JP4927444B2

JP4927444B2 - 液体調合装置

Info

Publication number: JP4927444B2
Application number: JP2006145095A
Authority: JP
Inventors: 中陽周; 純一川那辺; 宗貴市川
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2006-05-25
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2026-05-25
Also published as: JP2007312977A

Description

本発明は、複数種類の液体を調合する液体調合装置に関する。

従来から、様々な分野において、異なる複数の液体を定められた一定の比率で調合する液体調合が行われている。例えば、医薬分野では、処方箋にしたがって、複数種類の水薬を調合している。従来、このような調合は、各水薬を人手でメスシリンダ等を用いて計量することにより行われていた。しかしながら、かかる人手による計量は、煩雑であるだけでなく、調合ミスが生じやすいという問題もあった。

そこで、水薬等の液体の調合を自動で行う液体調合装置が従来から提案されている。例えば、特許文献１には、水薬の調合を自動化する水薬自動調剤機が開示されている。この水薬自動調剤機では、複数の薬品容器および各薬品容器に設置されたポンプを回転テーブルに設置している。水薬を調合する際には、回転テーブルを駆動することにより指定の薬品容器のノズルを薬ボトル上に移動させたうえで、ポンプを駆動して指定量の水薬を薬ボトルに吐出している。この調剤機によれば、指定量の薬液が自動的に薬ボトルに吐出されるため、水薬調剤を自動で行うことができる。

特開２００３−３２５６３９号公報

しかしながら、かかる水薬調剤機では、投薬瓶とは分離されたポンプで水薬の吐出量等を管理している。そのため、確実に投薬瓶に水薬が吐出されたか否かは確認できない。また、複数の薬品容器それぞれに吸引吐出量を厳密に制御できるポンプを設ける必要がある。吸引吐出量を厳密に制御できるポンプは高価になりやすく、かかるポンプを多数設けた場合、さらに装置全体が高額になりやすい。また、多数のポンプを設けた場合、その制御が複雑になるという問題もある。

本発明は、以上のような従来の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、液体調合装置の新しい装置構成を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である液体調合装置は、複数の貯留容器の各々から液体を調合容器に供給することにより調合容器内で複数種類の液体を調合する液体調合装置であって、各貯留容器ごとに設けられる加減圧用バルブと、加減圧用バルブが設けられた配管を介して複数の貯留容器と接続されるポンプと、を有し、複数の貯留容器のうちから選択された選択貯留容器の加減圧用バルブを開放し、ポンプによって選択貯留容器内の気体層の圧力を変化させることにより、選択貯留容器内の液体を調合容器に吐出することを特徴とする。

望ましい態様において、前記液体調合装置は、選択貯留容器から吐出すべき所定量の液体の体積分だけポンプを駆動することにより、選択貯留容器から液体を調合容器に吐出することを特徴とする。

望ましい態様において、前記液体調合装置は、前記ポンプとして機能するシリンジポンプと、各貯留容器内の気体層の圧力を計測する圧力センサと、選択貯留容器と調合容器とを接続する配管に設けられた吐出用バルブと、を有し、吐出用バルブを閉鎖した状態で前記体積分だけシリンジポンプのピストンを移動させて選択貯留容器内の気体層を加圧し、ピストンの移動後に吐出用バルブを開放して選択貯留容器から調合容器へ液体の吐出を開始し、圧力センサの計測結果に基づいて選択貯留容器内の気体層の圧力がピストンの移動前の圧力にまで低下するタイミングを検知し、そのタイミングで吐出用バルブを閉鎖して吐出を終了することにより、選択貯留容器から所定量の液体を調合容器に吐出することを特徴とする。

望ましい態様において、前記液体調合装置は、各貯留容器内の気体層の圧力を計測する圧力センサと、選択貯留容器と調合容器とを接続する配管に設けられた吐出用バルブと、を有し、吐出用バルブを閉鎖した状態でポンプを駆動して選択貯留容器内の気体層を第一圧力まで加圧し、第一圧力まで加圧した後に吐出用バルブを開放して選択貯留容器から調合容器へ液体の吐出を開始し、圧力センサの計測結果に基づいて選択貯留容器内の気体層の圧力が第二圧力にまで低下するタイミングを検知し、そのタイミングで吐出用バルブを閉鎖して吐出を終了することにより、選択貯留容器から所定量の液体を調合容器に吐出することを特徴とする。

望ましい態様において、前記第二圧力は、予め定められた固定値であり、前記第一圧力は、選択貯留容器から吐出すべき所定量の液体の体積と選択貯留容器内の気体層の体積と第二圧力の固定値とを利用して求められることを特徴とする。望ましい態様において、前記第一圧力は、予め定められた固定値であり、前記第二圧力は、選択貯留容器から吐出すべき所定量の液体の体積と選択貯留容器内の気体層の体積と第一圧力の固定値とを利用して求められることを特徴とする。

本発明により、液体調合装置の新しい装置構成が提供される。例えば、液体調合をより確実に、安価に、シンプルに行う装置を提供することが可能になる。

以下、本発明の実施形態を説明する。

図１には、本発明の好適な実施形態が示されており、図１は、本発明に係る水薬調合装置１０の機能を説明するための全体構成図である。また、図２には、図１の水薬調合装置１０の構造を説明するための図が示されており、図２は、水薬調合装置１０の回転テーブル１８部分の概略上面図である。まず、図１および図２を併用して、本実施形態の全体構成を説明する。

