CN106170627A

CN106170627A - 定量泵的驱动方法、定量泵的驱动装置、汽化器及麻醉装置

Info

Publication number: CN106170627A
Application number: CN201580002250.1A
Authority: CN
Inventors: 冲田成; 冲田一成
Original assignee: Arkema Medical Industry Co Ltd
Current assignee: Arkema Medical Industry Co Ltd
Priority date: 2015-03-09
Filing date: 2015-09-24
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2035-09-24
Also published as: EP3404261A1; US20180001040A1; EP3091229A4; EP3091229A1; JP6570846B2; EP3091229B1; CN106170627B; JP2016166559A; WO2016143173A1; US10729872B2

Abstract

技术问题：提供一种能够降低定量泵的脉动，使装置成本降低及小型化的定量泵的驱动方法、定量泵的驱动装置、汽化器及麻醉装置。解决手段：具备定量泵(16)，所述定量泵(16)与步进马达(15)相连接，具备将该马达(15)的旋转运动转换为柱塞(16A)的往复运动的偏心机构，并通过由柱塞(16A)的往复运动导致的气缸(16D)内的体积变化，进行***的吸入及喷出的定量送液，通过控制部(12)，基于设定好的麻醉气体浓度及新鲜气体流量，计算出定量泵(16)的吸入及喷出的周期(T)，将该周期(T)内的喷出期间(T2)设定为比吸入期间(T1)更长。另外，通过步进马达(15)的旋转速度的控制，将喷出期间的柱塞的移动速度(16A)保持一定。

Description

定量泵的驱动方法、定量泵的驱动装置、汽化器及麻醉装置

技术领域

本发明涉及一种定量泵的驱动方法、定量泵的驱动装置、汽化器及麻醉装置，尤其是涉及能够降低定量泵的脉动，使装置成本降低及小型化的定量泵的驱动方法、定量泵的驱动装置、汽化器及麻醉装置。

背景技术

当前所使用的麻醉装置(参照非专利文献1)的结构如图5中的(a)所示。在图5中的(a)中，麻醉装置的结构具备操作部51、控制部52、***瓶53、马达驱动器54、步进马达55、定量泵56、汽化室59、***识别传感器61、***检测传感器62及新鲜气体流量传感器63。此外，***瓶53的***通过***流路71送至定量泵56的吸入口侧，作为氧气、一氧化二氮及空气的混合气体的新鲜气体，经由气体管路75供给至汽化室59。

在控制部52中，若通过操作部51对麻醉气体浓度进行设定，则可以根据该麻醉气体浓度设定值和由新鲜气体流量传感器63检测到的新鲜气体流量，来求得所需要的麻醉气体(气体)量，根据阿伏伽德罗定律，将麻醉气体(气体)量换算成***(液体)量，通过马达驱动器54对马达55的旋转速度进行调整，以使从定量泵56中喷出计算出的***量。这样，与麻醉气体浓度设定值相应的定量的***从定量泵56通过流路72输送至汽化室59中，在汽化室59中使***与新鲜气体混合。通过连续进行该操作，即使在麻醉气体浓度设定值或新鲜气体流量变化的情况下，也实时使定量泵56中的送液量变化并对其进行追随。

在这种现有的麻醉装置中所使用的定量泵56，使用如下所述的定量泵：由于需要高精度地输送规定量的微米单位的微小流量的液体，因此由步进马达55来驱动，并具备将该步进马达55的旋转运动转换为柱塞的往复运动的偏心机构，并根据由柱塞的往复运动导致的气缸内的体积变化，进行基于液体的吸入及喷出的定量送液(例如，参照图1中的(a)～图1中的(d))。

另外，在使步进马达55的旋转速度一定，来进行定速旋转的情况下，由于柱塞的轴向的往复运动成为大致正弦往复运动，因此定量泵的吸入量及喷出量的时间变化如图5中的(b)所示，是按照正弦波形的推移的。这样，在喷出期间，使得喷出量相对于时间以正弦波形状变化的***被输送，在定量泵的喷出量产生脉动。此外，如图5中的(c)所示，在汽化室59中，由于***逐渐汽化，因此麻醉气体浓度的时间变化会平滑化，但仍对脉动有所影响。

另外，在图6中的(a)中，表示在将麻醉气体浓度设定值为1.0[％]，并分别将新鲜气体流量在Y0～Y1期间变化为0.5[L/min]、在Y1～Y2期间变化为1.0[L/min]、在Y2～Y3期间变化为6.0[L/min]时的气体浓度测定结果。在新鲜气体流量相对较低的Y0～Y1期间出现明显脉动，在新鲜气体流量增加至两倍的Y1～Y2期间，脉动的振幅变小，在进一步增加新鲜气体流量的Y2～Y3期间，脉动变得几乎不明显。换而言之，可知在新鲜气体流量较低，定量泵56(步进马达55)的旋转速度相对较慢时，明显出现脉动的影响。

这种定量泵的脉动问题并不限于麻醉装置，而在各种领域都作出了对策，例如，在专利文献1及专利文献2中公开了一种以连接多个柱塞泵来使总体喷出量一定的方式来进行调整的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2012-32187号公报

专利文献2：日本专利公开2001-263253号公报

非专利文献

非专利文献1：冲田一成；“搭载有电子麻醉气体输送装置的易于使用的麻醉装置”，医疗器械学(「電子式麻酔ガスデリバリー装置を搭載した使いやすい麻酔装置」，医器学)Vol.69，No.8(1999)

