JP2007278480A - 電動排気弁及び血圧計 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単かつコンパクトな構造であり、組立が容易で生産コストの低減が図れ、しかも、姿勢差によらずに安定した特性を発揮することのできる電動排気弁を提供する。
【解決手段】ボビン２０内のエア通路２１の端部に設けられたノズル２３と、ノズルと並べてボビン内に配された固定鉄心４０と、通電により固定鉄心を磁化する励磁コイル３０と、固定鉄心が磁化されたとき、その磁気吸引力に応じて初期位置からノズルに向けて変位する可動鉄片６０と、可動鉄片を初期位置に付勢する板バネ６８と、可動鉄片に設けられ、ノズルの開度を調節するゴム弁７０と、先端部が可動鉄片の両側部に磁気ギャップを介して対向するヨーク５０と、を有し、前記可動鉄片に、可動鉄片がノズルに向けて変位したときに固定鉄心の一端円柱部４１が侵入可能な円孔６１が形成され、該円孔の内周と固定鉄心の一端円柱部の外周との間に磁気ギャップが確保されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に血圧計用排気装置に適用されて好適な電動排気弁、及び、この電動排気弁を備える血圧計に関する。

血圧計として、カフ帯内の圧力を所定値まで増加させた後、その圧力を徐々に減圧していき、この減圧過程において血圧値を測定するものがある。このような血圧計では、カフ帯内の圧力を徐々に減圧するために、電動排気弁が使用されている。

血圧計で使用される電動排気弁の従来例として、特許文献１に記載されたものが知られている。この電動排気弁は、可動コイル式のものであり、図７に示すように構成されている。

図７において、２０１は本体ハウジング、２０２はフロントハウジングである。本体ハウジング２０１の前端開口を塞ぐフロントハウジング２０２には、ポンプやカフ帯等に通じるエア流通路２０３が設けられ、エア流通路２０３の一端が、本体ハウジング２０１内に向け、エア流出口（排気口）２０４として開口している。

本体ハウジング２０１の内部には、中心に、可動要素としてのアーマチュア２２０が配置され、その外周に、永久磁石２１０、ヨーク２１１、２１２が配設されている。そして、アーマチュア２２０に装備された駆動コイル２２５が、ヨーク２１１、２１２間の隙間に挿入され、コイル２２５がヨーク２１１、２１２間の磁界を横切る形に配設されている。

アーマチュア２２０の頭部は、フロントハウジング２０２の中心に対向しており、その頭部には、エア流出口２０４に対向させて、エア流出口２０４を開閉するためのゴム弁（オリフィスパッキン）２３０が設けられている。また、アーマチュア２２０は、その変位方向の両端で、２つの板バネ２４１、２４２によって本体ハウジング２０１に支持されており、これら板バネ２４１、２４２によって、弁を開く方向、つまりゴム弁２３０をエア流出口２０４から離間させる方向に付勢されている。

この電動排気弁を用いて血圧測定をする場合には、まず、駆動コイル２２５に通電することにより、ヨーク２１１、２１２間の磁界を横切る電流をコイル２２５に流す。そうすると、コイル２２５に駆動力が発生し、アーマチュア２２０が板バネ２４１、２４２の付勢力に抗して移動し、ゴム弁２３０がエア流通口２０４を閉じる。この状態で、加圧ポンプによりカフ帯内へ空気を供給してカフ帯を加圧する。

次に、カフ帯の減圧過程に移行する。このときには、駆動コイル２２５への供給電流を徐々に減少させることによって、駆動コイル２２５に生じる駆動力を弱めていく。すると、板バネ２４１、２４２の付勢力によってアーマチュア２２０が初期位置に向けて移動し、ゴム弁２３０がエア流通口２０４から離反して弁が徐々に開き、カフ帯内の空気がエア流通口２０４を通り、微少量ずつ外部へ排気される。この微少量排気によるカフ帯内の減圧過程において血圧が計測される。

また、特許文献１とは別に、ゴム弁によるエア流量の制御をより細かくできるようにするため、ゴム弁の表面に細かな凹凸を設けて、ゴム弁をノズル（エア流通口）に押し付けた際のゴムのつぶれ具合によって、凹凸による微小隙間を管理する技術も、特許文献２において知られている。

特許第３０２９０７３号公報 特開２００５−１５５８９８号公報

ところで、従来の電動排気弁は、コイルを具備したアーマチュアを、永久磁石の磁力を利用して動かし、弁を開閉する方式であるため、部品点数が多く、構造が複雑である上に、可動部分が重くなりやすかった。しかも、上限圧力（通常２８０ｍｍＨｇ〜３００ｍｍＨｇ程度）でエア漏れしないよう全閉するのに必要な駆動力を得るために、コイルの重量が大きくなりがちであり、更に可動部分が重くなりやすかった。

また、排気の精度を上げるためには、そのように重くなりがちな可動部分を、バネで付勢した状態で、円滑に精度良く動かさなくてはならない。

従って、コンパクトに構成することが難しい上に、精密な組み付け作業が必要であり、生産コストが高くなるという問題があった。

また、可動部分が重くなることによって、例えば、手首式血圧計に適用した場合に、血圧測定時の姿勢の差によって排気特性に変化が表れ、結果的に測定精度に悪影響が出る可能性もあった。

また、従来の、永久磁石による磁界をコイルに流れる電流が横切ることによって動力を取り出す可動コイル式の電動排気弁は、コイルに流す電流に比例した力を発生して弁開度を調整するので、一見したところ、電流に比例した減圧制御が可能なように思われるが、実際は、例えば、微速排気するために設けられたゴム弁の凹凸面（ゴム弁の圧接面に凹凸を設けることがある）を押す際に、押し始めは弱い力で押せるが、その後は絞り量を増すごとに強い力で押さなければならないという弁特性があり、それにより結果的に、コイルへの供給電流に対して比例した制御を行いづらく、面倒な制御を行わなくてはならないという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮し、簡単かつコンパクトな構造であり、組立が容易で生産コストの低減が図れ、しかも、姿勢差によらずに安定した特性を発揮することのできる電動排気弁、及び、それを備えた血圧計を提供することを目的とする。

