JP2018094308A - 輸液ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】カセットの駆動軸とポンプ本体の出力軸との新規な連結構造を有した輸液ポンプであって、駆動軸と出力軸との確実な連結を長期にわたって維持でき、送液を長期にわたって円滑に行うことが可能な輸液ポンプを提供する。【解決手段】輸液ポンプ１０は、ポンプ本体２０に対して着脱自在に取り付けられるカセット６０を有し、ポンプ本体内のモーター３１の回転駆動力によってカセット内の送液部６５を駆動する。ポンプ本体の出力軸３２は径方向に突出したピン部材５０が取り付けられている。出力軸には、ワンウェイクラッチ４０が取り付けられている。カセットは、出力軸が嵌り込む受け孔７２が形成された駆動軸７０を有する。受け孔内には、ピン部材が接触して押される被押圧面７４が形成された駆動力受け部７３と、ピン部材に接触してピン部材を被押圧面に向けてガイドする傾斜したガイド面７６が形成されたガイド部７５とが配置されている。【選択図】図８

Description

本発明は、ポンプ本体と、ポンプ本体に対して着脱自在に取り付けられるカセットとを有する輸液ポンプに関する。

輸液ポンプを使ってチューブを介して輸液する技術が様々な分野で利用されている。たとえば、医療分野においては、輸液バッグからチューブを介して薬剤、栄養分、水分などを患者の体内に注入する場合に、輸液ポンプが好適に利用されている。輸液ポンプには、回転駆動力を生じるモーターを有するポンプ本体と、液体を送り出す送液部を有しポンプ本体に対して着脱自在に取り付けられるカセットとを有するものがある（特許文献１を参照）。

ポンプ本体は、モーターの回転駆動力をポンプ本体の外部に出力する出力軸を有し、カセットは、ポンプ本体の出力軸に連結自在な駆動軸を有している。送液用のチューブは、カセット内に予めセットされる。カセットの送液部は、たとえば、チューブを潰しながら扱く回転自在な偏芯ローラーを有する。カセットをポンプ本体に取り付けると、カセットの駆動軸がポンプ本体の出力軸に連結される。この状態でモーターを作動させると、カセットの送液部は、ポンプ本体内のモーターの回転駆動力が伝達されて駆動され、チューブを介して送液する。使用済みのカセットは廃棄されるため、新たなカセットへの交換作業は頻繁に行われる。

カセットをポンプ本体に着脱するタイプの輸液ポンプにあっては、カセットをポンプ本体に取り付けるときには、カセットの駆動軸の向きと、ポンプ本体の出力軸との向きが一定ではない。このように、駆動軸と出力軸との向きの関係がどのような場合であっても、カセットをポンプ本体に容易に取り付けることができ、かつ、駆動軸と出力軸との確実な連結を行い得る連結構造が必要となる。

駆動軸と出力軸との従来の連結構造として、駆動軸に形成したキー溝と、出力軸に径方向に突出可能なスライドプレートとが嵌まり合うことによって、モーターの回転駆動力を伝達するようにしたものがある。スライドプレートは、出力軸に形成したスリットに出力軸の径方向に沿ってスライド移動自在に設けられ、バネの弾発力によって、出力軸の外周面から径方向に飛び出すように付勢されている。この飛び出した部分（凸部分）が駆動軸のキー溝に嵌まり込み、回転が伝わる。駆動軸のキー溝と出力軸の凸部分とがずれた位置にある場合には、凸部分が押し下げられることによってスリット内に退避し、駆動軸と出力軸とを嵌め合って、カセットをポンプ本体に取り付けることができる。送液のためにモーターを作動させると、出力軸が１回転する間にスライドプレートがキー溝に向かい合い、バネの弾発力によって凸部分が飛び出す。これによって、凸部分が駆動軸のキー溝に嵌まり込み、回転が伝わる。

特開２０１４−１２１２３号公報

カセット交換時などにおいてポンプ本体の出力軸の部分に薬剤が付着することがある。駆動軸と出力軸との従来の連結構造にあっては、スライドプレートやバネをスリット内において移動させる形態である。このため、スライドプレートとスリットとの間のクリアランスや、バネなどに付着した薬剤などが固化することによって、スライドプレートの円滑な移動が阻害されるおそれがある。スライドプレートが円滑に移動しないと、駆動軸と出力軸との連結が不十分なものとなり、送液を円滑に行うことができなくなる。

そこで、本発明の目的は、カセットの駆動軸とポンプ本体の出力軸との新規な連結構造を有した輸液ポンプであって、駆動軸と出力軸との確実な連結を長期にわたって維持でき、送液を長期にわたって円滑に行うことが可能な輸液ポンプを提供することを目的とする。

