JP2013029071A - 流体輸送カートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】流体輸送装置において、弾性チューブの経年劣化により設定された吐出量の流体を正確に吐出できない場合がある。
【解決手段】流体輸送装置は、流体輸送カートリッジおよび流体輸送駆動ユニットを備える。流体輸送カートリッジは、流体を輸送する弾性チューブと、弾性チューブを外部から押圧して流体の輸送路を狭窄する第１位置と、狭窄しない第２位置との間で変位する押圧部と、押圧部を変位させる駆動機構を収容する収容部とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、流体輸送カートリッジに関する。

特許文献１には、カムの回転により弾性チューブを複数のフィンガーにより流体の上流側から下流側に向かって順次押圧することで、流体を弾性チューブを介して輸送する蠕動駆動方式の流体輸送装置が開示されている。
特許文献１ 特開２０１１−１１１９８９号公報

上記のような流体輸送装置では、設定された吐出量の流体を弾性チューブを介して吐出している。しかしながら、弾性チューブの経年劣化により設定された吐出量の流体を正確に吐出できない場合がある。

本発明に係る流体輸送カートリッジは、流体を輸送する弾性チューブと、弾性チューブを外部から押圧して流体の輸送路を狭窄する第１位置と、狭窄しない第２位置との間で変位する押圧部と、押圧部を変位させる駆動機構を収容する収容部とを備える。

上記流体輸送カートリッジにおいて、押圧部は、収容部が駆動機構を収容しない状態において、弾性チューブを押圧しなくてもよい。押圧部は、収容部が駆動機構を収容しない状態において、弾性チューブの弾性力により第２位置に位置してもよい。押圧部は、弾性チューブに対して流体の輸送方向に沿って設けられた複数の押圧ピンでもよい。

上記流体輸送カートリッジにおいて、収容部は、複数の押圧ピンを変位させるカムを収容するカム収容部でもよい複数の押圧ピンの先端は、カム収容部に対して突出しており、カムの収容方向に対向する半球面を有してもよい。複数の押圧ピンは、カムの回転中心に対して放射状に配置されており、放射方向に沿って第１位置と第２位置との間で変位してもよい。

上記流体輸送カートリッジは、回転中心に対して円弧形状を有する、カムを備える流体輸送駆動ユニットに対する装着位置決め部を備えてもよい。上記流体輸送カートリッジは、矩形であり、矩形の二辺に流体輸送駆動ユニットを固定する固定受け部を有してもよい。二辺は、弾性チューブへ流体が注入される注入口が設けられた一辺と、弾性チューブから流体が吐出される吐出口が設けられた一辺でもよい。

上記流体輸送カートリッジは、流体輸送駆動ユニットに対向する内向面とは反対の外向面が透明である外装部材を備えてもよい。外装部材は、弾性チューブの圧力を計測する圧力センサを挿通させる挿通孔を内向面に有してもよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る流体輸送装置の利用形態の一例を示す図である。 本実施形態に係る流体輸送装置の上面図である。 本実施形態に係る流体輸送カートリッジの内部構造の概略図である。 切替弁における流体の切り替えについて説明するための模式図である。 切替弁における流体の切り替えについて説明するための模式図である。 切替弁における流体の切り替えについて説明するための模式図である。 切替弁における流体の切り替えの変形例について説明するための模式図である。 流体輸送駆動ユニットの上面図である。 流体輸送駆動ユニットが備えるカムの概観斜視図である。 押圧ピンの半球面およびカム体のテーパ面について説明するための模式図である。 流体輸送駆動ユニットの機能ブロックを示す図である。 制御部による流体の吐出制御についてのフローチャートである。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る流体輸送装置３００の利用形態の一例を示す図である。流体輸送装置３００は、例えば犬、猿などの被検体である実験用動物が装備している実験用着衣３１０に固定される。流体輸送装置３００は、予め定められた設定条件により定められた設定吐出量ずつ薬液等の流体を実験用動物の体内へ注入する。設定条件は、吐出開始時刻、単位時間あたりの吐出量を示す吐出割合、吐出時間、吐出間隔などの条件としてプログラム化されている。また、必要に応じて設定条件は、無線通信を介して遠隔操作により変更されうる。

流体としては、例えば、薬液、生理食塩水、栄養液などの液体に限らず、吐出させたい成分を含んだゲル、ガスなどであってもよい。また、流体輸送装置３００は、中型の実験用動物またはペットが装着したまま活動できる程度の大きさであるので、装着対象は実験用動物に限らず、人体へも応用できる。流体輸送装置３００を人体に装着することにより、例えば、血管、筋肉等、生体組織に対して計画的または定期的に薬液を投与できる。

図２は、流体輸送装置３００の上面図である。流体輸送装置３００は、流体輸送カートリッジ１００および流体輸送駆動ユニット２００を備える。流体輸送装置３００は、２種類の流体を選択的に吐出できる。流体輸送カートリッジ１００は、流体輸送駆動ユニット２００に対して着脱可能に固定される。流体輸送カートリッジ１００は、第１流体注入口部１０１、第２流体注入口部１０２、および流体吐出口部１０３を備える。第１流体注入口部１０１は、第１流体を収容する外部の第１リザーバーに接続される。第２流体注入口部１０２は、第２流体を収容する外部の第２リザーバーに接続される。流体吐出口部１０３は、実験用動物の体内に第１流体または第２流体を注入するための注入チューブに接続される。

