JP2013220320A - 圧電ポンプ制御装置、圧電ポンプ制御方法、圧電ポンプ制御プログラム、および、血圧測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧過程において圧電ポンプから吐出される流体の圧力の揺らぎを低減させること。
【解決手段】圧電ポンプ制御装置は、加圧過程において圧電ポンプを制御する制御部を有する。制御部は、駆動電圧と駆動周波数との所定関数に基づいて、加圧過程における必要な流量および圧力を負荷するための駆動電圧および駆動周波数を特定する特定部（ステップＳ１１２）と、特定部によって特定された駆動電圧および駆動周波数を圧電ポンプに印加する印加部（ステップＳ１１４）とを含む。所定関数は、当該所定関数のグラフが、１つの所定の駆動電圧において圧電ポンプの最適な駆動周波数の近傍を通る関数であり、駆動電圧が増加するに伴なって、駆動周波数が一定である関数である。
【選択図】図３

Description

この発明は、圧電ポンプ制御装置、圧電ポンプ制御方法、圧電ポンプ制御プログラム、および、血圧測定装置に関し、特に、加圧過程において圧電ポンプを制御するのに適した圧電ポンプ制御装置、圧電ポンプ制御方法、圧電ポンプ制御プログラム、および、血圧測定装置に関する。

従来、圧電アクチュエータの共振周波数が温度変化および他の要因によって、予め求められている周波数に対して変動しても、追随して駆動信号の周波数を変化させることができる圧電ブロアがあった（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２５５４４７号公報（段落［００４２］）

しかし、このような制御では、圧電アクチュエータから送出される流体の流量に、フィードバック制御による１次遅れによる揺らぎが発生してしまい、圧力を目標どおりの値に制御する場合に、不都合が発生する場合があった。

たとえば、血圧測定装置での血圧測定時の等速加圧過程において、圧電アクチュエータを用いる場合は、圧力の揺らぎがあると、血圧の測定値に影響を与えてしまう。

この発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的の１つは、加圧過程において圧電ポンプから吐出される流体の圧力の揺らぎを低減させることが可能な圧電ポンプ制御装置、圧電ポンプ制御方法、圧電ポンプ制御プログラム、および、血圧測定装置を提供することである。

上述の目的を達成するために、この発明のある局面によれば、圧電ポンプ制御装置は、加圧過程において圧電ポンプを制御する制御部を有する。

制御部は、駆動電圧と駆動周波数との所定関数に基づいて、加圧過程における必要な流量および圧力を負荷するための駆動電圧および駆動周波数を特定する特定部と、特定部によって特定された駆動電圧および駆動周波数を圧電ポンプに印加する印加部とを含む。

所定関数は、当該所定関数のグラフが、１つの所定の駆動電圧において圧電ポンプの最適な駆動周波数の近傍を通る関数であり、駆動電圧が増加するに伴なって、駆動周波数が一定である関数である。

好ましくは、所定の駆動電圧は、加圧過程で用いられる最大の駆動電圧である。
好ましくは、所定の駆動電圧は、加圧過程において用いられる頻度の高い駆動電圧である。

好ましくは、所定関数は、所定の駆動電圧において圧電ポンプの最適な駆動周波数の近傍として、最大流量となる駆動周波数よりも高い駆動周波数を通る関数である。

この発明の他の局面によれば、圧電ポンプ制御方法は、加圧過程において圧電ポンプを制御する制御部を有する圧電ポンプ制御装置で圧電ポンプを制御する方法である。

圧電ポンプ制御方法は、制御部が、駆動電圧と駆動周波数との所定関数に基づいて、加圧過程における必要な流量および圧力を負荷するための駆動電圧および駆動周波数を特定するステップと、特定された駆動電圧および駆動周波数を圧電ポンプに印加するステップとを含む。

所定関数は、当該所定関数のグラフが、１つの所定の駆動電圧において圧電ポンプの最適な駆動周波数の近傍を通る関数であり、駆動電圧が増加するに伴なって、駆動周波数が一定である関数である。

この発明のさらに他の局面によれば、圧電ポンプ制御プログラムは、加圧過程において圧電ポンプを制御する制御部を有する圧電ポンプ制御装置で圧電ポンプで実行されるプログラムである。

圧電ポンプ制御プログラムは、駆動電圧と駆動周波数との所定関数に基づいて、加圧過程における必要な流量および圧力を負荷するための駆動電圧および駆動周波数を特定するステップと、特定された駆動電圧および駆動周波数を圧電ポンプに印加するステップとを圧電ポンプ制御装置に実行させる。

所定関数は、当該所定関数のグラフが、１つの所定の駆動電圧において圧電ポンプの最適な駆動周波数の近傍を通る関数であり、駆動電圧が増加するに伴なって、駆動周波数が一定である関数である。

この発明のさらに他の局面によれば、血圧測定装置は、圧電ポンプと、加圧過程において圧電ポンプを制御する制御部とを有する。

制御部は、駆動電圧と駆動周波数との所定関数に基づいて、加圧過程における必要な流量および圧力を負荷するための駆動電圧および駆動周波数を特定する特定部と、特定部によって特定された駆動電圧および駆動周波数を圧電ポンプに印加する印加部とを含む。

