JPWO2014123178A1 - チュービングポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 特に医療用途の輸液ポンプにおいて望まれる流量精度の向上を図れるチュービングポンプの構造を実現する。【解決手段】 着脱可能に装着されるチューブ内の液体を移送するチュービングポンプにおいて、装着された前記チューブを閉塞及び開放するバルブ機構と、チューブを繰り返し押圧するチューブ押圧機構とでポンプ機構を構成し、チューブ押圧機構は、少なくとも２本のガイドシャフトによって、移動可能に保持されるポンプブロックを備える構造とする。【選択図】 図３

Description

本発明は、主に医療用の輸液ポンプとして使用されるものであって、着脱可能に装着されるチューブ内の液体をポンプ機構により移送するようにしたチュービングポンプに関するものである。

従来、医療用の輸液ポンプの方式として、２つのＶ溝の間に配置されたチューブを、どちらか一方のＶ溝が往復運動をしながら繰り返し押圧するシャトル方式の輸液ポンプがある。

このシャトル方式の輸液ポンプは、例えば特許文献１に、上部顎（２２０）と下部顎（２２２）とで形成されるＶ溝と、シャトル（２００）のＶ溝との間にチューブを配置し、シャトル（２００）が往復運動することで、チューブを繰り返し押圧する方法によるものが開示されている。
特許文献１の輸液ポンプでは、シャトル（２００）の上流側には上流バルブ（４１２）が配置され、下流側には下流バルブ（４１４）が配置されている。
上流バルブ（４１２）及び下流バルブ（４１４）が、シャトル（２００）の往復運動と連動して、適切なタイミングで輸液チューブを閉塞又は閉塞状態の解除を行うことによって、輸液チューブ内の液体が移送される。
シャトル（２００）、上流バルブ（４１２）、下流バルブ（４１４）の動作範囲は、シャトル（２００）、上流バルブ（４１２）、下流バルブ（４１４）の各々の動作を規定する為のカム形状が個別に形成されている、１つのカム（１００）部品により規定されている。

シャトル方式の輸液ポンプの他例としては、特許文献２に、Ｖ溝形状固定部品（２２）のＶ溝と、Ｖ溝形状駆動部品（１２Ａ）のＶ溝との間にチューブを配置し、Ｖ溝形状駆動部品（１２Ａ）が往復運動することで、チューブを繰り返し押圧する方法によるものが開示されている。

引用文献１及び引用文献２に示されるようなシャトル式の輸液ポンプは、例えば特許文献３に示されている、複数のフィンガーが全体として蠕動運動することによって輸液チューブを押圧するペリスタルティック方式の輸液ポンプと比較して、優れた流量精度を実現している。

特表平１１−５０８０１７号公報 ＷＯ２００９／１３３７０５号公報 特開平５−２７７１８３号公報

しかしながら、特に医療用途の輸液ポンプにおいて望まれる流量精度の向上に対する要求に応える為には、更なる工夫を必要としていた。

上記課題を解決するための第１態様は、着脱可能に装着されるチューブ内の液体をポンプ機構により移送するチュービングポンプであって、前記ポンプ機構は、装着された前記チューブを閉塞及び開放するバルブ機構と、前記チューブを繰り返し押圧するチューブ押圧機構とで構成され、前記チューブ押圧機構は、少なくとも２本のガイドシャフトによって、移動可能に保持されるポンプブロックを備え、前記ポンプブロックが連続して往復動作することで、前記チューブを繰り返し押圧することを特徴としている。

上記構成によれば、駆動部のガタつきを防止できるので、より安定した流量精度で、輸液チューブ内の液体を移送することができる。

また、第２態様は、第１態様において、前記チューブ押圧機構は、前記ポンプブロックに対向する位置に、前記チューブ内の液体を移送する時に動作しない対向部品が配置されており、前記ポンプブロックは、略Ｖ形状の第一の溝部が形成されており、前記対向部品は、略Ｖ形状の第二の溝部が形成されており、前記ポンプブロックが連続して往復動作するときに、前記第一の溝部と、前記第二の溝部との間で、前記チューブが繰り返し押圧されることを特徴としている。

