JP5779848B2 - 液体吐出装置、液体吐出装置の駆動方法以上 - Google Patents

Description

本発明は、微量の流体を低速で吐出する流体輸送装置と、この流体輸送装置の駆動方法に関する。

液体を低速で輸送する装置として蠕動駆動方式のポンプがある。蠕動駆動方式のポンプとしては、流体の輸送流路である弾性を有するチューブをカム手段を用いて複数のフィンガーを上流側から下流側に向かって順次押動し、複数のフィンガーによりチューブを圧閉して液体を押し出すように吐出する構造のものがある（例えば、特許文献１参照）。

特表２００１−５１５５５７号公報

特許文献１のように複数のフィンガーでチューブを圧閉して流体を吐出するポンプは、カム手段の回転角度と吐出量の関係は非線形であり、回転角度だけで吐出量を制御する場合、吐出量に誤差が発生し高精度な吐出量管理ができないという課題があった。特に、薬液を生体に投与するような場合には、正確に吐出量を管理することが求められる。

また、プライミング（薬液の初期注入）のときに、カム手段が任意の回転位置から起動すると、正確な薬液の吐出量が得られないという課題がある。

さらに、弾性を有するチューブの内径（流体流動部の直径）は、製造上のばらつきがあり、このことから同一駆動条件で駆動してもチューブの内径の変動に起因する吐出量の変動が発生してしまうという課題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る流体輸送装置は、流体を収容するリザーバーと、前記リザーバーに連通する弾性を有するチューブと、前記チューブを円弧状に保持するチューブ案内壁と、前記チューブの内側に配置され、外周部にｎ個の突起部を有する回転押圧板と、前記チューブと前記回転押圧板の間に、前記回転押圧板の回転中心方向から放射状に配置される複数の押圧軸と、を有し、前記突起部により前記複数の押圧軸を流体の流動方向に順次押動し、前記チューブの圧閉と開放を繰り返して流体を流動する流体輸送装置であって、前記回転押圧板に回転力を与える駆動ローターと、前記駆動ローターと前記回転押圧板とを連結する減速伝達機構と、前記回転押圧板の回転角度を検出する第１検出部と、前記駆動ローターと前記減速伝達機構のいずれか一つの回転角度を検出する第２検出部と、前記回転押圧板の回転角度に対する累積吐出量との関係を表すデータテーブルと、前記第１検出部及び前記第２検出部によって得られた前記回転押圧板の回転角度と、前記データテーブルとを照合して指定累積吐出量に相当する回転位置まで前記駆動ローターを駆動制御する制御部とを、さらに有していることを特徴とする。

このような流体輸送装置では、回転押圧板の回転により、突起部が複数の押圧軸を押動し、複数の押圧軸を蠕動運動させてチューブを圧閉し流体を吐出する。従って、突起部と押圧軸の係合が解除されチューブが元の形状に復帰するときに、僅かであるが流体が逆流するため、突起部が押圧軸を押動開始してから係合解除までの１サイクルの間で、回転押圧板の回転角度に対する流体吐出量は非線形となる。よって、回転押圧板の回転量を検出するだけでは吐出量を正確に制御することはできない。

そこで、本適用例では、予め実測した回転押圧板の回転角度と累積吐出量との関係を表すデータテーブルを備え、第１検出部及び第２検出部にて検出した回転押圧板の回転角度とを照合し、指定累積吐出量（希望する吐出量）に相当する回転位置まで回転押圧板を回転させることで、累積吐出量を正確に制御することができる。

また、駆動ローターと回転押圧板とは減速伝達機構により連結されている。例えば減速比を１／４０とすると、駆動ローターの回転角度を第２検出部で検出する場合、駆動ローターの回転角度に対する回転押圧板の回転検出分解能は４０倍となる。よって、回転押圧板の微小角度変化に対応する吐出量変化を制御することが可能となり、より高精度な吐出量を実現できる。

［適用例２］上記適用例に係る流体輸送装置は、前記第１検出部による検出タイミングと、前記第２検出部による検出タイミングとが一致した位置を回転基準位置とし、回転基準位置からの回転押圧板の回転角度を把握することが好ましい。

第１検出部による検出タイミングと第２検出部による検出タイミングとを一致させるには、第２検出部の回転検出分解能を第１検出部の回転検出分解能の整数倍にすればよい。このようにすることによって、第１検出部で検出した位置が回転基準位置となり、この位置から、第２検出部により駆動ローターの回転角度を検出すれば、回転押圧板の回転角度に対する累積吐出量を高い分解能で制御することができる。

［適用例３］上記適用例に係る流体輸送装置は、周方向に前記突起部と同数の前記回転基準位置を有し、前記データテーブルは、前記回転基準位置から３６０／ｎ度の範囲で作成されていることが好ましい。

例えば、突起部の数が４個の場合、３６０／ｎ＝（９０度）となる。よって、データテーブルで表す範囲は、回転押圧板の回転角度０度〜９０度の範囲の累積吐出量を表せばよく、データテーブルを簡素化することができる。なお、回転角度が９０度以上の場合には、９０度の倍数＋検出した回転角度とすればよい。３６０度（１回転）以上の場合も、９０度の整数倍に検出した回転角度を加えればよい。

［適用例４］上記適用例に係る流体輸送装置は、前記データテーブルが前記チューブの基準内径と実測内径との差から累積吐出量を補正した値を用いることが好ましい。

蠕動駆動式の流体輸送装置の単位時間当たりの流体吐出量は、チューブの内径（断面積）と回転押圧板の回転速度に依存する。チューブ内径は製造上のばらつきがあることが知られている。そこで、基準内径（設計値）と実測した測定内径との差から、実際の吐出量を補正した値をデータテーブルに用いることにより、チューブ内径の変動に伴う吐出量の変動を抑制できる。

