JP6508931B2 - 液体送り出し駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、シリンジポンプや輸液ポンプ等、医療用の液体送り出し駆動装置に関する。

液体送り出し駆動装置の一例として押し子をシリンジの内筒に沿って移動させてシリンジに収納された液体を押し出すシリンジポンプが知られている。しかし、シリンジを交換して、繰り返し使用された場合、シリンジポンプに備えられた機構の磨耗や使用に伴う経時的な劣化によって負荷が変化する。
また、このようなシリンジポンプの筒先に取り付けられているチューブが折れ曲がっていたりした場合は、溶液の注入時の負荷が増加する。この負荷の変化を反射型フォトセンサの信号レベルによって検出するシリンジポンプが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−１３６２５８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、シリンジポンプ使用時の負荷の変化を検出できても、シリンジポンプが有する機構部品の磨耗や使用に伴う経時的な劣化による負荷の異常を検出することができなかった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、液体送り出し駆動装置の磨耗や使用に伴う経時的な劣化による負荷の変化を検出する液体送り出し駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の一つの態様に係る液体送り出し駆動装置は、モータと、前記モータの回転を負荷に伝達する駆動伝達部材と、前記モータを駆動する駆動回路と、前記モータの駆動によって前記駆動伝達部材が駆動されたとき、前記モータの負荷トルクに関する値を検出値として検出するセンサと、記憶部と、初期電源投入されたときの前記検出値を第１検出値として前記記憶部に記憶させ、前記初期電源投入より後に電源が投入されたときの前記検出値を第２検出値として前記第１検出値と前記第２検出値とを比較し、前記第１検出値と前記第２検出値とを比較した結果を出力する制御部と、前記制御部は、前記初期電源投入されたとき、所定の位置毎に前記第１検出値を検出し、前記所定の位置毎に前記第１検出値を前記記憶部に記憶させ、前記初期電源投入より後に電源が投入されたとき、前記所定の位置毎に前記第２検出値を検出し、前記所定の位置毎に前記第２検出値を前記記憶部に記憶させ、前記所定の位置毎に前記第１検出値と前記第２検出値とを比較し、同じ位置の前記第１検出値と前記第２検出値とを比較した結果が第１の所定量以上増えた場合に、エラーを示す信号を出力する。

本発明によれば、液体送り出し駆動装置の磨耗や使用に伴う経時的な劣化による負荷の変化を検出することができる。

各実施形態に係る液体送り出し駆動装置にシリンジを装着した状態を示す平面図である。 各実施形態に係る液体送り出し駆動装置の回路構成を説明するブロック図である。 各実施形態に係る制御部の初期モードにおける処理の流れの一例を示すフローチャートである。 各実施形態に係るキャリッジの位置ｐ１から位置ｐｎまでの各位置における、モータの初期無負荷トルクを説明する図である。 第１の実施形態に係る制御部の点検モードにおける処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る点検時無負荷トルクＢ（ｋ）を説明する図である。 第１の実施形態に係る点検時無負荷トルクＢ（ｋ）と初期無負荷トルクＡ（ｋ）との差分の算出結果と、所定値Ｐとの関係を説明する図である。 第２の実施形態に係る液体送り出し駆動装置にシリンジが装着された場合の制御部の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る初期無負荷トルクＡ（ｋ）とシリンジ負荷トルクＣ（ｋ）との関係を説明する図である。 第２の実施形態に係るシリンジ負荷トルクＣ（ｋ）と初期無負荷トルクＡ（ｋ）との差分と、所定値Ｑとの関係を説明する図である。 第２の実施形態に係る記憶部に記憶されているシリンジの識別情報と開始位置を示す情報と所定値Ｑとの関係を説明する図である。

［第１の実施形態］
以下、図面を参照しながら本実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る液体送り出し駆動装置１にシリンジ２を装着した状態を示す平面図である。なお、本実施形態では、液体送り出し駆動装置１が適応される例として、シリンジポンプを例に説明する。

図１を参照して、液体送り出し駆動装置１の構成の概要について説明する。
図１に示すように、液体送り出し駆動装置１は、筐体１００、モータ１０１、センサマグネット１０２、エンコーダ１０３、駆動回路基板１０４、第１取付板１０５を備えている。液体送り出し駆動装置１は、第１ギア１０７、第２ギア１０８、リードスクリュー１０９、第２取付板１１０、キャリッジ１１１、ガイド棒１１２、制御部１１３、記憶部１１４、駆動回路１１５、およびスライダ１２０を備えている。モータ１０１は、シャフト１０６を備えている。スライダ１２０は、検出部１２１を備えている。

また、図１に示すように、シリンジ２は、押し子２０４と、筒先２０６とを備えている。筒先２０６には、チューブ３が取り付けられる。

モータ１０１は、ケーブル１４１を介して駆動回路基板１０４に接続されている。また、モータ１０１は、第１取付板１０５に取り付けられている。
センサマグネット１０２は、シャフト１０６の短先端１０６Ｂに、取り付けられている。
第１ギア１０７は、シャフト１０６の長先端１０６Ａに、圧入されている。

駆動回路基板１０４には、エンコーダ１０３、制御部１１３、記憶部１１４、および駆動回路１１５が取り付けられている。図１に示すように、エンコーダ１０３は、センサマグネット１０２と対向する位置に取り付けられている。さらに、駆動回路基板１０４には、インタフェース端子１３１が取り付けられている。

リードスクリュー１０９は、第１取付板１０５と第２取付板１１０に回転可能に取り付けられている。また、リードスクリュー１０９の第１取付板１０５側端に、第２ギア１０８が取り付けられている。第２ギア１０８は、第１ギア１０７とかみ合わされて組み付けられている。

