JP2023069191A - カートリッジインジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】二段的な延伸動作を行うことが可能な外部アクチュエータによって操作され得る、カートリッジインジェクタを提供する。【解決手段】カートリッジインジェクタ（４００）は、中空の筐体（４１０）と、カテーテル（４２０）と、第１の可動体（４３０）と、第２の可動体（４６０）とを備える。筐体（４１０）は、前側に開口を持つ先端部を有する。カテーテル（４２０）は、筐体内に設けられ、先端部に対して突出／退避可能である。第１の可動体（４３０）は、筐体内で、カテーテルの後端部分を保持し、筐体の第１の内壁に対して摺動可能で、カテーテルと連通する収容空間を持つ。第２の可動体（４６０）は、第１の可動体内に配置され、第１の可動体の第２の内壁に対して摺動可能で、収容空間を収縮することが可能である。【選択図】図４

Description

本発明はカートリッジインジェクタに関し、特に注射装置のようなインジェクタモジュールに用いられるカートリッジインジェクタに関する。

従来から種々の医療用ロボット装置が開発されている。特に、昨今、全世界で蔓延している新型コロナウイルス感染症（ＣＯＶＩＤ－１９）を予防するために、ワクチン接種を行うことが推奨されている。このようなワクチン接種は、所定のワクチン接種会場において、注射器を用いて多数の人に対して順次に行われる。したがって、このようなワクチン接種を人の手を介さずに自動で執り行えるロボット装置が望まれている。周知のように、このワクチン接種では、筋肉注射が行われる。ここで、「筋肉注射」とは、ワクチンなどの医薬品を皮下脂肪の奥にある筋肉に直接注射する方法のことを指す。

例えば、特許文献１は、ワクチン接種計画に使用することができる、使い捨て注射器を開示している。使い捨て注射器は、筐体と、押し棒本体と、薬剤室と、注射針と、注射移動手段（付勢手段）と、を備える。筐体は、遠位端から近位端まで延びる軸、および注射部位に当接する近位皮膚接触壁を有する。接触壁には注射針を受ける開口が設けられている。押し棒本体は、近位方向に皮膚接触壁の方を向いた加圧面を有し、第１の近位位置と第１の遠位位置の間を移動するように配置されている。押し棒本体は、筐体内の第１の遠位位置と中間位置と第１の近位位置の間を軸方向に移動することができる。薬剤室は、加圧面と近位皮膚接触壁の間に配置されている。薬剤室は、軸方向に移動することができ、押し棒本体を近位端の方に移動させることによって非軸方向に押圧される。注射針は、薬剤室に取り付けられ、第３の遠位位置と第３の近位位置の間を軸方向に移動するように配置されている。注射移動手段（付勢手段）は、押し棒本体を第１の遠位位置から第１の近位位置まで移動させるよう構成されている。

上記使い捨て注射器において、押し棒本体、薬剤室、および注射針は、押し棒本体が第１の遠位位置から中間位置まで移動し、注射針が第３の遠位位置から第３の近位位置まで移動したところで、注射針の近位端が遠位方向に皮膚接触壁から突き出し、押し棒本体が第１の近位位置まで移動したところで、薬剤室中の液体の少なくとも一部が注射針の近位端から押し出されるように、薬剤室が押圧され、注射針が第３の近位位置から第３の遠位位置まで移動する。

しかしながら、このような構成の使い捨て注射器では、使用者（医療従事者）が、付勢手段の付勢力に抗して、押し棒本体を第１の近位位置から第１の遠位位置まで後退させる必要がある。すなわち、この使い捨て注射器は、人の手を介することが必須であるので、自動で執り行えるロボット装置に組み込むための注射装置として使用するには向いていない。

また、特許文献２は、注射可能な薬剤のボーラス（bolus）の急速放出のための自動注射器を開示している。この自動注射器は、小さい外側寸法を持ち、クレジットカードに近似する、概略平坦な密封した筐体を持つ。平坦な筐体内に含まれるように構成された、注射器は、薬剤であらかじめ満たされている。筐体は、トリガされたとき、自動的に注射器と針を注射位置に前方へ動かして、注射器の容積を圧縮して急速注射を引き起こす、機構を含む。装置の前方注射の端にアクチュエータを含み、そのアクチュエータは、針を常に隠して保護し、注射後の危険を防止する。装置の平坦面は、グラフ記号と、装置の動作および条件に関連する他の可視目印と、を持つ。この装置は、簡単な３ステップの動作を可能として、誤った使用のリスクを減少する。

上記自動注射器において、筐体は、カバーと剥離可能な細長いストリップとに相互に作用する。装置は、アクチュエータアセンブリと注射器キャリアアセンブリとを含む。アクチュエータアセンブリは、概略平坦な針シールドと、そのシールドから後方に延在する一対のアームとを含む。アクチュエータアセンブリは、一対の解放可能なアームロックによって引っ込み位置に保持されている。アクチュエータアセンブリは、一対の長手方向に配置された側圧縮ばねによって前方方向に付勢されている。注射器は、平坦な構成をしており、カップ状容器を備える平坦なピストン型装置によって規定されている。カップ状容器の開放端は、注射針を運ぶピストンを受ける。ピストンの前方端は針キャリアを含み、それによって、注射針は、隔壁と空間を位置合わせして保持される。針キャリアは、長手方向に折りたたみ可能な、前方に延在する、じゃばら状のサポートを含む。針は、針サポート内に、針の一部と共に埋め込まれたアンカに固定されている。注射器アセンブリは、注射器圧縮ばね（駆動ばね）によって付勢されている。針が意図した深さに組織を貫通すると、針サポートは、針シールドの後方面上につく。もどり止め開口が、開口の後方でアームの各々に形成されている。

このような構成の自動注射器は、次のように動作する。剥離可能な細長いストリップとカバーを除いた後、アクチュエータアセンブリの針シールドを患者の皮膚に対して押し付けて、注射器キャリアが、そのラッチ位置から充分な力を持つ駆動ばねの付勢力下で遠心的に駆動されて外され、針を皮膚に突き通して、意図した深さに組織を貫通する。針サポートが後方面に接すると、針の鋭い前方端が意図した深さに患者の組織を貫通する。駆動ばねの連続する付勢力は、そのとき静止したピストン上で注射器キャリアと容器とを前方へ進め、注射器内の容積を折りたたみ、患者に注射されるように薬剤のボーラス（bolus）を引き起こす。注射器の容積の圧縮が終わると、注射が終わる。注射のストロークがその終わりに近づくと、アームロックがはずされる。アクチュエータアセンブリアームが自由になるので、装置が引っ込められるように、アクチュエータアセンブリは、側ばねの付勢力の下で、相対的に筐体の前方へ進む。針シールドは、針の前方端を覆いかつ保護するために延在し、アームロックが後方開口に落とされて、アクチュエータアセンブリと針シールドとを遠心的に延在された針保護構成にロックする。針シールドがその遠心的にロックされた位置に延在すると、シールドの平坦な面上の生物災害の目印が、それらの警告機能をするために、顕著に露出される。

しかしながら、このような構成の自動注射器は、医療従事者が使用するものではなく、患者自身が個別に使用するための注射器である。したがって、そのような自動注射器は、前述したようなワクチン接種会場において用いられる、ワクチン接種用の注射器として使用することを想定していない。また、その内部にアクチュエータを含むので、自動注射器は、非常に複雑な構成をしている。よって、上記ロボット装置に組み込む注射装置としては、注射器それ自体の構成を簡略化すると共に、注射器とは別体に外部に設けたアクチュエータ（以下、「外部アクチュエータ」と呼ぶ）を用いるようにした構成が望ましい。

そのような外部アクチュエータとしては、種々のものが考えられるが、例えば、リニアモータを使用することが可能である。リニアモータには様々なタイプのものがあるが、大きな駆動力を必要としない場合には、永久磁石とコイルとの組み合わせで構成されることが多い。また、周知のように、リニアモータは、「ムービングマグネット型リニアモータ」と「ムービングコイル型リニアモータ」との２種類に大別される。

ムービングマグネット型リニアモータでは、可動子として永久磁石を含み、固定子としてコイル（励磁コイル）を含む（例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７参照）。

一方、ムービングコイル型リニアモータでは、可動子としてコイル（電機子コイル）を含み、固定子として永久磁石を含む（例えば、特許文献８、特許文献９）。

ムービングマグネット型リニアモータおよびムービングコイル型リニアモータのいずれのリニアモータにしても、その動作原理は、永久磁石から発生する磁束とコイルに流れる電流との間の相互作用（いわゆる、フレミングの左手規則）により発生する推力を利用するものである。換言すれば、いずれの周知のリニアモータも、１つの固定子と、この固定子に対して中心軸に沿って移動自在に配置された１つの可動子とから成る。

