JP2022155163A - ポンプシステムおよび流体供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、スマートウォッチ、血圧計等のウェアラブル端末のように人体の表面（皮膚）に沿うように設計された凹状の湾曲形状を有する流体供給装置に搭載し易いポンプおよび当該ポンプを備える流体供給装置を提供する。【解決手段】ポンプ５は、密閉室９１と、密閉室９１の容積を変化させる可動壁９２と、電磁駆動し、可動壁９２を変位させて密閉室９１内の流体を密閉室９１外へ吐出する振動アクチュエータ８と、を有する。そして、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、Ｘ軸に沿う方向をＸ軸方向、Ｙ軸に沿う方向をＹ軸方向、Ｚ軸に沿う方向をＺ軸方向としたとき、Ｙ軸方向からの平面視で、外形が凹形状である。【選択図】図６

Description

本発明は、ポンプシステムおよび流体供給装置に関する。

例えば、特許文献１には、円柱状のポンプが記載されている。

特開２０２０－０４１４６９号公報

しかしながら、図１に示すように、例えば、スマートウォッチ、血圧計等のウェアラブル端末のように人体の表面（皮膚）に沿うように設計された凹状の扁平湾曲形状を有する装置１０内に円柱状のポンプ５０を搭載しようとすると、装置１０に対してポンプ５０が干渉してしまい、装置１０内に十分なスペースがあったとしても、搭載できない場合がある。このような場合、搭載するためには、例えば、二点鎖線で示すようにポンプ５０を小さくするか、一点鎖線で示すように装置１０を大きくする必要があるが、前者では技術的な問題で小型化が困難な場合があり、後者では装置１０が大型化してしまう。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、特に、凹状の湾曲形状を有する装置内に搭載し易い形状を有するポンプおよび当該ポンプが搭載された流体供給装置を提供することを目的とする。

このような目的は、以下の（１）～（１０）の本発明により達成される。

（１） 密閉室と、
前記密閉室の容積を変化させる可動壁と、
電磁駆動し、前記可動壁を変位させて前記密閉室内の流体を前記密閉室外へ吐出する振動アクチュエータと、を有し、
互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、
前記Ｘ軸に沿う方向をＸ軸方向、前記Ｙ軸に沿う方向をＹ軸方向、前記Ｚ軸に沿う方向をＺ軸方向としたとき、
前記Ｙ軸方向からの平面視で、外形が凹形状であることを特徴とするポンプ。

（２） 前記外形は、前記Ｙ軸方向からの平面視で、円弧形状である上記（１）に記載のポンプ。

（３） 前記外形は、前記Ｙ軸方向の平面視で、中央部とその両側に位置する端部との間に段差を有する段差形状である上記（１）に記載のポンプ。

（４） 前記外形は、前記Ｚ軸方向の長さが、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向の長さよりも短い扁平形状を有する上記（１）ないし（３）のいずれかに記載のポンプ。

（５） 前記振動アクチュエータは、前記Ｙ軸方向に往復振動して前記可動壁を変位させる可動体を有する上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のポンプ。

（６） 前記振動アクチュエータは、前記Ｘ軸方向に往復振動して前記可動壁を変位させる可動体を有する上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のポンプ。

（７） 前記振動アクチュエータは、前記Ｚ軸まわりに往復振動して前記可動壁を変位させる可動体を有する上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のポンプ。

（８） 前記Ｘ軸方向の平面視で、前記外形が凹形状である上記（１）ないし（７）のいずれかに記載のポンプ。

（９） 上記（１）ないし（８）のいずれかに記載のポンプを備えることを特徴とする流体供給装置。

（１０） 人体に装着して用いられ、
前記人体に沿う湾曲形状を有する部分に前記ポンプが搭載されている上記（９）に記載の流体供給装置。

本発明のポンプでは、筐体がＹ軸方向の平面視で凹状に湾曲または屈曲している。そのため、例えば、スマートウォッチ、血圧計等のウェアラブル端末のように人体の表面（皮膚）に沿うように設計された凹状の湾曲形状を有する流体供給装置に搭載し易くなる。

従来技術の問題点を説明するための模式図である。 第１実施形態に係る電子血圧計を示す斜視図である。 電子血圧計に搭載されたポンプを示す斜視図である。 ポンプをＹ軸方向から見た平面図である。 ポンプが電子血圧計に搭載された様子を示す断面図である。 ポンプの分解斜視図である。 ポンプの駆動状態を示す断面図である。 ポンプの駆動状態を示す断面図である。 第２実施形態に係るポンプを示す斜視図である。 ポンプをＹ軸方向から見た平面図である。 ポンプの分解斜視図である。 ポンプの駆動状態を示す断面図である。 ポンプの駆動状態を示す断面図である。 第３実施形態に係るポンプを示す斜視図である。 ポンプをＹ軸方向から見た平面図である。 ポンプが電子血圧計に搭載された様子を示す断面図である。 ポンプの分解斜視図である。 ポンプの駆動状態を示す断面図である。 ポンプの駆動状態を示す断面図である。 第４実施形態に係るヘルメットを示す斜視図である。 ヘルメットに搭載されたポンプを示す斜視図である。 ポンプをＹ軸方向から見た平面図である。 ポンプをＸ軸方向から見た平面図である。 ポンプの分解斜視図である。

以下、本発明のポンプシステムおよび流体供給装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。また、Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ軸方向」とも言い、Ｙ軸に沿う方向を「Ｙ軸方向」とも言い、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、各軸の矢印側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｚ軸方向プラス側を「上」とも言い、マイナス側を「下」とも言う。