請求項１の発明の電動排気弁は、エア排出口として、エア通路の端部に設けられたノズルと、該ノズルと同じ側に、長手方向の一端部を当該ノズルと並べて配置されたロッド状の固定鉄心と、該固定鉄心を取り囲むように配され、通電により当該固定鉄心を長手方向に磁化する励磁コイルと、前記固定鉄心の一端部と前記ノズルとに対向するように配され、前記固定鉄心が磁化されたとき、その磁気吸引力に応じて初期位置から前記ノズルに向けて変位する可動鉄片と、該可動鉄片を前記初期位置に付勢するバネと、前記可動鉄片に設けられ、該可動鉄片が前記バネの付勢力に抗して前記ノズルに向けて変位した際の変位位置に応じて前記ノズルの開度を調節する弁体と、前記固定鉄心の他端部に磁気結合され、先端部が前記可動鉄片上の前記固定鉄心の一端部から離れた位置に磁気ギャップを介して対向配置されたヨークと、を有し、前記可動鉄片に、該可動鉄片が前記ノズルに向けて変位したときに前記固定鉄心の一端部が侵入可能な開口が形成されており、該開口の内周と前記固定鉄心の一端部の外周との間に磁気ギャップが確保されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電動排気弁であって、前記可動鉄片が、該可動鉄片の最大変位量と同等以上の厚みを有する板材で構成されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の電動排気弁であって、前記開口として前記可動鉄片の幅方向の中心部に円孔が形成されると共に、前記固定鉄心の一端部に前記円孔に侵入可能な円柱部が形成されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の電動排気弁であって、前記可動鉄片の両側部に前記ヨークの先端部が前記磁気ギャップを介して対向配置されており、互いに対向する可動鉄片の両側部と前記ヨークの先端部の少なくともいずれかに、対向面積を増やすための曲げ加工部が設けられていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の電動排気弁であって、前記可動鉄片とヨークの前記磁気ギャップを介しての磁気経路と、前記可動鉄片と固定鉄心の前記磁気ギャップを介しての磁気経路とが略同一平面内に位置していることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の電動排気弁であって、前記励磁コイルを巻回するボビンの内側または内部に、前記固定鉄心と前記エア通路とがそれぞれ配設されていることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６に記載の電動排気弁であって、前記ボビンが、前記固定鉄心の嵌合孔と前記エア通路とを有した樹脂成形品よりなり、前記嵌合孔に、その孔端から一端部を突出させて前記固定鉄心が嵌合され、その固定鉄心の一端部に隣接する位置に、前記ボビンの一端面から突設させて、前記エア通路の一端部のノズルが設けられ、該エア通路の他端部が流入口として前記ボビンの他端面に設けられていることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項６または７に記載の電動排気弁であって、前記可動鉄片が前記バネとしての板バネを介して前記ボビンに片持支持されており、その支持点と、前記可動鉄片と固定鉄心の磁気吸引点との間に、前記ノズルと弁体とが配置されていることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の電動排気弁であって、前記ノズルの先端が山形に尖っており、当該ノズルの先端開口周縁にアールが付けられ、一方、前記弁体のノズル対する圧接面が滑らかな平坦面として形成されていることを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の電動排気弁であって、前記弁体として、前記ノズルの先端に圧接するゴム弁が設けられていることを特徴とする。

請求項１１の発明の血圧計は、人体の腕や手首などの部位に巻き付けられるカフ帯内に供給された空気を排出する排気弁として、請求項１〜１０のいずれかに記載の電動排気弁が使用されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、励磁コイルに通電することによって固定鉄心を磁化し、その磁力で可動鉄片を吸引することによって、可動鉄片に設けた弁体によりノズルの開度を調節する構成を有しているので、単価の高い永久磁石を使用せずに、少ない部品点数による簡単な構造で、小型コンパクト且つ低コストに製造することができる。

また、磁力で弁体付きの可動鉄片を吸引する方式であるから、コイルを取り付けたアーマチュアを動かす形式と違って、可動部分を軽量化することができ、それによって、バネの取り付けを含めた組み付け作業の容易化を図ることができる。

また、ノズルの開度の調整に重要な役割を果たす可動部分を軽量化できることから、姿勢差に応じた自重の作用方向の違いによる弁特性の変化を最小限にとどめることができ、例えば、手首式血圧計のように色々な姿勢で使う可能性の高い用途に適用した場合にも、安定した特性を発揮することができて、精度の高い測定が可能となる。

また、本発明では、それぞれ磁気ギャップを介して配設した固定鉄心とヨークと可動鉄片とで磁気回路を構成しているので、漏れ磁束を減らして、駆動ロスの少ない効率の良い流量制御が可能となる。

また、一般的には、励磁コイルに流す電流を増していくと、発生した電磁力に応じて可動鉄片が固定鉄心側に吸引されていく。その際の吸引力は、可動鉄片と固定鉄心の間の距離の二乗に反比例して増加する。この点、本発明では、可動鉄片に開口を形成し、固定鉄心の一端部が、可動鉄片の変位に応じて、その開口に侵入するように構成し、開口の内周と固定鉄心の一端部の外周との間に磁気ギャップを確保している。従って、可動鉄片が磁力に応じて変位しても、可動鉄片と固定鉄心との間の磁気ギャップの大きさを、ほぼ一定に管理することができるようになる。

前述のように、磁力で吸引する際の力は、距離（磁気ギャップの大きさ）の二乗に反比例して大きくなるが、本発明では、磁気ギャップをほぼ一定に管理できるので、励磁コイルへの供給電流と可動鉄片の変位量との関係を、リニアな関係に近づけることができ、変位量が増加するに従い（距離が小さくなるに従い）可動鉄片が固定鉄心に急激に吸引されることがなくなる。つまり、供給電流にほぼ比例して、ノズルと弁体の間の隙間の量をコントロールできるようになり、その隙間の制御により、エアの排出流量を高精度に制御できるようになる。

