JPWO2014185437A1

JPWO2014185437A1 - 送液装置

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Publication number: JPWO2014185437A1
Application number: JP2015517101A
Authority: JP
Inventors: 東山　祐三; 祐三東山
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2034-05-14
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Abstract

送液装置（１００）は、ポンプ（１０２）と、定流量バルブ（１０３）と、フィルタ（１６０）と、コネクタ部（１６８）と、流路（１０７）と、流路（１０８）と、流路（１５７）と、流路（１５８）と、制御部（９０）と、報知部（９１）とを備える。送液装置（１００）には薬液バッグ（１０１）が接続されている。定流量バルブ（１０３）は、ポンプ（１０２）の吐出孔（１４２）に接続する流路（１０８）、流路（１５７）、流路（１５８）の途中に設けられている。そして、定流量バルブ（１０３）は、吐出孔（１４２）から吐出される薬液の流れを妨げ、吐出孔（１４２）に付与される圧力を安定させる。制御部（９０）は、ダイヤフラム（１２０）の変位量と予め設定されたダイヤフラム（１２０）の基準変位量とを比較し、ポンプ室（１４５）を流れる薬液中への気泡の混入または流路（１０８）、流路（１５７）、流路（１５８）、流路（１５９）の閉塞を検出する。

Description

本発明は、液体貯蔵部に貯蔵されている液体を、ポンプの動作により液体消費部へ送る送液装置に関するものである。

従来、液体貯蔵部に貯蔵されている液体を、ポンプの動作により液体消費部へ送る送液装置が各種知られている。例えば特許文献１には、輸液パックに貯蔵されている輸液を、ポンプの動作により輸液チューブを介して患者へ送る輸液装置が開示されている。

この輸液チューブの一方の端は輸液パックに接続されており、輸液チューブの他方の端は患者に接続されている。そして、輸液チューブの中央部が輸液装置にセットされている。

輸液装置は、輸液チューブの中央部がセットされた状態で輸液パックの輸液をポンプの動作により患者へ送るポンプと、輸液チューブを流れる送液中に混入した気泡の有無を検出する気泡センサと、輸液チューブの閉塞異常を検出する閉塞センサと、輸液チューブを流れる送液中の気泡異常を表示する気泡異常表示部と、輸液チューブの閉塞異常を表示する閉塞異常表示部と、を備えている。

この輸液装置は、送液中、輸液チューブを流れる送液中へ気泡が混入したとき、気泡センサで検知された検知信号に基づいて、気泡異常を示す文字を気泡異常表示部で表示する。一方、この輸液装置は、送液中、輸液チューブの閉塞異常が閉塞センサで検出さると、閉塞センサで検知された検知信号に基づいて、閉塞異常を示す文字を閉塞異常表示部で表示する。

そのため、この輸液装置では、看護師等の医療従事者が送液状況を気泡異常表示部や閉塞異常表示部で確認することができる。

特開２００５−９５５７７号公報

しかしながら、特許文献１の輸液装置は、輸液チューブを流れる送液中への気泡の混入の有無と輸液チューブの閉塞異常とを検出するために、気泡センサ及び閉塞センサの両方を備える必要がある。

そのため、特許文献１では輸液装置が大型化する。また、前記特許文献１の輸液装置では、気泡センサ及び閉塞センサの両方を用意したり、気泡センサ及び閉塞センサの両方を装置本体に取り付ける製造工程を組まなければならず、製造コスト高の一因となる。また、気泡センサ及び閉塞センサのそれぞれの出力回路で電力が消費されるため、消費電力も大きくなる。

そこで本発明の目的は、装置本体の小型化、製造コストの低減、及び消費電力の低減を図った送液装置を提供することにある。

本発明の送液装置は、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。

（１）ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの少なくとも一方の主面に設けられ、前記ダイヤフラムを屈曲振動させる駆動体と、前記ダイヤフラムとともにポンプ室を構成するポンプ筐体と、前記ポンプ室から液体を吐出するための吐出孔と、を有するポンプと、
前記ポンプの前記吐出孔に接続する流路の途中に設けられ、前記吐出孔から吐出される前記液体の流れを妨げ、前記吐出孔に付与される圧力を安定させる抵抗部と、
前記ダイヤフラムの変位量を検知する検知部と、
前記検知部により検知された前記ダイヤフラムの前記変位量と予め設定された前記ダイヤフラムの基準変位量とを比較し、前記ポンプ室を流れる前記液体中への気泡の混入または前記流路の閉塞を検出する制御部と、を備える。

この構成において、ポンプの吸引孔は例えば、液体を貯蔵する液体貯蔵部に接続され、ポンプの吐出孔は、流路を介して抵抗部の流入孔に接続される。また、抵抗部の流出孔は例えば、液体を消費する液体消費部に流路を介して接続される。

