JP2009293426A - ダイヤフラムポンプおよび血圧計 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの先端面と当該先端面に対向する面との最近接距離を小さくして、騒音や故障の発生を回避するとともにポンプ効率を高めることを可能とする、ダイヤフラムポンプを提供する。
【解決手段】ポンプ室１３の容積変化により流体を輸送するダイヤフラムポンプは、往復運動してポンプ室１３の容積を変化させるピストン１４と、ピストン１４の外周部に取り付けられておりピストン１４の往復運動に伴い伸縮するダイヤフラム部１５と、ピストン１４の先端面１４ａに対向するカバー面１６ａを有するダイヤフラムカバー１６とを備える。ポンプ室１３の内面は、ピストン１４の先端面１４ａとダイヤフラムカバー１６のカバー面１６ａとを含む。ピストン１４の先端面１４ａと、ダイヤフラムカバー１６のカバー面１６ａとは、略球面状に形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、ダイヤフラムポンプおよび血圧計に関する。

近年、血圧の自己管理がますます重要視され、家庭用血圧計が広く用いられるようになってきている。血圧計測に際しては、生体の一部に空気袋を内蔵した腕帯を巻き付け、その空気袋に空気を送って加圧する。生体を圧迫させて得られる動脈情報から、血圧測定を行なう。空気袋を加圧するためにはエアーポンプが用いられる。エアーポンプは、ケース内にポンプ室を形成するゴム状のダイヤフラム部と、ダイヤフラム部に設けられたピストンと、ピストンに取り付けられた駆動体とを備える。駆動体が揺動してピストンに往復動を行なわせることによって、ポンプ室内の容積が変化する。このポンプ室の容積変化によって、空気を移送するポンプ作用が行なわれる。

上記のような構成のポンプにおいて、ポンプの最高圧力、効率を高めるには、下死点時のポンプ室容積と上死点時のポンプ室容積との比を大きくすることが必要である。傾斜した偏心回転軸により揺動する駆動体に固定されているピストンが上死点と下死点とに移動し、ポンプ室の容積を変化させる構造においては、駆動体の傾斜方向の変化によりピストンもその傾きが変化する。特に、駆動体のピストンを取り付ける部分が平板状で、駆動体に取り付けられたピストンの上面が平面の場合、上死点位置ではピストンの上面が傾斜された位置で圧縮工程が終わる。

ダイヤフラムを蓋するカバーが平面の場合、上死点時には、ピストンの上面とポンプ室の上方の内側面を形成するカバー表面との間に、傾斜された空間部が生じる。この空間部が、下死点時のポンプ室容積と上死点時のポンプ室容積との比、すなわち圧縮比を小さくすることになる。ポンプの最高圧を高め、ポンプ効率を高めるには、このような空間部を可能な限り小さくして圧縮比を高めることが必要である。従来、ピストンと対向するポンプ室のカバー表面を傾斜面にし、上死点時にピストンが傾斜された状態でピストンの上面とカバー表面とが平行になるようにされた構造が提案されている（たとえば、特許文献１および２参照）。
特開２００２−２７６５５５号公報 特開２００３−３１４４５９号公報

図９は、従来のダイヤフラムポンプの構成を示す平面模式図である。図１０は、図９に示すＸ−Ｘ線に沿うダイヤフラムポンプの断面模式図である。図１１は、図９に示すＸＩ−ＸＩ線に沿うダイヤフラムポンプの断面模式図である。図１１には、下死点から上死点へのピストン１１４の移動を示しており、図１１（ａ）はピストン１１４が下死点に位置している状態、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は下死点から上死点への移動過程、図１１（ｄ）はピストン１１４が上死点に位置している状態を示す。なお図９は、図１０に示すＩＸ−ＩＸ線に沿うダイヤフラムポンプの断面を示す。

従来のダイヤフラムポンプの構造にあっては、傾斜した偏心回転軸である駆動軸１０６により揺動する駆動体１０７に連結されたピストン１１４は、駆動体１０７の位置によってピストン１１４の上面の傾斜角度が、図１１に示すように変化する。図１１（ｄ）に示すようにダイヤフラムカバー１１６のピストン１１４と対向する面がピストン１１４の上死点時にピストン１１４の面と平行となるように形成されていたとしても、駆動体１０７の位置によりピストン１１４に微小な角度変化が生じると、ピストン１１４の上面は、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）に示すようにダイヤフラムカバー１１６のピストン１１４と対向する面と平行とならず、対向する面に対して傾斜する。

上死点の僅か手前の角度でピストン１１４が傾斜するために、図１１（ｃ）に示すように、ピストン１１４の端部がポンプ室１１３を蓋するダイヤフラムカバー１１６に接触する問題点がある。また、上死点時にピストン１１４の上面が水平方向になるように駆動体１０７が成形されて上死点時にピストン１１４の上面とダイヤフラムカバー１１６表面とが平行になるようにされている構成においても、同様に上死点の僅か手前の角度で、ピストン１１４の端部がポンプ室１１３を蓋するダイヤフラムカバー１１６に接触する問題がある。

