(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を輸送する力を発生させる駆動機構であって、振動する振動体と、前記振動体の振動に応じて駆動されて運動する被駆動体と、
前記振動体を駆動するための電力を供給する電池と、
前記振動体の振動を制御する制御部と、
使用者が食後である情報が入力される入力部と、
を備え、
前記制御部は、
前記入力部に使用者が食後である情報が入力されず且つ前記電池に残存する前記電力の残量が所定量以上あると判断したとき、単位時間当たりに所定の駆動量ずつ前記被駆動体を駆動する第１モードにて、前記振動体を振動させ、
前記入力部に使用者が食後である情報が入力されたとき、または前記残量が前記所定量よりも少ないと判断したとき、前記単位時間よりも長い時間毎に前記所定の駆動量よりも多い駆動量ずつ前記被駆動体を駆動する第２モードにて、前記振動体を振動させることを特徴とする流体輸送装置。
【請求項２】
流体を輸送する力を発生させる駆動機構であって、振動する振動体と、前記振動体の振動に応じて駆動されて運動する被駆動体と、
前記振動体を駆動するための電力を供給する電池と、
前記振動体の振動を制御する制御部と、
血糖値検出部と、
を備え、
前記制御部は、
前記血糖値検出部の検出結果より食後であると判断されず且つ前記電池に残存する前記電力の残量が所定量以上あると判断したとき、単位時間当たりに所定の駆動量ずつ前記被駆動体を駆動する第１モードにて、前記振動体を振動させ、
前記前記血糖値検出部の検出結果より食後であると判断されたとき、または前記残量が前記所定量よりも少ないと判断したとき、前記単位時間よりも長い時間毎に前記所定の駆動量よりも多い駆動量ずつ前記被駆動体を駆動する第２モードにて、前記振動体を振動させることを特徴とする流体輸送装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流体輸送装置であって、
前記第２モードでは、前記被駆動体が定速の運動に達するまで駆動されることを特徴とする流体輸送装置。
【請求項４】
請求項３に記載の流体輸送装置であって、
前記第１モードで所定量の前記流体を輸送する場合に前記被駆動体が定速で運動している時間より、前記第２モードで前記所定量の前記流体を輸送する場合に前記被駆動体が定速で運動している時間のほうが長いことを特徴とする流体輸送装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の流体輸送装置であって、
流体を輸送するためのチューブと、
前記チューブに沿って設けられ、前記被駆動体の運動が伝達され、前記チューブを押して閉塞させる複数のフィンガーと、
を備え、
前記第１モードにて前記振動体を振動させる際に、前記制御部は輸送量が変化しない定常期間、または流体が逆流する逆流期間を短縮するように、前記振動体を振動させることを特徴とする流体輸送装置。
【請求項６】
請求項５に記載の流体輸送装置であって、
前記第２モードにて前記振動体を振動させる際に、前記制御部は、輸送前後の前記複数のフィンガーの押圧状態が同じになるように、前記振動体を振動させることを特徴とする流体輸送装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の流体輸送装置であって、
前記振動体は圧電素子により振動することを特徴とする流体輸送装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の流体輸送装置であって、
前記電池の端子間電圧を検出することによって前記残量を検出することを特徴とする流体輸送装置。
【請求項９】
流体を輸送する力を発生させる駆動機構であって、振動する振動体と、前記振動体の振動に応じて駆動されて運動する被駆動体と、
前記振動体を駆動するための電力を供給する電池と、
使用者が食後である情報が入力される入力部と、
を用いた流体輸送方法であって、
前記入力部に食後である情報が入力されず且つ前記電池に残存する前記電力の残量が所定量以上あると判断したとき、単位時間当たりに所定の駆動量ずつ前記被駆動体を駆動する第１モードにて、前記振動体を振動させ、
前記入力部に食後である情報が入力されたとき、または前記残量が前記所定量よりも少ないと判断したとき、前記単位時間よりも長い時間毎に前記所定の駆動量よりも多い駆動量ずつ前記被駆動体を駆動する第２モードにて、前記振動体を振動させることを特徴とする流体輸送方法。
【請求項１０】
流体を輸送する力を発生させる駆動機構であって、振動する振動体と、前記振動体の振動に応じて駆動されて運動する被駆動体と、
前記振動体を駆動するための電力を供給する電池と、
血糖値検出部と、
を用いた流体輸送方法であって、
前記血糖値検出部の検出結果より使用者が食後であると判断されず且つ前記電池に残存する前記電力の残量が所定量以上あると判断したとき、単位時間当たりに所定の駆動量ずつ前記被駆動体を駆動する第１モードにて、前記振動体を振動させ、
