JP4675421B2 - シリンジ駆動ユニット - Google Patents

Description

本発明は、シリンジを装着して使用され、シリンジ内に充填された薬液を所定の流量で吐出させる際に使用されるシリンジ駆動ユニットに関する。

従来、この種のシリンジ駆動ユニットとしては、特開２００６−７０８６８（特許文献１）や特開２００４−１６２５６０（特許文献２）に開示されるものが知られている。これらのシリンジ駆動ユニットは、シリンジ本体を保持するシリンジホルダと、前記シリンジ本体に納められたプランジャを押圧するプランジャ押圧部材と、モータの回転に応じて前記プランジャ押圧部材を前記シリンジ本体の軸線方向へ移動させる送りねじ機構とを備えており、前記モータを回転させると、その回転量に応じて前記プランジャがシリンジ本体内に押し込まれ、シリンジ本体に充填されていた薬液がプランジャの押し込み量に応じて当該シリンジ本体から吐出されるように構成されている。

このように構成されたシリンジ駆動ユニットでは、プランジャの移動量に応じてシリンジ本体内の薬液が吐出されることから、前記プランジャ押圧部材の移動量を厳密に制御する必要がある。かかる移動量の制御は、前記モータとしてステッピングモータを使用した所謂オープンループ制御や、プランジャ押圧部材の実際の移動量をポテンショメータ等の計測手段によって把握しながら行う所謂クローズドループ制御によって行われている。

特開２００６−０７０８６８ 特開２００４−１６２５６０

前記プランジャ押圧部材は前記送りねじ機構によって推進され、シリンジ本体に納められたプランジャを押圧するが、この際、プランジャ押圧部材には押圧力の反力が作用し、また、推進力の作用点と押圧反力の作用点とが離れているため、当該プランジャ押圧部材にはモーメント荷重が作用することになる。従来のシリンジ駆動ユニットでは前記プランジャ押圧部材がねじ送り機構によってのみ支持されており、前記モーメント荷重に対する負荷能力が小さかったので、送りねじ機構を精度良く駆動したとしても、プランジャに対して緻密な移動量を与え難く、ひいてはシリンジ本体から薬液をより高精度に吐出させることが難しかった。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、送りねじ機構を用いてシリンジ本体にプランジャを押し込む際に、プランジャを保持するプランジャ押圧部材をモーメント荷重に抗して堅固に支持することができ、かかるプランジャ押圧部材に対してより緻密な移動量を与え、シリンジ本体から薬液を高精度に吐出させることが可能なシリンジ駆動ユニットを提供することにある。

すなわち、本発明のシリンジ駆動ユニットは、ベースプレートと、このベースプレートの表面側に固定されると共にシリンジ本体を保持するシリンジホルダと、このシリンジホルダに装着されたシリンジ本体の軸線方向に沿って前記ベースプレートの裏面側に設けられた案内レールと、多数の転動体を介して前記案内レールに組付けられると共に当該案内レールに沿って移動自在なスライダと、このスライダに固定されると共に前記ベースプレートの裏面側から表面側へ突き出したアーム部を有し、かかるアーム部に前記シリンジ本体に納められたプランジャを保持するプランジャ押圧部材と、前記ベースプレートの裏面側で前記案内レールと平行に設けられると共に、モータによって所定の回転を与えられるねじ軸と、このねじ軸に螺合して前記モータの回転角に応じた移動量を前記プランジャ押圧部材に与えるナット部材とを備えている。

このように構成された本発明によれば、前記プランジャ押圧部材は案内レールに対して多数のボールを介して組付けられたスライダに固定されており、シリンジ本体の軸線方向以外に関しては前記案内レールによって拘束された状態にある。すなわち、案内レールとこれに組付けられたスライダがプランジャ押圧部材に作用するモーメント荷重を負荷し、かかるプランジャ押圧部材を一定の姿勢に保持したまま案内するので、プランジャ押圧部材をモータの回転角に正確に対応して移動させることができ、シリンジ本体から薬液を高精度に注出させることが可能となる。

また、前記プランジャ押圧部材によるプランジャの押圧位置と、かかるプランジャ押圧部材を案内する軌道レールの配設位置は、前記ベースプレートを挟んで極めて近接しているので、プランジャ押圧部材を押圧反力に抗して強固に保持することができ、この点においてもプランジャ押圧部材の移動量をモータの回転角に対して正確に対応させることが可能となる。

