JP4805724B2 - シリンジポンプ - Google Patents

Description

本発明は、種々の異なるシリンジをセットし、スライダ手段に対してシリンジの押子をセットし、スライダ手段を駆動することでピストン運動によりシリンジの内容物を正確に送り出すシリンジポンプに係り、特にスライダ手段の駆動後の輸液不足分を補うことで高い輸液精度を実現可能にしたシリンジポンプおよびこれの使用方法に関する。

シリンジポンプは、集中治療室（ＩＣＵ）などで患者への栄養補給や輸血、化学療法剤、麻酔剤などの薬液注入を高い精度で比較的長時間に渡り行うことを主目的としたものであり、その薬液流量制御等が他の形式のポンプに比較して優れていることから多用されている。その使用方法は、薬液を入れたシリンジを、シリンジポンプのクランプを用いて不動状態にセットし、スライダに対してシリンジ押子をセットし、スライダを初期位置となる輸液開始位置まで手動で駆動することで、シリンジ押子のピストン運動によりシリンジ中の内容物を正確に送り出すものであり、構造が単純の割には比較的輸液精度が良いことから多く実用化されている。

一方、本願出願人はシリンジポンプにセット後にスライダの駆動にともない輸液を行うときに、歪ゲージの撓みによりシリンジの閉塞検出を行うことで輸液異常状態を検出するように構成されたシリンジポンプを提案している。（特許文献１）
さらに、本願出願人は設定入力された送液パターンに基づいてシリンジ押子位置を演算から求め、シリンジ押子位置に応じて閉塞検出レベルを自動的に変更するように構成されたシリンジポンプを提案している。（特許文献２）
特開２０００−１０７２８８号公報 国際公開ＷＯ／２００２／０６６１０２号公報

一方、シリンジは全世界的な規模で各種のシリンジサイズ(外径・内径)のものが製造されている。このようなシリンジは標準化が推進された結果、シリンジポンプにセットして使用できるようになっている。すなわち、シリンジポンプのスライダにシリンジ押子をセットし、スライダの移動にともなうピストン運動によりシリンジ内容物の輸液を行うためにシリンジが多用されることが近年増加している。

しかしながら、シリンジは各社毎のばらつきが大きく、特にピストン移動の機械的摩擦力に起因する負荷に大きな変動があることが知られている。このため、シリンジを新規にセットした後または輸液を再開した後に、スライダを駆動するとスライダの移動にともなうピストン運動が正常に実行できなくなり輸液精度が悪化する場合がある。これはシリンジ押子をスライダで押圧移動しているにも関わらず、シリンジの静摩擦抵抗や押圧力の反作用力によりスライダが撓みシリンジ押子が移動しない現象となって現れる。

したがって、本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、シリンジを固定位置で不動状態でセットし、スライダにシリンジ押子をセットし、スライダの移動にともなうピストン運動によりシリンジ内容物の輸液を行うときに、シリンジの種類、製造メーカーの如何に拘わらず輸液精度を向上できるシリンジポンプおよびこれの使用方法の提供を目的としている。

上記の課題を解決し、目的と達成するために、本発明に係るシリンジポンプは以下のような構成を備える。すなわち、
シリンジの押子に当接されるスライダ手段を、設定された単位時間あたりの輸液量に応じた設定移動速度で移動させることで、該押子を押圧させ、該シリンジ内の内容物を送出するスライダ送り手段と、
前記スライダ送り手段が前記スライダ手段を移動させる際に、移動方向と反対方向から受ける反作用力を圧力値として検出する検出手段と、
前記スライダ送り手段が前記スライダ手段を移動させる際の移動速度を制御するための制御条件がシリンジの種類ごとに記載されたテーブルから、セットされているシリンジの種類に対応する制御条件を読み出し、該読み出した制御条件を用いて、前記スライダ送り手段が前記スライダ手段を移動させる際の移動速度を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記スライダ送り手段に対して前記スライダ手段の移動開始を指示するとともに、前記検出手段により検出された圧力値の監視を開始し、
前記圧力値が上昇している間、前記読み出した制御条件に記載された加算量を、前記設定移動速度に加算していき、
前記制御条件に記載された終了条件を満たすまでの間、前記加算量が加算された設定移動速度により、前記スライダ手段を移動させるよう、前記スライダ送り手段を制御することを特徴とする。

また、前記制御手段は、前記スライダ手段が静摩擦抵抗状態から動摩擦抵抗状態になるまでの間、前記制御条件に記載された加算量を、前記設定移動速度に加算していき、前記設定された単位時間あたりの輸液量に基づいて算出される積算輸液量に一致するまでの間、前記加算量が加算された設定移動速度により、前記スライダ手段を移動させるよう、前記スライダ送り手段を制御することを特徴とする。

また、前記制御手段は、前記制御条件に記載された制御時間分、前記加算量が加算された設定移動速度により、前記スライダ手段を移動させるよう、前記スライダ送り手段を制御することを特徴とする。

また、前記制御手段は、前記検出手段により検出された圧力値が、前記制御条件に記載された圧力値に下降するまでの間、前記加算量が加算された設定移動速度により、前記スライダ手段を移動させるよう、前記スライダ送り手段を制御することを特徴とする。