そのため、液体貯蔵部の液体は送液時、ポンプの動作により、ポンプの吸引孔からポンプ室に流入し、ポンプの吐出孔から吐出され、抵抗部の流入孔から抵抗部内に流入する。そして、液体は抵抗部内を流れ、抵抗部の流出孔から流出して液体消費部に供給される。

この構成では、ポンプの吐出孔に抵抗部が接続されているため、吐出孔に付与される圧力が安定し、それに伴いポンプ室内の圧力も安定するため、液体中への気泡の混入および流路の閉塞が生じていない正常時のダイヤフラムの変位量が一定になる。この正常時のダイヤフラムの変位量がダイヤフラムの基準変位量に設定される。制御部は送液時、検知部で検知されるダイヤフラムの変位量を監視する。

そして、ポンプ室を流れる液体中へ気泡が混入すると、気泡が圧縮される体積分、検知部で検知されるダイヤフラムの変位量が基準変位量に比べて増加する。制御部は、その増加量を検知部で検知することによりポンプ室を流れる液体中への気泡の混入を検出することができる。

一方、流路が閉塞すると、流路内の圧力が上昇するため、ポンプの吐出孔に付与される圧力が上昇する。それに伴いポンプ室内の圧力も上昇するため、検知部で検知されるダイヤフラムの変位量が基準変位量に比べて減少する。制御部は、その減少量を検知部で検知することにより流路の閉塞を検出することができる。

したがって、この構成によれば、一つの検知部（センサ）で気泡の混入および流路の閉塞を検出することができるため、装置本体の小型化、製造コストの低減、及び消費電力の低減を図ることができる。

（２）前記ポンプは、伸縮により前記ダイヤフラムを屈曲振動させる圧電素子を有し、
前記検知部は、前記圧電素子の一方の主面に設けられた電極を有し、前記圧電素子の他方の主面に設けられた対向電極と前記電極との間にかかる電圧に基づいて前記ダイヤフラムの変位量を検知することが好ましい。

この構成では、アクチュエータとして圧電素子を用いることで、効率が高くなる。したがって、この構成の送液装置によれば、消費電力を一層低減できる。

（３）前記抵抗部は、前記吐出孔から吐出される前記液体の流量を一定流量にし、前記吐出孔に付与される圧力を一定圧力にする定流量バルブであり、
前記基準変位量は、前記吐出孔に付与される圧力が前記一定圧力であるときの前記ダイヤフラムの変位量であることが好ましい。

この構成では、流路において流動抵抗に僅かな変化が生じても、定流量バルブが、吐出孔に付与される圧力を一定圧力にする。そのため、この構成では、液体中への気泡の混入および流路の閉塞が生じていない正常時のダイヤフラムの変位量が一定になる。

したがって、制御部は、検知部で検知されるダイヤフラムの変位量とダイヤフラムの基準変位量とを比較することで、ポンプ室を流れる液体中への気泡の混入または流路の閉塞を検出することができる。

（４）前記抵抗部は、前記流路中最も抵抗値の高い高流動抵抗流路であり、
前記基準変位量は、前記吐出孔から吐出される前記液体の流量に対応する前記ダイヤフラムの変位量であることが好ましい。

この構成では、高流動抵抗流路以外の低流動抵抗流路において流動抵抗に僅かな変化が生じても、高流動抵抗流路の抵抗値が高いため、その変化は無視できるレベルとなる。そのため、この構成では、液体中への気泡の混入および流路の閉塞が生じていない正常時のダイヤフラムの変位量が一定になる。

また、高流動抵抗流路は、簡易な構成で流路中に設けることができる。そのため、この構成によれば、送液装置の製造コストを低減できる。

この発明によれば、送液装置の小型化、製造コストの低減、及び消費電力の低減を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る送液装置１００の概略構成図である。図１に示す送液装置１００に備えられるポンプ１０２の外観斜視図である。図１に示す送液装置１００に備えられるポンプ１０２の分解斜視図である。図２に示すＳ−Ｓ線の断面図である。図３に示す圧電素子７１及びダイヤフラム７２の接合体の平面図である。図１に示す送液装置１００に備えられる定流量バルブ１０３の分解斜視図である。図７（Ａ）は、図１に示す定流量バルブ１０３の弁閉時の断面図である。図７（Ｂ）は、図１に示す定流量バルブ１０３の弁開時の断面図である。図１に示すポンプ１０２のＰ−Ｑ（圧力−流量）特性を示す図である。図１に示す送液装置１００のＰ−Ｑ（圧力−流量）特性を示す図である。本発明の第２実施形態に係る送液装置２００の概略構成図である。図１０に示すポンプ１０２のＰ−Ｑ（圧力−流量）特性を示す図である。

