JP2006051283A - 薬液注入装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 環境温度が上昇した場合であっても急激な流量変化を抑制することができる携帯に適した薬液注入装置を提供すること。
【解決手段】 駆動部２を備え、この駆動部の駆動力によって薬液容器３を加圧して、当該薬液容器３内の薬液を患者へ注入するように構成された薬液注入装置１であって、上記駆動部２は、圧縮気体が封入されたガスボンベ４を備え、このガスボンベ４内の圧力によって上記駆動力を発生するように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、薬液容器に収容されている薬液を患者へ注入する薬液注入装置に関するものである。
一般に、駆動源を有し、この駆動源の駆動力を利用して薬液容器内の薬液を吐出させるとともに、この薬液を患者へ注入するように構成された薬液注入装置が知られている（例えば、特許文献１）。
この薬液注入装置では、液化炭酸ガスを封入したガスボンベを駆動源としている。そして、上記薬液注入装置では、上記ガスボンベに連通可能な加圧室内を、液化炭酸ガスの飽和蒸気圧に起因する加圧条件とすることによって当該加圧室を区画する蛇腹容器を伸張し、この蛇腹容器により薬液カートリッジを加圧して、薬液を吐出するようになっている。
そして、上記薬液注入装置は、電力供給の不要な小型のガスボンベを駆動源としているので、患者が携帯して使用するのに適した構成とすることができる。
特開平９−２６２２８８号公報
上記特許文献１の薬液注入装置では、液化炭酸ガスの飽和蒸気圧に起因した圧力を駆動源として利用しているので、規定の流量を吐出することができる環境温度（以下、基準動作温度と称す）よりも環境温度が上昇した場合に、その駆動力の変化が著しく大きくなるという特徴があった。
すなわち、飽和蒸気圧は、温度の上昇に伴い二次曲線的に増加する特性を有しているので（図６のＬ２参照）、例えば、２５℃から２０℃へ環境温度が下降したときの蒸気圧変化と、２５℃から３０℃へ環境温度が上昇したときの蒸気圧変化とでは、温度差は同一（５℃）であっても温度上昇時の蒸気圧変化の方が著しく大きくなってしまう。
したがって、上記特許文献１の薬液注入装置は、上記基準動作温度よりも環境温度が上昇した場合に、流量の変化が著しく大きくなってしまう。そして、上記規定の流量には、許容範囲が設定されるのが一般的であるが、上記特許文献１の薬液注入装置では、この許容範囲内に実際の流量を収めるために、上記基準動作温度に対する許容範囲を設定する場合には、プラス側に小さく、マイナス側に大きくせざるを得なかった。
しかしながら、上記薬液注入装置は、患者のベッドサイド等に載置して使用する場合（すなわち、室温条件下で使用される場合）と、患者が携帯して使用する場合（すなわち、患者の体温に近い温度環境下で使用される場合）とが想定される一方、上記基準動作温度としては、医療従事者等の管理し易い室温に合せて設定することが多いので、患者が携帯して使用する場合には、上記基準動作温度よりも環境温度が増加することになる。
このような事情から、上記基準動作温度の許容範囲を、プラス側にできるだけ大きく設定したいという要請がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、環境温度が上昇した場合であっても急激な流量変化を抑制することができる携帯に適した薬液注入装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明は、駆動部を備え、この駆動部の駆動力によって薬液容器を加圧して、当該薬液容器内の薬液を患者へ注入するように構成された薬液注入装置であって、上記駆動部は、圧縮気体のみが封入されたガスボンベを備え、このガスボンベ内の圧力によって上記駆動力を発生するように構成されていることを特徴とするものである。
上記薬液注入装置において、上記駆動部は、薬液容器に対して着脱可能に構成されていることが好ましい。
上記薬液注入装置において、上記薬液容器には、予め所定の薬液が充填されていることが好ましい。
