JP2006029284A

JP2006029284A - エアーポンプ、生体押圧用吸排気装置及び電子血圧計

Info

Publication number: JP2006029284A
Application number: JP2004212843A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Sano; 佳彦佐野; Hiromichi Karo; 広道家老; Hiroshi Kishimoto; 寛志岸本; Takahide Tanaka; 孝英田中; Norifumi Eda; 憲史江田; Kiichiro Miyata; 喜一郎宮田
Original assignee: Omron Healthcare Co Ltd
Current assignee: Omron Healthcare Co Ltd
Priority date: 2004-07-21
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2006-02-02
Also published as: CN1723843A; EP1621129A1; KR20060053936A; US20060025693A1

Abstract

【課題】簡易な構成によるエアーポンプを提供する。
【解決手段】電圧を印加することで伸縮可能なエラストマー又はポリマーと、前記エラストマー又はポリマーに電圧を印加するために設けられた電極とを有するアクチュエータと、前記アクチュエータの往復運動により変形するダイヤフラムと、を有することで、ダイヤフラムを変形させるためにモータやクラッチ等の部品が必要なく、簡易な構成によるエアーポンプを実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エアーポンプに関する。例えば、電子血圧計に好適に用いられるエアーポンプに関する。

一般の家庭用血圧計では、血圧測定に際して、人体の一部、例えば上腕に空気袋（カフ）を装着し、エアーポンプの送圧でカフを膨張させると共に人体の動脈を圧迫し、その際に得られる動脈波から血圧値を求めている。

近年、携帯性・収納性の観点から血圧計本体も小型化の要請が増しており、それに伴い内蔵されるエアーポンプの小型化も求められている。

従来の血圧計に用いるエアーポンプとしては以下に示すものがある。

特許文献１には、モータの出力軸の回転により偏芯する駆動体と連結するダイヤフラムが、駆動軸の回転に伴い周期的にその容積を変化させることで給排気を行う小型ポンプが開示されている。

特許文献２には、モータの出力軸の回転によりモータの径方向に偏芯する作動ロッドと、作動ロッドの往復運動により圧縮・膨張されてポンプ作用を行うダイヤフラム体とを備える小型ポンプ装置が開示されている。

しかしながら、従来のモータを用いるポンプ構造にあっては、空気室の容積変化により圧力を発生させるダイヤフラムを、モータの駆動によりその容積を変化させているため、以下の問題が発生する。
（１）モータの回転方向の駆動を上下及び左右の往復運動に変換する必要があり、回転運動から往復運動に変換する際にエネルギーのロスが発生する。
（２）（１）の運動方向の変換のための部品とそれを構成するためのスペースが必要となる。
（３）モータの回転音及び運動方向の変換のための部品の駆動音が発生する。

また、モータを用いずに電歪ポリマーアクチュエータを用いたダイヤフラムポンプとしては以下に示すものがある。

特許文献３には、電歪アクチュエータからなるダイヤフラムをケーシングに装着してそれらの間にポンプ室を形成し、ダイヤフラムである電歪アクチュエータの縮み方向のストロークと発生力を利用してポンプ室の容積を変化させるポンプが開示されている。

特許文献４には、圧電素子又は電歪ポリマーアクチュエータからなるダイヤフラムをケーシングに装着してそれらの間にポンプ室を形成し、ダイヤフラムであるそれらのアクチュエータの縮み方向のストロークと発生力を利用してポンプ室の容積を変化させるポンプであって、ダイヤフラムの背面に背圧付与手段を設けたダイヤフラムポンプが開示されている。

