JP2015070934A - 流体注入装置、及び、輸送状態判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】筒部の変位を計測し、計測して得られた変位量に基づいて流体の輸送状態を判定する。
【解決手段】流体を輸送する流路部材２６０１と、流路部材に設けられた筒部２６０１ａと、筒部の変位を計測する計測部１２２と、筒部の変位に基づいて、流体の輸送状態を判定する判定部と、を備えることを特徴とする流体注入装置。計測部は、超音波センサーとひずみゲージのうち少なくともいずれか一方を有する。筒部に設けられた蓋部と、流体との間に空気層を有する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、流体を注入する流体注入装置、及び、輸送状態判定方法に関する。

インスリンを生体に注入するインスリンポンプが実用化されている。インスリンポンプなどの流体注入装置は、人体等の生体に固定され、予め設定されたプログラムに従って、流体を人体などの生体に定期的に注入する。

特許文献１には、流路を構成するチューブを挟んで一対の電極を設け、電極間の静電容量が変化することを計測することに基づいて、流体の輸送状態を判別する技術が開示されている。

特開２０１１−１７４３９４号公報

特許文献１の技術では静電容量の変化を検出する。しかしながら静電容量の変化量は微小であるので、高精度の計測機器が必要となってしまう。また、一般的な精度を有する計測機器を用いる場合にあっては、静電容量の変化量が計測可能な水準に至るまでに時間を要することになる。よって、他の手法により流体の輸送状態を判定することができるようにすることが望まれる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、流体の輸送状態を判定することを目的とする。

上記目的を達成するための主たる発明は、
流体を輸送する流路部材と、
前記流路部材に設けられた筒部と、
前記筒部の変位を計測する計測部と、
前記筒部の変位に基づいて、前記流体の輸送状態を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする流体注入装置である。

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

マイクロポンプ１の全体斜視図である。 マイクロポンプ１の分離図である。 マイクロポンプ１の透過上面図である。 マイクロポンプ１の断面図である。 本体１０の内部斜視図である。 本体１０の裏面斜視図である。 カートリッジ２０の分解斜視図である。 カートリッジベース２１０の裏面斜視図である。 マイクロポンプ１の裏面斜視図である。 ロータリーフィンガーポンプの説明図である。 第１実施形態のマイクロポンプ１における制御部１４１のブロック図である。 図３における第１のＢ−Ｂ断面図（第１実施形態）である。 図３における第１のＣ−Ｃ断面図（第１実施形態）である。 図３における第２のＢ−Ｂ断面図（第１実施形態）である。 図３における第２のＣ−Ｃ断面図（第１実施形態）である。 第２実施形態のマイクロポンプ１における制御部１４２のブロック図である。 図３における第１のＢ−Ｂ断面図（第２実施形態）である。 圧力検出用部材２６０の第１の斜視図（第２実施形態）である。 図３における第２のＢ−Ｂ断面図（第２実施形態）である。 圧力検出用部材２６０の第２の斜視図（第２実施形態）である。

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。すなわち、
流体を輸送する流路部材と、
前記流路部材に設けられた筒部と、
前記筒部の変位を計測する計測部と、
前記筒部の変位に基づいて、前記流体の輸送状態を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする流体注入装置である。
このようにすることで、流路の下流で詰まりが生じた場合に、筒部の内圧が高まり、筒部自体が変形する。よって、この筒部の変位を計測し、計測して得られた変位量に基づいて流体の輸送状態を判定することができる。

かかる液体注入装置であって、前記計測部は、超音波センサーとひずみゲージのうち少なくともいずれか一方を有することが望ましい。
このようにすることで、膜状部材の変位を間接的または直接的に計測することができる。

また、前記筒部に設けられた蓋部と、前記流体との間に空気層を有することが望ましい。
空気層における空気は、流体よりもより圧縮されやすいので、流体の輸送状態に急激な変化が生じた場合であっても、その急激な変化を空気層が緩衝することができる。そして、筒部の過剰な変形から生ずる破損を抑制することができる。

また、前記筒部の剛性は前記流路部材の剛性よりも低いことが望ましい。
このように、筒部の剛性が流路部材の剛性よりも低いので、流路の下流側に接続されるチューブに詰まりが生じ、流路の内圧が高まったときに、流路部材よりも筒部の変形量が大きくなる。よって、筒部の変位量を計測することで、より感度高く流体の輸送状態を判定することができる。

また、前記筒部の厚みは前記流路部材の厚みよりも薄いことが望ましい。
このようにすることで、筒部の剛性を流路部材の剛性よりも低くすることができる。そして、より感度高く流体の輸送状態を判定することができる。