所定関数は、当該所定関数のグラフが、１つの所定の駆動電圧において圧電ポンプの最適な駆動周波数の近傍を通る関数であり、駆動電圧が増加するに伴なって、駆動周波数が一定である関数である。

この発明に従えば、加圧過程において圧電ポンプから吐出される流体の圧力の揺らぎを低減させることが可能な圧電ポンプ制御装置、圧電ポンプ制御方法、圧電ポンプ制御プログラム、および、血圧測定装置を提供することができる。

この発明の実施の形態における血圧計の外観を示す斜視図である。 この実施の形態における血圧計の構成の概略を示すブロック図である。 この実施の形態における血圧計で実行される血圧測定処理の流れを示すフローチャートである。 この実施の形態における圧電ポンプの駆動電圧に対する駆動周波数の制御関数を示すグラフである。 この実施の形態における圧電ポンプの吐出流量と駆動周波数との関係を示すグラフである。 この実施の形態のように所定関数に基づいて制御をする場合と最適な駆動周波数を制御目標として制御をする場合との駆動電圧への影響の差を説明するための図である。 圧電ポンプの駆動電圧と消費電力との関係を示すグラフである。 最適な駆動周波数を制御目標として制御をする場合の加圧過程における駆動周波数、カフ圧および流量の変化を示すグラフである。 この実施の形態のように所定関数に基づいて制御をする場合の加圧過程における駆動周波数、カフ圧および流量の変化を示すグラフである。 第２の実施の形態における圧電ポンプの駆動電圧に対する駆動周波数の制御関数を示すグラフである。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

［第１の実施の形態］
この実施の形態においては、オシロメトリック方式の加圧測定型の血圧計において加圧測定しているときの圧電ポンプの駆動制御についての発明の実施の形態を説明する。しかし、これに限定されず、この発明は、圧電ポンプによる加圧過程がある血圧計であれば、他の方式の血圧計であっても適用可能であり、たとえば、減圧測定型の血圧計にも適用可能である。

まず、この実施の形態における血圧計１の構成について説明する。図１は、この発明の実施の形態における血圧計１の外観を示す斜視図である。図１を参照して、この実施の形態における血圧計１は、本体１０と、カフ４０と、エア管５０とを備えている。本体１０は、箱状の筐体を有しており、その上面に表示部２１および操作部２３を有している。本体１０は、測定時においてテーブル等の載置面に載置されて使用される。

カフ４０は、帯状でかつ袋状の外装カバー４１と、当該外装カバー４１に内包された圧迫用流体袋としての圧迫用空気袋４２とを主として有しており、全体として略環状の形態を有している。カフ４０は、測定時において被験者の上腕に巻き付けられて装着されることで使用される。エア管５０は、分離して構成された本体１０とカフ４０とを接続している。

図２は、この実施の形態における血圧計１の構成の概略を示すブロック図である。図２を参照して、本体１０は、上述した表示部２１および操作部２３に加え、制御部２０と、メモリ部２２と、電源部２４と、圧電ポンプ３１と、排気弁３２と、圧力センサ３３と、ＤＣ−ＤＣ昇圧回路６１と、電圧制御回路６２と、駆動制御回路６３と、増幅器７１と、Ａ／Ｄ変換器７２とを有している。圧電ポンプ３１および排気弁３２は、圧迫用空気袋４２の内圧を加減圧するための加減圧機構に相当する。

圧迫用空気袋４２は、装着状態において上腕を圧迫するためのものであり、その内部に内腔を有している。圧迫用空気袋４２は、上述したエア管５０を介して上述した圧電ポンプ３１、排気弁３２および圧力センサ３３のそれぞれに接続されている。これにより、圧迫用空気袋４２は、圧電ポンプ３１が駆動することで加圧されて膨張し、排出弁としての排気弁３２の駆動が制御されることでその内圧が維持されたり減圧されて収縮したりする。

制御部２０は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成され、血圧計１の全体を制御するための手段である。

表示部２１は、たとえばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）で構成され、測定結果等を表示するための手段である。

メモリ部２２は、たとえばＲＯＭ（Read-Only Memory）やＲＡＭ（Random-Access Memory）で構成され、血圧値測定のための処理手順を制御部２０等に実行させるためのプログラムを記憶したり、測定結果等を記憶したりするための手段である。

操作部２３は、被験者等による操作を受付けて、この外部からの命令を制御部２０や電源部２４に入力するための手段である。

電源部２４は、制御部２０および圧電ポンプ３１などの血圧計１の各部に電力を供給するための手段であり、この実施の形態においては、電池である。しかし、これに限定されず、電源部２４は、商用電源などの外部電源から電力の供給を受けるようにしてもよい。