前記前記血糖値検出部の検出結果より使用者が食後であると判断されたとき、または前記残量が前記所定量よりも少ないと判断したとき、前記単位時間よりも長い時間毎に前記所定の駆動量よりも多い駆動量ずつ前記被駆動体を駆動する第２モードにて、前記振動体を振動させることを特徴とする流体輸送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体輸送装置及び流体輸送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体を低速で輸送する装置として、マイクロポンプが知られている（特許文献１参照）。マイクロポンプには、チューブに沿って複数のフィンガーが配置されており、カムがフィンガーを順次押すことによって、チューブが圧搾されて流体が輸送される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７７９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マイクロポンプのような流体輸送装置では、微量の輸送を行う際に、カムを小刻みに駆動・停止させることになる。但し、圧電素子の振動を利用してカムを駆動するような場合、小刻みな駆動・停止を繰り返すと、電力の消費が大きくなる。このため、電池残量の少ないときに小刻みな駆動・停止をさせると、早期に電池が切れるおそれがある。
【０００５】
本発明は、電力消費を抑制しつつ、流体の輸送を継続することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための主たる発明は、流体を輸送するためのチューブと、前記チューブに沿って設けられ、前記チューブを押して閉塞させる複数のフィンガーと、前記チューブを圧搾して前記流体を輸送するように前記フィンガーを順に押すためのカムと、前記カムを駆動する駆動機構であって、圧電素子により振動する振動体と、前記振動体の振動に応じて駆動される被駆動体と、前記圧電素子を駆動するための電力を供給する電池と、前記圧電素子を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記電池に残存する前記電力の残量が所定量以上あると判断したとき、単位時間当たりに所定の駆動量ずつ前記被駆動体を駆動する第１モードにて、前記圧電素子を制御し、前記残量が前記所定量よりも少ないと判断したとき、前記単位時間よりも長い時間毎に前記所定の駆動量よりも多い駆動量ずつ前記被駆動体を駆動する第２モードにて、前記圧電素子を制御することを特徴とする流体輸送装置である。
【０００７】
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、流体輸送装置１の概略構成を説明するための平面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ断面の概略図である。
【図３】図３は、流体輸送装置１の検出部４０及び制御部５０を説明するためのブロック図である。
【図４】図４は、カム歯車２４に形成された第１マーカーの説明図である。
【図５】図５は、第２マーカーの説明図である。
【図６】図６Ａは、高精度モードの説明図である。図６Ｂは、高効率モードの説明図である。
【図７】図７は、ローター２２の停止状態から圧電アクチュエーター２１に駆動信号を印加し続けたときの第２検出部４２の出力信号のグラフである。
【図８】図８は、本実施形態のフロー図である。
【図９】図９は、インスリン薬液を投与する流体輸送装置１のフロー図である。
【図１０】図１０は、駆動信号の周波数と、振動検出素子の検出信号及びローター２２の回転数との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、スイープ制御を行った場合の各種信号の説明図である。
【図１２】図１２は、カム２の回転量と、累積輸送量との関係のグラフである。
【図１３】図１３Ａ及び図１３Ｂは、流体の逆流の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
【００１０】
流体を輸送するためのチューブと、前記チューブに沿って設けられ、前記チューブを押して閉塞させる複数のフィンガーと、前記チューブを圧搾して前記流体を輸送するように前記フィンガーを順に押すためのカムと、をまず想定する。つぎに、前記カムを駆動する駆動機構であって、圧電素子により振動する振動体と、前記振動体の振動に応じて駆動される被駆動体と、前記圧電素子を駆動するための電力を供給する電池と、前記圧電素子を制御する制御部とを備える流体輸送装置を設定する。そして、前記制御部は、前記電池に残存する前記電力の残量が所定量以上あると判断したとき、単位時間当たりに所定の駆動量ずつ前記被駆動体を駆動する第１モードにて、前記圧電素子を制御し、前記残量が前記所定量よりも少ないと判断したとき、前記単位時間よりも長い時間毎に前記所定の駆動量よりも多い駆動量ずつ前記被駆動体を駆動する第２モードにて、前記圧電素子を制御することを特徴とする流体輸送装置である。