上記構成によれば、チューブ繰り返し押圧する過程において、押圧によるチューブの変形状態を、次に再び押圧される前に復元することができるので、更に安定した流量精度で、輸液チューブ内の液体を移送することができる。

また、第３の態様は、第１態様又は第２態様において、前記バルブ機構は、上流側と下流側に配置されており、前記チューブ押圧機構は、上流側のバルブ機構と下流側のバルブ機構との間に配置されており、前記チューブ押圧機構に配置される前記ポンプブロックの動作範囲は、ポンプカムで決められており、前記上流側のバルブ機構の上流側バルブの動作範囲は、第一のバルブカムで決められており、前記下流側のバルブ機構の下流側バルブの動作範囲は、第二のバルブカムで決められており、前記ポンプカムと、前記第一のバルブカムと、前記第二のバルブカムとは、各々別体のカム部品であることを特徴としている。

上記構成によれば、バルブの開閉のタイミングをより適切に設定できるので、更に安定した流量精度で、輸液チューブ内の液体を移送することができる。

本発明によれば、より流量精度の向上を図ることができるチュービングポンプを構成することができるという効果が得られる。

本発明に係るチュービングポンプの外観斜視図である。 本発明に係るチュービングポンプの前扉を開いた状態を示す外観斜視図である。 本発明に係るチュービングポンプの構造を示す分解斜視図である。 本発明に係るチュービングポンプにおいて、ポンプカムとポンプブロックの位置関係を示す図である。 本発明に係るチュービングポンプにおいてポンプカムのカム形状を示す図である。 本発明に係るチュービングポンプにおいてチューブの変形・復元の状態を示す模式図である。 本発明に係るチュービングポンプにおいて、バルブカムとバルブの位置関係を示す図である。 本発明に係るチュービングポンプにおいて、ポンプブロックとバルブの動作タイミングを示すチャート図である。

次に、上記形態を具体化した好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例には図１〜図８の図面が対応している。下記説明の中で、説明部位に対して、特に、参照するのに適した図面がある場合には、括弧書きで参照図面の番号を記載している。

図１及び図２は、チューブ内を液体（例えば、薬液、栄養剤等）をポンプによって強制的に流動させて患者の体内に注入する装置であって、本発明に係るポンプ機構を適用しているチュービングポンプ１の外観を示している。このチュービングポンプ１は、ポンプ本体１０の正面部を開閉するドア２０を具備しており、図１はドア２０を閉じた状態を示し、図２はドア２０を開いた状態を示している。

ポンプ本体１０は、略矩形箱状に形成され、その正面側に、ドア２０によって開閉される直立状の基台１１を有し、この基台１１には、クランプ装置４０によってクランプされたチューブ３０が横向き状態で挿通される（図２参照）。クランプ装置４０によるチューブ３０のクランプ状態は、ドア２０を閉じると解除される。

基台１１は、厚肉な略板状の部位であり、装着されたチューブ３０内の液体を強制移送するポンプ機構５０を具備している。ポンプ機構５０は、装着されたチューブ３０に対する押圧・開放動作、その上流側におけるバルブ５１の開閉動作、下流側におけるバルブ５２の開閉動作等を、適宜に組み合わせることによって、チューブ３０内の液体を上流側から下流側の方向ｄに強制的に移送するものである（図２参照）。

＜ポンプ機構の構成＞
図３は、ポンプ機構５０の構成部品を示す分解斜視図である。ポンプ機構５０は、上流側バルブ５１、上流側バルブカム５１Ｃ、下流側バルブ５２、下流側バルブカム５２Ｃ、ポンプブロック５３、ポンプブロックカム５３Ｃ、ガイドシャフト５３Ｓ、シャフト５４、ポンプブロックケース５５などの部品により構成されている。