发明内容

(一)要解决的技术问题

然而，专利文献1及专利文献2中的以连接多个柱塞泵使总体喷出量一定的方式来进行调整的技术存在导致装置成本增加的问题，或使控制变得复杂的技术问题。

另外，在麻醉装置领域，作为对在步进马达55(15)的旋转速度相对较慢时，即，在麻醉气体浓度设定值较低时，或新鲜气体流量较低时的脉动进行抑制的技术方法，如图5中的(a)所示，在使***与新鲜气体混合的位置设置汽化室59，通过使***慢慢汽化来使脉动平滑化。然而，汽化由于汽化室59需要相对较大的体积，因此存在妨碍装置小型化的情况。

进而，做成具备汽化室59的结构，由此还会产生如下技术问题。即，第一，在改变麻醉气体浓度设定值时，由于汽化室59内剩余有以之前的麻醉气体浓度设定值来生成的麻醉气体，因此直至汽化室59内的载气流量与汽化速度达到平衡期间，会产生直至麻醉气体浓度达到稳定的时间延迟。在图6中的(b)的例示中，在将麻醉气体浓度设定值改变为更低的值时，会产生Ttb的时间延迟，在将麻醉气体浓度设定值改变为更高的值时，会产生Tbt的时间延迟。

第二，在使新鲜气体流量急剧变化时，如图6中的(c)所示，麻醉气体浓度会产生过冲或下冲。即在图6中的(c)中的Y5时间使新鲜气体流量急剧下降时，直至残留在汽化室59的***汽化，会产生使麻醉气体浓度暂时变得比设定值更高的过冲。另外，在图6中的(c)中的Y6时间使新鲜气体流量急剧上升的情况下，直至汽化室59中积存一定量的***，会产生使麻醉气体浓度暂时变得比设定值更低的下冲。

此外，时间延迟、过冲或下冲的问题均不会对麻醉装置的运用给予严重障碍，但仍存在调整麻醉变得需要时间等技术问题。

因此，本发明的目的在于，提供一种不会导致装置体积增加即可降低定量泵的脉动，可实现装置的成本降低及小型化的定量泵的驱动方法、定量泵的驱动装置、汽化器及麻醉装置。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，技术方案1的发明是一种定量泵的驱动方法，所述定量泵具备将马达的旋转运动转换为柱塞的往复运动的偏心机构，并通过由所述柱塞的往复运动导致的气缸内的体积变化，进行液体的吸入及喷出的定量送液，所述定量泵的驱动方法的特征在于，该定量泵的喷出期间设定为比吸入期间更长，通过所述马达的旋转速度的控制，将该喷出期间内的所述柱塞的移动速度保持一定。

技术方案2的发明是根据技术方案1所述的定量泵的驱动方法，其特征在于，所述控制部在所述定量泵的喷出期间，使所述马达在每个规定角度的旋转速度呈正弦波状变化，使所述马达进行正弦旋转运动。

技术方案3的发明是一种定量泵的驱动装置，其具备马达、控制部及定量泵，所述控制部控制所述马达的旋转；所述定量泵与所述马达连接，具备将所述马达的旋转运动转换为柱塞的往复运动的偏心机构，并通过由所述柱塞的往复运动导致的气缸内的体积变化，来进行液体的吸入及喷出的定量输送，所述定量泵的驱动装置的特征在于，所述控制部将所述定量泵的喷出期间设定为比吸入期间更长，通过所述马达的旋转速度的控制，将该喷出期间的所述柱塞的移动速度保持一定。

技术方案4的发明是根据技术方案3所述的定量泵的驱动装置，其特征在于，所述控制部在所述定量泵的喷出期间，使所述马达在每个规定角度的旋转速度呈正弦波状变化，使所述马达进行正弦旋转运动。

技术方案5的发明是根据技术方案3或技术方案4所述的定量泵的驱动装置，其特征在于，所述马达是在所述定量泵的喷出期间，在从0至π的旋转角的范围以Np个驱动脉冲来进行控制的步进马达，所述控制部在所述定量泵的喷出期间，在将所述定量泵的柱塞的移动速度设为Vp时，在所述喷出期间内，在由下述数学式规定的时刻t_k供给第k次(k＝1～Np)的驱动脉冲，

(数学式1)

t_{k} = \frac{π}{N p V p} Σ_{m = 1}^{k} s i n (\frac{m π}{N p}) .

技术方案6的发明是一种汽化器，其特征在于，具备马达、控制部、定量泵、气体管路及流路，并将所述新鲜气体与被汽化的液态气体的混合气体导出，所述控制部控制所述马达的旋转；所述定量泵与所述马达连接，具备将所述马达的旋转运动转换为柱塞的往复运动的偏心机构，并通过由所述柱塞的往复运动导致的气缸内的体积变化，来进行液体的吸入及喷出的定量输送；所述气体管路移送新鲜气体；所述流路与所述气体管路连接，在输送从所述定量泵喷出的液体的同时使其汽化，并供给至所述气体管路，所述控制部基于设定好的所述混合气体的浓度及所述新鲜气体的流量，计算出所述定量泵的吸入及喷出的周期，将该周期中的喷出期间设定为比吸入期间更长，通过所述马达的旋转速度的控制，将该喷出期间的所述柱塞的移动速度保持一定。