キャリッジ１１１は、リードスクリュー１０９に組み付けられている。リードスクリュー１０９は、第２ギア１０８および第１ギア１０７を介してモータ１０１によって、回転する。リードスクリュー１０９の回転に伴って、キャリッジ１１１が、リードスクリュー１０９上を移動する。シリンジ２に収納された溶液を、チューブ３に押し出す場合、キャリッジ１１１は、第２取付板１１０から第１取付板１０５へ向かう方向に移動する。

ガイド棒１１２の一方端は、キャリッジ１１１に取り付けられている。ガイド棒１１２の他方端は、スライダ１２０に取り付けられている。

検出部１２１は、鰐口２０５がスリット１２２に取り付けられたこと示す情報を制御部１１３に出力する。

図１において、キャリッジ１１１が第２取付板１１０に接する位置をｐ１とし、キャリッジ１１１が第１取付板１０５に接する位置をｐｎとする。また、液体送り出し駆動装置１にシリンジ２が取り付けられた初期状態のキャリッジ１１１の位置をｐｃとする。なお、以下の説明において、位置とは、キャリッジ１１１の位置である。

なお、図１に示した例において、移動機構としてリードスクリュー１０９とキャリッジ１１１を用いる例を示したが、これに限られない。移動機構は、例えば、ラックとピニオンギアで構成されていてもよい。

次に、図２を参照して、液体送り出し駆動装置１の回路構成について説明する。
図２は、実施形態に係る液体送り出し駆動装置１の回路構成を説明するブロック図である。図２に示すように、液体送り出し駆動装置１は、モータ１０１、エンコーダ１０３、制御部１１３、記憶部１１４、駆動回路１１５、検出部１２１、およびインタフェース端子１３１を備えている。
また、液体送り出し駆動装置１は、インタフェース端子１３１を介して、電源部３０１、操作部３０３、および報知部３０４と接続されている。

操作部３０３は、利用者による操作を検出する。操作には、例えば、モータ１０１を回転させるか否かを示す操作、モータ１０１の回転方向の操作等が含まれる。

報知部３０４は、エラーを示す情報ｓｇ３を、インタフェース端子１３１を介して、制御部１１３から受け取る。報知部３０４は、受け取った情報ｓｇ３に基づいて、エラーを報知する。報知部３０４は、表示装置、音響信号出力装置、発光装置のうち、少なくとも１つである。
なお、本実施形態においては、報知部３０４がエラーを示す情報ｓｇ３に基づいてエラーを報知する場合について説明するが、これに限られない。制御部１１３は、エラーを示す情報ｓｇ３に代えて、又はエラーを示す情報ｓｇ３に加えて、液体送り出し駆動装置１が正常状態であることを示す情報を出力する構成であってもよい。この構成の場合には、報知部３０４は、液体送り出し駆動装置１が正常状態であることを示す情報を制御部１１３が出力したことに基づいて、液体送り出し駆動装置１が正常状態であることを報知する。また、報知部３０４は、正常状態である情報を制御部１１３が出力しなくなったことに基づいて、エラーを報知する構成であってもよい。

リセットスイッチ３０５は、液体送り出し駆動装置１の記憶部１１４に記憶されている情報を初期化するためのスイッチである。リセットスイッチ３０５は、例えば、メンテナンス後にサービスマンによって操作される。
駆動回路１１５は、制御部１１３から入力される駆動指示値に基づいて、駆動信号を生成し、生成した駆動信号によってモータ１０１を駆動する。
モータ１０１は、駆動回路１１５によって駆動される。モータ１０１は、例えば、ステッピングモータである。

エンコーダ１０３は、センサマグネット１０２の回転によって生じる磁界の変化を検出し、検出した検出値を制御部１１３に出力する。エンコーダ１０３は、例えば、磁気センサと磁気エンコーダとから構成される。磁気センサは、例えばホール素子である。

インタフェース端子１３１は、駆動回路基板１０４への電力の供給、情報の出力、情報の入力を行う端子である。

記憶部１１４は、不揮発性メモリである。記憶部１１４に記憶される情報については、後述する。

制御部１１３は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）である。制御部１１３は、操作部３０３から入力された指示信号ｓｇ２に応じて利用者による操作を検出し、検出した操作結果に応じた制御を行う。
また、制御部１１３は、駆動回路１１５を介してモータ１０１を動作させる。制御部１１３は、モータ１０１の負荷トルクを取得する。この負荷トルクは、モータ１０１の動作に伴って変化するキャリッジ１１１の位置に応じて変化する。制御部１１３は、液体送り出し駆動装置１の初期状態において取得済みの負荷トルクと、初期状態以降のモータ１０１の動作時に取得して得られる負荷トルクとを、キャリッジ１１１の位置毎に比較することにより、機構部品の磨耗や使用に伴う経時的な劣化による負荷の異常を検出する。ここで、負荷とは、モータ１０１から、スライダ１２０に至るまでの各部品である。具体的には、負荷とは、第１ギア１０７、第２ギア１０８、リードスクリュー１０９、キャリッジ１１１、ガイド棒１１２、スライダ１２０である。以下、制御部１１３による負荷の異常検出の詳細について説明する。

ここでは、まず、液体送り出し駆動装置１の初期状態における、制御部１１３による負荷トルクの取得について説明する。次いで、液体送り出し駆動装置１の初期状態の後における、制御部１１３による負荷トルクの取得と、負荷の異常の検出とについて説明する。
本実施形態では、液体送り出し駆動装置１の「初期状態」の具体例として、液体送り出し駆動装置１が工場等で組み立てられた後、液体送り出し駆動装置１に初めて電源が投入された場合について説明する。なお、以下の説明において、初期状態における液体送り出し駆動装置１への電源の投入を、初期電源投入と称する。また、初期状態における制御部１１３の動作モードを、初期モードと称する。
また、以下の説明において、液体送り出し駆動装置１の初期状態の後の状態を、通常状態と称する。通常状態において、液体送り出し駆動装置１にシリンジ２を取り付けない状態でモータ１０１を動作させる制御部１１３の動作モードを、点検モードと称する。

