(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
従来から広く知られているように、流体の出入り口となる流体ポートを封止するために、栓体を、流体ポートの内面に密着するように挿入する方法が用いられている。流体ポートとして円筒状のものが広く用いられていることから、栓体は円筒部を有するものが好ましく用いられる。
【0003】
流体ポートが医療用、水処理用または食品用等におけるモジュールのケース等の容器に備えられたものである場合は、容器内の流体を外部へ漏洩することを防止したり、また、外部から流体が侵入することを防止するために、栓体が用いられる。
【0004】
特に、医療用の容器の流体ポートに用いられる栓体は、容器内の品質を保ち、衛生的に保管するために、高いシール性が求められる。
また、上記モジュールの例として、医療用または水処理用に主に用いられる中空糸膜モジュールを代表とする医療用の容器は、使用時に流体ポートに取り付けられた栓体を脱着容易となる構造であることが求められる。
【0005】
上記栓体において、高いシール性を実現するためには、流体ポートの内面と栓体の封止部が、確実に密着する必要があり、そのために、栓体の封止部を、流体ポートの内径よりも大きな直径に設定し、材料の弾性を利用して封止部を変形させることで流体ポートの内面と密着し、栓体を保持する力を発現させる方法が用いられている。
【0006】
このとき、栓体の封止部には、弾性を備え、かつ、流体の圧力に耐えるために、弾性の高いゴムやエラストマー、プラスチックなどが用いられている。
しかしながら、上記の方法で流体ポートに栓体を取り付けても、わずかな寸法の狂いがあれば微少な流体の漏洩が生じるという懸念があった。
【0007】
その場合、栓体の封止部の直径を、流体ポートの内径に対してさらに大きくすることで、より密着性を高め、シール性を向上させることがあった。
【0008】
また、栓体の封止部の材質を、より硬度の高い材質とすることで、密着性を高め、シール性を向上させることもあった。
【0009】
しかしながら、これらの方法では、栓体の脱着時に大きな力が必要となり、操作性が悪化するという問題点があった。
【0010】
一方、栓体の封止部を2箇所以上備えることは、封止の確実性を向上させ、かつ栓体を脱着する際の力を低減させることができ、これらに関する技術は特許文献1〜3に記載されている。
【0011】
しかしながら、これらいずれの従来技術においても、高いシール性と脱着時の力の低減を両立する設計は、難易度の高いものであった。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施形態の一例を、中空糸膜が内蔵された血液浄化モジュール(以下:ダイアライザ)に基づき、図面を参照しながら説明する。当該モジュールにおいては、ケースの両端付近にJIS T3250(2011)の規格に基づく透析液ポートがそれぞれ設けられており、本発明に係る栓体がそれぞれ上記ポートを封止している。
【0020】
図1は、本実施の形態に係る栓体およびダイアライザの透析液ポートの一部断面概略図である。
図1のダイアライザは円筒状の本体ケース4を備え、本体ケースに透析液ポート1、2を備える。
【0021】
図1に示すダイアライザの透析液ポート1、2は円筒形状であり、流体の通路である内側面3も円筒形状である。
【0022】
上記透析液ポートは合成樹脂製であり、安価で大量に製造するため射出成形により本体ケースと一体に成形されている。
【0023】
たとえば、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの材質が好適に用いられる。
【0024】
流体ポートの大きさは特に規定するものではないが、外径が3mm〜30mm、内径が1.5mm〜25mmのものが好適に用いられる。
【0025】
ここで、透析液ポートの微小凹みの形状等について説明する。
