JP4831412B2

JP4831412B2 - シリンジポンプ

Info

Publication number: JP4831412B2
Application number: JP2006166818A
Authority: JP
Inventors: 慶秀長田
Original assignee: 東京理化器械株式会社
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2026-06-16
Also published as: JP2007330572A

Description

本発明は、シリンジポンプに関し、詳しくは、注射器又はマイクロシリンジから液体を送出するポンプであって、特に、有機合成実験において、微量の液体試料をマイクロシリンジから反応容器内に添加注入する際に最適なシリンジポンプに関する。

注射器に吸引した薬液等を自動的に患者等に向けて送出するための機器として、従来からシリンジポンプが用いられている。一般的なシリンジポンプは、シリンダボディを固定するための固定機構と、プランジャを押動するための押動機構と、押動機構の動作を制御する制御部とを一体化したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−２４８８４号公報

しかし、プランジャを押動するための押動機構としてねじ送り機構を利用した場合、何らかの理由でプランジャの動きが停止した場合、ねじ送り機構からの押動力によってプランジャに強い力が継続して作用するので、マイクロシリンジのような細いプランジャは、押動力によって曲がってしまう虞があった。

また、従来の注射器用のシリンジポンプでは、プランジャの摘み部を単に押動するだけでよく、ほとんど問題はないが、マイクロシリンジの細いプランジャを押動する際には、プランジャの摘み部を所定位置に確実に保持した状態で、プランジャの軸線方向に正確に押動する必要があり、摘み部を傾いた状態で押動すると、この場合も押動力によってプランジャが曲がってしまう虞があった。

そこで本発明は、プランジャの動きが停止した場合でも、プランジャに強い力が加わることを抑えることができ、また、プランジャの摘み部を確実に保持することができるシリンジポンプを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のシリンジポンプは、マイクロシリンジのシリンダボディを保持するシリンダボディ保持部材と、該シリンダボディ保持部材の一側から延設されたガイド部材と、該ガイド部材に沿って移動可能に設けられたキャリッジと、前記ガイド部材に平行に配置された送りねじと、該送りねじを回転駆動するモータとを備え、前記シリンダボディ保持部材に保持したマイクロシリンジのプランジャを前記キャリッジに保持し、前記送りねじを回転させて前記キャリッジを前記ガイド部材に沿って直線移動させることにより、前記プランジャを押動してマイクロシリンジ内の液体を送出するシリンジポンプにおいて、前記キャリッジは、キャリッジ本体と、該キャリッジ本体に設けたガイド孔と、前記プランジャの摘み部を保持するプランジャ摘み部保持部と、前記キャリッジ本体から前記送りねじの方向に突設されて、前記送りねじに係合する係合部と、前記キャリッジのシリンダボディ保持部材側の基端面に前記摘み部を保持するための摘み保持部材とを備え、前記ガイド孔に前記ガイド部材を挿通することによって前記ガイド部材に案内されて前記キャリッジが直線移動可能に設けられ、前記摘み保持部材は、キャリッジ本体のシリンダボディ保持部材側及び該シリンダボディ保持部材側とは反対側で、それぞれ前記ガイド部材に軸方向に移動可能、かつ、周方向に回動可能に設けられた回動腕と、両回動腕の回動端部間を連結する連結部材と、該摘み保持部材をキャリッジ本体に対してシリンダボディ保持部材側とは反対方向に付勢する付勢手段とを備え、前記シリンダボディ保持部材側の回動腕には、該回動腕が前記ガイド部材の周方向に回動した際に前記プランジャが挿通可能な切欠部と、前記摘み部を保持した状態で該摘み保持部材の回動を規制する規制部とが設けられ、前記付勢手段によってシリンダボディ保持部材側とは反対方向に付勢されるシリンダボディ保持部材側の回動腕のキャリッジ本体側の面とキャリッジ本体のシリンダボディ保持部材側の面との間に前記摘み部を挟持する位置に摘み保持部材を回動させたときに、前記プランジャが前記切欠部を挿通した状態となり、前記規制部によって摘み保持部材の回動が規制された状態になり、前記係合部は、３個以上のローラを収容するローラ収容部を有するケース部の両壁に前記送りネジを挿通する送りねじ挿通孔が設けられ、該送りねじ挿通孔は、前記送りねじの外径より大きな内径を有し、前記ケース部の両壁に設けられた前記送りねじ挿通孔の周囲に、前記送りねじの軸線に対して放射方向に長いローラ軸挿通孔が各ローラに対応して３箇所以上設けられ、それぞれのローラ軸挿通孔にローラ軸が挿通された各ローラを前記送りねじに対して放射方向に移動可能かつ軸方向への移動を規制した状態で回動可能に保持するとともに、前記送りねじの周囲に前記複数のローラのローラ軸の各軸線を前記送りねじの軸線と平行に向けて配置し、前記ケース部の両端からそれぞれ突出する各ローラ軸を前記送りねじの周面方向に付勢する付勢手段を備え、前記送りネジとそれぞれ歯合する前記各ローラの周面に、前記送りねじのねじピッチと等しいピッチの平行溝が設けていることを特徴としている。

