CN110475576A - 药液给予装置及其动作方法 - Google Patents

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Abstract

药液给予装置(10)具备：填充有药液(M)的筒体(12)；配置于筒体(12)内的垫圈(34)；用于使垫圈(34)向前端方向前进的前进机构(36)；具有驱动前进机构(36)的马达(40)的驱动机构(42)；向马达(40)供电的电池(26)；和对马达(40)的旋转速度进行控制的控制单元(28)。在作为垫圈(34)在筒体(12)内的前进动作的初始滑动区间的第1移动区间中，多次重复进行由马达(40)的一次连续的旋转和一次连续的停止构成的一个周期。

Description

药液给予装置及其动作方法
技术领域
本发明涉及用于从筒体内挤出药液并将药液给予生物体的药液给予装置及其动作方法。
背景技术
以往，已知一种通过推压件将填充于筒体内的药液挤出并将其给予生物体内的注射泵型的药液给予装置。这种药液给予装置具备桶型筒体、以能够滑动的方式配置于筒体内的垫圈、使垫圈前进的推压件、和用于使推压件前进的驱动源即马达(例如参照日本专利第5777691号公报)。在为了使垫圈在筒体内滑动而在筒体的内周面或垫圈的外周面上涂敷有液体润滑剂的情况下，当以在筒体内配置有垫圈的状态保管了数月时，可知：垫圈在筒体内的滑动阻力在从垫圈在筒体内开始前进起到垫圈前进了规定距离为止的区间(初始滑动区间)内很大，但在经过初始滑动区间后的区间(常用滑动区间)内很小。
发明内容
以往，为了通过马达的驱动使推压件前进所必需的驱动力(推动力)在初始滑动区间内非常高。为了可靠地获得该高驱动力，需要增大马达和电池，导致药液给予装置整体变大。
本发明是考虑到这种课题而提出的，其目的在于，提供一种防止初始滑动区间内的驱动力增大且与以往相比实现小型化的药液给予装置及其动作方法。
本发明的一个方式是一种用于将药液给予生物体内的药液给予装置，其特征在于，具备：填充有所述药液的筒体；以能够滑动的方式配置于所述筒体内的垫圈；涂敷在所述筒体的内周面或所述垫圈的外周面上的液体润滑剂；用于使所述垫圈向前端方向前进的前进机构；具有驱动所述前进机构的马达的驱动机构；向所述马达供电的电池；和对所述马达的旋转速度进行控制的控制单元，所述垫圈在所述筒体内的前进动作具有从所述垫圈的一部分开始移动起到所述垫圈整体开始移动为止的第1移动区间、和所述第1移动区间后的第2移动区间，所述控制单元具有以在所述第1移动区间内将由所述马达的一次连续的旋转和一次连续的停止构成的一个周期多次重复进行的方式设定的程序。
根据该药液给予装置，由于在垫圈的初始滑动区间即第1移动区间内使垫圈间歇地前进，所以即使在因长期保存而使垫圈的滑动面固定于筒体的内周面的情况下也能将固定部分一点一点地剥离。由此，能够抑制初始滑动区间内的滑动阻力的过度上升。因此，能够提供一种防止初始滑动区间内的驱动力增大且与以往相比实现小型化的药液给予装置。
也可以是，所述程序设定为在所述一个周期中使所述马达停止的停止时间是使所述马达旋转的动作时间的1～55倍。
根据该结构，由于一个周期中的马达的停止时间长度适当，所以能够将垫圈的固定部分更可靠地一点一点地剥离，能够更加抑制初始滑动区间内的滑动阻力的过度上升。
也可以是，所述程序设定为所述一个周期中的所述马达的停止时间是0.25～17.68秒。
根据该结构，由于一个周期中的马达的停止时间长度适当，所以能够将垫圈的固定部分更可靠地一点一点地剥离，能够更加抑制初始滑动区间内的滑动阻力的过度上升。
也可以是，所述程序设定为所述第1移动区间内的所述垫圈的基于计算的前进速度是1～20mm/分。
根据该结构，能够充分抑制为了使垫圈在第1移动区间内前进所必需的驱动力。
也可以是，所述程序设定为根据所述一个周期中的所述马达的旋转量而计算出的所述垫圈的假设前进距离是0.01～0.1mm。
根据该结构，能够充分抑制为了使垫圈在第1移动区间内前进所必需的驱动力。
也可以是，所述控制单元具有对所述马达的旋转量进行检测的旋转量检测传感器，所述程序设定为，在所述一个周期中，当在所述马达的旋转开始之后由所述旋转量检测传感器检测到的所述马达的旋转量达到与所述垫圈的所述假设前进距离对应的规定值时，使所述马达的旋转停止规定时间。
也可以是，所述控制单元以所述第2移动区间内的所述垫圈的前进速度比所述第1移动区间内的所述垫圈的前进速度快的方式对所述马达的动作进行控制。
本案发明人发现：垫圈在筒体内的初始滑动阻力因垫圈的移动速度而不同，存在垫圈的移动速度越快则初始滑动阻力越大的倾向，另一方面，之后的滑动阻力没有依赖垫圈的移动速度的倾向。因此，在初始滑动阻力产生的第1移动区间内使垫圈慢慢移动，在之后的第2移动区间内使垫圈迅速移动。因此，通过抑制为了使垫圈在第1移动区间内前进所必需的驱动力(要求推动力)，能够避免耗电量增加并同时满足所希望的给予速度。