制御部２０は、圧電ポンプ３１および排気弁３２を駆動するための制御信号を、電圧制御回路６２および駆動制御回路６３にそれぞれ入力したり、測定結果としての血圧値を表示部２１やメモリ部２２に入力したりする。また、制御部２０は、圧力センサ３３から増幅器７１およびＡ／Ｄ変換器７２を介して検出された圧力値に基づいて被験者の血圧値を取得する血圧情報取得部（不図示）を含んでおり、この血圧情報測定部によって取得された血圧値が、測定結果として上述した表示部２１やメモリ部２２に入力される。

なお、血圧計１は、測定結果としての血圧値を外部の機器、たとえば、ＰＣ（Personal Computer）やプリンタ等に出力する出力部を別途有していてもよい。出力部としては、たとえば、シリアル通信回線や各種の記録媒体への書き込み装置等が利用可能である。

ＤＣ−ＤＣ昇圧回路６１は、電源部２４である電池の電圧を、圧電ポンプ３１の駆動に適した電圧に昇圧する回路である。

電圧制御回路６２は、制御部２０から入力された制御信号で示される電圧値に基づいて圧電ポンプ３１に供給する電圧を制御する。

駆動制御回路６３は、制御部２０から入力された制御信号に基づいて圧電ポンプ３１および排気弁３２を制御する。具体的には、駆動制御回路６３は、制御部２０から入力された制御信号で示される制御周波数に基づいて圧電ポンプ３１に供給する電流の周波数を制御する。また、駆動制御回路６３は、制御部２０から入力された制御信号に基づいて排気弁３２の開閉動作を制御する。

圧電ポンプ３１は、圧迫用空気袋４２の内腔に空気を供給することにより圧迫用空気袋４２の内圧（以下、「カフ圧」とも称する）を加圧するためのものであり、その動作が上述した駆動制御回路６３によって制御される。圧電ポンプ３１は、所定の駆動周波数ｆ0で所定の振幅Ｖ0の交流の電流が印加されることによって、所定の流量の空気を吐出する。なお、交流としては、正弦波状の交流であってもよいし、矩形波状の交流であってもよい。以下において、圧電ポンプ３１に印加する電圧の値を示す場合には、ピーク間電位差Ｖp-pの値を用いる場合がある。振幅は、Ｖp-pの値の半分である。Ｖp-pの場合、たとえば、電圧の値は、−Ｖp-p／２からＶp-p／２までの値で変化する。

排気弁３２は、圧迫用空気袋４２の内圧を維持したり、圧迫用空気袋４２の内腔を外部に開放してカフ圧を減圧したりするためのものであり、その動作が上述した駆動制御回路６３によって制御される。

圧力センサ３３は、圧迫用空気袋４２の内圧を検知してこれに応じた出力信号を増幅器７１に入力する。増幅器７１は、圧力センサ３３から入力された信号のレベルを増幅する。Ａ／Ｄ変換器７２は、増幅器７１で増幅された信号をデジタル信号化し、生成したデジタル信号を制御部２０に入力する。

図３は、この実施の形態における血圧計１で実行される血圧測定処理の流れを示すフローチャートである。図３を参照して、まず、ステップＳ１０１で、血圧計１の制御部２０は、カフ４０の巻き具合および腕周を測定する。具体的には、カフ４０に圧力が掛かっていない状態から、所定の流量をカフに流すよう圧電ポンプ３１を制御して初期加圧を行ない、そのときの加圧速度を測定し、その測定された加圧速度に応じて巻き具合および腕周を推定する。この方法としては、たとえば、国際公開第２０１０／０８９９１７号に開示されている方法を用いることができる。

次に、ステップＳ１０２で、制御部２０は、ステップＳ１０１で測定したカフ４０の巻き具合および腕周に基づいて、カフ４０の等速加圧に必要な流量Ｑtを算出する。具体的には、等速加圧に応じて必要な流量Ｑtが変化するグラフを示すデータが、複数のカフ４０の巻き具合および腕周の組合せごとに、予め、血圧計１のメモリ部２２に記憶されており、測定された巻き具合および腕周の組合せに対応する必要な流量Ｑtのグラフを示すデータがメモリ部２２から読出される。

ステップＳ１１１では、制御部２０は、圧力センサ３３で検出され、増幅器７１およびＡ／Ｄ変換器７２を介して制御部２０に入力された信号によって示されるカフ圧に基づき、必要な流量Ｑtを得るための駆動電圧Ｖを算出する。

そして、ステップＳ１１２で、制御部２０は、メモリ部２２に予め記憶された所定関数に基づいて、駆動電圧Ｖに応じた駆動周波数ｆを特定する。

そして、ステップＳ１１４で、制御部２０は、ステップＳ１１１およびステップＳ１１２で算出された駆動電圧Ｖおよび駆動周波数ｆで、圧電ポンプ３１を駆動するよう、電圧制御回路６２に駆動電圧を示す信号を送信するとともに駆動制御回路６３に駆動周波数を示す信号を送信する。

次に、ステップＳ１１５で、制御部２０は、圧力センサ３３で検出され、増幅器７１およびＡ／Ｄ変換器７２を介して制御部２０に入力された信号によって示されるカフ圧の変化に基づいて、従来の方法で、血圧値を算出する。

