JP6288395B1 - バルブ、流体制御装置および血圧計 - Google Patents
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Abstract
流体制御装置(100)は圧電ポンプ(10)とバルブ(101)とカフ(109)とを備える。バルブ(101)は第1弁筐体(191)とダイヤフラム(120)と第2弁筐体(192)とを備える。第2弁筐体(192)はカフ(109)の内部空間に通じる第2通気孔(112)と流体制御装置(100)外部に通じる第3通気孔(113)と第3通気孔(113)の周囲に形成された第1弁座(139)とを有する。第2弁筐体(192)は、第2通気孔(112)と第3通気孔(113)とを結ぶ第1流路(141)をダイヤフラム(120)とともに形成する。第2弁筐体(192)は、ダイヤフラム(120)に向けて突出し第1流路(141)の一部を形成する突出部(140)を有する。突出部(140)とダイヤフラム(120)との最短距離は第3通気孔(113)の直径(2r)より短い。
Description
この発明は、流体の逆流を防ぐバルブ、このバルブを備える流体制御装置、及びこの流体制御装置を備える血圧計に関する。
特許文献1は、バルブを備える流体制御装置を開示している。
図14は、特許文献1に係る流体制御装置900の要部の断面図である。流体制御装置900は、圧電ポンプ10とバルブ901とカフ109とを備える。流体制御装置900は、血圧計に使用される。圧電ポンプ10の詳細は、後述する。バルブ901は、第1弁筐体991とダイヤフラム920と第2弁筐体992とを備えている。
第1弁筐体991は、圧電ポンプ10の吐出孔56に通じる第1通気孔910と、圧電ポンプ10の吐出孔55に通じる第1通気孔911と、ダイヤフラム920側へ突出した弁座938と、を有する。第2弁筐体992は、カフ109に通じる第2通気孔912と、大気開放されている第3通気孔913と、第3通気孔913の周囲に形成された弁座939と、を有する。
ダイヤフラム920は、弁座938に対向する領域の中心部に開口部921を有する。ダイヤフラム920は、第1通気孔910及び第1通気孔911に通じる第1バルブ室931と、第2通気孔912に通じる第2バルブ室933とを、第2弁筐体992及び第1弁筐体991とともに構成する。
次に、血圧測定時における流体制御装置900の動作について説明する。
図15は、図14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900の空気の流れを示す説明図である。図16は、図14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900の空気の流れを示す説明図である。
流体制御装置900が血圧の測定を開始すると、圧電ポンプ10が空気を吐出孔55及び吐出孔56からバルブ901の第1バルブ室931に吐出する。これにより、第1バルブ室931の圧力が第2バルブ室933の圧力より高くなる。そのため、図15に示すように、ダイヤフラム920が第3通気孔913を塞ぐ。また、ダイヤフラム920における開口部921の周囲が弁座938から離間する。この結果、空気が圧電ポンプ10からバルブ901の第1通気孔911と、開口部921と、第2通気孔912と、を経由してカフ109へ送出され、カフ109内の圧力が高まる。
次に、流体制御装置900が血圧の測定を終了すると、流体制御装置900は、圧電ポンプ10の駆動を停止する。これにより、ポンプ室45と第1バルブ室931の空気は、圧電ポンプ10の吸引孔52および開口部921から大気へ速やかに排出される。そのため、第1バルブ室931の圧力が第2バルブ室933の圧力より低下する。そのため、図16に示すようにダイヤフラム920は、弁座938に接触して開口部921を塞ぐ。また、ダイヤフラム920は、弁座939から離間して第3通気孔913を開放する。この結果、カフ109の空気が第2通気孔912、連絡路135及び第2バルブ室933を経由して第3通気孔913から急速に排出される。
以上より、バルブ901は、カフ109に圧縮空気を充填した後、カフ109から空気を急速に排出することができる。これにより、カフ109は、急速に萎むため、次回の血圧の測定をすぐに開始できる状態となる。
しかしながら、流体制御装置900が圧縮空気をカフ109に充填し、圧縮空気をカフ109から排出する間に、図16に示すようにカフ109の内部に異物Fが含まれる可能性がある。異物Fは例えば、カフ109の内表面から剥がれたカフ109の繊維である。
そして、流体制御装置900が圧縮空気をカフ109から排出する時、異物Fが第2通気孔912から第2バルブ室933に流れる。この時、異物Fが第3通気孔913から流体制御装置900の外部へ排出されれば良いが、次のような可能性がある。
すなわち、図17に示すように異物Fが開口部921を塞いだりダイヤフラム920と弁座939との間に挟まったりした場合、流体制御装置900が圧縮空気をカフ109に充填できなくなる。また、異物Fがダイヤフラム920と第2弁筐体992との間に挟まった場合、カフ109に充填する空気の流量が低下する。一方、図18に示すように異物Fが第3通気孔913を塞いだ場合、流体制御装置900が圧縮空気をカフ109から排出できなくなる。