流体輸送駆動ユニット２００は、カムユニット２１０を備える。カムユニット２１０は、回転駆動するカム体２１２およびカム体２１２を収納するカムカバー２１４を有する。カムユニット２１０は、第１流体または第２流体を第１流体注入口部１０１または第２流体注入口部１０２から流体吐出口部１０３へ導く駆動機構である。また、流体輸送駆動ユニット２００のカムユニット２１０は、流体輸送カートリッジ１００に対する位置決め部としても機能する。カムユニット２１０のカムカバー２１４は、回転中心に対して円弧形状を有し、流体輸送カートリッジ１００を固定する場合に流体輸送駆動ユニット２００に対して流体輸送カートリッジ１００を位置決めする。

さらに、流体輸送駆動ユニット２００は、実験用動物に関する生体情報を取得するための入力端子２６０を備える。生体情報としては、例えば実験用動物の血圧に関する情報、心電図に関する情報である。生体情報は、流体の吐出制御に用いてよい。なお、生体情報に基づいて流体の吐出制御を行わないのであれば、入力端子２６０は備えなくてもよい。また、流体輸送駆動ユニット２００は、流体輸送カートリッジ１００を固定するための第１フック２０５および第２フック２０６を備える。第１フック２０５は、流体輸送カートリッジ１００の第１流体注入口部１０１と第２流体注入口部１０２との間の一辺１１０ａを固定する。第２フック２０６は、流体輸送カートリッジ１００の流体吐出口部１０３が設けられる一辺１１０ｂを固定する。また、流体輸送カートリッジ１００と流体輸送駆動ユニット２００とはロック部１５４により固定される。このように、ロック部１５４とともに、二辺において流体輸送カートリッジ１００が固定されることで、流体輸送カートリッジ１００が流体輸送駆動ユニット２００に対して脱落することを防止できる。また、流体輸送カートリッジ１００を取り外す場合には、ロック部１５４を解除し、例えば右手の親指で第１フック２０５を押さえ、かつ右手の親指以外の指で第２フック２０６を押さえながら、左手で流体輸送カートリッジ１００を取り外すことができる。よって、流体輸送カートリッジ１００を流体輸送駆動ユニット２００から容易に取り外すことができる。このように、流体輸送装置３００が、第１フック２０５、第２フック２０６、およびロック部１５４などの異なる固定機能を有することで、猿などの霊長類に流体輸送装置３００が装着される場合に、霊長類の手遊びなどに起因して流体輸送カートリッジ１００が脱落することを防止できる。

図３は、流体輸送カートリッジ１００の内部構造の概略図である。流体輸送カートリッジ１００は、外装部材１１０、第１弾性チューブ１１１、第２弾性チューブ１１２、切替弁１３０、ねじ軸１３４、第３弾性チューブ１１３、および複数の押圧ピン１４０を備える。外装部材１１０は、第１弾性チューブ１１１、第２弾性チューブ１１２、切替弁１３０、ねじ軸１３４、第３弾性チューブ１１３、および複数の押圧ピン１４０を収容する。外装部材１１０は、流体輸送駆動ユニット２００に対向する内向面とは反対の外向面が少なくとも透明である。また、外装部材１１０には、流体輸送駆動ユニット２００に固定するためのロック部１５４が設けられている。流体輸送カートリッジ１００の内向面または外向面側から見た外形は、第１流体注入口部１０１、第２流体注入口部１０２および流体吐出口部１０３を除く部分において略矩形であり、流体輸送駆動ユニット２００に対して矩形の二辺にそれぞれ固定される。その二辺は、第１流体注入口部１０１および第２流体注入口部１０２が設けられ、第１流体注入口部１０１と第２流体注入口部１０２との間の一辺１１０ａ、および流体吐出口部１０３が設けられる一辺１１０ｂである。外装部材１１０は、一辺１１０ａに、第１フック２０５が固定される第１固定受け部１１６ａを有する。また、外装部材１１０は、一辺１１０ｂに、第２フック２０６が固定される第２固定受け部１１６ｂを有する。

第１弾性チューブ１１１は、外装部材１１０に形成された第１溝１２１に沿って配置され、第１流路を構成する。第１弾性チューブ１１１の一端は、第１流体注入口部１０１に接続され、他端は、切替弁１３０に接続される。第１弾性チューブ１１１は、第１リザーバーから第１流体注入口部１０１を介して注入された第１流体を切替弁１３０に輸送する。第２弾性チューブ１１２は、外装部材１１０に形成された第２溝１２２に沿って配置され、第２流路を構成する。第２弾性チューブ１１２の一端は、第２流体注入口部１０２に接続され、他端は、切替弁１３０に接続される。第２弾性チューブ１１２は、第２リザーバーから第２流体注入口部１０２を介して注入された第２流体を切替弁１３０に輸送する。第３弾性チューブ１１３は、外装部材１１０に形成された第３溝１２３に沿って配置され、第３流路を構成する。第３弾性チューブ１１３の一端は、切替弁１３０に接続され、他端は流体吐出口部１０３に接続される。第３弾性チューブ１１３は、切替弁１３０を介して流入された第１流体または第２流体を流体吐出口部１０３まで輸送する。なお、第１流体注入口部１０１、第２流体注入口部１０２、および流体吐出口部１０３は、簡易着脱方式の一つであるルアーロック方式のコネクタでもよい。