これらの構成部品の内、ポンプブロック５３とポンプブロックカム５３Ｃとガイドシャフト５３Ｓとを主な構成部品として、チューブ押圧機構部を形成している。

そして、上流側バルブ５１と上流側バルブカム５１Ｃとを主な構成部品として、ポンプ機構５０の中で上流側バルブ機構部を形成している。また、下流側バルブ５２と下流側バルブカム５２Ｃとを主な構成部品として、ポンプ機構５０の中で下流側バルブ機構部を形成している。

シャフト５４には、上流側バルブカム５１Ｃと下流側バルブカム５２Ｃとポンプブロックカム５３Ｃとが、固定されている。シャフト５４は電気モータ（図示しない）を動力源として連続的に回転する。

シャフト５４が連続して回転するとき、上流側バルブカム５１Ｃ、下流側バルブカム５２Ｃ、ポンプブロックカム５３Ｃが、各々上流側バルブ５１、下流側バルブ５２、ポンプブロック５３に各カム形状により定まる一定の範囲で、往復動作をさせる。

このとき、チューブ押圧機構部と上流側と下流側のバルブ機構部とが連動して、適切なタイミングでチューブ３０の押圧を繰り返すと共に、上流側及び下流側でのチューブの３０の閉塞又は閉塞状態の解除を行うことによって、輸液チューブ内の液体が移送されることになる。

＜チューブ押圧機構部＞
上述したように、チューブ押圧機構部は、ポンプブロック５３とポンプブロックカム５３Ｃとガイドシャフト５３Ｓとを備えている。

上下に往復運動をするポンプブロック５３の位置は、シャフト５４を回転軸として回動するポンプブロックカム５３Ｃの位置によって定まる。

図４は、ポンプブロックカム５３Ｃのカム形状を示している。ポンプブロック５３が中間位置にある状態から、上下に移動するとき、図４に示すカム形状を有するポンプブロックカム５３Ｃのカム面がポンプブロック５３の上側ベアリング部５３ｕ又は下側ベアリング部５３ｄに接触する位置によって、ポンプブロック５３の位置が定まる。

図５（ａ）は、ポンプブロック５３が最上位の位置にある状態でのポンプブロックカム５３Ｃとの位置関係を示している。
図５（ｂ）は、ポンプブロック５３が中間位置にある状態でのポンプブロックカム５３Ｃとの位置関係を示している。
図５（ｃ）は、ポンプブロック５３が最下位の位置にある状態でのポンプブロックカム５３Ｃとの位置関係を示している。

また、ポンプブロック５３は、上流側と下流側に備えるボールブッシュ部３５ｂにガイドシャフト５３Ｓを通して配置することにより、上下方向にのみ移動可能に保持されている。

このガイドシャフト５３Ｓによって保持されていることで、ポンプブロック５３が上下に往復運動する際に、他の方向にガタつくことを防ぐことができる。
また、ガタつきを防止できることで、ポンプ動作時の振動や騒音を抑えることができるとともに、輸液ポンプとしての流量精度に向上にも資することになる。

ポンプブロック５３には、略Ｖ形状の凹部であるＶ溝５３ｖが形成されており、このＶ溝５３ｖに沿ってチューブ３０を配置する。

一方、ドア２０にも、ドア２０を閉じたときには、ポンプブロック５３に対向する位置に、略Ｖ形状の凹部を有しているポンプブロック対向部品２１が固定配置されてる。

このポンプブロック対向部品２１に形成されている略Ｖ形状の凹部であるＶ溝２１ｖが、ポンプブロック５３のＶ溝５３ｖと向かい合うことで出来る菱形の空間に、チューブが配置される。（図６（ａ）、図６（ｃ）参照）

