JPS6013498A - 蠕動ポンプの駆動モ−タ−を制御する方法と装置 - 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】 本発明は、駆動ポンプのｒｊｈ作特性の改良に関し、さ
らに詳しく言えば、ポンプ駆動モーターの動作を調節す
ることにより傾動ポンプの動作時１ノ１゜を改良するこ
とに関する。本発明はとくに医療用のｔＩ動式ンｉ人ポ
ンプの動作を改良することを志向したものであるが、流
動の容積精度と安全性また【ｊ、均一性が重要な要求条
件であるその伯の傾動ポンプにも本発明を適用すること
ができる。

輸動ボンピング作用は医療用注入ポンプに使用づ゛るの
にどくに適している。なぜなら、傾動式ボンピング動作
は流体吐出しチューブに外部から作用するので、チュー
ブ内の注入液のため持続しなＩすればならない無菌状態
に悪影費を及ぼすことが７５− Ｑ いからである。さらに、１本の１．Ｖ、セットの吐出チ
ューブ上の任意の個所にボンピング作用をＪうえること
かできるので、容積型注入ポンプの多くのものに使用さ
れているようなカセット・タイプの特殊で高価なＩ　、
Ｖ、セットの必要性をなくすことができる。

いろいろなタイプの輸動ポンプが使用されているが、も
つとも単純で、もつとも信頼することができ、しかもも
つとも安価なものは回転作用にもとづくものである。複
数のローラーを備えたロータリ・ポンプ・ヘッドは回転
して、ローラーを順順に吐出チューブに係合させ、吐出
チューブに沿って流体を圧送するよう構成されている。

このタイプの回転式ポンプ機構はよく知られている。

回転式端軸ポンプにみられる主な問題は、流体の吐出が
一連のパルスまたは衝撃により生じ、その頻度が連続し
たローラーが吐出チューブと接触する頻度に等しいこと
である。この流動態様は従来公知の駆動ポンプに固有の
ものである。このため、ポンプ・サイクルの間、広い流
看範囲にわた　６− つて流体が供給さね、イ）ようになるので、このような
態様は供給割合が一定であることが１つの要求東件であ
ると１−入夫には採用することかできない。

さらに、流量が連続的に変化するので、一定の割合で流
体を吐出するよう設計さ、＋１でいるフィー　ドパツク
制イ叶／ステムが不安定になるおそれがある。

回転式駆動ポンプのポンプ・ヘッドを駆動するため使用
されている装置の１つはステッピング・モーターである
。なぜなら、このようなステッピング・モーターは、単
純なキャレス式直接駆動伝動機構を使用して広い範囲の
回転速度を提供することができるからである。ステッピ
ング・モーターを回わすために使用されるディジタル・
システムＧ主ポンピング性能の精度を維持するためフィ
ードバック・ループ・システムといっしょに使用さね、
ろ電子式モーター速度制御回路に好適している。

ポンプから吐出される流体の流動態様をモニターするた
め、ステッピング・モーターにより１駆動される代表的
な回転式嬬勅ボンゾ装＃につぃて実施された試験の結果
、各ローラーが吐出チューブと接触している間、モータ
ーの２６のステップについて一定の流量が吐出チューブ
にわたって持続され、これにすぐ続いて連続した１４の
モーター・ステップが実施され、このステップの間、下
流に向かう方向または正の方向にはいっさい流動がみら
れないことが明らかにされている。このような休止期間
にわたって負の流動が生じる傾向がみられることがしば
しばである。このことは、通常の動作ではポンプは使ｊ
羽時間の％にわたり流体をいっさい吐出せず、ｔまぼ匙
にわたって平均流量より５０％大きい割合で流体を吐出
することを意味している。

本発明の目的は、従来の駆動ポンプに付随する上述の問
題を解消するとともに、このようなポンプの動作サイク
ルのわたって一定した流量を確保することができるよう
ポンプ駆動モーターを制御することである。