特表２０１６－５１７７４２号公報 米国特許第６９７９３１６号明細書 特許第２７８１９１２号公報 特開２００１－０８６７２５号公報 特開２００９－０５０１２８号公報 特許第５０６８４９４号公報 特許第４０６８８４８号公報 特許第３８５２１１７号公報 特開２００７－２０９１７６号公報

しかしながら、上述したような周知のリニアモータを、注射器の外部に設けた外部アクチュエータとして使用しようとした場合、次に述べるような問題がある。

詳述すると、上述した周知のリニアモータでは、１つの可動子を固定子に対して中心軸に沿って移動させることしかできない。すなわち、１つの可動子に関連付けられた（連結されたまたは当接した）１つの被駆動体のみを、中心軸に沿って移動させるだけである。換言すれば、周知のリニアモータは、１つの被駆動体のみを移動させる、単純な延伸動作しか行えない。

一方、上述した筋肉注射を行おうとした場合、外部アクチュエータを使用して、少なくとも次に述べる３つのステップ（第１のステップ、第２のステップ、第３のステップ）の動作を、注射器にさせる必要がある。第１のステップは、注射器の筐体の前面から注射針を突出させて注射針の先端を人の筋肉に到達させるステップ（以下、「注射針突出ステップ」と呼ぶ。）である。第２のステップは、注射針の先端から薬液を筋肉内に押し出すステップ（以下、「薬液押出ステップ」と呼ぶ）である。第３のステップは、突出した注射針を注射器の筐体内に退避させるステップ（以下、「注射針退避ステップ」と呼ぶ）である。すなわち、注射器用の外部アクチュエータとしては、注射針のみを移動させるための第１の被駆動体と、薬液を押し出すための第２の被駆動体との、少なくも異なる２つの被駆動体を移動させる必要がある。換言すれば、注射器用の外部アクチュエータとして、少なくとも二段的な延伸動作を行えるリニアモータが必要である。

たとえ二段的な延伸動作を行うことが可能な外部アクチュエータが開発されたとしても、そのような外部アクチュエータによって操作され得る簡易型注射器（カートリッジインジェクタ）が必要となる。しかしながら、そのような簡易型注射器（カートリッジインジェクタ）は知られていない。

本発明の課題は、二段的な延伸動作を行うことが可能な外部アクチュエータによって操作され得る、カートリッジインジェクタを提供することにある。

本発明の一態様によれば、中心軸に沿って延在した第１の内壁を持つ中空の筐体であって、第１の方向の前側に先細った形状をした、開口を持つ先端部を有する、筐体と；筐体内で、第１の方向側で中心軸に沿って延在して設けられたカテーテルであって、先端部に対して突出／退避可能で、第１の方向とは逆方向である第２の方向側に後端部分を有する、カテーテルと；筐体内で、カテーテルの後端部分を保持する第１の可動体であって、筐体内に、中心軸に沿って筐体の第１の内壁に対して摺動しながら第１の方向および第２の方向に移動可能に配置され、カテーテルと連通する柱状の収容空間を形成する第２の内壁を持つ、第１の可動体と；第１の可動体内で、第２の方向側に配置された第２の可動体であって、第１の可動体内に、中心軸に沿って第１の可動体の第２の内壁に対して摺動しながら第１の方向に移動可能に配置され、収容空間を収縮することが可能な、第２の可動体と；を備えたカートリッジインジェクタが提供される。

上記カートリッジインジェクタにおいて、筐体、第１の可動体、および第２の可動体の各々は、中心軸に対して実質的に回転対称な形状をしていてよい。

また、第２の可動体は、中心軸及びその近傍に配置された実質的に円柱形状をしており；第１の可動体は、第２の可動体の外周近傍に配置された実質的に円筒形状をしており；筐体は、第１の可動体の外周近傍に配置された実質的に円筒形状をしていてよい。

上記収容空間は、薬液を収容していてよい。

さらに、上記カテーテルは、斜めにカットされた先端を持つことが好ましい。

上記筐体の先端部の開口は、シリコーンで塞がれていてよい。

上記カートリッジインジェクタは、筒状の第１の操作部と柱状の第２の操作部とを備えた外部アクチュエータによって、その後面から操作され得るように構成されてよい。この場合、第１の可動体と第２の可動体との組み合わせは、第１の操作部によって第１の可動体の後面から第１の方向へ向けて押し出されたときに、筐体に対して中心軸に沿って第１の方向に移動するように構成されており、それによって、カテーテルは、筐体の先端部の開口を介して第１の方向へ突出する。また、第２の可動体は、第２の操作部によって第２の可動体の後面から第１の方向へ向けて押し出されたときに、第１の可動体に対して中心軸に沿って第１の方向に移動するように構成されており、それによって、収容空間が収縮して、薬液がカテーテルを介して先端から外部へ押し出される。このような構成の場合、上記カートリッジインジェクタは、外部アクチュエータの第１の操作部および第２の操作部が、第２の方向へ後退したときに、第１の可動体と第２の可動体との組み合わせを第２の方向へ付勢する付勢手段を更に備えることが好ましい。

上記第１の可動体は、第２の方向の後側に設けられた筒状の後端部であって、第１の内壁と摺接する外周面を持つ、後端部と；第１の方向の前側に設けられた前端部であって、保持部材を介してカーテルの後端部分を保持する、前端部と；後端部と前端部との間に設けられた筒状の中間部であって、第１の内壁の内径よりも小さい外径を持つ、中間部と；から構成されてよい。この場合、後端部と中間部とは、共通に、上記収容空間を形成する第２の内壁を持ち、後端部は、第１の操作部の先端と当接する環状の後端を持つことが好ましい。

上記第２の可動体は、第１の方向の前側に設けられた前方部材であって、第１の可動体の第２の内壁と協働して収容空間を形成する前壁面を持つ、前方部材と；第２の方向の後側に設けられた後方部材であって、第２の操作部の先端と当接する後壁面を持つ、後方部材と；から構成されてよい。

上記カートリッジインジェクタにおいて、上記付勢手段は、筐体の先端部と第１の可動部の後端部との間に前記中心軸に沿って配置されてよい。

本発明に係るカートリッジインジェクタは、二段的な延伸動作を行うことが可能な外部アクチュエータによって、操作され得る。

本発明が適用される自動ワクチン接種ロボット装置の外観を、ワクチン接種される人と共に、斜め右前方から見た斜視図である。 図１に示した自動ワクチン接種ロボット装置の外観を、ワクチン接種される人と共に、略右側から見た概略右側面図である。 図１に示した自動ワクチン接種ロボット装置の外観を、ワクチン接種される人と共に、斜め右後方から見た斜視図である。 本発明が適用されるリニアモータとして使用される外部アクチュエータによって操作される、本発明の一実施形態に係るカートリッジインジェクタを、斜め右前方から見た斜視断面図である。 図４に示したカートリッジインジェクタを、略右側から見た概略右側断面図である。 図４に示したカートリッジインジェクタを、斜め右後方から見た斜視断面図である。 本発明が適用されるリニアモータを、操作部に配置されたカートリッジインジェクタと共に、斜め右前方から見た斜視断面図である。 図７に図示したリニアモータを、操作部に配置されたカートリッジインジェクタと共に、略右側から見た概略右側断面図である。 図７に図示したリニアモータを、操作部に配置されたカートリッジインジェクタと共に、斜め右後方から見た斜視断面図である。 図７乃至図９に示したリニアモータに使用される、第１の可動子の複数の永久磁石が発生する磁束について説明するための断面図である。 図７乃至図９に示したリニアモータに使用される、固定子および第２の可動子の電磁石用コイルとして、９個のコイルを使用する場合の各コイルと制御ドライバとの接続例を説明するための図である。

（本発明が適用される装置の一例）
本発明の理解を容易するために、本発明が適用される装置として、医療用ロボット装置の一種である自動ワクチン接種ロボット装置１００について説明する。この自動ワクチン接種ロボット装置１００は、新型コロナウイルス感染症（ＣＯＶＩＤ－１９）等の感染症を予防するために自動的にワクチン接種を行うロボット装置である。

図１乃至図３は、自動ワクチン接種ロボット装置１００の外観を、ワクチン接種される人２００と共に示す図である。図１は、自動ワクチン接種ロボット装置１００の外観を、斜め右前方から見た斜視図である。図２は、自動ワクチン接種ロボット装置１００の外観を、略右側から見た概略右側面図である。図３は、自動ワクチン接種ロボット装置１００の外観を、斜め右後方から見た斜視図である。

ここでは、図１乃至図３に示されるように、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用している。図１乃至図３に示した状態では、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、Ｘ軸方向は前後方向であり、Ｙ軸方向はＸ軸方向と直交する左右方向であり、Ｚ軸方向はＸ軸方向およびＹ軸方向に直交する上下方向である。よって、Ｘ軸方向は前方向Ｘ１および後方向Ｘ２に延在し、Ｙ軸方向は右方向Ｙ１および左方向Ｙ２に延在し、Ｚ軸方向は上方向Ｚ１および下方向Ｚ２に延在する。尚、本明細書において、前方向Ｘ１は、順方向または進行方向とも呼ばれ、前方向Ｘ１と逆の方向である後方向Ｘ２は、逆方向または後退方向とも呼ばれる。尚、以後の図面でも、上記直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用する。また、本明細書において、前方向Ｘ１は「第１の方向」とも呼ばれ、後方向Ｘ２は「第２の方向」とも呼ばれる。なお、本明細書において、「前」および「後」は、それぞれ、適宜「第１の」および「第２の」と呼び替えてもよい。

