JP2000227807A - 流体流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微小流量を高精度で検知して流体流通を高精
度に制御し、流量センサーヘッド部の構成を簡単化し小
型化して低コスト化し使い捨て可能にし、流体を識別す
ることが可能な流体流量制御装置を提供する。 【解決手段】 管路２０２を有するケーシング２０６に
取り付けられた流量センサーヘッド部２０８と、管路２
０２内の流体流通を調節する手段と、ヘッド部２０８か
らの電気信号に基づき管路２０２内の流体流量値を算出
し流体流通調節手段を制御する制御手段とを備えてい
る。ケーシング２０６へのコネクタ２１４の着脱により
ヘッド部２０８の電極端子５２とコネクタ２１４の電極
端子２１０ａとの電気的な接続・分離がなされる。制御
手段は算出した流量値と目標流量値とに基づき管路２０
２内の流体の算出流量値が目標流量値となるように流体
流通調節手段を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体流量制御技術
に属するものであり、特に、流体を微小流量にて供給す
る際の流量制御に好適な流体流量制御装置に関する。本
発明の流体流量制御装置は、生体に対する薬液注入や輸
血及び採血あるいは化学分析のための試薬液添加あるい
は化学反応のための原料液添加などに適用することがで
きる。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
医療の分野では、病気治療のために患者に対する薬液の
注入が行われている。この薬液注入の１つの手法とし
て、かなりの時間をかけて微小流量にて持続的に薬液を
投与する点滴がなされる。点滴の際の薬液の流量調節
は、薬液流通管路を構成する合成樹脂製チューブの或る
部分を挟んで断面形状を変形させ、この変形の程度を手
作業で調整することでなされている。このような流量調
節は、簡便であり、注入流量（単位時間あたり注入され
る薬液の量）に高い精度が問われない場合には、好適な
ものである。

【０００３】しかしながら、治療の種類や薬液の種類に
よっては所定の流量を高い精度で維持しながら薬液注入
を行う必要のある場合があり、この場合には、重力のみ
を注入駆動力源とし手作業により流量調節を行う通常の
点滴の手法では不十分である。即ち、この手法では、流
量調節は実際には流量の初期設定によりなされるのみで
あり、患者の動きや周囲環境の変化などにより薬液流量
が変動しても、これに対処することができない。

【０００４】一定の圧力での供給が可能なポンプを用い
て薬液供給を行うことにより、重力のみを注入駆動力源
とする場合に比べて或る程度の精度向上は得られるが、
薬液流通管路を構成するチューブの変形などにより実際
の流量が変動することがあり、これに対処することがで
きない。

【０００５】高精度の流量制御のための１つの手法とし
て、流量検知を行い、検知された流量値に基づき所望の
流量が得られるように流体供給用ポンプを制御すること
が提案されている。このような流量制御に用いられる流
量検知の方法としては、点滴の数をカウントすることが
考えられるが、この方法では薬液の滴下は不連続である
（０．５ｃｃ／ｍｉｎといった微小流量の場合には、点
滴間隔が長くなる）ので流量の連続的制御を行うことが
できず、精度の高い流量制御を行うことができない。

【０００６】そこで、実際に流通管路内を流通する薬液
の流量を常時検知することが、高精度の流量制御を実現
するためには好ましい。そのためには、流通管路内の薬
液に対して流量センサーの検知部（流量センサーヘッド
部）を接触させた測定を行うことが好ましい。そして、
この場合には、流量検知精度を低下させないために流通
管路と流量センサーヘッド部とは一体化しておくのが好
ましい。

【０００７】しかるに、医療の性質上、或る患者に対し
て使用した薬液注入のための流体流通管路（先端に注入
針を備えた合成樹脂チューブ）は他の患者に対して使用
せずに廃棄する（使い捨てにする）必要がある。従っ
て、流通管路と流量センサーヘッド部とを一体化した場
合には、これらをまとめて使い捨てにすることになり、
低コストの実現のために流量センサーヘッド部の構造を
簡単化し小型化することが必要となる。

【０００８】一方、以上のような生体に対する薬液注入
の際には、過って所望の薬液以外の薬液を注入すること
があってはならない。このために、流体が所望のもので
あるか否かを識別することが要求される場合がある。し
かし、このような流体識別のための手段を流量センサー
と別に設けることは、装置コストの上昇を招き好ましく
ない。

【０００９】以上、生体に対する薬液注入の際の流量自
体の制御を行う場合の技術的課題について説明したが、
上記流量検知で検知される流量を積算することで検知し
た所定量の薬液注入の完了に基づき薬液注入を停止させ
る制御を行う場合も同様の技術的課題がある。

【００１０】また、以上の説明では生体に対する薬液注
入を例示したが、生体への輸血や生体からの採血などの
生体液の注入や採取においても類似の技術的課題があ
る。更に、化学分析のための試薬液を添加する際の流量
制御や試薬添加停止制御においても、類似の技術的課題
がある。

【００１１】そこで、本発明の目的は、流体流量を検知
して得た流量値に基づき流体流通を高精度に制御する流
体流量制御装置を提供することにある。特に、本発明
は、流体流量が微小であっても高い精度で流量検知を行
って高精度の流量制御を行うことが可能な流体流量制御
装置を提供することにある。

【００１２】また、本発明は、流体流量制御装置におけ
る流量センサーヘッド部の構成を簡単化し小型化して低
コスト化し、実際において流量センサーヘッド部を流通
管路の少なくとも一部とともに使い捨てすることを可能
にすることにある。