技术方案7的发明是根据技术方案6所述的汽化器，其特征在于，所述控制部在所述定量泵的喷出期间，使所述马达在每个规定角度的旋转速度呈正弦波状变化，使所述马达进行正弦旋转运动。

技术方案8的发明是根据技术方案6或技术方案7所述的汽化器，其特征在于，所述马达是在所述定量泵的喷出期间，在0至π的旋转角的范围以Np个驱动脉冲来进行控制的步进马达，所述控制部在所述定量泵的喷出期间，在将所述定量泵的柱塞的移动速度设为Vp时，在所述喷出期间，在由下述数学式规定的时刻t_k供给第k次(k＝1～Np)的驱动脉冲，

(数学式1)

t_{k} = \frac{π}{N p V p} Σ_{m = 1}^{k} s i n (\frac{m π}{N p}) .

技术方案9的发明是根据技术方案6至技术方案8中任意一项所述的汽化器，其特征在于，具有流量检测装置，该流量监测装置配置在所述气体管路的新鲜气体输送方向上相较于与所述流路的连接位置更靠前处，来检测所述新鲜气体的流量，所述控制部基于设定好的所述混合气体的浓度及由所述流量检测装置检测出的新鲜气体流量，计算出所述定量泵的吸入及喷出的周期。

技术方案10的发明的特征在于，具备技术方案6至技术方案9中任意一项所述的汽化器，将至少含有氧气的新鲜气体与被汽化的***气体的混合气体作为麻醉气体输出。

(三)有益效果

根据技术方案1、技术方案3的发明，由于将定量泵的喷出期间设定为比吸入期间更长，从而能够尽可能缩短无喷出的吸入期间，抑制定量泵的喷出量的降低。另外，通过控制马达的旋转速度，使该喷出期间的所述柱塞的移动速度保持一定，因此能够使定量泵的喷出量保持大致一定，降低脉动。

根据技术方案2、技术方案4、技术方案5的发明，在定量泵的喷出期间，使马达在每个规定角度的旋转速度呈正弦波状变化，使马达进行正弦旋转运动，从而能够使柱塞的移动速度保持一定，并使定量泵的喷出量保持一定，其结果为，能够降低定量泵的喷出量的脉动。

进而，在将该定量泵的驱动方法或定量泵的驱动装置应用于汽化器及麻醉装置时，不需要作为现有的脉动对策所需的汽化室，从而不会导致装置体积增大，并降低定量泵的脉动，从而能够实现装置的成本降低及小型化。

根据技术方案6、技术方案8的发明，通过控制部，基于设定好的混合气体浓度及新鲜气体流量，计算出定量泵的吸入及喷出的周期，将该周期内的喷出期间设定为比吸入期间更长，因此能够尽可能地缩短无喷出的吸入期间，来抑制混合气体浓度降低。另外，通过马达的旋转速度的控制，来使该喷出期间的柱塞的移动速度保持一定，因此能够保持定量泵的喷出量大致一定，降低脉动。其结果为，不需要作为现有的脉动对策所需的汽化室，从而不会导致装置体积增大，并降低定量泵的脉动，从而能够实现装置的成本降低及小型化。此外，由于汽化室是不需要的结构，因此能够消除混合气体浓度在设定变更时的时间延迟，另外，在使新鲜气体流量急剧变化时，混合气体浓度也不会产生过冲或下冲。

根据技术方案7、技术方案8的发明，在定量泵的喷出期间，使马达在每规定角度的旋转速度呈正弦波状变化，使马达进行正弦旋转运动，因此能够使柱塞的移动速度保持一定，使定量泵的喷出量保持一定，其结果为，能够降低定量泵的喷出量的脉动。

根据技术方案10的发明，通过控制部，基于设定好的麻醉气体浓度及新鲜气体流量，计算出定量泵的吸入及喷出的周期，将该周期内的喷出期间设定为比吸入期间更长，因此能够尽可能地缩短无喷出的吸入期间，来抑制混合气体浓度降低。另外，通过控制马达的旋转速度，来使该喷出期间的柱塞的移动速度保持一定，因此能够保持定量泵的喷出量大致一定，降低脉动。其结果为，不需要作为现有的脉动对策所需的汽化室，从而不会导致装置体积增大，并降低定量泵的脉动，从而能够实现装置的成本降低及小型化。此外，由于汽化室为不需要的结构，因此能够消除麻醉气体浓度在设定变更时的时间延迟，另外，在使新鲜气体流量急剧变化时，混合气体浓度也不会产生过冲或下冲。

附图说明

图1是本发明的实施方式的定量泵的驱动装置的动作说明图。

图2是本发明的实施方式的定量泵的驱动装置、汽化器及麻醉装置的结构图。

图3是对本发明的实施方式的定量泵的驱动方法及驱动装置的驱动控制进行说明的时序图。

图4是对本发明的实施方式的定量泵的驱动方法进行说明的流程图。

图5是现有的麻醉装置的说明图，图5中的(a)是麻醉装置的结构图，图5中的(b)及(c)是对脉动进行说明的说明图。

图6为分别对现有的麻醉装置的(a)脉动、(b)时间延迟、(c)过冲及下冲进行例示的说明图。

具体实施方式

下面，基于图示的实施方式对本发明进行说明。首先，参照图1，对本发明的实施方式的定量泵16的驱动装置及驱动方法进行说明。

图1为本发明的实施方式的定量泵16的驱动装置的动作说明图。图1中的(a)～图1中的(d)为示意性表示定量泵16的柱塞16A沿轴向的截面、以及沿着与柱塞16A的轴垂直的方向的截面的结构图。另外，图1中的(e)为表示定量泵16的吸入期间及喷出期间的时序图，图1中的(f)为从马达驱动器14输出的步进马达15的驱动脉冲的时序图。

