JP2016200067A - 流体制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型でありながら、冷却装置を用いずにポンプを冷却することができる流体制御装置を提供する。【解決手段】流体制御装置１００は、圧電ポンプ１０とバルブ１０１とカフ１０９とヒートシンク１２３と制御部１１５とを備える。バルブ１０１は、第１通気孔１１０、１１１が設けられた第１弁筺体１９１と、第２通気孔１１２と第３通気孔１１３とが設けられた第２弁筐体１９２とを有する。カフ１０９の腕帯ゴム管１０９Ａがバルブ１０１の第２通気孔１１２に装着されることにより、バルブ１０１がカフ１０９に接続される。圧電ポンプ１０は、吐出孔５５、５６が設けられたポンプ筐体８０を有する。バルブ１０１の第１通気孔１１０、１１１は、圧電ポンプ１０の吐出孔５５、５６に接続されている。ヒートシンク１２３は、ポンプ筐体８０の底面に装着されている。ヒートシンク１２３は、第３通気孔１１３に対向する対向部１２４を有する。【選択図】図１

Description

この発明は、流体の流れを制御する流体制御装置に関する。

従来、流体の流れを制御する流体制御装置が各種考案されている。流体制御装置には、複数の電子部品が搭載されている。複数の電子部品の中には、自己発熱によって電子部品の温度が上昇し続けるものがある。電子部品の温度が上昇し続けた場合、電子部品の性能が低下したり故障の原因になったりする。

そこで、例えば特許文献１には、電子部品に装着するヒートシンクと冷却ファンが開示されている。冷却ファンは、電子部品の発熱によって温められたヒートシンクに向けて風を送り、ヒートシンクを冷却している。これにより、特許文献１では電子部品の温度上昇が抑えられる。

特開２００７−４２７２４号公報

本願の発明者は、流体制御装置において例えば圧電素子を駆動源とするポンプが駆動し続けた場合、自己発熱によってポンプの温度が上昇し続け、ポンプの吐出性能が低下するという知見を得た。そこで、特許文献１のヒートシンクをポンプに装着し、ヒートシンクを冷却ファンで冷却することでポンプの温度上昇を抑える方法が考えられる。

しかしながら、特許文献１のヒートシンクをポンプに装着し、ヒートシンクを冷却ファンで冷却する場合、冷却専用の冷却ファンが必要になる。これは、冷却ファンを用意したり、冷却ファンを装着する専用工程を組まなければならないことを意味し、流体制御装置の製造コストが増大する。

そこで、ポンプの温度上昇を抑える為に、冷却ファン等の冷却装置を装着せずにヒートシンクのみをポンプに装着する方法も考えられるが、十分な冷却効果を得る為にはヒートシンクのサイズを大きくする必要がある。そのため、この方法では流体制御装置が大型化するという問題がある。

本発明の目的は、小型でありながら、冷却装置を用いずにポンプを冷却することができる流体制御装置を提供することにある。

本発明の流体制御装置は、ポンプと、バルブと、容器と、ヒートシンクと、を備えている。ポンプは、吐出孔が設けられたポンプ筐体を有する。バルブは、吐出孔に接続する第１通気孔と、第２通気孔と、第３通気孔とが設けられたバルブ筐体を有する。容器は、第２通気孔に接続し、第１通気孔を介して第２通気孔から流出する気体を貯蔵する。ヒートシンクは、第３通気孔に対向する対向部を有し、ポンプ筐体に装着された。

この構成においてポンプが駆動している間、ポンプの吐出孔から吐出された気体は第１通気孔からバルブ筐体内に流入する。そして、バルブの第２通気孔から流出する気体は、容器内に貯蔵される。また、ポンプが駆動している間、自己発熱によってポンプの温度が上昇し続ける。

この構成では、熱伝導性に優れたヒートシンクがポンプ筐体に装着されているため、ポンプで発生した熱がポンプ筐体からヒートシンクに伝導し、放散される。さらに、第２通気孔および第３通気孔が接続したとき、容器内に貯蔵された圧縮気体がバルブの第３通気孔からヒートシンクの対向部へ向けて排出される。

そのため、この構成の流体制御装置は、サイズの大きいヒートシンクや専用の冷却装置を備えたりしなくても、ヒートシンクを冷却でき、ポンプの温度上昇を抑えることができる。

従って、この構成の流体制御装置は、小型でありながら、冷却装置を用いずにポンプを冷却することができる。

また、本発明においてバルブは、バルブ筐体とともに第１バルブ室および第２バルブ室を構成する弁体を有し、
弁体は、第１バルブ室の圧力および第２バルブ室の圧力に基づいて、第２通気孔および第３通気孔が接続していない状態と、第２通気孔および第３通気孔が接続した状態とを切り替えることが好ましい。

この構成では、第２通気孔および第３通気孔が接続していないとき、ポンプの吐出孔から吐出された気体はバルブの第１通気孔を介して第２通気孔から流出し、容器内に貯蔵される。そして、第２通気孔および第３通気孔が接続したとき、容器内に貯蔵された圧縮気体がバルブの第３通気孔からヒートシンクの対向部へ向けて排出される。