しかしながら、このようなポンプにおいては、次のような問題がある。
（４）電歪ポリマーアクチュエータで構成されたダイヤフラムは、電歪ポリマーアクチュエータの面積が大きいほど、大きな変形量が得られると共に大きなストロークが得られる
。逆にいうと、ポンプに必要な容積変化を得るためには、ある程度大きな面積の電歪ポリマーアクチュエータを必要とする。しかし、ダイヤフラムの容積を変化させる際に発生する圧力はすべて変位するダイヤフラムに加わり、ダイヤフラム面積と比例関係にあるため、大きな電歪ポリマーアクチュエータの面積と大きな変位発生力とが必要となる。そのため、小型化には不向きである。
（５）上述のダイヤフラムは、環状の伸縮部と電極とを略同心円状に交互に複数層形成した電歪ポリマーアクチュエータを円盤状の金属板に張り合わせた構造である。しかし、ポンプ室の容積を変化させるためには、実際の空気を圧縮させる電歪ポリマーアクチュエータの歪変形力に加えて金属板を凹形状に歪変形させる非常に大きな変位発生力が必要となる。そのため、省電力化には不向きである。
特許第２５５１７５７号公報特許第３３７３５５８号公報特開２００３−０１３８６１号公報特開２００３−１９３９７９号公報

本発明は上記の従来技術を鑑みなされたもので、その目的とするところは、簡易な構成によるエアーポンプを提供することにある。また、本発明の他の目的は、エアーポンプを備えたコンパクトな血圧計を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明に係るエアーポンプにあっては、
電圧を印加することで伸縮可能なエラストマー又はポリマーと、前記エラストマー又はポリマーに電圧を印加するために設けられた電極とを有するアクチュエータと、前記アクチュエータの往復運動により変形するダイヤフラムと、を有することを特徴とする。

あるいは、電圧を印加することで伸縮可能なエラストマー又はポリマーと、前記エラストマー又はポリマーに電圧を印加するために設けられた電極とを有するアクチュエータと、一又は複数のハウジング部材と、前記ハウジング部材の少なくとも一つにその一部が固定されるダイヤフラムと、を有し、前記アクチュエータは、前記ハウジング部材の少なくとも一つにその一端が固定され、前記ダイヤフラムは、前記エラストマー又はポリマーの伸縮に応じて移動する前記アクチュエータの他端により押圧されることで変形し、前記ダイヤフラムの変形により、前記ダイヤフラムと前記ハウジング部材の少なくとも一つとの間に形成されたポンプ室の容積が変化することで、ポンプ室に吸入された流体を加圧し外部に排出する、ことを特徴とする。

ここで、電圧を印加することで伸縮可能なエラストマー又はポリマーとしては、誘電エラストマーや電歪ポリマー（例えば、シリコーン樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン等の電場応答性を持つ高歪性プラスチック）と呼ばれる物質を用いることができる。特に、電場応答性高分子人工筋肉（ＥＰＡＭ）を用いたものが好適である。

これらの構成によれば、ダイヤフラムを変形させるためにモータやクラッチ等の部品が必要なく、簡易な構成によるエアーポンプを実現することができる。

また、前記ダイヤフラムは、前記アクチュエータの他端と当接する当接部を有するとよい。

この構成によれば、アクチュエータの伸縮運動（往復運動）による駆動力が直接ダイヤフラムを変形させるため、エネルギーの伝達ロスを抑えることができる。

また、前記アクチュエータは、印加される電圧の大きさに応じて伸縮する大きさが変わることが好適である。

また、前記アクチュエータに印加する電圧又はその周波数を制御することにより前記ポンプ室から出る流体の吐出流量及び吐出圧力を制御することが好適である。

これらの構成によれば、アクチュエータに印加する電圧や周波数の大きさを制御することで、アクチュエータがダイヤフラムを変形させるストロークの大きさや振動数をかえることができ、吐出流量や吐出圧力をエアーポンプの構造を変えることなく制御することができる。

また、前記ポンプ室に外部から流体を吸入する吸入部と、前記ポンプ室から外部に流体を排出する排出部とを備え、前記吸入部と前記ポンプ室との間及び前記ポンプ室と前記排出部との間に逆止弁を設けたことが好適である。

この構成によれば、簡易な構成で、ポンプ室内の吸排気を行うことができる。

また、外部に排出された流体の圧力を制御するコントロールバルブを有し、前記ポンプ室から前記排出部までの途中に、前記コントロールバルブと連通する流路が設けられていることが好適である。

