JP5931111B2 - 検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、規定位置における管状体の有無、同管状体の径の種別、同管状体内を流れる液体等の流体の有無、同流体特に液体の種類、同液体中の気泡の有無等、規定位置における管状体や同管状体内の流体特に液体に係わる状態等の管状体の状態を検出する検出装置に関するものである。

従来、この種の検出装置、特に、輸液チューブ（管状体）内を流れる薬液や透析液等の液体内における気泡を検出する検出装置としては特許文献１、２に記載の装置が開発されていた。
特許文献１に記載の検出装置は、輸液チューブ内における気泡の検出手段として超音波センサを用い、輸液中の超音波の伝播効率によって上記気泡の有無を判断する装置である。
特許文献２に記載の検出装置は、輸液チューブの対向する外周面を平らにして挟む部材を１組の電極とし、輸液チューブ肉厚部と１組の電極で挟まれた輸液チューブの容積部とをコンデンサ容量としたコンデンサを構成する。そして、上記容積部における液体の存否状態の間で変わるコンデンサ容量に基づき、輸液チューブ内に混入した気泡を検出する装置である。

特開２０１２−２０５８６６号公報 特開２００７−２９６１３４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の超音波センサを用いた検出装置では、超音波の発信部と受信部とを対向配置する必要がある等のため、センサ自体の製造が難しく高価格になり、また構造が入り組んで清掃がし難い。更に、精度確保のためには輸液チューブとセンサ部を密着させる必要があり、輸液チューブの耐久性を低下させる虞がある。
また特許文献２に記載のコンデンサ容量に基づく検出装置では、輸液チューブを変形させる必要があるため、輸液チューブの破損や寿命低下を引き起こす虞がある。また、電極を対向配置する必要があるため構造が入り組んで清掃がし難い。

本発明の課題は、電極を対向配置する必要がなく、簡単にかつ低価格で製造できると共に構造が簡易で清掃がし易く、また、状態検出対象である管状体は電極面上に位置させるだけでよく、管状体の破損や寿命低下を防止できる検出装置を提供することにある。特に、輸液チューブ（管状体）内を流れる液体中の気泡の検出に好適する検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の検出装置は、予め定められた規定位置に位置決めされる管状体の状態を検出する検出装置であって、前記規定位置が近傍に設定される検出電極と、該検出電極の配置面と同一面上に配置される駆動電極と、前記検出電極と前記駆動電極との間に電気力線を発生させると共に前記検出電極に入力する電気力線を検出する検出駆動制御部と、を備えており、前記検出電極及び前記駆動電極は、共通の基板の表面に配置され、かつ、前記検出駆動制御部は、前記共通の基板の前記駆動電極及び前記検出電極が配置される領域に隣り合う領域の裏面に配置され、前記駆動電極は、前記検出電極を囲む位置に配設され、前記電気力線は、複数箇所から、かつ複数方向に発生することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記検出駆動制御部は、前記電気力線により前記管状体の状態を検出することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記管状体の状態には、前記規定位置における管状体の有無、該管状体の径の種別、該管状体の内部を流れる流体の有無、該流体の種別、及び／又は該流体が液体である場合における該液体中の気泡の有無が含まれることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のうちのいずれか１の項に記載の発明において、前記検出電極及び前記駆動電極は同一平面上に配置され、少なくとも前記検出電極の表面は平坦面をなし、前記規定位置は、前記検出電極面上であって該検出電極面に前記管状体が当接又は近接する位置に設定されていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のうちのいずれか１の項に記載の発明において、前記検出電極及び前記駆動電極部分がカバーで覆われていることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のうちのいずれか１の項に記載の発明において、前記共通の基板の裏面にはさらに接地電極が配置されることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜３のうちのいずれか１の項に記載の発明において、前記検出電極及び前記駆動電極が配置された前記共通の基板が前記管状体の外周に沿う位置に配置されることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のうちのいずれか１の項に記載の発明において、前記共通の基板はフレキシブルプリント基板からなることを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のうちのいずれか１の項に記載の発明において、前記管状体は輸液チューブであり、該輸液チューブ内を流れる液体中の気泡を検出することを特徴とする。

