(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸がモータの回転軸に対して角度を付けて取り付けられ、前記モータの回転運動が軸周りの回転運動及び軸方向の往復運動に変換されるプランジャを備え、前記プランジャの一端部が切り欠かれて吸入口及び吐出口を開閉して、前記回転運動及び往復運動によって麻酔薬の吸入及び吐出を行う麻酔用の定量ポンプの駆動方法であって、
当該定量ポンプの吐出期間が吸入期間より長く設定され、該吐出期間における前記プランジャの移動速度が、前記モータの回転速度の制御により一定に保たれる可変相比モードを有し、
前記モータが所定の回転数以下のときに前記可変相比モードとし、前記モータが所定の回転数より速いときには、前記定量ポンプの吸入期間と吐出期間とを同じにするとともに、前記吸入期間と吐出期間において前記モータを定速回転運動させる定回転モードとする、
ことを特徴とする定量ポンプの駆動方法。
【請求項２】
モータと、
前記モータの回転を制御する制御部と、
前記モータに連結され、軸がモータの回転軸に対して角度を付けて取り付けられ、前記モータの回転運動が軸周りの回転運動及び軸方向の往復運動に変換されるプランジャを有し、前記プランジャの一端部が切り欠かれて吸入口及び吐出口を開閉して、前記回転運動及び往復運動によって麻酔薬の吸入及び吐出を行う麻酔用の定量ポンプと、を備えた定量ポンプの駆動装置であって、
前記制御部は、当該定量ポンプの吐出期間が吸入期間より長く設定され、該吐出期間における前記プランジャの移動速度が、前記モータの回転速度の制御により一定に保たれる可変相比モードを有し、
前記制御部は、前記モータが所定の回転数以下のときに前記可変相比モードとし、前記モータが所定の回転数より速いときには、前記定量ポンプの吸入期間と吐出期間とを同じにするとともに、前記吸入期間と吐出期間において前記モータを定速回転運動させる定回転モードとする、
ことを特徴とする定量ポンプの駆動装置。
【請求項３】
前記モータは、前記定量ポンプの吐出期間に０からπまでの回転角の範囲をＮｐ個の駆動パルスで制御されるステッピングモータであり、
前記制御部は、前記定量ポンプの吐出期間に、前記定量ポンプのプランジャの移動速度をＶｐとするとき、ｋ番目（ｋ＝１〜Ｎｐ）の駆動パルスを、前記吐出期間において次式で規定されるタイミングｔｋ
【数１】
0006570846.tif 000007
で供給する
ことを特徴とする請求項２に記載の定量ポンプの駆動装置。
【請求項４】
モータと、
前記モータの回転を制御する制御部と、
前記モータに連結され、軸がモータの回転軸に対して角度を付けて取り付けられ、前記モータの回転運動が軸周りの回転運動及び軸方向の往復運動に変換されるプランジャを有し、前記プランジャの一端部が切り欠かれて吸入口及び吐出口を開閉して、前記回転運動及び往復運動によって麻酔薬の吸入及び吐出を行う麻酔用の定量ポンプと、
フレッシュガスを移送するガス管路と、
前記ガス管路と接続され、前記定量ポンプから吐出された液体を送液すると共に気化せしめて前記ガス管路に供給する流路と、を備えて前記フレッシュガスと気化された液体ガスとの混合ガスを導出する気化器であって、
前記制御部は、当該定量ポンプの吐出期間が吸入期間より長く設定され、該吐出期間における前記プランジャの移動速度が、前記モータの回転速度の制御により一定に保たれる可変相比モードを有し、
前記制御部は、前記モータが所定の回転数以下のときに前記可変相比モードとし、前記モータが所定の回転数より速いときには、前記定量ポンプの吸入期間と吐出期間とを同じにするとともに、前記吸入期間と吐出期間において前記モータを定速回転運動させる定回転モードとする、
ことを特徴とする気化器。
【請求項５】
前記モータは、前記定量ポンプの吐出期間に０からπまでの回転角の範囲をＮｐ個の駆動パルスで制御されるステッピングモータであり、
前記制御部は、前記定量ポンプの吐出期間に、前記定量ポンプのプランジャの移動速度をＶｐとするとき、ｋ番目（ｋ＝１〜Ｎｐ）の駆動パルスを、前記吐出期間において次式で規定されるタイミングｔｋ
【数１】
0006570846.tif 000008
で供給する
ことを特徴とする請求項４に記載の気化器。
【請求項６】
前記ガス管路のフレッシュガス移送方向において前記流路との接続箇所よりも手前に配置され、前記フレッシュガスの流量を検出する流量検出手段を有し、
前記制御部は、設定された前記混合ガスの濃度および前記流量検出手段により検出されたフレッシュガス流量に基づき前記定量ポンプの吸入および吐出の周期を算出する、
ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の気化器。
【請求項７】
請求項４〜６の何れか１項に記載の気化器を備え、少なくとも酸素を含むフレッシュガスと気化された麻酔薬ガスとの混合ガスを麻酔ガスとして出力する
ことを特徴とする麻酔装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、定量ポンプの駆動方法、定量ポンプの駆動装置、気化器および麻酔装置に関し、特に、定量ポンプの脈動を低減し、装置のコスト低減および小型化が可能な定量ポンプの駆動方法、定量ポンプの駆動装置、気化器および麻酔装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来使用されている麻酔装置（非特許文献１参照）の構成を図５（ａ）に示す。図５（a）において、麻酔装置は、操作部５１、制御部５２、麻酔薬ボトル５３、モータドライバ５４、ステッピングモータ５５、定量ポンプ５６、気化室５９、麻酔薬識別センサ６１、麻酔薬検知センサ６２およびフレッシュガス流量センサ６３を備えた構成である。なお、麻酔薬ボトル５３の麻酔薬は麻酔薬流路７１を通って定量ポンプ５６の吸入口側に送られ、酸素、亜酸化窒素および空気の混合であるフレッシュガスはガス管路７５を介して気化室５９に供給されている。