也可以是，所述马达是步进马达，所述控制单元对发送至所述马达的脉冲的频率进行控制，所述程序设定为，在所述一个周期中，当发送至所述马达的脉冲数从所述马达的旋转开始起达到与所述垫圈的所述假设前进距离对应的规定值时，使所述马达的旋转停止规定时间。
本发明的另一方式是一种药液给予装置的动作方法，该药液给予装置具备：填充有药液并且在内周面上涂敷有液体润滑剂的筒体；以能够滑动的方式配置于所述筒体内的垫圈；用于使所述垫圈向前端方向前进的前进机构；具有驱动所述前进机构的马达的驱动机构；向所述马达供电的电池；和具有对所述马达的动作进行控制的程序的控制单元，所述药液给予装置的动作方法的特征在于，所述垫圈在所述筒体内的前进动作具有从所述垫圈的一部分开始移动起到所述垫圈整体开始移动为止的第1移动区间、和所述第1移动区间后的第2移动区间，在所述第1移动区间内，多次重复进行由所述马达的一次连续的旋转和一次连续的停止构成的一个周期。
也可以是，在所述一个周期中，使所述马达停止的停止时间是使所述马达旋转的动作时间的1～55倍。
也可以是，所述一个周期中的所述马达的停止时间是0.25～17.68秒。
也可以是，所述控制单元具有对所述马达的旋转量进行检测的旋转量检测传感器，在所述一个周期中，当根据由所述旋转量检测传感器检测到的所述马达的旋转量而计算出的所述垫圈的假设前进距离达到0.01～0.1mm时，使所述马达的旋转停止。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的药液给予装置的概略图。
图2是对垫圈的初始滑动区间进行说明的模式图。
图3是对第1实施方式的药液给予装置的动作进行说明的流程图。
图4是对第1实施方式的药液给予装置的作用进行说明的第1图。
图5是对第1实施方式的药液给予装置的作用进行说明的第2图。
图6是本发明的第2实施方式的药液给予装置的概略图。
图7是对第2实施方式的药液给予装置的动作(第1动作方法)进行说明的流程图。
图8是基于第2实施方式的药液给予装置的第1动作方法的动作图像。
图9是对第2实施方式的药液给予装置的动作(第2动作方法)进行说明的流程图。
图10是基于第2实施方式的药液给予装置的第2动作方法(第1方式)的动作图像。
图11是基于第2实施方式的药液给予装置的第2动作方法(第2方式)的动作图像。
图12是基于第2实施方式的药液给予装置的第2动作方法(第3方式)的动作图像。
具体实施方式
以下，针对本发明的药液给予装置及其动作方法举出合适的实施方式，并参照附图进行说明。
图1所示的第1实施方式的药液给予装置10用于将药液M给予生物体内。药液给予装置10在推压机构14的推压作用下经历较长时间(例如数分钟～数小时左右)持续地将填充于筒体12内的药液M给予生物体内。药液给予装置10也可以间歇地将药液M给予生物体内。作为药液M，可列举例如蛋白质制剂、麻药性镇痛药、利尿药等。
如图1所示，当使用药液给予装置10时，在药液给予装置10上连接作为给予器具16的例如贴片式的带针的管17，从筒体12排出的药液M经由带针的管17而被注入患者的体内。带针的管17具备：能够与筒体12的前端部12c连接的连接器18；一端部与连接器18连接的具有挠性的送液管19；与送液管19的另一端连接且能够贴附于皮肤S的贴片部20；和从贴片部20突出的穿刺针21。穿刺针21相对于皮肤S大致垂直地穿刺。此外，穿刺针21也可以相对于皮肤S倾斜地穿刺。
此外，与药液给予装置10连接的给予器具16并不限于上述贴片式的带针的管17，例如也可以是在送液管19的前端连接有穿刺针(翼状针等)的装置。或者，给予器具16也可以是不经由送液管19而能够与筒体12的前端部12c连接的弯曲的针。在该情况下，弯曲的针例如从筒体12的前端部12c向下方弯曲大致90°，并随着药液给予装置10向皮肤S的固定(贴附)而相对于皮肤S垂直地穿刺。另外，也可以是筒体12的前端部12c和给予器具及针的一部分位于筒体12的内部、且针的前端从筒体12突出的形状。在该情况下，针也是随着药液给予装置10向皮肤S的固定(贴附)而相对于皮肤S垂直地穿刺。
药液给予装置10具备：填充有药液M的筒体12；从筒体12内挤出药液M的推压机构14；和容纳筒体12及推压机构的壳体24。在壳体24内配置有：对药液给予装置10的动作进行所必需的供电的电池26；对药液给予装置10进行各种控制的控制单元28(微型计算机)；和未图示的扬声器等。
筒体12形成为在内部具有药液室13的中空圆筒状。筒体12具有：内径及外径在其轴向上一定且基端开口的躯干部12a；内径及外径从躯干部12a的前端朝向前端方向以锥形缩径的肩部12b；和从肩部12b向前端方向突出的前端部12c。与药液室13连通的药液排出口12d形成于前端部12c。在筒体12的内周面(躯干部12a的内周面)上涂敷有液体润滑剂LM(例如硅油)。