本発明に係る輸液ポンプは、回転駆動力を生じるモーターが配置されたポンプ本体と、液体を送り出す送液部が配置され前記ポンプ本体に対して着脱自在に取り付けられるカセットとを有し、前記ポンプ本体内の前記モーターの回転駆動力によって前記カセット内の前記送液部を駆動する。前記ポンプ本体は、出力軸と、ピン部材と、ワンウェイクラッチとを有する。出力軸は、前記モーターの回転駆動力を前記ポンプ本体の外部に出力する。ピン部材は、前記出力軸の外周面から径方向に突出した状態に取り付けられている。ワンウェイクラッチは、前記出力軸に取り付けられ、前記モーターの回転駆動力を前記出力軸に伝達する第１動作モードと、前記モーターの回転駆動力の前記出力軸への伝達を遮断する第２動作モードとを選択的に実行可能である。一方、前記カセットは、駆動軸と、駆動力受け部と、ガイド部とを有する。駆動軸は、前記出力軸が回転自在に嵌り込む受け孔が形成されている。駆動力受け部は、前記受け孔内に配置され、前記ワンウェイクラッチが第１動作モードのときに前記出力軸の前記ピン部材が接触して押される被押圧面が形成されている。ガイド部は、前記受け孔内に配置され、前記ワンウェイクラッチが第２動作モードのときに前記出力軸の前記ピン部材に接触して前記ピン部材を前記被押圧面に向けてガイドする傾斜したガイド面が形成されている。ここに、前記ワンウェイクラッチが第２動作モードの場合における前記出力軸の回転負荷は、前記駆動軸の回転負荷よりも小さく設定されている。これによって、前記ワンウェイクラッチが第２動作モードの場合に、前記ピン部材が前記ガイド面に接触した状態において前記出力軸と前記駆動軸とを相対的にさらに接近移動させたときに、前記駆動軸を回転させることなく前記出力軸を回転させている。

この輸液ポンプによれば、カセットの駆動軸とポンプ本体の出力軸との連結構造は、スライドプレートやバネなどのような可動する構成部品を必要としない。このため、出力軸やピン部材に付着した輸液が固化することがあっても、駆動軸と出力軸との連結に悪影響を及ぼすことがない。したがって、駆動軸と出力軸との確実な連結を長期にわたって維持でき、送液を長期にわたって円滑に行うことが可能な輸液ポンプを提供できる。

図１（Ａ）は、実施形態に係る輸液ポンプを、ポンプ本体に対してカセットを取り付けた状態において示す斜視図、図１（Ｂ）は、輸液ポンプを、ポンプ本体から取り外したカセットの裏面側が見えるように傾けた状態において示す斜視図である。 カセットの送液部の要部を示す平面図である。 ポンプ本体に内蔵され、出力軸を回転駆動する駆動ユニットを示す平面図である。 ポンプ本体の出力軸、出力ギヤ、ワンウェイクラッチ、およびカセットの駆動軸を示す斜視図である。 ポンプ本体の出力軸、出力ギヤ、ワンウェイクラッチの軸縦断面を示す斜視図である。 図６（Ａ）（Ｂ）は、ワンウェイクラッチの第１と第２の動作モードの説明に使用する要部断面図であり、図６（Ａ）は、モーターの回転駆動力を出力軸に伝達する第１動作モードを示す要部断面図、図６（Ｂ）は、モーターの回転駆動力の出力軸への伝達を遮断する第２動作モードを示す要部断面図である。 図７（Ａ）（Ｂ）は、図４に示されるカセットの駆動軸を上下反転して示す斜視図であり、図７（Ａ）（Ｂ）は、互いに異なる方位から見たときの斜視図である。 ポンプ本体の出力軸、およびカセットの駆動軸を示す斜視図であり、受け孔を見ることができる方位から駆動軸を見たときの斜視図である。 ポンプ本体の出力軸、およびカセットの駆動軸を組み合わせた状態を、出力軸の側から見た図である。 対比例における、出力軸を回転駆動する駆動ユニットを示す平面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図面において、同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面において、各部材の大きさや比率は、実施形態の理解を容易にするために誇張し、実際の大きさや比率とは異なる場合がある。

図１〜図９を参照して、本実施形態の輸液ポンプ１０を概説する。輸液ポンプ１０は、回転駆動力を生じるモーター３１が配置されたポンプ本体２０と、液体を送り出す送液部６５が配置されポンプ本体２０に対して着脱自在に取り付けられるカセット６０とを有し、ポンプ本体２０内のモーター３１の回転駆動力によってカセット６０内の送液部６５を駆動する（図１〜図３を参照）。ポンプ本体２０は、出力軸３２と、ピン部材５０と、ワンウェイクラッチ４０とを有する（図４〜図６を参照）。出力軸３２は、モーター３１の回転駆動力をポンプ本体２０の外部に出力する。ピン部材５０は、出力軸３２の外周面から径方向に突出した状態に取り付けられている。ワンウェイクラッチ４０は、出力軸３２に取り付けられ、モーター３１の回転駆動力を出力軸３２に伝達する第１動作モードと、モーター３１の回転駆動力の出力軸３２への伝達を遮断する第２動作モードとを選択的に実行可能である。一方、カセット６０は、駆動軸７０と、駆動力受け部７３と、ガイド部７５とを有する（図７〜図９を参照）。駆動軸７０は、出力軸３２が回転自在に嵌り込む受け孔７２が形成されている。駆動力受け部７３は、受け孔７２内に配置され、ワンウェイクラッチ４０が第１動作モードのときに出力軸３２のピン部材５０が接触して押される被押圧面７４が形成されている。ガイド部７５は、受け孔７２内に配置され、ワンウェイクラッチ４０が第２動作モードのときに出力軸３２のピン部材５０に接触してピン部材５０を被押圧面７４に向けてガイドする傾斜したガイド面７６が形成されている。ここに、ワンウェイクラッチ４０が第２動作モードの場合における出力軸３２の回転負荷は、駆動軸７０の回転負荷よりも小さく設定されている。これによって、ワンウェイクラッチ４０が第２動作モードの場合に、ピン部材５０がガイド面７６に接触した状態において出力軸３２と駆動軸７０とを相対的にさらに接近移動させたときに、駆動軸７０を回転させることなく出力軸３２を回転させている（図４を参照）。以下、詳述する。