【００１３】更に、本発明は、流量制御される流体が所
定の測定対象のものであるか否かを識別することが可能
な流体流量制御装置を提供することにある。

【００１４】更に、本発明の目的は、流量制御される流
体の過度の温度上昇を防止し、流体の変質や引火爆発な
どの不具合の発生を防止することが可能な流体流量制御
装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、以上の
如き目的を達成するものとして、流体流通管路を有する
ケーシングに取り付けられた流量センサーヘッド部と、
前記流体流通管路内の流体の流通を調節する流体流通調
節手段と、前記流量センサーヘッド部からの電気信号に
基づき前記流体流通管路内の流体の流量値を算出し該流
量値に基づき前記流体流通調節手段を制御する制御手段
とを備えており、前記ケーシングには一端が前記制御手
段と接続されたケーブルの他端を有するコネクタが着脱
可能に取り付けられ、前記ケーシングへの前記コネクタ
の着脱により前記流量センサーヘッド部の電極端子と前
記コネクタのケーブル他端との電気的な接続・分離がな
されるようにしてなることを特徴とする流体流量制御装
置、が提供される。

【００１６】本発明の一態様においては、前記制御手段
は前記算出した流量値と目標流量値とに基づき前記流体
流通管路内の流体の算出される流量値が前記目標流量値
となるように前記流体流通調節手段を制御する。

【００１７】本発明の一態様においては、前記流量セン
サーヘッド部の電極端子は前記ケーシングへの前記コネ
クタの着脱方向に沿って延在する凸部の側面に前記着脱
方向に沿って延在して配置されており、前記コネクタに
は前記凸部に対応する凹部が形成されており、該凹部内
には前記流量センサーヘッド部の電極端子と対応する位
置に前記ケーブル他端の電極端子が配置されている。

【００１８】本発明の一態様においては、前記ケーシン
グは前記流体流通管路の形成されている本体と該本体に
対して取り付けられた蓋体とからなり、該蓋体には前記
コネクタに対する前記ケーシングの着脱を行うための中
間コネクタが形成されており、該中間コネクタには一端
が前記流量センサーヘッド部の電極端子と接続され前記
コネクタのケーブル他端との電気的な接続・分離がなさ
れる配線の他端を有する。

【００１９】本発明の一態様においては、前記制御手段
は、算出した前記流体の流量値に基づき流量積算値を算
出し、該流量積算値が目標流量積算値に到達した時に前
記流体流通管路内の流体の流通を停止させるように前記
流体流通調節手段を制御する。

【００２０】本発明の一態様においては、前記流量セン
サーヘッド部は、発熱機能及び感温機能を有する流量検
知部と、該流量検知部における発熱の影響を受け且つ被
検知流体の流通のための流体流通管路内に延出するよう
に配置された流量検知用熱伝達部材とを備えており、前
記流量検知部は前記流体流通管路外にて前記流量検知用
熱伝達部材の上に形成された薄膜発熱体と該薄膜発熱体
の発熱の影響を受けるように配置された流量検知用薄膜
感温体とを含んでおり、前記流量検知部において発熱に
基づき前記流量検知用熱伝達部材を介して前記被検知流
体による吸熱の影響を受けた感温が実行され、該感温の
結果に基づき前記流体流通管路内の被検知流体の流量に
対応する電気信号を発することができるものである。

【００２１】本発明の一態様においては、前記制御手段
は前記薄膜発熱体への通電経路に配置され該薄膜発熱体
の発熱を制御する発熱制御手段を有しており、該発熱制
御手段は前記流量センサーヘッド部から発せられ前記被
検知流体の流量に対応する電気信号が目標と一致するよ
うに前記薄膜発熱体への通電を制御するものである。

【００２２】本発明の一態様においては、前記制御手段
は、前記流体流通調節手段を制御して前記流体流通管路
内へと流体を導入し該流体の流通を停止させた上で、前
記流量センサーヘッド部から発せられ前記被検知流体の
流量に対応する電気信号と閾値との比較を行って前記流
体流通管路内の流体の種別が予め設定されたもののうち
の何れであるかを識別するものである。

【００２３】本発明の一態様においては、前記流量検知
用熱伝達部材は、平板状をなしており、前記流体流通管
路の径方向に延出し該流体流通管路の中心線を通ってお
り、前記流体流通管路内において該管路の方向に沿うよ
うに配置されている。

【００２４】本発明の一態様においては、前記流量検知
の際の温度補償を行うための流体温度センサーヘッド部
が前記ケーシングに取り付けられており、前記流体温度
センサーヘッド部は流体温度検知部を含んでおり、該流
体温度検知部と前記流体流通管路内に延出するように配
置される流体温度検知用熱伝達部材とが熱的に接続され
ており、前記ケーシングへの前記コネクタの着脱により
前記流量センサーヘッド部の電極端子の場合と同様にし
て前記流体温度センサーヘッド部の電極端子と前記コネ
クタのケーブル他端との電気的な接続・分離がなされ
る。

【００２５】本発明の一態様においては、前記流体温度
検知用熱伝達部材は、平板状をなしており、前記流体流
通管路の径方向に延出し該流体流通管路の中心線を通っ
ており、前記流体流通管路内において該管路の方向に沿
うように配置されている。

【００２６】本発明の一態様においては、前記流体流通
調節手段は前記流体流通管路での前記流体の流通を駆動
するポンプである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら説明する。

【００２８】図１は本発明による流体流量制御装置の一
実施形態の全体構成を示す模式図である。本実施形態
は、生体に対する薬液注入の際に注入薬液の流量を制御
するのに使用されたものである。