药液M预先填充在筒体12内。药液排出口12d通过由橡胶材料或弹性体材料等弹性树脂材料构成的密封部件30液密地密封。密封部件30在图1所示的连接器18与前端部12c连接时被设于连接器18的针18a穿刺。密封部件30通过前端具有开口部的盖32固定于筒体12的前端部。
推压机构14具备：以能够滑动的方式配置于筒体12内的垫圈34；用于使垫圈34向前端方向前进的前进机构36；和具有驱动前进机构36的马达40的驱动机构42。
垫圈34由橡胶材料或弹性体材料等弹性树脂材料构成，其外周部与筒体12(躯干部12a)的内周面液密地紧贴，由此将药液室13的基端侧液密地封闭。如图2所示，在垫圈34的外周部沿轴向隔开间隔地设有多个(图示例中为两个)向径向外侧突出的环状突起34a。垫圈34以通过筒体12的内周面使环状突起34a弹性压缩变形的状态配置于筒体12内。上述液体润滑剂LM在筒体12的内周面中的、至少在垫圈34滑动的轴向范围内涂敷于整个圆周上。此外，液体润滑剂LM也可以仅涂敷在位于初始位置的垫圈34的周围及其附近的前端侧。液体润滑剂LM也可以涂敷在垫圈34的外周面上。
在图1中，前进机构36具有：能够相对于筒体12沿轴向移动且通过推压垫圈34而使其向前端方向前进的推压件46；与推压件46连接且形成有内螺纹的螺母部件48；和形成有与螺母部件48的内螺纹螺合的外螺纹50a的进给丝杠50。推压件46是为了将药液M挤出而能够沿轴向移动的部件。在推压件46的前端部连接有垫圈34。随着推压件46的前进，垫圈34被推压件46向前端方向推压，由此垫圈34前进。
进给丝杠50沿着筒体12的轴配置。进给丝杠50具有作为从动齿轮的大齿轮50b。进给丝杠50的外螺纹50a与大齿轮50b相比在前端侧的外周面形成于轴向的规定范围内。随着进给丝杠50的旋转，螺母部件48向前端方向移动。此时，推压件46通过被螺母部件48向前端方向推压而前进。此外，也可以省略螺母部件48而在推压件46本身设置内螺纹。
驱动机构42具有被从电池26供电且在控制单元28的控制作用下被驱动控制的马达40、和固定于马达40的输出轴且作为驱动齿轮的小齿轮43。小齿轮43与进给丝杠50的大齿轮50b啮合。
马达40是能够在提高控制频率时快速旋转、在降低控制频率时缓慢旋转的旋转驱动源。在本实施方式中，马达40是与脉冲信号同步动作的步进马达40A。步进马达40A能够通过改变脉冲频率来对旋转速度进行控制。
此外，作为马达40，也可以使用能够对旋转速度进行控制的其它形态的马达，例如AC马达、DC马达、无刷DC马达等。AC马达能够通过改变交流频率来改变旋转速度。DC马达能够通过改变马达电压来改变旋转速度。无刷DC马达能够通过改变脉冲频率来改变旋转速度。
在壳体24设有用于对电源的开启及关闭进行操作的电源按钮52、和多个发光部54a、54b。
多个发光部54a、54b具有发出互不相同的颜色的光的第1发光部54a及第2发光部54b。第1发光部54a是用于通知药液给予装置10的动作状态的发光部，能够发出不同的多个颜色的光。第2发光部54b是为了通知错误发生而亮灯或闪烁的发光部。第1发光部54a及第2发光部54b例如由LED构成。
接着，对如上述那样构成的药液给予装置10的作用进行说明。
当使用药液给予装置10时，将药液给予装置10从冷藏库取出并在常温下放置一段时间(例如30分钟)以使其恢复到室温。接着，通过例如用酒精棉等将与连接器18的连接部即密封部件30的表面(前端面)擦干净来进行连接部的消毒。接着，在药液给予装置10上连接给予器具16。
接着，按下电源按钮52。然后，将药液给予装置10贴附于皮肤S上或装在衣服上等，从而将其安装在患者身上。接着，使穿刺针21穿刺入皮肤S。此外，也可以在穿刺针21向皮肤S的穿刺之前将药液给予装置10安装于患者身上。
接着，开始送液(药液M的给予)。具体而言，马达40进行驱动而将旋转力从小齿轮43传递至具有大齿轮50b的进给丝杠50。随着进给丝杠50的旋转，与进给丝杠50螺合的螺母部件48前进，且推压件46被螺母部件48推着前进。由此，能够将筒体12内的药液M挤出。从筒体12内挤出的药液M经由穿刺入患者的给予器具16而给予(注入)患者的体内。
当通过推压件46前进至规定位置而送液完毕时，从内置于药液给予装置10的扬声器输出通知送液完毕的声音，并且第1发光部54a以第1颜色亮灯。在送液完毕后，将穿刺针21从皮肤S(皮下)拔出。之后，将药液给予装置10废弃。
另外，垫圈34在筒体12内的前进动作具有：从垫圈34的一部分开始移动起到垫圈34整体开始移动为止的第1移动区间(以下称为“初始滑动区间”)、和第1移动区间后的第2移动区间(以下称为“常用滑动区间”)。
参照图2对初始滑动区间进行说明。在长期保管药液给予装置10的情况下，如图2(左图)所示，垫圈34的滑动面(在图示例的情况下为两个环状突起34a)固定于筒体12的内周面。随着推压件46的前进，垫圈34开始前进。如图2(中央图)所示，在垫圈34的前进刚刚开始之后，由于仅固定部分的一部分(基端侧的环状突起34a)被剥离，所以仅垫圈34的一部分前进。然后，如图2(右图)所示，当所有固定部分(前端侧和基端侧的环状突起34a)被剥离时，垫圈34整体开始前进(从初始滑动区间转移至常用滑动区间)。