したがって、バルブ901を含む従来のバルブには、異物によって動作不良を起こすという問題がある。
本発明の目的は、異物によって動作不良を起こすことを防止できるバルブ、流体制御装置、及び血圧計を提供することにある。
本発明のバルブは、弁筐体と弁体とを備える。弁筐体は、第1通気孔と、第2通気孔と、第3通気孔と、第3通気孔の周囲から突出する第1弁座と、を有する。弁体は、第2通気孔と第3通気孔とを結ぶ第1流路を弁筐体とともに形成する。弁体は、第1弁座に対して接触又は離間する。
弁筐体は、弁体に向けて突出する突出部を有する。突出部は、第1流路の一部を形成する。第1流路は、突出部と弁体とにより形成される狭小部を有する。狭小部における突出部と弁体との最短距離は、第3通気孔の最小幅より短い。
この構成では例えば、第1通気孔はポンプの吐出孔に接続され、第2通気孔は容器に接続され、第3通気孔は大気開放される。
この構成において、ポンプが駆動を開始すると、気体がポンプの吐出孔から第1通気孔を介して弁筐体の内部へ流入する。このとき、弁体が第1弁座に接触し第3通気孔を閉塞すると、弁筐体の内部へ流入した気体は、第2通気孔から容器内に流出する。この結果、圧縮気体が容器内に充填される。
次に、ポンプが駆動を停止し、弁体が第1弁座から離間し第3通気孔を開放すると、容器内に充填された圧縮気体は、第2通気孔から弁筐体の内部の第1流路に流入する。そして、第1流路に流入した気体は、第3通気孔から弁筐体の外部へ排出される。
この構成では、圧縮気体が容器から排出される時、第2通気孔から第1流路に流れた異物が第3通気孔の直径より大きい場合、狭小部を通過できない。
したがって、本発明のバルブは、容器の内部に異物が含まれたとしても、異物によって動作不良を起こすことを防止できる。
また、本発明の流体制御装置は、吐出孔を有するポンプと、バルブと、気体を貯蔵する容器と、を備えている。バルブの第1通気孔は、ポンプの吐出孔に接続され、バルブの第2通気孔は、容器に接続される。
本発明の流体制御装置は、本発明のバルブを備えるため、本発明の流体制御装置も本発明のバルブと同様の効果を奏する。
また、本発明の血圧計は、本発明の流体制御装置を備える。
本発明の血圧計は、本発明の流体制御装置を備えるため、本発明の血圧計も本発明の流体制御装置と同様の効果を奏する。
本発明は、異物によって動作不良を起こすことを防止できる。
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。流体制御装置100は、圧電ポンプ10とバルブ101とカフ109とを備える。流体制御装置100は、被検者の血圧を測定する血圧計に使用される。圧電ポンプ10の上面がバルブ101の底面に接合されることにより、バルブ101が圧電ポンプ10に接続されている。
バルブ101は、ノズル106Aを備える。カフ109の腕帯ゴム管109Aがバルブ101のノズル106Aに装着される。カフ109は、空気を貯蔵できる可撓性の容器である。
なお、カフ109が本発明の「容器」の一例に相当する。
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2を用いて圧電ポンプ10の構造について詳述する。
図2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。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。
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、小さなバネ定数の弾性を持つ。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。
なお、図2に示した例では、連結部62が2箇所に設けられているが、3箇所以上に設けられていてもよい。
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。振動板41は、例えばステンレススチールなどからなる。補強板43は、例えばステンレススチールなどからなる。
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は例えば樹脂からなる。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、枠部位71と、枠部位71から内側に突出する内部端子73と、枠部位71から外側に突出する外部端子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。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は例えば樹脂からなる。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及び吐出孔56が設けられている。