与过去同样地，在本实施方式中，作为用于麻醉装置的定量泵，也使用定量泵16，所述定量泵16使用由步进马达15进行驱动，并具备将该步进马达15的旋转运动转换为柱塞16A的往复运动的偏心机构，并通过由柱塞16A的往复运动导致的气缸内的体积变化，进行液体的吸入及喷出的定量输送。更具体而言，作为定量泵，使用的是具备图1中的(a)～图1中的(d)所示结构的无阀柱塞泵。

图1中的(a)～图1中的(d)中，在步进马达15的旋转轴上安装有圆筒形状的曲柄17，安装在柱塞16A上的销16C经由轴承17A与曲柄17连接。此处，柱塞16A的轴相对于步进马达15(曲柄17)的旋转轴以一定的角度被安装，若通过步进马达15的驱动使曲柄17旋转，则销16C的位置移动，柱塞16A在旋转的同时，在气缸16D内做往复运动。在柱塞16A在轴向上可移动的范围会根据与旋转轴相对的角度而变化，可通过调整该角度来对定量泵的喷出量进行可变设定。

另外，在柱塞16A的(与曲柄17相反一侧的)端部设置有切口部16B，柱塞16A自身为开关吸入口16E和喷出口16F的结构，阀门成为了不需要的结构。

图1中的(a)表示在定量泵16的吸入期间，步进马达15从吸入期间的开始时刻起仅旋转了π/2的时刻的状态，在柱塞16A的切口部16B朝向吸入口16E侧的同时，柱塞16A会在轴向上向曲柄17侧移动，从而吸入***(液体)。

另外，图1中的(b)表示定量泵16的吸入期间结束(步进马达15从吸入期间的开始时刻起仅旋转了π)的时刻的状态，柱塞的切口部16B朝向相对于图的靠前侧，吸入口16E被关闭。此外，图1中的(b)的状态也是定量泵16的喷出期间的开始时刻的状态。

另外，图1中的(c)表示在定量泵16的喷出期间，步进马达15从喷出期间的开始时刻起仅旋转了π/2的时刻的状态，在柱塞16A的切口部16B朝向喷出口16F侧的同时，柱塞16A在轴向上向曲柄17的相反侧移动，从而喷出***(液体)。

进而，图1中的(d)表示定量泵16的喷出期间结束(步进马达15从喷出期间的开始时刻起仅旋转了π)的时刻的状态，在柱塞的切口部16B朝向相对于图的内侧，喷出口16F被关闭。此外，图1中的(d)的状态也是定量泵16的吸入期间的开始时刻的状态。

在本实施方式的定量泵16的驱动装置中，如图1中的(e)所示，定量泵16的喷出期间设定为比吸入期间更长。此外，在图1中的(e)中分别以Ta表示成为图1中的(a)的状态的时刻，以Tb表示成为图1中的(b)的状态的时刻，以Tc表示成为图1中的(c)的状态的时刻，以Td表示成为图1中的(d)的状态的时刻。

另外，如图1中的(f)所示，在定量泵16的吸入期间，使步进马达15定速旋转，在喷出期间，为使柱塞16A在轴向上的移动速度保持一定，使步进马达15变速旋转。

具体而言，在步进马达15中每一个脉冲的旋转角度Δθ，即步进角度已确定，在定量泵16的吸入期间T1或喷出期间T2中，由于步进马达15的旋转量为π，从而使吸入期间T1或喷出期间T2中所需的脉冲数Np为“Np＝π/Δθ”。

因此，在使步进马达15定速旋转的吸入期间T1中，以“T1/Np”的脉冲间隔给予驱动脉冲即可。

接着，在将柱塞16A在轴向上的移动速度保持一定的喷出期间T2的情况下，驱动脉冲的脉冲间隔变得不规则。此处考虑喷出期间T2内的驱动脉冲的供给时刻。

如上所述，具有“在使步进马达15定速旋转的情况下，柱塞16A在轴向上进行正弦往复运动”的性质。分别将步进马达15的旋转角度及旋转速度设为θ及V_θ，若将柱塞16A在轴向上的移动速度设为Vp，则柱塞16A在轴向上的移动速度V_p以下述数学式表示。

Vp＝V_θsinθ

因此，为了使柱塞16A在轴向上的移动速度V_p保持一定，需要使步进马达15的旋转速度V_θ如下述数学式。

V_θ＝Vp/sinθ

另一方面，如上所述，在将旋转角度π所需的脉冲数设为Np时，步进马达15在每一个脉冲的旋转角度Δθ为“Δθ＝π/Np”，因此若将喷出期间T2内的任意的脉冲间隔设为A，则马达旋转速度V_Δθ以下述数学式所示。2

V_Δθ＝π/A·Np…(1)