この水薬調合装置１０は、ユーザの指示に応じて複数種類の水薬の調合を自動で行う装置である。調合に必要となる水薬は貯留容器である薬瓶１００ａ，１００ｂ，・・・１００＊（以下、添字ａ，ｂ，・・・，＊を省略）に貯留されており、水薬調合の際には、各薬瓶１００から指定量の水薬が調合容器である投薬瓶１１０に吐出される。

各薬瓶１００には、分岐配管２４が接続され、さらに、その分岐配管２４には加減圧用バルブ２５が設けられている。また、各薬瓶１００には、吐出配管３４が接続され、さらに、その吐出配管３４には吐出用バルブ３６が設けられている。複数の薬瓶１００は、図２に示すように、回転テーブル１８上に円周に沿って配列され、複数の薬瓶１００と同様に、複数の加減圧用バルブ２５も円周に沿って配列される。複数の薬瓶１００に対応した複数の加減圧用バルブ２５は、円形状の回転テーブル１８の中心部分において、共通の加減圧配管２２に接続される。この加減圧配管２２は、図１に示すように、シリンジポンプ２０に接続される。なお、図１においては、水薬調合装置１０の全体を図示する都合上、円周に沿って配列された複数の薬瓶１００を直線的に配列して図示している。

このように、本実施形態では、複数の薬瓶１００が、各薬瓶１００に対応した分岐配管２４と加減圧用バルブ２５を介して、共通の加減圧配管２２に接続される。そして、加減圧配管２２がシリンジポンプ２０に接続される。つまり、複数の薬瓶１００は、分岐配管２４と加減圧用バルブ２５と加減圧配管２２を介して、共通のシリンジポンプ２０に接続される。

各薬瓶１００には、吐出配管３４と吐出用バルブ３６が設けられている。そして、吐出用バルブ３６が設けられた吐出配管３４は、その一端が対応する薬瓶１００内に挿入され、その他端が回転テーブル１８の下面に突出されている。なお、薬瓶１００内に挿入されている吐出配管３４の一端は、水薬内に水没している。

回転テーブル１８の下方には、投薬瓶１１０と当該投薬瓶１１０を垂直方向に移送させる垂直移動機構１６が設けられている。水薬調合を行う際には、回転テーブル１８を回転させ、所望の薬瓶１００に接続された吐出配管３４の先端（他端側）を投薬瓶１１０の上方に移動させる。その状態で、垂直移動機構１６によって投薬瓶１１０が上方に移動され、吐出配管３４の先端が投薬瓶１１０に挿入される。

そして、吐出配管３４の先端が投薬瓶１１０に挿入された状態で、吐出用バルブ３６、加減圧用バルブ２５、大気開放用バルブ２８、シリンジポンプ２０などが適宜制御されることにより、薬瓶１００内の水薬が投薬瓶１１０へと吐出される。水薬調合に必要な複数の薬瓶１００の各々を対象として吐出作業を繰り返し行うことにより、投薬瓶１１０内に複数の水薬が吐出されて水薬調合が実現される。

図３は、図１の破線枠Ａ内部を詳細に説明するための図である。図３を利用して本実施形態の水薬調合装置１０の主要部について詳述する。

投薬瓶１１０は、垂直移動機構１６の一部である載置台４２に載置されている。載置台４２は、垂直方向に延びるガイド軸４４に挿通されており、当該ガイド軸４４に沿って垂直方向にのみ移動可能となっている。この載置台４２の下方は、楕円カム４６により支持されている。楕円カム４６は、垂直面内で回転可能となっており、当該楕円カム４６の回転に伴い載置台４２が昇降する。この楕円カム４６の回転は、制御部５６により制御されている。

載置台４２が最上昇高さまで上昇した場合、回転テーブル１８の下面に突出した吐出配管３４の先端が投薬瓶１１０に挿入される。この挿入状態になる位置が吐出位置となる。また、載置台４２が最下降高さまで下降した場合、投薬瓶１１０から吐出配管３４の先端が抜き出され、投薬瓶１１０が吐出配管３４の先端から所定の距離だけ離れて下に移動される。すなわち、載置台４２の最下降高さは、回転テーブル１８が回転した際に、吐出配管３４と投薬瓶１１０が互いに物理的干渉を生じないような高さに設定されている。

なお、図３においては、垂直移動機構の一例として、楕円カム４６を備えた機構を示したが、本実施形態の垂直移動機構はこれに限定されない。例えば、リードスクリューとモータを備えた垂直移動機構などを利用してもよい。

回転テーブル１８は、回転テーブル１８上に円周に沿って配列された複数の薬瓶１００を回転移動させて、所定の薬瓶１００を投薬瓶１１０の略鉛直上方に配置するための移動機構である。この回転テーブル１８は、テーブル回転駆動部５２により、その駆動が制御されている。なお、所定の薬瓶１００を選択的に投薬瓶１１０の略鉛直上方に配置することができる機構であれば、回転テーブル以外の移動機構を用いてもよい。例えば、回転テーブルに代えて、ベルトコンベアやＸＹテーブル等の移動機構を用いてもよい。