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。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の中央部には空洞部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より内側に位置し、空洞部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の振動に伴って、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。
従って、外部端子63及び外部端子72に交流の駆動電圧が印加されると、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、空洞部92及び吸引孔52を介して空気をポンプ室45へ吸引する。そして、圧電ポンプ10は、ポンプ室45の空気を吐出孔55及び吐出孔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、圧電アクチュエータ40の振動に伴う損失が少なく、圧電ポンプ10は、小型・低背でありながら高い吐出圧力と大きな吐出流量を実現できる。
次に、図1、図3、図4を用いてバルブ101の構造について詳述する。
図3、図4は、図1に示すバルブ101の分解斜視図である。図3は、バルブ101を、カフ109と接続する上面側から見た分解斜視図であり、図4は、バルブ101を、圧電ポンプ10と接合する底面側から見た分解斜視図である。
なお、図1、図3、図4は、Z軸方向、Y軸方向、およびX軸方向を示している。Z軸方向は、バルブ101を構成する各部材の積層方向を示している。X軸方向は、逆止弁160、連絡路135、及び排気弁170の設置方向を示している。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3、図4に示すように、第1弁筐体191と、第2接着部材152と、ダイヤフラム120と、第1接着部材151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。
第2弁筐体192は、図1、図3、図4に示すように、カフ109の内部空間に通じる第2通気孔112と、流体制御装置100外部に通じる第3通気孔113と、第3通気孔113の周囲に形成された第1弁座139と、6つの凹部182と、を有する。第2弁筐体192は、例えば樹脂からなる。第1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。
また、第2弁筐体192は、第2通気孔112と第3通気孔113とを結ぶ第1流路141をダイヤフラム120とともに形成する。第2弁筐体192は、突出部140を有する。突出部140は、ダイヤフラム120に向けて突出し、第1流路141の一部に狭小部145を形成する。
狭小部145における突出部140とダイヤフラム120との最短距離zは図1に示すように、第3通気孔113の開口面の最小幅より短い。第3通気孔113は円柱形であるため、第3通気孔113の最小幅とは第3通気孔113の開口面の直径2rである。
また、突出部140は、物質を吸着する壁面144を有する。壁面144は例えば両面テープや粘着剤で構成されている。壁面144は、ダイヤフラム120に対向しない突出部140の側面である。
第1弁筐体191の底面には、図1に示すように、圧電ポンプ10の上面が接着されている。第1弁筐体191は、図1、図3、図4に示すように、圧電ポンプ10の吐出孔56に通じる第1通気孔110と、圧電ポンプ10の吐出孔55に通じる第1通気孔111と、ダイヤフラム120側へ突出した第2弁座138と、6つの凹部182に対向する6つの第1突起180と、を有する。さらに、第1弁筐体191は、Z軸方向から平面視して6つの第1突起180より周縁側に6つの第2突起181を有する。第1弁筐体191は、例えば樹脂からなる。第2弁座138は、円柱形状である。
ダイヤフラム120は、長方形状の薄膜からなる。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)、又はシリコーンなどのゴムからなる。ダイヤフラム120には、図1、図3、図4に示すように、第2弁座138に対向する領域の中心部に円形の開口部121が設けられている。開口部121の直径は、ダイヤフラム120に接触する第2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は、6つの第1突起180が6つの凹部182に嵌め合わさることによって、第2接着部材152および第1接着部材151を介して第2弁筐体192および第1弁筐体191に挟持されている。これにより、ダイヤフラム120は、第1弁座139と離間し、ダイヤフラム120における開口部121の周囲が第2弁座138を与圧して接触するよう、第2弁筐体192および第1弁筐体191に固定されている。
