WO2011121924A1

WO2011121924A1 - 輸液ポンプ

Info

Publication number: WO2011121924A1
Application number: PCT/JP2011/001585
Authority: WO
Inventors: 智宏畠; 勝中西
Original assignee: テルモ株式会社
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2011-10-06
Also published as: JP2011206211A

Abstract

　輸液チューブの外周面を押圧して送液を行う輸液ポンプのポンプユニットは、輸液チューブを保持した状態において、輸液チューブの軸方向に沿う方向に配列された複数のフィンガと、モータにより駆動されるカムシャフトとを有する。カムシャフトは、複数のフィンガの各々に対して第一カム面と第二カム面とを提供するカム部材を備えている。複数のフィンガの各々は、第一カム面と接触する第一端部と、第一端部に対向して設けられ、輸液チューブを押圧するためのパッドを有する第二端部とを有するフィンガ本体と、一端がフィンガ本体に接続され、他端が第二カム面と接触するように設けられた、略Ｕ字形状のフック部材とを有する。そして、カムシャフトの回転によるカム部材が回転すると、第一カム面と第一端部との当接により輸液チューブを押圧するようにフィンガが押し出され、第二カム面とフックとの当接によりフィンガが引き戻される。

Description

輸液ポンプ

　本発明は、輸液チューブの外周面を押圧して送液を行う輸液ポンプに関する。

　薬液バッグと接続された輸液チューブを保持し、その輸液チューブの外周面を複数のフィンガの押圧動作によって送液を行うポンプ機構を備えた輸液ポンプが特許文献１、特許文献２に記載されている。このような複数のフィンガを備えたポンプ機構では、フィンガ毎に設けられたカムによりそれぞれのフィンガが個別に順次動作するようになっている。すなわち、カム面に沿ってフィンガを個別に往復動作させることによって、所定の連携されたタイミングで輸液チューブの押圧と開放を行い、これにより、所望の速度（流量）での送液を実現している。

　一般に、輸液ポンプは、図１により後述するように、輸液バッグがセットされた輸液スタンドに装着されて用いられる。したがって、輸液ポンプは軽量、小型であることが望まれる。輸液ポンプ内には、上述した複数のフィンガ、これらフィンガを駆動するカム機構、カム機構を駆動するモータ、モータを駆動するためのバッテリなどが搭載されており、これらの配置を工夫することで小型化が図られている。

特開２００２－０５８７３８号公報特開２００５－２５３９９９号公報

　カム機構によるフィンガの往復駆動においては、カム機構のカム面によりフィンガを押し出す力が提供されるが、当該カム面によりフィンガを引き戻す力を付与することはできない。そのため、この種の輸液ポンプでは、カムにより押し出されたフィンガをばねの力によって引き戻す構造が採用されている。しかしながら、ばねが装着される分、ポンプ機構のサイズが大きくなってしまい、輸液ポンプの筺体サイズの小型化が阻害されるという課題がある。また、ばねが金属疲労するとフィンガの戻りのレスポンスが低下し、精度の高い送液を行えなくなるという課題がある。

　本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、カムによるフィンガの往復動作を行うポンプ機構において、フィンガを戻すためのばねを不要とした輸液ポンプを提供することを目的とする。

　上記の目的を達成するための本発明の一態様による輸液ポンプは以下の構成を備える。すなわち、
　輸液チューブの外周面を押圧して送液を行う輸液ポンプであって、
　前記輸液チューブを保持した状態において、前記輸液チューブの軸方向に沿う方向に配列された複数のフィンガと、
　モータにより駆動されるカムシャフトと、
　前記カムシャフトに設けられ、前記複数のフィンガの各々に対して第一カム面と第二カム面とを提供するカム部材とを備え、
　前記複数のフィンガの各々は、
　前記第一カム面と接触する第一端部と、前記第一端部に対向して設けられ、前記輸液チューブを押圧するためのパッドを有する第二端部とを有するフィンガ本体と、
　一端が当該フィンガ本体に接続され、他端が前記第二カム面と接触するように設けられた、略Ｕ字形状のフック部材とを有し、
　前記カムシャフトの駆動により前記カム部材が回転すると、前記第一カム面と前記第一端部との当接により前記輸液チューブを押圧するように前記フィンガが押し出され、前記第二カム面と前記フックとの当接により前記フィンガが引き戻される。

