JP2009219661A - 血圧計用排気制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石を利用しない構造の血圧計用排気制御弁は、安価に製造が可能という長所があるものの、弁へ印加する電流で空気流入口とパッキン間空隙を制御しようとした場合に、制御可能な空隙対象範囲が限定される、空隙量を可変にする印加電流範囲が狭い、といった制御性の欠点で、実用化には至っていなかった。
【解決手段】巻き方向が反対の、直列接続の第一のコイルと第二のコイルを設け、更に、第一のコイル内部で摺動可能な可動鉄芯と、第二のコイル内部で固定されている固定鉄芯とを設け、可動鉄芯と固定鉄芯の間で作用する反発力を利用してパッキンを空気流入口へ押し付ける構造とする。この結果、制御性が良好な血圧計用排気制御弁を簡単な構成で製造可能となった。
【選択図】図１

Description

本発明は、血圧測定時に一定速度で減圧制御を実施する電子血圧計内の血圧計用排気制御弁に関する。

電子血圧計の減圧過程にて血圧測定を実施する際に、測定精度向上を目的として、血圧計用排気制御弁で一定速度にて減圧制御する方法が広く行なわれている。この減圧制御を実現する血圧計用排気制御弁として、近年、主流となっている方式は、特許文献１に示すような、永久磁石を利用して形成される磁場内に配置したコイルに通電し、このコイルに作用する動力にて空気流入口近傍の弁体を制御して空気流入量を制御する方式である。

また、特許文献２、特許文献３に示すような、内部に可動鉄芯を有したコイルへ電流を通電し、この可動鉄芯部分が周囲の固定鉄部へ吸着する力にて空気流入口近傍の弁体を制御して空気流入量を制御する、永久磁石を利用しない方式も知られている。
特開２００２−５３３０号公報（５頁 〜 ７頁） 特開２００６−２９３９４号公報（４頁 〜 ６頁） 特開２００６−２４２２３２号公報（７頁 〜 １０頁）

前述の特許文献１で記載の永久磁石を利用する方式は、制御性が極めて良好であることから、一般的に広く普及している方式である。しかしながら、高価な永久磁石を必要としたり、部品構成に細かい工夫が必要であったり等の理由から、血圧計用排気制御弁を高価なものにしている。

逆に、前述の特許文献２や特許文献３で記載の永久磁石を利用しない方式は、簡単な構造の血圧計用排気制御弁が提供可能である。しかしながら、制御性が著しく悪い為、現状では、減圧速度制御用の血圧計用排気制御弁としては殆ど利用されておらず、血圧測定終了後の強制排気向けの手段が主用途になっている。

本発明では、減圧速度制御時の制御性が良好であるような血圧計用排気制御弁を提供することを目的とする。

本発明の血圧計用排気制御弁は、空気流入口と、この空気流入口を直線運動にて開閉制御する弁体と、空気流入口を開口するように弁体に力を与える付勢バネと、空気流入口から吸気された空気を排気する為の空気吐出口とを含み、更に、直列配線されていて互いに巻き方向の異なる第一のコイルと第二のコイルとを含み、更に、第一のコイルと第二のコイルとは互いにに中心軸がほぼ一致するように並んで配置され、第一のコイルの中心には弁体と連動する可動鉄芯を備え、第二のコイルの中心には常時固定された固定鉄芯を備え、可動鉄芯と固定鉄芯とはお互いが接触しないように配置されており、第一のコイルと第二のコイルに電流を印加した際に、可動鉄芯と固定鉄芯との間に反発力が作用する構造であることを特徴としている。

第一のコイルと可動鉄芯とは互いに中心が一致するように配置されることが好ましい。

可動鉄芯と固定鉄芯との間には、弾性部材が配置されることが好ましい。

可動鉄芯と固定鉄芯との間には、スペーサが配置されることが好ましい。

弾性部材は、バネで構成されることが好ましい。

バネは、非磁性材料で構成されることが好ましい。

本発明では、空気流入口の開閉制御を、永久磁石とコイルとの組み合わせではなく、複数コイルの組み合わせにて達成可能としたので、血圧計用排気制御弁を簡単な構成で提供することが可能となった。また、空気流入口の開閉制御を、コイル内可動鉄芯と固定鉄部との間に作用する吸引力ではなく、第一のコイル内に存在する可動鉄芯と第二のコイル内に存在する固定鉄芯との反発力利用としたので、血圧計用排気制御弁を良好に制御可能となった。更に、可動鉄芯と固定鉄芯との間にお互いが接触しないような弾性部材を挿入することにより鉄芯同士の一体化を回避し、弱い磁力においても動作可能となった。そして、第一のコイルの中心と可動鉄芯の中心を一致させることにより、より制御性の高い動作が可能となった。

本発明の実施形態について説明する。まず、本発明の血圧計用排気制御弁を利用した電子血圧計の全体構成を説明する。電子血圧計の全体構成を図３に示す。図３では、電子血圧計は上腕をはじめとした身体の一部に装着するカフ３０１と血圧計本体３００とから構成され、両者の間はゴムホース３０２で連通している。ゴムホース３０２は、血圧計本体３００内で、圧力検出手段３１２と加圧手段３１０と減圧手段３１１とに接続している。