因此，为了使数学式(1)中所表示的马达旋转速度V_Δθ等于上述马达旋转速度V_θ，需要使脉冲间隔A为如下述数学式所示。

A＝πsinθ/Np·Vp…(2)

即，在喷出期间T2，若将驱动脉冲的供给时刻设为t(0＜t≦T2)，则第一次驱动脉冲的供给时刻t₁如下述数学式所示。

(数学式2)

t_{1} = \frac{π \sin (\frac{π}{N p})}{N p V p}

同样地，第二次驱动脉冲的供给时刻t₂如下述数学式所示。

(数学式3)

t_{2} = \frac{π \sin (\frac{π}{N p})}{N p V p} + \frac{π s i n (\frac{2 π}{N p})}{N p V p}

因此，作为一般式，第k次的驱动脉冲的供给时刻t_k如下述数学式所示。

(数学式1)

t_{k} = \frac{π}{N p V p} Σ_{m = 1}^{k} \sin (\frac{m π}{N p}) ... (3)

换而言之，式(3)中给出了喷出期间T2内的第k次的驱动脉冲的供给时刻，在喷出期间T2内，以式(3)中所规定的时刻供给步进马达15第k次驱动脉冲。此外，式(3)中的移动速度Vp为另外以(在喷出期间T2中柱塞16A可在气缸内移动的距离)/T2所求得的定数。

这样，在定量泵16的喷出期间T2，使步进马达15的每步进角度(规定角度刻度)的旋转速度呈正弦波状变化，从而使步进马达15进行正弦旋转运动，因此能够将柱塞16A在轴向上的移动速度保持一定，从而使定量泵16的喷出量保持一定。

在本实施方式的定量泵16的驱动装置及驱动方法中，将定量泵16的喷出期间T2设定为比吸入期间T1更长，因此能够尽可能缩短无喷出的吸入期间，来抑制定量泵的喷出量降低。另外，在喷出期间，使步进马达15变速旋转，从而使柱塞16A在轴向上的移动速度保持一定，因此能够将定量泵16的喷出量保持一定，其结果为，能够降低定量泵16的喷出量的脉动。并且，在使该定量泵16的驱动装置应用于汽化器及麻醉装置时，不需要作为现有的脉动对策所需的汽化室，从而不会导致装置体积增大，并降低定量泵的脉动，从而能够实现装置的成本降低及小型化。

接着，对应用定量泵16的驱动装置的汽化器2、以及应用该汽化器2的麻醉装置1进行说明。图2为本发明的实施方式的定量泵的驱动装置、汽化器及麻醉装置的结构图。

图2中的本实施方式的汽化器2为具备控制部12、***瓶13、马达驱动器14、步进马达15、定量泵16、加热器18、***识别传感器21及***流量传感器22的结构。

另外，本实施方式的麻醉装置1的结构形成为在汽化器2中加上了操作部11及新鲜气体流量传感器23。此外，在麻醉装置的结构内，关于生成作为氧气、一氧化二氮或空气的混合气体的新鲜气体的部分的结构，与之前的结构同等，因此将其省略。

此外，***瓶13的***通过***流路31送入定量泵16的吸入口16E侧。另外，新鲜气体通过气体管路33进行供给。另外，从定量泵喷出的***被送至与通过流路32移送新鲜气体的气体管路33的连接点34。在该流路32的周围设置有加热器18，在流路32中输送喷出的***的同时，通过加热器18将其汽化并供给至气体管路33中。

本实施方式的汽化器2不具备汽化室是本发明的特征之一，流路32、加热器18及气体管路33起到代替现有的汽化室的作用。即***在流路32内输送的过程中，通过加热器18几乎完全被汽化，供给至气体管路33中，在该气体管路33内与新鲜气体混合，并作为麻醉气体输出。

操作部11例如为具体体现为显示面板等，是用于对麻醉气体浓度或新鲜气体流量进行初期设定及变更的用户界面。另外，在显示画面中，显示有呼吸波形、各设定值、各实测值、氧气浓度等所需要的信息，并可进行确认。

另外，***瓶13中嵌装有对***(氟烷、乙烯、异氟醚、七氟醚等)进行特定的颜色(环状)，安装与该颜色一致的瓶子接口，并安装于麻醉装置主体。对接口以每个***进行编码，通过***识别传感器21读取该编码，发送至控制部12。另外，***检测传感器22用于监视从***瓶13通过***流路21送至定量泵16的吸入口16E侧的配管内有无***。

接着，控制部12通过CPU等处理器来实现，控制部12的各功能作为宏功能程序被保存在控制部12内的内存中，并在该处理器上执行。

在控制部12中，接收***识别传感器21的识别信息，并对***的类型进行判断。另外，若通过操作部11来设定麻醉气体浓度，则基于该麻醉气体浓度设定值以及通过新鲜气体流量传感器23检测出的新鲜气体流量，求得需要的麻醉气体(气体)量，并基于阿伏伽德罗定律将麻醉气体(气体)量换算成***(液体)量，从而求得定量泵16的每单位时间的送液量。