＜第１実施形態＞
図２は、第１実施形態に係る電子血圧計を示す斜視図である。図３は、電子血圧計に搭載されたポンプを示す斜視図である。図４は、ポンプをＹ軸方向から見た平面図である。図５は、ポンプが電子血圧計に搭載された様子を示す断面図である。図６は、ポンプの分解斜視図である。図７および図８は、それぞれ、ポンプの駆動状態を示す断面図である。

図２に、流体供給装置としての電子血圧計１を示す。電子血圧計１は、本体２と、本体２に接続されたカフ３と、を有する。カフ３は、被験者の被測定部位Ｈ（例えば、腕）に装着され、本体２からの流体供給により内部にある図示しない袋体が膨らんで被測定部位Ｈを圧迫する。本体２は、カフ３内の圧力を測定し、その測定結果に基づいて被験者の血圧を算出する。電子血圧計１では、本体２とカフ３とが一体に設けられており、本体２もカフ３と共に被測定部位Ｈに装着される。なお、本体２からカフ３に供給される流体としては、特に限定されず、液体であっても気体であってもよいが、気体であることが好ましい。以下では、説明の便宜上、前記流体を空気として説明する。

一般的なオシロメトリック法に従って血圧を測定する場合、次のようにする。まず、被験者の被測定部位Ｈにカフ３を巻き付ける。そして、血圧測定時には、本体２からカフ３内に空気を供給してカフ３内の圧力（カフ圧）を最高血圧より高くする。その後徐々に減圧し、この過程においてカフ３内の圧力を本体２で検出し、被測定部位Ｈの動脈で発生する動脈容積の変動を脈波信号として取り出す。その時のカフ圧の変化に伴う脈波信号の振幅の変化、主に立ち上がりと立ち下がりに基づいて最高血圧（収縮期血圧）および最低血圧（拡張期血圧）を算出する。ただし、血圧測定方法としては特に限定されない。例えば、オシロメトリック法と共に一般的に使用されているリバロッチ・コロトコフ法を用いてもよい。

図２に示すように、本体２は、被測定部位Ｈにフィットするように、被測定部位Ｈの表面に沿うように凹状に湾曲した形状を有する。具体的には、本体２は、Ｙ軸方向からの平面視で、Ｙ軸まわりに略円弧状に湾曲した円弧形状を有する。このような本体２（人体に沿う部分）には、カフ３内に空気を供給するポンプ５と、カフ３内の圧力を検出する圧力センサー４と、各部の駆動を制御する制御装置６とが内蔵されている。また、本体２の表面には、血圧測定を開始するためのボタン２１、計測結果を表示するためのディスプレイ２２等が設けられている。ただし、電子血圧計１の構成としては、特に限定されない。

≪ポンプ５≫
図３および図４に示すように、ポンプ５の外形（輪郭形状）は、Ｚ軸方向を厚さ方向とし、Ｚ軸方向の長さがＸ軸方向およびＹ軸方向の長さよりも短い扁平形状である。これにより、薄いポンプ５となる。また、ポンプ５の外形（輪郭形状）は、本体２の形状に沿った凹形状である。具体的には、ポンプ５の外形は、平板状であり、かつ、Ｙ軸方向からの平面視で、外形が凹形状であり、Ｙ軸まわりに略円弧状に湾曲した円弧形状である。

つまり、ポンプ５は、互いに表裏関係にありＺ軸方向に並ぶ一対の主面５ａ、５ｂを有しており、これら主面５ａ、５ｂが、それぞれ、Ｙ軸方向からの平面視で、Ｙ軸まわりに同心的に湾曲した円弧状の湾曲面で構成されている。また、ポンプ５の曲率半径は、本体２の曲率半径とほぼ等しい。これにより、ポンプ５が本体２の湾曲に倣う湾曲形状となり、図５に示すように、本体２内の円弧状のスペースＳにフィットさせてポンプ５を搭載することができる。そのため、従来のように、ポンプ５の小型化を図ったり、本体２の大型化を図ったりしなくても、本体２にポンプ５を搭載することができる。特に、外形を円弧形状とすることにより、主面５ａ、５ｂから角がなくなり、ポンプ５の小型化を図ることができる。

なお、ポンプ５の外形（輪郭形状）は、Ｘ軸方向からの平面視では、Ｙ軸方向を長手とする略長方形状をなし、Ｚ軸方向からの平面視では、Ｙ軸方向を長手とする略長方形状である。

図３に示すように、ポンプ５は、ケース７と、ケース７のＹ軸方向両側に設けられたポンプ部９Ａ、９Ｂと、を有する。ポンプ部９Ａは、ケース７のＹ軸方向プラス側に位置し、ポンプ部９Ｂは、ケース７のＹ軸方向マイナス側に位置している。ポンプ５では、これらケース７およびポンプ部９Ａ、９Ｂによって外形（輪郭形状）が構成されている。ただし、ポンプ５の外形を構成する部材としては、特に限定されない。例えば、ポンプ部９Ａ、９Ｂをケース７内に収容し、実質的にケース７だけでポンプ５の外形を構成してもよい。

図６に示すように、ケース７は、Ｚ軸方向プラス側に開口する箱状のベース７１と、ベース７１の開口を塞ぐリッド７２と、を有する。このような構成とすることにより、ケース７内に各部材を収容し易くなる。特に、Ｚ軸方向プラス側に開口を形成することにより、開口をより大きくすることができ、上述の効果がより顕著となる。また、ベース７１のＹ軸方向両側の側面には、後述する押圧子８２２ａ、８２３ａを挿通するための開口７１１が形成されている。このようなケース７は、内部の各部を保護すると共に、電磁シールドとしても機能する。