この構成によれば、ダイヤフラムにより加圧された流体を、コントロールバルブを制御することで、コントロールバルブと連通する流路から外部に排出することができ、減圧制御の可能なエアーポンプを実現することができる。特に、コントロールバルブとしてソレノイドバルブを採用することにより、簡易な構成で小型なエアーポンプを実現することができる。

また、本発明に係るエアーポンプを好適に採用できる生体押圧用給排気装置としては、
生体に巻き付ける空気等の流体が充填される流体袋と、前記流体袋を周囲から固定するためのカフと、前記流体袋に流体を送り加圧する前記エアーポンプと、を有することを特徴とする。

この構成によれば、簡易な構成で小型・軽量な生体押圧用給排気装置を実現することができる。

また、本発明に係るエアーポンプを好適に採用できる電子血圧計としては、
生体に巻き付ける空気等の流体が充填される流体袋と、前記流体袋を周囲から固定するためのカフと、前記流体袋に流体を送り加圧する前記エアーポンプと、前記流体袋の内気圧を検出する圧力センサと、検出した前記内気圧に基づいて血圧測定のための処理を実行する演算手段と、を有する。

この構成によれば、簡易な構成で小型・軽量な電子血圧計を実現することができる。

本発明によれば、簡易な構成によるエアーポンプを実現することができる。また、小型化、軽量化を図った生体押圧用給排気装置及び電子血圧計を実現することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明す
る。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、機能、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、以下の説明で一度説明した部材についての材質、形状、機能などは、特に改めて記載しない限り初めの説明と同様のものである。

（ダイヤフラム式エアーポンプの概略）
はじめに、図２、図３、図４を参照して、ダイヤフラム式エアーポンプの概略について説明する。図２、図３は、ダイヤフラム式エアーポンプの分解斜視図、図４は、ダイヤフラム式エアーポンプの吸気及び圧縮状態を示す断面図である。

エアーポンプＡは、ダイヤフラム１と、逆止弁２と、ダイヤフラム１の一部を固定するハウジング部材１０と、その他のハウジング部材２０と、後述するアクチュエータ３０とを有する。

ダイヤフラム１は、ハウジング部材１０にその一部を固定するための環状の吐出弁（嵌合部）１ａと、ダイヤフラム１とハウジング部材１０との間に形成され、ダイヤフラム１自身の変形によりその容積が変化するポンプ室１ｂと、ポンプ室の上部にアクチュエータ３０の端部が当接するように設けられ、駆動が入力される当接部１ｃとを備える。そして、ダイヤフラム１は、伸縮に応じて移動するアクチュエータ３０の端部と当接部１ｃが当接し、押圧されることで変形する。

ダイヤフラム１の材質としては、繰り返しの変形が可能であればよく、例えば、ＴＰＥ（熱可塑性エラストマー）、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、フッ素ゴム、ＣＲ（クロロブレンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）等の弾性体を、ポンプの容量や吐出する流体の性質を考慮して適宜選択して用いることができる。

ハウジング部材１０は、ダイヤフラム１の吐出弁１ａが取り付けられる環状の溝部１１と、ダイヤフラム１のポンプ室１ｂに外部から流体を吸入する吸入部１２と、ポンプ室１ｂ内の流体を外部に排出する排出部１３と、外部とポンプ室１ｂとの圧力差により逆止弁２が固定するように支持するために設けられた支持孔１４とを備える。また、ハウジング部材２０は、アクチュエータ３０の一端を固定している。

逆止弁２は、吸入部１２とポンプ室１ｂとの間に設けられており、その軸が支持孔１４に取り付けられている。ここで、逆止弁とは、弁を挟んだ２つの領域の一方の圧力が他方の圧力より高い場合には開弁するが、他方の圧力が一方の圧力より高い場合は閉じたままとなる弁である。

図４（ａ）に示すように、エアーポンプＡは、アクチュエータ３０の駆動によりポンプ室１ｂに外部から流体が吸入される際には、逆止弁２とハウジング部材１０との間に隙間が生じ、吸入部１２から吸入された流体でポンプ室１ｂが満たされる。