　本発明によれば、輸液ポンプにおける、カムによるフィンガの往復動作を行うポンプ機構において、フィンガを引き戻すためのばねが不要となり、組立てやメンテナンスが容易で、故障が低減する。
　本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

　添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
実施形態に係る輸液チューブが固定される輸液ポンプの外観構成の一例を示す図である。実施形態に係る輸液ポンプのドア部を開いた状態の一例を示す図である。実施形態に係る輸液ポンプの内部構成例を示す図である。実施形態に係るポンプ機構の外観を示す図である。実施形態に係るポンプ機構の外観を示す図である。、実施形態に係るポンプ機構における、カムシャフトとフィンガの組み合わせを説明する図である。、実施形態に係るポンプ機構の、カムシャフトを示す図である。、、実施形態に係るポンプ機構の、フィンガを示す図である。

　以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。

　１．輸液ポンプの外観構成
　図１は、本発明の一実施形態に係る輸液チューブ１００が固定される輸液ポンプの正面の外観構成の一例を示す図である。

　図１に示すように、輸液チューブ１００の送液方向上流側には、所定の薬液が収容され輸液バッグ１０１が接続され、また、送液方向下流側には、クレンメ（クランプ部材）１０２及び静脈刺針１０３が接続される。そして、当該静脈刺針１０３が患者の静脈に刺針されることで、輸液バッグ１０１内の薬液が設定入力された流量（ｍＬ／ｈ）で患者に注入される。

　輸液ポンプ１１０は、不図示の本体部に開閉可能に取り付けられたドア部１２０を備え、ドア部１２０の表面には、各種情報が表示される表示部１３０と、操作スイッチ類が配列された操作部１４０と、ドアロックレバー１５０とが配されている。

　表示部１３０には、単位時間あたりの流量（送液速度）の設定値と実績値とを切り替えて表示する流量表示部１３１と、予定流量と積算流量とを切り替えて表示する予定量積算量表示部１３２と、各種アラームを表示するアラーム表示部１３３と、輸液チューブ１００の閉塞圧力の設定レベルを「Ｌ」、「Ｍ」、「Ｈ」で表示する閉塞圧設定表示部１３４とが配されている。

　なお、アラーム表示部１３３には、更に、後述する気泡検出センサにより、輸液チューブ１００内の気泡が検出された場合に点灯する気泡検出表示部１３５と、輸液ポンプ１１０の内蔵バッテリの電圧が低下した場合に点灯するバッテリ電圧低下表示部１３６とが配されている。また、輸液チューブ１００の閉塞圧力が設定レベルに到達した場合に点灯する閉塞異常表示部１３７と、ドア部１２０が開状態になった場合に点灯するドア開状態表示部１３８と、輸液が完了した場合に点灯する完了表示部１３９とが配されている。

　一方、操作部１４０には、送液速度や予定流量を設定するためのアップダウンスイッチ１４１と、押圧されている間、設定された送液速度（ｍＬ／ｈ）よりも高い送液速度での送液が可能となる送液スイッチ１４２とが配されている。

　また、押圧されることで、輸液が開始される開始スイッチ１４４と、押圧されることで輸液が強制停止される停止スイッチ１４３と、輸液ポンプ１１０の電源のＯＮ／ＯＦＦを指示するための電源スイッチ１４５とが配されている。

　なお、電源スイッチ１４５に隣接して、商用電源または直流電源を使用している場合に点灯する電源ランプ１４６と、内蔵バッテリを充電中に点灯するとともに、内蔵バッテリの残量を表示するバッテリランプ１４７とが配されている。

