(57)【要約】  本発明は、ピストンロッドを注入器具の中で反転させる方法及び装置に関し、ピストンロッドは電気モータのモータシャフトに作動可能に接続されて、モータシャフトの回転運動がピストンロッドの並進運動に変換され、ピストンロッドは２つの端部位置の間で移動し、前記方法は、第１供給電圧レベルを電気モータに供給するステップと、モータに供給される電流、及びピストンロッドの該当する位置の一連の該当する値を測定するステップと、ピストンロッドの測定位置が所定の位置に等しい場合に第２供給電圧レベルを電気モータに供給するステップとを含み、第２供給電圧レベルは第１供給電圧レベルのＲＭＳ（実効）値よりも小さいＲＭＳ値を有する。本発明は、本方法を実行する装置にも関する。
2008531093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンロッドを注入器具の中で反転させる方法であって、ピストンロッドは電気モータのモータシャフトに作動可能に接続されて、モータシャフトの回転運動がピストンロッドの並進運動に変換され、ピストンロッドは２つの端部位置の間で移動し、
−第１供給電圧レベルを電気モータに供給するステップと、
−モータに供給される電流、及びピストンロッド位置の一連の該当する値を測定するステップと、
−モータに供給される測定電流が所定の値を上回る場合に電気モータの電源を遮断するステップと、
−ピストンロッドの測定最終位置を所定の位置範囲と比較するステップと
を含む方法。
【請求項２】
ピストンロッドの位置を、モータシャフトの該当する角度位置を測定することにより測定する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
更に、ピストンロッドの測定最終位置が所定の位置範囲に収まらない場合にエラー信号を生成するステップを含む、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
更に、ピストンロッドの測定最終位置が所定の位置範囲に収まる場合に許可信号を生成するステップを含む、請求項１又は２記載の方法。
【請求項５】
更に、ピストンロッドの最終位置を接続先のメモリモジュールに保存して後の時点で使用するステップを含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
ピストンロッドを注入器具の中で反転させる方法であって、ピストンロッドは電気モータのモータシャフトに作動可能に接続されて、モータシャフトの回転運動がピストンロッドの並進運動に変換され、ピストンロッドは２つの端部位置の間で移動し、
−第１供給電圧レベルを電気モータに供給するステップと、
−モータに供給される電流、及びピストンロッド位置の一連の該当する値を測定するステップと、
−ピストンロッドの測定位置が所定の位置と同じである場合に第２供給電圧レベルを電気モータに供給するステップと
を含み、第２供給電圧レベルが第１供給電圧レベルのＲＭＳ（実効）値よりも小さいＲＭＳ値を有する、方法。
【請求項７】
ピストンロッドの位置を、モータシャフトの該当する角度位置を測定することにより測定する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
更に、モータに供給される電流が所定の値を上回る場合に電気モータの電源を遮断するステップを含む、請求項６又は７記載の方法。
【請求項９】
更に、ピストンロッドの測定最終位置を所定の位置範囲と比較するステップを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
更に、測定最終位置が所定の位置範囲に収まらない場合にエラー信号を生成するステップを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
更に、測定最終位置が所定の位置範囲に収まる場合に許可信号を生成するステップを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
更に、ピストンロッドの最終位置を接続先のメモリモジュールに保存して後の時点で使用するステップを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
ピストンロッドを注入器具の中で反転させる装置であって、ピストンロッドは電気モータのモータシャフトに作動可能に接続されて、モータシャフトの回転運動がピストンロッドの並進運動に変換され、ピストンロッドは２つの端部位置の間で移動し、
−第１供給電圧レベルを電気モータに供給する手段と、
−モータに供給される電流、及びピストンロッド位置の一連の該当する値を測定する手段と、