［適用例５］上記適用例に係る流体輸送装置は、前記回転押圧板と、前記駆動ローターと、前記減速伝達機構と、前記第１検出部と、前記第２検出部と、を含んで一体化して駆動制御ユニットとし、前記チューブと、前記複数の押圧軸と、前記リザーバーと、を含んで一体化してチューブユニットとし、前記駆動制御ユニットと前記チューブユニットとが着脱可能に積み重ねて装着されていることが好ましい。

このような構成にすれば、駆動制御ユニットとチューブユニットとが着脱可能であることから、流体吐出終了後に新たに流体が収容されたチューブユニットを駆動制御ユニットに装着して流体吐出を短時間で再開することができる。
また、構成部品が多く高コストの駆動制御ユニットを繰り返し使用とし、構成部品が少なく駆動制御ユニットよりも低コストのチューブユニットを使い捨て使用とすることでランニングコストを低減することができる。

さらに、流体が治療用の薬液の場合は、チューブが血液等に接触することが考えられることから、チューブユニットを使い捨て使用とすることで安全性を高めることができる。

［適用例６］本適用例に係る流体輸送装置の駆動方法は、弾性を有するチューブと、前記チューブを円弧状に保持するチューブ案内壁と、前記チューブの内側に配置され、外周部にｎ個（ｎは複数の整数）の突起部を有する回転押圧板と、前記チューブと前記回転押圧板の間に、前記回転押圧板の回転中心方向から放射状に配置される複数の押圧軸と、前記回転押圧板に回転力を与える駆動ローターと、前記駆動ローターと前記回転押圧板とを連結する減速伝達機構と、前記回転押圧板の回転基準位置を検出する第１検出部と、前記駆動ローターと前記減速伝達機構のいずれか一つの回転角度を検出する第２検出部と、前記回転押圧板の回転角度に対する累積吐出量との関係を表すデータテーブルと、を有し、前記回転押圧板を回転し、前記回転押圧板の回転角度を第１検出部で検出した時点で回転を停止して前記累積吐出量と前記駆動ローターの回転角度とを初期化するステップと、前記回転押圧板を回転させて流体吐出を開始するステップと、第２検出部にて前記回転押圧板の回転角度を把握し、前記データテーブルと照合するステップと、指定累積吐出量に相当する回転角度まで前記回転押圧板を回転し、指定累積吐出量に相当する回転角度に達したときに流体吐出を停止するステップと、を含むことを特徴とする。

本適用例に係る駆動方法によれば、予め実測した回転押圧板の回転角度と累積吐出量との関係を表すデータテーブルを有し、第１検出部及び第２検出部にて検出した回転押圧板の回転角度とを照合し、指定累積吐出量に相当する回転位置まで回転押圧板を回転させることで、累積吐出量を正確に制御することができる。

また、上記適用例の流体輸送装置を薬液注入に用いる場合、プライング（薬液の初期注入）のときに、回転押圧板（突起部）を任意の回転位置から起動すると、回転押圧板の位置を認識できていないため、正確な吐出量が得られない。そこで、起動時には、予め設定された回転基準位置（回転角度０度、累積吐出量０μｌ）から起動させることにより、正確な吐出量が得られる。

また、初期起動時には、回転基準位置まで回転押圧板を回転させて停止し、回転基準位置から吐出開始することで、回転位置と累積吐出量との相関がデータテーブルの最初からとれるという利点がある。

また、駆動ローターと回転押圧板とは減速伝達機構により連結されている。従って、駆動ローターの回転角度に対する回転押圧板の回転検出分解能は減速比分だけ微小角度の回転角度を制御することができることになる。このことから、回転押圧板の微小角度変化に対応する吐出量変化を制御することが可能となり、より高精度な吐出量を実現できる。

［適用例７］上記適用例に係る流体輸送装置の駆動方法は、弾性を有するチューブと、前記チューブを円弧状に保持するチューブ案内壁と、前記チューブの内側に配置され、外周部にｎ個（ｎは複数の整数）の突起部を有する回転押圧板と、前記チューブと前記回転押圧板の間に、前記回転押圧板の回転中心方向から放射状に配置される複数の押圧軸と、前記回転押圧板に回転力を与える駆動ローターと、前記駆動ローターと前記回転押圧板とを連結する減速伝達機構と、前記回転押圧板の回転基準位置を検出する第１検出部と、前記駆動ローターと前記減速伝達機構のいずれか一つの回転角度を検出する第２検出部と、前記回転押圧板の回転角度に対する累積吐出量との関係を表すデータテーブルと、を有し、流体吐出途中で、吐出停止指令を入力し吐出を停止するステップと、吐出停止したときの前記回転基準位置からの前記駆動ローターの回転位置を記憶させるステップと、を有することを特徴とする。

所定の累積吐出量に達する前に、流体吐出を途中で停止させたい場合がある。このような場合、吐出停止したときの駆動ローターの回転位置を記憶しておくことで、吐出を再開した後の駆動ローターの回転角度とデータテーブルとを照合すれば、吐出再開後の累積吐出量を正確に把握、管理することができる。

［適用例８］上記適用例に係る流体輸送装置の駆動方法は、前記吐出を停止するステップの際、前記データテーブルと前記駆動ローターの回転角度を照合して累積吐出量を記憶させるステップを、さらに含むことが望ましい。