圧力検出手段３１２は、図示しない圧力センサーとＡ／Ｄ変換器との組み合わせにより構成され、カフ３０１内の圧力値を圧力信号３２２として取得する。加圧手段３１０は、図示しないＤＣモーター利用のポンプにより構成され、外部から加圧制御信号３２０を供給することによりカフ３０１に対する加圧制御を可能としている。減圧手段３１１は、図示しない血圧計用排気制御弁で構成され、外部から減圧制御信号３２１を供給することによりカフ３０１に対する減圧制御を可能としている。

血圧計本体３００には、更に、表示手段３１５と動作指示手段３１４と信号処理手段３１３とを含み、信号処理手段３１３は、動作指示手段３１４から動作指示信号３２４を、圧力検出手段３１２から圧力信号３２２を受信し、これら受信信号に対して予め決められた処理方法を実施するように、加圧手段３１０へ加圧制御信号３２０を、減圧手段３１１へ減圧制御信号３２１を、表示手段３１５へ表示制御信号３２５を送信する。

続いて、電子血圧計の動作順序を説明する。電子血圧計の動作フロー概略を図４に示す。動作指示手段３２４から信号処理手段３１３へ血圧測定を開始する内容の動作指示信号３２４が送信されると、図４に示すフロー処理がスタートし、ＳＴ４０１のステップへ進む。ＳＴ４０１のステップでは、信号処理手段３１３は、減圧手段３１１へ、血圧計用排気制御弁を完全遮蔽状態とする内容の減圧制御信号３２１を送信し、更に、加圧手段３１０へ、ポンプを送気可能な最大能力で駆動状態とする内容の加圧制御信号３２０を送信する。この処理により、カフ３０１は高速に加圧制御されることになる。

続いて、ＳＴ４０２のステップへ進む。ＳＴ４０２のステップでは、信号処理手段３１３は、圧力検出手段３１２より圧力信号３２２を受信し、カフ３０１内の圧力値が予め定めた第一の圧力値以上か否かを判断する。この第一の圧力値は、電子血圧計内に備わる図示しないＲＯＭ内に予め登録された値でも、後述するＳＴ４０２の処理を繰返す過程内で
平行して実施される処理で取得される値でも良い。ＳＴ４０２のステップで、カフ３０１内の圧力値が予め定めた第一の圧力値以上という条件を満足する場合にはＳＴ４０３のステップへ進み、満足しない場合にはＳＴ４０２のステップを繰返す。この処理により、カフ３０１は予め定めた第一の圧力値以上まで確実に加圧されるようになる。

ＳＴ４０３のステップでは、信号処理手段３１３は、加圧手段３１０へ、ポンプ駆動を停止状態とする内容の加圧制御信号３２０を送信し、更に、減圧手段３１１へ、カフ３０１が所定の目標圧力変化速度に対応するように血圧計用排気制御弁を最適駆動状態とする内容の減圧制御信号３２１を送信する。カフ３０１の圧力変化速度は、特定時間毎の圧力変化量で算出しても、脈拍１拍分の圧力変化量で算出しても良い。また、所定の目標圧力変化速度についても、血圧計に持たせる特徴に応じて自由に設定しても構わない。また、この目標圧力変化速度の値は、例えば、図示しない電子血圧計に備わるＲＯＭ内に格納すれば良い。

続いて、ＳＴ４０４のステップへ進む。ＳＴ４０４のステップでは、信号処理手段３１３が決定すべき血圧値の算出が完了したか否かを判断する。ＳＴ４０４のステップで、決定すべき血圧値の算出が完了したという条件を満足する場合には血圧測定の処理を終了し、満足しない場合にはＳＴ４０５のステップへ進む。ここでは図示しないが、ＳＴ４０４のステップから血圧測定を終了する場合には、算出された血圧値を表示するように、信号処理手段３１３は表示手段３１５へ、算出した血圧値を表示状態とする内容の表示制御信号３２５を送信する。

ＳＴ４０５のステップでは、信号処理手段３１３は、圧力検出手段３１２より圧力信号３２２を受信し、カフ３０１内の圧力値が予め定めた第ニの圧力値以下か否かを判断する。この第ニの圧力値は、電子血圧計内に備わる図示しないＲＯＭ内に予め登録された値であり、一般的な血圧測定で取得しうる血圧値よりも低い値を選択すれば良い。ＳＴ４０５のステップで、カフ３０１内の圧力値が予め定めた第ニの圧力値以下という条件を満足する場合には血圧測定の処理を終了し、満足しない場合にはＳＴ４０３のステップへ戻る。ここでは図示しないが、ＳＴ４０５のステップから血圧測定を終了する場合には、血圧測定に失敗した主旨を表示するように、信号処理手段３１３は表示手段３１５へ、エラー発生を表示状態とする内容の表示制御信号３２５を送信する。

ＳＴ４０３からＳＴ４０５までの処理により、決定すべき血圧値の算出が完了するまでの間、カフ３０１の減圧速度は、目標圧力変化速度と略一致するように制御される。

本発明の血圧計用排気制御弁の構造を説明する前に、従来の血圧計用排気制御弁の構造と制御時動作の様子を説明する。図８に、前述の特許文献１で記載の血圧計用排気制御弁の概略構造を示す。図８（ａ）は、血圧計用排気制御弁の空気流入口を開いている状態の断面図、図８（ｂ）は、血圧計用排気制御弁の空気流入口を閉じている状態の断面図を表わす。