切替弁１３０は、第１流体および第２流体のいずれか一方を流体吐出口部１０３に導くための機構である。切替弁１３０は、シリンダ１３１、ピストン１３２、並びにＯリング１３３ａ、１３３ｂおよび１３３ｃを備える。シリンダ１３１は、第１弾性チューブ１１１、第２弾性チューブ１１２、および第３弾性チューブ１１３に接続される。ピストン１３２は、シリンダ１３１の内部にＯリング１３３ａ、１３３ｂおよび１３３ｃを介して嵌合して、第１流体を第１弾性チューブ１１１から第３弾性チューブ１１３へ導く第１状態と、第２流体を第２弾性チューブ１１２から第３弾性チューブ１１３へ導く第２状態との間で変位する。ねじ軸１３４は、ピストン１３２の内部に嵌合され、ピストン１３２、並びにＯリング１３３ａ、１３３ｂおよび１３３ｃとともにボールねじを構成する。ねじ軸１３４が軸中心に回転することに応じて、ピストン１３２並びにＯリング１３３ａ、１３３ｂおよび１３３ｃがシリンダ１３１の内壁に沿って摺動し、第１状態および第２状態の間で変位する。

ピストン１３２は、検知体１３５を備える。検知体１３５は、シリンダ１３１に形成された開口を介して、外装部材１１０の内向面に形成された開口から突出している。そして、流体輸送駆動ユニット２００が備える位置センサが検知体１３５を検知することで、ピストン１３２の位置が検知される。検知結果は、流体輸送駆動ユニット２００に提供され、流体輸送駆動ユニット２００が備えるＬＥＤ表示部２０８が検知結果を表示する。ユーザは、ＬＥＤ表示部２０８の状態を目視することで、第１流体または第２流体のいずれか一方が吐出対象の流体として選択されているかを確認できる。また、Ｏリング１３３ａ、１３３ｂおよび１３３ｃは、例えば、有色シリコンで構成されており、ピストン１３２が第１状態または第２状態にあるかを視覚的に確認するための位置マークとしても機能する。ここで、シリンダ１３１は、外装部材１１０の外向面と同様に透明である。したがって、ピストン１３２に設けられたＯリング１３３ａ、１３３ｂおよび１３３ｃは、外装部材１１０の外側から目視できる。よって、ユーザは、流体輸送カートリッジ１００が流体輸送駆動ユニット２００に装着された状態で、Ｏリング１３３ａ、１３３ｂおよび１３３ｃを目視することで、ピストン１３２が第１状態または第２状態にあるかを確認できる。つまり、ユーザは、Ｏリング１３３ａ、１３３ｂおよび１３３ｃを目視することで、吐出対象の流体が、第１流体なのか第２流体なのかを確認できる。

また、外装部材１１０は、第３溝１２３の流体輸送駆動ユニット２００に対向する内向面側の流体吐出口部１０３の近傍に挿通孔１６０を有する。挿通孔１６０には、第３弾性チューブ１１３の圧力を計測するための圧力検出用のピンが挿通される。さらに、外装部材１１０は、流体輸送駆動ユニット２００に装着された場合にユニット側の位置決め部を兼ねるカムユニット２１０に対向する位置に、カムユニット２１０との位置決め部を兼ねるカム収容開口１５０を有する。カム収容開口１５０は、カムユニット２１０の外周に接する貫通口である。外装部材１１０は、流体輸送駆動ユニット２００に対向する内向面の対角線上に位置する二つの角部付近に、内向面から突出している突起部１１５ａおよび１１５ｂを有する。突起部１１５ａおよび１１５ｂは、流体輸送駆動ユニット２００に設けられた固定孔に嵌合される。これにより、流体輸送カートリッジ１００と流体輸送駆動ユニット２００との位置ずれが抑制される。さらに、外部部材１１０は、貫通口１５２を有する。流体輸送駆動ユニット２００に設けられた凸部が貫通口１５２に嵌合する。

複数の押圧ピン１４０は、第３弾性チューブ１１３を外部から押圧して流体の輸送路を狭窄する第１位置と、狭窄しない第２位置との間で変位する押圧部の一例である。複数の押圧ピン１４０は、外装部材１１０に形成されたピン案内溝１２４に沿って配置される。複数の押圧ピン１４０は、カムユニット２１０の回転中心に対して放射状かつ等間隔に、第３弾性チューブ１１３に対して流体の輸送方向に沿って配置される。複数の押圧ピン１４０の先端は、カム収容開口１５０に対してカム収容開口１５０の中心方向に向かって突出している。さらに、複数の押圧ピン１４０の先端は、カムユニット２１０の収容方向に対向する半球面を有する。このように半球面を有することで、カムユニット２１０がカム収容開口１５０に収容される場合に、複数の押圧ピン１４０の先端とカム体２１２の側面との間の摩擦を低減し、複数の押圧ピン１４０を規定された位置に確実に配置できる。

さらに、ピン案内溝１２４に配置された状態の押圧ピン１４０を外向面側から見た場合に、押圧ピン１４０の先端部分は、先細りになるようにテーパ面を有する。これにより、複数の押圧ピン１４０を、狭い取り付けスペースに放射状に配置できる。さらに、押圧ピン１４０の先端が先細り形状なので、カム体２１２と押圧ピン１４０との接触面積を小さくでき、カム体２１２が回転駆動する場合の摺動抵抗を低減できる。また、カム収容開口１５０は、カムユニット２１０の回転中心に対して円弧形状を有している。これにより、流体輸送カートリッジ１００が流体輸送駆動ユニット２００に装着された状態において、カム収容開口１５０の円弧形状の中心と、カムユニット２１０の回転中心とを一致させることができる。そして、カム収容開口１５０の円弧形状の中心と、カムユニット２１０の回転中心とが一致しているので、カムユニット２１０がカム収容開口１５０に収容された状態で回転駆動した場合に、流体輸送カートリッジ１００がカムユニット２１０に対して位置ずれすることを防止できる。さらに、カム収容開口１５０の円弧形状の中心と、カムユニット２１０の回転中心とが一致しているので、カム体２１２の回転駆動に応じて複数の押圧ピン１４０のそれぞれが順次第３弾性チューブ１１３を均等の力で押圧できる。したがって、カム体２１２の駆動に応じて、正確に複数の押圧ピン１４０に第３弾性チューブ１１３を押圧させることができる。これにより、流体を設定吐出量だけ正確に吐出させることができる。