その後、図４（ｂ）に示すように、アクチュエータ３０の往復運動によりダイヤフラム１の入力部に圧縮荷重Ｆを加えると、ダイヤフラム１は変形しポンプ室１ｂの容積が変化することで、逆止弁２が吸入部１２を閉じると共に、ポンプ室１ｂに吸入された流体が加圧され、吐出弁１ａが開き、排出部１３から外部に吐出される。

上述のエアーポンプＡの加圧流量（吐出流量）Ｑ（ｍｌ／ｍｉｎ）、圧縮時に必要な荷重Ｆ（Ｎ／ｃｍ^２）及び吐出圧力Ｐ（ｍｍＨｇ＝１．３３２×１０^−２Ｎ／ｃｍ^２）は、以下の式で求められる。

Ｑ＝η_ｐ×７６０／（７６０＋Ｐ）×Ｖ×ｆ×６０・・・式１
Ｆ＝Ｆ_０＋（Ｓ×Ｐ×１．３３２×１０^−２）・・・式２
Ｐ＝７６０×（Ｖ_０／Ｖ_１）^κ−７６０・・・式３
ここで、
η_ｐ：ポンプ効率
Ｖ（ｍｌ）＝Ｖ_０（大気圧時のポンプ室の容積）−Ｖ_１（圧縮時のポンプ室の容積）：容積変化率
ｆ（Ｈｚ）：周波数
Ｓ（ｃｍ^２）：ダイヤフラム面積
Ｆ_０（Ｎ／ｃｍ^２）：ダイヤフラム変形荷重（大気圧時）
κ：断熱変化
である。

式１から式３より、吐出圧力Ｐは、圧縮比であるＶ_０とＶ_１との比により求まり、図４に示すダイヤフラムの上死点から下死点までのストロークＬを変えることによりコントロールすることができる。また、加圧流量Ｑは、吐出圧力Ｐに加えて、容積変化Ｖや周波数ｆを制御することによってもコントロールすることができる。

（エアーポンプに用いるアクチュエータの概略）
モータの代わりにアクチュエータ３０として、後述する電圧を印加することで伸縮可能なエラストマー又はポリマーと、前記エラストマー又はポリマーに電圧を印加するために設けられた電極とを有するアクチュエータを用いることで、簡易な構成で小型のエアーポンプを提供することができる。

具体的には、後述する電場応答性高分子人工筋肉（ＥＰＡＭ：Electroactive Polymer Artificial Muscle）を用いたものが好適であり、以下の各実施例ではＥＰＡＭをアクチ
ュエータ３０に用いた場合について説明する。

ＥＰＡＭを用いたアクチュエータ３０は、印加される電圧の大きさに応じて伸縮する大きさ（ストロークＬ）を変化させることができるため、アクチュエータを駆動するために入力される信号の電圧や周波数を制御することで、加圧流量や吐出圧力を簡便に変化させることができる。

すなわち、必要な圧力、流量に応じて、ダイヤフラムとそれを駆動させるアクチュエータの仕様を別個に設定できるため、弱い駆動力で高い吐出圧力を必要とする場合は、ダイヤフラム面積を小さくしたり、圧縮比を高めるためにアクチュエータのストロークを増したりすること（印加電圧を高くすること）で対応できる。また、大きな加圧流量を必要とする場合は、アクチュエータのポンプ室の容量を大きくしたり、アクチュエータの駆動周波数や印加電圧を高くしたりすることで対応することができる。

図５は、実施の形態に係るアクチュエータに電圧を印加した際の変形の様子を示す模式図である。

本実施の形態に係るアクチュエータ３０は、図６（ａ）に示すような両面に伸縮性のある電極２５ａ、２５ｂが設けられたフィルム状のＥＰＡＭ（１）を、図６（ｂ）に示すようにロール状に１周又は複数周巻いたものである。なお、ＥＰＡＭ（１）を巻く際には、隣接する電極同士を絶縁するために、不図示の絶縁物がＥＰＡＭ（１）と共にロール状に巻かれている。そして、図５（ａ）に示すように、電極２５ａ、２５ｂ間に電圧Ｖを印加することで、アクチュエータ３０は径方向に圧縮され軸方向に伸びる。そのため、アクチュエータ３０は、ダイヤフラム１の上下方向に伸びようとする。しかし、その一端がハウ
ジング部材２０の内壁に固定されているため、他端がダイヤフラム１の当接部１ｃを押圧することで、ダイヤフラム１内のポンプ室１ｂが圧縮される。