上記薬液注入装置において、上記ガスボンベは、外力が付与されていない場合に上記圧縮気体の圧力によってガスボンベを閉塞するように構成された開閉弁を備えている一方、上記駆動部は、上記開閉弁を開放することにより、当該ガスボンベ内と連通可能な本体部と、この本体部と薬液容器との間に上記ガスボンベから流出した圧縮気体を封入可能な加圧室を区画する隔膜弁と、この隔膜弁を、大気に開放された外側から上記加圧室側へ付勢する付勢部材と、上記開閉弁を閉鎖しようとする力と加圧室内の圧力により隔膜弁を外側へ拡張させようとする力とを加えた第一合力と、大気圧及び上記付勢部材の付勢力により隔膜弁を加圧室側へ押し込む第二合力とが釣り合うように、上記開閉弁及び隔膜弁を連動させるリンク部材とを備え、上記加圧室内の圧力を駆動力として利用するように構成されていることが好ましい。
上記薬液注入装置において、上記薬液容器は、極小断面積に形成された孔を有し、この孔に対して、上記駆動力に応じて吐出した薬液を通して圧力損失を生じさせることにより当該薬液の流量を調整可能な流量調整部材を備えていることが好ましい。
上記薬液注入装置において、上記薬液容器は、薬液を収容するシリンダと、このシリンダ内をその軸線方向に沿って摺動することにより、当該シリンダの先端側から薬液を吐出可能なピストンとを備え、上記シリンダの内部は、先端側が狭くなるテーパ状に形成されていることが好ましい。
上記薬液注入装置において、上記隔膜弁は、少なくとも一部が気体透過性の高い材質により形成されていることが好ましい。
本発明によれば、圧縮気体の圧力を駆動力として利用しているので、環境温度の上昇、下降にかかわらず、その駆動力の変化を、温度差に応じた略一定の値とすることができる。
すなわち、ガスボンベ内の圧縮気体は、概ね、気体の状態方程式（ＰＶ＝ｎＲＴ）に基づいた挙動を示すので、上記ガスボンベ内で容積Ｖ一定とされた圧力Ｐは、温度Ｔ変化に比例して増減することになる。
したがって、本発明によれば、その駆動力が温度変化に概ね比例して変化するので、環境温度が上昇した場合であっても、急激な流量変化を抑制することができる。
なお、「圧縮気体のみが封入されたガスボンベ」とは、ガスボンベ内に液化した気体を含んでいないことを意味している。
また、本発明では、電源供給の不要なガスボンベを利用しているので、患者が携帯して使用するのに適した構成とすることができる。
上記駆動部を薬液容器に対して着脱可能とした構成によれば、薬液注入後に薬液容器を交換することによって、圧縮気体が無くなるまでの間、駆動部を再使用することができるので、使い捨ての構成を低減させることができ、薬液注入装置のコストを低減させることができる。
上記薬液容器に予め所定の薬液が充填されている構成によれば、当該薬液注入装置の使用時に薬液容器に薬液を充填するといった作業を省略することができるので、医療従事者の負担を軽減させることができる。
開閉弁、隔膜弁、付勢部材及び、リンク部材を備え、第一合力と第二合力との均衡を保った状態における加圧室内の圧力を駆動力として利用するようにした構成によれば、環境温度の変化に伴う駆動力の変化を温度差に応じて略一定にすることができるだけでなく、ガスボンベ内の圧力を、所望の駆動力を発生し得る圧力に減圧することができる。
すなわち、上記構成では、第一合力と第二合力とが均衡を保つようになっているので、加圧室内の圧力による力は、大気圧による力及び付勢部材の付勢力からガスボンベ内の圧力による力を減じたものとなり、付勢部材の付勢力を適宜選択することによって、駆動力を所望の大きさに設定することができる。
流量調整部材を備えた構成によれば、環境温度が変化した場合における流量精度をより向上させることができる。
すなわち、上記圧縮気体の圧力は、上述したように温度の上昇に伴い増加する挙動を示す。この圧力増加が生じると、上記第一合力が増加しようとするが、この第一合力は上記第二合力との均衡を保つ必要があり、第二合力は一定（付勢力＋大気圧）であるので、結果的に隔膜弁を外側へ拡張させようとする力、すなわち、加圧室内の圧力が低下することになる。
一方、環境温度が上昇することによって、薬液の粘度は低下し、これにより、薬液注入装置に対する薬液の流動抵抗が小さくなるので、当該薬液の流量は増加することになる。
したがって、上記構成では、環境温度の上昇により、薬液流量が減少する方向へ駆動力がシフト（低下）する一方、薬液流量が増加する方向へ薬液の粘度がシフト（低下）するので、これらが相殺されることによって、環境温度の上昇による薬液流量の変化を可及的に抑制することができる。また、環境温度が下降した場合にも、駆動力が増加する一方、薬液の粘度が増加することになるので、同様に、薬液流量の変化を抑制することができる。