上記の目的を達成するため、ＩＳ動ポンプの駆動モータ
ーを制御する装置であって、調節可能な駆動信号をモニ
ターに供給する調節手段と、所定のポンピング率でポン
プを駆動するようモーターが使用さ旧５るよう調節手段
を制御する処理手段と、ポンプ・ヘッドの所定の連続し
た位置を検出する検知手段とより成り、前記処理手段が
検知手段に応答してポンプ・ヘッドの所定の連続した位
置それぞれを検知し、連続した位置それぞれを検出した
あと所定の期間のあいだ、モーターの速度を増大させる
よう調節手段を調節し、しかるのち、ポンプ・ヘッドの
所定の連続した位置のうち次の位置を検出するまで、所
定のポンピング率でモーターを使用するよう処理手段が
調節手段をリセットするよう構成された制御装置が本発
明に従がって提案されたのである。したがって、本発明
によれば、駆７Ｊｌｂモーターは、流体の流動が生じな
いときあるいは減少した流体の流動が生じたとき、休止
期間に対応した期間のあいだより迅速に回転するよう構
成されているので、ポンプは従来より大きい一定の流量
または均一な流量で流体を供給するよう機能する。

本発明は、駆動ポンプのステッピング・モータ　９− 一の駆動を制御するのにとくに適している。このように
本発明を適用するにさいし、調節手段は調節可能なパル
ス率で駆動パルスをステッピング・モーターに供給する
ノ々ルス・カウンターを備えている。処理手段はモータ
ーの速度が所定のポンピング率に常時対応するようカウ
ンターのセツティングを制御する。処理手段は、検知手
段に応答してポンプ・ヘッドの所定の連続した位置それ
ぞれを検出して、流動体止期間の開始に対応し、モータ
ーの所定のステップ数にあわせて、駆動パルス率、した
がってモーター速度を調節するよう構成されている。し
かるのち、処理手段は、連続した位置のうち次の位置を
検出するまで、所定のポンピング率でモーターを回わす
ようカウンターをリセットする。流動が常時ポンプによ
り持続されている期間のあいだ、たとえば、１つのステ
ップに相当した時間内に多数のステップをカバーするよ
うこれらのステップにわたつ、て迅速にインデックスを
行なうためステッピング・モーターを構成することによ
り、全運転サイクルにわたり一定の割−１〇− 合で吐出を行なうようポンプを使用することができる。

このようにモーターを迅速にインデックスすルコトある
いは°゛スキツピング″′ることは各ローラーの通過と
関連した休止期間の開始時に行なわなければならないが
、検知手段によりこの迅速インデツキシングまたはスキ
ッピングを実施することがでとる。

本発明によれば、ステッピング・モーターの動作ヲモニ
ターしてステッピング・モーターが過負荷になったとき
あるいは停止したとき、この状態を検出することが可能
である。ステッピング・モーターは、一連の運転シーケ
ンスとスキップ・シーケンスに従って動作するよう構成
されており、これらのシーケンスそれぞれはモーターの
所定のステップ数にわたって実施されるようになってい
る。したがって、検知手段により検出されるポンプ・ヘ
ット゛の各連続した位置の間に一定数のモーター・ステ
ップが存在しており、もしモーターが駆動パルスと同期
状態で動作している場合、この状態は検知手段により発
信された信号の間の一致を検知することにより、ポンプ
・ヘッドの連続した検知位置の間で一定のモーター・ス
テップ数に対応した数の駆動ノ々ルスを送り出したとぎ
、もしこのような一致がみられない場合、ポンプは過負
荷であるかまたは停止しているので、警報状態が呼びだ
される。

本発明は、回転式情動ポンプを制御しながら流体の容器
から流体が分配される本発明者らの先願の特許出願ＥＰ
−Ａ−０１００６８２号に記載されているような流動制
御装置に採用してもよい。このような装置では、処理手
段はまた所要の流量を選択する選択手段と流体が容器か
ら分配されるに従がって流体容器の重量が減少すること
をモニターする重量検知手段に応答するよう構成されて
いる。処理手段は選択された流量を重量検知装置から供
給された重量減少信号にもとづく実際の流量データーと
比較し、調節手段を制御して、実際の流量が選択された
流量に近づくかまたはこれと合致するよう　。