そして、ケース７には、振動アクチュエータ８および一対のバネ５１Ａ、５１Ｂが収容されている。振動アクチュエータ８は、ケース７に対してＹ軸方向に可動自在な可動体８２と、ケース７に固定されたコイルコア部８５と、を有する。振動アクチュエータ８では、コイルコア部８５に給電することにより、可動体８２をＹ軸方向に往復振動させることができる。このように、可動体８２がＹ軸方向に往復振動する構成とすることにより、ポンプ５のＸ軸方向の長さを抑えることができる。

コイルコア部８５は、ボビン８５１と、ボビン８５１に巻回された一対のコイル８５２、８５３と、を有する。ボビン８５１は、Ｙ軸方向に延びる管状をなし、ケース７の外形に倣った円弧形状となっている。また、一対のコイル８５２、８５３は、Ｙ軸方向に並んで配置されている。コイル８５２は、ボビン８５１の中心よりもＹ軸方向プラス側に位置し、コイル８５３は、ボビン８５１の中心よりもＹ軸方向マイナス側に位置している。なお、本実施形態では、ボビン８５１の外周に環状の凹条８５１ａ、８５１ｂが形成されている。そして、凹条８５１ａにコイル８５２が巻回され、凹条８５１ｂにコイル８５３が巻回されている。このような構成によれば、凹条８５１ａ、８５１ｂがコイル８５２、８５３の位置決め部として機能するため、コイル８５２、８５３の位置決めおよび巻き付けが容易となる。

可動体８２は、管状のボビン８５１内に挿入されている。また、可動体８２は、板状をなし、ケース７の外形に倣った円弧形状となっている。また、可動体８２は、図示しないガイドを介してケース７に対してＹ軸方向に往復振動可能に支持されている。このような可動体８２は、マグネット８２１と、マグネット８２１のＹ軸方向両側に接続された一対のヨーク８２２、８２３と、を有する。ヨーク８２２は、マグネット８２１のＹ軸方向プラス側に位置し、ヨーク８２３は、マグネット８２１のＹ軸方向マイナス側に位置している。マグネット８２１は、永久磁石でありＹ軸方向に磁化している。図示の形態では、ヨーク８２２側がＮ極、ヨーク８２３側がＳ極となっている。

ヨーク８２２は、Ｙ軸方向プラス側（ポンプ部９Ａ側）に突出する押圧子８２２ａを有する。同様に、ヨーク８２３は、Ｙ軸方向マイナス側（ポンプ部９Ｂ側）に突出する押圧子８２３ａを有する。押圧子８２２ａは、一方の開口７１１を介してケース７外に突出し、ポンプ部９Ａに接続されている。同様に、押圧子８２３ａは、他方の開口７１１を介してケース７外に突出し、ポンプ部９Ｂに接続されている。可動体８２がＹ軸方向プラス側に変位すると、押圧子８２２ａによってポンプ部９Ａが押圧されてポンプ部９Ａから空気が吐出される。反対に、可動体８２がＹ軸方向マイナス側に変位すると、押圧子８２３ａによってポンプ部９Ｂが押圧されてポンプ部９Ｂから空気が吐出される。

バネ５１Ａは、可動体８２とポンプ部９Ａとの間に位置している。また、バネ５１Ａは、ケース７に固定された固定部５１Ａ１と、ヨーク８２２と係合した係合部５１Ａ２と、固定部５１Ａ１と係合部５１Ａ２とを接続するバネ部５１Ａ３と、を有する。一方、バネ５１Ｂは、可動体８２とポンプ部９Ｂとの間に位置している。また、バネ５１Ｂは、ケース７に固定された固定部５１Ｂ１と、ヨーク８２３と係合した係合部５１Ｂ２と、固定部５１Ｂ１と係合部５１Ｂ２とを接続するバネ部５１Ｂ３と、を有する。

図７および図８に示すように、コイルコア部８５に給電されていない状態（以下「自然状態」とも言う）では、可動体８２は、その両側に位置するバネ５１Ａ、５１Ｂの弾性によってボビン８５１の略中央に保持される。自然状態では、Ｚ軸方向からの平面視で、マグネット８２１のＹ軸方向プラス側の端部がコイル８５２と重なっており、マグネット８２１のＹ軸方向マイナス側の端部がコイル８５３と重なっている。

ポンプ部９Ａ、９Ｂは、振動アクチュエータ８が収容されたケース７に対してＹ軸方向両側に分かれて配置されている。具体的には、ケース７のＹ軸方向プラス側にポンプ部９Ａが配置され、Ｙ軸方向マイナス側にポンプ部９Ｂが配置されている。図７および図８に示すように、これらポンプ部９Ａ、９Ｂは、互いに同様の構成であり、それぞれ、密閉室９１と、可動壁９２と、を有する。

密閉室９１は、外部から空気を吸入する吸入口９８と、密閉室９１室内の空気を吐出する吐出口９９とに接続されている。また、密閉室９１と吸入口９８との間にバルブ９３が設けられている。バルブ９３は、吸入口９８から密閉室９１への空気の吸入を許容し、密閉室９１から吸入口９８への空気の吐出を規制する。また、密閉室９１と吐出口９９との間にはバルブ９４が設けられている。バルブ９４は、密閉室９１から吐出口９９の空気の吐出を許容し、吐出口９９から密閉室９１への空気の吸入を規制する。これにより、空気の吸入と吐出とをより確実にかつより効率的に行うことができる。