また、前記流路部材に接続されるチューブの剛性は少なくとも前記筒部の剛性よりも高いことが望ましい。
このように、流路部材に接続されるチューブの剛性が筒部の剛性よりも高いので、流路部材の下流側に接続されるチューブで詰まりが生じた場合に、筒部がチューブよりも大きく変形する。よって、筒部の変位量を計測することで、より感度高く流体の輸送状態を判定することができる。

また、前記筒部は、前記流路部材の流路と交差する方向に前記流路部材から延びることが望ましい。
このようにすることで、空気層を有しやすい筒部を設けることができる。

また、本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項も明らかとなる。すなわち、
流体を輸送する流路部材と、前記流路部材に設けられた筒部と、前記筒部の変位を計測する計測部と、を備える流体注入装置においける前記流体の輸送状態判定方法であって、
前記筒部の変位を計測することと、
前記筒部の変位に基づいて、前記流体の輸送状態を判定することと、
を含む輸送状態判定方法である。
このようにすることで、流路の下流で詰まりが生じた場合に、筒部の内圧が高まり、筒部自体が変形する。よって、この筒部の変位を計測し、計測して得られた変位量に基づいて流体の輸送状態を判定することができる。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
図１は、マイクロポンプ１の全体斜視図である。図２は、マイクロポンプ１の分離図である。マイクロポンプ１は、本体１０とカートリッジ２０とパッチ３０を備える。これら３体は、図２に示すように分離可能であるが、使用時には図１に示すように一体として組み立てられる。マイクロポンプ１は、生体に貼着され、インスリンの定期注入に好適に用いられる。

図３は、マイクロポンプ１の透過上面図である。図４は、マイクロポンプ１の断面図である。すなわち、図３及び図４は、本体１０とカートリッジ２０とパッチ３０が組み立てられたときの図となっている。図５は、本体１０の内部斜視図である。図６は、本体１０の裏面斜視図である。図６は、前述の図５の裏面を表す図である。図７は、カートリッジ２０の分解斜視図である。図８は、カートリッジベース２１０の裏面斜視図である。図９は、マイクロポンプ１の裏面斜視図である。

以下、上記図１から図９を参照しつつ、マイクロポンプ１の各部について説明する。まず、本体１０における各部の説明を行う。

図１に示すように、マイクロポンプ１は、本体１０とカートリッジ２０とパッチ３０とを主要な構成部としている。

図５に示されるように、本体１０は、本体ベース１１０と、本体ベース１１０上に構成された各部と、本体ケース１３０を備える。そして、本体ベース１１０上の各部は、本体ケース１３０により覆われ、保護される。

本体１０は、本体ベース１１０上に構成された回路基板１４０を備える。回路基板１４０は、プログラム等にしたがって圧電モーター１５０等の制御を行うための電子基板であって、制御部１４１を含む。また、本体は、圧電モーター１５０を備える。圧電モーター１５０は、後述するカム１２１に回転駆動力を与えるためのモーターである(図１０)。

図３に示すように、圧電モーター１５０は、板状部材１５１と一対のばね１５２を備える。ばね１５２は、その弾性力により板状部材１５１をローター車１２８に向けて付勢する。板状部材１５１は、前述のようにローター車１２８に向けて付勢されており、その先端部がローター車１２８の円周面に接触する。

板状部材１５１は、層状に構成された部材である。板状部材１５１は、圧電体層と２つの電極を含んでおり、これら２つの電極に印加される電圧の変化によりその形状を変化させる。例えば、印加される電圧によって、縦振動と屈曲振動を交互に繰り返させる。縦振動は、板状部材１５１をその軸方向に長さを変化させ、屈曲振動は板状部材を略Ｓ字形状に変化させる。これらを交互に繰り返すことにより、ローター車１２８を所定方向に回転させる。

図４も参照すると、ローター車１２８はマイクロポンプ１の高さ方向に関して異なる位置に一体で回転するピニオンを有し、このピニオンは中間車１２７の歯部に係合し中間車１２７を回転させる。また、中間車１２７も、マイクロポンプの高さ方向に関して異なる位置に一体で回転するピニオンを有しており、このピニオンは出力軸１２６と一体として回転する歯部に係合する。これらローター車１２８の支軸と中間車１２７の支軸と出力軸１２６は、本体１０に固定された輪列受１２５により個々の軸が回転可能に枢支される（図５）。

ベアリング１２９に枢支される出力軸１２６には、カム１２１が一体的に回転可能に保持される（図４）。そして、出力軸１２６の回転と共にカム１２１も回転できる。これにより、圧電モーター１５０からの動力がカム１２１に伝達される。

