JPH0326050B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、非経口流体投与ポンプの作動を監視
する装置に係り、特に、ポンプステツプモータの
回転速度と、所望の流体投与率を表わす最適な速
度設定値とを比較して、許容できない流体過剰投
与状態又は過少投与状態の指示を与える装置に係
る。

近年、患者の静脈内や動脈内に流体を投与する
技術に相当の関心が集まつている。流体の投与が
不適当であると、患者の回復が遅れることにな
り、極端な場合には、更に別の障害や死を招くこ
ともあるので、このような非経口投与を行なう割
合を正確に制御することが非常に重要である。初
期の非経口投与装置は重力を利用して流体容器即
ち貯溜器から患者へ流体を送り込んでいる。然し
乍ら、この重力による流れを正確に調整すること
は困難であることが分つている。なぜならば、投
与中に貯溜器内の流体レベルが下がるにつれて、
貯溜器と患者との間の流体に作用する圧力が低下
するからである。従つて、重力による流れを用い
た装置では、投与率が、許容できない程変化す
る。

最近の非経口投与装置は、流体投与率の精度を
高めるためにポンプモータを用いている。これら
のポンプモータはしばしばステープモータより成
り、これは適当なステツプモータ制御手順に従つ
てプランシヤ又はピストン式の流体ポンプを駆動
する。これらの制御手順は、必要な精度を発揮す
ると共に信頼性の高い効率的なマイクロプロセツ
サプログラミング技術によつて実施できるので、
非常口投与の高精度制御要件にうまく適合する。
1977年７月26日付けのGeorgi氏の米国特許第
4037598号；1976年11月30日付のKnute氏の米国
特許第3944294号；1976年10月12日付のTenkins
氏等の米国特許第3985133号；並びに1973年６月
５日付のGeorgi氏の米国特許第3736930号には、
カム機構及びポンプ構造体と共にステツプモータ
を用いて高精度の投与率制御を行なう静脈内投与
装置が開示されている。これらの公知装置は一応
の効果は発揮するが、ステツプモータ駆動式流体
ポンプからの流体の投与には或る種の改良を加え
ることができる。例えば、ステツプモータが“暴
走”しないように、即ち予め選択された作動速度
から或る所定量以上ずれないように、ステツプモ
ータの作動を監視する或る手段を設ければ非常に
便利である。このようにすれば、患者への過剰流
体投与や過少流体投与及びこれに伴なう重大な障
害のおそれを回避することができる。

そこで本発明の目的は、非経口流体投与装置の
ポンプモータの作動を監視する制御方法を提供す
ることである。

本発明の別の目的は、非経口流体投与ポンプモ
ータの作動を監視する手段であつて、ポンプモー
タの速度を検出することによつて実際の流体投与
率の尺度を得、その後、ポンプモータ速度に所定
量以上のずれがあればこれを用いて流体過剰投与
状態又は過少投与状態の警報を与えるような手段
を提供することである。

本発明の更に別の目的は、ポンプモータの回転
速度と、所望の流体投与率を表わす所定の最適速
度設定値とを常時比較して、流体過剰投与状態又
は過少投与状態の警報を与える保護回路を有した
ポンプモータ制御装置を構成することである。

本発明の更に別の目的は、実際のポンプモータ
速度と、所望の流体投与率を表わす最適なポンプ
モータ速度との比が所定範囲を越えた時にポンプ
モータを停止させるように働く保護回路を有した
ポンプモータ制御装置を構成することである。

本発明の更に別の目的は、モータ制御手順を実
行するマイクロプロセツサと、このマイクロプロ
セツサの作動エラーを独立した検出する保護回路
とを有したポンプモータ制御装置を構成すること
である。

本発明のこれら及び他の目的は、ポンプモータ
の暴走、マイクロプロセツサの故障及びプログラ
ミングエラーを検出できる保護回路を用いたマイ
クロプロセツサベースのモータ制御装置によつて
達成される。保護回路は、所望の流体投与率を表
わす最適な速度設定値に対して実際のポンプモー
タ回転速度を常時測定する第１比較手段を備えて
いる。実際のポンプモータ速度が最適なポンプモ
ータ速度から所定量以上ずれた時には、第１警報
信号が発生されポンプモータが停止される。第１
比較手段の精度は、或る選択されたモータ制御装
置試験手順を用いてテストすることができる。保
護回路の第２比較手段は、マイクロプロセツサか
らの出力信号の一定周波数を、独立した基準信号
の周波数と比較する。例えばマイクロプロセツサ
が機能不良の時に生じることであるが、マイクロ
プロセツサからの出力信号の周波数が上記の独立
した基準信号の周波数から所定量以上ずれた時に
は、第２の警報信号が発生される。マイクロプロ
セツサをその後リセツトしてもこの機能不良が矯
正されない場合には、適当な警報が発せられる。

本発明の種々の目的、特徴及び効果は以下の詳
細な説明より明らかとなろう。

流体量に制御しつつ患者に投与するための１型
式の非経口投与流体計量装置が第１図及び第２図
に概略的に示されている。この流体計量装置の基
本的な実施例及びその改良された実施例が、1980
年８月１日及び1981年６月30日に各々出願された
米国特許出願第174666号及び第278954号に各々開
示されている。これらの両特許出願は本発明の譲
受人に譲渡されたもので、参考としてここに取り
上げる。本発明を理解するためには、上記特許出
願第278954号の改良された非経口投与流体計量装
置について簡単に述べれば充分であろう。さて第
１図を説明すれば、流体計量装置２は計量装置制
御ユニツト４内に配置されて示されている。流体
計量装置２の流体導入コンジツト６は一般の管１
０により流体容器８に接続されている。流体計測
装置２の流体放出コンジツト１４から延びている
管１２は、制御ユニツト４に収容されたステツプ
モータ及びカム機構（第１図には図示せず）の作
動に応答して、正確な量の流体を治療中の患者へ
送る。