本発明が適用されたシリンジ駆動ユニットの一例を示す正面側斜視図である。 図1に示したシリンジ駆動ユニットの背面側斜視図である。 図1に示したシリンジ駆動ユニットの正面図である。 図1に示したシリンジ駆動ユニットの背面図である。 図1に示したシリンジ駆動ユニットの右側面図である。 図1に示したシリンジ駆動ユニットの左側面図である。 図1に示したシリンジ駆動ユニットの平面図である。 図1に示したシリンジ駆動ユニットの底面図である。

以下、添付図面を用いながら本発明のシリンジ駆動ユニットを詳細に説明する。

図１乃至図８は本発明を適用したシリンジ駆動ユニット（以下、「駆動ユニット」という）の実施形態の一つを示すものである。この駆動ユニット１は、シリンジ本体とプランジャからなるシリンジ（図示せず）を装着して使用するものであり、前記プランジャを所定の速度でシリンジ本体内に押し込み、かかるシリンジ本体に充填された薬液を所定の流量で吐出させる目的で使用される。

この駆動ユニット１では、ベースプレート２の表面側がシリンジの保持領域となる一方、かかるベースプレート２の裏面側が前記プランジャを押圧するための駆動機構１ａの配設領域となっている。このベースプレート２は一方向に長尺に形成されており、前記シリンジは当該長尺方向に軸線を合致させた状態で前記ベースプレート２に保持されるようになっている。ベースプレート２の表面及び裏面にそれぞれ構造物が固定されることから、かかるベースプレート２はその両端部がねじ止め等の固定方法によって他の装置類に固定されるようになっており、ベースプレート２の端部には固定ボルトの挿通孔２０が設けられている。

かかるベースプレート２の表面側には、前記シリンジ本体を保持するためのシリンジホルダ３がねじ止めされている。このシリンジホルダ３は中央にシリンジ本体が装着される保持孔３０を有して略ドーナッツ状に形成されており、前記保持孔３０にシリンジ本体を嵌め込む際に利用するスリット３１が半径方向に沿って設けられている。また、シリンジ本体が軸線方向へ移動するのを防止するため、前記保持孔３０に嵌合させたシリンジ本体の鍔部がシリンジホルダ３の保持孔３０の周囲に係止されるようになっている。更に、ベースプレート２上には前記シリンジ本体の先端部を支える補助ホルダ３２が立設されており、これらシリンジホルダ３と補助ホルダ３２との協働により、シリンジ本体がその軸線方向、すなわちプランジャの押圧方向に沿って確実に保持されるように構成されている。

一方、前記ベースプレート２の裏面側には、前記プランジャを押圧するための駆動機構１ａが配設されている。この駆動機構１ａは、大きく分けて、案内機構及び送りねじ機構とから構成されている。前記案内機構は、前記ベースプレート２に固定された案内レール４と、この案内レール４に組付けられると共に当該案内レール４に沿って移動自在なスライダ５と、このスライダ５に固定されるプランジャ押圧部材６とから構成されている。

前記案内レール４は長手方向に垂直な断面が略矩形状に形成されており、その両側面にはボールの転走溝４０が形成されている。この案内レール４はその長手方向を前記シリンジホルダ３に保持されたジリンジ本体の軸線方向と合致させるようにして、前記ベースプレート２に固定ボルト４１で取り付けられている。また、前記スライダ５は略サドル状に形成されて前記案内レール４に跨がるように配置されており、案内レール４の転走溝４０を転走する多数のボールを介して当該案内レール４に組付けられている。このスライダ５はその内部にボールの無限循環路を有しており、前記案内レール４に跨がった状態で当該案内レール４上をストロークに制限なく移動することが可能となっている。尚、図中において、符号５０は案内レール４に対するスライダ５のオーバーランを防止するためのストッパー部材である。

これら案内レール４及びスライダ５については、公知の直線案内装置を任意に選定して使用することが可能である。その際、案内レール４及びスライダ５の形状は必要とする負荷能力に応じて任意に選定することが可能であり、案内レール４とスライダ５との間に介装される転動体に関しても、ボールではなくローラを選定しても差し支えない。

また、前記プランジャ押圧部材６は、前記スライダ５に対して積み重ねるように固定される固定板６０と、この固定板６０からベースプレート２に向けて立設された一対のアーム部６１と、後述する送りねじ機構のナット部材が固定されるフランジ部６４とを備えている。前記ベースプレート２には案内レール４の敷設位置の両側に切欠き部２１が形成されており、前記プランジャ押圧部材６のアーム部６１はベースプレート２の切欠き部２１を通して、かかるベースプレート２の裏面側から表面側、すなわちシリンジポンプが保持された領域に突き出している。また、ベースプレート２の裏面側に突き出した一対のアーム部６１の先端には、これらを結合するようにして板状のプランジャホルダ６２が固定されている。このプランジャホルダ６２の中央には前記プランジャの軸を嵌合させるための保持スリット６３が切り欠かれている。