ポンプ・モーターの速度を調節する。

以下、本発明を図解した添句図面を参照しながら本発明
の詳細な説明才ろ。

除付図面の第１図を参照すれば、参照数字１は回転式輸
動ポンプのポンプ・ヘッド２を駆動するよう接続された
ステッピング・モーターを表わす。

このポンプ・ヘッド２は複数のローラー６を備えており
、該ローラー６はチューブ・ホルダー（図示せず）によ
りポンプ・ヘッドと係合するようにされた吐出チューブ
と連続的に係合しながら回転するよう配置されているの
で、ポンプ・ヘッドの回転に伴ない輸動性作用により吐
出チューブに清って流体が圧送される。このような駆動
ポンプの構造は公知であって、本発明の一部分をなすも
のでないので、詳しく説明することを省略する。ステッ
ピング・モーターは、たとえば、１ステツプが１８度の
４相モーター、すなわち、１回転当り２００ステツプを
有する４相モーターである。一連の駆動ノξルスが、従
来公知の位相シーケンサ−と、駆動ロンツク回路４と、
駆動増幅器５をへてモーターに供給されるようになって
いる。

ステッピング・モーターの制御回路は、集中処−］　３
− 環ユニット６、好適には、たとえば、アドレス・ブス８
をへて（メモリまたはＲＯＭだけを読む）プログラム・
メモリ７をアクセスさせるよう構成されたＲＣＡ社が型
式番号ＣＤＰ　１８０６　Ａｃｅの名前で市販している
８ビツト・マイクロプロセッサ−のごとキマイクロプロ
セッサーを備えている。ｉ！！センサー９はポンプによ
る制御をうけながら流体を分配する流体容器（図示せず
）の重量をモニターするとともに、流体を分配するにし
たがって生じる容器の重量の減少に対応した重量信号を
発信する。

これらの重量信号は実際の流量を識別するデーターヲ作
るマイクロプロセッサ−６により処理される。マイクロ
プロセッサ−６とプログラム・メモリ７と重量センサー
９は制御ブス１０とデーター・ブス１１を介し互に接続
されている。これらの構成要素の配置は前記の特許願Ｅ
Ｐ−Ａ−０１００６８２号に記載されているシステムの
電子式流量制御回路に類似している。

一連のタイミング・パルスがマイクロプロセッサ−６に
接続された水晶発信器１２から供給され１４− て、一定の割合でパルスを供給するクロック・デバイダ
−１３を・＼てプリセット可能な２連１６ビツト２進ダ
ウンカウンタ−１４に伝達される。このダウンカウンタ
−１４のうちの１つの１６ビツト・カウンター１５はス
テッピング・モーターの位相シーケンザーと駆動ロジッ
クに駆動ノ々ルスを供給するよう接続されており、一方
、他方の１６ヒツト・カウンターはスキップ速度と通常
の運転スピードで運転されるステッピング・モーターの
ステップの数を制御する２つの８ビツト・ダウンツノウ
タ−１６と１７に分離されている。カラター１５は異な
った繰返し率でモーター駆動パルス列ヲ作って、ステッ
ピング・モーターの回転速度ヲ調節する可変パルス・デ
バイダ−として使用される。カウンター１５，１６．１
７は制御ブス１０とデーター・ブス１１を介して接続さ
れているマイクロプロにより制御される。

回転式ポンプ・ヘッド２の回転位置を検出する光学セン
サー１８がポンプ・ヘッド２と連係されている。光学セ
ンサー１８はローラー６それぞれのヌキラド期間の開始
に対応した所定位置でポンプ・ヘッド２のまわりに等間
隔に配置されている複数のインデックス・マーク１９を
検知する。センサー１８がインデックス・マーク１９を
検知すると、センサー１８はライン２０と制御ブス２０
をへてマイクロプロセッサ−６に割込み信号を送信する
。