第２図には、流体計量装置２並びにステツプモ
ータ及びカム機構の構造が詳細に示されている。
流体計量装置２はポンプ室１８が配置された中空
のカセツト構造体１６を備えている。ポンプ室１
８の上部を横切つて弾力性ダイヤフラム２０が固
定されているガス阻止コンジツト２６に形成され
た流路２４の１端にある導入ポート２２によつ
て、流体はガス保留室２８からポンプ室１８へ通
ることができる。ガス保留室２８は中間流路３０
を経て流体導入コンジツト６と流体連通してい
る。カム及びシヤフト機構３６，３８を経て弁ス
テツプモータ３４に作動的に接続された弁アクチ
ユエータ３２は導入ポート２２の上に配置された
弾力性ダイヤフラム２０の１部分４０を変位させ
ることによりポンプ室１８への流体を導入を制御
する。電力制御装置４２によつて弁ステツプモー
タ３４へ電流が供給され、電力制御装置４２は交
流電源４４又はバツテリ電源４６のいずれかへ接
続される。弁ステツプモータ３４はモータ制御装
置４８から受けた指令に応じて一連の増分ステツ
プで駆動され、この際に弁アクチユエータ３２
は、第２図に実線で示された開位置と、第２図に
仮想線で示されたように導入ポート２２の周囲に
形成された弁座５０にシール係合する位置との間
でダイヤフラムの部分４０を動かすように往復運
動する。制御ユニツト４に形成された中空ボス５
４に安住されたバネ５２のようなバネ付勢手段
は、弁アクチユエータ３２をカム３６のカム面５
６と確実に接触されるに要する力を与える。

ポンプ室１８において導入ポート２２とは反対
のところに放出ポート５８が形成されている。こ
の放出ポート５８は中間流路６０を経て放出コン
ジツト１４に連通している。放出ポート５８と中
間流路６０との間にはポール型逆止弁６２が取り
付けられている。バネ６４のようなバネ付勢手段
は、放出ポート５８の周囲に形成された弁座６６
にボール型逆止弁をシール係合させる。ボール型
逆止弁６２に対向して弾力性ダイヤフラム２０に
形成された突起６８は、ポンププライミング作動
中にボール型逆止弁を弁座６６から変位させる。
手動ラツチ弁７０は、突起６８を動かしてボール
型逆止弁と接触させるのに用いられる。

流体計量装置２のカセツト１６を経て流体を圧
送するための動力は、カム及びシヤフト機構７
８，７８を経て主ステツプモータ７４へ作動的に
連結されたプランジヤ７２によつて供給される。
主ステツプモータ７４もモータ制御装置４８を指
令を受けて電力制御装置４２から電流を受け取
る。プランジヤ７２の１端８０は弾力性ダイヤフ
ラム２０に接触し、その他端８２は制御ユニツト
４の中空ボス８８に安住されたバネ８６のような
バネ付勢手段によりカム７６のカム面８４に確実
に接触される。主ステツプモータ７４ひいてはカ
ム７６の増分回転則ちステツプ回転により、プラ
ンジヤ７２は第２図に実線で示された完全に引つ
込んだ位置と、第２図に仮想線９０に示された完
全に延びた位置との間との間で往復運動するよう
に駆動される。弾力性ダイヤフラム２０はプラン
ジヤ７２の往復運動に応じて撓んで、ポンプ室１
８の容積を周期的に変化させ、これにより、計量
された量の流体をポンプ室から流体放出コンジツ
ト１４へ送るに必要なポンピング作動を与える。

前記したように弁ステツプモータ３４及び主ス
テツプモータ７４はモータ制御装置４８の指令下
にある。第３図に概略的に示されたモータ制御装
置４８はマイクロプロセツサ９２を備え、これは
データリンク９４によつてリードオンリメモリ
（ROM）９６に接続されている。弁ステツプモ
ータ３４及び主ステツプモータ７４の適当な制御
手順はこのリーダオンメモリ９６に記憶されてい
て、要求に応じてマイクロプロセツサ９２へ送ら
れる。マイクロプロセツサは、リードオンリメモ
リに記憶された制御手順に基いて弁ステツプモー
タ及び主シテツプモータをそれらの増分ステツプ
で各々駆動するように１対の８進ラツチ９７，９
８に指示を与える。マルチプレクサ１００は、前
記の米国特許出願第278954号に開示されたプラン
ジヤ圧力トランスジユーサ（図示せず）のように
種々のデータセンサに接続されている。Ａ／Ｄコ
ンバータ１０２はマルチプレクサ１００からの信
号を、マイクロプロセツサ９２で使用できる形態
に変換し、このように変換された信号もデータリ
ンク１０３を経てマイクロプロセツサへ供給す
る。“番犬”回路即ちポンプモータ暴走防止回路
１０４はデータリンク１０６を経てマイクロプロ
セツサへ接続される。このポンプモータ暴走防止
回路１０４の目的は、主にステツプモータ７４の
作動を監視し、そして主ステツプモータの速度が
所定の上限又は下限を越えて潜在的に危険な過剰
投与状態又は過少投与状態の発生を指示する時に
警報を与えることである。モータ制御装置４８及
びステツプモータの制御手順は1981年10月22日出
願の米国特許出願に詳細に述べられており、これ
を参考としてここに取り上げる。ポンプモータ暴
走防止回路１０４は以下に詳細に述べる。