回転テーブル１８の下面に突出された吐出配管３４の先端（他端側）には、水センサ４０が設けられている。この水センサ４０は、吐出配管３４に対して例えば光を照射して、その際の透過量等に基づいて吐出配管３４内の液体の有無を検知するセンサである。この水センサ４０は、吐出配管３４の先端近傍に設定された基準位置Ｘに検知光を照射できるように設置されており、基準位置Ｘにおける水薬の有無が検知できる。

制御部５６は、例えば、基準位置Ｘにおいて、水薬有りの状態から水薬無しの状態に切り替わった時点、あるいは、水薬無しの状態から水薬有りの状態に切り替わった時点を、水薬の先頭が基準位置Ｘに達した時点と判断する。この水センサ４０は、水薬吐出に先立って吐出配管３４内の気体を排除するために設けられている。なお、水センサ４０による検知のタイミングなどについては後に詳述する。

回転テーブル１８によって投薬瓶１１０の略鉛直上方に所定の薬瓶１００が配置され、投薬瓶１１０と所定の薬瓶１００とが吐出配管３４を介して接続されると、その薬瓶１００に貯留されている水薬が吐出配管３４を通じて投薬瓶１１０へと導かれる。この水薬の流れを適宜、許可または遮断するために、吐出配管３４の途中には制御部５６により開閉制御される吐出用バルブ３６が設けられている。

この吐出用バルブ３６を、薬瓶１００内の気体層の圧力に応じて適宜、開放または閉鎖することにより、所望の量の水薬が薬瓶１００から投薬瓶１１０へ吐出される。なお、吐出用バルブ３６としては、ピンチバルブが望ましい。これにより、吐出用バルブ３６の洗浄作業を省略して吐出配管３４のみについて洗浄を行うようにして、メンテナンス作業を簡易化することが可能になる。また、吐出配管３４の交換も容易になる。

シリンジポンプ２０は、加減圧配管２２と分岐配管２４を介して薬瓶１００に接続されている。分岐配管２４には加減圧用バルブ２５が設けられており、また、分岐配管２４の一端は薬瓶１００内に挿入されている。なお、薬瓶１００内に挿入された分岐配管２４の一端は、薬瓶１００内の水薬には触れずに、薬瓶１００内の気体層に位置している。

先に説明したように（図１および図２参照）、本実施形態では、複数の薬瓶１００が分岐配管２４を介して共通の加減圧配管２２に接続され、さらに、共通のシリンジポンプ２０に接続される。そして、このシリンジポンプ２０によって、対象となる薬瓶１００内の気体層の圧力を変化させる場合、対象となる薬瓶１００に対応した加減圧用バルブ２５が開放され、他の薬瓶１００に対応した加減圧用バルブ２５が閉鎖される。これにより、シリンジポンプ２０と対象となる薬瓶１００のみとの接続状態が確保される。シリンジポンプ２０は、ポンプ駆動部５４によって駆動され、そのポンプ駆動部５４は、制御部５６からの指示に応じてシリンジポンプ２０を駆動する。

加減圧配管２２には、さらに、複数の薬瓶１００に対して共用される圧力センサ２６と大気開放用バルブ２８が設けられている。圧力センサ２６は、加減圧配管２２の内部の圧力を計測できるようになっている。なお、加減圧用バルブ２５が開放されている状態では、加減圧配管２２の内部と薬瓶１００の内部とが連通するため、加減圧配管２２の内部の圧力と薬瓶１００の内部の気体層の圧力が等しくなり、圧力センサ２６によって薬瓶１００の内部の気体層の圧力を計測することができる。また、大気開放用バルブ２８は、加減圧配管２２の内部と外界とを連通する配管上に設けられている。

制御部５６は、水薬調合装置内の各部を制御する。この制御部５６は、予め、各種水薬の吐出位置等を装置情報として記憶している。また、水薬調合時にユーザから入力される調合に必要な水薬種類および液体体積等を、調合情報として一時記憶している。そして、水薬調合を行う際には、調合情報および装置情報に基づいて、制御部５６が装置内の各部の動作を制御する。

次に、図１から図３に示した本実施形態の水薬調合装置１０による吐出動作の原理について説明する。本実施形態では、複数の薬瓶１００のうちから選択された薬瓶１００に対応した加減圧用バルブ２５のみが開放され、選択された薬瓶１００とシリンジポンプ２０とが接続される。そして、シリンジポンプ２０を駆動して、薬瓶１００の内部の気体層が加圧され、加圧後に吐出用バルブ３６を開放することにより、薬瓶１００内部の水薬が投薬瓶１１０へと供給される。このとき、水薬の吐出に伴う薬瓶１００内の気体層の圧力の変化を圧力センサ２６でモニタリングし、吐出開始のタイミングや吐出終了のタイミングが制御される。

ここで、目標吐出液体積ΔＶａと薬瓶１００の内圧との関係について説明する。目標吐出液体積ΔＶａを、投薬瓶１１０に吐出した場合、薬瓶１００内の気体の体積増加量は、ΔＶａとみなすことができる。そして、水薬吐出開始時における薬瓶１００内の気体層、分岐配管２４内部の気体、加減圧配管２２内部の気体、および、シリンジポンプ２０のシリンダ内の気体の全体積（以下「収容容器内の気体体積」という）をＶｓとすると、水薬吐出後の収容容器内の気体体積は（Ｖｓ＋ΔＶａ）となる。