この状態から、ポンプブロック５３が上下に往復運動をするとき、チューブ３０が繰り返し押圧される。（図４（ｂ）、図４（ｄ）参照）

ポンプブロック５３の動作の過程でチューブ３０が押圧された状態（図６（ｂ））から菱形の空間が形成されて解除されるとき、チューブ３０の形状は、チューブ３０の材質の弾性力とチューブ３０内を流れる液体の圧力によって、押圧される前の状態に戻ろうとする。

このとき、チューブ３０の材質の弾性力と、液体の圧力に加えて、Ｖ溝５３ｖの斜面とＶ溝２１ｖの斜面とによって輸液チューブ３０が両側から押されることによって、よりチューブの形状が復元されやすい。

これにより、チューブ３０が、押圧されて変形している状態から、次に押圧されるまでの間に、チューブの形状が、より確実に復元されるので、チューブ３０を押圧する毎の液体の移送量が安定して、流量精度が向上する。

＜バルブ機構部＞
バルブ機構部は、上流側では、上流側バルブ５１と上流側バルブカム５１Ｃとを備えており、下流側では下流側バルブ５２と下流側バルブカム５２Ｃとを備えている。

チューブ３０を閉塞又は解除する動作を行うバルブ５１（５２）の位置は、シャフト５４を回転軸として回動するバルブカム５１Ｃ（５２Ｃ）の位置によって定まる。

図７（ａ）は、バルブ５１（５２）がチューブ３０の閉塞を解除している位置にある状態でのバルブカム５１Ｃ（５２Ｃ）との位置関係を示している。
図７（ｂ）は、バルブ５１（５２）がチューブ３０を閉塞している位置にある状態でのバルブカム５１Ｃ（５２Ｃ）との位置関係を示している。

上流側のバルブ５１と下流側のバルブ５２とは、別体の部品であるため、可動部を大きくとり理想的なバルブ角度が設定できるので、輸液ポンプとしての流量精度の向上が図れる。

＜ポンプブロックとバルブとの動作関係＞
図８は、本実施例のチュービングポンプ１において、シャフト５４が１回転するときのポンプブロック５３、上流側バルブ５１、下流側バルブ５２バルブの動作タイミングを示すチャート図である。

シャフト５４が１回転するとき、ポンプブロック５３は上下に１往復する動作を行う。
また、上流側バルブ５１は、シャフト５４が１回転するとき、バルブを開閉する動作を２回行う。
このとき、下流側バルブ５２は、上流側バルブ５１とは、タイミングをずらして、バルブを開閉する動作を２回行う。図８ではこれらの動作の関係を示している。

図８の横軸は、シャフト５４を回転軸として、回転する３つの別体のカム、すなわちポンプブロックカム５３Ｃ、上流側バルブカム５１Ｃ、下流側バルブカム５２Ｃの回転角度である。

図８の縦軸は、ポンプブロック５３、上流側バルブ５１、下流側バルブ５２バルブの移動変位量を表している。

図８からわかるように、本実施例では、バルブが最大に開くときの移動量を１として、ポンプブロック５３が中間地点から上方向または下方向に移動する最大変位量を３として設定している。

チューブ３０内の液体を吸引（Ｆｉｌｌ）するとき、ポンプブロックカム５３Ｃは図４でＦとして指示している４４°の範囲で、ポンプブロック５３を動作させている。このとき、上流側バルブ５１は輸液チューブ３０を開放し、下流側バルブ５２は、輸液チューブ３０を閉塞している。そしてポンプブロック５３がより中間位置に向かって移動するにしたがい液体を吸引（Ｆｉｌｌ）する。

チューブ３０内の液体を吐出（Ｐｕｍｐ）するとき、ポンプブロックカム５３Ｃは図４でＰとして指示している７０°の範囲で、ポンプブロック５３を動作させている。このとき、上流側バルブ５１は輸液チューブ３０を閉塞し、下流側バルブ５２は、輸液チューブ３０を開放している。そしてポンプブロック５３のＶ溝５３ｖの斜面が輸液チューブ３０を押していくことによって、液体を吐出（Ｐｕｍｐ）させる。