図６に示されるように、本体１０の一端にはフック掛け１７１が設けられ、他端には２箇所のフック挿入口１７２が設けられている。フック掛け１７１には、カートリッジ２０の固定フック２７１が掛合し、フック挿入口１７２には固定フック２７２が掛合することにより、本体１０にカートリッジ２０を固定することができる（図２、図４）。

このとき、カートリッジベース２１０の上面外周の溝部にはパッキン２７３（図４）が嵌着されるので、本体１０とカートリッジ２０とが固定されると、これらにより形成される空間内に液体等が侵入しないように密閉することができる。

また、図６に示されるように、本体１０は、その裏面１１０aに、電源部１８０を備える。電源部１８０は、二次電池収納部１８１と二次電池１８４を備える(図４)。二次電池収納部１８１は、電池プラス端子１８２と電池マイナス端子１８３を有し、二次電池収納部に二次電池１８４が挿入されることにより、本体１０の各部に所定の電力供給を可能とする。

次に、図７を参照しつつカートリッジ２０の説明を行う。
カートリッジ２０は、カートリッジベース２１０と、カートリッジベース押さえ２４０と、カートリッジベース２１０上に構成される各部とを備える。カートリッジベース２１０は、後述するように、リザーバーフィルム２５０とともに貯留部２９０を構成する(図４)。

カートリッジ２０のカートリッジベース２１０は、その上面にフィンガーユニット２２０を備える。フィンガーユニット２２０は、フィンガーベース２２７とフィンガー２２２とチューブ２２５とフィンガー押さえ２２６を備える。また、カートリッジベース２１０の上面には、吸入用コネクター２２８と吐出用コネクター２２９が設けられる。吸入用コネクター２２８は、フィンガーユニット２２０に液体を吸入するためのコネクターであり、吐出用コネクター２２９は、フィンガーユニット２２０から液体を吐出するためのコネクターである。

フィンガーベース２２７には、複数の溝が形成されており、これらの溝には、吸入用コネクター２２８及び吐出用コネクター２２９が挿入される。また、フィンガーベース２２７には、チューブ２２５を案内するチューブ案内溝２２７ａが円弧状に形成されており、チューブ２２５等を収容する(図１０)。そして、チューブ２２５は吸入用コネクター２２８及び吐出用コネクター２２９に密に接続される。

チューブ案内溝２２７ａの円弧内側に複数のフィンガーガイド２２７ｂが形成される。フィンガーガイド２２７ｂのそれぞれは、フィンガー２２２を収容する。これにより、フィンガー２２２の先端部２２２ａがチューブ２２５に対して略垂直方向となるように配設される。

フィンガーベース２２７の上面には、フィンガー押さえ２２６が不図示の固定螺子により固定される。これによりフィンガー２２２はフィンガーガイド２２７ｂに沿う方向にのみ摺動移動可能となる。

このように、フィンガー２２２とチューブ２２５をカートリッジ２０側に設けることとしたので、仮に、チューブ２２５の径を異なる径のものにした場合であっても、そのチューブ径に合わせた長さのフィンガー２２２を組み合わせたカートリッジ２０を提供することができる。これにより、カム１２１の大きさを規格化したサイズのものとしても、カム１２１のカム面１２１ａをフィンガー２２２の後端部２２２ｂに当接する位置に適切に配置することができる。

カートリッジベース２１０の側面には、パッチ接続針２３１が設けられ、パッチセプタム３５０を介して液体をパッチ３０に送ることを可能にする（図４）。パッチ接続針２３１は、吐出用コネクター２２９に連通する(図４)。一方、吸入用コネクター２２８は、カートリッジベース２１０に設けられた貫通孔を介して後述する貯留部２９０に連通する。これにより、貯留部２９０の液体は、吸入用コネクター２２８とチューブ２２５と吐出用コネクター２２９を通り、パッチ接続針２３１に供給可能となる。

パッチ接続針２３１の先端位置は高さ方向において、貯留部２９０とほぼ同じ高さである(図４)。このようにすることにより、液体はカートリッジ２０上面のチューブ２２５等を経由するものの、パッチ接続針２３１の先端位置と貯留部２９０の位置との高低差自体は小さい。よって、位置エネルギー差を小さくすることができるので、貯留部２９０に貯留された液体を小さなエネルギーでパッチ接続針２３１に送ることができる。このような構成は、上記のような省電力タイプの圧電モーター１５０を用いる場合において利点となる。

図７又は図８に示されるように、カートリッジ２０は、リザーバーフィルム２５０を備える。リザーバーフィルム２５０はその周囲を、カートリッジベース２１０と、カートリッジベース押さえ２４０に設けられたフィルム押さえ部２４２とで挟み込まれ、封止部材(パッキン)として機能する。これにより、リザーバーフィルム２５０とカートリッジベース２１０との間に貯留部２９０を構成して、この貯留部２９０に液体を漏洩なく貯留することができる。