本実施形態の輸液ポンプ１０は、たとえば医療分野において、輸液バッグからチューブ６２を介して薬剤、栄養分、水分などを患者の体内に注入するために使用される。

図１（Ａ）は、実施形態に係る輸液ポンプ１０を、ポンプ本体２０に対してカセット６０を取り付けた状態において示す斜視図、図１（Ｂ）は、輸液ポンプ１０を、ポンプ本体２０から取り外したカセット６０の裏面側が見えるように傾けた状態において示す斜視図である。

図１（Ａ）（Ｂ）を参照して、輸液ポンプ１０のポンプ本体２０は、上面から前正面にかけて、カセット６０を位置決めして保持する保持凹部２１が形成されている。上面には、輸液ポンプ１０の作動を操作する複数の操作ボタン２２、設定内容や動作状況を表示するモニター２３が設けられている。保持凹部２１の底部に、出力軸３２の先端部が突出している。ポンプ本体２０は、出力軸３２を回転駆動する駆動ユニット３０が内蔵されている。カセット６０は、ケース体６１を有し、ケース体６１内の送液部６５にチューブ６２が予めセットされる。送液が終了すると、ポンプ本体２０から使用済みのカセット６０を取り外し、新たなカセット６０に交換する。ケース体６１の裏面には、駆動軸７０に連通する貫通孔６３が形成されている。

図２は、カセット６０の送液部６５の要部を示す平面図である。

図２を参照して、カセット６０の送液部６５は、回転自在な偏芯ローラー６６を有する。ケース体６１の内周面と偏芯ローラー６６の外周面との間にチューブ６２が巻き回される。駆動軸７０は、偏芯ローラー６６の内側に配置されている。駆動軸７０の外周面に突出するように設けた取付部７１には、偏芯ローラー６６の内周面に接触する偏芯部材６７が取り付けられている。駆動軸７０が実線矢印によって示される時計回り方向に回転すると、偏芯ローラー６６は、偏芯部材６７によって押されることによって、白抜き矢印によって示されるように駆動軸７０を回転中心として時計回り方向に回転する。偏芯ローラー６６がチューブ６２の一部を押し潰し、その押潰し位置を輸液方向に移動させる。これによって、破線矢印によって示されるように、チューブ６２内の液体を送り出す。

図３は、ポンプ本体２０に内蔵され、出力軸３２を回転駆動する駆動ユニット３０を示す平面図である。

図３を参照して、駆動ユニット３０は、回転駆動力を生じるモーター３１と、モーター３１の回転駆動力をポンプ本体２０の外部に出力する出力軸３２と、モーター３１の回転駆動力を出力軸３２に伝達するギヤ機構とを有する。ギヤ機構は、平歯車および２段歯車を組み合わせて構成され、モーター回転軸に取り付けられた第１ギヤ３３と、第１ギヤ３３に噛み合う第２ギヤ３４と、第２ギヤ３４と同軸の第３ギヤ３５と、第３ギヤ３５に噛み合う第４ギヤ３６と、第４ギヤ３６と同軸の第５ギヤ３７と、第５ギヤ３７に噛み合う出力ギヤ３８とを有する。

図４は、ポンプ本体２０の出力軸３２、出力ギヤ３８、ワンウェイクラッチ４０、およびカセット６０の駆動軸７０を示す斜視図である。図５は、ポンプ本体２０の出力軸３２、出力ギヤ３８、ワンウェイクラッチ４０の軸縦断面を示す斜視図である。

図４および図５を参照して、出力ギヤ３８と出力軸３２との間に、ワンウェイクラッチ４０が組み込まれている。ワンウェイクラッチ４０は、固定リング４１によって、出力ギヤ３８に対する回転が止められている。ピン部材５０は、出力軸３２のうち保持凹部２１の底部から突出する先端部に取り付けられている。ピン部材５０は、出力軸３２を径方向に貫通し、両端部が出力軸３２の外周面から径方向に突出した状態に取り付けられている。ピン部材５０は、例えば圧入によって、出力軸３２に取り付けられている。

出力軸３２およびピン部材５０を形成する材料は特に限定されないが、例えば、出力軸３２を樹脂材料、ピン部材５０を金属材料から形成することができる。

図６（Ａ）（Ｂ）は、ワンウェイクラッチ４０の第１と第２の動作モードの説明に使用する要部断面図であり、図６（Ａ）は、モーター３１の回転駆動力を出力軸３２に伝達する第１動作モードを示す要部断面図、図６（Ｂ）は、モーター３１の回転駆動力の出力軸３２への伝達を遮断する第２動作モードを示す要部断面図である。なお、図６（Ａ）（Ｂ）においては、理解の容易のために、ローラー４４の移動量を誇張して示している。

