JPH02215472A - 定量注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は液体の定量注入装置に関し、例えばプロセス中
において液体を一定流量のもとに連続的に供給する用途
や、あるいは点滴装置等における流量制御への応用も可
能な装置に関する。

〈従来の技術〉 液体を定められた目標流量のもとに供給するためには、
従来、例えば容積型のポンプを用いてその回転数等でコ
ントロールする方法、あるいは、シリンジを用いて、目
標流量に応じた速度で押し出す方法、更には、液体を貯
留する容器の出口に絞りを設けて、容器内の液体に所定
の圧力を加えることによって絞りから流出する液体の流
量をコントロールする方法等がある。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記した従来の定量注入法のうち、ポンプの回転数等で
流量をコントロールする方法では流量精度が悪く、特に
少流量域においてはそのコントロールが困難となる。

また、シリンジを用いる方法では、シリンジの大きさに
応じて注入可能量が制限されてしまうことになり、長時
間に亘って連続的に定量供給することは実質的に不可能
である。

更に、液体に加える圧力のコントロールによって絞りか
らの流出量をコントロールする方法では、装置の複雑化
や大型化等を、伴い、高価となる。

なお、例えば点滴装置等に見られるように、容器から引
き出されたチューブの一部を押しつぶすことによって、
簡易的に容器からの液体流量をコントロールする方法も
あるが、その精度は低い。

本発明の目的は、液体を比較的小流量の設定流量のもと
に、長時間に亘って安定して供給することのできる装置
を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための構成を、第１図に示す基本
概念図を参照しつつ説明すると、本発明は、本体から持
ち出された管体すの先端に液出口Ｃを備えた容器ａと、
その容器ａの刻々の重量Ｗを測定する重量測定手段ｄと
、その重量測定手段ｄによる容器ａの重量Ｗの変化率を
この容器ａから流出する液体りの流量Ｑに換算する流量
換算手段ｅと、容器ａから流出する液体りの目標流Ｉ　
Ｑ　Ｏを設定する流量設定手段ｆと、その目標流量Ｑ０
と流量換算手段ｅによる換算流量Ｑとの比較結果に基づ
いて、容器ａの本体と液出口すとの相対高さを調節する
高さ調節手段ｇを有してなり、容器ａ内に収容された液
体りが液出口Ｃを介して目標流量Ｑ０のもとに被注入体
に注入されるよう構成したことによって、特徴づけられ
る。

〈作用〉 容器ａからその内部の液体りが流出すると、その流出量
に応じて容器ａの重量が変化する。従って、その変化率
、つまり単位時間当りの重量変化量から、液体りの実際
の流ｉＱが求められる一一方、容器ａから液出口Ｃを介
しての液体りの流量は、その液体りの粘性と容器ａの本
体から液出口Ｃにまで至る抵抗（管摩擦等）に関連して
、液出口Ｃに対する容器ａ内の液面の高さＨによって定
まる。

以上のことから、重量測定手段ｄと流量換算手段ｅによ
る実際の液体流量の検出値Ｑを、設定された流量の目標
値Ｑ０にフィードバックし、その差に応じて容器ａと液
出口Ｃとの相対高さを調節することで、流ＩＱを目標流
量Ｑ０に追従させることが可能となる。

〈実施例〉 第２図は本発明実施例の構成図である。

注入すべき液体りを収容した容器１はロードセル等の荷
重センサ２の荷重感応部に懸吊されている。容器１はそ
の底部において可撓性のチューブ３に連通している。チ
ューブ３はその所定部位において架台４に配設されたフ
ック４ａに支承されており、容器１から垂下して一旦Ｕ
字形に撓んで上方に伸び、フック４ａによる支承部位を
経て再び下方に垂れ下がり、その先端に配設された絞り
３ａを介して被注入体Ｍに接続されている。これにより
、容器１内の液体りは、チューブ３および絞り３ａを介
して被注入体Ｍに注入されることになるが、その流量Ｑ
は、液体りの粘性係数ηと絞り３ａの抵抗係数Ｋ（チュ
ーブ３による管摩擦が大きい場合にはこれをも含めた係
数）、および絞り３ａ（出口）に対する液体りの液面高
さＨによって定まる。つまり、 Ｑ＝　　　　　　　　・・・・・・（１）η　・　Ｋ となる。

荷重センサ２は駆動機構５によって容器１を懸吊した状
態で上下動される。

駆動機構５は、架台４上に鉛直に植設されたラック５ａ
と、このラック５ａに噛合するピニオンギア５ｂ、その
ピニオンギア５ｂを回転させるパルスモータ５Ｃ１およ
び、ピニオンギア５ｂとパルスモータ５Ｃ並びに荷重セ
ンサ２を支承してラック５ａに沿って上下方向に変位自
在の支持体５ｄ等によって構成されている。

荷重センサ２の出力は増幅器１１を経てＡ−Ｄ変換器１
２でデジタル化された後、入出力インターフェース１３
を介して刻々とマイクロコンピュータ１４に採り込まれ
る。

駆動機構５のパルスモータ５Ｃは、ドライバ１５からの
駆動パルスによって正転もしくは逆転されるが、ドライ
バ１５は入出力インターフェース１３を介して送信され
るマイクロコンピュータ１４からの指令信号に基づいて
制御される。