本実施の形態に係るエアーポンプＡは、上述のアクチュエータ３０を用いることで、モータやクラッチ等の複雑な機構を用いることなくダイヤフラム１を初期（吸入）状態（図４（ａ））から圧縮状態（図４（ｂ））へ変形させることができる。

また、変形していたアクチュエータ３０は、電圧の印加を停止すると、アクチュエータ３０の中心部に設けられたバネの復原力により元の形に戻り、ダイヤフラム１が圧縮状態から初期状態に戻る。

また、他の実施の形態によれば、図５（ｂ）に示すように、ＥＰＡＭ（２）の軸方向の両端に電極１２５ａ、１２５ｂが設けられている。他の実施の形態では、更に、ＥＰＡＭ（２）の間にも交互に複数の電極１２５ａ、１２５ｂが設けられている。そして、電極１２５ａ、１２５ｂ間のそれぞれに電圧Ｖを印加することで、アクチュエータ３５は軸方向に圧縮され径方向に膨張する。そのため、アクチュエータ３５は、ダイヤフラム１の上下方向に縮もうとする。しかし、その一端がハウジング部材２０の内壁に固定されているため、他端がダイヤフラム１の当接部１ｃを引っ張ることで、ダイヤフラム１内のポンプ室１ｂに流体が吸入される。

他の実施の形態に係るエアーポンプＡは、上述のアクチュエータ３５を用いることで、モータやクラッチ等の複雑な機構を用いることなくダイヤフラム１を初期（圧縮）状態（図４（ｂ））から吸入状態（図４（ａ））へ変形させることができる。

また、変形していたアクチュエータ３５は、電圧の印加を停止すると、アクチュエータ３５の中心部に設けられたバネの復原力により元の形に戻り、ダイヤフラム１が吸入状態から圧縮状態に戻る。

従って、本実施の形態に係るエアーポンプＡによれば、従来技術に示したモータやクラッチ等の複雑な機構を必要とせず、回転運動から往復運動に運動方向を変換する部品も必要としないため、簡易な構成のエアーポンプを提供することができる。また、モータを採用する場合よりも小型化、軽量化を図ることができる。

また、モータの駆動音がないためエアーポンプの駆動時の騒音を低減することができる。加えて、モータを駆動するための電流も必要ないため、エアーポンプ全体の消費電力を抑制することができる。

また、従来技術で説明した円盤状の電歪ポリマーアクチュエータをダイヤフラムに用いる場合と比較して、ポンプ室の容積変化を大きくすることが容易である。

図１は、上述のアクチュエータ３０を用いたエアーポンプの動作状態を示す概略断面図である。

図１（ａ）に示すように、アクチュエータ３０に印加される電圧がＯＦＦの場合、ダイヤフラム１は、ポンプ室１ｂの容積が最大となる位置で静止している。この状態では、ポンプ室１ｂと外部とはほぼ同じ圧力のため、吸入部１２から導入された流体は、逆止弁２とハウジング部材１０との間の隙間からポンプ室１ｂに流入する。

その後、図１（ｂ）に示すように、アクチュエータ３０に印加される電圧がＯＮになる
と、アクチュエータ３０は、上下方向に伸びることでダイヤフラム１の当接部１ｃを押圧し、ポンプ室１ｂの容積を小さくする。その際、ポンプ室１ｂ内の圧力が増すため逆止弁２が閉じ、吸入部１２から流入する流体は遮断される。更に、ポンプ室１ｂが圧縮されることでポンプ室１ｂ内の圧力は増大し、ダイヤフラム１の環状の吐出弁１ａが変形することでハウジング部材１０の環状の溝部１１との隙間から流体が流出し、排出部１３を経て外部に到達する。ここで、吐出弁１ａは、ポンプ室１ｂと排出部１３との間に設けられた逆止弁の機能を果たす。