在图1所示的药液给予装置10的动作中，马达40的旋转速度由控制单元28控制。具体而言，控制单元28具有以在初始滑动区间内将由马达40的一次连续的旋转和一次连续的停止构成的一个周期多次重复进行的方式设定的程序28a。垫圈34在筒体12内滑动时的滑动阻力在初始滑动区间内最高。
药液给予装置10进行切换马达40的旋转速度(垫圈34的驱动速度)的控制。以下，对包括这种速度切换的药液给予装置10的动作进行更详细的说明。
在图3中，当按下药液给予装置10的电源按钮52(图1)而使电源开启时(步骤ST1)，执行确认电池电压的处理(步骤ST2)。当判断为电池电压无异常时(步骤ST2中为“是”)，通过第1发光部54a的亮灯(或从扬声器输出的蜂鸣声)向用户通知无异常，并开始规定时间(例如5分钟)的计数(步骤ST3)。接着，将药液给予装置10安装到患者身上。此外，在电池电压有异常的情况下(步骤ST2中为“否”)进行异常处理(步骤ST4)。在异常处理中，通过第2发光部54b亮灯或闪烁向用户通知异常。也可以在异常处理中从扬声器输出蜂鸣声。
在步骤ST3之后，若已经过规定时间(步骤ST5中为“是”)，则药液给予装置10的控制单元28驱动马达40而开始进行基于第1旋转速度S1的给药(初始滑动给予)(低速间歇驱动)，开始进行给予时间的计数，并开始进行初始滑动区间的测量(步骤ST6)。
接着，控制单元28判断初始滑动区间是否已结束(垫圈34是否已移动规定距离)(步骤ST7)。在该情况下，控制单元28的程序28a例如基于马达40以第1旋转速度S1动作的时间来判定垫圈34已超过第1移动区间(初始滑动区间已结束/垫圈34已移动规定距离)。步进马达40A是以一个脉冲仅旋转规定角度的马达40，表示1秒钟发送至马达40的脉冲数的单位是脉冲频率(pps)。因此，通过测量以规定的pps使步进马达40A动作的时间可知发送至步进马达A40的脉冲数，通过将该脉冲数与规定角度相乘而能够得出旋转量。在马达40是步进马达40A的情况下，通过将马达40的旋转量与垫圈34以马达40的一个旋转前进的距离而能够算出垫圈34移动的距离。因此，垫圈34是否已移动规定距离能够基于马达40以规定速度(pps)动作的时间来判断。此外，在马达40是步进马达40A的情况下，控制单元28的程序28a也可以基于以第1旋转速度S1动作的马达40的旋转量(所发送的脉冲数)来判断垫圈34是否已移动规定距离。
若初始滑动区间已完毕(步骤ST7中为“是”)，则药液给予装置10的控制单元28从低速驱动切换为基于第2旋转速度S2的给药(高速驱动)(步骤ST8)。然后，进行高速驱动下的给药，当控制单元28判断给予完毕(药液剩余量为零)时(步骤ST9中为“是”)则给予结束(步骤ST10)。在该情况下，通过第1发光部54a的灭灯(或从扬声器输出的蜂鸣声)向用户通知给予完毕。在没有判定为给予完毕(步骤ST9中为“否”)且判断为给予时间超时的情况下(步骤ST11中为“是”)，控制单元28进行超时检测处理(步骤ST12)。在超时检测处理中，通过第2发光部54b亮灯或闪烁向用户通知异常。也可以在超时检测处理中从扬声器输出蜂鸣声。
初始滑动区间与常用滑动区间相比相当短，其长度例如为1.0～3.0mm或1.5～2.5mm。此外，常用滑动区间是从垫圈34超过初始滑动区间起到推压件46的前进随着药液M的送液完毕而停止为止，垫圈34所移动的区间，其长度例如为10～20mm。
图4是使垫圈34及推压件46前进时的马达40的旋转速度(控制单元28发送至马达40的脉冲信号)的图像(药液给予装置10的动作图像)。马达40在初始滑动区间内的第1旋转速度S1例如为5.7rpm～34.2rpm，优选为5.7rpm～6.84rpm。马达40在常用滑动区间内的第2旋转速度S2例如为34.2rpm～68.4rpm，优选为57rpm～68.4rpm。第1旋转速度S1相对于第2旋转速度S2的比例例如为8～80％，优选为8～60％。
在本实施方式中，如图4所示，控制单元28在初始滑动区间内以重复进行第1旋转速度S1下的动作和停止的方式控制马达40。即，控制单元28在初始滑动区间内以将由马达40的一次连续的旋转和一次连续的停止构成的一个周期多次重复进行的方式控制马达40。
程序28a设定为初始滑动区间内的垫圈34的基于计算的前进速度例如是1～20mm/分。“初始滑动区间内的垫圈34的基于计算的前进速度”是指通过将初始滑动区间内的垫圈34的平均移动速度、即初始滑动区间的距离除以垫圈34在初始滑动区间内移动所需要的时间而算出的速度。程序28a设定为根据初始滑动区间的一个周期中的马达40的旋转量而计算出的垫圈34的假设前进距离例如是0.01～0.1mm。