ダイヤフラム120は、第1通気孔111に通じる円環状の第1バルブ室131と、連絡路135を介して第2通気孔112に通じる円柱状の第2バルブ室133とを、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に通じる円柱状の第1バルブ室132と、連絡路135を介して第2バルブ室133に通じる円環状の第2バルブ室134とを、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、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、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2接着部材152には、第2バルブ室133、連絡路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接着部材152は、例えば両面テープからなる。
次に、第1接着部材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〜155C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接着部材151は、例えば両面テープからなる。
第1貫通孔155Aの直径は、第1バルブ室131の直径よりも小さい。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。そのため、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接着部材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接着部材151の一部が位置する。
次に、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における開口部121の周囲と、第1弁筐体191からダイヤフラム120側へ突出する第2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。
逆止弁160では、ダイヤフラム120における開口部121の周囲が第2弁座138に接触することによる与圧P3と第1バルブ室131の圧力P1と第2バルブ室133の圧力P2との大小関係によって、ダイヤフラム120における開口部121の周囲が第2弁座138に対して接触または離間する。
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の周囲に形成された第1弁座139と、によって構成されている。
排気弁170では、第1バルブ室132の圧力P1と第2バルブ室134の圧力P2との大小関係によってダイヤフラム120の対向部122が第1弁座139に対して接触または離間する。ダイヤフラム120の対向部122は、ダイヤフラム120のうち第1弁座139に対向する部分である。
なお、ダイヤフラム120は本発明の「弁体」の一例に相当する。第1弁筐体191及び第2弁筐体192は本発明の「弁筐体」の一例に相当する。第1バルブ室131及び第1バルブ室132は本発明の「第1バルブ室」の一例に相当する。第2バルブ室133、連絡路135、及び第2バルブ室134は本発明の「第2バルブ室」の一例に相当する。
ここで、図1に示すように、ダイヤフラム120のヤング率をEとし、ダイヤフラム120のポアソン比をvとし、ダイヤフラム120において第1バルブ室132の圧力を受ける部分の半径をaとし、ダイヤフラム120の厚みをtとし、ダイヤフラム120の中心軸Cから第3通気孔113の外周のうち最も遠い外周点までの距離をrとし、圧力差Pがかかった時のダイヤフラム120における前記外周点軸上の地点Sの膨らみ量をwとしたとき、w=3/16×((1−v2)/(E×t3))×P×(r2−a2)2の関係を満たす(参考文献:井上達雄著、『弾性力学の基礎』、日刊工業新聞社、1979年3月発行)。
このとき、バルブ101は、与圧をP3とし、ダイヤフラム120における前記外周点軸上の地点Sから第1弁座139までの距離をyとしたとき、y<3/16×((1−v2)/(E×t3))×P3×(r2−a2)2の関係を満たす。
なお、ダイヤフラム120における地点Sが第1弁座139に接触することで、第3通気孔113は、ダイヤフラム120によって完全に閉塞される。
ここで、バルブ101では、図1に示すように、第2弁座138がダイヤフラム120を押し込む長さAが、ダイヤフラム120における前記外周点軸上の地点Sから第1弁座139までの長さyより短い。これにより、バルブ101は、y<3/16×((1−v2)/(E×t3))×P3×(r2−a2)2の関係を満たしている。
そのため、バルブ101は、血圧測定時において、図6〜図8に示す空気の流れを実現することができる。
図6は、図1に示す圧電ポンプ10が駆動を開始した直後における、流体制御装置100の空気の流れを示す説明図である。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。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。図6、図7、図8中における矢印は、空気の流れを示している。
まず、圧電ポンプ10が駆動を開始した直後における、流体制御装置100の空気の流れについて、図6を用いて説明する。