また、前記制御条件には前記設定移動速度の上限値が含まれ、前記制御手段は、前記圧力値が上昇している間、当該上限値の範囲内で、前記制御条件に記載された加算量を、前記設定移動速度に加算していくことを特徴とする。

本発明によれば、シリンジをシリンジポンプの固定位置で不動状態でセットし、スライダにシリンジ押子をセットし、スライダの移動にともなうピストン運動によりシリンジ内容物の輸液を行うときに、スライダをフィードバック制御することで駆動後の輸液不足を解消し、輸液精度が向上されたシリンジポンプおよびこれの使用方法が提供される。

以下、本発明の実施の形態につき添付図面を参照して説明する。

先ず、図１はシリンジポンプ１の外観斜視図であって、操作パネル部２ｆを前方にし、通常右手で操作されるべき設定ダイヤル６を破線で示した図である。

本図において、このシリンジポンプ１は、ＩＣＵ、ＣＣＵ、ＮＩＣＵでの、栄養補給や輸血、化学療法剤、麻酔剤などの薬液注入を目的とした微量持続注入ポンプとも呼ばれる装置であり、流量表示等を行うための操作パネル部２ｆが図示のように上面において略集中するように設けることで操作性を良くしている。

また、この操作パネル２ｆは基本的にエンボスシートカバーで覆われており、ＪＩＳＣ０９２０の防まつ試験を満足する防滴設計が施されており、例えば不注意でこぼれた薬液等を簡単に拭きとることができるようにするとともに、薬液等が内部に侵入するのを防ぐための、高い防滴性を備えている。

このためにシリンジポンプ１の本体をなす上カバー２と下カバー３は耐薬品性を備える成形樹脂材料から一体成形されるとともに、各カバー２、３の互いの接続面において例えばシリコーンエラストマー製のラバーシール４を介在させてからネジ止めする構成にすることで、内部に液体等の異物が入り込むことを防止するように構成されている。

また、注入の高精度と操作性の向上を重視するためにマイクロコンピュータ制御による精密な注入動作制御を実現可能にするとともに、外部から見易い位置において上方に突出して設けられた動作インジケータ７を図示のように設け、この動作インジケータ７内部の発光ダイオードが赤色または緑色に多色に点灯、点滅したり、回転点灯表示するようにして、輸液動作状態や警告状態が遠方からでもモニターできるようにすることで、その安全性を万全にしている。さらにまた、ブザーも内蔵されており、安全性を考えた、各種警報機能が備わっている。

また、小型・軽量でありさらにハンドル４を下カバー３の左側面から一体成形しているので、持ち運びも簡単であり、複数台数を同時使用する場合にも使用に便利となるように設計されている。さらに右側面の設定ダイヤル６を回すことで回転速度と回転方向に応じた数値設定が短時間でできるようにする一方で、表示パネルの表示部１１に設定値を表示できるようにして、流量などの数値の設定変更時は、設定ダイヤル６の操作によりワンアクションで簡単に行えるようにしている。

さらに、多連使用（多数併用）できる形状と、使い易くさらにビルドアップ可能なデザインとなっており、形状寸法は、例えば高さＨ：７０ｍｍ×幅Ｗ：３００ｍｍ×奥行きＤ：１１０ｍｍと小型であり、また重量は１．２Ｋｇ程度とするとともに、電源はＡＣ商用電源と、内蔵バッテリ、ＤＣ１２ＶＡの３系統としている。

また内蔵バッテリは充電時間は１６Ｈ（時間）程度であり、外部から簡単に交換可能にするために下カバー３の底部において蓋で被われて、コネクタ接続されて着脱可能に設けられている。また、交換寿命は２年以上とする一方で、定電流一定電圧充電コントロールで過充電とならないようにしている。さらに、内蔵バッテリの容量、充電時の電圧／電流、放電時の電圧／電流などを監視、制御することにより過放・充電防止を実現している。そして、耐熱用リチウムイオンバッテリを使用し、新品バッテリで警報発生まで１２Ｈ（時間）以上，シャットダウンまで少なくとも約１２．５Ｈ（時間）以上動作できるようにしている。

また、積算量、ガンマ注入のための表示部１０と、流量の表示部１１他が操作パネル２ｆ上に設けられる一方で、設定ダイヤル６は洗浄のために簡単に取り外すことができるように形成されており、この爪先を入れて回動しつつ外側に移動して外すことができるように構成されている。

次に、図１に、シリンジとともに図示したシリンジポンプの外観斜視図である図２をさらに参照して、シリンジをセットするために、上カバー２には置き台置き台２ａとシリンジ筒部Ｓと一体的に形成されているシリンジフランジ部ＳＦがセットされるべき凹部８、９凹部８、９が一体射出成形される。また、クランプ５を回動自在に支持するクランプ支柱２ｂ（図１にて破線図示）も同様に一体形成されている。

そして、図１の破線図示の位置の間で矢印Ｄ方向に駆動されるスライダ組立体５０は、下ケースの段差部２ｄ上を往復移動する一方で、スライダー送り機構に対して後述するパイプシャフト、インナークラッチシャフトの端部において連結固定されており、スライダ組立体５０のクラッチレバー５２を手動で操作することでシリンジ押子ＳＰを簡単に装着および取り外すことができるように構成されている。