ピストンの端部がカバーに接触すると、騒音の発生や、ポンプの故障の原因になる。この接触を回避するためには、ポンプ室のカバー表面とピストンとの距離にはある程度のクリアランスが必要となる。クリアランスを設けると、上死点時のポンプ室容積が相対的に大きくなる。そのため、圧縮比を大きく高めることができず、ポンプの最高圧力が低下し、ポンプ効率が低下する。また、この接触はポンプ室およびピストンの径を大きく、また駆動体を揺動させる偏心回転軸の傾斜角度を大きくすればするほど発生し易くなり、接触を回避するためにはより大きなクリアランスが必要となる。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、ピストンの先端面と当該先端面に対向する面との接触を回避して騒音や故障の発生を回避するとともに、ピストンの先端面と対向する面との最近接距離を小さくしてポンプ効率を高めることを可能とする、ダイヤフラムポンプを提供することである。また、本発明の他の目的は、上記のダイヤフラムポンプを備える血圧計を提供することである。

本発明に係るダイヤフラムポンプは、ポンプ室の容積変化により流体を輸送するポンプである。ダイヤフラムポンプは、ピストンと、ダイヤフラム部と、ダイヤフラムカバーとを備える。ピストンは、往復運動してポンプ室の容積を変化させる。ダイヤフラム部は、ピストンの外周部に取り付けられており、ピストンの往復運動に伴い伸縮する。ダイヤフラムカバーは、ピストンの先端面に対向するカバー面を有する。ポンプ室の内面は、ピストンの先端面とダイヤフラムカバーのカバー面とを含む。ピストンの先端面と、ダイヤフラムカバーのカバー面とは、略球面状に形成されている。

ここで、ピストンの先端面とダイヤフラムカバーのカバー面とは、曲率が全面に亘って均一である球面の一部形状に形成されていてもよく、製造上の誤差などを原因として厳密な球面形状から一部外れた形状であってもよい。また、先端面とカバー面とは、たとえば曲率の異なる複数の球面形状を組み合わせた形状や、放物面の一部形状などの曲面形状に形成されていてもよい。つまり、略球面状とは、先端面とカバー面とがいずれも球面状に形成されている場合を含み、また、先端面とカバー面とのいずれか一方または両方が、球面ではないが球面に近い形状に形成されている場合を含むものとする。

上記ダイヤフラムポンプにおいて、ピストンの先端面がポンプ室の内方に向かって凸形状に形成されており、ダイヤフラムポンプのカバー面がポンプ室の内方に向かって凹形状に形成されていてもよい。

上記凹形状の曲率半径は、上記凸形状の曲率半径よりも大きくてもよい。ピストンが上死点に位置しているとき、先端面とカバー面との略球面の中心が一致していてもよい。また、ピストンが上死点に位置しているとき、先端面とカバー面との略球面の中心が、ピストンの往復運動に伴って発生する傾斜運動の中心と一致していてもよい。

ピストンが上死点に位置しているとき、先端面はカバー面に非接触状態で対向してもよい。カバー面の曲率半径と先端面の曲率半径との差の絶対値は、ピストンが上死点に位置しているときの先端面とカバー面との隙間寸法と等しくてもよい。

本発明に係る血圧計は、被測定者の血圧測定部位に装着され、気体が充填される気体袋を有するカフを備える。また、気体袋に気体を移送させる、上記のダイヤフラムポンプを備える。また、カフ内の圧力を検出する圧力検出部を備える。また、圧力検出部によって検出された圧力値から被測定者の血圧を測定する測定部を備える。

このダイヤフラムポンプによると、ピストンの先端面を略球面状に形成し、それに対向するダイヤフラムカバーのカバー面を同じく略球面状に形成することによって、ピストンが往復運動時に傾いた場合にも、先端面がカバー面に接触しない構造とすることができる。そのため、騒音の発生や、ピストンの先端面のカバー面への接触を原因とするポンプの故障を回避することができる。

また、先端面とカバー面との間の隙間を、ピストンの傾きによる先端面のカバー面への接触を考慮した隙間寸法とする必要はないので、隙間寸法をより小さくすることができる。つまり、先端面がカバー面に最接近する上死点時のポンプ室の容積をより小さくすることができるので、圧縮比を向上させ、ダイヤフラムポンプの最高圧力およびポンプ効率を向上させることができる。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