また、前記係合部が、複数のローラを収容するローラ収容部を有するケース部の両壁に前記送りネジを挿通する送りねじ挿通孔が設けられ、該送りねじ挿通孔は、前記送りねじの外径より大きな内径を有し、前記送りねじ挿通孔の周囲に、前記送りねじの軸線に対して放射方向に長いローラ軸挿通孔が複数箇所設けられ、それぞれのローラ軸挿通孔にローラ軸が挿通された各ローラを前記送りねじに対して放射方向に移動可能かつ軸方向への移動を規制した状態で回動可能に保持するとともに、前記送りねじの周囲に前記複数のローラのローラ軸の各軸線を前記送りねじの軸線と平行に向けて配置し、前記ケース部の両端からそれぞれ突出する各ローラ軸を前記送りねじの周面方向に付勢する付勢手段を備え、前記送りネジとそれぞれ歯合する前記各ローラの周面に、前記送りねじのねじピッチと等しいピッチの平行溝が設けていることを特徴としている。

さらに、前記送りねじに係合する前記ローラは、前記送りねじの周方向に等間隔に３個設けられ、前記ねじピッチの１／３ピッチずつ軸線方向にずらした状態で前記ケース部内に配設されていることを特徴としている。

本発明によれば、キャリッジのシリンダボディ保持部材側の面にプランジャの摘み部を確実に保持することができ、１０μｌ程度のマイクロシリンジの細いプランジャも軸線方向に正確に押動することができる。

また、周面に平行溝を設けた複数のローラを付勢手段で付勢した状態で送りねじに係合させることにより、通常時には、モータにより回転駆動された送りねじと平行溝とが歯合してキャリッジを移動させることができ、キャリッジの動きが停止した場合には、回転し続ける送りねじに対してローラが放射線方向に移動することで歯合状態が解除されるので、キャリッジやプランジャ、送りねじ、モータ等を保護することができる。

図は本発明のシリンジポンプの一形態例を示すもので、図１はポンプ本体を自在アームに装着した使用状態の一例を示す説明図、図２はマイクロシリンジを装着した状態のポンプ本体の正面図、図３は同じくポンプ本体の平面図、図４は送りねじとローラとスプリング部材の説明図、図５はキャリッジの説明図、図６は図５のVI−VI断面図、図７は図６の断面平面図である。

本形態例に示すシリンジポンプは、マイクロシリンジ１１を装着するポンプ本体１２と、該ポンプ本体１２に信号ケーブル１３を介して電気的に接続した制御手段である操作ユニット１４とで形成されている。マイクロシリンジ１１は、有機合成実験等で数マイクロリットルから数ミリリットル程度の微量の試薬を反応容器に僅かずつ注入する際に用いられる周知のマイクロシリンジであって、シリンダボディ１１ａの外径が６〜９ｍｍ程度、プランジャ１１ｂのストロークが最大で７０ｍｍ程度の市販のマイクロシリンジを使用できるようにしている。操作ユニット１４の操作パネルには、各種設定を行うための各種ボタン１４ａや動作確認のための表示部１４ｂ等が設けられ、内部には、演算手段や記憶手段、入出力手段等の制御部が収納されている。