《本発明の第１実施形態》
以下、本発明の第１実施形態に係る送液装置１００について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る送液装置１００の概略構成図である。送液装置１００は、ポンプ１０２と、定流量バルブ１０３と、フィルタ１６０と、コネクタ部１６８と、流路１０７、１０８、１５７、１５８と、制御部９０と、報知部９１と、筐体９５と、を備える。図１に示すように、送液装置１００には、薬液バッグ１０１が接続されている。

薬液バッグ１０１は、液体を貯蔵する。この液体は、例えばブドウ糖輸液である。薬液バッグ１０１は、液体を入れるための開口部９８と、液体の逆流を防ぐ逆止弁９９とを有する。

ポンプ１０２は、ポンプの動作により液体を送液する。ポンプ１０２は、詳細を後述するが、薬液バッグ１０１に貯蔵されている液体を吸引するための吸引孔１４１と、ダイヤフラム７２と、ダイヤフラム７２を屈曲振動させる圧電素子７１と、液体を吐出するための吐出孔１４２と、液体の逆流を防ぐ逆止弁１４３、１４４と、を有する。

ポンプ１０２の吸引孔１４１は、流路１０７を介して薬液バッグ１０１に接続されている。ポンプ１０２の吐出孔１４２は、流路１０８を介して、定流量バルブ１０３の第１開口部１１５に接続されている。

定流量バルブ１０３は、詳細を後述するが、第１開口部１１５、第２開口部１１７、及び第３開口部１１８が設けられたバルブ筺体１１０を有する。さらに、定流量バルブ１０３は、第１開口部１１５及び第２開口部１１７と対向する第１主面１２０ａと、第１主面１２０ａに対向し、第３開口部１１８と対向する第２主面１２０ｂとを持つダイヤフラム１２０を有する。

そして、ダイヤフラム１２０は、バルブ筺体１１０内を分割して、第１主面１２０ａ側に設けられた第１バルブ室１１１と第２主面１２０ｂ側に設けられた第２バルブ室１１２とをバルブ筺体１１０とともに構成する。

定流量バルブ１０３の第２開口部１１７は、流路１５７を介してフィルタ１６０の流入孔１６１に接続されている。すなわち、定流量バルブ１０３は、ポンプ１０２の吐出孔１４２に接続する流路１０８、１５７、１５８の途中に設けられている。そして、定流量バルブ１０３は、吐出孔１４２から吐出される液体の流れを妨げ、吐出孔１４２に付与される圧力を安定させる。

なお、定流量バルブ１０３が、本発明の「抵抗部」に相当する。

フィルタ１６０は、液体が流入する流入孔１６１と、液体が流出する流出孔１６２と、フィルタ１６０の外部に連通する通気孔１６３とを有する。フィルタ１６０は、ＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等の繊維状樹脂を挟んだ構造を有する。

フィルタ１６０は、流入孔１６１から流出孔１６２へ流れる液体が通気孔１６３を介してフィルタ１６０の外部へ通過することを阻止し、液体中に含まれる気体を通気孔１６３を介して通過させる。また、フィルタ１６０は、流入孔１６１から流出孔１６２へ流れる液体に含まれる異物が流出孔１６２へ通過することを阻止し、この異物を収容する。フィルタ１６０の流出孔１６２は、流路１５８を介してコネクタ部１６８に接続されている。

コネクタ部１６８は、看護師等の使用者によって送液装置１００の使用時に、カテーテル等の流路１５９を介して液体消費部１０９に接続される。

報知部９１は、例えばスピーカ、ディスプレイなどで構成される。報知部９１は、制御部９０の指示に基づいて、液体中への気泡の混入を示す混入異常、または流路１０８、１５７、１５８、１５９の閉塞を示す閉塞異常を報知する。

制御部９０は、例えばマイクロコンピュータで構成される。制御部９０は、送液装置１００の各部の動作を制御する。制御部９０は、詳細を後述するが、ダイヤフラム１２０の変位量と予め設定されたダイヤフラム１２０の基準変位量とを比較し、ポンプ室１４５を流れる液体中への気泡の混入または流路１０８、１５７、１５８、１５９の閉塞を検出する。基準変位量は、吐出孔１４２に付与される圧力が一定圧力であるときのダイヤフラム１２０の変位量である。

筐体９５は、ポンプ１０２と、定流量バルブ１０３と、フィルタ１６０と、コネクタ部１６８と、流路１０７、１０８、１５７、１５８と、制御部９０と、報知部９１とを収納する。

なお、ポンプ１０２と、定流量バルブ１０３と、フィルタ１６０と、コネクタ部１６８と、流路１０７、１０８、１５７、１５８は、それ以外の送液装置１００の各部（制御部９０や報知部９１や筐体９５など）に対して着脱自在となっている。

そのため、ポンプ１０２と、定流量バルブ１０３と、フィルタ１６０と、コネクタ部１６８と、流路１０７、１０８、１５７、１５８は、看護師等の使用者によって、送液装置１００の使用時に筐体９５内にセットされ、送液装置１００の使用後に筐体９５から取り外され、廃棄される。