図６（Ａ）（Ｂ）を参照して、ワンウェイクラッチ４０は、外輪４２と、内輪４３と、外輪４２と内輪４３との間に収容されるローラー４４（あるいはボール）と、ローラー４４に弾発力を付勢するバネ４５とを有する。外輪４２の内周面には、所定形状を有する溝４２ａが形成されている。１つの溝４２ａの範囲内において、１個のローラー４４が移動し得る。１つの溝４２ａのうち図において左側は、内輪４３との間の距離がローラー４４の外径より狭く、ローラー４４が噛み込むくさび部に形成されている。１つの溝４２ａのうち図において右側は、内輪４３との間の距離がローラー４４の外径より広く、ローラー４４を噛み込まない形状に形成されている。バネ４５は、溝４２ａにおけるくさび部の側にローラー４４を移動させる方向の弾発力を、ローラー４４に付勢する。ワンウェイクラッチ４０の外輪４２は出力ギヤ３８と一体化され、内輪４３は出力軸３２と一体化されている。外輪４２と出力ギヤ３８との一体化、および内輪４３と出力軸３２との一体化は、圧入、Ｄカット、キー、溶接、カシメ、接着・接合などの適宜の手段によって行うことができる。

ワンウェイクラッチ４０は、モーター３１の回転駆動力を出力軸３２に伝達する第１動作モード（図６（Ａ）参照）と、モーター３１の回転駆動力の出力軸３２への伝達を遮断する第２動作モード（図６（Ｂ）参照）とを選択的に実行可能である。

図６（Ａ）に示したように、第１動作モードのワンウェイクラッチ４０は、噛み込み動作を行う。出力ギヤ３８が実線矢印によって示される時計回り方向に回転すると、外輪４２も同じ時計回り方向に回転する。外輪４２の回転によって、溝４２ａにおけるくさび部がローラー４４側に寄ってくる。その結果、ローラー４４がくさび部に噛み込んで、出力軸３２が実線矢印によって示される時計回り方向に回転駆動される。

また、出力軸３２を図中反時計回り方向に回転させると、内輪４３も同じ反時計回り方向に回転する。内輪４３の回転によって、ローラー４４が溝４２ａにおけるくさび部に向かう方向へ回転移動する。その結果、ローラー４４がくさび部に噛み込んで、出力ギヤ３８が反時計回り方向に回転する。

図６（Ｂ）に示したように、第２動作モードのワンウェイクラッチ４０は、空転動作を行う。出力軸３２を実線矢印によって示される時計回り方向に回転させると、内輪４３も同じ時計回り方向に回転する。内輪４３の回転によって、バネ４５の弾発力に抗してローラー４４がくさび部から離れる方向へ回転移動する。その結果、ローラー４４は通常の転がり軸受のように回転し、出力ギヤ３８は駆動されない。

また、出力ギヤ３８が破線矢印によって示される反時計回り方向に回転すると、外輪４２も同じ反時計回り方向に回転する。外輪４２の回転によって、溝４２ａにおけるくさび部がローラー４４から遠退く。その結果、ローラー４４は通常の転がり軸受のように回転し、出力軸３２は駆動されない。

なお、図６（Ｂ）においては、外輪４２とローラー４４とを離れた状態に示しているが、ローラー４４がバネ４５によって付勢されることよって、ローラー４４と内輪４３、ローラー４４と外輪４２とは常に接触状態にある。ローラー４４が数度〜十数度だけ回転することによって、噛み込んだり、空転したりする。

図７（Ａ）（Ｂ）は、図４に示されるカセット６０の駆動軸７０を上下反転して示す斜視図であり、図７（Ａ）（Ｂ）は、互いに異なる方位から見たときの斜視図である。図８は、ポンプ本体２０の出力軸３２、およびカセット６０の駆動軸７０を示す斜視図であり、受け孔７２を見ることができる方位から駆動軸７０を見たときの斜視図である。図９は、ポンプ本体２０の出力軸３２、およびカセット６０の駆動軸７０を組み合わせた状態を、出力軸３２の側から見た図である。

図７（Ａ）（Ｂ）、図８、図９を参照して、カセット６０の駆動軸７０は、ポンプ本体２０の出力軸３２が回転自在に嵌り込む受け孔７２が形成されている。受け孔７２は、ピン部材５０が入り得る内径を有する。駆動軸７０の外周面には、偏芯部材６７（図２を参照）が取り付けられる取付部７１が突出するように設けられている。

受け孔７２内には、ピン部材５０からモーター３１の回転駆動力を受ける駆動力受け部７３が配置されている。駆動力受け部７３は、ワンウェイクラッチ４０が第１動作モードのときにピン部材５０が接触して押される被押圧面７４が形成されている。

受け孔７２内には、ポンプ本体２０にカセット６０を取り付けるときに、ピン部材５０を駆動力受け部７３の被押圧面７４にガイドするガイド部７５が配置されている。ガイド部７５は、ワンウェイクラッチ４０が第２動作モードのときにピン部材５０に接触してピン部材５０を被押圧面７４に向けてガイドする傾斜したガイド面７６が形成されている。ガイド面７６は、駆動軸７０の軸線に向かって、図７においては下り傾斜して形成されている。

駆動力受け部７３は軸対称の位置に一対配置され、ガイド部７５も同様に軸対称の位置に一対配置されている。

図９を参照して、出力軸３２と駆動軸７０とを組み合わせるときにピン部材５０が接触する接触部の形状について説明する。被押圧面７４は、出力軸３２が時計回り方向に回転するとき（図９は出力軸３２の側から外方を見ているため、図９においては反時計回り方向となる）にピン部材５０が押す面である。図９の符号７８によって示される範囲において、接触部は、被押圧面７４から図中時計回り方向に円周の４分の１程度を平らにした平坦な面である。その部位から図中時計回り方向への部分において、接触部は、被押圧面７４に向かって斜面となっている。カセット６０をポンプ本体２０に取り付ける場合、出力軸３２と駆動軸７０との位置関係が、ピン部材５０がガイド面７６に接触する位置にあるときがある。このようなときであっても、出力軸３２をワンウェイクラッチ４０に固定しているため、ピン部材５０が斜面であるガイド面７６に沿って逃げるように移動して、出力軸３２がワンウェイクラッチ４０の空転方向に回転することになる。