また、操作パネル部２ｆには、電源スイッチと、ＡＣ／ＤＣランプとバッテリーランプが左端部において集中配設されている。これらランプの隣りには表示部１０が配設されている。また、クランプ５を使用してシリンジをセットしたときに、クランプ５の上下方向の移動量を電気信号に変換してからシリンジ直径を自動計測してセットされたシリンジの容積５ｃｃ（ｍｌ）、１０ｃｃ（ｍｌ），２０ｃｃ（ｍｌ），３０ｃｃ（ｍｌ）、５０ｃｃ（ｍｌ）、１００ｃｃ（ｍｌ）を表示するようにしたシリンジ表示ランプが設けられている。

また、シリンジポンプに設けられている閉塞検出機構による設定検出圧力を３段切り換え表示する表示ランプ、残量アラームランプ、バッテリーアラームランプ他が集中的に配設されている。

表示部１１は流量・予定量・積算量を表示する７セグメントのＬＥＤを内蔵しており、機能スイッチと積算クリアスイッチと早送りスイッチと、開始スイッチと停止／消音スイッチをさらに設けている。

また、凹部８の近くにはシリンジ筒部（外筒）Ｓが置き台２ａに対する前後方向（Ｘ方向）に正しく不動状態にセットされたことを検出するために、置き台２ａの角度αで傾斜した前後傾斜面２ａ−１、２ａ−２の谷底面２ｈにおいて設けられたゴムカバー１３で覆われた第２検出部となるセンサが設けられている。

次に、図２を参照して、シリンジ押子ＳＰはシリンジの押子ＳＰをスライダー組立体５０に当接させ形状部５５ａに置いてから、クラッチレバー５２を離すと、左右フック５３、５４がシリンジＳの押子ＳＰを自動的に保持するようになる。即ち、クラッチレバー５２を離すと、スライダーのフックがシリンジの押子を挟み込む状態になる。以上が基本のセット動作である。このスライダ組立体５０はスライダ送り機構のインナークラッチシャフト４３とパイプシャフト４０の端部において固定されて種々の異なるシリンジを不動状態に着脱自在に保持し、かつこれを駆動することでシリンジ内容物を正確に送り出すための重要な機能を有する。また、防水のためのブーツ５１がパイプシャフト４０に被せられている。

そして、シリンジ押子ＳＰを把持するために、クラッチレバー５２を矢印Ｋ１方向に押圧すると、左右フック部材５３、５４が夫々矢印Ｋ２方向に開き、クラッチレバー５２を離すと左右フック部材が把持位置になり、このことをスライダ機構部と連動して検出することで、シリンジ押子ＳＰがスライダ組立体５０に正しくセットされたことを検出するように一端がトーションバネの作用により常時突出するように付勢されたストッパー部品５７が設けられており、シリンジ押子ＳＰを把持したときにこのストッパー部品５７が引っ込むように構成された特許第３５８１６９５号に記載のクラッチ機構（詳細は省略する）を備えている。

図３は、上カバー２に内蔵されるスライダ送り機構の外観斜視図である。本図において、アルミダイカスト製のように剛性と防振性に優れたベース３４には左右壁面３４ａ（但し、片方は不図示）が一体形成されており、ギアトレイン３６のギアを一端に固定したリードネジ３７と、インナークラッチシャフト４３と、案内シャフト３８の夫々を左右壁面３４ａで挟まれる空間部位において支持しており、リードネジ３７は不図示の軸受により回動自在に支持されている。また、閉塞圧センサ７２を一方の軸受けに設けており、閉塞検出を可能にしている。

インナークラッチシャフト４３にはガイドブッシュ４８により矢印Ａ４方向に移動可能になるようにされたパイプシャフト４０が同軸状に摺動自在に案内されている。また、案内シャフト３８は不動状態でベース３４に固定されている。このパイプシャフト４０の端部には上記の案内シャフト３８に挿通されて回り止めするためのポリアセタール樹脂製のブッシュ４２を固定したブロック４１が固定されている。また、インナークラッチシャフト４３には図示の破線矢印Ａ１方向に常時付勢されており歯部４５ａがリードネジ３７の歯部に常時歯合するようにしたハーフナットブロック４５を固定したナットホルダー４４が固定されており、このインナークラッチシャフト４３が実線の矢印Ａ３方向に回動されたときのみ歯合状態が外れたフリー状態になるようにして、両矢印Ａ５方向に自由に移動できるように構成されている。また、案内シャフト３８にはクラッチセンサ板３９が回動軸支されている。

また、このスライダ送り機構３３にはさらに上記の圧力センサ７２による閉塞検出機構が設けられている。スライダ送り機構３３の構成は、エンコーダをその出力軸に固定したモータ３５の回転をギアトレイン３６を介して送りネジであるリードネジ３７に固定してある最終ギアに動力伝達することによりナットホルダー４４が移動し、シリンジ押子ＳＰを押すことによりシリンジ中の薬液の輸液ができるようにしている。この時に、ナットホルダー４４は送り方向へ進もうとするが、シリンジＳ及びその他の輸液流路中の抵抗の作用によって、逆方向へ作用する力が生じる。