図８（ａ）において、外装ケース体５１０に設けられた空気流入口５０１を開閉制御可能なようにパッキン５０３が配置され、パッキン５０３は第一の磁石５０５ａ、第二の磁石５０５ｂ、ヨーク５０６とともに弁体５０９に接合され、一体となって直線的に運動可能なように構成されている。第一の磁石５０５ａと第二の磁石５０５ｂとはヨーク５０６を挟んで同じ極性面が向かい合うように貼り合わされている。例えば、ヨーク５０６に貼り合わされる面が第一の磁石５０５ａ、第二の磁石５０５ｂともにＮ極である場合には、磁力線５０８で示すような磁界を形成する。

外装ケース５１０と組み合わされるボビン体５１１には、弁体５０９が摺動可能な軸部
が設けられ、更に、第一のコイル５０７ａ、第二のコイル５０７ｂ、第三のコイル５０７ｃが巻き付けられている。これら、第一のコイル５０７ａ、第二のコイル５０７ｂ、第三のコイル５０７ｃは直列接続しているが、第一のコイル５０７ａと第三のコイル５０７ｃの巻き方向が同一で、第二のコイル５０７ｂの巻き方向のみが反対向きとなっている。これら、第一のコイル５０７ａ、第二のコイル５０７ｂ、第三のコイル５０７ｃに対して電流が印加されていない場合には、付勢バネ５０４によって弁体５０９は空気流入口５０１から離される方向に押されることになり、空気流入口５０１とパッキン５０３との間に空隙が存在するようになる。この時、空気流入口５０１から流入してきた空気は、外装ケース体５１０に設けられた空気吐出口５０２から放出されていくことになる。

第一のコイル５０７ａ、第二のコイル５０７ｂ、第三のコイル５０７ｃに対して電流が印加されると、弁体５０９を空気流入口５０１方向へ押し付けようとする力が作用する。図中で示した磁力線５０８は代表的なものだけを例示しているが、第一のコイル５０７ａと第三のコイル５０７ｃには、外装ケース５１０から弁体５０９へ向かう内向きの磁力線が作用し、第二のコイル５０７ｂには、弁体５０９から外装ケース５１０へ向かう外向きの磁力線が作用することになる。

これらのコイルのうち、磁力線の作用する向きが異なる第二のコイル５０７ｂのみコイルの巻き方向を反対向きにしているので、これらのコイルに電流を印加すると、第一のコイル５０７ａ、第二のコイル５０７ｂ、第三のコイル５０７ｃの全てに対して同じ方向の電磁力が作用するようになる。印加する電流量を大きくしていくと、パッキン５０３は空気流入口５０１と接触し図８（ｂ）に示す状態となる。図８（ｂ）では、第一の磁石５０５ａ、第二の磁石５０５ｂ、ヨーク５０６も空気流入口５０１方向へ移動するが、実際の移動量が微量である為、各コイルに及ぼす磁界の影響具合は、図８（ａ）の場合と殆ど差が無い状態となっている。

図８で示した血圧計用排気制御弁に印加する電流を変化させた際の血圧計用排気制御弁内で作用する力の様子を図９に示す。図９では、横軸が空気流入口５０１からパッキン５０３までの空隙量を示し、縦軸が付勢バネ５０４に作用する力（以下、バネ力とする）、および、第一のコイル５０７ａ、第二のコイル５０７ｂ、第三のコイル５０７ｃに作用する合算の力（以下、コイル総力とする）を示す。バネ力は空気流入口５０１からパッキン５０３へ向かう方向を正の向きとし、コイル総力はパッキン５０３から空気流入口５０１へ向かう方向を正の向きとしている。

図９内の直線６０１はバネ力の特性を示し、直線６０２ａから６０２ｆは、第一のコイル５０７ａ、第二のコイル５０７ｂ、第三のコイル５０７ｃに対して所定の電流を印加した場合のコイル総力の特性を示す。直線６０２ａで表わされる条件の印加電流は５ｍＡであり、以下、直線６０２ｂは１０ｍＡ、直線６０２ｃは１５ｍＡ、直線６０２ｄは２０ｍＡ、直線６０２ｅは２５ｍＡ、直線６０２ｆは３０ｍＡに対応する。バネ力の特性はバネの縮み量に比例するので、直線６０１のように空隙量に対してある勾配を有して直線になるのは自明である。また、コイル総力の特性は、印加電流と磁束密度と磁束を横切る電線総長の積で決まるものなので、直線６０２ａから６０２ｆのように空隙量の影響を殆ど受けないことも自明である。

図９では、直線６０１と直線６０２ｂとの交点をＰ１、直線６０１と直線６０２ｃとの交点をＰ２、直線６０１と直線６０２ｄとの交点をＰ３、直線６０１と直線６０２ｅとの交点をＰ４として示している。各交点Ｐ１からＰ４は、バネ力と各印加電流条件でのコイル総力とが均衡していることを表わしており、各交点Ｐ１からＰ４の空隙量がバネ力とコイル総力とが釣り合う位置ということになる。即ち、第一のコイル５０７ａ、第二のコイル５０７ｂ、第三のコイル５０７ｃに対して所定の電流を印加すれば、その条件に対応す
る空隙量が決まってしまうことを表わしている。このように、特許文献１で記載の血圧計用排気制御弁は、印加する電流に対して空気流入口５０１からパッキン５０３までの空隙量がほぼ線形的な関係で対応する為、空気吐出量制御性が良好なものとなっている。