ワンウェイクラッチ４０が第２動作モードの場合における出力軸３２の回転負荷は、駆動軸７０の回転負荷よりも小さく設定されている。この条件を満たすように、ワンウェイクラッチ４０が空転動作するときの抵抗、出力軸３２を回転自在に支持する軸受けの抵抗、駆動軸７０を回転自在に支持する構造の抵抗などが調整等されている。

駆動軸７０を形成する材料は特に限定されないが、樹脂材料から形成することができる。

図７、図８、図９を参照して、ガイド部７５のガイド面７６は、出力軸３２の側に位置する頂点７６ａの一部にピン部材５０と点接触する接触面７７を有することが好ましい。接触面７７は、ピン部材５０と点接触するように傾斜して形成されている。図９に破線によって示すように、駆動軸７０と出力軸３２とが嵌まり合う位置が、ピン部材５０がガイド面７６の頂点７６ａに接触するような位置関係になる場合がある。このような場合には、ピン部材５０とガイド面７６の頂点７６ａとが線接触となるため、駆動軸７０と出力軸３２とが嵌り難くなる。本実施形態にあっては、頂点７６ａの一部に接触面７７を形成してあることから、この接触面７７においてはピン部材５０が点接触となる。このため、ピン部材５０は、頂点７６ａに接触したときに、頂点７６ａから逃げやすくなる。その結果、駆動軸７０と出力軸３２との位置関係が、ピン部材５０がガイド面７６の頂点７６ａに接触するような位置関係になる場合であっても、駆動軸７０と出力軸３２とを滑らかに嵌め込むことができる。

図７、図８を参照して、駆動力受け部７３の被押圧面７４は、ピン部材５０の外形形状に対応した円弧状の凹部７４ａを有することが好ましい。円弧状の凹部７４ａを備えない場合、つまり被押圧面７４が平面の場合には、回転駆動力が加わる方向に対して垂直な面に、ピン部材５０が線接触することになる。ピン部材５０が線接触する状態においては、接触部位に応力が集中して、被押圧面７４が変形する虞がある。本実施形態にあっては、ピン部材５０の径に合致させたアール形状の凹部７４ａを被押圧面７４に形成したことから、この凹部７４ａにおいてはピン部材５０が面接触となる。このため、被押圧面７４における特定の部位に応力が集中することを緩和することができる。その結果、被押圧面７４の変形を防ぐことができ、駆動力受け部７３はモーター３１の回転駆動力を効率よく受けることができる。

次に、本実施形態の作用を説明する。

カセット６０をポンプ本体２０に取り付ける場合、出力軸３２と駆動軸７０との位置関係は、（Ａ）ピン部材５０がガイド面７６と接触しない位置にあるとき（図９の符号７８によって示される範囲）、および（Ｂ）ピン部材５０がガイド面７６に接触する位置にあるときがある。

（Ａ）のときには、ピン部材５０とガイド面７６とが接触しないので、図１（Ｂ）に示される状態から、図１（Ａ）に示される状態に、カセット６０をポンプ本体２０に支障なく取り付けることができる。

（Ｂ）のときには、ピン部材５０は、ガイド部７５のガイド面７６に接触する。ワンウェイクラッチ４０が第２動作モード（モーター３１の回転駆動力の出力軸３２への伝達を遮断する動作モード）の場合における出力軸３２の回転負荷は、駆動軸７０の回転負荷よりも小さく設定されている。カセット６０をポンプ本体２０に取り付ける場合には、ワンウェイクラッチ４０は第２動作モードにある。したがって、ピン部材５０がガイド面７６に接触した状態において出力軸３２と駆動軸７０とを相対的にさらに接近移動させると、駆動軸７０が回転することはなく、ピン部材５０が斜面であるガイド面７６に沿って逃げるように移動して出力軸３２が回転することになる。出力軸３２は、回転しながら駆動軸７０の受け孔７２内に挿入される。これによって、図１（Ｂ）に示される状態から、図１（Ａ）に示される状態に、カセット６０をポンプ本体２０に取り付けることができる。

第２動作モードのワンウェイクラッチ４０は、図６（Ｂ）に示したように、空転動作を行う。カセット６０をポンプ本体２０に取り付けるときには、出力軸３２が実線矢印によって示される時計回り方向に回転する。このとき、内輪４３も同じ時計回り方向に回転し、内輪４３の回転によって、バネ４５の弾発力に抗してローラー４４がくさび部から離れる方向へ回転移動する。その結果、ローラー４４は通常の転がり軸受のように回転し、出力ギヤ３８は駆動されない。

ガイド部７５のガイド面７６は、出力軸３２の側に位置する頂点７６ａの一部にピン部材５０と接触する接触面７７を有する（図７、図８、図９を参照）。この接触面７７においてはピン部材５０が点接触となるため、ピン部材５０は、頂点７６ａに接触したときに（図９に破線によって示される状態）、頂点７６ａから逃げやすくなる。その結果、駆動軸７０と出力軸３２との位置関係が、ピン部材５０がガイド面７６の頂点７６ａに接触するような位置関係になる場合であっても、駆動軸７０と出力軸３２とを滑らかに嵌め込むことができる。

