JPH10502429A - 流体案内セグメント - Google Patents

流体案内セグメント

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JPH10502429A JP8510229A JP51022996A JPH10502429A JP H10502429 A JPH10502429 A JP H10502429A JP 8510229 A JP8510229 A JP 8510229A JP 51022996 A JP51022996 A JP 51022996A JP H10502429 A JPH10502429 A JP H10502429A
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Abstract

(57)【要約】 流体の有効かつ正確な蠕動圧送を容易にし、流体の流れの制御を行い、蠕動圧送システムにおいて流体ラインの圧力を検知するための効果的な接触面を提供するための圧送セグメント(10)。圧送セグメントは、剛なベース(14)と剛なカバー(16)との間に挿入されたエラストマー膜と、ベース及びカバーのまわりに摺動可能に取付けられるようになったスライダ(18)とを有している。膜とベースは流体の流れのためのチャンネルを構成し、膜、ベース、及びカバーは、圧送セグメントを通る流体の蠕動圧送を容易にし且つ圧力検知接触面を提供するように協同し、そしてスライダと組み合わせて、流体の流れを制御するように協同する。

Description

【発明の詳細な説明】 圧送セグメント 発明の背景 本発明は一般に、蠕動圧送システムに関し、より詳細には、流体の有効かつ正 確な蠕動圧送を容易にし並びに流体の流れの制御と流体圧力を検知するための効 果的な接触面を提供する、蠕動圧送システムに組み込まれる圧送セグメントに関 する。 伝統的な医療用及び工業用の用途では、蠕動圧送は、流体を収容する略丸いチ ューブを次々に閉塞させてチューブ内で流体を前進させることによって流体の圧 送を行っている。一般的に、チューブが完全には閉塞状態にならず、チューブの 対向壁が接触してチューブを密封し逆流を阻止する場合がある。チューブを密封 するためには丸いチューブがかなりの程度変形する必要があるので、チューブの 壁には大きな応力が加えられる。 このような大きな応力のため、チューブの物理的寸法は幾度も変化し、その結 果、流体の流れと流体圧力に影響が及ぼされ、予想した状態からずれが生ずる。 この課題を取り扱うため、幾つかのシステムでは、高強度と弾性を有する材料を 含むチューブセグメントを備えている。しかしながら、このようなチューブは一 般的に、普通のチューブよりも高価である。さらに、高強度と弾性を有する丸い チューブセグメントを使用するだけでは、丸いチューブを圧縮するのに要する力 及び応力と関連した課題は、完全には処理されない。 他の用途では、圧送システムは、普通のチューブに連結し圧送を容易にするた めの構造体として作動する圧送セグメントに収容される別個の流体チャンバを使 用している。これらの圧送システムの典型的な形体は、チャンバと協同して流体 を圧送するピストンである。これらのチャンバは、普通の丸いチューブにおける 応力及び力と関連した課題を取り扱っているが、製造コストが比較的高い。さら に、このようなチャンバを有するシステムは、その設計が幾分複雑であって製造 が困難でありコストが高いので、制限されている。 蠕動圧送システムでは、流体ラインの圧力を制御し又は監視するのが望ましい 。普通の蠕動圧送システムは典型的には、圧力を制御し又は監視するための別個 の装置を使用しており、1つの装置が蠕動圧送を容易にし、別の装置が流体ライ ンの圧力の測定を容易にしている。このような普通のシステムは典型的には、チ ューブから直かに圧力測定を行っている。しかしながら、蠕動圧送システムがチ ューブから直かに圧力測定を行っている場合には、正確な測定を確保するため、 チューブの寸法と弾性性質を正確かつ綿密に制御しなければならない。 また、正確な圧力測定を行うためには、蠕動圧送システムが、流体圧力と圧力 検知要素との間の効果的な接触面を確保する構造体を利用することが重要である 。チューブから直かに流体圧力を測定する普通のシステムは、チューブとセンサ との間の最適な接触面を欠くことがしばしばあるので、制限されている。一般的 に言えば、チューブに蓄積される著しい負圧により、普通のシステムの接触構造 体はセンサから離れ、これにより流体圧力のセンサへの伝達を阻止する。 蠕動圧送システムでは、流体導管上で作動するが手動による作動も可能である 自動作動式流体制御装置を提供することも望まれている。普通のシステムでは一 般に、流体の流れ制御能力を、流体の蠕動圧送を容易にするように機能する装置 と、流体ラインの圧力の測定を容易にするように機能する装置の別個の装置に組 み込んでいる。今まで提供されてきたこのような普通の流体流れ制御器は、圧送 機構から上流の箇所で可撓性の丸いチューブを部分的に又は完全にクリンプする ための種々のクランプ、レバー又はローラ装置を利用している。或る流れ制御装 置は、圧送システムの可撓性の丸いチューブが通過するハウジングの垂直側壁に 形成され側方に間隔を隔てた溝内を移動する、端部を有するリブ付きローラを有 している。このハウジングは又、ローラの径路に対して直角に傾斜した対向壁を 有し、ハウジングは、ローラの径路と対向壁との間に丸いチューブを受け入れる 。溝に沿ってローラの位置を変えることによって、チューブの閉鎖の度合い、従 ってシステムを通る流体の流量を制御することができる。 しかしながら、この種の流体制御装置は、長期間にわたってクランプ、レバー 又はローラによって及ぼされる圧縮力のため、装置が作用する可撓性のチューブ が平らにされ或いは変形されるので、制限される。この変形、即ちクリープは時 間とともに進行し、その結果、システムの流量が予想流量から変化し、所望の流 量を得るためには使用者が流体制御装置を定期的に再調整する必要がある。 他の流体制御装置は、普通のチューブのセグメントと連結し置き換える可撓性 の丸い導管を具体化しており、導管内に配置された円筒形のインサート部材を有 している。このインサート部材は、流体の流れのためのチャンネルを構成し、そ の一部が軸線に沿って徐々に増大する横断面積を有している。外側スリーブが可 撓性の円筒形導管に嵌まり、外側スリーブに形成されたトラック内を摺動するロ ーラを具体化している。可撓性の円筒形導管に沿ってローラを位置決めすること によって、可撓性導管の一部が、インサート部材によって構成されたチャンネル に押し込まれ、これにより流体の流れを制御する。しかしながら、この装置は、 円筒形導管の横断面積が時間とともに変化し、所望の流量を得るためには使用者 が調整しければならないので、制限されている。さらに、この装置は、多くの相 互作用及び可動部品を有する比較的複雑な設計であって、高精度の製造を必要と してコストも高くつくので、制限されている。 したがって、長期間にわたって流体の有効かつ正確な蠕動圧送を容易にし、負 圧を含む流体ラインの圧力の変動する条件の下で流体圧力を検知するための効果 的な接触面を提供し、システムの不正確さを最小限にしつつ流体の流れの制御を 行う単一の装置に対する必要性がある。本発明は、これらの要求を充足している 。 発明の概要 簡単かつ一般的に言えば、本発明は、単一の装置に組み込まれ、流体の有効か つ正確な蠕動圧送を容易にし、流体の流れを制御し、内部圧力を検知するための 効果的な接触面を与える、圧送セグメントを提供する。本発明による圧送セグメ ントは、蠕動ポンプにおける圧送セグメントとして機能する部分、流体の流れ制 御器として機能する部分、及び標準的な圧力変換手段による内部流体圧力の測定 を可能にする圧力ダイヤフラムとして機能する部分を有している。 好ましい実施例では、圧送セグメントは、剛なベースと剛なカバーとの間に挿 入された弾性エラストマー膜と、ボールを受け入れ、ベースとカバーに摺動可能 に取付けられるようになったスライダとを有している。圧送セグメントの各端の ところには、蠕動圧送システムの典型的なチューブを受け入れるようになったチ ューブ取付け具が設けられている。エラストマー膜と一緒に、流体が流れるチャ ンネルを構成する溝が、ベースに形成されベースの実質的に長さ延びている。 圧送セグメントの一端の近くで、エラストマー膜とカバーは、圧力測定領域を 形成している。好ましい実施例では、エラストマー膜は、圧送セグメントから遠 去かる方へ実質的に直交方向に延び、流体ラインに負圧が存在する場合でさえも センサの圧力検知領域に隣接し直接接触するようになった可撓性のドーム形容器 に形成されている。 圧送セグメントの好ましい実施例の中間部分は、剛なベースとエラストマー膜 によって構成される特定の横断面形状を有する流体流れ導管を形成している。こ の中間部分は、圧送セグメントの圧送部分として機能する。 圧送セグメントは、もう一方の端に、流体流れ制御器を有している。流体流れ 制御器は、流れの完全停止を含む、流量過多の制御を可能にする。より詳細な観 点では、流体流れ制御器は、ボールを受け入れ、カバー、膜、及びベースのまわ りに摺動可能に取付けられ相互作用するようになったスライダを有している。ス ライダは、流体制御領域と呼ばれる圧送セグメントの端部領域に沿って長さ方向 に移動し、この流体制御領域は、ゼロから所望の最大流量を可能にするのに適し た値まで変動する横断面積をもつ可変深さ及び/又は幅の溝を有している。 