ポンプ本体１２は、マイクロシリンジ１１のシリンダボディ１１ａを着脱可能に保持するシリンダボディ保持部材１５と、該シリンダボディ保持部材１５の一側から一対の丸棒材を所定間隔で平行に延設したガイド部材１６及び補強材１６ａと、該ガイド部材１６及び補強材１６ａの基部側（シリンダボディ保持部材１５側）に移動可能に設けられたシリンダボディ装着位置規制部材１７と、該シリンダボディ装着位置規制部材１７より先端側のガイド部材１６に沿って移動可能に設けられたキャリッジ１８と、前記ガイド部材１６に平行に配置され、キャリッジ１８に設けられた係合部１９に係合してねじ送り機構を構成する送りねじ２０と、該送りねじ２０を回転駆動するモータ２１と、キャリッジ１８のプランジャ上死点側移動限を検出して前記モータ２１を停止させるリミットスイッチ２２と、モータ２１の回転数を検出するエンコーダ２３とを備えている。

シリンダボディ保持部材１５は、偏平な直方体形状を有する保持部材本体１５ａの一面に設けられたＶ字溝１５ｂと、該Ｖ字溝１５ｂと平行な回動軸を中心として回動可能に設けられた円弧状のクランプアーム１５ｃと、該クランプアーム１５ｃを開閉するロックナット１５ｄと、ポンプ本体１２を実験用のスタンドやカメラ用三脚、自在アーム等に取り付ける際に使用する支持部材装着部１５ｅとを備えている。

マイクロシリンジ１１は、ロックナット１５ｄを回してクランプアーム１５ｃを開き位置にしたときに前記Ｖ字溝１５ｂ上に着脱可能な状態となり、マイクロシリンジ１１のシリンダボディ１１ａをＶ字溝１５ｂに載置した状態で、ロックナット１５ｄを回してクランプアーム１５ｃを閉じ位置方向に移動させることにより、Ｖ字溝１５ｂとクランプアーム１５ｃとの間にシリンダボディ１１ａを挟み込んで保持するように形成されている。

ガイド部材１６は、シリンダボディ保持部材１５の一側、前記Ｖ字溝１５ｂの一端と直交する位置にある保持部材本体１５ａの一端面からＶ字溝１５ｂの軸線と平行な方向に延設されており、ガイド部材１６及び補強材１６ａの基端部は、保持部材本体１５ａの前記一つの端面に固着されたモータ固定板２４の一対の保持孔内にそれぞれ挿入され、保持孔の側方からねじ込まれた固定ボルトによって固定されている。また、ガイド部材１６及び補強材１６ａの先端部は、エンド部材１６ｂで保持されている。

前記モータ固定板２４は、前記ガイド部材１６及び補強材１６ａの固定とともに、モータ２１を所定位置に固定するためのものであって、保持部材本体１５ａに対して、前記クランプアーム１５ｃが開き位置にあるときの突出方向とは逆方向の位置にモータ２１が固定される。

モータ２１には、駆動軸の回転数（回転角度）を制御可能な小型ステッピングモータあるいは小型ＤＣモータが用いられており、駆動軸側には減速用のギアヘッド２１ａが装着され、反駆動軸側には駆動軸の回転数を検出するための前記エンコーダ２３が装着された一体的なユニット構造を有している。ギアヘッド２１ａから突出した軸部にはカップリング２１ｂを介して前記送りねじ２０が連結されており、ギアヘッド２１ａの端部をモータ固定板２４に装着することにより、保持部材本体１５ａに隣接した状態でモータ２１が固定される。カップリング２１ｂに基端部が連結された送りねじ２０は、先端部がエンド部材１６ｂで保持されることにより、その軸線がＶ字溝１５ｂの軸線及びガイド部材１６と互いに平行な状態となる。また、エンコーダ２３によってモータ２１の回転数を計測することにより、送りねじ２０の回転数を正確に算出することができ、これによってキャリッジ１８の位置や移動量を把握することで高精度な送液を可能としている。

ガイド部材１６の基部側に設けられたシリンダボディ装着位置規制部材１７は、ガイド部材１６及び補強材１６ａを挿通する一対の挿通孔を有する板状体からなるものであって、該挿通孔にガイド部材１６及び補強材１６ａをそれぞれ挿通した状態で、挿通孔の側方からねじ込まれる固定ねじ１７ａによってガイド部材１６の任意の位置で固定できるように形成されている。