そして、ステップＳ１１６で、制御部２０は、血圧測定が完了したか否かを判断する。血圧測定が完了していないと判断した場合（ステップＳ１１６でＮＯと判断した場合）、制御部２０は、実行する処理をステップＳ１１１の処理に戻す。

一方、血圧測定が完了したと判断した場合（ステップＳ１１６でＹＥＳと判断した場合）、ステップＳ１１７で、制御部２０は、圧電ポンプ３１の駆動を停止するよう、電圧制御回路６２および駆動制御回路６３を制御する。

次に、ステップＳ１１８で、制御部２０は、血圧測定結果を表示するよう表示部２１を制御する。ステップＳ１１８の後、制御部２０は、血圧測定処理を終了させる。

このように血圧測定処理を実行することによって、等速加圧ができるように圧電ポンプ３１を制御できる。

図４は、この実施の形態における圧電ポンプ３１の駆動電圧に対する駆動周波数の制御関数を示すグラフである。図４を参照して、グラフ中のプロットは、圧電ポンプ３１の駆動電圧を５Ｖ刻みで切替えたときの最適な駆動周波数を示すプロットである。ここで、圧電ポンプ３１の駆動電圧に対する最適な駆動周波数が、当該駆動電圧および当該駆動周波数で圧電ポンプ３１を駆動した場合に、圧電ポンプ３１の吐出流量が最大となるような駆動周波数である。

関数Ｂのグラフは、それらのプロットの近似直線（たとえば、最小二乗法による近似直線）である。つまり、関数Ｂは、圧電ポンプ３１の駆動電圧に対する最適な駆動周波数を示す関数である。関数Ｂは、本発明の参考例１である。

関数Ｃのグラフは、関数Ｂの圧電ポンプ３１の最大流量に対応する最大電圧の点の近傍の点、具体的には、その最大電圧の点よりも駆動周波数が少し（たとえば、０．１〜０．２ｋＨｚ）大きい範囲Ａに含まれる点を通るグラフである。また、関数Ｃのグラフは、駆動電圧が増加するに伴なって、駆動周波数が減少する関数である。また、関数Ｃのグラフは、関数Ｂのグラフよりも駆動周波数が常に高い側にある。この実施の形態において、関数Ｃは、一次関数である。関数Ｃは、本発明の参考例２である。

本実施の形態においては、所定関数は、駆動電圧と駆動周波数との関数の式として、メモリ部２２に予め記憶され、図３のステップＳ１１２では、制御部２０が、メモリ部２２に予め記憶された所定関数の式に、駆動電圧Ｖを代入することによって、駆動電圧Ｖに応じた駆動周波数ｆを算出するようにする。

しかし、これに限定されず、所定関数が、駆動電圧と駆動周波数との関数における、所定電圧刻み（たとえば、０．１Ｖ刻み）の駆動電圧Ｖと、その駆動電圧Ｖに対応する駆動周波数ｆとの対応を示すテーブルとして、メモリ部２２に予め記憶されるようにしてもよい。そして、この場合、図３のステップＳ１１２では、制御部２０が、メモリ部２２に予め記憶されたテーブルから、駆動電圧Ｖに対応する駆動周波数ｆを読出すようにする。

図５は、本発明の参考例１における圧電ポンプ３１の吐出流量と駆動周波数との関係を示すグラフである。図５を参照して、このグラフは、図４の関数Ｂ（本発明の参考例１）において、最大電圧におけるグラフである。このグラフにおける最適な駆動周波数は、最大の流量を吐出できるグラフの最も高い点である２３．３ｋＨｚ付近である。

このグラフにおいて、最適な駆動周波数よりも高周波側においては、低周波側と比較して、グラフの傾きが緩やかであるため、駆動周波数の変化に対する流量の変化の度合いが少ない。このため、最適な駆動周波数よりも高周波側の方が、低周波側よりも、駆動周波数が変化した場合の流量への影響が小さい。

そこで、図４で示したように、最適な駆動周波数よりも少し高周波側の範囲Ａに含まれる点を通る関数Ｃを本発明の参考例２とした。このようにすることによって、駆動周波数が少し変化した場合であっても、流量への影響を少なくすることができる。このため、流量の揺らぎを抑えることができる。その結果、圧力の揺らぎを低減させることができる。

なお、関数Ｃは、関数Ｂの最適な駆動周波数に比べて、最大電圧以外のいずれの駆動電圧においても、周波数が高いので、すべての駆動電圧の範囲で、最適な駆動周波数で駆動した場合と比較して、圧力の揺らぎを低減させることができる。

図６は、所定関数に基づいて制御をする場合（グラフでは「固定」と表示）と最適な駆動周波数を制御目標として制御をする場合（グラフでは「最適」と表示）との駆動電圧への影響の差を説明するための図である。

図６（Ａ）を参照して、本発明の参考例１のように図４で示した関数に基づいて制御した場合は、最適な駆動周波数を制御目標として制御をする場合と比較して、最適な駆動周波数で駆動していない分、カフ圧の立ち上がりが遅くなる。