輸液ポンプとしての流量精度を上げるための要素の１つとして、バルブ開閉のタイミングやチューブの弾性力等の諸条件を考慮した上で、できるだけ吐出時間の割合を多くすることが望ましい。

ポンプブロックカム５３Ｃの吐出（Ｐｕｍｐ）の為のカム角度範囲を広く設定する必要がある。従来、チューブを押圧する駆動部品と上下流のバルブ１つのカムで動作させる形態では、カム角度範囲を６０°程度よりも更に大きくすることが困難であった。

しかし本実施例では、ポンプブロック５３、上流側バルブ５１、下流側バルブ５２の動作方向を変えるカムを各々別体のカムを使用することで、設計上の許容範囲が広がった結果、少なくともカム角度範囲を７０°に設定できた。

なお、上記実施例によれば、吐出（Ｐｕｍｐ）の為のカム角度範囲を７０°とし、吸引（Ｆｉｌｌ）の為のカム角度範囲を４４°に設定したが、上下流側のバルブの開閉タイミングの設定に合わせて、他の角度範囲を設定してもよい。

また、上記実施例によれば、１本のシャフト５４をポンプブロックカム５３Ｃ、上流側バルブカム５１Ｃ、下流側バルブカム５２Ｃの共通の回転軸としたが、全部又は一部について、各々異なる回転軸を設定してもよい。

１：チュービングポンプ
１０：ポンプ本体
１１：基台
２０：ドア
２１：ポンプブロック対向部品
２１ｖ：（ポンプブロック対向部品の）Ｖ溝部
３０：チューブ
４０：クランプ装置
５０：ポンプ機構
５１：上流側バルブ
５１Ｃ：上流側バルブカム
５２：下流側バルブ
５２Ｃ：下流側バルブカム
５３：ポンプブロック
５３ｂ：ボールブッシュ部
５３ｄ：下側ベアリング
５３ｕ：上側ベアリング
５３ｖ：（ポンプブロックの）Ｖ溝部
５３Ｓ：ガイドシャフト
５４：シャフト

Claims (3)

1. 着脱可能に装着されるチューブ内の液体をポンプ機構により移送するチュービングポンプであって、
   前記ポンプ機構は、装着された前記チューブを閉塞及び開放するバルブ機構部と、前記チューブを繰り返し押圧するチューブ押圧機構部とで構成され、
   前記チューブ押圧機構部は、少なくとも２本のガイドシャフトによって、移動可能に保持されるポンプブロックを備え、
   前記ポンプブロックが連続して往復動作することで、前記チューブを繰り返し押圧することを特徴とするチュービングポンプ。
   
2. 前記チューブ押圧機構部は、前記ポンプブロックに対向する位置に、前記チューブ内の液体を移送する時に動作しない対向部品が配置されており、
   前記ポンプブロックは、略Ｖ形状の第一の溝部が形成されており、
   前記対向部品は、略Ｖ形状の第二の溝部が形成されており、
   前記ポンプブロックが連続して往復動作するときに、前記第一の溝部と、前記第二の溝部との間で、前記チューブが繰り返し押圧されることを特徴とする
   請求項１記載のチュービングポンプ。
   
3. 前記バルブ機構部は、上流側と下流側に配置されており、
   前記チューブ押圧機構部は、上流側のバルブ機構と下流側のバルブ機構との間に配置されており、
   前記チューブ押圧機構部に配置される前記ポンプブロックの動作範囲は、ポンプカムで決められており、
   前記上流側のバルブ機構部の上流側バルブの動作範囲は、第一のバルブカムで決められており、
   前記下流側のバルブ機構部の下流側バルブの動作範囲は、第二のバルブカムで決められており、
   前記ポンプカムと、前記第一のバルブカムと、前記第二のバルブカムとは、各々別体のカム部品であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のチュービングポンプ。