【０００３】
制御部５２では、操作部５１を介して麻酔ガス濃度が設定されると、該麻酔ガス濃度設定値と、フレッシュガス流量センサ６３により検出されたフレッシュガス流量とに基づき、必要麻酔ガス（気体）量を求め、アボガドロの法則に基づき麻酔ガス（気体）量を麻酔薬（液体）量に換算して、算出された麻酔薬量が定量ポンプ５６から吐出されるようモータドライバ５４を介してモータ５５の回転速度を調整する。こうして麻酔ガス濃度設定値に応じた定量の麻酔薬が定量ポンプ５６から流路７２を通して気化室５９に送液され、気化室５９において麻酔薬がフレッシュガスと混合される。この動作を連続的に行うことにより、麻酔ガス濃度設定値またはフレッシュガス流量が変化した場合にも、リアルタイムで定量ポンプ５６からの送液量を変化させて追従する構成である。
【０００４】
このような従来の麻酔装置において使用されている定量ポンプ５６は、ミクロン単位の微少流量を高精度に所定量だけ送液する必要性から、ステッピングモータ５５で駆動され、該ステッピングモータ５５の回転運動をプランジャの往復運動に変える偏芯機構を備え、プランジャの往復運動によるシリンダ内の容積変化によって液体の吸入および吐出による定量送液を行う定量ポンプ（例えば、図１（ａ）〜図１（ｄ）参照）が用いられている。
【０００５】
ところで、ステッピングモータ５５の回転速度を一定として定速回転させた場合、プランジャの軸方向の往復運動は、ほぼ正弦往復運動となることから、定量ポンプの吸入量および吐出量の時間変化は、図５（ｂ）に示すように正弦波形の推移を辿ることになる。このように、吐出期間には、吐出量が時間に対して正弦波形状で変化する麻酔薬が送液されることになり、定量ポンプの吐出量に脈動が生じる。なお、図５（ｃ）に示すように、気化室５９においては、麻酔薬が徐々に気化するので麻酔ガス濃度の時間変化は平滑化されるものの、脈動の影響は残る。
【０００６】
また、図６（ａ）には、麻酔ガス濃度設定値を１．０［％］として、フレッシュガス流量を期間Ｙ０〜Ｙ１で０．５［Ｌ／min］に、期間Ｙ１〜Ｙ２で１．０［Ｌ／min］に、期間Ｙ２〜Ｙ３で６．０［Ｌ／min］に、それぞれ変化させたときのガス濃度測定結果を示す。フレッシュガス流量が相対的に低い期間Ｙ０〜Ｙ１では脈動が顕著に現れており、フレッシュガス流量を倍に増やした期間Ｙ１〜Ｙ２では脈動の振幅が小さくなり、さらにフレッシュガス流量を増やした期間Ｙ２〜Ｙ３では脈動が殆ど目立たなくなっている。つまり、フレッシュガス流量が低く、定量ポンプ５６（ステッピングモータ５５）の回転速度が相対的に遅いときに脈動の影響が顕著に現れることが分かる。
【０００７】
このような、定量ポンプにおける脈動の問題は、麻酔装置に限らず種々の分野で対策がなされており、例えば、特許文献１および特許文献２では、複数のプランジャポンプを連結して全体的な吐出量が一定になるよう調整する技法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−３２１８７号公報
【特許文献２】特開２００１−２６３２５３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】沖田一成；「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）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１および特許文献２での複数のプランジャポンプを連結して全体的な吐出量が一定になるよう調整する技法は、装置コストの増大を招くといった問題や、制御が複雑になるといった課題がある。
【００１１】
また、麻酔装置の分野では、ステッピングモータ５５（１５）の回転速度が相対的に遅いとき、即ち、麻酔ガス濃度設定値が低いとき、或いはフレッシュガス流量が低いときの脈動を抑制する技法として、図５（ａ）に示すように、麻酔薬をフレッシュガスと混合させる箇所に気化室５９を設け、徐々に麻酔薬を気化させることで脈動を平滑化させている。しかしながら、気化室５９は相対的に大きな容積を必要とすることから、装置小型化の妨げになるという事情があった。
【００１２】
さらに、気化室５９を備えた構成とすることにより、次のような課題も生じていた。すなわち、第１に、麻酔ガス濃度設定値を変更する際に、気化室５９内には前の麻酔ガス濃度設定値で生成された麻酔ガスが残っているために、気化室５９内のキャリアガス流量と気化速度が平衡するまでの間に、麻酔ガス濃度が安定するに至るまでのタイムラグが生じる。図６（ｂ）の例示では、麻酔ガス濃度設定値をより低い値に変更したときにＴｔｂのタイムラグが生じ、麻酔ガス濃度設定値をより高い値に変更したときにＴｂｔのタイムラグが生じている。
【００１３】
第２に、フレッシュガス流量を急激に変化させたときに、図６（ｃ）に示すように、麻酔ガス濃度にオーバーシュートやアンダーシュートが生じる。すなわち、図６（ｃ）において時間Ｙ５でフレッシュガス流量を急激に下げた場合には、気化室５９に残留した麻酔薬が気化するまでの間に、麻酔ガス濃度が一時的に設定値より高くなるオーバーシュートが発生している。また、図６（ｃ）において時間Ｙ６でフレッシュガス流量を急激に上げた場合には、気化室５９に麻酔薬が一定量溜まるまでの間に、麻酔ガス濃度が一時的に設定値より低くなるアンダーシュートが発生している。
【００１４】
なお、タイムラグ、オーバーシュートまたはアンダーシュートの問題は、何れも麻酔装置の運用に重大な支障を与えるものではないが、麻酔の調整に時間を要することになる、などの課題が残る。
【００１５】