なお、以下に説明する実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下の実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、上記個数などは例示であり、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１のダイヤフラムポンプの構成を示す平面模式図である。図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿うダイヤフラムポンプの断面模式図である。図１に示すＩＩ−ＩＩ線は、図１内右側に位置するポンプ室１３および吐出弁３０の平面形状である円の中心点と図１内左側に位置する吸気弁２０の平面形状である円の中心点を通っており、かつモータ２の出力軸３の軸中心を通っている。図３は、図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿うダイヤフラムポンプの断面模式図である。図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線は、図１内右側および左下側に位置するポンプ室１３および吐出弁３０の平面形状である円の中心点を通っており、かつモータ２の出力軸３の軸中心を通っている。以下の実施の形態において、上下方向とは、ダイヤフラムポンプの断面図における上下方向をいい、水平方向とはこれらの図における左右方向をいうものとする。

図１〜図３に示すように、ダイヤフラムポンプ１の下部には、小型の直流モータであるモータ２が設けられている。モータ２には、モータ２の回転運動によって回転する出力軸３が取り付けられている。出力軸３は、ダイヤフラムポンプ１の下部ケース４の内部まで延びている。出力軸３は、上下方向に延在している。

出力軸３の端部には、回転体５が固定されている。回転体５は、出力軸３と一体となって回転運動する。回転体５には、駆動軸６が固定されている。駆動軸６の回転体５に固定されている一方の端部である基端は、出力軸３の回転中心の延長線から離れて位置している。一方、駆動軸６の他方の端部側は、その中心軸の延長線が出力軸３の回転中心の延長線と交差している。そのため、駆動軸６は出力軸３に対して傾斜している。駆動軸６は、上下方向に対して傾斜する方向に延在している。

駆動軸６の先端側は、駆動体７に回転可能に挿通されている。駆動体７は、円板形状の円板部８と、円板部８の下方に設けられ駆動軸６の延びる方向に延在する筒状の支持部９と、円板部８の上方に突起した凸形状部１０とを含む。駆動体７は、平面形状が円形状に形成されている。凸形状部１０は、駆動体７の円板部８の上面に、互いに１２０°間隔に３個形成されている。駆動軸６の先端部は支持部９の中央に設けられた穴に回転可能に挿通されている。駆動体７の周囲を囲むように、上部ケース１１が配置されている。上部ケース１１は、その下端部において下部ケース４の上端部に、螺子作用などにより固定されている。

上部ケース１１の上側には、ダイヤフラム本体１２が設けられている。ダイヤフラム本体１２は、柔らかく薄いゴムなどの弾性材などにより形成されており、円板状に成形されている。ダイヤフラム本体１２の下方には、１２０°の等しい角度間隔で形成されたポンプ室１３が形成されている。ポンプ室１３の下方には、ピストン１４が設けられている。ピストン１４の外周部には、伸縮自在に設けられた薄膜状のダイヤフラム部１５が取り付けられている。図１に示すように、ポンプ室１３は平面形状円形に形成されている。ダイヤフラム部１５は、ポンプ室１３の円形の平面形状の周縁部を形成するダイヤフラム本体１２と、ピストン１４の外周部とを、気密状態に連結する。ピストン１４の下部には、下部表面が窪んだ凹部が形成されている。ピストン１４の凹部に駆動体７の凸形状部１０が嵌め込まれることにより、駆動体７にピストン１４が組み付けられている。

ダイヤフラム本体１２の上側には、ポンプ室１３を蓋するダイヤフラムカバー１６が設けられている。ダイヤフラムカバー１６は、ピストン１４の先端面１４ａに対向する表面である、カバー面１６ａを有する。カバー面１６ａは、ポンプ室１３を上側から覆っている。ポンプ室１３は、ピストン１４の先端面１４ａと、ダイヤフラム部１５と、ダイヤフラムカバー１６のカバー面１６ａとによって、囲まれるように形成されている。ポンプ室１３の内面は、ピストン１４の先端面１４ａと、ダイヤフラムカバー１６のカバー面１６ａとを含んでいる。なお、ポンプ室１３の内面が上部ケース１１の内側面やダイヤフラム本体１２の表面などを含むように、ポンプ室１３を形成してもよい。

ピストン１４の先端面１４ａと、ダイヤフラムカバー１６のカバー面１６ａとは、球面状に形成されている。ピストン１４の先端面１４ａは、ポンプ室１３の内方に向かって凸形状に形成されている。ダイヤフラムカバー１６のカバー面１６ａは、ポンプ室１３の内方に向かって凹形状に形成されている。

ダイヤフラムカバー１６のさらに上側には、集気体１７が設けられている。ダイヤフラムカバー１６と集気体１７との間に狭持されるように、吸気弁２０と吐出弁３０とが配置されている。このダイヤフラムポンプ１によって輸送される気体は、集気体１７の内部に形成された空気室４１を経由して、排気部４２から外部へと流れる。

吸気弁２０は、ポンプ室１３内へ気体を流入させる通気路内に設けられた逆止弁である。吸気弁２０は、弾性膜体２１と、弾性膜体２１を取り囲むように形成されており弾性膜体２１を保持する弾性部材２２とを有している。吐出弁３０は、ポンプ室１３から気体を流出させる通気路内に設けられた逆止弁である。吐出弁３０は、弾性膜体３１と、弾性膜体３１を取り囲むように形成されており弾性膜体３１を保持する弾性部材３２とを有している。なお、図１に示す平面模式図では、吸気弁２０および吐出弁３０が設けられている断面におけるダイヤフラムポンプ１の平面図を示している。