次に、ポンプ１０２の構造について図２〜図５を用いて詳述する。

図２は、図１に示す送液装置１００に備えられるポンプ１０２の外観斜視図である。図３は、図１に示す送液装置１００に備えられるポンプ１０２の分解斜視図である。図４は、図２に示すＳ−Ｓ線の断面図である。図５は、図３に示す圧電素子７１及びダイヤフラム７２の接合体の平面図である。図３、図４に示す矢印は、液体が流れる方向を示している。

ポンプ１０２は、図２、図３に示すように、蓋板７０と、圧電素子７１と、ダイヤフラム７２と、底板７３と、Ｏリング７４と、弁部５０、５１と、ポンプ筐体７５と、を備え、これらが順に積層された構造を有している。

ポンプ筐体７５は、図２に示すように、直方体状であり、例えばＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）樹脂で構成される。ポンプ筐体７５は、図３、図４に示すように、環状の凹部７５Ｄと、凹部７５Ｄより内側に位置する円柱状の突出部７５Ｃと、突出部７５Ｃに設けられた凹部７５Ａ、７５Ｂと、流路１０７に接続される吸引孔１４１と、凹部７５Ａ及び底板７３により構成される空間と吸引孔１４１とを連通する連通孔５５、５６と、流路１０８に接続される吐出孔１４２と、凹部７５Ｂ及び底板７３により構成される空間と吐出孔１４２とを連通する連通孔５８、５９と、を有する。

Ｏリング７４は、環状であり、例えばシリコーンゴムで構成される。Ｏリング７４は、凹部７５Ｄに嵌め入れられ、ダイヤフラム７２とポンプ筐体７５とに挟持される。これにより、Ｏリング７４とダイヤフラム７２との密着性、及びＯリング７４とポンプ筐体７５との密着性が高まり、液体がＯリング７４より外側に漏れることを防止する。

底板７３は、円板状であり、液体の流入孔７３Ａと液体の流出孔７３Ｂとを有する。底板７３の直径は、突出部７５Ｃの直径と同じである。

図３、図４に示すように、弁部５０が、ポンプ筐体７５における凹部７５Ａと底板７３における流入孔７３Ａの形成箇所とに挟持され、弁部５１が、ポンプ筐体７５における凹部７５Ｂと底板７３における流出孔７３Ｂの形成箇所とに挟持された状態で、底板７３は、突出部７５Ｃに接着剤で接合されている。

これにより、弁部５０は、ポンプ筐体７５とともに逆止弁１４３を構成する。また、弁部５１は、底板７３とともに逆止弁１４４を構成する。弁部５０は傘状であり、弁部５１と同じ形状である。弁部５０、５１の材質は、例えばエチレンプロピレンゴムまたはシリコーンゴムである。

ダイヤフラム７２は、円板状であり、金属板、例えばＳＵＳ板から構成されている。ダイヤフラム７２の下面は、底板７３と１００μm程度の微小な隙間を有した状態になっている。また、ダイヤフラム７２の上面には圧電素子７１が接着剤で接合されている。

圧電素子７１は、円板状であり、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスから構成されている。図５に示すように、圧電素子７１の上面には電極７１Ａが設けられており、圧電素子７１の下面にはグランド電極（不図示）が設けられている。さらに、圧電素子７１の上面には、ダイヤフラム７２の変位量を検知する電極６９が設けられている。この電極６９は、図１に示す制御部９０に接続されている。

圧電素子７１は、電極７１Ａとグランド電極との間に交流の駆動電圧が印加されて伸縮する。これにより、ダイヤフラム７２及び圧電素子７１は同心円状に屈曲振動する。そして、これにより、ダイヤフラム７２と底板７３との間にポンプ室１４５が形成される。また、制御部９０は、圧電素子７１の屈曲振動により電極６９とグランド電極との間にかかる電圧に基づいて、ダイヤフラム７２の変位量を検知する。

なお、電極６９が、本発明の「検知部」に相当する。また、グランド電極が、本発明の「対向電極」に相当する。

蓋板７０は、直方体状であり、例えばＰＥＴ樹脂で構成される。蓋板７０は、ポンプ筐体７５に接着剤で接合されている。

以上の構成においてポンプ１０２では、図３、図４の矢印に示すように、薬液バッグ１０１から流路１０７を介して吸引孔１４１から吸引された液体が連通孔５５、５６と弁部５０と流入孔７３Ａを介してポンプ室１４５へ流入する。

そして、ポンプ１０２では、ポンプ室１４５の液体が流出孔７３Ｂと弁部５１と連通孔５８、５９を介して吐出孔１４２から吐出され、流路１０８を介して定流量バルブ１０３へ流入する。ポンプ１０２に設けられる逆止弁１４３、１４４は、液体が逆流することを防止する。