図2は透析液ポートの断面図である。透析液ポート1は先端に第1の小径部9、中間に大径部10、根元に第2の小径部11を備えた円筒形状である。透析液ポートの外周面寸法は、JIS T3250(2011)で規定されるものである。
【0026】
中間に配置された大径部と根元に配置された第2の小径部で形成された段差は、コネクタなどの継手部品とが係合するために設けられたものである。透析液ポートの内側は、断面が円形の流体通路であり、内面を形成する内径は、成形時に金型の離型性を高めるため、先端に向かって広がるように勾配を有する場合がある。また、ダイアライザを製造する際に、透析液ポート内部に部品を挿入する場合の挿入しやすさを考慮し、勾配を変化させても良い。
【0027】
発明者らは、この透析液ポートの内周面の内径を精密に測定すると、透析液ポートの外側の大径部に相当する位置に微小凹み8があり、その凹みの部分において内径がわずかに大きくなっていること、さらに、特定の範囲の大きさの凹みが存在する場合、封止状態に影響を及ぼし得ることを発見した。ここで、凹みが無い場合の該当部の内径をD1とし、微小凹み部の最大内径をD2とすると、微小凹みの「量」Aは
A=(D2−D1)/2
の式で表される。
【0028】
Aを求めるためには、3次元形状測定器で透析液ポートの内径を複数ヶ所測定したグラフを使用する。
【0029】
たとえば、
図5に示すように、横軸(X方向)にポートの半径、縦軸(Y方向)にポートの先端からの距離をとった図を作成し、横軸の倍率を増やした図を作図すると、より凹みの形状と位置を把握しやすい。
【0030】
この図に、栓体が挿入された際の封止部を作図することで、微小凹みとの位置関係を確認することもできる。
【0031】
測定結果の例を
図5に示す。この場合、グラフよりA=15μmであることがわかる。また微小凹みの最大内径となる位置は、透析液ポートの先端から約5mmの位置であった。
【0032】
図3は、3次元形状測定器で微小凹みを測定する場合の概略図であり、3次元形状測定器の測定プローブ12を透析液ポートに挿し込むことで、非破壊で容易に任意の位置における内径を測定することができる。
【0033】
図4(a)は、透析液ポートの縦割り部分断面図であり、
図4(b)は透析液ポートの横割り断面図である。
【0034】
図4(a)のように、測定プローブ12を透析液ポートの先端から0.5mm刻みの距離で測定し、
図4(b)のように円周上に各6箇所ずつ当接させ、近似円半径を最小2乗法などの方法で算出することで、
図5に示すようなグラフを得ることができる。
【0035】
微小凹み8は、透析液ポートの大径部に該当する肉厚部に生じた成形ヒケであり、成形時の樹脂の体積変化によるものである。
【0036】
たとえば、JIS T3250(2011)の透析液ポートの場合は、大径部はポート先端からの距離が2.9mm近傍から13.1mm近傍の位置において存在する。このような形状においては、ポートの肉厚が部分的に大きくなり、その付近の位置に対応するポートの内面に成形ヒケが生じやすい。
【0037】
また、肉厚変化点に成形ヒケが生じやすいことから、直径が拡大する位置と縮小する位置の2箇所に凹みが生じることもある。さらに、ポートの外側形状によっては、3箇所以上の箇所に凹みが生じることもある。
【0038】
また、成形機、金型、樹脂や射出成形条件が同じ成形品であれば、微小凹みは、ポートにおける位置や凹み量が変化することなく、ほぼ一定に形成される。
透析液ポートに限らず、肉厚変化のある円筒形状のポートの場合、その内面、外面に成形ヒケによる凹みが生じることがある。
【0039】
また、本体ケースの胴部中央付近から溶融樹脂を充填し、成形されるダイアライザの透析液ポートの場合、透析液ポート先端部に溶融樹脂の射出圧力が掛かり難く、結果として溶融樹脂の充填が不足しがちであるため、特に成形ヒケが発生しやすいものである。
【0040】