このようにして、生じた力はナットホルダー４４に固定されたハーフナット４５とシードネジ３７の噛合状態によって、送りネジ全体が送り方向とは逆方向の反力を受ける。この結果、送りネジ全体が逆方向に移動して、送りネジの先端部位が不図示のレバーを経由して閉塞圧センサ７２にその力が伝達される。この閉塞圧センサは特開２０００−１０７２８８号公報に開示されているように片支持される部材上に貼設される歪ゲージが部材の撓む度合いに応じて電気信号を発生する圧電素子が採用できるが、これに限定されず種々の方式の閉塞圧センサを使用できる。

このようにして、閉塞圧センサ７２の電気的な出力が制御手段に達すると異常状態を知らせるアラームとして動作インジケータ７に表示するとともに警報音（ブザー）を発生（鳴動）する。

また、このようにシリンジ及びその他の輸液流路中の抵抗から生じる負荷設定は、上カバー２上の表示パネルに設けられた３個の表示ランプで３段切り換え表示されて、その負荷設定値がＨ（高）；（８００±２００ｍｍＨｇ）、Ｍ（中）；（５００±１００ｍｍＨｇ）、Ｌ（小）；（３００±１００ｍｍＨｇ）として表示される。

また、閉塞検出機構にはシリンジの摺動抵抗の考慮もなされており、各メーカー，シリンジ容積種類（１００ｃｃ、５０ｃｃ、３０ｃｃ、２０ｃｃ、１０ｃｃ、５ｃｃ）を検知して、シリンジの摺動抵抗により自動補正するように構成されている。またＣＰＵ内部の交換式メモリには、４０社分のシリンジの摺動抵抗データが予め記憶されており、任意のメーカーを設定することができるようになっている。

一方、残量検出機構は動作途中で残量が少なくなった場合に重要な機能であって、ポンプが動作を継続してブロック４１とナットホルダー４４が移動されてシリンジの押子ＳＰが移動されてある任意の位置に到達すると、パイプシャフト４０に固定されているブロック４１に固定されている不図示の金具が本体の上カバー２の内部に固定されているポテンショメータのレバーに接する状態になる。このように当接した状態から、さらに移動が継続されると、ポテンショメータの値が予め記憶された所定値に達する。この時に、異常状態を知らせるアラームとして動作インジケータ７に表示するとともに警報音を発生して残量アラームを表示する。

以上のようにして、ポンプの薬液注入の動作が完了すると、送り方向とは逆方向へ移動して、初期の位置へスライダーは戻されて、ポテンショメータのレバーは、レバーに接続された引張りバネの力により、初期の位置に戻るように構成されている。また、クラッチはずれ検出機構は、ポンプの送り動作中に、誤ってクラッチレバー５２が握られて、クラッチ組立体を構成するハーフナット４５とリードネジ３７の歯合状態が切られたか、或いは、何らかの負荷の作用等により、同様のことが起った場合に警報音を発生し、動作インジケータ７により異常を知らせるものである。

このためにスライダ組立体５０のクラッチレバー５２を握ると、パイプシャフト４０を介して、ハーフナット４５が破線矢印Ａ１とは逆方向に回転されることになる結果、リードネジ３７のネジ山部３７ａとハーフナット４５のネジ山部４５ａとの間の歯合状態が外れるように構成されている。また、このようにハーフナット４５が回転されると、ハーフナット４５の摺動面４５ｃに対して常時摺動面３９ｃが当接するように不図示の付勢手段により付勢力を受けているクラッチセンサー板３９が同時に回転されて、クラッチセンサー板３９の一端のレバー部３９ｂが上カバーの内部に固定されている第４検出部であるフォトセンサ（透過型）４６により検出される。このセンサ４６は、通常は遮光しており、クラッチセンサー板３９が回転することにより、光が透過する状態になるので、これを検出することによってシリンジ押子ＳＰがフック部材で把持されていないことを検出するとともに、アラーム表示するように構成されている。

図４は、以上の構成において、シリンジを正しくセットする様子を示した外観斜視図である。本図において、既に説明済みの構成または部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、クランプ支柱２ｂの縦突起部に対してスプライン嵌合した状態に保持されたクランプ５が上方の矢印Ｊ１に引き上げられるとクランプ支柱の上端部において不図示の引っ張り力に抗して留まることができる状態になる。

続いて、シリンジフランジＳＦを凹部８、９にセットし、シリンジ筒部Ｓを置き台２ａ上にセットしてから、シリンジ筒部Ｓを置き台２ａ上に正しくセットし、矢印Ｊ２方向に約９０度回転する。すると、上記のロック状態が解除されて図中の矢印Ｊ１とは反対方向に引っ張られてシリンジのクランプが行われる。