また、マイクロコンピュータ１４には、被注入体Ｍに注
入すべき液体りの目標流量Ｑ０を設定するための流量設
定器１６が接続されている。

マイクロコンピュータ１４のＲＡＭには、荷重センサ２
からの刻々の荷重データを格納するエリアと、設定され
た目標流ＩＱ、を記憶するエリア、および後述する２つ
の重量値Ｗ１とＷ２を記憶するエリア等が設定されてい
る。また、ＲＯＭには、以下に示すプログラムが書き込
まれている。

第３図はそのＲＯＭに書き込まれたプログラムの内容を
示すフローチャートで、以下、この図を参照しつつ本発
明実施例の作用を述べる。

荷重センサ２からの荷重データは所定の微小時間ごとに
刻々とＲＡＭ内に採り込まれるが、ＲＡＭには、ｎ個（
例えば３個程度）の荷重データｄ１〜ｄ、。

を格納するエリアが設定されており、最新のデータｄ、
を採取するごとに既格納のデータはシフトされる（Ｂ、
Ｃ）。

ＲＡＭ内のｎ個の荷重データｄ、〜ｄ７の平均化によっ
て、荷重センサ２に懸吊されている容器１の現在重量値
Ｗ、が求められる（Ｆ）。この重量値Ｗ。

は、あらかじめ設定された時間Ｔが経過するごとに算出
される。すなわち、現在重量値Ｗ、を求めた時点でタイ
マによる計時を開始し、時間Ｔが経過するまでは荷重デ
ータの採取のみを実行する（Ａ。

Ｄ）。

ＲＡＭには、現在重量値Ｗ、と前回重量値Ｗ２を記憶す
るエリアが設けられており、Ｗ、を算出して記憶するご
とにその前に算出されたＷ、が前回重量値Ｗ２としてシ
フトされる（Ｅ）。

そして、現在重量値Ｗ、を算出するごとに、前回重量値
Ｗ２に対する差（Ｗｚ　　Ｗ＋）を時間Ｔで除すことに
よって、液体りの流ｉ１Ｑが算出される（Ｇ）。つまり
、この例では、 Ｑ＝（Ｖｌｈ−Ｗ、）／Ｔ・・・・・・（２）によって
流量Ｑが求められる。

次に、この算出された流量Ｑと、流量設定器１６によっ
て設定されている目標流量Ｑ０が比較され、その差（Ｑ
ＯＱ）があらかじめ設定されている微小な不感帯±εの
範囲内であればそのままステップＡに戻り、差（ＱＯＱ
）がεを越えていれば駆動機構５のパルスモータ５Ｃを
回動させて支持体５ａを上昇させる（Ｇ、り。差（Ｑ（
１−Ｑ）が−ε未満であれば同様にパルスモータ５Ｃ回
動させて支持体５ｄを下降させる（Ｊ）。

ここで、支持体５ｄの上昇もしくは下降によって、容器
１内の液体りの液面が上昇もしくは下降して絞り３ａに
対する高さＨが増加もしくは減少することになり、これ
によって前記した（１１式に従って流量Ｑが増減する。

故に、被注入体Ｍに注入される液体りの流量Ｑは、常に
目標流量Ｑ０に一部するようにコントロールされる。

なお、荷重センサ２には、液体りを収容した容器１の本
体と、液体りが充填されたチューブ３の一部、すなわら
Ｕ字形に撓んだ部分の中央部（第２図に一点鎖線で図示
）よりも本体側の部分、の荷重が作用しており、容器１
の高さの変化によるチューブ３のＵ字形部分の上下動は
、見掛は上の重量値の変化となって現われる。従って、
厳密な流量制御を行う必要のある場合、流量Ｑの算出は
（２）式によらず、この点の補正を行う必要がある。こ
の場合、第４図に示すように、容器１の高さか△Ｈだけ
変化すると、チューブ３のＵ字形部分の高さ、従って荷
重センサ２に作用している部分のチューブ３の長さはＡ
△Ｈだけ変化するから、あらかじめ液体りが充填された
状態でのチューブ３の単位長さ当りの重１ｗを記憶して
おくことにより、上述の補正を伴う流量Ｑは、容器１の
基準位置からの変位置へＨに応じて、 Ｑ＝　（（Ｗｚ　　Ｖ／＋）±Ａ△Ｈ−ｗ）／Ｔ・・・
・・・（３）で算出することができる。なお、（３）式
の＋は上昇時、−は下降時である。

なお、本発明のメカニズムは、上記した実施例に限らず
、種々の変形が可能である。第５図および第６図にその
変形例を示す。

第５図に示す例は、第２図の例が荷重センサ２を容器１
とともに上下動させたのに対し、架台４の先端部分に荷
重センサ２を固着し、この荷重センサ２の荷重惑応部に
駆動機構５０を装着したものである。この場合、駆動機
構５０は、容器１およびチューブ３を支承して上下方向
に変位自在のラック５０ａと、このラック５０ａに噛合
するピニオンギア５０ｂ、このピニオンギア５０ｂを回
転させるパルスモータ５０Ｃ１および、ピニオンギア５
０ｂとパルスモータ５０ｃを支承し、かつ、荷重センサ
２に支持された支持体５０ｄ等によって構成することが
できる。