−モータに供給される測定電流が所定の値を上回る場合に電気モータの電源を遮断する手段と
を備える装置。
【請求項１４】
ピストンロッドを注入器具の中で反転させる装置であって、ピストンロッドは電気モータのモータシャフトに作動可能に接続されて、モータシャフトの回転運動がピストンロッドの並進運動に変換され、ピストンロッドは２つの端部位置の間で移動し、
−第１供給電圧レベルを電気モータに供給する手段と、
−モータに供給される電流、及びピストンロッド位置の一連の該当する値を測定する手段と、
−ピストンロッドの測定位置が所定の位置に等しい場合に第２供給電圧レベルを電気モータに供給する手段と
を備え、第２供給電圧レベルが第１供給電圧レベルのＲＭＳ（実効）値よりも小さいＲＭＳ値を有する、装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
発明の分野
本発明は、ピストンロッドを注入器具の中で反転させる方法及び装置に関する。詳細には、本発明は、ピストンロッドを注入器具の中で、ピストンロッドに動作可能に接続されるＤＣモータに供給される電流、及びピストンロッドの位置に関する情報を使用して反転させる方法及び装置に関する。
【０００２】
発明の背景
ＤＣモータ付きの注入器具は分注器具の分野では公知である。これらの器具では、ピストンロッドは電気ＤＣモータによって駆動される。ピストンロッドがその最下位置に達し、注入予定の薬剤を収容する薬剤収納容器が空になると、ピストンロッドは反転してその初期位置に戻り、薬剤収納容器を取り替えることができるようにする必要がある。
米国特許出願公開第２００４／００８５２１５号は、ポンプ、リザーバ、及び流体を再現性良く送出するリザーバピストンを開示している。モータは駆動ネジのような駆動部材に動作可能に接続され、駆動部材は、モータの動作に従ってプランジャースライドを前進させるように適合させる。プランジャースライドはピストンに取り外し可能に接続される。注入ポンプに供給される電流が測定される。電流測定値に基づいて、注入ポンプは、プランジャースライドが容器に収まる時点を検出し、プランジャースライドが容器に収まっていることを示す値を力センサが単独で記録することができないときの力センサの不具合を検出する。
【０００３】
米国特許出願公開第２００４／００８５２１５号は、ピストンがその最下位置に達し、薬剤収納容器が空になった後に、ピストンがどのようにして反転してその初期位置に戻るかについては何も触れていない。
本発明の目的は、ピストンロッドが注入器具の中で無事に戻る動作を実現する方法及び装置を提供することにある。
【０００４】
発明の概要
上述の目的は、第１の態様において、ピストンロッドを注入器具の中で反転させる方法を提供することにあり、ピストンロッドは電気モータのモータシャフトに作動可能に接続されて、モータシャフトの回転運動がピストンロッドの並進運動に変換され、ピストンロッドは２つの端部位置の間で移動し、前記方法は、
−第１供給電圧レベルを電気モータに供給するステップと、
−モータに供給される電流、及びピストンロッド位置の一連の該当する値を測定するステップと、
−モータに供給される測定電流が所定の値を上回る場合に電気モータの電源を遮断するステップと、
−ピストンロッドの測定最終位置を所定の位置範囲と比較するステップと
を含む。
電気モータは、マイクロプロセッサによって制御されるモータコントローラによって駆動されるＤＣモータとすることができる。モータコントローラは、Ｈブリッジトランジスタ形態を含むことができる。Ｈブリッジを使用する場合、モータ方向を反転し、モータに印加される電圧を、Ｈブリッジトランジスタをパルス幅変調（ＰＷＭ）することにより制御することができる。ＰＷＭはマイクロプロセッサ系によって制御される。
【０００５】
「最終位置」という用語は主として、電気モータの電源を遮断した後のピストンロッドの位置として解釈される。しかしながら、最終位置は、電源遮断中のピストンロッドの位置として解釈することもできる。従って、電気モータをピストンロッドの位置が測定される前に完全に停止させるようにする必要はない。
ピストンロッドの位置は、モータシャフトの該当する角度位置を測定することにより、またはピストンロッドの実際の位置を測定することにより測定することができる。
【０００６】
所定の電流レベルは、正常の負荷状態（正常電流レベル）で動作しているモータの電流レベルを上回る電流レベルである。所定の電流は基本的に任意の大きさに設定することができる。しかしながら、所定の電流レベルは、過電流に起因するダメージが−モータコントローラ、機械駆動機構、またはモータ自体に−生じ始める閾値電流レベルを下回る必要がある。通常、所定の電流レベルは、モータの正常電流レベルの１．５〜４倍に対応する範囲に収まる。