以上で置き台の近傍の凹部８、９内にセットされるべきシリンジフランジ部ＳＦが置き台に対する左右方向（Ｙ方向）に正しく不動状態にセットされ、またシリンジ筒部Ｓが前後方向（Ｘ方向）に正しくセットされる。ここで、以上の凹部８、９と置き台２ａには小径の円弧溝部がさらに一体形成されており、小容量小径のシリンジを不動状態で保持することができるようにしている。続いてクラッチレバー５２を解除してスライダーを移動させ、シリンジ押子ＳＰをスライダ組立体５０に正しく把持する状態にする。

この後、再度図３において、モータ３５が駆動されると、リードネジ３７が回転駆動され、これに歯合するハーフナット４５を固定しているナットホルダー４４が移動されるのでパイプシャフト４０も移動されることでスライダ組立体５０の移動が行われる。このとき、クラッチセンサー板３９の一端のレバー部３９ｂはフォトセンサー（透過型）４６を遮光している。

以上の構成により、シリンジ筒部Ｓが置き台２ａ上においてＸ-Ｚ方向に沿う正しい姿勢でセットされ、かつシリンジ押子ＳＰがスライダ組立体５０に正しくセットされたことを検出することができるが、シリンジフランジ部ＳＦが凹部８，９内においてＹ方向に正しくセットされたことは検出できないので、シリンジの装着姿勢を正しくせず置き台２ａ上に置くと、凹部８，９内にセットされるべきシリンジフランジ部ＳＦが凹部から外れることになり、この状態からシリンジ押子がスライダにセットされ、シリンジ内が負圧状態になると、シリンジ筒部Ｓがスライダ側に移動する結果、シリンジ内の薬液が吐出してしまう。また、シリンジフランジ部ＳＦがゴムカバーを備えた第２検出部となるセンサ上に位置し、クランプ５で保持すると正しい直径計測ができなくなる。同様に、シリンジフランジ部ＳＦの大きな外形部分が上記のゴムカバーを備えた第２検出部となるセンサ上に位置し、クランプ５で保持すると正しい直径計測ができなくなる。

また、図５（ａ）の模式図に図示されるような不良セット状態であって、シリンジ押子ＳＰを破線図示のスライダ組立体５０から外れた状態に放置し、シリンジフランジ部ＳＦを凹部８，９にセットし、患者より高い位置にシリンジポンプを置いて放置しておくと、患者とシリンジポンプ間の落差によりサイフォニング現象が発生して、薬液の過大注入のリスクが発生する。以上のセット不良を防止するためには、上記の第４検出部であるセンサ４６と第１検出部である第１センサ２１に加えて、図５（ａ）に図示のようにクランプ５に連動する第２検出部である第２センサ２２と、凹部８，９中に設けられることでシリンジフランジ部ＳＦの有無を検出する第３検出部である第３センサ２３をさらに設ければ全てのセット不良に対応できることとなる。

具体的には、図５（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である図６において、既に説明済みの構成または部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、置き台２ａ上には直径寸法ｄ１、ｄ３の異なる直径のシリンジ筒部Ｓがセットされる。このとき、上記の傾斜面に沿うように置かれるので前後方向（Ｘ方向）の位置決めが自動的に行われる。

また、クランプ５にはアクチエータ１５を固定した軸部５ｃが設けられており、この軸部５ｃに対してコイルバネ６８を図示のように挿通後に蓋体５ｂを固定して上記のようにクランプを行えるように構成されている。このアクチエータ１５は、シリンジ筒部Ｓの直径が小さくなると下方に移動され、光軸を遮ることで第１センサ２１による高さ検出およびシリンジ筒部Ｓの有無検出を行う。

次に、図５（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である図５（ｂ）において、既に説明済みの構成または部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、置き台２ａ上に直径寸法の異なる直径のシリンジ筒部Ｓが上記のようにセットされることで、ゴムカバー１３を下方に押す状態となる。このゴムカバー１３の下方にはシリンジ筒部Ｓに対する当接により実線図示の待機位置から破線図示の検出位置に移動されるように軸体１６周りに回動軸支され、引張りバネ１７で付勢されたアクチエータ１５が設けられており、このアクチエータ１５により第２センサ２２の光軸を遮ることでシリンジ筒体Ｓが正しくセットされたことを検出するように構成されている。

また、図５（ｃ）において、凹部８，９の間の空間には不図示のゴムカバーが設けられており、その下方にはシリンジフランジ部ＳＦに対する当接により実線図示の待機位置から破線図示の検出位置に移動されるように軸体１６周りに回動軸支され、引張りバネ１７で付勢されたアクチエータ１５が設けられており、このアクチエータ１５により第３センサ２３の光軸を遮ることでシリンジフランジ部ＳＦが凹部８，９内に正しくセットされたことを検出するように構成されている。

次に図７は、スライダ送り機構に連動して駆動されるスライダ組立体５０にシリンジを正しくセットした後に上記の閉塞圧センサ７２で閉塞圧が検出される力の伝達経路を矢印Ｆ１で図示した模式図である。本図において、既に説明済みの構成または部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、シリンジを新規にセットした後または輸液を再開後に、モータ３５への通電によりスライダ組立体５０をピストン運動のために駆動する。このとき主に静摩擦力が最大となることでスライダ組立体５０の移動にともなうピストン運動が正常に実行できなくなりシリンジ押子ＳＰを押圧移動しているにも関わらず、押圧力の反作用力によりスライダ組立体５０に押圧力Ｆ１が作用して破線図示の位置までたわむとともに、パイプシャフト４０を介してハーフナット４５に反作用力が伝達される結果、これに噛合したリードネジ３７のピボット軸受７１に反作用力が伝達されて上記の閉塞圧センサ７２で閉塞圧として検出されることになる。