另外，控制单元28在常用滑动区间内以重复进行动作和停止的方式控制马达40。即，控制单元28在常用滑动区间内以将由马达40的一次连续的旋转和一次连续的停止构成的一个周期多次重复进行的方式控制马达40。
在初始滑动区间内重复进行马达40的动作和停止的低速间歇驱动中，各动作时间T1a例如为1～6秒，优选为1～2秒。另外，作为低速间歇驱动中的动作与停止的一个周期中的动作时间T1a之比即占空比，例如为10～50％，优选为10～25％。通过这种低速间歇驱动，与连续驱动马达40的情况相比能够有效降低由马达40的驱动而产生的耗电量。程序28a设定为，在低速间歇驱动的一个周期中，当发送至马达40的脉冲数在马达40的旋转开始之后达到与垫圈34的假设前进距离对应的规定值时，使马达40的旋转停止规定时间。
在常用滑动区间内重复进行动作和停止的高速间歇驱动中，各动作时间T2a例如为83～500毫秒，优选为166～333毫秒；各停止时间T2b例如为动作时间T2a的4～19倍，优选为5～9倍。另外，作为间歇驱动中的动作与停止的一个周期中的动作时间T2a之比即占空比，例如为5～20％，优选为10～15％。通过这种间歇驱动，与连续驱动马达40的情况相比能够有效降低由马达40的驱动而产生的耗电量。
垫圈34在初始滑动区间内前进时的移动速度(马达40以第1旋转速度S1旋转时的垫圈34的移动速度)为每分1.0～20mm，优选为每分1.0～3.0mm。垫圈34在常用滑动区间内前进时的移动速度(马达40以第2旋转速度S2旋转时的垫圈34的移动速度)是基于用于给予药液M的给予时间的，而例如为每分7.5～20mm。
在该情况下，第1实施方式的药液给予装置10取得以下效果。
如参照图2所说明的那样，在长期保管药液给予装置10的情况下，垫圈34的滑动面(在图示例的情况下为两个环状突起34a)固定于筒体的内周面。因此，不同于本发明，在通过马达40的连续驱动而欲使垫圈34整体同时前进的情况下，需要将所有固定部分同时剥离，垫圈34的滑动阻力会大幅提高。
对此，根据药液给予装置10，由于在垫圈34的初始滑动区间内使垫圈34间歇地前进，所以即使在垫圈34的滑动面固定于筒体12的内周面的情况下也能将固定部分一点一点地剥离。由此，能够抑制初始滑动区间内的滑动阻力的过度上升。因此，能够提供一种防止初始滑动区间内的驱动力增大且与以往相比实现小型化的药液给予装置10。
程序28a设定为在初始滑动区间的一个周期中使马达40停止的停止时间T1b是使马达40旋转的动作时间T1a的1～55倍。由此，由于初始滑动区间的一个周期中的马达40的停止时间T1b长度适当，所以能够将垫圈34的固定部分更可靠地一点一点地剥离，能够更加抑制初始滑动区间内的滑动阻力的过度上升。
当程序28a设定为初始滑动区间的一个周期中的停止时间T1b是0.25～17.68秒时，由于一个周期中的马达40的停止时间长度适当，所以能够将垫圈34的固定部分更可靠地一点一点地剥离，能够更加抑制初始滑动区间内的滑动阻力的过度上升。
当程序28a设定为初始滑动区间内的垫圈34的基于计算的前进速度是1～20mm/分时，能够充分抑制为了使垫圈34在初始滑动区间内前进所必需的驱动力。
当程序28a设定为根据一个周期中的马达40的旋转量而计算出的垫圈34的假设前进距离是0.01～0.1mm时，能够充分抑制为了使垫圈34在第1移动区间内前进所必需的驱动力。
垫圈34在筒体12内的初始滑动阻力因垫圈34的移动速度而不同，存在垫圈34的移动速度越快则初始滑动阻力越大的倾向，另一方面，之后的滑动阻力没有依赖垫圈34的移动速度的倾向。因此，在初始滑动区间内垫圈34的移动速度越慢则滑动阻力越小。另一方面，在常用滑动区间内没有依赖垫圈34的移动速度的倾向。而且，相对于药液给予装置10的动作中的垫圈34的总前进距离(将初始滑动区间与常用滑动区间合计后的距离)，初始滑动区间的长度相当小。即，与常用滑动区间相比初始滑动区间相当短。
因此，在药液给予装置10中，在初始滑动区间内实施通过使马达40以第1旋转速度S1旋转而使垫圈34慢慢移动的低速驱动，在超过初始滑动区间的常用滑动区间内实施通过使马达40以第2旋转速度S2旋转而使垫圈34迅速移动的高速驱动。
因此，通过抑制为了使推压件46在初始滑动区间内前进所必需的驱动力(要求推动力)，能够避免耗电量增加并同时满足所希望的给予速度。即，不同于本实施方式，在图5中如用虚线L2所示，在初始滑动区间内进行了推压件46的高速驱动的情况下，垫圈34相对于筒体12的滑动阻力变得相当大。在该情况下，当为了在不变更马达40的情况下应对大滑动阻力而对马达40大功率供电时，会导致耗电量增加。当使用不增加耗电量就能获得必需的驱动力的马达时，需要高成本的马达或尺寸大的马达。
对此，在图5中如用实线L1所示，在初始滑动区间内进行了推压件46的低速驱动的情况下，垫圈34相对于筒体12的滑动阻力与在初始滑动区间内进行了高速驱动的情况相比相当小。因此，根据药液给予装置10，无需使用高成本的马达或尺寸大的马达，能够避免耗电量增加且同时以所希望的给予速度给予药液M。