なお、リザーバーフィルム２５０をカートリッジベース２１０に溶着により固定し、カートリッジベース押さえ２４０とカートリッジベース２１０を固定することとしてもよい。

カートリッジベース２１０はプラスチック製であり、リザーバーフィルム２５０が設けられる側の面は曲面形状を有している。このように、貯留部２９０は曲面形状を有しているが、貯留部２９０に貯留された液体の残量に応じてリザーバーフィルム２５０のフィルムが変形することができるので、流体を貯留部２９０に残留させないように絞り出すことができる。また、このときリザーバーフィルム２５０は、上記曲面形状に沿う形状に曲面加工されていることが望ましい。このようにすることにより、貯留部２９０における流体が減少しても、リザーバーフィルム２５０が曲面に沿うように変形するので、液体を残留させずに絞り出すことができる。

リザーバーフィルム２５０は、多層フィルムにより構成される。このとき、内層はポリプロピレンが望ましく、外層はガスバリア性に優れる材料が選択されることが望ましい。なお、リザーバーフィルム２５０は、これに限られず、例えば、熱可塑性エラストマーや、熱可塑性エラストマーに他の素材を貼り合わせたフィルムとしてもよい。

また、カートリッジ２０の下面側にはカートリッジセプタム２８０が設けられる（図９）。カートリッジセプタム２８０は、カートリッジベース２１０とカートリッジベース押さえ２４０とが組み付けられる際、カートリッジベース押さえ２４０に設けられたカートリッジセプタム挿入孔２４１に挿入される。カートリッジセプタム２８０の一方の面はパッチベース３４０及び粘着テープ３６０の開口部３４０ａ、３６０ａに露出し（図２、図９）、他方の面は流体流入口２１１に連通する。流体流入口２１１は、リザーバーフィルム２５０とカートリッジベース２１０との間に開口する。そのため、カートリッジセプタム２８０を介して注射針等で注入される液体は貯留部２９０に貯留される。

次に、再度図４を参照しつつ、パッチ３０の説明を行う。パッチ３０は、カテーテル３１０と、導入針３２０と、導入針フォルダ３２１と、導入針用セプタム３２２と、ポートベース３３０と、パッチベース３４０と、パッチセプタム３５０と、粘着テープ３６０を備える。

パッチセプタム３５０は、後述するようにパッチ接続針２３１が挿通されることによりパッチ３０内に液体を供給させるためのものである。パッチセプタム３５０は、パッチ３０の側壁部に設けられ、これによりカートリッジ２０がパッチ３０の側面に向かって装着されたときに、パッチ接続針２３１がパッチセプタム３５０を貫通する。

なお、パッチセプタム３５０等のセプタムは、針等の貫通によって開いた孔が塞がるような材料（例えば、シリコーンゴム、イソプレンゴム、ブチルゴム等）で形成される。これにより、セプタムに針を抜き差ししても、液体等がセプタムを介して漏れ出ることがない。

カテーテル３１０は液体を注入するための管である。カテーテル３１０の一部は、ポートベース３３０に保持され、一部はポートベース３３０の下側に露出している。パッチ３０を用いて液体の注入を行う際には、カテーテル３１０の露出した部分が生体等の内部に留置され、持続的に液体を注入される。そのため、カテーテル３１０は、生体適合性に優れるフッ素樹脂、ポリウレタン樹脂等の柔らかい材料で形成される。

導入針３２０は、中空の細長い針状の部材であり、その外形はカテーテル３１０の内径よりも小さい。導入針３２０は、使用前においてカテーテル３１０内に挿通されている。導入針３２０の鋭端側はカテーテル３１０の下側方向に露出し、他端側は導入針フォルダ３２１に固定される。また、使用前において、導入針３２０は、ポートベース３３０内に固定される導入針用セプタム３２２を挿通している。

このような構成により、導入針フォルダ３２１がポートベース３３０から引き抜かれることにより導入針３２０がカテーテル３１０内から引き抜かれるが、パッチ接続針２３１から流入する液体は導入針用セプタム３２２側からは漏れず、カテーテル３１０を通り生体に流入する。

パッチ３０は、パッチベース３４０を備えている。パッチベース３４０は、ポートベース３３０に固定されるとともに、カートリッジ固定部材３４１を備え、パッチ３０にカートリッジ２０を固定することを可能とする。カートリッジ２０がパッチ３０に接続される際には、パッチ３０に対して図２の左側からカートリッジ２０をスライド移動させる。そして、カートリッジ２０に設けられたパッチ接続針２３１がパッチセプタム３５０を貫通して、パッチ３０内に挿入される。