［初期モードにおける制御部１１３の処理］
初期モードにおいて、制御部１１３は、液体送り出し駆動装置１にシリンジ２が取り付けられていない状態における、モータ１０１の負荷トルクを取得し、取得した負荷トルクを記憶部１１４に記憶させる。なお、以下の説明において、液体送り出し駆動装置１にシリンジ２が取り付けられていない状態を、無負荷状態と称する。また、液体送り出し駆動装置１の初期状態におけるモータ１０１の負荷トルクを、初期無負荷トルク、又は第１検出値と称する。

初期モードにおいて、制御部１１３は、モータ１０１の初期無負荷トルクを取得し、取得した初期無負荷トルクを記憶部１１４に記憶させる。ここで、制御部１１３は、モータ１０１の動作に応じて移動するキャリッジ１１１の位置毎に、初期無負荷トルクを取得する。制御部１１３がキャリッジ１１１の位置毎に、初期無負荷トルクを取得する具体例について、図３と図４を参照して説明する。

図３は、本実施形態に係る制御部１１３の初期モードにおける処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下の処理は、例えば液体送り出し駆動装置１の工場出荷時に行われる。

（ステップＳ１）液体送り出し駆動装置１に初めて電源が投入されると、制御部１１３は、動作モードを初期モードに設定する。
なお、制御部１１３は、このステップＳ１において、電源投入済みであることを示す情報を記憶部１１４に記憶させてもよい。これにより制御部１１３は、電源投入済みであることを示す情報が記憶部１１４に記憶されているか否かに基づいて、初回の起動か、２回目以降の起動かを判定することができる。

（ステップＳ２）制御部１１３は、所定のパルス数のパルス信号を駆動回路１１５に出力して、モータ１０１を駆動する。これにより、キャリッジ１１１は、制御部１１３が出力するパルス信号のパルス数に応じた位置に移動する。この一例において、制御部１１３は、キャリッジ１１１の移動開始位置を、図１に示す位置ｐ１にし、キャリッジ１１１の移動終了位置を位置ｐｎにして、キャリッジ１１１を移動させる。なお、移動開始位置が位置ｐｎ、移動終了位置が位置ｐ１であってもよい。
ここで、キャリッジ１１１を位置ｐ１から位置ｐｎに移動させた場合の、モータ１０１の初期無負荷トルクの一例を図４に示す。

図４は、キャリッジ１１１の位置ｐ１から位置ｐｎまでの各位置における、モータ１０１の初期無負荷トルクを説明する図である。同図において、横軸は、キャリッジ１１１の位置ｐｋを示し、縦軸は、モータ１０１の負荷トルクの大きさを示す。ただし、添え字ｋ及び添え字ｎについて、１≦ｋ≦ｎである。同図に示す曲線ｇ２０１は、位置ｐ１から位置ｐｎまでの各位置における初期無負荷トルクＡの大きさを示す。ここで、キャリッジ１１１の位置ｐｋにおける初期無負荷トルクの大きさを、初期無負荷トルクＡ（ｋ）と称する。一例として、位置ｐ１のときの初期無負荷トルクの値は、初期無負荷トルクＡ（１）である。また、一例として、位置ｐｎのときの初期無負荷トルクの値は、初期無負荷トルクＡ（ｎ）である。

（ステップＳ３）制御部１１３は、位置ｐ１から位置ｐｎまでキャリッジ１１１を移動させる間、キャリッジ１１１の位置毎に、モータ１０１の負荷トルクを取得する。具体的には、制御部１１３は、キャリッジ１１１が位置ｐｋにあるときに、初期無負荷トルクＡ（ｋ）を取得する。

（ステップＳ４）制御部１１３は、ステップＳ３で取得した初期無負荷トルクＡ（ｋ）と、初期無負荷トルクＡ（ｋ）の取得時のキャリッジ１１１の位置ｐｋとを関連付けて記憶部１１４に記憶させる。

（ステップＳ５）制御部１１３は、キャリッジ１１１が移動終了位置、すなわち位置ｐｎに到達したか否かを判定する。制御部１１３は、キャリッジ１１１が位置ｐｎに到達していないと判定した場合（ステップＳ５；ＮＯ）、ステップＳ３に処理を戻す。また、制御部１１３は、キャリッジ１１１が位置ｐｎに到達したと判定した場合（ステップＳ５；ＹＥＳ）、初期モードの処理を終了する。
ここまで説明した制御部１１３の処理によって、キャリッジ１１１の位置ｐｋに応じた初期無負荷トルクＡ（ｋ）が記憶部１１４に記憶される。

［点検モードにおける制御部１１３の処理］
点検モードにおいて、制御部１１３は、液体送り出し駆動装置１にシリンジ２が取り付けられていない状態における、モータ１０１の負荷トルクを取得する。また、制御部１１３は、取得した負荷トルクと、予め取得されている初期無負荷トルクとを比較し、比較した結果を報知部３０４に出力する。なお、以下の説明において、点検モードにおけるモータ１０１の負荷トルクを、点検時無負荷トルク、又は第２検出値と称する。

点検モードにおいて、制御部１１３は、取得した点検時無負荷トルクと、予め記憶部１１４に記憶させた初期無負荷トルクとを比較する。ここで、制御部１１３は、点検時無負荷トルクの取得と、取得した点検時無負荷トルクと初期無負荷トルクとの比較を、モータ１０１の動作に応じて移動するキャリッジ１１１の位置毎に行う。この点検モードにおける、制御部１１３の処理の具体例について、図５、図６及び図７を参照して説明する。

図５は、本実施形態に係る制御部１１３の点検モードにおける処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下の処理は、例えば液体送り出し駆動装置１を使用する前に行われる。より具体的には、以下の処理は、液体送り出し駆動装置１の工場出荷後、液体送り出し駆動装置１にシリンジ２を取り付ける前に行われる。

