薬液投与装置及び薬液投与装置のシール部の製造方法
【課題】本発明は、シャフトと封止部材のシャフト挿入部との間をシールし得る。
【解決手段】本発明は、シール部１３が、薬液貯蔵部６の内部空間８内に配され、シャフト９の外周を覆いシャフト９のねじ溝９Ａに隙間なく当接されると共に、封止部材７の内部空間８側の面７Ｂにシャフト９の周方向に隙間なく密着されるようにしたことにより、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間と薬液貯蔵部６の内部空間８とを遮断することができ、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間に薬液が入り込むことを防止することができるので、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間をシールすることができる。
【解決手段】本発明は、シール部１３が、薬液貯蔵部６の内部空間８内に配され、シャフト９の外周を覆いシャフト９のねじ溝９Ａに隙間なく当接されると共に、封止部材７の内部空間８側の面７Ｂにシャフト９の周方向に隙間なく密着されるようにしたことにより、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間と薬液貯蔵部６の内部空間８とを遮断することができ、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間に薬液が入り込むことを防止することができるので、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間をシールすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薬液投与装置及び薬液投与装置のシール部の製造方法に関し、例えばインスリンポンプなどの携帯型の薬液投与装置におけるシール部に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
皮下注射や静脈内注射などによって患者の体内に薬液を持続的に注入する治療が行われる場合がある。近年、例えば、糖尿病患者に対して、患者の体内に微量のインスリンを持続的に注入する治療が実施されている。この治療法では、一日中患者に薬液（インスリン）を投与するために、身体又は衣服に固定して持ち運び可能な携帯型の薬液投与装置（いわゆるインスリンポンプ）が用いられている。
【０００３】
このような携帯型の薬液投与装置として、例えば、薬液を貯蔵する薬液貯蔵部内で駆動されるプランジャ部が薬液貯蔵部から薬液を押し出すことでポンプを使用する患者（使用者）に薬液を投与するようになされた、いわゆるシリンジポンプ形式のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この薬液投与装置では、外周面にねじが形成されたシャフトが薬液貯蔵部内に配されると共にガスケット（封止部材）のねじ穴部（シャフト挿入部）に挿入されており、シャフトの回転によりシャフトの軸方向に沿って封止部材を駆動させるようになっている。このように封止部材を駆動させるためのシャフトが薬液貯蔵部内に配されることにより、シャフトが薬液貯蔵部外に配される場合と比較して薬液投与装置を小型化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５２３３９７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した薬液投与装置では、薬液がシャフトと封止部材のシャフト挿入部との間を通過して薬液貯蔵部外へ漏れてしまう恐れがあり、シャフトと封止部材のシャフト挿入部との間をシールすることが望ましい。
【０００７】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、シャフトと封止部材のシャフト挿入部との間をシールし得る薬液投与装置及び薬液投与装置のシール部の製造方法を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するため本発明においては、使用者へ薬液を投与するための薬液投与装置であって、薬液を貯蔵する薬液貯蔵部と、薬液貯蔵部内に配され、外周面にねじが形成されたシャフトと、シャフトが挿入されるシャフト挿入部が形成され、薬液貯蔵部の内部空間内を摺動することで内部空間の容積を変化させる封止部材とを有し、封止部材は、シャフトの回転により薬液貯蔵部内で駆動され、薬液貯蔵部から薬液を押し出し、さらに、当該内部空間内に配され、シャフトの外周を覆いシャフトのねじ溝に隙間なく当接されると共に、封止部材の当該内部空間側の面にシャフトの周方向に隙間なく密着されるシール部を設けるようにした。
【０００９】
また本発明においては、薬液を貯蔵する薬液貯蔵部と、当該薬液貯蔵部内に配され外周面にねじが形成されたシャフトと、当該シャフトが挿入されるシャフト挿入部が形成された封止部材とを有し、当該シャフトの回転により当該封止部材が当該薬液貯蔵部内で摺動し、当該薬液貯蔵部の内部空間の容積を変化させ、当該薬液貯蔵部から当該薬液を押し出し使用者へ薬液を投与するための薬液投与装置のシール部の製造方法であって、シャフトが挿通される型にシール部材料を未硬化の状態で流しこみ、当該シール部材料をシャフトのねじ溝に隙間無く充填させる工程と、シール部材料を硬化させる工程と、硬化させたシール部材料を、シャフトが挿通された状態で、封止部材の当該内部空間側の面にシャフトの周方向に隙間なく密着させる工程とを有するようにした。
【００１０】
このように、シール部が、薬液貯蔵部の内部空間内に配され、シャフトの外周を覆いシャフトのねじ溝に隙間なく当接されると共に、プランジャ部の薬液貯蔵部の内部空間側の面にシャフトの周方向に隙間なく密着されることにより、シャフトと封止部材のシャフト挿入部との間と薬液貯蔵部の内部空間とを遮断することができ、シャフトと封止部材のシャフト挿入部との間に薬液が入り込むことを防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シール部が、薬液貯蔵部の内部空間内に配され、シャフトの外周を覆いシャフトのねじ溝に隙間なく当接されると共に、封止部材の薬液貯蔵部の内部空間側の面にシャフトの周方向に隙間なく密着されることにより、シャフトと封止部材のシャフト挿入部との間と薬液貯蔵部の内部空間とを遮断することができ、シャフトと封止部材のシャフト挿入部との間に薬液が入り込むことを防止することができる。かくして、シャフトと封止部材のシャフト挿入部との間をシールし得る薬液投与装置及び薬液投与装置のシール部の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】薬液投与装置の構成を示す略線図であり、（Ａ）は薬液投与装置の垂直断面を示す略線図、（Ｂ）は薬液貯蔵部の水平断面を示す略線図である。
【図２】シール部の構成を示す略線図であり、（Ａ）はシール部の軸方向の断面を示す略線図、（Ｂ）はシール部の軸方向に垂直な方向の断面を示す略線図である。
【図３】シール部製造工程の手順を示すフローチャートである。
【図４】シール部の製造工程の説明に供する略線図である。
【図５】比較例の作製の説明に供する略線図である。
【図６】シール部にかかる圧力の説明に供する略線図である。
【図７】有限要素解析のモデルの説明に供する略線図である。
【図８】モデルＡの解析結果を示す図である。
【図９】モデルＢの解析結果を示す図である。
【図１０】モデルＣの解析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００１４】
〔１．薬液投与装置の構成〕
図１（Ａ）に示すように、薬液投与装置１は、使用者の身体又は衣服などに固定して持ち運び可能な小型サイズの略直方体で形成された筐体２を有し、携帯型の装置として構成されている。薬液投与装置１の大きさは、使用者の皮膚にはりつけることができる程度にまで小型化されていればよいが、例えば横３２ｍｍ、縦４４ｍｍ、高さ１１ｍｍの略直方体形状が挙げられる。
【００１５】
筐体２の内部には、モータ３と、基板部４と、モータ３及び基板部４に電力を供給する電池５と、使用者に投与する薬液を貯蔵する薬液貯蔵部６とが収納されている。
【００１６】
