(57)【要約】【課題】小さな駆動力で良好に液体を吐出できる液体吐出装置を提供すること。【解決手段】シリンジ本体３１とピストン３２との間に所定隙間を有する非密着構造のシリンジ３の押圧部３２１にラック８の端部を当接する。ケース２３の内部に収納されたぜんまいで歯車６を駆動し、調速手段でぜんまいの回転速度を調速する。歯車６の回転運動はラック８で直線運動に変換され、ピストン３２がシリンジ本体３１に押し込まれて、液体を吐出する。シリンジ３が非密着構造なので、摺動部分の摩擦力が低減され、ぜんまいのような小さな駆動力でも駆動でき、良好に液体を吐出できる。【選択図】　図１
2004124913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的エネルギを蓄積する機械的エネルギ蓄積手段と、この機械的エネルギ蓄積手段からの機械的エネルギによって駆動されて内部の液体を吐出するシリンジと、前記機械的エネルギ蓄積手段からの機械的エネルギによって駆動されるとともに、前記シリンジの駆動速度を調速する調速手段とを備えた液体吐出装置において、前記シリンジは、内部に液体を収納するシリンジ本体とこのシリンジ本体内部に摺動可能に挿入されるピストンとを備え、前記シリンジ本体および前記ピストンの摺動部分は所定隙間を有する非密着構造であることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体吐出装置において、前記機械的エネルギ蓄積手段からの機械的エネルギを前記シリンジの駆動力として伝達する輪列を備え、前記調速手段は、前記機械的エネルギ蓄積手段に接続されて前記輪列の回転速度を調節することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液体吐出装置において、前記機械的エネルギ蓄積手段からの機械的エネルギを前記シリンジの駆動力として伝達する輪列を備え、前記調速手段は、前記輪列の途中に接続されてこの輪列の回転速度を調節することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の液体吐出装置において、前記機械的エネルギ蓄積手段からの機械的エネルギを前記シリンジの駆動力として伝達する輪列と、この輪列の回転運動を直線運動に変換する回転運動変換手段とを備え、この回転運動変換手段は、ラック、ウォーム、およびカムの少なくともいずれかを備えていることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の液体吐出装置において、液体の吐出情報を表示する表示手段を備え、前記表示手段で表示される吐出情報は、時刻、液体の吐出量、液体の吐出時間、液体の残量、液体の吐出残時間、液体流量、液体流量の最大値、液体流量の最小値、液体流量の平均値、および液体流量のばらつきのいずれかであることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の液体吐出装置において、前記調速手段は機械式であること特徴とする液体吐出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の液体吐出装置において、前記調速手段はアンクルおよびガンギを有する機械式脱進機と、テンプを有する機械式調速機とを備えていることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項８】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の液体吐出装置において、前記調速手段は、前記機械的エネルギを電気的エネルギに変換するとともに、この電気的エネルギによって駆動される電子制御式であることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項９】
請求項８に記載の液体吐出装置において、前記調速手段は、前記機械的エネルギによって発電する発電機と、この発電機の発電力で駆動されて前記シリンジの駆動速度を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の液体吐出装置において、前記調速手段は、前記シリンジの駆動速度を変更可能に設けられていることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の液体吐出装置において、前記シリンジの駆動速度を切替可能なクラッチ機構を備えていることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の液体吐出装置において、前記シリンジの駆動力を補助する補助エネルギが蓄積される補助エネルギ蓄積手段を備えていることを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械的エネルギによってシリンジを駆動して、シリンジ内部の液体を吐出する液体吐出装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
シリンジを用いて液体を吐出する液体吐出装置として、ぜんまいの機械的エネルギを伝達してシリンジを駆動するものがある（例えば特許文献１）。この液体吐出装置では、ぜんまいの機械的エネルギを輪列で伝達し、輪列の回転速度を回転制御手段で一定に制御しながらシリンジを駆動することによって一定流量の液体を吐出する。このような構造の液体吐出装置は、ぜんまいで駆動されているため、電源が不要となり長時間の液体吐出に対応可能でかつ経済的である。これは、例えば薬液を注射針やカテーテルに送る医療用の液体吐出装置に使用する場合などでは、常に送液量を一定にすることが重要であるため特に有用となる。また、このような液体吐出装置を携帯用に開発すれば、例えば長時間の薬液投与が必要な患者が移動しながら連続的に薬液を投与することが可能となる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１１０７１２号公報　（段落番号［０１０２］）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常シリンジのピストンには、先端あるいは外周にシリンジ本体との気密性を確保するためのゴム製のシール材などが設けられている。このため、ピストンをシリンジ本体に摺動させる際には、シリンジ本体との摺動部分での摩擦力が高くなり、大きな駆動力が必要となる。よって、駆動機構の小型化を図ることができない。また、反対に小型化を促進しようとすると、大きな駆動力を確保してかつ長時間駆動することが困難となる。