次に、定流量バルブ１０３の構造について図１、図６、図７を用いて詳述する。

図６は、図１に示す送液装置１００に備えられる定流量バルブ１０３の分解斜視図である。図７（Ａ）は、図１に示す定流量バルブ１０３の弁閉時の断面図である。図７（Ｂ）は、図１に示す定流量バルブ１０３の弁開時の断面図である。図７（Ａ）（Ｂ）に示す矢印は、液体が流れる方向を示している。

図６、図７（Ａ）に示すように、底板１２４と枠板１２３と枠板１２２と天板１２１とは、バルブ筐体１１０を構成している。バルブ筐体１１０は略直方体形状である。バルブ筐体１１０を構成する各部材（天板１２１、枠板１２２、枠板１２３、底板１２４）は、例えばＰＥＴ樹脂で構成される。

天板１２１は、第３開口部１１８を有する。天板１２１の下面は、枠板１２２に接着剤で接合されている。第３開口部１１８は、第２バルブ室１１２に連通する。

枠板１２２は、第２バルブ室１１２を構成する平面視して円形の開口部を有する。枠板１２２の厚みは、第２バルブ室１１２の高さを構成する。

ダイヤフラム１２０は、例えばシリコーンゴムで構成される。ダイヤフラム１２０の上面は、枠板１２２に接着剤で接合されている。ダイヤフラム１２０の下面は、枠板１２３に接着剤で接合されている。

枠板１２３は、第１バルブ室１１１を構成する平面視して円形の開口部を有する。枠板１２３の厚みは、第１バルブ室１１１の高さを構成する。

底板１２４は、第１開口部１１５及び第２開口部１１７を有する。第１開口部１１５及び第２開口部１１７は、第１バルブ室１１１に連通する。底板１２４の上面は、枠板１２３に接着剤で接合されている。

ここで、第１バルブ室１１１には、図１、図６、図７（Ａ）に示すように、Ｏリング１３０が底板１２４に接着して設けられている。Ｏリング１３０は、第２開口部１１７の周囲からダイヤフラム１２０側へ突出し、第１バルブ室１１１に面するダイヤフラム１２０の第１主面１２０ａに接触する。Ｏリング１３０は、例えばシリコーンゴムで構成される。

また、第２バルブ室１１２は、図１、図６、図７（Ａ）に示すように、第３開口部１１８を介して定流量バルブ１０３の外部の空間と連通している。すなわち、ダイヤフラム１２０の第２主面１２０ｂの一部は、第３開口部１１８を介して、定流量バルブ１０３の外部の空間に露出している。

そのため、この実施形態では、第２バルブ室１１２の内部の圧力は大気圧とほぼ等しい。そして、第２バルブ室１１２には、円錐形状のバネ１２９が天板１２１とダイヤフラム１２０の第２主面１２０ｂとの間に接触して設けられている。

バネ１２９は、Ｏリング１３０側への圧力をダイヤフラム１２０の第２主面１２０ｂに付与する。バネ１２９は、例えば金属やエラストマーからなる。

次に、定流量バルブ１０３の動作について図１、図７を用いて説明する。

定流量バルブ１０３において、ダイヤフラム１２０は、第１バルブ室１１１側の第１主面１２０ａに付与される圧力と第２バルブ室１１２側の第２主面１２０ｂに付与される圧力との差により変形し、第１主面１２０ａがＯリング１３０の上面に対し接触又は離間する。

ダイヤフラム１２０は、第１主面１２０ａが弁座であるＯリング１３０の上面から離間することで第１開口部１１５と第２開口部１１７とを連通させたり、第１主面１２０ａがＯリング１３０の上面全体と接触することで第１開口部１１５と第２開口部１１７との連通を遮断したりする。

なお、定流量バルブ１０３の弁閉時とは、ダイヤフラム１２０の第1主面１２０ａがＯリング１３０の上面全体と接触している時である。定流量バルブ１０３の弁開時とは、ダイヤフラム１２０の第1主面１２０ａの少なくとも一部がＯリング１３０の上面から離間している時である。

ポンプ１０２が停止した状態で、使用者が定流量バルブ１０３の第２開口部１１７をフィルタ１６０及びコネクタ部１６８を介して液体消費部１０９に接続すると、定流量バルブ１０３は図７（Ａ）に示すように閉じている。

そして、使用者がポンプ１０２を駆動させると、薬液バッグ１０１に貯蔵されている液体は、流路１０７、ポンプ１０２、流路１０８を介して第１開口部１１５から第１バルブ室１１１に流入し、第１バルブ室１１１内における液体の圧力が高まる。