図１乃至図３から明らかなように、自動ワクチン接種ロボット装置１００の前方向Ｘ１の位置（接種位置）で、被接種者である人２００が、顔を右方向Ｙ１に向けた状態で、椅子３００に腰かけて座っている。換言すれば、図示の例では、自動ワクチン接種ロボット装置１００は、人２００の左上腕２１０から筋肉注射によってワクチン接種する装置である。

自動ワクチン接種ロボット装置１００は、基台１１０と、第１乃至第４の腕部１２１、１２２、１２３、および１２４と、インジェクタモジュール１３０とを含む。第１乃至第４の腕部１２１～１２４は、基台１１０から上方向Ｚ１へこれらの順に配置されている。インジェクタモジュール１３０は、第４の腕部１２４の上端に取り付けられている。図示の例では、基台１１０は床面上に固定されているが、床面上をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能に構成された、移動基台であってもよい。

基台１１０は、当該自動ワクチン接種ロボット装置１００を制御するためのコントローラ（図示せず）と電源装置（図示せず）とを内蔵している。尚、電源装置を内蔵する代わりに、自動ワクチン接種ロボット装置１００は、外部の電源装置から有線または無線で電源供給を受けるように構成されてもよい。また、コントローラは、有線または無線で、外部のコンピュータ（図示せず）と接続されている。コントローラは、コンピュータから当該自動ワクチン接種ロボット装置１００を動作させるための種々の指令を受ける。コントローラは、種々の指令に従って、自動ワクチン接種ロボット装置１００の動作を制御する。

基台１１０および第１乃至第４の腕部１２１～１２４は、第１乃至第４の関節部１４１、１４２、１４３、および１４４を介して、連接されている。詳述すると、第１の腕部１２１の下端は、基台１１０の上面で、第１の関節部１４１を介して、回転可能に連結されている。第１の腕部１２１の上端と第２の腕部１２２の下端とは、第２の関節部１４２を介して、第２の関節部１４２の回転軸の回りで回動自在に、連結されている。第２の腕部１２２の上端と第３の腕部１２３の下端とは、第３の関節部１４３を介して、第３の関節部１４３の回転軸の回りで回動自在に、連結されている。第３の腕部１２３の上端と第４の腕部１２４の下端とは、第４の関節部１４４を介して、第４の関節部１４４の回転軸の回りで回動自在に、連結されている。第１乃至第４の関節部１４１～１４４は、それぞれ、第１乃至第４のモータ（図示せず）によって駆動される。第１乃至第４のモータは、上記コントローラから送られてくる制御信号に基づいて、それぞれ、第１乃至第４の関節部１４１～１４４を回動駆動する。

第４の腕部１２４の上端に取り付けられたインジェクタモジュール１３０は、人２００に対してワクチンを接種するための注射装置である。すなわち、インジェクタモジュール１３０は、本自動ワクチン接種ロボット装置１００に組み込まれた注射装置として動作する。インジェクタモジュール１３０は、上記コント―ラから送られてくる操作指令に従って、後述するように人２００の左上腕２１０に対してワクチン接種をする。

インジェクタモジュール１３０は、後述する外部アクチュエータを覆う第１の筐体１３１と、外部アクチュエータによって駆動される複数のカートリッジインジェクタ（後述する）を覆う第２の筐体１３２とを含む。第２の筐体１３２には、複数のカートリッジインジェクタを装填できるように構成されたマガジン装置（図示せず）が内蔵されている。

詳述すると、第２の筐体１３２は、待機室（図示せず）と、廃棄室（図示せず）と、操作部（後述する）とを内蔵している。待機室は、初期状態において、複数のカートリッジインジェクタの全てを保持収容している。廃棄室は、使用済みのカートリッジインジェクタを収容するためのものである。マガジン装置は、複数のカートリッジインジェクタを、一つずつ待機室から操作部へ順次に送り込み、その後、使用済みのカートリッジインジェクタを操作部から廃棄室へ退避するように、動作する。マガジン装置は、上記コント―ラから送られてくる装填指令に従って、上述したような装填動作を行う。

一方、操作部に送り込まれたカートリッジインジェクタは、後述するように、外部アクチュエータによって操作され、人２００の左上腕２１０に対してワクチン接種を行うように、動作する。すなわち、操作部に送り込まれたカートリッジインジェクタは、筋肉注射を行なう簡易型の注射器として働く。

引き続いて、図４乃至図６を参照して、上記操作部に送り込まれた、本発明の一実施形態に係るカートリッジインジェクタ４００の構成について説明する。図４は、カートリッジインジェクタ４００を、斜め右前方から見た斜視断面図である。図５は、カートリッジインジェクタ４００を、略右側から見た概略右側断面図である。図６は、カートリッジインジェクタ４００を、斜め右後方から見た斜視断面図である。

前述したように、図４乃至図６においても、図１乃至図３において示されたものと同様の直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用している。使用する直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）については、既に詳述したので、説明を簡略化するために、その説明を省略する。

図４乃至図６から明らかなように、カートリッジインジェクタ４００は、前後方向Ｘに延在する中心軸ＣＡに対して実質的に回転対称な形状をしている。カートリッジインジェクタ４００は、中心軸ＣＡに沿って延在する、中空の筐体４１０を含む。筐体４１０は、金属製または樹脂製である。筐体４１０は、後端が開口した、実質的に、第１の内径Ｄｉ１の第１の内壁４１１を持つ円筒形をしている。筐体４１０は、その前方向Ｘ１に、先細った形状をした先端部４１２を持つ。筐体４１０は、その先端部４１２に、後述する注射針（カテーテル）４２０を突出／退避可能とする、直径Ｄａの円柱形状の開口４１２１を持つ。直径Ｄａは、上記第１の内径Ｄｉ１より小さい。なお、この先端部４１２の開口４１２１は、図示しないシリコーンで塞がれている。したがって、注射針（カテーテル）４２０は、シリコーンを貫通可能な形状をしている。

注射針（カテーテル）４２０は、筐体４１０内で、その前方向Ｘ１（第１の方向）側で中心軸ＣＡに沿って延在して設けられている。注射針（カテーテル）４２０は、実質的に円筒形をしており、その先端４２１が斜めにカットされている。注射針（カテーテル）４２０の後端部分４２２は、第１の可動体４３０に、保持部材４４０を介して保持されている。

第１の可動体４３０は、筐体４１０内に、中心軸ＣＡに沿って内壁４１１に対して摺動しながら、前後方向Ｘに移動可能に配置されている。詳述すると、第１の可動体４３０は、後方向Ｘ２（第１の方向）側の後端部４３２と、前方向Ｘ１（第１の方向）側の前端部４３４と、後端部４３２と前端部４３４との間に配置された中間部４３６と、から成る。

後端部４３２は、円筒部と、円筒部から半径方向外側に上方向Ｚ１、下方向Ｚ２、右方向Ｙ１、および左方向Ｙ２に突出する４本の突条部とを有する。４本の突条部は、前後方向Ｘに延在している。後端部４３２の４本の突条部の半径方向外側の先端面を周方向に仮想的に接続する外周面は、第１の内径Ｄｉ１と実質的に等しい外径の外壁４３２１を形成している。後端部４３２の円筒部は、第１の内径Ｄｉ１より小さい第２の内径Ｄｉ２の内壁４３２２を持つ。したがって、後端部４３２の外壁４３２１が、筐体４１０の第１の内壁４１１に対して摺動する。

中間部４３６は、上記後端部４３２の円筒部と同形状の円筒形をしている。中間部４３６は、第１の内径Ｄｉ１より小さい第１の外径Ｄｏ１の外壁４３６１と、第２の内径Ｄｉ２と等しい内径の内壁４３６２とを持つ。したがって、後端部４３２の内壁４３２２と中間部４３６の内壁４３６２とは、同じ第２の内径Ｄｉ２を持って連続している。また、中間部４３６の外壁４３６１と筐体４１０の内壁４１１との間には、隙間が空いている。この隙間には、後述するスプリング４５０の後端部が配置される。

後端部４３２の内壁４３２２と中間部４３６の内壁４３６２とによって囲まれた、第２の内径Ｄｉ２の円柱状の空間は、後述する薬液（液剤）を収容するための収容空間ＡＳとして働く。したがって、後端部４３２の内壁４３２２と中間部４３６の内壁４３６２とは、共通に、収容空間ＡＳを形成するための第２の内壁として作用する。