シリンダとピストンとを備えた構成によれば、シリンダの内部がテーパ状に形成されているので、薬液残量の減少に伴う薬液流量の低下を抑制することができる。
すなわち、ガスボンベ内の圧縮気体の圧力は、ピストンを押し込むストローク（圧縮気体の使用量の増加）に伴い低下することになるが、上述したように、ガスボンベ内の圧力が低下すると、加圧室内の圧力は増加することになる。一方、シリンダに対するピストンの摺動抵抗は、シリンダ内のテーパにより上記ストロークに応じて増加することになる。
したがって、この構成によれば、薬液残量の減少に伴って、薬液流量が増加する方向へ駆動力がシフト（増加）する一方、薬液流量が減少する方向へピストンの摺動抵抗がシフト（増加）するため、これらが相殺されることによって、薬液流量の低下を抑制することができる。
上記隔膜弁の少なくとも一部を気体透過性の高い材質とした構成によれば、加圧室内の圧力が増加してしまった場合であっても、薬液流量の精度を可及的に維持することができる。
すなわち、環境温度が上昇すると、上述のようにガスボンベ内の圧力だけでなく、加圧室内の圧力も、上記気体の状態方程式に基づいて、所定時間だけ増加することになる。ここで、「所定時間」とは、上昇した圧力が、薬液容器を加圧することに応じて正規の圧力（上記第一及び第二合力が均衡した状態にあるときの圧力）へ復帰するのに要する時間である。そして、上記構成では、上記余剰の圧力を隔膜弁から積極的に逃がすことができるので、加圧室を正規の圧力へ速やかに復帰させることができる。
したがって、上記構成によれば、環境温度が上昇した場合であっても、流量の上昇を一時的に抑えることができるので、流量精度を可及的に維持することができる。
なお、「気体透過性の高い材質」とは、少なくとも上記第一及び第二合力の均衡を保つことができる程度の気密性を有しているものである。
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る薬液注入装置の全体構成を示す側面断面図であり、図２は、図１の薬液注入装置の駆動部を示す側面断面図であり、図３は、図１の薬液注入装置の薬液容器を示す側面断面図である。
各図を参照して、薬液注入装置１は、ガスボンベ４に封入された圧縮気体の圧力によって、薬液容器３を加圧してその薬液を吐出するように構成されているので、環境温度が上昇した場合であっても急激な流量変化を抑制することができる。以下、具体的構成について説明する。
薬液注入装置１は、駆動部２と薬液容器３とを組み合わせて使用するようになっている。具体的に、薬液注入装置１は、上記駆動部２の駆動力によって薬液容器３を加圧して、当該薬液容器３内の薬液を患者へ注入する。
駆動部２は、圧縮気体のみが封入されたガスボンベ４を備えている。このガスボンベ４は、外力が付与されていない場合に、上記圧縮気体の圧力によってガスボンベ４を閉鎖する開閉弁４ａを備えている。
そして、駆動部２は、その内部に上記開閉弁４ａが配置されるように上記ガスボンベ４を格納する本体部５を備えている。
上記本体部５は、三段階で先広がりとされた筒状の格納部材６と、有底容器状に形成された取付部材７とを備えている。この取付部材７は、その底部７ａの中央部分を貫通する雌ねじ部７ｂに上記ガスボンベ４の雄ねじ部４ｂを螺合した状態で、上記格納部材６の大開口部６ａ内に嵌入されることにより、ガスボンベ４を格納部材６に固定するようになっている。また、上記取付部材７には、その底部７ａを貫通する複数の連通孔７ｃ（図４参照）が形成されている。
なお、上記ガスボンベ４と取付部材７との間、及び取付部材７と格納部材６との間には、それぞれ図略のコーキング材等によって、気密状態が形成されている。
また、本体部５は、可撓性を有するシリコーンゴム等からなる隔膜弁８と、この隔膜弁８を格納部材６内に取り付ける挟圧部材９とを備えている。挟圧部材９は、略筒状に形成され、上記隔膜弁８の周縁部を格納部材６の肩部６ｂとの間で厚み方向に挟圧することにより、当該隔膜弁８と格納部材６との間に気密状態を形成するようになっている。
さらに、本体部５は、リンク部材１０と、このリンク部材１０をガスボンベ４側へ付勢する圧縮ばね（付勢部材）１１と、この圧縮ばね１１の付勢力を調整する調整つまみ１２とを備えている。上記リンク部材１０は、上記隔膜弁８を厚み方向に挟持するとともに、上記開閉弁４ａのプランジャ４ｃに連結されている。上記調整つまみ１２は、格納部材６の小開口部６ｃ内面に形成された雌ねじ部と螺合しており、そのねじ込み程度を調整することにより、上記リンク部材１０との間の距離を変えて、上記圧縮ばね１１の付勢力を調整するようになっている。