このような流体輸送装置によれば、電池の残量が少なくても、液体の輸送を継続することができる。
【００１１】
前記第２モードでは、前記被駆動体が定速に達するまで駆動されることが望ましい。これにより、被駆動体が定速に達するまで駆動されれば、あまり電力をかけなくても被駆動体の駆動を継続できるため、第２モードが高効率なモードになる。
【００１２】
前記第１モードにて前記圧電素子を制御する際に、前記制御部は、前記複数のフィンガーのうちの輸送方向最下流側の前記フィンガーが前記チューブを閉塞する期間をスキップさせるように、前記圧電素子を制御することが望ましい。これにより、高精度に流体を輸送できる。
【００１３】
前記第２モードにて前記圧電素子を制御する際に、前記制御部は、輸送前後の前記複数のフィンガーの押圧状態が同じになるように、前記圧電素子を制御することが望ましい。これにより、流体の輸送量に対する電力消費量を抑制しつつ、１回の輸送量を均等にできる。
【００１４】
前記電池の端子間電圧を検出することによって前記残量を検出することが望ましい。これにより、電池残量を検出できる。
【００１５】
流体を輸送するためのチューブと、前記チューブに沿って設けられ、前記チューブを押して閉塞させる複数のフィンガーと、前記チューブを圧搾して前記流体を輸送するように前記フィンガーを順に押すためのカムと、をまず想定する。つぎに、前記カムを駆動する駆動機構であって、圧電素子により振動する振動体と、前記振動体の振動に応じて駆動される被駆動体と、前記圧電素子を駆動するための電力を供給する電池と、を用いた流体輸送方法を設定する。そして、前記電池に残存する前記電力の残量が所定量以上あると判断したとき、単位時間当たりに所定の駆動量ずつ前記被駆動体を駆動する第１モードにて、前記圧電素子を制御し、前記残量が前記所定量よりも少ないと判断したとき、前記単位時間よりも長い時間毎に前記所定の駆動量よりも多い駆動量ずつ前記被駆動体を駆動する第２モードにて、前記圧電素子を制御することを特徴とする流体輸送方法である。
このような流体輸送方法によれば、電池の残量が少なくても、液体の輸送を継続することができる。
【００１６】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜装置の構成＞
図１は、流体輸送装置１の概略構成を説明するための平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面の概略図である。
【００１７】
流体輸送装置１は、流体を輸送するための装置である。流体輸送装置１は、リザーバー１１と、チューブ１２と、複数のフィンガー１３と、カム２と、駆動機構２０と、ケース３０とから構成されている。
【００１８】
リザーバー１１は、輸送対象である流体を収容するための収容部である。本実施形態では、リザーバー１１は、薬液を収容している。但し、リザーバー１１に収容される流体は、薬液に限られるものではなく、他の液体（例えば、水、食塩水、薬液、油類、芳香液、インク等）でも良い。また、液体に限られず、気体でも良い。
【００１９】
チューブ１２は、リザーバー１１から流体を輸送するための管である。チューブ１２の一端はリザーバー１１に連通しており、他端は流体の輸送先（不図示）に接続される。チューブ１２は、フィンガー１３から押されると閉塞し、フィンガー１３からの力が解除されると元に戻る程度に弾性を有している。チューブ１２は、ケース３０に形成された円弧形状のチューブ案内壁３３の内面に沿って、部分的に円弧形状に配置されている。チューブ１２の円弧形状の部分は、チューブ案内壁３３の内面と、複数のフィンガー１３の外側との間に配置されている。チューブ１２（及びチューブ案内壁３３）の円弧の中心は、カム２の回転中心と一致している。
【００２０】
フィンガー１３は、チューブ１２を閉塞させるための部材である。フィンガー１３は、カム２から力を受けて、従動的に動作する。フィンガー１３は、棒状の軸部１３Ａと、鍔状の押圧部１３Ｂとを有し、Ｔ字形状になっている。フィンガー１３は、軸部１３Ａが軸方向に沿って可動になるように、ケース３０から支持されている。軸部１３Ａのチューブ１２側の一端に押圧部１３Ｂが形成されており、押圧部１３Ｂはチューブ１２と接触している。軸部１３Ａのカム２側の一端は、半球形状になっており、カム２と接触している。フィンガー１３は、金属材料又は高剛性の樹脂材料から構成されるが、他の材料で構成されても良い。
【００２１】
複数のフィンガー１３は、同じ形状をしている。複数のフィンガー１３は、カム２の回転中心から放射状に等間隔で配置されている。複数のフィンガー１３は、カム２の外面と、チューブ１２との間に配置されている。
【００２２】
本実施形態では、７本のフィンガー１３が流体輸送装置１に設けられている。以下の説明では、流体の輸送方向の上流側から順に、第１フィンガー１３−１、第２フィンガー１３−２、・・・第７フィンガー１３−７と呼ぶことがある。
【００２３】