前端部４３４は、前方から見て十字型をしている外形を持ち、中央部に円柱状の内壁４３４２を持つ。前端部４３４の十字型外形の最も離間して周方向に仮想的に形成された外壁４３４１間の距離は、第１の外径Ｄｏ１よりも小さい第２の外径Ｄｏ２を持つ。また、前端部４３４の内壁４３４２は、第２の内径Ｄｉ２よりも小さい第３の内径Ｄｉ３を持つ。この前端部４３４の内壁４３４２に、上記保持部材４４０が配置されている。よって、注射針（カテーテル）４２０の後端部４２２は、第１の可動体４３０の前端部４３４に、保持部材４４０を介して保持される。ここで、注射針（カテーテル）４２０の円柱状の内部空間は、上記収容空間ＡＳと連通していることに注意されたい。

したがって、第１の可動体４３０は、筐体４１０を第１のシリンダとして、第１のシリンダ内を中心軸ＣＡに沿って前後方向Ｘに往復運動する、第１のピストンとして働く。第１の可動体４３０は、後述する外部アクチュエータの第１の可動子（第１の操作部）によって中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１に移動させられる。したがって、第１の可動体４３０は、注射針（カテーテル）４２０を中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１へ移動させる第１の被駆動体として働く。

尚、図４乃至図６に図示したカートリッジインジェクタ４００は、初期状態を示している。筐体４１０は、その後方向Ｘ２（第２の方向）に、後端部４１３を持つ。後端部４１３は、筐体４１０の内壁４１１から半径方向の内側へ突出する突出部４１３１を持つ。したがって、突出部４１３１の内径は、上記第１の内径Ｄｉ１よりも若干小さい。初期状態において、第１の可動体４３０の後端部４３２の４本の突条部の後端４３２ｂと、筐体４１０の後端部４１３の突出部４１３１とが、係合している。ここで、「係合」とは、係わり合うことを意味する。

筐体４１０の内部には、その前方向Ｘ１（第１の方向）側に、上記スプリング４５０が配置されている。スプリング４５０は、中心軸ＣＡに沿って、前後方向Ｘに延在して配置されている。スプリング４５０は、前方向Ｘ１（第１の方向）に前端部４５１を持ち、後方向Ｘ２（第２の方向）に後端部４５２を持つ。スプリング４５０の前端部４５１の前端４５１ａは、筐体４１０の先端部４１２の後端４１２ｂに係合する。前述したように、スプリング４５０の後端部４５２は、第１の可動体４３０の中間部４３６の外壁４３６１と筐体４１０の内壁４１１との間に形成された隙間に配置されている。そして、スプリング４５０の後端部４５２の後端４５２ｂは、第１の可動体４３０の後端部４３２の４本の突条部の前端４３２ａと係合する。

したがって、スプリング４５０は、筐体４１０の先端部４１２と第１の可動体４３０の後端部４３２との間に、中心軸ＣＡに沿って配置されている。前述したように、図４乃至図６は、カートリッジインジェクタ４００の初期状態を示している。この初期状態では、スプリング４５０は筐体４１０内に配置された第１の可動体４３０に対して付勢力を働かせることはない。しかしながら、第１の可動体４３０が中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ移動しようとすると、スプリング４４０は、その付勢力によって、第１の可動体４３０を、筐体４１０に対して相対的に後方向Ｘ２（第２の方向）へ付勢する。すなわち、スプリング４５０は、第１の可動体４３０を、筐体４１０に対して中心軸ＣＡに沿って後方向Ｘ２（第２の方向）へ付勢する付勢手段として働く。したがって、初期状態においては、このスプリング４５０によって、第１の可動体４３０の後端部４３２の後端４３２ｂは、筐体４１０の後端部４１３の突出部４１３１に係止している。ここで、「係止」とは、係わり合って止まることを意味する。

よって、後述する外部アクチュエータの第１の可動子（第１の操作部）によって、第１の可動体４３０は、後述する第２の可動体４６０と共に、初期状態から、スプリング４５０の付勢力に抗して、中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）に移動させられる。また、外部アクチュエータの第１の可動子の第１の駆動力（第１の推力；第１のローレンツ力）が消失すると、第１の可動体４３０は、スプリング４５０の付勢力によって初期状態に復帰することが可能となる。

また、前述したように、第１の可動体４３０の後端部４３２の第２の内壁４３２２および中間部４３６の第２の内壁４３６２によって囲まれた、円柱状の空間は、薬液（液剤）を収容するための収容空間ＡＳである。この収容空間ＡＳの後方向Ｘ２（第２の方向）側に、第２の可動体４６０が配置されている。この第２の可動体４６０は、実質的に円柱状の外形をしており、中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１に移動可能である。第２の可動体４６０の外周壁は、第１の可動体４３０の後端部４３２の第２の内壁４３２２および中間部４３６の第２の内壁４３６２の第２の内径Ｄｉ２と実質的に同一の外径を持つ。すなわち、第２の可動体４６０の外周壁は、第１の可動体４３０の第２の内壁（４３２２；４３６２）に対して摺動可能である。

第２の可動体４６０は、その前方向Ｘ１（第１の方向）に設けられた前方部材４６２と、その後方向Ｘ２（第２の方向）に設けられた後方部材４６４とから成る。前方部材４６２と後方部材４６４とは、錠と鍵のように互いに連結して組み合わされている。前方部材４６２は、ガスケット（パッキン）としての役目を持っている。前方部材４６２は、その前方向Ｘ１（第１の方向）に円形の前壁面４６２ａを持つ。後方部材４６４は、その後方向Ｘ２（第２の方向）に円環状の後壁面４６４ｂを持つ。よって、より正確に述べると、上記収容空間ＡＳは、第１の可動体４３０の後端部４３２の第２の内壁４３２２と、中間部４３６の第２の内壁４３６２と、前端部４３４の環状の後壁面４３４ｂと、第２の可動体４６０の前壁面４６２ａとによって囲まれた、円柱状の空間である。この収容空間ＡＳは、第１の可動体４３０に対して、第２の可動体４６０が相対的に前方向Ｘ１（第１の方向）へ移動することにより、収縮する。この収容空間ＡＳの収縮によって、収容空間ＡＳに収容された薬液（液剤）は、注射針（カテーテル）４２０の内部空間を介して、外部へ放出されることになる。

したがって、第２の可動体４６０は、第１の可動体４３０を第２のシリンダとして、第２のシリンダ内を中心軸ＣＡに沿って前後方向Ｘに往復運動可能な、第２のピストンとして働く。第２の可動体４６０は、後述する外部アクチュエータの第２の可動子（第２の操作部）によって中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）に移動させられる。したがって、第２の可動体４６０は、収容空間ＡＳ内の薬液（液剤）を中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ押し出すための第２の被駆動体として働く。

このような構成のカートリッジインジェクタ４００は、次に述べるように操作される。先ず、前述したように、外部アクチュエータの第１の可動子（第１の操作部）によって、第１の可動体４３０と第２の可動体４６０との組み合わせは、初期状態から、スプリング４５０の付勢力に抗して、中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）に移動させられる。これにより、注射針（カテーテル）４２０が中心軸ＣＡに沿って筐体４１０の開口４１２１から前方向Ｘ１（第１の方向）へ突出し、注射針（カテーテル）４２０の先端４２１が、人２００の左上腕２１０（図１乃至図３参照）から筋肉に到達する。その後に、外部アクチュエータの第２の可動子（第２の操作部）によって、第２の可動体４６０は、収容空間ＡＳ内の薬液（液剤）を中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ押し出す。これにより、収容空間ＡＳ内に収容された薬液（液剤）が、注射針（カテーテル）４２０の内部空間を介して、人２００の筋肉内に押し出される。その後、外部アクチュエータの第１の可動子および第２の可動子の駆動力（推力；ローレンツ力）が消失する。これにより、スプリング４５０の付勢力によって、自動的に、突出した注射針（カテーテル）４２０が筐体４１０の内部に退避される。

尚、第１の可動体４３０は外筒とも呼ばれ、第２の可動体４６０は内筒とも呼ばれる。

引き続いて、図７乃至図９を参照して、図４乃至図６に図示されたカートリッジインジェクタ４００を駆動するための外部アクチュエータとして用いられる、リニアモータ５００の構成について説明する。図７は、リニアモータ５００を、第２の筐体１３２の操作部に配置されたカートリッジインジェクタ４００と共に、斜め右前方から見た斜視断面図である。図８は、リニアモータ５００を、第２の筐体１３２の操作部に配置されたカートリッジインジェクタ４００と共に、略右側から見た概略右側断面図である。図９は、リニアモータ５００を、第２の筐体１３２の操作部に配置されたカートリッジインジェクタ４００と共に、斜め右後方から見た斜視断面図である。

前述したように、図７乃至図９においても、図１乃至図３において示されたものと同様の直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用している。使用する直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）については、既に詳述したので、説明を簡略化するために、その説明を省略する。