本発明のこれらの及び他の特徴と利点は、添付図面に関連して以下の詳細な説 明を読むことにより明白になるであろう。 図面の簡単な説明 第1図は、本発明の好ましい実施例の斜視図であって、圧送セグメントの上側 を示したものである。 第2図は、第1図の圧送セグメントの拡大図であって、ベース、膜、カバー、 及びスライダを下側の斜視方向から示したものであって、更に空気放出システム を示したものである。 第3図は、第1図の圧送セグメントの部分組立図であって、その下側とセグメ ントから遠位のスライダを示したものである。 第4図は、第1図のスライダのない圧送セグメントを上側斜視方向から見た拡 大図である。 第5図は、第1図の線5−5に沿った拡大横断面図である。 第6図は、第2図の拡大した圧送セグメントのベースの流体制御部分の拡大概 略図である。 第7図は、圧送セグメントの流れ制御部分の拡大概略図であって、近位位置に おけるボールを備えたスライダを示したものである。 第8図は、第1図の圧送セグメントの部分横断面側面図である。 第9図は、第7図の横断面図の拡大概略図である。 第10図は、圧送セグメントの空気放出部分の部分横断面図である。 第11図は、第10図の空気放出装置の平面図である。 第12図は、第1図の圧送セグメントの斜視図であって、注入システム内に配 置された状態を示したものである。 第13図は、第12図の拡大概略図であって、圧送セグメントと注入システム の対応する部分を示したものである。 第14図は、第1図の線14−14に沿った拡大横断面図である。 第15図は、第14図の横断面図であって、圧力センサに連結された圧送セグ メントを示したものである。 第16図は、第14図および第15図の圧送セグメントの圧力容器部分の概略 横断面図であって、圧送セグメントに付加される圧力を示したものである。 第17図は、第5図に示した膜と溝とともに使用される圧送機構蠕動フィンガ の側面図である。 好ましい実施例の詳細な説明 限定としてではなく例示として提供されている図面に示されるように、本発明 は、単一の装置で、圧送システムにおける流体の有効かつ正確な圧送を容易にし 、流体の流れを制御し、流体圧力を検知するための効果的な接触面を提供する圧 送セグメントに具体化されている。 次に図面、とりわけ第1図を参照すると、圧送セグメント10が示されている 。 圧送セグメント10は一般的には、リザーバから送出箇所への流体の移送を制御 するように機能する(第10図に示される)圧送システムに取り外し可能に取付 けられるようになった装置である。圧送システムは、リザーバから普通のチュー ブを介して圧送セグメント10の近位端15に流体を送出する。流体は、圧送セ グメント10を通過し、圧送セグメント10の遠位端17から出て行く。流体を 圧送セグメント10から送出箇所に向かって移送する圧送システムの付加的な普 通のチューブが、遠位端17に取付けられる。 圧送セグメント10は、3つの基本的な構成要素を有している。横断面図であ る第5図に最も良く示されるように、圧送セグメント10の好ましい実施例は、 ベース14とカバー16との間に挿入されたエラストマー膜12を有している。 カバー16は、組み立てるとき、ベース14の高さと同じか或いはベース14の 高さの下方にされる。第5図に示されるように、カバー16は、ベース14のフ ランジと同じ高さにある。一般に、流体が圧送セグメント10を通過する径路が 膜12とベース14とによって構成される。カバー16は一般に、膜12をベー ス14並びに膜自体に密封状態に保持するように機能する。膜12、ベース14 、及びカバー16の形体は、詳細に後述する。 圧送セグメント10は、3つの異なる機能を果たす。圧送セグメント10の近 位端15の付近に、圧送セグメント10を通る流体の流量を調節するように機能 する構造体がある。圧送セグメント10の中間部分13には、圧送セグメント1 0を通る流体を蠕動圧送すべく圧送システムと協同するようになった構造体があ る。圧送セグメント10は、遠位端17の付近に、圧送セグメント10を通る流 体の圧力を検知するように圧送システムと協同するようになった構造体を有して いる。 流体の流れ制御は一般に、スライダ18の使用と協同して圧送セグメント10 で達成される。スライダ18の形体は、詳細には後述する。カバー16は、圧送 セグメント10の近位端15の付近で、エラストマー膜12に接近する。カバー 16によって得られる接近によって、スライダ18は、エラストマー膜12を流 路に押し下げるように機能し、これにより流路の横断面積が変化する。スライダ 18がベース14に沿って移動すると、スライダ18は、膜12をベース14に 密着させ、かくして可変横断面の溝60以外では流れを閉塞させる。種々の程度 に流路を変えることによって、スライダ18は、圧送セグメント10を通る流体 の流れを調整する。 次に、圧送セグメント10を通る流体の蠕動圧送に関して、蠕動圧送は主とし て、圧送セグメント10の膜12とベース14との協同によって容易にされる。 カバー16は、圧送セグメント10の中間部分13のところで、圧送システムの 蠕動圧送機構(図示せず)が作動する膜12への別の接近を提供する。一般に、 蠕動圧送機構は、膜12の隣接する部分を流路及びベース14の溝に連続的に交 互に押し下げ、これにより圧送セグメント10を通る流体を前進させる。 圧送セグメント10を通る流体の圧力検知は主として、圧送セグメント10の 膜12とカバー16との協同によって容易にされる。カバー16は、圧送セグメ ント10の遠位端17の付近でも、膜12への接近を提供する。この領域では、 膜12は、略中空で且つクラウンをもつ可撓性の閉鎖シリンダに形成され、その 一部がドーム形の部分を有している。説明の便宜のため、容器36は、ドーム形 圧力容器36と呼ばれる。容器は、圧送セグメント10を通って流れる流体に関 する圧力情報を伝達するための圧力ダイヤフラムとして作用する。 圧送セグメント10の基本的な機能と構成要素を確認したので、圧送セグメン ト10の構造のより詳細な説明を以下に行う。まず、圧送セグメント10の全体 形体を延べ、次いで圧送セグメント10の構成要素の全体形体に関する基本的な 説明を行う。しかる後、構成要素の詳細及びその機能、並びに、圧送セグメント 10が取り外し可能に取付けられる圧送システムの関連した構造体との協同につ いて、それぞれ触れる。 第1図に示されるような好ましい実施例においては、圧送セグメント10は、 長さ方向軸線111と側方軸線113を備えた細長い形状を有している。細長い 圧送セグメント10の長さは、幅及び高さよりも大きく、圧送セグメント10の 幅は、高さよりも大きい。 図示される圧送セグメント10の全体長さは、セグメント10を指で掌に押し つけ親指でスライダ18を操作することができるように、平均的な成人女性の手 の幅程度となるように擬人化した研究に従って選定した。かくして、圧送セグメ ント10の片手による操作が非常に容易になった。 圧送セグメント10の全体的な外側形体は、幅全体が見えるようにしたとき、 一方の端部が切り取られた細長い楕円形に略等しい。圧送セグメント10の近位 端15は、細長い楕円形の切り取られた部分を有し、遠位端17は、細長い楕円 形の丸みを帯びた端部を含んでいる。 圧送システムの普通のチューブに取付けられるようになっており、流体の圧送 セグメント10の入口を構成する円筒形のチューブ取付け具44が、近位端15 から、細長い圧送セグメント10の長さ方向軸線111と平行に延びている。同 様に、圧送システムの普通のチューブに取付けられるようになっており、流体の 圧送セグメント10の出口を構成する別の円筒形のチューブ取付け具45が、遠 位端17から、細長い圧送セグメント10の長さ方向軸線111と平行に延びて いる。 ベース14、カバー16、及びスライダ18の全体形体を次に説明する。圧送 セグメント10の拡大図である第2図を参照すると、ベース14は全体として、 上述のように圧送セグメント10の切り取られた楕円形の全体形体を構成し、円 筒形のチューブ取付け具44、45を有している。ベース14は、底部分17と 、底部分17の周囲63に実質的に延びた側壁19とによって形成されている。 側壁19と底部分17は、ベース14の内部領域42を構成している。ベース1 4の底部分17に圧送セグメント10の長さ方向軸線111と平行に形成された 溝21が、流体のチャンネル22(第5図参照)の下部分を構成している。より 詳細には後述するが、チャンネル22は、取付け具44、45と連通している。 次に、スライダ18のない圧送セグメント10を上方から見下ろした拡大図で ある第4図を参照して、カバー16の全体形体を説明する。カバー16は、全体 として(ベース14に対して)合致する切り取られた楕円形の形体を有し、略平 らな頂部分47と、カバー16内に内部領域52を構成するため、頂部分47の 実質的に周囲65から実質的に直交方向に延びた側壁49とを備えている。側壁 49は、カバー16の近位端50のところで、カバー16の周囲65をたどるの ではなく、カバー16の遠位端51から延びた半円形状の側壁49を模写する半 円形を形成している。それ故、側壁49は、切り取られていない細長い楕円形の 形体を有している。 カバー16の全体形体は、ベース14の全体形体よりも僅かに小さく、カバー 16の内部領域52がベース14の内部領域42に面した状態でカバー16をベ ース14内に配置したとき、カバー16の周囲65と側壁49がベース14の側 壁19内にぴったりと嵌まるようになっている。さらに、カバー16の側壁49 は、膜12の周囲28に嵌まるようになっている。 膜12の全体形体が、第2図に示されている。