可動壁９２は、密閉室９１室内に面し、密閉室９１の一部を構成している。可動壁９２は、例えば、ダイヤフラムであり、弾性変形可能な材料により形成されている。

ポンプ部９Ａでは、可動壁９２は、密閉室９１のＹ軸方向マイナス側の壁面を構成しており、ヨーク８２２の押圧子８２２ａと接続されている。可動体８２がＹ軸方向プラス側に変位すると、可動壁９２が押圧子８２２ａで押圧されて変位し、密閉室９１室内の容積が減少する。密閉室９１室内の容積が減少すると、密閉室９１室内の圧力が増加し、密閉室９１室内の空気が吐出口９９から吐出される。反対に、可動体８２がＹ軸方向マイナス側に変位すると、可動壁９２は、自らの復元力（弾性）およびバネ５１Ａの弾性によって変位し、密閉室９１室内の容積が増加する。密閉室９１室内の容積が増加すると、密閉室９１室内の圧力が低下し、吸入口９８から密閉室９１室内に空気が流入する。

一方、ポンプ部９Ｂでは、可動壁９２は、密閉室９１のＹ軸方向プラス側の壁面を構成しており、ヨーク８２３の押圧子８２３ａと接続されている。可動体８２がＹ軸方向マイナス側に変位すると、可動壁９２が押圧子８２３ａで押圧されて変位し、密閉室９１室内の容積が減少する。密閉室９１室内の容積が減少すると、密閉室９１室内の圧力が増加し、密閉室９１室内の空気が吐出口９９から吐出される。反対に、可動体８２がＹ軸方向プラス側に変位すると、可動壁９２は、自らの復元力（弾性）およびバネ５１Ｂの弾性によって変位し、密閉室９１室内の容積が増加する。密閉室９１室内の容積が増加すると、密閉室９１室内の圧力が低下し、吸入口９８から密閉室９１室内に空気が流入する。

≪制御装置６≫
図２に示すように、制御装置６は、振動アクチュエータ８の駆動を制御する駆動制御部６１と、カフ３内の圧力を検出する圧力検出部６２と、を有する。制御装置６は、例えば、コンピュータで構成され、情報を処理するプロセッサ（ＣＰＵ）と、プロセッサに通信可能に接続されたメモリと、外部インターフェースと、を有する。また、メモリにはプロセッサにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサは、メモリに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行する。

以上、電子血圧計１の構成について説明した。次に、ポンプ５の駆動について説明する。

駆動制御部６１は、図７に示す第１状態と、図８に示す第２状態と、が交互に繰り返されるように、コイル８５２、８５３に交流電圧を印加する。これにより、可動体８２がＹ軸方向に往復振動する。

図７に示す第１状態では、Ｙ軸方向プラス側の推力Ｆｙ１が発生し、Ｙ軸方向プラス側に可動体８２が変位する。これにより、ポンプ部９Ａでは押圧子８２２ａによって可動壁９２が押圧され、密閉室９１室内の容積が減少し、密閉室９１室内の空気が吐出口９９から吐出される。反対に、ポンプ部９Ｂでは密閉室９１室内の容積が増加し、吸入口９８から密閉室９１室内に空気が流入する。

図８に示す第２状態では、Ｙ軸方向マイナス側の推力Ｆｙ２が発生し、Ｙ軸方向マイナス側に可動体８２が変位する。これにより、ポンプ部９Ｂでは押圧子８２３ａによって可動壁９２が押圧され、密閉室９１室内の容積が減少し、密閉室９１室内の空気が吐出口９９から吐出される。反対に、ポンプ部９Ａでは密閉室９１室内の容積が増加し、吸入口９８から密閉室９１室内に空気が流入する。

このような第１状態と第２状態とを交互に繰り返すことにより、ポンプ部９Ａから空気が吐出される状態と、ポンプ部９Ｂから空気が吐出される状態とが交互に繰り返され、ポンプ５から空気が連続的に吐出される。そして、ポンプ５から吐出された空気がカフ３に供給され、カフ３が膨らむ。カフ３内の圧力は、圧力センサー４の出力に基づいて圧力検出部６２が検出する。

以上、ポンプ５の駆動について説明した。次に、ポンプ５の駆動原理について説明する。振動アクチュエータ８は、下記式（１）に示す運動方程式および下記式（２）に示す回路方程式に基づいて駆動する。

このように、可動体８２の慣性モーメントＪ［Ｋｇ＊ｍ^２］、変位角（回転角度）θ（ｔ）［ｒａｄ］、推力定数Ｋｆ［Ｎｍ／Ａ］、電流ｉ（ｔ）［Ａ］、ばね定数Ｋｓｐ［Ｎｍ／ｒａｄ］、減衰係数Ｄ［Ｎｍ／（ｒａｄ／ｓ）］等は、それぞれ、式（１）を満たす範囲内において適宜設定することができる。また、電圧ｅ（ｔ）［Ｖ］、抵抗Ｒ［Ω］、インダクタンスＬ［Ｈ］、逆起電力定数Ｋｅ［Ｖ／（ｒａｄ／ｓ）］は、それぞれ、式（２）を満たす範囲内において適宜設定することができる。