リニアモータ５００の構成について説明する前に、リニアモータ５００の周囲における、インジェクタモジュール１３０の構成（すなわち、リニアモータ５００の周囲部品）について説明する。

図１乃至図３を参照して説明したように、インジェクタモジュール１３０は、外部アクチュエータであるリニアモータ５００を覆う第１の筐体１３１と、複数のカートリッジインジェクタ４００を覆う第２の筐体１３２とを含む。インジェクタモジュール１３０は、第１の筐体１３１および第２の筐体１３２の内部で、中心軸ＣＡと平行に前後方向Ｘに延在するベース１３３を備えている。ベース１３３は、第２の筐体１３２内に前端１３３ａを持ち、第１の筐体１３１内に後端１３３ｂを持つ。第２の筐体内１３２内で、ベース１３３の前方向Ｘ１（第１の方向）側には、操作中のカートリッジインジェクタ４００を保持する保持ブロック１３４が、ベース１３３から上方向Ｚ１に立設している。したがって、この保持ブロック１３４が、第２の筐体１３２の操作部を構成している。

第１の筐体１３１内で、ベース１３３から第１および第２のブラケット１３６、１３７と、別のブラケット１３８とが上方向Ｚ１へ立設している。別のブラケット１３８は、保持ブロック１３４に対して、所定の距離Ｌ１だけ離間した状態で、近接して設けられている。第１のブラケット１３６は、ベース１３３のほぼ中央から立設している。第２のブラケット１３７は、ベース１３３の後方向Ｘ２（第２の方向）側で立設している。第１および第２のブラケット１３６および１３７は、後述するリニアモータ５００の固定子を保持するためのものである。

ベース１３３上には、中心軸ＣＡに沿ってガイドレール１５０が敷設されている。ガイドレール１５０は、前方向Ｘ１（第１の方向）に前端１５０ａを持ち、後方向Ｘ２（第２の方向）に後端１５０ｂを持つ。ガイドレール１５０の前端１５０ａは、別のブラケット１３８と第１のブラケット１３６との間にある。ガイドレール１５０の後端１５０ｂは、第２のブラケット１３７とベース１３３の後端１３３ｂとの間にあり、かつ、ベース１３３の後端１３３ｂに近接している。ガイドレール１５０上には、中心軸ＣＡと平行に前後方向Ｘに摺動可能な、第１および第２の摺動部材１５１および１５２が立設している。第１の摺動部材１５１は、別のブラケット１３８と第１のブラケット１３６との間を、ガイドレール１５０上で中心軸ＣＡと平行に前後方向Ｘに摺動可能に構成されている。第２の摺動部材１５２は、第２のブラケット１３７とベース１３３の後端１３３ｂ（ガイドレール１５０の後端１５０ｂ）との間を、ガイドレール１５０上で中心軸ＣＡと平行に前後方向Ｘに摺動可能に構成されている。

第１および第２の摺動部材１５１および１５２は、後述するリニアモータ５００の第１の可動子を保持するためのものである。したがって、リニアモータ５００の第１の可動子は、ガイドレール１５０の上方で、第１および第２の摺動部材１５１および１５２と共に、中心軸ＣＡに沿って前後方向Ｘに移動可能である。

次に、図７乃至図９を参照して、保持ブロック１３４で保持されたカートリッジインジェクタ４００を駆動するためのリニアモータ５００の構成について説明する。最初にリニアモータ５００の本体部品について説明し、その後で、リニアモータ５００の付属部品について説明する。

図７乃至図９から明らかなように、カートリッジインジェクタ４００と同様に、リニアモータ５００の本体部品も、前後方向Ｘに延在する中心軸ＣＡに対して実質的に回転対称な形状をしている。したがって、保持ブロック１３４で保持されたカートリッジインジェクタ４００とリニアモータ５００の本体部品とは、同じ中心軸ＣＡを共有している。

リニアモータ５００は、その本体部品として、固定子５１０と、可動子とを含む。可動子は、固定子５１０に対して中心軸ＣＡに沿って前後方向Ｘに移動自在に配置されている。可動子は、第１の可動子５２０と、第２の可動子５３０とから成る。第１の可動子５２０は、固定子５１０に対して中心軸ＣＡに沿って前後方向Ｘに移動自在に配置されている。第２の可動子５３０は、第１の可動子５２０に対して中心軸ＣＡに沿って前後方向Ｘに移動自在に配置されている。このように、リニアモータ５００は、可動子として、２つの可動子５２０、５３０を備えているので、カートリッジインジェクタ４００の異なる２つの被駆動体４３０、４６０を移動させる、二段的な延伸動作を行うことが可能である。以下では、第１の可動子５２０と第２の可動子５３０との組み合わせから成る可動子を、可動子（５２０；５３０）と表記する。

図示の例では、第２の可動子５３０は、中心軸ＣＡ及びその近傍に配置された実質的に円柱形状をしている。第１の可動子５２０は、第２の可動子５３０の外周近傍に配置された実質的に円筒形状をしている。固定子５１０は、第１の可動子５２０の外周近傍に配置された実質的に円筒形状をしている。

詳述すると、第１の可動子５２０は、環状の断面形状を有し、中心軸ＣＡに沿って配列された複数の円筒状の永久磁石５２２を含む。図示の例では、第１の可動子５２０は、４個の永久磁石５２２を含む。複数の永久磁石５２２は、図１０に示されるように、その外周部および内周部へそれぞれ外周磁束ＯＭおよび内周磁束ＩＭを発生する。

固定子５１０は、第１の可動子５２０に対して外側ギャップを介して、第１の可動子５２０を囲むように中心軸ＣＡに沿って連続的に配置された複数の外側電磁石用コイル５１２を含む。図示の例では、固定子５１０は、１５個の外側電磁石用コイル５１２を含む。複数の外側電磁石用コイル５１２に流す外側電流と外周磁束ＯＭとの相互作用により、固定子５１０は、第１の可動子５２０を中心軸ＣＡに沿って走行させることが可能である。このとき、第２の可動子５３０も、第１の可動子５２０と共に、中心軸ＣＡに沿って走行させられる。従って、上記外側電流と上記外周磁束ＯＭとの相互作用により、固定子５１０は、可動子（５２０；５３０）を中心軸ＣＡに沿って走行させることが可能である。

第２の可動子５３０は、第１の可動子５２０に対して内側ギャップを介して、第１の可動子５２０で囲まれるように中心軸ＣＡに沿って連続的に配列された複数の内側電磁石用コイル５３２を含む。図示の例では、第２の可動子５３０は、１２個の内側電磁石用コイル５３２を含む。複数の内側電磁石用コイル５３２に流す内側電流と内周磁束ＩＭとの相互作用により、第２の可動子５３０は、第１の可動子５２０に対して中心軸ＣＡに沿って走行可能である。

固定子５１０は、複数の外側電磁石用コイル５１２として、スター結線された外側Ｕ相コイル、外側Ｖ相コイル、外側Ｗ相コイルを含む。同様に、第２の可動子５３０は、複数の内側電磁石用コイル５３２として、スター結線された内側Ｕ相コイル、内側Ｖ相コイル、内側Ｗ相コイルを含む。したがって、本リニアモータ５００は三相リニアモータから成る。

図１１を参照して、複数の外側電磁石用コイル５１２又は複数の内側電磁石用コイル５３２として使用される、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルについて説明する。

図１１は、３つのＵ相コイル、Ｗ相コイル、Ｖ相コイルを１組とする基本構成を３組、すなわち合計９個のコイルを備える場合の接続と制御ドライバ６００を使用する場合の接続例を示す。制御ドライバ６００は、単相１００Ｖの交流電源７００に接続する場合、単相－三相変換器を内蔵し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相がＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに接続される。但し、電源のＵ相、Ｖ相、Ｗ相がＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに一対一の関係で接続されるとは限らない。電源とＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルとの接続には様々な形態がある。

制御ドライバ６００にはまた、制御データ入力手段及びデータ処理手段としてパーソナルコンピュータ等による上記コンピュータが接続される。制御ドライバ６００は、コンピュータから与えられる操作指令に基づき、第１の可動子５２０または第２の可動子５３０の動作を制御する。

ここでは、Ｕ相コイルについては第１のコイルＵ１の巻き始め端Ｓを制御ドライバ６００のＵ端子に接続し、第１のコイルＵ１の巻き終り端Ｅを第２のコイルＵ２の巻き終り端Ｅに接続している。そして、第２のコイルＵ２の巻き始め端Ｓを第３のコイルＵ３の巻き始め端Ｓに接続し、第３のコイルＵ３の巻き終り端Ｅをコモン端子に接続している。同様に、Ｗ相コイルについては第１のコイルＷ１の巻き終り端Ｅを制御ドライバ６００のＷ端子に接続し、第１のコイルＷ１の巻き始め端Ｓを第２のコイルＷ２の巻き始め端Ｓに接続している。そして、第２のコイルＷ２の巻き終り端Ｅを第３のコイルＷ３の巻き終り端Ｅに接続し、第３のコイルＷ３の巻き始め端Ｓをコモン端子に接続している。一方、Ｖ相コイルについては第１のコイルＶ１の巻き始め端Ｓを制御ドライバ６００のＶ端子に接続し、第１のコイルＶ１の巻き終り端Ｅを第２のコイルＶ２の巻き終り端Ｅに接続している。そして、第２のコイルＶ２の巻き始め端Ｓを第３のコイルＶ３の巻き始め端Ｓに接続し、第３のコイルＶ３の巻き終り端Ｅをコモン端子に接続している。