このシリンダボディ装着位置規制部材１７の一側方には、シリンダボディ１１ａの後端に設けられているフランジ１１ｃの外端面が当接する規制面１７ｂが形成されており、この規制面１７ｂにフランジ１１ｃの外端面を当接させた状態でシリンダボディ１１ａを前記シリンダボディ保持部材１５に保持させることにより、マイクロシリンジ１１のシリンダボディ１１ａを一定の位置に取り付けられるようにしている。また、シリンダボディ装着位置規制部材１７には、規制面１７ｂから前記キャリッジ１８側に操作子２２ａを突出させた前記リミットスイッチ２２が装着されている。

通常、シリンダボディ装着位置規制部材１７の位置は、規制面１７ｂにフランジ１１ｃの外端面を当接させたときに、シリンダボディ保持部材１５やエンコーダ２４よりもニードル１１ｄが十分に突出するように、例えば、ニードル１１ｄの基部がシリンダボディ保持部材１５やエンコーダ２４よりも突出した状態になるように設定される。

前記キャリッジ１８は、キャリッジ本体１８ａに設けたガイド孔１８ｂにガイド部材１６の前記シリンダボディ装着位置規制部材１７より先端側を挿通することによって直線移動可能に設けられている。キャリッジ１８には、前記プランジャ１１ｂの摘み部１１ｅを着脱可能に保持するプランジャ摘み部保持部２５と、前記係合部１９と、前記リミットスイッチ２２を作動させるスイッチ押動部２５ａとが一体に形成されている。

スイッチ押動部２５ａは、キャリッジ１８がシリンダボディ装着位置規制部材１７方向に移動した上死点側移動限で操作子２２ａを押動し、リミットスイッチ２２を作動させるものであって、リミットスイッチ２２の作動によってモータ２１を停止させ、プランジャ１１ｂが上死点を超えて前進しないように設定されている。なお、プランジャ１１ｂの上死点において、フランジ１１ｃと摘み１１ｅとの間隔が異なるマイクロシリンジ１１に対しては、リミットスイッチ２２の位置調整によって対応することができる。

プランジャ摘み部保持部２５は、摘み部１１ｅをキャリッジ本体１８ａのシリンダボディ保持部材側の面に押圧して保持するための摘み保持部材であるラッチ部材２６を有している。このラッチ部材２６は、キャリッジ本体１８ａのシリンダボディ保持部材側及び反シリンダボディ保持部材側で、それぞれ前記ガイド部材１６に軸方向に移動可能、かつ、周方向に回動可能に設けられた回動腕２６ａ，２６ｂと、両回動腕２６ａ，２６ｂの回動端部間を連結する連結部材２６ｃと、該ラッチ部材２６をキャリッジ本体１８ａに対して反シリンダボディ保持部材側に付勢する付勢手段であるコイルスプリング２７とを備えている。

ラッチ部材２６は、回動腕２６ａ，２６ｂ及び連結部材２６ｃによってキャリッジ本体１８ａを跨ぐ鞍型に形成され、シリンダボディ保持部材側の回動腕２６ａは、前記ガイド部材１６に挿通されたブッシュ２８を介してガイド部材１６に取り付けられ、反シリンダボディ保持部材側の回動腕２６ｂは、ガイド部材１６に挿通されたリテーナ２９を介してガイド部材１６に取り付けられている。これにより、ラッチ部材２６はブッシュ２８及びリテーナ２９を介してガイド部材１６に移動可能、回動可能に取り付けられ、摘み部１１ｅを保持する保持位置（図５に実線で示す位置）と非保持位置（図５に破線で示す位置）とに回動可能となる。

さらに、キャリッジ本体１８ａに設けた小径のガイド孔１８ｂの反シリンダボディ保持部材側には、前記コイルスプリング２７を収容する中径のスプリング収容孔１８ｃと、前記リテーナ２９を移動可能に収容する大径のリテーナ収容孔１８ｄとが連設され、スプリング収容孔１８ｃとリテーナ２９の内周とにコイルスプリング２７が縮設されている。また、回動腕２６ａにはプランジャ１１ｂが挿通可能な切欠部２６ｄが設けられるとともに、キャリッジ本体１８ａに突設したピン２６ｅが挿通可能なピン挿通孔２６ｆが設けられている。切欠部２６ｄは、所定位置に配置したマイクロシリンジ１１の摘み部１１ｅを保持したときにプランジャ１１ｂが挿通する状態となり、同時にピン挿通孔２６ｆにピン２６ｅが挿通することによってラッチ部材２６の回動が規制された状態となる。