本発明によれば、電極を同一面上に配置するので、つまり電極を対向配置する必要がないので、簡単にかつ低価格で製造できると共に構造が簡易で清掃がし易くなる。清掃がし易いことは、特に、高い清潔度が要求される医療機器用の検出装置への適用に有効である。また、管状体の位置決めに当たっては、単に電極面上に位置させるだけで済む。つまり、必ずしも電極へ管状体を密着させたり、管状体を変形させる必要がない。したがって、管状体の破損や寿命低下を防止でき、特に、輸液チューブ内（液体中）に混入した気泡の検出に有効である。

本発明に係る検出装置の第１実施形態のブロック図である。 同じく断面構成説明図である。 同じく概略斜視図である。 同じく動作説明図である。 同じく第２実施形態の要部の平面及び断面の構成説明図である。 同じく第３実施形態の要部の平面及び断面の構成説明図である。 同じく第４実施形態の要部の平面及び断面の構成説明図である。 同じく第５実施形態の要部の平面構成説明図である。 同じく第６実施形態の要部の平面構成説明図である。 同じく第７実施形態の概略斜視図である。 同じく第７実施形態の要部断面構成説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明に係る検出装置の第１実施形態のブロック図である。図２は同じく断面構成説明図、図３は同じく概略斜視図である。
これら図１〜図３に示すように、本発明検出装置は、検出電極１と駆動電極２と検出駆動制御部３とを備えてなり、検出電極１近傍の予め定められた規定位置Ｐ１に位置決めされる管状体４の状態を検出する装置である。なお規定位置Ｐ１は、後述するように空間で設定されるが、図１、図３においてはその中心位置のみを一点鎖線で示している。

上記検出電極１は、絶縁体からなるセンサ基板５の表面のセンサ領域５ａに配置される。また駆動電極２は、検出電極１の配置面と同一面上（同一平面上又は同一曲面上、ここでは同一平面上）、つまりセンサ基板５の表面に配置される。具体的には、センサ基板５表面のセンサ領域５ａに、検出電極１から適宜の間隔を置いた隣接位置に配置される。
検出駆動制御部３は、検出電極側端子Ｃinが検出電極１に接続され、駆動電極側端子Ｃdrが駆動電極２に接続され、駆動電極２と検出電極１との間に電気力線（電界）を発生させると共に、検出電極１に入力する電気力線を検出する回路部である。この検出駆動制御部３は、センサ基板５表面の上記センサ領域５ａに隣り合う領域に対応するセンサ基板５裏面に設定された回路部品領域５ｂに配置される。
なお、センサ基板５の裏面には接地電極６が配置される。この接地電極６は、上記電気力線のセンサ基板５裏面への漏れを防ぎ、状態検出対象ではないセンサ基板５裏面側の構造物(図示せず)の動き等に対して上記検出駆動制御部３が反応（誤動作）しないようにするために配置される。

上記規定位置Ｐ１は、上記電気力線を遮ぎ得る検出電極１の近傍位置に空間で設定される。この規定位置Ｐ１は、状態検出対象である管状体４が検出電極１に当接する位置か、当接しない位置かを問わない。通常は、管状体４が検出電極１に当接又は近接する位置に設定されるもので、管状体４が検出電極１に、変形を伴うほど押し付けられ、あるいは密着させる位置に設定されることはない。要するに、管状体４は検出電極１の電極面上に位置させればよい。
図２に示すように、管状体４を、検出電極１に当接させず近接する（検出電極１から浮いた）箇所に位置決めする場合には、図示しない位置決め台を用いてもよい。
図２中の曲線矢印は電気力線を示す。電気力線は、駆動電極２から検出電極１に向かって弧を描いて多数本生じる。検出電極１に入力する電気力線の本数が増減すれば、両電極１，２間の静電容量が変化し、検出電極１の電極面上に位置（検出電極１に当接又は近接する位置）に位置決めされた管状体４の状態が検出駆動制御部３によって検出される。

ここで、上記「管状体４の状態」とは、規定位置Ｐ１における管状体４の有無、同管状体４の径の種別、同管状体４内を流れる液体等の流体の有無、同流体特に液体の種類、同液体中の気泡の有無等、規定位置Ｐ１における管状体４や同管状体４内の流体特に液体に係わる状態を指す。なお、上記管状体の径の種別とは、例えば径寸法毎に分類された管状体の種類等を指し、また、上記液体の種類とは、例えば薬液、透析液、水、油等の別を指す。
第１実施形態において、本発明検出装置は、医療用の輸液ポンプ装置で使用される輸液チューブ内を流れる薬液や透析液中の気泡を検出する装置として使用される例を述べるもので、管状体４は輸液チューブを指す。
気泡の検出は、気泡の有無の検出に他ならないが、本第１実施形態では、輸液チューブ４内を流れる液体中の気泡の大きさや量（あるいはそれらの変化量）を検出することができ、したがって、それらの検出値に閾値を設定する等により、適宜の検出値による気泡の有無を検出できる。