また、パッチベース３４０は、その下面に粘着テープ３６０を備える。そして、マイクロポンプ１を生体等に貼着可能とする。

また、本体１０とカートリッジ２０とが組み付けられると、本体１０のカム１２１がフィンガーベース２２７のカム収容部２２７ｃに挿入される。これにより、カム１２１のカム面１２１ａがフィンガー２２２の後端部２２２ｂに対向する位置に配置される。そして、カム１２１の回転によりカム面１２１ａがフィンガー２２２の後端部２２２ｂに当接し、フィンガー２２２を摺動させることができる。

図１０は、ロータリーフィンガーポンプの説明図である。カム１２１には、４つのカム山が形成される。各カム山は、カム山の最低部から徐々に最高部へとその高さが高くなるように遷移し、最高部に至ると隣接するカム山の最低部に移行する形状となっている。このような形状にすることにより、カム１２１が回転すると複数のフィンガー２２２の先端部２２２ａは、吸入用コネクター２２８側から吐出用コネクター２２９側に向かう方向にチューブ２２５を順次押圧する。そして、チューブ２２５内の液体を吸入用コネクター２２８側から吐出用コネクター２２９側に送ることができる。

また、図１０には、後述する超音波センサー１２２と圧力検出用部材２６０が示されている。そして、圧力検出用部材２６０に含まれる筒部２６０１ａが示されている。後述するように、超音波センサー１２２の超音波送受面が筒部２６０１ａの側壁方向に対向するように配置されており、筒部２６０１ａの変位を検出可能としている。

図１１は、第１実施形態のマイクロポンプ１における制御部１４１のブロック図である。制御部１４１は、圧電モーター１５０に接続する。そして、フィンガーユニット２２０と物理的に接続する圧電モーター１５０を制御し、マイクロポンプ１における液体の輸送量を制御する。また、制御部１４１は、電源部１８０に接続して電力の供給を受ける。

制御部１４１は、超音波センサー制御部１４１１と変位検出制御部１４１２と輸送停止判定部１４１３と圧電モーター制御部１４１４を備える。

超音波センサー制御部１４１１は、後述する超音波センサー１２２を制御し、超音波センサー１２２に超音波の送受信を行わせ、その伝播時間を取得するための制御部である。超音波センサー制御部１４１１は、信号演算部１４１１ａと駆動部１４１１ｂと送信制御部１４１１ｃと受信制御部１４１１ｄとを備える。

信号演算部１４１１ａは、送信する超音波に用いる矩形波などの波形を生成する。駆動部１４１１ｂは、送信制御部１４１１ｃと受信制御部１４１１ｄを駆動する。送信制御部１４１１ｃは、超音波センサー１２２を制御し、矩形波からなる超音波を後述する筒部２６０１ａの壁面に送信させる。受信制御部１４１１ｄは、筒部２６０１ａの壁面から反射した超音波を受信させる。

変位検出制御部１４１２は、超音波の伝播時間に基づいて、筒部２６０１ａの変位を検出するための制御部である。変位検出制御部１４１２は、送受信時間差演算部１４１２ａと送受信時間差判定部１４１２ｂとを備える。

送受信時間差演算部１４１２ａは、超音波を送信してから反射波を受信するまでの間の伝播時間を演算する。送受信時間差判定部１４１２ｂは、取得した複数の伝播時間に基づいて、これら伝播時間の変化量を求める。なお、後述するように、筒部２６０１ａに変位を生ずると、伝播時間が変化する。すなわち、伝播時間の変化量を求めることは、筒部２６０１ａの変位を検出することと等価となる。

輸送停止判定部１４１３は、伝播時間の変化量に基づいて、液体の輸送状態を判定する。輸送停止判定部１４１３は、伝播時間の変化量が所定の閾値を超えたか否かを判定する。そして、伝播時間の変化量が所定の閾値を超えた場合には、液体の詰まりが生じた結果、筒部２６０１ａに所定量を超える変位を生じたものと判定する。

圧電モーター制御部１４１４は、輸送停止判定部１４１３の判定結果に応じて圧電モーター１５０を制御する制御部である。圧電モーター制御部１４１４は、伝播時間の変化量が所定の閾値を超えない場合には、通常通り、圧電モーター１５０を動作させる。一方、伝播時間の変化量が所定の閾値を超えた場合には、圧電モーター１５０の動作を停止させる。

図１２は、図３における第１のＢ−Ｂ断面図（第１実施形態）である。図１３は、図３における第１のＣ−Ｃ断面図（第１実施形態）である。図１４は、図３における第２のＢ−Ｂ断面図（第１実施形態）である。図１５は、図３における第２のＣ−Ｃ断面図（第１実施形態）である。図１２及び図１３は、液体の流路に詰まりが生ずる前の状態を示す。一方、図１４及び図１５は、液体の流路に詰まりが生じたときの状態を示す。以下、これらの図を参照しつつ、第１実施形態における詰まり検出の説明を行う。