【０００５】
本発明の目的は、小さな駆動力で良好に駆動できる液体吐出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の液体吐出装置は、機械的エネルギを蓄積する機械的エネルギ蓄積手段と、この機械的エネルギ蓄積手段からの機械的エネルギによって駆動されて内部の液体を吐出するシリンジと、機械的エネルギ蓄積手段からの機械的エネルギによって駆動されるとともに、シリンジの駆動速度を調速する調速手段とを備えた液体吐出装置において、シリンジは、内部に液体を収納するシリンジ本体とこのシリンジ本体内部に摺動可能に挿入されるピストンとを備え、シリンジ本体およびピストンの摺動部分は所定隙間を有する非密着構造であることを特徴とする。
この発明によれば、シリンジ本体およびピストンの摺動部分が所定隙間を有しているので、摺動時の摩擦力が低減される。したがって、送液に必要となる駆動力が軽減され、小さな駆動力でもシリンジから良好に液体が吐出される。また、これによりシリンジの駆動機構および液体吐出装置の小型化が促進される。
【０００７】
本発明では、機械的エネルギ蓄積手段からの機械的エネルギをシリンジの駆動力として伝達する輪列を備え、調速手段は、機械的エネルギ蓄積手段に接続されて輪列の回転速度を調節することが望ましい。
この発明によれば、調速手段は機械的エネルギ蓄積手段に接続され、シリンジへ駆動力を伝達する輪列とは別に設けられている。よって、輪列および調速手段を別々に配置することが可能となり、これらの構成部品の配置の自由度が向上する。
【０００８】
本発明では、機械的エネルギ蓄積手段からの機械的エネルギをシリンジの駆動力として伝達する輪列を備え、調速手段は、輪列の途中に接続されてこの輪列の回転速度を調節することが望ましい。
この発明によれば、調速手段が輪列の途中に接続されているので、この途中までの輪列を兼用することが可能となり、液体吐出装置の部品点数が減少し、構造が簡単になる。これにより、液体吐出装置の製造コストが安価になる。また、部品点数が減少するので、液体吐出装置の小型化がより一層促進される。
【０００９】
本発明では、機械的エネルギ蓄積手段からの機械的エネルギをシリンジの駆動力として伝達する輪列と、この輪列の回転運動を直線運動に変換する回転運動変換手段とを備え、この回転運動変換手段は、ラック、ウォーム、およびカムの少なくともいずれかを備えていることが望ましい。
この発明によれば、回転運動変換手段がラック、ウォーム、およびカムの少なくともいずれかを備えているので、輪列の回転運動が直線運動へ効率よく変換される。よって、シリンジの駆動が効率よく行われる。
【００１０】
本発明では、液体の吐出情報を表示する表示手段を備え、表示手段で表示される吐出情報は、時刻、液体の吐出量、液体の吐出時間、液体の残量、液体の吐出残時間、液体流量、液体流量の最大値、液体流量の最小値、液体流量の平均値、および液体流量のばらつきのいずれかであることが望ましい。
この発明によれば、表示手段がそれぞれ適切な液体の吐出情報を表示するので、液体吐出装置の使用中にもその使用状況が確認可能となる。よって、液体の補充時期や液体の使用量などの必要情報が容易に確認可能となり、液体吐出装置の取扱性が向上する。
【００１１】
本発明では、調速手段は機械式であることが望ましい。
この発明によれば、調速手段が機械式なので電源が不要となり、液体吐出装置の省力化が促進される。また、シリンジの駆動速度を一定に調速するための電気的な制御が不要となるので、構造が簡略化し、液体吐出装置の製造コストが安価になる。
【００１２】
本発明では、調速手段はアンクルおよびガンギを有する機械式脱進機と、テンプを有する機械式調速機とを備えていることが望ましい。
この発明によれば、アンクル、ガンギおよびテンプによってシリンジの駆動速度を調速するので、駆動源が不要となり液体吐出装置の省力化が促進される。また、簡単な構造で調速が可能となるため、部品点数が減少し、液体吐出装置の製造コストが安価となる。また、構造が簡単となるため、液体吐出装置の小型化がより一層促進される。
【００１３】
本発明では、調速手段は、機械的エネルギを電気的エネルギに変換するとともに、この電気的エネルギによって駆動される電子制御式であることが望ましい。
この発明によれば、調速手段が電子制御式であるので、調速が脈動なく行われる。よって液体の圧力変動が発生しにくく、液体が脈動なく良好に吐出される。また、調速手段が電子制御式であるので、調速の誤差が小さく、より正確な液体吐出が可能となる。
【００１４】
本発明では、調速手段が電子制御式である場合に、機械的エネルギによって発電する発電機と、この発電機の発電力で駆動されてシリンジの駆動速度を制御する制御手段とを備えていることが望ましい。
この発明によれば、発電機で発電された電力で制御手段を駆動し、この制御手段によって電気的に調速を行うので、液体が脈動なく良好に吐出される。また、制御手段が発電機の発電力で駆動されているので、制御手段のための電源を新たに設ける必要がなく、構造が簡単になる。
【００１５】
本発明では、調速手段は、シリンジの駆動速度を変更可能に設けられていることが望ましい。