従って、前記プランジャ押圧部材６がスライダ５と共に案内レール４に沿って移動すると、前記プランジャホルダ６２がシリンジ本体の軸線方向に沿って移動することになり、これによって当該プランジャホルダ６２に固定したプランジャがシリンジ本体に対して軸線方向へ移動することになる。

一方、前記送りねじ機構は、前記案内レール４の直上において当該案内レール４と平行に設けられたねじ軸７と、このねじ軸７に螺合するナット部材８と、前記ねじ軸７を回転させるモータ９とから構成されている。

前記ねじ軸７は外周面に螺旋状のボール転動溝（図示せず）を有し、一端がカップリング７０を介してモータ８の回転軸と連結されている。また、前記ねじ軸７はベースプレート２上に設けられたサポートブロック７１によってその回転を支承されている。また、前記モータ９はステッピングモータであり、図示外のドライバ回路から供給されるパルス信号に応じて所定角度ずつ回転し、前記ねじ軸７にその回転を伝達する。このモータ９は前記ベースプレート２に立設されたモータ固定プレート２２に対して固定されている。

また、前記ナット部材８は多数のボールを介して前記ねじ軸７に螺合しており、その内部にはボールの無限循環路を有している。すなわち、前記ねじ軸７とナット部材８はボールねじ装置を構成している。このナット部材８は前記プランジャ押圧部材６から立設されたフランジ部６４に固定されており、プランジャ押圧部材６と一緒に案内レール４に沿って前記ねじ軸７の軸方向へ移動可能となっている。このため、前記モータ９の回転に伴ってねじ軸７が回転すると、前記ナット部材８はねじ軸７の回転量に応じた距離だけ当該ねじ軸７の軸方向、すなわち案内レール４の長手方向へ移動することになる。

尚、前記送りねじ機構ではナット部材８とねじ軸７が必ずしもボールを介して互いに螺合せずとも良く、ねじ軸７とナット部材８とが滑り接触するタイプの送りねじ機構であっても差し支えない。また、図１〜８に示した実施の形態ではプランジャ押圧部材６を一定経路に沿って運動させる案内機構と、かかるプランジャ押圧部材６に押圧力を発揮させる送りねじ機構とを別々に構成したが、例えば、前記案内機構のスライダ５と送りねじ機構のナット部材８とを一体化し、案内機構のスライダ５がねじ軸７に対して直接螺合するように構成しても差し支えない。更に、前記案内レール４については、これをベースプレート２と一体に形成しても差し支えない。

この実施形態の駆動ユニット１においては、プランジャ押圧部材６の移動量がステッピングモータ９に印加されるパルス信号数によって管理されているので、案内レール４上におけるプランジャ押圧部材６の位置は前記パルス信号数を計数することによって把握可能である。但し、プランジャを押圧する方向に対してスライダ５がオーバーランするのを防止するため、プランジャ押圧部材６とベースプレート２との間にはリミットスイッチが設けられている。このリミットスイッチは、前記プランジャ押圧部材６に固定された板状の検出トリガー６５と、前記ベースプレート２に対して固定されると共に前記検出トリガー６５の挿入を検知する検出センサ６６とから構成されており、前記プランジャ押圧部材６がプランジャの押圧方向へ移動し、スライダ５が案内レール４の端部に接近すると、前記検出トリガー６５が検出センサ６６によって検知され、検出センサ６６が出力する信号に基づいてドライバ回路が前記モータ９を停止させるようになっている。

そして、以上のように構成された駆動ユニット１では、シリンジのシリンジ本体をシリンジホルダに装着する一方、前記シリンジ本体に納められたプランジャを前記プランジャホルダ６２に装置し、この状態から前記モータ９を回転させると、モータ９の回転量に応じてプランジャ押圧部材６が前記シリンジ本体の軸線方向へ移動し、プランジャ押圧部材６のアーム部６１に固定されたプランジャホルダ６２がプランジャに対して押圧力を及ぼし、プランジャをシリンジ本体に対して押し込むことになる。