その結果、血圧計の排気弁に適用した場合に、微速減圧速度の制御特性を改善することができ、安定した減圧特性で精度の高い血圧測定が可能となる。

因みに、可動鉄片が単に固定鉄心の吸着面に平行に吸着されるだけの構造であると、吸着される際の力は距離の二乗に反比例して大きくなるため、可動鉄片に取り付けた弁体でノズルとの隙間を制御しようとしても、隙間が小さくなるに従い、その隙間の制御が難しくなる。従って、その隙間の管理によるエアの微小流量制御の精度を上げるのが困難となる。

そこで、その対策として、弁体を柔らかいゴム弁で構成すると共に、ゴム弁のノズルに対する圧接面に凹凸を設け、ノズルにゴム弁を押し当てた状態でのゴム弁の凹凸のつぶれ具合により実質的に微小隙間を管理して、隙間からのエアの排出量（漏れ量）を調整することが考えられている。しかし、ゴム弁のつぶれ具合の特性は、ゴムの硬度に依存し、ゴムの硬度は製品ロットによって大きなばらつきがあるため、一定したゴム硬度の想定の下にゴム弁のつぶれ具合を管理することは難しい。従って、そのアイデアを量産体制下で実現しようとすると、設計通りのエア排出特性を得ることが難しくなる。

その点、本発明は、そのようなゴム弁のつぶれ具合に依存して微妙な流量調整を行う方式を採用するのではなく、前述したように、あくまでも、弁体とノズルの間の隙間（ギャップ）を高精度に管理することによって、エアの排出流量を制御するものである。従って、ゴムの硬度に依存する必要がなくなることから、ゴムの選定が楽になる。また、ゴム弁の表面の凹凸のつぶれ具合により実質的な微小隙間を管理する必要がないので、ゴム弁の表面を、単にノズルへの張り付きがない程度の滑らかな平坦面として構成することができる。その結果、量産体制下における製品ごとのエア排出特性の管理がやりやすくなり、設計・製造が容易になる。

請求項２の発明によれば、可動鉄片が、該可動鉄片の最大変位量と同等以上の厚みを有する板材で構成されているので、可動鉄片の厚みの範囲内での固定鉄心の開口への侵入量の変化により、可動鉄片と固定鉄心の対向面積が多少変わるだけで、磁気ギャップの大きさはほとんど変わらない。従って、可動鉄片を構成する板材の厚みを注意して選定するだけで、制御の直線性を容易に確保することができる。また、可動鉄片を板材で構成するので、開口を打ち抜きで簡単に形成することができる。

請求項３の発明によれば、前記開口として可動鉄片の幅方向の中心部に円孔を形成し、固定鉄心の一端部にその円孔に侵入可能な円柱部を形成しているので、円周面と円周面が磁気ギャップを介して対向する関係にすることができる。従って、磁束分布の偏りをできるだけ排することができて、安定した吸引動作を行わせることができるという効果が得られる。また、可動鉄片の円孔と固定鉄心の円柱部は、他の形状と比べて加工し易い形状であるため、寸法精度が出しやすく、可動鉄片と固定鉄心の対向部の距離、つまり磁気ギャップを狭くすることが可能となる。その結果、磁気ギャップを狭くすることによって、駆動力を大きくすることが容易になるという効果も得られる。

また、円孔と円柱の関係は、組み立ての際にも有利である。例えば、組み立ての際に、固定鉄心の円柱部と可動鉄片の円孔との隙間に管状の位置出し治具を挿入し、その上で固定鉄心と可動鉄片を組み付ける。そうすることにより、両者の位置出しを簡単に行うことができると共に、組み立て精度も高めることができる。

請求項４の発明によれば、可動鉄片の両側部にヨークの先端部を磁気ギャップを介して対向配置し、互いに対向する可動鉄片の両側部とヨークの先端部の少なくともいずれかに、対向面積を増やすための曲げ加工部を設けているので、磁気的結合面積を広くとることができ、磁気回路の効率改善を図ることができる。

請求項５の発明によれば、可動鉄片とヨーク間の磁気経路と、可動鉄片と固定鉄心間の磁気経路とを略同一平面内に位置させているので、ヨークから可動鉄片を経て固定鉄心に至る磁路を最短の直線状にすることができ、磁気回路のロスを少なくして、駆動効率の向上を図ることができる。

請求項６の発明によれば、励磁コイルを巻回するボビンの内側または内部に、固定鉄心とエア通路とをそれぞれ配設しているので、可動鉄片と固定鉄心間の磁気吸引点に近い位置にノズルと弁体とを配置することができ、可動鉄片の支持部も含めた構造の単純化と小型コンパクト化を図ることができる。

請求項７の発明によれば、樹脂製のボビンの内部に固定鉄心の嵌合孔とエア通路を形成すると共に、ボビンの端面にノズルを形成しているので、構造の単純化を図ることができ、組立の容易化及び生産性の向上を図ることができる。

請求項８の発明によれば、可動鉄片を板バネを介してボビンに片持支持し、その支持点（支点）と、可動鉄片と固定鉄心の磁気吸引点（力点）との間にノズルと弁体（作用点）を配置しているので、可動鉄片と固定鉄心の間に働く磁気吸引力を、ノズルと弁体との間の隙間を調節する力として有効に伝えることができる。つまり、小さな駆動力で弁体を動かすことができ、駆動効率の向上が図れる。また、支点（片持支持点）と力点（磁気吸引点）の間に作用点（弁体）が存在するので、可動部周辺の小型化に寄与することができる。

因みに、ボビンに巻回した励磁コイルの外側にノズルと弁体を配置することも考えられるが、そうした場合、支点と力点との間の距離、及び、作用点と力点との間の距離を大きくしなければならず、小型化する上で障害となる。その点、本発明のような配置にすることにより、小型化に貢献できるのである。また、片持支持した板バネを介して可動鉄片を支持すればよいので、取り付けが簡単にできるという効果もある。また、可動鉄片を付勢するバネに板バネを採用しているので、付勢力を付与しながら容易に可動鉄片の支持をとることができ、コンパクト化する上でも有効である。