上述した方法でポートの微小凹み量を測定し、最大凹みが生じるポート先端からの距離と、微小凹み部分の領域を把握する。2箇所以上の微小凹みがある場合もあるが、その場合にも、ポート先端からの距離と微小凹みの量を測定し、微小凹み部分の領域を把握する。
【0041】
上記測定結果をもとに、微小凹みを考慮したポート内周面形状を作図することで、封止部の配置を検討することが容易となる。
【0042】
上記凹みの量Aは成形条件などにより異なるが、10μm未満の場合、内周面の平滑性を損ねることは少なく、従来の技術に係る栓体の封止部と当接した場合であっても、部分的にシール性が損なわれる恐れが少ない。また、100μmを超えると、金型内部での樹脂の充填状態が不良である場合が多く、この場合は成形条件を見直すなどの対策で改善可能である。
【0043】
しかしながら10μm以上、100μm以下の微小凹みの場合、目視確認が困難であって、改善のための適切な成形条件を見出すことが困難であり、本発明が有効である。
【0044】
さらに好ましくは、10μm以上、60μm以下であると、上記の理由から本発明が有効である。
【0045】
図6は、透析液ポートに挿入される前の本発明に係る栓体の断面図である。ただし、本発明に係る流体ポートは透析液ポートに限定されない。
【0046】
栓体としては合成樹脂製、ゴム製またはエラストマー製のものが用いられるが、これに限るものではない。上述の如く、円筒部6とかかる円筒部の側面から突出した封止部5を備える。封止部は透析液ポートの内側に挿入され、透析液ポートの内周面に密着することで、流体を封止するものである。
【0047】
封止部は、円筒部よりも大きな外径を有し、流体ポートの内径よりも大きく形成されており、変形しながら挿入されることで弾性力が発現し、シール性が高まる。
【0048】
封止部は円筒状の流体ポートの全周に環状に設けられたものであり、その円環の直径は特に規定するものではないが、1.6mm〜30mmの範囲のものが好適に用いられる。
【0049】
封止部が、流体ポートに差し込まれた場合に、流体ポートの先端から、封止部が流体ポートに当接している位置までの垂直距離を封止部の挿入長さLとすると、封止部の挿入長さLは特に規定するものではないが、封止部の直径に対して1.0倍以上であると、栓体のわずかな栓の傾きなどが生じても、シール性が保たれるため好ましい。一方、挿入長さLが大きすぎると、栓体を引きぬく際に操作性が損なわれることから、封止部の直径に対して2倍以下であると好ましい。
【0050】
ここで、栓体の一部に透析液ポートと係合する部分を設けたり、透析液ポートの一部に突き当たる部分を設けたりすることで、栓体をあらかじめ規定した挿入長さまで押しこむことができる。
なお、栓体は射出成形やLIM成形、2色成形やインサート成形などで成形されるものである。
【0051】
封止部の材質としては弾性材料の使用が良好なシール性を得るために好ましく、ゴム、熱可塑性エラストマー、軟質樹脂などが成形性が良好であるため好ましく用いられる。封止部の硬度は、JIS K 6253(2006)に規定の硬度30〜90度のものが好適に用いられ、30度未満であると意図しない変形を招く可能性があり、90度よりも高いと、栓体を脱着する場合の大きな抵抗となり、十分なシール性が得られないことがある。
【0052】
図6において封止部は3箇所備えられ、円筒部の側面から全周にわたって突出した突起である。
【0053】
封止部の側面から見た断面形状は略山型に形成されている。なお、連続して設けられた1つの封止部を以て1箇所としてカウントし、不連続であれば複数箇所の封止部としてカウントする。
【0054】
この封止部を全周にわたってバリや段差なく形成するために、封止部分を形成する金型を円筒の軸方向に引き抜いて成形する「無理抜き」方式が好適に用いられる。上記無理抜き方式で成形する場合、封止部の断面形状は山型や半円型、台形型などであると、金型が抜きやすく、封止部の断面形状を損なわずに成形できて好ましい。
【0055】