このように形成したプランジャ摘み部保持部２５は、前記コイルスプリング２７によって反シリンダボディ保持部材側に付勢されるシリンダボディ保持部材側の回動腕２６ａのキャリッジ本体側の面とキャリッジ本体１８ａのシリンダボディ保持部材側の面との間に前記摘み部１１ｅを挟持する状態となり、摘み部１１ｅはキャリッジ本体１８ａに常時押圧された状態で保持される。また、摘み部１１ｅの保持状態では、プランジャ１１ｂが切欠部２６ｄに挿通され、切欠部２６ｄの周囲の回動腕２６ａのキャリッジ本体側の面が、キャリッジ本体１８ａのシリンダボディ保持部材側の面と平行な状態で、摘み部１１ｅの略全体を押圧するため、摘み部１１ｅの先端が球面状に突出していてもガタつきなく確実に保持することができる。さらに、この保持状態で、ピン２６ｅとピン挿通孔２６ｆとが係合してラッチ部材２６の回動規制部となるので、摘み部１１ｅの保持状態を確実に維持することができる。また、ピン２６ｅの突出長さとラッチ部材２６の移動寸法とを、各種マイクロシリンジ１１の摘み部１１ｅの厚さを考慮して設定しておくことにより、摘み部１１ｅの厚さが異なっていても確実に摘み部１１ｅを保持できる。

前記係合部１９は、前記送りねじ２０の周囲に軸線を平行に向けて周方向に１２０度の等間隔に配置された３個のローラ３０と、該ローラ３０を送りねじ２０に対して放射方向に移動可能かつ軸方向への移動を規制した状態で回動可能に保持するとともに、前記送りねじ２０の外径より大きな内径を有する送りねじ挿通孔１９ａを有するケース部１９ｂと、該ケース部１９ｂの両端からそれぞれ突出するローラ軸３０ａを送りねじ２０の周面方向に付勢する付勢手段であるスプリング部材３１とを備えている。前記各ローラ３０の周面には、前記送りねじ２０のねじピッチと等しいピッチのＶ字状の平行溝３０ｂが１０本程度設けられている。

ケース部１９ｂは、前記キャリッジ本体１８ａから送りねじ２０の方向に突設されたもので、ローラ３０の長さに送りねじ２０のねじピッチの２／３を加えた幅寸法乃至それよりも僅かに大きな寸法を有するローラ収容部１９ｃが設けられるとともに、該ローラ収容部１９ｃの両壁中央部に前記送りねじ挿通孔１９ａが設けられ、該送りねじ挿通孔１９ａの周囲に、送りねじ２０の軸線に対して放射方向に長いローラ軸挿通孔１９ｄが各３箇所ずつ設けられている。前記スプリング部材３１は、略Ｃ字状に形成されたもので、ケース部１９ｂの両側面から突出した各ローラ軸３０ａの外側に懸架され、その両端部を内側に折り曲げてローラ軸３０ａからの脱落を防止している。また、各ローラ軸３０ａの両先端部にはＥリング３２がそれぞれ嵌着され、ローラ軸３０ａ及びスプリング部材３１の抜け止めを図っている。

３個のローラ３０は、送りねじ２０と平行溝３０ｂとがそれぞれ歯合することにより、ねじピッチの１／３ピッチずつ軸線方向にずらした状態で前記ローラ収容部１９ｃ内に収容されており、ローラ収容部１９ｃのシリンダボディ保持部材側の壁内面に３個のローラ３０の内のいずれか一つのローラ端面が当接し、反シリンダボディ保持部材側の壁内面に他のローラ３０の端面が当接した状態となっている。また、送りねじ２０は、３個のローラ３０の中心部に回転可能に保持された状態となり、送りねじ挿通孔１９ａを非接触で貫通する。

このように形成したシリンジポンプを使用してマイクロシリンジ１１から薬液の送液を行う際には、まず、送液量よりも多めに薬液を吸引したマイクロシリンジ１１をポンプ本体１２に装着する。