カム２は、外周の４箇所に突起部２Ａを有している。４つの突起部２Ａは、同じ形状である。カム２の外周に複数のフィンガー１３が配置されており、そのフィンガー１３の外側にチューブ１２が配置されている。カム２の突起部２Ａによってフィンガー１３が押されることによって、チューブ１２が閉塞する。フィンガー１３が突起部２Ａから外れると、チューブ１２の弾性力によってチューブ１２が元の形状に戻る。カム２が回転すると、７本のフィンガー１３が順に突起部２Ａから押されて、輸送方向上流側から順にチューブ１２が閉塞する。これにより、チューブが蠕動運動させられて、流体がチューブ１２に圧搾されて輸送される。流体の逆流を防止するため、少なくとも１つ、好ましくは２つのフィンガー１３がチューブ１２を閉塞させるように、４つの突起部２Ａが形成されている。
【００２４】
駆動機構２０は、カム２を回転駆動するための機構である。駆動機構２０は、圧電アクチュエーター２１と、ローター２２と、減速伝達機構２３とを有する。
【００２５】
圧電アクチュエーター２１は、圧電素子の振動を利用してローター２２を回転させるためのものである。圧電アクチュエーター２１は、矩形状の振動体の両面に接着された圧電素子に駆動信号を印加することによって、振動体を振動させる。振動体にはローター２２と接触する凸部２１Ａが設けられており、振動体が振動すると、凸部２１Ａが所定の軌道を描いて振動する。例えば、振動体が長手方向に沿って伸縮する縦一次振動モードと、振動体が長手方向と直交する方向に屈曲する屈曲二次振動モードとを励起するように圧電素子に駆動信号を印加すると、凸部２１Ａが楕円軌道を描いて振動する。若しくは、長手方向に沿って伸縮する一次振動モードと、短辺方向に沿って伸縮する一次振動モードとを組み合わせて、凸部２１Ａを８の字の軌道を描くように振動させても良い。そして、凸部２１Ａの振動軌道の一部において凸部２１Ａがローター２２と接触することによって、ローター２２が回転駆動する。
【００２６】
ローター２２は、圧電アクチュエーター２１によって回転させられる被駆動体である。ローター２２は、不図示の板バネによって、圧電アクチュエーター２１側に付勢されている。これにより、圧電アクチュエーター２１の凸部２１Ａとローター２２の側面との間に適切な摩擦力が発生し、圧電アクチュエーター２１の駆動力の伝達効率が良好になる。
【００２７】
減速伝達機構２３は、ローター２２の回転を所定の減速比でカム２に伝達する機構である。減速伝達機構２３は、カム歯車２４と、伝達車２５と、ローターピニオン２６とから構成されている。カム歯車２４は、カム２に一体的に取り付けられており、カム軸を中心にして、カム２と共に回転可能に支持されている。カム歯車２４は、カムやカム軸とともに２番車（カム車）を構成している。伝達車２５は、カム歯車２４と噛合するピニオンと、ローターピニオン２６と噛合する大歯車とを有し、３番車を構成している。ローターピニオン２６は、ローター２２に一体的に取り付けられた小歯車であり、ローター２２とともに４番車（ローター車）を構成している。なお、ここでは減速伝達機構２３の減速比を４０としている。つまり、ローター２２が１回転すると、カム２が１／４０回転することになる。
【００２８】
ケース３０は、流体輸送装置１を構成する上記の構成要素を収容するための容器である。ケース３０は、上蓋３１及びベース３２から構成されている。ケース３０には、電池３が内蔵されている。この電池３は、圧電アクチュエーター２１の圧電素子を駆動するための電力を供給する。また、電池３は、圧電素子以外の部材（例えば制御部５０など）にも、電力を供給する。
【００２９】
図３は、流体輸送装置１の検出部４０及び制御部５０を説明するためのブロック図である。
【００３０】
検出部４０は、カム２の回転角度（回転位置）を検出するための第１検出部４１と、ローター２２の回転角度（回転位置）を検出するための第２検出部とを有する。
【００３１】
第１検出部４１は、発光部と受光部を備えたロータリー式エンコーダーである。カム歯車２４に第１マーカーが形成されており、第１マーカーが発光部からの光を反射して、その反射光を受光部で受光する。受光部は、受光量に応じた出力信号を制御部５０に出力する。
【００３２】
図４は、カム歯車２４に形成された第１マーカーの説明図である。カム歯車２４に形成された第１マーカーの数は、カム２の突起部２Ａの数と同じ４である。４つの第１マーカーは、カム軸を中心にして、等距離・等間隔で放射状に形成されている。このため、第１マーカー間の角度は、９０度である。各マーカーの突起部２Ａに対する位置関係は、同じになっている。
【００３３】
第２検出部４２も、発光部と受光部を備えたロータリー式エンコーダーである。ローター２２に固定された検出板に第２マーカーが形成されており、第２マーカーが発光部からの光を反射して、その反射光を受光部で受光する。受光部は、受光量に応じた出力信号を制御部５０に出力する。
【００３４】
図５は、第２マーカーの説明図である。検出板に形成された第２マーカーの数は、１２個である。１２個の第２マーカーは、ローター２２の回転軸を中心にして、等距離・等間隔で放射状に形成されている。このため、第２マーカー間の角度は、３０度である。ローター２２の回転分解能が３０度であれば、減速伝達機構２３の減速比が４０であるため、カム２の回転分解能は０．７５度（＝３０度／４０）となる。