具体而言，每单位时间的送液量通过下式(4)计算出来。

送液量[mL/min]＝需要的麻醉气体流量[L/min]/1mL***汽化时的体积[L]…(4)，

此处，式(4)的分子、分母分别通过式(5)、式(6)计算出来。

需要的麻醉气体流量[L/min]＝麻醉气体浓度设定值×新鲜气体流量[L/min]/(1-麻醉气体浓度设定值)…(5)；

1mL***汽化时的体积[L]＝22.4×(273+20)/273/分子量×比重…(6)。

接着，为了使这样计算出的每单位时间的送液量(***量)从定量泵16中喷出，计算出定量泵16的吸入及喷出的周期T[sec]。即通过将“每单位时间的送液量”除以“定量泵16的每一个冲程的喷出量”，计算出每分钟的定量泵16的转速[rpm]，通过60[sec]/定量泵16的转速[rpm]，计算出定量泵16的吸入及喷出的周期T[sec]。

并且，基于计算出的定量泵16的周期T[sec]，来判断定量泵16(步进马达15)的旋转速度是否相对性地缓慢(定量泵16的脉动的影响是否出现对麻醉气体浓度有显著影响)。

具体而言，与根据步进马达15的规格来确定的周期阈值TMIN相比较，若计算出的周期T为周期阈值TMIN以上，则判断为定量泵16(步进马达15)的旋转速度相对性地缓慢。在该情况下，将周期T内的喷出期间T2设定为比吸入期间T1更长，在该喷出期间T2，通过步进马达15的正弦旋转来将柱塞16A的移动速度保持一定(以下称作可变相位比例模式)，从而可使定量泵16的喷出量大致保持一定，降低脉动。

另外，若计算出的周期T不足周期阈值TMIN，则判断为定量泵16(步进马达15)的旋转速度相对性地较快，由定量泵16的脉动产生的影响很轻微。在该情况下，与过去同样地，将周期T内的吸入期间T1及喷出期间T2分别设定为T/2，通过步进马达15的定速旋转使柱塞16A进行正弦往复运动(以下称作恒定旋转模式。)。

此外，周期阈值TMIN是基于设定最大速度Fs[pps]来设置的，该设定最大速度Fs[pps]是基于步进马达15的最大自启动频率fs[rpm]。如可变相位比例模式那样，在步进马达15旋转一半(半回転)期间，可改变设定驱动脉冲的间隔的控制需要通过自启动操作(不设置加速/减速时间，而是瞬时地使启动停止的操作；矩形驱动)来进行，自启动操作仅可在比最大自启动频率Fs[pps]更低速侧的区域(自启动区域)进行。此外，在超出自启动区域的高速区域，进行加减速操作(设置加速/减速时间，慢慢提高脉冲速度的(降低)操作；梯形驱动)，而无法进行可变相位比例模式的设定。

下面，参照图3对本实施方式的麻醉装置1或汽化器2中的定量泵16的驱动控制进行说明。图3为可变相位比例模式时的时序图，图3中的(a)表示定量泵16的吸入期间及喷出期间；图3中的(b)表示步进马达15的旋转速度；图3中的(c)表示从马达驱动器14供给至步进马达15的驱动脉冲；图3中的(d)表示定量泵16的送液速度(每单位时间的送液量)；图3中的(e)表示麻醉气体浓度。

首先，如图3中的(a)所示，在可变相位比例模式时，定量泵16的周期T[sec]内的喷出期间T2设定为比吸入期间T1更长。具体而言，在吸入期间T1，以设定最大速度Fs[pps]进行步进马达15的定速旋转控制，吸入期间T1所需要的脉冲数Np为“Np＝π/步进角度”，因此吸入期间T1[sec]通过T1＝Np/Fs求得。另外，喷出期间T2[sec]通过T2＝T-T1求得。

另外，在可变相位比例模式中，如图3中的(b)所示，在吸入期间T1，进行步进马达15的定速旋转控制，在喷出期间T2，进行步进马达15的正弦旋转的变速旋转控制。

即，如图3中的(c)所示，由马达驱动器14，在吸入期间T1以脉冲间隔“T1/Np”来供给驱动脉冲，在喷出期间T2以用数学式(2)及数学式(3)计算出的脉冲间隔来供给驱动脉冲。

这样，由于在吸入期间T1使步进马达15进行正弦旋转，因此将柱塞16A的移动速度保持一定，如图3中的(d)所示，将定量泵16的送液速度(每单位时间的喷出量)保持一定，使脉动降低。

也就是说，如图3中的(d)所示，麻醉气体浓度在定量泵16的送液停止的吸入期间T1略有降低，但吸入期间被设定为尽可能短，另外，与通过流路32、加热器18及气体管路33而使麻醉气体浓度经时间变化的平滑化相互作用，对麻醉气体浓度的时间变化中的脉动的影响非常轻微。

下面，参照图4对本实施方式的麻醉装置1或汽化器2中的定量泵16的驱动方法进行说明。

首先，在步骤S1中，控制部12接收来自***识别传感器21的识别信息，并对***的类型进行判断。另外，通过操作部11对麻醉气体浓度进行设定，若接收到从新鲜气体流量传感器23检测出的新鲜气体流量的信息，则分别设定麻醉气体浓度设定值及新鲜气体流量。

并且，在步骤S2中，控制部12基于这些麻醉气体浓度设定值及新鲜气体流量，通过式(5)求得所需要的麻醉气体(气体)量，通过式(6)，基于阿伏伽德罗定律将麻醉气体(气体)量换算成为***(液体)量，通过式(4)求得定量泵16在每单位时间的送液量。