そこでこの発明は、装置容積の増大を招くことなく定量ポンプの脈動を低減して、装置のコスト低減および小型化を図り得る定量ポンプの駆動方法、定量ポンプの駆動装置、気化器および麻酔装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、軸がモータの回転軸に対して角度を付けて取り付けられ、前記モータの回転運動が軸周りの回転運動及び軸方向の往復運動に変換されるプランジャを備え、前記プランジャの一端部が切り欠かれて吸入口及び吐出口を開閉して、前記回転運動及び往復運動によって麻酔薬の吸入及び吐出を行う麻酔用の定量ポンプの駆動方法であって、当該定量ポンプの吐出期間が吸入期間より長く設定され、該吐出期間における前記プランジャの移動速度が、前記モータの回転速度の制御により一定に保たれる可変相比モードを有し、前記モータが所定の回転数以下のときに前記可変相比モードとし、前記モータが所定の回転数より速いときには、前記定量ポンプの吸入期間と吐出期間とを同じにするとともに、前記吸入期間と吐出期間において前記モータを定速回転運動させる定回転モードとする、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項２の発明は、モータと、前記モータの回転を制御する制御部と、前記モータに連結され、軸がモータの回転軸に対して角度を付けて取り付けられ、前記モータの回転運動が軸周りの回転運動及び軸方向の往復運動に変換されるプランジャを有し、前記プランジャの一端部が切り欠かれて吸入口及び吐出口を開閉して、前記回転運動及び往復運動によって麻酔薬の吸入及び吐出を行う麻酔用の定量ポンプと、を備えた定量ポンプの駆動装置であって、前記制御部は、当該定量ポンプの吐出期間が吸入期間より長く設定され、該吐出期間における前記プランジャの移動速度が、前記モータの回転速度の制御により一定に保たれる可変相比モードを有し、前記制御部は、前記モータが所定の回転数以下のときに前記可変相比モードとし、前記モータが所定の回転数より速いときには、前記定量ポンプの吸入期間と吐出期間とを同じにするとともに、前記吸入期間と吐出期間において前記モータを定速回転運動させる定回転モードとする、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項２に記載の定量ポンプの駆動装置において、前記モータは、前記定量ポンプの吐出期間に０からπまでの回転角の範囲をＮｐ個の駆動パルスで制御されるステッピングモータであり、前記制御部は、前記定量ポンプの吐出期間に、前記定量ポンプのプランジャの移動速度をＶｐとするとき、ｋ番目（ｋ＝１〜Ｎｐ）の駆動パルスを、前記吐出期間において次式で規定されるタイミングｔｋ
【数１】
0006570846.tif 000002
で供給すること特徴とする。
【００２１】
請求項４の発明は、モータと、前記モータの回転を制御する制御部と、前記モータに連結され、軸がモータの回転軸に対して角度を付けて取り付けられ、前記モータの回転運動が軸周りの回転運動及び軸方向の往復運動に変換されるプランジャを有し、前記プランジャの一端部が切り欠かれて吸入口及び吐出口を開閉して、前記回転運動及び往復運動によって麻酔薬の吸入及び吐出を行う麻酔用の定量ポンプと、フレッシュガスを移送するガス管路と、前記ガス管路と接続され、前記定量ポンプから吐出された液体を送液すると共に気化せしめて前記ガス管路に供給する流路と、を備えて前記フレッシュガスと気化された液体ガスとの混合ガスを導出する気化器であって、前記制御部は、当該定量ポンプの吐出期間が吸入期間より長く設定され、該吐出期間における前記プランジャの移動速度が、前記モータの回転速度の制御により一定に保たれる可変相比モードを有し、前記制御部は、前記モータが所定の回転数以下のときに前記可変相比モードとし、前記モータが所定の回転数より速いときには、前記定量ポンプの吸入期間と吐出期間とを同じにするとともに、前記吸入期間と吐出期間において前記モータを定速回転運動させる定回転モードとする、ことを特徴とする。
【００２３】
請求項５の発明は、請求項４に記載の気化器において、前記モータは、前記定量ポンプの吐出期間に０からπまでの回転角の範囲をＮｐ個の駆動パルスで制御されるステッピングモータであり、前記制御部は、前記定量ポンプの吐出期間に、前記定量ポンプのプランジャの移動速度をＶｐとするとき、ｋ番目（ｋ＝１〜Ｎｐ）の駆動パルスを、前記吐出期間において次式で規定されるタイミングｔｋ
【数１】
0006570846.tif 000003
で供給すること特徴とする。
【００２４】
請求項６の発明は、請求項４または請求項５に記載の気化器において、前記ガス管路のフレッシュガス移送方向において前記流路との接続箇所よりも手前に配置され、前記フレッシュガスの流量を検出する流量検出手段を有し、前記制御部は、設定された前記混合ガスの濃度および前記流量検出手段により検出されたフレッシュガス流量に基づき前記定量ポンプの吸入および吐出の周期を算出することを特徴とする。
【００２５】
請求項７の発明は、請求項４〜６の何れか１項に記載の気化器を備え、少なくとも酸素を含むフレッシュガスと気化された麻酔薬ガスとの混合ガスを麻酔ガスとして出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１、請求項２の発明によれば、定量ポンプの吐出期間を吸入期間より長く設定したので、吐出の無い吸入期間を極力短くして、定量ポンプからの吐出量の低下を抑制することができる。また、モータの回転速度の制御により、該吐出期間におけるプランジャの移動速度が一定に保たれるようにしたので、定量ポンプからの吐出量をほぼ一定に保ち脈動を低減することができるとともに、定量ポンプの吐出期間に、モータの所定角度刻み毎の回転速度を正弦波状に変化させてモータを正弦回転運動させるので、プランジャの移動速度を一定に保って定量ポンプからの吐出量を一定に保つことができ、結果として定量ポンプの吐出量の脈動を低減することができる。