下部ケース４、上部ケース１１およびダイヤフラム本体１２によって囲まれた空間は、ダイヤフラムポンプ１の内部空間を形成する。吸気路１８が下部ケース４または上部ケース１１の少なくともいずれか一方の一箇所または複数箇所に形成されており、ダイヤフラムポンプ１の内部空間とダイヤフラムポンプ１の外部とを連通する。ダイヤフラムポンプ１の内部空間には、吸気路１８を経由して、系外から大気が流入する。

ダイヤフラム本体１２とピストン１４とは、薄膜状のダイヤフラム部１５によって気密状態に連結されている。そのため、ダイヤフラムポンプ１の内部空間と、ポンプ室１３とは、別空間とされている。ダイヤフラムポンプ１の内部空間とポンプ室１３とは、吸気弁２０が開状態となるときに限り、吸気弁２０を含む通気路を経由して連通される構造に形成されている。

ダイヤフラムポンプ１の動作について以下に説明する。モータ２が通電されて出力軸３が回転すると、出力軸３の回転が回転体５を介在させて駆動軸６に伝達され、傾斜軸である駆動軸６が回転する。駆動軸６は駆動体７に回転可能に組み付けられており、かつ、ピストン１４は駆動体７に固定されている。そのため、駆動軸６が回転すると、駆動体７とピストン１４との組み付け部が１２０°の位相差で上下方向に振動する。この振動により、ピストン１４は上下方向に往復運動する。このピストン１４の往復運動に伴いダイヤフラム部１５が伸縮して、ポンプ室１３の容積を周期的に変化させる。

つまり、ピストン１４が下方に移動するとポンプ室１３の容積が増加し、ピストン１４が上方に移動するとポンプ室１３の容積が減少する。ポンプ室１３は、その容積が変化し得るように形成された、可変容積室である。ポンプ室１３は、ダイヤフラム部１５がダイヤフラム本体１２とピストン１４との間を気密状態に連結し、ダイヤフラムカバー１６のカバー面１６ａにより上部が覆われて、形成されている。ダイヤフラム部１５はゴムなどの薄肉の弾性材料により形成されており容易に変形可能であるために、駆動体７により往復動可能に支持されたピストン１４の往復運動によってポンプ室１３の容積が変化して、ポンプ作用を行なうことが可能とされている。

ピストン１４が下方に移動してポンプ室１３の容積が増えるときは、ポンプ室１３の内部は減圧される。ポンプ室１３の内部が減圧されると、吐出弁３０の弁体である弾性膜体３１がダイヤフラムカバー１６に密着して、吐出弁３０は閉じられる。一方、吸気弁２０の弁体である弾性膜体２１は、ポンプ室１３の内部の圧力の変化で弾性変形する。これにより吸気弁２０が開けられて、図２中の白抜き矢印に示すようにダイヤフラムポンプ１の内部空間から吸気弁２０を経由して空気が流れ、ポンプ室１３へ空気が流入する。

ピストン１４が上方に移動してポンプ室１３の容積が減るときは、ポンプ室１３の内部は増圧される。ポンプ室１３の内部が増圧されると、吸気弁２０の弾性膜体２１がダイヤフラムカバー１６に密着して、吸気弁２０は閉じられる。一方、吐出弁３０の弾性膜体３１は、ポンプ室１３の内部の圧力の変化で弾性変形する。これにより吐出弁３０は開けられて、吐出弁３０を経由してポンプ室１３から空気が流出する。上記のようなポンプ室１３の容積変化により、ダイヤフラムポンプ１は気体を輸送する。

図４は、図３に示すダイヤフラムポンプの断面におけるポンプ室の容積変化を示す模式図である。図３および図４を比較して、図左側のピストン１４は、図３では下方に移動しているために、白抜き矢印で示すようにポンプ室１３へ空気が流入している。これに対し図４では図左側のピストン１４は上方に移動しているために、白抜き矢印で示すようにポンプ室１３から空気が流出し、空気室４１を経由して排気部４２から外部へと流れている。同様に、図右側のピストン１４は、図４では下方に移動しているために、白抜き矢印で示すようにポンプ室１３へ空気が流入している。これに対し図３では図右側のピストン１４は上方に移動しているために、白抜き矢印で示すようにポンプ室１３から空気が流出し、空気室４１を経由して排気部４２から外部へと流れている。

このように、各ポンプ室１３に備えられたピストン１４を往復運動させてポンプ室１３の容積を変化させることにより、吸気弁２０を経由して空気をポンプ室１３内へ吸入し、また吐出弁３０を経由して空気をポンプ室１３より排出して、ダイヤフラムポンプ１が空気を輸送することが可能となっている。