（ステップＳ１０１）制御部１１３は、動作モードを点検モードに設定する。
なお、制御部１１３は、検出部１２１の出力に基づいてシリンジ２が装着されていないと判定した場合に限り、点検モードの処理を開始してもよい。

（ステップＳ１０２）制御部１１３は、記憶部１１４に記憶されている初期無負荷トルクＡ（ｋ）を、位置ｐ１から位置ｐｎについて全て読み出す。すなわち、制御部１１３は、初期無負荷トルクＡ（１）から初期無負荷トルクＡ（ｎ）までを、記憶部１１４から読み出す。

（ステップＳ１０３）制御部１１３は、初期モードにおけるステップＳ２と同様にして、モータ１０１を駆動し、キャリッジ１１１を移動させる。すなわち、制御部１１３は、キャリッジ１１１の移動開始位置を、図１に示す位置ｐ１にし、キャリッジ１１１の移動終了位置を位置ｐｎにして、キャリッジ１１１を移動させる。

ここで、キャリッジ１１１を位置ｐ１から位置ｐｎに移動させた場合の、モータ１０１の点検時無負荷トルクの一例を図６に示す。

図６は、キャリッジ１１１の位置ｐ１から位置ｐｎまでの各位置における、モータ１０１の点検時無負荷トルクを説明する図である。同図において、横軸は、キャリッジ１１１の位置ｐｋを示し、縦軸は、モータ１０１の負荷トルクの大きさを示す。ただし、添え字ｋ及び添え字ｎについて、１≦ｋ≦ｎである。同図に示す曲線ｇ２１１は、位置ｐ１から位置ｐｎまでの各位置における点検時無負荷トルクＢの大きさを示す。ここで、キャリッジ１１１の位置ｐｋにおける点検時無負荷トルクの大きさを、点検時無負荷トルクＢ（ｋ）と称する。一例として、位置ｐ１のときの点検時無負荷トルクの大きさは、点検時無負荷トルクＢ（１）である。また、一例として、位置ｐｎのときの点検時無負荷トルクの大きさは、点検時無負荷トルクＢ（ｎ）である。

（ステップＳ１０４）制御部１１３は、位置ｐ１から位置ｐｎまでキャリッジ１１１を移動させる間、キャリッジ１１１の位置毎に、モータ１０１の負荷トルクを取得する。具体的には、制御部１１３は、キャリッジ１１１が位置ｐｋにあるときに、点検時無負荷トルクＢ（ｋ）を取得する。
なお、制御部１１３は、取得した点検時無負荷トルクＢ（ｋ）と、点検時無負荷トルクＢ（ｋ）の取得時のキャリッジ１１１の位置ｐｋを示す情報とを関連付けて記憶部１１４に記憶させてもよい。

（ステップＳ１０５）制御部１１３は、ステップＳ１０４で取得した点検時無負荷トルクＢ（ｋ）と、記憶部１１４から読み出した初期無負荷トルクＡ（ｋ）とを比較する。具体的には、制御部１１３は、ステップＳ１０４で取得した点検時無負荷トルクＢ（ｋ）の大きさから、記憶部１１４から読み出した初期無負荷トルクＡ（ｋ）の大きさを減算する。続けて、制御部１１３は、減算した値が、判定しきい値である所定値Ｐより大きいか否かを判定する。この所定値Ｐとは、例えば、液体送り出し駆動装置１にシリンジ２が装着されていない場合のモータ１０１および負荷を含む最大定格の負荷トルクの大きさを示す値である。この所定値Ｐは、一例として、液体送り出し駆動装置１が工場から出荷される前の時点において、予め記憶部１１４に記憶される。初期無負荷トルクＡ（ｋ）と点検時無負荷トルクＢ（ｋ）との差分と、所定値Ｐとについて、図７を参照して説明する。

図７は、キャリッジ１１１の位置ｐ１から位置ｐｎまでの各位置における、点検時無負荷トルクＢ（ｋ）と初期無負荷トルクＡ（ｋ）との差分の算出結果と、所定値Ｐとの関係を説明する図である。同図において、横軸は、キャリッジ１１１の位置ｐｋを示し、縦軸は、モータ１０１の負荷トルクの大きさを示す。図７の曲線ｇ２２１は、キャリッジ１１１が位置ｐｋにある場合における、点検時無負荷トルクＢ（ｋ）の大きさから初期無負荷トルクＡ（ｋ）の大きさを減算した差分｛Ｂ（ｋ）−Ａ（ｋ）｝を表している。例えば、位置ｐ１において、差分｛Ｂ（１）−Ａ（１）｝である。また、図７の破線ｇ２２２は、所定値Ｐを表している。
この図７に示す一例の場合においては、差分｛Ｂ（ｋ）−Ａ（ｋ）｝が、いずれの位置ｐｋにおいても所定値Ｐ以下である。

図５に戻り、制御部１１３は、点検時無負荷トルクＢ（ｋ）の大きさから、初期無負荷トルクＡ（ｋ）の大きさを減算した値が所定値Ｐ以下であると判別した場合（ステップＳ１０５；ＮＯ）、ステップＳ１０６に処理を進める。制御部１１３は、点検時無負荷トルクＢ（ｋ）の大きさから、初期無負荷トルクＡ（ｋ）の大きさを減算した値が所定値Ｐより大きいと判別した場合（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）、ステップＳ１０７に処理を進める。

（ステップＳ１０６）制御部１１３は、キャリッジ１１１が移動終了位置、すなわち位置ｐｎに到達したか否かを判定する。制御部１１３は、キャリッジ１１１が位置ｐｎに到達していないと判定した場合（ステップＳ１０６；ＮＯ）、ステップＳ１０４に処理を戻す。また、制御部１１３は、キャリッジ１１１が位置ｐｎに到達したと判定した場合（ステップＳ１０６；ＹＥＳ）、点検モードの処理を終了する。