【００２８】
さらに、当該定量ポンプの駆動方法または定量ポンプの駆動装置を気化器および麻酔装置に適用したときに、従来の脈動対策として必要であった気化室が不要となり、装置容積の増大を招くことなく定量ポンプの脈動を低減して、装置のコスト低減および小型化を図ることができる。
【００２９】
請求項４、請求項５の発明によれば、制御部により、設定された混合ガス濃度およびフレッシュガス流量に基づき定量ポンプの吸入および吐出の周期を算出し、該周期における吐出期間を吸入期間より長く設定したので、吐出の無い吸入期間を極力短くして、混合ガス濃度の低下を抑制することができる。また、モータの回転速度の制御により、該吐出期間におけるプランジャの移動速度が一定に保たれるようにしたので、定量ポンプからの吐出量をほぼ一定に保ち脈動を低減することができる。結果として、従来の脈動対策として必要であった気化室が不要となり、装置容積の増大を招くことなく定量ポンプの脈動を低減して、装置のコスト低減および小型化を図ることができる。なお、気化室が不要な構成であるので、混合ガス濃度の設定変更時のタイムラグを無くすことができ、また、フレッシュガス流量を急激に変化させたときに、混合ガス濃度にオーバーシュートやアンダーシュートが発生することもない。
【００３０】
請求項４、請求項５の発明によれば、定量ポンプの吐出期間に、モータの所定角度刻み毎の回転速度を正弦波状に変化させてモータを正弦回転運動させるので、プランジャの移動速度を一定に保って定量ポンプからの吐出量を一定に保つことができ、結果として定量ポンプの吐出量の脈動を低減することができる。
【００３１】
請求項７の発明によれば、制御部により、設定された麻酔ガス濃度およびフレッシュガス流量に基づき定量ポンプの吸入および吐出の周期を算出し、該周期における吐出期間を吸入期間より長く設定したので、吐出の無い吸入期間を極力短くして、混合ガス濃度の低下を抑制することができる。また、モータの回転速度の制御により、該吐出期間におけるプランジャの移動速度が一定に保たれるので、定量ポンプからの吐出量をほぼ一定に保ち脈動を低減することができる。結果として、従来の脈動対策として必要であった気化室が不要となり、装置容積の増大を招くことなく定量ポンプの脈動を低減して、装置のコスト低減および小型化を図ることができる。なお、気化室が不要な構成であるので、麻酔ガス濃度の設定変更時のタイムラグを無くすことができ、また、フレッシュガス流量を急激に変化させたときに、麻酔ガス濃度にオーバーシュートやアンダーシュートが発生することもない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施の形態に係る定量ポンプの駆動装置の動作説明図である。
【図２】この発明の実施の形態に係る定量ポンプの駆動装置、気化器および麻酔装置の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態に係る定量ポンプの駆動方法および駆動装置における駆動制御を説明するタイムチャートである。
【図４】この発明の実施の形態に係る定量ポンプの駆動方法を説明するフローチャートである。
【図５】従来の麻酔装置の説明図であり、図５（ａ）は麻酔装置の構成図、図５（ｂ）および（ｃ）は脈動を説明する説明図である。
【図６】従来の麻酔装置における（ａ）脈動、（ｂ）タイムラグ、（ｃ）オーバーシュートおよびアンダーシュートをそれぞれ例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。先ず、この発明の実施の形態に係る定量ポンプ１６の駆動装置および駆動方法について、図１を参照して説明する。
【００３４】
図１は、この発明の実施の形態に係る定量ポンプ１６の駆動装置の動作説明図である。図１（ａ）〜図１（ｄ）は定量ポンプ１６のプランジャ１６Ａの軸方向に沿った断面と、プランジャ１６Ａの軸に垂直な方向に沿った断面と、を模式的に示した構造図である。また、図１（ｅ）は定量ポンプ１６の吸入期間および吐出期間を示すタイムチャートであり、図１（ｆ）はモータドライバ１４から出力されるステッピングモータ１５の駆動パルスのタイムチャートである。
【００３５】
この実施の形態においても、従来と同様に、麻酔装置に使用する定量ポンプとして、ステッピングモータ１５で駆動され、該ステッピングモータ１５の回転運動をプランジャ１６Ａの往復運動に変える偏芯機構を備え、プランジャ１６Ａの往復運動によるシリンダ内の容積変化によって液体の吸入および吐出による定量送液を行う定量ポンプ１６を用いる。より具体的には、定量ポンプとして、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示される構造を備えたバルブレスのプランジャポンプを用いる。
【００３６】
図１（ａ）〜図１（ｄ）において、ステッピングモータ１５の回転軸に円筒形状のクランク１７が取り付けられ、プランジャ１６Ａに取り付けられたピン１６Ｃが、軸受け１７Ａを介してクランク１７と接続されている。ここで、プランジャ１６Ａの軸は、ステッピングモータ１５（クランク１７）の回転軸に対して角度を付けて取り付けられており、ステッピングモータ１５の駆動によりクランク１７が回転すると、ピン１６Ｃの位置が移動し、プランジャ１６Ａは回転すると同時にシリンダ１６Ｄ内を往復運動することになる。プランジャ１６Ａの軸方向での移動可能範囲は回転軸に対する角度に応じて変わり、定量ポンプの吐出量をこの角度の調整により可変設定可能である。
【００３７】
また、プランジャ１６Ａの（クランク１７とは反対側の）端部に切り欠き部１６Ｂが設けられており、プランジャ１６Ａ自身が吸込口１６Ｅおよび吐出口１６Ｆを開閉する構造で、バルブが不要な構造となっている。