【００２９】図１において、２００は注入される薬液が
収容された流体溜めであり、該流体溜め２００には流体
たる注入薬液の流路となる合成樹脂製のチューブ２０２
の一端（上端）が接続されている。該チューブ２０２の
他端には、注入針２０４が接続されている。チューブ２
０２の途中には、流体流量制御装置を構成するケーシン
グ２０６が介在しており、該ケーシングには流量センサ
ーヘッド部２０８が接続されている。尚、図示はしない
が、ケーシング２０６には、温度検知センサーヘッド部
も接続されている。該温度検知センサーヘッド部及び流
量センサーヘッド部２０８は、ケーブル２１０を介して
制御手段（コントロールパネル）２１２と接続されてい
る。流量センサーヘッド部２０８及び温度検知センサー
ヘッド部はケーブル２１０の端部に付されたコネクタ２
１４を介して電気的及び機械的に接続されている。

【００３０】チューブ２０２には、該チューブ内での流
体流通を駆動するポンプ２１６が着脱可能に取り付けら
れている。該ポンプは、例えばチューブポンプであり、
ロータの回転数を調節することで流体の流通を調節する
ことができ、流体流通の停止を含めた流量調整を行うこ
とができる。チューブ２０２には、また、該チューブを
挟圧することでチューブ内の流体流通を調節する流体流
通調節部２１８が着脱可能に取り付けられている。ポン
プ２１６及び流体流通調節部２１８は、それぞれケーブ
ル２２０，２２２により制御手段２１２と接続されてい
る。

【００３１】制御手段２１２には、図１に示されている
ように、注入すべき流体の種別や所望の流量や所望の積
算流量などを設定する操作スイッチ２１２ａと、検知さ
れた流体流量値や流体流量積算値或は設定された流体流
量値や流体流量積算値などを表示する表示部２１２ｂ
と、検知された流体種別が所望のもの以外であった場合
に警告を発するランプ（一種の表示部）２１２ｃとが設
けられている。

【００３２】図２は、図１に示されたケーシング２０６
への流量センサーヘッド部２０８及び流体温度センサー
ヘッド部の取り付け状態を示す断面図であり、流体が流
通する流体流通管路に沿った断面を示す。

【００３３】図２において、２はケーシング本体部であ
り、該ケーシング本体部を貫通して被検知流体の流通の
ための流体流通管路４が形成されている。該管路４はケ
ーシング本体部２の両端まで延びている。Ａは管路４の
中心線を示す。ケーシング本体部２は合成樹脂製たとえ
ば塩化ビニル樹脂や耐薬品性及び耐油性が大きいガラス
繊維強化のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポ
リブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）やポリカーボネー
ト（ＰＣ）等からなる。

【００３４】本実施形態では、ケーシング本体部２に、
管路４に沿って隔てられた位置において管路４に隣接し
て２つの素子ユニット保持部５０，６０が形成されてい
る。これら素子ユニット保持部５０，６０はいずれも管
路４の径方向を中心とする２段円筒状内面を有する。第
１の素子ユニット保持部５０により流量検知ユニット
（流量センサーヘッド部）５１が保持されており、第２
の素子ユニット保持部６０により流体温度検知ユニット
（流体温度センサーヘッド部）６１が保持されている。

【００３５】上記ケーシング本体部２には、流量検知ユ
ニット５１及び流体温度検知ユニット６１のための押え
板３２が配置されており、その上に蓋体部２６が固定配
置されている。ケーシング本体部２と蓋体部２６とでケ
ーシングが構成される。

【００３６】図３に、流量検知ユニット５１の断面図を
示す。図３に示されているように、流量検知ユニット５
１は、流量検知部１２と、該流量検知部１２に熱伝導性
良好な接合材１６により接合された熱伝達用部材として
のフィンプレート１４と、電極端子５２と、流量検知部
１２の電極を対応する電極端子５２と電気的に接続する
ボンディングワイヤ２８と、合成樹脂製の基体部５３と
を有する。該基体部５３は、特に、熱伝達性が低く（す
なわち熱絶縁性を有する）耐薬品性や耐油性が大きい合
成樹脂からなるのが好ましい。基体部５３は素子ユニッ
ト保持部５０の内周面に対応した形状の２段円筒形状の
外周面の部分を有している。基体部５３から、フィンプ
レート１４の一部が管路４の側へと延出しており、電極
端子５２の一部が管路４と反対の側（外側）へと延出し
ている。すなわち、流量検知部１２と、接合材１６とフ
ィンプレート１４の一部と、電極端子５２の一部とボン
ディングワイヤ２８とが基体部５３により封止されてい
る。

【００３７】尚、基体部５３の上部は、半円筒形状の凸
部として形成されており、その平面状表面部分に電極端
子５２の上部の平面状片面部分が露出している。基体部
５３の上部凸部は押え板３２及び蓋体部２６に形成され
た開口部を貫通してケーシング外方へと延びている。電
極端子５２は基体部５３の２段円筒形状の軸方向に平行
に延在している。

【００３８】図２に示されている流体温度検知ユニット
６１は、基本的には、流量検知部１２の代わりに流体温
度検知部を用いたことが、流量検知ユニット５１と異な
る。即ち、流体温度検知ユニット６１は、流体温度検知
部に熱伝導性良好な接合材により接合された熱伝達用部
材としてのフィンプレート１４’と、電極端子６２と、
流体温度検知部の電極を対応する電極端子６２と電気的
に接続するボンディングワイヤと、合成樹脂製の基体部
とを有する。この基体部の形状は流量検知ユニット５１
のものと同一であり、同様にして半円筒形状の上部凸部
は押え板３２及び蓋体部２６に形成された開口部を貫通
してケーシング外方へと延びている。

【００３９】流量検知ユニット５１及び流体温度検知ユ
ニット６１の外周面と素子ユニット保持部５０，６０の
内周面との間には、それぞれ、管路４に対するシール部
材としてのＯ−リング５４，６４が介在している。

【００４０】図４は、ケーシング２０６とコネクタ２１
４との係合関係を示す分解斜視図である。本図では、流
体温度検知ユニット６１は図示を省略されているが、上
記のように流量検知ユニット５１と同様の姿勢にて配置
されている。