封止部の個数は、2箇所以上であると栓体をポートに挿入した場合の姿勢が安定し、また、シールの確実性が高まる。一方、5箇所を超えると上記無理抜き方式で金型が引き抜かれる抵抗が大きくなり成形の難易度が高くなる。よって2箇所以上、4箇所以下であると好ましい。
【0056】
封止部の配置としては、円筒部の側面に不等間隔に配置されることが好ましい。このように不等間隔に配置することが好ましいのは、本発明に係る栓体の設計が、単に封止部を複数個、等間隔に配置することでシールの確実性を高める従来の技術とは大きく異ることを表している。すなわち、本発明に係るいずれの態様においても、栓体における突起の少なくとも1つは透析液ポートの内周面に生じた微小凹みを避けた位置に配置されているため、半ば必然的に封止部が不等間隔に配置されることとなるのである。
【0057】
このように、従来の技術において、5箇所以上の多数の封止部を備えるために、難易度の高い金型設計をすることをせずとも、確実なシール性と栓体の取り扱い易さを両立することができる。
【0058】
図7は、透析液ポートに挿入された状態の栓体の断面図である。ただし、本発明に係る流体ポートは透析液ポートに限定されない。
【0059】
図のように、円筒部、封止部の他に、透析液ポートと係合する爪部13や持ち手となるカバー部14などがあっても良い。
【0060】
また、円筒部の内部を空洞とすることや、また封止部における肉厚を調節することで封止部の弾性力を調節することが可能である。
【0061】
図8は、本発明における封止部と透析液ポートの当接状態を示す一例である。
なお、
図8において、微小凹みは、その形状がわかりやすいように、凹凸の倍率を模擬的に大きくして描画している。
【0062】
ここでは、封止部のうちの、中段の封止部52、および下段の封止部53が、透析液ポートの内周面に生じている微小凹みを避けた位置に当接している。これらの封止部が全て微小凹みの位置に当接すると、封止部がポート壁によって圧縮される割合(圧縮率)が減少し、シール性が低下する。
【0063】
残りの1つの封止部である上段の封止部51は、栓体を脱着する際に栓体の姿勢を安定させるために配置されている。上段の封止部は、透析液ポートの微小凹み部分に当接することで姿勢が安定する。この様に、栓体の姿勢の安定の観点からは、封止部の少なくとも一つについては、ポート内壁と密着する役割を果たす他の封止部とは別に、あえて凹み部の位置に当接するように配置されることが、好ましい。かかる封止部は姿勢の安定のためのものであるから、透析液ポートに対して圧縮率を高める必要がなく、栓体の取り外し易さを損なうことがない程度に設計することができる。
【0064】
上記の態様の如く、本発明においては、少なくとも1つの封止部が微小凹み部分を避けた位置に当接していることが重要であるが、好ましい態様として、封止部を形成する際に、上述した無理抜き方式により栓体を形成する場合において、栓体の最下段以外に配置された封止部が、凹み部を避けた位置に当接するように設計し、その封止部の円環がなす直径に比べて、それより下段に配置された封止部がなす円環の直径を小さく設計して、姿勢の安定に利用すれば、栓体の製造時に金型から離型しやすくなる利点もある。
【0065】
たとえば、封止部をシール性を高めることを担う部位として、上記
図8の態様の如く中段、下段が微小凹み部分を避けた位置に当接している場合に、中段のみが透析液ポートと高い密着力を維持してシール性を高める一方、下段については封止部の円環がなす直径を中段における当該直径より小さく設定して、姿勢の安定に利用することが可能である。
【0066】
このように、必要に応じて、シール性を高めるための封止部と、姿勢を安定させるための封止部を緻密に設計できるため、取扱性を損なうことなく姿勢の安定の効果や、確実なシール性を得ることが出来る点が、本願発明が従来の技術とは大きく異なる点である。
【0067】
ここで、封止部が当接する部分における流体ポートの内径をDとし、封止部の外径をDfとすると、封止部の圧縮率αは
α=(Df−D)×100/Df[%]
で表される。
【0068】