在药液给予装置10中，通过马达40以第1旋转速度S1动作，初始滑动区间内的垫圈34的滑动阻力的最大值优选为8N以下。由此，能够有效降低由马达40的驱动而产生的耗电量。
接着，对图6所示的第2实施方式的药液给予装置60进行说明。
在药液给予装置60中，驱动前进机构36的马达40B是DC马达。在药液给予装置60中，控制单元62对马达40B的动作进行控制。控制单元62具有以在初始滑动区间内将由马达40B的一次连续的旋转和一次连续的停止构成的一个周期多次重复进行的方式设定的程序62a。
程序62a设定为初始滑动区间的一个周期的时间CT1例如是0.5～18秒。程序62a设定为在初始滑动区间的一个周期中使马达40B旋转的动作时间T1a例如是0.067～2秒。由于马达40B是DC马达，所以只要对马达40B施加的电压相同，因垫圈34的滑动阻力而引起的对马达40B施加的负载(转矩负载)越大则动作时间T1a越长，负载越小则动作时间T1a越短。
程序62a设定为在初始滑动区间的一个周期中使马达40B停止的停止时间T1b是使马达40B旋转的动作时间T1a的例如1～55倍。程序62a设定为初始滑动区间的一个周期中的停止时间T1b例如是0.25～17.68秒。程序62a设定为初始滑动区间内的垫圈34的基于计算的前进速度例如是1～20mm/分。程序62a设定为根据初始滑动区间的一个周期中的马达40B的旋转量而计算出的垫圈34的假设前进距离例如是0.01～0.1mm。此外，设定为初始滑动区间的一个周期中的停止时间T1b是动作时间T1a的1～55倍的情况包括：通过程序62a对初始滑动区间的一个周期的时间和马达40B的旋转量进行控制而使停止时间T1b成为动作时间T1a的1～55倍的情况。
药液给予装置60具备对马达40B的旋转量进行检测的旋转量检测传感器64(旋转编码器)。旋转量检测传感器64的一个形态是光学透射型编码器，具有发光元件和受光元件，在作为码盘发挥功能的小齿轮43沿周向隔开间隔地形成有多个狭缝。通过旋转量检测传感器64对光的透射图案进行检测。根据光的透射图案能够检测马达40B的旋转方向及旋转量。程序62a设定为，在初始滑动区间的一个周期中，当在马达40B的旋转开始之后由旋转量检测传感器64检测到的马达40B的旋转量达到与垫圈34的假设前进距离对应的规定值时，使马达40B的旋转停止规定时间。
接着，对药液给予装置60的动作进行说明。以下，对在初始滑动区间和常用滑动区间的整个区域内不切换马达动作的控制的第1动作方法(图7及图8)、和随着从初始滑动区间向常用滑动区间的转移而切换马达动作的控制的第2动作方法(图9～图12)进行说明。
如图7所示，在第1动作方法中，当按下药液给予装置60的电源按钮52(图6)而使电源开启时(步骤S101)，执行确认电池电压的处理(步骤S102)。当判断为电池电压无异常时(步骤S102中为“是”)，向用户通知无异常，并开始规定时间(例如5分钟)的计数(步骤S103)。接着，将药液给予装置60安装到患者身上。此外，在电池电压有异常的情况下(步骤S102中为“否”)进行异常处理(步骤S104)。
在步骤S103之后，若已经过规定时间(步骤S105中为“是”)，则药液给予装置60的控制单元62驱动马达40B而开始给予(开始马达40B的间歇驱动)，并且开始给予时间的计数(步骤S106)。在该情况下，在初始滑动区间及常用滑动区间内对马达40B施加的电压相同。即，控制单元62在初始滑动区间及常用滑动区间内不改变对马达40B的控制。
然后，进行间歇驱动下的给药，当控制单元62判断给予完毕(药液剩余量为零)时(步骤S107中为“是”)则给予结束(步骤S108)。在没有判定为给予完毕(步骤S107中为“否”)且判断为给予时间超时的情况下(步骤S109中为“是”)，控制单元62进行超时检测处理(步骤S110)。
图8是进行第1动作方法的情况下的药液给予装置60的动作图像。在图8中，初始滑动区间的一个周期的时间CT1与常用滑动区间的一个周期的时间CT2设定为相同。常用滑动区间的一个周期中的马达40B的动作时间T2a与初始滑动区间的一个周期中的马达40B的动作时间T1a相比设定得较短。
由于马达40B是DC马达，所以根据因垫圈34的滑动阻力而导致的对马达40B施加的负载(转矩负载)来改变马达40B的旋转速度。因此，控制单元62对马达40B的旋转速度并不直接进行控制。另一方面，当从初始滑动区间转移至常用滑动区间时，由于垫圈34的滑动阻力下降，所以对马达40B施加的负载减少。其结果是，虽然对马达40B施加的电压不会改变，但随着从初始滑动区间向常用滑动区间的转移，马达40B的旋转速度自然上升。即，常用滑动区间内的马达40B的旋转速度比初始滑动区间内的马达40B的旋转速度快。