流体計量装置２のポンピング作動について以下
に説明する。第２図をみれば、管１０によつて流
体導入コンジツト６へ送られる流体はガス保留室
２８へ入れられ、流体中にもしガスが存在すれ
ば、これらのガスはガス阻止コンジツト２６によ
りポンプ室１８へ到達しないようにされることが
明らかであろう。ガス気泡のない液体が次いでガ
ス保留室２８から流路２４を経て導入ポート２２
へ送られる。各ポンピングサイクルの再充填段階
中に、弁ステツプモータ３４は弁アクチユエータ
３２を上方に動かすように作動し、ガス気泡のな
い流体が導入ポートを経てポンプ室１８に入れる
ようにされる。その短時間後に、プランジヤ７２
が主ステツプモータ７４によつて上方に動かさ
れ、ポンプ室１８内の容積を増加すると共にその
圧力を下げ、流体が導入ポートを経て入りやすく
する。弁座６６に安住されたバネ付勢されたボー
ル型逆止弁６２は弁アクチユエータ３２が開位置
にある間放出ポート５８を効果的に遮蔽する。従
つて、ポンピングサイクルの再充填段階中には流
体放出コンジツト１４へ流体が漏れることはな
く、ポンプ室１８からポンプ圧送されるべき流体
の量に対して正確な制御が維持される。弁アクチ
ユエータ３２は短時間開位置に置かれた後閉位置
へ動かされる。次いでプランジヤ７２は前記した
ように下方に動かされ、ポンプ室１８内の容積を
減少させる。ポンプ室内の容積が減少するにつれ
てポンプ室内の圧力が高まつて、バネ６４がボー
ル型逆止弁６２に及ぼすバネ付勢力に打ち勝ち、
正確な量の計量された流体がポンプ室１８から放
出コンジツト１４及び管１２を経て患者へと圧送
される。ボール型逆止弁６２を開くに必要な流体
圧力は主としてバネ６４の弾力によつて決まる。

第２図の流体計量装置２は３つの個々のモード
のうちの１つで作動し、各作動モードには特定の
即ち所望の流体投与率が組合わされていることに
注意されたい。流体計量装置の第１の即ち通常の
作動モードにおいては、第１図の制御ユニツト４
に設けられたサムホイールスイツチ（図示せず）
を介してモータ制御装置４８にセツトされた予め
選択された投与率で流体が投与される。この予め
選択された投与率は、流体投与を受ける患者各人
の必要性に応じて１時間当たり０〜999ミリリツ
ターである。流体計量装置の第２の作動モード
は、上記第１の通常の作動モードが完了した時或
いは貯溜器８の流体レベルが所定の下限に達した
時に患者の静脈の流体注入口に最少量の流体を送
つて管１２の端にある針（図示せず）の詰まり
即ち閉塞を防止するように構成された血管開保持
モードである。この血管開保持モードは流体低レ
ベル警報器（図示せず）又は投薬終了指示のいず
れかに応答して開始され、この再にモータ制御装
置４８は所定の低投与率即ちKVO投与率で流体
を投与するように主ステツプモータ７４を所定の
低速度で駆動する。流体計量装置のもう１つの作
動モードは、主ステツプモータ７４を消勢して患
者へ流体を投与しなくする停止モードである。こ
の停止モードは、当然、流体投与率ゼロである。

第３図を参照して述べたポンプモータ暴走防止
回路が第４図に示されている。このポンプモータ
暴走防止回路１０４は計算手段１０８を備え、こ
の手段には、流体計量装置２からの所望の流体投
与率を表わしている予め選択された投与率設定値
信号、KVO信号、又は停止信号のいずれかが送
られる。計算手段１０８は、その後、この所望の
流体投与率の値に基いて変化する少なくとも１つ
のパラメータを有した第１の指示を作り出す。流
体計量装置からの実際の流体投与率の値に基いて
変化する少なくとも１つのパラメータを有した第
２の指示が感知手段１１０によつて作り出され
る。これらの第１及び第２の指示は比較手段１１
２へ同時に送られて互いに比較される。この比較
が許容範囲内にあり、即ち実際の流体投与率が所
望の流体投与率から所定量以上ずれていない場合
には、安全流体投与状態とされ、モータ制御装置
４８は主ステツプモータ７４を通常のやり方で駆
動し続ける。これに対し、実際の流体投与率が所
望の流体投与率から所定量以上ずれていて、潜在
的に危険な流体過剰又は過少投与状態を示してい
る場合には、比較手段１１２は第１指示と第２指
示との適切な比較を検出しない。従つて比較手段
にエラー信号が発生され、これはエラーラツチ１
１４へ送られる。このエラー信号に応答して、エ
ラーラツチ１１４は警報信号を出力し、この信号
は、電力制御装置４２により主ステツプモータ７
４へ送られる電圧を遮断して主ステツプモータを
停止させるのに用いられる。又、エラーラツチか
らの警報信号は、流体過剰又は過少投与状態の可
聴警報又は可視警報を発するように働いてもよ
い。

第４図の比較機構はソフトウエアの形態で実施
されてもよいし、専用ハードウエアの形態で実施
されてもよい。この比較機構を専用ハードウエア
の形態で実施するように特に設計された回路構成
が第５図ないし第８図に示されている。第５図
は、第４図の感知手段１１０として用いるのに適
した１型式の電気機構構成体を特に示しており、
この構成では、主ステツプモータ７４の回転数即
ち速度が測定されて、流体計量装置の実際の流体
投与率の指示が作り出される。スロツト１１８が
形成された円板即ちフラグ１１６がシヤフト７８
に配置され、このシヤフトは主ステツプモータ７
４をカム７６に連結しているものである。円板１
１６の片側に配置されたLED１２２と、円板１
１６の反対側でLED１２２に対向して配置され
た光電検出器１２４とで構成された光断続モジユ
ール１２０は、モータ制御装置４８のマイクロプ
ロセツサ９２へ接続される。流体計量装置２の作
動中にLED１２２から光が発せられる。主ステ
ツプモータ７４がその増分ステツプを介して駆動
された時には、円板１１６の存在により、LED
１２２で発せられた光の光電検出器１２４への到
達が阻止される。然し、主ステツプモータの各回
転ごとに１度、スロツト１１８が光断続モジユー
ル１２０と整列状態になり、LED１２２からの
光が光電検出器１２４に当たる。これにより生じ
る光電検出器からの出力が光断続モジユールによ
つて用いられてリード１２６にフラグパルス
FLAGが発生される。主ステツプモータ７４が回
転を続けると、リード１２６には一連のフラグパ
ルスFLAGが発生され、このパルス列の各パルス
は主ステツプモータの１回転を表わしている。従
つて、FLAGパルス列は或る所与の時間中の主ス
テツプモータの回転数を決定するためのカウント
として働く。