その後、再度アクチュエータ３０に印加される電圧をＯＦＦにすると、アクチュエータ３０の内部に設けられたバネ３１の復原力により、アクチュエータ３０は縮む。その結果、ポンプ室１ｂの容積が増し圧力が減少するので、ポンプ室１ｂの圧力が外部の圧力より低くなった時点で逆止弁２が開弁し、外部から流体がポンプ室１ｂに流入する。

このように、アクチュエータ３０の往復運動（伸縮運動）により、図１（ａ）、（ｂ）に示す状態を繰り返すことでダイヤフラム１のポンプ室１ｂの容積と圧力を変化させることができ、モータやギヤ等の動力伝達部材を用いずに簡易な構成のエアーポンプを提供することができる。

すなわち、本実施例に係るエアーポンプＡによれば、従来技術に示したモータやクラッチ等の複雑な機構を必要とせず、回転運動から往復運動に運動方向を変換する部品も必要としないため、簡易な構成のエアーポンプを提供することができる。また、モータを採用する場合よりも小型化、軽量化を図ることができる。

また、モータの駆動音がないためエアーポンプの駆動時の騒音を低減することができる。加えて、モータを駆動するための電流よりも少ない電流で動作するため、エアーポンプ全体の消費電力を抑制することができる。

実施例２では、電子血圧計に好適に用いることができるエアーポンプについて説明する。図７は、電子血圧計のハードウェア構成を示すプロック図である。

（血圧計の構成）
電子血圧計Ｃは、血圧測定の際に上腕（生体）に巻き付ける流体袋１０１と、その流体袋１０１を周囲から圧迫、固定するための圧迫固定用のカフ１０２と、空気等の流体が充填される流体袋１０１に流体を送り加圧するエアーポンプＢと、流体袋１０１内の流体を排出する弁１０４と、流体袋１０１の内気圧を検出する圧力センサ１０５と、検出した内気圧に基づいて内蔵するプログラムにより血圧測定のための処理を実行する演算手段としてのＣＰＵ１０６と、測定時の設定や測定の開始を行う操作部１０７と、設定データ、演算データ、測定結果等を記憶するメモリ１０８と、設定状態や測定結果等を表示する表示部１０９と、各部に電気を供給する電源部１１０とを備えている。

また、ＣＰＵ１０６は、圧力センサ１０５から出力され、発振回路１１１にて変換された信号に基づいて流体袋１０１内の圧力を検出する。そして、ＣＰＵ１０６は、加圧が必要な場合は、ＥＰＡＭを備えるアクチュエータ３０の駆動回路１１２によりエアーポンプＢを駆動し、流体袋１０１内の圧力を高める。一方、減圧が必要な場合は、弁駆動回路１１３により弁１０４を開弁し、流体袋１０１内の圧力を低める。

（血圧計の基本動作）
図８は、本発明を好適に採用しうる電子血圧計の基本動作を示すフローチャートである。

カフを上腕（生体）に巻き付けた後に、電源がＯＮされ、動作が開始すると、電子血圧計Ｃの各設定状態を初期状態にリセットする初期化が行われる（ステップＳＴ１）。

上腕（生体）に巻き付けられた流体袋１０１は、エアーポンプＢにより所定の圧力まで加圧される（ステップＳＴ２）。同時に、圧力センサ１０５が検出した流体袋１０１の圧力変動を示す信号が、発振回路１１１を経てＣＰＵ１０６に送信され、その信号に基づいて測定が開始される（ステップＳＴ４）。

加圧が終了した後、流体袋１０１内の圧力は弁１０４を開弁することで徐々に減圧される（ステップＳＴ３）。同時に、圧力センサ１０５が検出した流体袋１０１の圧力変動を示す信号が、発振回路１１１を経てＣＰＵ１０６に送信された後、ＣＰＵ１０６は、最高血圧、最低血圧及び脈拍数を算出する（ステップＳＴ５）。