また、ポンプ５では、下記式（３）により流量が設定され、下記式（４）により圧力が設定される。

このように、ポンプ５における流量Ｑ［Ｌ／ｍｉｎ］、ピストン面積Ａ［ｍ^２］、ピストン変位ｘ［ｍ］、駆動周波数ｆ［Ｈｚ］等は、それぞれ、式（３）を満たす範囲内において適宜設定することができる。また、増加圧力Ｐ［ｋＰａ］、大気圧Ｐ_０［ｋＰａ］、密閉室体積Ｖ［ｍ^３］、変動体積ΔＶ［ｍ^３］等は、それぞれ、式（４）を満たす範囲内において適宜設定することができる。

次に、振動アクチュエータ８の共振周波数について説明する。振動アクチュエータ８は、コイルコア部８５およびマグネット８２１の間に作用する磁力により形成される磁気ばねと、バネ５１Ａ、５１Ｂの弾性により形成される物理ばねと、密閉室９１内の空気の弾力により形成される空気ばね（流体ばね）とにより可動体８２を支持するバネマス系構造を有する。そのため、可動体８２は、下記式（５）に示す共振周波数ｆｒを有する。したがって、共振周波数ｆｒと略等しい交流電圧をコイル８５２、８５３に印加することにより、可動体８２を共振駆動させることができ、ポンプ５を効率良く駆動させることができる。

＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態に係るポンプを示す斜視図である。図１０は、ポンプをＹ軸方向から見た平面図である。図１１は、ポンプの分解斜視図である。図１２および図１３は、それぞれ、ポンプの駆動状態を示す断面図である。

本実施形態のポンプ５は、主に、可動体８２の振動方向が異なること以外は、前述した第１実施形態のポンプ５と同様である。そのため、以下の説明では、本実施形態に関して、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関しては、その説明を省略する。また、図９ないし図１３において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

≪ポンプ５≫
図９および図１０に示すように、ポンプ５の外形（輪郭形状）は、平板状であり、かつ、Ｙ軸方向からの平面視で、Ｙ軸まわりに略円弧状に湾曲した円弧形状である。ポンプ５は、ケース７と、ケース７のＸ軸方向両側に位置する一対のポンプ部９Ａ、９Ｂと、を有する。ポンプ部９Ａは、ケース７のＸ軸方向プラス側に位置し、ポンプ部９Ｂは、ケース７のＸ軸方向マイナス側に位置している。ポンプ５では、これらケース７およびポンプ部９Ａ、９Ｂによって外形（輪郭形状）が構成されている。ただし、ポンプ５の外形（輪郭形状）を構成する部材としては、特に限定されない。

また、図１１に示すように、ケース７には振動アクチュエータ８が収容されている。振動アクチュエータ８は、ケース７に対してＸ軸方向に可動自在な可動体８２と、可動体８２をガイドするガイド８３と、ケース７に固定されたコイルコア部８５と、を有する。振動アクチュエータ８では、コイルコア部８５に給電することにより、可動体８２がケースの円弧に沿ってＹ軸まわりに回転するようにして（円弧を描くようにして）、Ｘ軸方向に往復振動する。このように、可動体８２がＸ軸方向に往復振動する構成とすることにより、ポンプ５のＹ軸方向の長さを抑えることができる。

コイルコア部８５は、コア８５４と、コア８５４に巻回された一対のコイル８５５、８５６と、を有する。コア８５４は、平板状であり、ケース７の形状に倣って円弧状に湾曲している。また、コア８５４は、ケース７の内底面に固定されている。また、コア８５４は、Ｚ軸方向プラス側に突出した一対の突出部８５４ａ、８５４ｂを有する。突出部８５４ａ、８５４ｂは、それぞれ、Ｙ軸方向に延在する長手形状であり、Ｘ軸方向に並んで配置されている。そして、一方の突出部８５４ａにコイル８５５が巻回されており、他方の突出部８５４ｂにコイル８５６が巻回されている。

可動体８２は、コイルコア部８５に被さるようにして、コイルコア部８５の上方に配置されている。可動体８２は、平板状であり、ケース７に倣った円弧形状となっている。また、可動体８２は、ヨーク８２４と、ヨーク８２４に固定されたマグネット８２５と、を有する。また、マグネット８２５は、Ｘ軸方向に並んで配置された３つのマグネット８２５ａ、８２５ｂ、８２５ｃを有する。マグネット８２５ａ、８２５ｂ、８２５ｃは、それぞれ、永久磁石であり、Ｚ軸方向に磁化している。なお、図示の形態では、中央に位置するマグネット８２５ｂは、Ｚ軸方向プラス側がＳ極、Ｚ軸方向マイナス側がＮ極となっている。一方、両端部に位置するマグネット８２５ａ、８２５ｃは、Ｚ軸方向プラス側がＮ極、Ｚ軸方向マイナス側がＳ極となっている。つまり、マグネット８２５の下面（コイルコア部８５と対向する磁極面）にはＳ極とＮ極とがＸ軸方向に沿って交互に配置されている。なお、初期状態では、マグネット８２５ａ、８２５ｂの境界が突出部８５４ａ上に位置し、マグネット８２５ｂ、８２５ｃの境界が突出部８５４ｂ上に位置している。

ヨーク８２４は、上側からマグネット８２５に被さっている。図１２および図１３に示すように、ヨーク８２４は、下面に開口する凹部を有し、この凹部にマグネット８２５が収容されている。また、ヨーク８２４は、マグネット８２１のＸ軸方向プラス側に突出する押圧子８２４ａと、Ｘ軸方向マイナス側に突出する押圧子８２４ｂと、を有する。可動体８２がＸ軸方向プラス側に変位すると、押圧子８２４ａによってポンプ部９Ａが押圧されてポンプ部９Ａから空気が吐出され、反対に、可動体８２がＸ軸方向マイナス側に変位すると、押圧子８２４ｂによってポンプ部９Ｂが押圧されてポンプ部９Ｂから空気が吐出される。