また、本発明において対向部は、バルブ筐体側へ折り曲げられていることが好ましい。

この構成では、バルブの第３通気孔から排出される気体が当たるヒートシンクの面積が増える。よって、この構成の流体制御装置は、ポンプの冷却効果を向上できる。

また、本発明において、対向部における第３通気孔に対向する面は、凹凸状に形成されていることが好ましい。

この構成では、バルブの第３通気孔から排出される気体が当たるヒートシンクの面積が増える。よって、この構成の流体制御装置は、ポンプの冷却効果を向上できる。

また、本発明において対向部は、櫛歯状に形成されていることが好ましい。

この構成では、バルブの第３通気孔から排出される気体が当たるヒートシンクの面積が増える。よって、この構成の流体制御装置は、ポンプの冷却効果を向上できる。

また、本発明においてポンプは、振動板と振動板を屈曲振動させる圧電素子とを有する、ことが好ましい。

圧電素子を駆動源とするポンプが駆動し続けた場合、自己発熱によってポンプの温度が上昇し続け、ポンプの吐出性能が低下する。そのため、本発明はこの構成において好適である。

また、本発明の流体制御装置は、容器に貯蔵される気体の圧力に基づいて血圧を測定する制御部を備えることが好ましい。

この構成において容器は例えばカフである。例えば制御部は、血圧の測定を開始するとき、ポンプをオンする。これにより、ポンプの吐出孔から気体が吐出され、容器内に貯蔵されていく。そして、制御部は、血圧の測定を終了するとき、ポンプをオフする。これにより、容器内に貯蔵された圧縮気体がバルブの第３通気孔からヒートシンクの対向部へ向けて排出される。

そのため、血圧を複数回測定する場合、この構成の流体制御装置は、血圧の測定を終了する毎にヒートシンクを冷却でき、ポンプの温度上昇を抑制することが可能となる。

本発明によれば、小型でありながら、冷却装置を用いずにポンプを冷却することができる。

本発明の第１実施形態に係る流体制御装置１００の要部の断面図である。 図１に示す圧電ポンプ１０、バルブ１０１及びヒートシンク１２３の外観斜視図である。 図１に示す圧電ポンプ１０の分解斜視図である。 図１に示す圧電ポンプ１０の温度と最大吐出圧力の関係を示す図である。 図１に示すバルブ１０１の分解斜視図である。 図１に示すバルブ１０１の分解斜視図である。 図１に示す圧電ポンプ１０が駆動している間における流体制御装置１００の空気の流れを示す説明図である。 図１に示す圧電ポンプ１０が駆動を停止した直後における、流体制御装置１００の空気の流れを示す説明図である。 ヒートシンク１２３が装着された圧電ポンプ１０の温度変化とヒートシンク１２３が装着されていない圧電ポンプ１０の温度変化とを示す図である。 本発明の第２実施形態に係る流体制御装置２００の要部の断面図である。 図１０に示す圧電ポンプ１０、バルブ１０１及びヒートシンク２２３の外観斜視図である。 図１１に示すヒートシンク２２３の要部を拡大した外観斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る流体制御装置３００の要部の断面図である。 図１３に示すヒートシンク３２３の要部を拡大した外観斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る流体制御装置に備えられる圧電ポンプ１０、バルブ１０１及びヒートシンク４２３の外観斜視図である。

以下、本発明の第１実施形態に係る流体制御装置１００について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る流体制御装置１００の要部の断面図である。図２は、図１に示す圧電ポンプ１０、バルブ１０１及びヒートシンク１２３の外観斜視図である。なお、図２は、説明の便宜上、ヒートシンク１２３を透明で図示している。

流体制御装置１００は、圧電ポンプ１０とバルブ１０１とカフ１０９とヒートシンク１２３と制御部１１５とを備える。流体制御装置１００は、被検者の血圧を測定する装置である。

バルブ１０１は、第１通気孔１１０、１１１が設けられた第１弁筺体１９１と、第２通気孔１１２と第３通気孔１１３とが設けられた第２弁筐体１９２とを有する。バルブ１０１は、逆止弁１６０と排気弁１７０とを構成している。カフ１０９の腕帯ゴム管１０９Ａがバルブ１０１の第２通気孔１１２に装着されることにより、バルブ１０１がカフ１０９に接続される。第３通気孔１１３は大気に開放されている。

圧電ポンプ１０は、吐出孔５５、５６が設けられたポンプ筐体８０を有する。ポンプ筐体８０の上面は、バルブ１０１の第１弁筐体１９１の底面に接合されている。これにより、バルブ１０１の第１通気孔１１０、１１１が圧電ポンプ１０の吐出孔５５、５６に接続される。

ヒートシンク１２３は、ポンプ筐体８０の底面に装着されている。ヒートシンク１２３は、図１、図２に示すように、ポンプ筐体８０の底面から、ポンプ筐体８０の側面、第１弁筺体１９１の側面、第２弁筐体１９２の側面、及び第２弁筐体１９２の上面に沿って伸びている。そして、ヒートシンク１２３は、第３通気孔１１３に対向する対向部１２４を有する。対向部１２４は、ヒートシンク１２３のうち、第２弁筐体１９２の上面に沿って伸びる部分である。ヒートシンク１２３の材料は、例えばアルミニウム、鉄、銅などである。