測定が終了すると、上腕を圧迫していた流体袋１０１内の空気も弁１０４から排気され、上腕が締め付けから開放される（ステップＳＴ６）。

次に算出された血圧値等は表示部１０９に表示され（ステップＳＴ７）、１サイクルの測定動作が終了する。

以下に、本発明に係る電子血圧計に好適に用いられるコントロールバルブを備えるエアーポンプの構成を説明する。なお、以下では、人体の上腕を測定する場合について説明するが、人体以外の生体にも使用できるものであり、測定する部位も生体の一部である手首や足首であってよい。

（ソレノイドバルブを備えるエアーポンプの概略構成）
図９は、上述のアクチュエータ３０を用いた血圧計に用いられるエアーポンプＢの動作状態を示す概略断面図である。本実施例に係るエアーポンプＢは、実施例１で説明したエアーポンプＡと比較して、前記弁１０４の代わりにコントロールバルブとしてソレノイドバルブ４０を備えた点が大きく異なる。ここで、コントロールバルブとは、外部からの信号によりバルブの開閉動作の制御を行うものである。以下、エアーポンプＡと共通する部分の説明は省略し、ソレノイドバルブ４０の構成及び血圧測定時の動作を中心に説明する。

ソレノイドバルブ４０は、フレーム４１と、その内部の筒状に巻かれたコイル４２と、コイル４２の内部に固定して設けられた鉄心としての固定鉄心４３と、コイル４２に流れる電流によって磁束が発生し、その吸引力によりスライド駆動する可動鉄心４４と、可動鉄心４４の先端に設けられたエアーパッキン４５と、ケース４１とハウジング部材１０との間をシールするオーリング４６とを有する。

ポンプ室１ｂから排出部１３までの間はハウジング部材１０に設けられた流路１５により連通している。一方、固定鉄心４３の中心には、流路１５へ連通する軸孔４７が設けられている。電源ＯＦＦまたは、測定終了時には、図９（ａ）に示すように、固定鉄心４３と可動鉄心４４とが離れており、軸孔４７は、コイルを巻き付けるための部材であるボビン４９に設けられた排気口５０に連通され、流体袋１０１に加圧された空気を外部に逃がしている。

血圧の測定が開始されると、まずコイル４２に通電することで可動鉄心４４を固定鉄心４３に向けて移動させる（図９（ｂ））。そのため、エアーパッキン４５が固定鉄心４３のニップル４８を塞ぎ、排気口５０と軸孔４７との流路が遮断される（図９（ｂ）に示すエアーバルブ閉状態）。それと同時にエアーポンプＢは、アクチュエータ３０を駆動し、ダイヤフラムの容積変化により吸気及び圧縮を繰り返すことで、エアーを排出部１３から流体袋１０１に向かって送圧し、上腕を加圧する（図８ステップＳＴ３参照）。

加圧終了後、ソレノイドバルブ４０のコイル４２に通電する電流を減らす方向にコントロールすることで、可動鉄心４４と固定鉄心との吸引力が減少し、エアーパッキン４５とニップル４８の隙間が開く方向にコントロールされ（図１０参照）、流路１５及び流体袋１０１内の流体の圧力は徐々に減圧されることにより、減圧をコントロールする（図８ステップＳＴ３参照）。

血圧算出終了後、エアーパッキン４５とニップル４８の隙間が完全に開き、排気口５０から流体袋１０１に加圧された空気を外部に逃がして上腕（生体）の拘束を終了する。

以上、本実施例に係るエアーポンプによれば、従来技術に示したモータやクラッチ等の複雑な機構を必要とせず、回転運動から往復運動に運動方向を変換する部品も必要としないため、簡易な構成のエアーポンプを提供することができる。また、モータを採用する場合よりも小型化、軽量化を図ることができる。

また、外部の流体袋に排出された流体の圧力をコントロールバルブで制御するエアーポンプを用いることで、簡易な構成で小型の生体押圧用吸排気装置及び電子血圧計を提供することができる。