この発明によれば、調速手段がシリンジの駆動速度を変更可能に設けられているので、シリンジの駆動速度が電気的に切替可能となる。よってシリンジの駆動速度を多段階あるいは無段階に調整可能となり、シリンジの駆動制御が簡単で柔軟となる。また、これにより液体の性質やシリンジの大きさ、液体吐出量などによってシリンジの駆動速度を変更可能となるので、液体吐出装置の汎用性が向上し、適用範囲が広がる。
【００１６】
本発明では、シリンジの駆動速度を切替可能なクラッチ機構を備えていることが望ましい。
この発明によれば、クラッチ機構が設けられているので、シリンジの駆動速度を容易に切替可能となる。簡単な構造で切替可能なので、液体吐出装置の製造コストが安価になる。
【００１７】
本発明では、シリンジの駆動力を補助する補助エネルギが蓄積される補助エネルギ蓄積手段を備えていることが望ましい。
この発明によれば、機械的エネルギ蓄積手段からの駆動力が不足する場合には補助エネルギ蓄積手段からの補助エネルギがシリンジの駆動を補助する。よって、例えば粘度の高い液体を吐出するために比較的高い駆動力を必要とする場合などでも、この補助エネルギ蓄積手段からの補助エネルギがシリンジの駆動力を補って、シリンジが良好に駆動され、液体が良好に吐出される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第二実施形態以降で、以下に説明する第一実施形態での構成部品と同じ部品および同様な機能を有する部品には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。
【００１９】
〔第一実施形態〕
図１には、第一実施形態にかかる液体吐出装置１の全体図が示されている。この図１において、液体吐出装置１は、ベース部材２に載置されたシリンジ３と、シリンジ３を駆動して液体を吐出させる駆動機構４とを備えている。
シリンジ３は硬質ガラス製であり、内部に液体が収納されるシリンジ本体３１と、このシリンジ本体３１の内部に摺動可能に挿入される円柱形のピストン３２とを備えている。シリンジ本体３１の内面およびピストン３２の外面は磨りガラス状になっており、両者の間に約１μｍ〜５μｍの隙間を有する非密着構造となっている。これにより、シリンジ本体３１およびピストン３２の摺動時には、摺動部分の摩擦力が低減され、かつ内部の液体が摺動部分から漏れることのない程度の気密性を有する。シリンジ本体３１の先端には、シリンジ本体３１内部と外部とを連通させる吐出口３１１が形成されている。また、シリンジ本体３１の基端側にはシリンジ本体３１よりも大径の円盤状のつば部３１２が形成されている。一方、ピストン３２の基端側には、シリンジ本体３１の内径よりも大径で円盤状の押圧部３２１が形成されている。ここで、シリンジ３は、市販のシリンジなどが採用でき、本実施形態ではシリンジ本体３１の内径が約２３ｍｍで体積約３０ｃｃのシリンジを採用している。
このようなシリンジ３は、ベース部材２に設けられた固定手段２１で固定されている。固定手段２１は、ベース部材２に設けられてシリンジ３が載置される凹状の二つの載置部２１１と、これらの載置部２１１の間に設けられた押さえ部材２１２とを備えている。つば部３１２の側面は、シリンジ本体３１基端側の載置部２１１側面に当接されており、これによりシリンジ３の軸方向のずれが防止されている。また、押さえ部材２１２は、板状部材から曲げ加工などによって多角形状に形成されており、シリンジ本体３１の側面を載置部２１１とは反対側から覆っている。これらの押さえ部材２１２および載置部２１１によってシリンジ本体３１が把持されている。また、これによってシリンジ３の半径方向のずれが防止されている。
【００２０】
図２には、駆動機構４の拡大図が、また図３には駆動機構４の側面図が示されている。これらの図２および図３において駆動機構４は、機械的エネルギを蓄積する機械的エネルギ蓄積手段としてのぜんまい５と、このぜんまい５からの回転運動を伝達する輪列としての歯車６とを備えている。また、駆動機構４は、ぜんまい５に接続されてシリンジ３の駆動速度を調速する調速手段７と、歯車６の回転運動を直線運動に変換してシリンジ３を駆動する回転運動変換手段としてのラック８とを備えている。この駆動機構４は、ベース部材２に対してシリンジ３の軸方向に移動可能なスライド部材２２に固定されている。スライド部材２２には、シリンジ３の軸方向と平行に長孔２２１が形成されており、ねじ２２２によってスライド部材２２がベース部材２に固定されている。また、スライド部材２２には、長孔２２１の他にシリンジ３の軸方向と平行な長孔２２３が二箇所形成されている。この長孔２２３にベース部材２から突出して設けられたピン２２４が挿通されることにより、スライド部材２２はスライド方向（シリンジ３の軸方向）に案内されている。また、ぜんまい５および調速手段７は、スライド部材２２に固定された円形のケース２３に収納されている。
図４には、ぜんまい５および調速手段７の詳細図が示されている。この図４においてぜんまい５は、外周に香箱車５２が形成された香箱５１内に収納され、内端側が香箱真５３に、外端側が香箱車５２の内周面にそれぞれ固定されている。香箱真５３に固定された角穴車５３１は、ケース２３の外部に突出して設けられた巻真５３３に巻き上げ輪列（図示せず）を介して接続されている。これにより、巻真５３３の端部に設けられた竜頭５３２を回転すれば、香箱真５３が回転してぜんまい５を巻き上げることが可能となっている。また、反対にぜんまい５がほどけると香箱５１が回転し、香箱車５２に噛合された歯車６が回転するようになっている。なお、歯車６はケース２３外部に設けられ、その一部分がケース２３内部に配置されている。
【００２１】
調速手段７は、ぜんまい５からの機械的エネルギを順次伝達する輪列７１と、輪列７１から伝達された回転運動によって発電する発電機７２と、この発電機７２の発電力によって駆動されて輪列７１の回転速度を制御する制御手段７３（第二実施形態の図５参照）とを備えている。