簡単に言えば、図１１のように９個のコイルを備える場合には、２つの相については３つのコイルのうちの中間のコイルをその両側のコイルと巻き始め端Ｓ、巻き終り端Ｅを逆にして接続し、残りの１つの相については３つのコイルのうちの両側のコイルをそれらの間のコイルと巻き始め端Ｓ、巻き終り端Ｅを逆にして接続している。

これを１２個以上、すなわち４組以上の複数の組のコイルを有する場合について言えば、複数組における複数のＵ相コイル、複数のＷ相コイル、複数のＶ相コイルはそれぞれ相毎に直列接続されて制御ドライバ６００にスター結線により接続される。しかも、２つの相における複数のコイルは奇数組における磁極に対して偶数組における磁極が反対向きになるように接続され、残りの１つの相における複数のコイルは奇数組における磁極が前記２つの相における複数のコイルの前記奇数組における磁極と反対向きであり、偶数組における磁極は前記２つの相における複数のコイルの前記偶数組における磁極と反対向きになるように接続される。

複数の永久磁石５２２の各々は、各相のコイルの３倍の長さ寸法を持つ。複数の永久磁石５２２は、図１０に示されるように、隣接する磁極が互いに同極同士で密着し合うように中心軸ＣＡに沿って直列的に組み合わされている。しかしながら、同じ磁極が隣り合う永久磁石５２２の間に磁性体、例えば鉄板によるリング状のスペーサを介在させてもよい。

固定子５１０において、複数の外側電磁石用コイル５１２は、溝を有する筒状体５１４に収容されている。筒状体５１４は、第１のブラケット１３６と第２のブラケット１３７との間に固定されている。

第１のブラケット１３６および第２のブラケット１３８の各々は、第１の可動子５２０が貫通可能な円形開口を持つ。したがって、第１の可動子５２０は、第１のブラケット１３６および第２のブラケット１３７の開口を介して、中心軸ＣＡに沿って前後方向Ｘに延在している。第１の可動子５２０において、複数の永久磁石５２２は、円筒状のケース５２４に収容されている。このケース５２４は、第１のブラケット１３６および第２のブラケット１３７の開口を介して、中心軸ＣＡに沿って前後方向Ｘに延在している。ケース５２４は、前方向Ｘ１（第１の方向）の前端部５２４１と、後方向Ｘ２（第２の方向）の後端部５２４２とを有する。ケース５２４の前端部５２４１は、第１の摺動部材１５１に保持されている。ケース５２４の後端部５２４２は、第２の摺動部材１５２に保持されている。このような構成により、第１の可動子５２０は、ガイドレール１５０の上方で、第１および第２の摺動部材１５１および１５２と共に、中心軸ＣＡに沿って前後方向Ｘに移動可能である。

第２の可動子５３０は、第１の可動子５２０に対して、中心軸ＣＡに沿って前後方向Ｘに移動可能に配置されたセンタコア５３４を含む。センタコア５３４は、実質的に円柱形状をしている。このセンタコア５３４の周囲に、複数の内側電磁石用コイル５３２が装着されている。より詳細に述べると、センタコア５３４は、前方向Ｘ１（第１の方向）側の前方コア部分５３４１と、後方向Ｘ２（第２の方向）側の後方コア部分５３４２と、それらの間の中央にある中央コア部分５３４３とから成る。前方コア部分５３４１と中央コア部分５３４３との間の箇所で、センタコア５３４には第１のＯリング５３６が嵌められている。また、中央コア部分５３４３と後方コア部分５３４２との間の箇所で、センタコア５３４には第２のＯリング５３７が嵌められている。第１のＯリング５３６と第２のＯリング５３７との間で、センタコア５３４の周囲に、複数の内側電磁石用コイル５３２が装着されている。

次に、リニアモータ５００の付属部品について説明する。リニアモータ５００は、付属部品として、筒状の第１の操作部５６０と、柱状の第２の操作部５７０と、ストッパ５８０とを備える。

第１の操作部５６０は、第１の摺動部材１５１の前面１５１ａに、中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１方向）に延在して設けられている。第１の操作部５６０は、円筒状の筒状部５６２と、円筒体５６４とを含む。

第１の操作部５６０において、筒状部５６２は、円筒部５６２２と、環状底部５６２４と、把持部５６２６とを有する。円筒部５６２２は、中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１方向）に延在する。環状底部５６２４は、円筒部５６２２の後端から半径方向外側へ延びる。この環状底部５６２４は、第１の摺動部材１５１の前面１５１ａに固着されている。把持部５６２６は、円筒部５６２２の前端に一体に取り付けられ、円筒体５６４の後端部を把持する。

筒状部５６２の把持部５６２６で把持された、円筒体５６４は、筒状部５６２から中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１方向）に延在する円筒形状をしている。この円筒体５６４は、別のブラケット１３８に開けられた開口１３８１の直径よりも小さい外径を持つ。したがって、円筒体５６４は、別のブラケット１３８の開口１３８１を介して中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１方向）に移動可能である。

円筒体５６４が前方向Ｘ１（第１方向）に移動したとき、その円筒体５６４の前端（先端）５６４ａは、保持ブロック１３４で保持されたカートリッジインジェクタ４００の第１の可動体４３０の後端部４３２の後端４３２ｂ（図５参照）に当接する。ここで、「当接」とは、突き当てた状態に接することを意味する。そして、円筒体５６４は、当接しつつ第１の可動体４３０と第２の可動体４６０との組み合わせを中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ移動する。円筒体５６４は、第１の可動体４３０の上記第１の内径Ｄｉ２よりも若干大きい内径を持つ。したがって、円筒体５６４の前端（先端）５６４ａは、カートリッジインジェクタ４００の第２の可動体４６０の後壁面４６４ｂ（図６参照）と当接することはない。

第１の操作部５６０の外周に、第１のスプリング５６６が配置されている。第１のスプリング５６６は、筒状部５６２の環状底部５６２４と、別のブラケット１３８の円柱状凹部１３８２との間に配置されている。すなわち、第１のスプリング５６６は、第１の摺動部材１５１と別のブラケット１３８との間に配置されている。第１のスプリング５６６の前端５６６ａは、別のブラケット１３８の円柱状凹部１３８２に接触し、第１のスプリング５６６の後端５６６ｂは、筒状部５６２の環状底部５６２４に接触する。

図７乃至図９は、リニアモータ５００が初期状態の場合を図示している。この初期状態では、第１のスプリング５６６は、その第１の付勢力を実質的に働かすことない状態にある。この初期状態において、固定子５１０の複数の外側電磁石用コイル５１２に外側電流を流すとする。この場合、外側電流と第１の可動子５２０の外周磁束ＯＭとの相互作用により、可動子（５２０；５３０）は、第１および第２の摺動部材１５１および１５２と共に、中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ移動しようとする。そのため、第１の摺動部材１５１に固着された、第１の操作部５６０（筒状部５６２および円筒体５６４）は、第１のスプリング５６６の第１の付勢力に抗して、中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ移動する。

固定子５１０の複数の外側電磁石用コイル５１２への外側電流の給電を停止すると、可動子（５２０；５３０）に対する第１の推力（第１の駆動力；第１のローレンツ力）が消失する。よって、第１のスプリング５６６の第１の付勢力によって、可動子（５２０；５３０）、第１および第２の摺動部材１５１および１５２、第１の操作部５６０（筒状部５６２および円筒体５６４）は、図７乃至図９に図示された初期状態へ自動的に復帰する。したがって、第１のスプリング５６６は、可動子（５２０；５３０）を後方向Ｘ２（第２に方向）へ付勢する、第１の付勢手段として働く。

第２の操作部５７０は、第２の可動子５３０のセンタコア５３４の前面５３４ａから中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ突出するように延在する、実質的に円柱状の棒からなる。第２の操作部５７０の後端部は、センタコア５３４の前方コア部分５３４１に形成された凹部に嵌め込まれている。第２の操作部５７０は、第１の操作部５６０の筒状部５６２および円筒体５６４中を、接触せずに（ギャップを空けて）貫通している。第２の操作部５７０は、その前方向Ｘ１（第１の方向）の先端に突出部５７０ａを持つ。