ポンプ部９Ａ、９Ｂは、振動アクチュエータ８が収容されたケース７に対してＸ軸方向両側に分かれて配置されている。具体的には、ケース７のＸ軸方向プラス側にポンプ部９Ａが配置され、Ｘ軸方向マイナス側にポンプ部９Ｂが配置されている。これらポンプ部９Ａ、９Ｂは、互いに同様の構成である。

ガイド８３は、可動体８２のＹ軸方向両側に配置されている。各ガイド８３は、ケース７に固定されたレール８３１と、レール８３１と可動体８２（ヨーク８２４）との間にＸ軸方向に並んで配置された複数のボール８３２と、各ボール８３２をレール８３１に対して転動自在に保持するホルダ８３３と、を有する。なお、ヨーク８２４のＹ軸方向両側面には、溝８２４ｃが形成されており、この溝８２４ｃにボール８３２が係合している。

駆動制御部６１は、図１２に示す第１状態と、図１３に示す第２状態と、が交互に繰り返されるように、コイル８５２、８５３に交流電圧を印加する。これにより、可動体８２がＸ軸方向に往復振動する。

図１２に示す第１状態では、Ｘ軸方向プラス側の推力Ｆｘ１が発生し、Ｘ軸方向プラス側に可動体８２が変位する。これにより、ポンプ部９Ａでは押圧子８２４ａによって可動壁９２が押圧され、密閉室９１室内の容積が減少し、密閉室９１室内の空気が吐出口９９から吐出される。反対に、ポンプ部９Ｂでは密閉室９１室内の容積が増加し、吸入口９８から密閉室９１室内に空気が流入する。

図１３に示す第２状態では、Ｘ軸方向マイナス側の推力Ｆｘ２が発生し、Ｘ軸方向マイナス側に可動体８２が変位する。これにより、ポンプ部９Ｂでは押圧子８２４ｂによって可動壁９２が押圧され、密閉室９１室内の容積が減少し、密閉室９１室内の空気が吐出口９９から吐出される。反対に、ポンプ部９Ａでは密閉室９１室内の容積が増加し、吸入口９８から密閉室９１室内に空気が流入する。

このような第１状態と第２状態とを交互に繰り返すことにより、ポンプ部９Ａから空気が吐出される状態と、ポンプ部９Ｂから空気が吐出される状態とが交互に繰り返され、ポンプ５から空気が連続的に吐出される。

＜第３実施形態＞
図１４は、第３実施形態に係るポンプを示す斜視図である。図１５は、ポンプをＹ軸方向から見た平面図である。図１６は、ポンプが電子血圧計に搭載された様子を示す断面図である。図１７は、ポンプの分解斜視図である。図１８および図１９は、それぞれ、ポンプの駆動状態を示す断面図である。

本実施形態のポンプ５は、主に、外形（輪郭形状）が異なること以外は、前述した第１実施形態のポンプ５と同様である。そのため、以下の説明では、本実施形態に関して、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関しては、その説明を省略する。また、図１４ないし図１９において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

≪ポンプ５≫
図１４および図１５に示すように、ポンプ５の外形は、平板状であり、かつ、Ｙ軸方向からの平面視で、Ｘ軸方向中央部とその両側に位置する端部との間に段差を有する段差形状である。また、ポンプ５は、ケース７と、ケース７のＸ軸方向両側に位置する一対のポンプ部９Ａ、９Ｂと、を有する。ポンプ部９Ａは、ケース７のＸ軸方向プラス側に位置し、ポンプ部９Ｂは、ケース７のＸ軸方向マイナス側に位置している。ポンプ５では、これらケース７およびポンプ部９Ａ、９Ｂによって外形（輪郭形状）が構成されている。ただし、ポンプ５の外形（輪郭形状）を構成する部材としては、特に限定されない。

また、ケース７は、Ｚ軸方向を厚さとしＸ－Ｙ平面に広がる平板状であり、ポンプ部９Ａ、９Ｂに対してＺ軸方向プラス側にずれて配置されている。これにより、前記中央部を構成するケース７と、前記端部を構成するポンプ部９Ａ、９Ｂとの間に段差面が形成される。具体的には、ポンプ５の主面５ａには、ケース７とポンプ部９Ａ、９Ｂとの間にＸ軸方向を向く段差面５ａ１が形成され、主面５ｂには、ケース７とポンプ部９Ａ、９Ｂとの間にＸ軸方向を向く段差面５ｂ１が形成される。

図１５に示すように、このようなケース７は、本体２と略等しい曲率半径の円弧Ｃに沿って形成されている。これにより、ポンプ５が本体２の湾曲に倣う段差形状となり、図１６に示すように、本体２内の円弧状のスペースＳにフィットさせてポンプ５を搭載することができる。そのため、従来のように、ポンプ５の小型化を図ったり、本体２の大型化を図ったりしなくても、本体２にポンプ５を搭載することができる。特に、外形を段差形状とすることにより、例えば、図１６に示すようなケース７に形成された突起７９に段差を係合させることにより、ケース７に対するポンプ５の位置決めを容易に行うことができる。また、各部を湾曲させる手間が省けるため、ポンプ５の低コスト化を図ることもできる。