図１０には、前述の特許文献２および特許文献３で記載の血圧計用排気制御弁の概略構造を示す。図１０に示した血圧計用排気制御弁は磁石レスの構造であり、所謂、ソレノイド弁と呼ばれる範疇に属する。図１０（ａ）は、血圧計用排気制御弁の空気流入口を開いている状態の断面図、図１０（ｂ）は、血圧計用排気制御弁の空気流入口を閉じている状態の断面図を表わす。

図１０（ａ）において、外装ケース体７０７に設けられた空気流入口７０１を開閉制御可能なようにパッキン７０２が配置され、パッキン７０２は可動鉄芯７０５に接合され、一体となって直線的に運動可能なように構成されている。外装ケース体７０７の内部に図示しない何らかの方法で接合されたボビン体７０４が存在し、このボビン体７０４にはコイル７０３が巻き付けられている。可動鉄芯７０５はボビン体７０４中央の空洞部分を摺動する構造で配置され、コイル７０３に対して電流を印加していない場合には、付勢バネ７０６により空気流入口７０１からパッキン７０２を遠ざけている。

この際、可動鉄芯７０５は、外装ケース体７０７に接合されたストッパー７０８により動作範囲が規制されている。可動鉄芯７０５の側面には幾筋かの溝が長手方向に設けられており、空気流入口７０１から血圧計用排気制御弁内へ流入してきた空気は、これら溝を通過して図示していないストッパー７０８付近の空隙より放出されていく。外装ケース体７０７及び可動鉄芯７０５は磁性材料で形成され、コイル７０３へ電流が印加されると励磁されるようになっている。

コイル７０３へ電流を印加すると、図１０（ｂ）内に例示したような磁力線７０９が、外装ケース体７０７と可動鉄芯７０５により構成される磁気回路内で発生する。この時、パッキン７０２付近の外装ケース体７０７と可動鉄芯７０５の対向面で、互いに引き付けようとする磁力が発生する。この磁力は、外装ケース体７０７と可動鉄芯７０５の間の距離が短くなるほど強くなっていく特性を有する。この磁力が付勢バネ７０６で加えられている力よりも大きくなると、可動鉄芯７０５は空気流入口７０１方向へ動き出し、パッキン７０２が空気流入口７０１と接触すると、図１０（ｂ）の状態となる。

図１０で示した血圧計用排気制御弁に印加する電流を変化させた際の血圧計用排気制御弁内で作用する力の様子を図１１に示す。図１１では、横軸が空気流入口７０１からパッキン７０２までの空隙量を示し、縦軸が付勢バネ７０６に作用する力（バネ力）、および、可動鉄芯７０５に作用する力（以下、可動鉄芯磁力とする）を示す。バネ力は空気流入口７０１からパッキン７０２へ向かう方向を正の向きとし、可動鉄芯磁力はパッキン７０２から空気流入口７０１へ向かう方向を正の向きとしている。

図１１内の直線８０１はバネ力の特性を示し、曲線８０２ａから８０２ｆは、コイル７０３に対して所定の電流を印加した場合の可動鉄芯磁力の特性を示す。曲線８０２ａで表わされる条件の印加電流は５ｍＡであり、以下、曲線８０２ｂは７ｍＡ、曲線８０２ｃは１０ｍＡ、曲線８０２ｄは１２ｍＡ、曲線８０２ｅは１４ｍＡ、曲線８０２ｆは２０ｍＡに対応する。バネ力の特性はバネの縮み量に比例するので、直線８０１のように空隙量に対してある勾配を有して直線になるのは自明である。また、可動鉄芯磁力は外装ケース体７０７と可動鉄芯７０５間の距離の２乗に反比例するような特性なので、各電流印加条件に共通して空隙量が小さくなるほど可動鉄芯磁力は強くなるという、曲線８０２ａから８０２ｆに示すような傾向となる。また、コイル７０３へ印加する電流を変化させると、その電流量と比例するように外装ケース体７０７と可動鉄芯７０５間の磁束密度が強くなり
、可動鉄芯磁力は磁束密度の２乗に比例するような傾向を示す。即ち、図１１の一定の空隙量に対し、可動鉄芯磁力はコイル７０３へ印加する電流の２乗に概ね比例する特性となる。

図１１では、直線８０１と曲線８０２ｃとの交点をＱ１、直線８０１と曲線８０２ｄとの交点をＱ２として示している。交点Ｑ１およびＱ２はバネ力と各印加電流条件での可動鉄芯磁力とが均衡していることを表わしており、交点Ｑ１およびＱ２の空隙量はバネ力と可動鉄芯磁力とが釣り合う位置ということになる。直線８０１と曲線８０２ａおよび曲線８０２ｂとの間にも、空隙量の非常に小さい領域で交点は存在しているが、これら交点は釣り合う位置を示しているものではない。