所定の位置範囲は、ピストンロッドの初期位置または始点の近傍の位置区間とすることができる。初期位置または始点はメモリユニットに保存される。この位置は、初期位置または始点が、ピストンロッドが反転してその初期位置に戻る指示を受けた最後の機会における反転シーケンスの端部位置として定義されるという理由により固定位置である必要はない。
【０００７】
本発明による方法は更に、ピストンロッドの測定最終位置が所定の位置範囲に収まらない場合にエラー信号を生成するステップを含む。従って、ピストンロッドが反転してその初期位置に、またはその初期位置の近傍の位置に戻ることが阻止される場合、アラーム信号が生成されて、注入器具のユーザに、いずれかの箇所が故障していることを通知する。例えば、ピストンロッドが、その初期位置へのピストンロッドの戻りを阻止する機械的障害物に衝突することが発生し得る。
測定最終位置が所定の位置範囲に収まる場合、本発明による方法は更に、許可信号を生成するステップを含む。許可信号は、注入器具のユーザに、ピストンロッドがその始点に、またはその始点の近傍の位置に戻っていて、空の薬剤収納容器をこの時点で取り替えることができることを通知する。本発明による方法は更に、ピストンロッドの測定最終位置を保存するステップを含む。モータの電源が遮断されているときのピストンロッドの位置は、接続先のメモリモジュールに新規の始点として保存することができる。新規の始点は、過去の始点の代わりに使用することができる。これは、ピストンロッドが反転してその始点に戻る次の機会に、新規の始点がシステムに読み込まれ、戻り先の位置として使用されることを意味する。
【０００８】
第２の態様では、本発明は、ピストンロッドを注入器具の中で反転させる方法であって、ピストンロッドは電気モータのモータシャフトに作動可能に接続されて、モータシャフトの回転運動がピストンロッドの並進運動に変換され、ピストンロッドは２つの端部位置の間で移動し、前記方法は、
−第１供給電圧レベルを電気モータに供給するステップと、
−モータに供給される電流、及びピストンロッド位置の一連の該当する値を測定するステップと、
−ピストンロッドの測定位置が所定の位置と同じである場合に第２供給電圧レベルを電気モータに供給するステップと
を含み、第２供給電圧レベルが第１供給電圧レベルのＲＭＳ（実効）値よりも小さいＲＭＳ値を有する。
ここでも同じように、ピストンロッドの位置は、モータシャフトの該当する角度位置を測定することにより測定される。
【０００９】
所定の位置は、ピストンロッドの始点の近傍の位置区間とすることができる。従って、ピストンロッドがその始点に近付くと、ピストンロッドが戻る速度を下げて、ピストンロッドが始点に達するときに確実に安全に到達するようにする。ピストンロッドの速度を下げることにより、反転プロセスの精度が高くなる。また、ピストンロッド自体を含む機械部品は更に、速度を下げたときの過負荷及び不必要な磨耗から保護される。
【００１０】
第２の態様による方法は更に、モータに供給される電流が所定の値を上回って、例えばモータの正常電流の１．５〜４倍の電流となる場合に電気モータの電源を遮断するステップを含む。本方法は更に、ピストンロッドの測定最終位置を所定の位置範囲と比較し、測定最終位置が所定の位置範囲に収まらない場合にエラー信号を生成するステップを含む。
これとは異なり、測定最終位置が所定の位置範囲に収まる場合に、本方法は更に、許可信号を生成し、ピストンロッドの測定最終位置を接続先のメモリモジュールに保存して後の時点で使用するステップを含む。
【００１１】
第３の態様では、本発明は、ピストンロッドを注入器具の中で反転させる方法であって、ピストンロッドは電気モータのモータシャフトに作動可能に接続されて、モータシャフトの回転運動がピストンロッドの並進運動に変換され、ピストンロッドは２つの端部位置の間で移動し、前記方法は、
−第１供給電圧レベルを電気モータに供給するステップと、
−モータに供給される電流、及びピストンロッド位置の一連の該当する値を測定するステップと、
−ピストンロッドの測定位置が所定の位置に等しい場合に、またはモータに供給される電流が所定の値を上回る場合に、供給電圧レベルを変更するステップと
を含む。
【００１２】
第４の態様では、本発明は、本発明の第１の態様による方法を実行する装置に関するものであり、前記装置は、
−第１供給電圧レベルを電気モータに供給する手段と、
−モータに供給される電流、及びピストンロッド位置の一連の該当する値を測定する手段と、
−モータに供給される測定電流が所定の値を上回る場合に電気モータの電源を遮断する手段と、
−ピストンロッドの測定最終位置を所定の位置範囲と比較する手段と、
を備える。
【００１３】