また、図１７に示すように、ケース７には振動アクチュエータ８が収容されている。振動アクチュエータ８は、軸部８１と、軸部８１を介してケース７に対してＺ軸まわりに可動自在に支持された可動体８２と、ケース７に固定されたマグネット部８６と、を有する。振動アクチュエータ８では、可動体８２に給電することにより、可動体８２がＺ軸まわりに往復振動する。このように、可動体８２がＺ軸まわりに往復振動する構成とすることにより、例えば、前述した第１、第２実施形態のような可動体８２をガイドするガイドが不要となるため、ポンプ５の小型化および低コスト化を図ることができる。

可動体８２は、軸部８１に接続されたヨーク８２７と、ヨーク８２７に巻回されたコイル８２８と、を有する。なお、コイル８２８は、管状のボビン８２９に巻回された状態でヨーク８２７に設けられている。ただし、これに限定されず、ボビン８２９を省略してヨーク８２７にコイル８２８を直接、巻回してもよい。

ヨーク８２７は、Ｙ軸方向マイナス側の端部において軸部８１に接続されている。また、ヨーク８２７は、軸部８１に接続された基部８２７ａと、基部８２７ａからＹ軸方向プラス側に突出し、ボビン８２９が挿入された棒状の挿入部８２７ｂと、挿入部８２７ｂの先端部に接続され、挿入部８２７ｂに対して拡幅した磁極部８２７ｃと、を有する。磁極部８２７ｃは、Ｚ軸方向からの平面視で円弧状をなす磁極面８２７ｄを有し、コイル８２８に給電されると、この磁極面８２７ｄが励磁する。

また、ヨーク８２７は、Ｘ軸方向プラス側に突出する押圧子８２７ｆと、Ｘ軸方向マイナス側に突出する押圧子８２７ｇと、を有する。可動体８２がＺ軸まわりにＸ軸方向プラス側に変位すると、押圧子８２７ｆによってポンプ部９Ａが押圧されてポンプ部９Ａから空気が吐出され、反対に、可動体８２がＺ軸まわりにＸ軸方向マイナス側に変位すると、押圧子８２７ｇによってポンプ部９Ｂが押圧されてポンプ部９Ｂから空気が吐出される。

マグネット部８６は、ヨーク８２７のＹ軸方向プラス側に位置し、ヨーク８２７の磁極面８２７ｄと対向して配置されている。このようなマグネット部８６は、コア部８６１と、コア部８６１に設けられた一対のマグネット８６２、８６３と、を有する。コア部８６１は、平板状であり、ケース７のＹ軸方向プラス側の内側面に固定されている。マグネット８６２、８６３は、コア部８６１に設けられており、Ｘ軸方向に並んで配置されている。また、マグネット８６２、８６３は、Ｙ軸方向に互いに逆向きに着磁されている。図示の形態では、マグネット８６２は、磁極面８２７ｄ側がＳ極、反対側がＮ極となっている。一方、マグネット８６３は、磁極面８２７ｄ側がＮ極、反対側がＳ極となっている。

ポンプ部９Ａ、９Ｂは、振動アクチュエータ８が収容されたケース７に対してＸ軸方向両側に分かれて配置されている。具体的には、ケース７のＸ軸方向プラス側にポンプ部９Ａが配置され、Ｘ軸方向マイナス側にポンプ部９Ｂが配置されている。これら２つのポンプ部９Ａ、９Ｂは、互いに同様の構成である。

駆動制御部６１は、図１８に示す第１状態と、図１９に示す第２状態と、が交互に繰り返されるように、コイル８２８に交流電圧を印加する。これにより、可動体８２がＺ軸まわりに往復振動する。

図１８に示す第１状態では、Ｚ軸まわりＸ軸方向プラス側の推力Ｆθ１が発生し、Ｘ軸方向プラス側に可動体８２が変位する。これにより、ポンプ部９Ａでは押圧子８２７ｆによって可動壁９２が押圧され、密閉室９１室内の容積が減少し、密閉室９１室内の空気が吐出口９９から吐出される。反対に、ポンプ部９Ｂでは密閉室９１室内の容積が増加し、吸入口９８から密閉室９１室内に空気が流入する。

図１９に示す第２状態では、Ｚ軸まわりＸ軸方向マイナス側の推力Ｆθ２が発生し、Ｘ軸方向マイナス側に可動体８２が変位する。これにより、ポンプ部９Ｂでは押圧子８２７ｇによって可動壁９２が押圧され、密閉室９１室内の容積が減少し、密閉室９１室内の空気が吐出口９９から吐出される。反対に、ポンプ部９Ａでは密閉室９１室内の容積が増加し、吸入口９８から密閉室９１室内に空気が流入する。

このような第１状態と第２状態とを交互に繰り返すことにより、ポンプ部９Ａから空気が吐出される状態と、ポンプ部９Ｂから空気が吐出される状態とが交互に繰り返され、ポンプ５から空気が連続的に吐出される。そして、ポンプ５から吐出された空気がカフ３に供給され、カフ３が膨らむ。

＜第４実施形態＞
図２０は、第４実施形態に係るヘルメットを示す斜視図である。図２１は、ヘルメットに搭載されたポンプを示す斜視図である。図２２は、ポンプをＹ軸方向から見た平面図である。図２３は、ポンプをＸ軸方向から見た平面図である。図２４は、ポンプの分解斜視図である。

本実施形態のポンプ５は、主に、外形が異なること以外は、前述した第２実施形態のポンプ５と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関しては、その説明を省略する。また、図２０ないし図２４において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図２０に、流体供給装置としてのヘルメット１００を示す。ヘルメット１００は、頭部に沿う湾曲形状を有する硬質なシェル部１１０と、シェル部１１０の内側に設けられた軟質なインナー１２０と、を有する。そして、シェル部１１０にポンプ５が搭載されている。また、インナー１２０には、図示しない袋体が設けられており、ポンプ５から供給された空気により袋体を膨らますことにより、インナー１２０を頭部にフィットさせることができる。