　動作インジケータ１６０の内部には赤色と緑色に発光する発光ダイオードが内蔵されており、動作状態に応じて点灯するようにしている。すなわち、送液中と早送り中は点滅し、スタンバイ機能が働いている時は、赤色と緑色が交互に点滅して、輸液を即座に開始できる状態であることを知らせるようにしている。

　２．ドア部裏面及び本体部の構成
　次に、輸液ポンプ１１０のドア部１２０裏面側の構成及び本体部２００の構成について説明する。

　図２は、ドア部１２０が開状態である輸液ポンプ１１０の外観構成を示す図である。図２において、２０１はドアベースであり、ヒンジ部２０２を介して本体ベース２１１に回動可能に接続される。これにより、ドア部１２０が本体部２００に対して開閉自在となっている。

　２０３はドアシールゴムであり、エラストマーにより形成され、ドア部１２０が閉状態となった場合に、本体部２００の内部に薬液が浸入するのを防止する。

　２０４はバックプレート機構であり、ドア部１２０が閉じた状態で、後述するフィンガによって輸液チューブが押圧された場合に、該輸液チューブの背面を支持する。２０５は閉塞押え板であり、ドア部１２０が閉じた状態で、後述する閉塞センサとの間で輸液チューブを挟持する。

　２１２は気泡検出センサであり、輸液チューブ１００の内部に混入する気泡の内で、チューブ内における長さが所定長さ（例えば、約１０ｍｍ）となる所定量（約０．０８ｃｃ）以上のものを検出する。気泡検出センサ２１２により気泡が検出されるとされたときに、それ以降の動作を強制的に停止される。また、気泡検出センサ２１２に対向する位置となるドアベース２０１側にはチューブ押え部２０６が形成されており、ドアベース２０１を閉じたときに輸液チューブ１００を不動状態にすることで正確な気泡検出を行えるようにしている。

　３００はポンプ機構であり、輸液チューブを順次押圧するフィンガ３１０－１～３１０－５が送液方向に一列に複数配列されている。ポンプ機構３００の詳細については、図３を参照して後述する。

　２１５は閉塞センサであり、永久磁石と、該永久磁石の移動量をアナログ的に検出するためのピックアップとから構成されている。閉塞センサ２１５は、輸液チューブ１００の閉塞状態に伴う内圧変化に応じて移動した永久磁石の移動量を検出することで、閉塞状態を検出する。

　２１６はチューブクランプ保持部であり、輸液チューブ１００に取り付けられたクランプを保持するクランプを保持するとともに、ドア部１２０が開状態になった場合に、当該クランプに対して、輸液チューブを一時的に圧閉するための押圧力を付加する。

　２１７は解除レバーであり、当該解除レバー２１７が操作されることで、チューブクランプ保持部２１６によるクランプに対する押圧力の付加が解除（つまり、クランプによる輸液チューブの圧閉が解除）される。

　２１８は溝部であり、輸液チューブ１００が本体部２００に固定された際に、輸液チューブの幅方向の位置を規定する。２１９は、輸液ポンプ１１０を持ち運ぶ際にユーザが把持するためのハンドルである。

　３．本体内部の構成
　次に、図２及び図３を参照して、本実施形態による輸液ポンプ１１０（本体部２００）の内部構成を説明する。図３は輸液ポンプ１１０の横断面図である。図２に示したように、本体ベース２１１には、その略中央部において上下方向に形成される溝部２１８が形成されており、この溝部２１８内に輸液チューブ１００をセットするように構成されている。この溝部２１８の略中間部位にはポンプユニットとしてのポンプ機構３００が着脱可能なようにネジ止めにより設けられている。すなわち、ポンプ機構３００が薬液などで汚染されて、フィンガ３１０－１～３１０－５の動きが悪くなったときには、ポンプ機構３００を本体ベース２１１から取り出し、所定洗剤で洗浄することで薬液を洗い流し、動きが正常に復帰できるように設計されている。ポンプ機構３００に設けられるフィンガ３１０－１～３１０－５の各々は、耐薬液、薬品性に優れる、例えばポリアセタール樹脂材料等の熱可塑性樹脂から射出成形されている。