輪列７１は、香箱車５２に噛み合った二番車７１１と、以下順に増速するように噛み合った三番車７１２と、四番車７１３と、五番車７１４と、六番車７１５とを備えている。
発電機７２は、永久磁石７２１Ａが固定されたロータ７２１と、このロータ７２１の回転によって永久磁石７２１Ａの磁束を鎖交させる磁気回路形成用のステータ７２２とを備えている。ロータ７２１は、ロータかな７２１Ｂが輪列７１の六番車７１５に噛合され、また永久磁石７２１Ａは、ステータ７２２に形成されたステータ孔７２２Ａ内に配置されている。ロータ７２１において永久磁石７２１Ａを挟んでロータかな７２１Ｂと反対側には、ロータ７２１の回転を滑らかにする慣性板７２１Ｃが固定されている。
一方、ステータ７２２は一対のステータ材７２２Ｂと、このステータ材７２２Ｂにそれぞれ巻線された一対のコイル７２２Ｃを備えている。コイル７２２Ｃは、永久磁石７２１Ａが回転することで生じるステータ材７２２Ｂでの磁束変化を電力に変換する。発電機７２からの交流出力は、昇圧整流、全波整流、半波整流、トランジスタ整流等からなる整流回路を通して整流され、コンデンサ等で構成された電源回路に充電供給される。
なお、二番車７１１に固定された筒かな（図示せず）には表示手段としての分針５４（図１）が取り付けられている。また、二番車７１１の同軸上に配置されて三番車７１２に噛合する秒かな７１６には、表示手段としての秒針５５（図１）が固定されている。これらの分針５４および秒針５５は、ケース２３外部に露出して外部から視認可能に設けられている。
制御手段７３はコイル７２２Ｃに電気的に接続されており、発電機７２で発電された電力で駆動される。制御手段７３は、水晶振動子と、この水晶振動子からの周波数を分周して基準信号を出力する発振回路と、発電機７２で発電された交流電流の周波数を検出する検出回路と、検出された周波数と基準周波数とを比較してその差に応じた出力値を出力する制御回路とを備えている。発振回路では水晶振動子からの信号を用いて基準信号を出力する。制御回路では、この基準信号と検出回路からの回転検出信号とを比較し、その位相差等に応じて発電機７２を制動して回転周期を制御する。なお、発電機７２の制動方法としては、発電機７２の出力端子間を短絡してショートブレーキを掛けたり、発電機７２のコイルに流れる電流値を制御して制動量をコントロールすればよい。これにより、ロータ７２１の回転周期（回転速度）が所定の周期（速度）に保たれ、輪列７１および香箱車５２の回転周期（回転速度）が調速される。
【００２２】
図２および図３に戻って、ラック８はシリンジ３の軸方向に沿って配置されている。ラック８の側面には歯車６に噛合する歯形状の凸部８１が等間隔に複数形成されている。ラック８は、スライド部材２２に固定された複数箇所の摺動部２４に載置されている。この摺動部２４は、アセタール樹脂、その他の合成樹脂などの低摩擦性の材料で構成され、ラック８との摩擦力を低減している。ラック８の凸部８１とは反対側の側面には、スライド部材２２に回転可能に設けられた円柱状のローラ２５が当接されている。ローラ２５はラック８の軸方向に沿って複数箇所設けられ、凸部８１と歯車６との噛合が外れるのを防止しているとともに、ラック８の軸方向の移動時の摩擦力を低減している。ラック８上面（スライド部材２２に対向する面と反対側の面）には、ラック８の浮き上がりを防止するラック押さえ部材２６が設けられている。ラック押さえ部材２６は、断面略Ｚ字形に形成されており、一端側がスライド部材２２にねじ止めされ、他端側はラック８の側面に所定隙間を有して配置されている。これにより、ラック８がスライド部材２２から浮き上がった時にラック８側面がラック押さえ部材２６に当接され、凸部８１と歯車６との噛合が外れるのを防止している。
ラック８のシリンジ３に近い側の一端には、ピストン３２の押圧部３２１を押す押圧部材８２が固定されている。押圧部材８２は任意の材料で構成されるが、弾性を有する材料であることが望ましい。本実施形態では、押圧部材８２はシリコーンゴム製である。この押圧部材８２により、ラック８の押圧部３２１に対する耐衝撃性が良好となり、ラック８の振動などが良好に吸収される。また、シリンジ３の軸方向とラック８の軸方向が取付時などにずれた場合でも、押圧部材８２がずれを吸収して押圧部３２１をシリンジ３の軸方向に良好に押すことが可能となる。また、ラック８の他端には、ラック８の側面からスライド部材２２とは反対側に突出するように設けられた板状のストッパ８３がねじ止めされている。
【００２３】
ここで、ぜんまい５の巻数や寸法、材質などは、調速手段７およびシリンジ３を駆動するのに十分な出力トルクが長時間、例えば最低１２時間得られるように設定されている。この時シリンジ３を駆動するのに必要な圧力は、本実施形態において液体として水を使用し流量を約２７μｌ／ｍｉｎとした場合では、最大で約２．３ｋＰａ、最小で約２．２ｋＰａとなる。
また、歯車６と香箱車５２との歯車比は、シリンジ３の駆動速度によって適宜決定されている。本実施形態では、シリンジ本体３１からの液体の流量が約２７μｌ／ｍｉｎとなるように設定されている。なお、増速比（あるいは減速比）を大きく設定する必要がある場合には、歯車６の他に歯車を複数設けて輪列を構成してもよい。
さらに、輪列７１の各歯車の歯車比は、二番車７１１：秒かな７１６＝１：６０となるように設定されている。
【００２４】
このような構成の液体吐出装置１の動作について説明する。
ぜんまい５がほどけて香箱車５２が回転すると、この回転力が輪列７１で増速されながら伝達され、ロータ７２１が回転する。ロータ７２１に固定された永久磁石７２１Ａが回転することによって、発電機７２が発電する。この発電力で制御手段７３が駆動され、ロータ７２１を制動し、輪列７１の回転速度を所定速度に、つまり二番車７１１および秒かな７１６の回転速度がそれぞれ１／６０ｒｐｍ、１ｒｐｍとなるように調速する。