≪ポンプ５≫
図２１に示すように、ポンプ５の外形は、ドーム状の凹形状である。具体的には、図２２および図２３に示すように、ポンプ５の外形は、Ｙ軸方向からの平面視で、外形が凹形状であり、Ｙ軸まわりに円弧状に湾曲した円弧形状を有し、さらに、Ｘ軸方向からの平面視でも、外形が凹形状であり、Ｘ軸まわりに円弧状に湾曲した円弧形状を有する。これにより、ポンプ５がシェル部１１０の湾曲に倣う湾曲形状となり、シェル部１１０の形状にフィットさせてポンプ５を搭載することができる。そのため、従来のように、ポンプ５の小型化を図ったり、本体２の大型化を図ったりしなくても、シェル部１１０にポンプ５を搭載することができる。

図２４に示すように、ポンプ部９Ａ、９Ｂおよび振動アクチュエータ８の構成は、Ｘ軸まわりにも湾曲した形状となっている以外は、前述した第２実施形態と同様である。そのため、これらの説明を省略する。

以上、本発明のポンプシステムおよび流体供給装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、例えば、前述した実施形態では、流体供給装置として、電子血圧計およびヘルメットを例に挙げているが、流体を供給する必要のある流体供給装置であれば、どのようなウェアラブル端末であっても、それ以外のどのような機械、器具であっても、特に限定されない。

１…電子血圧計 １０…装置 １００…ヘルメット １１０…シェル部 １２０…インナー ２…本体 ２１…ボタン ２２…ディスプレイ ３…カフ ４…圧力センサー ５、５０…ポンプ ５ａ、５ｂ…主面 ５ａ１、５ｂ１…段差面 ５１Ａ、５１Ｂ…バネ ５１Ａ１、５１Ｂ１…固定部 ５１Ａ２、５１Ｂ２…係合部 ５１Ａ３、５１Ｂ３…バネ部 ６…制御装置 ６１…駆動制御部 ６２…圧力検出部 ７…ケース ７１…ベース ７１１…開口 ７２…リッド ７９…突起 ８…振動アクチュエータ ８１…軸部 ８２…可動体 ８２１…マグネット ８２２…ヨーク ８２２ａ…押圧子 ８２３…ヨーク ８２３ａ…押圧子 ８２４…ヨーク ８２４ａ、８２４ｂ…押圧子 ８２４ｃ…溝 ８２５、８２５ａ、８２５ｂ、８２５ｃ…マグネット ８２７…ヨーク ８２７ａ…基部 ８２７ｂ…挿入部 ８２７ｃ…磁極部 ８２７ｄ…磁極面 ８２７ｆ、８２７ｇ…押圧子 ８２８…コイル ８２９…ボビン ８３…ガイド ８３１…レール ８３２…ボール ８３３…ホルダ ８５…コイルコア部 ８５１…ボビン ８５１ａ、８５１ｂ…凹条 ８５２、８５３…コイル ８５４…コア ８５４ａ、８５４ｂ…突出部 ８５５、８５６…コイル ８６…マグネット部 ８６１…コア部 ８６２、８６３…マグネット ９Ａ、９Ｂ…ポンプ部 ９１…密閉室 ９２…可動壁 ９３、９４…バルブ ９８…吸入口 ９９…吐出口 Ｃ…円弧 Ｆｘ１、Ｆｘ２、Ｆｙ１、Ｆｙ２、Ｆθ１、Ｆθ２…推力 Ｈ…被測定部位 Ｓ…スペース

Claims (10)

1. 密閉室と、
   前記密閉室の容積を変化させる可動壁と、
   電磁駆動し、前記可動壁を変位させて前記密閉室内の流体を前記密閉室外へ吐出する振動アクチュエータと、を有し、
   互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、
   前記Ｘ軸に沿う方向をＸ軸方向、前記Ｙ軸に沿う方向をＹ軸方向、前記Ｚ軸に沿う方向をＺ軸方向としたとき、
   前記Ｙ軸方向からの平面視で、外形が凹形状であることを特徴とするポンプ。
2. 前記外形は、前記Ｙ軸方向からの平面視で、円弧形状である請求項１に記載のポンプ。
3. 前記外形は、前記Ｙ軸方向の平面視で、中央部とその両側に位置する端部との間に段差を有する段差形状である請求項１に記載のポンプ。
4. 前記外形は、前記Ｚ軸方向の長さが、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向の長さよりも短い扁平形状を有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のポンプ。
5. 前記振動アクチュエータは、前記Ｙ軸方向に往復振動して前記可動壁を変位させる可動体を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のポンプ。
6. 前記振動アクチュエータは、前記Ｘ軸方向に往復振動して前記可動壁を変位させる可動体を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のポンプ。
7. 前記振動アクチュエータは、前記Ｚ軸まわりに往復振動して前記可動壁を変位させる可動体を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のポンプ。
8. 前記Ｘ軸方向の平面視で、前記外形が凹形状である請求項１ないし７のいずれか１項に記載のポンプ。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載のポンプを備えることを特徴とする流体供給装置。
10. 人体に装着して用いられ、
    前記人体に沿う湾曲形状を有する部分に前記ポンプが搭載されている請求項９に記載の流体供給装置。

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