次に、上述第１実施形態の動作について説明する。
図４（ａ），（ｂ）は、第１実施形態の動作説明図である。この図４（ａ），（ｂ）のうち、（ａ）図は、輸液チューブ４内を流れる液体４ａ中に気泡がない状態、すなわち輸液チューブ４内に液体４ａが満たされている状態を示す。また（ｂ）図は、輸液チューブ４内を流れる液体４ａ中に気泡４ｂがある状態、ここでは輸液チューブ４内の横断面一杯に気泡４ｂが存在している状態を示す。

いま、図１、図３に示す検出駆動制御部３の動作が開始されると、図２に示すように駆動電極２及び検出電極１間に電気力線が多数本発生する。
ここで、図４（ａ），（ｂ）に示すように、輸液チューブ４が上記規定位置Ｐ１（図１、図３参照）、本第１実施形態では、検出電極１上のほぼ中央であって同検出電極１に近接する位置、に輸液チューブ４が位置決めされているとする。この状態で、輸液ポンプ装置が作動されると輸液が開始される。輸液が順調であれば、液体４ａは輸液チューブ４内に満たされた状態で流れる。すなわち、図４（ａ）に示すように、液体４ａ中に気泡４ｂがなく、駆動電極２から検出電極１に向かう電気力線（図中、曲線矢印で示す。以下同様。）は、主として輸液チューブ４内に満たされた液体４ａによって行く手を遮られ、その本数は減少する。
次に、図４（ｂ）に示すように、輸液チューブ４内を流れる液体４ａ中に気泡４ｂがある〔図４（ｂ）では輸液チューブ４内の横断面一杯に気泡４ｂが存在している〕と、この気泡４ｂによっては電気力線の本数を減少させることは少ない。
つまり、電気力線の本数は、液体４ａ中に気泡４ｂがない場合は少なく、逆に気泡４ｂがある場合は多く、この電気力線の増減に応じて上記両電極１，２間の静電容量が変化する。したがって、液体４ａ中に気泡４ｂがない場合の静電容量が計測されれば気泡４ｂなしと、気泡４ｂがある場合の静電容量が計測されれば気泡４ｂありと、の検出結果が図１、図３に示す検出駆動制御部３によって得られる。また、液体４ａ中に気泡４ｂがない場合の静電容量と気泡４ｂがある場合の静電容量との間に適宜の閾値を設定し、同閾値を超えるか否かによって気泡４ｂの有無の検出を行うことも可能である。
液体４ａ中に気泡４ｂがない場合の静電容量を正常状態とし、液体４ａ中に気泡４ｂがある場合の静電容量を異常状態として、気泡４ｂの有無の検出結果を正常状態／異常状態として出力させるようにしてもよい。

上述した第１実施形態によれば、検出電極１及び駆動電極２を同一平面（センサ基板５表面）上に配置するので、つまり両電極１，２を対向配置する必要がないので、簡単にかつ低価格で製造できると共に、構造が入り組まず、簡易になって清掃がし易くなる。清掃がし易いことは、特に、高い清潔度が要求される医療機器用の検出装置への適用に有効である。
また、輸液チューブ（管状体）４の位置決めに当たっては、単に検出電極１の電極面上に位置させるだけで済む。つまり、検出電極１へ輸液チューブ４を密着させたり、輸液チューブ４を変形させる必要がない。したがって、輸液チューブ４の破損や寿命低下を防止でき、特に、輸液チューブ４内（液体４ａ中）に混入した気泡４ｂの検出に有効である。