膜12の周囲28は、ベース1 4の内部領域42とカバーの内部領域52に密封状態で着座するようになった全 体として細長い楕円形の形体を有している。楕円形の膜12は、丸みを帯びた近 位端24と、丸みを帯びた遠位端25と、中央の平らな領域23とを有している 。近位端24に隣接して、凹部33が設けられている。図示した実施例では、凹 部33は、全体形状が楕円形であり、膜は、その下側が平らなままであるにもか かわらず、薄い。スライダのボール20は、詳細には後述されるように、完全流 れ位置において凹部33に嵌まり込んでいる。この位置での膜材料の量が少ない ことにより、ボールが膜を溝内に押し込んで流量を少なくする可能性が減少する 。中空で可撓性のドーム形圧力容器36に対する形体を含む、形体のその他の詳 細については、より詳細に後述する。 膜は可撓性であり、頭部の高さの変化により、膜を導管22から離れるように 或いは接近するように移動させ、導管の容量を変化させる。膜の横断距離、幅、 及び溝の深さは、流体リザーバを移動させて水の30インチの圧力変化を生じさ せた場合に圧送セグメントの充填容量の40%の変化が生ずるように選定した。 或る実施例では、これは、2.4μlの変化で生じた。 また、好ましい実施例では、圧送セグメント10は、スライダ18を有してい る。スライダ18は、近位端15付近で圧送セグメント10の一部に嵌まり、圧 送システム10の一部に沿って移動するようになっている。スライダ18の圧送 セグメント10に沿った運動は、長さ方向軸線111と平行なものである。 第2図に示されるように、スライダ18の実施例の全体形体は全体として、中 空の矩形スリーブに略等しく、スライダが圧送セグメント10に嵌まるので、ス ライダ18は、高さよりも大きな幅を有している。さらに、スライダ18の長さ は、幅よりも小さく、高さと同程度である。スライダ18は、ボール20を受け 入れるようになっている。 次に圧送セグメント10の個々の構成要素の詳細について更に説明する。膜1 2は、液体射出成形、或いは他の方法によって製造され、比較的長期間にわたっ て所望の機能を有効かつ正確に繰り返し果たすことができるような強度と弾性を 有する、GE製のシリコンGE6030のようなエラストマー材料を含むのがよ い。第2図を参照すると、膜12の上面26が最も良く示されている。上面26 は、中央の平らな領域23を有している。上部側壁29が、上面26の周囲28 全体に延び、膜12の平らな中央領域23から突出している。上部側壁29は、 カバー16との第1の密封関係を形成するように構成されている。圧力ダイヤフ ラムとして機能する可撓性のドーム形圧力容器36は、膜12の遠位端25に近 接して配置され、中央の平らな領域23から突出している。ドーム形圧力容器3 6は、円筒形の側壁126を有し、(第12図に示され、更に後述される)圧力 センサに向けて予め負荷され圧力センサと直接接触する接触面を形成するように 、膜12の上面26から所定距離延びている。 次に第4図を参照すると、膜12の下面27が示されている。下面27も又、 中央の平らな領域23を有している。下部側壁30が、膜12の周囲28全体に 延び、中央の平らな領域23から突出している。下部側壁30は、ベース14と 第2の密封関係を形成するように構成されている。膜12の終端24、25及び 下部側壁30のところに、流体の流れに対する入口と出口を構成するベース14 の関連した構造体に係合する半円形のアーチ路が形成されている。膜12の下面 27は又、中空で可撓性のドーム形圧力容器36の下側を形成するキャビティ3 7を有している。 再び第2図を参照して、ベース14の詳細について更に説明する。ベース14 の内部42は、カバー16の側壁49及び膜12の下部側壁30を受け入れ、こ れらに合致するように構成された構造体を有している。したがって、ベース14 の内部42には、膜12の楕円形の下部側壁30を受け入れ下部側壁30を密封 するようになった楕円形の膜凹部46が形成されている。さらに、ベース14の 内部には、カバー16の楕円形の側壁49を受け入れるようになった楕円形のカ バー凹部48が形成されている。したがって、膜とカバーの凹部46、48は、 ベース14に、膜凹部46がカバー凹部48の内側にある同心のトラフを形成し ている。 ベース14の各端40、41に近接した楕円形のカバー凹部48の端に、ベー ス14の長さ方向軸線115と平行に位置する細長い丸みを帯びた突出部31が 形成されている。丸みを帯びた突出部31は各々、内部ボア67を有しており( 図面では、近い方の突出部31に設けられたボアのみが示されている)、これら は各々、関連したチューブ取付け具44、45と流体連通し、これによりベース 14の内部42との入口と出口を提供する。さらに、ベース14の遠位端41付 近の溝21には、ベース14の内部42に、気泡放出器64として作用する上方 に延びた突出部が形成されている。 出口取付け具45は、圧送セグメント10付近の流体ラインの曲率を小さくす るように選定された長さを有している。第12図に示されるように、圧送セグメ ント10は、ポンプ300に取付けられている。出口取付け具45は、可撓性の 流体ラインチューブ334を有しており、流体ラインチューブ334は、エアイ ンラインセンサシステム336の方へ差し向けられ、所定位置に回転するとエア インラインセンサシステムによって捕捉されるようになっている。出口取付け具 45が比較的硬いので、流体チューブ334は、出口取付け具45との連結箇所 から下流の一定箇所まで、パッケージングによる捩れが生じない。出口取付け具 の長さは、チューブがエアインラインセンサシステムの前で甚だしく捩じれるこ とのないように、捩れの箇所を出来るだけ下流に移動させるように選定される。 第2図および第6図を参照すると、溝21は、ベース14の近位端40の付近 に、流体制御領域59として作動する隆起部分を有している。所望の最大流量を 得るのに適した可変深さ及び/幅(可変横断面寸法)とゼロ310から所望の深 さ312にわたる横断面積を有する別の溝60が、流体制御領域59に形成され 、ベース14の長さ方向軸線115と平行に延びている。 ベース14は又、ベース14の側壁19の頂部から実質的に直交方向にベース 14の内部42から遠去かる方へ延びたフランジ62を有している。フランジ6 2は、遠位端41のまわりとベース14の中央部の各々の側に形成され、流体 制御領域59の長さ方向位置から遠い方のベース14の各側の平行な長さ方向位 置のところで終わっている。さらに、矩形のノッチ63が、ベース14の遠位端 41付近のベース14に沿った平行な長さ方向位置のところで、フランジ62に 設けられている。 第4図に示されるように、上方に延びた小さな外形の突出部である2つのクリ ックストップ80が、ベース14の外部117に形成されている。クリックスト ップは、ベース14に沿った同じ長さ方向位置のところに側方に間隔を隔てられ 、フランジ62が終わっている箇所の付近に配置されている。上方に延びた突出 部である対応するクリックストップ314もスライダに配置されている(第2図 )。これらのクリックストップ80、314の相互作用は、スライダ18が所定 の位置(この場合には、流れ停止位置)に到達したことの確実な感覚表示をオペ レータに提供する。可聴音も発生する。 引き続き第4図を参照して、カバー16について詳細に説明する。カバー16 は細長く、近位端50と、遠位端51と、略凹状の内部52と、略凸状の外部5 3とを有している。カバー16の側壁49の近位端50と遠位端51のところに は、略半円形に等しく、ベース14の細長い丸みを帯びた突出部31を受け入れ るようになったカバー凹部54が形成されている。カバー16の内部52には、 膜12の略楕円形の上部側壁29を受け入れ合致するように構成された楕円形の 膜くぼみ55がある。 好ましい実施例では、カバー16は又、圧送セグメント10が組み立てられた とき、膜12の種々の位置への接近を提供する孔を有している。遠位端51の付 近のカバー16の幅の実質的に中央には、円形の孔56が形成されている。孔5 6の周囲には、圧送セグメント10の組立ての際、膜の心出しを助ける突出部1 52が設けられている。突出部152は、孔56のまわりに完全に進出し、圧送 セグメント10の組立ての際、膜を孔56内に心出しするように、圧力容器36 の膜の部分と相互作用する。突出部がない場合には、圧力容器は、製造の際、長 さ方向に移動しようとし、組立て時に、中心から外れて配置されることがある。 カバーの中間部分であってカバーの幅の実質的に中央には、細長い中間孔57 が形成されている。さらに、細長い流体制御孔58が、カバー16の近位端50 付近のカバー16の中央に設けられている。 次に第2図を参照すると、チャンネル338が、ベースの圧送部分と圧力容器 36の部分との間に形成されている。このチャンネル338は、圧送部分340 から圧力検知部分36への圧送ノイズの伝達を少なくするように選定された寸法 を有している。図示した実施例では、チャンネル338の長さは、幅の3倍とな るように選定した。これらの寸法が、圧力容器36に接合されたセンサに到達す る圧送ノイズの量を減少させるのが分かった。 ベースとカバーは、或る実施例では、米国ニュージャージー州マウント・アー リントン、ヴァレー・ロード100のサイロ・インダストリーズ社のアクリリッ クサイロXT250のようなアクリル系ポリマーで形成した。 次に第2図を参照して、スライダ18について更に詳細に説明する。上述のよ うに、好ましい実施例では、スライダ18は、ボール20を受け入れるようにな っている。