輪列７１が調速されることによって所定回転速度に調速された香箱車５２は、歯車６に回転運動を伝達する。歯車６はラック８の凸部８１と噛合しているので、ラック８において歯車６の回転運動が直線運動に変換され、ラック８は等速で軸方向に移動する。ラック８の押圧部材８２はシリンジ３の押圧部３２１を押圧し、ピストン３２がシリンジ本体３１に等速で押し込まれることにより、シリンジ本体３１内部の液体を吐出口３１１から吐出する。
二番車７１１に固定された分針５４と秒かな７１６に固定された秒針５５は、輪列７１の回転とともに、つまり、シリンジ３の液体吐出とともに計時を開始し、液体の吐出時間を表示する。
ラック８がシリンジ３側へ所定距離、例えば５０ｍｍ移動すると、ストッパ８３がラック押さえ部材２６の側面に当接されて、ラック８の移動が阻止される。
シリンジ３のサイズを変更するときには、押さえ部材２１２を撓ませてシリンジ３を固定手段２１からはずし、別のサイズのシリンジ３を取り付ける。ピストン３２の押圧位置が変化した場合には、ねじ２２２をゆるめてスライド部材２２を長孔２２３に沿って、つまりシリンジ３の軸方向に移動させて調節する。
【００２５】
このような液体吐出装置１によれば、次のような効果が得られる。
（１）　シリンジ３が、シリンジ本体３１およびピストン３２の間に所定隙間を有する非密着構造となっているので、シリンジ本体３１とピストン３２との摩擦力を軽減することができ、ピストン３２の駆動力を小さくできる。よって、本実施形態のように小型のぜんまい５を使用した駆動機構４で液体の定量吐出を長時間行うことができる。反対に、駆動機構４を小さく構成することができるので、液体吐出装置１の小型化を促進できる。
【００２６】
（２）　調速手段７が、発電機７２を備えた電子制御式なので、ガンギおよびアンクルなどを使用した機械式の調速手段と比べて輪列７１の回転速度を脈動なく調速できる。歯車６の回転速度を脈動なく調速できるので、液体を脈動なく吐出できる。これにより、液体吐出装置１の吐出性能を向上させることができる。
【００２７】
（３）　ぜんまい５からラック８への動力伝達は歯車６によって行われ、一方、調速手段７は、歯車６とは別の輪列７１を介してぜんまい５に接続されている。したがって、ケース２３内での調速手段７と歯車６とを別々に配置することができ、これらの配置の自由度を向上させることができる。
【００２８】
（４）　輪列７１に分針５４および秒針５５が設けられているので、液体の吐出時間を表示できる。使用中にも液体吐出装置１の使用状況を把握することができ、液体吐出装置１の取扱性を向上させることができる。
【００２９】
（５）　シリンジ３がぜんまい５の機械的エネルギによって駆動されているので、電池などの駆動源が不要となる。よって、液体吐出装置１の省力化を図ることができる。また、竜頭５３２を操作してぜんまい５を巻き上げれば再び機械的エネルギを蓄積することができるので、液体吐出装置１を長時間使用できる。
【００３０】
（６）　ラック８によって歯車６の回転運動を直線運動に変換しているので、ぜんまい５からの回転運動を効率よく直線運動に変換できる。
【００３１】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態は、第一実施形態における回転運動変換手段の構造が異なるものである。
図５には第二実施形態にかかる液体吐出装置１の概略構造が示されている。この図５において、ぜんまい５から発電機７２までの輪列７１は二番車７１１、三番車７１２、四番車７１３および五番車７１４で構成され、五番車７１４がロータ７２１に噛合している。この輪列７１の途中の四番車７１３には、回転運動変換手段としてのカム８４が固定されている。カム８４は、四番車７１３の回転軸から偏心した略卵形の変形円盤状で、その側面がピストン３２の押圧部３２１に当接されている。
このような液体吐出装置１では、輪列７１の途中の四番車７１３は調速されて一定速度で回転し、カム８４はその側面で押圧部３２１を押圧し、ピストン３２をシリンジ本体３１に押し込む。これにより、シリンジ本体３１内部の液体が吐出される。この時、カム８４の側面形状は略卵形なので、液体は始めはゆっくりと吐出され、その後徐々に吐出量が増えるように吐出される。
【００３２】
このような液体吐出装置１によれば、第一実施形態の（１）、（２）、（４）および（５）の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
（７）　カム８４がぜんまい５および輪列７１からの回転運動を直線運動に変換しているので、簡単な構造で効率よくシリンジ３の駆動力を取り出すことができる。また、カム８４の形状（カム曲線）を適宜設定すれば自由な吐出動作を簡単に実現できる。また、液体の吐出速度等を変更したい場合には、異なる形状のカムを交換するだけで簡単に変更できる。一つの部品のみの交換で吐出速度等を変更できるので、切り替え作業が簡略化でき、取扱性を向上させることができる。また、様々な吐出動作に対して一つの部品交換のみで対応できるので、汎用性を向上させることができる。
【００３３】
（８）　ぜんまい５および調速手段７の間の輪列７１の途中にカム８４が設けられているので、ぜんまい５から新たに別の歯車などを介してカム８４を接続する必要がない。したがって、液体吐出装置１の部品点数を減少でき、液体吐出装置１の製造コストを削減できる。また、部品点数を減少できるので、液体吐出装置１の小型化を促進できる。
【００３４】
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態は、第一実施形態の液体吐出装置にクラッチ機構を設けたものである。