このようにすれば、吐出開始してから吐出停止までの累積吐出量を認識しているため、前述したように、停止したときの駆動ローターの回転位置も認識していることから、駆動開始初期に設定した累積吐出量に対する不足吐出量を算出し、不足分の吐出を行うことができる。または、吐出停止した後に、追加吐出量をあらたに設定し、正確に追加分を吐出量を吐出させることができる。

実施形態１に係る流体輸送装置の概略構成を示す平面図。 図１のＡ−Ａ切断面を示す部分断面図。 制御部及び第１検出部、第２検出部の１例を示す構成説明図。 カムの回転基準位置を表す検出マーカーを示す平面図。 駆動ローターの回転角度を表す検出マーカーを示す平面図。 カムの回転角度と累積吐出量の関係を表すグラフ。 実施形態１に係る流体輸送装置の駆動方法の主要なステップを示す説明図。 途中停止がある場合の駆動方法の一部を示す説明図。 実施形態２に係る流体輸送装置の主要部を示す断面図。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明は、微量の流体を低速で吐出する用途に広く適用可能であるが、以下の実施の形態は、薬液を生体内に注入するために用いられる流体輸送装置、及びこの流体輸送装置の駆動方法の１例を例示して説明する。よって、ここで用いられる流体は薬液等の液体である。
なお、以下の説明で参照する図は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
（実施形態１）
（流体輸送装置）

図１は、実施形態１に係る流体輸送装置の概略構成を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ切断面を示す部分断面図である。図１、図２において、流体輸送装置１は、液体を収容するリザーバー１４と、リザーバー１４に連通し弾性を有するチューブ５０と、チューブ５０を圧閉する複数の押圧軸としてのフィンガー４０〜４６と、フィンガー４０〜４６をチューブ５０に向かって押動する回転押圧板としてのカム２０と、カム２０の駆動源としての駆動ローター１２０と、カム２０と駆動ローター１２０とを連結する減速伝達機構２と、これらを保持する第１機枠１５と第２機枠１６と、から構成されている。

チューブ５０は、第１機枠１５に形成された円弧形状のチューブ案内壁１５ｃによって部分的に円弧形状に成形され、一方の端部はリザーバー１４に連通し、他方の端部は外部に延在されている。チューブ案内壁１５ｃの円弧中心はカム２０の回転中心Ｐ１と一致しており、チューブ５０とカム２０との間にフィンガー４０〜４６が配設されている。フィンガー４０〜４６は、カム２０の回転中心Ｐ１方向から等角度で放射状に配置されている。

フィンガー４０〜４６は同じ形状をしており、フィンガー４３を例示し図２を参照して形状を説明する。フィンガー４３は、棒状の軸部４３ａと、軸部４３ａの一方の端部に鍔状に形成される鍔部４３ｂと、他方の端部に半球状に形成されるカム当接部４３ｃとから構成されており、本例では金属材料または剛性の高い樹脂材料からなる。なお、フィンガー４３の軸方向に垂直な断面形状は円形または四角形である。

カム２０は図２に示すように、カム軸２６と、カム軸２６に軸止されるカム歯車２８とカム体２１と、から構成され、第１機枠１５及び第２機枠１６とによって軸支されている。カム体２１は図１に示すように、外周部に４箇所の突起部２２，２３，２４，２５を有している。突起部２２，２３，２４，２５の周方向のピッチ、各形状は同じである。突起部２２〜２５がフィンガー４０〜４６を上流側から下流側に順次押動していく押動部である。よって以降、フィンガー押動部と表記する。なお、リザーバー１４に近い方を上流側、遠い方を下流側とする。

また、カム体２１には、フィンガー４０〜４６を開放（つまり、チューブ５０を開放）する領域から、フィンガー押動部２２，２３，２４，２５それぞれに緩やかに連続する斜面部２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａが形成されている。

続いて、減速伝達機構２の構成について図１、図２を参照して説明する。減速伝達機構２は、カム歯車２８と、伝達車１１０と、ローター軸１２１に軸止されるローターピニオン１２２と、から構成されている。伝達車１１０は、ピニオン１１３が形成される伝達車軸１１１と伝達歯車１１２とから構成されている。駆動ローター１２０は、ローター軸１２１とローターピニオン１２２と、ローター軸１２１に軸止される検出板１２３とを有する。伝達車１１０と駆動ローター１２０は、カム２０と共に第１機枠１５と第２機枠１６によって軸支されている。ここで、駆動ローター１２０の回転は、上述した減速伝達機構２によって所定の減速比でカム２０に伝達される。本例では、減速比を４０として説明する。つまり、駆動ローターの１回転は、カム２０の１／４０回転に相当する。なお、駆動ローター１２０の回転中心をＰ２とする。

駆動ローター１２０を回転する駆動源は振動体１３０である。振動体１３０は、圧電素子１３１と、腕部１３２と、ローター軸１２１の側面に当接される凸部１３３と、から構成されている。振動体１３０は、第１機枠１５に植立された固定軸１３５に腕部１３２が螺子で螺着固定される。なお、振動体１３０の構成及び駆動方法は、特開２００３−３５２８１号公報（図３、図４、参照）に記載の振動体を適用できるので説明を省略する。振動体１３０の駆動は、制御部１４０（図１、参照）に含まれるドライバー１４１によって制御される。

続いて、制御部１４０及び第１検出部、第２検出部の構成について図２、図３を参照して説明する。
図３は、制御部及び第１検出部、第２検出部の１例を示す構成説明図である。第１検出部は、カム２０の回転位置を検出する第１検出センサー１５１と、第１検出回路１４２とから構成される。第１検出センサー１５１は、発光素子と受光素子（共に図示は省略）とからなる光学式センサーである。また、第１検出センサー１５１に対向するカム歯車２８の表面には、回転位置を表す検出マーカー３０が設けられており、発光素子から射出された光を検出マーカー３０で反射し、この反射光を受光素子で検出する。