（ステップＳ１０７）制御部１１３は、負荷の異常、すなわちエラーを示す情報を、インタフェース端子１３１を介して報知部３０４に出力する。制御部１１３は、報知後、点検モードの処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態の制御部１１３は、初期無負荷トルクＡ（ｋ）と、点検時無負荷トルクＢ（ｋ）との比較結果に基づいて、負荷の経時的な変化を検出する。これにより、本実施形態の液体送り出し駆動装置１によれば、シリンジポンプが有する機構部品の磨耗や使用に伴う経時的な劣化による負荷の異常を検出することができる。

［変形例］
なお、図５に示した例では、キャリッジ１１１の位置ｐｋ毎に、負荷の異常検出を行う例を説明したが、これに限られない。制御部１１３は、移動開始位置から移動終了位置までの各位置ｐｋについて、点検時無負荷トルクＢ（ｋ）の取得が終了した後に、記憶部１１４に記憶させた初期無負荷トルクＡ（ｋ）と点検時無負荷トルクＢ（ｋ）とを位置ｐｋ毎に逐次読み出して比較するようにしてもよい。

また、図５に示した例では、点検時無負荷トルクＢ（ｋ）から初期無負荷トルクＡ（ｋ）を減算することにより、負荷の異常検出を行う例を説明したが、これに限られない。制御部１１３は、減算に限られず、比率、所定の区間の平均値同士の差分、所定の区間の平均値同士の比率、および他の統計手法のいずれかを用いて、所定値Ｐと比較して異常検出を行うようにしてもよい。この場合、所定値Ｐは、用いる手法に応じて予め設定された値である。

なお、図５において、点検時無負荷トルクＢ（ｋ）から初期無負荷トルクＡ（ｋ）を減算した値が所定値Ｐ以下の場合であっても、点検時無負荷トルクＢ（ｋ）の値と所定値Ｒとを、さらに比較するようにしてもよい。ここで、所定値Ｒは、所定値Ｐより小さい値であり、例えば出荷時に行われる検査で用いられる値であってもよい。この場合、制御部１１３は、減算した値が所定値Ｒより大きい場合に、エラーを示す情報を、インタフェース端子１３１を介して報知部３０４に出力するようにしてもよい。

なお、本実施形態では、キャリッジ１１１の移動開始位置から移動終了位置までの全ての範囲における初期無負荷トルクＡ（ｋ）を用いて負荷の異常検出を行う例を説明したが、これに限られない。記憶部１１４は、例えばリードスクリュー１０９の１回転分の範囲における初期無負荷トルクＡ（ｋ）を用いて、負荷の異常検出を行ってもよい。この場合、制御部１１３は、記憶部１１４に記憶されているリードスクリュー１０９の１回転分の初期無負荷トルクＡ（ｋ）を用いて、他の位置ｐｊの初期無負荷トルクＡ（ｊ）を推定するようにしてもよい。このように、リードスクリュー１０９の１回転分の初期無負荷トルクＡ（ｋ）のみの記憶でもよい理由は、出荷前の初期状態であるため、リードスクリュー１０９の回転数毎の初期無負荷トルクＡ（ｋ）のバラツキが少ないと想定されるためである。

［第２の実施形態］
第２の実施形態では、液体送り出し駆動装置１の使用状態において、すなわち、液体送り出し駆動装置１にシリンジ２を装着した状態において、負荷の異常を検出する例について説明する。
なお、液体送り出し駆動装置１およびシリンジ２の構成は、上述した第１の実施形態と同一である。上述した第１の実施形態と同一又は対応する部分については、同一の符号を用いて説明を省略する。
第１の実施形態において、制御部１１３は、工場出荷前などの初期状態の無負荷トルクと、初期状態から経時後の無負荷トルクとを比較することにより、負荷の異常を検出する。つまり、第１の実施形態では、液体送り出し駆動装置１にシリンジ２を取り付けない状態での負荷トルクどうしを比較する。一方、第２の実施形態において、制御部１１３は、初期状態の無負荷トルクと、液体送り出し駆動装置１にシリンジ２を取り付けた状態の負荷トルクとを比較することにより、負荷の異常を検出する。つまり、第２の実施形態では、シリンジ２を取り付けている場合においても、負荷の異常を検出できる点において、第１の実施形態と異なる。なお、以下の説明において、液体送り出し駆動装置１にシリンジ２を取り付けた状態でモータ１０１を動作させる制御部１１３の動作モードを、シリンジ使用モード、又は単に、使用モードと称する。また、液体送り出し駆動装置１にシリンジ２を取り付けた状態の負荷トルクのうち、位置ｐｋにおける負荷トルクを、シリンジ負荷トルクＣ（ｋ）、又は第３検出値と称する。

［使用モードにおける制御部１１３の処理］
使用モードにおける、制御部１１３の処理の具体例について、図８、図９及び図１０を参照して説明する。
図８は、本実施形態に係る液体送り出し駆動装置１にシリンジ２が装着された場合の制御部１１３の処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、液体送り出し駆動装置１にシリンジ２が装着された状態において、シリンジ２の輸液開始位置が、シリンジ２の種類によらず位置ｐ１で一定である場合について説明する。シリンジ２の輸液開始位置が、シリンジ２の種類によって位置ｐ１から位置ｐｎの間で変化する場合の例については、変形例において後述する。
また本実施形態では、初期モードにおいて制御部１１３が取得した初期無負荷トルクＡ（ｋ）が、記憶部１１４に記憶されている状態であることを前提にして説明する。

（ステップＳ２００）制御部１１３は、動作モードを使用モードに設定する。
なお、制御部１１３は、検出部１２１の出力に基づいてシリンジ２が装着されていると判定した場合に限り、動作モードを使用モードに設定してもよい。

（ステップＳ２０１）制御部１１３は、点検モードにおけるステップＳ１０２と同様にして、初期無負荷トルクＡ（ｋ）を、位置ｐ１から位置ｐｎについて記憶部１１４から全て読み出す。すなわち、制御部１１３は、初期無負荷トルクＡ（１）から初期無負荷トルクＡ（ｎ）までを、記憶部１１４から読み出す。