また、水薬吐出の開始から終了までの間に大幅な温度変化はないと考えられるため、収容容器内の気体体積（Ｖ）とその圧力（Ｐ）との積（ＰＶ）は、水薬吐出の開始から終了まで、ほぼ一定値を維持する。したがって、吐出開始時の薬瓶１００内の気体層の圧力をＰｓ、目標吐出液体積ΔＶａの水薬を吐出した後の薬瓶１００内の気体層の圧力をＰｅとおくと、次の式が成り立つ。
Ｖｓ・Ｐｓ＝（Ｖｓ＋ΔＶａ）・Ｐｅ・・・式１

本実施形態では、吐出開始時の圧力Ｐｓがシリンジポンプ２０の加圧動作によって得られる。そして、加圧前の薬瓶１００内の気体層の圧力を大気圧Ｐ０、収容容器内の気体体積をＶ０とすると次の式が成立する。
Ｖ０・Ｐ０＝Ｖｓ・Ｐｓ・・・式２
この式２を式１に代入すると、次の式３が得られる。
Ｖ０・Ｐ０＝（Ｖｓ＋ΔＶａ）・Ｐｅ・・・式３

ここで、吐出終了時の薬瓶１００内の気体層の圧力ＰｅをＰ０（大気圧）とすると、式３から次の式４が得られる。
Ｖｓ＝Ｖ０−ΔＶａ・・・式４
つまり、加圧後の体積Ｖｓをこの式４を満たすような値として、かつ、加圧前および水薬吐出終了時の内圧を同じ大気圧Ｐ０にすることにより、目標吐出液体積ΔＶａを投薬瓶に吐出できることになる。ここで、改めて式４をみれば分かるとおり、加圧後の気体体積Ｖｓは、加圧前の気体体積Ｖ０から目標吐出液体積ΔＶａを減算した値である。本実施形態では、シリンジポンプ２０を用いているため、加圧前の体積Ｖ０と加圧後の体積Ｖｓとの体積差は、シリンジポンプ２０のピストンが駆動することによるシリンダ内の体積の変化に相当する。つまり、シリンジポンプ２０の吐出気体体積が目標吐出液体積になる。

そして、この制御方法によれば、シリンジポンプ２０の吐出体積が目標吐出液体積になるため、薬瓶１００内の気体層の体積や、投薬瓶１１０内の液体量（液体の体積）が不明であっても、簡易に、吐出液体積を制御することできる。また、大気圧の絶対値を考慮しなくてもよいというメリットがある。

図４は、水薬吐出時の薬瓶１００の内圧変化を示す図である。図４において、横軸は時間軸であり、縦軸は薬瓶の内圧（圧力）を示している。

まず、時刻Ｔ_０における薬瓶１００の内圧を大気圧Ｐ０に調整する。そして、吐出用バルブ３６を閉鎖した状態でシリンジポンプ２０を駆動する。シリンジポンプ２０を駆動すると時刻Ｔ_０からＴ_１にかけて薬瓶１００の内圧が大気圧Ｐ０から上昇する。吐出液体積に応じた体積量だけシリンジポンプ２０が駆動すると時刻Ｔ_１において加圧動作が終了する。その後、時刻Ｔ_２において吐出用バルブ３６が開放される。

吐出用バルブ３６が開放されると、薬瓶１００内から水薬が投薬瓶１１０内へ吐出される。水薬の吐出に伴い、時刻Ｔ_２以後、薬瓶１００内の気体層の体積が増加するとともに薬瓶１００内の圧力が減少する。

そして、薬瓶１００内の圧力が大気圧Ｐ０に戻る時刻Ｔ_３において吐出用バルブ３６を閉鎖すると、先に説明した原理（式１から式４参照）により、シリンジポンプ２０が駆動した体積分、つまり目標吐出液体積の液体が薬瓶１００内から水薬が投薬瓶１１０内へ吐出される。

ちなみに、時刻Ｔ_３において吐出用バルブ３６を閉鎖しなければ、水薬の吐出が継続されて、図４において破線で示すカーブに沿って薬瓶１００内の圧力が大気圧Ｐ０よりも低い値（陰圧）にまで減少する。吐出用バルブ３６を開放し続けた場合、吐出が自然に停止する平衡状態になる圧力は、（Ｐ０−ρｇｈ）となる。ここで、ρｇｈは水頭圧であり、ｈは薬瓶１００内の水薬の液面の高さと吐出配管３４の先端の高さとの差である。

次に、図１から図３に示す水薬調合装置１０による水薬調合処理について詳述する。

図５は、本実施形態における水薬調合処理を説明するためのフローチャートである。水薬調合を行う際、ユーザは、まず、水薬調合に必要な水薬種類およびその液体積などを調合情報として制御部５６に入力する。制御部５６は、入力された調合情報および予め記憶している装置情報に基づいて、各部の駆動シーケンスを生成する（Ｓ５００）。

駆動シーケンスが生成されると、得られた駆動シーケンスに基づいて、水薬の調合を実行する。具体的には、まず、全てのバルブを閉鎖するとともに、吐出すべき水薬に対応する吐出配管３４が投薬瓶１１０の上方に位置するべく、回転テーブル１８を駆動させる（Ｓ５０２）。このとき、吐出配管３４と投薬瓶１１０との物理的干渉を防止するために、投薬瓶１１０は、最下降高さに下降させておく。