また、上記格納部材６の先広がりとされた端部の外周面には、鉤状の取付片６ｄが膨出している。図４に示すように、この取付片６ｄには、複数の切欠き部６ｅが形成され、これら切欠き部６ｅは、後述のシリンダ１３に形成された係止片１３ａを受け入れ可能とされている。そして、これら係止片１３ａを各切欠き部６ｅから導入した後、これら両者の回転位置をずらすように、駆動部２と薬液容器３とを回転させることにより、駆動部２と薬液容器３とが着脱可能に連結されることになる。
上記薬液容器３は、底部１３ｂを有するシリンダ１３と、このシリンダ１３内を摺動可能なピストン１４と、上記底部１３ｂに設けられた注入ポート１５及び薬液注入ライン１６とを備えている。
シリンダ１３は、その底部１３ｂ側の内径寸法Ｒ１と開口部側の内径寸法Ｒ２とがＲ２＞Ｒ１となるように、その内面が約０．２°の勾配に設定されたテーパ状に形成されている。
また、シリンダ１３の開口部には、その周方向に沿って内側に突出する位置決め突起１３ｃが形成され、この位置決め突起１３ｃによりピストン１４がシリンダ１３から抜け出ることを防止するようになっている。また、位置決め突起１３ｃは、上記駆動部２とピストン１４とを連結した場合に、上記取付部材７との間でオーリング１７を挟圧して、当該取付部材７との間で気密状態を形成するようになっている。なお、上記オーリング１７は、上記取付部材７の各連通孔７ｃよりも外側位置に配置されている。
ピストン１４は、比較的剛性を有する合成樹脂からなる有底円柱状の支持体１４ａの外側に比較的可撓性を有する剛性樹脂からなるパッキン１４ｂを二色成形した構造物であり、このパッキン１４ｂが上記シリンダ１３内面との間で液密状態を形成しつつ、当該シリンダ１３内をその軸線に沿って摺動し得るようになっている。
注入ポート１５は、周知の逆止弁を備えており、注射筒等を用いて、上記底部１３ｂとピストン１４との間に薬液を充填し得るようになっている。
薬液注入ライン１６は、シリンダ１３内に充填された薬液を、チューブ１８を通して患者へ案内するようになっており、その過程で、フィルタ１９により薬液をろ過するとともに、流量調整部材２０によって薬液を所望の流量に調整するようになっている。なお、本実施形態において、流量調整部材２０は、極小断面積に形成された孔に薬液を通して圧力損失を生じさせることにより、流量を調整するようになっている。
以下、上記薬液注入装置１の使用方法及び駆動原理について説明する。
まず、上記ピストン１４がシリンダ１３の底部１３ｂ側へ押し込まれた状態で、上記注入ポート１５から薬液を充填する。
次いで、上記駆動部２と薬液容器３とを装着すると、これら両者の間には、上記ガスボンベ４から流出した圧縮気体を封入可能な加圧室Ｓが区画される。すなわち、加圧室Ｓは、上記取付部材７及び隔膜弁８により区画された格納部材６内の空間、及びこの空間と上記連通孔７ｃを介して連結されたシリンダ１３内におけるピストン１４より手前側の空間のことである。
そして、上記薬液注入装置１は、上記加圧室Ｓ内の圧力（すなわち、駆動力）によって、ピストン１４を押し込むことによりシリンダ１３内の薬液を吐出するようになっている。一方、上記ピストン１４が移動することに伴い加圧室Ｓ内の圧力が低下すると、上記ガスボンベ４から圧力を補充することにより、その駆動力を一定に保つようになっている。
具体的に、図５の（ａ）に示すように、上記駆動部２は、上記開閉弁４ａを閉鎖しようとする力Ｆ１（圧縮気体の圧力に起因する力）と加圧室Ｓ内の圧力により隔膜弁８を外側へ拡張させようとする力Ｆ２との合力（第一合力）と、大気圧及び圧縮ばね１１の付勢力により隔膜弁８を加圧室Ｓ側へ押し込む力の合力（第二合力）Ｆ３とが釣り合うように（Ｆ１＋Ｆ２＝Ｆ３となるように）、上記リンク部材１０によって開閉弁４ａと隔膜弁８とが連動するようになっている。
そのため、上記ピストン１４が移動することにより加圧室Ｓが拡張することに伴い、当該加圧室Ｓ内の圧力が低下すると、上記力の均衡が崩れ（Ｆ１＋Ｆ２＜Ｆ３となり）、図５の（ｂ）に示すように、隔膜弁８が加圧室Ｓ側に撓んで開閉弁４ａが開放することになる。
したがって、上記駆動部２は、適宜ガスボンベ４の開閉弁４ａを開閉させることにより、加圧室Ｓ内の圧力を略一定として、上記ピストン１４を押し込む駆動力を略一定に保つことができる。
