JP7449680B2 - シリンジポンプ - Google Patents

Description

本発明は、シリンジポンプに関する。

シリンジポンプは、シリンジ（注射器）の筒部が固定され、シリンジの押し子が自動的に駆動されて押し込まれることで、あらかじめ設定された一定量の薬剤が供給されるように構成された装置である。

このようなシリンジポンプでは、医療機器における安全確認のための機能の一つとして、シリンジの押し子を押すスライダの移動が継続しているか（移動が停止してしまっていないか）や、スライダがどの位置まで移動したか等を知ることが重要である。

従来のシリンジポンプでは、スライダの移動方向と同じ方向に操作子が移動可能なポジションセンサが用いられており、スライダの移動量をカバーする長いポジションセンサが用いられたり、スライダの移動の開始位置と終了位置とにだけ短いポジションセンサがそれぞれ設けられたりしていた。

一方、リニアモーターの原理を利用したシリンジポンプにおいて、励磁した電磁石によりスライド部材の相対位置を得るようにしたものも知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１０－０１１５５２号公報

しかしながら、スライダの移動量をカバーする長いポジションセンサが用いられる場合、シリンジのストロークに応じて専用のポジションセンサを用意しなければならず、装置のコストアップを招く要因となっていた。また、スライダの移動の開始位置と終了位置とにだけ短いポジションセンサが用いられる場合、ポジションセンサによりカバーされない途中の位置範囲では、現在の位置や、移動が継続しているかを知ることができず、不便であった。また、特許文献１の手法は、リニアモーターの原理を利用したシリンジポンプにしか適用できず、汎用性が低かった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スライダの位置を容易に検出することのできるシリンジポンプを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るシリンジポンプは、スライダと、スライダ連動部材と、ポジションセンサと、フレームとを備える。前記スライダは、シャフトの一端に設けられる。前記スライダ連動部材は、前記シャフトと係合し、前記スライダとともに前記シャフトの軸方向に移動する。前記ポジションセンサは、前記スライダ連動部材に取り付けられ、前記シャフトの軸方向と直交する方向に操作子が移動可能である。前記フレームは、前記シャフトの軸方向に対して傾斜したスリットを有し、該スリットが前記ポジションセンサの操作子に係合する。前記ポジションセンサは、前記スライダの位置検出用である。前記スリットは、前記スライダの前記軸方向への移動によって、前記軸方向と直交する方向へ前記操作子の移動を案内する。

本発明の一態様に係るシリンジポンプは、スライダの位置を容易に検出することができる。

図１は、一実施形態にかかるシリンジポンプにシリンジが搭載されていない状態を示す外観斜視図である。 図２は、一実施形態にかかるシリンジポンプにシリンジが搭載された状態を示す外観斜視図である。 図３は、シリンジポンプの正面図である。 図４は、駆動ユニットの外観斜視図である。 図５は、駆動ユニットからフレームおよびカバーを外した状態を示す外観斜視図である。 図６は、リードスクリュー、噛み合い部およびシャフトの関連部分のみを抜き出した図である。 図７は、スライダの位置によるポジションセンサの操作子の位置の例を示す図（１）である。 図８は、スライダの位置によるポジションセンサの操作子の位置の例を示す図（２）である。

以下、実施形態に係るシリンジポンプについて図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。

図１は、一実施形態にかかるシリンジポンプ１にシリンジ１００が搭載されていない状態を示す外観斜視図である。図２は、一実施形態にかかるシリンジポンプ１にシリンジ１００が搭載された状態を示す外観斜視図である。図３は、シリンジポンプ１の正面図である。

以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定し、シリンジポンプ１のケース２の延伸方向（長手方向）をＸ軸方向および前後方向とし、例えば、鉛直方向に平行な方向をＺ軸方向および上下方向とし、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向をＹ軸方向とする。なお、ケース２の延伸方向は、シリンジ１００の押し子１０２を押圧する方向と平行である。また、Ｘ軸正方向を「前方」とし、Ｘ軸負方向を「後方」とし、前方に移動することを「前進」とし、後方に移動することを「後退」とする。また、Ｙ軸正方向を「手前」とし、Ｙ軸負方向を「奥側」とする。

図１～図３において、シリンジポンプ１は、ケース２と、駆動ユニット３とを備えている。ケース２には、シリンジ１００が載置される置き台２Ａが形成されている。置き台２Ａは、前後方向に沿って形成されている。置き台２Ａには、シリンジ１００の筒部１０１を置き台２Ａに固定するクランプ２Ｂが設けられている。クランプ２Ｂは、例えば、置き台２Ａに回動可能に取り付けられ、シリンジ１００を置き台２Ａに固定する固定位置と、シリンジ１００を着脱可能な着脱位置との間で回動可能である。なお、クランプ２Ｂは、スライドさせることでシリンジ１００を置き台２Ａに固定し、着脱可能とするようにしてもよい。