これらの図には、超音波センサー１２２と圧力検出用部材２６０が示されている。超音波センサー１２２は、超音波の送信および受信を行う超音波モジュール１２２ａを備える。

圧力検出用部材２６０は、流路部材２６０１と、流路部材２６０１に設けられた筒部２６０１ａを備える。筒部２６０１ａは、筒部２６０１ａに含まれる蓋部材２６０１ｂによってその上部をふさがれている。また、流路部材２６０１は、液体の流動方向に貫通された連通孔２６０４と、その連通孔２６０４の一部にその上部から貫通する貫通孔２６０５を備える。

筒部２６０１ａは、貫通孔２６０５の方向に延びる筒状部分であって、これにより貫通孔２６０５において空間を生じさせる。この空間では、気体の層と液体の層とが分離して存在する。そして、液体の層は連通孔２６０４の一部をなし液体が流動する。筒部２６０１ａは円筒形状とすることができるが、形状はこれに限られない。

図１３に示されるように、筒部２６０１ａの側壁の厚みｄ１は、流路部材２６０１の肉薄部の厚みｄ２よりも薄く形成される。そして、筒部２６０１ａの剛性が流路部材２６０１の剛性よりも低くなるようにされる。これにより、後述するように、内圧が上昇したときに筒部２６０１ａは流路部材２６０１よりも変形しやすい構成となる。なお、筒部２６０１ａの剛性を流路部材２６０１の剛性よりも低くするために、筒部２６０１ａの材料を流路部材２６０１の材料と異ならせることとしてもよい。また、筒部２６０１ａの剛性はチューブ２２５の剛性よりも低いことが望ましい。

圧力検出用部材２６０は、フィンガーベース２２７内のチューブ案内溝２２７ａに沿ってはめ込まれる。そして、圧力検出用部材２６０の連通孔２６０４の上流端及び下流端にチューブ２２５が固定される。

一方、超音波センサー１２２は、圧力検出用部材２６０がフィンガーベース２２７内のチューブ案内溝２２７ａにはめ込まれた後、チューブ案内溝２２７ａの側壁に固定される。このとき、超音波モジュール１２２ａの超音波送受面が筒部２６０１ａの壁面と対向するように固定される。また、超音波センサー１２２は、不図示のコネクタ等を介して制御部１４２に接続される。

フィンガーユニット２２０によってチューブ２２５内に流動を生じさせているときにおいて液体の流路に詰まりが生じた場合、流路部材２６０１の内圧が高まる（図１４、図１５）。このとき、流路部材２６０１の剛性よりも筒部２６０１ａの剛性の方が低いため、その内圧により筒部２６０１ａは膨張する方向により大きく変形する。つまり、筒部２６０１ａと超音波センサー１２２との距離がより短くなる。

第１実施形態では、超音波センサー制御部１４１１の制御により、所定の時間おき（たとえば、５分おき）に、矩形波を含む超音波が超音波モジュール１２２ａから送信される。送信された超音波は測定対象物である筒部２６０１ａの壁面で反射され、反射された反射波が超音波モジュール１２２ａで検出される。超音波が送信されてから反射波を受信するまでの伝播時間は、前述の変位検出制御部１４１２によって求められる（図１１）。

このようにして伝播時間は、所定の時間おきに取得される。そして、これら複数の伝播時間に基づいて、伝播時間の変化量が送受信時間差演算部１４１２ａにより求められる。例えば、伝播時間の変化量は、最初に取得された伝播時間を基準として、どれだけ伝播時間が変化したかが求められる。

輸送停止判定部１４１３は、求められた伝播時間の変化量が所定の閾値を超えたときに、チューブ２２５に詰まりが生じたと判定する。そして、圧電モーター制御部１４１４により、圧電モーター１５０の駆動が強制的に停止させられる。

このようにすることで、マイクロポンプ１において液体の輸送状態を判定することができる。そして、この判定結果に基づいて圧電モーター１５０の駆動を停止させることができる。

また、前述のように、第１実施形態において説明した圧力検出用部材２６０における筒部２６０１ａの剛性は流路部材２６０１の剛性に比して低い。そのため下流で詰まりが生じ、内圧が高まった場合に、筒部２６０１ａがより大きく変形する。よって、この筒部２６０１ａの変位を検出することで、より感度高く詰まりを検出することができる。