制御部１１５は、例えばマイクロコンピュータで構成され、流体制御装置１００の各部の動作を制御する。制御部１１５は、圧電ポンプ１０に接続されており、圧電ポンプ１０に制御信号を送信する。制御部１１５は、商用の交流電源から交流の駆動電圧を生成して圧電ポンプ１０に印加し、圧電ポンプ１０を駆動する。そして、制御部１１５は、カフ１０９に貯蔵される空気の圧力に基づいて血圧を測定する。カフ１０９に貯蔵される空気の圧力値は、不図示の圧力センサによって検知され、制御部１１５に入力する。

なお、カフ１０９が本発明の「容器」の一例に相当する。第１弁筺体１９１及び第２弁筐体１９２が本発明の「バルブ筐体」の一例を構成する。

ここで、圧電ポンプ１０とバルブ１０１との構造について詳述する。まず、図１、図３を用いて圧電ポンプ１０の構造について詳述する。

図３は、図１に示す圧電ポンプ１０の分解斜視図である。

圧電ポンプ１０は、基板９１、可撓板５１、スペーサ５３Ａ、補強板４３、振動板ユニット６０、圧電素子４２、スペーサ５３Ｂ、電極導通用板７０、スペーサ５３Ｃ及び蓋板５４を備え、これらが順に積層された構造を有する。

なお、基板９１、可撓板５１、スペーサ５３Ａ、振動板ユニット６０の一部、スペーサ５３Ｂ、電極導通用板７０、スペーサ５３Ｃ及び蓋板５４は、ポンプ筐体８０を構成している。そして、ポンプ筐体８０の内部空間がポンプ室４５に相当する。ポンプ筐体８０の材料は、例えば金属である。

振動板ユニット６０は、振動板４１、枠板６１、連結部６２及び外部端子６３によって構成される。振動板ユニット６０は、金属板に対して打ち抜き加工を施すことにより形成されている。

振動板４１の周囲には枠板６１が設けられている。枠板６１には電気的に接続するための外部端子６３が設けられている。振動板４１は枠板６１に対して連結部６２で連結されている。連結部６２は例えば細いリング状に形成されている。連結部６２は、小さなバネ定数の弾性を持つ弾性構造を有している。

したがって振動板４１は二つの連結部６２で枠板６１に対して２点で柔軟に弾性支持されている。そのため、振動板４１の屈曲振動を殆ど妨げない。すなわち、圧電アクチュエータ４０の周辺部が（勿論中心部も）実質的に拘束されていない状態となっている。

なお、図３に示した例では、連結部６２が二箇所に設けられているが、三箇所以上に設けられていてもよい。連結部６２は、圧電アクチュエータ４０の振動を妨げるものではないが、圧電アクチュエータ４０の振動に多少の影響を与える。そのため、例えば連結部６２が三箇所に設けられることにより、より自然な支持が可能となり、圧電素子４２の割れを防止することもできる。

円板状の振動板４１の上面には圧電素子４２が設けられている。振動板４１の下面には補強板４３が設けられている。振動板４１と圧電素子４２と補強板４３とによって円板状の圧電アクチュエータ４０が構成される。圧電素子４２は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる。

ここで、振動板４１を圧電素子４２および補強板４３よりも線膨張係数の大きな金属板で形成し、接着時に加熱硬化させてもよい。これにより、圧電アクチュエータ４０全体が反ることなく、圧電素子４２に適切な圧縮応力を残留させることができ、圧電素子４２が割れることを防止できる。

例えば、振動板４１をリン青銅（Ｃ５２１０）やステンレススチールＳＵＳ３０１など線膨張係数の大きな材料とし、補強板４３を４２ニッケルまたは３６ニッケルまたはステンレススチールＳＵＳ４３０などとするのがよい。

なお、振動板４１、圧電素子４２、補強板４３については、上から圧電素子４２、補強板４３、振動板４１の順に配置してもよい。この場合も圧電素子４２に適切な圧縮応力が残留するように、補強板４３、振動板４１を構成する材料を設定にすることで線膨張係数が調整されている。

枠板６１の上面には、スペーサ５３Ｂが設けられている。スペーサ５３Ｂは樹脂からなる。スペーサ５３Ｂの厚みは圧電素子４２の厚みと同じか少し厚い。枠板６１は、電極導通用板７０と振動板ユニット６０とを電気的に絶縁する。

スペーサ５３Ｂの上面には、電極導通用板７０が設けられている。電極導通用板７０は金属からなる。電極導通用板７０は、ほぼ円形に開口した枠部位７１と、この開口内に突出する内部端子７３と、外部へ突出する外部端子７２とからなる。

内部端子７３の先端は圧電素子４２の表面にはんだで接合される。はんだで接合される位置を圧電アクチュエータ４０の屈曲振動の節に相当する位置とすることにより内部端子７３の振動は抑制される。

電極導通用板７０の上面には、スペーサ５３Ｃが設けられている。スペーサ５３Ｃは樹脂からなる。スペーサ５３Ｃは圧電素子４２と同程度の厚さを有する。スペーサ５３Ｃは、圧電アクチュエータ４０が振動している時に、内部端子７３のはんだ部分が、蓋板５４に接触しないようにするためのスペーサである。また、圧電素子４２表面が蓋板５４に過度に接近して、空気抵抗により振動振幅が低下することを防止する。そのため、スペーサ５３Ｃの厚みは、圧電素子４２と同程度の厚みであればよい。