【００３５】
なお、第１検出部４１及び第２検出部４２は、反射型の光学式センサーに限られるものではなく、透過型の光学式センサーであっても良い。また、光学式センサーに限られず、磁気センサーなどの非接触センサーや、接触式センサーであっても良い。
【００３６】
制御部５０（図３参照）は、カウンター５１と、記憶部５２と、演算部５３と、ドライバー５４とを有する。カウンター５１は、第１検出部４１が検出した第１マーカーの検出数と、第２検出部４２が検出した第２マーカーの検出数をそれぞれ計数する。カウンター５１の計数値は、カム２及びローター２２の回転位置を示すことになる。記憶部５２は、演算部５３がドライバー５４を駆動するためのプログラムが記憶されている。演算部５３は、記憶部５２に記憶されているプログラムを実行し、カウンター５１の計数値（カム２やローター２２の回転位置）に基づいてドライバー５４を駆動する。ドライバー５４は、演算部５３からの指示に従って、駆動機構２０の圧電アクチュエーター２１に駆動信号を印加する。
【００３７】
本実施形態の制御部５０は、図３に示すように、電池３の残量を検出するための残量検出部５５を備えている。電池３の残量が減ると電池３の端子間電圧が低下することを利用して、残量検出部５５は、電池３の端子間電圧を検出することによって、電池３の残量を検出している。但し、他の方法によって電池３の残量を検出しても良い。
【００３８】
＜制御方法＞
図６Ａは、高精度モードの説明図である。グラフの横軸は時間であり、縦軸は輸送された液量である。
高精度モードは、単位時間当たりに所定の回転量ずつローター２２を回転させて、微量の液体を輸送する輸送方式である。ここでは、高精度モードのときには、１分間毎にローター２２を３０度ずつ回転させて、微量の液体を輸送する。この場合、制御部５０は、１分間毎に第２検出部４２が第２マーカーを１回検出するように、圧電アクチュエーター２１への駆動信号の印加を間欠的に行うことになる。言い換えると、制御部５０は、第２検出部４２が第２マーカーを１回検出するまで圧電アクチュエーター２１に駆動信号を印加し、第２検出部４２が第２マーカーを検出した後には、駆動信号の印加開始から１分間経過するまでの間、駆動信号の印加を停止する。
【００３９】
図７は、ローター２２の停止状態から圧電アクチュエーター２１に駆動信号を印加し続けたときの第２検出部４２の出力信号のグラフである。グラフの横軸は時間であり、縦軸は第２検出部４２の出力信号の電圧である。出力信号の立ち上がりエッジが出力されてから、次の立ち上がりエッジが出力されるまでの間に、ローター２２が３０度回転したことになる。
【００４０】
図に示す通り、出力信号の立ち上がりエッジ間の間隔は、時間が経つ毎に徐々に短くなり、徐々に等間隔になっていく。このグラフから、ローター２２の停止状態ではローター２２に静止摩擦力が作用しているため、圧電アクチュエーター２１に駆動信号を印加してもローター２２が回転しにくく、ローター２２を回転させるのに電力を要すると考えられる。また、ローター２２が定速回転する前においても、ローター２２を加速させるために、電力を要すると考えられる。その一方、ローター２２が定速回転するようになれば、あまり電力をかけなくてもローター２２の定速回転を継続できることが理解できる。
【００４１】
また、圧電アクチュエーター２１では、駆動信号を印加してから定常振動になるまでに、ある程度の時間がかかる。更に、停止状態では、圧電アクチュエーター２１の振動体の一端がローター２２に固着したような状態のため、駆動開始時の共振周波数が定常振動時の共振周波数と若干異なっていると考えられる。これらの理由から、駆動信号の印加開始からローター２２が定速回転に達するまでに、ある程度の時間がかかるとも考えられる。
【００４２】
この結果、駆動信号の印加時間に対するローター２２の回転量は、ローター２２が停止・加速の状態のときよりも、ローター２２が定速回転の状態のときの方が多い。このため、同じ量の液体を輸送する場合、ローター２２が停止した状態からその量を輸送するよりも、ローター２２が回転した状態で輸送する方が、電力の消費が少なくて済み、効率的である。
【００４３】
しかし、前述の高精度モード（図６Ａ）では、ローター２２の微小な回転と停止とを繰り返すことになる。このため、高精度モードは、電力の消費が大きい。そして、電池３の残量が少ないときに高精度モードでの液体輸送を継続すると、電池切れを早期に招くおそれがある。
そこで、本実施形態では、制御部５０は、電池３の残量が少ないときには、高精度モードを行わず、次に説明する高効率モードを行う。
【００４４】
図６Ｂは、高効率モードの説明図である。高効率モードは、まとめて液体を輸送する輸送方式である。ここでは、高効率モードのときには、１０分間毎にローター２２を３００度ずつ回転させて、まとめて液体を輸送する。この場合、制御部５０は、第２検出部４２が第２マーカーを１０回検出するまで圧電アクチュエーター２１に駆動信号を印加し続け、第２検出部４２が第２マーカーを１０回検出した後には、駆動信号の印加開始から１０分間経過するまでの間、駆動信号の印加を停止する。