前述したように、図７乃至図９は、リニアモータ５００が初期状態の場合を図示している。この初期状態では、第２の操作部５７０の突出部５７０ａは、実質的に、第１の操作部５６０の円筒体５６４の前端（先端）５６４ａと前後方向Ｘで同じ位置にある。この初期状態において、第２の操作部５７０が前方向Ｘ１（第１方向）に移動したとき、第２の操作部５７０の突出部５７０ａは、保持ブロック１３４で保持されたカートリッジインジェクタ４００の第２の可動体４６０の後壁面４６４ｂ（図６参照）に当接する。そして、第２の操作部５７０は、当接しつつ第２の可動体４６０を中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ移動する。第２の操作部５７０は、第１の可動体４３０の上記第２の内径Ｄｉ２とより若干小さい直径を持つ。したがって、第２の操作部５７０の突出部５７０ａは、カートリッジインジェクタ４００の第１の可動体４３０の後端部４３２の後端４３２ｂ（図５参照）と当接することはない。

ストッパ５８０は、第２の摺動部材１５２の円形開口に嵌め込まれた状態で、第２の摺動部材１５２に固着されている。ストッパ５８０は、第２の摺動部材１５２から中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ延在するように形成された、円筒形状をしている。ストッパ５８０の内部を、第２の可動子５３０のセンタコア５３４の後方コア部分５３４２が隙間を空けて貫通している。ストッパ５８０の前方向Ｘ１（第１の方向）の環状前面５８０ａに、センタコア５３４に装着された第２のＯリング５３７が係止する。

第１の摺動部材１５１の円形開口には、ケース５２４の前端部５２４１の内周壁に挿入された状態で、円筒状の保持部１５３が中心軸ＣＡに沿って後方向Ｘ２（第２の方向）に立設している。保持部１５３の内径は、センタコア５３４の外径よりも大きい。したがって、センタコア５３４の前方コア部分５３４１は、保持部１５３を隙間を空けて貫通している。保持部１５３の後面１５３ｂには、保持部１５３の内径と同じ内径を持つ第１のキャップ部分１５６が、後方向Ｘ２（第２の方向）に突出して固着されている。よって、センタコア５３４の前方コア部分５３４１は、この第１のキャップ部分１５６も隙間を空けて貫通する。一方、センタコア５３４に装着された第１のＯリング５３６には、前方向Ｘ１（第１の方向）に突出して、中空の第２のキャップ部分１５７が取付けられている。第２のキャップ部分１５７の内径は、センタコア５３４の外径と実質的に同じでもそれよりも若干大きくてもよい。何故なら、第２のキャップ部分１５７は、第１のＯリング５３６に取り付けられているので、センタコア５３４が軸方向ＣＡに沿って前後方向Ｘに移動すると、第２のキャップ部分１５７はセンタコア５３４と一緒に移動するからである。

センタコア５３４の前方コア部分５３４１の外周に、第２のスプリング５７２が配置されている。第２のスプリング５７２は、第１のキャップ部分１５６と第２のキャップ部分１５７との間に、配置されている。すなわち、第２のスプリング５７２は、第１の摺動部材１５１よりも後方向Ｘ２（第２の方向）であって、かつ、第１の可動子５２０の内周側に形成された空間に配置されている。第２のスプリング５７２の前端５７２ａは、第１のキャップ部分１５６の底部に接触し、第２のスプリング５７２の後端５７２ｂは、第２のキャップ部分１５７の底部に接触する。

図７乃至図９は、リニアモータ５００が初期状態の場合を図示している。この初期状態では、第２のスプリング５７２は、その付勢力を実質的に働かすことない状態にある。この初期状態において、第２の可動子５３０の複数の内側電磁石用コイル５３２に内側電流を流すとする。この場合、内側電流と第１の可動子５２０の内周磁束ＩＭとの相互作用により、第２の可動子５３０は、第１の可動子５２０に対して、中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ移動しようとする。そのため、第２の可動子５３０に固着された、第２の操作部５７０は、第２のスプリング５７２の付勢力に抗して、中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ移動する。

第２の可動子５３０の複数の内側電磁石用コイル５３２への内側電流の給電を停止すると、第２の可動子５３０に対する第２の推力（第２の駆動力；第２のローレンツ力）が消失する。よって、第２のスプリング５７２の第２の付勢力によって、第２の可動子５３０および第２の操作部５７０は、図７乃至図９に図示された初期状態へ自動的に復帰する。したがって、第２のスプリング５７２は、第２の可動子５３０を後方向Ｘ２（第２に方向）へ付勢する、第２の付勢手段として働く。

次に、図４乃至図９を参照して、インジェクタモジュール１３０（カートリッジインジェクタ４００およびリニアモータ５００）の全体の動作について説明する。

図７乃至図９に示す初期状態において、コントローラの制御の下で、リニアモータ５００の固定子５１０の複数の外側電磁石用コイル５１２に外側電流を流す。その結果、この外側電流と第１の可動子５２０の複数の永久磁石５２２から生成されている外側磁束ＯＭ（図１０参照）との間の相互作用により、固定子５１０に対して相対的に第１の可動子５２０に、中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ走行させる第１の推力（第１のローレンツ力）が作用する。従って、この第１の推力（第１のローレンツ力）によって、可動子（５２０；５３０）は、第１のスプリング５６６の第１の付勢力に抗して、ガイドレール１５０上で、第１および第２の摺動部材１５１および１５２と共に、前方向Ｘ１（第１の方向）へ移動（走行）する。

この可動子（５２０；５３０）の前方向Ｘ１（第１の方向）への移動（走行）と共に、第１の摺動部材１５１に固着されている第１の操作部５６０も中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ移動する。この第１の操作部５６０が中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ移動すると、第１の操作部５６０は、その前端（先端）５６４ａがカートリッジインジェクタ４００の第１の可動体４３０の後端４３２ｂと係合しつつ、第１の可動体４３０を、スプリング４５０の付勢力に抗して、中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ移動させる。

これにより、カートリッジインジェクタ４００の筐体４１０の先端部４１２からその開口４１２１を介して注射針（カテーテル）４２０が突出し、その突出した注射針（カテーテル）４２０の先端４２１を、人２００の左上腕３１０からその人２００の筋肉に到達させる。これによって、注射針突出ステップが完了する。

引き続いて、コントローラの制御の下で、リニアモータ５００の第２の可動子５３０の複数の内側電磁石用コイル５３２に内側電流を流す。その結果、この内側電流と第１の可動子５２０の複数の永久磁石５２２から生成されている内側磁束ＩＭ（図１０参照）との間の相互作用により、第１の可動子５２０に対して相対的に第２の可動子５３０に、中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ走行させる第２の推力（第２のローレンツ力）が作用する。従って、この第２の推力（第２のローレンツ力）によって、第２の可動子５３０は、第２のスプリング５７２の第２の付勢力に抗して、前方向Ｘ１（第１の方向）へ移動（走行）する。

この第２の可動子５３０の前方向Ｘ１（第１の方向）への移動（走行）と共に、第２の可動子５３０の先端部に固着されている第２の操作部５７０も中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ移動する。この第２の操作部５７０が中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ移動すると、第２の操作部５７０は、その先端にある突出部５７０ａがカートリッジインジェクタ４００の第２の可動体４６０の後壁面４６４ｂと係合しつつ、第２の可動体４６０を中心軸ＣＡに沿って前方向Ｘ１（第１の方向）へ移動させる。

これにより、カートリッジインジェクタ４００の第１の可動体４３０の収容空間ＡＳが収縮して、その収容空間ＡＳに収容されていた薬液（液剤）が、注射針（カテーテル）４２０の内部空間を経由して、その先端４２１から人２００の筋肉内に押し出される。これによって、薬液押出ステップが完了する。

このようにして筋肉注射が終了した後、コントローラの制御の下で、上記外側電流および上記内側電流を流すのを停止する。これにより、上述した第１および第２の推力（第１および第２のローレンツ力）がともに消失する。その結果、リニアモータ５００の第１のスプリング５６６の第１の付勢力によって、可動子（５２０；５３０）が中心軸ＣＡに沿って後方向Ｘ２（第２の方向）へ付勢されると共に、第２のスプリング５７２の第２の付勢力によって、第２の可動子５３０も中心軸ＣＡに沿って後方向Ｘ２（第２の方向）へ付勢される。これにより、第１の可動子５２０、第１および第２の摺動部材１５１および１５２、第１の操作部５６０、第２の可動子５３０、および第２の操作部５７０の全てが、後方向Ｘ２（第２の方向）へ自動的に退避することになる。この退避によって、リニアモータ５００は、図７乃至図９に図示された初期状態に復帰する。

上記退避と同時に、カートリッジインジェクタ４００のスプリング４５０の付勢力によって、筐体４１０内の第１の可動体４３０も中心軸ＣＡに沿って後方向Ｘ２（第２の方向）へ付勢される。その結果、外部に突出していた注射針（カテーテル）４２０が筐体４１０内に退避される。これによって、注射針退避ステップが完了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態によれば、カートリッジインジェクタ４００は、二段的な延伸動作を行うことが可能なリニアモータ５００のような外部アクチュエータによって、操作され得る。