スペーサ５３Ｃの上面には、蓋板５４が設けられている。蓋板５４には吐出孔５５、５６が設けられている。蓋板５４は、圧電アクチュエータ４０の上部を覆う。

一方、振動板ユニット６０の下面には、スペーサ５３Ａが設けられている。即ち、可撓板５１の上面と振動板ユニット６０の下面との間に、スペーサ５３Ａが挿入されている。スペーサ５３Ａは、補強板４３の厚みに数１０μｍ程度加えた厚みを有する。スペーサ５３Ａは、圧電アクチュエータ４０が振動している時に、圧電アクチュエータ４０が、可撓板５１に接触しないようにするためのスペーサである。

スペーサ５３Ａの下面には、可撓板５１が設けられている。可撓板５１の中心には吸引孔５２が設けられている。

可撓板５１の下面には、基板９１が設けられている。基板９１の中央部には円柱形の開口部９２が形成されている。可撓板５１は、基板９１に固定された固定部５７と、固定部５７より中心側に位置し、開口部９２に面する可動部５８と、を有する。

可動部５８は、圧電アクチュエータ４０の振動に伴う空気の圧力変動により、圧電アクチュエータ４０と実質的に同一周波数で振動することができる。可動部５８の固有振動数は、圧電アクチュエータ４０の駆動周波数と同一か、やや低い周波数になるように設計している。

可撓板５１の振動位相が圧電アクチュエータ４０の振動位相よりも遅れた（例えば１８０°遅れの）振動に設計すれば、可撓板５１と圧電アクチュエータ４０との間の隙間の厚さ変動が実質的に増加する。

従って、外部端子６３、７２に交流の駆動電圧が制御部１１５により印加されると、圧電アクチュエータ４０が同心円状に屈曲振動する。さらに、圧電アクチュエータ４０の振動に伴って可撓板５１の可動部５８も振動する。これにより、圧電ポンプ１０は、開口部９２及び吸引孔５２を介して空気をポンプ室４５へ吸引する。さらに、圧電ポンプ１０は、ポンプ室４５の空気を吐出孔５５、５６から吐出する。

このとき、圧電ポンプ１０では、圧電アクチュエータ４０の周辺部が実質的に固定されていない。そのため、圧電ポンプ１０によれば、圧電アクチュエータ４０の振動に伴う損失が少なく、小型・低背でありながら高い吐出圧力と大きな吐出流量が得られる。

次に、圧電ポンプ１０の温度と最大吐出圧力の関係について説明する。

図４は、図１に示す圧電ポンプ１０の温度と最大吐出圧力の関係を示す図である。図４は、圧電ポンプ１０を長時間駆動し、ポンプ筐体８０の表面温度と圧電ポンプ１０の最大吐出圧力とを測定した結果について示している。

圧電素子４２を駆動源とする圧電ポンプ１０が駆動し続けた場合、自己発熱によって圧電ポンプ１０の温度が上昇し続ける。実験では、図４に示すように、圧電ポンプ１０の温度が上昇し続けると、圧電ポンプ１０の吐出性能が低下することが明らかとなった。特に、圧電ポンプ１０の温度が５５℃を超えると、圧電ポンプ１０の吐出性能が急激に低下することが明らかとなった。

なお、自己発熱の熱源は圧電アクチュエータ４０であるが、ポンプ筐体８０の材料は導電性の高い金属で構成されている。そのため、圧電アクチュエータ４０の熱は連結部６２を介して直ぐにポンプ筐体８０へ伝導する。よって、図４では、ポンプ筐体８０の表面温度を測定している。

次に、図１〜図６を用いてバルブ１０１の構造について詳述する。

図５、図６は、図１に示すバルブ１０１の分解斜視図である。図５は、当該バルブ１０１をカフ１０９が接続する上面側から見た分解斜視図であり、図６は、当該バルブ１０１を圧電ポンプ１０が接合する底面側から見た分解斜視図である。

ここで、図５には、Ｚ軸方向、Ｙ軸方向、およびＸ軸方向を記載している。Ｚ軸方向は、バルブ１０１を構成する部材の積層方向を示している。Ｘ軸方向は、逆止弁１６０、連通路１３５、及び排気弁１７０の配設方向を示している。Ｙ軸方向は、Ｚ軸方向およびＸ軸方向に対して垂直な方向を示している。

バルブ１０１は、図１、図５、図６に示すように、第１弁筐体１９１と、長方形状の薄膜からなる第１シール材１５１と、長方形状の薄膜からなるダイヤフラム１２０と、長方形状の薄膜からなる第２シール材１５２と、第２弁筐体１９２とを備え、それらが順に積層された構造を有している。

なお、ダイヤフラム１２０が本発明の「弁体」の一例を構成する。

第２弁筐体１９２は、図１、図５、図６に示すように、カフ１０９に連通する第２通気孔１１２と、流体制御装置１００外部に連通する第３通気孔１１３と、第３通気孔１１３の周囲からダイヤフラム１２０側へ突出した弁座１３９と、６つの開口部１８２と、を有する。第２弁筐体１９２は、例えば樹脂からなる。弁座１３９は中央部に第３通気孔１１３を有する円筒形状である。

第１弁筐体１９１は、図１、図５、図６に示すように、圧電ポンプ１０の吐出孔５６に連通する第１通気孔１１０と、圧電ポンプ１０の吐出孔５５に連通する第１通気孔１１１と、ダイヤフラム１２０側へ突出した円柱状の弁座１３８と、６つの開口部１８２に対向する６つの突出部１８０と、を有する。第１弁筐体１９１は、例えば樹脂からなる。第１弁筐体１９１の６つの突出部１８０は、Ｘ軸方向から平面視して後述する第２バルブ室１３３及び第２バルブ室１３４よりも周縁側に設けられている。