【００３８】
図１（ａ）は、定量ポンプ１６の吸入期間において、吸入期間の開始時点からステッピングモータ１５がπ／２だけ回転した時点の状態を示しており、プランジャ１６Ａの切り欠き部１６Ｂが吸入口１６Ｅ側を向くと同時に、プランジャ１６Ａが軸方向でクランク１７側に移動して麻酔薬（液体）を吸入する。
【００３９】
また、図１（ｂ）は、定量ポンプ１６の吸入期間が終了（吸入期間の開始時点からステッピングモータ１５がπだけ回転）した時点の状態を示しており、プランジャの切り欠き部１６Ｂが図に対して手前側を向き、吸入口１６Ｅが閉じられる。なお、図１（ｂ）の状態は定量ポンプ１６の吐出期間の開始時点の状態でもある。
【００４０】
また、図１（ｃ）は、定量ポンプ１６の吐出期間において、吐出期間の開始時点からステッピングモータ１５がπ／２だけ回転した時点の状態を示しており、プランジャ１６Ａの切り欠き部１６Ｂが吐出口１６Ｆ側を向くと同時に、プランジャ１６Ａが軸方向でクランク１７の反対側に移動して麻酔薬（液体）を吐出する。
【００４１】
さらに、図１（ｄ）は、定量ポンプ１６の吐出期間が終了（吐出期間の開始時点からステッピングモータ１５がπだけ回転）した時点の状態を示しており、プランジャの切り欠き部１６Ｂが図に対して奥側を向き、吐出口１６Ｆが閉じられる。なお、図１（ｄ）の状態は定量ポンプ１６の吸入期間の開始時点の状態でもある。
【００４２】
この実施の形態の定量ポンプ１６の駆動装置では、図１（ｅ）に示すように、定量ポンプ１６の吐出期間が吸入期間より長く設定されている。なお、図１（ｅ）には、図１（ａ）の状態となるタイミングをＴａで、図１（ｂ）の状態となるタイミングをＴｂで、図１（ｃ）の状態となるタイミングをＴｃで、図１（ｄ）の状態となるタイミングをＴｄで、それぞれ示す。
【００４３】
また、図１（ｆ）に示すように、定量ポンプ１６の吸入期間ではステッピングモータ１５を定速回転させ、吐出期間ではプランジャ１６Ａの軸方向の移動速度が一定に保たれるようにステッピングモータ１５を変速回転させている。
【００４４】
具体的には、ステッピングモータ１５では、１パルス当たりの回転角度Δθ、即ちステップ角度が決まっており、定量ポンプ１６の吸入期間Ｔ１または吐出期間Ｔ２において、ステッピングモータ１５の回転量はπであるので、吸入期間Ｔ１または吐出期間Ｔ２において必要なパルス数Ｎｐは「Ｎｐ＝π／Δθ」となる。
【００４５】
したがって、ステッピングモータ１５を定速回転させる吸入期間Ｔ１では、「Ｔ１／Ｎｐ」のパルス間隔で駆動パルスを与えれば良い。
【００４６】
次に、プランジャ１６Ａの軸方向の移動速度を一定に保つ吐出期間Ｔ２の場合には、駆動パルスのパルス間隔は変則的になる。ここでは、吐出期間Ｔ２内での駆動パルスの供給タイミングを考える。
【００４７】
上述したように、「ステッピングモータ１５を定速回転させた場合にはプランジャ１６Ａは軸方向に正弦往復運動をする」という性質がある。ステッピングモータ１５の回転角度および回転速度をそれぞれθおよびＶθとし、プランジャ１６Ａの軸方向の移動速度をＶｐとすると、プランジャ１６Ａの軸方向の移動速度Ｖｐは次式で表される。
【００４８】
Ｖｐ＝Ｖθｓｉｎθ
よって、プランジャ１６Ａの軸方向の移動速度Ｖｐを一定に保つためには、ステッピングモータ１５の回転速度Ｖθは次式のようにする必要がある。
【００４９】
Ｖθ＝Ｖｐ／ｓｉｎθ
一方で、上述したように、回転角度πに必要なパルス数をＮｐとするとき、ステッピングモータ１５の1パルス当たりの回転角度Δθは「Δθ＝π／Ｎｐ」となるから、吐出期間Ｔ２内での任意のパルス間隔をＡとすると、モータ回転速度ＶΔθは次式で表される。
【００５０】
ＶΔθ＝π／Ａ・Ｎｐ  …（１）
したがって、式（１）で表されたモータ回転速度ＶΔθを上記モータ回転速度Ｖθと等しくするために、パルス間隔Ａは次式のようにする必要がある。
【００５１】
Ａ＝πｓｉｎθ／Ｎｐ・Ｖｐ  …（２）
すなわち、吐出期間Ｔ２において、駆動パルスの供給タイミングをtとすれば（０＜ｔ≦Ｔ２）、１番目の駆動パルスの供給タイミングt１は、次式の通り表される。
【００５２】
【数２】
0006570846.tif 000004
同様に、２番目の駆動パルスの供給タイミングt２は、次式の通り表される。
【００５３】
【数３】
0006570846.tif 000005
したがって、一般式として、ｋ番目の駆動パルスの供給タイミングtｋは、次式の通りとなる。
【００５４】
【数１】
0006570846.tif 000006
…（３）
つまり、吐出期間Ｔ２内でのｋ番目の駆動パルスの供給タイミングは式（３）で与えられ、吐出期間Ｔ２では、式（３）で規定されるタイミングでステッピングモータ１５にｋ番目の駆動パルスが供給される。なお、式（３）における移動速度Ｖｐは、別途、（吐出期間Ｔ２にシリンダ内でプランジャ１６Ａが移動可能する距離）／Ｔ２で求められる定数である。
【００５５】
このように、定量ポンプ１６の吐出期間Ｔ２に、ステッピングモータ１５のステップ角度（所定角度刻み）毎の回転速度を正弦波状に変化させてステッピングモータ１５を正弦回転運動させるので、プランジャ１６Ａの軸方向の移動速度を一定に保って定量ポンプ１６からの吐出量を一定に保つことができる。
【００５６】
この実施の形態の定量ポンプ１６の駆動装置および駆動方法では、定量ポンプ１６の吐出期間Ｔ２を吸入期間Ｔ１より長く設定したので、吐出の無い吸入期間を極力短くして、定量ポンプからの吐出量の低下を抑制することができる。また、吐出期間において、プランジャ１６Ａの軸方向の移動速度が一定に保たれるようにステッピングモータ１５を変速回転させるので、定量ポンプ１６からの吐出量を一定に保つことができ、結果として定量ポンプ１６の吐出量の脈動を低減することができる。そして、当該定量ポンプ１６の駆動装置を気化器および麻酔装置に適用したときに、従来の脈動対策として必要であった気化室が不要となり、装置容積の増大を招くことなく定量ポンプの脈動を低減して、装置のコスト低減および小型化を図ることができる。
