WO2013164951A1

WO2013164951A1 - 送液装置

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Publication number: WO2013164951A1
Application number: PCT/JP2013/061452
Authority: WO
Inventors: 川村憲一郎
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2013-11-07

Abstract

　送液装置（１００）は、液体を液密に貯蔵する薬液バッグ（１０１）と、薬液バッグ（１０１）に貯蔵される液体を輸送するポンプ（１０４）と、薬液バッグ（１０１）及びポンプ（１０４）に連結する連結部（１０７）と、を備える。連結部（１０７）は、ポンプ（１０４）のポンプ室（１４８）の体積をＶ［Ｌ］とし、連結部（１０７）の連結室（１１７）の体積をＷ［Ｌ］とし、薬液バッグ（１０１）の液体（Ｍ）中に溶存している空気の割合をａ％とし、ポンプ（１０４）が吐出孔（１４２）に加わる背圧と等しい吐出圧力Ｐｙを出力する場合の、ポンプ室（１４８）内の液体（Ｍ）中における気泡の量の割合をｂｙ％としたとき、Ｗ＜（ｂｙ－ａ）Ｖ／ａの関係を満たす形状に形成されている。

Description

送液装置

　本発明は、液体貯蔵部に貯蔵されている液体を、ポンプのポンピングにより送液す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、ポンプのポンピングにより送液する送液装置が知られている。

　図４は、特許文献１の送液装置９００の構成を示すブロック図である。この送液装置９００は、輸液を貯蔵する輸液パック１と、輸液パック１に貯蔵されている輸液をポンピングにより患者へ送るポンプ２と、輸液の逆流を防止する逆止弁７と、表示パネル３と、制御回路６と、を備えている。

　送液装置９００では、輸液パック１とポンプ２との間の流路に、気泡センサＳ１と流量センサＳ２とが設けられている。そして、気泡センサＳ１と流量センサＳ２とで検知された検知信号に基づいて制御回路６が、輸液量と気泡の有無を含む輸液状況を表示パネル３で表示する。そのため、送液装置９００では、看護師が輸液状況を表示パネル３で確認することができる。

特開２００６－１３６３７６号公報

　しかしながら、前記特許文献１の送液装置９００においては、気圧や温度等の環境変化により、輸液に溶存している空気がポンプ２のポンプ室内で気泡として発生することがある。そして、ポンプ室内の輸液中に気泡が発生すると、ポンプ２の吐出圧力は気泡の量の増加に伴って低下する。

　そのため、前記特許文献１の送液装置９００では、ポンプ２の吐出圧力がポンプ２の出力側（即ち吐出孔）にかかる背圧を下回った場合、送液が停止してしまうという問題がある。

　そこで本発明では、ポンプ室内の液体中の気泡によるポンプの送液停止を防止できる送液装置を提供することを目的とする。

　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）液体を液密に貯蔵する液体貯蔵部と、
　前記液体貯蔵部に連結する連結部と、
　前記連結部に連結し、前記液体貯蔵部から前記連結部を介して前記液体が吸引される吸引孔と、前記吸引孔から前記液体が流入するポンプ室と、前記ポンプ室から前記液体が吐出される吐出孔と、前記ポンプ室側から前記吸引孔側への前記液体の逆流を防ぐ第１逆止弁と、前記吐出孔側から前記ポンプ室側への前記液体の逆流を防ぐ第２逆止弁と、を有するポンプと、を備え、
　前記第１、２逆止弁間に挟まれた前記ポンプ室の容積をＶとし、前記液体貯蔵部内の液体中に溶存している空気の割合をａ％とし、前記ポンプが前記吐出孔に加わる背圧と等しい吐出圧力を出力する場合の、前記ポンプ室内の液体中における気泡の量の割合をｂｙ％としたとき、前記連結部の容積Ｗは、Ｗ＜（ｂｙ－ａ）Ｖ／ａの関係を満たすように形成されている。

　この構成において、液体貯蔵部内の液体中に溶存している空気の割合ａ［％］は、環境温度や気圧の変化範囲、及び液体の種類などによって確定する値である。また、液体は液体貯蔵部において液密に貯蔵されるため、液体貯蔵部内では気泡が発生しない。

　ここで、Ｗ＜（ｂｙ－ａ）Ｖ／ａの式に等しいａ（Ｗ＋Ｖ）＜Ｖ・ｂｙの式について説明する。ａ（Ｗ＋Ｖ）は、ポンプ室及び連結部内の液体中に溶存している全空気量を示しており、Ｖ・ｂｙは、ポンプが吐出孔に加わる背圧と等しい吐出圧力を吐出可能である場合の、ポンプ室内の液体中における気泡量を示している。すなわち、Ｖ・ｂｙは、ポンプの送液が停止し始める臨界の、ポンプ室内の液体中における気泡量を示している。