ここで、流体輸送カートリッジ１００が流体輸送駆動ユニット２００に装着された状態において、複数の押圧ピン１４０は、カム体２１２の駆動に応じて、放射方向に沿って第３弾性チューブ１１３を外部から押圧して流体の輸送路を狭窄する第１位置と、狭窄しない第２位置との間で変位し、流体を上流側から下流側へ輸送する。言い換えれば、複数の押圧ピン１４０は、カム体２１２の駆動に応じて、第３弾性チューブ１１３を流体の上流側から下流側へ順次押圧することで第３弾性チューブ１１３を蠕動させて、流体を上流側から下流側へ輸送する。

一方、流体輸送カートリッジ１００が流体輸送駆動ユニット２００から取り外された状態、つまり、カム収容開口１５０がカムユニット２１０を収容していない状態において、複数の押圧ピン１４０は、第３弾性チューブ１１３を押圧していない。言い換えれば、複数の押圧ピン１４０は、カム収容開口１５０がカムユニット２１０を収容していない状態において、第３弾性チューブ１１３の弾性力により流体の輸送路を狭窄しない第２位置に位置している。これにより、流体輸送装置３００を使用しない場合には、流体輸送カートリッジ１００を流体輸送駆動ユニット２００から取り外しておくことで、第３弾性チューブ１１３が複数の押圧ピン１４０のいずれによっても押下されていない状態を維持できる。したがって、第３弾性チューブ１１３が複数の押圧ピン１４０により押下された状態が継続することで、第３弾性チューブ１１３の経年劣化が進行することを抑制できる。

また、複数の押圧ピン１４０を押圧する駆動機構であるカムユニット２１０が流体輸送駆動ユニット２００側に設けられている。カムユニット２１０は、設定された吐出量だけ流体を正確に吐出させるために正確に回転することが要求される。カムユニット２１０が流体輸送カートリッジ１００側に設けられる場合、流体輸送カートリッジ１００の装着ごとにカムユニット２１０を予め定められた位置に正確に固定することが要求される。しかし、カムユニット２１０を予め定められた位置に正確に固定することは難しい。したがって、カムユニット２１０を流体輸送駆動ユニット２００側に設けることで、流体輸送カートリッジ１００の装着ごとにカムユニット２１０が位置ずれすることを防止できる。これにより、流体輸送カートリッジ１００の装着ごとに流体の吐出量にばらつきが生じることを防止できる。

さらに、流体輸送カートリッジ１００が流体輸送駆動ユニット２００に対して着脱できる。これにより、流体輸送カートリッジ１００を消耗品として適宜交換できる。よって、例えば、一定回数の使用ごとに流体輸送カートリッジ１００を交換することで、流体輸送カートリッジ１００の清潔さを維持できる。

図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃは、切替弁１３０における流体の切り替えについて説明するための模式図である。シリンダ１３１は、第１流路に接続される第１流路口１３６、第２流路に接続される第２流路口１３７、および第３流路に接続される第３流路口１３８を有する。ピストン１３２は、外周に沿ってＯリング１３３ａおよびＯリング１３３ｂとの間に円環状の第１流路溝１３２ａ、およびＯリング１３３ｂとＯリング１３３ｂとの間に第２流路溝１３１ｂを有する。

図４Ａに示すように、第１流路口１３６、第２流路口１３７および第３流路口１３８がＯリング１３３ａ、１３３ｂおよび１３３ｃにより分離され、第１流路溝１３２ａおよび第２流路溝１３２ｂに対向する位置にない場合、第１流路および第２流路のいずれの流路も第３流路に接続されない。したがって、第１流体および第２流体のいずれの流体も第３流路に吐出されない。一方、図４Ｂに示すように、ピストン１３２並びにＯリング１３３ａ、１３３ｂおよび１３３ｃがシリンダ１３１内を摺動して、第１流路溝１３２ａが第１流路口１３６および第３流路口１３８に対向する位置に移動した場合、つまりＯリング１３３ａとＯリング１３３ｂとの間に第１流路口１３６および第３流路口１３８が位置した場合、第１流路および第３流路が接続される。これにより、矢印１８１で示すように第１流体が第１流路から第３流路に吐出される。つまり、図４Ｂに示すピストン１３２並びにＯリング１３３ａ、１３３ｂおよび１３３ｃの状態が、第１流体を第１弾性チューブ１１１から第３弾性チューブ１１３へ導く第１状態の一例である。また、図４Ｃに示すように、ピストン１３２がシリンダ１３１内を摺動して、第２流路溝１３２ｂが第２流路口１３７および第３流路口１３８に対向する位置に移動した場合、つまりＯリング１３３ｂとＯリング１３３ｃとの間に第２流路口１３７および第３流路口１３８が位置した場合、第２流路および第３流路が接続される。これにより、矢印１８２に示すように、第２流体が第２流路から第３流路に吐出される。つまり、図４Ｃに示すピストン１３２並びにＯリング１３３ａ、１３３ｂおよび１３３ｃの状態が、第２流体を第２弾性チューブ１１２から第３弾性チューブ１１３へ導く第２状態の一例である。