薬液貯蔵部６は有底の筒状でなり、図１（Ｂ）に示すように断面が略楕円形状でなる。薬液貯蔵部６はその先端側が底部分でありその後端側が開放されている。薬剤貯蔵部６に貯蔵される薬液としては、たとえばインスリンや各種ホルモン、モルヒネなどの鎮痛薬、あるいは抗炎症薬剤などが挙げられる。薬液貯蔵部６の先端部は、その中央部分が先端に向かってすぼまる略円錐台形状に突出する凸部６Ａとなっており、後述する円錐台形状のシール部１３を嵌め込み可能な形状となっている。
【００１７】
また薬液貯蔵部６の先端部には、薬液を通過させる導管部６Ｂが形成されている。導管部６Ｂの先端部は開口部となっており、筐体２の外部に露出している。薬液投与装置１によって使用者に薬液を投与させる場合、導管部６Ｂには、例えば使用者の体内に挿入される注射針が先端に設けられたカテーテル（図示せず）などが接続されるようになっている。
【００１８】
さらに薬液貯蔵部６には、その後端側から、薬液貯蔵部６内を摺動可能な略楕円柱状の封止部材７が嵌め込まれている。封止部材７は薬液貯蔵部６の後端側を密閉するようになっており、封止部材７と薬液貯蔵部６の内壁とによって囲まれた空間（すなわち薬液貯蔵部６の内部空間）８に薬液が貯蔵される。封止部材７は、薬液貯蔵部６内で摺動されることで、内部空間８の容積を変化させるようになっている。
【００１９】
封止部材７の中心にはシャフトが封止部材７を貫通する円筒状の穴部が形成され、当該穴部にシャフト９が挿通されている。シャフト９の外周面には雄ねじが形成され、封止部材７の穴部の内周面には雌ねじが形成され、これらのねじは螺合されている。尚、封止部材７の穴部（すなわちシャフト９が挿入されるシャフト挿入部）を、以下、ねじ穴部とも呼ぶ。
【００２０】
シャフト９は、薬液貯蔵部６の後端側から薬液貯蔵部６の内部に挿入され、筒状でなる薬液貯蔵部６の中心を通りその長さ方向に延びるように配されている。
【００２１】
シャフト９の後端部にはギア１０が設けられ、ギア１０は、モータ３に設けられたギア１１と、ギア１２を介して接続されている。
【００２２】
また、封止部材７には、シャフト９と封止部材７のねじ穴部との間をシールするためのシリコーンゴム製のシール部１３が取り付けられている。
【００２３】
基板部４は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)４Ａと、モータドライバ４Ｂと、通信回路４Ｃとを有する。モータドライバ４Ｂは、ＣＰＵ４Ａの制御のもとモータ３を駆動させる。通信回路４Ｃは、使用者が薬液投与装置１に対して命令を入力するための操作部等が設けられた遠隔制御装置（図示せず）とＣＰＵ４Ａの制御のもと無線通信を行い、遠隔制御装置から操作信号を受信してＣＰＵ４Ａに入力する。ＣＰＵ４Ａは、当該操作信号に応じてモータドライバ４Ｂを適宜制御するようになっている。使用者は薬液投与装置１を操作し、制御部であるＣＰＵ４Ａに指令を出すことで、ＣＰＵ４Ａは基本プログラムを読みだし、モータ３を制御することで使用者へ薬液が投与される。
【００２４】
以上の構成において、モータ３を駆動して回転させると、モータ３の回転駆動力がギア１１、１２及び１０を介してシャフト９に伝達され、シャフト９が回転される。
【００２５】
ここで、シャフト９が封止部材７のねじ穴部にねじこまれていることにより、封止部材７が薬液貯蔵部６内でシャフト９の軸方向に沿って駆動される。尚、このとき、薬液貯蔵部６及び封止部材７の断面が略楕円形状であることにより、シャフト９が回転するのに伴って封止部材７が回転しないようになっている。
【００２６】
モータ３を正回転させた場合、封止部材７は薬液貯蔵部６の先端部に向かう方向（すなわち薬液貯蔵部６の内部空間８を狭める方向）に駆動される。これにより、封止部材７により薬液貯蔵部６内の薬液に圧力が加えられ薬液が導管部６Ｂから外部へ押し出される。この結果、導管部６Ｂに接続されたカテーテル及び注射針を通して薬液が使用者に投与されるようになっている。
【００２７】
尚、封止部材７が薬液貯蔵部６の先端部まで駆動されると、封止部材７に取り付けられたシール部１３が薬液貯蔵部６の凸部６Ａに嵌まりこむ。これにより、封止部材７は、薬液を薬液貯蔵部６内にほぼ残すことなく外部へ押し出すことができるようになっている。
【００２８】
一方、モータ３を逆回転させた場合には、封止部材７は薬液貯蔵部６の後端部に向かう方向（すなわち薬液貯蔵部６の内部空間８を広げる方向）に駆動されるようになっている。
【００２９】
〔２．シール部の構成〕
上述したシール部１３は、図２（Ａ）に示すように、薬液貯蔵部６の内部空間８内に配され、底面１３Ｂから上面１３Ａに向かってすぼまる円錐台形状に形成されている。
【００３０】
またシール部１３は、シャフト９の軸方向における一部において、図２（Ｂ）に示すようにシャフト９の外周を覆う形状でなる。シャフト９は、シール部１３の上面１３Ａ及び底面１３Ｂの中心を通ってシール部１３を貫通している。
【００３１】
シール部１３の上面１３Ａは、シャフト９のねじの外径よりも大きく形成されている。またシール部１３の底面１３Ｂは、薬液貯蔵部６の内部空間８側における封止部材７のねじ穴部７Ａの開口よりも大きく形成されている。
【００３２】
一例として、シャフト９がＭ３ねじであるとき、シール部１３は、たとえば、上面の直径が３．１〔ｍｍ〕、底面の直径が６〔ｍｍ〕、高さ４〔ｍｍ〕で形成される。
【００３３】
またシール部１３は、シャフト９のねじ溝９Ａの例えば６ピッチ分に隙間なく当接されている。
【００３４】
尚、シール部１３はシャフト９に固着されてはいないので、シャフト９はシール部１３に対して回転可能となっている。これに対してシール部１３の底面１３Ｂは封止部材７の内部空間８側の面７Ｂに密着されており、シール部１３は封止部材７に対し固定されている。
【００３５】
したがって、シャフト９が回転すると、シール部１３は、シャフト９と共に回転するのではなく、封止部材７と共にシャフト９の軸方向に駆動するようになっている。
【００３６】
〔３．シール部製造工程〕
次に、上述したシール部１３の製造工程について説明する。図３にシール部製造工程の手順を示す。第１工程ＳＰ１では、図４（Ａ）に示すように、シール部１３を形作るための型２０を作製する。
【００３７】
具体的に例えば型２０は、厚さｄ（＝１０〔ｍｍ〕）でなる板２１に、上面の直径がｒ１（＝３．１〔ｍｍ〕）、底面の直径がｒ２（＝６〔ｍｍ〕）、高さｈ１（＝４〔ｍｍ〕）でなる円錐台形状の空洞２２を形成することにより作製される。板２１の材料としては、例えばMCナイロン、ABS樹脂、PP、PC、POM、アクリル、及び各種金属などが挙げられる。
【００３８】
また型２０には、円錐台形状の空洞２２の頂点部から連続して板２１を貫通する円筒形状の空洞２３が形成される。尚、円筒形状の空洞２３の直径ｒ３は、シャフト９の外径＋０．１〔ｍｍ〕とされる。ここでは、シャフト９をＭ３ねじとすると、例えば外径が３ｍｍ〔ｍｍ〕であるので、空洞２３の直径ｒ３＝３．１〔ｍｍ〕となる。
【００３９】
第２工程ＳＰ２では、図４（Ｂ）に示すように、型２０の円錐台形状の空洞２２に、２液反応型シリコーンでなるシール部材料ＳＫを未硬化の状態で流しこむ。
【００４０】
第３工程ＳＰ３では、図４（Ｃ）に示すように、封止部材７のねじ穴部７Ａにシャフト９がねじこまれた状態で、型２０に流しこまれたシール部材料ＳＫ及び円筒状の空洞２３にシャフト９を挿通させる。このようにシャフト９を円筒状の空洞２３に沿って挿通させることで、シール部材料ＳＫの中心にシャフト９が位置決めされる。
【００４１】
これと共に、封止部材７における薬液貯蔵部６の内部空間８側の面７Ｂを、空洞２２の底面側である型２０の面２０Ａに押し付ける。これによりシール部材料ＳＫに圧力をかけ、シャフト９のねじ溝９Ａにシール部材料ＳＫを隙間なく充填させる。
【００４２】
第４工程ＳＰ４では、このようにシャフト９をシール部材料ＳＫに挿通させ封止部材７を型２０に押し付けた状態で、シール部材料ＳＫを硬化させる。第５工程ＳＰ５では、硬化させたシール部材料ＳＫから型２０を取り外す。また、シール部材料ＳＫから封止部材７及びシャフト９を剥がす。
【００４３】
第６工程ＳＰ６では、図４（Ｄ）に示すように、硬化させたシール部材料ＳＫにシャフト９を挿通させた状態で、接着剤等により、シール部材料ＳＫの底面を封止部材７の内部空間８側の面７Ｂに密着させる。
【００４４】