この閉塞圧は通常は閉塞異常を検出するために上記のように使用されるが、ここではフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御目的でも使用されることになる。

図８はシリンジポンプのブロック図である。本図において、既に説明済みの構成または部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、制御手段であるＣＰＵ１００には、上記の第１センサ２１、第２センサ２２、第３センサ２３、第４センサ４６を接続したシリンジ装着検出手段１２０が接続されており、これら全てのセンサにより検出が行われたことを確認後に輸液を許可するように構成されている。

また、ＣＰＵ１００には、クランプ５で検出されるシリンジ直径を判断するシリンジ径検出手段１０１と、記憶テーブル１１２に接続され、予め記憶されたシリンジメーカー各社の設定入力を手動またはシリンジに貼設された（不図示の）ＩＣタグなどを検出して自動的に行うシリンジ設定手段１０２と、輸液に関する種々の設定を行う設定入力手段１０３と、シリンジ押子ＳＰの駆動位置を検出する押子位置検出手段１０４と、上記の閉塞圧センサ７２に接続される閉塞圧検出手段１０５と、比較手段１０６と、後述のフィードバック制御を含む所定プログラムを書き換え可能に記憶した記憶手段１０７と、駆動モータ３５に接続されるスライダ駆動手段１０８と、動作インジケータ７とブザー１０７と表示部１１に接続される警告手段１０９と、表示部１０に接続されることで所定メッセージの表示制御を行う表示手段１１０と、予告位置演算手段１１１とが接続されている。また、不図示の電源装置に接続されることで電力供給を受けるようにしている。

次に、図９は記憶テーブル１１２の一例を図示した構成図である。図９において、世界中に約数十社のシリンジメーカーから製造販売されているシリンジを使用できるようにすべく各社毎に予め輸液実験が行なわれて、図示のような記憶テーブル１１２をシリンジメーカー別に予め記憶している。

この記憶テーブル１１２において、例えばＡ社のシリンジメーカーのシリンジにおいて容量５、１０、２０、３０、５０、１００ｍＬ毎にフィードバック制御の要否が記憶されている。図示の場合には、容量が５０ｍＬ以外のシリンジはフィードバック制御が要であると記憶されているので後述の制御プログラムにおいてフラグが立つことでフィードバック制御を自動的に行うように設定される。

また、フィードバック単位圧Ｘｎ、フィードバック時間ｔ、フィードバック総時間Ｔ、フィードバック上限圧Ｍｎ、フィードバック量（距離）Ｍ、フィードバック下降基準圧Ｙｎが夫々の容量に応じて必要に応じて記憶されている。具体的にはフィードバック単位圧Ｘｎは、フィードバック制御を行うときのスライダ組立体のたわみ量に比例した単位圧であって、フィードバック量を上乗せする頻度となるものである。したがってこの単位圧が小さいと頻繁にフィードバック制御が掛かり、大きいとある程度たわまないとフィードバック制御されないこととなる。また、フィードバック時間ｔは、 上記のフィードバック単位圧をフィードバックで掛けるための時間であって、この時間が小さいと短時間で急激にモータ回転量が増加され、大きいと長い時間を掛けて少しづつモータ回転量を増すように制御されることとなる。

また、総フィードバック時間Ｔは、送液開始時点からフィードバック制御を継続する時間であり、フィードバック制御を止めるまでの時間間隔である。そして、フィードバック量上限Ｍは、たとえスライダ組立体がたわみ続けても、この上限Ｍ以上はモータの回転量を増加させない、という上限値であり、予期しない何かしらの装置故障／異常発生に対する安全機構としての役割も果たすものである。また、フィードバック量Ｍは、フィードバック単位量を検出した際に上乗せするモータ回転量であり、この量が小さいとオーバーシュートは小さいが、目標流量に到達するまでに時間が掛かるが、大きいとオーバーシュートは出るが、短い時間で目標流量に達することになる。

そして、下降基準圧Ｙｎは、スライダ移動が動摩擦状態で移動される下降基準の判断となる値である。

以上の各フィードバック設定内容は適宜設定されるが以下にフィードバック基準圧Ｍとフィードバック単位圧Ｘｎとを使用した制御例と、フィードバック制御としてスライダ組立体５０の駆動後の輸液不足分を補うための制御と、スライダ組立体５０が静摩擦抵抗から動摩擦抵抗状態で一定速度で駆動されるまでの制御について述べる。

図１０はシリンジをセット後の駆動開始状態を示す模式図とともに、時間Ｔの経過とともに推移する摩擦力Ｆと薬液量Ｇの関係を図示した図表である。本図において、既に説明済みの構成または部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、輸液が開始されるとスライダ組立体５０が移動されてピストンＰのピストン運動で薬液Ｇを圧縮し外部に送り出そうとする。