或る実施例では、ボールをステンレス鋼で形成し、スライダを、米国 ニュージャージー州パルシパニー、チェリーヒルズ・ロード100のBASF社 のBASF W2320のようなアセタールポリマーで形成した。スライダ18 は、全体として矩形の横断面と片手で操作し易い長さとを有する略中空の構造体 である。スライダ18は、全体として矩形の横断面を構成する第1の長辺68、 第2の長辺69、及び一対の短辺61を有している。スライダの外部は、使用環 境において(オペレータの衣類のような)ものに捕捉され不注意に動かされにく いように、尖った縁部がなく平滑に形成されている。 第1の長辺68の実質的に中央には、溝74が形成されている。溝74の形体 は、指のない右手の掌に似ているが、一方の短辺61に向いた親指を有していた り、手首として説明される部分を有している右手の掌に似ていてもよい。ボール 20を受け入れ保持するようになったソケット71が、第1の長辺68の実質的 に中央の溝74内に形成されている。ソケット71の直径は、ボール20の直径 よりも小さい。それ故、ボールがソケット71を通して押し込まれると、ソケッ トは、ボールを膜との間に保持する。さらに、丸みを帯びた外形の小さな突出部 又は耳部82が、スライダ18の短辺61に形成され、スライダ18から実質的 に直交方向にスライダ18の長さ延びている。 第3図に最も良く示されるように、第2の長辺69の中央部分は、スライダ1 8の長さに対して一定角度をなしてスライダ18から延びた傾斜突出部79を有 している。傾斜突出部79は、オペレータの親指を受け入れるのに適した凹状を 有している。凹状の傾斜突出部79には、傾斜突出部79の側方にわたって延び た複数の平行な稜線72が形成されており、これらの稜線は、オペレータがスラ イダ118を把持するのを助けるように機能する。 第1図、第2図、第3図、第7図および第13図に示されるように、スライダ は、ソケットを通してボール20を組み立てる際、ソケット71とスライダ18 が破損するのを阻止する歪解放ノッチ316を有している。第7図に示される別 の特徴では、ソケット71は、上面にカウンタボア318を有している。このカ ウンタボア318は、ボールがその最終位置に到達するまで通過しなければなら ない材料が少ないので、ソケットを通るボールの組立を容易にする。ボールとカ ウンタボアとの間の残りのスライダ材料は、作動の際に加えられる圧力に耐える のに十分である。 圧送セグメント10の個々の構成要素の詳細について説明してきたが、それら の相互作用と組立てについて述べる。第2図を参照すると、圧送セグメント10 を組み立てるため、膜12は、可撓性のドーム形圧力容器36がベース14の内 部42から遠去かる方に向き、ベース14の気泡放出器64の上に位置した状態 で、ベース14内に置かれている。次いで、カバー16は、カバー16の円形孔 56がドーム形圧力容器に嵌まり且つカバー16の内部52がベース14の内部 42に面するように、ベース14内に置かれる。上述のように、突出部152は 、膜をカバーに心出しするのを助ける。 さらに、第3図から分かるように、膜12がベース14とカバー16との間に 挿入されると、スライダ18は、ベース14とカバー16のまわりに置かれる。 スライダ18は、第2の長辺69がベース14の外部117の上に位置し且つ傾 斜突出部79の最も高い部分が圧送セグメント10の近位端40に最も接近して 位置決めされるように、配向される。最後に、圧送セグメント10の組立を完成 させるため、ボール20は、ソケット71と膜との間の適所に保持されるように 、カウンタボア318とソケット71を通して押し込まれる。すると、ボールが ス ライダと膜との間にあるので、ボールは、スライダが圧送セグメント10の近位 端の方へ移動されるとき、スライダを組み立てられたベース上に保持する。何故 ならば、ボールがカバーの端壁81に遭遇し、更に動くのが阻止されるからであ る。 第5図に示されるように、好ましい実施例では、膜12とベース14は、流体 のための密封チャンネル22を形成している。上述のように、ベース14は、ベ ース14に沿って長さ方向にベース14の実質的に長さ延びた溝21を有してい る。圧送セグメント10を組み立てるとき、膜12は、上部側壁29と下部側壁 30がベース14の膜凹部46とカバー16の膜くぼみ55内にそれぞれ密封的 に着座し且つ下面27が溝21の上に位置した状態で、ベース14とカバー16 との間に置かれる。圧送セグメントがこのように組み立てられるとき、流体のた めの空隙が、膜21の下面27とベース14の溝21との間に密封チャンネル2 2の形態で存在する。(圧送セグメント10及びその構成要素の構造に関する一 層の言及が、組み立てられた圧送セグメント10に関するものであることに留意 すべきである。) チャンネルは、膜縁部の形体および膜縁部を受け入れるベースとカバーの形状 によって密封される。その形体のため、自己付勢シールが形成される。次に第5 図、第14図および第15図を参照すると、膜12の縁部28が示されている。 第14図および第15図には、弛緩形体における膜12の縁部28が示されてい る。第5図では、縁部は、ベース14とカバー16との間に作動形状に押し込ま れている。第14図および第15図はカバーおよびベースとともに組み立てられ た膜を示しているが、縁部28は、明瞭に図示するため、圧縮された状態では示 されていない。ベース14は、膜12の縁部28に係合するための傾斜面322 を備えた隆起した密封部材320を有している。膜と相互作用する密封部材32 0の箇所は、溝22において流体に対する第1のシールを提供する。流体圧力が 第1のシールに打ち勝つ場合には、流体は、傾斜面322と膜縁部28との間を 移動する。しかしながら、傾斜面322は、圧縮された縁部28の力を受け入れ 、更なる漏れを阻止するO−リングシールとして作動する。このため、シールは 通常、自己付勢シールと呼ばれる。 次に、組み立てられた圧送セグメント10を通る流路について説明する。第8 図を参照すると、圧送セグメント10の近位端40のところに形成されたチュー ブ取付け具44は、圧送セグメント10への入口を構成している。チューブ取付 け具44に入った流体はまず、溝21に形成された流体制御領域59によって構 成されるチャンネル22の部分と、流体制御領域59の上に位置する膜12の部 分に遭遇する。次いで、流体は、圧送セグメント10の中間部分13を通って前 進する。 次に、スライダ18の圧送セグメント10の他の構成要素との相互作用につい て説明する。上述のように、スライダ18は、近位端40付近で圧送セグメント 10に沿って長さ方向に移動するようになっている。いま第9図を参照すると、 スライダ18の圧送セグメント10の遠位端41の方への長さ方向の移動は、ベ ース14のフランジ62の終端119によって制限される。また、スライダ18 がフランジ62の終端119に接近すると、スライダ18は、クリックストップ 80、314を係合させ(第2図および第4図)、可聴音と識別感触を発生させ るが、これは、スライダが圧送セグメント10の中間、或いは最も遠くの位置に (即ち、圧送セグメント10の遠位端41の方へ)移動されたことを表す。 第7図および第9図に示されるように、スライダ18のボール20は、カバー 16の流体調整孔58内を移動するようになっており、ベース14の流体制御領 域59に膜12を密着させ、かくして可変横断面溝60(第6図参照)以外での 流れを阻止するように機能する。流体制御領域59がボール及びボールによって 圧縮された膜の形状と略同じ形状を有しているので、流体は、可変横断面60以 外では流れない。かくして、流体制御領域59に沿ったボールの移動により、溝 の領域が幾分露出されて流れを制御する。このような移動は、圧送セグメント1 0を通る流体の流量を制御するように機能する。スライダ18が最も遠位位置に 置かれるとき、ボール20は、膜12を溝のない制御部分324の部分に押し付 け、かくして圧送セグメント10を通る流れを完全に停止させる。スライダ18 の遠位方向における移動を制限するフランジ62の端部119に加えて、スライ ダ18が流体調整孔58内で移動されると、圧送セグメント10に沿った近位方 向へのスライダ10の長さ方向移動も又、流体調整孔58の長さ方向に間隔 を隔てた壁81、83とボール20との係合によって制限されることに留意すべ きである。 別の実施例(図示せず)では、スライダ18は、ボール20の代わりとなり、 膜12をベース14に押し付けるように機能する構造体を有している。例えば、 スライダ18は、膜12の十分な部分がベースの制御領域59と相互作用して流 れを制御するように、所定幅を有しスライダ18の第1の側の下側から所定距離 延びた突出部を具体化することを意図している。 図示し説明した圧送セグメントは、1つの部分が可撓性(即ち、膜)であると いう点で大きな精度を提供する。圧送セグメントの圧送部分の残部は剛である。 特に、ベース14は、圧送機構の蠕動フィンガを受け入れる圧送溝21を有して いる。平らな膜12のみが、この圧送溝を被覆している。溝の寸法は、平らな膜 の寸法と同様に、製造時に綿密に制御することができる。これらの特徴は、流体 導管として円筒形チューブ上で作動する従来のシステムと比較して利点を提供す る。このようなチューブの寸法は製造者毎に著しく変動し、チューブは使用後に 変形しようとする。 ベース及び膜とスライダの組合せは、精度を高める。スライダは又、剛な部分 、即ち可変横断面積の溝60に対して作動する。圧送部分については、平らな膜 12のみが溝60の上に位置する。