カセット６０をポンプ本体２０に取り付けた後、送液するときには、ポンプ本体２０のモーター３１を駆動させる。モーター３１を駆動すると、ワンウェイクラッチ４０は第１動作モード（モーター３１の回転駆動力を出力軸３２に伝達するモード）にある。ピン部材５０は、駆動力受け部７３の被押圧面７４に接触して、被押圧面７４を押すことになる。駆動力受け部７３がピン部材５０を介してモーター３１の回転駆動力を受け、駆動軸７０が回転駆動される。図２に示したように、駆動軸７０が実線矢印によって示される時計回り方向に回転すると、偏芯ローラー６６が白抜き矢印によって示されるように公転する。偏芯ローラー６６がチューブ６２の一部を押し潰し、その押潰し位置を輸液方向に移動させる。これによって、破線矢印によって示されるように、チューブ６２内の液体を送り出す。

第１動作モードのワンウェイクラッチ４０は、図６（Ａ）に示したように、噛み込み動作を行う。出力ギヤ３８が実線矢印によって示される時計回り方向に回転する。このとき、外輪４２も同じ時計回り方向に回転し、外輪４２の回転によって、溝４２ａにおけるくさび部がローラー４４側に寄ってくる。その結果、ローラー４４がくさび部に噛み込んで、出力軸３２が実線矢印によって示される時計回り方向に回転駆動される。

駆動力受け部７３の被押圧面７４は、ピン部材５０の外形形状に対応した円弧状の凹部７４ａを有する（図７、図８を参照）。この凹部７４ａにおいてはピン部材５０が面接触となるため、被押圧面７４とピン部材５０との接触面積が大きくなり、被押圧面７４における特定の部位に応力が集中することを緩和することができる。その結果、被押圧面７４の変形を防ぐことができ、駆動力受け部７３はモーター３１の回転駆動力を効率よく受けることができる。

カセット６０をポンプ本体２０に着脱するタイプの輸液ポンプ１０にあっては、カセット６０交換時などにおいて出力軸３２の部分に薬剤が付着することがある。しかしながら、本実施形態における駆動軸７０と出力軸３２との連結構造にあっては、従来の連結構造におけるスライドプレートやバネなどのような可動する構成部品を必要としない。このため、出力軸３２やピン部材５０に付着した薬剤などが固化することがあっても、駆動軸７０と出力軸３２との連結に悪影響を及ぼすことがない。したがって、実施形態の輸液ポンプ１０は、駆動軸７０と出力軸３２との確実な連結を長期にわたって維持でき、送液を長期にわたって円滑に行うことが可能な輸液ポンプ１０となる。

可動する構成部品を必要とする従来構造に比べて、部品点数が少なく、簡素な構造によって、駆動軸７０と出力軸３２とを連結するという機能を達成することができる。さらに、従来構造に比べて、スリットを形成する加工が不要となり、組み立ても容易であることから、コストの低減に寄与することができる。

カセット６０をポンプ本体２０に取り付けるときに駆動軸７０を回転させる動作を伴ってしまうと、微量の送液あるいは微量の逆送（吸上げ）を生じてしまう。しかしながら、本実施形態における駆動軸７０と出力軸３２との連結構造にあっては、カセット６０をポンプ本体２０に取り付けるときに、駆動軸７０を回転させることなく出力軸３２を回転させることができる。したがって、意図しない送液あるいは逆送を未然に防止できる。

ポンプ本体２０の出力軸３２を回転させるトルク（ワンウェイクラッチ４０の空転トルク）は非常に小さいため、カセット６０を挿入するときに出力軸３２に作用するスラスト荷重が比較的小さくなる。このため、出力軸３２を支持する軸受が受けなければならない荷重も比較的小さくなり、軸受の小型化を図ることができる。

図１０は、対比例における、出力軸１３２を回転駆動する駆動ユニット１３０を示す平面図である。

対比例の駆動ユニット１３０は、回転駆動力を生じるモーター１３１と、モーター１３１の回転駆動力をポンプ本体の外部に出力する出力軸１３２と、モーター１３１の回転駆動力を出力軸１３２に伝達するギヤ機構とを有する。ギヤ機構は、平歯車および２段歯車を組み合わせて構成され、モーター回転軸に取り付けられた第１ギヤ１３３と、第１ギヤ１３３に噛み合う第２ギヤ１３４と、第２ギヤ１３４と同軸の第３ギヤ１３５と、第３ギヤ１３５に噛み合う第４ギヤ１３６と、第４ギヤ１３６と同軸の第５ギヤ１３７と、第５ギヤ１３７に噛み合う第６ギヤ１３８と、第６ギヤ１３８と同軸の第７ギヤ１３９と、第７ギヤ１３９に噛み合う出力ギヤ１４０とを有する。また、第６ギヤ１３８に噛み合うワンウェイクラッチ１４１を有する。ワンウェイクラッチ１４１はギヤ輪列の外に配置している。図１０において、実線によって示される矢印は、通常動作（出力軸１３２が時計回り方向）のときの各ギヤの回転方向を示している。ワンウェイクラッチ１４１については、通常動作のときは空転動作を行う。破線によって示される矢印は、出力軸１３２が反時計回り方向に回転することを阻止する逆転防止動作を示している。ワンウェイクラッチ１４１については、逆転防止動作のときは噛み込み動作を行う。ワンウェイクラッチ１４１の噛み込み動作は、図中破線矢印にバツ印を付して示している。