なお上述第１実施形態では、検出電極１及び駆動電極２の配置位置及び形状（電極パターン）を図１、図３に示すように形成した。すなわち検出電極１は、センサ基板５表面のセンサ領域５ａのほぼ中央にほぼ正方形に形成して１枚配置し、また駆動電極２は、同上センサ領域５ａの検出電極１の周囲を適宜間隔置いて囲むように１枚配置した。
しかし、本発明検出装置における電極パターンは、この図１、図３に示すもののみに限定されることはない。例えば、第２、第３及び第４実施形態として、図５（ａ）、図６（ａ）及び図７（ａ）に示すように形成してもよい。更に、第５及び第６実施形態として、図８及び図９に示すように形成してもよい。
すなわち、図５（ａ）に示すように、短冊状の検出電極１を所定間隔を置いて一対横に並べて配置し、駆動電極２は、検出電極１，１全体を適宜間隔置いて囲むと共に、検出電極１，１相互間を仕切るように、１枚配置した電極パターンとしてもよい。
また図６（ａ）に示すように、ほぼ正方形の検出電極１を各々所定間隔を置いて上下左右対称位置に４枚配置する。駆動電極２は、ほぼ「田」の字状に形成すると共に、その「田」の字状の内方に有する４つの「口」の字状部分に上記検出電極１が１枚１枚位置するように、１枚配置した電極パターンとしてもよい。
更に図７（ａ）に示すように、ほぼ「Ｈ」字状の検出電極１を１枚配置する。駆動電極２は、検出電極１全体を適宜間隔置いて囲むと共に、検出電極１の「Ｈ」字の横一画で仕切られて上下に形成された検出電極空白部分〔図７（ａ）中のｃ−ｃ線上の部分〕に各々仕切部が延出するように、１枚配置した電極パターンとしてもよい。
また図８に示すように、図６（ａ）に示す駆動電極２を「田」の字状に形成した電極パターンにおいて、「田」の字状の中央部に更にもう１枚の検出電極１を、駆動電極２と適宜間隔置いて配置した電極パターンとしてもよい。
また図９に示すように、ほぼ「コ」字状の外周部の内方に多数の枝部が形成された検出電極１を、その「コ」字状の開口側を対向させて一対配置する。駆動電極２は、一対の検出電極１全体を適宜間隔置いて囲むと共に、一対の検出電極１の対向部の隙間から内方に延出し、一対の検出電極１の上記多数の枝部の相互間に互い違いに各枝部が位置するように、１枚配置した電極パターンとしてもよい。
なお、図５（ａ）、図６（ａ）及び図７（ａ）に示す検出電極１及び駆動電極２はいずれもセンサ基板５表面のセンサ領域５ａに配置される。図８及び図９に示す検出電極１及び駆動電極２も同様にセンサ基板５表面のセンサ領域５ａに配置されるが、図８及び図９では上記センサ領域５ａの図示を省略している。

第２、第３、第５及び第６実施形態〔図５（ａ）、図６（ａ）、図８及び図９に示す実施形態〕では、各々検出電極１を複数枚備えているが、いずれも検出駆動制御部３の検出電極側端子Ｃin（図１参照）に接続される。
なお、図５（ｂ）は、図５（ａ）中のｂ−ｂ線矢視断面における電気力線を示す図、図５（ｃ）は、図５（ａ）中のｃ−ｃ線矢視断面における電気力線を示す図である。
また、図６（ｂ）は、図６（ａ）中のｂ−ｂ線矢視断面における電気力線を示す図、図６（ｃ）は、図６（ａ）中のｃ−ｃ線矢視断面における電気力線を示す図である。
更に、図７（ｂ）は、図７（ａ）中のｂ−ｂ線矢視断面における電気力線を示す図、図７（ｃ）は、図７（ａ）中のｃ−ｃ線矢視断面における電気力線を示す図、図７（ｄ）は、図７（ａ）中のｄ−ｄ線矢視断面における電気力線を示す図、図７（ｃ）は、図７（ａ）中のｅ−ｅ線矢視断面における電気力線を示す図である。
検出電極１及び駆動電極２の電極パターンを、図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）あるいは図８、図９に示すように形成することにより、様々な方向あるいは本数の電気力線を様々な位置から発生させることができる。したがってこれらの電極パターンを、状態検出対象である輸液チューブ（管状体）４の径や材質等、あるいは検出電極１が位置決めされる規定位置Ｐ１の設定に応じて適宜選択することにより、費用対効果の高い気泡検出を実現できる。