第２検出部は、駆動ローター１２０の回転角度を検出する第２検出センサー１５２と、第２検出回路１４３とから構成される。第２検出センサー１５２は、発光素子と受光素子（共に図示は省略）とからなる光学式センサーである。また、第２検出センサー１５２に対向する検出板１２３の表面には、駆動ローター１２０の回転角度を表す検出マーカー３５が設けられており、発光素子から射出された光を検出マーカー３５で反射し、この反射光を受光素子で検出する。

なお、検出マーカー３０及び検出マーカー３５については、図４、図５を参照して後述する。また、第１検出センサー１５１及び第２検出センサー１５２は、反射型のセンサーを例示したが透過型のセンサーでもよく、磁気センサーや超音波センサー等の被接触式センサー、接点式センサーを採用することもできる。

制御部１４０は、上述した第１検出回路１４２、第２検出回路１４３で検出したデータと、データテーブルとを格納する記憶部１４４と、データテーブルと検出データとを照合し、指定累積吐出量（希望累積吐出量）に相当する回転位置にカム２０を回転させるための駆動ローター１２０の回転角度を算出する演算部１４５と、振動体１３０を所定の周波数及び算出された時間だけ駆動するドライバー１４１と、を有する。

次に、検出マーカー３０及び検出マーカー３５の１例について図４、図５を参照して説明する。
図４は、カムの回転基準位置を表す検出マーカーを示す平面図である。なお、図４は第１検出センサー１５１に対向する面を表示している。検出マーカー３０は、カム歯車２８の表面に回転中心Ｐ１から等距離、等角度間隔で放射状に形成されている。本例では、周方向に４等分割した場合を例示し、カム体２１には４箇所のフィンガー押動部としての突起部２２〜２５の位置を検出マーカー３０で示している。従って、突起部の数と検出マーカー３０の数（分割数）は一致し、検出マーカー間の角度は９０度である。

なお、カム体２１の突起部２２〜２５の頂点部は、回転中心Ｐ１を中心とする同心円で形成され、Ｄ領域はチューブ５０を圧閉する範囲であり、この領域ではチューブ圧閉状態を維持するため液体を送液しない。また、Ｅ領域は、フィンガーが突起部２２〜２５との係合が解除される範囲である。つまり、チューブ５０を開放する領域である。なお、検出マーカー３０の位置は、４等分割された位置であれば図４に図示した位置には限定されない。

図５は、駆動ローターの回転角度を表す検出マーカーを示す平面図である。検出マーカー３５は、検出板１２３の表面に回転中心Ｐ２から等距離、等角度間隔で放射状に形成されている。なお、本例では検出マーカー３５は、周方向に１２等分割した場合を例示している。よって、隣り合う検出マーカー間の角度は３０度である。

ここで、駆動ローター１２０とカム２０までの減速比を１／４０とすると、駆動ローター１２０の１回転でカム２０は１／４０回転（９度回転）することになる。検出マーカー３５は１２分割されているので駆動ローターの回転分解能は３０度であり、カム２０の回転分解能は３０／４０＝０．７５度となる。

なお、検出マーカー３５の分割数は１２分割に限らず、カム２０の角度分解能の要求に応じて、または減速比、または第２検出センサーの角度検出分解能に応じて適切に設定される。検出マーカー３０の分割は、突起部の数に対応する分割数にするか、または１個にする。１個の場合は、カム２０の１回転に１回の検出となる。また、検出マーカー３５の数（分割数）は検出マーカー３０の数の整数倍とする。

また、第２検出部を設ける位置は、駆動ローター１２０に限定されず、減速伝達機構２のいずれかに設けることができる。例えば、伝達車１１０の伝達歯車１１２位置に検出マーカーを形成し、この検出マーカーに対向する位置に第２検出センサー１５２を配置してもよい。この場合には、減速比が変化するため、カム２０の回転速度と減速比と検出マーカーの分割数を適宜設定する。

なお、検出マーカー３０，３５は、光を反射するか、光を吸収する材料にする。あるいは、カム歯車２８、検出板１２３を貫通する孔を設ける構造でもよい。
（液体吐出作用）

次に、液体吐出作用について図１を参照して説明する。ドライバー１４１から駆動信号が圧電素子１３１に入力されると、振動体１３０の凸部１３３が楕円振動し、駆動ローター１２０を時計回りに回転させる。駆動ローター１２０の回転力は、減速伝達機構２を介して減速比１／４０でカム２０を時計回りに回転する。図１で示す状態は、突起部２３がフィンガー４４を押動し、チューブ５０を圧閉している状態を示している。フィンガー４５，４６は、カム体２１の斜面部２３ａにあるためチューブ５０を完全には圧閉していない。

また、フィンガー４１，４２，４３は、カム体２１の斜面部２２ａに達していないためチューブ５０は開放されている。フィンガー４０は斜面部２２ａにかかり始めている状態で、まだチューブ５０は開放状態である。チューブ５０の圧閉されていない領域には流体が入り込んでいる。

さらにカム２０を時計回りに回転させることにより、フィンガー４０〜４６をカム２０の回転方向に上流側から下流側に向かって押動し、チューブ５０の圧閉〜開放〜圧閉を繰り返し、これらフィンガーの蠕動運動により液体をカム２０の回転方向に輸送し吐出する。なお、複数のフィンガーのうち少なくとも一つ、好ましくは二つが、チューブ５０を常時圧閉するように構成されている。