コイル７０３へ電流を印加していない場合、空気流入口７０１からパッキン７０２までの空隙量＝０．５ｍｍが初期状態となっている。この時、バネ力によりパッキン７０２が空気流入口８０１から離れるように付勢されているので、可動鉄芯７０５が空気流入口７０１方向へ移動するには、このバネ力よりも大きい可動鉄芯磁力が与えられる必要がある。ところが、曲線８０２ａおよび曲線８０２ｂの条件では、空隙量＝０．５ｍｍの位置で、可動鉄芯磁力よりもバネ力の方が大きい為、可動鉄芯７０５が移動することはない。従って、曲線８０２ａおよび曲線８０２ｂの条件では、前述の直線８０１との交点まで到達できないので、これら交点が釣り合う位置とはならないのである。

また、曲線８０２ｅおよび曲線８０２ｆの条件では、空隙量＝０．５ｍｍの位置で、可動鉄芯磁力の方がバネ力よりも大きい為、電流を印加した瞬間に可動鉄芯７０５は空気流入口７０１方向へ移動する。この際、曲線８０２ｅ、曲線８０２ｆともに直線８０１との交点が存在しないことからも明らかなように、可動鉄芯７０５は空気流入口７０１からパッキン７０２までの空隙量が無くなるところまで一気に移動する。

このように、特許文献２および特許文献３で記載の血圧計用排気制御弁は、空気流入口７０１からパッキン７０２までの空隙量の制御可能な印加電流範囲が極めて狭くなってしまい、更に、空隙量が極めて少ない状態を実現する為の印加電流条件が不在となり易く、制御不能になるケースが多くなる。即ち、血圧計用排気制御弁として用いるには、十分な吐出量制御ができず、弁を開く或いは弁を閉じるといった２値的な動作にしか適合しない状態となっている。高価な磁石を採用しない安価な血圧計用排気制御弁の実用化を目指して、これまでにも、磁気回路レイアウト変更、バネ改良、パッキン部改良等の検討が進められているが、いずれも根本的な解決策には至っていない。

図１に、本発明の第一の実施形態における血圧計用排気制御弁の構造の一例を示す。図１（ａ）は、血圧計用排気制御弁の空気流入口を開いている状態の断面図、図１（ｂ）は、第一のコイル１０４ａと可動鉄芯１０３との配置関係図、図１（ｃ）は、血圧計用排気制御弁の空気流入口を閉じている状態の断面図を表わす。

図１（ａ）において、非磁性材料で構成される外装部材としての外装ケース体１０７に設けられた空気流入口１０１を開閉制御可能なように弁体としてパッキン１０２が配置され、パッキン１０２は非磁性材料で構成された連結部材１１１に接合されている。連結部材１１１は、磁性材料で構成される可動鉄芯１０３にも接合され、パッキン１０２、連結部材１１１、可動鉄芯１０３が一体となって直線的に運動可能なように構成されている。外装ケース体１０７の内部に図示しない何らかの方法で接合されたボビン体１０５が存在し、このボビン体１０５には第一のコイル１０４ａと第一のコイル１０４ｂが巻き付けられている。

第一のコイル１０４ａと第二のコイル１０４ｂとは直列接続されていてコイルの巻き方
向は逆向きとなっている。ここでは、第一のコイル１０４ａと第二のコイル１０４ｂとを直列接続の場合で例示しているが、並列接続であっても構わない。第二のコイル１０４ｂの内部には磁性材料で構成される固定鉄芯１０６が配置されており、ボビン体１０５に固定されている。可動鉄芯１０３は第一のコイル１０４ａ内部を摺動可能なように配置され、固定鉄芯１０６と接触しないように非磁性材料で構成されたスペーサ１１２により分離されている。スペーサ１１２は、非磁性材料で構成されているが、これはスペーサ１１２が可動鉄芯１０３及び固定鉄芯１０６と一緒に磁化されてひとつの磁石として機能すること防ぐためである。スペーサ１１２は、固定鉄芯１０６と接合されている。また、可動鉄芯１０３は、その中心が第一のコイル１０４ａの中心と一致するように配置されている。中心が一致するとは、図１（ｂ）に示すように第一のコイル１０４ａと可動鉄芯１０３の水平軸１１４と、第一のコイル１０４ａと可動鉄芯１０３の垂直軸１１３が一致していることを意味する。

ここで、可動鉄芯１０３と固定鉄芯１０６を分離する理由を説明する。二つの鉄芯が接触している場合に、第一のコイル１０４ａと第二のコイル１０４ｂを駆動させると、二つの鉄芯が一つの鉄芯として一体化して動作する。このような場合、可動鉄芯１０３と固定鉄芯１０６との間の反発力が使用不能となる。これを回避するために、可動鉄芯１０３と固定鉄芯１０６を分離して配置する必要がある。

