JP6294606B2

JP6294606B2 - 直動装置

Info

Publication number: JP6294606B2
Application number: JP2013170484A
Authority: JP
Inventors: 浩行木村; 昌暢岩佐; 平山　壽和; 壽和平山; 和也岸本
Original assignee: Nipro Corp; Icomes Lab Co Ltd
Current assignee: Nipro Corp; Icomes Lab Co Ltd
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2018-03-14
Anticipated expiration: 2033-08-20
Also published as: JP2015040571A; WO2015025850A1

Description

本発明は、直動装置に関するもので、特に、装置本体の内部にネジ軸を回転可能に配設するとともに、このネジ軸に並設する態様で電動モータ及びバッテリを配設して成り、バッテリを電源として電動モータを駆動し、電動モータによってネジ軸を回転させることにより、ネジ軸に螺合するスライド部材をネジ軸の軸心に沿って移動させるようにした直動装置の改良に関する。

薬液を封入したカートリッジのピストンを押込移動させて注射針から吐出させるようにした電動注射器では、通常、電動モータを駆動源とした直動装置が適用されている。この種の電動注射器では、電動モータの回転をプランジャの直進運動に変換し、プランジャを介してカートリッジのピストンを押し込み移動させることにより、カートリッジに封入された薬液を先端の注射針から吐出させることができるようになる。電動モータの回転をプランジャの直進運動に変換する機構としては、例えば電動モータによって回転されるネジ軸と、ネジ軸との相対回転が規制された状態でネジ軸に螺合されたスライド部材とを備え、スライド部材にプランジャを設けるようにしたものが適用されている。また電動機としては、同軸上に減速機構が内蔵されたものを用いるのが一般的である。

上記のような電動注射器においては、スイッチを操作して電動モータを駆動すれば、ネジ軸の回転によりスライド部材を介してプランジャが一定の速度で移動することになるため、注射針から一定量の薬液が吐出されることになり、使い勝手が著しく向上する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１５６００５号公報

上記のような電動注射器としては、操作性を考慮すると、長手方向に沿った寸法ができるだけ短く構成されていることが好ましい。すなわち、長手方向に沿った寸法が大きい場合には、重心位置が注射針先端から離れた位置に設定される傾向となり、注射針先端の位置決めが難しくなる等、操作性に影響を与える恐れがある。特に、筆記具のように把持して使用するように構成された電動注射器にあっては、上述の問題が一層顕著となる。

このため、特許文献１に記載された従来の電動注射器に適用される直動装置では、電動モータ及びバッテリを同軸上に配置するとともに、これら電動モータ及びバッテリとネジ軸とが並設するように装置本体の内部に配設することにより、長手方向に沿った寸法を短縮化するように構成されている。すなわち、従来の直動装置では、ネジ軸の長手方向に沿った寸法の範囲内に電動モータ及びバッテリが配置され、長手方向に沿った寸法を短縮化することができるようになる。

しかしながら、こうした直動装置では、搭載できるバッテリの寸法に大きな制限が加えられることになり、例えば電動モータの駆動時間に影響を及ぼす恐れがある。もちろん、ネジ軸の同軸上に電動モータを配置すれば、バッテリの搭載するためのスペースを十分に確保することができるが、直動装置の長手方向に沿った寸法が著しく増大する事態を招来する。

本発明は、上記実情に鑑みて、長手方向に沿った寸法が著しく増大する事態を招来することなく、より大型のバッテリを搭載することのできる直動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る直動装置は、装置本体の内部にネジ軸を回転可能に配設するとともに、このネジ軸に並設する態様で電動モータ及びバッテリを配設して成り、前記バッテリを電源として前記電動モータを駆動し、前記電動モータによって前記ネジ軸を回転させることにより、前記ネジ軸に螺合するスライド部材を前記ネジ軸の軸心に沿って移動させるようにした直動装置において、前記ネジ軸の基端部延長域に前記ネジ軸の軸心を中心として遊星歯車機構から成る減速機構を構成し、かつ前記減速機構の出力要素を前記ネジ軸の端部に嵌合させるとともに、前記減速機構の入力要素と前記電動モータの駆動軸との間に動力伝達機構を介在させたことを特徴とする。