また、駆動部２の駆動力を変化させる場合には、図５の（ｃ）に示すように、調整つまみ１２をねじ込むことにより、圧縮ばね１１の付勢力、すなわち上記合力Ｆ３を強くすることができるので、この合力Ｆ３と均衡を保とうとする加圧室Ｓ内の圧力による力Ｆ２を強くすることができる。
ところで、上記ガスボンベ４内の圧縮気体は、使用環境における温度変化に応じて図６に示すような挙動を示す。なお、図６では、窒素が封入されたガスボンベ４の圧力を例に挙げて示している。
すなわち、圧縮気体に窒素を採用した場合、上記ガスボンベ４内の圧力Ｌ１は、概ね気体の状態方程式（以下式（１）参照）に基づき、環境温度の変化に比例して増加する。
ＰＶ＝ｎＲＴ・・・（１）
Ｐ：圧力
Ｖ：容積（本実施形態ではガスボンベの容積：一定）
ｎ：モル数
Ｔ：温度
したがって、上記ガスボンベ４内の圧縮気体の圧力を駆動力として利用することにより、環境温度の上昇、下降にかかわらず、駆動力の変化量を温度差に応じて略一定とすることができる。なお、なお、図６では、圧縮気体として窒素を例に挙げて説明しているが、これに限定されることはなく、例えば、圧縮空気を採用することもできる。
そして、実際に環境温度が２０℃から４０℃に上昇した場合を例に挙げて、上記薬液注入装置１の加圧室Ｓの圧力変化、吐出流量の変化について図７を参照して説明する。
図７では、まず、環境温度Ｔ１を２０℃として薬液注入を約１時間実行している。この間は、加圧室内の圧力Ｐ１は約０．４７kg/cm2、流量Ｒ１は約０．１２ml/minである。
そして、環境温度Ｔ１を４０℃へ上昇すると、上記加圧室Ｓ内の気体が膨張することに伴い、圧力Ｐ１は、約０．５６kg/cm2まで一旦上昇し、ここから、上記ピストン１４を押し込むストロークに応じて徐々に下降することになる。この圧力推移に応じて、流量Ｒ１も、約０．２１ml/minまで一旦上昇し、上記ストロークに応じて徐々に下降する。
そして、所定のストロークだけピストン１４を押し込むと、圧力Ｐ１は、初期の圧力（約０．４７kg/cm2）よりも低い約０．３５kg/cm2まで下降して、その後は、この状態を維持する。ここで、圧力Ｐ１が初期の圧力よりも低くなるのは、上述した力の均衡（Ｆ１＋Ｆ２＝Ｆ３）を維持するためである。
一方、上記圧力Ｐ１の変化に応じて、流量Ｒ１は、上記所定のストロークが完了した時点で０．１３ml/minとなり、その後は、この流量を維持することになる。
ここで、環境温度Ｔが上昇することにより、圧力Ｐ１が初期の圧力よりも低い圧力で安定しているのに対し、流量Ｒ１が初期の流量（０．１２ml/min）よりも多くなっているのは、薬液の粘度変化の影響によるものである。
すなわち、環境温度Ｔ１が２０℃から４０℃へ変化することにより、薬液の粘度も上昇することになる。蒸留水を例に挙げて説明すると、２０℃における粘度は１．００２（cP）、４０℃における粘度は０．６５３（cP）となる。そして、薬液は、上記流量調整部材２０における極小断面の孔を通過することになるが、このときの流動抵抗は、上記環境温度Ｔ１の上昇に応じて、低下することになる。
具体的に、ハーゲン・ポアズイユの法則（以下式（２）参照）によれば、流量Ｑは、粘度μに反比例するため、上記粘度変化が生じると、流量Ｑは、理論上約１．５倍（１．００２÷０．６５３：５０％増）増加することになる。しかしながら、上記薬液注入装置１では、ガスボンベ４内の圧力増加に伴い加圧室Ｓ内の圧力Ｐ１が減少するため、この圧力減少と上記粘度変化による流量増加とが相殺される結果、約１．０８倍（０．１３÷０．１２：８％増）の流量増加で収まっている。
Ｑ＝ｐπＲ4／（８μＬ）・・・（２）
Ｑ：流量
ｐ：圧力
Ｒ：流路の半径
μ：粘度
Ｌ：流路長
そして、図７では、薬液注入開始から約９時間半後に、環境温度Ｔ１が再び２０℃へ下降している。これに伴い、圧力Ｐ１及び流量Ｒ１は、注入開始後と略同一の値（Ｐ１：約０．４８kg/cm2、Ｒ１：約０．１２ml/min）まで復帰することになる。なお、環境温度Ｔ１が４０℃となる時間を約８時間としているのは、患者が薬液注入装置１を携帯し、そのまま就寝した場合を想定しているためである。
ここで、上記薬液注入装置１の環境温度に対する影響についてまとめると、図８に示すようになる。すなわち、環境温度が上昇した場合には、ガスボンベ４内の圧力が増加することにより、加圧室Ｓ内の圧力が減少する一方、薬液の粘度が低下することにより、これら圧力の減少と粘度の低下とが相殺して、流量変化を可及的に抑制することができる。