　連結部は、例え液体に溶存している空気ａ（Ｗ＋Ｖ）が全て気泡になったとしても、ポンプの送液が停止し始める臨界の、ポンプ室内の液体中における気泡量Ｖ・ｂｙを下回るよう形成されている。すなわち、送液装置では、例え液体に溶存している空気ａ（Ｗ＋Ｖ）が全て気泡になったとしても、ポンプの吐出圧力がポンプの吐出孔に加わる背圧を下回ることが無い。
　従って、この構成によれば、ポンプ室内の液体中の気泡によるポンプの送液停止を防止できる。

（２）前記ポンプは、前記ポンプ室に面するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの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、を有するダイヤフラムポンプである。

　この構成では、ダイヤフラムの屈曲振動によりポンピングが行われる。ダイヤフラムポンプではポンプ室内の気泡量の増加に伴って吐出圧力が低下するが、前記（１）の構成は、ポンプ室内の気泡による送液の停止を防止できるため、ダイヤフラムポンプに好適である。

（３）前記ポンプの前記吐出孔は、前記ポンプのポンピングによって前記液体貯蔵部から前記連結部および前記ポンプを介して送られた前記液体を消費する液体消費部に接続される。

　この構成では、液体消費部によって吐出孔に加わる所定の背圧が定まる。

　この発明によれば、ポンプ室内の液体中の気泡によるポンプの送液停止を防止できる。

本発明の実施形態に係る送液装置１００の主要部の構成を示す断面図である。図１に示す送液装置１００の送液時の様子を示す断面図である。図１に示す送液装置１００に備えられるポンプ１０４の吐出圧力とポンプ室１４８の容積Ｖに対する気泡量の割合との関係を示すグラフである。特許文献１の送液装置９００の構成を示すブロック図である。

《本発明の実施形態》
　以下、本発明の実施形態に係る送液装置１００について説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係る送液装置１００の主要部の構成を示す断面図である。

　送液装置１００は、液体を液密に貯蔵する薬液バッグ１０１と、薬液バッグ１０１に貯蔵される液体を輸送するポンプ１０４と、薬液バッグ１０１及びポンプ１０４に連結する連結部１０７と、を備える。送液装置１００は病院等の医療現場で使用される。

　薬液バッグ１０１には、液体を入れるための液体注入孔１０１Ａと、薬液バッグ１０１内の液体が流出する液体流出孔１０１Ｃと、液体流出孔１０１Ｃに挿入されている液体流出管１０１Ｂと、が設けられている。液体は、例えばブドウ糖輸液等であり、医療現場で薬液バッグ１０１に入れられる。
　なお、薬液バッグ１０１が、本発明の「液体貯蔵部」に相当する。

　連結部１０７は、例えば円筒状であり、内部に連結室１１７を有するＯリングである。連結部１０７は、薬液バッグ１０１とポンプ１０４との間に設けられ、薬液バッグ１０１の液体流出孔１０１Ｃと、後述するポンプ１０４の吸引孔１４１とを連結室１１７を介して連通させる。連結部１０７は、薬液バッグ１０１及びポンプ１０４と連結部１０７の周縁とがレーザにより溶着されているので、シール性が保てる。また、送液装置全体を小型低背化することができる。

　詳細を後述するが、ポンプ１０４の容積（即ちポンプ室１４８の体積）をＶ［Ｌ］とし、薬液バッグ１０１内の液体Ｍ中に溶存している空気の割合をａ［％］とし、ポンプ１０４が吐出孔１４２に加わる背圧と等しい吐出圧力Ｐｙを出力する場合の、ポンプ室１４８内の液体Ｍ中における気泡の量の割合をｂｙ［％］としたとき、連結部１０７の容積（即ち図１における液体流出孔１０１Ｃから第１逆止弁１４３までの体積）Ｗ［Ｌ］は、Ｗ＜（ｂｙ－ａ）Ｖ／ａの関係を満たす形状に形成されている。

　ポンプ１０４は、ポンプ筐体１４９と、ポンプ筐体１４９とともにポンプ室１４８を構成し、ポンプ室１４８に面するダイヤフラム１４５と、ダイヤフラム１４５のポンプ室１４８とは逆側の主面に設けられ、交流の駆動電圧の印加によって伸縮する圧電素子１４６と、を有する。交流の駆動電圧が印加されると、圧電素子１４６の伸縮によりダイヤフラム１４５が屈曲振動する。これにより、ポンプ１０４はポンピングを行う。

　ポンプ筐体１４９には、薬液バッグ１０１から連結部１０７の連結室１１７を介して液体がポンプ室１４８へ吸引される吸引孔１４１と、ポンプ室１４８から液体が吐出される吐出孔１４２と、が形成されている。