この結果、シャフト９の外周を覆いシャフト９のねじ溝９Ａに隙間なく当接されると共に、底面１３Ｂが封止部材７の内部空間８側の面に密着されたシール部１３が製造される。
【００４５】
〔４．実験〕
次に、上述したシール部１３がシャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間をシールするか否かについての実験結果について説明する。
【００４６】
この実験では、シャフト９を回転させることによりシール部１３が取り付けられた封止部材７を摺動させて薬液貯蔵部６内の液体に圧力をかけ、送液圧を徐々に上げながら封止部材７のねじ穴部７Ａから液体が漏れないかどうかを目視で確認した。
【００４７】
この結果、送液圧が２２１〔ｋＰａ〕となったときでも封止部材７のねじ穴部７Ａから液体が漏れなかった。尚、実際上、薬液投与装置１において薬液を送液する際の送液圧は１００〔ｋＰａ〕程度未満である。したがって、この実験結果から、シール部１３によって十分にシャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間をシールできることがわかった。
【００４８】
また比較例としてのシール部Ｒ１を作製し、同様の実験を行った。シール部Ｒ１の作製方法を、図５を用いて説明する。まず、図５（Ａ）に示すように、シャフト９のねじ溝９Ａの谷底９Ｂに直径ｒ４（＝０．０８〔ｍｍ〕）の銅線３０を位置させるようにして、シャフト９に対し銅線３０を螺旋状に巻きつけた。尚ここでは、ねじ山の高さｍ（＝０．４８７〔ｍｍ〕）のシャフト９を用いた。
【００４９】
次に、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示した場合と同様にして型２０に流しこまれたシール部材料ＳＫに、銅線３０を巻きつけた状態のシャフト９を図４（Ｃ）に示した場合と同様にして挿通させた状態で、シール部材料ＳＫを硬化させた。
【００５０】
この場合、図５（Ｂ）に示すように、シャフト９のねじ溝９Ａにおいて銅線３０がある部分にはシール部材料ＳＫが充填されない。したがって、シール部材料ＳＫの硬化後、シャフト９のねじ溝９Ａから銅線３０を取り外すと、図５（Ｃ）に示すように、シャフト９のねじ溝９Ａの一部分には当接するが谷底９Ｂ部分には当接されないシール部Ｒ１が作製される。したがってシール部Ｒ１とシャフト９のねじ溝９Ａとの間には、谷底９Ｂ部分に隙間が形成される。
【００５１】
このようにして作製したシール部Ｒ１を上述したシール部１３と同様にして封止部材７に密着させ、この封止部材７を摺動させて薬液貯蔵部６内の液体に圧力をかけた。この結果、数〔ｋＰａ〕程度の送液圧で封止部材７のねじ穴部７Ａから液体が漏れてしまった。
【００５２】
以上の実験結果から、シール部１３がシャフト９のねじ溝９Ａに谷底９Ｂまで隙間なく当接されることにより、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間をシールできることがわかった。
【００５３】
〔５．有限要素解析〕
ところでシール部１３には、図６に示すように薬液貯蔵部６の内部空間８に充填された薬液からの圧力Ｆ１とシャフト９からの接触圧力Ｆ２とが加えられる。シャフト９からの接触圧力Ｆ２が薬液からの圧力Ｆ１以上であれば、シャフト９とシール部１３との間に薬液が入りこまず、シャフト９とシール部１３との間を通過して封止部材７のねじ穴部７Ａに薬液が入りこまないので、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間がシールされるものと考えられる。
【００５４】
ゆえにシール部１３とシャフト９との接触圧力Ｆ２がより大きい方が、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間を一段と確実にシールできるものと考えられる。
【００５５】
そこで、シール部１３とシャフト９との接触圧力Ｆ２を有限要素解析（ＦＥＭ）により測定した。解析用ソフトは、SolidWorks Simulationを使用した。以下、この解析結果について説明する。
【００５６】
解析にあたり、まず２つのモデルＡ及びＢを設定した。モデルＡは、図７（Ａ）に示すように、シャフト９としてＭ３ねじを模擬し、シール部１３として、上面の直径がｒ５（＝３．１〔ｍｍ〕）、底面の直径がｒ６（＝６〔ｍｍ〕）、高さｈ２（＝２．６〔ｍｍ〕）の円錐台形状でなるシリコーンゴムを模擬した。
【００５７】
シリコーンゴムの底面は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向において拘束されるようにし、シール部１３の底面１３Ｂが封止部材７に密着されている状態を模擬した。
【００５８】
また上述したシール部１３と同様に、シリコーンゴムは、ねじの外周を覆いねじ溝に隙間無く当接された形状でなるようにした。またシリコーンゴムのヤング率を４０．３〔ＭＰａ〕、ポアソン比を０．４９とした。また実際上、薬液投与装置１において薬液からの圧力Ｆ１は最大で１００〔ｋＰａ〕程度であるため、解析において、シリコーンゴムに対する印加圧力Ｆ３を１００〔ｋＰａ〕としてシール部１３に対して薬液からの圧力Ｆ１が加わっている状態を模擬しシール性を評価した。
【００５９】
モデルＢは、シリコーンゴムのヤング率を８．９〔ＭＰａ〕とし、これ以外の条件はモデルＡと同一とした。
【００６０】
モデルＡの解析結果を図８（参考図１）に、モデルＢの解析結果を図９（参考図２）に示す。これらの解析結果によると、モデルＡ及びＢともに、ねじ溝とシリコーンゴムとの接触面において約１００〔ｋＰａ〕程度の圧力が加わっている。またモデルＡ及びＢを比較すると、ねじ溝とシリコーンゴムとの接触面における圧力にほぼ違いは見られない。
【００６１】
このことから、シール部１３のヤング率を変えても、シール部１３におけるシャフト９からの接触圧力Ｆ２が殆ど変わらず、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間のシール性はさほど変わらないことが推定される。
【００６２】
さらに解析において、図７（Ｂ）に示すモデルＣを設定した。モデルＣは、シリコーンゴムの形状を直径ｒ７（＝６〔ｍｍ〕）、高さｈ３（＝２．６〔ｍｍ〕）の円柱形状とし、これ以外の条件はモデルＡと同一とした。
【００６３】
モデルＣの解析結果を図１０（参考図３）に示す。この解析結果によると、モデルＣにおいても、ねじ溝とシリコーンゴムとの接触面において約１００〔ｋＰａ〕程度の圧力が加わっている。またモデルＣとモデルＡとを比較したところ、シリコーンゴムが円錐台形状であるモデルＡの方が、円柱形状であるモデルＣよりも、ねじ溝とシリコーンゴムとの接触面における圧力が若干高くなっていた。
【００６４】
このことから、シール部１３が円柱形状であるよりも円錐台形状である方が、シャフト９からの接触圧力Ｆ２が高くなり、シャフト９とシール部１３との間により薬液が入り込み難く、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間を一段と確実にシールできることが推定される。
【００６５】
〔６．動作及び効果〕
以上の構成において、薬液投与装置１のシール部１３は、薬液貯蔵部６の内部空間８内に配され、シャフト９の外周を覆いシャフト９のねじ溝９Ａに隙間なく当接されるようにした。これにより、シール部１３においてシャフト９からの接触圧力Ｆ２を薬液からの圧力Ｆ１以上とすることができ、シャフト９とシール部１３との間を通過してシャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間に薬液が入りこむことを防止することができる。
【００６６】
またシール部１３の底面１３Ｂは、封止部材７の内部空間８側の面７Ｂに密着されるようにした。これにより、シャフト９の周方向においてシール部１３と封止部材７との隙間をなくすことができ、封止部材７とシール部１３との間を通過してシャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間に薬液が入りこむことを防止することができる。
【００６７】
このようにシール部１３は、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間に薬液が入り込むことを防止することができるので、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間をシールすることができる。