ポンプ本体１２へのマイクロシリンジ１１の装着は、予め空のマイクロシリンジ１１を用いてシリンダボディ装着位置規制部材１７の位置調整を行った後、クランプアーム１５ｃを開いて、マイクロシリンジ１１のシリンダボディ１１ａをＶ字溝１５ｂに載置しながら、フランジ１１ｃの外端面をシリンダボディ装着位置規制部材１７の規制面１７ｂに当接させる。また、プランジャ摘み部保持部２５のラッチ部材２６は、コイルスプリング２７に抗してシリンダボディ保持部材側に押動し、ピン２６ｅとピン挿通孔２６ｆとの係合を解除させた後、ラッチ部材２６をガイド部材１６を中心として反係合部側の非保持位置に回動させておく。この回動状態のラッチ部材２６は、ピン２６ｅに回動腕２６ａが当接することによって回り止めされ、不用意に回動することが防止される。

次に、プランジャ１１ｂの引き出し長さを調節して摘み部１１ｅの先端をキャリッジ本体１８ａのシリンダボディ保持部材側の面に突き当て、ラッチ部材２６をシリンダボディ保持部材側に押動しながら保持位置に向かって回動させると、まず、切欠部２６ｄにプランジャ１１ｂが進入する。さらに、ラッチ部材２６を押動した状態でピン挿通孔２６ｆがピン２６ｅの位置になるまで回動させてからラッチ部材２６の押動力を解除すると、コイルスプリング２７の付勢力によってラッチ部材２６が移動し、ピン挿通孔２６ｆにピン２６ｅが進入して回り止めされるとともに、回動腕２６ａが摘み部１１ｅをキャリッジ本体１８ａに押し付ける状態となる。これにより、摘み部１１ｅは回動腕２６ａによりキャリッジ本体１８ａに均等に押圧されて保持された状態になり、摘み部１１ｅの先端が半球状に突出していても、摘み部１１ｅが傾くことなく確実に保持することができる。

一方、シリンダボディ保持部材１５では、ロックナット１５ｄを締め付けてクランプアーム１５ｃを閉じ、Ｖ字溝１５ｂとクランプアーム１５ｃとでシリンダボディ１１ａを挟持し、マイクロシリンジ１１をポンプ本体１２に固定する。このようにＶ字溝１５ｂとクランプアーム１５ｃとでシリンダボディ１１ａを挟持することにより、各種寸法のマイクロシリンジ１１をポンプ本体１２に確実に保持することができる。

次に、モータ２１により送りねじ２０を吐出方向に回転させ、キャリッジ１８をガイド部材１６に沿ってプランジャ１１ｂの上死点まで前進させる。この状態でリミットスイッチ２２の位置調整を行い、操作ユニット１４が上死点を認識したことを確認してリミットスイッチ２２を固定する。

このようにして各部の調整を行った後、マイクロシリンジ１１をポンプ本体１２から一旦取り外して所定量の薬液を吸引するとともに、操作ユニット１４を操作してモータ２１により送りねじ２０を送液方向とは逆方向に回転させ、キャリッジ１８をガイド部材１６に沿って後退させることにより、プランジャ摘み部保持部２５の位置を薬液を吸引した状態の摘み部１１ｅの位置に対応させ、前述のようにして薬液を吸引したマイクロシリンジ１１をポンプ本体１２に装着する。

このとき、マイクロシリンジ１１には、送液量と同量の薬液を吸引する必要はなく、送液量よりも多めに薬液を吸引してから余剰分を吐出するようにしてもよい。さらに、キャリッジ１８の移動をモータ２１の作動により行っているので、操作ユニット１４では、エンコーダ２３からの信号により送りねじ２０の回転数をカウントしてキャリッジ１８の位置を記憶する。

マイクロシリンジ１１内の薬液の全量を所定の流量で送液する場合は、操作ユニット１４に送液時間を入力する。操作ユニット１４では、リミットスイッチ２２が作動した上死点位置から現在の位置へキャリッジ１８を移動させるまでの送りねじ２０の回転数を記憶しているので、この回転数を時間で除した速度で送りねじ２０を吐出方向に回転させることにより、その時間内で薬液の全量を吐出して送液することができる。