次に、第一のコイル１０４ａと可動鉄芯１０３の中心を一致させる理由について説明する。第一のコイル１０４ａの半径と長さの関係において、（半径＜＜長さ）が成立する場合においては、第一のコイル１０４ａを駆動させた際の内部の磁場は一様となる。しかし、第一のコイル１０４ａの半径と長さの関係が（半径＜＜長さ）を満足しない場合には、内部の磁場が一様とはならない。本発明の血圧計用排気制御弁に使用するコイルでは、（半径＜長さ）ではあるものの、（半径＜＜長さ）になるほどの大きな長さの差が生じない。このため、可動鉄芯１０３の配置によって、動作に影響が及ぶ。特にコイル端部での効果が大きく、コイル端部に近づくほど磁場は弱くなる。これを踏まえ、可動鉄芯１０３をより磁場の強い位置で駆動させるためには、第一のコイルの中心に配置することが好ましい。このような理由により、第一のコイル１０４ａと可動鉄芯１０３の中心を一致させる配置としている。

ここから第一のコイル１０４ａ及び第二のコイル１０４ｂをソレノイドとして駆動する場合の動作について説明する。まず、第一のコイル１０４ａおよび第二のコイル１０４ｂに対して電流が印加されていない場合、可動鉄芯１０３は付勢バネ１０８により固定鉄芯１０６へ押し付けられた状態となり、空気流入口１０１とパッキン１０２の間には空隙が確保される。空気流入口１０１から血圧計用排気制御弁へ流れ込んできた空気は外装ケース体１０７の側面にある空気吐出口１０９から外へ吐出されていく。

ここでは、外装ケース体１０７の全体を非磁性材料としたが、外装ケース体１０７は特定の部分を除き磁性材料が混在していても構わない。この特定の部分とは、第一のコイル１０４ａと第二のコイル１０４ｂとの境界から可動鉄芯１０３の側である。この特定の部分に磁性材料が存在してしまった場合、第一のコイル１０４ａへ電流が印加された際、この磁性材料部分が可動鉄芯１０３を引き付ける役割を果たし、図１０で示した構成の従来の血圧計用排気制御弁で保有していた問題点を踏襲する可能性がある。従って、第一のコイル１０４ａと第二のコイル１０４ｂとの境界から可動鉄芯１０３の側の外装部材の中に、磁性材料が存在してはいけないことになる。

次に第一のコイル１０４ａおよび第二のコイル１０４ｂへ電流が印加されると、図１（ｃ）で例示する磁力線１１０ａおよび磁力線１１０ｂが発生する。磁力線１１０ａは第一のコイル１０４ａから発生し、磁力線１１０ｂは第二のコイル１０４ｂから発生する。第
一のコイル１０４ａと第二のコイル１０４ｂの巻き線方向が逆になっているので、磁力線１１０ａと磁力線１１０ｂの旋回方向も逆回りとなる。この磁力線１１０ａと磁力線１１０ｂにより可動鉄芯１０３と固定鉄芯１０６は励磁され、可動鉄芯１０３と固定鉄芯１０６の対向面付近で反発力が発生する。この反発力が付勢バネ１０８のバネ力よりも大きくなると、可動鉄芯１０３は空気流入口１０１方向へ押し出され、空気流入口１０１とパッキン１０２の間の空隙を狭くしていく。最終的に、パッキン１０２が空気流入口１０１と接触すると図１（ｃ）で示す状態となり、空気流入口１０１から血圧計用排気制御弁へ流れ込む空気が遮断されるようになる。

図１で示した血圧計用排気制御弁に印加する電流を変化させた際の血圧計用排気制御弁内で作用する力の様子を図２に示す。図２では、横軸が空気流入口１０１からパッキン１０２までの空隙量を示し、縦軸が付勢バネ１０８に作用する力（バネ力）、および、可動鉄芯１０３に作用する力（可動鉄芯磁力とする）を示す。バネ力は空気流入口１０１からパッキン１０２へ向かう方向を正の向きとし、可動鉄芯磁力はパッキン１０２から空気流入口１０１へ向かう方向を正の向きとしている。

図２内の直線２０１はバネ力の特性を示し、曲線２０２ａから２０２ｆは、第一のコイル１０４ａおよび第二のコイル１０４ｂに対して所定の電流を印加した場合の可動鉄芯磁力の特性を示す。曲線２０２ａで表わされる条件の印加電流は５ｍＡであり、以下、曲線２０２ｂは７ｍＡ、曲線２０２ｃは１０ｍＡ、曲線２０２ｄは１２ｍＡ、曲線２０２ｅは１４ｍＡ、曲線２０２ｆは２０ｍＡに対応する。バネ力の特性はバネの縮み量に比例するので、直線２０１のように空隙量に対してある勾配を有して直線になるのは自明である。また、可動鉄芯磁力は可動鉄芯１０３と固定鉄芯１０６間の距離の２乗に反比例するような特性なので、各電流印加条件に共通して空隙量が大きくなるほど可動鉄芯磁力は強くなるという、曲線２０２ａから２０２ｆに示すような傾向となる。