請求項９の発明によれば、ノズルの先端を山形に尖らせ、ノズルの先端開口周縁にアールを付けると共に、弁体のノズルに対する圧接面を滑らかな平坦面として形成しているので、ノズルと弁体を、面接触というよりも、線接触に近い形で接触させることができる。従って、ノズルと弁体の隙間の管理がやりやすくなり、エアの排出流量の制御性の向上が図れる。また、弁体のノズルに対する圧接面を滑らかな平坦面としているので、加工も容易であり、生産性の向上が図れる。

請求項１０の発明によれば、弁体としてゴム弁を用いたので、ノズル全閉時の密閉度を高めることができる。また、前述したように、流量調整は、あくまでゴム弁とノズルとの間の隙間の管理で行い、ゴムのつぶれ具合で行うわけではないので、ゴム弁の硬度を自由に選択できるし、設計・製造が容易である。

請求項１１の発明によれば、請求項１〜１０のいずれかに記載の電動排気弁を使用したので、コンパクトでコストの安い、性能の安定した血圧計を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の各実施形態について説明する。
図１は実施形態の電動排気弁１０の構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ矢視断面図である。また、図２は図１（ａ）のＩＩ−ＩＩ矢視断面の簡略図で、（ａ）は駆動力を加える前の状態または加え始めた初期の状態を示す図、（ｂ）は中間駆動力を加えたときの状態を示す図、（ｃ）は最大駆動力を加えたときの状態を示す図である。また、図３、図４、図５は、図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各状態のときの簡略した拡大図で、それぞれ（ａ）は図２の要部を単に拡大して磁束の経路と共に示す図、（ｂ）は図１（ｂ）と同じ方向から見た場合の図、（ｃ）は弁体とノズルの関係のみを取り出して示す図である。

図１に示すように、この電動排気弁１０は、ハウジングを兼用するボビン２０と、ボビン２０に巻回された励磁コイル３０と、円柱ロッド状の固定鉄心４０と、磁性金属板材のプレス加工品よりなるヨーク５０、可動鉄片６０、及び板バネ６８と、端子ピン９０などからなる。

樹脂成形品よりなるボビン２０の中心部（コイル３０の内側の領域）には、軸方向に貫通させて互いに平行にエア通路２１と、固定鉄心４０の嵌合孔２２とが設けられ、固定鉄心４０の嵌合孔２２には、ボビン２０の下端開口から固定鉄心４０が挿入・嵌合されている。

固定鉄心４０は、長手方向の一端部（図中上端）に小径の円柱部４１を有しており、その一端円柱部４１の先端をボビン２０の外部に突出させた状態で、嵌合孔２２の内部に挿入されている。即ち、嵌合孔２２の一端（上端）には、段部２２ａを介して小径孔２２ｂが形成されており、固定鉄心４０は、その一端円柱部４１を小径孔２２ｂに嵌合させ、肩部を段部２２ａに当てて位置決めした状態で、一端円柱部４１の先端をボビン２０の外部に所定寸法だけ突出させている。

また、ボビン２０内部に形成されたエア通路２１の一端部には、エア排出口としてのノズル２３が設けられている。このノズル２３は、固定鉄心４０の一端円柱部４１に隣接する位置に並べて配されており、ボビン２０の一端面から山形に尖った形状で突出している。そして、図３（ｃ）に示すように、山の頂点で開口するノズル２３の先端開口周縁２３ａに、エッジを丸めるためのアール（Ｒ）が付けられている。

このエア通路２１の他端部は、エア流入口２４としてボビン２０の他端面に開口しており、エアは、エア流入口２４から導入され、ボビン２０内のエア通路２１を通って、ノズル２３から外部へ排出されるようになっている。励磁コイル３０は、固定鉄心４０及びエア通路２１を取り囲むように配されており、通電により、固定鉄心４０を長手方向に磁化するものである。

可動鉄片６０は、固定鉄心４０の一端円柱部４１とノズル２３とに対向するように配されており、固定鉄心４０が磁化されたときに、その磁気吸引力に応じて、図２（ａ）に示す初期位置から、（ｂ）、（ｃ）に示すようにノズル２３に向けて変位する。可動鉄片６０には、ノズル２３の開度を調節するゴム弁（弁体）７０が取り付けられており、可動鉄片６０が固定鉄心４０に引き付けられることにより、ゴム弁７０とノズル２３との隙間（ギャップ）が変化し、それにより、ノズル２３の開度が変化して、エア排出流量が変化する。

矩形の小ピースとして形成された可動鉄片６０の横幅方向の中央部には、縦に並べて２つの円孔６１、６２が設けられている。１つの円孔６１は、可動鉄片６０がノズル２３に向けて変位したときに固定鉄心６０の一端円柱部４１が侵入可能な開口であり、その円孔６１の内周と、ボビン２０から突出した固定鉄心４０の一端円柱部４１の外周との間に、僅かな磁気ギャップが確保されている。

そして、励磁コイル３０に通電すると、駆動電流に応じて、固定鉄心４０と可動鉄片６０の間に磁気吸引力が発生し、可動鉄片６０が固定鉄心４０側に変位して、可動鉄片６０の円孔６１の中に固定鉄心４０の一端円柱部４１が侵入するようになっている。この場合、可動鉄片６０の厚みは、可動鉄片６０の最大変位量以上に設定されている。また、他方の円孔６２には、ノズル２３に圧接可能にゴム弁７０の頭部が嵌合固定されている。

ゴム弁７０が固定された円孔６２側の可動鉄片６０の縦方向端部には、可動鉄片６０を初期位置に付勢する板バネ６８の一端部が結合されており、板バネ６８の他端部が、ボビン２０のバネ支持部２８の上面に固定されている。バネ支持部２８には、いくつかの小突起２８ａ、２８ｂが設けられており、これらの小突起２８ａ、２８ｂに板バネ６８の小孔６８ａや小切欠６８ｂを嵌めて、小突起２８ａ、２８ｂを板バネ６８に溶着させることにより、板バネ６８は、位置決めされた状態でバネ支持部２８に確実に固定されている。そして、板バネ６８がこのようにボビン２０に固定されることで、可動鉄片６０が板バネ６８を介して片持支持されている。