【００４５】
圧電アクチュエーター２１に駆動信号を印加してローター２２を回転させるとき、図７に示すようにローター２２が１５０度ほど回転すればローター２２はほぼ定速回転するので、それ以降の電力の消費は少なくて済む。このため、高効率モードでは、前述の高精度モードと比較して、液体の輸送量に対する電力消費量が少なくて済む。
【００４６】
図８は、本実施形態のフロー図である。まず、制御部５０は、残量検出部５５の検出結果に基づいて、電池残量を判断する。
【００４７】
例えば、電池３の端子間電圧が所定の閾値よりも高いことを残量検出部５５が検出していれば、制御部５０は、電池残量が足りていると判断する。この場合、制御部５０は、高精度モード（図６Ａ参照）にて、液体の輸送を行う。
【００４８】
一方、電池３の端子間電圧が所定の閾値よりも低いことを残量検出部５５が検出していれば、制御部５０は、電池残量が少ないと判断する。この場合、制御部５０は、高効率モード（図６Ｂ参照）にて、液体の輸送を行う。これにより、電池３の残量が少なくても、液体の輸送を継続することができる。
【００４９】
＜使用例＞
前述の流体輸送装置１を用いて、糖尿病患者に対してインスリン薬液を投与することが可能である。図９は、インスリン薬液を投与する流体輸送装置１のフロー図である。
【００５０】
まず、制御部５０は、食後のタイミングであるか否かを判断する。流体輸送装置１に不図示の入力部（例えばボタン）が設けられており、食後に使用者が入力部に入力（例えばボタンを押すこと）を行えば、制御部５０は、食後のタイミングであると判断する。若しくは、流体輸送装置１に不図示の血糖値検出部が設けられており、血糖値検出部の検出結果に基づいて、食後のタイミングであるか否かを判断しても良い。
【００５１】
食後のタイミングであれば、使用者の血糖値が高いため、十分な量のインスリンが投与されるように、制御部５０は、高速モードにて薬液の輸送を行う。高速モードでは、制御部５０は、ローター２２の回転が継続するように、圧電アクチュエーター２１に駆動信号を印加し続ける。このため、高速モードは、前述の高効率モードと比べても、液体の輸送量に対する電力消費量が少ない。
【００５２】
本実施形態では、血糖が低いときにも肝臓からの糖の放出が過剰にならないようにするため、制御部５０は、微量のインスリンを投与するように、ローター２２を回転させる。このとき、既に説明した通り、制御部５０は、電池３の残量が足りていれば、前述の高精度モード（図６Ａ参照）にて、微量のインスリンを投与するように、ローター２２を回転させる。一方、電池３の残量が少なければ、前述の高効率モード（図６Ｂ参照）にて、微量のインスリンを投与するように、ローター２２を回転させる。
【００５３】
インスリン薬液を投薬するような流体輸送装置１では、電池３などの消耗品は定期的に交換されることを想定しているため、通常の使用形態において電池残量が少ないと判断されることは無い。但し、大震災などの非常時には、使用者が、想定期間を超えて装置を使用し続けることが生じ得る。本実施形態では、このような状況下においても、インスリン薬液を投与できる期間を延ばすことができる。
【００５４】
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
圧電アクチュエーター２１は、矩形状の振動体に接着した圧電素子に駆動信号を印加させて、振動体を振動させている。このため、振動体の共振周波数に相当する周波数の駆動信号を圧電素子に印加させることになる。但し、圧電アクチュエーター２１の共振周波数は、周囲の温度や負荷などの影響によって変動することがある。そこで、所定の帯域で駆動信号の周波数をスイープ（変化）させて、確実に圧電アクチュエーター２１を駆動させることが考えられる。
【００５５】
一方、駆動信号の周波数を広い帯域でスイープさせる場合、振動に寄与しない周波数も圧電素子に印加することになる。このような周波数の駆動信号を圧電素子に長時間印加することは、効率的ではない。そこで、振動が小さい状態では、圧電素子に印加する駆動信号の周波数の変化速度を速くさせて、振動に寄与しない周波数の駆動信号の印加時間を短くすることが考えられる。ここでは、振動体に設ける圧電素子の一部を振動検出素子とし、この振動検出素子の検出結果に基づいて、印加中の駆動信号が振動に寄与しているか否かを判断することにする。
【００５６】
図１０は、駆動信号の周波数と、振動検出素子の検出信号及びローター２２の回転数との関係を示す図である。
【００５７】
圧電素子は周囲温度や負荷に応じて励振する周波数範囲が変動する。圧電素子に印加する駆動信号の周波数をｆmaxからｆminにスイープさせると、圧電素子が駆動信号によって励振したときに、振動検出素子の検出信号が高くなる。言い換えると、振動検出素子の検出信号が高いとき、圧電素子が駆動信号によって励振していることになる。
【００５８】