ここで、図７（Ａ）に示すように、第１バルブ室１１１に面するダイヤフラム１２０の第１主面１２０ａのうち、弁閉時にＯリング１３０との接触部分よりも外側に位置するダイヤフラム１２０の外側領域の面積をＳ_Ｐとし、第２バルブ室１１２に面するダイヤフラム１２０の第２主面１２０ｂの面積をＳ_Ｓとし、第１主面１２０ａのうち、弁閉時にＯリング１３０との接触部分よりも内側に位置するダイヤフラム１２０の内側領域の面積をＳ_Ｏとし、ダイヤフラム１２０の外側領域の面積Ｓ_Ｐに付与されるポンプ１０２の吐出圧力をＰ_Ｐとし、ダイヤフラム１２０の第２主面１２０ｂの面積Ｓ_Ｓに付与されるバネ１２９の与圧力をＰ_Ｓとし、ダイヤフラム１２０の内側領域の面積Ｓ_Ｏに付与される圧力をＰ_Ｏとしたとき、図７（Ｂ）に示すように定流量バルブ１０３が開く条件は、圧力Ｐ_Ｐ、Ｐ_Ｓ、Ｐ_Ｏの釣り合いから、下記数式１に示すような条件となる。なお、この数式１は、展開により下記数式２となる。

そのため、ダイヤフラム１２０の外側領域の面積Ｓ_Ｐに付与されるポンプ１０２の吐出圧力Ｐ_Ｐが数式２の条件を満たすと、定流量バルブ１０３のダイヤフラム１２０が第２バルブ室１１２側へ屈曲して、第１主面１２０ａがＯリング１３０の上面から離間し、第１開口部１１５と第２開口部１１７とが連通する（図７（Ｂ）参照）。即ち定流量バルブ１０３が開く。

図８は、図１に示すポンプ１０２のＰ−Ｑ（圧力−流量）特性を示す図である。図９は、図１に示す送液装置１００のＰ−Ｑ（圧力−流量）特性を示す図である。

以上の構成において、図１に示す送液装置１００は病院等の医療現場で使用される。そして、看護師等の使用者は、液体を薬液バッグ１０１に入れ、ポンプ１０２を駆動し、送液装置１００の流路内の空気を排出する。送液装置１００の流路内の空気を排出した後、使用者は、コネクタ部１６８を液体消費部１０９に例えばカテーテル（不図示）等の流路１５９を介して接続する。

これにより、薬液バッグ１０１に貯蔵されている液体の送液が開始する。送液時、薬液バッグ１０１に貯蔵されている液体は、ポンプ１０２の動作により、流路１０７を介してポンプ１０２の吸引孔１４１からポンプ室１４５に流入し、ポンプ１０２の吐出孔１４２から吐出され、流路１０８を介して定流量バルブ１０３の第１開口部１１５から第１バルブ室１１１に流入する。

そして、液体は第１バルブ室１１１を流れ、定流量バルブ１０３の第２開口部１１７から流出し、流路１５７、フィルタ１６０、流路１５８、コネクタ部１６８、及び流路１５９を介して液体消費部１０９に供給される。この送液時、ポンプ１０２は、図８に示すＰ−Ｑ（圧力−流量）特性に従って動作する。

ここで、送液時に、例えばカテーテルなどの流路１０８、１５７、１５８、１５９の潰れ、屈曲、液体の析出、及び液体中への気泡の混入によって流路抵抗が変化することがある。これにより、ダイヤフラム１２０の内側領域の面積Ｓ_Ｏに付与される圧力Ｐ_Ｏが変化することがある。

しかし、この実施形態の送液装置１００では、定流量バルブ１０３がバネ１２９を有している。そのため、定流量バルブ１０３は、図９に示すように、ダイヤフラム１２０の内側領域の面積Ｓ_Ｏに付与される圧力Ｐ_Ｏが０≦Ｐ_Ｏ＜Ｐ_Ｓの区間（バネ１２９が与圧する圧力Ｐ_Ｓまでの区間）において流量の変化を抑制できる。

したがって、この実施形態の送液装置１００によれば、仮に送液装置１００の定流量バルブ１０３と液体消費部１０９との間を接続する流路抵抗に変化が生じても、液体消費部１０９に供給される液体の流量を安定させることができる。

なお、Ｐ_Ｓ≦Ｐ_Ｏの区間では、ポンプ１０２の吐出圧力Ｐ_Ｐにより定流量バルブ１０３が開いた瞬間から定流量バルブ１０３が常時開状態となり、図８に示すポンプ１０２のＰ−Ｑ特性に従って送液装置１００の吐出流量Ｑが減少する（図９に示す太い実線参照）。

また、送液装置１００では、ポンプ１０２の吐出孔１４２に定流量バルブ１０３が接続されている。定流量バルブ１０３は、バネ１２９が与圧する圧力Ｐ_Ｓまで、ポンプ１０２の吐出孔１４２から吐出される液体の流量を一定流量にし、ポンプ１０２の吐出孔１４２に付与される圧力を一定圧力にする。