【００４１】コネクタ２１４には、流量検知ユニット５
１の基体部の半円筒形状凸部及び流体温度検知ユニット
６１の基体部の半円筒形状凸部に対応する形状の凹部２
１４ａ，２１４ｂが形成されている。凹部２１４ａの内
部に面してケーブル２１０の流量検知配線の電極端子２
１０ａが露出配置されている。この電極端子２１０ａは
流量検知ユニット５１の電極端子５２と対応する位置に
配置されている。凹部２１４ｂの内部に面してケーブル
２１０の流体温度検知配線の電極端子（図示されていな
い）が露出配置されている。この電極端子は流体温度検
知ユニット６１の電極端子と対応する位置に配置されて
いる。

【００４２】ケーシング２０６には両側面に係合部２０
６ａが形成されており、これに対応してコネクタ２１４
には両側部に係合部２１４ｃが形成されている。この係
合部２１４ｃはケーシング側の先端が外方へと弾力的に
開くことができ、係合部２０６ａに対して弾力性をもっ
てコネクタ２１４を固定することができる。このコネク
タ固定の際には、凹部２１４ａ，２１４ｂ内にそれぞれ
流量センサーヘッド部２０８及び流体温度センサーヘッ
ド部が適合せしめられ、これらヘッド部の電極端子とケ
ーブル２１０の電極端子との電気的接続が確保される。
係合部２１４ｃの先端を外方へと開くことにより、該係
合部２１４ｃと係合部２０６ａとの係合を容易に解除す
ることができる。

【００４３】上記流量検知部１２は、図５に示されてい
る様に、基板１２−１の上面（第１面）上に絶縁層１２
−２を形成し、その上に流量検知用薄膜感温体１２−７
を形成し、その上に絶縁層１２−６を形成し、その上に
薄膜発熱体１２−３及び該薄膜発熱体のための１対の電
極層１２−４，１２−５を形成し、その上に絶縁層１２
−８を形成し、流量検知用薄膜感温体１２−７のボンデ
ィング部及び薄膜発熱体のための１対の電極層１２−
４，１２−５のボンディング部を被覆するパッド層１２
−９を形成したチップ状のものからなる。基板１２−１
としては例えば厚さ０．５ｍｍ程度で大きさ２〜３ｍｍ
角程度のシリコンやアルミナなどからなるものを用いる
ことができ（アルミナなどの絶縁基板を用いる場合に
は、絶縁層１２−２を省略することができる）、薄膜発
熱体１２−３としては膜厚１μｍ程度で所望形状にパタ
ーニングしたサーメットからなるものを用いることがで
き、電極層１２−４，１２−５としては膜厚０．５μｍ
程度のニッケルからなるもの又はこれに膜厚０．１μｍ
程度の金を積層したものを用いることができ、絶縁層１
２−２，１２−６，１２−８としては膜厚１μｍ程度の
ＳｉＯ₂ からなるものを用いることができ、薄膜感温体
１２−７としては膜厚０．５〜１μｍ程度で所望形状例
えば蛇行形状にパターニングした白金やニッケルなどの
温度係数が大きく安定な金属抵抗膜を用いることができ
る（あるいは酸化マンガン系のＮＴＣサーミスターから
なるものを用いることもできる）。パッド層１２−９と
しては金からなるものを用いることができる。このよう
に、薄膜発熱体１２−３と薄膜感温体１２−７とが薄膜
絶縁層１２−６を介して極く近接して配置されているこ
とにより、薄膜感温体１２−７は薄膜発熱体１２−３の
発熱の影響を直ちに受けることになる。

【００４４】図３に示されているように、流量検知部１
２の一方の面すなわち基板１２−１の第２面に、熱伝達
用部材としての平板状フィンプレート１４が接合材１６
により接合されている。フィンプレート１４としては例
えば銅、ジュラルミン、銅−タングステン合金からなる
平板状のものを用いることができ、接合材１６としては
例えば銀ペーストを用いることができる。

【００４５】フィンプレート１４は、上部分が流量検知
部１２に接合されており、下部分が管路４内へと延びて
いる。該フィンプレート１４は、ほぼ円形の断面を持つ
管路４において、その断面内の中央を通って図２に示す
ように上部から下部へと該管路４を横切って延在してい
る。但し、管路４は必ずしも断面が円形である必要はな
く、適宜の断面形状が可能である。管路４内において、
上記フィンプレート１４の幅（管路方向の寸法）は該フ
ィンプレート１４の厚さより十分大きい。このため、フ
ィンプレート１４は、管路４内における流体の流通に大
きな影響を与えることなしに、流量検知部１２と流体と
の間の熱伝達を良好に行うことが可能である。

【００４６】温度検知部は、上記流量検知部１２と同様
な基板上に、同様な薄膜感温体（流体温度補償用薄膜感
温体）を形成したチップ状のものからなる。即ち、温度
検知部は、図５における薄膜発熱体１２−３、１対の電
極層１２−４，１２−５及び絶縁層１２−６を除去した
ものと同様にして構成することができる。また、温度検
知部には、流量検知部１２と同様にして、接合材により
フィンプレート１４’が接合されている。