しかしこのとき、シリンジ筒部Ｓの内周面ＳａとピストンＰのシール部材であるガスケットとの間の静摩擦抵抗による摩擦力Ｆ（最大）となる時間ｔ１までピストンＰは移動せず時間ｔ２の経過後に初めて動き出すことで破線図示の輸液量Ｇ分の送液が開始されて、動摩擦抵抗になるピストン運動による摩擦力Ｆ（一定）になることで時間経過に比例した一定速度での輸液ができることとなる。

このため、図中のＧ１で示される範囲の薬液量Ｇ１分の輸液については輸液が行われないので不足する。そこで、薬液量Ｇ分の輸液を余分に行うことで不足分を補うようにフィードバック制御すれば良いこととなる。

図１１は、図８のブロック図と図９の記憶テーブル１１２に基づくフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御の一例を示す動作説明フローチャートである。

図１１の処理が開始されるとステップＳ１において、シリンジポンプ１が運転途中でないことが判断されるとクランプ５および上記の各センサ２１、２２、２３によりシリンジが置き台上に正しくセットされ、かつシリンジ押子がスライダ組立体５０に正しくセットされたか否かをセンサ４６で判断するとともに、正しくセットされたシリンジのサイズ、メーカーを自動的または設定により判定して、ステップＳ２に進む。この後にステップＳ３に進み、輸液開始と前後してフィードバック制御が開始され、ステップＳ４に進む。 このステップＳ４では、図９のテーブル１１２を参照して、例えばシリンジメーカーＡ社の容量１０ｍＬのシリンジがセットされた場合であって、フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御が必要であることが認識されると制御手段１００に記憶されたプログラムにフラグを立てることで、単位圧Ｘ１を読み出し一次記憶する。ここで、図９において容量５０ｍＬのシリンジがセットされた場合にはフィードバック制御は不要であるので通常のスライダ駆動による輸液を行うようにして処理を終了する。

次に、ステップＳ５に進み上記の閉塞圧センサ７２による閉塞圧（読み出し圧）の検出値をフィードバック基準圧の初期値として代入する。

次に、ステップＳ６に進み閉塞圧の更新を行い、ステップＳ７においてフィードバック基準圧+単位圧Ｘ１よりも読み取り閉塞圧が高い状態であるか否かが判断され、高くない場合にはステップＳ９に進む。またステップＳ７でフィードバック基準圧+単位圧Ｘ１よりも読み取り閉塞圧が高いと判断されるとステップＳ８に進みスライダ組立体５０を移動させることで図１０で述べた不足分の送り出しをするようにフィードバック量Ｍ分を追加駆動し、フィードバック基準圧に閉塞圧を代入し更新する。この後、ステップＳ９においてスライダ組立体５０の移動量追加が終了したか否かが判断され、終了するとステップＳ１０においてスライダ移動量追加を終了し、ステップＳ１１ではテーブル１１２の総フィードバック時間Ｔａと、時間経過からフィードバック制御を終了するか否かを判断して、終了していないと判断されるとステップＳ６に戻りステップＳ６からステップＳ１０までの処理を繰り返す。

そして、ステップＳ１１で終了が判断されるとステップＳ１２で終了する。以上の処理により図１０のＧ１で示される範囲の薬液量Ｇ１分の不足分を補う輸液が可能になる。

次に、図１２は図８のブロック図と図９の記憶テーブル１１２に基づくフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御の別のフィードバック制御例を示す動作説明フローチャートである。

図１２において処理が開始されるとステップＳ２０において、シリンジポンプ１が運転途中でないことが判断されるとクランプ５および上記の各センサ２１、２２、２３によりシリンジが置き台上に正しくセットされ、かつシリンジ押子がスライダ組立体５０に正しくセットされたか否かをセンサ４６で判断するとともに、正しくセットされたシリンジのサイズ、メーカーを自動的または設定により判定して、ステップＳ２１に進む。この後にステップＳ２３に進み、輸液開始動作と合い前後してフィードバック制御が開始されて、図９のテーブル１１２を参照して、例えばシリンジメーカーＡ社の容量１０ｍＬのシリンジがセットされた場合であって、フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御が必要であることが認識されると制御手段１００に記憶されたブログラムにフラグを立てることで、単位圧Ｘ１と下降基準圧Ｙｎを読み出し一次記憶する。

次に、ステップＳ２４に進み、上記の閉塞圧センサ７２による閉塞圧（読み出し圧）の検出値をフィードバック基準圧の初期値として代入する。

ステップＳ２５では閉塞圧の更新が行われ、ステップＳ２６に進み、このステップＳ２６で閉塞圧センサ７２による閉塞圧（読み出し圧）の検出値がフィードバック基準圧+単位圧Ｘ１以上であるか否かが判断されて、読み取り閉塞圧が高い状態であるとステップＳ２７でスライダ組立体５０を移動させることで図１０で述べた一定速度（時間ｔ３後）の負荷状態に早く到達するようにフィードバック量Ｍイ分を追加駆動し、フィードバック基準圧Ｍａに閉塞圧を代入して更新する。