次に、大気開放用バルブ２８を開放してシリンジポンプ２０を吸引して加圧用のストロークを確保しておく（Ｓ５０４）。そして、垂直移動機構１６を駆動して、投薬瓶１１０を最上昇高さまで上昇させ、吐出配管３４の先端を投薬瓶１１０の開口部に挿入する（Ｓ５０６）。

次に、水センサ４０の検知結果に基づいて吐出配管３４の内部に空気（気泡）が存在するか否かを確認して吐出配管３４内の空気を排除する処理を行うか否かを判断する（Ｓ５０８）。そして、空気を排除する必要があれば、Ｓ５１０に進んで吐出配管３４内の空気（気体）を排除する処理を実行してから、Ｓ５１２に進んで水薬の吐出処理を実行する。また、Ｓ５０８において空気を排除する必要が無いと判断されると、Ｓ５１０における気体の排除処理を省略して、Ｓ５１２に進んで水薬の吐出処理を実行する。

図６は、吐出配管３４内の気体の排除処理（図５におけるＳ５１０）を説明するためのフローチャートである。まず、吐出用バルブ３６を開放し（Ｓ６００）、そして、加減圧用バルブ２５を開放してシリンジポンプ２０を駆動させてゆっくりと薬瓶１００内を加圧する（Ｓ６０２）。これにより、薬瓶１００内が低速加圧され、薬瓶１００に貯留されている水薬が吐出配管３４の先端近傍へと低速移動する。

このとき、水センサ４０によって、水薬が吐出配管３４の基準位置Ｘまで移動したか否かを検出しておき（Ｓ６０４）、水薬が基準位置Ｘに移動するまでシリンジポンプ２０を駆動させる。そして、水センサ４０により、水薬が基準位置Ｘまで移動したことが検知されれば、制御部５６は、シリンジポンプ２０の駆動を即座に停止させる（Ｓ６０６）。

さらに、吐出用バルブ３６を閉鎖し（Ｓ６０８）、薬瓶１００と投薬瓶１１０との連通を遮断する。シリンジポンプ２０の駆動停止により、吐出配管３４内での水薬の移動も基準位置Ｘに達した時点で停止している。これにより、吐出配管３４の内部には、水薬が充填しており、吐出配管３４の内部に存在していた気体はほぼ排除されたことになる。そして、大気開放用バルブ２８を開放して（Ｓ６１０）、吐出配管３４内の気体の排除処理が終了する。

なお、吐出配管３４の内部に存在する気体を排除するのは、次の理由による。既述したとおり、本実施形態では、密閉空間、すなわち、薬瓶１００および加減圧配管２２の気体体積変化量を目標吐出液体積としている。そして、この気体体積変化量に応じた内圧変化量を与えることで、吐出液体積を制御している。よって、吐出配管３４内に液が充填されていないと、投薬瓶１１０への吐出液体積に誤差が生じてしまう。この誤差を低減するために、本実施形態では、予め、吐出配管３４の内部を水薬で充填させて、余分な気体を排除している。なお、この気体排除処理は、各薬瓶１００の初回吐出の際にのみ行えばよい。すなわち、２回目以降では吐出配管３４の気体は排除されているため、この気体排除処理は不要となる。

吐出配管３４内の気体が排除されると、続いて、水薬の吐出処理が開始される。

図７は、水薬吐出処理（図５におけるＳ５１２）を説明するためのフローチャートである。水薬吐出処理を行う場合は、まず、全てのバルブ２５，２８，３６が閉鎖され（Ｓ７００）、その後、加減圧用バルブ２５が開放され（Ｓ７０２）、シリンジポンプ２０で目標吐出液体積ΔＶａと同じ体積の気体を吐出して、薬瓶１００内の気体層を加圧する（Ｓ７０４）。

続いて、吐出用バルブ３６を開放する（Ｓ７０６）。吐出用バルブ３６が開放されると、薬瓶１００に貯留された水薬は、吐出配管３４を通じて薬瓶１００内部から投薬瓶１１０の内部へ供給される。この水薬の供給に伴い、薬瓶１００の気体体積が増加して内圧が低下することになる。このときの内圧変化を圧力センサ２６でモニタリングする。

制御部５６は、薬瓶１００の内圧が大気圧Ｐ０に達するまで吐出用バルブ３６の開放状態を維持してから、薬瓶１００の内圧が大気圧Ｐ０に達したタイミングで、吐出用バルブ３６を閉鎖して水薬の吐出を停止させる（Ｓ７０８）。そして、加減圧配管２２に設けられた大気開放用バルブ２８を開放して薬瓶１００の内圧を大気圧に戻してから（Ｓ７１２）、水薬吐出処理を終了する。