【００５７】
次に、定量ポンプ１６の駆動装置が適用される気化器２、並びに該気化器２が適用される麻酔装置１について説明する。図２は、この発明の実施の形態に係る定量ポンプの駆動装置、気化器および麻酔装置の構成図である。
【００５８】
図２において、この実施の形態の気化器２は、制御部１２、麻酔薬ボトル１３、モータドライバ１４、ステッピングモータ１５、定量ポンプ１６、ヒータ１８、麻酔薬識別センサ２１および麻酔薬流量センサ２２を備えた構成である。
【００５９】
また、この実施の形態の麻酔装置１は、気化器２に、操作部１１およびフレッシュガス流量センサ２３を加えた構成となっている。なお、麻酔装置の構成の内、酸素、亜酸化窒素または空気の混合であるフレッシュガスを生成する部分の構成については、従前の構成と同等であるので省略している。
【００６０】
なお、麻酔薬ボトル１３の麻酔薬は麻酔薬流路３１を通って定量ポンプ１６の吸入口１６Ｅ側に送られる。また、フレッシュガスは、ガス管路３３を通して供給される。また、定量ポンプから吐出された麻酔薬は流路３２を通ってフレッシュガスを移送するガス管路３３との接続点３４に送られる。この流路３２の周囲にはヒータ１８が設置されており、流路３２では、吐出された麻酔薬を送液すると共に、ヒータ１８によって気化されてガス管路３３に供給されることになる。
【００６１】
この実施の形態の気化器２は気化室を備えていない点がこの発明の一つの特徴であり、従来の気化室の代替的役割を担うのが流路３２、ヒータ１８およびガス管路３３である。すなわち、麻酔薬は流路３２を移送中にヒータ１８によってほぼ完全に気化されてガス管路３３に供給され、該ガス管路３３内でフレッシュガスと混合されて、麻酔ガスとして出力されることとなる。
【００６２】
操作部１１は、例えば表示パネル等で具現され、麻酔ガス濃度やフレッシュガス流量の初期設定および変更を行うためのユーザインタフェースである。また、表示画面には、呼吸波形、各設定値、各実測値、酸素濃度などの必要な情報が表示され、確認可能な構成となっている。
【００６３】
また、麻酔薬ボトル１３には、麻酔薬（ハロセン、エトレン、イソフルレン、セボフルレン等）を特定するカラー（リング）がはめられており、該カラーに合うボトルアダプタを取り付けて麻酔装置本体に装着される。アダプタは麻酔薬毎にコード化されており、麻酔薬識別センサ２１によって該コードが読み取られ、制御部１２に送信される。また、麻酔薬検知センサ２２は、麻酔薬ボトル１３から麻酔薬流路２１を通って定量ポンプ１６の吸入口１６Ｅ側に送られる配管内の麻酔薬の有無を監視するためのものである。
【００６４】
次に、制御部１２は、ＣＰＵ等のプロセッサで実現され、制御部１２の各機能は、マクロ機能プログラムとして制御部１２内のメモリに保持され、該プロセッサ上で実行されるものである。
【００６５】
制御部１２では、麻酔薬識別センサ２１からの識別情報を受信して、麻酔薬の種別を判断する。また、操作部１１を介して麻酔ガス濃度が設定されると、該麻酔ガス濃度設定値と、フレッシュガス流量センサ２３により検出されたフレッシュガス流量とに基づき、必要麻酔ガス（気体）量を求め、アボガドロの法則に基づき麻酔ガス（気体）量を麻酔薬（液体）量に換算して、定量ポンプ１６の単位時間当たりの送液量を求める。
【００６６】
具体的には、単位時間当たりの送液量は次の式（４）で算出される。
【００６７】
送液量［ｍＬ／min］
＝必要麻酔ガス流量［Ｌ／min］／麻酔薬１ｍＬが気化した時の体積［Ｌ］…（４）
ここで、式（４）の分子、分母は、それぞれ式（５）、式（６）で算出される。
【００６８】
必要麻酔ガス流量［Ｌ／min］
＝麻酔ガス濃度設定値×フレッシュガス流量［Ｌ／min］／（１−麻酔ガス濃度設定値）…（５）
麻酔薬１ｍＬが気化した時の体積［Ｌ］
＝２２．４×（２７３＋２０）／２７３／分子量×比重  …（６）
【００６９】
次に、こうして算出された単位時間当たりの送液量（麻酔薬量）が定量ポンプ１６から吐出されるように、定量ポンプ１６の吸入および吐出の周期Ｔ［sec］を算出する。すなわち、「単位時間当たりの送液量」を「定量ポンプ１６の１ストローク当たりの吐出量」で除することにより毎分当たりの定量ポンプ１６の回転数［rpm］を算出し、６０［sec］／定量ポンプ１６の回転数［rpm］により定量ポンプ１６の吸入および吐出の周期Ｔ［sec］が算出される。
【００７０】
そして、算出された定量ポンプ１６の周期Ｔ［sec］に基づき、定量ポンプ１６（ステッピングモータ１５）の回転速度が相対的に遅いか否か（定量ポンプ１６の脈動の影響が麻酔ガス濃度に顕著に現れるか否か）を判断する。
【００７１】
具体的には、ステッピングモータ１５の仕様によって定められる周期の閾値ＴMINと比較して、算出された周期Ｔが周期の閾値ＴMIN以上であれば定量ポンプ１６（ステッピングモータ１５）の回転速度が相対的に遅いと判断する。この場合、周期Ｔにおける吐出期間Ｔ２を吸入期間Ｔ１より長く設定し、該吐出期間Ｔ２においてステッピングモータ１５の正弦回転によりプランジャ１６Ａの移動速度が一定に保たれる（以下では、可変相比モードと称する。）ようにして、定量ポンプ１６からの吐出量をほぼ一定に保って脈動を低減する。
【００７２】
また、算出された周期Ｔが周期の閾値ＴMIN未満であれば定量ポンプ１６（ステッピングモータ１５）の回転速度が相対的に早く、定量ポンプ１６の脈動による影響は軽微であると判断する。この場合、従来と同様に、周期Ｔにおける吸入期間Ｔ１および吐出期間Ｔ２をそれぞれＴ／２に設定し、ステッピングモータ１５の定速回転によりプランジャ１６Ａを正弦往復運動（以下では、定回転モードと称する。）させる。