図６（Ｂ）を参照して、このグラフは、図６（Ａ）のカフ圧と時間との関係、および、電圧と時間との関係に基づいて、カフ圧と電圧との関係をグラフにしたものである。

このように、本発明の参考例１のように図４で示した関数に基づいて制御した場合（グラフでは「固定周波数」と表示）は、最適な駆動周波数を制御目標として制御をする場合（グラフでは「最適周波数」と表示）と比較して、同じカフ圧においては、ほぼ、全範囲に亘って、高い駆動電圧が必要となっている。

図７は、圧電ポンプ３１の駆動電圧と消費電力との関係を示すグラフである。図７（Ａ）を参照して、このグラフは、カフ圧と駆動電圧との組合せごとに、流量と消費電力との関係をプロットしたグラフである。

このように、同じカフ圧ごとに駆動電圧は異なっても、流量が増加するとほぼ一次関数的に消費電力が増加していることが分かる。また、カフ圧が大きい程、同じ流量に対する消費電力が増加する。

図７（Ｂ）を参照して、このグラフは、本発明の参考例１のように図４で示した関数に基づいて制御をした場合（グラフでは「固定」と表示）および最適な駆動周波数を制御目標として制御をした場合（グラフでは「最適」と表示）の、同じカフ圧（ここでは、９０ｍｍＨｇ）である場合の駆動電圧ごとの流量と消費電力との関係をプロットしたグラフである。

このように、本発明の参考例１のように図４で示した関数に基づいて制御をした場合であっても、最適な駆動周波数を制御目標として制御をした場合であっても、駆動電圧に関わらず、流量と消費電力との関係は、ほぼ同じ一次関数で近似される。そして、本発明の参考例１のように図４で示した関数に基づいて制御をした場合であっても、最適な駆動周波数を制御目標として制御をした場合であっても、必要な流量が同じであれば、ほぼ同じ消費電力となる。このため、同じ加圧制御において、同じ流量を吐出する限り、駆動周波数の制御の仕方が異なっても、電池寿命へのデメリットはない。

図４に戻って、本発明の第１の実施の形態では、所定関数として関数Ｄを用いる。関数Ｄのグラフは、関数Ｂの最大流量に対応する最大電圧の点の近傍の点、具体的には、その最大電圧の点よりも駆動周波数が少し小さい点を通るグラフである。関数Ｄのグラフは、駆動電圧に関わらず、駆動周波数が一定である関数である。このため、関数Ｄのグラフは、本発明の参考例１である関数Ｂのグラフよりも駆動周波数が常に低い側にある。この実施の形態においては、関数Ｄは、一次関数である。

第１の実施の形態として、図３のステップＳ１１２で用いられる所定関数を、関数Ｄとした場合について説明する。この場合であっても、図６および図７で説明した内容が当てはまる。

図８は、最適な駆動周波数を制御目標として制御をする場合の加圧過程における駆動周波数、カフ圧および流量の変化を示すグラフである。図８を参照して、細線は、圧電ポンプ３１の周辺の温度などの環境の変化が無い場合のグラフを示す。実線は、圧電ポンプ３１の周辺の温度などの環境の変化が有る場合（ここでは、想定よりも低い温度で加圧が開始され、圧電ポンプ３１が自身の発熱で温度上昇する場合）のグラフを示す。また、一点鎖線は、駆動周波数、実線は、カフ圧、破線は、流量を示す。

グラフｐAは、最適な駆動周波数を制御目標として制御をし、周辺環境変化が無い場合のカフ圧の変化を示す。このように、ほぼ直線的に加圧する制御が行なわれる場合について説明する。グラフｑAは、最適な駆動周波数を制御目標として制御をし、周辺環境変化が無い場合の流量の変化を示す。このように、カフ圧の上昇に伴なって、徐々に流量が減少するよう制御される。グラフｆAは、最適な駆動周波数を制御目標として制御をし、周辺環境変化が無い場合の駆動周波数の変化を示す。このように、カフ圧の上昇に伴なって、駆動周波数が減少するよう制御される。

グラフｐBは、最適な駆動周波数を制御目標として制御をし、周辺環境変化が有る場合のカフ圧の変化を示す。グラフｑBは、最適な駆動周波数を制御目標として制御をし、周辺環境変化が有る場合の流量の変化を示す。グラフｆBは、最適な駆動周波数を制御目標として制御をし、周辺環境変化が有る場合の駆動周波数の変化を示す。

Ｇ部のグラフｆAおよびグラフｆBで示すように、想定よりも低い温度で加圧過程が開始されると、想定されている温度の場合と比較して、駆動周波数が高くなるように制御される。このため、Ｈ部のグラフｐAおよびグラフｐBで示すように、最適な駆動周波数から外れることによって加圧速度の誤差が生じ、これを埋めるためにフィードバック制御が実行され、加圧速度が目標に近付くよう増加制御される。