なお、ピストン１３２に設けられ、シリンダ１３１の外部に突出している検知体１３５は、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに示すように、ピストン１３２の移動に応じて、移動する。したがって、位置センサにより検知体１３５の位置を検出することで、ピストン１３２の位置を検出することができる。なお、図４Ｄに示すように、切替弁１３０は、Ｏリング１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃおよび１３３ｄを有し、ピストン１３２は、外周に沿ってＯリング１３３ａおよびＯリング１３３ｂとの間に円環状の第１流路溝１３２ａ、およびＯリング１３３ｃとＯリング１３３ｄとの間に第２流路溝１３１ｂを有してもよい。また、切替弁１３０は、第１流路内並びに第２流路内に逆止弁構造を設けることで構成してもよい。

図５は、流体輸送駆動ユニット２００の上面図である。流体輸送駆動ユニット２００の上面は、流体輸送カートリッジ１００が装着される装着面２０２と、吐出対象の流体の情報、流体輸送駆動ユニット２００の駆動状態などを表示するＬＥＤ表示部２０８が設けられる表示面２０１とを含む。装着面２０２は、表示面２０１より下面側に位置する。つまり、表示面２０１は、装着面２０２により上面側に突出している。また、装着面２０２には、カムユニット２１０が突出して設けられている。さらに、装着面２０２には、カムユニット２１０の回転中心に対して円弧形状を有する凸部２２０が突出して設けられている。そして、装着面２０２に流体輸送カートリッジ１００が装着された状態において、流体輸送カートリッジ１００の外向面と表示面２０１とが略面一となる。また、流体輸送駆動ユニット２００は、装着面に２０２に流体輸送カートリッジ１００に設けられた突起部１１５ａおよび１１５ｂが嵌合する固定孔２０１ａおよび２０１ｂを有する。なお、流体輸送駆動ユニット２００は、装着面２０２上にシリコンゴムなどで構成されたパキンゴムシートを有してもよい。パッキンゴムシートは、流体輸送駆動ユニット２００に液体輸送カートリッジ１００が装着された状態で、流体輸送駆動ユニット２００の装着面と、液体輸送カートリッジ１００の内向面との間におけるパッキン構造として機能する。これによりパッキンゴムシートは、流体輸送駆動ユニット２００に対して防滴機能を発揮する。

流体輸送駆動ユニット２００は、駆動軸２３０を備える。駆動軸２３０は、ねじ軸１３４のギアに嵌合されるギア２３０ａを有する。駆動軸２３０のギア２３０ａは、流体輸送駆動ユニット２００の装着面２０２に形成されたギア開口２０３から外部に露出している。流体輸送駆動ユニット２００は、さらに、ピストン１３２の位置を検出するための位置センサ２４０ａおよび２４０ｂを備える。位置センサ２４０ａおよび２４０ｂは、流体輸送カートリッジ１００の装着面２０２に形成されたセンサ開口２０４から外部に露出している。位置センサ２４０ａまたは２４０ｂは、フォトインタラプタによって構成され、発光部２４１ａまたは２４０ｂと受光部２４２ａまたは２４２ｂとを有する。発光部２４１ａまたは２４１ｂが発光する赤外光、可視光などの光を受光部２４２ｂまたは２４２ｂが受光する。そして、受光部２４２ａまたは２４２ｂの光の受光状態に応じてピストン１３２の位置を検出する。例えば、発光部２４１ａが発光したされた光が検知体１３５により妨げられて、受光部２４２ａにより受光できない場合、ピストン１３２は第１状態にある。一方、発光部２４１ｂが発光した光が検知体１３５により妨げられて、受光部２４２ｂにより受光できない場合、ピストン１３２は第２状態にある。したがって、受光部２４２ｂまたは２４２ｂが光を受信しているか否かに基づいて、ピストン１３２が第１状態または第２状態にあるかが判断される。

また、流体輸送駆動ユニット２００は、第３弾性チューブ１１３の圧力を導出する圧力検出用のピン２５０を備える。ピン２５０は、装着面２０２から突出している。そして、流体輸送カートリッジ１００が装着された場合、流体輸送カートリッジ１００の外装部材１１０に形成された挿通孔１６０を介してピン２５０の先端は、第３弾性チューブ１１３に接触する。これにより、ピン２５０は、第３弾性チューブ１１３の内部圧力に対応する応力を流体輸送駆動ユニット２００の内部に配置された圧力センサに伝達する。圧力センサは、応力に基づいて第３弾性チューブ１１３の内部を流れる流体の圧力を間接的に計測する。言い換えれば、圧力センサは、応力に基づいてポンプ吐出に伴う第３弾性チューブ１１３内の内部圧力を計測する。

図６Ａは、流体輸送駆動ユニット２００が備えるカムユニット２１０の概観斜視図である。カムユニット２１０は、カム体２１２およびカムカバー２１４を有する。カム体２１２は、複数の押圧ピン１４０を順次押圧する。カムカバー２１４は、カム体２１２の一部分を覆う。カムカバー２１４は、カム開口２１１を有し、カム開口２１１からカム体２１２が露出している。カム体２１２は、カム開口２１１から露出した部分において、複数の押圧ピン１４０と接触する。流体輸送カートリッジ１００が流体輸送駆動ユニット２００に装着された場合、カムカバー２１４の外周面２１３が、カム収容開口１５０の内周面と嵌合する。これにより、カムユニット２１０が流体輸送カートリッジ１００に対して固定される。また、カムカバー２１４の外周面２１３は、カムカバー２１４の上面２１６に向かって外周面２１３の径が小さくなるテーパ面２１５を有する。このようにカムカバー２１４がテーパ面２１５を有することで、カムユニット２１０がカム収容開口１５０に収容され易くなる。また、カム体２１２の外周面は、カムカバー２１４のテーパ面２１５に沿ったテーパ面２１７を有する。さらに、上記の通り、複数の押圧ピン１４０の先端１４１は、カムユニット２１０の収容方向に対向する半球面を有する。このようにカム体２１２がテーパ面構造および複数の押圧ピン１４０が半球面構造を有することで、カムユニット２１０がカム収容開口１５０に収容される場合に、図６Ｂに示すように、複数の押圧ピン１４０がカム体２１２のテーパ面２１７に沿って押下されながら、複数の押圧ピン１４０が流体輸送カートリッジ１００の内向面に対して平行な状態を維持しながら、カムユニット２１０の回転中心に対して放射状に摺動しやすくなる。これにより、流体輸送カートリッジ１００の着脱を容易にできる。また、流体輸送カートリッジ１００が流体輸送駆動ユニット２００に装着された状態において、複数の押圧ピン１４０を規定された位置に正確に配置できる。