流体制御部分が剛な構成要素で形成されてい るので、製造時に大きな精度を得ることができる。かくして、この流れ制御形体 は、円筒形チューブで作動する従来のシステムと比較して利点を提供する。 第8図、第10図および第11図に示されるように、流体は、ベース14から 突出した気泡放出器64に形成されたチャンネル22と膜12に形成されたドー ム形圧力容器36の部分である小流路120に遭遇する。ドーム形圧力容器36 は、導管の流体を受け入れるが流体の直接流路とはならないように取付けられて いる。したがって、導管内の気泡が、これらを洗い流す流れの欠如のため、圧力 容器内に集められる。気泡放出システムは、圧力容器36を通って前進し圧力容 器に入った気泡を洗い流すように、導管を通る流体の流れを向け直す。一般的に 言えば、気泡放出器64は、圧力容器36の内部と協同して、デッドスペースを 除去し、かつ、小流路を通る流体における気泡の発生を阻止する。かくして、圧 力検知容器内での圧縮気泡の堆積が阻止され、精度が改良される。空気が圧縮性 であるので、気泡を含む容器から得られる圧力の読みの精度が影響を受けるかも しれない。流体は小流路120を通過し、次いでベース14の遠位端41に形成 されたチューブ取付け具45を通って圧送セグメント10を出て行く。 ベーン64が、導管から容器への流体の流れを案内するため、容器36の下方 の導管内に位置決めされているので、容器は、導管を通る流体の流路に直接位置 している。向け直された流体は、堆積した気泡を含む容器を洗う。ベーンは、導 管から向け直された流体が容器のあらゆる部分に達して気泡を除去するように、 形作られている。図示した実施例では、ベーン64は、縁部が丸みを帯びた砂時 計の外観を有している。この形状がベーン64のところで流れる流体を容器の内 部37に上方に差し向け、ベーンの遠位側を流れ下り出口取付け具45から流出 する前に容器の全ての部分に到達することが分かった。 図示した実施例では、ベーンは、導管に対して直角に配置されており、ベーン を横切り容器36の内部37を通る流路が略一定の横断面積を有するように高さ に応じて変動する寸法を有している。高さは、圧力センサへの標準的なプレロー ド据付けの際にドーム36が内方に変形されるとき、小流路120を通る略一定 の横断面の流れ領域となるように選定される。このような変形が第15図に示さ れており、以下に詳述する。 第10図に最も良く示されるように、気泡放出器のベーン64は、容器36の 中心軸線と整列している。さらに、ベーン64は、均一な流れ通過領域120を 維持しつつ、漸進的で非突発的な流体の流れ遷移を提供するように形作られてい る。流れ領域の遷移は、流体の流れ方向を横切って約90°わたって延びた実質 的に平滑な湾曲面によって構成される。湾曲の角度を平滑にし且つ漸進的で非突 発的な遷移を提供するために、フィレットが加えられる。漸進的な遷移が提供さ れ、より制御された流れとなり、発生する乱れの量を減少させる。 特に第11図を参照すると、ベーン64は、導管22の幅を完全に跨いではお らず、ベーンのまわりには僅かな流れが発生する。しかしながら、十分な量の流 れが容器の内部37に上方に差し向けられ、気泡を洗い流す。 好ましい実施例では、気泡放出器64は、圧送セグメントのベース14と同じ 材料で一体部分として形成されている。しかしながら、他の材料や製造方法を使 用してもよいことを当業者は認識するであろう。 次に第14図を参照すると、膜12のドーム形圧力容器36とカバー16の協 同に関して注意が向けられている。圧送セグメント10の好ましい実施例では、 カバー16は、側方拘束体として機能する構造体150を有している。側方拘束 体150は、圧力容器36内に内部圧力が存在し圧力容器36がセンサに接続さ れていないとき、ドーム形圧力容器36を取り囲み支持する。 圧力センサに接続されているとき、センサは、極めて高圧の流体圧力に耐える 能力を提供する圧力ドームに対する実質的な構造支持体となる。しかしながら、 圧送セグメントがポンプから外されているとき、圧力ドームは、センサの構造支 持体を有しない。この“自由な”状態でのドームは、ドーム全体の内部圧力の負 荷を支持しなければならない。ドームは、構造一体性を維持しなければならず、 これらの条件の下で膨らんだり破裂したりしてはならない。 ドームの側壁領域の側方移動を制限しさえすれば、高圧下におけるドーム領域 全体の著しい耐膨張性と耐破裂性が得られることが分かった。ドームの側壁とカ バーの側方拘束体との間に一定の隙間を提供することによって、ドームの側壁領 域の側方変形が、通常の流体圧力に応答しては阻止されないが、高圧を受けると きに破裂しないように阻止される。かくして、圧力検知の線形性能は、通常の作 動範囲における流体圧力によって影響を受けない。 実質的に、側方拘束体150は、第2図に示されるドーム形圧力容器36を取 り囲む円形孔56を形成するカバー16の部分を有している。例えば12ミルの 側方隙間151が、(第11図に横断面が示されている)ドーム形容器36の円 筒形側壁126と側方拘束体150との間に存在する。また、側方拘束体150 は、側方拘束体150から延びベース14の内部42の方へ差し向けられた突出 部152を有している。側方拘束体の突出部152は又、圧力容器36を取り囲 んでいる。突出部152の端部には、45°の面取り部が形成されており、この 面取り部は、突出部152の端部から遠去かる方へ延び、ドーム形圧力容器36 を支持するのを助ける。面取り部は、側方拘束体150による圧力容器の通常作 動での干渉を回避するが、側方拘束体として使用する十分な量の材料を提供し続 ける。 使用に際して、第12図に示されるように、圧送セグメント10は、圧送セグ メント10を通る流体を蠕動的に圧送し並びに流体の流れを制御し流体ラインの 圧力を測定するように作動する蠕動圧送システム300の細長い収容キャビティ 199内に配置される。圧送セグメント10の可変外側形状は、圧送セグメント の適当な負荷を助ける。一端が丸みを帯び他端が平らであるので、圧送セグメン トは一方の配向のみに据付けることができる。さらに、第13図に最も良く示さ れるように、圧送セグメント10のフランジ62の矩形のノッチ63は、収容キ ャビティ199の側方タブ263と協同する。側方タブ263は、矩形のノッチ 63と合致するようになった形体を有しており、圧送セグメント10が収容キャ ビティ199に適当に配置されるのを確保する。 圧送セグメント10は又、収容キャビティに適当に取付けるのを助けるための 平坦部を有している。近位平坦部326が、整列を助けるため、キャビティの肩 部328と合致している。遠位平坦部330も又、キャビティ199の遠位肩部 332と合致している。これらの平坦部/肩部は、圧送セグメント10をキャビ ティ199内に挿入することができる距離を制御する。 さらに、丸みを帯びた切欠き282が同様に、第13図ではスライダ18が完 全流れ位置で示されているがスライダ18が流れ停止位置にある状態で圧送セグ メント10が圧送システム300に配置されるのを保証するため、圧送セグメン ト10のスライダ18から延びた耳部82と協同し係合する。かくして、スライ ダ18は、圧送セグメント10が収容キャビティ199に置かれる前に最も遠位 位置、即ち流れ停止位置に移動しなければならない。何故ならば、耳部82が丸 みを帯びた切欠き82内に受け入れられるのは、この位置においてのみだからで ある。スライダ18が流れ停止位置にあると、蠕動圧送システム300の細長い 収容キャビティ199に含まれる回転可能な円形プレート274から直交方向に 延びた1以上の圧送/スライダ突出部220が、スライダ18に形成された溝7 4内に位置決めされる。回転可能な円形プレート274に機械的な連結されてい る蠕動圧送システム300のラッチアーム259が、圧送セグメント10を圧送 システム300に保持するように閉鎖される。ラッチアーム259が閉鎖され ると、回転可能な円形プレート274は回転し、回転可能な円形プレート274 から溝74に運動が伝達され、スライダ18を圧送セグメント10に沿って最も 近位位置に移動させる。圧送セグメントがポンプに据え付けられ、1以上の蠕動 フィンガが流路を遮る場合を除いて、この位置で最大流れが可能になる。スライ ダが近位位置に移動されると、耳部82は、キャビティ199の各々の側に置か れた出張り334の下に移動する。出張り334は、スライダを流れ停止位置に 移動させなければ取り外すことができないように、スライダ18、従って圧送セ グメントをキャビティ199に保持する。 圧送セグメント10が蠕動圧送システム300内に位置決めされると、細長い 収容キャビティ199から実質的に直交方向に突出した蠕動圧送フィンガ230 は、カバー16に形成された中間孔57内及び溝21の上に位置する膜12の中 央の平らな領域23の上で作動する。蠕動圧送フィンガ230は、膜12に対し て直交方向に系統的に昇降し、膜12の隣接する部分を溝21に押付け、これに より圧送セグメント10を通して流体を圧送する。 圧送セグメント10が蠕動圧送システム300に配置されたとき、圧力検知も 行われる。圧力検知を行うために、ドーム形圧力容器36は、圧送セグメント1 0を通って流れる流体によって作り出される圧力を検知するための接触面を形成 するため、細長い収容キャビティ199内に取付けられたセンサ200の感圧領 域と連続的かつ直接的に接触される。 第15図に示されるように、好ましい実施例では、圧力容器36は、流体圧力 の読みが容器36の内部37を通って流れる流体から得られるように、実質的に 平らなセンサ200に接続される。