以下、第２図に示されているフローチャートを参照しな
がらポンプの動作について説明する。所要のポンピング
率がまず選択され、選択されたポンピング率を識別する
データーがマイクロプロセッサ−６に人力される。マイ
クロプロセッサ−６はこのデーターを記憶し、選択され
た流量をプログラム・メモリ７に伝達するためステッピ
ング・モーター１が回転しなげればならない初期速度を
決定する。初期モーター・七ツテイング速度をプログラ
ム・メモリから呼びだすと、初期モーター速度ラッチ（
１ＭＳランチ）がセットされ、マイク　。

ロプロセッサーはこのモーター速度情ｍ　ヲテーター・
バス１１に負荷し、次のステップで速度カウンター制御
レジスターを負荷するに先たちモーター速度カウンター
１５のバッファ・レジタ−をプリセットし、所要の速度
を与えるとともに、カウンターを使用可能とする。ポン
ピングが始まると、カウンター１５は所要のノ々ルス率
で一連のパルスを位相シーケンサ−と駆動ロジック４に
供給し、選択されたポンピング率に対応した速度でモー
ター１を駆動する。

ポンピングが進行している間、マイクロプロセッサ−６
は重量センサー９からデーターを受け取り、このデータ
ーを処理して、実際の流量を識別するデーターを作る。

マイクロプロセッサ−６はこのデーターを選択された流
量データーと比較し、プログラム・メモリ７にアクセス
するので、データーがカウンター１５に供給され、実際
のポンピング率が選択されたポンピング率に近づくよう
モーター速度を調節する。モーター速度の補正を必要と
する場合、１ＭＳランチがリセットされ、初期モーター
のセツティングのときと同様、次の増分でこのカウンタ
ーの制御レジスターに負荷するに一］　７− 先だちカウンター１５のバッファ・レジスターに新しい
モーター速度データーがプリセットされる。

モーター１が始動すると、マイクロプロセッター６ば１
ＭＳランチに問い合わせし、ＩＭＳランチカセットされ
ていることを検出すると、運転カウンター１７のバッフ
ァ・レジスターにだけモーターが通常の運転速度で使用
されるステップの数に対応したカウントを付加する。し
かるのち、このカウントは運転カウンターの制御レジス
ターに負荷されて、運転カウンターを使用可能とする。

モーターが回転するにしたがって、運転カウンターはカ
ウンター１５から伝達されたモーター駆動ノξルスによ
りカウントダウンされる。モーターの運転ステップの数
は通常の動作が行なわれるスキップ・ステップを上回わ
るので、センサー１８は、カウントダウンの間、ポンプ
・ヘッドに設けられたインデックス・マーク１９を検出
し、割込み信号がライン２０上に現われ、センサー１８
をラッチ状態にセットする。センサー１８がインデック
ス・マーク１９を検出するたびに、割込み信号がセー１
８＝ ンサー１８を標識状態にセットする。モーターが始動す
ると、センザー標識がセットされていることをマイクロ
プロセンサーが検出するまで、マイクロプロセンサーは
センザー標識を繰り返し問い合わせする。しかるのち、
センサー・ラッチがセットされ、制御状態はメイン・プ
ログラムに戻る。

センサー・ラッチがセットされると、運転カウンター・
ゼロ割込み信号がマイクロプロセッサ−のメイン・プロ
グラムから供給される。メイン・プログラムにもとづい
てマイクロプロセンサーが割込み信号を受［８すると、
スキップ・カウンター１６と運転カウンター１７０制御
レジスターに負荷するに先だち、これらのカウンターの
バッファ・レジスターに所定のスキップ・カウントと運
転カウントが負荷されろ。通常の運転カウントが終ると
、運転カウンター１７は上述のゼロ割込み信号を作成す
る。この割込み信号が、ポンプ・ヘッド上のインデック
ス・マーク１９を検知したとき、センサー１８により作
成される割込み信号と同期状態である場合、モーターは
正しく動作している。もしそうでない場合は、メイン・
プログラムはポンプ・ヘッド停止警報装置を呼びだして
使用し、モーターを停止させる。１．ＭＳラッチがすセ
ットされていることを検出して、ポンプが運転されてい
る間、−１クロプロセツサー６がモーター速）νの補正
を行なうと、マイクロプロセッサ−はスキップ・カウン
ター１６と運転カウンター１７のバッファ・レジスター
が所定のスキップ・カウントと運転カウントで負荷され
ている状態に保持する。