【００７３】
なお、周期の閾値ＴMINは、ステッピングモータ１５の最大自起動周波数ｆｓ［rpm］に基づく設定最大速度Ｆｓ［pps］に基づき設定される。可変相比モードのように、ステッピングモータ１５が半回転する間に駆動パルスの間隔を可変設定する制御は、自起動運転（加速・減速時間を設けることなく瞬時に起動停止させる運転；矩形駆動）で行う必要があり、自起動運転は最大自起動周波数Ｆｓ［pps］よりも低速側の領域（自起動領域）でのみ可能である。なお、自起動領域を超える高速域では、加減速運転（加速・減速時間を設け、パルス速度を徐々に上げる（下げる）運転；台形駆動）が行われ、可変相比モードの設定はできない。
【００７４】
次に、図３を参照して、この実施の形態の麻酔装置１または気化器２における定量ポンプ１６の駆動制御について説明する。図３は可変相比モード時のタイムチャートであり、図３（ａ）は定量ポンプ１６の吸入期間および吐出期間を、図３（ｂ）はステッピングモータ１５の回転速度を、図３（ｃ）はモータドライバ１４からステッピングモータ１５に供給される駆動パルスを、図３（ｄ）は定量ポンプ１６の送液速度（単位時間当たりの送液量）を、図３（ｅ）は麻酔ガス濃度を、それぞれ示す。
【００７５】
先ず、図３（ａ）に示すように、可変相比モード時には、定量ポンプ１６の周期Ｔ［sec］における吐出期間Ｔ２は吸入期間Ｔ１より長く設定される。具体的には、吸入期間Ｔ１には設定最大速度Ｆｓ［pps］でステッピングモータ１５の定速回転制御が行われ、吸入期間Ｔ１に必要なパルス数Ｎｐは「Ｎｐ＝π／ステップ角度」であるので、吸入期間Ｔ１［sec］はＴ１＝Ｎｐ／Ｆｓで求められる。また、吐出期間Ｔ２［sec］はＴ２＝Ｔ−Ｔ１で求められる。
【００７６】
また、可変相比モードでは、図３（ｂ）に示すように、吸入期間Ｔ１においてステッピングモータ１５の定速回転制御が行われ、吐出期間Ｔ２においてステッピングモータ１５の正弦回転による変速回転制御が行われる。
【００７７】
すなわち、図３（ｃ）に示すように、モータドライバ１４からは、吸入期間Ｔ１においてパルス間隔「Ｔ１／Ｎｐ」で駆動パルスが供給され、吐出期間Ｔ２において式（２）および式（３）を用いて算出されるパルス間隔で駆動パルスが供給される。
【００７８】
このように、吸入期間Ｔ１においては、ステッピングモータ１５を正弦回転させるので、プランジャ１６Ａの移動速度が一定に保たれ、図３（ｄ）に示すように、定量ポンプ１６の送液速度（単位時間当たりの吐出量）が一定に保たれて脈動が低減することになる。
【００７９】
つまり、図３（ｄ）に示すように、麻酔ガス濃度は、定量ポンプ１６の送液が停止する吸入期間Ｔ１に幾分低下するものの、吸入期間は極力短く設定されており、また、流路３２、ヒータ１８およびガス管路３３による麻酔ガス濃度の時間変化の平滑化と相俟って、麻酔ガス濃度の時間変化における脈動の影響は非常に軽微なものとなっている。
【００８０】
次に、図４を参照して、この実施の形態の麻酔装置１または気化器２における定量ポンプ１６の駆動方法について説明する。
【００８１】
まず、ステップＳ１では、制御部１２は、麻酔薬識別センサ２１からの識別情報を受信して、麻酔薬の種別を判断する。また、操作部１１を介して麻酔ガス濃度が設定され、フレッシュガス流量センサ２３から検出されたフレッシュガス流量の情報を受信すると、麻酔ガス濃度設定値およびフレッシュガス流量をそれぞれ設定する。
【００８２】
そして、ステップＳ２では、制御部１２は、これら麻酔ガス濃度設定値およびフレッシュガス流量に基づき、式（５）により必要麻酔ガス（気体）量を求め、式（６）によりアボガドロの法則に基づき麻酔ガス（気体）量を麻酔薬（液体）量に換算して、式（４）により定量ポンプ１６の単位時間当たりの送液量を求める。
【００８３】
ここで、具体的数値を例示して説明する。定量ポンプ１６は、従来と同様に、５［μＬ／stroke］に調整したＦＭＩ社製の定量吐出ポンプＳＴＨ型；回転速度の設定範囲＝０〜６００［rpm］（３［ｍＬ／min］）を使用する。また、ステッピングモータ１５は、ＰＫシリーズ：ＰＫ２４４−０２Ｂを使用する。なお、ステップ角度は１．８［°／pulse］であり、吸入期間Ｔ１または吐出期間Ｔ２に必要なパルス数ＮｐはＮｐ＝π／ステップ角度＝１００［pulse］となる。
【００８４】
さらに、麻酔薬にはセボフルレンを使用し、麻酔ガス濃度設定値を１．０［％］とする。また、フレッシュガス流量を０．５［Ｌ／min］とする。式（５）、（６）および（４）に基づき、セボフルレンの分子量＝２００．１および比重＝１．５２を代入して算出すると、単位時間当たりの送液量は０．０２７５［ｍＬ／min］となる。
【００８５】
また、ステップＳ３では、制御部１２は、算出された単位時間当たりの送液量（麻酔薬量）が定量ポンプ１６から吐出されるように、定量ポンプ１６の吸入および吐出の周期Ｔ［sec］を算出する。
【００８６】
具体例では、「単位時間当たりの送液量＝０．０２７５［ｍＬ／min］」を「定量ポンプ１６の１ストローク当たりの吐出量＝５［μＬ／stroke］」で除すると、毎分当たりの定量ポンプ１６の回転数は５．５［rpm］となり、定量ポンプ１６の吸入および吐出の周期Ｔ［sec］はＴ＝６０［sec］／５．５［rpm］＝１０．９［sec］となる。
【００８７】
次に、ステップＳ４では、制御部１２は、定量ポンプ１６の周期Ｔ［sec］が周期の閾値ＴMIN以上であるか否かを判断する。
【００８８】