また、本発明は、上述した直動装置において、前記減速機構は、直列に接続した２組の遊星歯車機構を備え、前記減速機構を構成する前段の遊星歯車機構は、前記動力伝達機構によって回転されるサンギヤと、前記装置本体に固定したアウタギヤと、これらサンギヤ及びアウタギヤに歯合するプラネタリギヤとを有し、前記プラネタリギヤを支持するプラネタリキャリヤが出力となるように構成したものであり、前記減速機構を構成する後段の遊星歯車機構は、前段のプラネタリキャリヤに設けたサンギヤと、前記装置本体に固定したアウタギヤと、これらサンギヤ及びアウタギヤに歯合するプラネタリギヤとを有し、前記プラネタリギヤを支持するプラネタリキャリヤが出力となるように構成したものであり、前記後段の遊星歯車機構のプラネタリキャリヤに前記ネジ軸の端部を嵌合させたことを特徴とする。

本発明によれば、電動モータと減速機構とを互いに並設し、しかも減速機構の出力要素をネジ軸の端部に嵌合させるようにしているため、ネジ軸の同軸上に配置される減速機構の長手方向に沿った寸法を抑えた上で、電動モータの同軸上により大きなスペースを確保することができ、長手方向に沿った寸法が著しく増大する事態を招来することなく、より大型のバッテリを搭載することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態である直動装置の外観を示す図である。図２は、図１における矢視 II 図である。図３は、図１における III−III 線断面図である。図４は、図２における IV−IV 線断面図である。図５は、図４の要部を拡大した図である。図６は、図１に示した直動装置のプランジャを突出させた状態の図である。図７は、図６における VII−VII 線断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る直動装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１〜図５は、本発明の実施の形態である直動装置を示したものである。ここで例示する直動装置は、図には明示していないが、薬液が封入されたカートリッジのピンストンを押し込み移動させることによって薬液を注射針の先端から吐出させる電動注射器の駆動装置として適用されるもので、装置本体１の内部にネジ軸１０を備えている。

ネジ軸１０は、外周面にネジ溝が設けられた円柱状を成す基部１１と、基部１１の基端部に設けた支持軸部１２とを有したもので、支持軸部１２と装置本体１との間にスラストベアリング１３を介在させることにより、装置本体１に対して自身の軸心回りに回転可能に支持してある。

ネジ軸１０には、スライド部材１４及びプランジャ１５が設けてある。スライド部材１４は、内周面に設けたネジ溝を介してネジ軸１０の基部１１に螺合したものである。このスライド部材１４は、装置本体１においてネジ軸１０の外周部に設けたガイド孔２の内部にネジ軸１０との相対回転が規制された状態で収容してあり、ネジ軸１０が軸心回りに回転した場合にネジ軸１０の軸心方向に沿ってガイド孔２の内部を移動することが可能である。プランジャ１５は、基端部が開口する一方、先端部が閉塞した円筒状を成すもので、中心孔１５ａの内径がネジ軸１０の基部１１を摺動可能に挿入することのできる寸法に形成してある。このプランジャ１５は、中心孔１５ａにネジ軸１０を挿入した状態で基端部がスライド部材１４に固定してあり、かつ先端部が装置本体１に設けたプランジャ開口３を介して外部に露出しており、スライド部材１４が移動した場合にネジ軸１０に対して移動することが可能である。装置本体１に設けたプランジャ開口３とプランジャ１５との間には、プランジャ１５の移動を案内するガイドカラー４が装着してある。ガイドカラー４の内周面には、プランジャ１５の外周面に摺接されるシール部材５が配設してある。尚、図中の符号７は、スライド部材１４に設けた検出ピン１４ａを介してスライド部材１４の位置を検出するためのフォトセンサである。

装置本体１においてネジ軸１０の側方となる部位には、電動モータ２０及びバッテリ３０が配設してある。電動モータ２０は、円柱状を成すモータ本体２１の一端面中心部から駆動軸２２が突出するように構成したものである。この電動モータ２０は、駆動軸２２の先端がネジ軸１０の基端側に向いた状態でモータ本体２１の一端部外周面に設けたネジ溝２１ａを装置本体１のネジ孔６に螺合させることにより、駆動軸２２の軸心がネジ軸１０の軸心と平行となる状態で装置本体１に取り付けてある。電動モータ２０の駆動軸２２には、駆動ギヤ（動力伝達機構）２３が取り付けてある。駆動ギヤ２３は、小径の平歯車であり、２段中間ギヤ（動力伝達機構）４０の大径中間ギヤ部４１に歯合している。２段中間ギヤ４０は、電動モータ２０の駆動軸２２とネジ軸１０との間に設けた中間軸４３を介して装置本体１に回転可能に配設したもので、小径中間ギヤ部４２を介して２段入力ギヤ（動力伝達機構）５０の大径入力ギヤ部５１に歯合している。２段入力ギヤ５０は、装置本体１においてネジ軸１０の基端部延長上となる部位にネジ軸１０と軸心を合致させる態様で回転可能に配設したものである。バッテリ３０は、電動モータ２０を駆動するための電源となるもので、ネジ軸１０の軸心方向に沿って電動モータ２０に並設してある。尚、図中の符号８は、２段入力ギヤ５０に設けた格子円板５５を介して２段入力ギヤ５０の回転を検出するフォトセンサである。