図５に戻り、水薬吐出処理が終了すると、垂直移動機構１６を駆動して投薬瓶１１０を下降させて、一種類の水薬の吐出が終了となる（Ｓ５１４）。一種類の水薬吐出が完了すれば、制御部５６は、算出した駆動シーケンスに基づいて、調合に必要な水薬がまだ残っているか否かを判断する（Ｓ５１６）。調合に必要な水薬がある場合は、回転テーブル１８を駆動して、当該水薬に対応する吐出配管３４を投薬瓶１１０の上方へと移動させる（Ｓ５１８）。そして、再び、Ｓ５０４〜Ｓ５１６までのステップを実行する。これを繰り返して、調合に必要な水薬が全て投薬瓶１１０に吐出されれば、水薬調合は終了となる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、密閉容器、すなわち、薬瓶１００の内圧を制御することで吐出液体積の制御を行っている。しかも、気体の吸引・吐出量を制御できるシリンジポンプ２０を用いれば、薬瓶１００内の気体層の体積、大気圧の絶対値等の影響を受けることなく吐出液体積を制御できる。そのため、より簡易な構成で高精度の自動液体調合が可能となる。また、一つのシリンジポンプ２０や圧力センサ２６を、複数の薬瓶１００で共用する構成となっている。そのため、水薬調合装置を安価に提供することができる。また、複数のポンプを利用する場合に比べて、ポンプの制御や配線等、メンテナンス等を簡易化できる。さらに、本実施形態によれば、薬瓶１００を一度密閉すると、その薬瓶１００内の水薬がなくなるまでその密閉状態を解除する必要がない。そのため、シーリング不良などによる空気漏れが原因で吐出精度を低下させるようなリスクが極めて小さくなる。

以上、本発明の実施形態として、図１から図３に示すシリンジポンプ２０を利用した水薬調合装置１０を説明した。本発明に係る装置に利用されるポンプは、シリンジポンプ２０に限定されず、他のポンプが利用されてもよい。例えば、ダイヤフラムポンプが利用されてもよい。そこで、次に、ポンプとしてダイヤフラムポンプを利用した別の実施形態について説明する。

図８は、ダイヤフラムポンプ２１を利用した実施形態（以下、第二実施形態）を説明するための図である。構成上の比較において、図８に示す第二実施形態と、図１から図３に示した実施形態は、シリンジポンプ２０に換えてダイヤフラムポンプ２１を利用している点と、それに伴って各薬瓶１００に液面レベルセンサ６０を設けている点の二点が異なっている。

そして、その他の部分、つまり、図８において図３に示す符号と同じ符号の部分については、図８に示す第二実施形態と、図１から図３に示した実施形態は、互いに同じ構成を採用している。そこで、図３に示した構成部分については説明を省略して、図８に示す第二実施形態を説明する。

第二実施形態では、複数の薬瓶１００が、各薬瓶１００に対応した分岐配管２４と加減圧用バルブ２５を介して、共通の加減圧配管２２に接続される。そして、加減圧配管２２がダイヤフラムポンプ２１に接続される。つまり、複数の薬瓶１００は、分岐配管２４と加減圧用バルブ２５と加減圧配管２２を介して、共通のダイヤフラムポンプ２１に接続される。

シリンジポンプ（図３の符号２０）を利用した実施形態では、シリンジポンプの吐出気体体積で吐出液体積を制御していた。これに対し、第二実施形態では、ダイヤフラムポンプ２１による圧力で吐出液体積を制御する。

なお、図８に示す第二実施形態においても、複数の薬瓶１００のうちから選択された薬瓶１００に対応した加減圧用バルブ２５のみが開放され、選択された薬瓶１００とダイヤフラムポンプ２１とが接続される。そして、ダイヤフラムポンプ２１を駆動して、薬瓶１００の内部の気体層が加圧され、加圧後に吐出用バルブ３６を開放することにより、薬瓶１００内部の水薬が投薬瓶１１０へと供給される。このとき、水薬の吐出に伴う薬瓶１００内の気体層の圧力の変化を圧力センサ２６でモニタリングし、吐出開始のタイミングや吐出終了のタイミングが制御される。そこで、圧力による吐出液体積の制御の原理について説明する。

薬瓶１００内の気体層、分岐配管２４内部の気体および加減圧配管２２内部の気体の全体積を収容容器内の気体体積とする。ダイヤフラムポンプ２１による加圧後の収容容器内の気体体積をＶ１、その圧力をＰ１とする。その後、目標吐出液体積ΔＶａを、投薬瓶１１０に吐出した場合、薬瓶１００内の気体層の体積がΔＶａだけ増加する。そこで、目標吐出液体積ΔＶａの水薬を吐出した後の収容容器内の気体体積をＶ２としてその圧力をＰ２とすると、Ｖ２＝Ｖ１＋ΔＶａとなる。

また、水薬吐出の開始から終了までの間に大幅な温度変化はないと考えられるため、収容容器内の気体体積（Ｖ）とその圧力（Ｐ）との積（ＰＶ）は、水薬吐出の開始から終了まで、ほぼ一定値を維持する。従って、次の式が成り立つ。
Ｐ１・Ｖ１＝Ｐ２・Ｖ２＝Ｐ２・（Ｖ１＋ΔＶａ）・・・式５

そして式５から次式が導かれる。
Ｐ１＝Ｐ２・（１＋ΔＶａ／Ｖ１）・・・式６
つまり、吐出を停止させる閾値としてＰ２を所定の値に固定すると、Ｐ２の固定値と目標吐出液体積ΔＶａと収容容器内の気体体積Ｖ１から、式６に基づいて、ダイヤフラムポンプ２１によって加圧すべき圧力Ｐ１を求めることができる。

ここで、収容容器内の気体体積のうち、分岐配管２４内部の体積と加減圧配管２２内部の体積については、装置の設計値として予め求めておくことができる。そして、収容容器内の気体体積のうち、薬瓶１００内の気体層の体積については、薬瓶１００の内容量と薬瓶１００に貯留されている水薬量から求めることができる。薬瓶１００の内容量は、薬瓶１００の仕様として予め把握しておくことができる。