【００６８】
さらにシール部１３は、円錐台形状でなり、封止部材７に密着される面を底面とし当該底面から上面に向かってすぼまる形状でなるようにした。
【００６９】
これにより、シール部１３とシャフト９との接触圧力Ｆ２を一段と高めることができるので、シャフト９とシール部１３との間に薬液を一段と入り込み難くでき、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間を一段と確実にシールすることができる。
【００７０】
さらにシール部１３は、シャフト９が挿通される型２０にシール部材料ＳＫを未硬化の状態で流しこみシール部材料ＳＫをシャフト９のねじ溝９Ａに隙間無く充填させる工程と、シール部材料ＳＫを硬化させる工程と、硬化させたシール部材料ＳＫにシャフト９を挿通させた状態でシール部材料ＳＫの底面を封止部材７の内部空間８側の面に密着させる工程とにより、製造されるようにした。
【００７１】
このように本発明のシール部１３は、シール部材料ＳＫをシャフト９のねじ溝９Ａに隙間無く充填させて硬化させた後封止部材７に密着させるだけで製造することができ、例えばシャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間にシール部を配置する場合と比して高度な精度管理が不要であるため、一段と簡易に製造することができる。
【００７２】
以上の構成によれば、シール部１３が、薬液貯蔵部６の内部空間８内に配され、シャフト９の外周を覆いシャフト９のねじ溝９Ａに隙間なく当接されると共に封止部材７の内部空間８側の面７Ｂにシャフト９の周方向に隙間なく密着されるようにしたことにより、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間と薬液貯蔵部６の内部空間８とを遮断することができ、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間に薬液が入り込むことを防止することができるので、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間をシールすることができる。
【００７３】
〔７．他の実施の形態〕
尚、上述した実施の形態においては、シール部１３が円錐台形状でなる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば円柱形状でなるようにしてもよい。
【００７４】
ここで、円柱形状でなる以外は上述したシール部１３と同様のシール部を作製して、上述したシール部１３と同様の実験を行った。この結果、円柱形状でなるシール部においても、送液圧が２００〔ｋＰａ〕となったときでも封止部材７のねじ穴部７Ａから液体が漏れないことを目視で確認した。
【００７５】
したがってシール部を円柱形状としても、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間をシールすることができる。
【００７６】
またこれに限らず、例えば、シール部１３の上側部分を上面１３Ａに向かってすぼまる円錐台形状とし下側部分を円柱形状とするようにしてもよい。
【００７７】
上述した有限解析結果（図８、図９及び図１０）によると、モデルＡ、Ｂ及びＣともに、ねじ溝とシリコーンゴムとの接触面の全体において、印加圧力Ｆ３と同等の約１００〔ｋＰａ〕程度の圧力が加わっている。またシール部１３が円錐台形状又は円柱形状のいずれである場合も、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間をシールできていることが実験により確認されている。さらに、有限要素解析において、シール部１３の接触圧力はねじ溝９Ａに隙間なく当接している部分のうち最も上面１３Ａに近い部分において最も高い値を示していることが分かる。以上のことから、実際は、シール部１３は、ねじ溝９Ａに隙間なく当接している部分のうち最も上面１３Ａに近い部分において、薬液をシールしているものと推測される。
【００７８】
そこでシール部１３の上側部分を上面１３Ａに向かってすぼまる円錐台形状とすれば、シール部１３のねじ溝９Ａに隙間なく当接している部分のうち最も上面１３Ａに近い部分における接触圧力Ｆ２を高くでき、シール部１３全体が円錐台形状である場合と同様に、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間を一段と確実にシールできると考えられる。
【００７９】
また上述した実施の形態においては、シール部１３はシャフト９のねじ溝９Ａの６ピッチ分に隙間なく当接されるようにしたが、本発明はこれに限らず、少なくとも１ピッチ分以上に隙間なく当接されるようにすればよい。
【００８０】
さらに上述した実施の形態においては、シャフト９をＭ３ねじとし、シール部１３を上面の直径が３．１〔ｍｍ〕、底面の直径が６〔ｍｍ〕、高さ４〔ｍｍ〕の円錐台形状とするようにしたが、本発明はこれに限らず、シャフト９及びシール部１３ともに、適宜、この他のサイズを選定してもよい。
【００８１】
さらに上述した実施の形態においては、シール部１３が２液反応型シリコーンでなるようにしたが、本発明はこれに限らず、例えば１液型反応シリコーン、ウレタンなどでもよい。
【００８２】
さらに上述した実施の形態においては、シール部１３の底面１３Ｂが封止部材７の内部空間８側の面７Ｂに密着されるようにしたが、本発明はこれに限らず、少なくともシール部１３が封止部材７の内部空間８側の面７Ｂにシャフトの周方向に隙間なく密着されるようにすればよい。
【００８３】
さらに上述した実施の形態においては、シール部１３の製造工程において、封止部材７のねじ穴部７Ａにねじこまれた状態のシャフト９をシール部材料ＳＫに挿通させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、まだ封止部材７のねじ穴部７Ａにねじこまれていない状態のシャフト９をシール部材料ＳＫに挿通させるようにしてもよい。
【００８４】
さらに上述した実施の形態においては、シール部１３の製造工程において、型２０にシール部材料ＳＫを流しこんだ後、シャフト９をシール部材料ＳＫに挿通させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、予め型２０の空洞２２及び２３にシャフト９を挿通させた状態で、空洞２２にシール部材料ＳＫを流し込むようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、例えばインスリンポンプ等の携帯型の薬液投与装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１……薬液投与装置、６……薬液貯蔵部、７……封止部材、７Ａ……ねじ穴部、８……内部空間、９……シャフト、９Ａ……ねじ溝、１３……シール部、２０……型、ＳＫ……シール部材料。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薬液投与装置及び薬液投与装置のシール部の製造方法に関し、例えばインスリンポンプなどの携帯型の薬液投与装置におけるシール部に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
皮下注射や静脈内注射などによって患者の体内に薬液を持続的に注入する治療が行われる場合がある。近年、例えば、糖尿病患者に対して、患者の体内に微量のインスリンを持続的に注入する治療が実施されている。この治療法では、一日中患者に薬液（インスリン）を投与するために、身体又は衣服に固定して持ち運び可能な携帯型の薬液投与装置（いわゆるインスリンポンプ）が用いられている。
【０００３】