圧力容器36の構造形体は、詳細には後述さ れるように、センサ200との最適な接触面を確保するように選定される。一般 に、圧力容器36の最適な初期頂部外形は、新規な方法を利用することによって 得られる。さらに、センサ/ドームのプレロード変位を最適にするため、別の新 規な方法が使用される。最適に形作られた圧力容器36を最適なプレロード変位 でセンサの感圧領域にプレロードを加えることによって、センサ200との適当 な接触応力が確保され、これにより圧送セグメント10に負圧が存在する場合で さえも、容器36からセンサへの圧力連通を確保する。 再び第14図を参照して、ドーム形圧力容器36の形体に関して詳細に説明す る。好ましい実施例では、ドーム形圧力容器36は、クラウン122と、クラウ ン122を膜12の周囲28と平らな部分に連結する膜周囲領域124とを有し ている。クラウン122は、膜の平らな部分から実質的に直交方向に延び外側リ ム領域128を構成する円筒形の側壁126を有している。外側リム領域128 は、円筒形の側壁126の頂部によって構成され、円形の形状を有している。中 央ドーム領域130が、クラウン122を完成させている。中央ドーム領域13 0は、容器36のキャップ、即ち円筒形の側壁126の一端を閉鎖する部分であ る。側壁126との連結により、中央ドーム領域130は、膜12の平らな部分 から更に遠去かる方へ延びドーム状の形状を形成する、弧状の表面輪郭を有して いる。 膜周囲領域124は、膜の遠位端25に形成された上部および下部側壁29、 30への遷移、並びに、膜の近位端26の方へ延びた中央の平らな領域23(第 14図では図示せず)への遷移を提供するため、側壁126から遠去かる方へ延 びた膜12の湾曲部分である。膜周囲領域124は、平らなワッシャスプリング として機能する。膜周囲領域124は、中央ドーム領域130を平らにしリム領 域128をセンサ200に向けてプレロードを加えつつ、弾性剛性を提供する。 許容圧力伝達特性を提供するようにクラウンの高さ、厚さ、及び弾性係数を選 定することも意図される。同様に、側壁126の厚さ、弾性係数、並びに、膜周 囲領域124の弾性係数は、このような特性を考慮しつつ選定される。特に、膜 周囲領域124の物理特性は、負のIV流体圧力の条件の下でドーム/センサの 離昇を阻止するように選定される。さらに、中央ドーム領域130の直径は、圧 力センサ200の検知部分231の最大寸法の直径の2倍以上であり、これによ りセンサの精度に関する側方位置の誤差の影響を最小にする。 好ましい実施例では、クラウン122と中央のドーム領域130の壁厚は、0 .033〜0.035インチである。側壁126の外側からクラウンを通って延 びた長さ方向軸線までのクラウンの部分の半径は、0.107〜0.109イン チである。膜周囲領域124が上部側壁29に出合う箇所からの円筒形の側壁1 26の高さは、0.105〜0.107インチである。円筒形の側壁126に 出合う膜周囲領域124の上側26の曲率半径は約0.032インチであり、下 側側壁27の曲率半径は約0.072インチである。したがって、膜周囲領域1 24の壁厚は、0.038〜0.040インチから約0.065インチまで増加 する。中央ドーム領域130は、外側リム領域128の上方の0.011〜0. 013インチの高さまで徐々に傾斜している。半径位置と外側リム領域128の 上方の高さに関する好ましい中央ドーム領域130の外形について、以下に要約 する。 半 径(インチ) 高 さ(インチ) 0.0000 0.01200 0.0024 0.011979 0.0048 0.011952 0.0072 0.011883 0.0096 0.011801 0.0120 0.011683 0.0144 0.01155 0.0168 0.011376 0.0192 0.011175 0.0216 0.010961 0.0240 0.010715 0.0264 0.010448 0.0288 0.010151 0.0312 0.009835 0.0336 0.009487 0.0360 0.009133 0.0384 0.008761 0.0408 0.008351 0.0432 0.007919 0.0456 0.007483 0.0480 0.007028 0.0504 0.006543 0.0528 0.006053 0.0552 0.005556 0.0576 0.005078 0.0600 0.004606 0.0624 0.004188 0.0648 0.003769 0.0672 0.003489 0.0696 0.003274 0.0720 0.0003076 0.0744 0.002875 0.0768 0.002631 0.0792 0.002363 0.0816 0.002103 0.0840 0.001882 0.0864 0.001697 0.0888 0.001419 0.0912 0.001293 0.0936 0.001125 0.0960 0.000952 0.0984 0.000789 0.1008 0.000613 0.1032 0.000352 0.1056 0.000133 0.1080 0.0 ドーム形圧力容器36は、センサ面との連結時に、比較的均一な中央のドーム 領域の接触応力の分布により、所定の内部流体圧力に対してセンサ200とドー ム130とが接触するように、分離した初期頂面外形を有している。均一な接触 応力分布に近づけることによって、ドーム130からセンサ200への流体圧力 情報のより正確な伝達が行われる。何故ならば、ドーム部分130全体が同じ情 報をもつセンサ200を備えているからである。この特徴は、種々の整合誤差を 補整する。たとえば、ポンプの製造の際、圧力センサがその設計位置からずれた 位置に取付けられた場合には、正確に機能する圧力検知システムの可能性は、容 器によって提供される均一な接触応力分布のため、増大する。同様に、圧力容器 が設計位置からずれた位置で圧力センサに取付けられたとしても、容器のドーム 形の外形によって提供される均一な接触応力分布のため、依然として正確に機能 するかもしれない。 適当な初期外形を決定するために、上記表で示される好ましい実施例では、最 適な頂部外形をもつドーム形圧力容器36を提供するための新規な方法が使用さ れる。以下、この方法について説明する。 最適な頂部外形を決定するため(第16図参照)、(矢印で示される)第1の 均一な接触応力Pr134と(矢印で示される)第2の均一な接触応力Pc136 が、リム領域128と中央ドーム領域130にそれぞれ加えられる。均一な接触 応力Pr134とPc136は、センサ200との連結時にドーム形圧力容器36 に加えられる力をシミュレートしている。接触応力Pr134とPc136は、リ ム128と中央ドーム領域130の剛性が相違するため、必然的に相違しており 、接触応力Pr134は、リム128の剛性がより大きいため、Pc136よりも 実質的に大きい。さらに、センサ200を均一な応力分布で接触させるのが望ま しいので、応力、特に中央ドーム応力Pc136については均一であることが重 要である。十分な応力を付加した時、或いはセンサ200との連結時に、ドーム 形圧力容器36の頂部分は、センサ面に向けて実質的に平らにされる。不規則な 形状の面を平らにするように、変形可能な不規則な形状の面を平らなセンサ面に 単に接続しても、必ずしも、変形可能な不規則な形状の面に均一な応力分布は得 られない。このような形状の面は、平らな面にわたって種々の応力分布の領域を 有している。何故ならば、このような形状の面が、面の異なる領域を平らにする ため種々の応力を必要とするからである。さらに、直交方向に突出してい る側壁によって支持されている平らな面を平らなセンサ面に接続すると、側壁付 近の平らな面の部分が、平らな面の中央部分とは異なる分布応力を有することが ある。したがって、ドーム形圧力容器36の初期頂部面の外形を最適にする方法 は、圧力情報をセンサに伝達する優れた手段を備えた圧送セグメント10を提供 することとなる。 最適な頂部外形を形成するため、(第16図において連結箇所で示されている )初期外形h(dc,dr)140が選定され、(第16図において矢印で示され ている)dc142とdr144は、ドームの中央130とドームのリム128の 変位座標をそれぞれ表している。この方法では、y(dc,dr)141は、均一 な応力Pr134とPc136の付加に対するh(dc,dr)140の絶対変位応 答を表している。y(dc,dr)141とh(dc,dr)140との関係を理解 するため、概念的にh(dc,dr)140を直線として再プロットし、dc14 2とdr144は両方ともゼロとし、変位座標dc142とdr144の変化の表 現として視覚化された変位応答y(dc,dr)141を応力に加える。加えられ た応力に応答して、初期外形h(dc,dr)140は、中央ドーム領域130が 実質的に平らになるように、相対変位応答y(dc,dr)652と等しいことが 望ましい。均一な応力Pr134、Pc136に対する(第16図において矢印で 示されている)頂部分の相対的な応答y(dc,dr)141を観察した後、修正 した外形h(dc,dr)’を決定する必要があるかもしれない。すなわち、修正 した初期外形h(dc,dr)’は、y(dc,dr)141が付加された均一な応 力Pr134、Pc136に対する圧力容器の頂部分の所望の相対応答ではない場 合に、必要となるかもしれない。