また、ケース２には、置き台２Ａに隣接する凹部２Ｃが形成されている。ケース２には、前後方向に沿って凹部２Ｃと置き台２Ａとが並んで形成され、凹部２Ｃは、置き台２Ａよりも後方に形成されている。凹部２Ｃは、置き台２Ａよりも奥側に窪むように形成されている。

凹部２Ｃには、前後方向と直交する面２Ｄから、蛇腹２５に覆われたシャフト１７が突出し、シャフト１７に接続されるスライダ１８が設けられている。スライダ１８には切替レバー１９が設けられており、例えば、図１または図２において切替レバー１９を手で一方向に回転させるとスライダ１８が前後方向に自由に動かせる状態となり、手を離すと切替レバー１９の内部に設けられた弾性部材により切替レバー１９が元の位置に戻りスライダ１８は内部の駆動機構と接続され、自動的に前後方向に駆動され得る状態となる。

次に、駆動ユニット３について、図４～図６を参照して説明する。図４は、駆動ユニット３の外観斜視図であり、置き台２Ａ、クランプ２Ｂ等についても併せて示されている。図５は、駆動ユニット３からフレーム３１およびカバー４１、４２を外した状態を示す外観斜視図である。図６は、リードスクリュー１３、噛み合い部１４およびシャフト１７の関連部分のみを抜き出した図である。

図４～図６において、駆動ユニット３は、一対の平板部１０ａ、１０ｂと、モータ１１と、ギア群１２と、リードスクリュー１３と、噛み合い部１４と、スライダ連動部材１５と、一対のガイドシャフト１６と、シャフト１７と、スライダ１８と、切替レバー１９とを有する。スライダ連動部材１５には、例えば、抵抗式のリニアタイプのポジションセンサ３２が設けられている。抵抗式のポジションセンサ３２は、抵抗体の上を摺動可能な電極と、その電極に機械的に連結した操作子を有しており、抵抗体の一端と操作子に連結した電極との間から、操作子の位置に応じた抵抗値を出力することができる。なお、抵抗体の両端に所定の電圧を付加しておき、抵抗体の一端と操作子に連結した電極との間から、操作子の位置に応じた電圧値を出力することもできる。

平板部１０ａ、１０ｂは、前後方向に直交するように設けられ、ケース２（図１参照）内に収容され、ケース２に固定される。なお、一対の平板部１０ａ、１０ｂのうち、スライダ１８に近い後方側の平板部１０ａを第１の平板部１０ａとし、第１の平板部１０ａよりもスライダ１８から遠い前方側の平板部１０ｂを第２の平板部１０ｂとして称する場合がある。

モータ１１は、たとえば、ＨＢ（Ｈｙｂｒｉｄ）モータやステッピングモータなどであり、第１の平板部１０ａに取り付けられている。ギア群１２は、直列に連結される複数のギアで構成され、第１の平板部１０ａに回転可能に取り付けられている。ギア群１２は、モータ１１により発生された駆動力をリードスクリュー１３に伝達する。なお、モータ１１およびギア群１２は、第２の平板部１０ｂに取り付けられるようにしてもよい。

リードスクリュー１３は、平板部１０ａ、１０ｂに回転可能に支持されている。リードスクリュー１３は、モータ１１から、ギア群１２を経由して駆動力が伝達されることにより、所定の回転方向に回転する。リードスクリュー１３には、らせん溝が形成されている。

噛み合い部１４（図６）は、シャフト１７のスライダ１８とは反対側の端部に固定されている。噛み合い部１４は、リードスクリュー１３の側面と向かい合うハーフナット１４ａを備えている。ハーフナット１４ａには、リードスクリュー１３に形成されたらせん溝に噛み合い可能な歯形状を有する噛合面が形成されている。

噛み合い部１４は、モータ１１からスライダ１８への駆動力伝達状態を、モータ１１からスライダ１８へ駆動力が伝達される連結状態と、モータ１１からスライダ１８へ駆動力が伝達されない解放状態との間で変更する。

噛み合い部１４は、切替レバー１９が操作されると、シャフト１７とともに回動する。シャフト１７が反時計方向に回転するように切替レバー１９が操作されると、ハーフナット１４ａの噛合面が、リードスクリュー１３のらせん溝から離間し、ハーフナット１４ａの噛合面と、リードスクリュー１３のらせん溝との噛み合いが解除され、駆動力伝達状態は、解放状態となる。