第５の態様では、本発明は、本発明の第２の態様による方法を実行する装置に関するものであり、前記装置は、
−第１供給電圧レベルを電気モータに供給する手段と、
−モータに供給される電流、及びピストンロッド位置の一連の該当する値を測定する手段と、
−ピストンロッドの測定位置が所定の位置に等しい場合に第２供給電圧レベルを電気モータに供給する手段と、を備え、第２供給電圧レベルは第１供給電圧レベルのＲＭＳ（実効）値よりも小さいＲＭＳ値を有する。
【００１４】
第６の態様では、本発明は、本発明の第３の態様による方法を実行する装置に関するものであり、前記装置は、
−第１供給電圧レベルを電気モータに供給する手段と、
−モータに供給される電流、及びピストンロッド位置の一連の該当する値を測定する手段と、
−ピストンロッドの測定位置が所定の位置に等しい場合に、またはモータに供給される電流が所定の値を上回る場合に、供給電圧レベルを変更する手段と、を備える。
供給電圧を電気モータに供給する手段は、４個のトランジスタ−２個のトランジスタは連動してモータを順方向に駆動し、他の２個のトランジスタはモータを逆方向に駆動する−を含むＨブリッジ回路とすることができる。モータ自体はＤＣモータとすることができる。モータに供給される電流を測定する手段は変流器とすることができる、またはモータの外部に設けられる外部抵抗体とすることができ、この抵抗体による電圧降下が測定される。モータに供給される電流の測定値表示はＡ／Ｄ変換器によってデジタルフォーマットに変換される。ピストンの位置は、モータのモータシャフトの角度位置を測定することにより間接的に測定することができる。例えば、方向を検出するエンコーダを使用してモータシャフトの角度位置を測定することができる。
【００１５】
本発明について、添付の図を参照しながら更に詳細に説明する。
本発明は種々の変形例及び別の形態とすることができるが、特定の実施形態が例として図に示されていて、本明細書において詳細に説明される。しかしながら、本発明は開示する特定の形態に制限されるものではないことを理解されたい。制限されるのではなく、本発明は、添付の請求項によって規定される本発明の技術思想及び技術範囲に包含される全ての変形物、均等物、及び代替物を含む。
【実施例】
【００１６】
最も一般的な態様では、本発明は電気駆動ピストンロッドを注入器具の中で反転させる方法に関連する。「ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｄｒｉｖｅｎ（電気駆動）」という表現は、ピストンロッドがＤＣモータのような電気モータによって駆動される態様を指す。任意であるが、モータのシャフトはピストンロッドにギアボックスのような或る種類のギアリング機構を介して作動可能に接続される。モータ性能は、モータに供給される電流、及びピストンロッドの位置を測定することによりモニタリングされる。ピストンロッドを前方に移動させることにより、設定注入量の薬剤を注入器具から注入することができる。ピストンロッドが前方に、注入予定の薬剤を収容する薬剤収納容器の長さにほぼ等しい合計距離だけ移動すると、ピストンロッドをその初期位置に向かって反転させて、空の薬剤収納容器を取り替えることができるようにする必要がある。
【００１７】
制御ユニット、モータ、ギアボックス、ピストンロッド、及び薬剤収納容器を図１に示す。制御ユニットは、ユーザインターフェース、ＣＰＵ、メモリモジュール、一つ以上の着信制御信号（群）を処理するＡ／Ｄ変換器（群）、及びモータコントローラを備える。好適な実施形態では、Ａ／Ｄ変換器はモータに供給される電流を表わす制御信号を受信する。供給電流を表わす制御信号はアナログ形式であるが、位置信号はデジタル形式及びアナログ形式の両方とすることができる。モータコントローラはモータに適切な電圧を給電する。好適には、モータコントローラは４個のトランジスタを含むＨブリッジを含み、４個のトランジスタの内、２個のトランジスタは連動してモータを順方向に駆動し、他の２個のトランジスタは連動してモータを逆方向に駆動する。モータを順方向に駆動する場合、モータへの供給電圧は、２つのトランジスタの内の少なくとも一つをパルス幅変調（ＰＷＭ）モードで動作させることにより変更する。同様に、供給電圧は、モータを反転させてその元の位置に戻す場合にＰＷＭを使用して変更することができる。
【００１８】