この場合、片持梁として見ると、ゴム弁７０及びノズル２３（作用点）が、可動鉄片６０と固定鉄心４０の磁気吸引点（力点）よりも、片持支持された可動鉄片６０（板バネ６８）の支持点に近い側に位置している。従って、てこの原理で、小さい駆動力でゴム弁７０を作動させることができる。

ゴム弁７０は、可動鉄片６０が板バネ６８の付勢力に抗してノズル２３に向けて変位した際の変位位置に応じてノズル２３の開度を調節するものであり、このゴム弁７０のノズル２３対する圧接面は滑らかな平坦面として形成されている。

また、ヨーク５０は、底板５１と両側板５２とを有するＵ字形に形成されており、励磁コイル３０の外側を覆うように配置され、その底板５１が固定鉄心４０の他端部（下端）に磁気結合されている。両側板５２の上端は内側に曲がっており、その各先端部５３は、可動鉄片６０の横幅方向の両側部に磁気ギャップを介して対向している。

可動鉄片６０のヨーク５０の先端部５３と対向する両側部には、対向面積を増やすための曲げ加工部６３が設けられており、曲げ加工部６３の外面とヨーク５０の先端部５３の端面とが平行に対面している。このように、可動鉄片６０に曲げ加工部６３を設けることにより、可動鉄片６０が磁力で固定鉄心４０側に移動しても、磁気的結合にあまり差が生じないようになっている。

そして、固定鉄心４０と、ヨーク５０と、可動鉄片６０の３つの部品により、閉ループ状の磁気回路が形成されている。この場合、図３〜図５の各（ａ）に示すように、可動鉄片６０とヨーク５０の磁気ギャップを介しての磁気経路と、可動鉄片６０と固定鉄心４０の磁気ギャップを介しての磁気経路とが、略同一平面内に位置している。

なお、ヨーク５０の底板５１には、エア流入口２４の接続部との干渉を避けるための切欠５１ａが設けられている。また、ボビン２０の上端のバネ支持部２８と反対側には、励磁コイル３０の両端に接続された端子ピン９０を立設したピン支持部２９が設けられている。

上記構成の電動排気弁１０は、血圧計の排気弁として適用することができる。図６は、電動排気弁１０を適用した血圧計の構成を示す系統図である。

この血圧計１１０は、人体の腕や手首あるいは指などの部位に巻き付けられるカフ帯１１１と、このカフ帯１１１に圧縮空気を供給する加圧ポンプ１１２と、カフ帯１１１内の空気圧を検出する圧力計１１３と、カフ帯１１１内の空気を導出管１１４を通して一定速度で大気中へ排出する電動排気弁１２０（電動排気弁１０に相当）と、圧力計１１３からの検出信号に基づき加圧ポンプ１１２の作動を制御して、カフ帯１１１へ一定圧の空気を供給すると共に、電動排気弁１２０の作動を制御してカフ帯１１１から空気を一定速度で排出させるマイクロコンピュータ１１５と、を有して構成されている。

次に、上記のように血圧計１１０に適用された電動排気弁１０（１２０）の作用を、図２〜図５を主に参照しながら述べる。

励磁コイル３０に通電する前は、図２（ａ）及び図３に示すように、板バネ６８の付勢力で可動鉄片６０が初期位置に付勢されているので、ゴム弁７０はノズル２３を完全に開放している。このとき、固定鉄心４０の一端円柱部４１の先端の縁が、可動鉄片６０の円孔６１の縁と磁気的に浅く結合している。

この状態から励磁コイル３０に通電すると、固定鉄心４０が長手方向に磁化される。そして、固定鉄心４０と可動鉄片６０の間に磁気吸引力が発生することによって、図２（ｂ）及び図４に示すように、可動鉄片６０が固定鉄心４０側に吸引される。このとき、固定鉄心４０の一端円柱部４１の先端の外周が可動鉄片６０の円孔６１の中に僅かに入り込み、対向する面積で磁気回路を形成する。

そして、最大に可動鉄片６０が固定鉄心４０側に吸引されることによって、図２（ｃ）及び図５に示すように、可動鉄片６０に設けたゴム弁７０が、ノズル２３の先端に隙間なく圧接し、ノズル２３が全閉する。このときは、固定鉄心４０と可動鉄片６０は対向する面積が最大となり、この状態で加圧ポンプ１１２を作動して、カフ帯１１１内へ空気を供給しカフ帯１１を加圧する。

次に、カフ帯１１１の減圧過程に移行する。
このときには、励磁コイル３０への供給電流を徐々に減少させることによって、固定鉄心４０に発生する磁力を弱めていく。すると、図４に示すように、板バネ６８の付勢力によって可動鉄片６０が初期位置に向けて移動し、ゴム弁７０がノズル２３から離反して、ノズル２３とゴム板７０の隙間が徐々に開き、カフ帯１１１内の空気がノズル２３を通り、微少量ずつ排気される。この微少量排気によるカフ帯１１１内の減圧過程において血圧が計測される。

このような操作を行う場合のゴム弁７０の変位量は、板バネ６８の弾性と、ノズル２３内のエアの圧力と、固定鉄心４０と可動鉄片６０の間に生じる磁気吸引力とのバランスによって決まり、ゴム弁７０の位置により、ノズル２３との間の隙間の大きさが調節され、それによりエアの排出流量が変化する。

ノズル２３を完全に閉鎖しエアを完全に漏れのない状態にするためには、ゴム弁７０をノズル２３の先端に完全に押し当てることが必要である。エアを完全に遮断するのに必要な押圧力は、エア流入口２４に加えた圧力、ノズル２３の先端の開口径、板バネ６８の応力、板バネ６８の支点から作用点（ゴム弁７０）までの距離と支点から力点（可動鉄片６０と固定鉄心４０の吸引点）までの距離の比で決まる。

例えば、血圧計の動作範囲の上限圧力が３００ｍｍＨｇ（＝４０７ｇ／ｃｍ^２）、ノズル２３の先端開口径が０．５ｍｍφ、支点から作用点までの距離と支点から力点までの距離の比が１／２であったとすると、まずノズル２３からのエア押圧力は、次の計算で求まる。
・ノズルからのエア押圧力＝πｒ^２×４０７／１００
＝３．１４×（０．５／２）^２×４０７／１００
＝０．７９９ｇ