流体制御装置100は、血圧の測定を開始するとき、圧電ポンプ10を駆動する。圧電ポンプ10が駆動すると、まず空気が空洞部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及び吐出孔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P1が第2バルブ室134の圧力P2より高く与圧P3未満になったとき、図6に示すように、ダイヤフラム120が第1弁座139に接触する。これにより、排気弁170では、ダイヤフラム120が第3通気孔113を塞ぎ、第2通気孔112と第3通気孔113とが通じなくなる。すなわち、排気弁170が閉じる。
次に、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の空気の流れについて、図7を用いて説明する。
排気弁170が閉じた後、第1バルブ室132の圧力P1が与圧P3以上になったとき、逆止弁160では、図7に示すように、ダイヤフラム120における開口部121の周囲が第2弁座138から離間する。これにより、第1通気孔111と第2通気孔112とが開口部121を介して通じる。すなわち、逆止弁160が開く。
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、開口部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)が高まる。
なお、ダイヤフラム120は、ダイヤフラム120の開口部121の周囲が第2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、第2弁座138は、ダイヤフラム120における開口部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を経由して開口部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、開口部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P1が第2バルブ室134の圧力P2より若干勝り、ダイヤフラム120が第3通気孔113を塞いで開口部121を開放した状態が維持される。
次に、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の空気の流れについて、図8を用いて説明する。
血圧の測定が終了すると、流体制御装置100は、圧電ポンプ10の駆動を停止する。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および空洞部92から流体制御装置100の外部へ速やかに排出される。また、第2バルブ室133及び第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132の圧力P1が第2バルブ室134の圧力P2より低下する。これにより、ダイヤフラム120は、第2弁座138に接触して開口部121を塞ぐ。
また、排気弁170では、第1バルブ室132の圧力P1が第2バルブ室134の圧力P2より低下する。これにより、ダイヤフラム120は、第1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とが連絡路135及び第2バルブ室134を介して通じる。これにより、カフ109の空気が第2通気孔112、連絡路135及び第2バルブ室134を経由して第3通気孔113から急速に排出される(図8参照)。これにより、カフ109が急速に萎むため、次回の血圧の測定をすぐに開始できる状態となる。
このとき、バルブ101では、ダイヤフラム120は、第1弁座139から離間するよう第2弁筐体192および第1弁筐体191に固定されているため、第3通気孔113を閉塞しない。すなわち、バルブ101は、第2通気孔112および第3通気孔113が通じた状態を維持する。そのため、バルブ101では、カフ109内の圧力が大気圧になるまでカフ109内の空気が排出される。
ここで、流体制御装置100が圧縮空気をカフ109に充填し、圧縮空気をカフ109から排出する間に、図8に示すようにカフ109の内部に異物Fが含まれる可能性がある。異物Fは例えば、カフ109の内表面から剥がれたカフ109の繊維である。流体制御装置100が圧縮空気をカフ109に充填し、圧縮空気をカフ109から排出することを繰り返すと、カフ109の内表面から繊維が剥がれ易くなる。
圧縮空気がカフ109から排出される時、異物Fが第2通気孔112から連絡路135に流れる。この時、異物Fが第3通気孔113から流体制御装置100の外部へ排出されれば良いが、例えば開口部121又は第3通気孔113を塞ぐ可能性もある。
そこで、バルブ101では第2弁筐体192が突出部140を有する。第2弁筐体192は、第2通気孔112と第3通気孔113とを結ぶ第1流路141をダイヤフラム120とともに形成する。突出部140はダイヤフラム120とともに、狭小部145を第1流路141の一部に形成する。狭小部145における突出部140とダイヤフラム120との最短距離zは、第3通気孔113の開口面の直径2rより短い。そのため、圧縮空気がカフ109から排出される時、第2通気孔112から連絡路135に流れた異物Fが第3通気孔113の開口面の直径2rより大きい場合、突出部140とダイヤフラム120との間を通過できない。この異物Fは、突出部140の壁面144に付着する。壁面144は、物質を吸着するため、この異物Fは、突出部140の壁面144に捕捉される。