一方、環境温度が下降した場合には、ガスボンベ４内の圧力が減少することにより、加圧室Ｓ内の圧力が増加する一方、薬液の粘度が増加することにより、これら圧力の増加と粘度の上昇とが相殺して、流量変化を可及的に抑制することができる。
ところで、図７において、圧力Ｐ２は、隔膜弁８をニトリルゴムにより形成した場合の圧力推移を示したものである。上記圧力Ｐ１は、環境温度Ｔ１の上昇に伴い一旦増加した圧力が約１．５時間で正規の圧力に復帰しているのに対し、圧力Ｐ２では、この復帰に約３時間を要している。この違いは、隔膜弁８の気体透過性の影響によるものである。
すなわち、可撓性を有する材質として一般に利用されるブチルゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴムの気体透過性は、順に、０．９〜１．０、０．３〜３．５、１、４００〔それぞれ、×１０-13cc・cm/(cm2・sec・atm)〕であり、シリコーンゴムは、他のものと比較して著しく大きい気体透過性を有している。そのため、上記薬液注入装置１では、環境温度Ｔ１の上昇に応じて増加した余剰の圧力を迅速に排出することができる。
さらに、上記薬液注入装置１の駆動部２は、圧縮気体の圧力を駆動力として利用しているので、ガスボンベ４内の気体の量（モル数）が減少することに伴い、当該ガスボンベ４内の圧力が低下し、これに応じて加圧室Ｓ内の圧力が増加することになる。
図９は、薬液注入時における、シリンダ内の薬液の圧力を示すものであり、駆動部２の駆動力を利用して内面がテーパ状に形成されていないシリンダに対してピストンを押し込んだ場合と、内面がテーパ状に形成された上記シリンダ１４に対して一定の駆動力でピストン１４を押し込んだ場合とを比較した試験データである。
すなわち、内面がフラットに形成されたシリンダに対して上記駆動部２を用いてピストンを押し込んだ場合、シリンダ内の薬液の圧力Ｐ３は、薬液注入量の増加に応じて、徐々に増加することになる。一方、上記シリンダ１３に対してピストン１４を一定の圧力で押し込んだ場合、ピストン１４がシリンダ１３内へ押し込まれることに伴い、これら両者の摺動抵抗が増加する結果、吐出された薬液の圧力Ｐ４が徐々に減少することになる。
そして、上記薬液注入装置１では、内面がテーパ状に形成されたシリンダ１３に対して駆動部２の加圧室Ｓ内の圧力によって、ピストン１４を押し込むようにしているので、上記圧力Ｐ３及びＰ４に相当する圧力変化がそれぞれ相殺され、薬液注入量の増加（圧縮気体の量の減少）に伴う薬液の流量変化を可及的に抑制することができる。
換言すると、液化（炭酸）ガスを用いて駆動力を発生させる場合、ガスボンベ内の液化（炭酸）ガスの残量にかかわらず、駆動力に変化が生じないという利点（飽和蒸気圧による利点）がある反面、シリンダ１３を合成樹脂で成形する場合には、その製造過程における制限（金型の抜き勾配等）によってシリンダ１３内面をテーパ状に設計する必然性が高く、これら駆動力とシリンダ１３とを組み合わせた場合には、薬液の吐出圧力は徐々に減少することになる。特に、薬液を収容するシリンダ１３は、感染防止の観点から患者毎に使い捨てにすることが要請されているので、合成樹脂の成形品で形成される頻度が高い。
したがって、圧縮ガスのみを駆動力として用いる上記薬液注入装置１によれば、シリンダ１３に形成されたテーパの影響による吐出圧力の低下を可及的に抑制することができる。
なお、上記実施形態では、注入ポート１５から薬液容器３内に薬液を充填するように構成されているが、当該薬液容器３には、予め所定の薬液を充填しておくことも可能である。この構成によれば、薬液注入装置１の使用時における薬液の充填作業が不要となる。そして、この構成を採用した場合、上記注入ポート１５を省略することも可能であるが、医療現場において上記所定の薬液に別の薬液を混合するといった必要が生じることもあるので、注入ポート１５は、必ずしも省略する必要はない。
以上説明したように、上記薬液注入装置１によれば、圧縮気体の圧力を駆動力として利用しているので、環境温度の上昇、下降にかかわらず、その駆動力の変化を、温度差に応じた略一定の値とすることができる。
すなわち、ガスボンベ４内の圧縮気体は、概ね、気体の状態方程式に基づいた挙動を示すので、上記ガスボンベ４内で容積を一定とされた圧力は、温度変化に比例して増減することになる。