図２は、ピストンロッドの始点を求める方法、従ってシステムの較正方法を示すフローチャートを示している。ピストンロッドを反転させる手順を開始した後、モータに供給される電流、及びピストンロッドの位置を継続的に測定する。モータに供給される電流が所定の値を下回ったままである間は、ピストンロッドの反転が継続する。しかしながら、モータに供給される電流が所定の値を上回る場合、モータを停止し、ピストンロッドの位置を求めて、接続先のメモリモジュールに保存する。ピストンロッドの保存位置は、ピストンロッドを反転させて薬剤収納容器を取り替える次の機会に到達すべき理想の位置として使用される。実用上の観点から、厳密に理想位置に到達する必要がある訳ではない。通常、±０．１５ｍｍに対応する距離範囲が理想位置の前後に定義されるが、これは、ピストンロッドがこの距離範囲に収まる位置に戻る限り、ピストンロッドがその始点に無事に戻ったと考えられることを意味する。
【００１９】
図３は、ピストンロッドがどのようにして反転して初期位置に戻るかについてのフローチャートを示す。ピストンロッドの反転シーケンスが始まった後、既に保存されている始点が制御ユニットのメモリモジュールから読み出される。始点が読み出されると、供給電圧をモータに供給することによりピストンロッドの反転が始まる。モータに供給される電流、及びピストンロッドの位置が継続的に測定される。モータに供給される電流の値が所定の値を上回る場合、モータを停止し、モータ停止位置でのモータの位置を始点と比較する。モータの位置が始点から所定の距離範囲（通常、約０．１５ｍｍの距離範囲）にある場合、制御ユニットはモータの実際位置を新規の始点としてメモリに保存する。この新規の始点は、ピストンロッドを反転させる次の機会に使用される。
モータの位置が所定の距離範囲から外れる場合、エラー信号が生成され、反転シーケンスを停止する。このような状態は、ピストンロッドが反転してその初期位置に戻ることが、何らかの方法によって防止される場合、例えばピストンロッドが辿る予定の経路が遮断される場合に発生し得る。
【００２０】
モータに供給される電流の値が所定の値を下回ったままであるが、ピストンロッドが所定位置の範囲に達する場合、モータの速度、従ってピストンロッドの逆方向の移動速度を低下させる。所定位置の範囲は通常、ピストンロッドの始点に近い領域である。このようにして、始点に達する前にピストンロッドの移動速度を落とす。このような低速の状態で、モータに供給される電流、及びピストンロッドの位置が継続的に測定される。モータ（低速で動作している）に供給される電流の値が所定の値を上回る場合、モータを停止し、モータ停止位置でのモータの位置を始点と比較する。モータの位置が始点から所定の距離範囲にある場合、制御ユニットはモータの実際の位置を新規の始点としてメモリに保存する。この新規の始点は、ピストンロッドを反転させる次の機会に使用される。ピストンロッドが反転して、始点の手前の位置に戻る場合、即ちピストンロッドが、（始点−所定の距離範囲の半分）の位置に達しなくなる場合、エラー信号が生成されて、注入器具のユーザに、ピストンロッドの反転手順が正しく完了しなかったことを通知する。このような状態が発生する場合、注入器具の修理を要する可能性が最も高い。
【００２１】
図４は、反転手順の間にモータに供給される電流対ピストン位置の関係、及びモータ速度対ピストン位置の関係を示している。モータ速度に注目すると、モータはその公称速度に加速され、公称速度は始点から約１．５ｍｍの位置に達するまでに一定に維持されることが分かる。このポイントから、ピストン速度は直線的に小さくなる。モータに供給される電流は、モータ速度が大きい間は公称電流よりも大きくなる。モータが公称速度に達すると、電流は公称値の近傍で安定する。ピストンロッドが、モータが低速で駆動される領域に入ると、電流は、ピストンロッドがピストンロッド始点の近傍の領域に入るまで低下する。この領域では、ピストンロッドは、ピストンロッドと当該ロッドの周囲構造との機械摩擦が強いことにより、移動し難い。摩擦がこのように強くなることにより、モータに供給される電流は、ロッドの短い移動距離の間に急激に大きくなり、電流が所定の値になるとモータが停止し、ピストンロッドの位置を求め、更にこの位置を、当該位置が所定の距離範囲に収まる場合に保存する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】モータ、ピストンロッド制御ユニットなどを含むシステムを示す。
【図２】位置較正手順を示すフローチャートを示す。
【図３】ピストンロッドがどのようにして反転してその始点に戻るかを示すフローチャートを示す。
【図４】モータ電流対ピストンロッド位置の関係の測定結果を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008531093.tif 000005
【図４】
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【国際調査報告】
2008531093.tif 000007
2008531093.tif 000008