また、開口部121の開口面の直径2R1は、第2通気孔112の開口面の直径2R2より長い。この構成は、圧縮空気がカフ109から排出される時、第2通気孔112から連絡路135に流れた異物Fが開口部121を塞ぐことを防止することができる。
したがって、バルブ101は、カフ109の内部に異物Fが含まれたとしても、異物Fによって動作不良を起こすことを防止できる。特に排気弁170においてバルブ101は、異物Fが第3通気孔113や開口部121を塞ぐことを防止することができる。
なお、圧縮空気がカフ109から排出される時、第2通気孔112から連絡路135に流れた異物Fが第3通気孔113の直径2rより小さい場合、突出部140とダイヤフラム120との間を通過しても、異物Fは第3通気孔113から第2弁筐体192の外部へ排出される。
また、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接着部材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接着部材152の一部が位置する。
そのため、第2接着部材152及び第1接着部材151は、第2弁筐体192、第1弁筐体191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Fの捕捉とを行うことができる。
また、この実施形態のバルブ101を備える流体制御装置100及び血圧計も同様の効果を奏する。
以下、本発明の第2実施形態に係る流体制御装置200について説明する。
図9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10は、図9に示す第2弁筐体292の底面図である。
流体制御装置200が流体制御装置100と相違する点は、第2弁筐体292である。流体制御装置200の第2弁筐体292が流体制御装置100の第2弁筐体192と相違する点は、突出部240及び中間部245を有する点である。突出部240の形状は突出部140の形状と相違する。第2弁筐体292は、第2通気孔112と突出部240との間に中間部245を有する。中間部245とダイヤフラム120との最短距離wは、突出部240とダイヤフラム120との最短距離zより長い。突出部240とダイヤフラム120との最短距離zは、第3通気孔113の直径2rより短い。その他の構成については同じであるため、説明を省略する。
図11は、図9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200の空気の流れを示す説明図である。図11中における矢印は、空気の流れを示している。
流体制御装置100では図8に示すように、圧縮空気がカフ109から排出される時、第2通気孔112から連絡路135に流れた圧縮空気が第2バルブ室133に流れるおそれがある。即ち第2通気孔112から連絡路135に流れた異物Fが第2バルブ室133に流れ、ダイヤフラム120と第2弁筐体292との間に挟まったり、開口部121を塞いだりする可能性が考えられる。
そこで、図11に示すように、流体制御装置200では第2弁筐体292が中間部245を有している。そのため、圧縮空気がカフ109から排出される時、流路抵抗が減少することにより第2通気孔112から連絡路135に流れた空気が第2バルブ室134方向に流れ易くなる。即ち、第2通気孔112から連絡路135に流れた異物Fは、第2バルブ室134に誘導される。第2バルブ室134に流れた異物Fは、突出部240の壁面144に付着する。
したがって、バルブ201はさらに、異物Fによって動作不良を起こすことをバルブ101より防止できる。特に逆止弁160においてバルブ101は、異物Fがダイヤフラム120と第2弁筐体292との間に挟まったり、開口部121を塞いだりすることを防止することができる。また、バルブ201を備える流体制御装置200及び血圧計も同様の効果を奏する。
また、中間部245を備えることにより突出部240の壁面144に付着した異物Fが第2通気孔112の開口面と対向することを回避できる。この構成により、付着した異物Fが複数であった場合であっても、それら複数の異物Fが第2通気孔112を塞ぐことを防止できる。
以下、本発明の第3実施形態に係る流体制御装置300について説明する。
図12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13は、図12に示す第2弁筐体392の底面図である。