図６には、第三実施形態にかかる液体吐出装置１の一部を拡大した斜視図が、また図７には液体吐出装置１の一部を拡大した断面図が示されている。これらの図６および図７において、歯車６とラック８との間にはクラッチ機構９が設けられている。クラッチ機構９は、歯車６に噛合する歯車９１と、ラック８に噛合する三つの変速用歯車９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃと、これら三つの変速用歯車９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃを切り替える切替部材９３とを備えている。歯車９１および変速用歯車９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃは共通の筒状の回転軸９１１に固定されている。回転軸９１１内部には、ベース部材２に固定された支持軸９１２が貫通しており、これにより回転軸９１１は軸方向に摺動可能に設けられている。また、回転軸９１１の端部には側面から両側に突出したピン９１３が形成されている。三つの変速用歯車９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃは、互いに直径が異なり、回転軸９１１の軸方向に等間隔に固定されている。ここで、歯車９１を介した歯車６と変速用歯車９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃとの歯車比は、歯車６と変速用歯車９２Ｂとの間では１対１に設定されている。そして、歯車６と変速用歯車９２Ｃとの間ではそれ以下、つまり減速輪列となり、また歯車６と変速用歯車９２Ａとの間ではそれ以上、つまり増速輪列となっている。
【００３５】
切替部材９３は、歯車９１とベース部材２との間に設けられた棒状部材で、ベース部材２の面内方向にスライド可能に設けられている。切替部材９３の先端側には長孔状のスライド孔９３１が形成され、このスライド孔９３１に支持軸９１２が貫通して配置されている。切替部材９３のスライド孔９３１側面には三つの段差を有する溝が形成されている。このスライド孔９３１両側の溝によって三つの段差は切替部材９３の先端側から基端側に向かって厚みが順次増えてそれぞれ増速位置９３２Ａ，等速位置９３２Ｂおよび減速位置９３２Ｃを形成している。
ここで、歯車９１の厚みは、増速位置９３２Ａと減速位置９３２Ｃとの厚みの差よりも厚く設定されている。
ラック８は、クラッチ機構９に対向する側面に三種類の凸部８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃを備えている。凸部８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃは、それぞれ変速用歯車９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃと噛合可能に形成されており、凸部８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃの互いの距離は変速用歯車９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃの互いの距離よりも大きく設定されている。つまり、図７に示されるように変速用歯車９２Ｃと凸部８１Ｃとが噛合されているときには、他の二つの変速用歯車９２Ａ，９２Ｂは凸部８１Ａ，８１Ｂに噛合されないようになっている。
【００３６】
このような液体吐出装置１では、ぜんまい５から歯車６に調速された回転運動が伝達されると、この回転運動は歯車９１に伝達される。図７にも示されるように減速位置９３２Ｃにピン９１３が配置されるように切替部材９３を設定すると、回転軸９１１が支持軸９１２に対して摺動し、変速用歯車９２Ｃと凸部８１Ｃが噛合する。この状態では歯車６と変速用歯車９２Ｃとの歯車比は減速するように設定されているので、歯車６の回転運動は変速用歯車９２Ｃで減速されて、ラック８において直線運動に変換される。このラック８の移動によってシリンジ３内部の液体がゆっくり吐出される。
ラック８の移動速度を変更するときには、切替部材９３をベース部材２の面内方向にスライドさせて、例えばピン９１３を等速位置９３２Ｂに配置する。すると、ピン９１３、歯車９１および変速用歯車９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃが軸方向に摺動して変速用歯車９２Ｃと凸部８１Ｃとの噛合が外れ、変速用歯車９２Ｂと凸部８１Ｂが噛合する。これにより、歯車６の回転速度はそのまま変速用歯車９２Ｂの回転速度として伝達され、ラック８は歯車６の回転速度に対応した速度でシリンジ３内部の液体を吐出させる。同様に、切替部材９３を増速位置９３２Ａに合わせれば変速用歯車９２Ａと凸部８１Ａとが噛合する。これにより、歯車６の回転速度は増速されてラック８に伝達され、シリンジ３内部の液体は速く吐出される。なお、切替部材９３の厚みの変化によって歯車９１および変速用歯車９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃは軸方向に移動するが、この時、歯車９１はこの移動距離よりも厚く形成されているので、歯車９１が軸方向に移動しても歯車６との噛合が外れることがない。
【００３７】
このような液体吐出装置によれば、第一実施形態の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）および（６）の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。（９）　歯車６とラック８との間にクラッチ機構９が設けられているので、切替部材９３をスライドさせるだけでラック８の移動速度、つまり液体の吐出速度を多段階に変更できる。簡単な構造で吐出速度を変更できるので、液体吐出装置１を安価に製造できる。
【００３８】
〔第四実施形態〕
次に、本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態は、第一実施形態の液体吐出装置に補助エネルギ蓄積手段が設けられているものである。