したがって、上記薬液注入装置１によれば、その駆動力が温度変化に概ね比例して変化するので、環境温度が上昇した場合であっても、急激な流量変化を抑制することができる。
特に、液化気体を使用した場合には、ガスボンベ内の圧力Ｌ２は、図６に示すように、環境温度の変化に伴い、二次曲線的な飽和蒸気圧曲線に沿って変化することになるので、環境温度が上昇したときに著しく大きくなってしまうのに対し、上記薬液注入装置１のように圧縮気体を使用する場合、ガスボンベ４内の圧力Ｌ１は、概ね環境温度に比例して増減することになるので、環境温度が上昇した場合であっても、急激な流量変化を抑制することができる。
また、上記薬液注入装置１では、電源供給の不要なガスボンベ４を利用しているので、患者が携帯して使用するのに適した構成とすることができる。
上記駆動部２を薬液容器３に対して着脱可能とした構成によれば、薬液注入後に薬液容器３を交換することによって、圧縮気体が無くなるまでの間、駆動部２を再使用することができるので、使い捨ての構成を低減させることができ、薬液注入装置１のコストを低減させることができる。
上記薬液容器３に予め所定の薬液が充填されている構成によれば、薬液注入装置の使用時に薬液容器３に薬液を充填するといった作業を省略することができるので、医療従事者の負担を軽減させることができる。
開閉弁４ａ、隔膜弁８、圧縮ばね１１及び、リンク部材１０を備え、第一合力（Ｆ１＋Ｆ２）と第二合力Ｆ３との均衡を保った状態における加圧室Ｓ内の圧力を駆動力として利用するようにした構成によれば、環境温度の変化に伴う駆動力の変化を温度差に応じて略一定にすることができるだけでなく、ガスボンベ４内の圧力を、所望の駆動力を発生し得る圧力に減圧することができる。
すなわち、この構成では、第一合力（Ｆ１＋Ｆ２）と第二合力Ｆ３とが均衡を保つようになっているので、加圧室Ｓ内の圧力による力は、ガスボンベ４内の圧力による力から大気圧による力及び圧縮ばね１１の付勢力を減じたもの（Ｆ２＝Ｆ３−Ｆ１）となり、圧縮ばね１１の付勢力を適宜選択することによって、駆動力を所望の大きさに設定することができる。
流量調整部材２０を備えた構成によれば、環境温度が変化した場合における流量精度をより向上させることができる。
すなわち、環境温度の上昇に伴い、圧縮気体の圧力が増加すると、上記第一合力が増加しようとするが、この第一合力は、上記第二合力Ｆ３との均衡を保つ必要があり、第二合力Ｆ３は一定であるので、結果的に隔膜弁８を外側へ拡張させようとする力、すなわち、加圧室Ｓ内の圧力が低下することになる。
一方、環境温度が上昇することによって、薬液の粘度は低下し、これにより、薬液注入装置２０に対する薬液の流動抵抗が小さくなるので、当該薬液の流量は増加することになる。
したがって、上記構成では、環境温度の上昇により、薬液流量が減少する方向へ駆動力がシフト（低下）する一方、薬液流量が増加する方向へ薬液の粘度がシフト（低下）するので、これらが相殺されることによって、環境温度の上昇による薬液流量の変化を可及的に抑制することができる。
シリンダ１３とピストン１４とを備えた構成によれば、シリンダ１３の内部がテーパ状に形成されているので、薬液残量の減少に伴う薬液流量の低下を抑制することができる。
すなわち、ガスボンベ４内の圧縮気体の圧力は、ピストン１４を押し込むストローク（圧縮気体の使用量の増加）に伴い低下することになるが、上述したように、ガスボンベ４内の圧力が低下すると、加圧室Ｓ内の圧力は増加することになる。一方、シリンダ１３に対するピストン１４の摺動抵抗は、シリンダ１３内のテーパにより上記ストロークに応じて増加することになる。
したがって、この構成によれば、薬液残量の減少に伴って、薬液流量が増加する方向へ駆動力がシフト（増加）する一方、薬液流量が減少する方向へピストン１４の摺動抵抗がシフト（増加）するため、これらが相殺されることによって、薬液流量の低下を抑制することができる。
上記隔膜弁８の少なくとも一部を気体透過性の高い材質とした構成によれば、加圧室Ｓ内の圧力が増加してしまった場合であっても、薬液流量の精度を可及的に維持することができる。
すなわち、環境温度が上昇すると、加圧室Ｓ内の圧力が増加することになるが、上記構成では、この余剰圧力を隔膜弁８から積極的に逃がすことができるので、加圧室Ｓを正規の圧力へ速やかに復帰させることができる。
したがって、上記構成によれば、環境温度が上昇した場合であっても、流量の上昇を一時的に抑えることができるので、流量精度を可及的に維持することができる。