可変相比モードの場合、制御部１２は、定量ポンプ１６の周期Ｔ［sec］における吐出期間Ｔ２を吸入期間Ｔ１より長く設定する。吸入期間は自起動周波数で決定される最短で設定し、吐出期間の１／４乃至１／３以下となるのが望ましい。具体例では、ステッピングモータ１５の最大自起動周波数Ｆｓを５００［pps］に設定し、吸入期間Ｔ１はＴ１＝Ｎｐ／Ｆｓ＝１００／５００＝０．２［sec］となり、吐出期間をその３倍である０．６［sec］として、計０．８［sec］を可変相比モードの周期の閾値ＴMINとする。具体例では、定量ポンプ１６の周期Ｔ［sec］が周期の閾値ＴMIN以上であるとして、ステップＳ５に進んで可変相比モードに移行することになる。
【００８９】
すなわち、ステップＳ５（可変相比モード）において、具体例では、吸入期間Ｔ１は、上述したようにＴ１＝０．２［sec］となり、吐出期間Ｔ２［sec］はＴ２＝Ｔ−Ｔ１＝１０．９−０．２＝１０．７［sec］となる。そして、制御部１２は、吸入期間Ｔ１におけるパルス間隔を２［msec］とし、また、吐出期間Ｔ２における駆動パルスの供給タイミングを式（３）に基づき算出する。
【００９０】
ステップＳ６（可変相比モード）では、制御部１２は、吸入期間Ｔ１においてはパルス間隔２［msec］で駆動パルスを供給してステッピングモータ１５を定速回転させ、また、吐出期間Ｔ２においては式（３）を用いて算出される供給タイミングで駆動パルスを供給して、ステッピングモータ１５を変速回転（正弦回転）させる。
【００９１】
このように可変相比モードでは、吐出期間Ｔ２においてステッピングモータ１５を正弦回転させるので、プランジャ１６Ａの移動速度が一定に保たれ、定量ポンプ１６の送液速度（単位時間当たりの吐出量）が一定に保たれて脈動が低減することになる。
【００９２】
また、ステップＳ４の判断で、定量ポンプ１６の周期Ｔ［sec］が周期の閾値ＴMIN未満であった場合には、ステップＳ７に進んで従来と同様の定回転モードに移行する。例えば周期Ｔが０．４［sec］のとき、吸入期間Ｔ１および吐出期間Ｔ２をそれぞれＴ／２＝０．２［sec］に設定し（ステップＳ７）、吸入期間Ｔ１および吐出期間Ｔ２共にパルス間隔２［msec］で駆動パルスを供給してステッピングモータ１５を定速回転させる。なお、定量ポンプ１６（ステッピングモータ１５）の回転速度が相対的に速いので、脈動の影響は軽微なものとなっている。
【００９３】
以上説明したように、この実施の形態の定量ポンプの駆動方法、定量ポンプの駆動装置、気化器２および麻酔装置１では、制御部１２により、設定された麻酔ガス濃度およびフレッシュガス流量に基づき定量ポンプ１６の吸入および吐出の周期Ｔを算出し、該周期Ｔにおける吐出期間Ｔ２を吸入期間Ｔ１より長く設定したので、吐出の無い吸入期間Ｔ１を極力短くして、混合ガス濃度の低下を抑制することができる。また、ステッピングモータ１５の回転速度の制御により、吐出期間Ｔ２におけるプランジャ１６Ａの移動速度が一定に保たれるので、定量ポンプ１６からの吐出量をほぼ一定に保ち脈動を低減することができる。結果として、従来の脈動対策として必要であった気化室が不要となり、装置容積の増大を招くことなく定量ポンプ１６の脈動を低減して、装置のコスト低減および小型化を図ることができる。なお、気化室が不要な構成であるので、麻酔ガス濃度の設定変更時のタイムラグを無くすことができ、また、フレッシュガス流量を急激に変化させたときに、麻酔ガス濃度にオーバーシュートやアンダーシュートが発生することもない。
【００９４】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。
【００９５】
例えば、具体例として、定量ポンプ１６に、５［μＬ／stroke］に調整したＦＭＩ社製の定量吐出ポンプＳＴＨ型を使用したが、この発明によれば低回転時の脈動が低減されるので、１ストローク当たりのボリュームを大きくすることが可能である。例えば、２０［μＬ／stroke］のものを使用すれば、同じ回転数で送液速度が４倍に向上させることができる。
【００９６】
このように、より大きいボリュームの定量ポンプ１６とすることによる他の効果として、第１に、始動準備および終了準備の時間短縮が可能となる。また第２に、実用設定範囲が拡大し、高流量・高濃度の設定が可能となる。また第３に、同じ送液量でも回転数が少なくできるので、定量ポンプ１６のポンプ寿命を向上させることができる。さらに第４に、耐圧（定量性を維持できる背圧の値）の向上（現行では０．３［Ｍｐａ］のものが０．７［ＭＰａ］となる。）により、加圧容器への送液が可能となる。
【００９７】
また、上記実施の形態では、吐出期間Ｔ２における駆動パルスの供給タイミングを式（３）に基づき算出して、駆動パルスをステッピングモータ１５に供給するようにしたが、算出されるパルス間隔毎に駆動パルスを供給するようにしても良い。この場合、式（３）より、ｋ−１番目の駆動パルスとｋ番目の駆動パルスとのパルス間隔は、「πsin（ｋπ／Ｎｐ）／Ｎｐ・Ｖｐ」で与えられるので、ｋ−１番目の駆動パルスを供給してパルス間隔「πsin（ｋπ／Ｎｐ）／Ｎｐ・Ｖｐ」経過後に、ｋ番目の駆動パルスを供給するようにすれば良い。
【符号の説明】
【００９８】
１      麻酔装置
２      気化器
１１    操作部
１２    制御部
１３    麻酔薬ボトル
１４    モータドライバ
１５    ステッピングモータ（モータ）
１６    定量ポンプ
１６Ａ  プランジャ
１６Ｂ  切り欠き部
１６Ｃ  ピン
１６Ｄ  シリンダ
１７    クランク
１７Ａ  軸受け
１８    ヒータ
２１    麻酔薬識別センサ
２２    麻酔薬流量センサ
２３    フレッシュガス流量センサ
３１    麻酔薬流路
３２    流路
３３    ガス管路
【図１】
0006570846.tif 000009
【図２】
0006570846.tif 000010
【図３】
0006570846.tif 000011
【図４】
0006570846.tif 000012
【図５】
0006570846.tif 000013
【図６】
0006570846.tif 000014