次に、カム２０の回転角度と累積吐出量の関係について説明する。
図６は、カムの回転角度と累積吐出量の関係を表すグラフである。横軸にカム２０の回転角度、縦軸に累積吐出量（μｌ：マイクロリットル）を表す。なお、グラフはカム回転速度が一定の場合であって、カム回転角度と累積吐出量は実測値を表し、チューブ内径が基準内径（設計値）の場合である。このグラフが、後述するデータテーブル作成の基礎となるものである。

カム２０が回転基準位置（検出マーカー３０が検出された位置：０度）から回転していくと、累積吐出量は徐々に増加していく。そして、６５度回転したときの累積吐出量は１．６７μｌであり、それ以降８５度の位置までのＤ領域では累積吐出量は増減せずほぼ一定である。これは、フィンガー４６がカム２０の突起部２３に乗り上げている状態で、チューブ５０を圧閉している状態が継続している範囲（図４のＤ領域）である。

さらに、カム２０が回転され８５度を超えた回転位置から９０度に達する回転位置までに累積吐出量は１．５μｌまで減少する。この状態は吐出された液体が０．１７μｌ逆流していることを示している。この現象は、最下流側のフィンガー４６がカム２０の突起部との係合が解除されてチューブ５０が開放されると、フィンガー４６によって圧閉されていたチューブ５０の容積部分が負圧となり液体の逆流が発生するためである。カム２０をさらに回転すると、回転基準位置から９０度まで回転したときと同様な勾配の累積吐出量となる。

従って、１．５μｌの累積吐出量を得るためには、カム２０を回転基準位置から９０度回転させる必要があり、図中ピークの１．６７μｌ吐出させるには回転基準位置から９６度まで回転させる必要がある。このような考え方によれば、回転基準位置を第１検出センサー１５１でカウントした数と９０度未満のカム回転角度から読み取った吐出量とで、累積吐出量を算出できる。例えば、回転基準位置のカウント数をＮ、さらにカム２０が回転基準位置から１７度回転した位置での累積吐出量Ｖは、Ｖ＝１．５Ｎ＋０．４（μｌ）である。

実際には、指定累積吐出量（希望吐出量）に対してカム２０をどれくらい回転させるかという管理になる。そして、カム回転角度は駆動ローター１２０の回転数（回転角度）によって律せられる。そこで、図６から累積吐出量に対するカム回転角度を読み取り、そのカム回転角度まで回転させるのに必要な駆動ローターの回転角度を算出してデータテーブルを作成する。続いて、データテーブルを表１に表し説明する。
（データテーブル）

表１は、データテーブルの１例を示す。前述したように、累積吐出量は、カム回転角度を回転基準位置（０度）から９０度までを１サイクルとして表すことが可能である。

データテーブルは、本例では累積吐出量を０．１μｌ毎に、各累積吐出量に必要なカム回転角度と、そのカム回転角度だけ回転させるための駆動ローター回転角度を示している。例えば、０．１μｌ吐出する場合の回転基準位置からのカム回転角度は５度である。そして、カム２０を５度回転させるためには、減速比を１／４０とすると駆動ローター１２０を２００度回転させる必要がある。しかし、駆動ローター１２０の検出マーカー３５は３０度単位に附していることから、２００度は検出できず、検出可能な回転角度は１８０度と２１０度となる。そこで、２００度に対して直近の２１０を選択して、駆動ローター１２０を２１０度回転させる。この場合、算出した回転角度より１０度余分に回転させることになるが、減速比が１／４０のため、カム回転角度に換算すると０．２５度となり、吐出量は１／１００μｌ以下であって無視することができる。

従って、データテーブル中のローター回転角度は、３０度の整数倍で、且つカム回転角度と減速比から算出した回転角度の直近の角度を表示している。

また、チューブを圧閉する蠕動駆動式の流体輸送装置の単位時間当たりの液体吐出量は、チューブの内径（断面積）と回転押圧板の回転速度に依存する。そして、チューブ内径は製造上のばらつきがあることが知られている。表１で表すデータテーブルは、チューブ内径が基準内径（設計値）の場合である。

基準内径がｄ１ｍｍ、実測値がｄ２ｍｍの場合、吐出量は（ｄ２／ｄ１）²だけ多くなる。よって、データテーブル中の累積吐出量を（ｄ２／ｄ１）²分補正し、この補正値に対応するカム回転角度、このカム回転角度に必要な駆動ローター回転角度にデータテーブルを書き換える。これは、演算部１４５にチューブ内径の実測値を外部入力手段（図示せず）から入力し、データテーブルと指定累積吐出量の照合の際、駆動ローターの回転角度を補正することで実現可能である。または、演算部にチューブ内径の実測値を外部入力手段から入力し、補正値を加味してデータテーブルを書き換えてもよい。また、記憶部１４４にチューブ内径の実測値か補正値を入力して、データテーブルを書き換えてもよい。
（流体輸送装置の駆動方法）

続いて、本実施形態に係る流体輸送装置の駆動方法について図面を参照して説明する。
図７は、実施形態１に係る流体輸送装置の駆動方法の主要なステップを示す説明図である。なお、図１〜図６も参照する。まず、指定累積吐出量を制御部１４０に入力し、駆動ローター１２０を回転させる（Ｓ１０）。そして、第１検出センサー１５１によりカム２０の検出マーカー３０の一つを検出した位置で駆動ローター１２０を停止する（Ｓ２０）。このときのカム２０の位置を回転基準位置（０度）とし、演算部１４５は累積吐出量を０μｌ、カム回転位置を０度に初期化する（Ｓ３０）。なお、指定累積吐出量の入力はステップＳ３０（Ｓ３０）の後に行ってもよい。