対比例において出力軸１３２を外力によって回転させようとした場合には、次のようなトルクが必要となる。つまり、「バックドライバビリティ（ＢＤ）＝モーターコギングトルク×減速比／増速効率」である。

出力軸１３２の回転方向は時計回り方向に限定される。対比例においては、「カセットの駆動軸の回転トルク＜ギヤのＢＤ」であるため、カセット６０をポンプ本体２０に取り付けるときにカセット６０の駆動軸が逆回転してしまい、逆送（吸上げ）を生じてしまう。ポンプ本体の出力軸１３２を回転させるためには、「カセットの駆動軸の回転トルク＞ギヤのＢＤ」でなければならない。

カセット６０の駆動軸を順回転（送液方向）させて出力軸１３２を挿入する場合、ワンウェイクラッチ１４１によって出力軸１３２は回転不可方向であり、カセットの負荷トルクに相当する、スラスト荷重（カセット装着時の押込み力）が必要となる。この場合には、出力軸を支持する軸受に相当のスラスト荷重が加わることが問題となる。

また、「カセットの駆動軸の回転トルク＞ギヤのＢＤ」なる関係を成立させるためには、カセットの駆動軸の回転トルクを増加させればよいのであるが、送液を行う通常動作時の負荷も必然的に増加することになる。このため、消費電力が増大してしまい、省エネルギー化が要求される現在の製品性能に反するという問題が生じる。

一方、本実施形態の駆動ユニット３０にあっては、図３に示したように、ワンウェイクラッチ４０は、出力ギヤ３８と出力軸３２との間に配置してある。図３において、実線によって示される矢印は、通常動作（出力軸３２が時計回り方向）のときの各ギヤの回転方向を示している。ワンウェイクラッチ４０については、通常動作のときは噛み込み動作を行う。ワンウェイクラッチ４０が噛み込み動作を行うことによって、モーター３１の回転駆動力が出力軸３２に伝わる。破線によって示される矢印は、出力軸３２が反時計回り方向に回転することを阻止する逆転防止動作を示している。ワンウェイクラッチ４０については、逆転防止動作のときは空転動作を行う。

モーター３１が逆転すると、出力ギヤ３８は逆回転するが、トルクを伝達するワンウェイクラッチ４０が空転動作を行うため、出力軸３２は不動作となる。この機能をカセット６０の挿入動作へ有効活用している。出力軸３２を外力によって回転させようとした場合、時計回り方向には、ワンウェイクラッチ４０の空転トルクで回り、反時計回り方向には、ギヤのＢＤで回ることになる。「カセット６０の駆動軸７０の回転トルク＞ワンウェイクラッチ４０の空転トルク」であり、ポンプ本体２０の出力軸３２を回転させて、カセット６０をポンプ本体２０に取り付けることができる。

対比例にあっては、ワンウェイクラッチ１４１をギヤ輪列の外に配置しているが、本実施形態では、ワンウェイクラッチ４０を出力ギヤ３８、出力軸３２と同軸に配置している。ワンウェイクラッチ４０の設置スペースを小さくでき、駆動ユニット３０の省スペース化を通してポンプ本体２０の小型化を図ることができる。

出力軸３２、１３２が反時計回り方向に回転することを阻止する逆転防止機能に関し、何らかの原因によってモーター３１、１３１に異常逆回転が生じた場合には、対比例の構成においては、ワンウェイクラッチ１４１の噛み込み動作によって、出力軸１３２の逆回転を抑えることになる。このため、モーター１３１に過大な負荷を与える虞がある。一方、本実施形態にあっては、出力ギヤ３８が逆回転してワンウェイクラッチ４０が空転動作するため、モーター３１に過大な負荷を与える事態が生じない。

また、対比例にあっては、ワンウェイクラッチ１４１を空転動作させて出力軸１３２を回転させることになるため、ギヤ及び軸受の摩擦損失に加えて、モーター１３１はワンウェイクラッチ１４１の空転トルクに相当する負荷もある。このため、伝達効率を悪化させる（消費電力が増加する）要因となる。一方、本実施形態にあっては、通常動作のときにはワンウェイクラッチ４０を噛み込み動作によって使用するため、伝達効率を悪化させることがない。

以上説明したように、本実施形態の輸液ポンプ１０は、ポンプ本体２０の出力軸３２は径方向に突出したピン部材５０が取り付けられ、出力軸３２には、ワンウェイクラッチ４０が取り付けられている。カセット６０は、出力軸３２が嵌り込む受け孔７２が形成された駆動軸７０を有し、受け孔７２内には、ピン部材５０が接触して押される被押圧面７４が形成された駆動力受け部７３と、ピン部材５０に接触してピン部材５０を被押圧面７４に向けてガイドする傾斜したガイド面７６が形成されたガイド部７５とが配置されている。ここに、ワンウェイクラッチ４０が第２動作モード（モーター３１の回転駆動力の出力軸３２への伝達を遮断する動作モード）の場合における出力軸３２の回転負荷は、駆動軸７０の回転負荷よりも小さく設定されている。これによって、ワンウェイクラッチ４０が第２動作モードの場合に、ピン部材５０がガイド面７６に接触した状態において出力軸３２と駆動軸７０とを相対的にさらに接近移動させたときに、駆動軸７０を回転させることなく出力軸３２を回転させている。