図７は、流体輸送駆動ユニット２００の機能ブロックを示す図である。流体輸送駆動ユニット２００は、制御部１０、カム駆動部２０、ピストン駆動部３０、ピストン位置情報取得部４０、チューブ圧力情報取得部５０、生体情報取得部６０、制御情報格納部７０、受付部８０、および双方向通信部９０を備える。

カム駆動部２０は、装着された流体輸送カートリッジ１００の流路を満たす流体を流体吐出口部１０３へ送出するカム体２１２を動作させる。ピストン駆動部３０は、吐出させる流体を切り替える場合に、切替弁１３０のピストン１３２を摺動させるべく、駆動軸２３０を動作させる。カム駆動部２０およびピストン駆動部３０は、例えば、ステッピングモータまたはギヤードモータである。

ピストン位置情報取得部４０は、ピストン１３２が第１状態にあるか第２状態にあるかを示すピストン１３２の位置情報を取得すべく、位置センサ２４０ａおよび２４０ｂから赤外線などの光の受光状態を取得する。チューブ圧力情報取得部５０は、圧力検出用のピン２５０を介して第３弾性チューブ１１３の内部圧力に関する圧力情報を取得する。生体情報取得部６０は、入力端子２６０を介して実験用動物の血圧に関する情報、血糖値に関する情報、心電図に関する情報などの生体情報を取得する。なお、生体情報取得部６０は、無線を介して生体情報を取得してよい。制御情報格納部７０は、制御部１０がカム駆動部２０またはピストン駆動部３０にカム駆動信号またはピストン駆動信号を出力するために参照される設定条件などの制御情報を格納する。設定条件は、吐出開始時刻、単位時間あたりの吐出量を示す吐出割合、吐出時間、吐出間隔などである。設定条件は、第１流体および第２流体ごとにある。受付部８０は、外部接続端子として機能し、パーソナルコンピュータなどの外部入力装置から設定条件などの入力を受け付ける。双方向通信部９０は、外部の無線端末と無線を介して双方向通信する。設定条件は、双方向通信部９０を介して無線により外部の無線端末から受け付けられてもよい。また、双方向通信部９０は、無線により外部の無線端末に対して生体情報または設定条件に関する情報などを送信してもよい。

制御部１０は、設定条件に基づいて、吐出対象の流体の流路側にピストン１３２の位置を合わせるべく、ピストン駆動部３０にピストン駆動信号を出力する。制御部１０は、ピストン位置情報取得部４０を介して取得するピストン１３２の位置情報に基づいてピストン１３２が吐出対象の流体の流路側の位置にあるかどうかを判断する。制御部１０は、ピストン１３２が吐出対象の流路側の位置にある場合、設定条件に基づく吐出量の流体を吐出させるべく、カム駆動信号をカム駆動部２０に出力する。これにより、流体輸送装置３００は、２種類の流体を選択的に設定吐出量だけ吐出できる。例えば、流体輸送装置３００は、２種類の薬液を選択的に吐出できる。また、流体輸送装置３００は、１種類の薬液を設定吐出量だけ吐出した後、生理食塩水を設定吐出量だけ吐出することで流体輸送カートリッジ１００の流体吐出口部１０３に接続された輸送路をフラッシングできる。

また、制御部１０は、圧力検出用のピン２５０並びに圧力センサにて計測された出力を、チューブ圧力情報取得部５０を介して取得し、取得した出力に基づいてカム駆動部２０を制御する。例えば、流体を注入している実験用動物の血管が詰まった場合には、制御部１０は、流体の吐出を停止すべきである。そこで、制御部１０は、チューブ圧力情報取得部５０からの圧力情報に基づいて第３弾性チューブ１１３の圧力状態を監視する。そして、制御部１０は、第３弾性チューブ１１３の圧力が予め定められた閾値以上となった場合、流体を注入している実験用動物の血管が詰まったなど何らかの異常が発生したと判断して、流体の吐出を停止する。

ところで、流体輸送装置３００が吐出する流体の吐出量は、流体輸送カートリッジ１００に装着される第３弾性チューブ１１３の内径などに依存する。しかし、第３弾性チューブ１１３の内径は、個体差がある。また、流体輸送カートリッジ１００に装着される状態によっても、それらの内径は変化する。つまり、流体輸送カートリッジ１００ごとに、それらの内径は異なる。したがって、カム体２１２の回転量が同じでも、流体輸送装置３００が吐出する流体の吐出量は、流体輸送カートリッジ１００ごとに異なる。よって、流体輸送装置３００が吐出する流体の吐出量の精度を維持するためには、流体輸送カートリッジ１００ごとに設定条件を補正することが好ましい。