そこで、制御部５０は、振動検出素子の検出信号（検出電圧）と基準信号（基準電圧）とを比較し、検出信号が基準信号よりも低い場合には、圧電素子に印加する駆動信号の周波数の変化速度を速くする。一方、検出信号が基準信号よりも低い場合には、制御部５０は、圧電素子に印加する駆動信号の周波数の変化速度を遅くする。これにより、振動に寄与しない周波数の印加時間を短くできる。このように駆動信号の周波数をスイープさせる制御方法のことを「スイープ制御」と呼ぶ。
【００５９】
駆動信号の周波数の変化パターン（スイープパターン）は、所定の最大周波数ｆmaxから最小周波数ｆminにスイープし、最小周波数ｆminに達したら、最大周波数ｆmaxに戻って再度最小周波数ｆminに向かってスイープするダウンパターンを採用することが可能である。但し、このダウンパターンに限らず、常に最小周波数ｆminから最大周波数ｆmaxに向かってスイープするアップパターンや、最小周波数ｆminに達したら最大周波数ｆmaxに向かってスイープするとともに、最大周波数ｆmaxに達したら最小周波数ｆminに向かってスイープする往復パターンでも良い。
【００６０】
図１１は、スイープ制御を行った場合の各種信号の説明図である。一番上の波形Ａは、第２検出部４２の出力信号である。波形Ｂは、駆動信号である。波形Ｃは、振動検出素子の検出信号（圧電素子からの逆起電力信号）である。波形Ｄは、駆動開始のタイミング示す信号である。波形ＤがＬレベルからＨレベルに変化した時に、圧電素子への駆動信号の印加が開始する。
【００６１】
波形Ａが示すように、駆動信号の周波数をスイープさせた場合においても、図７のグラフと同様に、出力信号の立ち上がりエッジ間の間隔は、時間が経つ毎に徐々に短くなり、徐々に等間隔になっていく。この波形Ａから、ローター２２の停止状態で圧電アクチュエーター２１に駆動信号を印加してもローター２２が回転しにくく、ローター２２を回転させるのに電力を要することが理解できる。また、ローター２２が定速回転する前においても、ローター２２を加速させるために、電力を要することが理解できる。なお、スイープ制御をローター２２の停止状態から開始する場合、振動に寄与しない周波数の帯域が広い状態のため、特に電力を要すると考えられる。その一方、ローター２２が定速回転するようになれば、あまり電力をかけなくてもローター２２の定速回転を継続できることが理解できる。
【００６２】
つまり、スイープ制御を行う際においても、第１実施形態と同様に、駆動信号の印加時間に対するローター２２の回転量は、ローター２２が停止・加速の状態のときよりも、ローター２２が定速回転の状態のときの方が多い。特に、スイープ制御の際に、振動に寄与する周波数の帯域は、ローター２２の停止・加速時よりもローター２２の定速回転時の方が広いため、駆動信号の印加時間に対するローター２２の回転量は、ローター２２が停止・加速の状態のときよりも、ローター２２が定速回転の状態のときの方が特に多くなる。このため、スイープ制御を行う際においても、同じ量の液体を輸送する場合、ローター２２が停止した状態からその量を輸送するよりも、ローター２２が回転した状態で輸送する方が、電力の消費が少なくて済み、効率的である。
【００６３】
したがって、スイープ制御を行う際においても、制御部５０が図８や図９に示す処理を実行することが望ましい。これにより、電池３の残量が少なくても、液体の輸送を継続することができる。
【００６４】
＝＝＝第３実施形態＝＝＝
図１２は、カム２の回転量と、累積輸送量との関係のグラフである。このグラフは、カム２の或る位置（基準位置）を０度とし、基準位置からのカム２の回転量に対する輸送量の累積を測定したものである。
【００６５】
ここでは、カム２が０度から６０度まで回転するまでの間（以下、「輸送期間」という）では、輸送量は、回転角にほぼ比例している。この輸送期間では、第１フィンガー１３−１から順にチューブ１２を閉塞させて、流体が輸送されている状態になる。カム２が６０度から８０度まで回転するまでの間（以下、「定常期間」という）では、累積輸送量は変化していない。この定常期間では、第７フィンガー１３−７がチューブ１２を閉塞させ続けている状態になる。カム２が８０度から８５度まで回転するまでの間（以下、「逆流期間」という）では、累積輸送量が減少している。つまり、逆流期間では、流体が逆流している。
【００６６】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、流体の逆流の説明図である。本来であればチューブ１２は円弧形状に配置されているが、ここでは便宜上、チューブ１２を直線状に配置している。
【００６７】
カム２が回転することによって、第７フィンガー１３−７がチューブ１２を閉塞した状態（図１３Ａ）から、第７フィンガー１３−７による押圧状態が開放された状態（図１３Ｂ）に移行する。このとき、図１３Ｂの斜線部に示す容量（正確には、図１３Ｂの斜線部の容量から図１３Ａの斜線部の容量を引いた容量）の分だけ、流体が逆流することになる。
【００６８】
なお、カム２が８５度から９０度まで回転するまでの間（以下、「復帰期間」という）では、逆流分に相当する量の液体が輸送される。（なお、基準位置０度は、復帰期間後のカム２の位置としている。）