Ｉ部のグラフｆAおよびグラフｆBで示すように、駆動周波数が最適な駆動周波数に近づくと、Ｉ部のグラフｑBで示すように、流量が増加する。このため、Ｊ部のグラフｐAおよびグラフｐBで示すように、フィードバック制御による増加制御の制御量により、周辺環境変化が無い場合と比較して、カフ圧がオーバーシュートする。

そして、Ｌ部のグラフｑAおよびグラフｑBで示すように、圧電ポンプ３１自身の発熱でさらに温度上昇すると、駆動周波数が最適な駆動周波数よりもさらに低くなり、流量が低下する。Ｋ部のグラフｐAおよびグラフｐBで示すように、オーバーシュートした制御を戻すため、フィードバックの制御量を減少させているが、流量が減少するため、カフ圧がアンダーシュートする。

このように、最適な駆動周波数を制御目標として制御をする場合は、周辺環境の変化が有る場合には、環境変化に起因して、加圧速度の揺らぎが発生する。

図９は、この実施の形態のように所定関数に基づいて制御をする場合の加圧過程における駆動周波数、カフ圧および流量の変化を示すグラフである。図９を参照して、線種は、図８と同様である。また、グラフｐA、グラフｑA、および、グラフｆAは、それぞれ、図８と同じである。

グラフｐCは、この実施の形態のように所定関数に基づいて制御をし、周辺環境変化が有る場合のカフ圧の変化を示す。グラフｑBは、この実施の形態のように所定関数に基づいて制御をし、周辺環境変化が有る場合の流量の変化を示す。グラフｆCは、この実施の形態のように所定関数に基づいて制御をし、周辺環境変化が有る場合の駆動周波数の変化を示す。

この場合は、グラフｆCで示すように、駆動周波数は一定とされる。また、グラフｑCで示すように、駆動周波数が最適な駆動周波数に近づくにしたがって、流速が、最適な駆動周波数を制御目標として制御し周辺環境変化が無い場合の流速に近づいていく。また、グラフｐCで示すように、駆動周波数が最適な駆動周波数に近づくにしたがって、カフ圧も、最適な駆動周波数を制御目標として制御し周辺環境変化が無い場合のカフ圧に近づいていく。

このように、所定関数に基づいて制御をする場合は、周辺環境の変化が有る場合であっても、加圧速度の揺らぎは発生し難い。

［第２の実施の形態］
図１０は、第２の実施の形態における圧電ポンプの駆動電圧に対する駆動周波数の制御関数を示すグラフである。図１０を参照して、関数Ｂは、第１の実施の形態において、本発明の参考例１として図４で説明したものと同様であるので説明は繰返さない。

第１の実施の形態においては、図３のステップＳ１１２で用いられる所定関数は、関数Ｄであることとした。第２の実施の形態においては、所定関数が、関数Ｆであることとする。

関数Ｆのグラフは、加圧制御で最も使用する頻度の高い駆動電圧の関数Ｂで対応する点の近傍の範囲Ｅに含まれる点を通るグラフである。また、関数Ｆのグラフは、駆動電圧に関わらず、駆動周波数が一定である関数である。この実施の形態において、関数Ｆは、一次関数である。

このような関数Ｆを用いた場合であっても、関数Ｄを用いた場合と同様の効果を得ることができる。また、最も使用頻度の高い駆動電圧で最適な駆動周波数となる。このため、駆動電圧に対してより多くの流量を吐出できる時間が長くなるので、加圧時間を短縮することができる。

［まとめ］
以上説明した実施の形態によれば以下のような効果を得ることができる。

（１）血圧計１の一部である圧電ポンプ制御装置は、加圧過程において圧電ポンプ（たとえば、圧電ポンプ３１）を制御する制御部（たとえば、制御部２０）を有する。

制御部は、駆動電圧（たとえば、駆動電圧Ｖ）と駆動周波数（たとえば、駆動周波数ｆ）との所定関数（たとえば、関数Ｄまたは関数Ｆ）に基づいて、加圧過程における必要な流量および圧力（たとえば、カフ圧）を負荷するための駆動電圧および駆動周波数を特定する特定部（たとえば、図３のステップＳ１１２を実行することによって制御部２０に構成される部分）と、特定部によって特定された駆動電圧および駆動周波数を圧電ポンプに印加する印加部（たとえば、図３のステップＳ１１４を実行することによって制御部２０に構成される部分）とを含む。

所定関数は、当該所定関数のグラフが、１つの所定の駆動電圧（たとえば、圧電ポンプ３１の最大流量に対応する最大電圧、または、圧電ポンプ３１の制御で最も使用する頻度の高い電圧）において圧電ポンプの最適な駆動周波数（たとえば、関数Ｂの所定の駆動電圧での駆動周波数）の近傍を通る関数であり、駆動電圧に関わらず、駆動周波数が一定である関数である。

たとえば、所定関数は、図４で示したような、駆動電圧２０Ｖで最適周波数よりも約０．４ｋＨｚ低い駆動周波数と、上限の駆動電圧３８Ｖで最適周波数と同じ程度の駆動周波数とを通る関数Ｄのような、全駆動電圧において最適周波数よりも低い駆動周波数であるが駆動電圧が高くなるにつれて駆動周波数が最適周波数に近づくような関数であってもよい。