図８には、第四実施形態にかかる液体吐出装置１の概略図が示されている。この図８において、押圧部３２１とベース部材２との間には補助エネルギ蓄積手段としてのコイルばね５６が設けられている。コイルばね５６は、押圧部３２１をシリンジ本体３１へ押し込む方向に付勢している。このコイルばね５６の付勢力は、例えばシリンジ３内部の液体の粘度が高く、ピストン３２が必要とする駆動力が高い場合に使用され、ピストン３２の必要駆動力にほぼ釣り合うように設定されている。
このような液体吐出装置１では、予めコイルばね５６によって必要な駆動力のほぼ全部が補助されているので、ぜんまい５によってラック８を駆動すれば、ピストン３２がシリンジ本体３１に押し込まれ、液体が吐出される。
なお、ピストン３２の駆動力が小さく、コイルばね５６の付勢力のみでピストン３２が駆動されるような条件下においては、ピストン３２はコイルばね５６によって駆動され、ぜんまい５および調速手段７は、コイルばね５６によるピストン３２の駆動速度の調速を行う。よって、このようにコイルばね５６が過剰に設定されている場合でも、液体は所定量吐出される。
【００３９】
このような液体吐出装置１によれば、第一実施形態の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）および（６）の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
（１０）　コイルばね５６がピストン３２の駆動を補助するので、例えば液体が高粘度であったり、液体の吐出圧が高い場合など、ぜんまい５の駆動力（機械的エネルギ）だけでは駆動できない場合でも良好に液体を吐出することができる。反対に、これにより様々な液質の液体を扱うことができ、液体吐出装置１の適用範囲を広げることができる。
【００４０】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、回転運動変換手段の構造は、第一実施形態ではラック８によるものであり、また第二実施形態ではカム８４によるものであったが、これらに限らない。例えば図９に示されるようなねじの噛合によるものであってもよい。
図９には、回転運動変換手段の変形例を示す液体吐出装置１の概略図が示されている。この図９において、ぜんまい５および調速手段７が収納されたケース２３は、ベース部材２においてシリンジ３の軸方向と直交する面に固定されている。回転運動変換手段は、二番車７１１の回転軸７１１Ａと、ピストン３２の押圧部３２１に取り付けられた押圧部材８６とで構成されている。回転軸７１１Ａおよび押圧部材８６は平行に配置され、これらの外周にはねじが形成されて互いに噛合されている。このような液体吐出装置１においても、輪列７１が調速された回転速度で回転すると、回転軸７１１Ａの回転によって押圧部材８６が回転軸７１１Ａの軸方向、つまりピストン３２の軸方向に移動し、シリンジ本体３１から液体を吐出する。この構造の液体吐出装置１では、ケース２３をシリンジ３の径寸法内に配置することができるので、液体吐出装置１の平面的なスペースを減少させることができる。また、市販のシリンジ３の押圧部３２１に押圧部材８６を被せるだけで押圧部３２１の外周にねじを形成できるので、回転運動変換手段を簡単に製造できる。
あるいは、図１０に示されるような構造でもよい。
図１０には、回転運動変換手段の変形例を示す液体吐出装置１の概略図が示されている。この図１０において、ピストン３２の基端側外周にはねじ部３２２が形成されている。また、シリンジ本体３１の内周には、複数のボール３２３が設けられ、ピストン３２のねじ部３２２に回転可能に収容されている。ピストン３２のねじ部３２２（ウォーム）には、歯車６（ウォームホイール）が噛合されており、ぜんまい５の駆動によって歯車６が回転すると、ピストン３２がシリンジ３の軸方向に螺旋を描きながら移動し、これにより液体を吐出する。
このように回転運動変換手段の構造は、各実施形態の構造に限定されず、要するにぜんまい５からの回転運動を直線運動にしてピストン３２に伝達する構造であれば任意である。
【００４１】
シリンジ３の材料は各実施形態において硬質ガラス製であったが、これに限らず例えば樹脂製、金属製など、任意の材料が採用できる。要するにシリンジ３の材料は、シリンジ本体３１とピストン３２との間の摩擦係数が低く、シリンジ本体３１とピストン３２との間に所定隙間を有する非密着構造で、かつ内部の液体を良好に送れるものであればよい。
シリンジ３の寸法も任意に設定されてよい。例えば市販のシリンジを採用すれば、様々な寸法のものが簡単に入手でき、例えば小さいものでは０．２５ｃｃの容積のシリンジや、大きいものでは３０ｃｃのものなどが採用できる。なお、シリンジ３のサイズを様々に変更して使用する場合には、載置部２１１の形状を半円形ではなくＶ字形に形成すれば、大小様々なサイズに対応でき、確実にシリンジ３を固定できる。また、この際には載置部２１１をスライド可能に設けることがより望ましい。
【００４２】
調速手段７は、各実施形態では発電機７２を備えた電子制御式のものであったが、これに限らない。例えば輪列７１の六番車７１５（第二実施形態では五番車７１４）にガンギを固定し、テンプおよびアンクルによってガンギを等速で回転させる機械式の調速手段であってもよい。この場合には、調速手段がガンギおよびアンクルによる機械式脱進機およびテンプによる機械式調速機で構成された機械式なので、簡単な構造で輪列７１の回転速度を調速できる。調速手段を簡単な構造で実現できるので、液体吐出装置の製造コストを削減できる。あるいは、ガンギおよびアンクルによる機械式脱進機に振り子による機械的調速機を設けてもよい。