このように、カム２を回転させたときに、回転量に応じた量の液体が輸送される場合と、液体が輸送されない場合と、液体が逆流する場合とがある。この結果、図１２に示すように、カム２の回転量に対する液体の輸送量は、カム２の回転位置に応じて異なることになる。例えばカム２を４５度回転させて液体を輸送する場合には、図１２の基準位置０度から４５度まで回転させたときの輸送量（約１．２μｌ）と、４５度から９０度まで回転させたときの輸送量（約０．３μｌ）とでは、異なることになる。その一方、カム２を９０度回転させて液体を輸送する場合には、カム２がどの位置であっても、ほぼ等量（約１．５μｌ）にて液体が輸送されることになる。
【００６９】
そこで、第３実施形態では、前述の高精度モード及び高効率モードの際に、以下のようにしている。
【００７０】
高精度モードでは、輸送期間（カム２が基準位置０度から６０度まで回転するまでの間）では、第１実施形態と同様に、制御部５０は、１分間毎にローター２２を所定角度（例えば３０度）ずつ回転させて、微量の液体を輸送する。つまり、第７フィンガー１３−７がチューブ１２を閉塞させる前の期間では、第１実施形態と同様に、制御部５０は、１分間毎にローター２２を所定角度（例えば３０度）ずつ回転させて、微量の液体を輸送する。
【００７１】
但し、輸送期間を終えてカム２の回転位置が６０度に達したとき、制御部５０は、次の輸送期間に達するまで（カム２が基準位置から９０度回転した位置になるまで）、ローター２２を回転させる。つまり、カム２の回転位置が６０度に達したとき、制御部５０は、定常期間・逆流期間・復帰期間をスキップするように（６０度〜９０度の回転位置をスキップするように）、ローター２２を回転させる。そして、カム２の９０度の回転を１サイクルとし、基準位置から９０度回転した位置を次のサイクルの新たな基準位置として、次のサイクルにおいても同様にローター２２の回転を制御する。
【００７２】
第３実施形態の高精度モードによれば、単位時間当たりに輸送される液体の量を一定にすることができる。なお、第１実施形態のように常に所定の回転量ずつローター２２を回転させるだけでは、液体が輸送されない期間（第７フィンガー１３−７がチューブ１２を閉塞している期間）や、液体が逆流する期間が生じてしまう。これに対し、第３実施形態では、第１実施形態よりも、高い精度で液体を輸送できる。
【００７３】
高効率モードでは、所定時間毎にカム２を９０度回転させて（ローター２２を１０回転させて）、まとめて液体を輸送する。つまり、高効率モードでは、輸送直後の複数のフィンガー１３の押圧状態が、輸送直前の複数のフィンガー１３の押圧状態と同じになるまで、カム２を回転させる。なお、カム２は基準位置に位置していなくても良い。
【００７４】
第３実施形態の高効率モードによれば、液体の輸送量に対する電力消費量を抑制しつつ、１回の輸送量を均等にすることができる。なお、カム２を９０度ずつ回転させるのではなく、仮に４５度ずつ回転させるとすると、９０度ずつ回転させた場合と比べて電力消費量が多くなると共に、１回の輸送量が均等にはならない。
【００７５】
＝＝＝その他＝＝＝
上記の実施形態は、主として流体輸送装置について記載されているが、その中には、流体輸送方法、プログラム、プログラムを記憶した記憶媒体等の開示が含まれていることは言うまでもない。
【００７６】
また、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７７】
１  流体輸送装置、２  カム、２Ａ  突起部、３  電池、１１  リザーバー、１２  チューブ、１３  フィンガー、１３Ａ  軸部、１３Ｂ  押圧部、２０  駆動機構、２１  圧電アクチュエーター、２１Ａ  凸部、２２  ローター、２２Ａ  検出板、２３  減速伝達機構、２４  カム歯車、２５  伝達車、２６  ローターピニオン、３０  ケース、３１  上蓋、３２  ベース、３３  チューブ案内壁、４０  検出部、４１  第１検出部、４２  第２検出部、５０  制御部、５１  カウンター、５２  記憶部、５３  演算部、５４  ドライバー、５５  残量検出部。
【図１】
0006048569.tif 000002
【図２】
0006048569.tif 000003
【図３】
0006048569.tif 000004
【図４】
0006048569.tif 000005
【図５】
0006048569.tif 000006
【図６】
0006048569.tif 000007
【図７】
0006048569.tif 000008
【図８】
0006048569.tif 000009
【図９】
0006048569.tif 000010
【図１０】
0006048569.tif 000011
【図１２】
0006048569.tif 000012
【図１３】
0006048569.tif 000013
【図１１】
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