この状態で流体輸送装置１を被注入対象物（生体等）に装着し、駆動ローター１２０を起動し液体吐出を開始する（Ｓ４０）。液体吐出を開始した時点（回転基準位置）からカム２０の回転角度を把握する（Ｓ５０）。カム２０の回転角度は、駆動ローター１２０に附した検出マーカー３５を第２検出センサー１５２で検出、検出数をカウントして角度換算し、減速比を乗じて算出する。

液体吐出を継続しながらカム２０の回転角度をデータテーブルと照合する（Ｓ６０）。例えば、指定累積吐出量を１μｌとした場合、カム２０の回転角度を１７度（駆動ローター１２０の回転角度が６９０度＝１回転と３３０度に相当）と検出したとすると、データテーブルから現時点の累積吐出量は０．４μｌと読み取ることができる。

データテーブルとカムの回転角度とを照合して指定累積吐出量に相当するカム回転角度に達したかを判定する（Ｓ７０）。本例では、指定累積吐出量１．０μｌに相当するカム回転角度３６度に対して１９度回転不足（累積吐出量は０．６μｌ不足）と判定する。この場合は、そのまま流体吐出を継続して、Ｓ５０，Ｓ６０，Ｓ７０のステップを繰り返す。具体的には、カム回転角度３６度に相当する駆動ローター１２０の回転角度は１４４０度であることから不足分は７５０度（２回転と３０度）と算出し、駆動ローター１２０を７５０度分さらに回転すればよい。

なお、指定累積吐出量が１．５μｌ以上の場合にもデータテーブルを用いて必要なカム回転角度を算出できる。例えば、指定累積吐出量を１．９μｌとする場合、カム回転角度９０度で累積吐出量が１．５μｌであるから０．４μｌ不足することになる。よって、データテーブルの０．４μｌに相当するカム回転角度１７度を読み取り、そのときの駆動ローター１２０の回転角度６９０度に３６００度を加えた４２９０度（１１回転と３３０度）まで駆動ローター１２０を回転すればよい。指定累積吐出量が数百μｌの場合も、カム回転角度が回転基準位置（０度）から９０度までを１サイクルとして、端数分の回転角度をデータテーブルから読み取り、その回転角度を加えればよい。つまり、データテーブルは、１サイクル分作成しておけばよいことになる。

カム回転角度が指定累積吐出量に相当するデータテーブル上のカム回転角度に達したと判定したところで、駆動ローター１２０の駆動を停止し、液体吐出を停止する（Ｓ８０）し、液体吐出を終了する。

なお、所定の累積吐出量に達する前に、流体吐出を停止させたい場合がある。このような場合の駆動方法について図面を参照して説明する。
図８は、途中停止がある場合における駆動方法に係るステップの一部を示す説明図である。まず、流体輸送装置１を起動し液体吐出を継続する（Ｓ１１０、図７のステップＳ４０に相当）。液体吐出継続中に外部より吐出停止指令を入力して液体吐出を停止させる（Ｓ１２０）。このときの回転基準位置からの駆動ローター１２０の回転位置を認識し記憶させる（Ｓ１３０）。つまり、カム２０の回転基準位置を基点とする駆動ローター１２０の回転角度を記憶させる。

その後、外部から吐出指令を入力して液体吐出を再開する（Ｓ１４０）。このステップ（Ｓ１４０）以降は、図７のステップＳ４０からステップＳ８０まで、つまり所定の累積吐出量に達するまでの吐出動作を継続する。

さらに、液体吐出を停止したときのカム２０の回転角度と駆動ローター１２０の回転角度と、データテーブルとを照合して吐出停止までの累積吐出量を記憶させておく。具体的には、表１を参照し、カム２０の検出マーカー３０のカウント数×１．５μｌと、回転基準位置から停止したときの駆動ローター１２０の回転角度とからデータテーブルに基づき累積吐出量を読み取り、その和を求めればよい。

従って、前述した構成の流体輸送装置及び駆動方法によれば、カム２０の回転により、突起部２２〜２５が複数のフィンガーを押動し、フィンガーを蠕動運動させてチューブ５０を圧閉し液体を吐出する。従って、突起部とフィンガーの係合が解除されチューブ５０が元の形状に復帰するときに、僅かであるが液体が逆流するため、突起部がフィンガーを押動開始してから係合解除までの１サイクルの間で、カム２０の回転角度に対する流体吐出量は非線形となる。よって、カム２０の回転量を検出するだけでは吐出量を正確に制御することはできない。

そこで、本例では、予め実測したカムの回転角度と累積吐出量との関係を表すデータテーブルを備え、第１検出部及び第２検出部にて検出したカム２０の回転角度とを照合し、指定累積吐出量（希望する吐出量）に相当する回転位置までカム２０を回転させることで、累積吐出量を正確に制御することができる。

また、駆動ローター１２０とカム２０とは減速伝達機構２により連結されている。例えば減速比を１／４０とすると、駆動ローター１２０の回転角度を第２検出センサー１５２で検出する場合、駆動ローター１２０の回転角度に対するカム２０の回転検出分解能は４０倍となる。よって、カム２０の微小角度変化に対応する吐出量変化を制御することが可能となり、より高精度な吐出量を実現できる。

また、回転基準位置からのカム２０の回転角度を把握することによって、第１検出センサー１５１で検出した位置が回転基準位置となり、この位置から、第２検出センサー１５２により駆動ローター１２０の回転角度を検出すれば、カム２０の回転角度に対する累積吐出量を高い分解能で制御することができる。

また、突起部の数が４個の場合、３６０／ｎ＝（９０度）となる。よって、データテーブルで表す範囲は、カム２０の回転角度０度〜９０度の範囲の累積吐出量を表せばよく、データテーブルを簡素化することができる。