【００４７】図６は、本実施形態の制御手段２１２の構
成を示すブロック図である。

【００４８】外部から入力されるＡＣ１００Ｖが電源回
路によりＤＣ５Ｖに変換される。アナログ部では流量セ
ンサー（上記流量センサーヘッド部２０８：５１）及び
温度補償センサー（上記流体温度センサーヘッド部６
１）を一部として含む電気的回路により流量出力に対応
するアナログ電気信号を生成する。このアナログ信号は
ＡＤコンバータによりデジタル信号に変換され、マイコ
ン（マイクロコンピュータ）に入力される。マイコンで
は、流量算出、積算流量算出、流体識別などを行って、
これらの結果に基づきＤＡコンバータを介して輸液ポン
プ（上記ポンプ２１６）や流体流通調節部２１８を制御
する。また、表示部ドライバを介して表示部（上記表示
部２１２ｂやランプ２１２ｃ）に表示や警告を行う。マ
イコンには操作スイッチにより所望流体種別、目標流量
値、目標積算流量値などが入力される。また、マイコン
はＳＩＯを介して監視ターミナル（例えば病院の看護婦
詰所に配置される）と接続されている。

【００４９】図７は、上記アナログ部の構成を流量セン
サーヘッド部及び流体温度センサーヘッド部を含んだ形
で示す回路図である。図７及びその他の図を参照しなが
ら、本実施形態における流量検知及び流体識別、更には
これらに基づく流量制御の動作について、説明する。

【００５０】図７において、供給電源は定電圧回路１０
２に供給される。該定電圧回路１０２の出力はブリッジ
回路１０４に供給される。ブリッジ回路１０４は流量検
知用薄膜感温体１０４−１と温度補償用薄膜感温体１０
４−２と可変抵抗１０４−３，１０４−４とを含んでな
る。

【００５１】ブリッジ回路１０４のａ，ｂ点の電圧が差
動増幅回路１０６に入力される。該差動増幅回路１０６
は可変抵抗１０６ａにより増幅率可変とされている。差
動増幅回路１０６の出力は積分回路１０８に入力され
る。これら増幅率可変の差動増幅回路１０６と積分回路
１０８とが、応答性設定手段として機能する。

【００５２】一方、上記供給電源は、ＮＰＮトランジス
ター１１０のコレクタに接続されており、該トランジス
ター１１０のエミッタは発熱体１１２に接続されてい
る。また、トランジスター１１０のベースには、上記積
分回路１０８の出力が入力される。即ち、供給電源はト
ランジスター１１０を経て薄膜発熱体１１２へと通電
し、該発熱体１１２にかかる電圧はトランジスター１１
０の分圧により制御される。そして、トランジスター１
１０の分圧は、抵抗を介してベースへと入力される積分
回路１０８の出力により制御され、トランジスター１１
０は可変抵抗体として機能し、発熱体１１２の発熱を制
御する発熱制御手段として機能する。薄膜発熱体１１２
への通電制御状態を示す信号として、薄膜発熱体１１２
に印加される電圧値の信号が用いられる。この信号が上
記流量出力に対応するアナログ電気信号である。

【００５３】流量検知部１２において、図５に示される
薄膜発熱体１２−３（図７では１１２）の発熱に基づ
き、フィンプレート１４を介して被検知流体による吸熱
の影響を受けて、図５に示される薄膜感温体１２−７
（図７では１０４−１）による感温が実行される。そし
て、該感温の結果として、ブリッジ回路１０４のａ，ｂ
点の電圧Ｖａ，Ｖｂの差が得られる。

【００５４】（Ｖａ−Ｖｂ）の値は、流体の流量に応じ
て流量検知用薄膜感温体１０４−１の温度が変化するこ
とで、変化する。予め可変抵抗１０４−３，１０４−４
の抵抗値を適宜設定することで、基準となる所望の流体
流量の場合において（Ｖａ−Ｖｂ）の値を零とすること
ができる。この基準流量では、差動増幅回路１０６の出
力は零であり、積分回路１０８の出力が一定となり、ト
ランジスター１１０の抵抗値も一定となる。その場合に
は、発熱体１１２に印加される分圧も一定となり、この
時の流量出力が上記基準流量を示すものとなる。

【００５５】流体流量が基準流量から増減すると、差動
増幅回路１０６の出力は（Ｖａ−Ｖｂ）の値に応じて極
性（流量検知用感温体１０４−１の抵抗−温度特性の正
負により異なる）及び大きさが変化し、これに応じて積
分回路１０８の出力が変化する。積分回路１０８の出力
の変化の速さは差動増幅回路１０６の可変抵抗１０６ａ
による増幅率設定により調節することができる。これら
積分回路１０８と差動増幅回路１０６とにより、制御系
の応答特性が設定される。

【００５６】流体流量が増加した場合には流量検知用感
温体１０４−１の温度が低下するので、発熱体１１２の
発熱量を増加させる（即ち電流量を増加させる）よう、
積分回路１０８からはトランジスター１１０のベースに
対して、トランジスター１１０の抵抗を低下させるよう
な制御入力がなされる。

【００５７】他方、流体流量が減少した場合には流量検
知用感温体１０４−１の温度が上昇するので、発熱体１
１２の発熱量を減少させる（即ち電流量を減少させる）
よう、積分回路１０８からはトランジスター１１０のベ
ースに対して、トランジスター１１０の抵抗を増加させ
るような制御入力がなされる。

【００５８】以上のようにして、流体流量の変化によら
ず、常に流量検知用感温体１０４−１により検知される
温度が目標値となるように、発熱体１１２の発熱がフィ
ードバック制御される（流量検知用感温体１０４−１の
抵抗−温度特性の正負に応じて、必要な場合には差動増
幅回路１０６の出力の極性を適宜反転させる）。

【００５９】図８は、被検知流体が水、エタノール、２
０％食塩水、１０％食塩水のそれぞれである場合におい
て、それらの流量の値が変化した時に、発熱体１１２に
印加される電圧である流量出力［Ｖ］の値がどのように
変化するかを示したものである。