このような携帯型の薬液投与装置として、例えば、薬液を貯蔵する薬液貯蔵部内で駆動されるプランジャ部が薬液貯蔵部から薬液を押し出すことでポンプを使用する患者（使用者）に薬液を投与するようになされた、いわゆるシリンジポンプ形式のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この薬液投与装置では、外周面にねじが形成されたシャフトが薬液貯蔵部内に配されると共にガスケット（封止部材）のねじ穴部（シャフト挿入部）に挿入されており、シャフトの回転によりシャフトの軸方向に沿って封止部材を駆動させるようになっている。このように封止部材を駆動させるためのシャフトが薬液貯蔵部内に配されることにより、シャフトが薬液貯蔵部外に配される場合と比較して薬液投与装置を小型化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５２３３９７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した薬液投与装置では、薬液がシャフトと封止部材のシャフト挿入部との間を通過して薬液貯蔵部外へ漏れてしまう恐れがあり、シャフトと封止部材のシャフト挿入部との間をシールすることが望ましい。
【０００７】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、シャフトと封止部材のシャフト挿入部との間をシールし得る薬液投与装置及び薬液投与装置のシール部の製造方法を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するため本発明においては、使用者へ薬液を投与するための薬液投与装置であって、薬液を貯蔵する薬液貯蔵部と、薬液貯蔵部内に配され、外周面にねじが形成されたシャフトと、シャフトが挿入されるシャフト挿入部が形成され、薬液貯蔵部の内部空間内を摺動することで内部空間の容積を変化させる封止部材とを有し、封止部材は、シャフトの回転により薬液貯蔵部内で駆動され、薬液貯蔵部から薬液を押し出し、さらに、当該内部空間内に配され、シャフトの外周を覆いシャフトのねじ溝に隙間なく当接されると共に、封止部材の当該内部空間側の面にシャフトの周方向に隙間なく密着されるシール部を設けるようにした。
【０００９】
また本発明においては、薬液を貯蔵する薬液貯蔵部と、当該薬液貯蔵部内に配され外周面にねじが形成されたシャフトと、当該シャフトが挿入されるシャフト挿入部が形成された封止部材とを有し、当該シャフトの回転により当該封止部材が当該薬液貯蔵部内で摺動し、当該薬液貯蔵部の内部空間の容積を変化させ、当該薬液貯蔵部から当該薬液を押し出し使用者へ薬液を投与するための薬液投与装置のシール部の製造方法であって、シャフトが挿通される型にシール部材料を未硬化の状態で流しこみ、当該シール部材料をシャフトのねじ溝に隙間無く充填させる工程と、シール部材料を硬化させる工程と、硬化させたシール部材料を、シャフトが挿通された状態で、封止部材の当該内部空間側の面にシャフトの周方向に隙間なく密着させる工程とを有するようにした。
【００１０】
このように、シール部が、薬液貯蔵部の内部空間内に配され、シャフトの外周を覆いシャフトのねじ溝に隙間なく当接されると共に、プランジャ部の薬液貯蔵部の内部空間側の面にシャフトの周方向に隙間なく密着されることにより、シャフトと封止部材のシャフト挿入部との間と薬液貯蔵部の内部空間とを遮断することができ、シャフトと封止部材のシャフト挿入部との間に薬液が入り込むことを防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シール部が、薬液貯蔵部の内部空間内に配され、シャフトの外周を覆いシャフトのねじ溝に隙間なく当接されると共に、封止部材の薬液貯蔵部の内部空間側の面にシャフトの周方向に隙間なく密着されることにより、シャフトと封止部材のシャフト挿入部との間と薬液貯蔵部の内部空間とを遮断することができ、シャフトと封止部材のシャフト挿入部との間に薬液が入り込むことを防止することができる。かくして、シャフトと封止部材のシャフト挿入部との間をシールし得る薬液投与装置及び薬液投与装置のシール部の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】薬液投与装置の構成を示す略線図であり、（Ａ）は薬液投与装置の垂直断面を示す略線図、（Ｂ）は薬液貯蔵部の水平断面を示す略線図である。
【図２】シール部の構成を示す略線図であり、（Ａ）はシール部の軸方向の断面を示す略線図、（Ｂ）はシール部の軸方向に垂直な方向の断面を示す略線図である。
【図３】シール部製造工程の手順を示すフローチャートである。
【図４】シール部の製造工程の説明に供する略線図である。
【図５】比較例の作製の説明に供する略線図である。
【図６】シール部にかかる圧力の説明に供する略線図である。
【図７】有限要素解析のモデルの説明に供する略線図である。
【図８】モデルＡの解析結果を示す図である。
【図９】モデルＢの解析結果を示す図である。
【図１０】モデルＣの解析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００１４】
〔１．薬液投与装置の構成〕
図１（Ａ）に示すように、薬液投与装置１は、使用者の身体又は衣服などに固定して持ち運び可能な小型サイズの略直方体で形成された筐体２を有し、携帯型の装置として構成されている。薬液投与装置１の大きさは、使用者の皮膚にはりつけることができる程度にまで小型化されていればよいが、例えば横３２ｍｍ、縦４４ｍｍ、高さ１１ｍｍの略直方体形状が挙げられる。
【００１５】
筐体２の内部には、モータ３と、基板部４と、モータ３及び基板部４に電力を供給する電池５と、使用者に投与する薬液を貯蔵する薬液貯蔵部６とが収納されている。
【００１６】
薬液貯蔵部６は有底の筒状でなり、図１（Ｂ）に示すように断面が略楕円形状でなる。薬液貯蔵部６はその先端側が底部分でありその後端側が開放されている。薬剤貯蔵部６に貯蔵される薬液としては、たとえばインスリンや各種ホルモン、モルヒネなどの鎮痛薬、あるいは抗炎症薬剤などが挙げられる。薬液貯蔵部６の先端部は、その中央部分が先端に向かってすぼまる略円錐台形状に突出する凸部６Ａとなっており、後述する円錐台形状のシール部１３を嵌め込み可能な形状となっている。
【００１７】
また薬液貯蔵部６の先端部には、薬液を通過させる導管部６Ｂが形成されている。導管部６Ｂの先端部は開口部となっており、筐体２の外部に露出している。薬液投与装置１によって使用者に薬液を投与させる場合、導管部６Ｂには、例えば使用者の体内に挿入される注射針が先端に設けられたカテーテル（図示せず）などが接続されるようになっている。
【００１８】
さらに薬液貯蔵部６には、その後端側から、薬液貯蔵部６内を摺動可能な略楕円柱状の封止部材７が嵌め込まれている。封止部材７は薬液貯蔵部６の後端側を密閉するようになっており、封止部材７と薬液貯蔵部６の内壁とによって囲まれた空間（すなわち薬液貯蔵部６の内部空間）８に薬液が貯蔵される。封止部材７は、薬液貯蔵部６内で摺動されることで、内部空間８の容積を変化させるようになっている。
【００１９】
封止部材７の中心にはシャフトが封止部材７を貫通する円筒状の穴部が形成され、当該穴部にシャフト９が挿通されている。シャフト９の外周面には雄ねじが形成され、封止部材７の穴部の内周面には雌ねじが形成され、これらのねじは螺合されている。尚、封止部材７の穴部（すなわちシャフト９が挿入されるシャフト挿入部）を、以下、ねじ穴部とも呼ぶ。
【００２０】
シャフト９は、薬液貯蔵部６の後端側から薬液貯蔵部６の内部に挿入され、筒状でなる薬液貯蔵部６の中心を通りその長さ方向に延びるように配されている。
【００２１】
シャフト９の後端部にはギア１０が設けられ、ギア１０は、モータ３に設けられたギア１１と、ギア１２を介して接続されている。
【００２２】
また、封止部材７には、シャフト９と封止部材７のねじ穴部との間をシールするためのシリコーンゴム製のシール部１３が取り付けられている。
【００２３】
基板部４は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)４Ａと、モータドライバ４Ｂと、通信回路４Ｃとを有する。モータドライバ４Ｂは、ＣＰＵ４Ａの制御のもとモータ３を駆動させる。通信回路４Ｃは、使用者が薬液投与装置１に対して命令を入力するための操作部等が設けられた遠隔制御装置（図示せず）とＣＰＵ４Ａの制御のもと無線通信を行い、遠隔制御装置から操作信号を受信してＣＰＵ４Ａに入力する。ＣＰＵ４Ａは、当該操作信号に応じてモータドライバ４Ｂを適宜制御するようになっている。使用者は薬液投与装置１を操作し、制御部であるＣＰＵ４Ａに指令を出すことで、ＣＰＵ４Ａは基本プログラムを読みだし、モータ３を制御することで使用者へ薬液が投与される。