ダイヤフラム１２０には、図１、図５、図６に示すように、弁座１３８に対向する領域の中心部に円形の孔部１２１が設けられている。孔部１２１の直径は、ダイヤフラム１２０に当接する弁座１３８の面の直径よりも小さく設けられている。ダイヤフラム１２０の外周は、第１弁筺体１９１と第２弁筺体１９２のそれぞれの外周より小さい。ダイヤフラム１２０は、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）やシリコーンなどのゴムからなる。

ダイヤフラム１２０は、６つの突出部１８０が６つの開口部１８２に嵌め合わさることによって、第２シール材１５２および第１シール材１５１を介して第１弁筺体１９１および第２弁筺体１９２に挟持されている。

これにより、ダイヤフラム１２０の一部が弁座１３９に接触するとともに、ダイヤフラム１２０における孔部１２１の周囲が弁座１３８に接触する。弁座１３８は、ダイヤフラム１２０における孔部１２１の周囲を与圧するよう第１弁筐体１９１に設けられている。

ダイヤフラム１２０は、第２弁筐体１９２及び第１弁筐体１９１内を分割する。ダイヤフラム１２０は、第１通気孔１１１に連通するリング状の第１バルブ室１３１と、連通路１３５を介して第２通気孔１１２に連通する円柱状の第２バルブ室１３３とを有する逆止弁１６０を、第２弁筐体１９２及び第１弁筐体１９１とともに構成する。

また、ダイヤフラム１２０は、第１通気孔１１０に連通する円柱状の第１バルブ室１３２と、連通路１３５を介して第２バルブ室１３３に連通するリング状の第２バルブ室１３４とを有する排気弁１７０を、第２弁筐体１９２及び第１弁筐体１９１とともに構成する。

第１バルブ室１３１と、第１バルブ室１３２と、第２バルブ室１３３と、第２バルブ室１３４とのそれぞれの直径は例えば７．０ｍｍである。ダイヤフラム１２０に当接する弁座１３８の面の直径は例えば１．５ｍｍである。

第２シール材１５２には、第２バルブ室１３３、連通路１３５及び第２バルブ室１３４に面する領域に第２貫通孔１５６Ａ〜１５６Ｃが設けられている。第２貫通孔１５６Ａは、例えば第２バルブ室１３３と中心軸を略同じとする円形状である。第２貫通孔１５６Ｂは、例えば第２バルブ室１３４と中心軸を略同じとする円形状である。

第２貫通孔１５６Ａ、１５６Ｂのそれぞれの直径は例えば６．６ｍｍである。即ち、第２シール材１５２の外周は、第１弁筺体１９１と第２弁筺体１９２のそれぞれの外周より小さい。第２シール材１５２は、例えば両面テープや接着剤からなる。

次に、第１シール材１５１には、第１バルブ室１３１及び第１バルブ室１３２に面する領域に第１貫通孔１５５Ａ、１５５Ｂが設けられている。第１貫通孔１５５Ａは、例えば第１バルブ室１３１と中心軸を略同じとする円形状である。第１貫通孔１５５Ｂは、例えば第１バルブ室１３２と中心軸を略同じとする円形状である。

第１貫通孔１５５Ａ、１５５Ｂのそれぞれの直径は例えば６．６ｍｍである。即ち、第１シール材１５１の外周は、第１弁筺体１９１と第２弁筺体１９２のそれぞれの外周より小さい。第１シール材１５１は、例えば両面テープや接着剤からなる。

第１貫通孔１５５Ａの直径は、弁座１３８の直径よりも大きく、第１バルブ室１３１の直径よりも小さい。すなわち、第１貫通孔１５５Ａの外周は、弁座１３８の外周よりも大きく、第１バルブ室１３１の外周よりも小さい。同様に、第１貫通孔１５５Ｂの直径は、第１バルブ室１３２の直径よりも小さい。すなわち、第１貫通孔１５５Ｂの外周は、第１バルブ室１３２の外周よりも小さい。

以上より、バルブ１０１では、第２バルブ室１３３及び第２バルブ室１３４内に第２シール材１５２の一部が位置する。同様に、第１バルブ室１３１及び第１バルブ室１３２内に第１シール材１５１の一部が位置する。

次に、バルブ１０１が構成する逆止弁１６０と排気弁１７０とについて説明する。

まず、逆止弁１６０は、第１通気孔１１１を備える第１弁筐体１９１の一部と、第２通気孔１１２を備える第２弁筐体１９２の一部と、ダイヤフラム１２０における孔部１２１の周囲と、その周囲と当接して孔部１２１を被覆する弁座１３８と、によって構成されている。逆止弁１６０は、第１バルブ室１３１側から第２バルブ室１３３側への流体の流れを許可し、第２バルブ室１３３側から第１バルブ室１３１側への流体の流れを遮断する。

よって、逆止弁１６０は、第１バルブ室１３１の圧力と第２バルブ室１３３の圧力とに基づいてダイヤフラム１２０が弁座１３８に対して当接または離間する。

次に、排気弁１７０は、第１通気孔１１０を備える第１弁筐体１９１の一部と、第２通気孔１１２及び第３通気孔１１３を備える第２弁筐体１９２の一部と、ダイヤフラム１２０の一部と、第３通気孔１１３の周囲からダイヤフラム１２０側へ突出してダイヤフラム１２０に当接して被覆される弁座１３９と、によって構成されている。

