次の通りである。なお、従来の場合
と同一符号は同一部材である。図１は本発明の一実施例
に係るものであり、ピロー型圧力検出器の圧力反応治具
１５と、荷重伝達板１９と、押さえ板２４との接合関係
を示す側面図である。同図に示す如く、この実施例にあ
っては、押さえ板２４を直径が７ｍｍで且つ厚みが４．
６ｍｍの円板状部材としている。この押さえ板２４の面
積（圧力反応治具１５と接合する面積と同じ）Ｓ_Ｘは、
πｒ^２の公式から求めることができ、この場合、約０．
３８ｃｍ^２である。

【００１７】而して、本実施例にあっては、前記押さえ
板２４の面積Ｓ_Ｘが、次のような条件を満足するように
設定されている。すなわち、ピロー型圧力検出器を使用
した場合において、圧力反応治具１５に作用する内部圧
力の変化の全範囲のうち、その最小圧（以下は、使用最
小圧という）であるときに、図７に示す従来の平板状の
押さえ板２０のように、十分に大きな押さえ板を配置し
た場合の圧力反応治具１５がこれと接触する面積Ｓ_Ｙよ
りも小さくなるようにＳ_Ｘを設定している。

【００１８】このように、前記円板状の押さえ板２４の
面積Ｓ_Ｘを限定することにより、圧力反応治具１５が荷
重伝達板１９と接触する面積は、これをＳ_０とすると、
Ｓ_０は次のようなものとなる。すなわち、圧力反応治具
１５の内部圧力が、図１の実線で示すように使用最小圧
力であるときから、同図の鎖線で示すように使用最大圧
まで増加した場合、圧力反応治具１５の荷重伝達板１９
との接触面積はＳ_０のままであり、圧力反応治具１５は
内部圧力の変動に対して前記接触面積以外の部分で膨張
するという挙動を行うだけである。

【００１９】つまり、内部圧力の変動に対する圧力反応
治具１５と荷重伝達板１９との接触面積は、使用最小圧
のときの接触面積Ｓ_０のままであり、圧力反応治具１５
に作用する内部圧力の変化があったとしても前記面積Ｓ
_０は常に一定である。そのため、これを前述した式に
当てはめると、Ｆ＝Ｐ×Ｓ_０となり、荷重伝達板１９を
介して荷重センサー１６へ作用する応力Ｆは、圧力反応
治具１５の内部圧力Ｐに一義的に比例するようになり、
その出力特性は一直線となる。

【００２０】このように、圧力反応治具１５の内部圧力
に対して、荷重センサー１６が一義的且つ直線的な出力
をするものであれば、これを使用する治療器具のキャリ
ブレーションは極めて簡単であり、且つ正確に行うこと
が可能である。

【００２１】なお、前記円板状の押さえ板２４は、図５
乃至図７に示す従来の場合と同じように、ホルダーカバ
ー１８に取り付けられた操作ハンドル２５のハンドル軸
２６の先端に固定されている。操作ハンドル２５は、圧
力反応治具１５のセット時の初期値を設定するためのも
のである。これは、ピロー型の圧力検出器では、圧力反
応治具１５が荷重伝達板１９と押さえ板２４との間で間
隙を有している場合は、その内部圧力の変化を正確に測
定することは不可能だからであり、圧力反応治具１５を
荷重伝達板１９と押さえ板２４とによってある程度押圧
した状態から使用することが必要だからである。

【００２２】そのため、本実施例にあっては、操作ハン
ドル２５を回動操作し、前記ハンドル軸２６をホルダー
カバー１８に対して螺合前進又は後退させることで、押
さえ板２４の圧力反応治具２５に対する押圧力を変更
し、その内部圧力をある値の初期値に設定している。な
お、この初期値が、前述した使用最小圧の値よりも大き
いものであることは当然である。次に、本実施例に係る
ピロー型圧力反応治具１５を用いて圧力測定を行った実
験結果と、その比較例とについて説明する。

【００２３】

【実験例】この実験例に用いた各部材の主要諸元は、次
の通りである。すなわち、ピロー型圧力反応治具１５
は、 肉厚 １．０ｍｍ 上下の厚さ １１．６ｍｍ ヤング率 ４０Ｋｇｆ／ｃｍ^２ である。また押さえ板２４と荷重伝達板１９との寸法
は、 押さえ板寸法 ７ｍｍ直径の円板 荷重伝達板寸法 ３０ｃｍ×１５ｃｍの長方形の平板 である。

【００２４】実験は、圧力反応治具１５に作用する圧力
Ｐを０〜５００ｍｍＨｇまで５０ｍｍＨｇ間隔で上昇さ
せた後、同様に下降させ、各圧力における荷重センサー
１６の出力を読み取って行った。そして、同様の実験
を、押さえ板２４と荷重伝達板１９との間のクリアラン
ス（間隙寸法）を５２％、６５％、７８％に変更して合
計三回行った。クリアランスは、圧力反応治具１５の厚
さ１１．６ｍｍに対するパーセンテージで表示してい
る。クリアランスを変更することにより、セット時の初
期値が設定されることになる。