【００６０】先ず、制御手段２１２は、流体流通調節手
段（ポンプ２１６及び流体流通調節部２１８）を制御し
てチューブ２０２内へと流体を導入し、ケーシング２内
の流体流通管路４内を流体で満たして、流体の流通を停
止させた上で、被検知流体の種別が予め設定されたもの
のうちの何れであるかを識別する。図８に示されている
ように、流体の種類に応じて流量に対する出力値が異な
り、図では明確に示されてはいないが、流量０［ｃｃ／
ｍｉｎ］において、流体が空気である場合には出力値は
２．２３［Ｖ］であり、流体がエタノールである場合に
は出力値は２．８６［Ｖ］であり、流体が水である場合
には出力値は３．０３［Ｖ］であり、流体が１０％食塩
水である場合には出力値は３．１５［Ｖ］であり、流体
が２０％食塩水である場合には出力値は３．１６［Ｖ］
である。

【００６１】制御手段２１２には、記憶手段たるＥＰＲ
ＯＭに、予め、流通が予想される複数の流体について、
流量０の場合の出力値に対して、これらの値の中間の閾
値を設定しておき、実際に流量０の場合に検知される流
量出力とＥＰＲＯＭに記憶されている複数の閾値との大
小関係比較を行うことにより、検知された流体が予め設
定されたもののうちのいずれであるかを識別する。

【００６２】被検知流体が所望のものであるか否かは、
操作スイッチにより設定することができる。所望以外の
流体が検知された場合には、表示部（警告ランプ２１２
ｃなど）に警告を発する。これにより、注入流体中に空
気が混入している場合や、所望の注入流体以外の流体が
過って流体溜め２００から供給された場合の注入を阻止
することができる。

【００６３】以上のような流体識別は、流体の種類に応
じて比熱及び熱伝導率などの相違に基づき熱伝達が異な
ることを利用するものであり、このような熱伝達の相違
が顕著である複数の流体であれば、互いに識別すること
が可能である。

【００６４】以上のような流体識別において、流体が所
望のものであることが検知された場合には、制御手段２
１２はポンプ２１６及び流体流通調節部２１８を制御し
てチューブ２０２での流体流通を再開し、注入針２０４
から流体注入を行う。流体の流量は制御手段２１２で検
知される。即ち、ＥＰＲＯＭに、予め、図８に示すよう
な複数の流体についての流量−出力値の関係を示す検量
線を記憶しておき、上記流体識別で所望のものとされた
流体に関する出力値に対応する流量値を得る。これを表
示部に表示することができる。

【００６５】検知された流量値は、予め操作スイッチに
より設定された目標流量値と比較され、この比較に基づ
き流体流通管路内の流体の算出される流量値が目標流量
値となるように流体流通調節手段を制御する。

【００６６】検知された流量値を積算して流量積算値を
算出し、これを表示部に表示することができ、該流量積
算値が目標流量積算値に到達した時に前記流体流通管路
内の流体の流通を停止させるように流体流通調節手段を
制御することも可能である。

【００６７】以上の実施形態においては、被検知流体の
流量の如何にかかわらず、発熱体１１２周囲の流量検知
用感温体１０４−１の温度がほぼ一定に維持されるの
で、流量センサーの経時劣化が少なく、また被検知流体
の変質や可燃性の被検知流体の着火爆発の発生を防止す
ることができる。また、発熱体１１２には定電圧回路が
不要であるので、ブリッジ回路１０４のための低出力の
定電圧回路１０２を用いれば良いという利点がある。こ
のため、定電圧回路の発熱量を小さくでき、流量センサ
ーヘッド部を小型化しても流量検知精度を良好に維持す
ることができる。

【００６８】また、本実施形態では、流量検知部１２と
して薄膜発熱体と薄膜感温体とを積層してなるチップ状
のものを用いているので、応答性が良好であり、精度の
良い流量検知及び流体識別を行うことができ、これに基
づき高精度及び高速応答の流量制御を行うことができ
る。

【００６９】そして、コネクタ２１４とケーシング２０
６との着脱を容易に行うことができ、この着脱の際にセ
ンサーヘッド部の電極端子とケーブル端部との電気的な
接続・分離がなされるので、センサーヘッド部をケーシ
ング２０６及びチューブ２０２とともに使い捨てにし、
その他の構成部分を繰り返し使用するようにすることが
可能である。

【００７０】また、本実施形態では、フィンプレート１
４，１４’は流体流通管路の径方向に延出し管路の中心
線Ａを通っているので、流体が粘性流体である場合にも
精度よく流量検知及び流体識別を行うことができる。

【００７１】図９及び図１０は本発明による流体流量制
御装置の他の実施形態を示す図である。これらの図は、
上記図１〜８に関して説明した実施形態の図２及び図４
と同様の部分を示す図である。本実施形態は、図９及び
図１０に示される部分のみ上記図１〜８の実施形態と異
なり、他の部分は同一である。

【００７２】図９はケーシングへの流量センサーヘッド
部及び流体温度センサーヘッド部の取り付け状態を示す
断面図であり、図１０はケーシングとコネクタとの係合
関係を示す分解斜視図である。これらの図において、上
記図２，４におけると同様の機能を有する部分には同一
の符号が付されている。

【００７３】本実施形態では、流量センサーヘッド部２
０８’（５１’）及び流体温度センサーヘッド部６１’
は、図２，４に示される流量センサーヘッド部２０８
（５１）及び流体温度センサーヘッド部６１とは、基体
部が上部凸部を有しない点で異なる。そして、本実施形
態では、ケーシング２０６は、外蓋８を有している。本
実施形態では、ケーシングは、蓋体部２６を含んで本体
が構成され、この本体に対して蓋体たる外蓋８が取り付
けられている。外蓋８には配線基板２６’が付されてお
り、該配線基板２６’に対して流量センサーヘッド部２
０８’（５１’）の電極端子５２及び流体温度センサー
ヘッド部６１’の電極端子６２が接続されている。