実施例１に係るエアーポンプの動作状態を示す概略断面図である。本実施の形態に係るダイヤフラム式エアーポンプの分解斜視図である。本実施の形態に係るダイヤフラム式エアーポンプの分解斜視図である。ダイヤフラム式エアーポンプの吸気及び圧縮状態を示す断面図である。本実施の形態に係るアクチュエータに電圧を印加した際の変形の様子を示す模式図である。本実施の形態に係るＥＰＡＭの構造を説明するための模式図である。実施例２に係る電子血圧計のハードウェア構成を示すブロック図である。実施例２に係る電子血圧計の基本動作を示すフローチャートである。実施例２に係るエアーポンプの動作状態を示す概略断面図である。実施例２に係るエアーポンプの動作状態を示す概略断面図である。

符号の説明

１ダイヤフラム
１ａ吐出弁
１ｂポンプ室
１ｃ当接部
２逆止弁
１０、２０ハウジング部材
１１溝部
１２吸入部
１３排出部
１４支持孔
１５流路
２５ａ、２５ｂ電極
３０、３５アクチュエータ
３１バネ
４０ソレノイドバルブ
４１フレーム
４２コイル
４３固定鉄心
４４可動鉄心
４５エアーパッキン
４６オーリング
４７軸孔
４８ニップル
４９ボビン
５０排気口
１０１流体袋
１０２カフ
１０４弁
１０５圧力センサ
１０７操作部
１０８メモリ
１０９表示部
１１０電源部
１１１発振回路
１１２駆動回路
１１３弁駆動回路
１２５ａ、１２５ｂ電極
Ａ、Ｂエアーポンプ
Ｃ電子血圧計

Claims

電圧を印加することで伸縮可能なエラストマー又はポリマーと、前記エラストマー又はポリマーに電圧を印加するために設けられた電極とを有するアクチュエータと、
前記アクチュエータの往復運動により変形するダイヤフラムと、
を有することを特徴とするエアーポンプ。
電圧を印加することで伸縮可能なエラストマー又はポリマーと、前記エラストマー又はポリマーに電圧を印加するために設けられた電極とを有するアクチュエータと、
一又は複数のハウジング部材と、
前記ハウジング部材の少なくとも一つにその一部が固定されるダイヤフラムと、を有し、
前記アクチュエータは、前記ハウジング部材の少なくとも一つにその一端が固定され、
前記ダイヤフラムは、前記エラストマー又はポリマーの伸縮に応じて移動する前記アクチュエータの他端により押圧されることで変形し、
前記ダイヤフラムの変形により、前記ダイヤフラムと前記ハウジング部材の少なくとも一つとの間に形成されたポンプ室の容積が変化することで、ポンプ室に吸入された流体を加圧し外部に排出する、
ことを特徴とするエアーポンプ。
前記ダイヤフラムは、前記アクチュエータの他端と当接する当接部を有することを特徴とする請求項２に記載のエアーポンプ。
前記アクチュエータは、印加される電圧の大きさに応じて伸縮する大きさが変わることを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載のエアーポンプ。
前記アクチュエータに印加する電圧又はその周波数を制御することにより前記ポンプ室から出る流体の吐出流量及び吐出圧力を制御することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のエアーポンプ。
前記ポンプ室に外部から流体を吸入する吸入部と、前記ポンプ室から外部に流体を排出する排出部とを備え、
前記吸入部と前記ポンプ室との間及び前記ポンプ室と前記排出部との間に逆止弁を設けたことを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のエアーポンプ。
外部に排出された流体の圧力を制御するコントロールバルブを有し、
前記ポンプ室から前記排出部までの途中に、前記コントロールバルブと連通する流路が設けられていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載のエアーポンプ。
生体に巻き付ける空気等の流体が充填される流体袋と、
前記流体袋を周囲から固定するためのカフと、
前記流体袋に流体を送り加圧する請求項１乃至７のいずれかに記載のエアーポンプと、
を有することを特徴とする生体押圧用吸排気装置。
生体に巻き付ける空気等の流体が充填される流体袋と、
前記流体袋を周囲から固定するためのカフと、
前記流体袋に流体を送り加圧する請求項１乃至７のいずれかに記載のエアーポンプと、
前記流体袋の内気圧を検出する圧力センサと、
検出した前記内気圧に基づいて血圧測定のための処理を実行する演算手段と、
を有することを特徴とする電子血圧計。