上記の結果に、板バネ６８の弾性応力が加わるので、板バネ６８の弾性応力を仮に２ｇとすると、エア全閉に必要な可動鉄片６０に対する力は、次の計算で求まる。
・エアー全閉に必要な可動鉄片に対する力＝（２＋０．７９９）／２
＝１．３９９５ｇ

従って、約１．４ｇ以上の力で、可動鉄片６０が固定鉄心４０に引き寄せられたときに、ノズル２３は全閉する。一方、これ以下の力であった場合には、エアの押圧力＋板バネ６８の応力と、磁力によって加えられた可動鉄片への駆動力とが釣り合った位置まで板バネ６８が撓み、その移動量に応じて、ゴム弁７０とノズル２３の隙間が決まり、エアの漏れ量が調整される。

この実施形態の電動排気弁１０は、励磁コイル３０に通電することによって固定鉄心４０を磁化し、その磁力で可動鉄片６０を吸引することによって、可動鉄片６０に設けたゴム弁７０によりノズル２３の開度を調節するので、単価の高い永久磁石を使用せずに、少ない部品点数による簡単な構造で、小型コンパクト且つ低コストに製造することができる。

また、可動コイル方式ではなく、固定鉄心４０に発生した磁気吸引力で、ゴム弁７０付きの可動鉄片６０を吸引して弁開度を調整する方式であるから、可動コイル方式の従来例と違って、可動部分を軽量化することができ、板バネ６８の取り付けを含めた組み付け作業の容易化を図ることができる。

また、ノズルの開度の調整に重要な役割を果たす可動部分を軽量化できることから、姿勢差に応じた自重の作用方向の違いによる弁特性の変化を最小限にとどめることができ、例えば、手首式血圧計のように色々な姿勢で使う可能性の高い用途に適用した場合にも、安定した特性を発揮することができて、精度の高い測定が可能となる。

また、それぞれ磁気ギャップを介して配設した固定鉄心４０とヨーク５０と可動鉄片６０とで磁気回路を構成しているので、漏れ磁束を減らして、駆動ロスの少ない効率の良い流量制御が可能となる。

また、一般的には、励磁コイル３０に流す電流を増していくと、発生した電磁力に応じて可動鉄片６０が固定鉄心４０側に吸引されていき、その際の吸引力は、可動鉄片６０と固定鉄心４０の間の距離の二乗に反比例して増加する。この点、本実施形態の電動排気弁１０では、可動鉄片６０に円孔６１を形成し、固定鉄心４０の一端円柱部４１が、可動鉄片６０の変位に応じて、その円孔６１に侵入するように構成し、円孔６１の内周と固定鉄心４０の一端円柱部４１の外周との間に磁気ギャップを確保しているので、可動鉄片６０が磁力に応じて変位しても、可動鉄片６０と固定鉄心４０との間の磁気ギャップの大きさを、ほぼ一定に管理することができるようになる。

前述のように、磁力で吸引する際の力は、距離（磁気ギャップの大きさ）の二乗に反比例して大きくなるが、本実施形態の電動排気弁１０では、磁気ギャップをほぼ一定に管理できるので、励磁コイル３０への供給電流と可動鉄片６０の変位量との関係を、リニアな関係に近づけることができ、変位量が増加するに従い（距離が小さくなるに従い）可動鉄片６０が固定鉄心４０に急激に吸引されることがなくなる。つまり、供給電流にほぼ比例して、ノズル２３とゴム弁７０の間の隙間の量をコントロールできるようになり、その隙間の制御により、エアの排出流量を高精度に制御できるようになる。

その結果、上述のように血圧計の排気弁に適用した場合に、微速減圧速度の制御特性を改善することができ、安定した減圧特性で精度の高い血圧測定が可能となる。

因みに、可動鉄片６０が単に固定鉄心４０の吸着面に平行に吸着されるだけの構造であると、吸着される際の力は距離の二乗に反比例して大きくなるため、可動鉄片６０に取り付けたゴム弁７０でノズル２３との隙間を制御しようとしても、隙間が小さくなるに従い、その隙間の制御が難しくなる。従って、その隙間の管理によるエアの微小流量制御の精度を上げるのが困難となる。

そこで、その対策として、従来の特許文献２の技術では、ゴム弁７０のノズル２３に対する圧接面に凹凸を設け、ノズル２３にゴム弁７０を押し当てた状態でのゴム弁７０の凹凸のつぶれ具合により実質的に微小隙間を管理して、隙間からのエアの排出量（漏れ量）を調整することが考えられている。しかし、ゴム弁７０のつぶれ具合の特性は、ゴムの硬度に依存し、ゴムの硬度は製品ロットによって大きなばらつきがあるため、一定したゴム硬度の想定の下にゴム弁７０のつぶれ具合を管理することは難しい。従って、そのアイデアを量産体制下で実現しようとすると、設計通りのエア排出特性を得ることが難しくなる。

その点、本実施形態の電動排気弁１０は、そのようなゴム弁７０のつぶれ具合に依存して微妙な流量調整を行う方式を採用するのではなく、前述したように、あくまでも、ゴム弁７０とノズル２３の間の隙間（ギャップ）を高精度に管理することによって、エアの排出流量を制御するものである。従って、ゴムの硬度に依存する必要がなくなることから、ゴムの選定が楽になる。また、ゴム弁７０の表面の凹凸のつぶれ具合により実質的な微小隙間を管理する必要がないので、ゴム弁７０の表面を、単にノズル２３への張り付きがない程度の滑らかな平坦面として構成することができる。その結果、量産体制下における製品ごとのエア排出特性の管理がやりやすくなり、設計・製造が容易になる。