図１０は、本発明に係る検出装置の第７実施形態の概略斜視図、図１１は同じく要部断面構成説明図である。
この第７実施形態では、センサ基板５上を、検出電極１及び駆動電極２を挟むようにカバーで覆った。図示例では、検出電極１及び駆動電極２が配置されたセンサ基板５のセンサ領域５ａを含むセンサ基板５表面側の全面を樹脂製カバー１０で覆った。
この第７実施形態によれば、図１１から分かるように、輸液チューブ（管状体）４が樹脂製カバー１０上に置かれた状態で使用されることになり、清掃が更にし易くなる。また、図１０及び図１１から分かるように、検出電極１及び駆動電極２部分が樹脂製カバー１０で覆われているので、漏れた輸液等の液体が両電極１，２配置位置（センサ領域５ａ）に浸入することによる両電極１，２間の短絡が防止され、安全性を高めることができる。このように清掃が更にし易くなり、かつ安全性が高められることは、第７実施形態の医療機器用検出装置への適用に極めて役立つ。
センサ基板５上を覆う上記カバーは、樹脂製カバー１０に限らないが、絶縁性、耐水性及び防水性を有し、また、検出電極１に入力する電気力線の本数を大きく減少させることのない材質が選定される。

電気力線の発生本数を多く（密度を高く）すれば、気泡検出の感度を高めることができる。そこで特に、センサ基板５としてフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を用い、同基板上に、同基板と同様に変形可能な検出電極１及び駆動電極２の電極パターンを形成、配置してなる基板−電極パターン結合体を作製する。そして、この基板−電極パターン結合体により輸液チューブ４を包み込むように検出装置を構成すれば、更なる高感度化が実現できる。

なお上述第１実施形態では、本発明を気泡検出装置に適用した場合について説明したが、これのみに限定されることはない。
すなわち本発明は、基本的に静電容量式センサの原理を応用したものであり、したがって、静電容量（電気力線本数）の変化を生じさせ得る物質（固体、液体、気体）や該物質の状態について検出でき、同検出を行う検出装置に適用できる。具体的には、検出電極近傍の予め定められた規定位置における管状体の有無、同管状体の径の種別（径寸法毎に分類された管状体の種類等）、同管状体内を流れる液体等の流体の有無、同流体特に液体の種類（薬液、透析液、水、油等の別）を検出する検出装置にも適用できる。

１：検出電極、２：駆動電極、３：検出駆動制御部、４：管状体（輸液チューブ）、５：センサ基板、６：接地電極、１０：樹脂製カバー（カバー）、Ｐ１：規定位置。

Claims (9)

1. 予め定められた規定位置に位置決めされる管状体の状態を検出する検出装置であって、
   前記規定位置が近傍に設定される検出電極と、
   該検出電極の配置面と同一面上に配置される駆動電極と、
   前記検出電極と前記駆動電極との間に電気力線を発生させると共に前記検出電極に入力する電気力線を検出する検出駆動制御部と、を備えており、
   前記検出電極及び前記駆動電極は、共通の基板の表面に配置され、かつ、前記検出駆動制御部は、前記共通の基板の前記駆動電極及び前記検出電極が配置される領域に隣り合う領域の裏面に配置され、
   前記駆動電極は、前記検出電極を囲む位置に配設され、
   前記電気力線は、複数箇所から、かつ複数方向に発生することを特徴とする検出装置。
2. 前記検出駆動制御部は、前記電気力線により前記管状体の状態を検出することを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記管状体の状態には、前記規定位置における管状体の有無、該管状体の径の種別、該管状体の内部を流れる流体の有無、該流体の種別、及び／又は該流体が液体である場合における該液体中の気泡の有無が含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の検出装置。
4. 前記検出電極及び前記駆動電極は同一平面上に配置され、
   少なくとも前記検出電極の表面は平坦面をなし、
   前記規定位置は、前記検出電極面上であって該検出電極面に前記管状体が当接又は近接する位置に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１の項に記載の検出装置。
5. 前記検出電極及び前記駆動電極部分がカバーで覆われていることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１の項に記載の検出装置。
6. 前記共通の基板の裏面にはさらに接地電極が配置されることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１の項に記載の検出装置。
7. 前記検出電極及び前記駆動電極が配置された前記共通の基板が前記管状体の外周に沿う位置に配置されることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１の項に記載の検出装置。
8. 前記共通の基板はフレキシブルプリント基板からなることを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか１の項に記載の検出装置。
9. 前記管状体は輸液チューブであり、該輸液チューブ内を流れる液体中の気泡を検出することを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれか１の項に記載の検出装置。