この後、ステップＳ２８でスライダ組立体５０が一定速度状態になったか否かを閉塞圧が圧基準+下降基準圧以下になったことで判断する。ステップＳ２８で一定速度になったことが判断されるとステップＳ２９においてスライダ移動量追加を終了し、続くステップＳ３０でテーブル１１２の総フィードバック時間Ｔａと、時間経過からフィードバック制御を終了するか否かを判断して、終了しないと判断されるとステップＳ２５に戻りステップＳ２５からステップＳ２９までの処理を繰り返し、ステップＳ３０で総時間経過したと判断されるとステップＳ３１で処理を終了する。

尚、上記の動作説明フローチャートはほんの一例であり、スライダ駆動のフィードバック制御順序は上記のような順序に限定されないことは言うまでもない。また、閉塞圧センサの構成および配置は上記記載の内容に限定されない。

シリンジポンプ１の外観斜視図であって、操作パネル部２ｆを前方にし、通常右手で操作されるべき設定ダイヤル６を破線で示した図である。 シリンジとともに図示したシリンジポンプの外観斜視図である。 上カバー２に内蔵されるスライダ送り機構の外観斜視図である。 シリンジを正しくセットした様子を図示したシリンジポンプの外観斜視図である。 （ａ）、（ｂ）はシリンジを不良セット状態にセットした模式図、（ｃ）はシリンジフランジ部ＳＦをクランプ５で検出する不良セット状態の模式図である。 図５（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。 スライダ送り機構に連動して駆動されるスライダ組立体５０にシリンジを正しくセットした後に上記の閉塞圧センサ７２で閉塞圧が検出される力の伝達経路を矢印Ｆ１で図示した閉塞センサの模式図である。 シリンジポンプのブロック図である。 記憶テーブル１１２の一例を図示した構成図である。 シリンジをセット後の駆動開始状態を示す模式図とともに、時間Ｔの経過とともに推移する摩擦力Ｆと薬液量Ｇの関係を図示した図表である。 図８のブロック図と図９の記憶テーブル１１２に基づくフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御の一例を示す動作説明フローチャートである。 図８のブロック図と図９の記憶テーブル１１２に基づくフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御の別の制御例を示す動作説明フローチャートである。

符号の説明

１ シリンジポンプ
２ 上カバー
２ａ 置き台
３ 下カバー
５ クランプ
７ 動作インジケータ
８、９ 凹部
１０ 表示部
１１ 表示部
５０ スライド組立体
５２ クラッチレバー
５３、５４ フック部材
７２ 閉塞圧検出センサ
１１２ 記憶テーブル
Ｓ シリンジ筒部
ＳＦ シリンジフランジ部
ＳＰ シリンジ押子

Claims (5)

1. シリンジポンプであって、
   シリンジの押子に当接されるスライダ手段を、設定された単位時間あたりの輸液量に応じた設定移動速度で移動させることで、該押子を押圧させ、該シリンジ内の内容物を送出するスライダ送り手段と、
   前記スライダ送り手段が前記スライダ手段を移動させる際に、移動方向と反対方向から受ける反作用力を圧力値として検出する検出手段と、
   前記スライダ送り手段が前記スライダ手段を移動させる際の移動速度を制御するための制御条件がシリンジの種類ごとに記載されたテーブルから、セットされているシリンジの種類に対応する制御条件を読み出し、該読み出した制御条件を用いて、前記スライダ送り手段が前記スライダ手段を移動させる際の移動速度を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記スライダ送り手段に対して前記スライダ手段の移動開始を指示するとともに、前記検出手段により検出された圧力値の監視を開始し、
   前記圧力値が上昇している間、前記読み出した制御条件に記載された加算量を、前記設定移動速度に加算していき、
   前記制御条件に記載された終了条件を満たすまでの間、前記加算量が加算された設定移動速度により、前記スライダ手段を移動させるよう、前記スライダ送り手段を制御することを特徴とするシリンジポンプ。
2. 前記制御手段は、前記スライダ手段が静摩擦抵抗状態から動摩擦抵抗状態になるまでの間、前記制御条件に記載された加算量を、前記設定移動速度に加算していき、前記設定された単位時間あたりの輸液量に基づいて算出される積算輸液量に一致するまでの間、前記加算量が加算された設定移動速度により、前記スライダ手段を移動させるよう、前記スライダ送り手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のシリンジポンプ。
3. 前記制御手段は、前記制御条件に記載された制御時間分、前記加算量が加算された設定移動速度により、前記スライダ手段を移動させるよう、前記スライダ送り手段を制御することを特徴とする請求項２に記載のシリンジポンプ。
4. 前記制御手段は、前記検出手段により検出された圧力値が、前記制御条件に記載された圧力値に下降するまでの間、前記加算量が加算された設定移動速度により、前記スライダ手段を移動させるよう、前記スライダ送り手段を制御することを特徴とする請求項２に記載のシリンジポンプ。
5. 前記制御条件には前記設定移動速度の上限値が含まれ、前記制御手段は、前記圧力値が上昇している間、当該上限値の範囲内で、前記制御条件に記載された加算量を、前記設定移動速度に加算していくことを特徴とする請求項１に記載のシリンジポンプ。

Images