このときキャリッジ１８は、係合部１９に挿通された送りねじ２０が回転することにより、該送りねじ２０にスプリング部材３１によって各ローラ３０が付勢され、各平行溝３０ｂがそれぞれ係合していることから、各ローラ３０は送りねじ２０に沿って移動し、最も吐出方向側に位置するローラ３０の端面がローラ収容部１９ｃの壁面を押圧することにより、キャリッジ１８が吐出方向に移動する。このキャリッジ１８の移動の際には、３個のローラ３０が軸受の役割を果たすとともに、各ローラ３０が送りねじ２０の回転に従動して回転するので、雌ネジを使用した従来のねじ送り機構に比べて送りねじ２０の駆動トルクを大幅に減少させることができる。また、ねじ面に異物を噛み込んだ場合でも、３個のローラ３０の１個が送りねじ２０に係合していればキャリッジ１８を確実に移動させることができる。このキャリッジ１８の移動に伴って、マイクロシリンジ１１のプランジャ１１ｂが押動されてマイクロシリンジ１１内の薬液をニードル１１ｄから送出する。また、３個のローラ３０の前後端とローラ収容部１９ｃの内壁との間の隙間をできるだけ小さく、例えばねじピッチの１／３以下としておくことにより、送りねじ２０の回転とキャリッジ１８の移動量との誤差は無視できる範囲となる。さらに、３個のローラ３０は送りねじ２０の放射方向に移動可能となっているので、送りねじ２０との位置関係が多少ずれても係合状態を保つことができる。

何らかの理由でキャリッジ１８の動きが停止した場合は、回転し続ける送りねじ２０の作用で、最もキャリッジ移動方向側、例えば吐出側に位置するローラ３０がローラ収容部１９ｃの壁面に強い力で押し付けられるとともに、ねじ斜面の効果によって歯合しているねじ山から離れる方向の力を受けることになり、このねじ山から離れる方向の力がスプリング部材３１の付勢力を上回ると、ローラ軸３０ａがローラ軸挿通孔１９ｄに沿って外周側に移動し、平行溝３０ｂの突出部がねじ山をせり上がって乗り越え、次のねじ山部分へねじピッチ分だけ移動して歯合する状態となる。最初のローラ３０がねじピッチ分移動すると、二番目のローラ３０が前述の力を受けてねじ山を乗り越えてねじピッチ分だけ移動することになり、送りねじ２０が回転している間、このねじ山の乗り越を各ローラ３０が順次繰り返す。したがって、キャリッジ１８が停止したときには、係合部１９がトルクリミッタとして作用し、キャリッジ１８や送りねじ２０、モータ２１等に無理な力が加わることがなくなり、これらを保護することができる。また、１個のローラ３０が外れても他の２個のローラ３０は係合状態を保っているので、キャリッジ１８がフリー状態になることもない。

なお、前記ローラ３０は、前述のように軸受としての機能も有しているため、送りねじ２０を囲むように設ける必要があることから、３個以上を必要とするが、数が多くなると各ローラの径が小さくなるので、３個が最適である。また、リミットスイッチ２２や操作ユニット１４の設定は、マイクロシリンジ１１の径や、薬液の送出条件に応じて適宜設定すればよく、操作ユニット１４の形状や機能は任意である。

ポンプ本体を自在アームに装着した使用状態の一例を示す説明図である。マイクロシリンジを装着した状態のポンプ本体の正面図である。同じくポンプ本体の平面図である。送りねじとローラとスプリング部材の説明図である。キャリッジの説明図である。図５のVI−VI断面図である。図６の断面平面図である。

符号の説明

１１…マイクロシリンジ、１１ａ…シリンダボディ、１１ｂ…プランジャ、１１ｃ…フランジ、１１ｄ…ニードル、１１ｅ…摘み部、１２…ポンプ本体、１３…信号ケーブル、１４…操作ユニット、１５…シリンダボディ保持部材、１５ａ…保持部材本体、１５ｂ…Ｖ字溝、１５ｃ…クランプアーム、１５ｄ…ロックナット、１６…ガイド部材、１６ａ…補強材、１６ｂ…エンド部材、１７…シリンダボディ装着位置規制部材、１７ａ…固定ねじ、１７ｂ…規制面、１８…キャリッジ、１８ａ…キャリッジ本体、１８ｂ…ガイド孔、１８ｃ…スプリング収容孔、１８ｄ…リテーナ収容孔、１９…係合部、１９ａ…送りねじ挿通孔、１９ｂ…ケース部、１９ｃ…ローラ収容孔、１９ｄ…ローラ軸挿通孔、２０…送りねじ、２１…モータ、２２…リミットスイッチ、２２ａ…操作子、２３…エンコーダ、２４…モータ固定板、２５…プランジャ摘み部保持部、２５ａ…スイッチ押動部、２６…ラッチ部材、２６ａ，２６ｂ…回動腕、２６ｃ…連結部材、２６ｄ…切欠部、２６ｅ…ピン、２６ｆ…ピン挿通孔、２７…コイルスプリング、２８…ブッシュ、２９…リテーナ、３０…ローラ、３０ａ…ローラ軸、３０ｂ…平行溝、３１…スプリング部材、３２…Ｅリング