【００７４】外蓋８には、コネクタ２１４’に対するケ
ーシングの着脱を行うための中間コネクタ２３０が形成
されており、該中間コネクタ２３０の配線は一端が配線
基板２６’と接続されており他端がコネクタ２１４’の
ケーブル端部の電極端子との電気的な接続・分離のため
の電極端子２３０ａとされている。

【００７５】コネクタ２１４’と中間コネクタ２３０と
は押し込みにより容易に適合せしめられ、これにより配
線基板２６’を介してヘッド部の電極端子とケーブル２
１０の電極端子との電気的接続が確保される。コネクタ
２１４’と中間コネクタ２３０との係合は、引き抜きに
より容易に解除することができる。

【００７６】本実施形態の動作は上記図１〜８の実施形
態と同様である。そして、本実施形態では、ケーシング
に固定された中間コネクタ２３０を介してコネクタ２１
４’とセンサーヘッド部との接続を行っているので、コ
ネクタ着脱の際及び装置使用時においてケーブル２１０
に対して外力が加わっても、その力が直接センサーヘッ
ド部に伝達されることはなく、装置の安全性が向上す
る。

【００７７】以上の実施形態では、生体に対する薬液注
入を例示したが、本発明は生体への輸血や生体からの採
血などの生体液の注入や採取の際の流量制御にも適用す
ることができる。更に、本発明は、化学分析のための試
薬液を添加する際の流量制御や試薬添加停止制御にも適
用することができる。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の流量制御
装置によれば、流体流量が微小であっても高い精度流体
流量を検知し、これによって得た流量値に基づき流体流
通を高精度かつ高速応答性をもって制御することができ
る。

【００７９】また、本発明によれば、流体流量制御装置
における流量センサーヘッド部の構成を簡単化し小型化
して低コスト化し、流量センサーヘッド部を流通管路の
少なくとも一部とともに使い捨てすることの可能性を高
めることができる。

【００８０】更に、本発明によれば、流量制御される流
体が所定の測定対象のものであるか否かを識別すること
が可能である。

【００８１】更に、本発明によれば、流量制御される流
体の過度の温度上昇を防止し、流体の変質や引火爆発な
どの不具合の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による流体流量制御装置の一実施形態の
全体構成を示す模式図である。

【図２】図１に示されたケーシングへの流量センサーヘ
ッド部及び流体温度センサーヘッド部の取り付け状態を
示す断面図である。

【図３】流量検知ユニットの断面図である。

【図４】ケーシングとコネクタとの係合関係を示す分解
斜視図である。

【図５】流量センサーの流量検知部の分解斜視図であ
る。

【図６】制御手段の構成を示すブロック図である。

【図７】アナログ部の構成を流量センサーヘッド部及び
流体温度センサーヘッド部を含んだ形で示す回路図であ
る。

【図８】流量値と流量出力値との関係を示すグラフであ
る。

【図９】本発明による流体流量制御装置の他の実施形態
におけるケーシングへの流量センサーヘッド部及び流体
温度センサーヘッド部の取り付け状態を示す断面図であ
る。

【図１０】ケーシングとコネクタとの係合関係を示す分
解斜視図である。

【符号の説明】

２ ケーシング本体部 ４ 流体流通管路 ５ 素子収容部 ８ ケーシング外蓋 １２ 流量検知部 １２−１ 基板 １２−２ 絶縁層 １２−３ 薄膜発熱体 １２−４，１２−５ 電極層 １２−６ 絶縁層 １２−７ 流量検知用薄膜感温体 １２−８ 絶縁層 １４，１４’ フィンプレート １６ 接合材 ２６ 蓋体部 ２６’ 配線基板 ２８ ボンディングワイヤ ３０ 外部リード線 ３２ 押え板 ５０ 素子ユニット保持部 ５１，５１’ 流量検知ユニット ５２ 電極端子 ５３ 基体部 ５４ Ｏ−リング ６０ 素子ユニット保持部 ６１，６１’ 流体温度検知ユニット ６２ 電極端子 ６３ 基体部 ６４ Ｏ−リング １０４−１ 流量検知用薄膜感温体 １０４−２ 温度補償用薄膜感温体 １１２ 薄膜発熱体 ２００ 流体溜め ２０２ チューブ ２０４ 注入針 ２０６ ケーシング ２０６ａ 係合部 ２０８，２０８’ 流量センサーヘッド部 ２１０ ケーブル ２１２ 制御手段 ２１２ａ 操作スイッチ ２１２ｂ 表示部 ２１２ｃ ランプ ２１４ コネクタ ２１４ａ，２１４ｂ 凹部 ２１４ｃ 係合部 ２１６ ポンプ ２１８ 流体流通調節部 ２２０，２２２ ケーブル ２３０ 中間コネクタ ２３０ａ 電極端子 Ａ 管路中心線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山岸 喜代志 埼玉県上尾市原市1333−２ 三井金属鉱業 株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 2F035 EA04 EA08 5H307 AA14 AA15 BB01 BB05 BB16 DD10 DD11 DD12 DD20 EE22 FF06 FF15 GG11 GG13 GG15 HH04 HH11 HH12