この所与の時間中の全回転数は流体計量装置２
からの実際の流体投与率に対応し、これと、所望
の流体投与率を表わすカウントとを比較して、実
際の流体投与率が許容範囲内にあるかどうかを決
定することができる。

第６図は、所望の流体投与率を表わすカウント
を発生できると共に、この発生されたカウントを
第５図の光断続モジユール１２０からのカウント
と比較することのできる専用ハードウエアの回路
を示している。所望の流体投与率のカウントは、
独立したクロツク１２８から得られる基本カウン
トを分割することによつて導出される。独立した
クロツク１２８は400KHz発振器／カウンタ１３
２を備え、これはリード１３４に6.25KHz信号を
与える。マイクロプロセツサ９２の内部クロツク
に対して独立して作動するこの発振器／クロツク
１３２により、マイクロプロセツサの機能不能が
暴走防止回路の作動信頼性に影響しないようにさ
れる。リード１３４の6.25KHz信号は一連の率乗
算器１３６，１３８及び１４０のタイミングをと
るのに用いられる。これらの率乗算器へのデータ
入力には、制御ユニツトのサムホイールスイツチ
（図示せず）を介して予め選択された投与率設定
値の100位、10位及び１位の数値を各々表わす信
号がデータライン１４２を経て送られる。これら
の100位、10位及び１位の数値はサムホイールス
イツチからマイクロプロセツサ９２（第６図には
示さず）によつても読み取られる。率乗算器１３
６，１３８及び１４０は一般のカスケード形態で
互いに接続されており、リード１４４には、上記
の予め選択された投与率設定値に比例する比較的
高い周波数を有する高率出力が与えられる。本発
明のこの好ましい実施例では、この比較的高い周
波数は次のように表わされる。

f_h＝投与率設定値／1000×6.25KHz 但し、投与率設定値はサムホイールスイツチへ
の入力を表わしている。又、率乗算器１３６，１
３８及び１４０によりリード１４６に沿つて一定
の低周波数の出力即ちKVO出力も与えられるこ
とに注意されたい。この出力は流体計量装置２が
血管開保持モードにある時の基準として用いられ
る。

リード１４４の高率出力は第１の除算カウンタ
１４８へ送られ、上記の予め選択された投与率設
定値になおも比例する中間周波数を有する中間率
出力に変換される。この中間周波数はスイツチ１
５０の位置に基いて10の係数で変化される。従つ
て、本発明のポンプモータ暴走防止回路は、一般
の大人の流体投与率の1/10である子供の流体投与
率を受け容れることができる。カウンタ１４８に
より発生された中間率出力はノアゲート１５２へ
の一方の入力として働き、リード１４６のKVO
出力はノアゲート１５４への一方の入力として働
く。これら２つのノアゲートへの他方の力は、流
体計量装置の作動モードに基いてマイクロプロセ
ツサ９２からリード１５６を経てKVO−
ENABLE論理信号が送られる。流体計量装置が
上記の予め選択された投与率で流体を投与するよ
うに通常モードで作動している時間を仮定すれ
ば、マイクロプロセツサ９２からのKVO−
ENABLE信号は低レベルである。インバータ１
５８はこのKVO−ENABLE信号を高レベルに
し、この際にはノアゲート１５４が作動不能にさ
れ、率乗算器１４０からのKVO出力はオアゲー
ト１６０に達しない。ノアゲート１５４を作動不
能にするこの高レベル信号はインバータ１６１を
経てノアゲート１５２に達し、その結果、ノアゲ
ート１５２は作動可能にされ、カウンタ１４８か
らの中間率出力をオアゲート１６０へ通す。その
後、この中間率出力は÷224カウンタのような第
２の除算カウンタ１６２を駆動し、第４図の光断
続モジユール１２０からのFLAGパルス列の周波
数と比較するのに適した周波数をもつRATE
（率）パルス列を発生させる。このRATEパルス
列の周波数はもちろん流体計量装置２からの所望
の流体投与率に比例するものであり、この場合は
流体数量装置の通常作動モードに関連した予め選
択された投与率に比例するものである。

これに対し、流体計量装置２が血管開保持モー
ドで作動している時には、マイクロプロセツサ９
２から送られる高レベルのKVO−ENABLE信号
がノアゲート１５２を作動不能にしてカウンタ１
４８からの中間率出力を阻止する一方、ノアゲー
ト１５４を作動可能にしてKVO出力をオアゲー
ト１６０へ通す。この場合もカウンタ１６２は比
較のためのRATEパルス列を与えるが、今度は
このRATEパルス列の周波数は血管開保持モー
ドに関連したKVOの率に比例したものとなる。