センサー１８がボ′ンプ・ヘッド」二のインデックス・
マーク１９を検出するとともに、スキップ・シーケンス
が始まらなければならない位置を検出すると、センサー
１８から発信された割込み信号がマイクロプロセッサ−
に発信されて、モーター速Ｕカウンター１５のカウント
が高位のスキップ率にあった所要の値にリセットされ、
スキップ・カウンター１６により決定されたモーター・
ステップの数にあったスキップ率でモーター駆動パルス
が供給される。最小可能な時間内にスキップ・シーケン
スを完成することが望ましいので、このスキップ・シー
ケンスの間のステップ率はモーターが使用されるもつと
も早い割合、すなわち、毎分５００ステツプのオーダー
のステップ率に固定される。スキップ・カウンター１６
により制御される所定数のモーター・ステップのあと、
マイクロプロセンサーは選択・された低い流敏を確保す
るために必要と判定された通常の運転値にモーター速度
カウンター１５のレジスターをプリセットし、次の割込
み信号がセンサー１８から発信されて、この状態が運転
カウンター１７がゼロになったとき、発信されたゼロ割
込み信号と同期状態になっていることをチェックするま
で、運転カウンター１７により設定されたステップの数
にあったこの低位の運転速度でモーター１が駆動される
。しかるのち、上述の動作のシーケンスが繰り返えされ
る。

特定の実施例について本発明を説明したが、特許請求の
範囲により限定されている本発明の精神と範囲を逸脱し
ない限り、本発明に適宜変更を加えてさしつかえないこ
とはいうまでもない。

２１−

【図面の簡単な説明】

第１図（・土、本発明が適用された回転式情動ポンプの
１駆動ロジツクと制御回路を概念的に図解した説明図。 第２図は、ステッピング・モーターがスキップ動作する
さい集中処理ユニットにより実施されるロジック段階と
動作を図解したフローチャート。 １・・・ステッピング・モーター、２・・・ポンプ・ヘ
ッド、６・・・ローラー、４・・・駆動ロジック回路、
５・・・駆動増幅器、６・・・中央処理ユニット、７・
・・プログラム・メモリ、８・・・アドレス・ブス、９
・・・重量センサー、１Ｄ・・・制御ブス、１１・・・
データー・ブス、１２・・・水晶発信器、１６・・・ク
ロック・デバイダ−１１４，１６，１７・・・ダウンカ
ウンタ−１１５・・・カウンター、１８・・・光学セン
サー、１９・・・インデックス・マーク、２０・・・ラ
イン。 特許出願代理人 弁理士　山　崎　行　造 ２２− 手続ネ１１１丁■：書 昭和５９年　７月　２目 特許庁長官　殿 １　事件の表示 昭和５９年特許願第９００７３号 ２　発明の名称 螺動ポンプの駆動：［−ターを制御１“る方法と装置３
　補正をする者 事件との関係　出願人 名　称　ペリトロニク・メディカル・インダストリーズ
・ビーエルシー ４代理人 住　所　東京都千代川区永田町１丁目１１番２８月６　
補正の対象 ４９０−