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体流通管路を有するケーシングに取り
   付けられた流量センサーヘッド部と、前記流体流通管路
   内の流体の流通を調節する流体流通調節手段と、前記流
   量センサーヘッド部からの電気信号に基づき前記流体流
   通管路内の流体の流量値を算出し該流量値に基づき前記
   流体流通調節手段を制御する制御手段とを備えており、 前記ケーシングには一端が前記制御手段と接続されたケ
   ーブルの他端を有するコネクタが着脱可能に取り付けら
   れ、前記ケーシングへの前記コネクタの着脱により前記
   流量センサーヘッド部の電極端子と前記コネクタのケー
   ブル他端との電気的な接続・分離がなされるようにして
   なることを特徴とする流体流量制御装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は前記算出した流量値と目
   標流量値とに基づき前記流体流通管路内の流体の算出さ
   れる流量値が前記目標流量値となるように前記流体流通
   調節手段を制御することを特徴とする、請求項１に記載
   の流体流量制御装置。
3. 【請求項３】 前記流量センサーヘッド部の電極端子は
   前記ケーシングへの前記コネクタの着脱方向に沿って延
   在する凸部の側面に前記着脱方向に沿って延在して配置
   されており、前記コネクタには前記凸部に対応する凹部
   が形成されており、該凹部内には前記流量センサーヘッ
   ド部の電極端子と対応する位置に前記ケーブル他端の電
   極端子が配置されていることを特徴とする、請求項１〜
   ２のいずれかに記載の流体流量制御装置。
4. 【請求項４】 前記ケーシングは前記流体流通管路の形
   成されている本体と該本体に対して取り付けられた蓋体
   とからなり、該蓋体には前記コネクタに対する前記ケー
   シングの着脱を行うための中間コネクタが形成されてお
   り、該中間コネクタには一端が前記流量センサーヘッド
   部の電極端子と接続され前記コネクタのケーブル他端と
   の電気的な接続・分離がなされる配線の他端を有するこ
   とを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の流体
   流量制御装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、算出した前記流体の流
   量値に基づき流量積算値を算出し、該流量積算値が目標
   流量積算値に到達した時に前記流体流通管路内の流体の
   流通を停止させるように前記流体流通調節手段を制御す
   ることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の
   流体流量制御装置。
6. 【請求項６】 前記流量センサーヘッド部は、発熱機能
   及び感温機能を有する流量検知部と、該流量検知部にお
   ける発熱の影響を受け且つ被検知流体の流通のための流
   体流通管路内に延出するように配置された流量検知用熱
   伝達部材とを備えており、前記流量検知部は前記流体流
   通管路外にて前記流量検知用熱伝達部材の上に形成され
   た薄膜発熱体と該薄膜発熱体の発熱の影響を受けるよう
   に配置された流量検知用薄膜感温体とを含んでおり、前
   記流量検知部において発熱に基づき前記流量検知用熱伝
   達部材を介して前記被検知流体による吸熱の影響を受け
   た感温が実行され、該感温の結果に基づき前記流体流通
   管路内の被検知流体の流量に対応する電気信号を発する
   ことができるものであることを特徴とする、請求項１〜
   ５のいずれかに記載の流体流量制御装置。
7. 【請求項７】 前記制御手段は前記薄膜発熱体への通電
   経路に配置され該薄膜発熱体の発熱を制御する発熱制御
   手段を有しており、該発熱制御手段は前記流量センサー
   ヘッド部から発せられ前記被検知流体の流量に対応する
   電気信号が目標と一致するように前記薄膜発熱体への通
   電を制御するものであることを特徴とする、請求項１〜
   ６のいずれかに記載の流体流量制御装置。
8. 【請求項８】 前記制御手段は、前記流体流通調節手段
   を制御して前記流体流通管路内へと流体を導入し該流体
   の流通を停止させた上で、前記流量センサーヘッド部か
   ら発せられ前記被検知流体の流量に対応する電気信号と
   閾値との比較を行って前記流体流通管路内の流体の種別
   が予め設定されたもののうちの何れであるかを識別する
   ものであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか
   に記載の流体流量制御装置。
9. 【請求項９】 前記流量検知用熱伝達部材は、平板状を
   なしており、前記流体流通管路の径方向に延出し該流体
   流通管路の中心線を通っており、前記流体流通管路内に
   おいて該管路の方向に沿うように配置されていることを
   特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載の流体流量
   制御装置。
10. 【請求項１０】 前記流量検知の際の温度補償を行うた
    めの流体温度センサーヘッド部が前記ケーシングに取り
    付けられており、 前記流体温度センサーヘッド部は流体温度検知部を含ん
    でおり、該流体温度検知部と前記流体流通管路内に延出
    するように配置される流体温度検知用熱伝達部材とが熱
    的に接続されており、 前記ケーシングへの前記コネクタの着脱により前記流量
    センサーヘッド部の電極端子の場合と同様にして前記流
    体温度センサーヘッド部の電極端子と前記コネクタのケ
    ーブル他端との電気的な接続・分離がなされることを特
    徴とする、請求項６〜９のいずれかに記載の流体流量制
    御装置。
11. 【請求項１１】 前記流体温度検知用熱伝達部材は、平
    板状をなしており、前記流体流通管路の径方向に延出し
    該流体流通管路の中心線を通っており、前記流体流通管
    路内において該管路の方向に沿うように配置されている
    ことを特徴とする、請求項１０に記載の流体流量制御装
    置。
12. 【請求項１２】 前記流体流通調節手段は前記流体流通
    管路での前記流体の流通を駆動するポンプであることを
    特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の流体流
    量制御装置。
13. 【請求項１３】 流体流通管路を有するケーシングに取
    り付けられた流量センサーヘッド部と、前記流体流通管
    路内の流体の流通を調節する流体流通調節手段と、前記
    流量センサーヘッド部からの電気信号に基づき前記流体
    流通管路内の流体の流量値を算出し該流量値に基づき前
    記流体流通調節手段を制御する制御手段とを備えてお
    り、 前記制御手段は、前記流体流通調節手段を制御して前記
    流体流通管路内へと流体を導入し該流体の流通を停止さ
    せた上で、前記流量センサーヘッド部から発せられ前記
    被検知流体の流量に対応する電気信号と閾値との比較を
    行って前記流体流通管路内の流体の種別が予め設定され
    たもののうちの何れであるかを識別するものであること
    を特徴とする流体流量制御装置。