流体制御装置300が流体制御装置200と相違する点は、第2弁筐体392である。流体制御装置300の第2弁筐体392が流体制御装置200の第2弁筐体292と相違する点は、第2弁筐体392が第1流路341及び第2流路342をダイヤフラム120とともに形成する点である。第2弁筐体392は、第2通気孔112と第3通気孔113との間に位置する障壁349と、突出部340と、中間部345と、を有する。突出部340の形状は突出部240の形状と相違する。第2弁筐体392は、第2通気孔112と突出部340との間に中間部345を有する。中間部345とダイヤフラム120との最短距離は、突出部340とダイヤフラム120との最短距離より長い。突出部340とダイヤフラム120との最短距離は、第3通気孔113の開口面の直径2rより短い。その他の構成については同じであるため、説明を省略する。
第1流路341は図13に示すように、障壁349を迂回することによって第2通気孔112と第3通気孔113とを結ぶ。そのため、第1流路341の長さは、第2通気孔112と第3通気孔113とを結ぶ最短距離より長い。即ち、第1流路341の長さは、図5及び図10に示す第1流路141の長さより長い。
同様に、第2流路342は図13に示すように、障壁349を迂回することによって第2通気孔112と第3通気孔113とを結ぶ。そのため、第2流路342の長さは、第2通気孔112と第3通気孔113とを結ぶ最短距離より長い。即ち、第2流路342の長さは、図5及び図10に示す第1流路141の長さより長い。
以上よりバルブ301は、第1流路341又は第2流路342のいずれか1つの流路が異物Fによって塞がれた場合でも、圧縮空気がカフ109から排出される時、第2通気孔112から連絡路135に流れた空気を、他方の流路を介して第3通気孔113から排出できる。
また、第1流路341及び第2流路342が第1流路141より長いため、異物Fを補足できる確率が高くなる。
したがって、バルブ301はさらに、異物Fによって動作不良を起こすことをバルブ201より防止できる。また、バルブ301を備える流体制御装置300及び血圧計も同様の効果を奏する。
《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く、流体が、空気以外の気体でも適用できる。
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く、流体が、空気以外の気体でも適用できる。
また、前述の実施形態では流体制御装置100、200、300がカフ109に空気を充填したが、これに限るものではない。実施の際、流体制御装置がカフ以外の容器に気体を充填してもよい。
また、前述の実施形態では流体制御装置100、200、300が図1、図9、図12に示すように、第1バルブ室131及び第1バルブ室132を分離する障壁185を備えているが、これに限るものではない。実施の際、流体制御装置100、200、300は障壁185を除去し、第1バルブ室131及び第1バルブ室132を連結してもよい。この場合、第1弁筐体191は、第1通気孔110及び第1通気孔111のいずれか1つだけを備えれば良い。この場合、圧電ポンプ10も、吐出孔55及び吐出孔56のいずれか1つだけを備えれば良い。
また、前述の実施形態では圧電ポンプ10は、ユニモルフ型で屈曲振動する圧電アクチュエータ40を備えるが、振動板41の両面に圧電素子42を貼着してバイモルフ型で屈曲振動する圧電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42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。
また、前述の実施形態では流体制御装置100、200、300は、圧電素子42の伸縮によって駆動する圧電ポンプ10を備えているが、これに限るものではない。流体制御装置は例えば、電磁誘導により駆動する電磁ポンプを備えてもよい。
また、前述の実施形態では第3通気孔113が円柱形であるため、第3通気孔113の最小幅が第3通気孔113の直径2rに相当するが、これに限るものではない。第3通気孔が他の形状(例えば四角柱形)である場合、突出部と弁体との最短距離は、第3通気孔の最小幅より短ければ良い。
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であり、制限的なものではない。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、本発明の範囲は、特許請求の範囲と均等の範囲を含む。
F…異物
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…空洞部
100、200、300…流体制御装置
101、201、301…バルブ
106A…ノズル
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
120…ダイヤフラム
121…開口部
122…対向部
131、132…第1バルブ室
133、134…第2バルブ室
135…連絡路
138…第2弁座
139…第1弁座
140、240、340…突出部
141…第1流路
144…壁面
145…狭小部
151…第1接着部材
152…第2接着部材
155A、155B…第1貫通孔
156A、156B…第2貫通孔
160…逆止弁
170…排気弁
180…第1突起
181…第2突起
182…凹部
185…障壁
191…第1弁筐体