h(dc,dr)140、或いはh(dc,dr) 140のより正確に修正した推定値h(dc,dr)’がy(dc,dr)652と 等しいと、圧力容器36の頂部分の最適な外形が得られる。 センサ200への接続時に、或いは均一な接触応力Pr134、Pc136の付 加により、最適に形作られた頂部分は、中央ドーム領域130を平らにする程に 変位する(第15図参照)。さらに、膜周囲領域124は、平らなワッシャスプ リングとして作動する際に、リム領域128の変位に相当する量変位し、これ によりリム領域128に加えられた力を吸収し、側壁126を実質的に真っ直ぐ にする。一般的に言えば、最適に形作られたドーム形圧力容器36においては、 中央ドーム領域130が均一な応力に応答して十分に平らである場合には、中央 ドーム領域130にわたって比較的均一な応力分布が存在する。したがって、接 続時、ドーム130は、均一で正確な圧力をセンサ200の検知部分131に伝 達する。 精度を増大させるため、圧力容器とセンサとの接触応力が圧力容器の内部圧力 の設計範囲全体にわたって線形となるように、圧力センサと接触する圧力容器を 提供するのが望ましい。本発明は又、センサ200に接続されたとき(第15図 および第16図参照)、リム領域128が中央のドーム領域を外部条件から隔離 し且つ全ての予想される機械的公差の偏り及び最悪の負圧条件(即ち、−4ps i)に対して適当な接触が存在するように、ドーム形圧力容器36のプレロード 変形を最適にする方法を有している。最適なプレロード変形に到達するため、内 部圧力がゼロの下での最初の普通のプレロード変形が想定され、予想される最悪 の負圧条件に対して、リム及び中央ドーム領域128、130とセンサ200と の応力が決定される。十分な正の圧縮応力が計算される場合には、仮定した呼称 プレロード変形は、最適であると見なされる。一方、得られた応力が十分に正で ない場合には、初期呼称変形に対して新たな仮定を行い、そのようにして得られ た応力を再び十分に監視する。初期呼称変形に対して他の仮定を得るためには、 材料を加え、或いは膜の組成を変えることによって、膜の剛性を修正することが 必要である。 全ての予想される流体内部圧力に対して最適のプレロード変形を達成するため 、内部圧力がゼロの状態でリム領域130と中央ドーム領域128に対して初期 プレロード変形を選定する。次いで、この初期プレロード変形に対して、リム領 域と中央ドーム領域に存在する応力を決定する。次いで、全ての予想される内部 圧力に対して接触応力Pr134とPc136との関係、及びゼロの内部圧力Pro 、Pcoおよび圧力伝達係数Cr、Ccに対しての接触応力の値を表す式を生成する 。最後に、このようにして得られた応力を十分に検討する。 応力値Pco、Proは最初に、呼称変形からの僅かな変形の偏りdc、drに対 してゼロ内部圧力の下で中央ドーム領域130とリム領域128の線形推定を表 す以下の式によって概算される。 Pco=Pco,nom+(dPco/ddc)×(dc−dco,nom) Pro=Pro,nom+(dPro/ddr)×(dr−dro,nom) 上記の2式において、内部圧力がゼロの下での仮定初期呼称プレロード変位dco,nom 、dro,nomは既知である。これらは、上述の方法を使用して得られるよう な最適初期頂部表面外形を知ることによって、そしてセンサ200への接続時に 最適初期頂部表面外形の変化を仮定した程度まで観察することによって、決定さ れる。このような仮定初期呼称プレロード変位に対して、関連した呼称中央ドー ム及びリム応力Pco,nom、Pro,nomが得られる。しかしながら、機械的公差の偏 りのため、ドーム形圧力容器36とセンサ200との実際の接触応力は、呼称値 と等しくならない。上式は、内部圧力がゼロの下でのリム領域の接触応力Proと 中央ドーム領域の接触応力Pcoに生じやすい、呼称値からの僅かな変形の偏りを 考慮するため、利用される。これは、呼称接触応力値に呼称値からの僅かな変形 の偏りを加えることによって達成される。次いで、予想した偏りを代表する呼称 値からの幾つかの変形の偏りdc、drに対して、及び中央ドームとリムの変形の 予想した偏りに対する実際の中央ドームとリムの接触応力の関連した既知の変化 dPco/ddc、dPro/ddrに対して、実際の中央ドーム領域の接触応力Pco とリム領域の接触応力Pro を計算する。dPco/ddc、dPro/ddrは、中 央ドームとリム領域130、128の種々の変形に対する内部応力がゼロの下で の中央ドームとリム領域の接触応力の変化を観察することによって得られる。し たがって、内部応力がゼロの下での実際の接触応力の現実的で良好な概算値が得 られる。 PcoとProが推定されると、これらは、次式から予想される各内部容器圧力Pint に対して接触応力Pr134とPc136を計算するのに利用される。 Pc=Pco+Cc×Pint r=Pro+Cr×Pint このような計算をするためには、有限要素応力解析(例えば、米国カリフォルニ ア州パロアルトのMARCアナリシス・リサーチ・コーポレーションの有限要素 応力解析プログラム)を使用して、所定のプレロード変形に対して、応力Pr1 34、Pc136の付加に対する圧力容器36の応答に基づいて、圧力伝達係数 Cc、Crを推定する。したがって、内部圧力Pintに対して、Pr134、Pc1 36を決定することができる。 十分な正の圧縮接触応力Pr134、Pc136が計算されとき、即ち、接触応 力の付加により、予想される最悪の負圧の下で中央ドーム領域130がリム領域 128によって十分に隔離されているとき、分析に利用される圧力容器36の仮 定変形は最適になる。さもなければ、ドーム隣接領域の膜は厚さが増加し(即ち 、剛になり)、利用されるプレロード変形が大きくなる。このような場合には、 応力Pc、Prに対して新たな仮定を行って、再び十分に監視しつつ上述の最適分 析を再度実行する。 上述の最適外形および最適プレロード変形法が、圧力伝達要素の特別の付加と 物理特性に依存していることに留意しなければならない。異なる付加が異なる結 果を有しているが、概説した方法は、圧力伝達要素の性能を最適にするための手 段を提供する。 次に、圧送セグメント10の別の基本的な機能、即ち流体流れ調整について述 べる。簡単に言えば、第13図を参照すると、圧送セグメント10を通る流量を 調整するため、圧送セグメント10を圧送システム300から取り外し、片手で スライダ18を操作しなければならない。ラッチアーム259が圧送セグメント 10を圧送システム300内に保持するように閉鎖されるとき、スライダ18は 、圧送セグメント10を通る流体の流れが最大となる最近位位置に移動される。 さらに、スライダ18を圧送システム300内に置くため、スライダ18を、最 遠位位置、即ち流れ停止位置に移動させなければならず、その後、ラッチアーム 259が閉鎖されるとき、最大流れ位置に移動させなければならない。したがっ て、スライダ18の位置が、圧送システム300に向けて保持されているとき最 大流れ位置となるように拘束されるので、スライダ18を圧送システム300か ら取り外し、流れを制御しようとする場合には片手で操作しなければならない。 このような条件の下で、重力により、リザーバ(図示せず)から流入する流体が 、圧送セグメント10を通過し、圧送セグメント10を通る流量は、スライダ1 8 によって決定される。 次に第17図を参照すると、圧送セグメント10が備えられている状態で使用 できる蠕動フィンガ342の形状が示されている。図示されるように、フィンガ 342は、その遠位端のところに、膜12を圧縮するための複合曲線を有してい る。先端が凹状の曲線を含んでいるが、中央部と縁部344との間のフィンガの 先端の部分は凹状の曲線を含んでいる。フィンガのこのような形状の結果、圧送 作用の際、膜の磨耗が少なくなることが分かった。 以上のことから、本発明が、簡単な設計の圧送セグメント10を提供し、単一 の装置で長期間にわたって流体の有効かつ正確な蠕動圧送を容易にし、あらゆる 圧力条件の下で流体圧力を検知するための効果的な接触面を提供し、システムの 不正確さを最小にしつつ流体の流れの制御を行うことが認識されるであろう。 本発明の幾つかの特定の形態について説明してきたが、本発明の精神と範囲か ら逸脱することなしに種々の変形をなし得ることは明白である。したがって、本 発明は、請求の範囲による以外は、限定されることを意図していない。