封止部の圧縮率がゼロでなければ、2%以下の低圧縮率であっても十分に姿勢を安定する機能を発現することができる。
【0069】
一方、シール確保するための封止部の圧縮率αは、1%〜20%の範囲で封止部の材質や肉厚、および流体ポートの使用条件によって適切に設計することが可能である。
【0070】
このように、封止部の直径は各段の機能に応じて設計することが可能であるため、栓体の脱着時の抵抗を必要以上に高めることがない。
【0071】
また、本発明における別の態様として、設計し易く、高い寸法精度で栓体が得られる観点からは、封止部の全てが微小凹み部分を避けた位置に当接していても良い。例えば、微小凹み部分がポート先端から十分に離れた位置に存在する場合や、ポート先端直下または近傍にのみ存在する場合などで、2箇所以上4箇所以下の封止部全てが、微小凹み部分よりもポートの先端方向に配置できる場合などである。
【0072】
この場合、全ての封止部が微小凹みに当接しないため、凹みの影響を受けずに2箇所以上、4箇所以下の封止部それぞれについて、適切に圧縮率を設定することができる。
【実施例】
【0073】
以下、本発明の栓体およびモジュールについて実施例を示すが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
透析液ポートを2箇所備え、本体ケース全長が285mm,本体ケース内径がφ34.8mmのダイアライザにおいて、本体ケースと一体に成形された各透析液ポートに本発明に係る設計の栓体を取り付けた。栓体における封止部は3箇所であり、栓体を規定の挿入量だけ挿入した場合に、それぞれ透析液ポートの先端から5mm、7mm、10mmの位置に当接するように配置した。封止部は、円筒部の側面から全周にわたり突出したものであり、封止部の断面形状は略山形とした。封止部のなす円環の直径φDは、透析液ポートを上方向とすると上段がφ9.15mm、中段がφ9.15mm、下段がφ8.9mmとした。
【0074】
封止部の材質はスチレン系エラストマーであって、封止部の最大圧縮率αは、7mm相当、すなわち中段の位置の封止部であって、2.4%であった。このとき、φD=8.93[mm]であった。
【0075】
栓体取り付け前に透析液ポートの微小凹み量を3次元形状測定器((株)ミツトヨ社製:FALCIO−APEX9106)で測定した結果、
図9のようになり、A=28μmであり、微小凹みの最大内径はφ8.98[mm]であり、透析液ポートの先端から5mmの位置に形成されていた。
【0076】
このダイアライザ内に圧縮空気で内圧400[mmHg]を付加したところ、10分経過後の圧力降下量は2[mmHg]であった。
[比較例1]
栓体における封止部は1箇所であり、透析液ポートの先端から5mmの位置に当接するように配置した。封止部における最大圧縮率αは、設計値で2.4%であった。
【0077】
その他は実施例1に記載と同じく、本体ケースと一体に成形された各透析液ポートに上記栓体を取り付けた。
【0078】
栓体取り付け前の透析液ポートの微小凹み量および、微小凹みの最大内径の位置は実施例1と同じである。よって、実際の最大圧縮率αは1.8[%]となった。このとき、φD=8.93[mm]であった。
【0079】
このダイアライザ内に圧縮空気で内圧400[mmHg]を付加したところ、10分経過後の圧力降下量は12[mmHg]であった。
[実施例2]
栓体における封止部は2箇所であり、栓体を規定の挿入量だけ挿入した場合に、それぞれ透析液ポートの先端から5mm、7mmの位置に当接するように配置した。その他は実施例1と同じである。
【0080】
封止部の最大圧縮率αは、7mm相当の位置の封止部であって、3%であった。
【0081】
栓体取り付け前の透析液ポートの微小凹み量および、微小凹みの最大内径の位置は実施例1と同じである。
【0082】
このダイアライザ内に圧縮空気で内圧400[mmHg]を付加したところ、10分経過後の圧力降下量は2[mmHg]であった。