【００２４】
以上の構成において、モータ３を駆動して回転させると、モータ３の回転駆動力がギア１１、１２及び１０を介してシャフト９に伝達され、シャフト９が回転される。
【００２５】
ここで、シャフト９が封止部材７のねじ穴部にねじこまれていることにより、封止部材７が薬液貯蔵部６内でシャフト９の軸方向に沿って駆動される。尚、このとき、薬液貯蔵部６及び封止部材７の断面が略楕円形状であることにより、シャフト９が回転するのに伴って封止部材７が回転しないようになっている。
【００２６】
モータ３を正回転させた場合、封止部材７は薬液貯蔵部６の先端部に向かう方向（すなわち薬液貯蔵部６の内部空間８を狭める方向）に駆動される。これにより、封止部材７により薬液貯蔵部６内の薬液に圧力が加えられ薬液が導管部６Ｂから外部へ押し出される。この結果、導管部６Ｂに接続されたカテーテル及び注射針を通して薬液が使用者に投与されるようになっている。
【００２７】
尚、封止部材７が薬液貯蔵部６の先端部まで駆動されると、封止部材７に取り付けられたシール部１３が薬液貯蔵部６の凸部６Ａに嵌まりこむ。これにより、封止部材７は、薬液を薬液貯蔵部６内にほぼ残すことなく外部へ押し出すことができるようになっている。
【００２８】
一方、モータ３を逆回転させた場合には、封止部材７は薬液貯蔵部６の後端部に向かう方向（すなわち薬液貯蔵部６の内部空間８を広げる方向）に駆動されるようになっている。
【００２９】
〔２．シール部の構成〕
上述したシール部１３は、図２（Ａ）に示すように、薬液貯蔵部６の内部空間８内に配され、底面１３Ｂから上面１３Ａに向かってすぼまる円錐台形状に形成されている。
【００３０】
またシール部１３は、シャフト９の軸方向における一部において、図２（Ｂ）に示すようにシャフト９の外周を覆う形状でなる。シャフト９は、シール部１３の上面１３Ａ及び底面１３Ｂの中心を通ってシール部１３を貫通している。
【００３１】
シール部１３の上面１３Ａは、シャフト９のねじの外径よりも大きく形成されている。またシール部１３の底面１３Ｂは、薬液貯蔵部６の内部空間８側における封止部材７のねじ穴部７Ａの開口よりも大きく形成されている。
【００３２】
一例として、シャフト９がＭ３ねじであるとき、シール部１３は、たとえば、上面の直径が３．１〔ｍｍ〕、底面の直径が６〔ｍｍ〕、高さ４〔ｍｍ〕で形成される。
【００３３】
またシール部１３は、シャフト９のねじ溝９Ａの例えば６ピッチ分に隙間なく当接されている。
【００３４】
尚、シール部１３はシャフト９に固着されてはいないので、シャフト９はシール部１３に対して回転可能となっている。これに対してシール部１３の底面１３Ｂは封止部材７の内部空間８側の面７Ｂに密着されており、シール部１３は封止部材７に対し固定されている。
【００３５】
したがって、シャフト９が回転すると、シール部１３は、シャフト９と共に回転するのではなく、封止部材７と共にシャフト９の軸方向に駆動するようになっている。
【００３６】
〔３．シール部製造工程〕
次に、上述したシール部１３の製造工程について説明する。図３にシール部製造工程の手順を示す。第１工程ＳＰ１では、図４（Ａ）に示すように、シール部１３を形作るための型２０を作製する。
【００３７】
具体的に例えば型２０は、厚さｄ（＝１０〔ｍｍ〕）でなる板２１に、上面の直径がｒ１（＝３．１〔ｍｍ〕）、底面の直径がｒ２（＝６〔ｍｍ〕）、高さｈ１（＝４〔ｍｍ〕）でなる円錐台形状の空洞２２を形成することにより作製される。板２１の材料としては、例えばMCナイロン、ABS樹脂、PP、PC、POM、アクリル、及び各種金属などが挙げられる。
【００３８】
また型２０には、円錐台形状の空洞２２の頂点部から連続して板２１を貫通する円筒形状の空洞２３が形成される。尚、円筒形状の空洞２３の直径ｒ３は、シャフト９の外径＋０．１〔ｍｍ〕とされる。ここでは、シャフト９をＭ３ねじとすると、例えば外径が３ｍｍ〔ｍｍ〕であるので、空洞２３の直径ｒ３＝３．１〔ｍｍ〕となる。
【００３９】
第２工程ＳＰ２では、図４（Ｂ）に示すように、型２０の円錐台形状の空洞２２に、２液反応型シリコーンでなるシール部材料ＳＫを未硬化の状態で流しこむ。
【００４０】
第３工程ＳＰ３では、図４（Ｃ）に示すように、封止部材７のねじ穴部７Ａにシャフト９がねじこまれた状態で、型２０に流しこまれたシール部材料ＳＫ及び円筒状の空洞２３にシャフト９を挿通させる。このようにシャフト９を円筒状の空洞２３に沿って挿通させることで、シール部材料ＳＫの中心にシャフト９が位置決めされる。
【００４１】
これと共に、封止部材７における薬液貯蔵部６の内部空間８側の面７Ｂを、空洞２２の底面側である型２０の面２０Ａに押し付ける。これによりシール部材料ＳＫに圧力をかけ、シャフト９のねじ溝９Ａにシール部材料ＳＫを隙間なく充填させる。
【００４２】
第４工程ＳＰ４では、このようにシャフト９をシール部材料ＳＫに挿通させ封止部材７を型２０に押し付けた状態で、シール部材料ＳＫを硬化させる。第５工程ＳＰ５では、硬化させたシール部材料ＳＫから型２０を取り外す。また、シール部材料ＳＫから封止部材７及びシャフト９を剥がす。
【００４３】
第６工程ＳＰ６では、図４（Ｄ）に示すように、硬化させたシール部材料ＳＫにシャフト９を挿通させた状態で、接着剤等により、シール部材料ＳＫの底面を封止部材７の内部空間８側の面７Ｂに密着させる。
【００４４】
この結果、シャフト９の外周を覆いシャフト９のねじ溝９Ａに隙間なく当接されると共に、底面１３Ｂが封止部材７の内部空間８側の面に密着されたシール部１３が製造される。
【００４５】
〔４．実験〕
次に、上述したシール部１３がシャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間をシールするか否かについての実験結果について説明する。
【００４６】
この実験では、シャフト９を回転させることによりシール部１３が取り付けられた封止部材７を摺動させて薬液貯蔵部６内の液体に圧力をかけ、送液圧を徐々に上げながら封止部材７のねじ穴部７Ａから液体が漏れないかどうかを目視で確認した。
【００４７】
この結果、送液圧が２２１〔ｋＰａ〕となったときでも封止部材７のねじ穴部７Ａから液体が漏れなかった。尚、実際上、薬液投与装置１において薬液を送液する際の送液圧は１００〔ｋＰａ〕程度未満である。したがって、この実験結果から、シール部１３によって十分にシャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間をシールできることがわかった。
【００４８】
また比較例としてのシール部Ｒ１を作製し、同様の実験を行った。シール部Ｒ１の作製方法を、図５を用いて説明する。まず、図５（Ａ）に示すように、シャフト９のねじ溝９Ａの谷底９Ｂに直径ｒ４（＝０．０８〔ｍｍ〕）の銅線３０を位置させるようにして、シャフト９に対し銅線３０を螺旋状に巻きつけた。尚ここでは、ねじ山の高さｍ（＝０．４８７〔ｍｍ〕）のシャフト９を用いた。
【００４９】
次に、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示した場合と同様にして型２０に流しこまれたシール部材料ＳＫに、銅線３０を巻きつけた状態のシャフト９を図４（Ｃ）に示した場合と同様にして挿通させた状態で、シール部材料ＳＫを硬化させた。
【００５０】
この場合、図５（Ｂ）に示すように、シャフト９のねじ溝９Ａにおいて銅線３０がある部分にはシール部材料ＳＫが充填されない。したがって、シール部材料ＳＫの硬化後、シャフト９のねじ溝９Ａから銅線３０を取り外すと、図５（Ｃ）に示すように、シャフト９のねじ溝９Ａの一部分には当接するが谷底９Ｂ部分には当接されないシール部Ｒ１が作製される。したがってシール部Ｒ１とシャフト９のねじ溝９Ａとの間には、谷底９Ｂ部分に隙間が形成される。
【００５１】
このようにして作製したシール部Ｒ１を上述したシール部１３と同様にして封止部材７に密着させ、この封止部材７を摺動させて薬液貯蔵部６内の液体に圧力をかけた。この結果、数〔ｋＰａ〕程度の送液圧で封止部材７のねじ穴部７Ａから液体が漏れてしまった。
【００５２】
以上の実験結果から、シール部１３がシャフト９のねじ溝９Ａに谷底９Ｂまで隙間なく当接されることにより、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間をシールできることがわかった。
【００５３】