一方、装置本体１において電動モータ２０の側方となり、かつネジ軸１０の基端部延長上となる部位には、減速機構１００が設けてある。減速機構１００は、電動モータ２０の駆動による駆動軸２２の回転を減速した状態でネジ軸１０に伝達するためのものである。本実施の形態では、２組の遊星歯車機構１１０，１２０を直列に接続することによって減速機構１００を構成した。それぞれの遊星歯車機構１１０，１２０は、サンギヤ１１１，１２１、複数のプラネタリギヤ１１２，１２２、アウタギヤ１１３，１２３を備えている。サンギヤ１１１，１２１は、遊星歯車機構１１０，１２０の中心部に位置した小径の歯車であり、その外周に設けた歯に複数のプラネタリギヤ１１２，１２２が歯合している。プラネタリギヤ１１２，１２２は、プラネタリキャリヤ１１４，１２４に支持させてあり、個々の軸心回りに回転（自転）可能、かつサンギヤ１１１，１２１の軸心を中心として公転することが可能である。アウタギヤ１１３，１２３は、内周面に歯を有した円環状を成すもので、内周面の歯を介してプラネタリギヤ１１２，１２２に歯合している。尚、以下において２組の遊星歯車機構１１０，１２０及び個々の構成要素１１１，１１２，１１３，１１４、１２１，１２２，１２３，１２４を区別する場合には、電動モータ２０の回転が入力される前段の遊星歯車機構１１０及びその構成要素１１１，１１２，１１３，１１４に対してそれぞれの名称の先頭に「前段」という用語を付与し、一方、ネジ軸１０に回転を出力する後段の遊星歯車機構１２０及びその構成要素１２１，１２２，１２３，１２４に対してそれぞれの名称に「後段」という用語を付与することとする。

減速機構１００の入力要素となる前段遊星歯車機構１１０の前段サンギヤ１１１は、回転軸心がネジ軸１０の軸心と一致する状態で２段入力ギヤ５０に一体に設けてある。前段サンギヤ１１１は、大径入力ギヤ部５１よりも小径に構成してあり、複数の前段プラネタリギヤ１１２に歯合している。前段アウタギヤ１１３は、複数の前段プラネタリギヤ１１２に歯合する位置において装置本体１に固定してある。前段遊星歯車機構１１０の出力要素となる前段プラネタリキャリヤ１１４は、軸心となる位置にキャリヤ軸部１１４ａを有し、装置本体１に対して回転可能に配設してある。

前段プラネタリキャリヤ１１４のキャリヤ軸部１１４ａには、後段遊星歯車機構１２０の後段サンギヤ１２１が設けてある。後段アウタギヤ１２３は、前段アウタギヤ１１３と同様、複数の後段プラネタリギヤ１２２に歯合する位置において装置本体１に固定してある。減速機構１００の出力要素となる後段遊星歯車機構１２０の後段プラネタリキャリヤ１２４は、ネジ軸１０の支持軸部１２よりも大径の円柱状を成す嵌合受部１２４ａを有したものである。この嵌合受部１２４ａには、嵌合孔１２４ｂが形成してあり、嵌合孔１２４ｂにネジ軸１０の支持軸部１２が嵌合してある。

上記のように構成した直動装置では、電動モータ２０を駆動すると、駆動軸２２の回転が駆動ギヤ２３及び２段中間ギヤ４０を介して２段入力ギヤ５０に入力される。２段入力ギヤ５０が回転すると、前段遊星歯車機構１１０及び後段遊星歯車機構１２０を介してネジ軸１０が回転駆動され、ネジ軸１０に対してスライド部材１４が移動することになり、図６及び図７に示すように、プランジャ１５が装置本体１に対して進出移動される。従って、図には示していないが、薬液が封入されたカートリッジをプランジャ１５の先端部に位置するように装置本体１に装着し、この状態から電動モータ２０を駆動させれば、装置本体１に対してプランジャ１５が進出移動することでカートリッジのピンストンが押し込み移動し、内部に封入された薬液を注射針の先端から吐出させることができるようになる。