Claims

マイクロシリンジのシリンダボディを保持するシリンダボディ保持部材と、該シリンダボディ保持部材の一側から延設されたガイド部材と、該ガイド部材に沿って移動可能に設けられたキャリッジと、前記ガイド部材に平行に配置された送りねじと、該送りねじを回転駆動するモータとを備え、前記シリンダボディ保持部材に保持したマイクロシリンジのプランジャを前記キャリッジに保持し、前記送りねじを回転させて前記キャリッジを前記ガイド部材に沿って直線移動させることにより、前記プランジャを押動してマイクロシリンジ内の液体を送出するシリンジポンプにおいて、前記キャリッジは、キャリッジ本体と、該キャリッジ本体に設けたガイド孔と、前記プランジャの摘み部を保持するプランジャ摘み部保持部と、前記キャリッジ本体から前記送りねじの方向に突設されて、前記送りねじに係合する係合部と、前記キャリッジのシリンダボディ保持部材側の基端面に前記摘み部を保持するための摘み保持部材とを備え、前記ガイド孔に前記ガイド部材を挿通することによって前記ガイド部材に案内されて前記キャリッジが直線移動可能に設けられ、前記摘み保持部材は、キャリッジ本体のシリンダボディ保持部材側及び該シリンダボディ保持部材側とは反対側で、それぞれ前記ガイド部材に軸方向に移動可能、かつ、周方向に回動可能に設けられた回動腕と、両回動腕の回動端部間を連結する連結部材と、該摘み保持部材をキャリッジ本体に対してシリンダボディ保持部材側とは反対方向に付勢する付勢手段とを備え、前記シリンダボディ保持部材側の回動腕には、該回動腕が前記ガイド部材の周方向に回動した際に前記プランジャが挿通可能な切欠部と、前記摘み部を保持した状態で該摘み保持部材の回動を規制する規制部とが設けられ、前記付勢手段によってシリンダボディ保持部材側とは反対方向に付勢されるシリンダボディ保持部材側の回動腕のキャリッジ本体側の面とキャリッジ本体のシリンダボディ保持部材側の面との間に前記摘み部を挟持する位置に摘み保持部材を回動させたときに、前記プランジャが前記切欠部を挿通した状態となり、前記規制部によって摘み保持部材の回動が規制された状態になり、前記係合部は、３個以上のローラを収容するローラ収容部を有するケース部の両壁に前記送りネジを挿通する送りねじ挿通孔が設けられ、該送りねじ挿通孔は、前記送りねじの外径より大きな内径を有し、前記ケース部の両壁に設けられた前記送りねじ挿通孔の周囲に、前記送りねじの軸線に対して放射方向に長いローラ軸挿通孔が各ローラに対応して３箇所以上設けられ、それぞれのローラ軸挿通孔にローラ軸が挿通された各ローラを前記送りねじに対して放射方向に移動可能かつ軸方向への移動を規制した状態で回動可能に保持するとともに、前記送りねじの周囲に前記複数のローラのローラ軸の各軸線を前記送りねじの軸線と平行に向けて配置し、前記ケース部の両端からそれぞれ突出する各ローラ軸を前記送りねじの周面方向に付勢する付勢手段を備え、前記送りネジとそれぞれ歯合する前記各ローラの周面に、前記送りねじのねじピッチと等しいピッチの平行溝が設けていることを特徴とするシリンジポンプ。
前記ローラは、前記送りねじの周方向に等間隔に３個設けられ、前記ねじピッチの１／３ピッチずつ軸線方向にずらした状態で前記ケース部内に配設されていることを特徴とする請求項１記載のシリンジポンプ。