また、所定関数は、図１０で示したような、駆動電圧２０Ｖで最適周波数よりも０．２ｋＨｚ高い駆動周波数と、最も用いられる頻度の高い２８．５Ｖで最適周波数と同じ程度の駆動周波数と、駆動電圧３８Ｖで最適周波数よりも０．２ｋＨｚ低い駆動周波数とを通る関数Ｆのような、低い駆動電圧から最も用いられる頻度の高い駆動電圧に近づくにつれて駆動周波数が最適周波数に近づき、最も用いられる頻度の高い駆動電圧から高い駆動電圧になるにつれて駆動周波数が最適周波数から遠ざかるような関数であってもよい。

これによれば、駆動電圧ごとに固定された駆動周波数で制御するため、図８で示したようなフィードバック制御でのオーバーシュートやアンダーシュートによるカフ圧の変動を、図９で示したように抑えることができる。その結果、加圧過程において圧電ポンプから吐出される流体の圧力の揺らぎを低減させることができる。

（２）また、所定の駆動電圧は、加圧過程で用いられる最大の駆動電圧である（たとえば、関数Ｄ）。

これによれば、消費電力が高い駆動電圧の大きい側で、最適な駆動周波数に近づく。その結果、消費電力の高い側でより多くの流量を吐出させることができるので、消費電力のロスを減少させることができる。

（３）また、所定の駆動電圧は、加圧過程において用いられる頻度の高い駆動電圧である（たとえば、関数Ｆ）。

これによれば、使用頻度の高い駆動電圧で、最適な駆動周波数に近づく。その結果、駆動電圧に対してより多くの流量を吐出できる時間が長くなるので、加圧時間を短縮することができる。

（４）また、所定関数は、所定の駆動電圧において圧電ポンプが最大流量となる最適な駆動周波数よりも高い駆動周波数を通る関数（たとえば、所定の駆動電圧において圧電ポンプが最大流量となる最適な周波数よりも高い周波数を通り、駆動電圧が増加するに伴なって、駆動周波数が一定である関数）である。

これによれば、図５で説明したように、最適な駆動周波数よりも高周波側の方が、低周波側よりも、駆動周波数が変化した場合の流量への影響が小さい。その結果、カフ圧の揺らぎを低減させることができる。

［変形例］
（１） 前述した実施の形態においては、所定関数が一次関数であることとした。しかし、これに限定されず、１つの所定の駆動電圧において圧電ポンプ３１の最適な駆動周波数の近傍を通る関数であり、駆動電圧に関わらず、駆動周波数が略一定である関数であれば、他の関数であってもよい。たとえば、二次関数であってもよいし、他のいかなる関数であってもよい。

（２） 前述した実施の形態においては、圧電ポンプ３１の駆動電圧に対する最適な駆動周波数が、当該駆動電圧および当該駆動周波数で圧電ポンプ３１を駆動した場合に、圧電ポンプ３１の吐出流量が最大となるような駆動周波数であることとした。しかし、これに限定されず、圧電ポンプ３１の駆動電圧に対する最適な駆動周波数は、当該駆動電圧および当該駆動周波数で圧電ポンプ３１を駆動した場合に、入力電力に対する出力、つまり、効率が最大となるような駆動周波数であることとしてもよい。

（３） 第２の実施の形態においては、制御で最も使用頻度の高い駆動電圧の関数Ｂで対応する点の近傍を通る関数が、所定関数であることとした。しかし、これに限定されず、所定関数は、最も使用頻度が高い駆動電圧でなくてもよい。

（４） 前述した実施の形態においては、所定関数ｇは、駆動電圧Ｖと駆動周波数ｆとの関数であることとした。つまり、ｆ＝ｇ（Ｖ）であることとした。しかし、これに限定されず、所定関数ｇが、駆動電圧Ｖおよびカフ圧ｐと、駆動周波数ｆとの関数であることとしてもよい。つまり、ｆ＝ｇ（Ｖ、ｐ）であることとしてもよい。

この場合、所定関数ｇは、１つの所定の駆動電圧と所定のカフ圧との組合せにおいて圧電ポンプの最適な駆動周波数の近傍を通る関数であり、駆動電圧およびカフ圧が増加するに伴なって、駆動周波数が一定である関数であるようにする。

所定の駆動電圧と所定のカフ圧との組合せは、加圧過程で用いられる最大の駆動電圧と最大のカフ圧との組合せであってもよいし、加圧過程で用いられる頻度の高い駆動電圧とカフ圧との組合せであってもよい。

これによれば、駆動電圧とカフ圧との組合せごとに固定された駆動周波数で制御するため、図８で示したような、駆動電圧ごとに固定された駆動周波数で制御する場合と同様、フィードバック制御でのオーバーシュートやアンダーシュートによるカフ圧の変動を、図９で示したように抑えることができる。その結果、加圧過程において圧電ポンプから吐出される流体の圧力の揺らぎを低減させることができる。