これに対し、薬瓶１００に貯留されている水薬量は、吐出作業などに伴って変化する。そこで、図８に示す第二実施形態では、変化する水薬量を検出するために、各薬瓶１００に液面レベルセンサ６０が設けられている。つまり、この液面レベルセンサ６０によって、薬瓶１００に貯留されている水薬量の液面高さを常に検出し、検出された高さに基づいて水薬量を求めている。

これにより、薬瓶１００の内容量と水薬量から薬瓶１００内の気体層の体積が得られ、さらに、薬瓶１００内の気体層の体積と、予め装置の設計値として得られる分岐配管２４内部の体積と加減圧配管２２内部の体積とに基づいて、収容容器内の気体体積を知ることができる。

以上のようにして、図８に示す第二実施形態では、Ｐ２の固定値と目標吐出液体積ΔＶａと収容容器内の気体体積Ｖ１から、式６に基づいて、ダイヤフラムポンプ２１によって加圧すべき圧力Ｐ１を求めることができる。

なお、式５から次式を導くこともできる。
Ｐ２＝Ｐ１・Ｖ１／（Ｖ１＋ΔＶａ）・・・式７
つまり、ダイヤフラムポンプ２１によって加圧すべき圧力Ｐ１を所定の値に固定すると、Ｐ１の固定値と目標吐出液体積ΔＶａと収容容器内の気体体積Ｖ１から、式７に基づいて、吐出を停止させる閾値Ｐ２を求めることもできる。

図９は、第二実施形態における水薬吐出時の薬瓶１００の内圧変化を示す図である。図９において、横軸は時間軸であり、縦軸は薬瓶の内圧（圧力）を示している。

まず、時刻Ｔ_０における薬瓶１００の内圧を大気圧Ｐ０に調整する。そして、吐出用バルブ３６を閉鎖した状態でダイヤフラムポンプ２１を駆動する。ダイヤフラムポンプ２１を駆動すると時刻Ｔ_０からＴ_１にかけて薬瓶１００の内圧が大気圧Ｐ０から上昇する。そして、ダイヤフラムポンプ２１によって加圧すべき圧力Ｐ１に達する時刻Ｔ_１において加圧動作が終了する。その後、時刻Ｔ_２において吐出用バルブ３６が開放される。

吐出用バルブ３６が開放されると、薬瓶１００内から水薬が投薬瓶１１０内へ吐出される。水薬の吐出に伴い、時刻Ｔ_２以後、薬瓶１００内の気体層の体積が増加するとともに薬瓶１００内の圧力が減少する。そして、薬瓶１００内の圧力が吐出停止タイミングを定めた圧力Ｐ２に達する時刻Ｔ_３において吐出用バルブ３６を閉鎖すると、先に説明した原理により目標吐出液体積の液体が薬瓶１００内から水薬が投薬瓶１１０内へ吐出される。

つまり、吐出を停止させる閾値としてＰ２を所定の値に固定しておき、Ｐ２の固定値などから式６に基づいて圧力Ｐ１を求めることにより、目標吐出液体積の液体を薬瓶１００内から投薬瓶１１０内へ吐出することができる。あるいは、加圧すべき圧力Ｐ１を所定の値に固定しておき、Ｐ１の固定値などから式７に基づいて閾値Ｐ２を求めることにより、目標吐出液体積の液体を薬瓶１００内から投薬瓶１１０内へ吐出することができる。

次に、第二実施形態における水薬調合処理について詳述する。第二実施形態においても、図５に示したフローチャートに従って水薬調合処理が実施される。但し、第二実施形態では、Ｓ５０４の処理は不要である。また、第二実施形態においては、水薬吐出処理が図５に示す内容（Ｓ５１２（図７））とは異なる。そこで、第二実施形態における水薬吐出処理について詳述する。

図１０は、第二実施形態における水薬吐出処理を説明するためのフローチャートである。水薬吐出処理を行う場合は、まず、全てのバルブ２５，２８，３６が閉鎖される（Ｓ１０００）。そして、制御部５６は、液面レベルセンサ６０によって検出される水薬の液面高さなどから、収容容器内の気体体積Ｖ１を算出する（Ｓ１００２）。さらに、制御部５６は、吐出を停止させる閾値としてＰ２を所定の値に固定しておき、Ｐ２の固定値などから式６に基づいて圧力Ｐ１を算出する（Ｓ１００４）。なお、Ｓ１００４において、加圧すべき圧力Ｐ１を所定の値に固定しておき、Ｐ１の固定値などから式７に基づいて閾値Ｐ２を算出してもよい。

その後、加減圧用バルブ２５が開放され（Ｓ１００６）、ダイヤフラムポンプ２１が駆動されて加圧が開始される（Ｓ１００８）。加圧が開始されると、薬瓶１００内の圧力がＰ１に達するまで加圧が続けられる（Ｓ１０１０）。

薬瓶１００内の圧力がＰ１に達すると、ダイヤフラムポンプ２１が停止され（Ｓ１０１１）、そして、吐出用バルブ３６が開放され（Ｓ１０１２）、吐出用バルブ３６が開放されると、薬瓶１００に貯留された水薬は、吐出配管３４を通じて薬瓶１００内部から投薬瓶１１０の内部へ供給される。この水薬の供給に伴い、薬瓶１００の気体体積が増加して内圧が低下することになる。このときの内圧変化を圧力センサ２６でモニタリングする。