駆動力伝達状態が連結状態となっており、リードスクリュー１３を所定の回転方向に回転させると、噛み合い部１４によって、回転運動が直線運動に変換されて、噛み合い部１４が前進する。なお、駆動力伝達状態が解放状態となっている場合には、手動によってスライダ１８を容易に前後方向に移動させることができる。

スライダ連動部材１５は、背板１５ａと一対の側壁１５ｂ、１５ｃとを有し、前後方向において噛み合い部１４を挟持するように配置され、側壁１５ｂ、１５ｃの一端がシャフト１７に回動可能に取り付けられている。

一対のガイドシャフト１６は、ともに平板部１０ａ、１０ｂで支持され、前後方向に沿って延びる。一対のガイドシャフト１６は、スライダ連動部材１５を前後方向に移動可能となるように支持している。

スライダ１８は、シャフト１７と一体となって、ケース２の凹部２Ｃ（図１参照）を前後方向に移動する。スライダ１８は、シリンジ１００の押し子１０２に当接した状態で前方に移動することで、押し子１０２を押圧し、シリンジ１００内の薬剤を送出させる。

一方、スライダ連動部材１５に設けられたポジションセンサ３２（図５）の移動可能な操作子は、シャフト１７およびリードスクリュー１３の軸方向と直交する方向に移動可能に配置されている。ポジションセンサ３２の操作子にはプーリ３３が設けられ、このプーリ３３はフレーム３１に設けられた傾斜したスリット３１ａに係合するようになっている。なお、プーリ３３は、例えば、径の異なる２つの円板が同一中心上に重なった形状となっており、径の大きい円板部が内側とされ、径の小さい外側の円板部がフレーム３１のスリット３１ａに緩く嵌るようになっている。プーリ３３の外側の円板部が、スリット３１ａの端面のうち、移動により近づく側と強く接触し、摩擦抵抗により転がることになる。内側の円板部表面は、通常、フレーム３１とは接触していないが、例えば、シリンジポンプ１を持ち運びする際に傾いた場合など、フレーム３１に内側の円板部の段差部表面が当接することで、プーリ３３が脱落するのを防止している。これにより、傾斜したスリット３１ａをプーリ３３が滑らかに摺動することができる。なお、プーリ３３は外側の小径の円板部のみで形成されていても構わない。

図７および図８は、スライダ１８の位置によるポジションセンサ３２の操作子の位置の例を示す図である。例えば、スライダ１８が図７のような位置にある場合、ポジションセンサ３２の操作子に取り付けられたプーリ３３はフレーム３１のスリット３１ａの中央よりやや後方にあり、ポジションセンサ３２の操作子は移動可能範囲の中央よりもやや手前側（図において上方）にある。これに対し、スライダ１８が図８のような位置にある場合、ポジションセンサ３２の操作子に取り付けられたプーリ３３はフレーム３１のスリット３１ａの中央よりやや前方にあり、ポジションセンサ３２の操作子は移動可能範囲の中央よりもやや奥側（図において下方）にある。

このように、スライダ１８とともにスライダ連動部材１５が前後方向に移動することで、ポジションセンサ３２の操作子に取り付けられたプーリ３３がフレーム３１のスリット３１ａ内を摺動し、ポジションセンサ３２の操作子はスライダ連動部材１５の移動方向とは直交する方向に移動する。したがって、スライダ連動部材１５の前後方向の最大の移動量がポジションセンサ３２の操作子の移動可能量を超えるものであっても、スリット３１ａの傾斜角度が予め適切に設定されることで、スライダ連動部材１５の移動可能な全範囲にわたって、現在の位置を正確に検出することができる。

なお、スライダ１８の位置とポジションセンサ３２の出力値（抵抗値または電圧値）との対応関係（マッピング用データ）を予め計測して記憶しておき、ポジションセンサ３２の出力値からスライダ１８の位置をマッピング用データに基づいて算出することになる。また、位置の時間に対する変化を監視（ポジションセンサ３２の出力値または変換後の位置の時間に対する微分値を取得）することで、スライダ１８の移動が継続して行われているか、またはスライダ１８の移動が停止しているかを、一つのポジションセンサ３２からの信号に基づいて検出することができる。

また、スライダ１８の前後方向の移動量とポジションセンサ３２の操作子の移動量との対応関係はスリット３１ａの傾斜角度によって自由に変えられるため、ポジションセンサ３２として市販の安価なパーツを利用することが可能となり、装置のコストダウンを図ることができる。