〔５．有限要素解析〕
ところでシール部１３には、図６に示すように薬液貯蔵部６の内部空間８に充填された薬液からの圧力Ｆ１とシャフト９からの接触圧力Ｆ２とが加えられる。シャフト９からの接触圧力Ｆ２が薬液からの圧力Ｆ１以上であれば、シャフト９とシール部１３との間に薬液が入りこまず、シャフト９とシール部１３との間を通過して封止部材７のねじ穴部７Ａに薬液が入りこまないので、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間がシールされるものと考えられる。
【００５４】
ゆえにシール部１３とシャフト９との接触圧力Ｆ２がより大きい方が、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間を一段と確実にシールできるものと考えられる。
【００５５】
そこで、シール部１３とシャフト９との接触圧力Ｆ２を有限要素解析（ＦＥＭ）により測定した。解析用ソフトは、SolidWorks Simulationを使用した。以下、この解析結果について説明する。
【００５６】
解析にあたり、まず２つのモデルＡ及びＢを設定した。モデルＡは、図７（Ａ）に示すように、シャフト９としてＭ３ねじを模擬し、シール部１３として、上面の直径がｒ５（＝３．１〔ｍｍ〕）、底面の直径がｒ６（＝６〔ｍｍ〕）、高さｈ２（＝２．６〔ｍｍ〕）の円錐台形状でなるシリコーンゴムを模擬した。
【００５７】
シリコーンゴムの底面は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向において拘束されるようにし、シール部１３の底面１３Ｂが封止部材７に密着されている状態を模擬した。
【００５８】
また上述したシール部１３と同様に、シリコーンゴムは、ねじの外周を覆いねじ溝に隙間無く当接された形状でなるようにした。またシリコーンゴムのヤング率を４０．３〔ＭＰａ〕、ポアソン比を０．４９とした。また実際上、薬液投与装置１において薬液からの圧力Ｆ１は最大で１００〔ｋＰａ〕程度であるため、解析において、シリコーンゴムに対する印加圧力Ｆ３を１００〔ｋＰａ〕としてシール部１３に対して薬液からの圧力Ｆ１が加わっている状態を模擬しシール性を評価した。
【００５９】
モデルＢは、シリコーンゴムのヤング率を８．９〔ＭＰａ〕とし、これ以外の条件はモデルＡと同一とした。
【００６０】
モデルＡの解析結果を図８（参考図１）に、モデルＢの解析結果を図９（参考図２）に示す。これらの解析結果によると、モデルＡ及びＢともに、ねじ溝とシリコーンゴムとの接触面において約１００〔ｋＰａ〕程度の圧力が加わっている。またモデルＡ及びＢを比較すると、ねじ溝とシリコーンゴムとの接触面における圧力にほぼ違いは見られない。
【００６１】
このことから、シール部１３のヤング率を変えても、シール部１３におけるシャフト９からの接触圧力Ｆ２が殆ど変わらず、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間のシール性はさほど変わらないことが推定される。
【００６２】
さらに解析において、図７（Ｂ）に示すモデルＣを設定した。モデルＣは、シリコーンゴムの形状を直径ｒ７（＝６〔ｍｍ〕）、高さｈ３（＝２．６〔ｍｍ〕）の円柱形状とし、これ以外の条件はモデルＡと同一とした。
【００６３】
モデルＣの解析結果を図１０（参考図３）に示す。この解析結果によると、モデルＣにおいても、ねじ溝とシリコーンゴムとの接触面において約１００〔ｋＰａ〕程度の圧力が加わっている。またモデルＣとモデルＡとを比較したところ、シリコーンゴムが円錐台形状であるモデルＡの方が、円柱形状であるモデルＣよりも、ねじ溝とシリコーンゴムとの接触面における圧力が若干高くなっていた。
【００６４】
このことから、シール部１３が円柱形状であるよりも円錐台形状である方が、シャフト９からの接触圧力Ｆ２が高くなり、シャフト９とシール部１３との間により薬液が入り込み難く、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間を一段と確実にシールできることが推定される。
【００６５】
〔６．動作及び効果〕
以上の構成において、薬液投与装置１のシール部１３は、薬液貯蔵部６の内部空間８内に配され、シャフト９の外周を覆いシャフト９のねじ溝９Ａに隙間なく当接されるようにした。これにより、シール部１３においてシャフト９からの接触圧力Ｆ２を薬液からの圧力Ｆ１以上とすることができ、シャフト９とシール部１３との間を通過してシャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間に薬液が入りこむことを防止することができる。
【００６６】
またシール部１３の底面１３Ｂは、封止部材７の内部空間８側の面７Ｂに密着されるようにした。これにより、シャフト９の周方向においてシール部１３と封止部材７との隙間をなくすことができ、封止部材７とシール部１３との間を通過してシャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間に薬液が入りこむことを防止することができる。
【００６７】
このようにシール部１３は、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間に薬液が入り込むことを防止することができるので、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間をシールすることができる。
【００６８】
さらにシール部１３は、円錐台形状でなり、封止部材７に密着される面を底面とし当該底面から上面に向かってすぼまる形状でなるようにした。
【００６９】
これにより、シール部１３とシャフト９との接触圧力Ｆ２を一段と高めることができるので、シャフト９とシール部１３との間に薬液を一段と入り込み難くでき、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間を一段と確実にシールすることができる。
【００７０】
さらにシール部１３は、シャフト９が挿通される型２０にシール部材料ＳＫを未硬化の状態で流しこみシール部材料ＳＫをシャフト９のねじ溝９Ａに隙間無く充填させる工程と、シール部材料ＳＫを硬化させる工程と、硬化させたシール部材料ＳＫにシャフト９を挿通させた状態でシール部材料ＳＫの底面を封止部材７の内部空間８側の面に密着させる工程とにより、製造されるようにした。
【００７１】
このように本発明のシール部１３は、シール部材料ＳＫをシャフト９のねじ溝９Ａに隙間無く充填させて硬化させた後封止部材７に密着させるだけで製造することができ、例えばシャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間にシール部を配置する場合と比して高度な精度管理が不要であるため、一段と簡易に製造することができる。
【００７２】
以上の構成によれば、シール部１３が、薬液貯蔵部６の内部空間８内に配され、シャフト９の外周を覆いシャフト９のねじ溝９Ａに隙間なく当接されると共に封止部材７の内部空間８側の面７Ｂにシャフト９の周方向に隙間なく密着されるようにしたことにより、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間と薬液貯蔵部６の内部空間８とを遮断することができ、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間に薬液が入り込むことを防止することができるので、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間をシールすることができる。
【００７３】
〔７．他の実施の形態〕
尚、上述した実施の形態においては、シール部１３が円錐台形状でなる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば円柱形状でなるようにしてもよい。
【００７４】
ここで、円柱形状でなる以外は上述したシール部１３と同様のシール部を作製して、上述したシール部１３と同様の実験を行った。この結果、円柱形状でなるシール部においても、送液圧が２００〔ｋＰａ〕となったときでも封止部材７のねじ穴部７Ａから液体が漏れないことを目視で確認した。
【００７５】