此外，在图8中，从显示上来看，初始滑动区间内的周期彼此的旋转速度均相同，常用滑动区间内的周期彼此的旋转速度也均相同。然而，由于如上述那样马达40B的旋转速度根据对马达40B施加的负载而变化，所以实际上初始滑动区间内的各周期中的马达40B的旋转速度并不一定相同。同样地，实际上常用滑动区间内的各周期中的马达40B的旋转速度并不一定相同。
接着，对药液给予装置60的第2动作方法进行说明。在第2动作方法中，控制单元62随着从初始滑动区间向常用滑动区间的转移而切换马达动作的控制。图9所示的第2动作方法的流程图在取代图7所示的第1动作方法的流程图中的步骤S106而进行步骤S206～S208这一点上不同于第1动作方法。
步骤S201～S205与第1动作方法的步骤S101～S105分别相同。在第2动作方法中，在步骤S203之后，若已经过规定时间(步骤S205中为“是”)，则控制单元62驱动马达40B而开始给予(开始马达40B的间歇驱动)，开始初始滑动区间的测量，并开始给予时间的计数(步骤S206)。
接着，控制单元62判断初始滑动区间是否已结束(步骤S207)。垫圈34前进的距离能够通过将由旋转量检测传感器64检测到的马达40B的旋转量与垫圈34以马达40B的一个旋转前进的距离相乘而算出。因此，控制单元62能够基于由旋转量检测传感器64得到的马达40B的旋转量来判断初始滑动区间是否已完毕。
若初始滑动区间已完毕(步骤S207中为“是”)，则药液给予装置60的控制单元62进行马达动作的控制切换(向高速驱动的转移)(步骤S208)。之后的步骤S209～S212与第1动作方法的步骤S107～S110分别相同。
作为步骤S208的执行内容(马达动作的控制切换)能够采用几个方式，但在本说明书中，以下举例说明第1方式(图10)、第2方式(图11)和第3方式(图12)。
如图10所示，在马达动作的控制切换的第1方式中，在常用滑动区间的整个区域内连续驱动马达40B。即，不设置常用滑动区间中的马达40B的停止时间。在该情况下，虽然对马达40B施加的电压在初始滑动区间与常用滑动区间内相同，但在常用滑动区间内由于滑动阻力下降，所以马达40B的旋转速度上升。这样，由于在常用滑动区间的整个区域内连续驱动马达40B，所以与第1动作方法相比能够缩短给予时间。
此外，在第1方式中，在常用滑动区间内对马达40B施加的电压也可以与在初始滑动区间内对马达40B施加的电压相比设定得较高。施加电压越高则马达40B的旋转速度越上升。因此，在提高了对马达40B的施加电压的情况下，如虚线所示，常用滑动区间内的马达40B的旋转速度进一步上升。由此，能够更加缩短给予时间。
如图11所示，在马达动作的控制切换的第2方式中，常用滑动区间的一个周期中的马达40B的动作时间T2a设定为与初始滑动区间的一个周期中的马达40B的动作时间T1a相同，虽然在常用滑动区间内进行马达40B的间歇驱动，但常用滑动区间的一个周期的时间CT2与初始滑动区间的一个周期的时间CT1相比设定得较短。由此，与第1动作方法相比能够缩短给予时间。常用滑动区间的一个周期的时间CT2是初始滑动区间的一个周期的时间CT1的例如0.02～0.5倍。此外，在常用滑动区间内对马达40B施加的电压也可以与在初始滑动区间内对马达40B施加的电压相比设定得较高。
如图12所示，在马达动作的控制切换的第3方式中，初始滑动区间的一个周期的时间CT1与常用滑动区间的一个周期的时间CT2相同，在常用滑动区间内进行马达40B的间歇驱动，但常用滑动区间内的一个周期中的马达40B的动作时间T2a与初始滑动区间内的一个周期中的马达40B的动作时间T1a相比设定得较长。由此，与第1动作方法相比能够缩短给予时间。常用滑动区间内的一个周期中的马达40B的动作时间T2a是初始滑动区间内的一个周期中的马达40B的动作时间T1a的例如1.5～18倍。此外，常用滑动区间内的一个周期的时间CT2也可以与初始滑动区间内的一个周期的时间CT1相比设定得较短。在常用滑动区间内对马达40B施加的电压也可以与在初始滑动区间内对马达40B施加的电压相比设定得较高。
根据如上述那样构成的药液给予装置60，由于与上述药液给予装置10同样地在垫圈34的初始滑动区间内使垫圈34间歇地前进，所以即使在垫圈34的滑动面固定于筒体12的内周面的情况下也能将固定部分一点一点地剥离。由此，能够抑制初始滑动区间内的滑动阻力的过度上升。因此，能够提供一种防止初始滑动区间内的驱动力增大且与以往相比实现小型化的药液给予装置60。
本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的要旨的范围内能够进行各种改变。

Claims (12)

1.一种药液给予装置(10、60)，其用于将药液(M)给予生物体内，所述药液给予装置(10、60)的特征在于，具备：
填充有所述药液(M)的筒体(12)；
以能够滑动的方式配置于所述筒体(12)内的垫圈(34)；
涂敷在所述筒体(12)的内周面或所述垫圈(34)的外周面上的液体润滑剂(LM)；
用于使所述垫圈(34)向前端方向前进的前进机构(36)；