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動ポンプの駆動モーターを制御する装置であっ
   て、調節可能な駆動信号をモーターに供給する調節手段
   と、所定のポンピング率で前記ポンプを駆動するための
   前記モーターが使用されるよう前記調節手段を制御する
   処理手段と、ポンプ・ヘッドの所定の連続した位置を検
   出する検知手段とより成り、前記処理手段が前記検知手
   段に応答して前記ポンプ・ヘッドの前記所定の連続した
   位置それぞれを検出し、該連続した位置それぞれを検出
   したあと所定のスキッド期間のあいだ、モーターの速度
   を増大させるよう前記調節手段を調節し、しかるのち、
   ポンプ・ヘッドの所定の連続した位置のうち次の位置を
   検出するまで、前記所定のポンピング率で前記モーター
   を使用するよう前記処理手段が前記調節手段をリセット
   することを特徴とする制御装置。
2. （２）　駆動ポンプのステッピング・モーターの駆動を
   制御する特許請求の範囲の第１項記載の制御装置であっ
   て、前記調節手段が所定のタイミング・パルス列に応答
   して前記ステッピング・モーターに駆動パルスを供給す
   るよう接続されたタイミング・パルスに応答する速度パ
   ルス・カウンティング手段を備えていて、前記処理手段
   が所定のポンピング率と増加したスキップ率に対応した
   繰返し率で駆動パルスを交互に供給するため前記パルス
   ・カウンティング手段を調節するようになっていること
   を特徴とする制御装置。
3. （３）特許請求の範囲の第２項記載の制御装置であって
   、前記モーターが前記ポンピング率とスキップ率で交互
   に使用されるステップ数を制御する運転パルス・カウン
   ティング手段とスキップ・パルス・カウンティング手段
   を備えていて、該運転パルス・カラ・ンテイング手段と
   スキップ・パルス・カウンティング手段が１１１記処理
   手段により制御されるとともに、前記速度カウンティン
   グ手段により供給されたパルスを駆動するよう応答する
   ことを特徴とする制御装置。
4. （４）・特許請求の範囲の第３項記載の制御装置であっ
   て、前記検知手段がポンプ・ヘッドの所定の連続位置を
   検出したとき、前記運転パルス・カウンティング手段と
   スキップ・パルス・カウンティング手段がセットされる
   とともに、スキップ・サイクルと運転サイクルそれぞれ
   が終ったとき信号を作るようにされており、ステッピン
   グ・モーターの正しい動作をモニターするため、前記処
   理手段が前記信号と前記ポンプ・ヘッドの所定の連続し
   た位置それぞれを検出する前記検知手段により作られた
   信号との間の同期状態を検出することを特徴とする制御
   装置。
5. （５）　輸動ポンプの駆動モーターを制御する方法であ
   って、下記の諸工程、すなわち、変更可能な駆動信号を
   前記ステッピング・モーターに供給することと、所定の
   ポンピング率で前記モーターがポンプを駆動するよう前
   記駆動信号を調節することと、ポンプ・ヘッドの所定の
   連続した位置を検出することと、該連続した位置そ油、
   ぞれを検出したあと所定のスキップ期間のあいだモータ
   ー速度を増大させるよう前記駆動信号を調節することと
   、ポンプ・ヘッドの所定の連にした位置のうちの次の位
   置を検出するまでの所定の期間のあいだ、所定のポンピ
   ング率で前記モーターを使用するよう各スキップ期間の
   あと前記駆動信号をリセットすることと、Ｌり成ること
   を特徴とする方法。
6. （６）輸動ポンプを駆動するステッピング・モーターを
   使用する特許請求の範囲の第５項記載の方法であって、
   タイミング・パルスを作ることと、該タイミング・パル
   スをカウントすることと、所定のタイミング・パルス列
   のカウンティングに応答して前記モーターの、駆動パル
   スを作るととと、各スキッド期間のあいだ、増大した割
   合で駆動パルスを作るよう前記ポ′ンゾ・ヘッドの所定
   の連続した位置に応じて前記カウントを調節することの
   工程を備え−Ｃいることを特徴と覆る方法、。
7. （７）　特８′１話求の範囲の第６項記載の方法であっ
   て、駆動パルスを力１クントすることにより前記スキッ
   プの期間とボンピングの期間の長さを制御づ゛了〜１４
   　Ｏ論４１　庁６’ＪＪ　’ることを特徴８する方法・