カウンタ１６２によつて発生されたRATEパ
ルス列は、リード１６４を経て、１対の２進カウ
ンタ１６８及び１７０より成る第１の即ち暴走用
の比較手段１６６へ送られる。２進カウンタ１６
８へのクロツク入力はリード１６４からの
RATEパルスを受け取るように接続されるが、
２進カウンタ１７０へのクロツク入力は光断続モ
ジユール１２０（第６図には示さず）のリード１
２６からのFLAGパルス列を受け取るように接続
される。２進カウンタ１６８及び１７０は
National Semiconductor CD 4520カウンタの
ような多段部品であり、その各々は少なくとも４
個の出力段Q₀，Q₁，Q₂及びQ₃を有している。各
２進カウンタ１６８，１７０のQ₁及びQ₃出力は
１対のナンドゲート１７１，１７２のうちの関連
する片方へ接続されている。ナンドゲート１７
１，１７２は次いで３入力ノアゲート１７４，１
７６への１つの入力に各々信号を送る。ノアゲー
ト１７４への第２入力は２進カウンタ１７０の
Q₃出力に接続され、一方ノアゲート１７６への
第２入力は２進カウンタ１６８のQ₃出力に接続
される。又、暴走比較手段１６６はリセツト回路
１７８も備えており、このリセツト回路はナンド
ゲート１８０を含み、これはナンドゲート１７１
又はナンドゲート１７２のいずれかの出力によつ
て駆動されて、RC遅延回路１８２及び直列イン
バータ１８４，１８６を経てリセツトパルス
RESETを供給する。このRESETパルスは２進
カウンタ１６８及び１７０をリセツトするように
働くと共に、各々の３入力ノアゲート１７４及び
１７６の第３の入力をなす。ノアゲート１７４及
び１７６はノアゲート１８８を経てエラーラツチ
１９０の反転入力に接続されている。

暴走用比較器１６６の作動について説明する。
流体計量装置のカセツト１６（第６図には示さ
ず）を制御ユニツト４へ挿入すると、スイツチ
（図示せず）がトリガされてリード１９２に高レ
ベル出力が発生される。この高レベル出力はリセ
ツト回路１７８のRC遅延回路１８２及び直列イ
ンバータ１８４，１８６を通り、この遅延回路１
８２のRC時定数で決定された時間間隔の後に、
両２進カウンタ１６８及び１７０をリセツトする
ように働く。その後、流体計量装置からの所望の
流体投与率を表わすリード１６４のRATEパル
ス列が、このRATEパルス列の周波数の関数と
してカウンタ１６８の一連の出力段を介して該カ
ウンタ１６８のタイミングをとる。カウンタ１６
８のQ₀−Q₃出力は高レベル値と低レベル値との
種々の組合わせで順次に切換えられ、RESETパ
ルス後にカウンタ１６８に到達するRATEパル
スの２進カウントが作られる。即ち、最初の
RATEパルスはカウンタ１６８のQ₀出力を高レ
ベルに切換えて0001の２進カウントを形成し、第
２のRATEパルスはカウンタ１６８のQ₁出力を
高レベルに切換えて0010の２進カウントを形成
し、第３のRATEパルスはカウント１６８のQ₀
及びQ₁出力の両方を高レベルに切換えて0011の
２進カウントを形成し、………というようにされ
る。２進カウンタ１７０のQ₀−Q₃出力にもリー
ド１２６のFLAGパルス列に応答して同様の２進
カウントが現われる。FIAGパルス列は流体計量
装置からの実際の流体投与率を表わしている。

最初の９個のRATEパルス中には、２進カウ
ンタ１６８のQ₁及びQ₃出力は前記したように高
レベル値と低レベル値との間で変わる。然し乍
ら、第10番目のRATEパルスまでは、即ちカウ
ンタ１６８が２進カウント1010に達するまでは、
Q₁及びQ₃出力が同時に高レベル値に切換れるこ
とはない。従つて各々の最初の９個のRATEパ
ルス中はナンドゲート１７１からの出力が高レベ
ルに保たれ、３入力ノアゲート１７４を作動不能
にし、ノアゲート１７４からノアゲート１８８へ
の信号は低レベルに保たれる。第４図の光断続モ
ジユール１２０からリード１２６に同時に到達す
るFLAGパルスも同様にカウンタリセツト後の第
10番目のFLAGパルスが現われるまで２進カウン
タ１７０のQ₁及びQ₃出力を高レベル値と低レベ
ル値との間で切換え、ナンドゲート１７２の出力
も高いレベルに保たれて３入力ノアゲート１７６
を作動不能にする。これにより生じるノアゲート
１７６からの低レベル出力は、ノアゲート１７４
からの上記低レベル出力とでもつて、ノアゲート
１８８を高レベルにし、エラーラツチ１９０のセ
ツト作動を防止する。

第10番目のRATEパルスが２進カウンタ１６
８のタイミングをとる時には、ナンドゲート１７
１が低レベルにされ、ノアゲート１７４への作動
不能化入力を取り去る。これと同時に、リセツト
回路の１７８のナンドゲート１８０の出力が高レ
ベルに変わつて別のリセツトパルスRESETを発
生させる。リセツト回路にはRC遅延回路１８２
があるので、このRESETパルスは或る短時間は
２進カウンタ１６８及び１７０へ到達しないよう
にされる。この短時間中に２進カウンタ１７０の
状態が監視される。少なくとも８個のFLAGパル
スがリード１２６に現われたとすれば、カウンタ
１７０のQ₃出力は高レベルとなり、ノアゲート
１７４はナンドゲート１７１から低レベル出力が
あつても作動不能に保たれる。ノアゲート１８８
からの高レベル出力はエラーラツチ１９０のセツ
ト作動を阻止し、エラーラツチのＱ出力を低レベ
ルに保つ。一方、モータ又はマイクロプロセツサ
の故障によつて主ステツプモータ７４の作動速度
が著しく下つた場合には、カウンタ１７０に達す
るFLAGパルスが８個未満となり、そのQ₃出力
は低レベルに保たれる。従つてノアゲート１７４
は高レベルとなり、ノアゲート１８８の出力を低
レベルにし、エラーラツチ１９０から高レベルの
Ｑ出力を発生させ、これはリード１９４を経て電
力制御装置４２の電圧調整器（図示せず）へ送ら
れる。モータ速度の低下ひいては潜在的に危険な
流体過少投与状態を表わす警報信号として働くエ
ラーラツチからのこの高レベルＱにより、高圧調
整器は主ステツプモータ７４への出力電圧をゼロ
にする。このゼロ電圧出力により当然ステツプモ
ータ７４が停止され、流体計量装置２からの流体
投与が停止される。所望なるば、マイクロプロセ
ツサ９２はリード１９４を監視して、エラーラツ
チ１９０のＱ出力が高レベルの時にエラーコード
を発生することができる。この高レベルのＱ警報
信号は可聴又は可視警報回路（図示せず）をトリ
ガさせて、流体計量装置のオペレータに過少投与
状態の存在を知らせることもできる。