また、本実施形態の電動排気弁１０では、可動鉄片６０が、可動鉄片６０の最大変位量と同等以上の厚みを有する板材で構成されているので、可動鉄片６０の厚みの範囲内での固定鉄心４０の一端円柱部４１の円孔６１への侵入量の変化により、可動鉄片６０と固定鉄心４０の対向面積が多少変わるだけで、磁気ギャップの大きさはほとんど変わらない。従って、可動鉄片６０を構成する板材の厚みを注意して選定するだけで、制御の直線性を容易に確保することができる。また、可動鉄片６０を板材で構成するので、円孔６１を打ち抜きで簡単に形成することができる。

また、本実施形態の電動排気弁１０では、可動鉄片６０の幅方向の中心部に円孔６１を形成し、固定鉄心４０の一端部にその円孔６１に侵入可能な円柱部４１を形成しているので、円周面と円周面が磁気ギャップを介して対向する関係にすることができる。従って、磁束分布の偏りをできるだけ排することができて、安定した吸引動作を行わせることができるという効果が得られる。また、可動鉄片６０の円孔６１と固定鉄心４０の一端円柱部４１は、他の形状と比べて加工し易い形状であるため、寸法精度が出しやすく、可動鉄片６０と固定鉄心４０の対向部の距離、つまり磁気ギャップを狭くすることが可能となる。その結果、磁気ギャップを狭くすることによって、駆動力を大きくすることが容易になるという効果も得られる。

また、円孔６１と円柱部４１の関係は、組み立ての際にも有利である。例えば、組み立ての際に、固定鉄心４０の円柱部４１と可動鉄片６０の円孔６１との隙間に管状の位置出し治具を挿入し、その上で固定鉄心４０と可動鉄片６０を組み付ける。そうすることにより、両者の位置出しを簡単に行うことができると共に、組み立て精度も高めることができる。

また、本実施形態の電動排気弁１０では、可動鉄片６０の両側部にヨーク５０の先端部５３を磁気ギャップを介して対向配置し、可動鉄片６０のヨーク５０の先端部５３の端面と対向する両側部に、対向面積を増やすための曲げ加工部６３を設けているので、磁気的結合面積を広くとることができ、磁気回路の効率改善を図ることができる。

更に、可動鉄片６０とヨーク５０間の磁気経路と、可動鉄片６０と固定鉄心４０間の磁気経路とを略同一平面内に位置させているので、ヨーク５０から可動鉄片６０を経て固定鉄心４０に至る磁路を最短の直線状にすることができ、磁気回路のロスを少なくして、駆動効率の向上を図ることができる。

また、本実施形態の電動排気弁１０では、励磁コイル３０を巻回するボビン２０の内部に、固定鉄心４０とエア通路２１とをそれぞれ配設しているので、可動鉄片６０と固定鉄心４０間の磁気吸引点に近い位置にノズル２３とゴム弁７０とを配置することができ、可動鉄片６０の支持部も含めた構造の単純化と小型コンパクト化を図ることができる。

また、樹脂製のボビン２０の内部に固定鉄心４０の嵌合孔２２とエア通路２１を一体に形成すると共に、ボビン２０の端面にノズル２３を一体に形成しているので、構造の単純化を図ることができ、組立の容易化及び生産性の向上を図ることができる。

また、本実施形態の電動排気弁１０では、可動鉄片６０を板バネ６８を介してボビン２０に片持支持し、その支持点（支点）と、可動鉄片６０と固定鉄心４０の磁気吸引点（力点）との間にノズル２３とゴム弁７０（作用点）を配置しているので、可動鉄片６０と固定鉄心４０の間に働く磁気吸引力を、ノズル２３とゴム弁７０との間の隙間を調節する力として有効に伝えることができる。つまり、小さな駆動力でゴム弁７０を動かすことができ、駆動効率の向上が図れる。また、支点（片持支持点）と力点（磁気吸引点）の間に作用点（弁体）が存在するので、可動部周辺の小型化に寄与することもできる。

因みに、ボビンに巻回した励磁コイル３０の外側にノズル２３とゴム弁７０を配置することもアイデア的には考えられるが、そうした場合、支点と力点との間の距離、及び、作用点と力点との間の距離を大きくしなければならず、小型化する上で障害となる。その点、本電動排気弁１０のような配置にすることにより、小型化に貢献できるのである。また、片持支持した板バネ６８を介して可動鉄片６０を支持すればよいので、取り付けが簡単にできるという効果もある。また、可動鉄片６０を付勢する手段として板バネ６８を採用しているので、付勢力を付与しながら容易に可動鉄片６０の支持をとることができ、コンパクト化する上でも有効である。

また、本実施形態の電動排気弁１０では、ノズル２３の先端を山形に尖らせ、ノズル２３の先端開口周縁２３ａにアールを付けると共に、ゴム弁７０のノズル２３に対する圧接面を滑らかな平坦面として形成しているので、ノズル２３とゴム弁７０を、面接触というよりも、線接触に近い形で接触させることができる。従って、ノズル２３とゴム弁７０の隙間の管理が一層やりやすくなり、エアの排出流量の制御性の向上が図れる。また、ゴム弁７０のノズル２３に対する圧接面を滑らかな平坦面としていることから、加工も容易であり、その点での生産性の向上も図れる。

また、弁体としてのゴム弁７０の採用により、ノズル２３全閉時の密閉度を高めることができる。また、前述したように、流量調整は、あくまでゴム弁７０とノズル２３との間の隙間の管理で行い、ゴムのつぶれ具合で行うわけではないので、ゴム弁７０の硬度を自由に選択できるし、設計・製造が容易である。

なお、上記実施形態では、可動鉄片６０の両側部に曲げ加工部６３を設けることで、ヨーク５０の先端部５３との対向面積を増やすようにしたが、ヨーク５０の先端部５３側に曲げ加工部を設けても、同様の効果を得ることができる。また、可動鉄片６０の両側部とヨーク５０の先端部５３の両方に曲げ加工部を設けてもよい。

また、上記実施形態では、可動鉄片６０に円孔６１を設け、固定鉄心４０の一端部に前記円孔６１内に侵入可能な円柱部４１を設けた場合を示したが、可動鉄片６０側の開口の形状は円孔６１に限らず、どんな形状にしてもよい。ただし、磁気ギャップを均等に得るという関係から、可動鉄片６０側の開口の形状と、固定鉄心４０の一端部の形状は最低でも対応させるのがよい。