【００２５】

【比較例】次に比較例の主要諸元について説明する。ピ
ロー型圧力反応治具１５の肉厚、上下の厚さ、ヤング率
と、荷重伝達板１９の大きさ寸法とは、前記実験例の場
合と同じである。この比較例では、押さえ板２０の大き
さ寸法を、 押さえ板寸法 ３０ｃｍ×１５ｃｍの長方形の平板 とし、荷重伝達板１９の大きさ寸法と同じにしている。
またこの比較例では、押さえ板２０と荷重伝達板１９と
の間のクリアランスを、５２％、６５％、７８％、９１
％とに設定し、合計四回のデータを採取している。圧力
反応治具１５への圧力を作用させる要領は、前述した実
験例の場合と同じである。

【００２６】図２は前記実験例の結果を示す特性図であ
り、また図３は比較例の結果を示す特性図である。図２
に示すように、本発明の実施例に係る技術である実験例
の結果によれば、いずれの場合も、ロードセル型の荷重
センサー１６で検出された値は、流体圧力の変化に対し
て直線的に変化しており、またヒステリシスを発生させ
てもおらず、極めて正確な圧力検出が行われたことが明
らかである。

【００２７】これに対して、従来技術である比較例の結
果は、図３に示すように、クリアランスの割合が大きく
なるに連れて、特性曲線が二次曲線になってその曲がる
度合いも大きくなっており、初期値の設定は困難であ
る。また圧力を上昇させた場合の軌跡と、圧力を下降さ
せた場合の軌跡とが異なり、いわゆるヒステリシスを生
じている。このことからも、正確な圧力の検知が行えな
くなる虞れがあるのは明らかである。

【００２８】ところで、本発明は上述した実施例に限定
されるものではない。例えば、上述した実施例は、押さ
え板２４がピロー型の圧力反応治具１５と接触する面積
を、使用最小圧力のときの圧力反応治具が十分に広い平
板と接触する面積よりも小さくなるように設定したが、
これは荷重伝達板１９の面積を使用最小圧力のときの面
積よりも小さくなるように設定してもよく、また押さえ
板２４と荷重伝達板１９との双方の面積をそれぞれ小さ
くなるように設定してもよい。

【００２９】更に、面積を小さくする場合の押さえ板２
４又は荷重伝達板１９の形状は、円板状以外にも三角形
やその他の多角形であってもよく、不特定形状又はピン
状であってもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明にあっては、
圧力反応治具と接触する荷重伝達板及び押さえ板のいず
れか一方又は双方のそれぞれの全体の接触面積が、使用
状態における圧力反応治具の内部圧力の最も小さいとき
の接触面積よりも小さくなるように設定したから、内部
圧力が変化した場合であっても前記接触面積が変化する
ことはなく、圧力反応治具は接触面積以外の部分で膨張
・収縮するという挙動を示すだけである。

【００３１】従って、本発明の圧力反応治具の内部圧力
の変化は、荷重センサーに一義的且つ直線的に伝達され
るようになり、極めて高精度の圧力測定が可能である。
また圧力が増加する方向へ変化した場合と、圧力が減少
する方向へ変化した場合とにおいて、同一圧力では同一
の測定値が得られ、ヒステリシス損が発生するというこ
ともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明する圧力反応治具と荷重伝
達板と押さえ板との取付関係を示す側面図である。

【図２】本発明に係るピロー型圧力検出器の出力特性を
示す図面である。

【図３】従来技術に係るピロー型圧力検出器の出力特性
を示す図面である。

【図４】従来の血液処理装置を示す回路図である。

【図５】従来のピロー型圧力検出器のホルダーカバーを
開放した状態を示す斜視図である。

【図６】従来のピロー型圧力検出器のセット状態を示す
斜視図である。

【図７】従来のピロー型圧力検出のセット状態を示す横
断面平面図である。

【図８】従来のピロー型圧力検出器における圧力反応治
具と荷重伝達板と押さえ板との取付関係を示す側面図で
ある。

【符合の説明】

１５…ピロー型の圧力反応治具 １６…ロードセル
型の荷重センサー １７…基板 １８…ホルダーカ
バー １９…荷重伝達板 ２４…押さえ板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前面側にロードセル型の荷重センサーが設
   置された基板と、該基板に対して所定間隔を保持すべく
   取り付けられたホルダーカバーと、前記基板とホルダー
   カバーとの間に配設された平板状の荷重伝達板及び平板
   状の押え板と、これらの荷重伝達板及び押え板の間に配
   設されたピロー型の圧力反応治具と、前記基板とホルダ
   ーカバーとに跨って取り付けられた前記圧力反応治具の
   所定個所を挟持するピロー保持部材とで構成したピロー
   型圧力検出器において、前記荷重伝達板と平板状の押え
   板のいずれか一方又は両方のそれぞれの全体の面積が、
   ピロー型圧力反応治具を使用最小圧力で平板に接触させ
   たときの接触面積よりも小さく設定されていることを特
   徴とするピロー型圧力検出器。