よって、排気弁１７０は、第１バルブ室１３２の圧力と第２バルブ室１３４の圧力とに基づいてダイヤフラム１２０が弁座１３９に対して当接または離間する。

なお、このバルブ１０１では、図５、図６に示すように、各バルブ室１３１、１３２、１３３、１３４のそれぞれの外形が円形状であるため、ダイヤフラム１２０（特に孔部１２１付近の周囲）に張力が均等にかかる。

このため、ダイヤフラム１２０の孔部１２１が弁座１３８に対して傾いた状態で当接されたり、ダイヤフラム１２０の孔部１２１が弁座１３８に対して水平方向にずれたりすることが抑制される。したがって、このバルブ１０１によれば、それぞれの弁の開閉をより確実に行うことができる。

次に、血圧測定時における流体制御装置１００の動作について説明する。

図７は、図１に示す圧電ポンプ１０が駆動している間における流体制御装置１００の空気の流れを示す説明図である。

制御部１１５は、血圧の測定を開始するとき、圧電ポンプ１０をオンする。圧電ポンプ１０が駆動すると、まず空気が開口部９２及び吸引孔５２から圧電ポンプ１０内のポンプ室４５に流入する。次に、空気が吐出孔５５、５６から吐出され、バルブ１０１の第１バルブ室１３２及び第１バルブ室１３１の両方に流入する。

これにより、排気弁１７０では、第１バルブ室１３２の圧力が第２バルブ室１３４の圧力より高くなる。このため、図７に示すように、ダイヤフラム１２０が第３通気孔１１３をシールして第２通気孔１１２と第３通気孔１１３との接続を遮断する。

また、逆止弁１６０では、第１バルブ室１３１の圧力が第２バルブ室１３３の圧力より高くなる。このため、ダイヤフラム１２０における孔部１２１の周囲が弁座１３８から離間し、第１通気孔１１１と第２通気孔１１２とが孔部１２１を介して接続する。

この結果、空気が圧電ポンプ１０からバルブ１０１の第１通気孔１１１と、孔部１２１と、第２通気孔１１２と、を経由してカフ１０９へ送出され（図７参照）、カフ１０９内の圧力（空気圧）が高まっていく。また、圧電ポンプ１０が駆動している間、自己発熱によって圧電ポンプ１０の温度が上昇し続ける（例えば図４参照）。しかし、熱伝導性に優れたヒートシンク１２３が圧電ポンプ１０筐体に装着されているため、圧電ポンプ１０で発生した熱は圧電ポンプ１０筐体からヒートシンク１２３に伝導し、少しずつ放散される。

なお、ダイヤフラム１２０は、ダイヤフラム１２０の孔部１２１の周囲が弁座１３８に接触するよう第２弁筐体１９２及び第１弁筐体１９１に固定されている。そして、この弁座１３８は、ダイヤフラム１２０における孔部１２１の周囲を与圧している。

これにより、バルブ１０１の第１通気孔１１１を経由して孔部１２１から流出する空気は、圧電ポンプ１０の吐出圧力より若干低い圧力となって、孔部１２１から第２バルブ室１３３及び第２バルブ室１３４に流入する。一方、第１バルブ室１３２には圧電ポンプ１０の吐出圧力が加わる。

この結果、バルブ１０１では、第１バルブ室１３２の圧力が第２バルブ室１３４の圧力より若干勝り、ダイヤフラム１２０が第３通気孔１１３をシールして孔部１２１を開放した状態が維持される。

図８は、図１に示す圧電ポンプ１０が駆動を停止した直後における、流体制御装置１００の空気の流れを示す説明図である。

血圧の測定が終了すると、制御部１１５は、圧電ポンプ１０をオフする。ここで、圧電ポンプ１０の駆動が停止すると、ポンプ室４５と第１バルブ室１３１と第１バルブ室１３２の空気は、圧電ポンプ１０の吸引孔５２および開口部９２から流体制御装置１００の外部へ速やかに排気される。また、第２バルブ室１３３と第２バルブ室１３４には、カフ１０９の圧力が第２通気孔１１２から加わる。

この結果、逆止弁１６０では、第１バルブ室１３１の圧力が第２バルブ室１３３の圧力より低下する。ダイヤフラム１２０は、弁座１３８に当接して孔部１２１をシールする。

また、排気弁１７０では、第１バルブ室１３２の圧力が第２バルブ室１３４の圧力より低下する。ダイヤフラム１２０は、弁座１３９から離間して第３通気孔１１３を開放する。即ち、バルブ１０１では、第２通気孔１１２と第３通気孔１１３とが連通路１３５及び第２バルブ室１３４を介して接続する。これにより、カフ１０９内の空気が第２通気孔１１２、連通路１３５及び第２バルブ室１３４を経由して第３通気孔１１３からヒートシンク１２３の対向部１２４へ向けて急速に排出される。カフ１０９に貯蔵される空気の体積は、圧電ポンプ１０の体積に比べて極めて大きく、多量の空気が第３通気孔１１３からヒートシンク１２３の対向部１２４へ向けて排出される。