次に、ピストン１４の移動時の傾斜について説明する。図５は、図３および図４に示すＶ−Ｖ線に沿うダイヤフラムポンプの断面模式図である。図３および図４に示すＶ−Ｖ線は、モータ２の出力軸３の軸中心と平行であって、かつ後述する仮想面Ｓとピストン軸線Ｐ−Ｐとの交点を通っており、後述する図５内の基準線Ｙ−Ｙと一致する。図５には、下死点から上死点へのピストン１４の移動を示しており、図５（ａ）はピストン１４が下死点に位置している状態、図５（ｂ）および図５（ｃ）は下死点から上死点への移動過程、図５（ｄ）はピストン１４が上死点に位置している状態を示す。図３に示す図右側のピストン１４は上死点に位置しており、図４に示す図右側のピストン１４は下死点に位置している。

上述のように、駆動軸６はモータ２の出力軸３に対して偏心かつ傾斜しており、駆動軸６と出力軸３とのそれぞれの中心軸の延長線は交差している。その交点を図３および図４では点Ｘとして図示している。図３および図４に示した、点Ｘを通りかつ駆動軸６の中心軸の延長線に垂直な仮想面Ｓは、モータ２を回転駆動させると、その出力軸３を中心として回転運動する。ピストン１４は駆動体７に組み付けられており、駆動軸６の回転によって水平方向へ揺動しながら、上下方向に振動する。この揺動は、仮想面Ｓの回転運動によって生じるものであり、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、ピストン１４が下死点から上死点へ移動する途中では、駆動体７の位置によりピストン１４の傾斜角度α（すなわち、基準線Ｙ−Ｙに対するピストン軸線Ｐ−Ｐの傾斜角度）が徐々に変化する。

図５（ｂ）に示す状態において、ピストン１４の傾斜角度αは最大となる。このときの傾斜角度αは、図４に示す図右側の片方のピストン１４が下死点に位置したときの傾斜角度αと一致し、その大きさは駆動軸６がモータ２の出力軸３に対して傾斜している角度に等しい。

図１に示すようにポンプ室１３は平面形状が円形に形成されている。ポンプ室１３の平面形状である円の中心点を通り上下方向に延びて球面であるカバー面１６ａの曲率中心を通る直線を、基準線Ｙ−Ｙとして図５（ａ）〜（ｄ）中に一点鎖線で示す。また、ピストン１４の先端面１４ａの平面形状の中心点（たとえば、ピストン１４の先端面１４ａの平面形状をポンプ室１３に合わせて円形に形成した場合、当該円の中心）と先端面１４ａの曲率中心とを結ぶ直線を、ピストン軸線Ｐ−Ｐとして図５（ａ）〜（ｄ）中に、二点鎖線で示す。さらに、図５に示す断面と仮想面Ｓとの交差する直線を、揺動基準線Ｓ−Ｓとして図５（ａ）〜（ｄ）中に破線で示す。なお、ピストン軸線Ｐ−Ｐと揺動基準線Ｓ−Ｓとは直交している。

図５（ａ）に示すピストン１４の下死点時および図５（ｄ）に示すピストン１４の上死点時には、揺動基準線Ｓ−Ｓは図５（ａ）および図５（ｄ）に示す断面において水平であり、ピストン軸線Ｐ−Ｐは基準線Ｙ−Ｙと一致する。これに対し、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すピストン１４が下死点から上死点へ移動する途中では、揺動基準線Ｓ−Ｓおよびピストン軸線Ｐ−Ｐは基準線Ｙ−Ｙに対して傾斜しており、揺動基準線Ｓ−Ｓとピストン軸線Ｐ−Ｐとの交点Ｚは基準線Ｙ−Ｙ上にある。下死点から上死点へ移動する工程のいずれにおいても、交点Ｚは基準線Ｙ−Ｙ上に存在する。なお、図５（ａ）〜（ｄ）に示す断面において、図５（ｂ）および図５（ｃ）のようにピストン軸線Ｐ−Ｐが基準線Ｙ−Ｙに対して傾斜している状態を、ピストン１４が傾斜している状態と称する。また、交点Ｚは、ピストン１４の往復運動に伴って発生する傾斜運動の中心となっている。

上述の通り、本実施の形態の先端面１４ａおよびカバー面１６ａは、ともに球面状に形成されている。先端面１４ａの球面の中心が交点Ｚと一致するようにすれば、仮に図５（ｄ）に示す上死点の位置でピストン１４が揺動したとしても、先端面１４ａはカバー面１６ａに接近することはない。実際には、ピストン１４が傾斜するのはたとえば、図５（ｃ）に示すように、ピストン１４が上死点よりも下方に移動した位置であり、先端面１４ａとカバー面１６ａとの間は隙間が広くなっている。