また、チューブ５０の基準内径と実測内径との差から累積吐出量を補正した値を用いたデータテーブルとすることが好ましい。このようにすれば、チューブ内径の変動に伴う吐出量の変動を抑制できる。

また、流体輸送装置１の起動時には、回転基準位置までカム２０を回転させて停止し、回転基準位置から吐出開始することで、カム回転角度と累積吐出量との相関がデータテーブルの最初からとれるという利点がある。

また、液体吐出を途中停止したときの回転基準位置を基点とする駆動ローター１２０の回転角度を記憶しておき、吐出を再開した後のカム２０の回転角度とデータテーブルとを照合すれば、吐出再開後の累積吐出量を正確に把握、管理することができる。

なお、液体吐出を一旦停止し再吐出させる場合、停止したときのカム回転角度（検出マーカー３０のカウント数）と回転基準位置からの駆動ローター１２０の回転角度が記憶されているため、データテーブルから累積吐出量を読み取り、指定累積吐出量との差を算出して、指定累積吐出量に達するまで吐出を継続すればよい。

さらに、吐出量をさらに追加する場合、追加吐出量のみを管理する場合は、停止したときの累積吐出量が記憶されていることから、追加吐出総量とすでに吐出された分の差を算出し、差分の吐出量に相当するカム回転角度分をデータテーブルから読み取り、駆動ローター１２０を回転することで可能である。

このように、液体吐出を停止するステップ（Ｓ１２０）の際、カム２０の回転検出位置を基準とした駆動ローター１２０の回転位置を記憶させることにより、吐出再開の際に特別な操作なしで吐出開始でき、カム回転角度と累積吐出量とをデータテーブルと照合して吐出再開後の正確な累積吐出量を制御できる。
（実施形態２）

続いて、実施形態２について図面を参照して説明する。前述した実施形態１が構成要素を第１機枠１５の上方にほぼ並列に配設されている構成に対し、実施形態２は流体輸送装置１を駆動制御ユニットとチューブユニットの二つにユニット化してこれらユニットを積み重ねて構成していることを特徴とする。
図９は、実施形態２に係る流体輸送装置の主要部を示す断面図である。流体輸送装置１は、駆動制御ユニット２００の上方にチューブユニット３００を積み重ねて構成されている。駆動制御ユニット２００とチューブユニット３００とは着脱可能である。

駆動制御ユニット２００は、カム２０と、駆動ローター１２０と、振動体１３０と、減速伝達機構２とを第１機枠１５と第２機枠１６とで保持して構成さている。なお、カム２０、駆動ローター１２０、振動体１３０、減速伝達機構２は、前述した実施形態１（図２、参照）と同じ構成となっている。

チューブユニット３００は、チューブ５０と、フィンガー４０〜４６（フィンガー４３を例示している）と、リザーバー１４とを第３機枠１７と第４機枠１８と第４機枠とで保持して構成される。チューブ５０及びフィンガー４０〜４６の構成は、前述した実施形態１と同じ構成となっている。

図９に表すように、チューブ５０及びフィンガー４０〜４６はカム２０の外周方向に並設されると共に、リザーバー１４の大部分が駆動制御ユニット２００の上部にわたって配設されている。

カム２０を構成する回転押圧板としてのカム体２１の外周上面には組み立て時にフィンガー４０〜４６を摺動案内する案内斜面部２１ａが形成されている。図９にて図示する状態は、カム体２１の突起部２３（フィンガー押動部に相当）によりフィンガー４３がチューブ５０に向かって押動されている状態であって、チューブ５０はチューブ案内壁１７ａとフィンガー４３との間で圧閉されている。

第１機枠１５には案内軸１６０が植立されている。案内軸１６０は、第１機枠１５の外周方向に２本または３本離間して設けられており、第２機枠１６、第４機枠１８、第５機枠１９を貫通する。つまり、駆動制御ユニット２００に対してチューブユニット３００の平面位置を正確に規制する機能を有する。

第２機枠１６の外周面には複数のフック係合部１６ａが形成されている。また、第５機枠１９の外周面には、フック係合部１６ａに対応する位置にフック１９ａが形成されている。

次に、駆動制御ユニット２００とチューブユニット３００の装着方法について図９を参照して説明する。駆動制御ユニット２００の上方からチューブユニット３００を案内軸１６０に挿着する。チューブユニット３００が単体のときには、図中二点鎖線で表すようにフィンガー４０〜４６は、チューブ５０の弾性によりカム２０側に押動されている（図示、フィンガー４３’の位置）。従って、チューブユニット３００が装着途中においては、フィンガー４０〜４６の先端部は、カム体２１の案内斜面部２１ａに当接する。さらに、チューブユニット３００を駆動制御ユニット２００に向かって押し下げると、フィンガー４０〜４６は案内斜面部２１ａに沿って摺動して、突起部２３（フィンガー押動部）に至る。このときに、チューブユニット３００は駆動制御ユニット２００に対して所定の位置にある。

なお、チューブユニット３００の装着時においてフィンガー４３の鍔部４３ｂは、第３機枠１７の壁部１７ｂに当接するまで（図示、フィンガー４３’で示す位置）動くことが可能であり、案内斜面部２１ａは、フィンガーの可動範囲よりも大きくしておく。

チューブユニット３００を駆動制御ユニット２００に装着したときに、チューブユニット３００に設けられているフック１９ａが、駆動制御ユニット２００に形成されているフック係合部１６ａに係止され、チューブユニット３００と駆動制御ユニット２００とが一体化され、流体輸送装置１として駆動可能な状態となる。