　ポンプ１０４は、さらに、ポンプ室１４８側から吸引孔１４１側への液体の逆流を防ぐ第１逆止弁１４３と、吐出孔１４２側からポンプ室１４８側への液体の逆流を防ぐ第２逆止弁１４４と、を有する。ポンプ室１４８は、ポンプ筐体１４９及びダイヤフラム１４５によって構成され、第１、２逆止弁１４３、１４４間に挟まれた密閉空間である。

　次に、送液装置１００によって液体を送液する場面について説明する。
　図２は、図１に示す送液装置１００の送液時の様子を示す断面図である。図中の矢印は液体Ｍの流れる方向を示している。

　送液装置１００は医療現場へ提供され、看護師等の医療従事者は、液体Ｍを薬液バッグ１０１に入れる。そして、医療従事者は、ポンプ１０４を駆動し、送液装置１００の流路内の空気を吐出孔１４２から排出する。送液装置１００の流路内の空気を排出した後、医療従事者は、ポンプ１０４の吐出孔１４２をチューブ１０８を介して液体消費部１０９に接続する。この結果、液体消費部１０９による所定の背圧が吐出孔１４２に加わる。

　そして、ポンプ１０４がポンピングを行っている間、薬液バッグ１０１に貯蔵されている液体Ｍは、連結部１０７及びポンプ１０４を介して液体消費部１０９に供給される。

　ここで、送液装置１００において、気圧や温度等の環境変化により、連結部１０７の容積Ｗでの温度変化が大きかった場合などに、薬液バッグ１０１内の液体Ｍに溶存している空気がポンプ１０４のポンプ室１４８内で気泡として発生することがある。ポンプ室１４８内の液体Ｍ中に気泡が発生すると、ポンプ１０４の吐出圧力は気泡の量が増加するにつれて低下する。

　詳述すると、ポンプ１０４の吐出圧力をＰ［ｋＰａ］とし、ポンプ１０４の最大吐出圧力（ポンプ室１４８内がすべて液体で満たされている時の吐出圧力）をＰ_１［ｋＰａ］とし、ポンプ１０４の最小吐出圧力（ポンプ室１４８内がすべて空気で満たされている時の吐出圧力）をＰ_２［ｋＰａ］とし、ポンプ室１４８の容積Ｖに対する気泡量の割合をｂ［％］としたとき、Ｐ＝Ｐ_１Ｐ_２／｛Ｐ_２+ｂ（Ｐ_１－Ｐ_２）｝の式が成立する。

　図３は、最大吐出圧力Ｐ_１＝５２［ｋＰａ］、最小吐出圧力Ｐ_２＝９［ｋＰａ］のポンプ１０４における、ポンプ室１４８の体積Ｖに対する気泡量の割合ｂ［％］とポンプ１０４の吐出圧力Ｐ［ｋＰａ］との関係を示すグラフである。そのため、ポンプ室１４８内の液体Ｍ中に気泡が発生すると、ポンプ１０４の吐出圧力は、図３に示すように気泡の量が増加するにつれて低下する。

　しかし、この実施形態の送液装置１００において、ポンプ１０４の容積（即ちポンプ室１４８の体積）をＶ［Ｌ］とし、薬液バッグ１０１内の液体Ｍ中に溶存している空気の割合をａ［％］とし、ポンプ１０４が吐出孔１４２に加わる背圧と等しい吐出圧力Ｐｙを出力する場合の、ポンプ室１４８内の液体Ｍ中における気泡の量の割合をｂｙ［％］としたとき、連結部１０７の容積（図１における液体流出孔１０１Ｃから第１逆止弁１４３までの体積）Ｗ［Ｌ］が、Ｗ＜（ｂｙ－ａ）Ｖ／ａの関係を満たす形状に形成されている。連結部１０７の容積Ｗは、例えば０＜Ｗ＜６．０μＬである。この割合ａ［％］は、環境温度や気圧の変化範囲、及び液体Ｍの種類などによって確定する値である。また、液体Ｍは薬液バッグ１０１において液密に貯蔵されるため、薬液バッグ１０１内の液体Ｍ中においては気泡が発生しない。

　ここで、Ｗ＜（ｂｙ－ａ）Ｖ／ａの式に等しいａ（Ｗ＋Ｖ）＜Ｖ・ｂｙの式について説明する。ａ（Ｗ＋Ｖ）は、ポンプ室１４８及び連結室１１７内の液体Ｍ中に溶存している全空気量を示しており、Ｖ・ｂｙは、ポンプ１０４が吐出孔１４２に加わる背圧と等しい吐出圧力Ｐｙを吐出可能である場合の、ポンプ室１４８内の液体Ｍ中における気泡量を示している。すなわち、Ｖ・ｂｙは、ポンプ１０４の送液が停止し始める臨界の、ポンプ室１４８内の液体Ｍ中における気泡量を示している。