流体過剰投与状態が存在する場合には、２進カ
ウンタ１７０に到達するFLAGパルスの周波数
が、２進カウンタ１６８に到達するRATEパル
スよりも大きくなる。従つて、カウンタ１７０の
方が最初に２進10カウントに達し、ナンドゲート
１７２の出力を低レベルにし、リセツト回路１７
８から遅延RESETパルスを発生させる。この時
にはカウンタ１６８のQ₃出力が高レベルとなつ
て少なくとも２進８カウントの入力RATEパル
スを指示しない限り、３入力ノアゲート１７６が
高レベルに変つてノアゲート１８８の出力を低レ
ベルにする。その後エラーラツチ１９０は高レベ
ルのＱを出力し、前記したように警報信号を与え
る。

RC遅延回路１８２の時定数によつて定められ
た短時間の後に、２進カウンタ１６８及び１７０
は、ナンドゲート１７１又は１７２のいずれかか
らの低レベル出力に応答して発生されたRESET
パルスによつてリセツトされる。又、この
RESETパルスはリセツト作動中に３入力ノアゲ
ート１７４及び１７６を作動不能にし、エラーラ
ツチ１９０の疑似トリツプ作動を防止する。次い
で、FLAGパルス及びRATEパルスの両方の２
進カウントが再開され、FLAGパルスカウントと
RATEパルスカウントとの比が0.8より下がるか
又は1.25より大きくなつた時、即ちこの比が８／
10ないし10／８の範囲内にない時にはエラーラツ
チ１９０からの別の高レベルＱの出力がリード１
９４に現われる。もちろん、FLAGパルス又は
RATEパルスがこの特定の８対10の比以上に互
いに遅れない限り、即ち実際の流体投与率が所望
の流体投与率から所定範囲以上ずれない限り、警
報信号は発生されない。

マイクロプロセツサ９２（第６図には示さず）
は、流体計量装置２が使用中でない時に比較手段
１６６の精度をテストするために流体過剰投与状
態又は過少投与状態を模擬するように設計されて
いる。流体過剰投与状態が模擬される場合には、
リード１９６がマイクロプロセツサによつて低レ
ベルにされ、この際にインバータ１９８は各率乗
算器１３６，１３８及び１４０のセツトピンに高
レベル信号を供給し、率乗算器の作動を停止させ
る。これと同時に、リード１９６の低レベル信号
はリード１９９を経てカウンタ１４８及び１６２
の作動も停止させる。カウンタ１６２からの
RATEパルス列は実際上止み、比較手段１６６
の２進カウンタ１６８の作動を停止させる。主ス
テツプモータ７４（第６図は示さず）は第４図に
ついて述べた光断続モジユール１２０と円板１１
６のスロツト１１８とが整列されるまで回転され
る。光断続モジユールのLED１２２はマイクロ
プロセツサにより任意の高い値で付勢されて
FLAGパルス列を発生する。このFLGAパルスは
比較手段１６６のカウンタ１７０のタイミングを
とり、Q₁及びQ₃出力を発生させ、第10番目の
FLGAパルスの後にナンドゲート１７２の出力を
低レベルにさせる。然し乍ら、RATEパルスは
発生されていないので、ナンドゲート１７２の出
力が低レベルに変つた時にカウンタ１６８のQ₃
出力は低レベルのまゝである。かくて流体過剰投
与状態が模擬され、３入力ノアゲート１７４の出
力は高レベルに変わつて、ノアゲート１８８の出
力を低レベルにし、エラーラツチ１９０をトリツ
プさせてリード１９４に警報信号を発生させるは
ずである。警報信号が現われない場合は、比較手
段１６６の故障が指示され、マイクロプロセツサ
９２内のRAM（図示せず）のような独立した記
憶装置を用いてこの事実が記録される。モータ制
御装置の通常の作動が再開された時には、この故
障データがRAMから読み出され、これを用いて
可聴又は可視警報器がトリガされる。

流体過少投与状態は、リード１９６の信号を高
レベルに保持する一方ステツプモータ７４を静止
状態に保持して光電検出器１２４からの出力のパ
ルスを阻止することによつて模擬される。従つて
率乗算器１３６−１４０及びカウンタ１４８，１
６２からのRATEパルスは通常通りに比較手段
１６６に連続的に送られるが、光学断続モジユー
ルからのFLAGパルスは送られない。比較手段の
その後の作動により過少投与模擬状態を表わす警
報信号が発生されるはずである。というのは、カ
ウンタ１６８の２進カウントが10になつた時に２
進カウンタ１７０のQ₃出力が低レベルのまゝと
なり、エラーラツチ１９０をトリツプさせて、前
記したようにリード１９４に警報信号を発生させ
るからである。この場合も、もし警報信号が現わ
れなければ、これは比較手段の故障を指示し、こ
のような故障を示すデータは後で使用するように
マイクロプロセツサによつて記憶することができ
る。