192、292、392…第2弁筐体
245、345…中間部
341…第1流路
342…第2流路
349…障壁
900…流体制御装置
901…バルブ
910、911…第1通気孔
912…第2通気孔
913…第3通気孔
920…ダイヤフラム
921…開口部
931…第1バルブ室
933…第2バルブ室
938、939…弁座
991…第1弁筐体
992…第2弁筐体
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…空洞部
100、200、300…流体制御装置
101、201、301…バルブ
106A…ノズル
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
120…ダイヤフラム
121…開口部
122…対向部
131、132…第1バルブ室
133、134…第2バルブ室
135…連絡路
138…第2弁座
139…第1弁座
140、240、340…突出部
141…第1流路
144…壁面
145…狭小部
151…第1接着部材
152…第2接着部材
155A、155B…第1貫通孔
156A、156B…第2貫通孔
160…逆止弁
170…排気弁
180…第1突起
181…第2突起
182…凹部
185…障壁
191…第1弁筐体
192、292、392…第2弁筐体
245、345…中間部
341…第1流路
342…第2流路
349…障壁
900…流体制御装置
901…バルブ
910、911…第1通気孔
912…第2通気孔
913…第3通気孔
920…ダイヤフラム
921…開口部
931…第1バルブ室
933…第2バルブ室
938、939…弁座
991…第1弁筐体
992…第2弁筐体
Claims (10)
- 外部と連通し流体が流入する第1通気孔と、容器に連通し前記容器に対し流体が流出入する第2通気孔と、外部に連通し流体が外部に流出する第3通気孔と、前記第3通気孔の周囲に形成された第1弁座と、を有する弁筐体と、
前記第2通気孔と前記第3通気孔とを結ぶ第1流路を前記弁筐体とともに形成する弁体と、を備え、
前記弁体は、前記第1弁座に接触して、前記第3通気孔における前記弁筐体内部と外部とを非連通とし、又は前記第1弁座から離間して、前記第3通気孔における前記弁筐体内部と外部とを連通させ、
前記弁筐体は、前記弁体に向けて突出し、前記第1流路の一部を形成する突出部を有し、
前記第1流路は、前記突出部と前記弁筐体とにより形成される狭小部を有し、
前記突出部と前記弁体との最短距離は、前記第3通気孔の開口面における最小幅より短い、バルブ。 - 前記弁体は、前記第1通気孔に通じる第1バルブ室と、前記第2通気孔および前記第3通気孔に通じる第2バルブ室とを、前記弁筐体とともに形成し、
前記弁筐体は、前記弁体が接触または離間可能な第2弁座を有し、
前記弁体は、前記第1バルブ室と前記第2バルブ室を連通可能な開口部を有し、
前記開口部は、前記弁体が前記第2弁座に接触して前記第1バルブ室と前記第2バルブ室を非連通とし、前記弁体が前記第2弁座から離間して前記第1バルブ室と前記第2バルブ室とを連通させる、請求項1に記載のバルブ。 - 前記開口部の開口面における最大幅は、前記第2通気孔の開口面における最大幅より長い、請求項2に記載のバルブ。
- 前記弁筐体は、前記第2通気孔と前記突出部との間に中間部を有し、
前記中間部と前記弁体との最短距離は、前記狭小部における前記突出部と前記弁体との最短距離より長いことを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載のバルブ。 - 前記第1流路の長さは、前記第2通気孔と前記第3通気孔とを結ぶ最短距離より長い、請求項1から4のいずれか1項に記載のバルブ。
- 前記弁筐体は、前記第2通気孔と前記第3通気孔とを結び、前記第1流路と異なる第2流路を前記弁体とともに形成することを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載のバルブ。
- 前記突出部は、物質を吸着する壁面を有し、
前記壁面は、前記弁体に対向しない、請求項1から6のいずれか1項に記載のバルブ。 - 前記弁体は、前記第1バルブ室の圧力が前記第2バルブ室の圧力より高くなったとき、前記第2弁座から離間して前記開口部を介して前記第1通気孔と前記第2通気孔とを連通し、前記第1弁座と接触して前記第3通気孔を閉塞し、
前記弁体は、前記第1バルブ室の圧力が前記第2バルブ室の圧力以下になったとき、前記第1弁座から離間して前記第3通気孔を介して前記第2通気孔と前記第3通気孔とを連通し、前記第2弁座に接触して前記開口部を閉塞する、請求項2から7のいずれか1項に記載のバルブ。 - 吐出孔を有するポンプと、
請求項1から8のいずれか1項に記載のバルブと、
気体を貯蔵する容器と、を備え、
前記バルブの前記第1通気孔は、前記ポンプの前記吐出孔に接続され、
前記バルブの前記第2通気孔は、前記容器に接続され、
前記バルブの前記第3通気孔は、大気に開放される、流体制御装置。 - 請求項9に記載の流体制御装置を備える血圧計。
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