また、流路部材２６０１に筒部２６０１ａを有し、筒部２６０１ａ内に空気層を有する。空気層における空気は、液体よりも圧縮されやすいので、液体の輸送状態に急激な変化が生じた場合であっても、その急激な変化を空気層が緩衝することができる。そして、筒部２６０１ａの過剰な変形から生ずる破損を抑制することができる。

また、連通孔２６０４においては液体が流動するが、その液体の中に気泡ａｂが含まれる場合がある。そして、この気泡ａｂを生体内に注入させたくないという要請がある。これに対し、第１実施形態では上述のように、筒部２６０１ａを設け、その内部に気体の層を設けることとしている。このようにすることで、液体に含まれる気泡ａｂを筒部２６０１ａの内部で捕捉することができる。

なお、上記説明では、筒部２６０１ａの側壁面に超音波を照射することとしていたが、筒部２６０１ａの蓋部材２６０１ｂに超音波を照射することとしてもよい。これは、内圧が高まれば、筒部全体が膨張して、蓋部材２６０１ｂの位置も変位するからである。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
前述の第１実施形態では、超音波センサー１２２を用いて筒部２６０１ａの変位を取得していた。第２実施形態では、ひずみゲージ１２３を用いて筒部２６０１ａの変位を取得する。以下、第１実施形態と異なる点について説明を行う。

図１６は、第２実施形態のマイクロポンプ１における制御部１４２のブロック図である。第２実施形態では、第１実施形態でも用いられた制御部１４１の代わりに、図１６に示される制御部１４２が用いられる。第２実施形態の制御部１４２において第１実施形態の制御部１４１と異なる点は、ひずみゲージ制御部１４２１と変位検出制御部１４２２を備える点である。

ひずみゲージ制御部１４２１は、電圧供給部１４２１ａと出力計測部１４２１ｂと出力演算部４２１ｃを備える。電圧供給部１４２１ａは、後述するひずみゲージ１２３に電圧を印加する。出力計測部１４２１ｂは、ひずみゲージ１２３における電流値を計測する。出力演算部は、印加した電圧値と取得した電流値に基づいて、ひずみゲージ１２３の抵抗値を求める。

変位検出制御部１４２２は、出力値判定部１４２２ａを備える。出力値判定部１４２２ａは、ひずみゲージ１２３の抵抗値に基づいて、筒部２６０１ａの変位量を求める。

輸送停止判定部１４２３は、筒部２６０１ａの変位量に基づいて、液体の輸送状態を判定し、その判定に応じて液体の輸送を停止させるか否かを判定する判定部である。輸送停止判定部は、筒部２６０１ａの変位量が所定の閾値を超えたか否かを判定する。そして、筒部２６０１ａの変位量が所定の閾値を超えた場合には、液体の詰まりが生じた結果、筒部２６０１ａに所定量を超える変位を生じたものと判定する。

図１７は、図３における第１のＢ−Ｂ断面図（第２実施形態）である。図１８は、圧力検出用部材２６０の第１の斜視図（第２実施形態）である。図１８の斜視図は、図１７における視点ＶＰから透過的に圧力検出用部材２６０を見たときの斜視図である。図１９は、図３における第２のＢ−Ｂ断面図（第２実施形態）である。図２０は、圧力検出用部材２６０の第２の斜視図（第２実施形態）である。図２０の斜視図は、図１９における視点ＶＰから透過的に圧力検出用部材２６０を見たときの斜視図である。

また、図１７及び図１８は、液体の流路に詰まりが生ずる前の状態を示す。一方、図１９及び図２０は、液体の流路に詰まりが生じたときの状態を示す。以下、これらの図を参照しつつ、第２実施形態における詰まり検出の説明を行う。

図１７から図２０において、第１実施形態と異なるのは、超音波センサー１２２が取り外され、その代わりに、ひずみゲージ１２３が筒部２６０１ａの側壁に貼り付けられている点である。その他の、流路部材２６０１等の構成は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。なお、ひずみゲージ１２３は、不図示のコネクタ等を介して制御部１４２に接続されている。

フィンガーユニット２２０によってチューブ２２５内に流動を生じさせているときにおいて液体の流路に詰まりが生じた場合、流路部材２６０１の内圧が高まる（図１９、図２０）。このとき、筒部２６０１ａの剛性は、流路部材２６０１の剛性よりも低いので、その内圧により筒部２６０１ａが流路部材２６０１より大きく変形する。

第２実施形態では、ひずみゲージ制御部１４２１の制御により、所定の時間おき（たとえば、５分おき）に、電圧供給部１４２１ａによりひずみゲージ１２３に電圧が印加され、その抵抗値が取得される。取得された抵抗値に基づいて、変位検出制御部１４２２によって筒部２６０１ａの変位量が求められる（図１６）。