　ポンプ機構３００の動作原理は、装着された輸液チューブ１００を、上流側から順に並ぶフィンガ３１０－１～３１０－５で押圧して、設定された時間あたりの流量で持続的に輸液するものである。マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）に記憶した情報によりモータ回転信号を生成し、この回転信号によってステッピングモータ３０６を回転させ、ポンプを駆動し、輸液の流量を調節するようにしている。フィンガ３１０－１～３１０－５の夫々は、ポンプベース３０１内において図２の紙面前後方向に往復駆動されるように内蔵されている。

　また、図２に示すように、第１フィンガ３１０－１と第４フィンガ３１０－４の形状は他のフィンガ（第２フィンガ３１０－２、第３フィンガ３１０－３、第５フィンガ３１０－５）とは異なっている。すなわち、第１フィンガ３１０－１と第４フィンガ３１０－４の押圧面には凸部が形成されている。第１フィンガ３１０－１と第４フィンガ３１０－４の押圧面に形成された凸部で輸液チューブ１００を上流側と下流側のみ完全に圧閉し、第２フィンガ３１０－２、第３フィンガ３１０－３で途中部位を完全には圧閉しないようにすることで、輸液チューブの肉厚の影響をなくした高い精度の送液を可能にしている。第１フィンガ３１０－１と第４フィンガ３１０－４は輸液チューブ１００を完全に圧閉するときに輸液チューブ１００が左右に広がる状態になるので第１フィンガと第４フィンガの幅寸法を他のフィンガの幅寸法より大きくしてもよい。尚、第５フィンガ３１０－５は脈動を補正するためのものである。なお、第１フィンガ３１０－１、第２フィンガ３１０－２、第３フィンガ３１０－３、第４フィンガ３１０－４のすべてで、輸液チューブ１００を順次完全に圧閉・開放するようにしてもよい。

　また、通常の蠕動運動方式の場合には、全てのフィンガ３１０－１～３１０－５を第２フィンガ３１０－２と同じものにすることで完全に輸液チューブ１００を圧閉することで輸液チューブの蠕動運動を行うことができるようになる。また、バックプレート機構２０４は、ポンプ機構３００の各フィンガ３１０に対向するように設けられ、フィンガ３１０による押圧の受け面を形成するものである。また、バックプレート機構２０４は、紙面の前後方向に移動するように設けられており、何らかの過剰負荷が発生したときに紙面裏面側に向けて後退するようにして輸液チューブ２の損傷を防止する機能を備えている。

　本体ベース２１１に取り付けられたポンプ機構３００は、ポンプベース３０１に、カムシャフト３０２を回転自在に支持するベアリングを内蔵したベアリングブロック３０３が固定された構成を有する。このカムシャフト３０２の上端の軸体には歯付きプーリ３０４が固定される。また、上プレート３１１にはステッピングモータ３０６が固定されており、その出力軸には、上記の歯付きプーリ３０４よりも小径または同じ大きさの歯付きプーリ３０７が固定されている。そして、プーリ３０４とプーリ３０７との間に張架される歯付きベルト３０５により、ステッピングモータ３０６の回転力がカムシャフト３０２に伝達される。さらに回転検出センサ３０８は、歯付きプーリ３０４の上側面に取り付けられた不図示のタイミングディスクを光学的に読み取ることで上記のカムシャフト３０２の回転位置と回転数を読み取る。

　バッテリユニット３１２がステッピングモータ３０６の下方に配置され、下プレート３１３に形成された開口部３１３ａを介して電池が交換可能になるように配置されている。このため、本体の底部を塞ぐための裏蓋３１４が下プレート３１３に対してネジ止めされるように設けられ、また、この裏蓋３１４には装置全体をスタンドに固定するための固定ネジ孔部材３１５が固定されている。