第６図に示す例は、前記した各実施例では液面高さＨの
調節を容器を上下動させることによって行っていたのに
対し、容器６１を固定して、液出口側を上下動させるこ
とによってＨを変化させた例である。

すなわち、容器６１の底部には、先端に絞り６３ａを有
し、かつ、ジャバラ６３ｂによって伸縮自在の管６３を
装着している。そして、管６３の基部にはそれぞれモー
タ（図示せず）等によって回動されるねし桿６５ａおよ
び６５ｂを支承するとともに、管６３の先端部には、そ
の各ねじ桿６５ａ。

６５ｂがねじ込まれるナツト６５　ｃ、６５　ｄを固着
している。この構成により、ねじ桿６５ａ、５５ｂを回
転させることによってナラ）６５ｃ、６５ｄが上下動し
、管６３が伸縮する。この管６３の伸縮によって容器６
１内の液体りの液面と絞り６３ａとの高さＨが変化し、
流量Ｑが変化する。

この場合、絞り６３ａ（液出口）と被注入体との距離が
変化するから、被注入体側には例えば漏斗状の受は口ｍ
を設けておくことが望ましい。

なお、第６図に示す例では、液体りは一旦大気下に曝ら
された後に被注入体に注入されることになるが、被注入
体での背圧による影響がなくなり、流量制御を行いやす
いという利点がある。この点は、第２図または第５図に
示した例にも適用できる。

以上説明した各側において、絞り３ａもしくは６３ａの
抵抗係数を変化させると、それに応じて流量Ｑも変化す
ることから、例えば目標流量Ｑ０が比較的小流量である
場合等において、高さＨが小さくなりすぎるような場合
には、絞りの抵抗係数を適宜に選択することでＨを適当
な高さに設定することができる。

なお、絞り３ａもくしは６３ａは必ずしも必要ではなく
、チューブ３もしくは管６３に細管を用いることによっ
て絞りの機能を併せ持たせることもできる。

ただし、絞りを液出口近傍に設けておくことにより、チ
ューブ内が負圧になってつぶれる惧れがな（なるという
利点がある。

また、第３図に示したフローチャートでは、重量値Ｗ、
を荷重データｄ、−ｄｎの平均化によって算出したが、
採取した荷重データｄ、そのものを重量値データとして
採用することもできる。更にいずれの場合も、制御動作
を安定させるためソフト上でのＰＩＤ動作を付加するこ
とが望ましい。

更に、制御回路はマイクロコンピュータ１４を用いたデ
ジタル演算回路のほか、通常のアナログ式のフィードバ
ック回路を使用し得ることは勿論である。

更にまた、目標流量Ｑ６はプログラムに基づいて経時的
に変化させ得ることは言うまでもない。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、容器の重量変化
から液体の流量を算出するので、他の流量測定方法に比
して正確な流量の把握が可能であるとともに、流量のコ
ントロールを液面高さの調節によって行うので、微小な
コントロールが可能である。このことから、高分解能で
細やかな流量コントロールを実現でき、特に小流量の液
体の長時間に亘る連続的な注入に対して有効であり、各
種のプロセスにおける液体の混合や、あるいは医療用の
点滴時における流量コントロールに対して有用である。

また、本発明ではニードル弁等を使用しないので、異物
の詰り等が生じに＜＜、故障が少ないという利点もある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す基本概念図、第２図は本発
明実施例の構成図、 第３図はそのマイクロコンピュータ１４のＲＯＭに書き
込まれたプログラムの内容を示すフローチヤード、 第４図はその容器１の高さの変化によるチューブ３の変
位の説明図、 第５図は本発明の他の実施例のメカニズムの説明図、 第６図は本発明の更に他の実施例のメカニズムの説明で
ある。 １・・・容器 ２・・・荷重センサ ３・・・チューブ ３ａ　・　・　・絞り ４・・・架台 ５・・・駆動機構 １４・・・マイクロコンピュータ １６・・・流量設定器 Ｌ・・・液体 Ｍ・・・被注入体 特許出願人　　　　株式会社島津製作所代　理　人　　
　　弁理士　西１）新

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 本体から持ち出された管体の先端に液出口を備えた容器
   と、その容器の刻々の重量を測定する重量測定手段と、
   その重量測定手段による容器重量の変化率をこの容器か
   ら流出する液体の流量に換算する流量換算手段と、上記
   容器から流出する液体の目標流量を設定する流量設定手
   段と、その目標流量と上記流量換算手段による換算流量
   との比較結果に基づいて上記容器本体と上記液出口との
   相対高さを調節する高さ調節手段を有し、上記容器内に
   収容された液体が上記液出口を介して目標流量のもとに
   被注入体に注入されるよう構成されてなる定量注入装置
   。