輸送停止判定部１４２３は、筒部２６０１ａの変位量が所定の閾値を超えたときに、チューブ２２５に詰まりが生じたと判定する。そして、圧電モーター制御部１４２４により、圧電モーター１５０の駆動が強制的に停止させられる。

このようにすることで、筒部２６０１ａの変位を直接的に計測して、マイクロポンプ１における液体の輸送状態を判定することができる。そして、この判定結果に応じて圧電モーター１５０の駆動を停止させることができる。

なお、上記説明では、筒部２６０１ａの側壁面にひずみゲージ１２３を取り付けることとしていたが、筒部２６０１ａの蓋部材２６０１ｂにひずみゲージ１２３を取り付けることとしてもよい。これは、内圧が高まれば、筒部全体が膨張して、蓋部材２６０１ｂの膨張し、変形するからである。

＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝

上述したマイクロポンプ１は、小型化、薄型化が可能で、微量流量を安定して連続的に流動することができるため、生体内または生体表面に装着し、新薬の開発やドラッグデリバリなどの医療用に好適である。また、様々な機械装置において、装置内、または装置外に搭載し、水や食塩水、薬液、油類、芳香液、インク、気体等の流体の輸送に利用することができる。さらに、マイクロポンプ単体で、流体の流動、供給に利用することができる。

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。

１ マイクロポンプ
１０ 本体、２０ カートリッジ、
３０ パッチ、
１１０ 本体ベース、
１２１ カム、１２１ａ カム面、
１２２ 超音波センサー、１２２ａ 超音波モジュール、
１２５ 輪列受、１２６ 出力軸、１２７ 中間車、
１２８ ローター車、１２９ ベアリング、
１３０ 本体ケース、１４０ 回路基板、１４１ 制御部、
１５０ 圧電モーター、１５１ 板状部材、１５２ ばね、
１７１ フック掛け、１７２ フック挿入口、
１８０ 電源部、１８１ 二次電池収納部、
１８２ 電池プラス端子、１８３ 電池マイナス端子、１８４ 二次電池、
２１０ カートリッジベース、２１１ 流体流入口、
２２０ フィンガーユニット、
２２２ フィンガー、２２２ａ 先端部、２２２ｂ 後端部、
２２５ チューブ、２２６ フィンガー押さえ、
２２７ フィンガーベース、
２２７ａ チューブ案内溝、２２７ｂ フィンガーガイド、２２７ｃ カム収容部、
２２８ 吸入用コネクター、２２９ 吐出用コネクター、
２３１ パッチ接続針、
２４０ カートリッジベース押さえ、
２４１ カートリッジセプタム挿入孔、２４２ フィルム押さえ部、
２５０ リザーバーフィルム、
２６０ 圧力検出用部材、
２７１ 固定フック、２７２ 固定フック、２７３ パッキン、
２８０ カートリッジセプタム、２９０ 貯留部、
３１０ カテーテル、３２０ 導入針、３２１ 導入針フォルダ、
３２２ 導入針用セプタム、
３３０ ポートベース、３４０ パッチベース、３４０ａ 開口部、
３４１ カートリッジ固定部材、
３５０ パッチセプタム、３６０ 粘着テープ、３６０ａ 開口部、
２６０１ 流路部材、２６０１ａ 筒部、
２６０４ 連通孔、２６０５ 貫通孔

Claims (8)

1. 流体を輸送する流路部材と、
   前記流路部材に設けられた筒部と、
   前記筒部の変位を計測する計測部と、
   前記筒部の変位に基づいて、前記流体の輸送状態を判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする流体注入装置。
2. 請求項１に記載の流体注入装置であって、
   前記計測部は、超音波センサーとひずみゲージのうち少なくともいずれか一方を有することを特徴とする流体注入装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の流体注入装置であって、
   前記筒部に設けられた蓋部と、前記流体との間に空気層を有することを特徴とする流体注入装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の流体注入装置であって、
   前記筒部の剛性は前記流路部材の剛性よりも低いことを特徴とする流体注入装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の流体注入装置であって、
   前記筒部の厚みは前記流路部材の厚みよりも薄いことを特徴とする流体注入装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の流体注入装置であって、
   前記流路部材に接続されるチューブの剛性は少なくとも前記筒部の剛性よりも高いことを特徴とする流体注入装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の流体注入装置であって、
   前記筒部は、前記流路部材の流路と交差する方向に前記流路部材から延びることを特徴とする流体注入装置。
8. 流体を輸送する流路部材と、前記流路部材に設けられた筒部と、前記筒部の変位を計測する計測部と、を備える流体注入装置においける前記流体の輸送状態判定方法であって、
   前記筒部の変位を計測することと、
   前記筒部の変位に基づいて、前記流体の輸送状態を判定することと、
   を含む輸送状態判定方法。