　連結部１０７の連結室１１７は、例え液体Ｍに溶存している空気ａ（Ｗ＋Ｖ）が全て気泡になったとしても、ポンプ１０４の送液が停止し始める臨界の、ポンプ室１４８内の液体Ｍ中における気泡量Ｖ・ｂｙを下回るよう形成されている。すなわち、送液装置１００では、例え液体Ｍに溶存している空気ａ（Ｗ＋Ｖ）が全て気泡になったとしても、ポンプ１０４の吐出圧力がポンプ１０４の吐出孔１４２に加わる背圧を下回ることが無い。

　例えば、液体Ｍが水、環境温度が０［℃］から４０［℃］、気圧の変化が無い場合、薬液バッグ内の液体Ｍに溶存している空気の割合ａはおよそ４［％］である。そして、この場合において、図３に示す特性のポンプ１０４を用い、ポンプ室１４８の体積Ｖが１．５ｕＬ、ポンプ１０４の吐出孔１４２に加わる背圧が３０［ｋＰａ］である場合、連結室１１７の体積Ｗが６．０ｕＬ以下になるよう連結部１０７が形成されていれば、ポンプ１０４の吐出圧力がポンプ１０４の吐出孔１４２にかかる背圧を下回ることが無い。

　従って、この送液装置１００によれば、ポンプ室１４８内の液体Ｍ中における気泡によるポンプ１０４の送液停止を防止できる。

《その他の実施形態》
　前記実施形態では送液装置１００を、ブドウ糖輸液を輸送する医療用途に用いているが、これに限るものではない。例えば送液装置１００を、液体燃料を輸送する燃料用途に用いてもよい。

　また、前記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、麻酔薬やインスリン等の他の液体であっても本送液装置に適用できる。

　また、前記実施形態では、送液装置１００が薬液バッグ１０１を備えているが、これに限るものではない。例えば、薬液バッグ１０１は、連結部１０７に対して着脱自在に取り付けられていてもよい。このような場合には、バッグ１０１及び連結部１０７に例えば嵌合用の凸部、凹部が設けられている。

　また、前記実施形態のポンプ１０４は、圧電素子１４６の伸縮によってダイヤフラム１４５を屈曲振動させているが、これに限るものではない。例えば、電磁駆動でダイヤフラム１４５を屈曲振動させてもよい。

　また、前記実施形態の圧電素子１４６はチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスから構成してもよいし、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構成してもよい。

　なお、上述の実施形態の説明は、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。

　１…輸液パック
　２…ポンプ
　３…表示パネル
　６…制御回路
　７…逆止弁
　Ｓ１…気泡センサ
　Ｓ２…流量センサ
　１００…送液装置
　１０１…薬液バッグ
　１０１Ａ…液体注入孔
　１０１Ｂ…液体流出管
　１０１Ｃ…液体流出孔
　１０４…ポンプ
　１０７…連結部
　１０８…チューブ
　１０９…液体消費部
　１１７…連結室
　１４１…吸引孔
　１４２…吐出孔
　１４３…第１逆止弁
　１４４…第２逆止弁
　１４５…ダイヤフラム
　１４６…圧電素子
　１４８…ポンプ室
　１４９…ポンプ筐体
　９００…送液装置
　Ｍ…液体

Claims

　液体を液密に貯蔵する液体貯蔵部と、
　前記液体貯蔵部に連結する連結部と、
　前記連結部に連結し、前記液体貯蔵部から前記連結部を介して前記液体が吸引される吸引孔と、前記吸引孔から前記液体が流入するポンプ室と、前記ポンプ室から前記液体が吐出される吐出孔と、前記ポンプ室側から前記吸引孔側への前記液体の逆流を防ぐ第１逆止弁と、前記吐出孔側から前記ポンプ室側への前記液体の逆流を防ぐ第２逆止弁と、を有するポンプと、を備え、
　前記第１、２逆止弁間に挟まれた前記ポンプ室の容積をＶとし、前記液体貯蔵部内の液体中に溶存している空気の割合をａ％とし、前記ポンプが前記吐出孔に加わる背圧と等しい吐出圧力を出力する場合の、前記ポンプ室内の液体中における気泡の量の割合をｂｙ％としたとき、前記連結部の容積Ｗは、Ｗ＜（ｂｙ－ａ）Ｖ／ａの関係を満たすように形成されている、送液装置。
　前記ポンプは、前記ポンプ室に面するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの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、を有するダイヤフラムポンプである、請求項１に記載の送液装置。
　前記ポンプの前記吐出孔は、前記ポンプのポンピングによって前記液体貯蔵部から前記連結部および前記ポンプを介して送られた前記液体を消費する液体消費部に接続される、請求項１又は２に記載の送液装置。