（ステップＳ２０２）制御部１１３は、初期モードにおけるステップＳ２と同様にして、モータ１０１を駆動し、キャリッジ１１１を移動させる。すなわち、制御部１１３は、キャリッジ１１１の移動開始位置を、図１に示す位置ｐ１にし、キャリッジ１１１の移動終了位置を位置ｐｎにして、キャリッジ１１１を移動させる。

（ステップＳ２０３）制御部１１３は、キャリッジ１１１の位置ｐｋにおけるシリンジ負荷トルクＣ（ｋ）を取得する。ここで、キャリッジ１１１を位置ｐ１から位置ｐｎに移動させた場合の、モータ１０１のシリンジ負荷トルクＣ（ｋ）の一例を図９に示す。

図９は、第２の実施形態に係る初期無負荷トルクＡ（ｋ）とシリンジ負荷トルクＣ（ｋ）との関係を説明する図である。同図において、横軸は、キャリッジ１１１の位置ｐｋを示し、縦軸は、モータ１０１の負荷トルクの大きさを示す。ただし、添え字ｋ及び添え字ｎについて、１≦ｋ≦ｎである。同図に示す曲線ｇ２０１は、キャリッジ１１１の位置ｋにおける初期無負荷トルクＡ（ｋ）の大きさを示す。また、同図に示す曲線ｇ３０１は、キャリッジ１１１の位置ｋにおけるシリンジ負荷トルクＣ（ｋ）の大きさを示す。
なお、キャリッジ１１１の移動開始位置ｐｃ１及び移動開始位置ｐｃ２については、変形例において後述する。

（ステップＳ２０４）制御部１１３は、ステップＳ２０３で取得したシリンジ負荷トルクＣ（ｋ）から、ステップＳ２０１で取得した初期負荷トルクＡ（ｋ）を減算して、差分｛Ｃ（ｋ）−Ａ（ｋ）｝を算出する。次に、制御部１１３は、算出した差分｛Ｃ（ｋ）−Ａ（ｋ）｝が所定値Ｑより大きいか否かを判定する。
ここで、シリンジ負荷トルクＣ（ｎ）と初期無負荷トルクＡ（ｎ）との差分｛Ｃ（ｋ）−Ａ（ｋ）｝と、所定値Ｑとの関係を説明する。

図１０は、本実施形態に係るシリンジ負荷トルクＣ（ｋ）と初期無負荷トルクＡ（ｋ）との差分と、所定値Ｑとの関係を説明する図である。同図において、横軸は、キャリッジ１１１の位置ｐｋを示し、縦軸は、モータ１０１の負荷トルクの大きさを示す。
図１０の曲線ｇ３１１は、経時的な劣化による負荷の異常が発生していない状態における差分｛Ｃ（ｋ）−Ａ（ｋ）｝を表している。図１０の曲線ｇ３１１’は、経時的な劣化による負荷の異常が発生している状態における差分｛Ｃ（ｋ）−Ａ（ｋ）｝を表している。図１０の破線ｇ３１２は、所定値Ｑを表している。
制御部１１３は、例えば、位置ｐ２において、減算した値｛Ｃ（２）−Ｃ（２）｝と所定値Ｑとの値を比較し、減算した値が所定値Ｑ未満のため、負荷トルクを正常であると判定する。また、負荷トルクが曲線３１１’の場合に、位置ｐｍにおいて、減算した値｛Ｃ（ｍ）−Ａ（ｍ）｝と所定値Ｑとの値を比較し、減算した値が所定値Ｑより大きいため、負荷トルクを異常であると判定する。
制御部１１３は、差分｛Ｃ（ｋ）−Ａ（ｋ）｝が所定値Ｑより大きいと判定した場合（ステップＳ２０４；ＹＥＳ）、ステップＳ２０６に処理を進める。制御部１１３は、減算した値｛（Ｃ（ｋ）−Ａ（ｋ）｝が所定値Ｑ以下であると判別した場合（ステップＳ２０４；ＮＯ）、ステップＳ２０５に処理を進める。

（ステップＳ２０５）制御部１１３は、キャリッジ１１１が移動終了位置、すなわち位置ｐｎに到達したか否かを判定する。制御部１１３は、キャリッジ１１１が位置ｐｎに到達していないと判定した場合（ステップＳ２０５；ＮＯ）、ステップＳ２０３に処理を戻す。また、制御部１１３は、キャリッジ１１１が位置ｐｎに到達したと判定した場合（ステップＳ２０５；ＹＥＳ）、使用モードの処理を終了する。

（ステップＳ２０６）制御部１１３は、駆動回路１１５を介してモータ１０１の駆動を停止させる。続けて、制御部１１３は、負荷の異常、すなわちエラーを示す情報を、インタフェース端子１３１を介して報知部３０４に出力する。なお、制御部１１３は、エラーを示す情報にエラーの種類を示す情報を含めるようにしてもよい。制御部１１３は、報知後、処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態の制御部１１３は、シリンジ２を装着した状態での負荷トルクの異常を検出する。つまり、本実施形態の負荷には、モータ１０１から、スライダ１２０に至るまでの各部品に加え、シリンジ２、及びチューブ３が含まれる。ここで、チューブ３は、外力等によって閉塞することがある。チューブ３が閉塞すると、チューブ３の内部の圧力損失が高まることにより、チューブ３内部の液体が流れにくくなるため、閉塞していない状態に比べてモータ１０１の負荷トルクが増加する。本実施形態の制御部１１３は、この負荷トルクの増加を負荷の異常として検出することができる。また、シリンジ２の筒先２０６の閉塞や、シリンジ２の摺動部の変形などによっても、モータ１０１の負荷トルクが増加するため、この負荷トルクの増加を負荷の異常として検出することができる。すなわち、本実施形態の液体送り出し駆動装置１によれば、液体送り出し駆動装置１の経時的変化による異常のみならず、シリンジ２やチューブ３の状態の変化による異常を検出することができる。
また、本実施形態の液体送り出し駆動装置１によれば、負荷トルクの異常を検出した場合に、モータ１０１の動作を止めるため、チューブ３の閉塞時などの液体の送り出しが困難な場合において、輸液を停止させることができる。