また、この種のシリンジポンプ１では、シリンジのストロークに応じた複数の機種が提供されることが多いが、位置検出用のポジションセンサ３２はそのままで、スリット３１ａを有するフレーム３１を取り換えるだけで、複数の機種に容易に対応することができる。

なお、フレーム３１のスリット３１ａの傾斜方向として、スライダ１８に近い側が図における上側となる場合について説明したが、反対に、スライダ１８に近い側が図における下側となるようにしてもよい。

また、フレーム３１のスリット３１ａの傾斜角度を、連続的（曲線による）に、あるいは段階的（複数の直線の連続による）に、変化させることで、スライダ１８の位置検出の精度をスライダ１８の位置に応じて変化させることができる。例えば、輸液終了時付近に対応する位置範囲におけるスリット３１ａの傾斜角度を、他の位置範囲での傾斜角度に比較して急にすることで、スライダ１８の位置変化に対するポジションセンサ３２の出力値の変化量を大きくし、位置検出の精度を高めることができる。すなわち、現在の輸液終了の後にはシリンジの交換等の作業が必要になり、シリンジの交換のタイミングを正確に知ることが望まれるが、輸液終了に近づいてきた場合にスライダ１８の位置の検出精度が高められるため、要望に応えることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

以上のように、実施形態に係るシリンジポンプは、シャフトの一端に設けられたスライダと、シャフトと係合し、スライダとともにシャフトの軸方向に移動するスライダ連動部材と、スライダ連動部材に取り付けられ、シャフトの軸方向と直交する方向に操作子が移動可能なポジションセンサと、シャフトの軸方向に対して傾斜したスリットを有し、スリットがポジションセンサの操作子に係合するフレームとを備える。これにより、スライダの位置を容易に検出することができる。

また、スリットは、単一の直線状、複数の直線状、または、曲線状に設けられる。これにより、スライダの移動量とポジションセンサの操作子の移動量との対応関係を柔軟に設定することができる。

また、複数の直線状または曲線状に設けられるスリットは、スライダの移動が停止する時点で操作子と係合する位置の傾斜が他の時点での傾斜に比較して急に設定される。これにより、スライダの移動が停止する付近での位置の検出精度を高めることができる。

また、ポジションセンサの操作子には、スリットと係合するプーリが設けられる。これにより、傾斜したスリットを滑らかに摺動させることができる。

また、プーリは、径の異なる２つの円板が同一中心上に重なった形状となっており、径の小さい外側の円板部がスリットに緩く嵌る。これにより、傾斜したスリットをいっそう滑らかに摺動させることができる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ シリンジポンプ，２ ケース，３ 駆動ユニット，１１ モータ，１２ ギア群，１３ リードスクリュー，１４ 噛み合い部，１５ スライダ連動部材，１６ ガイドシャフト，１７ シャフト，１８ スライダ，１９ 切替レバー，３１ フレーム，３１ａ スリット，３２ ポジションセンサ，３３ プーリ，１００ シリンジ，１０１ 筒部，１０２ 押し子

Claims (5)

1. シャフトの一端に設けられたスライダと、
   前記シャフトと係合し、前記スライダとともに前記シャフトの軸方向に移動するスライダ連動部材と、
   前記スライダ連動部材に取り付けられ、前記シャフトの軸方向と直交する方向に操作子が移動可能なポジションセンサと、
   前記シャフトの軸方向に対して傾斜したスリットを有し、該スリットが前記ポジションセンサの操作子に係合するフレームと、
   を備え、
   前記ポジションセンサは、前記スライダの位置検出用であり、
   前記スリットは、前記スライダの前記軸方向への移動によって、前記軸方向と直交する方向へ前記操作子の移動を案内する、シリンジポンプ。
2. 前記スリットは、単一の直線状、複数の直線状、または、曲線状に設けられる、
   請求項１に記載のシリンジポンプ。
3. 前記複数の直線状または前記曲線状に設けられる前記スリットは、前記スライダの移動が停止する時点で前記操作子と係合する位置の傾斜が他の時点での傾斜に比較して急に設定される、
   請求項２に記載のシリンジポンプ。
4. 前記ポジションセンサの操作子には、前記スリットと係合するプーリが設けられる、
   請求項１～３のいずれか一つに記載のシリンジポンプ。
5. 前記プーリは、径の異なる２つの円板が同一中心上に重なった形状となっており、径の小さい外側の円板部が前記スリットに緩く嵌る、
   請求項４に記載のシリンジポンプ。
   
   

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