したがってシール部を円柱形状としても、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間をシールすることができる。
【００７６】
またこれに限らず、例えば、シール部１３の上側部分を上面１３Ａに向かってすぼまる円錐台形状とし下側部分を円柱形状とするようにしてもよい。
【００７７】
上述した有限解析結果（図８、図９及び図１０）によると、モデルＡ、Ｂ及びＣともに、ねじ溝とシリコーンゴムとの接触面の全体において、印加圧力Ｆ３と同等の約１００〔ｋＰａ〕程度の圧力が加わっている。またシール部１３が円錐台形状又は円柱形状のいずれである場合も、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間をシールできていることが実験により確認されている。さらに、有限要素解析において、シール部１３の接触圧力はねじ溝９Ａに隙間なく当接している部分のうち最も上面１３Ａに近い部分において最も高い値を示していることが分かる。以上のことから、実際は、シール部１３は、ねじ溝９Ａに隙間なく当接している部分のうち最も上面１３Ａに近い部分において、薬液をシールしているものと推測される。
【００７８】
そこでシール部１３の上側部分を上面１３Ａに向かってすぼまる円錐台形状とすれば、シール部１３のねじ溝９Ａに隙間なく当接している部分のうち最も上面１３Ａに近い部分における接触圧力Ｆ２を高くでき、シール部１３全体が円錐台形状である場合と同様に、シャフト９と封止部材７のねじ穴部７Ａとの間を一段と確実にシールできると考えられる。
【００７９】
また上述した実施の形態においては、シール部１３はシャフト９のねじ溝９Ａの６ピッチ分に隙間なく当接されるようにしたが、本発明はこれに限らず、少なくとも１ピッチ分以上に隙間なく当接されるようにすればよい。
【００８０】
さらに上述した実施の形態においては、シャフト９をＭ３ねじとし、シール部１３を上面の直径が３．１〔ｍｍ〕、底面の直径が６〔ｍｍ〕、高さ４〔ｍｍ〕の円錐台形状とするようにしたが、本発明はこれに限らず、シャフト９及びシール部１３ともに、適宜、この他のサイズを選定してもよい。
【００８１】
さらに上述した実施の形態においては、シール部１３が２液反応型シリコーンでなるようにしたが、本発明はこれに限らず、例えば１液型反応シリコーン、ウレタンなどでもよい。
【００８２】
さらに上述した実施の形態においては、シール部１３の底面１３Ｂが封止部材７の内部空間８側の面７Ｂに密着されるようにしたが、本発明はこれに限らず、少なくともシール部１３が封止部材７の内部空間８側の面７Ｂにシャフトの周方向に隙間なく密着されるようにすればよい。
【００８３】
さらに上述した実施の形態においては、シール部１３の製造工程において、封止部材７のねじ穴部７Ａにねじこまれた状態のシャフト９をシール部材料ＳＫに挿通させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、まだ封止部材７のねじ穴部７Ａにねじこまれていない状態のシャフト９をシール部材料ＳＫに挿通させるようにしてもよい。
【００８４】
さらに上述した実施の形態においては、シール部１３の製造工程において、型２０にシール部材料ＳＫを流しこんだ後、シャフト９をシール部材料ＳＫに挿通させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、予め型２０の空洞２２及び２３にシャフト９を挿通させた状態で、空洞２２にシール部材料ＳＫを流し込むようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、例えばインスリンポンプ等の携帯型の薬液投与装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１……薬液投与装置、６……薬液貯蔵部、７……封止部材、７Ａ……ねじ穴部、８……内部空間、９……シャフト、９Ａ……ねじ溝、１３……シール部、２０……型、ＳＫ……シール部材料。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬液を貯蔵する薬液貯蔵部と、
前記薬液貯蔵部内に配され、外周面にねじが形成されたシャフトと、
前記シャフトが挿入されるシャフト挿入部が形成され、前記薬液貯蔵部の内部空間内を摺動することで前記内部空間の容積を変化させる封止部材と
を有し、
前記封止部材は、前記シャフトの回転により前記薬液貯蔵部内で駆動され、前記薬液貯蔵部から前記薬液を押し出し、
さらに、
前記内部空間内に配され、前記シャフトの外周を覆いかつ前記シャフトのねじ溝に隙間なく当接されると共に、前記封止部材の前記内部空間側の面に前記シャフトの周方向に隙間なく密着されるシール部
を具える使用者へ薬液を投与するための薬液投与装置。
【請求項２】
前記シール部は、
円錐台形状でなり、前記封止部材に密着される面を底面とし当該底面から上面に向かってすぼまる形状でなる
請求項１に記載の薬液投与装置。
【請求項３】
前記シール部は、
前記シャフトのねじ溝の少なくとも１ピッチ分に隙間なく当接される
請求項１に記載の薬液投与装置。
【請求項４】
薬液を貯蔵する薬液貯蔵部と、当該薬液貯蔵部内に配され外周面にねじが形成されたシャフトと、当該シャフトが挿入されるシャフト挿入部が形成された封止部材とを有し、当該シャフトの回転により当該封止部材が当該薬液貯蔵部内で摺動し、当該薬液貯蔵部の内部空間の容積を変化させ、当該薬液貯蔵部から当該薬液を押し出す使用者に薬液を投与するための薬液投与装置のシール部の製造方法であって、
前記シャフトが挿通される型にシール部材料を未硬化の状態で流しこみ、当該シール部材料を前記シャフトのねじ溝に隙間無く充填させる工程と、
前記シール部材料を硬化させる工程と、
硬化させた前記シール部材料を、前記シャフトが挿通された状態で、前記封止部材の前記内部空間側の面に前記シャフトの周方向に隙間なく密着させる工程と
を有する薬液投与装置のシール部の製造方法。
【請求項１】
薬液を貯蔵する薬液貯蔵部と、
前記薬液貯蔵部内に配され、外周面にねじが形成されたシャフトと、
前記シャフトが挿入されるシャフト挿入部が形成され、前記薬液貯蔵部の内部空間内を摺動することで前記内部空間の容積を変化させる封止部材と
を有し、
前記封止部材は、前記シャフトの回転により前記薬液貯蔵部内で駆動され、前記薬液貯蔵部から前記薬液を押し出し、
さらに、
前記内部空間内に配され、前記シャフトの外周を覆いかつ前記シャフトのねじ溝に隙間なく当接されると共に、前記封止部材の前記内部空間側の面に前記シャフトの周方向に隙間なく密着されるシール部
を具える使用者へ薬液を投与するための薬液投与装置。
【請求項２】
前記シール部は、
円錐台形状でなり、前記封止部材に密着される面を底面とし当該底面から上面に向かってすぼまる形状でなる
請求項１に記載の薬液投与装置。
【請求項３】
前記シール部は、
前記シャフトのねじ溝の少なくとも１ピッチ分に隙間なく当接される
請求項１に記載の薬液投与装置。
【請求項４】
薬液を貯蔵する薬液貯蔵部と、当該薬液貯蔵部内に配され外周面にねじが形成されたシャフトと、当該シャフトが挿入されるシャフト挿入部が形成された封止部材とを有し、当該シャフトの回転により当該封止部材が当該薬液貯蔵部内で摺動し、当該薬液貯蔵部の内部空間の容積を変化させ、当該薬液貯蔵部から当該薬液を押し出す使用者に薬液を投与するための薬液投与装置のシール部の製造方法であって、
前記シャフトが挿通される型にシール部材料を未硬化の状態で流しこみ、当該シール部材料を前記シャフトのねじ溝に隙間無く充填させる工程と、
前記シール部材料を硬化させる工程と、
硬化させた前記シール部材料を、前記シャフトが挿通された状態で、前記封止部材の前記内部空間側の面に前記シャフトの周方向に隙間なく密着させる工程と
を有する薬液投与装置のシール部の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２００３８１（Ｐ２０１２−２００３８１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６７２１２（Ｐ２０１１−６７２１２）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
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