それにより、ポンプ室１４５内の圧力も安定化するため、液体中への気泡の混入および流路１０８、１５７、１５８、１５９の閉塞が生じていない正常時のダイヤフラム７２の変位量が一定になる。この正常時のダイヤフラム７２の変位量がダイヤフラム７２の基準変位量に設定される。制御部９０は送液時、電極６９で検知されるダイヤフラム７２の変位量を監視する。

そして、ポンプ室１４５を流れる液体中へ気泡が混入すると、気泡が圧縮される体積分、電極６９で検知されるダイヤフラム７２の変位量が基準変位量に比べて増加する。

制御部９０は、その増加量が予め設定された第１閾値を超えたことを電極６９で検知したとき、ポンプ室１４５を流れる液体中へ気泡が混入したと判定し、液体中への気泡の混入を示す混入異常を報知するよう報知部９１に指示する。

一方、流路１０８、１５７、１５８、１５９が閉塞すると、流路１０８、１５７、１５８、１５９内の圧力が上昇するため、ポンプ１０２の吐出孔１４２に付与される圧力が上昇する。それに伴いポンプ室１４５内の圧力も上昇するため、電極６９で検知されるダイヤフラム７２の変位量が基準変位量に比べて減少する。

制御部９０は、その減少量が予め設定された第２閾値を超えたことを電極６９で検知したとき、流路１０８、１５７、１５８、１５９が閉塞したと判定し、流路１０８、１５７、１５８、１５９の閉塞を示す閉塞異常を報知するよう報知部９１に指示する。

したがって、送液装置１００によれば、一つの検知部（センサ）で気泡の混入および流路１０８、１５７、１５８、１５９の閉塞を検出することができるため、送液装置１００の小型化、製造コストの低減、及び消費電力の低減を図ることができる。また、送液装置１００によれば、アクチュエータとして圧電素子７１を用いているため、効率が高くなり、消費電力を一層低減できる。

《本発明の第２実施形態》
図１０は、本発明の第２実施形態に係る送液装置２００の概略構成図である。図１１は、図１０に示すポンプ１０２のＰ−Ｑ（圧力−流量）特性を示す図である。

第２実施形態の送液装置２００が第１実施形態の送液装置１００と相違する点は、定流量バルブ１０３の代わりに、高流動抵抗流路２０３を備える点である。その他の第２実施形態の送液装置２００の構成は第１実施形態の送液装置１００と同じであるため、説明を省略する。

詳述すると、高流動抵抗流路２０３は、流路１０８、１５７、１５８、１５９中最も抵抗値の高い流路である。高流動抵抗流路２０３の流入孔２１５は流路１０８に接続されており、高流動抵抗流路２０３の流出孔２１７は流路１５７に接続されている。

送液装置２００においてポンプ１０２は、図１１に示すように、ポンプ１０２のＰ−Ｑ（圧力−流量）特性を示す線Ｎと高流動抵抗流路２０３の負荷線Ｌとの交点である動作点Ｍで動作する。

送液装置２００では、高流動抵抗流路２０３以外の低流動抵抗流路１０８、１５７、１５８、１５９において流動抵抗に僅かな変化が生じても、高流動抵抗流路２０３の抵抗値が高いため、その変化は無視できるレベルとなる。

そのため、送液装置２００では、液体中への気泡の混入および流路１０８、１５７、１５８、１５９の閉塞が生じていない正常時のダイヤフラム７２の変位量が一定になる。この正常時のダイヤフラム７２の変位量がダイヤフラム７２の基準変位量に設定される。基準変位量は、正常時に吐出孔１４２から吐出される液体の流量（図１１に示す動作点Ｍにおける液体の流量）に対応するダイヤフラム７２の変位量である。制御部９０は送液時、図５に示す電極６９で検知されるダイヤフラム７２の変位量を監視する。

そして、送液装置２００においても、ポンプ室１４５を流れる液体中へ気泡が混入すると、気泡が圧縮される体積分、電極６９で検知されるダイヤフラム７２の変位量が基準変位量に比べて増加する。

一方、流路１０８、１５７、１５８、１５９が閉塞すると、流路１０８、１５７、１５８、１５９内の圧力が上昇するため、電極６９で検知されるダイヤフラム７２の変位量が基準変位量に比べて減少する。

したがって、第２実施形態の送液装置２００によれば、前記第１実施形態の送液装置１００と同様の作用効果を奏する。

また、高流動抵抗流路２０３は、簡易な構成で流路１０８、１５７、１５８、１５９中に設けることができる。そのため、この第２実施形態によれば、送液装置２００の製造コストを低減できる。