（５） 前述した実施の形態においては、圧電ポンプ３１からカフ４０に供給される流体は、空気であることとした。しかし、これに限定されず、圧電ポンプ３１からカフ４０に供給される流体は、他の流体、たとえば、液体またはゲルであってもよい。あるいは、流体に限定されるものではなく、マイクロビーズなどの均一な微粒子であってもよい。

（６） 前述した実施の形態においては、図３のステップＳ１０１で測定する測定部位の大きさが腕周であることとしたが、これに限定されず、測定部位が異なれば、異なる大きさとなる。たとえば、測定部位が手首である場合は、手首周となる。

（７） 前述した実施の形態においては、血圧計１などの血圧測定装置の装置として発明を説明した。しかし、これに限定されず、血圧測定装置にも含まれる圧電ポンプ制御装置として発明を捉えることができるし、血圧測定装置または圧電ポンプ制御装置での制御方法として発明を捉えることができる。また、血圧測定装置または圧電ポンプ制御装置の制御プログラムとして発明を捉えることができる。

（８） 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。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、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。

１ 血圧計、１０ 本体、２０ 制御部、２１ 表示部、２２ メモリ部、２３ 操作部、２４ 電源部、３１ 圧電ポンプ、３２ 排気弁、３３ 圧力センサ、４０ カフ、４１ 外装カバー、４２ 圧迫用空気袋、５０ エア管、６１ 昇圧回路、６２ 電圧制御回路、６３ 駆動制御回路、７１ 増幅器、７２ 変換器。

Claims (7)

1. 加圧過程において圧電ポンプを制御する制御部を有し、
   前記制御部は、
   駆動電圧と駆動周波数との所定関数に基づいて、前記加圧過程における必要な流量および圧力を負荷するための前記駆動電圧および前記駆動周波数を特定する特定手段と、
   前記特定手段によって特定された前記駆動電圧および前記駆動周波数を前記圧電ポンプに印加する印加手段とを含み、
   前記所定関数は、当該所定関数のグラフが、１つの所定の駆動電圧において前記圧電ポンプの最適な前記駆動周波数の近傍を通る関数であり、前記駆動電圧が増加するに伴なって、前記駆動周波数が一定である関数である、圧電ポンプ制御装置。
2. 前記所定の駆動電圧は、前記加圧過程で用いられる最大の前記駆動電圧である、請求項１に記載の圧電ポンプ制御装置。
3. 前記所定の駆動電圧は、前記加圧過程において用いられる頻度の高い前記駆動電圧である、請求項１に記載の圧電ポンプ制御装置。
4. 前記所定関数は、前記所定の駆動電圧において前記圧電ポンプが最大流量となる最適な前記駆動周波数よりも高い前記駆動周波数を通る関数である、請求項１に記載の圧電ポンプ制御装置。
5. 加圧過程において圧電ポンプを制御する制御部を有する圧電ポンプ制御装置で前記圧電ポンプを制御する圧電ポンプ制御方法であって、
   前記制御部が、
   駆動電圧と駆動周波数との所定関数に基づいて、前記加圧過程における必要な流量および圧力を負荷するための前記駆動電圧および前記駆動周波数を特定するステップと、
   特定された前記駆動電圧および前記駆動周波数を前記圧電ポンプに印加するステップとを含み、
   前記所定関数は、当該所定関数のグラフが、１つの所定の駆動電圧において前記圧電ポンプの最適な前記駆動周波数の近傍を通る関数であり、前記駆動電圧が増加するに伴なって、前記駆動周波数が一定である関数である、圧電ポンプ制御方法。
6. 加圧過程において圧電ポンプを制御する制御部を有する圧電ポンプ制御装置で前記圧電ポンプで実行される圧電ポンプ制御プログラムであって、
   駆動電圧と駆動周波数との所定関数に基づいて、前記加圧過程における必要な流量および圧力を負荷するための前記駆動電圧および前記駆動周波数を特定するステップと、
   特定された前記駆動電圧および前記駆動周波数を前記圧電ポンプに印加するステップとを前記圧電ポンプ制御装置に実行させ、
   前記所定関数は、当該所定関数のグラフが、１つの所定の駆動電圧において前記圧電ポンプの最適な前記駆動周波数の近傍を通る関数であり、前記駆動電圧が増加するに伴なって、前記駆動周波数が一定である関数である、圧電ポンプ制御プログラム。
7. 圧電ポンプと、
   加圧過程において前記圧電ポンプを制御する制御部とを有し、
   前記制御部は、
   駆動電圧と駆動周波数との所定関数に基づいて、前記加圧過程における必要な流量および圧力を負荷するための前記駆動電圧および前記駆動周波数を特定する特定手段と、
   前記特定手段によって特定された前記駆動電圧および前記駆動周波数を前記圧電ポンプに印加する印加手段とを含み、
   前記所定関数は、当該所定関数のグラフが、１つの所定の駆動電圧において前記圧電ポンプの最適な前記駆動周波数の近傍を通る関数であり、前記駆動電圧が増加するに伴なって、前記駆動周波数が一定である関数である、血圧測定装置。

Images