また、第一のコイル１０４ａおよび第二のコイル１０４ｂへ印加する電流を変化させると、その電流量と比例するように可動鉄芯１０３と固定鉄芯１０６間の磁束密度が強くなり、可動鉄芯磁力は磁束密度の２乗に比例するような傾向を示す。即ち、図２の一定の空隙量に対し、可動鉄芯磁力は第一のコイル１０４ａおよび第二のコイル１０４ｂへ印加する電流の２乗に概ね比例する特性となる。図２では、直線２０１と曲線２０２ａとの交点をＲ１、直線８０１と曲線８０２ｂとの交点をＲ２、直線８０１と曲線８０２ｃとの交点をＲ３、直線８０１と曲線８０２ｄとの交点をＲ４、直線８０１と曲線８０２ｅとの交点をＲ５、直線８０１と曲線８０２ｆとの交点をＲ６として示している。交点Ｒ１からＲ６の各点はバネ力と各印加電流条件での可動鉄芯磁力とが均衡していることを表わしており、交点Ｒ１からＲ６の各空隙量は、バネ力と可動鉄芯磁力とが釣り合う位置ということになる。即ち、第一のコイル１０４ａ、第二のコイル１０４ｂに対して所定の電流を印加すれば、その条件に対応する空隙量が決まってしまうことを表わしている。

同じ磁石レス構造である従来の血圧計用排気制御弁で作用する力の様子を表わした図１１と比較してみると、本発明による血圧計用排気制御弁では、空気吐出量、即ち、空気流入口とパッキン間の空隙量に対する制御性が大幅に改善されていることが明らかである。従来の血圧計用排気制御弁では、空隙量が比較的広めの領域に対して、特定の印加電流範囲に限って空隙量の制御が可能になっていた。空隙量が狭い領域に対しては、空隙量の制御可能な印加電流条件が不在となる可能性も高かった。本発明の血圧計用排気制御弁では、制御したい空隙量全域にわたり、その空隙量を実現する印加電流の条件が必ず存在する。

また、本発明の血圧計用排気制御弁は、従来の磁石レス構造の血圧計用排気制御弁と比較して、別の改良点も存在している。ここまでの説明では、発明の効果を簡便に説明する為に、血圧計用排気制御弁へ電流を印加していない状態から、電流を印加していく過程に
限定してきた。従来の磁石レス構造の血圧計用排気制御弁に対して、印加電流を大きくした状態から小さくしていく過程では、更に劣悪な挙動を示す。

この過程について、図１１を利用して説明する。図１１において、曲線８０２ｆの設定で空隙量＝０．０ｍｍとなった状態を最大電流が印加された初期状態とし、この状態から印加電流を小さくしていく。印加電流を小さくしていく状況は、曲線８０２ｆ→曲線８０２ｅ→・・・・→曲線８０２ｂ→曲線８０２ａという形で曲線を選択していくことに相当する。空隙量＝０．０ｍｍの位置で可動鉄芯７０５が空気流入口７０１から離れていく為には、可動鉄芯磁力よりも付勢バネのバネ力が大きくなる必要がある。即ち、空隙量＝０．０ｍｍにおける可動鉄芯磁力を表わす曲線８０２ｆから８０２ａがバネ力を表わす直線８０１よりも下方に存在しなければいけないということである。

この条件は、曲線８０２ａによって初めて達成される。しかも、空隙量＜０．５ｍｍの範囲で曲線８０２ａは必ず直線８０１の下方に存在するので、可動鉄芯７０５はパッキン７０２が空気流入口７０１から最も遠ざかる位置まで一気に移動してしまう。このことは、血圧計用排気制御弁への印加電流を小さくしていく方向では、空気流入口とパッキン間の空隙量に対して、「遮蔽状態」と「全開状態」という２値化的な動きしかできないことを表わしている。これ以上の詳細な説明は省略するが、本発明の血圧計用排気制御弁と従来の磁石利用の血圧計用排気制御弁では、図２および図９から容易に判断可能なように、印加電流の増減方向によって制御性が異なる、２値化的な動きに陥ってしまう、というようなことは起こらない。

ここからは、図５、図６、図７を用いて、本発明の第二の実施形態における血圧計用排気制御弁について説明する。まず、図５に示す血圧計用排気制御弁の構造について説明する。図５（ａ）は、電流を印加していない状態の図１（ａ）の構成図とほぼ同様で空気流入口１０１を開いている断面図であるが、図１（ａ）におけるスペーサ１１２が調整バネ９００に置き換えてある。図５（ｂ）は、電流を印加している状態の図１（ｂ）の構成図と同様で空気流入口１０１を閉じている断面図であるが、図１（ｂ）におけるスペーサ１１２が調整バネ９００に置き換えてある。それ以外の構成については、前述で説明した通りであり省略する。この調整バネ９００は、スペーサ１１２と同様の理由により非磁性材料により構成され、可動鉄芯１０３及び固定鉄芯１０６と同じ方向に磁化されない。また、その一端を固定鉄芯１０６に接合されており、一端が固定されている。もう一端は可動鉄芯１０３の一端と接触しており、可動鉄芯１０３を押している。つまり、可動鉄芯１０３は調整バネ９００から押される力と付勢バネ１０８から押される力によってある位置で釣り合った状態で静止している。このある位置とは、前述で説明した第一のコイル１０４ａの中心と可動鉄芯１０３の中心が一致している図１（ｂ）の位置である。

続いて、第一のコイル１０４ａと第二のコイル１０４ｂに電流を印加した際の動作について説明する。基本的な動作は前述のとおりであり、第一のコイル１０４ａ及び第二のコイル１０４ｂに電流を印加することで磁力線９０１ａ、磁力線９０１ｂがそれぞれ図５（ｂ）に示す方向に発生し、パッキン１０２が空気流入口１０１に押し付けられる。このとき、第二の実施形態では第一の実施形態と異なり、調整バネ９００が配置されているため、付勢バネ１０８に加わる力が異なる。