また、上記実施形態では、ボビン２０の内部に固定鉄心４０の嵌合孔２２とエア通路２１を直接形成した場合を述べたが、ボビン２０を中空状に形成し、ボビン２０の内側の空間に固定鉄心４０とエア通路２１を配設するだけでもよい。

本発明の実施形態の電動排気弁１０の構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ矢視断面図である。 図１（ａ）のＩＩ−ＩＩ矢視断面の簡略図で、（ａ）は駆動力を加える前の状態または加え始めた初期の状態を示す図、（ｂ）は中間駆動力を加えたときの状態を示す図、（ｃ）は最大駆動力を加えたときの状態を示す図である。 図２の（ａ）の状態のときの簡略した拡大図で、（ａ）は図２（ａ）の要部を単に拡大して磁束の経路と共に示す図、（ｂ）は図１（ｂ）と同じ方向から見た場合の図、（ｃ）は弁体とノズルの関係のみを取り出して示す図である。 図２の（ｂ）の状態のときの簡略した拡大図で、（ａ）は図２（ｂ）の要部を単に拡大して磁束の経路と共に示す図、（ｂ）は図１（ｂ）と同じ方向から見た場合の図、（ｃ）は弁体とノズルの関係のみを取り出して示す図である。 図２の（ｃ）の状態のときの簡略した拡大図で、（ａ）は図２（ｃ）の要部を単に拡大して磁束の経路と共に示す図、（ｂ）は図１（ｂ）と同じ方向から見た場合の図、（ｃ）は弁体とノズルの関係のみを取り出して示す図である。 本発明の電動排気弁を具備した血圧計の一例を示す系統図である。 従来の電動排気弁の側断面図である。

符号の説明

１０ 電動排気弁
２０ ボビン
２１ エア通路
２２ 嵌合孔
２３ ノズル
２４ エア流入口
３０ 励磁コイル
４０ 固定鉄心
４１ 一端円柱部
５０ ヨーク
５３ 先端部
６０ 可動鉄片
６１ 円孔（開口）
６３ 曲げ加工部
６８ 板バネ
７０ ゴム弁

Claims (11)

1. エア排出口として、エア通路の端部に設けられたノズルと、
   該ノズルと同じ側に、長手方向の一端部を当該ノズルと並べて配置されたロッド状の固定鉄心と、
   該固定鉄心を取り囲むように配され、通電により当該固定鉄心を長手方向に磁化する励磁コイルと、
   前記固定鉄心の一端部と前記ノズルとに対向するように配され、前記固定鉄心が磁化されたとき、その磁気吸引力に応じて初期位置から前記ノズルに向けて変位する可動鉄片と、
   該可動鉄片を前記初期位置に付勢するバネと、
   前記可動鉄片に設けられ、該可動鉄片が前記バネの付勢力に抗して前記ノズルに向けて変位した際の変位位置に応じて前記ノズルの開度を調節する弁体と、
   前記固定鉄心の他端部に磁気結合され、先端部が前記可動鉄片上の前記固定鉄心の一端部から離れた位置に磁気ギャップを介して対向配置されたヨークと、
   を有し、
   前記可動鉄片に、該可動鉄片が前記ノズルに向けて変位したときに前記固定鉄心の一端部が侵入可能な開口が形成されており、該開口の内周と前記固定鉄心の一端部の外周との間に磁気ギャップが確保されていることを特徴とする電動排気弁。
2. 請求項１に記載の電動排気弁であって、
   前記可動鉄片が、該可動鉄片の最大変位量と同等以上の厚みを有する板材で構成されていることを特徴とする電動排気弁。
3. 請求項１または２に記載の電動排気弁であって、
   前記開口として前記可動鉄片の幅方向の中心部に円孔が形成されると共に、前記固定鉄心の一端部に前記円孔に侵入可能な円柱部が形成されていることを特徴とする電動排気弁。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の電動排気弁であって、
   前記可動鉄片の両側部に前記ヨークの先端部が前記磁気ギャップを介して対向配置されており、互いに対向する可動鉄片の両側部と前記ヨークの先端部の少なくともいずれかに、対向面積を増やすための曲げ加工部が設けられていることを特徴とする電動排気弁。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の電動排気弁であって、
   前記可動鉄片とヨークの前記磁気ギャップを介しての磁気経路と、前記可動鉄片と固定鉄心の前記磁気ギャップを介しての磁気経路とが略同一平面内に位置していることを特徴とする電動排気弁。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の電動排気弁であって、
   前記励磁コイルを巻回するボビンの内側または内部に、前記固定鉄心と前記エア通路とがそれぞれ配設されていることを特徴とする電動排気弁。
7. 請求項６に記載の電動排気弁であって、
   前記ボビンが、前記固定鉄心の嵌合孔と前記エア通路とを有した樹脂成形品よりなり、前記嵌合孔に、その孔端から一端部を突出させて前記固定鉄心が嵌合され、その固定鉄心の一端部に隣接する位置に、前記ボビンの一端面から突設させて、前記エア通路の一端部のノズルが設けられ、該エア通路の他端部が流入口として前記ボビンの他端面に設けられていることを特徴とする電動排気弁。
8. 請求項６または７に記載の電動排気弁であって、
   前記可動鉄片が前記バネとしての板バネを介して前記ボビンに片持支持されており、その支持点と、前記可動鉄片と固定鉄心の磁気吸引点との間に、前記ノズルと弁体とが配置されていることを特徴とする電動排気弁。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の電動排気弁であって、
   前記ノズルの先端が山形に尖っており、当該ノズルの先端開口周縁にアールが付けられ、一方、前記弁体のノズル対する圧接面が滑らかな平坦面として形成されていることを特徴とする電動排気弁。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の電動排気弁であって、
    前記弁体として、前記ノズルの先端に圧接するゴム弁が設けられていることを特徴とする電動排気弁。
11. 人体の腕や手首などの部位に巻き付けられるカフ帯内に供給された空気を排出する排気弁として、請求項１〜１０のいずれかに記載の電動排気弁が使用されていることを特徴とする血圧計。

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