マイクロプロセツサ自体の作動は第２のハード
ウエア比較手段２００で監視される。このハード
ウエア比較手段２００は構造及び機能の両方の点
で暴走用比較手段１６８と同じであり、１対のナ
ンドゲート２０６，２０８を駆動するように各々
接続された１対の多段２進カウンタ２０２，２０
４を備えている。ナンドゲート２０６，２０８は
カウンタ２０２及び２０４の２進カウント間の比
較に応じて３入力ノアゲート２１０，２１２を
各々作動させる。ナンドゲート２１６、RC遅延
回路２１８及び直列インバータ２２０，２２２を
含むリセツト回路２１４は各々の10カウントシー
ケンスの終りに２進カウンタ２０２及び２０４を
リセツトするように接続される。ノアゲート２１
０及び２１２に接続されたノアゲート２２４は、
カウンタ２０２に蓄積された２進カウントと、カ
ウンタ２０４に蓄積された２進カウントとの比が
所定の８／10ないし10／８範囲に入らない時にリ
ード２２６に低レベル信号を供給する。カウンタ
２２８はカウンタ１３２からのリード２３０の信
号によつてタイミングがとられ、例えば195Hzの
周波数を有する独立したクロツク信号を発生す
る。この独立したクロツク信号はリード２３２を
経て２進カウンタ２０２のクロツク入力に送ら
れ、一方、この独立したクロツク信号と同じ195
Hzの周波数を有するのが最適であるマイクロプロ
セツサからの一定周波数信号はリード２３４を経
て２進カウンタ２０４のクロツク入力に送られ
る。マイクロプロセツサが適切に機能している限
り、信号クロツクカウンタ２０４の周波数はハー
ドウエア比較回路２００によりセツトされた範囲
内でこの独立したクロツク信号を追従するはずで
あり、従つてノアゲート２２４の出力は高レベル
に保たれるはずである。一方、マイクロプロセツ
サの或るハードウエア故障が生じたり、又はマイ
クロプロセツサのソフトウエアに或るプログラミ
ングエラーが存在する場合には、マイクロプロセ
ツサの作動は、一般に、一定周波数信号クロツク
カウンタ２０４の周波数が、ノアゲート２２４の
出力を低レべルさせるに要する点を越えて増加又
は減少するような状態となる。ノアゲートのこの
低レベル出力を用いて、マイクロプロセツサをリ
セツトしたり警報器を作動させたりするといつた
モータ制御装置の保護的な処置を開始させること
ができる。

第６図の第１又は第２の比較手段１６６又は２
００として使用するのに適した比較手段の別の実
施例が第７図に示されている。この比較手段２３
８は１対の多段２進カウンタ２４０，２４２を備
えており、これらカウンタは、第６図の暴走用比
較手段１６６に代つてこの比較手段２３８を用い
た時には、RFTEパルス列及びFLAGパルス列に
よつて各々タイミングがとられる。両２進カウン
タ２４０，２４２は少なくとも４つの出力段Q₀
〜Q₃を有しており、各カウンタのQ₂及びQ₃出力
は１対のアンドゲート２４４，２４６のうちの関
連ゲートに接続されている。更に、各２進カウン
タからのQ₃出力はナンドゲート２４８の一方の
入力に接続される。アンドゲート２４４，２４６
の出力は３入力ノアゲート２５０に接続される。
このノアゲート５５０はリセツト回路２５２及び
インバータ２５４を駆動するように接続され、イ
ンバータ２５４はJKフリツプ−フロツプ２５６
のクロツク入力に接続される。このリセツト回路
２５２はRC遅延回路２５８及びインバータ２６
０を備えている。フリツプ−フロツプ２５６のＪ
入力はナンドゲート２４８によつて信号供給され
る。比較手段２３８の回路はリード２６２によつ
て完成され、このリードは流体計量装置２のカセ
ツト１６（第７図には示さず）が計量装置制御ユ
ニツト４（第７図には示さず）に最初に挿入され
た時に３入力ノアゲート２５０の第３入力及びフ
リツプ−フロツプ２５６のリセツト入力の両方に
リセツトパルスを供給する。

第７図の比較手段２３８の作動は第６図の比較
手段１６６及び２００の作動と一般的に同様に行
なわれる。前記したように計量装置制御ユニツト
にカセツトを挿入すると、カセツトスイツチから
のパルスがリード２６２に送られ、このパルスは
フリツプ−フロツプ２５６をリセツトすると共に
ノアゲート２５０の出力を瞬間的に低レベルに切
換え、インバータ２６０にリセツトパルス
RESETを発生させる。このRESETパルスは２
進カウンタ２４０及び２４２をクリヤさせる。そ
の後、到来するRATEパルス及びFLAGパルス
が各々カウンタのタイミングをとり、やがて一方
又は他方のカウンタが２進カウント12（1100）に
達すると、そのカウンタのQ₂及びQ₃出力が同時
に高レベルになる。これに関連したアンドゲート
２４４又は２４６も同様に高レベルとなつて、ノ
アゲート２５０を出力を低レベルにし、インバー
タ２５４の出力を高レベルにしてフリツプ−フロ
ツプ２５６にクロツクパルスを与えると共に、リ
セツト回路２５２からRESETパルスを発生さ
せ、これはRC遅延回路２５８により決定された
時間の後に比較手段をリセツトさせる。ノアゲー
ト２５０が低レベルにされた時点で、他方の２進
カウンタのカウントが少なくとも８（1000）に達
している場合には、そのQ₃出力が高レベルとな
り、ナンドゲート２４８に“アンド”状態が現わ
れる。これにより生じるナンドゲート２４８から
の低レベル出力はフリツプ−フロツプ２５６のＪ
入力に送られ、このフリツプ−フロツプにクロツ
クパルスが与えられた時に低レベルの対応Ｑ出力
を発生し、RATEパルスとFLAGパルスとの比
が許容できるものであることを指示する。２進カ
ウンタ２４０及び２４２のQ₂及びQ₃出力段はこ
こでは入力パルス列のカウントを置数するのに用
いられるので、この比は８／12即ち２／３であ
り、第６図の８／10の比ではない。もちろん、一
方のカウンタが12に達した時まで他方の２進カウ
ンタ２４０又は２４２が少なくとも８のカウント
に達していない場合には、カウントの遅い方のカ
ウンタからの低レベルQ₃出力によりナンドゲー
ト２４８から高レベル信号が発生されてフリツプ
−フロツプ２５６のＪ入力に送られるが、これは
このフリプ−フロツプにクロツクパルスが与えら
れた時である。この時、フリツプ−フロツプから
の高レベルの対応Ｑ出力は、最適即ち所望の主ス
テツプモータ速度からの実際の主ステツプモータ
速度のずれが許容できないものであることを指示
するように働く。このＱ出力はフリツプ−フロツ
プ２５６からリード２６４を経て取り出され、流
体過剰投与又は過少投与状態の警報が発せられ
る。所望ならば、フリツプ−フロツプ２５６から
リード２６６を経て出力を取り出して、これが
マイクロプロセツサによつて第２の制御信号又は
指示信号として用いられてもよい。