図６の直線９０４は、調整バネ９００に作用する力の特性を示している。図６は、図２に直線９０４を追記して記載したものである。図６のように調整バネ９００は、空気流入口とパッキン間の空隙量が小さくなるほど、作用する力が減少する。これは、調整バネ９００が伸びるため反発する力が減少するためである。また、空気流入口とパッキン間の空隙量が０．５ｍｍにおいて、付勢バネ１０８と調整バネ９００の作用する力が一致しているため、可動鉄芯１０３はこの位置において静止して配置される。つまり、この位置が第
一のコイル１０４ａの中心と可動鉄芯１０３の中心が一致する場所である。

ここで、図７を用いて可動鉄芯磁力と調整バネ９００に作用する力の合成力について説明する。図７内の直線２１０は付勢バネ１０８に作用する力の特性を示し、曲線９１１ａから９１１ｆは、第一のコイル１０４ａおよび第二のコイル１０４ｂに対して所定の電流を印加した場合の可動鉄芯磁力と調整バネ９００に作用する力の合成力の特性を示している。曲線９１１ａで表わされる条件の印加電流は５ｍＡであり、以下、曲線９１１ｂは７ｍＡ、曲線９１１ｃは１０ｍＡ、曲線９１１ｄは１２ｍＡ、曲線９１１ｅは１４ｍＡ、曲線９１１ｆは２０ｍＡに対応する。図２と比較すると分かるように、調整バネ９００のバネ力が加わっている関係で曲線９１１ａから９１１ｆのすべてで合成力が強くなっている。これにより、少ない電流での可動鉄芯磁力においても、大きな力を作ることが出来るため、より小さな電流での駆動も可能となる。これにより、流す電流量を小さくして省電させることもできる。また、同じ力で良い場合には、その分可動鉄芯磁力を落とすことも可能であり、その際には第一のコイル１０４ａ及び第二のコイル１０４ｂを小型化することができる。基本的に、可動鉄芯磁力は第一のコイル１０４ａと第二のコイル１０４ｂの巻き数によって変化する。多数巻きにすればそれだけ磁力は強まり、巻き数を減らせばその分磁力は弱まることになる。巻き数を減らすことができれば、コイルを小型にすることが可能となる。

以上のとおり、本発明の血圧計用排気制御弁では、磁石を利用することなく、従来の磁石利用の血圧計用排気制御弁よりも優れた制御性能を実現可能とした。また、本発明により、減圧速度制御時の制御性が良好である血圧計用排気制御弁を供給可能にした。

本発明の血圧計用排気制御弁における第一の実施形態を示す断面図である。 本発明の血圧計用排気制御弁における第一の実施形態の作用を示す図である。 本発明の血圧計用排気制御弁を搭載した血圧計の構成図である。 本発明の血圧計用排気制御弁を搭載した血圧計の処理図である。 本発明の血圧計用排気制御弁における第二の実施形態を示す断面図である。 本発明の血圧計用排気制御弁における調整バネの作用を示す図である。 本発明の血圧計用排気制御弁における第二の実施形態の作用を示す図である。 従来の磁石利用の血圧計用排気制御弁の実施形態を示す断面図である。 従来の磁石利用の血圧計用排気制御弁の作用を示す図である。 従来の磁石レスの血圧計用排気制御弁の形態を示す断面図である。 従来の磁石レスの血圧計用排気制御弁の作用を示す図である。

符号の説明

１０１ 空気流入口
１０３ 可動鉄芯
１０４ａ 第一のコイル
１０４ｂ 第ニのコイル
１０６ 固定鉄芯
１０８ 付勢バネ
１０９ 空気吐出口
１１２ スペーサ
９００ 調整バネ

Claims (6)

1. 空気流入口と、該空気流入口を開閉制御する弁体と、
   前記空気流入口を開口するように前記弁体に力を与える付勢バネと、
   前記空気流入口から吸気された空気を排気する為の空気吐出口と
   を備える血圧計用排気制御弁であって、
   互いに巻き方向の異なる第一のコイルと第二のコイルとを有し、
   前記第一のコイルと第二のコイルとは互いに中心軸が一致するように配置され、
   前記第一のコイルには前記弁体と連動する可動鉄芯を備え、
   前記第二のコイルには固定された固定鉄芯を備え、
   前記可動鉄芯と前記固定鉄芯とは接触しないように配置され、
   前記第一のコイルと第二のコイルに電流を印加した際に、
   前記可動鉄芯と前記固定鉄芯との間に反発力が作用する血圧計用排気制御弁。
2. 前記第一のコイルと前記可動鉄芯とは互いに中心が一致するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の血圧計用排気制御弁。
3. 前記可動鉄芯と前記固定鉄芯との間には、弾性部材が配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の血圧計用排気制御弁。
4. 前記可動鉄芯と前記固定鉄芯との間には、スペーサが配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の血圧計用排気制御弁。
5. 前記弾性部材は、バネで構成されることを特徴とする請求項３に記載の血圧計用排気制御弁。
6. 前記バネは、非磁性材料で構成されることを特徴とする請求項５に記載の血圧計用排気制御弁。
   

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