《その他の実施形態》
前記各実施形態では液体としてブドウ糖輸液を用いているが、これに限るものではない。例えば当該液体が、麻酔液やインスリン等の他の液体であったとしても本送液装置に適用できる。

また、前記各実施形態ではダイヤフラム７２はＳＵＳから構成しているが、これに限るものではない。

また、前記各実施形態ではポンプ１０２の駆動源として圧電素子７１を設けたが、これに限るものではない。例えば、電磁駆動で動作を行うポンプを設けても構わない。

また、前記各実施形態では、圧電素子７１はチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなるが、これに限るものではない。例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム系及びアルカリニオブ酸系セラミックス等の非鉛系圧電体セラミックスの圧電材料などからなってもよい。

また、前記各実施形態ではユニモルフ型の圧電振動子を使用しているが、これに限るものではない。ダイヤフラム７２の両面に圧電素子７１を設けたバイモルフ型の圧電振動子を使用してもよい。

また、前記各実施形態では円板状の圧電素子７１を用いたが、これに限るものではない。例えば、圧電素子７１が楕円形や多角形の環状であってもよい。

また、前記各実施形態では、ダイヤフラム７２の変位量を電極６９で検知しているが、これに限るものではない。例えば、歪みゲージを圧電素子７１の上面に貼付し、ダイヤフラム７２の変位量を歪みゲージで検知してもよい。

また、前記第１実施形態では与圧部としてバネ１２９を用いているが、これに限るものではない。ダイヤフラムの第２主面を与圧するものであれば、他の構成の与圧部を用いてもよい。

また、前記第１実施形態では弁座は第２開口部１１７の周囲に設けられているが、これに限るものではない。例えば第１開口部１１５の周囲に弁座が設けられていてもよい。

なお、前記各実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

５０、５１…弁部
５５、５６、５８、５９…連通孔
６９…電極
７０…蓋板
７１…圧電素子
７１Ａ…電極
７２…ダイヤフラム
７３…底板
７３Ａ…流入孔
７３Ｂ…流出孔
７４…Ｏリング
７５…ポンプ筐体
７５Ａ、７５Ｂ…凹部
７５Ｃ…突出部
７５Ｄ…凹部
９０…制御部
９１…報知部
９５…筐体
９８…開口部
９９…逆止弁
１００…送液装置
１０１…薬液バッグ
１０２…ポンプ
１０３…定流量バルブ
１０７、１０８…流路
１０９…液体消費部
１１０…バルブ筐体
１１１…第１バルブ室
１１２…第２バルブ室
１１５…第１開口部
１１７…第２開口部
１１８…第３開口部
１２０…ダイヤフラム
１２１…天板
１２２、１２３…枠板
１２４…底板
１２９…バネ
１３０…Ｏリング
１４１…吸引孔
１４２…吐出孔
１４３、１４４…逆止弁
１４５…ポンプ室
１５７、１５８…流路
１５９…流路
１６０…フィルタ
１６１…流入孔
１６２…流出孔
１６３…通気孔
１６８…コネクタ部
２００…送液装置
２０３…高流動抵抗流路
２１５…流入孔
２１７…流出孔

Claims

ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの少なくとも一方の主面に設けられ、前記ダイヤフラムを屈曲振動させる駆動体と、前記ダイヤフラムとともにポンプ室を構成するポンプ筐体と、前記ポンプ室から液体を吐出するための吐出孔と、を有するポンプと、
前記ポンプの前記吐出孔に接続する流路の途中に設けられ、前記吐出孔から吐出される前記液体の流れを妨げ、前記吐出孔に付与される圧力を安定させる抵抗部と、
前記ダイヤフラムの変位量を検知する検知部と、
前記検知部により検知された前記ダイヤフラムの前記変位量と予め設定された前記ダイヤフラムの基準変位量とを比較し、前記ポンプ室を流れる前記液体中への気泡の混入または前記流路の閉塞を検出する制御部と、を備える、送液装置。
前記ポンプは、伸縮により前記ダイヤフラムを屈曲振動させる圧電素子を有し、
前記検知部は、前記圧電素子の一方の主面に設けられた電極を有し、前記圧電素子の他方の主面に設けられた対向電極と前記電極との間にかかる電圧に基づいて前記ダイヤフラムの変位量を検知する、請求項１に記載の送液装置。
前記抵抗部は、前記吐出孔から吐出される前記液体の流量を一定流量にし、前記吐出孔に付与される圧力を一定圧力にする定流量バルブであり、
前記基準変位量は、前記吐出孔に付与される圧力が前記一定圧力であるときの前記ダイヤフラムの変位量である、請求項１又は２に記載の送液装置。
前記抵抗部は、前記流路中最も抵抗値の高い高流動抵抗流路であり、
前記基準変位量は、前記吐出孔から吐出される前記液体の流量に対応する前記ダイヤフラムの変位量である、請求項１又は２に記載の送液装置。