そこで、受付部８０または双方向通信部９０は、装着された流体輸送カートリッジ１００の特性値を受け付ける。特性値は、カム駆動部２０の駆動量に対する流体の吐出量のばらつきを補正する流体輸送カートリッジ１００ごとに設定された補正値である。特性値は、第３弾性チューブ１１３など流体輸送カートリッジ１００が備える個々の部品の個体差に基づくばらつきを補正する補正値である。特性値は、流体輸送装置３００を実際に駆動させ、設定された設定条件により吐出される流体の吐出量を計測し、設定吐出量と計測された吐出量との比較に基づいて設定されてもよい。カム駆動部２０は、制御部１０介して特性値を取得し、特性値に基づいてカム体２１２の回転量を補正する。これにより、制御部１０からの制御項目が簡素化され、吐出量の誤差などのトラブルの発生を容易に発見できる。特性値に基づく補正値は制御部１０内で生成し、制御部１０がカム駆動部２０に対して補正されたカム駆動信号を出力してもよい。

例えば、設定吐出量に応じて単位時間あたりにカム駆動部２０に出力すべき総パルス数が予め定められていたとする。この場合、制御部１０は、設定吐出量に応じた単位時間あたりの総パルス数を特性値に基づいて補正する。そして、制御部１０は、補正された総パルス数に応じたカム駆動信号をカム駆動部２０であるステッピングモータに出力する。これにより、流体輸送カートリッジ１００の個体差に応じて、カム体２１２の回転量を調整できる。よって、流体輸送カートリッジ１００ごとの吐出量のばらつきを抑制できる。

ここで、制御情報格納部７０は、吐出量に応じた単位時間あたりに出力すべき総パルス数を示す吐出量関数または吐出量テーブルを格納してよい。また、制御情報格納部７０は、特性値に応じた補正パルス数または補正係数を示す補正関数または補正テーブルを格納してよい。そして、受付部８０が、装着された流体輸送カートリッジ１００の特性値を受け付けると、制御部１０は、受け付けられた特性値、吐出量関数または吐出量テーブル、および補正関数または補正テーブルに基づいて設定吐出量に応じた単位時間あたりの総パルス数を補正し、補正された総パルス数に応じたカム駆動信号をカム駆動部２０に出力してよい。

図８は、制御部１０による流体の吐出制御についてのフローチャートを示す。制御部１０は、受付部８０を介して、設定条件、および装着された流体輸送カートリッジ１００の特性値を取得する（Ｓ１００）。ユーザは、例えば、流体輸送カートリッジ１００に対して割り当てられた識別番号のうち特定の桁の番号を入力することで、特性値を受付部８０を介して制御部１０に提供してよい。次いで、制御部１０は、制御情報格納部７０に格納された補正関数または補正テーブルを参照して、特性値に対応する補正パルス数または補正係数を特定する（Ｓ１０２）。また、制御部１０は、制御情報格納部７０に格納された吐出量関数または吐出量テーブルを参照して、設定条件に示される設定吐出量に対応する単位時間あたりに出力すべき総パルス数を特定する（Ｓ１０４）。さらに、制御部１０は、特定された総パルス数を、特定された補正パルス数または補正係数に基づいて補正する（Ｓ１０６）。例えば、制御部１０は、総パルス数に対して補正パルス数を減算または加算することで、総パルス数を補正する。または、制御部１０は、総パルス数に対して補正係数を乗算することで、総パルス数を補正する。あるいは、制御部１０は、総パルス数を算出する吐出関数に含まれる係数に対して補正係数を、減算、加算、または乗算することで総パルス数を補正してもよい。制御部１０は、補正された総パルス数に応じたカム駆動信号をカム駆動部２０に出力する（Ｓ１０８）。これにより、流体輸送装置３００が吐出する流体の吐出量の精度を維持できる。

また、制御部１０は、生体情報取得部６０を介して取得した生体情報に基づいて流体の吐出を制御してよい。例えば、制御部１０は、生体情報として実験用動物の血圧に関する血圧情報を定期的に取得する。そして、制御部１０は、血圧情報に基づいて、実験用動物の血圧を一定に保つように、血圧を下げる薬液の吐出量、吐出タイミングを制御する。これにより、流体輸送装置３００は、実験用動物の生体反応の変化に応じて薬液の投与を制御できる。生体情報は、生体電位、血流、体温、または加速度などの物理量であってもよい。また、双方向通信部９０が、取得された生体情報を外部の無線端末に無線を介して配信してもよい。

なお、本実施形態に係る流体輸送駆動ユニット２００は、上述の流体の吐出に関わる各種処理を行う制御プログラムをインストールし、この制御プログラムをコンピュータに実行させることで、構成してよい。つまり、コンピュータに流体の吐出に関わる各種処理を行う制御プログラムを実行させることにより、制御部１０、ピストン位置情報取得部４０、チューブ圧力情報取得部５０、生体情報取得部６０、制御情報格納部７０、および受付部８０としてコンピュータを機能させることで、流体輸送駆動ユニット２００を構成してもよい。また、流体輸送駆動ユニット２００は、外部からの無線通信コマンドにより制御されてもよい。

コンピュータはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）等の各種メモリ、通信バス及びインタフェースを有し、予めファームウェアとしてＲＯＭに格納された処理プログラムをＣＰＵが読み出して順次実行することで、流体輸送駆動ユニット２００として機能する。

以上、本実施形態に係る流体輸送装置３００によれば、２種類の流体のリザーバーをセットすることができ、それぞれの流体に対して、吐出量、吐出スピード、吐出時間などの設定条件を設定できる。設定条件は、必要に応じて無線による遠隔制御により流体輸送装置３００に送信できる。