ここで、この直動装置では、ネジ軸１０に対して電動モータ２０が並設するように構成してあるため、電動モータ２０がネジ軸１０の長手方向に沿った寸法の範囲内に配置されることになり、ネジ軸１０の延長上に電動モータ２０を配設したものに比べて長手方向に沿った寸法の短縮化を図ることができる。さらに、前段遊星歯車機構１１０及び後段遊星歯車機構１２０から成る減速機構１００と電動モータ２０とを互いに並設するように構成しているため、電動モータ２０の同軸上には減速機構１００の分だけ大きなスペースを確保することができるようになる。しかも、減速機構１００の出力要素となる後段プラネタリキャリヤ１２４に対してネジ軸１０の端部を嵌合させるようにしているため、別途カップリング等の連結部品を配設する必要がなく、ネジ軸１０の同軸上に配置される減速機構１００の長手方向に沿った寸法についても短縮化を図ることが可能となる。

これらの結果、例えば、この直動装置を適用してペン型の電動注射器を構成すれば、長手方向に沿った寸法が著しく増大する事態を招来することなく、より大型のバッテリ３０を搭載することが可能となり、操作性の向上及び駆動時間の増大を具現化することができる。

尚、上述した実施の形態では、プランジャ１５を進出移動させることによってカートリッジに封入された薬液を吐出する電動注射器に好適な直動装置を例示しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、プランジャ１５を突出した状態から退行移動させることにより試薬や薬液を吸引するようにした電動ピペットの直動装置としても適用することが可能である。

また、上述した実施の形態では、電動モータ２０の駆動軸２２から２段入力ギヤ５０までの間において電動モータ２０の回転を減速するように構成しているが、必ずしもこの部分において電動モータ２０の回転を減速する必要はなく、単に動力を伝達できればその他の動力伝達機構であっても良い。

さらに、上述した実施の形態では、直列に接続した２組の遊星歯車機構１１０，１２０を備えた減速機構１００を例示しているが、必ずしも２組の遊星歯車機構から成るものに限定されない。また、前段遊星歯車機構１１０及び後段遊星歯車機構１２０のそれぞれがプラネタリキャリヤ１１４，１２４が出力要素となるように構成しているが、アウタギヤが出力要素となるように構成しても良い。

１装置本体
１０ネジ軸
１４スライド部材
２０電動モータ
２２駆動軸
２３駆動ギヤ
３０バッテリ
４０２段中間ギヤ
５０２段入力ギヤ
１００減速機構
１１０前段遊星歯車機構
１１１前段サンギヤ
１１２前段プラネタリギヤ
１１３前段アウタギヤ
１１４前段プラネタリキャリヤ
１１４ａキャリヤ軸部
１２０後段遊星歯車機構
１２１後段サンギヤ
１２２後段プラネタリギヤ
１２３後段アウタギヤ
１２４後段プラネタリキャリヤ
１２４ａ嵌合受部
１２４ｂ嵌合孔

Claims

装置本体の内部にネジ軸を回転可能に配設するとともに、このネジ軸に並設する態様で電動モータ及びバッテリを配設して成り、前記バッテリを電源として前記電動モータを駆動し、前記電動モータによって前記ネジ軸を回転させることにより、前記ネジ軸に螺合するスライド部材を前記ネジ軸の軸心に沿って移動させるようにした直動装置において、
前記ネジ軸の基端部延長域に前記ネジ軸の軸心を中心として遊星歯車機構から成る減速機構を構成し、かつ前記減速機構の出力要素を前記ネジ軸の端部に嵌合させるとともに、前記減速機構の入力要素と前記電動モータの駆動軸との間に動力伝達機構を介在させ、
前記動力伝達機構は、前記電動モータの駆動軸から入力ギヤまでの間において前記電動モータの回転を減速するように構成され、
前記入力ギヤに格子円板が設けられているとともに、前記格子円板を介して前記入力ギヤの回転を検出するフォトセンサが前記装置本体に設けられていることを特徴とする直動装置。
前記減速機構は、直列に接続した２組の遊星歯車機構を備え、
前記減速機構を構成する前段の遊星歯車機構は、前記動力伝達機構によって回転されるサンギヤと、前記装置本体に固定したアウタギヤと、これらサンギヤ及びアウタギヤに歯合するプラネタリギヤとを有し、前記プラネタリギヤを支持するプラネタリキャリヤが出力となるように構成したものであり、
前記減速機構を構成する後段の遊星歯車機構は、前段のプラネタリキャリヤに設けたサンギヤと、前記装置本体に固定したアウタギヤと、これらサンギヤ及びアウタギヤに歯合するプラネタリギヤとを有し、前記プラネタリギヤを支持するプラネタリキャリヤが出力となるように構成したものであり、
前記後段の遊星歯車機構のプラネタリキャリヤに前記ネジ軸の端部を嵌合させたことを特徴とする請求項１に記載の直動装置。