第８図は第６図の比較手段２００の更に別の実
施例を示しており、この場合は、比較手段のリー
ド２６２にオアゲート２６８が挿入されている。
このオアゲート２６８には、リード２７０を経て
リセツト回路２５２の出力も送られる。２進カウ
ンタ２４０又は２４２のいずれかが24カウントに
達した時に生じるRESETパルスはフリツプ−フ
ロツプ２５６をリセツトし、これにより２進カウ
ンタのリセツト作動中にフリツプ−プロツプの擬
似トリツプが防止されることが明らかであろう。

以上、本発明の幾つかの好ましい実施例を説明
した。本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、上
記のポンプモータ暴走防止回路に対して種々の変
更がなされ得ることが当業者に明らかであろう。
例えば、ポンプモータ暴走防止回路は、連続形態
ではなくて往復形態で回転する主ステツプモータ
に用いるようにされてもよい。即ち、第１図ない
し第３図の主ステツプモータ７４は、前方の増分
ステツプをたどつてカム７６を回転すると共にプ
ランジヤ７２の下降ストロークを行ない、一方半
回転の位置でモータの方向を逆転してモータがそ
れまでにたどつた増分ステツプ位置を逆にたどら
せることによりプランジヤの上方ストロークを行
なうように構成することができる。この往復モー
タ構成では、円板１１６のスロツト１１８が各１
回のポンピングサイクル中にLED１１２及び光
電検出器１２４に２回整列し、これにより光断続
モジユール１２０からのFLAGパルスはポンピン
グサイクルの頻度の２倍の周波数で生じる。ポン
プモータ暴走防止回路の率乗算器１３６−１４０
又は第１及び第２カウンタ１４８，１６２のいず
れかを適当に調整することにより、２倍の周波数
のFLAGパルスに匹適する周波数を有した
RATEパルス列が作り出される。

本発明のポンプモータ暴走防止回路に対しその
他の変更も当業者に明らかであろうが、これらの
変更は全て特許請求の範囲内に包含されるものと
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の非経口流体投与装置の斜視
図、第２図は第１図の非経口流体投与装置に用い
られるポンプカセツト、弁ステツプモータ及び主
ステツプモータの断面図、第３図は第２図の弁ス
テツプモータ及び主ステツプモータの作動を制御
するモータ制御装置を示す回路図、第４図は本発
明のポンプモータ暴走防止回路を示す回路図、第
５図は第２図に示された主ステツプモータの回転
数即ち速度を測定する電気機械的な手段を示す
図、第６図は第４図の暴走防止回路の専用ハード
ウエアを示す詳細回路図、第７図は第６図のポン
プモータ暴走防止回路に用いる比較回路の別の実
施例を示す図、そして第８図は第６図のポンプモ
ータ暴走防止回路に用いる比較回路の第３の実施
例を示す図である。 ２……流体計量装置、４……制御ユニツト、６
……流体導入コンジツト、８……流体容器、１
０，１２……管、１４……流体放出コンジツト、
１６……中空カセツト構造体、１８……ポンプ
室、２０……ダイヤフラム、２２……導入ポー
ト、２４……流路、２６……ガス阻止コンジツ
ト、２８……ガス保留室、３２……弁アクチユエ
ータ、３４……弁ステツプモータ、３６，３８…
…カム及びシヤフト機構、４２……電力制御装
置、４４……交流電源、４６……バツテリ電源、
４８……モータ制御装置、５０……弁座、５２…
…バネ、５４……ボス、５６……カム面、５８…
…放出ポート、６２……ボール型逆止弁、６４…
…バネ、６６……弁座、６８……突起、７２……
プランジヤ、７４……主ステツプモータ、７６，
７８……カム及びシヤフト機構、８４……カム
面、９２……マイクロプロセツサ、９６……リー
ドオンリメモリ、１０４……ポンプモータ暴走防
止回路、１０８……計算手段、１１０……感知手
段、１１２……比較手段、１１４……エラーラツ
チ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体計量装置から流体を投与するための動力
   を与えるように回転するモータの速度を監視し、
   流体投与率が所望量を越えて変化しないようにす
   るために、実際のモータの速度が所望のモータ速
   度から所定量を越えてずれた時を判定する装置に
   おいて、 実際のモータの速度を表す第１の信号を発生す
   る第１信号発生手段と、 前記所望のモータ速度を表す第２の信号を発生
   する第２信号発生手段と、 前記第１の信号および第２の信号を受けてこれ
   ら第１の信号と第２の信号とを互いに比較して、
   前記第１の信号と前記第２の信号との比が所定の
   範囲外となるときに第１の警報信号を与える比較
   手段と、 前記第２信号発生手段によつて示される前記所
   望のモータ速度から実質的に異なる実際のモータ
   の速度を表す第１の信号を前記第１信号発生手段
   が発生するように、周期的間隔にて動作しうる監
   視手段と、 該監視手段の動作の前記周期的間隔中に前記比
   較手段が前記第１の警報信号を発生しないときに
   第２の警報信号を与える手段と を備えることを特徴とする装置。