【手続補正書】 【提出日】1997年6月18日 【補正内容】 (1) 発明の名称を「流体案内セグメント」と補正する。 (2) 請求の範囲を別紙のとおり補正する。 (3) 明細書第8頁第16行、第17行、第18行および第19行の“底部分17 ”を「底部分34」と補正する。 (4) 第2図および第6図を添付のように、補正する。 請求の範囲 1.流体ポンプとともに使用される流体案内セグメントであって、前記流体ポン プが、制御された流体が患者に流れるように、前記セクメントに作用し、流体圧 送構造体12、14を有する剛な本体14、16と、流体制御構造体12、14 と、圧力センサインターフェイス構造体36と、入力ポート44および出力ポー ト45とを備えたセグメントにおいて、 前記入力ポート44および出力ポート45が、互いに対向するように、前記 剛な本体14、16内に設けられたことを特徴とする流体案内セグメント。 2.前記剛な本体14、16が、ベース14、カバー16および膜12を有し、 前記膜12が、前記ベース14と前記カバー16との間に位置し、前記ベース1 4と前記膜12が流体の流れのための流路を画定することを特徴とする請求の範 囲第1項に記載の流体案内セグメント。 3.さらに、前記流体制御構造体12、14に係合して、前記セグメントを流れ る流れを制御するスライダ18を備えたことを特徴とする請求の範囲第2項に記 載の流体案内セグメント。 4.前記流体制御構造体12、14が、クリックストップ80を備えたことを特 徴とする請求の範囲第1項ないし第3項のいずれか1項に記載の流体案内セグメ ント。 5.前記ベース14がフランジ62を備え、前記フランジ62がその中に長方形 のノッチ63を有していることを特徴とする請求の範囲第2項に記載の流体案内 セグメント。 6.前記スライダ18が耳部82を有し、前記耳部82がスライダ18を前記流 体ポンプ300内に保持するように構成されたことを特徴とする請求の範囲第3 項に記載の流体案内セグメント。 7.さらに、ベース14、膜12およびカバー16を備え、前記膜12が前記カ バー16と前記ブース14との間に位置し、前記膜12が弾性エラストマー材料 で形成されるとともに、その周辺28のまわりに実質的に垂直に突出した側壁2 9、30を有し、前記側壁29、30が前記ベース14と前記カバー16に自己 付勢シールを形成することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の流体 案内セグメント。 8.前記セグメント10の近位端15が、前記セグメント10が適切な向きを向 いているかをモニターするため、前記セグメント10の遠位端17とは異なった 形状を有していることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の流体案内セグメン ト。 9.前記入力ポート44と前記出力ポート45が軸方向に並んでいることを特徴 とする請求の範囲第1項に記載の流体案内セグメント。 10.前記スライダ18が指係合デバイス79を備え、前記スライダ18の位置を 手動で制御可能に構成されたことを特徴とする請求の範囲第3項に記載の流体案 内セグメント。 11.前記スライダ18が突出部20を備え、前記突出部20が、前記膜12を係 合させ、前記膜12と前記ベース14によって画定された前記流路を制御するよ うに作用することを特徴とする請求の範囲第3項に記載の流体案内セグメント。 12.前記膜12が、前記スライダ18が完全流れ位置に位置している時に、前記 突出部20を受け入れる凹部を備えたことを特徴とする請求の範囲第11項に記 載の流体案内セグメント。 13.前記スライダ18が、前記セグメント10に沿って、長手方向に移動するよ うに構成されたことを特徴とする請求の範囲第2項に記載の流体案内セグメント 。 【図2】 【図6】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クレメンス チャールズ イー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92024 エンシニタス ヒルトップ レー ン 1621 (72)発明者 マーティン スティーヴン エイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92009 カールスバド ソンブローザ ス トリート 2812 (72)発明者 ミナミ ドナルド エス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95030 モンテ セレノ ゼーナ アベニ ュー 17182 (72)発明者 ジョージ ウィリアム アール アメリカ合衆国 イリノイ州 60615 シ カゴ サウス ブラックストーン 5411 ナンバー 1ビー (72)発明者 ハワード ポール エル アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94301 パロ アルト ホーソーン アベ ニュー 147 (72)発明者 ライターマン リー エイチ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95030 ロス ガトス ラス カムブレー ス ロード 18459

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.圧送システムにおいて、流体の流れのためのセグメントが、圧送部分と、流 体制御部分と、圧力センサ接触部分とを備えていることを特徴とするセグメント 。 2.普通のチューブと各々連結されるようになった第1の開放端及び第2の開放 端を有するベースを備え、該ベースが、開放端間にベースの長さに沿って延びた 溝と、流体制御領域とを更に有し、 平らな中央領域を各々もつ上面及び下面と、上面から所定距離延びた圧力容 器とを有する膜と、 圧力容器孔、圧送孔、及び流体調整孔を有するカバーとを備え、 前記膜が、ベースとカバーとの間に配置され、ベースと膜が、第1の開放端 と第2の開放端とを連通させる流体流れチャンネルを構成し、 セグメントの一部に沿って長さ方向に移動するようになった摺動流れ制御器 を備え、該摺動流れ制御器が、セグメントを通る流体の流れを制御するため、膜 をベースの制御領域と係合させることを特徴とする請求の範囲第1項に記載のセ グメント。 3.前記膜が、セグメントの圧送部分を構成するため、圧送孔及びチャンネルと 協同することを特徴とする請求の範囲第2項に記載のセグメント。 4.前記膜が、セグメントの流体制御部分を構成するため、流体調整孔、流体制 御領域、及びスライダと協同することを特徴とする請求の範囲第2項に記載のセ グメント。 5.前記圧力容器が、セグメントの前記圧力センサ接触部分を構成するため、前 記圧力容器孔及びチャンネルと協同することを特徴とする請求の範囲第2項に記 載のセグメント。 6.前記ベースが、スライダが流体停止位置にあることを表示するため、スライ ダと協同するクリックストップを更に備えていることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のセグメント。 7.前記ベースが、楕円形状と、近位端と、遠位端と、中間部分と、底部分と、 底部分から実質的に直交方向に底部分の周囲に突出したベースの側壁とを有し、 底部分とベースの側壁がベースの内部を構成し、ベースが更に、遠位端及び中間 部分の実質的にまわりに形成され、ベースの側壁の頂部から実質的に直交方向に ベースの内部から遠去かる方へ突出したフランジを有し、該フランジが、スライ ダの長さ方向の移動を制限するようになっており、ベースが更に、ベースの内部 に形成され、膜の関連した構造体を受け入れるようになった膜凹部と、ベースの 内部に形成され、カバーの関連した構造体を受け入れるようになったカバー凹部 とを有していることを特徴とする請求の範囲第2項に記載のセグメント。 8.前記フランジには、セグメントの圧送システムへの適当な位置決めを容易に する矩形のノッチが形成されていることを特徴とする請求の範囲第2項に記載の セグメント。 9.前記カバーが、細長い楕円形状と、頂部分と、頂部分から実質的に直交方向 に頂部分の周囲に突出したカバーの側壁とを有し、頂部分とカバーの側壁がカバ ーの内部を構成し、カバーの側壁が、カバー凹部と合致するようになっており、 カバーが更に、カバーの内部に形成され、膜の関連した構造体を受け入れるよう になった膜キャビティを有していることを特徴とする請求の範囲第7項に記載の セグメント。 10.前記膜が、弾性エラストマー材料で形成され、細長い楕円形状と、上面から 実質的に直交方向に上面の周囲に突出した上部側壁とを有し、上部側壁が、膜キ ャビティと密封状態で合致するようになっており、前記膜が更に、下面から実質 的に直交方向に下面の周囲に突出した下部側壁を有し、下部側壁が、膜凹部と密 封状態で合致するようになっていることを特徴とする請求の範囲第9項に記載の セグメント。 11.膜のベース及びカバーとの密封が、自己付勢シールを含むことを特徴とする 請求の範囲第10項に記載のセグメント。 12.膜の下面の平らな中央部分が、溝及び溝に形成された流体制御領域の上に位 置し、膜の前記容器の下側が、溝の上に位置していることを特徴とする請求の範 囲第2項に記載のセグメント。 13.カバーの前記圧送孔とカバーの前記流体調整孔が、膜の上面の平らな中央領 域に接近するようになっており、前記圧力容器孔が、圧力容器に接近するように なっていることを特徴とする請求の範囲第12項に記載のセグメント。 14.スライダの前記突出部が、流体調整孔内を移動するようになっており、かつ 、膜の上面に係合するようになっていることを特徴とする請求の範囲第13項に 記載のセグメント。 15.セグメントの近位端が、セグメントを圧送機構に適当な配向で取付けるため 、セグメントの遠位端とは異なる形状を有していることを特徴とする請求の範囲 第2項に記載のセグメント。 16.ベースを横断する膜の幅とチャンネルの深さが、セグメントの上流の流体圧 力が変動する場合に、膜とベースとの間の容積の変化を制御するように選定され ていることを特徴とする請求の範囲第2項に記載のセグメント。 17.セグメントの圧送部分とセグメントの圧力検知部分との間に配置された圧力 検知入力チャンネルを更に備え、圧力検知入力チャンネルの長さと幅が、圧力検 知部分に到達するため圧送部分に作用する圧送機構によって引き起こされる流体 の乱れの伝達を減少させるように選定されていることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のセグメント。
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