したがって、本実施の形態のように、交点Ｚが先端面１４ａの曲率中心よりも先端面１４ａ寄りにあり、先端面１４ａの周縁部がカバー面１６ａに接近したとしても、ピストン１４の先端面１４ａはカバー面１６ａに接触しておらず、先端面１４ａとカバー面１６ａとの間には隙間が確保されている。つまり、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示すピストン１４が上下する過程においてピストン１４が傾斜しても、先端面１４ａがカバー面１６ａに接触することがない。先端面１４ａとカバー面１６ａとの接触が回避されているために、ピストン１４の往復運動時に騒音が発生することを防止することができる。また、ピストン１４の先端面１４ａのカバー面１６ａへの接触を原因としてダイヤフラムポンプ１が故障することを防止することができる。

図５（ｄ）に示すように、ピストン１４が上死点に位置しているとき、先端面１４ａはカバー面１６ａに非接触状態で近接対向している。このときの先端面１４ａとカバー面１６ａとの間の隙間（クリアランス）を、ピストン１４が上下する過程で傾くことによる先端面１４ａのカバー面１６ａへの接触を考慮した寸法とする必要はない。そのため、ピストン１４が上死点に位置しているときのクリアランスの寸法をより小さくすることができる。つまり、先端面１４ａがカバー面１６ａに最接近する位置であるピストン１４の上死点において、ポンプ室１３の容積をより小さくすることができる。したがって、下死点時のポンプ室１３の容積と上死点時のポンプ室１３の容積との比、すなわち圧縮比を向上させることができ、ダイヤフラムポンプ１の最高圧力およびポンプ効率を向上させることができる。

ここで、先端面１４ａを形成する球面形状と、カバー面１６ａを形成する球面形状とを、ピストン１４が上死点に位置しているときの球面の中心点が一致するように形成することができる。つまり、先端面１４ａを形成する球面とカバー面１６ａを形成する球面とがピストン１４の上死点時に同心球となるように、先端面１４ａとカバー面１６ａとを形成することができる。この場合、先端面１４ａとカバー面１６ａとの間のクリアランスの寸法が、先端面１４ａの全面に亘って等しくなる。

つまり、先端面１４ａとカバー面１６ａとを形成する球面が同心球となるようにダイヤフラムポンプ１を形成する場合、カバー面１６ａの曲率半径は先端面１４ａの曲率半径よりも大きくなっている。カバー面１６ａの曲率半径と先端面１４ａの曲率半径との差は、ピストン１４の上死点時のクリアランスの寸法と等しくなっている。つまり、ポンプ室１３の内方に向かって凹形状に形成されたカバー面１６ａは、ポンプ室１３の内方に向かって凸形状に形成された先端面１４ａの曲率半径と比較して、ピストン１４の上死点時のクリアランスの寸法分だけ、大きな曲率半径を有する。

このように、先端面１４ａとカバー面１６ａとを、ピストン１４の上死点時に同心球となるように形成することにより、ピストン１４が上死点に位置しているときのクリアランスを一定値に保つことができる。その結果、クリアランスの寸法を一層小さくして上死点時のポンプ室１３の容積を一層小さくすることができるので好ましい。

なお、上述したピストン１４の傾斜は図５に示す断面内での動作であり、図３および図４に示す断面内ではピストン１４は駆動体７の回転運動によって図４に示した点Ｘを中心とした円弧運動をするので、ピストン１４の傾斜に起因する先端面１４ａとカバー面１６ａとの接触は発生しない。したがって先端面１４ａとカバー面１６ａとの接触だけを考慮するならば、先端面１４ａとカバー面１６ａとの形状は略球面状とするのではなく、図５に示す断面のみを略円弧状にすればよい。

しかし、図３および図４に示す断面など、図５以外の断面での先端面１４ａとカバー面１６ａの形状を略円弧状以外に形成した場合、ピストン１４とダイヤフラム部１５との境界が複雑な形状となってしまう。これは、ポンプ室１３内に無駄な空間ができ、結果的にポンプとしての圧縮比を高められなくなる原因となる。また、ダイヤフラム部１５における複雑な形状となった部分は、ピストン１４の往復運動により亀裂などの劣化が加速されるおそれがある。

したがって、本実施例では先端面１４ａとカバー面１６ａとは図５に示す断面だけを略円弧状に形成するのではなく、球面状に形成している。これにより、ピストン１４とダイヤフラム部１５との境界は円形状となり、ポンプ室１３内に無駄な空間ができることもなく、ダイヤフラム部１５の形状もシンプルになり、耐久性も優れたものとなる。

次に、家庭用の血圧計３００の概略構成について、図７および図８を参照して説明する。図７は血圧計の外観を示す全体斜視図であり、図８は血圧計の内部構成を示すブロック図である。両図を参照して、血圧計３００は、血圧測定の制御装置が内蔵された本体部３０１と、血圧計用のカフ３０２と、本体部３０１およびカフ３０２を連結するエア管３１２とを備える。