制御部５６は、薬瓶１００の内圧が閾値であるＰ２に達するか否かを確認し（Ｓ１０１４）、閾値であるＰ２に達するまで吐出用バルブ３６の開放状態を維持してから、薬瓶１００の内圧が閾値Ｐ２に達したタイミングで、吐出用バルブ３６を閉鎖して水薬の吐出を停止させる（Ｓ１０１６）。そして、加減圧配管２２に設けられた大気開放用バルブ２８を開放して薬瓶１００の内圧を大気圧に戻してから（Ｓ１０１８）、水薬吐出処理を終了する。

以上、本発明の好適な実施形態（第二実施形態を含む）を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

本発明に係る水薬調合装置の機能を説明するための全体構成図である。水薬調合装置の回転テーブル部分の概略上面図である。図１の破線枠Ａ内部を詳細に説明するための図である。水薬吐出時の薬瓶の内圧変化を示す図である。水薬調合処理を説明するためのフローチャートである。吐出配管内の気体の排除処理を説明するためのフローチャートである。水薬吐出処理を説明するためのフローチャートである。ダイヤフラムポンプを利用した第二実施形態を説明するための図である。第二実施形態における水薬吐出時の薬瓶の内圧変化を示す図である。第二実施形態の水薬吐出処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０水薬調合装置、２０シリンジポンプ、２１ダイヤフラムポンプ、２２加減圧配管、２５加減圧用バルブ、２６圧力センサ、２８大気開放用バルブ、３４吐出配管、３６吐出用バルブ、５６制御部、１００薬瓶、１１０投薬瓶。

Claims

複数の貯留容器の各々から液体を調合容器に供給することにより調合容器内で複数種類の液体を調合する液体調合装置であって、
各貯留容器ごとに設けられる加減圧用バルブと、
加減圧用バルブが設けられた分岐配管を介して複数の貯留容器と接続されるシリンジポンプと、
各貯留容器ごとに設けられる吐出配管と、
各貯留容器ごとにその吐出配管に設けられる吐出用バルブと、
を有し、
複数の貯留容器のうちから選択された選択貯留容器と調合容器が選択貯留容器の吐出配管を介して接続され、
選択貯留容器の加減圧用バルブを開放し、選択貯留容器の吐出用バルブを閉鎖した状態で、吐出すべき量の液体の体積分だけシリンジポンプを駆動させて選択貯留容器内の気体層を加圧し、シリンジポンプの駆動後に選択貯留容器の吐出用バルブを開放して選択貯留容器から調合容器へ液体の吐出を開始し、選択貯留容器内の気体層の圧力がシリンジポンプの駆動前の圧力にまで低下するタイミングで選択貯留容器の吐出用バルブを閉鎖して吐出を終了することにより、選択貯留容器から前記吐出すべき量の液体を調合容器に吐出する、
ことを特徴とする液体調合装置。
請求項１に記載の液体調合装置において、
各貯留容器内の気体層の圧力を計測する圧力センサを有し、
前記体積分だけシリンジポンプのピストンを移動させて前記加圧を行い、ピストンの移動後に前記吐出を開始し、圧力センサの計測結果に基づいて選択貯留容器内の気体層の圧力がピストンの移動前の圧力にまで低下する前記タイミングを検知する、
ことを特徴とする液体調合装置。
複数の貯留容器の各々から液体を調合容器に供給することにより調合容器内で複数種類の液体を調合する液体調合装置であって、
各貯留容器ごとに設けられる加減圧用バルブと、
加減圧用バルブが設けられた分岐配管を介して複数の貯留容器と接続されるポンプと、
各貯留容器ごとに設けられる吐出配管と、
各貯留容器ごとにその吐出配管に設けられる吐出用バルブと、
を有し、
複数の貯留容器のうちから選択された選択貯留容器と調合容器が選択貯留容器の吐出配管を介して接続され、
選択貯留容器の加減圧用バルブを開放し、選択貯留容器の吐出用バルブを閉鎖した状態で、ポンプを駆動して選択貯留容器内の気体層を第一圧力まで加圧し、第一圧力まで加圧した後に選択貯留容器の吐出用バルブを開放して選択貯留容器から調合容器へ液体の吐出を開始し、選択貯留容器内の気体層の圧力が第二圧力にまで低下するタイミングで選択貯留容器の吐出用バルブを閉鎖して吐出を終了することにより、選択貯留容器から吐出すべき量の液体を調合容器に吐出する、
ことを特徴とする液体調合装置。
請求項３に記載の液体調合装置において、
各貯留容器内の気体層の圧力を計測する圧力センサを有し、
圧力センサの計測結果に基づいて選択貯留容器内の気体層の圧力が第二圧力にまで低下する前記タイミングを検知する、
ことを特徴とする液体調合装置。
請求項３に記載の液体調合装置において、
前記第二圧力は、予め定められた固定値であり、
前記第一圧力は、選択貯留容器から吐出すべき量の液体の体積と選択貯留容器内の気体層の体積と第二圧力の固定値とを利用して求められる、
ことを特徴とする液体調合装置。
請求項３に記載の液体調合装置において、
前記第一圧力は、予め定められた固定値であり、
前記第二圧力は、選択貯留容器から吐出すべき量の液体の体積と選択貯留容器内の気体層の体積と第一圧力の固定値とを利用して求められる、
ことを特徴とする液体調合装置。