そのため、流体制御装置１００は、サイズの大きいヒートシンク１２３や専用の冷却装置を備えたりしなくても、ヒートシンク１２３を冷却でき、圧電ポンプ１０の温度上昇を抑えることができる。

従って、流体制御装置１００は、小型でありながら、冷却装置を用いずに圧電ポンプ１０を冷却することができる。

以後、制御部１１５は、血圧の測定を開始するとき圧電ポンプ１０をオンし、血圧の測定を終了したとき圧電ポンプ１０をオフする。これにより、流体制御装置１００は、血圧を複数回測定する場合、血圧の測定を終了する毎にヒートシンク１２３を冷却できる。

なお、バルブ１０１では前述したように、第１バルブ室１３１及び第１バルブ室１３２内に第１シール材１５１の一部が位置し、第２バルブ室１３３及び第２バルブ室１３４内に第２シール材１５２の一部が位置する。

そのため、第２シール材１５２及び第１シール材１５１は、第１弁筺体１９１、第２弁筺体１９２及びダイヤフラム１２０の接着と、各バルブ室１３１、１３２、１３３、１３４内に存在する異物の捕捉とを行うことができる。

したがって、バルブ１０１によれば、例えばバルブ１０１内に異物が混入したとしても、異物による誤動作を抑制することができる。特に排気弁１７０においては、異物による弁座１３９の第３通気孔１１３の閉塞を抑制することができる。

以下、本発明の第１実施形態に係る流体制御装置１００における圧電ポンプ１０の温度変化と、本発明の第１実施形態の比較例に係る流体制御装置における圧電ポンプ１０の温度変化とを比較する。比較例の流体制御装置が第１実施形態の流体制御装置１００と相違する点は、ヒートシンク１２３を備えない点である。その他の点に関しては同じであるため、説明を省略する。

図９は、ヒートシンク１２３が装着されている圧電ポンプ１０の温度変化とヒートシンク１２３が装着されていない圧電ポンプ１０の温度変化とを示す図である。図９では、貯蔵できる空気の体積が２５０ｃｃであるカフ１０９を用いて血圧の測定を３回行ったときの圧電ポンプ１０の温度変化を測定した結果について示している。

なお、図９の実線は、ヒートシンク１２３が装着されている圧電ポンプ１０の温度変化を示し、図９の点線は、ヒートシンク１２３が装着されていない圧電ポンプ１０の温度変化を示している。

実験より、図９に示すように、両方の圧電ポンプ１０とも、駆動している間、自己発熱によって圧電ポンプ１０の温度が上昇し続け、駆動を停止した時から駆動を再開するまでの間、圧電ポンプ１０の温度が低下していくことが明らかとなった。

しかし、図９に示すように、ヒートシンク１２３が装着されていない圧電ポンプ１０では、駆動を停止した時から駆動を再開するまでの間、圧電ポンプ１０の温度が徐々に低下していくのに対して、ヒートシンク１２３が装着されている圧電ポンプ１０では、駆動を停止した時から駆動を再開するまでの間、圧電ポンプ１０の温度が急激に低下していくことが明らかとなった。

以上の結果になった理由は、図８に示すように、圧電ポンプ１０が駆動を停止した直後に、カフ１０９内の空気が第２通気孔１１２を経由して第３通気孔１１３からヒートシンク１２３の対向部１２４へ向けて急速に排出され、ヒートシンク１２３を冷却するためであると考えられる。

よって、ヒートシンク１２３が装着されていない圧電ポンプ１０と比較して、ヒートシンク１２３が装着されている圧電ポンプ１０は、圧電ポンプ１０の温度上昇を抑えることができる。

従って、流体制御装置１００は、小型でありながら、圧電ポンプ１０を効果的に冷却することができる。

以下、本発明の第２実施形態に係る流体制御装置について説明する。

図１０は、本発明の第２実施形態に係る流体制御装置２００の要部の断面図である。図１１は、図１０に示す圧電ポンプ１０、バルブ１０１及びヒートシンク２２３の外観斜視図である。図１２は、図１１に示すヒートシンク２２３の要部を拡大した外観斜視図である。

第２実施形態の流体制御装置２００が第１実施形態の流体制御装置１００と相違する点は、ヒートシンク２２３である。ヒートシンク２２３が第１実施形態のヒートシンク１２３と相違する点は、対向部２２４の先端部が第２弁筐体１９２側へ折り曲げられている点である。その他の点に関しては同じであるため、説明を省略する。

ヒートシンク２２３では、図１に示すヒートシンク１２３に比べて、バルブ１０１の第３通気孔１１３から排出される空気が当たる面積が増えている。したがって、この実施形態の流体制御装置２００は、圧電ポンプ１０の冷却効果を向上できる。

以下、本発明の第３実施形態に係る流体制御装置について説明する。

図１３は、本発明の第３実施形態に係る流体制御装置３００の要部の断面図である。図１４は、図１３に示すヒートシンク３２３の要部を拡大した外観斜視図である。

第３実施形態の流体制御装置３００が第２実施形態の流体制御装置２００と相違する点は、ヒートシンク３２３である。ヒートシンク３２３が第２実施形態のヒートシンク２２３と相違する点は、対向部３２４における第３通気孔１１３に対向する面が凹凸状に形成されている点である。その他の点に関しては同じであるため、説明を省略する。