このとき、前記プランジャ押圧部材６を推進するナット部材８と前記プランジャを押圧するプランジャホルダ６２とはベースプレート２の表裏に離れて位置しており、また、前記プランジャはプランジャ押圧部材６のアーム部６１に対して押圧反力を及ぼすため、かかるプランジャ押圧部材６にはモーメント荷重が作用し、プランジャ押圧部材６の姿勢がこのモーメント荷重の影響を受けやすい。しかし、この駆動ユニット１ではベースプレート２に対して案内レール４が敷設され、この案内レール４に対して多数のボールを介して組付けられたスライダ５に対してプランジャ押圧部材６が固定されているので、前記モーメント荷重に抗してプランジャ押圧部材６を一定の姿勢で移動させることが可能である。

このため、モータ９の回転量に応じたナット部材８の移動量を正確にプランジャ押圧部材６に伝達することができ、シリンジ本体に対するプランジャの押し込み量がより高精度に制御され、結果的に薬液をシリンジ本体から高精度に吐出させることが可能となる。

また、前記プランジャ押圧部材６に設けられた一対のアーム部６１は案内レール４の両側に設けられたベースプレート２の切欠き部２１を介して当該ベースプレート２の裏面側から表面側に突き出しており、プランジャはこれら一対のアーム部６１を結合するようにして設けられたプランジャホルダ６２によって押圧されるようになっている。このため、前記プランジャを押圧した際のプランジャホルダ６２の姿勢が安定化し、この点においても、シリンジ本体に対するプランジャの押し込み量をより高精度に制御することが可能となるものである。

更に、前記ナット部８が固定されたプランジャ押圧部材６のフランジ部６４は、当該プランジャ押圧部材６の固定板６０に対して前記アーム部６１とは反対方向へ立設されていることから、この駆動ユニット１では前記アーム部６１の先端に固定されたプランジャホルダ６２と前記ナット部８とが案内レール４を挟んで位置していることになる。すなわち、プランジャ押圧部材６を移動させる推進力の作用点とプランジャに対する押圧力の作用点との間に前記案内レール４が位置していることになり、この点においても、案内レール４に沿って移動するスライダ５によってプランジャ押圧部材６を高精度に案内することが可能となっている。

また更に、この駆動ユニット１によれば、ベースプレート２の表面側がシリンジの保持領域となり、裏面側が駆動機構１ａの配設領域となっているので、シリンジから吐出させた薬液が漏れだしたとしても、前記ベースプレート２が遮蔽板の機能を発揮し、薬液がベースプレート２の裏面側に位置する駆動機構１ａに降りかかるおそれがない。また、ベースプレート２がシリンジの保持領域と駆動機構１ａとを隔てているので、シリンジの着脱作業をする際にユーザーが誤って送りねじ機構に触れてしまうといった危険を回避することも可能である。

１…シリンジ駆動ユニット、２…ベースプレート、３…シリンジホルダ、４…案内レール、５…スライダ、６…プランジャ押圧部材、７…ねじ軸、８…ナット部材、９…モータ、６１…アーム部

Claims (2)

1. ベースプレートと、このベースプレートの表面側に固定されると共にシリンジ本体を保持するシリンジホルダと、このシリンジホルダに装着されたシリンジ本体の軸線方向に沿って前記ベースプレートの裏面側に設けられた案内レールと、多数の転動体を介して前記案内レールに組付けられると共に当該案内レールに沿って移動自在なスライダと、このスライダに固定される固定板を有すると共に当該固定板に立設されて前記ベースプレートの裏面側から表面側へ突き出したアーム部を有し、かかるアーム部に前記シリンジ本体に納められたプランジャを保持するプランジャ押圧部材と、前記ベースプレートの裏面側で前記案内レールと平行に設けられると共に、モータによって所定の回転を与えられるねじ軸と、このねじ軸に螺合して前記モータの回転角に応じた移動量を前記プランジャ押圧部材に与えるナット部材と、を備え、
   前記プランジャ押圧部材には、前記ナット部を固定するフランジ部が設けられ、かかるフランジ部は前記固定板から前記アーム部と反対方向へ立設されていることを特徴とするシリンジ駆動ユニット。
2. 前記案内レールは前記スライダの移動方向に垂直な断面が略矩形状に形成されて前記ベースプレートに敷設される一方、前記スライダは当該案内レールに跨がるサドル状に形成され、
   前記ベースプレートには前記案内レールの敷設位置の両側に切欠き部が形成され、
   前記プランジャ押圧部材は、前記固定板に立設されると共に前記ベースプレートの切欠き部に挿通される一対のアーム部を備えていることを特徴とする請求項１記載のシリンジ駆動ユニット。
   

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