　４．ポンプ機構の詳細な説明
　図４Ａはポンプ機構３００の外観を示す斜視図、図４Ｂはポンプ機構３００を側面から見た図であり、ポンプベース３０１の片側をはずした状態を示している。上述したように、ポンプ機構３００は、ポンプベース３０１にフィンガ３１０とカムシャフト３０２が組み込まれた構成である。上述のように、ポンプベース３０１には、ベアリングを内蔵した一対のベアリングブロック３０３が固定され、カムシャフト３０２を回転自在に支持している。また、フィンガ３１０－１～３１０－５のそれぞれの端部には小型のラジアルベアリング３２０が設けられており、カムシャフト３０２の第一カム面３０２ａに当接する状態になるように構成されている。この第一カム面３０２ａとラジアルベアリング３２０の当接により、フィンガ３１０はチューブを押圧する方向へ押し出される。以下、これらフィンガを総称する場合には、フィンガ３１０と記載する。

　図５Ａ，図５Ｂは本実施形態のポンプ機構３００に組み込まれているカムシャフト３０２、ベアリングブロック３０３、及びフィンガ３１０を抜き出して示した図であり、図５Ａはその平面図と正面図、図５Ｂは斜視図である。

　カムシャフト３０２は、複数のフィンガ３１０の各々に対して第一カム面３０２ａと第２カム面３０２ｂとを提供するカム部を有している。フィンガ３１０は、一端が第一カム面３０２ａと接触し、他端が輸液チューブ１００を押圧するフィンガ本体３１０ａと、一端がフィンガ本体３１０ａに接続された略Ｕ字形状のフック部材３１０ｂとを有する。そして、カムシャフト３０２の駆動によるカム部材の回転に応じて、第一カム面３０２ａがフィンガ本体３１０ａの一端（ラジアルベアリング３２０）と当接して輸液チューブを押圧する方向へフィンガ３１０を押し出し、第二カム面３０２ｂがフック部材３１０ｂに当接してフィンガ３１０を引き戻すように動作する。

　図６Ａ，図６Ｂは、ポンプ機構３００に組み込まれているカムシャフト３０２を示す図であり、図６Ａはその平面図と正面図、図６Ｂは斜視図である。カムシャフト３０２の外周面には、上述したようにフィンガ３１０のフィンガ本体３１０ａに当接する第一カム面３０２ａとフック部材３１０ｂに当接する第二カム面３０２ｂとを有する偏芯カム形状部が精度を確保してコンピュータ制御加工装置により一体加工されている。カムシャフト３０２の精度が高いので、寸法精度の良い輸液チューブを用いれば、例えば流量精度±５％以内を保証できることになる。この一体型のカムシャフト３０２は、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼から機械加工されている。なお、第二カム面３０２ｂは、複数のフィンガ３１０に対応して設けられた隣接する第一カム面３０２ａの間に設けることができ、最も上流側の第二カム面もベアリングブロック３０３と第一カム面との間に設けることができる。したがって、第二カム面の形成は、ポンプ機構３００のカムシャフト３０２の軸方向へのサイズにほとんど影響を与えることはない。

　図７Ａ～Ｃは本実施形態のポンプ機構３００に組み込まれているフィンガ３１０の外観を示す図であり、図７Ａ，図７Ｂはその斜視図、図７Ｃは正面図である。

　フィンガ３１０は、上述したようにフィンガ本体３１０ａとフィンガ戻し用のフック部材３１０ｂを有する。フィンガ本体３１０ａのカムシャフト３０２側に向けて配置される端部３１０ｃには小型のラジアルベアリング３２０（図４Ａ，図４Ｂ，図５Ａ，図５Ｂ参照）が装着されて、カムシャフト３０２の第一カム面３０２ａと接する第一端部を形成する。フィンガ本体３１０ａにおける端部３１０ｃの反対側にはパッド３１０ｄが設けられ、輸液チューブを押圧するための第二端部が形成されている。