カフ３０２は、エアーポンプ２１０から送り出される空気が充填され溜められるとともに、測定部位（上腕部）の動脈を圧迫するために用いられる、圧迫用空気袋３０９を有する。またカフ３０２は、圧迫用空気袋３０９をその内面側に設け、測定部位（上腕部）に装着するための帯状のバンド３１０、およびバンド３１０を上腕部に巻回して固定するための面ファスナ３１１を有する。

本体部３０１の外表面には、表示器３０３、および操作部３０４が設けられている。本体部３０１の内部には、カフ３０２内の圧力を検出する圧力検出部としての圧力センサ３０５、圧迫用空気袋３０９に気体（空気）を移送させるエアーポンプ２１０、エアーバルブ２０７が設けられている。また、圧力センサ３０５、エアーポンプ２１０、エアーバルブ２０７などの機器を制御するとともに、圧力センサ３０５によって検出された圧力値から被測定者の血圧を求めるＣＰＵ（Central Processing Unit）３０８が、本体部３０１の内部に設けられている。

上記構成からなる血圧計３００において、被測定者の血圧を測定する場合には、カフ３０２が被測定者の血圧測定部位（上腕）に装着される。エアーバルブ２０７を閉状態にして、エアーポンプ２１０から吐出される空気がすべて圧迫用空気袋３０９へ流出するようにして、圧迫用空気袋３０９を加圧する。一方、エアーバルブ２０７を開状態にして、圧迫用空気袋３０９内の空気をエアーバルブ２０７を介して外部へ放出して、圧迫用空気袋３０９を減圧する。

血圧計用小型エアーポンプ２１０にはダイヤフラムポンプが多く用いられる。ダイヤフラムポンプのピストンがポンプ室を蓋するカバーに接触すると、騒音が発生し、またポンプの故障原因となる。そこで、この血圧計３００は、圧迫用空気袋３０９に気体（エアー）を移送させるエアーポンプ２１０として、上述した実施の形態１のダイヤフラムポンプ１を備えることができる。ダイヤフラムポンプ１ではピストン１４の先端面１４ａとカバー面１６ａとは接触せず、ポンプの圧縮比が高められてポンプ効率が高められている。したがって、ダイヤフラムポンプ１を備える血圧計３００では、騒音が低減されており、また効率的に圧迫用空気袋３０９に空気を移送させることが可能となる。

（実施の形態２）
図６は、実施の形態２のダイヤフラムポンプの構成を示す断面模式図である。実施の形態２のダイヤフラムポンプ１は、駆動体７の円板部８が図６に示す形状となっている点で、実施の形態１と異なっている。具体的には、実施の形態２の円板部８には、上方側において円板部８の表面が傾斜した傾斜部８ａが形成されている。ピストン１４に嵌め込まれる凸形状部１０は、傾斜部８ａから突起して形成されている。

図３に示す実施の形態１のダイヤフラムポンプ１の断面において、上死点に位置している図右側のピストン１４は傾斜している。これに対し、実施の形態２では円板部８に傾斜部８ａが形成されているために、図３に対応する図６に示す断面において、図右側の傾斜部８ａの上面は水平方向に延在している。その結果、上死点に位置している図右側のピストン１４は傾斜していない。

このようにすれば、上死点時のピストン１４の先端面１４ａとダイヤフラムカバー１６のカバー面１６ａとの間のクリアランスをさらに小さくして、上死点時のポンプ室１３の容積をさらに小さくすることができる。したがって、圧縮比をさらに向上させ、ポンプの最高圧力および効率をさらに向上させることができる。

実施の形態１および２の説明においては、ダイヤフラムポンプ１には３つのポンプ室１３が設けられており、ポンプ室１３の容積を変化させるピストン１４も３個設けられている例を述べているが、ポンプ室１３およびピストン１４の個数はこれに限られるものではない。より多数のポンプ室１３およびピストン１４を設けると、ポンプのリップルを減少させることができ、ポンプが発生するノイズを低減できるので有利である。

また、実施の形態１および２の説明においては、ピストン１４の先端面１４ａとダイヤフラムカバー１６のカバー面１６ａとはいずれも球面状に形成されていたが、先端面１４ａおよびカバー面１６ａの形状はこれに限られない。先端面１４ａとカバー面１６ａとのうち、ポンプ室１３の内方に向かって凹形状に形成されている一方の曲率半径が、ポンプ室１３の内方に向かって凸形状に形成されている他方の曲率半径よりも大きくなっていれば、先端面１４ａとカバー面１６ａとは厳密に球面形状でなくても構わない。つまり、先端面１４ａとカバー面１６ａとは、ポンプ室１３の内方に向かって一方が凹形状に形成され他方が凸形状に形成されており、かつ一方の曲率半径が他方の曲率半径よりも大きくなるような、略球面状に形成されていればよい。