さらに、ガンギおよびアンクルによる機械式脱進機に発電機を備えた調速機を設けてもよい。この場合には、例えばアンクルの回動軸に振り子を設け、この振り子の先端に永久磁石を固定する。振り子の揺動軌跡上にコイルを配置して発電機を構成すれば、発電機は振り子の揺動に伴って発電する。この発電力によって振り子の揺動運動にブレーキをかけて揺動周波数を調整すれば、アンクルを調速することができる。
このように調速手段は、電子制御式によるもの、機械式によるもののいずれでもよい。また、その機構も任意に設定できる。
【００４３】
表示手段は、各実施形態では分針５４および秒針５５によって液体の吐出時間を表示するものであったが、これに限らない。例えば時刻、液体の吐出量、液体の残量、液体の吐出残時間、液体流量、液体流量の最大値、液体流量の最小値、液体流量の平均値、液体流量のばらつきなど、様々な表示が任意に採用できる。この際、表示手段は針が輪列７１に固定された構造のものでなくてもよい。例えばピストン３２の押圧部３２１に針を固定し、押圧部３２１の移動とともに針が移動するように構成すれば、液体の吐出量を表示することもできる。また、表示手段は針によるアナログ式の表示方法に限らず、液晶表示などのデジタル式の表示方法であってもよい。デジタル式の表示手段を採用する場合には、発電機７２の発電力を駆動電力としてもよい。特に表示手段がデジタル式の場合には、液体流量の最大値や最小値、平均値、ばらつきなどを容易に表示可能となる。
【００４４】
クラッチ機構９は、第三実施形態では液体の吐出速度を三段階に切り替えることができたが、変速の段数はこれに限定されず、任意に設定できる。あるいは、クラッチ機構をベルトおよびプーリを備えて構成し、プーリの半径を無段階に変更することによって駆動速度を無段階に切替可能に構成してもよい。また、構造についても、変速用歯車９２と凸部８１との噛合を切り替える構造となっていたが、これに限らず例えば前述のベルトおよびプーリの構成でもよく、歯車６からの回転速度を変更可能に構成されていれば構造は任意である。
また、液体の吐出速度の変更方法は、クラッチ機構９によるような機械式のものに限らず、例えば制御手段７３によってシリンジ３の駆動速度を変更可能に設けて電気的に変更するものであってもよい。この場合には、例えば外部からのスイッチの切替などによって発振回路の基準信号を変更可能に設ければ、ロータ７２１の制動量が変化してシリンジ３の駆動速度を変更することができる。このような構成によれば、複雑な機構を設けることなくピストン３２の駆動速度、つまり液体の吐出速度を変更できる。よって液体吐出装置１の部品点数を減少でき、安価に製造できる。この際、制御手段７３はシリンジ３の駆動速度を多段階に変更可能なものに限らず、無段階に変更可能であってもよい。また、制御手段７３にプログラムを組めば液体の吐出速度を自動で制御でき、液体の吐出中にも吐出速度を変更可能となる。なお、制御手段７３がシリンジ３の駆動速度を変更可能となっている場合にも、クラッチ機構９が設けられていてもよい。
【００４５】
ぜんまい５を巻き上げる構造は、各実施形態において竜頭５３２と巻真５３３によるものであったが、これに限らず例えばパラフィンワックスの熱膨張によって巻き上げる構造など、任意の構造が採用できる。
また、補助エネルギ蓄積手段は、第四実施形態においてはコイルばね５６であったが、これに限らず例えば板ばねやぜんまい、バラフィンワックスの熱膨張によるものなど、任意のエネルギ蓄積手段を採用できる。さらに、補助エネルギ蓄積手段は、機械的エネルギに限らず、電気的エネルギを蓄積するものであってもよい。
【００４６】
液体吐出装置１は、前述のような効果が得られるので、微小量の液体を長時間吐出するような用途に使用する場合に特に有用である。よって、例えば動物実験用の液体吸入器や、患者の薬液投与用の医療用機器など、様々な分野において様々な機器に適用できる。また、液体吐出装置１が小型に構成できるので、携帯用の機器などに適用する場合に特に有用である。
【００４７】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【００４８】
【発明の効果】
このような本発明によれば、シリンジがシリンジ本体とピストンとの間に所定隙間を有する非密着構造なので、小さな機械的エネルギから十分な駆動力が得られ、良好に液体が長時間吐出できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる液体吐出装置の全体図。
【図２】本発明の第一実施形態にかかる駆動機構の拡大図。
【図３】本発明の第一実施形態にかかる駆動機構の側面図。
【図４】本発明の第一実施形態にかかる駆動機構の一部を示す詳細図。
【図５】本発明の第二実施形態にかかる液体吐出装置の全体概略図。
【図６】本発明の第三実施形態にかかる液体吐出装置の拡大斜視図。
【図７】本発明の第三実施形態にかかる液体吐出装置の拡大断面図。
【図８】本発明の第四実施形態にかかる液体吐出装置の概略図。
【図９】本発明の回転運動変換手段の変形例を示す図。
【図１０】本発明の回転運動変換手段の別の変形例を示す図。
【符号の説明】
１…液体吐出装置、３…シリンジ、４…駆動機構、５…ぜんまい、６…歯車（動力伝達部）、７…調速手段、８…ラック（回転運動変換手段）、９…クラッチ機構、３１…シリンジ本体、３２…ピストン、５１…香箱、５２…香箱車、５３…香箱真、５４…分針（表示手段）、５５…秒針（表示手段）、５６…コイルばね（補助エネルギ蓄積手段）７１…輪列、７２…発電機、７２１…ロータ、７２２…ステータ、７３…制御手段、８４…カム（回転運動変換手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004124913.tif 000009
【図８】
2004124913.tif 000010
【図９】
2004124913.tif 000011
【図１０】
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