具有驱动所述前进机构(36)的马达(40、40B)的驱动机构(42)；
向所述马达(40、40B)供电的电池(26)；和
对所述马达(40、40B)的动作进行控制的控制单元(28、62)，
所述垫圈(34)在所述筒体(12)内的前进动作具有从所述垫圈(34)的一部分开始移动起到所述垫圈(34)整体开始移动为止的第1移动区间、和所述第1移动区间后的第2移动区间，
所述控制单元(28、62)具有以在所述第1移动区间内将由所述马达(40、40B)的一次连续的旋转和一次连续的停止构成的一个周期多次重复进行的方式设定的程序(28a、62a)。
2.根据权利要求1所述的药液给予装置(10、60)，其特征在于，所述程序(28a、62a)设定为在所述一个周期中使所述马达(40、40B)停止的停止时间(T1b)是使所述马达(40、40B)旋转的动作时间(T1a)的1～55倍。
3.根据权利要求1或2所述的药液给予装置(10、60)，其特征在于，所述程序(28a、62a)设定为所述一个周期中的所述马达(40、40B)的停止时间(T1b)是0.25～17.68秒。
4.根据权利要求1或2所述的药液给予装置(10、60)，其特征在于，所述程序(28a、62a)设定为所述第1移动区间内的所述垫圈(34)的基于计算的前进速度是1～20mm/分。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的药液给予装置(10、60)，其特征在于，所述程序(28a、62a)设定为根据所述一个周期中的所述马达(40、40B)的旋转量而计算出的所述垫圈(34)的假设前进距离是0.01～0.1mm。
6.根据权利要求5所述的药液给予装置(60)，其特征在于，所述控制单元(62)具有对所述马达(40B)的旋转量进行检测的旋转量检测传感器(64)，
所述程序(62a)设定为，在所述一个周期中，当在所述马达(40B)的旋转开始之后由所述旋转量检测传感器(64)检测到的所述马达(40B)的旋转量达到与所述垫圈(34)的所述假设前进距离对应的规定值时，使所述马达(40B)的旋转停止规定时间。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的药液给予装置(10、60)，其特征在于，所述控制单元(28、62)以所述第2移动区间内的所述垫圈(34)的前进速度比所述第1移动区间内的所述垫圈(34)的前进速度快的方式对所述马达(40、40B)的动作进行控制。
8.根据权利要求5所述的药液给予装置(10)，其特征在于，所述马达(40)是步进马达(40A)，
所述控制单元(28)对发送至所述马达(40)的脉冲的频率进行控制，
所述程序(28a)设定为，在所述一个周期中，当发送至所述马达(40)的脉冲数从所述马达(40)的旋转开始起达到与所述垫圈(34)的所述假设前进距离对应的规定值时，使所述马达(40)的旋转停止规定时间。
9.一种药液给予装置(10、60)的动作方法，该药液给予装置(10、60)具备：填充有药液(M)并且在内周面上涂敷有液体润滑剂(LM)的筒体(12)；以能够滑动的方式配置于所述筒体(12)内的垫圈(34)；用于使所述垫圈(34)向前端方向前进的前进机构(36)；具有驱动所述前进机构(36)的马达(40、40B)的驱动机构(42)；向所述马达(40、40B)供电的电池(26)；和具有对所述马达(40、40B)的动作进行控制的程序(28a、62a)的控制单元(28、62)，所述药液给予装置(10、60)的动作方法的特征在于，
所述垫圈(34)在所述筒体(12)内的前进动作具有从所述垫圈(34)的一部分开始移动起到所述垫圈(34)整体开始移动为止的第1移动区间、和所述第1移动区间后的第2移动区间，
在所述第1移动区间内，多次重复进行由所述马达(40、40B)的一次连续的旋转和一次连续的停止构成的一个周期。
10.根据权利要求9所述的药液给予装置(10、60)的动作方法，其特征在于，在所述一个周期中，使所述马达(40、40B)停止的停止时间(T1b)是使所述马达(40、40B)旋转的动作时间(T1a)的1～55倍。
11.根据权利要求9或10所述的药液给予装置(10、60)的动作方法，其特征在于，所述一个周期中的所述马达(40、40B)的停止时间(T1b)是0.25～17.68秒。
12.根据权利要求9或10所述的药液给予装置(60)的动作方法，其特征在于，所述控制单元(62)具有对所述马达(40B)的旋转量进行检测的旋转量检测传感器(64)，
在所述一个周期中，当根据由所述旋转量检测传感器(64)检测到的所述马达(40B)的旋转量而计算出的所述垫圈(34)的假设前进距离达到0.01～0.1mm时，使所述马达(40B)的旋转停止。
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