また、流体輸送カートリッジ１００が流体輸送駆動ユニット２００に対して着脱できる。よって、薬液などが注入される流体輸送カートリッジ１００を適宜交換できるので、流体輸送カートリッジ１００を常に清潔に保つことができる。そして、経年劣化に伴い弾性チューブのみを交換する場合には、弾性チューブの設置状態によって、弾性チューブのテンションが変わり、弾性チューブの内径が変わる可能性がある。しかし、本実施形態によれば、弾性チューブがすでに設置された状態の流体輸送カートリッジ１００の交換により、弾性チューブの交換を実現できる。そして、流体輸送カートリッジ１００ごとに設定された特性値に基づいて流体の吐出量を補正できる。よって、流体輸送カートリッジ１００が備える弾性チューブの内径の個体差などにより流体の吐出量に誤差が生じることを防止できる。

加えて、流体輸送駆動ユニット２００側にカムユニット２１０が設けられている。よって、流体輸送カートリッジ１００が流体輸送駆動ユニット２００から取り外された状態では、複数の押圧ピン１４０がカム体２１２に押下されることに伴い、第３弾性チューブ１１３が複数の押圧ピン１４０により押下されることがない。したがって、第３弾性チューブ１１３が、複数の押圧ピン１４０により変形または圧迫されることにより経年劣化することを抑制できる。これより、流体の吐出量に誤差が生じることを抑制できる。

さらに、複数の押圧ピン１４０の先端に半球面およびカム体２１２の側面にテーパ面を設けることで、流体輸送カートリッジ１００の着脱を容易にできる。これにより、流体輸送カートリッジ１００の交換作業を短期間で行うことができるので、実験用動物に対する負担を低減できる。これにより、流体輸送カートリッジ１００の交換する場合に、実験用動物が安静状態を保つことができないことで、実験結果の精度が悪化することを防止できる。

また、流体の切替は、流体ごとに形成された溝を有するピストン構造により実現している。よって、流体の切り替えに伴う各リザーバー内溶液のコンタミネーションの発生を防止できる。

なお、上記の実施形態において、押圧部は、複数の押圧ピン１４０でなくてもよい。例えば、弾性チューブを外部から押圧して流体の輸送路を狭窄する第１位置と、狭窄しない第２位置との間で変位させる形状を有するカムを押圧ピンの代わりに用いてもよい。また、第３弾性チューブ１１３は直線状に配置され、直線状に配置された第３弾性チューブ１１３に沿って複数の押圧ピン１４０が直線状に配置されてもよい。この場合、複数の押圧ピン１４０は、円筒状の回転軸の外周に形成された螺旋状の突起部により順次押下されてよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 制御部
２０ カム駆動部
３０ ピストン駆動部
４０ ピストン位置情報取得部
５０ チューブ圧力情報取得部
６０ 生体情報取得部
７０ 制御情報格納部
８０ 受付部
９０ 双方向通信部
１００ 流体輸送カートリッジ
１０１ 第１流体注入口部
１０２ 第２流体注入口部
１０３ 流体吐出口部
１１０ 外装部材
１１１ 第１弾性チューブ
１１２ 第２弾性チューブ
１１３ 第３弾性チューブ
１３０ 切替弁
１４０ 押圧ピン
１５０ カム収容開口
１６０ 挿通孔
２００ 流体輸送駆動ユニット
２０５ 第１フック
２０６ 第２フック
２１０ カムユニット
２５０ ピン
３００ 流体輸送装置

Claims (12)

1. 流体を輸送する弾性チューブと、
   前記弾性チューブを外部から押圧して前記流体の輸送路を狭窄する第１位置と、狭窄しない第２位置との間で変位する押圧部と、
   前記押圧部を変位させる駆動機構を収容する収容部と
   を備える流体輸送カートリッジ。
2. 前記押圧部は、前記収容部が前記駆動機構を収容しない状態において、前記弾性チューブを押圧しない請求項１に記載の流体輸送カートリッジ。
3. 前記押圧部は、前記収容部が前記駆動機構を収容しない状態において、前記弾性チューブの弾性力により前記第２位置に位置する請求項１または２に記載の流体輸送カートリッジ。
4. 前記押圧部は、前記弾性チューブに対して前記流体の輸送方向に沿って設けられた複数の押圧ピンである請求項１から３のいずれか１項に記載の流体輸送カートリッジ。
5. 前記収容部は、前記複数の押圧ピンを変位させるカムを収容するカム収容部である請求項４に記載の流体輸送カートリッジ。
6. 前記複数の押圧ピンの先端は、前記カム収容部に対して突出しており、前記カムの収容方向に対向する半球面を有する請求項５に記載の流体輸送カートリッジ。
7. 前記複数の押圧ピンは、前記カムの回転中心に対して放射状に配置されており、放射方向に沿って前記第１位置と前記第２位置との間で変位する請求項５または６に記載の流体輸送カートリッジ。
8. 前記回転中心に対して円弧形状を有する、前記カムを備える流体輸送駆動ユニットに対する装着位置決め部を備える請求項７に記載の流体輸送カートリッジ。
9. 前記流体輸送カートリッジは、矩形であり、前記矩形の二辺に前記流体輸送駆動ユニットを固定する固定受け部を有する請求項８に記載の流体輸送カートリッジ。
10. 前記二辺は、前記弾性チューブへ前記流体が注入される注入口が設けられた一辺と、前記弾性チューブから前記流体が吐出される吐出口が設けられた一辺である請求項９に記載の流体輸送カートリッジ。
11. 前記流体輸送駆動ユニットに対向する内向面とは反対の外向面が透明である外装部材を備える請求項８から１０のいずれか１項に記載の流体輸送カートリッジ。
12. 前記外装部材は、前記弾性チューブの圧力を計測する圧力センサを挿通させる挿通孔を前記内向面に有する請求項１１に記載の流体輸送カートリッジ。

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