ヒートシンク３２３では、図１１に示すヒートシンク２２３に比べて、バルブ１０１の第３通気孔１１３から排出される空気が当たる面積が増えている。したがって、この実施形態の流体制御装置は、圧電ポンプ１０の冷却効果をさらに向上できる。

なお、図１に示すヒートシンク１２３も同様に、対向部１２４における第３通気孔１１３に対向する面が凹凸状に形成されていてもよい。

以下、本発明の第４実施形態に係る流体制御装置について説明する。

図１５は、本発明の第４実施形態に係る流体制御装置に備えられる圧電ポンプ１０、バルブ１０１及びヒートシンク４２３の外観斜視図である。

第４実施形態の流体制御装置が第２実施形態の流体制御装置２００と相違する点は、ヒートシンク４２３である。ヒートシンク４２３が第２実施形態のヒートシンク２２３と相違する点は、対向部４２４が櫛歯状に形成されている点である。その他の点に関しては同じであるため、説明を省略する。

ヒートシンク４２３では、図１１に示すヒートシンク２２３に比べて、バルブ１０１の第３通気孔１１３から排出される空気が当たる面積が増えている。したがって、この実施形態の流体制御装置は、圧電ポンプ１０の冷却効果をさらに向上できる。

なお、図１５に示すヒートシンク４２３も同様に、対向部４２４における第３通気孔１１３に対向する面が凹凸状に形成されていてもよい。

《その他の実施形態》
なお、前述の実施形態では流体として空気を用いているが、これに限るものではない。実施の際、当該流体が、空気以外の気体であっても適用できる。

また、前述の実施形態ではヒートシンク１２３、２２３、３２３、４２３はポンプ筐体８０の底面に装着されているが、これに限るものではない。実施の際、ヒートシンクはポンプ筐体のどこに装着されていてもよい。例えばヒートシンクはポンプ筐体８０の側面に装着されていてもよい。

また、前述の実施形態におけるポンプは、ユニモルフ型で屈曲振動するアクチュエータ４０を備えるが、振動板の両面に圧電素子を貼着してバイモルフ型で屈曲振動するアクチュエータを備えてもよい。

また、前述の実施形態におけるポンプは、圧電素子４２の伸縮によって屈曲振動するアクチュエータ４０を備えるが、これに限るものではない。例えば、電磁駆動で屈曲振動するアクチュエータを備えてもよい。

また、前述の実施形態において、圧電素子はチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなるが、これに限るものではない。例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム系及びアルカリニオブ酸系セラミックス等の非鉛系圧電体セラミックスの圧電材料などからなってもよい。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０…圧電ポンプ
４０…圧電アクチュエータ
４１…振動板
４２…圧電素子
４３…補強板
４５…ポンプ室
５１…可撓板
５２…吸引孔
５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ…スペーサ
５４…蓋板
５５、５６…吐出孔
５７…固定部
５８…可動部
６０…振動板ユニット
６１…枠板
６２…連結部
６３、７２…外部端子
７０…電極導通用板
７１…枠部位
７３…内部端子
８０…ポンプ筐体
９１…基板
９２…開口部
１００、２００、３００…流体制御装置
１０１…バルブ
１０９…カフ
１０９Ａ…腕帯ゴム管
１１０、１１１…第１通気孔
１１２…第２通気孔
１１３…第３通気孔
１１５…制御部
１２０…ダイヤフラム
１２１…孔部
１２３、２２３、３２３、４２３…ヒートシンク
１２４、２２４、３２４、４２４…対向部
１３１、１３２…第１バルブ室
１３３、１３４…第２バルブ室
１３５…連通路
１３８、１３９…弁座
１５１…第１シール材
１５２…第２シール材
１５５Ａ、１５５Ｂ…第１貫通孔
１５６Ａ、１５６Ｂ…第２貫通孔
１６０…逆止弁
１７０…排気弁
１８０…突出部
１８２…開口部
１９１…第１弁筺体
１９２…第２弁筺体

Claims (7)

1. 吐出孔が設けられたポンプ筐体を有するポンプと、
   前記吐出孔に接続する第１通気孔と、第２通気孔と、第３通気孔とが設けられたバルブ筐体を有するバルブと、
   前記第２通気孔に接続し、前記第１通気孔を介して前記第２通気孔から流出する気体を貯蔵する容器と、
   前記第３通気孔に対向する対向部を有し、前記ポンプ筐体に装着されたヒートシンクと、を備える、流体制御装置。
2. 前記バルブは、前記バルブ筐体とともに第１バルブ室および第２バルブ室を構成する弁体を有し、
   前記弁体は、前記第１バルブ室の圧力および前記第２バルブ室の圧力に基づいて、前記第２通気孔および前記第３通気孔が接続していない状態と、前記第２通気孔および前記第３通気孔が接続した状態とを切り替える、請求項１に記載の流体制御装置。
3. 前記対向部は、前記バルブ筐体側へ先端が折り曲げられている、請求項１又は２に記載の流体制御装置。
4. 前記対向部における前記第３通気孔に対向する面は、凹凸状に形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の流体制御装置。
5. 前記対向部は、櫛歯状に形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の流体制御装置。
6. 前記ポンプは、振動板と前記振動板を屈曲振動させる圧電素子とを有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の流体制御装置。
7. 前記容器に貯蔵される前記気体の圧力に基づいて血圧を測定する制御部を備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の流体制御装置。