此处，示出具体的数值进行说明。与过去同样地，定量泵16使用调整为5[μL/stroke]的FMI社制造的定量喷出泵STH型；旋转速度的设定范围＝0～600[rpm](3[mL/min])。另外，步进马达15使用PK系列：PK 244-02B。此外，步进角度为1.8[°/pulse]，使吸入期间T1或喷出期间T2所需的脉冲数Np为Np＝π/步进角度＝100[pulse]。

进而，作为***使用七氟醚，将麻醉气体浓度设定值为1.0[％]。另外，将新鲜气体流量设为0.5[L/min]。若基于式(5)、式(6)及式(4)，将七氟醚的分子量＝200.1及比重＝1.52代入其中进行计算，则每单位时间的送液量为0.0275[mL/min]。

另外，在步骤S3中，控制部12为使计算出的每单位时间的送液量(***量)从定量泵16中喷出，计算出定量泵16的吸入及喷出的周期T[sec]。

在具体例子中，若使“每单位时间的送液量＝0.0275[mL/min]”除以“定量泵16的每冲程的喷出量＝5[μL/stroke]”，则每分钟的定量泵16的转速为5.5[rpm]，定量泵16的吸入及喷出的周期T[sec]为T＝60[sec]/5.5[rpm]＝10.9[sec]。

接着，在步骤S4中，控制部12判断定量泵16的周期T[sec]是否在周期阈值TMIN以上。

在可变相位比例模式的情况下，控制部12将定量泵16的周期T[sec]内的喷出期间T2设定为比吸入期间T1更长。吸入期间设定为由自启动频率来决定的最短期间，优选在喷出期间的1/4至1/3以下。在具体例子中，将步进马达15的最大自启动频率Fs设定为500[pps]，吸入期间T1为T1＝Np/Fs＝100/500＝0.2[sec]，将喷出期间设为其3倍即0.6[sec]，将总计0.8[sec]设为可变相位比例模式的周期的阈值TMIN。在具体例子中，若定量泵16的周期T[sec]在周期阈值TMIN以上，则前进至步骤S5，转至可变相位比例模式。

即，在步骤S5(可变相位比例模式)中，在具体例子中，吸入期间T1为如上所述般成为T1＝0.2[sec]，喷出期间T2[sec]成为T2＝T-T1＝10.9-0.2＝10.7[sec]。并且，控制部12将吸入期间T1中的脉冲间隔设为2[msec]，另外，喷出期间T2中的驱动脉冲的供给时刻根据式(3)计算出。

在步骤S6(可变相位比例模式)中，控制部12在吸入期间T1以脉冲间隔2[msec]供给驱动脉冲，使步进马达15定速旋转，另外，在喷出期间T2中通过利用式(3)计算出的供给时刻供给驱动脉冲，使步进马达15变速旋转(正弦旋转)。

这样，在可变相位比例模式中，由于在喷出期间T2使步进马达15正弦旋转，因此可将柱塞16A的移动速度保持一定，从而将定量泵16的送液速度(每单位时间的喷出量)保持一定，使脉动降低。

另外，在步骤S4的判断中，在定量泵16的周期T[sec]不足周期阈值TMIN的情况下，前进至步骤S7，转至与现有相同的恒定旋转模式。例如，在周期T为0.4[sec]时，将吸入期间T1及喷出期间T2分别设定为T/2＝0.2[sec](步骤S7)，吸入期间T1及喷出期间T2均以脉冲间隔2[msec]供给驱动脉冲，使步进马达15定速旋转。此外，由于定量泵16(步进马达15)的旋转速度相对性地较快，因此脉动的影响变得轻微。

如以上说明那样，在本实施方式的定量泵的驱动方法、定量泵的驱动装置、汽化器2及麻醉装置1中，通过控制部12，基于设定好的麻醉气体浓度及新鲜气体流量，计算出定量泵16的吸入及喷出的周期T，将该周期T内的喷出期间T2设定为比吸入期间T1更长，因此能够尽可能缩短无喷出的吸入期间T1，来抑制混合气体浓度降低。另外，通过步进马达15的旋转速度的控制，来将喷出期间T2中的柱塞16A的移动速度保持一定，因此能够将定量泵16的喷出量保持大致一定，降低脉动。其结果为，不需要作为现有的脉动对策所需的汽化室，从而不会导致装置体积增大，并降低定量泵16的脉动，从而能够实现装置的成本降低及小型化。此外，由于汽化室为不需要的结构，因此能够消除麻醉气体浓度在设定变更时的时间延迟，另外，在使新鲜气体流量急剧变化时，也不会对麻醉气体浓度产生过冲或下冲。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但其具体的结构并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内的设计的改变等也包含在本发明中。

例如，作为具体例，定量泵16使用了调整为5[μL/stroke]的FMI社制造的定量喷出泵STH型，但根据本发明，在低速旋转时的脉动会降低，因此能够增大每个冲程的体积。例如，若使用20[μL/stroke]，则能够以相同的转速使送液速度提高至4倍。

这样，作为做成更大体积的定量泵16带来的其他效果，第一，能够缩短启动准备及结束准备的时间。另外，第二，实用设定范围扩大，能够进行高流量/高浓度的设定。另外，第三，即使送液量相同，也能够使转速减少，因此能够提高定量泵16的泵的使用寿命。进而，第四，通过耐压(能够维持定量性的背压值)的提高(使当前的0.3[Mpa]变为0.7[MPa]。)，能够向压力容器进行送液。