　フック部材３１０ｂは、略Ｕ字型の形状を有しており、フィンガ本体３１０ａと連結、固定されている。フィンガ３１０は一体成形されていても良いし、例えば、フィンガ本体３１０ａ、フック部材３１０ｂ、パッド３１０ｄが別部品から構成され、組み立てられたものであってもよい。

　図４Ａ～図７Ｃに示すように、カムシャフト３０２の第一カム面３０２ａとフィンガ本体３１０ａの第一端部を構成する小型のラジアルベアリング３２０が接触することにより、フィンガ３１０はチューブを押圧する方向へ押し出される。一方、フック部材３１０ｂの面３１０ｅはカムシャフト３０２の第二カム面３０２ｂと接触するように構成されており、これによりフィンガ３１０はチューブの押圧時とは反対方向へ、すなわちフィンガ３１０はフック部材３１０ｂを介してカムシャフト３０２の方向へ引き戻される。したがって、フィンガ３１０の各々に対して、第一カム面３０２ａと第二カム面３０２ｂを設け、これらカム面をフィンガ３１０の押し出しと引き戻しのタイミングが整合するように形成することで、従来用いられていたようなフィンガ引き戻し用のばねを用いることなく、フィンガ３１０のスムーズな押し出しと引き戻しが可能になる。

　なお、フィンガ３１０が引っかかってカムシャフト側へ戻らなくなったような場合、ステップモータ１０６にかかる負荷が変動する。したがって、このような負荷変動を検出して、フィンガ部（ポンプ機構）の異常を検出するようにしても良い。

　また、上記実施形態では、第一カム面３０２ａと第二カム面３０２ｂとを有するカム部材とカムシャフト３０２とを一体成形しているが、これに限られるものではない。第一カム面３０２ａと第二カム面３０２ｂとを提供するカム部材とシャフトとを別体として形成し、シャフトにカム部材を固定してカムシャフト３０２を形成するようにしてもよい。さらに、カム部材は、第一カム面３０２ａと第二カム面３０２ｂとを別々のカム板で提供するようにしても良い。

　以上のように、上記実施形態によれば、ポンプ機構３００においてフィンガ３１０を引き戻すためのばね部材を省略することが可能となり、フィンガ長を短縮することが可能となり、輸液ポンプをより小型化することができる。また、ばねの劣化によりフィンガの戻りが悪くなるというような経時的な変化が低減され、常に精度の良い輸液を実現することが可能となる。

　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

　本願は、２０１０年３月２９日提出の日本国特許出願特願２０１０－０７６１７５を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims

　輸液チューブの外周面を押圧して送液を行う輸液ポンプであって、
　前記輸液チューブを保持した状態において、前記輸液チューブの軸方向に沿う方向に配列された複数のフィンガと、
　モータにより駆動されるカムシャフトと、
　前記カムシャフトに設けられ、前記複数のフィンガの各々に対して第一カム面と第二カム面とを提供するカム部材とを備え、
　前記複数のフィンガの各々は、
　前記第一カム面と接触する第一端部と、前記第一端部に対向して設けられ、前記輸液チューブを押圧するためのパッドを有する第二端部とを有するフィンガ本体と、
　一端が当該フィンガ本体に接続され、他端が前記第二カム面と接触するように設けられた、略Ｕ字形状のフック部材とを有し、
　前記カムシャフトの駆動により前記カム部材が回転すると、前記第一カム面と前記第一端部との当接により前記輸液チューブを押圧するように前記フィンガが押し出され、前記第二カム面と前記フックとの当接により前記フィンガが引き戻されることを特徴とする輸液ポンプ。
　前記カム部材は前記カムシャフトに一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載の輸液ポンプ。
　前記カム部材を、前記カム部材とは別体のシャフトに固定することで前記カムシャフトが形成されることを特徴とする請求項１に記載の輸液ポンプ。
　前記カム部材が、前記第一カム面を提供するカム板と前記第二カム面を提供するカム板とが別体であることを特徴とする請求項３に記載の輸液ポンプ。