以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

例えば、上述した実施形態に係るカートリッジインジェクタ４００では、付勢手段として、スプリング４５０を使用しているが、ゴムのような弾性を示す弾性体から成るような、別の種類の付勢手段を使用しても良いのは勿論である。また、上述した実施形態では、外部アクチュエータとして、図７～図９に図示されたようなリニアモータ５００を用いているが、それに限定されないのは勿論である。すなわち、外部アクチュエータとしては、筒状の第１の操作部と、柱状の第２の操作部とを備えたものであれば、どのような構成のものであっても構わない。

本発明によるカートリッジインジェクタは、インジェクタモジュール用の簡易型注射器だけに限定されず、二段的な延伸動作を行う外部アクチュエータによって操作され得る、２つの被駆動体を有するカートリッジインジェクタとして有効である。

１００ 自動ワクチン接種ロボット装置
１１０ 基台
１２１ 第１の腕部
１２２ 第２の腕部
１２３ 第３の腕部
１２４ 第４の腕部
１３０ インジェクタモジュール（注射装置）
１３１ 第１の筐体
１３２ 第２の筐体
１３３ ベース
１３３ａ 前端
１３３ｂ 後端
１３４ 保持ブロック
１３６ 第１のブラケット
１３７ 第２のブラケット
１３８ 別のブラケット
１３８１ 開口
１３８２ 円柱状凹部
１４１ 第１の関節部
１４２ 第２の関節部
１４３ 第３の関節部
１４４ 第４の関節部
１５０ ガイドレール
１５０ａ 前端
１５０ｂ 後端
１５１ 第１の摺動部材
１５１ａ 前面
１５２ 第２の摺動部材
１５３ 保持部
１５３ｂ 後面
１５６ 第１のキャップ部分
１５７ 第２のキャップ部分
２００ 人
２１０ 左上腕
３００ 椅子
４００ カートリッジインジェクタ（簡易型注射器）
４１０ 筐体
４１１ 第１の内壁
４１２ 先端部
４１２ｂ 後端
４１２１ 開口
４１３ 後端部
４１３１ 突出部
４２０ 注射針（カテーテル）
４２１ 先端
４２２ 後端部分
４３０ 第１の可動体（第１の被駆動体）
４３２ 後端部
４３２ａ 前端
４３２ｂ 後端
４３２１ 外壁
４３２２ 第２の内壁
４３４ 前端部
４３４ｂ 後壁面
４３４１ 外壁
４３４２ 内壁
４３６ 中間部
４３６１ 外壁
４３６２ 第２の内壁
４４０ 保持部材
４５０ スプリング
４５１ 前端部
４５１ａ 前端
４５２ 後端部
４５２ｂ 後端
４６０ 第２の可動体（第２の被駆動体）
４６２ 前方部材（ガスケット；パッキン）
４６２ａ 前壁面
４６４ 後方部材
４６４ｂ 後壁面
５００ リニアモータ（外部アクチュエータ）
５１０ 固定子
５１２ 外側電磁石用コイル
５１４ 筒状体
５２０ 第１の可動子
５２２ 永久磁石
５２４ ケース
５２４１ 前端部
５２４２ 後端部
５３０ 第２の可動子
５３２ 内側電磁石用コイル
５３４ センタコア
５３４ａ 前面
５３４１ 前方コア部分
５３４２ 後方コア部分
５３４３ 中央コア部分
５３６ 第１のＯリング
５３７ 第２のＯリング
５６０ 第１の操作部
５６２ 筒状部
５６２２ 円筒部
５６２４ 環状底部
５６２６ 把持部
５６４ 円筒体
５６４ａ 前端（先端）
５６６ 第１のスプリング
５６６ａ 前端
５６６ｂ 後端
５７０ 第２の操作部
５７０ａ 突出部
５７２ 第２のスプリング
５７２ａ 前端
５７２ｂ 後端
５８０ ストッパ
５８０ａ 環状前面
６００ 制御ドライバ
７００ 交流電源
Ｄａ 直径
Ｄｉ１ 第１の内径
Ｄｉ２ 第２の内径
Ｄｉ３ 第３の内径
Ｄｏ１ 第１の外径
Ｄｏ２ 第２の外径
ＣＡ 中心軸
ＡＳ 収容空間
ＯＭ 外周磁束
ＩＭ 内周磁束

Claims (10)

1. 中心軸に沿って延在した第１の内壁を持つ中空の筐体であって、第１の方向の前側に先細った形状をした、開口を持つ先端部を有する、前記筐体と、
   前記筐体内で、前記第１の方向側で前記中心軸に沿って延在して設けられたカテーテルであって、前記先端部に対して突出／退避可能で、前記第１の方向とは逆方向である第２の方向側に後端部分を有する、前記カテーテルと、
   前記筐体内で、前記カテーテルの前記後端部分を保持する第１の可動体であって、前記筐体内に、前記中心軸に沿って前記筐体の前記第１の内壁に対して摺動しながら前記第１の方向および前記第２の方向に移動可能に配置され、前記カテーテルと連通する柱状の収容空間を形成する第２の内壁を持つ、前記第１の可動体と、
   前記第１の可動体内で、前記第２の方向側に配置された第２の可動体であって、前記第１の可動体内に、前記中心軸に沿って前記第１の可動体の前記第２の内壁に対して摺動しながら前記第１の方向に移動可能に配置され、前記収容空間を収縮することが可能な、前記第２の可動体と、
   を備えたカートリッジインジェクタ。
2. 前記筐体、前記第１の可動体、および前記第２の可動体の各々は、前記中心軸に対して実質的に回転対称な形状をしている、請求項１に記載のカートリッジインジェクタ。
3. 前記第２の可動体は、前記中心軸及びその近傍に配置された実質的に円柱形状をしており、
   前記第１の可動体は、前記第２の可動体の外周近傍に配置された実質的に円筒形状をしており、
   前記筐体は、前記第１の可動体の外周近傍に配置された実質的に円筒形状をしている、
   請求項２に記載のカートリッジインジェクタ。
4. 前記収容空間は、薬液を収容している、請求項１～３のいずれかに記載のカートリッジインジェクタ。
5. 前記カテーテルは、斜めにカットされた先端を持つ、請求項４に記載のカートリッジインジェクタ。
6. 前記筐体の前記先端部の開口は、シリコーンで塞がれている、請求項５に記載のカートリッジインジェクタ。
7. 前記カートリッジインジェクタは、筒状の第１の操作部と柱状の第２の操作部とを備えた外部アクチュエータによって、その後面から操作され得るように構成されており、
   前記第１の可動体と前記第２の可動体との組み合わせは、前記第１の操作部によって前記第１の可動体の後面から前記第１の方向へ向けて押し出されたときに、前記筐体に対して前記中心軸に沿って前記第１の方向に移動するように構成されており、それによって、前記カテーテルは、前記筐体の前記先端部の開口を介して前記第１の方向へ突出し、
   前記第２の可動体は、前記第２の操作部によって前記第２の可動体の後面から前記第１の方向へ向けて押し出されたときに、前記第１の可動体に対して前記中心軸に沿って前記第１の方向に移動するように構成されており、それによって、前記収容空間が収縮して、前記薬液が前記カテーテルを介して前記先端から外部へ押し出され、
   前記カートリッジインジェクタは、
   前記外部アクチュエータの前記第１の操作部および前記第２の操作部が、前記第２の方向へ後退したときに、前記第１の可動体と前記第２の可動体との組み合わせを前記第２の方向へ付勢する付勢手段を更に備える、請求項４～６のいずれかに記載のカートリッジインジェクタ。
8. 前記第１の可動体は、
   前記第２の方向の後側に設けられた筒状の後端部であって、前記第１の内壁と摺接する外周面を持つ、前記後端部と、
   前記第１の方向の前側に設けられた前端部であって、保持部材を介して前記カーテルの前記後端部分を保持する、前記前端部と、
   前記後端部と前記前端部との間に設けられた筒状の中間部であって、前記第１の内壁の内径よりも小さい外径を持つ、前記中間部と、
   から成り、
   前記後端部と前記中間部とは、共通に、前記収容空間を形成する前記第２の内壁を持ち、
   前記後端部は、前記第１の操作部の先端と当接する環状の後端を持つ、
   請求項７に記載のカートリッジインジェクタ。
9. 前記第２の可動体は、
   前記第１の方向の前側に設けられた前方部材であって、前記第１の可動体の前記第２の内壁と協働して前記収容空間を形成する前壁面を持つ、前記前方部材と、
   前記第２の方向の後側に設けられた後方部材であって、前記第２の操作部の先端と当接する後壁面を持つ、前記後方部材と、
   から成る、請求項８に記載のカートリッジインジェクタ。
10. 前記付勢手段は、前記筐体の前記先端部と前記第１の可動部の前記後端部との間に前記中心軸に沿って配置されている、
    請求項８又は９に記載のカートリッジインジェクタ。

Images