［変形例］
次に第２実施形態の変形例について、図９及び図１１を参照して説明する。シリンジ２は、その種類や大きさによって、摺動部のストロークがシリンジ２毎に相違することがある。つまり、摺動部のストロークが比較的長いシリンジ２と、摺動部のストロークが比較的短いシリンジ２とが存在する。したがって、シリンジ２の種類や大きさによっては、キャリッジ１１１の移動開始位置ｐｃが、図９に示す位置ｐ１ではない場合がある。例えば、あるシリンジ２は、キャリッジ１１１の移動開始位置ｐｃが、図９に示す移動開始位置ｐｃ１である。また、別のシリンジ２は、キャリッジ１１１の移動開始位置ｐｃが、図９に示す移動開始位置ｐｃ２である。この移動開始位置ｐｃが一定ではない場合、移動開始位置ｐｃと、位置ｐｋとの対応づけを行うことにより、制御部１１３は、初期無負荷トルクＡ（ｋ）と、シリンジ負荷トルクＣ（ｋ）との比較ができる。液体送り出し駆動装置１は、記憶部１１４に、シリンジ２の種類や大きさ毎に、キャリッジ１１１の移動開始位置ｐｃを予め記憶させておくことにより、移動開始位置ｐｃと、位置ｐｋとの対応づけを行う。

図１１は、第２の実施形態に係る記憶部１１４に記憶されているシリンジの識別情報と開始位置を示す情報と所定値Ｑとの関係を説明する図である。記憶部１１４には、シリンジ２の種類や大きさ毎に、シリンジ２の識別情報と、移動開始位置ｐｃとが互いに関連付けられて記憶されている。制御部１１３は、装着されているシリンジ２の識別情報に基づいて、記憶部１１４から移動開始位置ｐｃを読み出す。制御部１１３は、読み出した移動開始位置ｐｃに基づいて、移動開始位置ｐｃと、位置ｐｋとの対応づけを行う。なお、シリンジ２の識別情報とは、シリンジ２のメーカー名、シリンジ２の型番等である。

また、図１１に示すように、記憶部１１４には、上述した所定値Ｑが、シリンジ２の識別情報毎に記憶されていてもよい。これにより、制御部１１３は、負荷の異常を判定するしきい値、すなわち所定値Ｑを、シリンジ２の種類や大きさに対応付けて判定することができる。したがって、本変形例の液体送り出し駆動装置１によれば、シリンジ２の種類や大きさが一定ではないことにより、シリンジ負荷トルクＣの大きさが一定ではない場合においても、負荷トルクの異常を精度よく検出することができる。

なお、図８に示した例では、シリンジ負荷トルクＣ（ｋ）から初期無負荷トルクＡ（ｋ）を減算し、減算した値を所定値Ｑと比較して異常検出を行う例を説明したが、これに限られない。制御部１１３は、減算に限られず、比率、所定の区間の平均値同士の差分、所定の区間の平均値同士の比率、および他の統計手法のいずれかを用いて、所定値Ｑと比較して異常検出を行うようにしてもよい。この場合、所定値Ｑは、用いる手法に応じて予め設定された値である。

また、図８に示した例では、シリンジ負荷トルクＣ（ｋ）と初期無負荷トルクＡ（ｋ）とを比較する例を説明したが、これに限られない。制御部１１３は、シリンジ負荷トルクＣ（ｋ）と点検時無負荷トルクＢ（ｋ）とを比較するようにしてもよい。例えば、制御部１１３は、シリンジ負荷トルクＣ（ｋ）から同じ位置の点検時無負荷トルクＢ（ｋ）を減算し、減算した値を所定値Ｓと比較して異常検出を行うようにしてもよい。所定値Ｓは、所定値Ｑと同じ値であってもよく、又は所定値Ｑより小さな値であってもよい。したがって、この変形例の液体送り出し駆動装置１によれば、経時変化後の負荷トルクを基準にして、シリンジ負荷トルクＣとの差分を算出することができる。つまり、この変形例の液体送り出し駆動装置１によれば、シリンジ２の有無による負荷トルクの変化をより正確に検出することができる。

また、第１の本実施形態〜第２の実施形態では、初期無負荷トルクＡ（ｋ）を基準にして、点検時無負荷トルクＢ（ｋ）が所定値よりも大きい場合に、制御部１１３がエラーを報知する場合を例にして説明した。すなわち、上述の各実施形態において、負荷トルクが増加した場合に、制御部１１３がエラーを報知する例を説明したが、これに限られない。制御部１１３は、初期無負荷トルクＡ（ｋ）を基準にして、点検時無負荷トルクＢ（ｋ）が所定値よりも小さい場合に、すなわち負荷トルクが減少した場合に、制御部１１３がエラーを報知してもよい。具体例として、第１ギア１０７、又は第２ギア１０８がシャフトから脱落する場合がある。これらのギアが脱落すると、ギアが脱落する前に比べて、負荷トルクが急激に減少する。制御部１１３は、負荷トルクの減少が検出された場合に、エラーを示す情報を、インタフェース端子１３１を介して報知部３０４に出力する。

また、第１の本実施形態〜第２の実施形態では、制御部１１３は、エラーを示す情報ｓｇ３、又は正常状態であることを示す情報を、報知部３０４に対して出力する一例について説明したが、これに限られない。制御部１１３は、液体送り出し駆動装置１の外部の装置にこれらの情報を出力することもできる。例えば、制御部１１３は、より高性能なＣＰＵを有する機器にエラーを示す情報ｓｇ３、又は正常状態であることを示す情報を出力してもよい。