このように構成した輸液ポンプ１０によれば、カセット６０の駆動軸７０とポンプ本体２０の出力軸３２との連結構造は、従来の連結構造におけるスライドプレートやバネなどのような可動する構成部品を必要としない。このため、出力軸３２やピン部材５０に付着した薬剤などが固化することがあっても、駆動軸７０と出力軸３２との連結に悪影響を及ぼすことがない。したがって、駆動軸７０と出力軸３２との確実な連結を長期にわたって維持でき、送液を長期にわたって円滑に行うことが可能な輸液ポンプ１０を提供できる。

また、ガイド部７５のガイド面７６は、出力軸３２の側に位置する頂点７６ａの一部にピン部材５０と点接触する接触面７７を有している。

このように構成することによって、駆動軸７０と出力軸３２との位置関係が、ピン部材５０がガイド面７６の頂点７６ａに接触するような位置関係になる場合であっても、駆動軸７０と出力軸３２とを滑らかに嵌め込むことができる。

また、駆動力受け部７３の被押圧面７４は、ピン部材５０の外形形状に対応した円弧状の凹部７４ａを有している。

このように構成することによって、被押圧面７４における特定の部位に応力が集中することを緩和して、被押圧面７４の変形を防ぐことができ、駆動力受け部７３はモーター３１の回転駆動力を効率よく受けることができる。

本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、適宜改変することができる。

たとえば、輸液ポンプ１０を医療分野において使用する実施形態について説明したが、この分野に限られることなく使用できる。

ワンウェイクラッチ４０は、第１動作モード（モーター３１の回転駆動力を出力軸３２に伝達するモード）と、第２動作モード（モーター３１の回転駆動力の出力軸３２への伝達を遮断するモード）とを選択的に実行可能である限りにおいて、適宜の構成を採用することができる。外輪４２や内輪４３は必ずしも必要ではく、内輪を備えていないワンウェイクラッチの場合には、出力軸３２がローラー４４と直接に接する。

図示した実施形態においては、ピン部材５０は出力軸３２の径方向両側に突出している。本発明は、ピン部材５０が径方向の片方のみに突出している形態を除外するものではない。ただし、駆動軸７０を滑らかに回転駆動する観点からは、ピン部材５０を軸対称の位置に対をなすように突出させ、モーター３１の回転駆動力を軸対称の位置から均等に駆動軸７０に伝達することが好ましい。

１０ 輸液ポンプ、
２０ ポンプ本体、
２１ 保持凹部、
３０ 駆動ユニット、
３１ モーター、
３２ 出力軸、
３３〜３７ 第１〜第５ギヤ、
３８ 出力ギヤ、
４０ ワンウェイクラッチ、
４１ 固定リング、
４２ 外輪、
４２ａ 溝、
４３ 内輪、
４４ ローラー、
４５ バネ、
５０ ピン部材、
６０ カセット、
６１ ケース体、
６２ チューブ、
６５ 送液部、
６６ 偏芯ローラー、
７０ 駆動軸、
７１ 取付部、
７２ 受け孔、
７３ 駆動力受け部、
７４ 被押圧面、
７４ａ 凹部、
７５ ガイド部、
７６ ガイド面、
７６ａ 頂点、
７７ 接触面。

Claims (3)

1. 回転駆動力を生じるモーターが配置されたポンプ本体と、液体を送り出す送液部が配置され前記ポンプ本体に対して着脱自在に取り付けられるカセットとを有し、前記ポンプ本体内の前記モーターの回転駆動力によって前記カセット内の前記送液部を駆動する輸液ポンプであって、
   前記ポンプ本体は、
   前記モーターの回転駆動力を前記ポンプ本体の外部に出力する出力軸と、
   前記出力軸の外周面から径方向に突出した状態に取り付けられたピン部材と、
   前記出力軸に取り付けられ、前記モーターの回転駆動力を前記出力軸に伝達する第１動作モードと、前記モーターの回転駆動力の前記出力軸への伝達を遮断する第２動作モードとを選択的に実行可能なワンウェイクラッチとを有し、
   前記カセットは、
   前記出力軸が回転自在に嵌り込む受け孔が形成された駆動軸と、
   前記受け孔内に配置され、前記ワンウェイクラッチが第１動作モードのときに前記出力軸の前記ピン部材が接触して押される被押圧面が形成された駆動力受け部と、
   前記受け孔内に配置され、前記ワンウェイクラッチが第２動作モードのときに前記出力軸の前記ピン部材に接触して前記ピン部材を前記被押圧面に向けてガイドする傾斜したガイド面が形成されたガイド部とを有し、
   前記ワンウェイクラッチが第２動作モードの場合における前記出力軸の回転負荷は、前記駆動軸の回転負荷よりも小さく設定され、これによって、前記ワンウェイクラッチが第２動作モードの場合に、前記ピン部材が前記ガイド面に接触した状態において前記出力軸と前記駆動軸とを相対的にさらに接近移動させたときに、前記駆動軸を回転させることなく前記出力軸を回転させるようにしてなる、輸液ポンプ。
2. 前記ガイド部の前記ガイド面は、前記出力軸の側に位置する頂点の一部に前記ピン部材と点接触する接触面を有する、請求項１に記載の輸液ポンプ。
3. 前記駆動力受け部の前記被押圧面は、前記ピン部材の外形形状に対応した円弧状の凹部を有する、請求項１または請求項２に記載の輸液ポンプ。