なお、上記薬液注入装置１の連通孔７ｃには、開閉弁を設けることができる。これにより、駆動部２と薬液容器３とを着脱する際に、圧縮気体が無駄に流出してしまうことを防止することができる。
また、上記連通孔７ｃを省略して、上記格納部材６の雌ねじ部７ｂとガスボンベ４の雄ねじ部４ｂとの間を通して圧縮気体を流通させるようにしてもよい。
本発明に係る薬液注入装置の全体構成を示す側面断面図である。 図１の薬液注入装置の駆動部を示す側面断面図である。 図１の薬液注入装置の薬液容器を示す側面断面図である。 駆動部と薬液容器との連結構造を示す斜視図である。 駆動部の動作を示す側面断面図であり、（ａ）は第一合力と第二合力との均衡を保った状態、（ｂ）は開閉弁が開放した状態、（ｃ）は圧縮ばねの付勢力を強くした状態をそれぞれ示している。 環境温度が変化した場合におけるガスボンベ内の圧力の変化を示すグラフである。 環境温度が変化した場合における加圧室内の圧力と薬液の流量とを示すグラフである。 環境温度が変化した場合におけるガスボンベ内の圧力、加圧室内の圧力、及び薬液の粘度変化をそれぞれ示す一覧表である。 シリンダとピストンとの摺動抵抗による流量変化、及び駆動室内の圧力の変化をそれぞれ示すグラフである。
符号の説明
１ 薬液注入装置
２ 駆動室
３ 薬液容器
４ ガスボンベ
４ａ 開閉弁
５ 本体部
Ｓ 加圧室
８ 隔膜弁
１１ 圧縮ばね（付勢部材）
１０ リンク部材
Ｆ１、Ｆ２ 力
Ｆ３ 合力（第二合力）
１３ シリンダ
１４ ピストン

Claims (7)

  1. 駆動部を備え、この駆動部の駆動力によって薬液容器を加圧して、当該薬液容器内の薬液を患者へ注入するように構成された薬液注入装置であって、
    上記駆動部は、圧縮気体のみが封入されたガスボンベを備え、このガスボンベ内の圧力によって上記駆動力を発生するように構成されていることを特徴とする薬液注入装置。
  2. 請求項１に記載の薬液注入装置において、上記駆動部は、薬液容器に対して着脱可能に構成されていることを特徴とする薬液注入装置。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の薬液注入装置において、上記薬液容器には、予め所定の薬液が充填されていることを特徴とする薬液注入装置。
  4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の薬液注入装置において、
    上記ガスボンベは、
    外力が付与されていない場合に上記圧縮気体の圧力によってガスボンベを閉塞するように構成された開閉弁を備えている一方、
    上記駆動部は、
    上記開閉弁を開放することにより、当該ガスボンベ内と連通可能な本体部と、
    この本体部と薬液容器との間に上記ガスボンベから流出した圧縮気体を封入可能な加圧室を区画する隔膜弁と、
    この隔膜弁を、大気に開放された外側から上記加圧室側へ付勢する付勢部材と、
    上記開閉弁を閉鎖しようとする力と加圧室内の圧力により隔膜弁を外側へ拡張させようとする力とを加えた第一合力と、大気圧及び上記付勢部材の付勢力により隔膜弁を加圧室側へ押し込む第二合力とが釣り合うように、上記開閉弁及び隔膜弁を連動させるリンク部材とを備え、
    上記加圧室内の圧力を駆動力として利用するように構成されていることを特徴とする薬液注入装置。
  5. 請求項４に記載の薬液注入装置において、上記薬液容器は、極小断面積に形成された孔を有し、この孔に対して、上記駆動力に応じて吐出した薬液を通して圧力損失を生じさせることにより当該薬液の流量を調整可能な流量調整部材を備えていることを特徴とする薬液注入装置。
  6. 請求項４又は請求項５に記載の薬液注入装置において、上記薬液容器は、薬液を収容するシリンダと、このシリンダ内をその軸線方向に沿って摺動することにより、当該シリンダの先端側から薬液を吐出可能なピストンとを備え、上記シリンダの内部は、先端側が狭くなるテーパ状に形成されていることを特徴とする薬液注入装置。
  7. 請求項４乃至請求項６の何れかに記載の薬液注入装置において、上記隔膜弁は、少なくとも一部が気体透過性の高い材質により形成されていることを特徴とする薬液注入装置。
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