たとえば、ポンプ室１３の内方に向かって凹形状に形成された球面状のカバー面１６ａの曲率半径が大きく、先端面１４ａと対向するカバー面１６ａの曲率が小さくなっている場合、ピストン１４の周縁部における曲率が中心部付近の曲率よりも大きくなるように先端面１４ａを形成してもよい。このようにすれば、端部が面取りされたような形状に先端面１４ａを形成することができ、ピストンの往復運動時に一層確実に先端面１４ａとカバー面１６ａとの接触を防止する効果が得られる。ただし、先端面１４ａとカバー面１６ａとをいずれも球面状とすれば、上死点時のポンプ室１３の容積を減少させて圧縮比を高めポンプ効率を向上させる効果が顕著に得られるため、より有利であると考えられる。

また、実施の形態１および２の説明においては、血圧計３００のエアーポンプ２１０として用いられる、空気を移送するダイヤフラムポンプ１について説明したが、本発明のダイヤフラムポンプは空気以外の気体を輸送するポンプであってもよい。また、本発明のダイヤフラムポンプは、気体に限らず、液体などの他の流体を輸送するポンプであっても構わない。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態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。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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。

実施の形態１のダイヤフラムポンプの構成を示す平面模式図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿うダイヤフラムポンプの断面模式図である。 図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿うダイヤフラムポンプの断面模式図である。 図３に示すダイヤフラムポンプの断面におけるポンプ室の容積変化を示す模式図である。 図３および図４に示すＶ−Ｖ線に沿うダイヤフラムポンプの断面模式図である。 実施の形態２のダイヤフラムポンプの構成を示す断面模式図である。 血圧計の外観を示す全体斜視図である。 血圧計の内部構成を示すブロック図である。 従来のダイヤフラムポンプの構成を示す平面模式図である。 図９に示すＸ−Ｘ線に沿うダイヤフラムポンプの断面模式図である。 図９に示すＸＩ−ＸＩ線に沿うダイヤフラムポンプの断面模式図である。

符号の説明

１ ダイヤフラムポンプ、２ モータ、３ 出力軸、４ 下部ケース、５ 回転体、６ 駆動軸、７ 駆動体、８ 円板部、８ａ 傾斜部、９ 支持部、１０ 凸形状部、１１ 上部ケース、１２ ダイヤフラム本体、１３ ポンプ室、１４ ピストン、１４ａ 先端面、１５ ダイヤフラム部、１６ ダイヤフラムカバー、１６ａ カバー面、１７ 集気体、１８ 吸気路、２０ 吸気弁、２１ 弾性膜体、２２ 弾性部材、３０ 吐出弁、３１ 弾性膜体、３２ 弾性部材、４１ 空気室、４２ 排気部、３００ 血圧計。

Claims (8)

1. ポンプ室の容積変化により流体を輸送するダイヤフラムポンプであって、
   往復運動して前記ポンプ室の容積を変化させるピストンと、
   前記ピストンの外周部に取り付けられ、前記ピストンの往復運動に伴い伸縮するダイヤフラム部と、
   前記ピストンの先端面に対向するカバー面を有する、ダイヤフラムカバーとを備え、
   前記ポンプ室の内面は、前記先端面と前記カバー面とを含み、
   前記先端面と前記カバー面とは、略球面状に形成されている、ダイヤフラムポンプ。
2. 前記先端面は、前記ポンプ室の内方に向かって凸形状に形成されており、
   前記カバー面は、前記ポンプ室の内方に向かって凹形状に形成されている、請求項１に記載のダイヤフラムポンプ。
3. 前記凹形状の曲率半径は、前記凸形状の曲率半径よりも大きい、請求項２に記載のダイヤフラムポンプ。
4. 前記ピストンが上死点に位置しているとき、前記先端面と前記カバー面との略球面の中心が一致している、請求項３に記載のダイヤフラムポンプ。
5. 前記ピストンが上死点に位置しているとき、前記先端面と前記カバー面との略球面の中心が、前記ピストンの往復運動に伴って発生する傾斜運動の中心と一致している、請求項４に記載のダイヤフラムポンプ。
6. 前記ピストンが上死点に位置しているとき、前記先端面は前記カバー面に非接触状態で対向する、請求項１から請求項５のいずれかに記載のダイヤフラムポンプ。
7. 前記カバー面の曲率半径と前記先端面の曲率半径との差の絶対値は、前記ピストンが上死点に位置しているときの前記先端面とカバー面との隙間寸法と等しい、請求項６に記載のダイヤフラムポンプ。
8. 被測定者の血圧測定部位に装着され、気体が充填される気体袋を有するカフと、
   前記気体袋に気体を移送させる、請求項１から請求項７のいずれかに記載のダイヤフラムポンプと、
   前記カフ内の圧力を検出する圧力検出部と、
   前記圧力検出部によって検出された圧力値から被測定者の血圧を測定する測定部と、を備える、血圧計。

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