另外，在上述实施方式中，基于式(3)计算出喷出期间T2的驱动脉冲的供给时刻，使得将驱动脉冲供给至步进马达15，但也可以通过计算出的每个脉冲间隔来供给驱动脉冲。在该情况下，通过式(3)，第k-1次的驱动脉冲与第k次的驱动脉冲之间的脉冲间隔由“πsin(kπ/Np)/Np·V_p”给出，因此，只要在供给第k-1次的驱动脉冲并经过脉冲间隔“πsin(kπ/Np)/Np·V_p”之后，供给第k次的驱动脉冲即可。

附图标记说明

1 麻醉装置

2 汽化器

11 操作部

12 控制部

13 ***瓶

14 马达驱动器

15 步进马达(马达)

16 定量泵

16A 柱塞

16B 切口部

16C 销

16D 气缸

17 曲柄

17A 轴承

18 加热器

21 ***识别传感器

22 ***流量传感器

23 新鲜气体流量传感器

31 ***流路

32 流路

33 气体管路

Claims

1.一种定量泵的驱动方法，所述定量泵具备将马达的旋转运动转换为柱塞的往复运动的偏心机构，并通过由所述柱塞的往复运动导致的气缸内的体积变化，进行液体的吸入及喷出的定量送液，

所述定量泵的驱动方法的特征在于，该定量泵的喷出期间设定为比吸入期间更长，通过所述马达的旋转速度的控制，将该喷出期间内的所述柱塞的移动速度保持一定。

2.根据权利要求1所述的定量泵的驱动方法，其特征在于，所述控制部在所述定量泵的喷出期间，使所述马达在每个规定角度的旋转速度呈正弦波状变化，使所述马达进行正弦旋转运动。

3.一种定量泵的驱动装置，其具备马达、控制部及定量泵，

所述控制部控制所述马达的旋转；

所述定量泵与所述马达连接，具备将所述马达的旋转运动转换为柱塞的往复运动的偏心机构，并通过由所述柱塞的往复运动导致的气缸内的体积变化，来进行液体的吸入及喷出的定量输送，

所述定量泵的驱动装置的特征在于，所述控制部将所述定量泵的喷出期间设定为比吸入期间更长，通过所述马达的旋转速度的控制，将该喷出期间的所述柱塞的移动速度保持恒定。

4.根据权利要求3所述的定量泵的驱动装置，其特征在于，所述控制部在所述定量泵的喷出期间，使所述马达在每个规定角度的旋转速度呈正弦波状变化，使所述马达进行正弦旋转运动。

5.根据权利要求3或4所述的定量泵的驱动装置，其特征在于，所述马达是在所述定量泵的喷出期间，在从0至π的旋转角的范围以Np个驱动脉冲来进行控制的步进马达；

所述控制部在所述定量泵的喷出期间，在将所述定量泵的柱塞的移动速度设为Vp时，在所述喷出期间在由下述数学式规定的时刻t_k供给第k次(k＝1～Np)的驱动脉冲，

数学式1：

t_{k} = \frac{π}{N p V p} Σ_{m = 1}^{k} s i n (\frac{m π}{N p}) .

6.一种汽化器，其特征在于，具备马达、控制部、定量泵、气体管路及流路，并将所述新鲜气体与被汽化的液态气体的混合气体导出，

所述控制部控制所述马达的旋转；

所述定量泵与所述马达连接，具备将所述马达的旋转运动转换为柱塞的往复运动的偏心机构，并通过由所述柱塞的往复运动导致的气缸内的体积变化，来进行液体的吸入及喷出的定量输送；

所述气体管路移送新鲜气体；

所述流路与所述气体管路连接，在输送从所述定量泵喷出的液体的同时使其汽化，并供给至所述气体管路，

所述控制部基于设定好的所述混合气体的浓度及所述新鲜气体的流量，计算出所述定量泵的吸入及喷出的周期，将该周期中的喷出期间设定为比吸入期间更长，通过所述马达的旋转速度的控制，将该喷出期间的所述柱塞的移动速度保持一定。

7.根据权利要求6所述的汽化器，其特征在于，所述控制部在所述定量泵的喷出期间，使所述马达在每个规定角度的旋转速度呈正弦波状变化，使所述马达进行正弦旋转运动。

8.根据权利要求6或7所述的汽化器，其特征在于，所述马达是在所述定量泵的喷出期间，在0至π的旋转角的范围以Np个驱动脉冲来进行控制的步进马达，

数学式1：

t_{k} = \frac{π}{N p V p} Σ_{m = 1}^{k} s i n (\frac{m π}{N p}) .

9.根据权利要求6至8中任意一项所述的汽化器，其特征在于，具有流量检测装置，该流量监测装置配置在所述气体管路的新鲜气体输送方向上相较于与所述流路连接位置更靠前处，来检测所述新鲜气体的流量，

所述控制部基于设定好的所述混合气体的浓度及由所述流量检测装置检测出的新鲜气体流量，计算出所述定量泵的吸入及喷出的周期。

10.一种麻醉装置，其特征在于，具备权利要求6至9中任意一项所述的汽化器，将至少含有氧气的新鲜气体与被汽化的***气体的混合气体作为麻醉气体输出。