なお、第１の本実施形態〜第２の実施形態では、モータ１０１の負荷を、センサマグネット１０２とエンコーダ１０３と用いて検出する例を説明したが、これに限られない。モータ１０１の負荷は、スリットが設けられている円盤をシャフト１０６に取り付け、フォトセンサを用いて検出するようにしてもよい。

また、第１の本実施形態〜第２の実施形態では、負荷の例としてシリンジ２を説明したがこれに限られない。負荷は、例えば第１ギア１０７、第２ギア１０８、リードスクリュー１０９、キャリッジ１１１、およびガイド棒１１２等のうち、少なくとも１つを介して駆動されるものであればよい。負荷は、例えば、血液ポンプであってもよい。
また、第１の本実施形態〜第２の実施形態では、モータ１０１としてステッピングモータの例を説明したが、これに限られない。モータ１０１は、ＡＣモータ、ＤＣモータ等であってもよい。

なお、本発明における液体送り出し駆動装置１における制御部１１３の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各処理の手順を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境あるいは表示環境を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク又は通信網や電話回線等の通信回線又は通信線のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル又は差分プログラムであってもよい。

１…液体送り出し駆動装置、２…シリンジ、３…チューブ、１０１…モータ、１０２…センサマグネット、１０３…エンコーダ、１０４…駆動回路基板、１０５…第１取付板、１０６…シャフト、１０６Ａ…長先端、１０６Ｂ…短先端、１０７…第１ギア、１０８…第２ギア、１０９…リードスクリュー、１１０…第２取付板、１１１…キャリッジ、１１２…ガイド棒、１１３…制御部、１１４…記憶部、１１５…駆動回路、１１６…スリット、１２０…スライダ、１２１…検出部、１２２…スリット、１２３…検出穴、１３１…インタフェース端子、２０４…押し子、２０５…鰐口、２０６…筒先

Claims (9)

1. モータと、
   前記モータの回転を負荷に伝達する駆動伝達部材と、
   前記モータを駆動する駆動回路と、
   前記モータの駆動によって前記駆動伝達部材が駆動されたとき、前記モータの負荷トルクに関する値を検出値として検出するセンサと、
   記憶部と、
   初期電源投入されたときの前記検出値を第１検出値として前記記憶部に記憶させ、前記初期電源投入より後に電源が投入されたときの前記検出値を第２検出値として前記第１検出値と前記第２検出値とを比較し、前記第１検出値と前記第２検出値とを比較した結果を出力する制御部と、
   前記制御部は、
   前記初期電源投入されたとき、所定の位置毎に前記第１検出値を検出し、前記所定の位置毎に前記第１検出値を前記記憶部に記憶させ、
   前記初期電源投入より後に電源が投入されたとき、前記所定の位置毎に前記第２検出値を検出し、前記所定の位置毎に前記第２検出値を前記記憶部に記憶させ、
   前記所定の位置毎に前記第１検出値と前記第２検出値とを比較し、
   同じ位置の前記第１検出値と前記第２検出値とを比較した結果が第１の所定量以上増えた場合に、エラーを示す信号を出力する液体送り出し駆動装置。
2. 負荷を液体送り出し駆動装置に固定する固定部と、
   前記負荷が固定されていることを検出する検出部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記固定部に前記負荷が固定されている状態のときに、前記モータを駆動して前記所定の位置毎に前記センサによって検出される値を第３検出値とし、
   前記所定の位置毎に前記第３検出値と前記第１検出値とを比較し、
   同じ位置の前記第３検出値と前記第１検出値とを比較した結果が第２の所定量以上増えた場合に、エラーを示す信号を、さらに出力する請求項１に記載の液体送り出し駆動装置。
3. 負荷を液体送り出し駆動装置に固定する固定部と、
   前記負荷が固定されていることを検出する検出部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記固定部に前記負荷が固定されている状態のときに、前記モータを駆動して前記所定の位置毎に前記センサによって検出される値を第３検出値とし、
   前記所定の位置毎に前記第３検出値と前記第２検出値とを比較し、
   同じ位置の前記第３検出値と前記第２検出値とを比較した結果が第３の所定量以上増えた場合に、エラーを示す信号を、さらに出力する請求項２に記載の液体送り出し駆動装置。
4. 前記所定の位置は、
   前記駆動回路に入力される所定の数のパルス信号によって駆動される位置、又は、前記駆動伝達部材の１回転によって移動される位置、前記所定の数のパルス信号によって駆動される位置の区間のうち、いずれか１つである請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液体送り出し駆動装置。
5. 前記制御部は、
   同じ位置の前記第３検出値と前記第２検出値との差分、前記同じ位置の前記第３検出値と前記第２検出値との比、同じ区間の前記第３検出値と前記第２検出値との差分、前記同じ区間の前記第３検出値と前記第２検出値との比のうち、いずれか１つが第３の所定量以上増えた場合に、エラーを示す信号を、さらに出力する請求項３に記載の液体送り出し駆動装置。
6. 前記制御部は、
   同じ位置の前記第３検出値と前記第１検出値との差分、前記同じ位置の前記第３検出値と前記第１検出値との比、同じ区間の前記第３検出値と前記第１検出値との差分、前記同じ区間の前記第３検出値と前記第１検出値との比のうち、いずれか１つが第３の所定量以上増えた場合に、エラーを示す信号を、さらに出力する請求項２に記載の液体送り出し駆動装置。
7. 前記センサは、
   前記制御部が取り付けられている基板に取り付けられている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の液体送り出し駆動装置。
8. 前記センサは、
   前記制御部が取り付けられている前記基板の面の裏面に取り付けられている請求項７に記載の液体送り出し駆動装置。
9. 前記負荷は、
   押し子を有するシリンジポンプであり、
   前記制御部は、
   シリンジポンプ内の溶液を押し出す方向に前記モータを駆動して、前記押し子を前記駆動伝達部材の移動方向に駆動する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の液体送り出し駆動装置。
   

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