チューブユニット３００を駆動制御ユニット２００から取り外す場合は、治具等を用いて、フック１９ａをフック係合部１６ａとの係合を解除すればよい。

従って、上述した実施形態２の構成によれば、駆動制御ユニット２００とチューブユニット３００とが着脱可能であることから、液体吐出終了後に新たに液体が収容されたチューブユニット３００を駆動制御ユニット２００に装着して液体吐出を短時間で再開することができる。
また、構成部品が多く高コストの駆動制御ユニット２００を繰り返し使用とし、構成部品が少なく駆動制御ユニット２００よりも低コストのチューブユニット３００を使い捨て使用とすることでランニングコストを低減することができる。

さらに、液体が治療用の薬液等の場合は、チューブ５０が血液等に接触することが考えられることから、チューブユニット３００を使い捨て使用とすることで安全性を高めることができる。

１…流体輸送装置、２…減速伝達機構、２０…カム、４０〜４６…フィンガー、５０…チューブ、１２０…駆動ローター、１４０…制御部、１５１…第１検出センサー、１５２…第２検出センサー。

Claims (8)

1. 流体を吐出する流体吐出装置であって、
   チューブと、
   回転押圧板と、
   前記回転押圧板に設けられたｎ個（ｎは１以上の整数）の突起部と、
   前記チューブと前記回転押圧板との間に配置され、前記突起部に押される複数の押圧軸と、
   前記回転押圧板に回転力を与える駆動ローターと、
   前記回転押圧板に、前記回転押圧板の周方向に分割するように設けられた第１のマーカーと、
   前記第１のマーカーを検出する第１検出部と、
   前記駆動ローターに、前記駆動ローターの周方向に分割するように設けられた第２のマーカーと、
   前記第２のマーカーを検出する第２検出部と、
   前記回転押圧板の回転角度と前記流体の累積吐出量との関係を表すデータテーブルと、
   前記第１検出部による検出及び前記第２検出部による検出によって得られた前記回転押圧板の回転角度と、前記データテーブルとを照合して、前記流体の累積吐出量に応じた回転角度まで前記駆動ローターを駆動する制御部と、
   を有し、
   前記第１のマーカーは前記回転押圧板に前記突起部に対応して設けられ、
   前記第２のマーカーの数は前記第１のマーカーの数より多い、
   ことを特徴とする流体吐出装置。
2. 流体を吐出する流体吐出装置であって、
   チューブと、
   回転押圧板と、
   前記回転押圧板に設けられたｎ個（ｎは１以上の整数）の突起部と、
   前記チューブと前記回転押圧板との間に配置され、前記突起部に押される複数の押圧軸と、
   前記回転押圧板に回転力を与える駆動ローターと、
   前記駆動ローターと前記回転押圧板とを連結する減速伝達機構と、
   前記回転押圧板に、前記回転押圧板の周方向に分割するように設けられた第１のマーカーと、
   前記第１のマーカーを検出する第１検出部と、
   前記減速伝達機構に、前記減速伝達機構の周方向に分割するように設けられた第２のマーカーと、
   前記第２のマーカーを検出する第２検出部と、
   前記回転押圧板の回転角度と前記流体の累積吐出量との関係を表すデータテーブルと、
   前記第１検出部による検出及び前記第２検出部による検出によって得られた前記回転押圧板の回転角度と、前記データテーブルとを照合して、前記流体の累積吐出量に応じた回転角度まで前記駆動ローターを駆動する制御部と、
   を有し、
   前記第１のマーカーは前記回転押圧板に前記突起部に対応して設けられ、
   前記第２のマーカーの数は前記第１のマーカーの数より多い、
   ことを特徴とする流体吐出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の流体吐出装置において、
   前記制御部は、
   前記第１検出部による検出に基づいて前記回転押圧板の回転基準位置を定め、前記第２検出部による検出に基づいて前記回転基準位置からの前記回転押圧板の回転角度を求める、
   ことを特徴とする流体吐出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体吐出装置において、
   前記データテーブルが、前記回転押圧板の回転角度における０度から３６０／ｎ度の範囲で作成されている、
   ことを特徴とする流体吐出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体吐出装置において、
   前記データテーブルが前記チューブの基準内径と実測内径との差から前記流体の累積吐出量を補正した値を用いる、
   ことを特徴とする流体吐出装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の流体吐出装置において、
   前記流体の吐出の途中で前記吐出を停止した場合に、前記第２検出部で検出された回転角度を記憶する記憶部を有する、
   ことを特徴とする流体吐出装置。
7. 請求項６に記載の流体吐出装置において、
   前記記憶部は、前記流体の累積吐出量をさらに記憶する
   ことを特徴とする流体吐出装置。
8. チューブと、回転押圧板と、前記チューブと前記回転押圧板との間に配置される複数の押圧軸と、前記回転押圧板に設けられ、前記押圧軸を押すｎ個（ｎは１以上の整数）の突起部と、前記回転押圧板に回転力を与える駆動ローターと、を有する、流体を吐出する液体吐出装置の駆動方法であって、
   前記回転押圧板の回転位置を検出するステップと、
   前記回転押圧板の回転位置の検出に基づいて前記回転押圧板の回転基準位置を定めるステップと、
   前記駆動ローターの回転位置を検出するステップと、
   前記駆動ローターの回転位置の検出に基づいて前記回転押圧板の前記回転基準位置からの回転角度を求めるステップと、
   前記求められた前記回転押圧板の前記回転基準位置からの回転角度に基づいて前記流体の吐出量を求めるステップと、
   前記流体の吐出量に応じた前記回転押圧板の回転角度まで前記回転押圧板を回転させるステップと、を含む、
   ことを特徴とする流体吐出装置の駆動方法。

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